专题五 物质结构与元素周期律.docx

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专题五物质结构与元素周期律

专题五物质结构与元素周期律

【课标要求】

物质结构包括原子结构、分子结构、化学键和晶体结构等内容，与元素周期律和元素周期表知识一起构成了结构理论，是研究元素及其化合物宏观性质和微观性质的重要依据。

1．了解原子的结构及同位素的概念；

2．理解原子序数、核电荷数、质子数、中子数、核外电子数，以及质量数与质子数、中子数之间的关系；

3．以短周期元素为例，了解原子核外电子排布规律；

4．掌握元素周期律的实质；掌握同周期、同主族元素性质的递变规律与原子结构的关系；

5．掌握元素金属性与非金属性强弱的判断方法；

6．了解元素周期表的结构及其应用，掌握元素“位、构、性”三者的关系；

7．理解离子键、共价键的含义；理解极性键和非极性键，了解极性分子和非极性分子；了解分子间作用力；初步了解氢键；

8．掌握电子式、原子结构示意图的表示方法；

9．了解几种晶体类型及其性质。

【一．原子结构】

一、人类对原子结构的认识

①1803年英国化学家道尔顿家建立了原子学说；

②1904年汤姆逊发现了电子建立了“葡萄干面包式”的原子结构模型；

③1911年英国物理学家卢瑟福根据α粒子散射实验提出原子结构的核式模型；

④1913年丹麦科学家玻尔建立了核外电子分层排布的原子结构模型；

⑤20世纪20年代建立了现代量子力学模型。

二、原子的组成

2、元素、核素、同位素、同素异形体:

元素

同位素

核素

同素异形体

概念

具有相同核电荷数的同一类原子的总称

质子数相同而中子数不同的用一元素的不同原子互称为同位素（化学性质几乎完全相同，只是某些物理性质略有不同）

具有一定数目的质子和一定数目的中子的一种原子

由同种元素组成的结构和性质不同的单质互称为同素异形体

3、几个化学量的概念

（1）原子的质量：

也即绝对质量，是通过精密的实验测得的。

（2）质量数（A）：

将核素中所有质子相对质量和中子相对质量取近似整数值之和。

（3）核素的相对原子质量：

同位素的一种核素的质量与12C原子质量的1/12的比值；

（4）元素的相对原子质量：

某元素各种核素的相对原子质量与其原子百分比的乘积之和。

（5）元素的近似相对原子质量：

某元素各种天然同位素原子的质量数与其原子百分比的乘积之和。

例

（1）Cl元素的两种核素35Cl、37Cl的相对原子质量分别34.969和36.966，则35Cl和37Cl的关系是。

其质量数分别是、。

（2）若35Cl和37Cl在自然界的原子百分组成之比是3∶1，则Cl元素的近似相对原子质量为。

三、核外电子排布

1.核外电子排布规律

每一电子层最多容纳的电子数为；

最外层电子数最多不超过个，若K层为最外层，电子数最多不超过个；

次外层电子数最多不超过个；

倒数第三层最多容纳的电子数为个；

电子能量低的离原子核，电子能量高的离原子核。

2.原子结构的表示方法

原子（离子）结构示意图：

电子式：

用“”或“”在元素符号周围表示最外层电子的图示。

3．10电子微粒和18电子微粒：

（1）核外有10个电子的微粒

a．分子：

b．阳离子：

c．阴离子：

（2）核外有18个电子的微粒

a．分子：

b．阳离子：

c．阴离子：

（3）核外电子总数及质子数均相同的离子

a．阳离子：

b．阴离子：

（4）短周期元素的原子结构特殊性

　　①原子核内无中子的原子：

；

②族序数等于周期数的元素：

；

③族序数等于周期数2倍的元素：

；3倍的元素：

；

④周期数是族序数2倍的元素：

；3倍的元素：

；

⑤最高正价与最低负价代数和为零的短周期元素：

；3倍的短周期元素：

；

最高正化合价不等于族序数的元素：

；

⑥除H外，原子半径最小的元素：

；短周期中其离子半径最大的元素：

；　

【二．元素周期律与元素周期表】

一、元素周期表

①按原子序数递增的顺序从左到右排列；

排列原则②将电子层数相同的元素排成一个横行；

③把最外层电子数相同的元素（个别除外）排成一个纵行。

①短周期（一、二、三周期）

1.元素周期周期（7个横行）②长周期（四、五、六、七周期）

表

的结构③不完全周期（第七周期）

周期表结构①、主族（ⅠA～ⅦA共7个）

②、副族（ⅠB～ⅦB共7个）

族（18个纵行）③、Ⅷ族（8、9、10纵行）

④、零族（稀有气体）

2.元素周期表中几个量的关系：

（1）原子序数=核电荷数=质子数=核外电子数

（2）周期序数=核外电子层数

（3）主族序数=最外层电子数=元素的最高正价数（F无正价，O一般也无正价）

（4）非金属元素：

|最高正价数|+|负价数|=8

3、周期表中部分规律总结

（1）最外层电子数大于或等于3而又小于8的元素一定是主族元素；

最外层电子数为1或2的元素可能是主族、副族或0族（He）元素；

（2）同周期第ⅡA与ⅢA族元素的原子序数：

①第1～3周期（短周期）元素原子序数相差1；

②第4、5周期相差11；③第6、7周期相差25。

（3）同主族相邻元素的原子序数：

①第ⅠAⅡA族，上周期元素的原子序数+该周期元素的数目=下周期元素的原子序数；

②第ⅣA～ⅦA族，上周期元素的原子序数+下周期元素的数目=下周期元素的原子序数。

4．元素性质的周期性

元素性质

同周期元素（左→右）

同主族元素（上→下）

最外层电子数

逐渐增多（1e—→8e—）

相同

原子半径

逐渐减小

逐渐增大

主要化合价

最高正价逐渐增大（＋1→＋7）

最低负价＝－（8－主族序数）

最高正价、最低负价相同

（除F、O外）

最高正价＝主族序数

最高价氧化物对应水化物的酸碱性

碱性逐渐减弱，酸性逐渐增强

酸性逐渐减弱，碱性逐渐增强

非金属元素气态氢化物的稳定性

逐渐增强

逐渐减弱

元素的金属性和非金属性

金属性逐渐减弱

非金属性逐渐增强

非金属性逐渐减弱

金属性逐渐增强

得失电子能力

失减得递增

得减失递增

5.微粒半径大小比较规律

电子层数：

相同条件下，电子层越多，半径越大。

判断的依据核电荷数：

相同条件下，核电荷数越多，半径越小。

最外层电子数：

相同条件下，最外层电子数越多，半径越大。

1、同周期元素的原子半径随核电荷数的增大而减小（稀有气体除外）

2、同主族元素的原子半径随核电荷数的增大而增大。

3、同主族元素的原子半径和离子半径随核电荷数的增大而增大。

具体规律4、电子层结构相同的离子半径随核电荷数的增大而减小。

5、同一元素不同价态的微粒半径，价态越高离子半径越小。

6、同种元素的微粒半径：

阳离子<原子<阴离子。

7、稀有气体元素的原子半径大于同周期元素原子半径。

6.元素的金属性或非金属性强弱的判断

①与水反应置换氢的难易

②最高价氧化物的水化物碱性强弱

（1）金属性强弱③单质的还原性或离子的氧化性（放电顺序）

④互相置换反应（金属活动性顺序表）

⑤原电池反应中正负极（负极活泼）

①与H2化合的难易及氢化物的稳定性

（2）非金属性强弱②最高价氧化物的水化物酸性强弱

③单质的氧化性或离子的还原性

④互相置换反应

二、元素周期表的应用

1.根据原子结构、元素性质及表中位置的关系预测元素的性质

（1）比较同主族元素的金属性、非金属性、最高价氧化物水化物的酸、碱性、氢化物

的稳定性等。

（2）比较同周期元素及其化合物的性质。

2．启发人们在一定范围内寻找某些物质　

（1）半导体元素在两性线附近，如：

Si、Ge、Ga等。

（2）农药中常用元素在右上方，如：

F、Cl、S、P、As等。

（3）催化剂和耐高温、耐腐蚀合金材料、主要在过渡元素中找。

如：

Fe、Ni、Pt、Pd等。

3.对角线规则的应用:

在元素周期表中，某些主族元素与右下方的主族元素的性质有些相似，被称为“对角线规则”.

①锂与镁的相似性超过了它和钠的相似性，如：

LiOH为中强碱Li2CO3难溶于水等等。

②Be、Al的单质、氧化物、氢氧化物均表现出明显的“两性”；A1C13和BeCl2均为共价化合物等。

③晶体硼与晶体硅一样，属于坚硬难熔的原子晶体。

4．常见某些元素的特性

（1）与水反应的最激烈的非金属元素是氟；

（2）与水反应的最激烈的金属元素是铯；

　　（3）单质硬度最大的元素是碳；

　　（4）常温下有颜色的气体单质是氟气和氯气；

　　（5）稀有气体元素中原子半径最大的是氡；

　　（6）原子半径最小（大）的元素是氢（铯）（稀有气体除外）；

　　（7）所形成的气态氢化物最稳定的元素是氟；

　　（8）正负化合价的代数和为零，且气态氢化物中含氢百分率最高的元素是碳；

　　（9）最高价氧化物对应的水化物酸性最强的是氯；

　　（10）所形成的化合物种类最多的是碳；

　　（11）原子序数、电子层数、未成对电子数三者均相等的是氢

　　（12）只有负价并无正价的是氟；

　　（13）最轻的金属是锂；最轻的气体是氢气；

　　（14）同位素之一的原子核中只有质子没有中子的元素是氢；

　　（15）最高价氧化物及其水化物具有两性的元素是铝；

　　（16）空气中含量最多的元素，或气态氢化物的水溶液呈碱性的元素是氮；

（17）地壳中含量最多的元素，或气态氢化物的沸点最高的元素，或氢化物在通常情况下呈液态的元素是氧；

（18）地壳中含量最多的金属元素是铝；

　　（19）最活泼的非金属元素，或无正价的元素，或无含氧酸的非金属元素，或无氧酸（气态氢化物）可以腐蚀玻璃的元素，或气态氢化物最稳定的元素，或阴离子的还原性最弱的元素是氟；

　　（20）最易着火的非金属元素的单质，其元素是磷；

　　（21）常温下单质呈液态的非金属元素是溴，金属元素是汞；

　　（22）元素的气态氢化物和它的最高价氧化物对应的水化物起化合反应的元素是氮；

　　（23）元素的单质在常温下能与水反应放出气体的短周期元素是锂、钠、氟；

　　（24）常见的能形成同素异形体的元素有碳、磷、氧、硫。

（25）与He原子电子层结构相同的离子有（2电子结构）：

H-、Li+、Be2+

专题五物质结构与元素周期律经典习题

1．A、B、C、D四种短周期元素的原子序数依次增大，A元素的气态氢化物与A元素的最高价氧化物对应的水化物能反应生成盐；B、C、D同周期，它们的最高价氧化物对应的水化物两两之间都能反应生成盐和水，B和D可组成化合物BD。

回答下列问题：

（1）A元素的气态氢化物的结构式为：

__________。

D的最高价氧化物对应水化物的化学式：

____________。

（2）在工业上常用________法制备单质C（填金属的冶炼方法）

（3）C、D组成的化合物溶于水的离子方程式：

_________________。

（4）B、C最高价氧化物对应的水化物在溶液中反应的离子方程式为：

_____________。

2．已知A、B、C均为常见的单质，其中A为金属，B、C为非金属，在一定条件下相互转化关系如图所示（反应条件和部分产物已省略）

请回答：

（1）若常温下B、C均为气体，D为黑色晶体，E的电子式为_________，A和E在一定条件下反应生成D的化学方程式为_______________________。

（2）若常温下B为气体，C为黑色固体，则构成金属A的原子结构示意图为_______，E的结构式为________，A和E在一定条件下反应生成D的化学方程式为______________。

3．根据下面物质间转换的框图，回答有关问题：

（1）由反应①产生的A、B混合物的工业名称是。

（2）写出框图中D、E的电子式：

D；E

（3）如果2molNa2O2与足量水蒸气反应，可得标准状况下气体的体积是多少L，同时反应中转移电子总数是。

（NA表示阿佛加德罗常数）

（4）请设计一个课堂小实验，证实反应⑤是放热反应。

（5）如果A、B混合气体7.8g（平均摩尔质量10g·mol－1），在与G充分反应后，通过足量Na2O2层，可使Na2O2增重g，并得到O2mol。

4．A、B、C、D、E、F六种短周期元素，它们的原子序数依次增大。

A与D同主族；C与E同主族；B、C同周期；B原子最外层电子数比其次外层电子数多2；B、A两元素的核电荷数之差等于它们的原子最外层电子数之和；F元素是同周期元素中原子半径最小的主族元素。

A、B、C、D、E、F形成的化合物甲、乙、丙、丁、戊、己的组成如下表所示。

化合物

甲

乙

丙

丁

戊

己

化学式

A2C

A2C2

B2A2

D2C2

A2E

DF

回答下列问题

（1）化合物丙的电子式为。

化合物丁存在的化学键类型是。

（2）化合物甲的沸点比戊（填“高”或“低”），原因是

（3）向含有0.2mol乙的水溶液中加入少量MnO2，使乙完全反应，发生转移的电子数为

　　　　　　　NA（NA代表阿伏加德罗常数）

（4）用铁作阴极、石墨作阳极，电解甲、己的混合物，电解反应的离子方程式为：

（5）2.0g丙完全燃烧，生成液态甲和B的气态氧化物，放出99.6KJ的热量，此燃烧反应的热化学方程式为。

5.某实验小组欲制取氧化铜并证明氧化铜能加快氯酸钾的分解，进行了如下实验：

（一）制取氧化铜

①称取2gCuSO4·5H2O研细后倒入烧杯，加10mL蒸馏水溶解；

②向上述CuSO4溶液中逐滴加入NaOH溶液，直到不再产生沉淀，然后将所得混合物转移到蒸发皿，加热至沉淀全部变为黑色；

③将步骤②所得混合物过滤、洗涤，晾干后研细备用。

回答下列问题：

⑴上述实验步骤中需要使用玻璃棒的是_______________（填实验序号），步骤①、③中研磨固体所用仪器的名称是___________________；

⑵步骤③中洗涤沉淀的操作是______________________________________

__________________________________________________________。

（二）证明氧化铜能加快氯酸钾的分解并与二氧化锰的催化效果进行比较

用右图装置进行实验，实验时均以生成25mL气体为准，其它可能影响实验的因素均已忽略，相关数据见下表：

实验序号

KClO3质量

其它物质质量

待测数据

④

1.2g

无其他物质

⑤

1.2g

CuO0.5g

⑥

1.2g

MnO20.5g

回答下列问题：

⑶上述实验中的“待测数据”指_____________；

⑷本实验装置图中量气装置B由干燥管、乳胶管和50mL滴定管改造后组装而成，此处所用滴定管是___________（填“酸式”或“碱式”）滴定管；

⑸若要证明实验⑤中干燥管内收集的气体是O2，可待气体收集结束后，用弹簧夹夹住B中乳胶管拔去干燥管上单孔橡皮塞

；

⑹为探究CuO在实验⑤中是否起催化作用，需补做如下实验（无需写出具体操作）：

a．_______________________________，b．CuO的化学性质有没有改变。

6、下表列出了①~⑩十种元素在周期表中前四周期的位置，请回答下列问题：

主族族数

周期序数

⑤

⑥

⑧

①

③

④

⑦

⑩

②

⑨

（1）在这十种元素形成的单质中化学性质最不活泼的是____________；（填具体元素的符号或化学式，下同。

）金属性最强的是_______________；非金属性最强的是__________。

（2）①、③两元素的氧化物对应的水化物中碱性强的是_______________；（填具体物质的化学式，下同。

）⑤、⑦两元素的最高价氧化物对应的水化物中酸性强的是________。

（3）①、②、③三元素按原子半径由小到大的顺序排列为______________________。

（4）用电子式表示②、⑨两元素形成化合物的过程____________________________。

（5）①的氧化物对应的水化物与⑦的氢化物反应的离子方程式，因物质的量配比不同产物有所不同，试分别写出有关反应的离子方程式___________________________________________________________________________________。

7．（8分）单质A、B、C在常温下均为气态，分别由X、Y、Z三种短周期元素组成；Z元素的原子次外层电子数比最外层电子数多1；G是常见的金属单质，D在常温下为液态，H是一种黑色固体。

各物质间的转化关系如右图所示（反应条件多数已略去）;

（1）写出D分子的电子式。

（2）G与D在高温下反应的化学方程式为

。

（3）以石墨为电极电解E的水溶液，其阳

极电极反应式为。

（4）实验室检验F的水溶液中所含金属阳离

子的操作方法、现象和结论是。

8．下图是一些常见物质间的转化关系图，其中组成物质的元素除一种外，都是短周期元素，且反应物、生成物及溶液中的水均未标出，反应②中还有3种产物未标出，有些反应条件也没有标出。

x是室内装潢材料中产生的主要有害气体之一（是有机物），G是由四种元素组成的化学试剂。

回答下列问题：

⑴写出下列物质的化学式：

B、C。

⑵列举两种能氧化X的物质（单质、化合物各一种）、。

⑶写出反应①②的离子方程式：

①。

②。

9．某固体混合物可能由Al、（NH4）2SO4、MgCl2、AlCl3、FeCl2中的一种或几种组成，现对该混合物作如下实验，所得现象和有关数据如图所示（气体体积数据已换算成标准状况下的体积）：

回答下列问题：

混合物中是否存在FeCl2（填“是”或“否”）；

混合物中是否存在（NH4）2SO4（填“是”或“否”），你的判断依据是。

写出反应④的离子方程式：

。

请根据计算结果判断混合物中是否含有AlCl3（说出你的计算依据，不要求写计算过程）。

。

把AlCl3溶液中加热浓缩蒸干，不能得到AlCl3晶体，请你设计一个可行的简易实验方案，怎样从溶液中得到较纯的AlCl3结晶。

10．A盐是一种带有结晶水的淡蓝绿色晶体，溶于水后可电离出三种离子。

通过下列实验可确定A盐的组成。

①准确称量3.920gA溶于适量的稀硫酸中，配成100mL淡绿色溶液。

②取此溶液20.00mL加入足量浓NaOH溶液，加热，生成的气体被20mL0.10mol·L－1H2SO4恰好完全吸收生成正盐。

③另取出20.00mL此溶液于锥形瓶中，用0.02mol·L－1KMnO4溶液滴定（不需用指示剂），当到达终点时，用去KMnO4溶液20.00mL。

④将3.920g晶体溶于适量水中制成溶液，用盐酸酸化后，加入氯化钡溶液，可得白色沉淀，通过过滤、洗涤、干燥、称量，白色沉淀的质量为4.66g。

请回答下列有关问题：

⑴A盐含有的三种离子分别是、、。

⑵实验③中反应的离子方程式是。

⑶通过计算确定A盐的化学式（写出计算过程）。

11．水体中二价汞离子可以与多种阴离子结合成不同的存在形态。

水溶液中二价汞主要存在形态与

、

的浓度关系如图所示[注：

粒子浓度很小时常用负对数表示，

如pH=一lgc（

），pCl=一lgc（

）]。

（1）正常海水（

的浓度大于

0.1mol／L）中汞元素的主

要存在形态是。

少量

Hg（NO3）2溶于0.001mol／L

的盐酸后得到无色透明溶液，

其中汞元素的主要存在形态

是。

（2）Hg（NC3）2固体易溶于水，但溶于水时常常会出现浑浊，其原因是（用离子方程式表示），为了防止出现浑浊，可采取的措施是。

（3）处理含汞废水的方法很多。

下面是常用的两种方法，汞的回收率很高。

①置换法：

用废铜屑处理含

的废水。

反应的离子方程式为。

②化学沉淀法：

用硫化钠处理含Hg（NO3）2的废水，生成HgS沉淀。

已知

Ksp（HgS）=1．6X10-52，当废水中c（S2-）=1×10-5mol／L时，c（Hg2+）=。

专题五物质结构与元素周期律参考答案

（2）电解；

（3）Al3++3H2O

Al（OH）3+3H+；

3.

（1）水煤气

（2）略22.4NA

（4）Na2O2用棉花包裹，放入充满CO2的集气瓶中，棉花燃烧说明是放热反应（直接通CO2于被棉花包裹Na2O2也可，其它合理答案也给分，

（5）7.8g0.39mol

4．丙的电子式：

丁中的化学键类型：

离子键、非极性共价键

（1）甲的沸点比戊：

高，原因是：

水分子之间存在着氢键作用，而硫化氢分子之间不存在氢键

（3）转移的电子数为：

0.2NA

（4）电解反应的离子方程式：

（5）丙燃烧的热化学方程式：

2C2H2（g）+5O2（g）→2H2O（l）+4CO2（g）;ΔH=-2589.6kJ.mol-1（3分）

5．⑴①②③研钵⑵沿玻璃棒向过滤器中的沉淀上加蒸馏水至淹没沉淀，静置使其全部滤出，重复2～3次⑶时间⑷碱式⑸取一根带火星的木条，伸入干燥管内，看木条是否复燃⑹CuO的质量有没有改变　　　

6、

（1）Ar，K，F2（各1分）

（2）NaOH，H2SO4（各2分）（3）K、Na、Mg（2分）

（4）+→K+[]－（2分）

（5）OH－+H2S→H2O+HS－；OH－+HS－→H2O+S2－；（各2分）

（或）2OH－+H2S→2H2O+S2－

7．

（1）

高温

（2）3Fe+4H2O（g）Fe3O4+4H2

（3）2C1-－2e-=C12↑

（4）取少量F的溶液置于一支洁净的试管中，滴入几滴KSCN溶液，观察溶液是否变成红色，如果变红，则证明有Fe3+（其他合理答案均可给分）

8．（12分）⑴HNO3Ag

⑵氧气氢氧化铜悬浊液（或其他合理答案）

⑶）①4Ag＋＋2H2O

4Ag↓＋4H+＋O2↑（每空2分）

②HCHO＋2Ag（NH3）2+＋2OH－

HCOO－＋NH4+＋2Ag↓＋3NH3＋H2O或

HCHO＋4Ag（NH3）2+＋4OH－

2NH4＋＋CO32－＋4Ag↓＋6NH3＋2H2O

9．（12分）

否

是气体通过浓硫酸减少4.48L

AlO2－＋H＋＋H2O===Al（OH）3↓

由题中信息可推得一定含有Al、（NH4）2SO4和MgCl2三种物质，而计算出这三种物质的质量之和刚好等于28.1g，所以一定没有AlCl3

往氯化铝溶液中加入一定量的浓盐酸后，再加热浓缩析出晶体（每空2分）

10．⑴3Fe2＋、NH4＋、SO42－

⑵MnO4－＋5Fe2＋＋8H＋==5Fe3＋＋Mn2＋＋4H2O

⑶（NH4）2Fe（SO4）2·6H2O

计算过程：

11．（