2025年高中化学新教材同步 必修第一册 第4章　第2节　第2课时　元素周期表和元素周期律的应用

第2课时元素周期表和元素周期律的应用[核心素养发展目标]1.了解元素周期表中元素的分区,理解元素的化合价与元素在周期表的位置关系。2.了解元素周期表与元素周期律的应用,理解元素原子结构、在周期表中的位置和元素性质三者之间的关系,建立“位—构—性”关系应用的思维模型。一、元素周期表的分区和元素化合价规律1.元素周期表的金属区和非金属区思考结合上图,回答下列问题:(1)元素周期表中元素的金属性和非金属性有何变化规律?(在上图中填写)(2)元素周期表的金属区和非金属区是如何分布的?并指出金属性、非金属性最强的元素(放射性元素除外)。(3)位于分界线处的元素的性质有何特点?提示(2)金属元素位于周期表的左下方,金属性最强的是Cs(放射性元素除外),非金属元素位于周期表分界线的右上方,非金属性最强的是F。(3)分界线附近的元素既能表现出一定的金属性,又能表现出一定的非金属性,故元素的金属性和非金属性之间没有严格的界线。2.元素化合价与元素在周期表中位置的关系族序数ⅠAⅡAⅢAⅣAⅤAⅥAⅦA最高正价+1+2+3+4+5+6+7最低负价--4-3-2-1绝对值之和-8888结合表格数据归纳化合价规律:(1)主族元素最高正化合价=主族序数=最外层电子数。(2)非金属元素的化合价①最高正价等于原子所能失去或偏移的最外层电子数(O、F除外)。②最低负价等于使它达到稳定结构所需要得到的电子数。③最高正价+|最低负价|=8(H、O、F除外)。知识拓展价电子(1)定义:可在化学反应中发生变化,与元素的化合价有关的电子。(2)具体内容:主族元素的价电子数=最外层电子数,过渡元素的价电子包括最外层电子及次外层或倒数第三层的部分电子。1.判断正误(1)金属元素只表现金属性,非金属元素只表现非金属性 ()(2)氟元素非金属性最强,所以其最高价氧化物对应水化物的酸性最强 ()(3)原子最外层电子数大于3且小于8的元素一定是非金属元素 ()(4)最外层电子数是2的元素,最高正价一定是+2价 ()(5)第二周期元素的最高正价等于它所处的主族序数 ()答案(1)×(2)×(3)×(4)×(5)×2.已知某原子最外层有7个电子,推测下列选项不正确的是 ()A.单质有氧化性B.最高正价一定为+7价C.是非金属元素D.同周期元素中原子半径最小(稀有气体除外)答案B解析某原子的最外层有7个电子,说明位于第ⅦA族,第ⅦA族元素得到一个电子达到稳定结构,其单质具有强氧化性,故A正确;F没有正价,故B错误;第ⅦA族元素为非金属元素,故C正确;同周期元素从左到右原子半径逐渐减小(稀有气体除外),因此卤族元素的原子半径是同周期元素中最小的,故D正确。3.某主族元素R的最高正化合价与最低负化合价的代数和为4,由此可以判断 ()A.R的简单气态氢化物的化学式为H2RB.R一定是第ⅣA族元素C.R的简单气态氢化物比同周期其他元素的简单气态氢化物稳定D.R一定是第四周期元素答案A解析某主族元素R的最高正化合价与最低负化合价的代数和为4,说明该元素的最高正化合价为+6价,该元素可为第ⅥA族元素中除了氧元素外的其他元素。该元素最低负化合价为-2价,则元素R的简单气态氢化物的化学式为H2R,故A正确;R一定是第ⅥA族元素,故B错误;同周期主族元素从左到右非金属性逐渐增强,简单气态氢化物的稳定性逐渐增强,故C错误;根据题干信息不能确定元素R所在的周期,故D错误。二、元素周期表和元素周期律的应用1.在科技生产中的应用2.在理论上的应用(1)比较不同周期、不同主族元素的性质如金属性:Mg>Al、Ca>Mg,则由碱性:Mg(OH)2>Al(OH)3、Ca(OH)2>Mg(OH)2,得碱性:Ca(OH)2>Al(OH)3。(2)推测未知元素的某些性质例如:①已知Ca(OH)2微溶、Mg(OH)2难溶,可推知Be(OH)2难溶。②根据卤族元素性质的递变规律,可推知不常见元素砹(At)应为黑色固体,与氢气难化合,HAt不稳定,其水溶液呈酸性,AgAt难溶于水等。(3)解释实验现象,如氟气通入氯化钠溶液中,不是置换出氯气,而是与水发生剧烈反应,由元素周期表的递变规律知氟元素的非金属性最强,氟气是氧化性最强的非金属单质。(4)指导新元素的发现及预测它们的原子结构和性质。思考1我国著名化学家张青莲精确地测定了锗(Ge)、锌等九种元素的相对原子质量,得到的新值被作为国际新标准。已知锗的原子序数为32。(1)写出锗(Ge)元素在周期表中的位置。提示锗位于第四周期第ⅣA族。(2)锗类似于铝,能溶于NaOH溶液,试从元素在周期表中位置的角度分析,锗与铝性质相似的原因。提示锗和铝相似,也是位于周期表中金属和非金属元素分界处附近,从而性质既有金属性又有非金属性。(3)为判断Ge(OH)4是否为两性氢氧化物,设计实验时,需要选用的试剂有Ge(OH)4固体,另外还要选择什么溶液?提示盐酸(或稀H2SO4)、NaOH(或KOH)溶液。思考2已知周期表中金属与非金属分界线方向对角的两主族元素性质相似,如Li与Mg、Be与Al、B和Si相似,这一规律被称为“对角线规则”。下列叙述正确的是(填字母)。

A.Be能和氨水反应产生H2B.BeO为两性氧化物C.Li在氧气中的燃烧产物为Li2O2D.H3BO3是一种强酸答案B解析由对角线规则可知:铝不能与氨水反应生成氢气,则铍不能与氨水反应生成氢气,A错误;氧化铝为两性氧化物,则氧化铍为两性氧化物,B正确;镁在氧气中的燃烧产物为氧化镁,则锂在氧气中的燃烧产物为氧化锂,不可能生成过氧化锂,C错误;硅酸为弱酸,则硼酸为弱酸,D错误。元素位置、原子结构、元素性质之间的关系1.判断正误(1)已知37号元素铷(Rb)和钠元素属于同一主族,可推测RbOH为强碱 ()(2)通过元素周期律可推断氢氧化铍[Be(OH)2]的碱性比氢氧化镁强 ()(3)已知硒元素的氢化物的分子式为H2Se,可推知硒元素位于第ⅣA族 ()(4)周期表中族序数等于周期数3倍的只有氧元素 ()答案(1)√(2)×(3)×(4)√2.元素周期表中的金属和非金属元素的分界线处用虚线表示。下列说法正确的是 ()A.元素的性质总在不断地发生明显的变化B.紧靠虚线两侧的元素都是两性金属元素C.可在虚线附近寻找半导体材料(如Ge、Si等)D.可在虚线的右上方寻找耐高温材料答案C解析同族元素的性质是相似的,同周期元素的性质是递变的,A项错误;紧靠虚线两侧的元素既表现金属性又表现非金属性,但没有两性金属元素这一说法,B项错误;耐高温材料应该在过渡元素中寻找,D项错误。3.铊是超导材料的组成元素之一,铊在周期表中位于第六周期,与铝是同主族元素,元素符号是Tl,以下对铊的性质推断不正确的是 ()A.铊是易导电的银白色金属B.能生成+3价离子C.氧化铊是两性氧化物D.Tl3+的氧化性比Al3+弱答案C解析同族元素性质有相似性,如铝是易导电的银白色金属,可形成+3价离子,则铊元素也具有上述性质,A、B正确;同主族元素随核电荷数的递增金属性逐渐增强,氧化铝是两性氧化物,则氧化铊是碱性氧化物而不具有两性,C错误。1.X元素能形成H2X和XO2两种化合物,则该元素的原子序数可能是 ()A.13B.14C.15D.16答案D解析H2X中X呈-2价,则最高正价为+6价,位于第ⅥA族。2.2019年,我国青年化学家雷晓光被遴选为“青年化学家元素周期表”氮元素的代言人。下列与氮元素有关的说法正确的是 ()A.NH3的电子数为10B.Si3N4中N为+3价C.14N与14C互为同位素D.NH3的热稳定性比HF的强答案A解析NH3的电子数为7+1×3=10,故A正确;Si3N4中Si为+4价,N为-3价,故B错误;同一元素的不同核素互为同位素,14N与14C是不同元素的不同核素,不互为同位素,故C错误;元素的非金属性越强,其对应的简单气态氢化物的热稳定性越强,氮的非金属性小于氟,故NH3的热稳定性比HF的弱,故D错误。3.砷为第四周期第ⅤA族元素,根据它在元素周期表中的位置推测,砷不可能具有的性质是 ()A.砷在通常状况下是固体B.砷可以有-3、+3、+5等多种化合价C.五氧化二砷对应的水化物的酸性比磷酸弱D.砷的还原性比磷弱答案D解析砷为第四周期第ⅤA族元素,在磷的下一周期,根据同主族元素性质的变化规律可知:它为固体,有-3、+3、+5等多种化合价,五氧化二砷对应的水化物的酸性比磷酸弱,A、B、C正确;砷的还原性比磷强,D错误。4.A、B、C为短周期元素,在周期表中所处的位置如图所示。A、C两元素的原子核外电子数之和等于B原子的质子数。(1)写出A、B、C三种元素的名称:、

、。

(2)C在元素周期表中的位置是。

(3)C的简单气态氢化物与B的简单气态氢化物的稳定性强弱顺序为>(填化学式)。

(4)比较A、C的原子半径:AC,写出A的简单气态氢化物与A的最高价氧化物对应水化物反应的化学方程式:

。

答案(1)氮硫氟(2)第二周期第ⅦA族(3)HFH2S(4)>NH3+HNO3NH4NO3解析据A、B、C在周期表中的位置可知,A、C处于第二周期,B处于第三周期,设B的原子序数为x,则A为x-9,C为x-7,据题意有x-9+x-7=x,则x=16,即B为S,A为N,C为F。课时对点练[分值:100分](选择题1~8题,每小题5分,9~12题,每小题6分,共64分)题组一元素周期表的分区和化合价变化规律1.下列关于元素的化合价的说法正确的是 ()A.所有非金属元素都有最高正价+|最低负价|=8B.氮元素的最高正价与最低负价绝对值之差为2C.在所有的氧化物中,氧均为-2价D.第ⅦA族的所有元素的最高正价均为+7价答案B解析氢元素最高正价+|最低负价|=2,A项错误;氮元素的最高正价为+5价,最低负价为-3价,B项正确;过氧化物(如H2O2、Na2O2)中,氧为-1价,C项错误;氟元素没有正价,D项错误。2.元素在周期表中的位置反映了元素的原子结构和元素的性质。下列说法正确的是 ()A.同一元素不可能既表现金属性,又表现非金属性B.第三周期主族元素的最高正化合价等于它的主族序数C.短周期元素形成离子后,最外层都达到8电子稳定结构D.同一主族元素的原子最外层电子数相同,化学性质完全相同答案B解析元素周期表中处于金属与非金属分界处的元素通常表现一定的金属性与非金属性,A项错误;第三周期主族元素的最高正价等于最外层电子数,即等于主族序数,B项正确;氢原子变成氢离子后,H+没有电子,Li原子失去电子变成Li+后,最外层达到2电子结构,C项错误;同一主族元素的原子最外层电子数相同,化学性质具有相似性和递变性,不完全相同,D项错误。3.(2023·长沙高一检测)元素的原子结构决定其性质和在周期表中的位置。下列说法正确的是 ()A.元素原子的最外层电子数等于元素的最高化合价B.多电子原子中,在离核较近的区域内运动的电子能量较高C.P、S、Cl得电子能力和最高价氧化物对应水化物的酸性均依次增强D.元素周期表中位于金属和非金属的分界线附近的元素属于过渡元素答案C解析O无最高正价,F没有正价,A错误;多电子原子中,能量低的电子在离核较近的区域内运动,B错误;P、S、Cl的非金属性依次增强,得电子能力与最高价含氧酸(H3PO4、H2SO4、HClO4)的酸性均依次增强,C正确;过渡元素是副族的十列元素,D错误。题组二元素周期表和元素周期律的应用4.镁、锂在元素周期表中具有特殊“对角线”关系,它们的性质相似。例如,它们的单质在过量氧气中燃烧时均只生成正常的氧化物等,下列关于锂的叙述不正确的是 ()A.Li2SO4能溶于水B.LiOH是易溶于水、受热不分解的强碱C.Li与稀硫酸反应有H2生成D.Li2CO3受热分解,生成Li2O和CO2答案B解析由Mg、Mg(OH)2、MgCO3、MgSO4的性质推测相应的Li及其化合物的性质。MgSO4易溶于水,Mg(OH)2是难溶、易分解的中强碱,Mg与稀硫酸反应有H2生成,MgCO3受热易分解生成MgO和CO2,故B项不正确。5.运用元素周期律分析下面的推断,其中正确的是 ()A.硒化氢是无色、有毒、比硫化氢稳定的气体B.砹化银不溶于水但易溶于稀硝酸C.硫酸镭是易溶于水的白色固体D.锗单质是一种优良的半导体材料答案D解析Se元素在S元素的下一周期,属于同主族元素,则S的非金属性比Se强,所以硫化氢的稳定性大于硒化氢,A错误;镭是第ⅡA族元素,从上到下,硫酸盐的溶解度逐渐减小,硫酸钡是难溶于水的白色固体,则硫酸镭也是难溶于水的白色固体,C错误;因为Si是半导体材料,与Si相邻的元素锗也是位于金属与非金属的交界处,所以锗单质也是优良的半导体材料,D正确。6.硒(Se)位于元素周期表中第四周期第ⅥA族,可用作光敏材料、电解锰的催化剂,也是动植物必需的营养元素。下列有关硒的说法错误的是 ()A.74Se、76Se互为同位素B.H2O的稳定性小于H2SeC.H2SO4的酸性比H2SeO4强D.将O2通入H2Se的水溶液中可得Se答案B解析同位素是指质子数相同而中子数不同的同一元素的不同原子,74Se、76Se符合同位素的概念,故A正确;同主族元素从上到下非金属性逐渐减弱,简单氢化物的稳定性逐渐减弱,O的非金属性强于Se,H2O的稳定性大于H2Se,故B错误;同主族元素从上到下非金属性逐渐减弱,最高价氧化物对应水化物的酸性逐渐减弱,S的非金属性强于Se,H2SO4的酸性比H2SeO4强,故C正确;同主族元素从上到下非金属性逐渐减弱,非金属性强的元素的单质能置换非金属性弱的元素的单质,O的非金属性强于Se,所以将O2通入H2Se的水溶液中可得Se,故D正确。题组三元素“位—构—性”关系的应用7.如图显示了元素周期表中的一部分,其中①~⑦为短周期元素,已知③与氢元素能组成生活中最常见的化合物,下列有关叙述错误的是 ()A.最高价氧化物对应水化物的酸性:①<②B.③与氢元素可形成10电子化合物且呈中性C.离子半径:⑤>④D.⑦位于金属与非金属分界处,可作半导体材料答案C解析③与氢元素能组成生活中最常见的化合物,应为H2O,故③为O,根据元素在周期表中的位置:②为N,①为C,④为Na,⑤为Mg,⑦为Si,⑥为Cl。同周期元素从左往右非金属性逐渐增强,故非金属性:N>C,最高价氧化物对应水化物的酸性:H2CO3<HNO3,A正确;③与氢元素形成的10电子化合物为H2O,呈中性,B正确;核外电子排布相同,核电荷数越大离子半径越小,故离子半径:Na+>Mg2+,C错误;Si位于金属与非金属分界处,可作半导体材料,D正确。8.(2024·无锡高一期末)如图是元素周期表的一部分,下列说法正确的是 ()A.原子半径:Se>As>PB.酸性:H2SO4>H3AsO4>H3PO4C.热稳定性:HCl<HBr<HID.上表中,元素Pb的金属性最强答案D解析根据层多径大,同电子层结构核大径小,则原子半径:As>Se>P,A错误;据元素非金属性越强,其最高价氧化物对应水化物酸性越强,则酸性:H2SO4>H3PO4>H3AsO4,B错误;据元素非金属性越强,其简单氢化物稳定性越强,则稳定性:HI<HBr<HCl,C错误;根据同主族元素从上到下,金属性逐渐增强,同周期元素从左至右,金属性逐渐减弱,因此上表中,元素Pb的金属性最强,D正确。9.在一定条件下,RO3n-和I-发生反应的离子方程式为RO3n-+6I-+6H+R-+3I2+3H2O,则RO3n-中A.+5价,第ⅦA族 B.+5价,第ⅤA族C.+7价,第ⅦA族 D.+7价,第ⅤA族答案A解析根据电荷守恒可知n=1,所以RO3-中R元素的化合价是+5价;还原产物是R-,说明R元素的最低化合价是-1价,所以R是第ⅦA族元素10.(2023·重庆高一期末)元素周期表和元素周期律可以指导人们进行规律性地推测和判断。下列说法不正确的是 ()A.若X+和Y2-的核外电子层结构相同,则原子序数:X>YB.原子最外层电子数为2的元素一定位于元素周期表的第ⅡA族C.硅、锗都位于金属与非金属的分界处,都可以作半导体材料D.Cs和Ba分别位第六周期第ⅠA族和第ⅡA族,碱性:CsOH>Ba(OH)2答案B解析X+和Y2-的核外电子层结构相同,则离子核外电子数相同,设核外电子数为n,则X的原子序数为n+1,Y的原子序数为n-2,原子序数X>Y,A正确;第ⅡA族元素原子最外层电子数为2,但He核外只有2个电子,He处于0族,过渡元素中也存在最外层电子数为2的元素,B错误;硅、锗都位于金属和非金属的分界处,既有一定的金属性也有一定的非金属性,都可以作半导体材料,C正确。11.借助碱金属和卤族元素的递变性分析下面的推断,其中正确的是 ()A.已知Ca是第四周期第ⅡA族的元素,故Ca(OH)2的碱性比Mg(OH)2的碱性弱B.已知As是第四周期第ⅤA族的元素,故AsH3的稳定性比NH3的稳定性强C.已知Cs的原子半径比Na的原子半径大,故Cs与水反应不如Na与水反应剧烈D.已知Cl的核电荷数比F的核电荷数大,故Cl的原子半径比F的原子半径大答案D解析由碱金属元素和卤族元素的递变性可知,同主族元素从上到下金属性递增,非金属性递减,最高价氧化物对应的水化物碱性增强,非金属简单氢化物稳定性减弱,A、B、C错误;同主族元素随核电荷数增大,原子半径递增,D正确。12.(2024·云南昭通高一期末)X、Y、Z、M、N、Q皆为短周期主族元素,其原子半径与主要化合价的关系如图所示,下列说法正确的是 ()A.金属性:N>QB.最高价氧化物对应水化物的酸性:M<YC.简单离子半径:Q>N>XD.原子序数:Z>M>X>Y答案D解析根据示意图可知X只有-2价,是氧元素。Y的主要化合价是-4价和+4价,Z的最高价是+7价,Y原子半径大于氧原子,小于Z原子,所以Y是碳元素,Z是氯元素。M的主要化合价是-2价和+6价,原子半径大于氯原子,则M是硫元素。N的最高价是+3价,则N是铝元素。Q的主要化合价是+1价,原子半径最大,则Q是钠元素。金属性:Al<Na,A错误;非金属性:S>C,则酸性:H2SO4>H2CO3,B错误;简单离子半径:O2->Na+>Al3+,C错误;原子序数:Cl>S>O>C,即Z>M>X>Y,D正确。13.(10分)(2024·山东济宁高一期末)四种短周期主族元素W、X、Y、Z的原子序数依次增大。W与Y同族,且Y的原子序数是W的2倍;X的原子核外电子层数是其最外层电子数的3倍。回答下列问题:(1)W在周期表中的位置为。

(2)W、X、Y的简单离子半径由大到小的顺序为(用离子符号表示)。

(3)W、X形成的两种化合物的化学式为。

(4)元素Y、Z中非金属性较强的是(用元素符号表示),下列说法能说明这一事实的是(填字母)。

a.常温时两种元素的单质状态不同b.简单氢化物的稳定性:Z>Yc.氧化物对应水化物的酸性:Z>Yd.简单离子的还原性:Y>Z答案(1)第二周期第ⅥA族(2)S2->O2->Na+(3)Na2O、Na2O2(4)Clbd解析四种短周期主族元素W、X、Y、Z的原子序数依次增大,W与Y同族,且Y的原子序数是W的2倍,则W为O元素、Y为S元素;Z的原子序数最大,故Z为Cl元素;X的原子核外电子层数是其最外层电子数的3倍,则X为Na元素。(1)氧元素位于元素周期表中第二周期第ⅥA族。(2)氧离子、硫离子和钠离子的离子半径的大小顺序为S2->O2->Na+。(3)钠元素和氧元素可以形成化合物Na2O、Na2O2。(4)同周期元素,从左到右元素的非金属性逐渐增强,则硫元素非金属性弱于氯元素。常温时非金属元素单质的物理性质与非金属性强弱无关,a错误;判断元素的非金属性,必须利用最高价氧化物对应水化物的酸性,c错误。14.(8分)A、B、C、D、E、F是原子序数依次增大的短周期主族元素,A、E在元素周期表中的相对位置如图,A与氧元素能形成两种无色气体,C是地壳中含量最多的元素,D是地壳中含量最多的金属元素。(1)D在元素周期表中的位置为。

(2)C、E的单质沸点较低的是(填化学式)。

(3)C、D、E、F的简单离子半径由大到小的顺序是(填离子符号)。

(4)H2O2不仅可以用于家庭消毒以预防病毒感染,还可以在微电子工业中作刻蚀剂。B的简单气态氢化物的水溶液可用作H2O2的清除剂,所发生反应的产物不污染环境,其反应的化学方程式为

。

答案(1)第三周期第ⅢA族(2)O2(3)S2->Cl->O2->Al3+(4)2NH3·H2O+3H2O2N2↑+8H2O(或2NH3+3H2O2N2+6H2O)解析A、B、C、D、E、F是原子序数依次增大的短周期主族元素,A与氧元素能形成两种无色气体,该无色气体为CO、CO2,则A为C元素;结合A、E在元素周期表中的相对位置可知E为S元素,F只能为Cl元素;C是地壳中含量最多的元素,则C为O元素,B