第15講-元素周期律的應用(講義)(解析版)

第15講元素周期律的應用【學習目標】1．知道堿金屬元素、鹵族元素的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，能從原子結(jié)構(gòu)角度解釋同主族元素性質(zhì)的遞變規(guī)律。2．理解元素在周期表中的位置、元素原子結(jié)構(gòu)和元素性質(zhì)三者之間的關(guān)系。3．知道元素周期表、元素周期律在科研和生產(chǎn)實踐中的應用?！净A知識梳理】一、堿金屬元素結(jié)構(gòu)和性質(zhì)遞變規(guī)律1．堿金屬元素的原子結(jié)構(gòu)的相似性和遞變性元素名稱鋰鈉鉀銣銫元素符號LiNaKRbCs原子結(jié)構(gòu)示意圖相似性最外層均有1個電子遞變性從Li到Cs隨核電荷數(shù)的增加，電子層數(shù)逐漸增多，原子半徑逐漸增大2．堿金屬元素物理性質(zhì)的相似性和遞變性(1)相似性：除銫外，堿金屬元素都是銀白色的單質(zhì)，硬度小，延展性好，密度較小，熔點較低。(2)遞變性：從Li~Cs，熔點逐漸降低。3．堿金屬元素化學性質(zhì)的相似性和遞變性(1)相似性：堿金屬都是活潑金屬，均易失去1個電子，在化合物中均為＋1價。①單質(zhì)的性質(zhì)均能與非金屬單質(zhì)(O2、Cl2)反應與水反應（用R表示單質(zhì)），反應通式：2R+2H2O=2ROH+H2↑與酸反應，反應通式：2R+2H+=2R++H2↑②堿金屬的最高價氧化物(R2O)對應的水化物(ROH)，一般都具有強堿性。(2)遞變性：根據(jù)下表中堿金屬與水反應的現(xiàn)象，你能推測出哪些規(guī)律？堿金屬LiNaKRbCs與水反應的現(xiàn)象反應較為緩和，鋰浮在水面，并以穩(wěn)定、適中的速度釋放出氣體反應迅速并放熱，鈉融化成小球反應迅速，伴有燃燒，輕微爆炸劇烈反應，發(fā)生爆炸劇烈反應，發(fā)生劇烈爆炸(3)結(jié)論：堿金屬都能與水反應，從Li~Cs，反應越來越劇烈。LiOH、NaOH、KOH、RbOH的堿性逐漸增強。隨著核電荷數(shù)的遞增，堿金屬元素的金屬性逐漸增強?！纠?】下列關(guān)于堿金屬元素的性質(zhì)說法正確的是（）A．從鋰到銫，堿金屬元素單質(zhì)的密度依次增大B．從Li→Cs，其離子的氧化性依次減弱C．金屬鉀能從氯化鈉溶液中置換出鈉D．堿金屬在自然界中能以游離態(tài)存在答案：B解析：A選項，堿金屬單質(zhì)的密度逐漸增大，錯誤；B選項，Li→Cs，金屬性（還原性）增強，其離子的氧化性減弱，正確；C選項，K、Na都是活潑金屬，在水溶液中要與水反應，錯誤；D選項，堿金屬元素都是活潑金屬元素，在自然界中不能以游離態(tài)形式存在。二、鹵族元素元素結(jié)構(gòu)和性質(zhì)遞變規(guī)律1．鹵族元素原子結(jié)構(gòu)的相似性和遞變性元素名稱氟氯溴碘元素符號FClBrI相似性最外層均有7個電子。遞變性從F到I，隨核電荷數(shù)的增加，電子層數(shù)逐漸增多，原子半徑逐漸增大。2．鹵族元素單質(zhì)物理性質(zhì)的相似性和遞變性顏色：eq\o(→,\s\up7(F2：淺黃綠色Cl2：黃綠色Br2：深紅棕色I2：紫黑色),\s\do5(均有顏色))顏色加深熔、沸點：eq\o(→,\s\up7(F2：氣體Cl2：氣體Br2：液體I2：固體),\s\do5(均較低))逐漸升高水溶性：eq\o(→,\s\up7(F2：反應Cl2：溶解Br2：溶解I2：微溶),\s\do5(除F2外，都不易溶于水，但都易溶于有機溶劑，如CCl4、酒精等))逐漸減小3．鹵素單質(zhì)化學性質(zhì)的相似性和遞變性(1)相似性鹵族元素的原子最外層均有7個電子，得電子的能力強，容易得1個電子，其單質(zhì)都具有較強的氧化性，自然界中不存在游離態(tài)的鹵素單質(zhì)。(2)遞變性①實驗探究鹵素單質(zhì)(Cl2、Br2、I2)氧化性的強弱實驗操作實驗現(xiàn)象離子方程式氯水與NaBr溶液反應溶液變?yōu)槌赛S色2Br－＋Cl2=2Cl－＋Br2氯水與KI溶液反應溶液變?yōu)樽攸S色2I－＋Cl2=2Cl－＋I2溴水與KI溶液反應，加入四氯化碳溶液，振蕩靜置靜置后，液體分層，下層呈紫紅色2I－＋Br2=2Br－＋I2結(jié)論：Cl2、Br2、I2單質(zhì)的氧化性由強到弱的順序是Cl2＞Br2＞I2，相應陰離子的還原性由強到弱的順序是I－＞Br－＞Cl－。②從F→I，單質(zhì)與氫氣反應越來越難，氣態(tài)氫化物的穩(wěn)定性依次減弱。③從Cl→I，最高價氧化物對應水化物的酸性越來越弱。(3)結(jié)論：隨核電荷數(shù)的遞增，ⅦA族元素原子的得電子能力越來越弱，元素的非金屬性越來越弱?！纠?】下列關(guān)于鹵族元素的說法正確的是（）A．鹵素單質(zhì)在自然界中能以游離態(tài)存在B．鹵素原子最外層都有7個電子，其最高正化合價都為＋7價C．HF、HCl、HBr、HI的穩(wěn)定性依次減弱D．隨核電荷數(shù)的增加，鹵素單質(zhì)的熔、沸點逐漸降低答案：C解析：A選項，鹵素單質(zhì)在自然界中只能以化合態(tài)存在，錯誤；B選項，F(xiàn)沒有最高正化合價，錯誤；C選項，F(xiàn)、Cl、Br、I的非金屬性逐漸減弱，氣態(tài)氫化物的穩(wěn)定性逐漸減弱，正確；D選項，鹵素單質(zhì)的熔、沸點逐漸增大，錯誤。故選C?！纠?】下列有關(guān)堿金屬元素和鹵素的說法中，錯誤的是()A．溴單質(zhì)與H2的反應比碘單質(zhì)與H2的反應更劇烈B．堿金屬元素中，鋰原子失去最外層電子的能力最弱；鹵素中，氟原子得電子的能力最強C．鉀與水的反應比鈉與水的反應更劇烈D．隨核電荷數(shù)的增加，堿金屬單質(zhì)和鹵素單質(zhì)的熔點都逐漸降低答案：D解析：A選項，Br元素比I元素非金屬性強，因此溴單質(zhì)與H2反應更劇烈，正確；B選項，堿金屬元素中，從上到下元素的金屬性(失去電子能力)逐漸增強，鹵素從上到下，元素的非金屬性（得電子能力）逐漸減弱，正確；C選項，鉀比鈉活潑，與水反應更劇烈，正確；D選項，隨著核電荷數(shù)增加，堿金屬單質(zhì)熔點逐漸降低，鹵素單質(zhì)的熔點逐漸增大，錯誤。故選D。三、元素周期表的中元素原子結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的關(guān)系1．同周期(從左到右)元素性質(zhì)的遞變規(guī)律相同增加減小減弱增強減弱增強2．同主族(自上而下)元素性質(zhì)的遞變規(guī)律相同增大增大增強減弱增強減弱3．元素周期表的金屬區(qū)和非金屬區(qū)(1)分界線的劃分：沿著周期表中B、Si、As、Te、At跟Al、Ge、Sb、Po之間畫一條斜線，斜線的左邊是金屬元素，右邊是非金屬元素。(2)分界線附近的元素，既能表現(xiàn)出一定的金屬性，又能表現(xiàn)出一定的非金屬性，故元素的金屬性和非金屬之間沒有嚴格的界線?！纠?】比較物質(zhì)的性質(zhì)（用化學式和“>”、“<”表示）Na、Mg的單質(zhì)與水反應的劇烈程度：_____________________Si、P的單質(zhì)與氫氣化合的難易程度：_____________________O、S元素的氣態(tài)氫化物的穩(wěn)定性：_____________________P、Cl元素的氣態(tài)氫化物的穩(wěn)定性：_____________________Be、Mg元素的最高價氧化物對應水化物的堿性：_____________________S、Cl元素的最高價氧化物對應水化物的酸性：_____________________N、P元素的最高價氧化物對應水化物的酸性：_____________________答案：Na>MgSi<PH2O>H2SPH3<HClBe(OH)2<Mg(OH)2H2SO4<HClO4HNO3>H3PO4解析：回答問題時，要寫出對應的化學式，不能只用元素符號表示。四、元素“位—構(gòu)—性”的關(guān)系元素原子結(jié)構(gòu)、元素在周期表中的位置和元素的主要性質(zhì)三者之間的關(guān)系如下1．結(jié)構(gòu)與位置的關(guān)系最外層電子數(shù)=主族序數(shù)電子層數(shù)=周期序數(shù)2．結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的關(guān)系最外層電子數(shù)越少，電子層數(shù)越多→越易失電子，金屬性越強最外層電子數(shù)越多，電子層數(shù)越少→越易得電子，非金屬性越強3．位置、結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的關(guān)系【例5】根據(jù)元素周期律和元素周期表的知識分析下面的推斷，其中錯誤的是()A．短周期主族元素中半徑最大的是NaB．Sr(OH)2的堿性強于Ba(OH)2C．砹(At)的單質(zhì)是有色固體，HAt很不穩(wěn)定D．AsH3是無色、有毒的氣體答案：B解析：同主族元素從上到下金屬性增強，則金屬性：Sr＜Ba，氫氧化鍶比氫氧化鋇的堿性弱，B錯誤；由鹵族元素單質(zhì)及化合物的遞變性可知，隨原子序數(shù)的增大，單質(zhì)的顏色逐漸加深，氣態(tài)氫化物穩(wěn)定性逐漸減弱，砹是一種有色固體，HAt不穩(wěn)定，C正確；AsH3是無色、有毒的氣體，D正確。五、元素周期表在科技生產(chǎn)中的應用(1)在金屬元素和非金屬元素的交界處尋找半導體材料（如硅、鍺、硒等）。(2)在過渡元素（副族和Ⅷ族）中尋找優(yōu)良的催化劑。(3)在過渡元素中尋找耐高溫、耐腐蝕的合金材料。(4)研究元素周期表右上角的元素，合成新農(nóng)藥。(5)位于第六周期ⅥB的鎢是熔點最高的金屬，位于第四周期ⅣB的鈦，密度小、耐高溫、耐腐蝕，適應于制造火箭發(fā)動機殼體、人造衛(wèi)星殼體等。課堂檢測1．鋰(Li)是世界上最輕的金屬，它屬于堿金屬的一種。下列說法正確的是()A．堿金屬單質(zhì)在氧氣中燃燒，都生成過氧化物B．Li是堿金屬原子中半徑最小的原子C．Li、Na、K、Rb＋的最外層都只有一個電子D．Na＋比Li多一個電子層答案：B解析：A選項，堿金屬越活潑，在氧氣中燃燒的產(chǎn)物越復雜，錯誤；B選項，堿金屬中，Li的原子半徑最小，正確；C選項，Rb＋帶1個正電荷，最外層電子數(shù)為8，錯誤；D選項，Na+有兩個電子層，與Li的電子層數(shù)相同，錯誤。故選B。2．下列關(guān)于鹵素的敘述正確的是()A．鹵素是典型的非金屬元素，因此不能與其他非金屬元素化合B．鹵素單質(zhì)越活潑，其溶、沸點就越高C．鹵素單質(zhì)都能和水劇烈反應D．鹵素單質(zhì)都能和H2反應，且氣態(tài)氫化物的穩(wěn)定性隨單質(zhì)氧化性的增強而增強答案：D3．根據(jù)同主族元素的性質(zhì)遞變規(guī)律分析下面的推斷，其中錯誤的是()A．氯化氫比溴化氫穩(wěn)定B．硒化氫比硫化氫穩(wěn)定C．氫氧化鍶比氫氧化鈣的堿性強D．鈹原子的失電子能力比鎂弱答案：B解析：A選項，非金屬性Cl>Br，穩(wěn)定性HCl>HBr，正確；B選項，Se和S同族，非金屬性S>Se，穩(wěn)定性H2S>H2Se，錯誤；C選項Sr和Ca同族，金屬性Sr>Ca，故氫氧化鍶的堿性強，正確；D選項，Be與Mg同主族，金屬性Mg>Be，失電子能力Mg>Be，正確。故選B。4．元素周期表中某區(qū)域的一些元素通常用來做半導體材料，它們是()A．左下方區(qū)域的金屬元素B．金屬元素和非金屬元素分界線附近的元素C．右上方區(qū)域的非金屬元素D．稀有氣體元素答案：B解析：用來制造半導體材料的元素位于金屬元素與非金屬元素分界線附近。5．已知某主族元素的原子最外層有7個電子，推測下列選項不正確的是()A．單質(zhì)有氧化性B．最高正價一定為＋7價C．是非金屬元素D．同周期元素中原子半徑最小答案：B解析：某原子的最外層有7個電子，說明位于第ⅦA族，第ⅦA族元素得到一個電子達到穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，其單質(zhì)具有強氧化性，故A正確；F沒有正價，故B錯誤；第ⅦA族為非金屬元素，故C正確；同周期元素從左向右原子半徑逐漸減小(稀有氣體除外)，因此鹵族元素的原子半徑是同周期中最小的，故D正確。6．如圖所示是元素周期表的一部分，下列說法中正確的是()A．元素的簡單離子半徑大?。孩埽劲荩劲贐．氣態(tài)氫化物的穩(wěn)定性：⑤＞②C．最高價氧化物對應水化物的酸性：⑥＞⑤D．元素的最高正化合價：③＝⑥答案：C解析：元素①～⑥分別為N、O、F、Al、S、Cl。離子半徑：S2－＞O2－＞Al3＋，A項錯誤；非金屬性越強則對應氣態(tài)氫化物越穩(wěn)定，最高價氧化物對應水化物的酸性也越強，故穩(wěn)定性：H2O＞H2S，酸性：HClO4＞H2SO4，B項錯誤、C項正確；F無正價，D項錯誤。7．硒(Se)是人體健康必需的一種微量元素。已知Se的原子結(jié)構(gòu)示意圖為。下列說法不正確的是()A．該原子的質(zhì)量數(shù)為34B．該元素處于第四周期ⅥA族C．SeO2既有氧化性又有還原性D．酸性：H2SO4＞H2SeO4答案：A解析：從Se的原子結(jié)構(gòu)示意圖看出，Se的質(zhì)子數(shù)為34，質(zhì)量數(shù)一定大于34，A錯誤；Se原子有四個電子層，最外層電子數(shù)為6，所以Se在周期表中的位置為第四周期ⅥA族，B正確；SeO2中Se的化合價為＋4價處于中間價態(tài)，所以SeO2既具有氧化性又具有還原性，C正確；Se的非金屬性弱于S，所以它們最高價氧化物對應的水化物的酸性大小為H2SO4＞H2SeO4，D正確。8．據(jù)報道，我國科學家通過與多個國家進行科技合作，成功研發(fā)出銫(Cs)原子噴泉鐘，標志著我國時間頻率基準研究進入世界先進行列。已知銫位于元素周期表中第六周期ⅠA族，根據(jù)銫在元素周期表中的位置，推斷下列內(nèi)容：(1)銫的原子核外共有____個電子層，最外層電子數(shù)為_________，銫的原子序數(shù)為_________。(2)銫單質(zhì)與水劇烈反應，放出______色氣體，同時使紫色石蕊溶液顯______色，因為___________________________________________(寫出化學方程式)。(3)預測銫單質(zhì)的還原性比鈉單質(zhì)的還原性__________(填“弱”或“強”)。答案：(1)6155(2)無藍2Cs＋2H2O=2CsOH＋H2↑(3)強9．已知W、X、Y、Z為短周期元素，W、Z同主族，X、Y、Z同周期，W的氣態(tài)氫化物的穩(wěn)定性大于Z的氣態(tài)氫化物的穩(wěn)定性，X、Y為金屬元素，X的陽離子的氧化