2021高考化学鲁科版一轮复习教师用书第五章第2课时　元素周期表和元素周期律

第2课时　元素周期表和元素周期律

[课型标签:知识课　基础课]

知识点一　原子结构与元素周期表

1.元素周期表的结构

(1)周期(7个横行,7个周期)

(2)族(18个纵行,16个族)

[名师点拨] 元素周期表中几个特殊的族

(1)没有非金属元素的主族——第ⅡA族。

(2)所含元素种类最多的族——第ⅢB族(含有锕系、镧系)。

(3)元素形成化合物种类最多的族——第ⅣA族。

(4)价层电子数不全相同的族——零族和第ⅢB族。

2.原子结构与周期表的关系

(1)原子结构与周期的关系

(2)原子结构与族的关系(每族元素的价电子排布特点)

①主族

②0族:He:1s2;其他ns2np6。

③过渡元素(副族和第Ⅷ族):(n-1)d1～10ns1～2。

[名师点拨] 核外电子排布与周期和族的关系

(1)电子层数(能层数)=周期序数;

(2)价电子数(外围电子数)=主族序数。

注意:对于主族元素,价电子数就是最外层电子数,而对于过渡元素其价电子不仅是最外层电子,还包含部分内层电子,如Fe的价电子排布为3d64s2。

3.元素周期表的分区

(1)按照金属与非金属元素的主要分布区域划分

①分界线:沿着元素周期表中铝、锗、锑、钋与硼、硅、砷、碲、砹的交界处画一条线,即为金属元素区和非金属元素区分界线(氢元素除外)。

②各区位置:分界线左面为金属元素区,分界线右面为非金属元素区。

③分界线附近元素的性质:既表现金属元素的性质,又表现非金属元素的性质。

(2)按照构造原理中最后填入电子的轨道能级符号划分

①周期表的分区

②各区价电子排布特点

4.元素周期表的三大应用

(1)科学预测:为新元素的发现及预测它们的原子结构和性质提供了线索。

(2)寻找新材料

(3)为工农业生产提供指导

对探矿有指导意义,这是因为地球上化学元素的分布与它们在元素周期表中的位置有密切关系。

1.下列有关元素周期表结构说法正确的是(　B　)

A.除短周期外,其他周期均有18种元素

B.副族元素中没有非金属元素

C.碱金属元素是指ⅠA族的所有元素

D.元素周期表中位于金属和非金属分界线附近的元素属于过渡元素

解析:第6、7周期均能容纳32种元素,故A项错误;副族元素均为金属元素,没有非金属元素,非金属元素在主族和零族,故B项正确;ⅠA族的元素除H元素外都是金属元素,称为碱金属元素,故C项错误;元素周期表中位于金属和非金属分界线附近的元素既有金属元素也有非金属元素,而过渡元素是指元素周期表中从ⅢB族到ⅡB族10个纵列共60多种元素,过渡元素都是金属元素,故D项错误。

2.下列说法中错误的是(　A　)

A.所有的非金属元素都分布在p区

B.3p能级上只有一个空轨道的原子和4p能级上只有一个空轨道的原子一定属于同一族

C.除氦以外的稀有气体元素原子的最外层电子数都是8

D.同一元素的各种同位素的化学性质一定相同

解析:氢元素位于s区,故A错误。

3.(2019·北京丰台区一模)部分元素在周期表中的分布如图所示(虚线为金属元素与非金属元素的分界线),下列说法不正确的是(　B　)

A.虚线左侧是金属元素

B.As处于第5周期第ⅤA族

C.Si、Ge可做半导体材料

D.Sb既有金属性又有非金属性

解析:虚线左下方的元素均为金属元素,选项A正确;根据位置,由Si处于第3周期第ⅣA族可推知,As处于第4周期第ⅤA族,选项B不正确;元素周期表中的金属和非金属元素的分界线附近的元素往往都既具有金属性,也具有非金属性,可在虚线附近寻找半导体材料(如Ge、Si等),选项C正确;元素周期表中的金属和非金属元素的分界线附近的元素往往都既具有金属性,也具有非金属性,则Sb既有金属性又有非金属性,选项D正确。

4.具有下列电子层结构的原子,其对应元素一定属于同一周期的是(　B　)

A.两种原子的电子层上全部都是s电子

B.3p能级上只有一个空轨道的原子和3p能级上只有一个未成对电子的原子

C.最外层电子排布为2s22p6的原子和最外层电子排布为2s22p6的离子

D.原子核外M层上的s能级和p能级都填满了电子,而d轨道上尚未有电子的两种原子

解析:电子层上全部为s电子的有H(1s1)、He(1s2)、Li(1s22s1)、Be(1s22s2),不一定在同一周期;3p能级只有一个空轨道的为1s22s22p63s23p2,只有一个未成对电子的为1s22s22p63s23p1或1s22s22p63s23p5,一定在同一周期;最外层电子排布为2s22p6的原子为Ne,最外层电子排布为2s22p6的离子,可能为阳离子,也可能为阴离子,若为阳离子,则不在同一周期,若为阴离子,则在同一周期;电子排布可能为1s22s22p63s23p6或1s22s22p63s23p64s1或1s22s22p63s23p64s2,不一定在同一周期。

5.元素X、Y、Z在周期表中的相对位置如图所示。已知Y元素原子的价电子排布式为nsn-1npn+1,则下列说法不正确的是(　A　)

A.Y元素原子的价电子排布式为4s24p4

B.Y元素在元素周期表的第3周期第ⅥA族

C.X元素所在周期中所含非金属元素最多

D.Z元素原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p3

解析:因为Y元素原子的价电子排布式中出现了np能级,故其ns能级已经充满且只能为2个电子,则n-1=2,n=3,即Y元素原子的价电子排布式为3s23p4,故A项不正确,B项正确;Y为S元素,X为F元素,第2周期所含非金属元素最多,故C项正确;Z为As元素,核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p3,故D项正确。

6.X、Y、Z、W均为短周期元素,它们在元素周期表中的相对位置如图所示。若Z原子的最外层电子数是第一层电子数的3倍,下列说法中正确的是(　B　)

A.X的最常见气态氢化物的水溶液显酸性

B.最高价氧化物对应的水化物的酸性W比Z的强

C.Z的单质与氢气反应比Y单质与氢气反应剧烈

D.X的原子半径小于Y

解析:根据图示元素的位置关系,结合Z原子的最外层电子数是第一层电子数的3倍,可以推出Z为S,从而可以确定X为N,Y为O,W为Cl。N的最常见气态氢化物NH3的水溶液显碱性,A错误;非金属性Cl强于S,因此最高价氧化物对应的水化物的酸性:HClO4>H2SO4,B正确;非金属性O强于S,因此O2与H2反应较S与H2反应剧烈,C错误;同周期元素从左到右原子半径逐渐减小,因此N的原子半径大于O,D错误。

知识点二　元素周期律

1.元素周期律的内容和实质

2.同周期、同主族原子结构、元素性质的递变规律

[名师点拨] (1)元素金属性和非金属性强弱的判断方法

(2)原子或离子半径的比较方法

①同周期从左往右原子半径依次减小(稀有气体除外),同族从上到下原子半径依次增大。

②同种元素的离子半径:阴离子大于原子,原子大于阳离子,低价阳离子大于高价阳离子。例如:r(Cl-)>r(Cl),r(Fe)>r(Fe2+)>r()。

③电子层结构相同的离子:核电荷数越大,半径越小。例如:r(O2-)>r(F-)>r(Na+)>r(Mg2+)>r()。

④带相同电荷的离子:电子层数越多,半径越大。例如:

r(Li+)<r(Na+)<r(K+)<r(Rb+)<r(Cs+),r(O2-)<

r(S2-)<r(Se2-)<r(Te2-)。

⑤核电荷数、电子层数均不同的离子:可选一种离子参照比较。例如:比较r(K+)与r(Mg2+),可选r(Na+)为参照,r(K+)>r(Na+)>r(Mg2+)。

3.电离能

(1)第一电离能:处于基态的气态原子失去一个电子,生成+1价气态阳离子所需要的最小能量,符号:I1,单位:kJ·mol-1。

(2)电离能变化规律

①同周期:第一种元素的第一电离能最小,最后一种元素的第一电离能最大,总体呈现从左至右逐渐增大的变化趋势。

②同族元素:从上至下第一电离能逐渐减小。

③同种元素:逐级电离能越来越大(即I1<I2<I3……)。

(3)电离能的应用

①可以衡量元素的原子失去一个电子的难易程度。第一电离能数值越小,原子越容易失去一个电子,元素金属性越强。

②判断元素的主要化合价,进而确定元素在周期表中的族序数。因为同种元素的原子各级电离能依次增大,当相邻两级电离能突然增大倍数较大时,可以判断失去的电子所处的电子层发生改变,从而判断其主要化合价。

[名师点拨] (1)第2、3、4周期的同周期主族元素,第ⅡA族(ns2np0)和第ⅤA族(ns2np3),因p轨道处于全空或半充满状态,比较稳定,所以其第一电离能大于同周期相邻的第ⅢA族和第ⅥA族,如第一电离能:Mg>Al,P>S。

(2)金属活动性顺序与元素相应的电离能大小顺序不完全一致,故不能根据金属活动性顺序表判断电离能的大小。

4.电负性

(1)含义:元素的原子在化合物中吸引电子能力的标度。元素的电负性越大,表示其原子在化合物中吸引电子的能力越强。

(2)标准:以最活泼的非金属元素氟的电负性为4.0作为标度,计算得出其他元素的电负性(稀有气体未计)。

(3)递变规律(一般情况)

①同一周期,从左到右,元素的电负性逐渐变大。

②同一主族,从上到下,元素的电负性逐渐变小。

(4)电负性的应用

[名师点拨] (1)不能将电负性2作为划分金属和非金属的绝对标准。

(2)共价化合物中,两种元素电负性差值越大,它们形成共价键的极性就越强。

(3)同周期元素,从左到右,非金属性越来越强,电负性越来越大,第一电离能总体呈增大趋势。

5.元素周期律的应用

(1)比较同周期、同主族元素及化合物的性质

如金属性Mg>Al,Ca>Mg,则碱性Mg(OH)2>Al(OH)3,Ca(OH)2>Mg(OH)2。

(2)推测未知元素及化合物的某些性质

如 已知Ca(OH)2微溶,Mg(OH)2难溶,可推知Be(OH)2难溶;再如:已知卤族元素的性质递变规律,可推知元素砹(At)应为有色固体,与氢难化合,HAt不稳定,水溶液呈酸性,AgAt不溶于水等。

1.根据元素周期律,由下列事实进行归纳推测。推测不合理的是(　B　)

解析:同主族金属元素由上至下金属性增强,与水反应剧烈程度增强,金属性:Ba>Ca>Mg,Ca与水反应较快,则Ba与水反应更快,故A项合理;半导体材料通常位于元素周期表中金属元素和非金属元素的分界处,Si和Ge处于金属元素和非金属元素分界线处,能做半导体,但C和Pb不能做半导体,所以第ⅣA族元素并不都是半导体材料,故B项不合理;同主族非金属元素由上至下非金属性减弱,气态氢化物的热稳定性减弱,非金属性:Cl>Br>I,所以HBr的分解温度介于HCl和HI之间,故C项合理;同周期非金属元素从左到右非金属性增强,与氢气化合由难到易,非金属性:S>P>Si,所以P与H2在高温时能反应,故D项合理。

2.(2019·黑龙江哈尔滨第六中学期末)已知X、Y是主族元素,I为电离能,单位是kJ·mol-1。请根据表中所列数据判断,下列说法错误的是(　D　)

A.元素X的常见化合价是+1价

B.元素Y是第ⅢA族元素

C.元素X与氯形成化合物时,化学式可能是XCl

D.若元素Y处于第3周期,它可与冷水剧烈反应

解析:由数据分析X中I2≫I1,X易呈+1价,为第ⅠA族元素,A、C均正确;Y中I4≫I3,Y易呈+3价,应在第ⅢA族,B正确;若Y处于第3周期,则Y为铝元素,Al不与冷水反应,D错误。

3.下列所示的基态原子中,对应元素的电负性最强的是(　B　)

A.1s22s22p2 B.1s22s22p5

C.1s22s22p63s1 D.1s22s22p6

解析:A项,1s22s22p2为基态C原子的核外电子排布式;B项,1s22s22p5为基态F原子的核外电子排布式;C项,1s22s22p63s1为基态Na原子的核外电子排布式;D项,1s22s22p6为基态Ne原子的核外电子排布式。根据C、Na、F、Ne在周期表中的位置可知,F的电负性最强。

4.(2019·全国Ⅲ卷)X、Y、Z均为短周期主族元素,它们原子的最外层电子数之和为10,X与Z同族,Y最外层电子数等于X次外层电子数,且Y原子半径大于Z。下列叙述正确的是(　B　)

A.熔点:X的氧化物比Y的氧化物高

B.热稳定性:X的氢化物大于Z的氢化物

C.X与Z可形成离子化合物ZX

D.Y的单质与Z的单质均能溶于浓硝酸

解析:Y最外层电子数等于X次外层电子数,由于均是主族元素,所以Y的最外层电子数不可能是8个,则X只能是第2周期元素,因此Y的最外层电子数是2个,又因为Y的原子半径大于Z,则Y只能是第3周期的Mg,因此X与Z的最外层电子数是=4,则X是C,Z是Si。碳的氧化物是分子晶体,Y的氧化物是离子晶体氧化镁,则氧化镁的熔点高于碳的氧化物的熔点,A错误;碳元素的非金属性强于硅元素,非金属性越强,氢化物越稳定,则碳的氢化物稳定性强于硅的氢化物稳定性,B正确;C与Si形成的是共价化合物SiC,C错误;单质镁能溶于浓硝酸,单质硅不溶于浓硝酸,D错误。

5.根据表中所列五种元素的第一至第四电离能数据(单位:kJ·mol-1),回答下列问题:

(1)在元素周期表中,最可能处于同一族的是　　　　(填字母,下同)。 

A.Q和R B.S和T C.T和U

D.R和T E.R和U

(2)下列离子的氧化性最弱的是　　　　。 

A.S2+    B.R2+   C.   D.U+

(3)下列元素中,化学性质和物理性质最像Q元素的是　　　　。 

A.硼  B.铍  C.氦  D.氢

(4)每种元素都出现相邻两个电离能的数据相差较大的情况,这一事实从一个侧面说明: 

　, 

如果R元素是短周期元素,你估计它的第2次电离能突跃数据将发生在失去第　　　　个电子时。 

(5)如果R、S、T是同周期的三种主族元素,则它们的原子序数由小到大的顺序是　　　　　　　　,其中S元素的第一电离能异常高的原因是　 

　。 

解析:(1)根据电离能的变化趋势知,Q为稀有气体元素,R为第ⅠA族元素,S为第ⅡA族元素,T为第ⅢA族元素,U为第ⅠA族元素,所以R和U处于同一主族。

(2)由于U为第ⅠA族元素且比R电离能小,所以U+的氧化性最弱。

(3)由于Q是稀有气体元素,所以氦的物理性质和化学性质与其最像。

(4)电离能的突跃变化,说明核外电子是分层排布的。若R是短周期元素,则R是Na,其核外电子排布式为1s22s22p63s1,由于2s22p6所处能层相同,所以它的第2次电离能突跃数据发生在失去第10个电子时。

(5)同一周期,第一电离能呈增大趋势,但第ⅡA族、第ⅤA 族比相邻元素要高,因为其最外层电子呈全充满或半充满结构。

答案:(1)E　(2)D　(3)C

(4)电子分层排布,各能层能量不同　10

(5)R<S<T　S元素原子最外层p轨道呈全空状态,能量较低,比较稳定,失去一个电子吸收的能量较多