学年化学鲁科必修2讲义第一章 原子结构与元素周期律 第3节 第2课时含答案文档格式.docx

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电子层数

逐渐增多

原子半径

逐渐增大

得电子能力

逐渐减弱

失电子能力

逐渐增强

单质与H2化合的条件

暗处

爆炸

点燃或

光照

加热

（200℃）

更高温度下，缓慢反应，可逆

氢化物的稳定性

最高价氧化物对应水化物的酸性

单质的氧化性

离子的还原性

2.碱金属元素原子结构与性质的相似性和递变性

锂（Li）

钠（Na）

钾（K）

铷（Rb）

铯（Cs）

都为1

为＋1价

都是活泼金属，都能与氧气、水等物质发生反应

最高价氢氧化物

LiOH

NaOH

KOH

RbOH

CsOH

碱性

具有很强的碱性

Li

Na

K

Rb

Cs

单质活泼性

单质与O2和H2O反应剧烈程度

阳离子氧化性

最高价氧化物对应水化物的碱性

3.理论解释

（1）同主族元素性质的相似性

同主族元素原子的最外层电子数相同，所以同主族元素性质具有相似性。

（2）同主族元素性质的递变性

同主族元素原子的电子层数依次增多，原子半径逐渐增大，原子得电子的能力（元素的非金属性）逐渐减弱，失电子的能力（元素的金属性）逐渐增强。

【议一议】

1．根据元素周期表推断第1～6周期中最活泼的金属元素和非金属元素分别是什么？

在元素周期表中处于什么位置？

答案　最活泼的金属元素为铯，在元素周期表的左下角，最活泼的非金属元素为氟，位于元素周期表的右上方。

2．元素周期表中ⅠA族元素全部是碱金属元素吗？

答案　ⅠA族元素除H外都是碱金属元素。

3．你能说明同主族元素性质相似性和递变性的原因吗？

答案　同主族元素原子的最外层电子数相同，所以同主族元素性质具有相似性。

同主族元素原子的电子层数逐渐增多，原子半径增大，所以元素原子失电子能力增强，得电子能力减弱，元素的金属性增强，非金属性减弱。

二、元素周期表在科研及生产中的应用

1．科学预测物质的性质

根据元素在元素周期表中的位置，推测元素的原子结构，从而可以预测其主要性质。

2．寻找可合成特定性质的物质

（1）在金属元素和非金属元素的交界处寻找制备半导体材料的元素。

（2）在过渡金属元素中寻找制备催化剂的材料，并通过加入少量稀土元素改善催化剂的性能。

（3）在ⅣB到ⅥB族的过渡金属元素中寻找耐高温、耐腐蚀的材料，用以制造火箭、导弹、宇宙飞船等。

（4）利用元素周期表寻找合适的超导材料、磁性材料等。

（5）研究元素周期表右上角的元素，合成新农药。

3．地球上化学元素的分布

（1）相对原子质量小的元素，地壳中含量多；

相对原子质量大的元素，地壳中含量少。

（2）原子序数是偶数的元素，地壳中含量多；

原子序数是奇数的元素，地壳中含量少。

（3）碱金属一般是强烈的亲石元素，主要富集在岩石圈。

（4）地球表面的元素多数呈现高价态，地层深处的元素多数处于低价态。

1．请分析下列有关铍、锂、钙、钡的性质。

（1）单质铍和单质钡能否都与冷水发生剧烈反应？

（2）比较单质铍和锂，单质铍和钙分别与相同物质的量浓度的盐酸反应的快慢？

（3）氢氧化铍是强碱吗？

答案　

（1）铍不与冷水反应，钡能与冷水剧烈反应。

（2）锂比铍、钙比铍与盐酸反应放出氢气快。

（3）氢氧化铍是弱碱。

2．将钾投入到氯化钠或硫酸铜溶液中能否置换出钠或铜？

答案　不能。

因为钾很活泼，钾容易和水反应。

3．镓（Ga）与铝同族，请写出镓的氯化物和氨水反应的化学方程式。

答案　Ga和Al同主族，其最高化合价也应为＋3价，镓的氯化物为GaCl3，Ga（OH）3的碱性强于Al（OH）3，根据Al（OH）3难溶于水，可预测Ga（OH）3也难溶于水，所以反应的化学方程式写为GaCl3＋3NH3·

H2O===Ga（OH）3↓＋3NH4Cl。

一、同主族元素原子结构与性质的相似性与递变性

同主族元素原子结构与性质的递变规律

内容

同主族自上而下

原子结构

增多

最外层电子数

相同

元素性质

原子得电子能力

减弱

原子失电子能力

增强

元素的金属性

元素的非金属性

单质还原性与氧化性

还原性增强，氧化性减弱

元素的主要化合价

最高正价数＝主族序数

（F无正价，O无最高正价）

非金属元素气态氢化物的形成及稳定性

形成由易到难，稳定性由强到弱

最高价氧化物对应的水化物

非金属气态氢化物的还原性

离子氧化还原能力

阴离子还原性

【例1】　X、Y为同主族元素，Y的原子半径大于X，下列说法正确的是（m、n均为正整数）（　　）

A．若HnXOm为强酸，则X的氢化物溶于水一定显酸性

B．若X（OH）n为强碱，则Y（OH）n也一定为强碱

C．若HnY的水溶液为酸性，则HnX的酸性比HnY的酸性更强

D．若Y的最高正价为＋7，则X的最高正价一定为＋7

解析　若该酸为硝酸，则氨气溶于水溶液显碱性，A错误；

若X（OH）n为强碱，X、Y为同主族金属元素，Y的原子半径大于X，金属性Y＞X，则Y（OH）n也一定为强碱，B正确；

若X为O元素、Y为S元素，H2S的水溶液为酸性，但H2O为中性，即HnX的酸性比HnY的酸性弱，C错误；

若Y的最高正价为＋7，则X、Y为ⅦA族的同主族元素，若X为F元素，则F没有正化合价，D错误。

答案　B

【方法思路】　利用“族同、式同、性相似”推断物质化学式和性质：

同一主族元素的单质或化合物的组成、结构和性质具有相似性和递变性，根据这一规律可预测未学物质的组成和性质。

变式训练1　砷（As）为第4周期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．砷在通常情况下是固体

B．可以存在－3、＋3、＋5等多种化合价

C．H3AsO4的酸性比H3PO4弱

D．单质砷的还原性比单质磷弱

答案　D

解析　根据氮气为气体，磷为固体，可推断砷为固体，A正确；

ⅤA族元素最高正价为＋5价，最低负价为－3价，氮和磷均有－3、＋3、＋5等化合价，可推知砷具有－3、＋3、＋5等化合价，B正确；

同主族自上而下，元素的非金属性逐渐减弱，最高价氧化物水化物的酸性减弱，C正确；

同主族元素自上而下，原子半径增大，原子失电子能力增强，单质还原性增强，D不正确。

二、元素周期表中“位”、“构”、“性”

1．“位”、“构”、“性”的关系

2．元素“位”、“构”、“性”的相互推断

（1）元素推断的常用思路

（2）“位”、“构”、“性”相互推断的突破口

①利用元素原子或离子核外电子排布特征推断。

②利用元素及其化合物的”特征性质”推断

a．原子核内无中子的元素、阳离子核外无电子的元素、原子半径最小的元素、常温下单质气体密度最小的元素是H。

b．形成化合物种类最多的元素、其单质是天然物质中硬度最大的元素、其气态氢化物中氢元素的质量分数最高的元素是C。

c．空气中含量最多、与氧元素可以形成两种以上气态化合物、气态氢化物的水溶液呈碱性、其气态氢化物可以和其最高价氧化物对应的水化物反应（即化合反应）生成盐（或离子化合物）的元素是N。

d．其气态氢化物和其气态氧化物反应生成其单质和水的短周期元素可能是N或S；

其气态氢化物与其最高价含氧酸能发生氧化还原反应的元素是S。

e．地壳中含量最多的元素、氢化物沸点最高的元素、氢化物在通常情况下呈液态的元素是O。

f．地壳中含量最多的金属元素、短周期中同周期的三种元素最高价氧化物对应水化物两两皆反应，则必定含有Al。

g．最高价氧化物对应水化物酸性最强的元素是Cl。

h．只有负价不存在正价的元素、不存在含氧酸的非金属元素、单质的氧化性最强（或阴离子还原性最弱）的元素、单质在暗处能与氢气剧烈化合的元素、气态氢化物最稳定的元素、其气态氢化物的水溶液可雕刻玻璃的元素、非金属性最强的元素是F。

i．其最高价氧化物或其最高价氧化物对应的水化物既能与强酸反应，又能与强碱反应的短周期元素是Be、Al。

j．其单质常温下为液态的非金属元素为Br；

常温下，其单质是有色气体的元素是F、Cl。

③利用元素化合价特征推断

a．最高正化合价不等于族序数的短周期元素：

O、F。

F没有正化合价，O的化合价无＋6价。

b．短周期中，最高正化合价与最低负化合价代数和为0的元素是H、C、Si；

最高正化合价与最低负化合价绝对值之差为4或最高正化合价是最低负化合价绝对值3倍的短周期元素是S。

c．金属元素只有正化合价，非金属元素（除F和O族元素外）都有正化合价和负化合价。

除个别元素（如N元素），原子序数为奇数的元素，其化合价也常呈奇数价，原子序数为偶数的元素，其化合价也常呈偶数价。

【例2】　W、X、Y、Z四种短周期元素在元素周期表中的相对位置如图所示，W的气态氢化物可与其最高价含氧酸反应生成离子化合物，由此可知（　　）

A．X、Y、Z中最简单氢化物稳定性最弱的是Y

B．Z元素氧化物对应水化物的酸性一定强于Y的

C．X元素形成的单核阴离子还原性强于Y

D．Z元素单质在化学反应中只表现氧化性

解析　W的气态氢化物可与其最高价含氧酸生成离子化合物，W为N元素，根据图示元素的位置关系，推知X、Y、Z分别为O、S、Cl元素。

A项正确，元素气态氢化物的稳定性同周期从左到右逐渐增强，同主族自上而下逐渐减弱，氢化物稳定性：

X（H2O）>

Y（H2S），Y（H2S）<

Z（HCl）；

B项不正确，同主族元素的最高价氧化物的酸性从左到右增强，但氯元素低价态氧化物对应水化物的酸性不一定强于S，如HClO的酸性比H2SO3酸性弱；

C项不正确，同主族元素简单阴离子的还原性自上到下增强，还原性：

S2－>

O2－；

D项不正确，Cl2中Cl元素的化合价处于中间价态，既有氧化性又有还原性，如Cl2与水反应或与NaOH溶液反应既表现氧化性，又表现还原性。

答案　A

【方法规律】　位—构—性相互推断题的解题方法

（1）构建恰当的思维模式

（2）形成正确的解题方法

①已知元素原子或离子的核外电子排布。

―→

②已知元素单质或化合物的性质（特性）。

变式训练2　如图是部分短周期元素化合价与原子序数的关系图，下列说法不正确的是（　　）

A．原子半径：

Z>

Y>

X

B．气态氢化物的稳定性：

R>

W

C．WX3为酸性氧化物

D．Y和Z两者最高价氧化物对应的水化物能相互反应

解析　X后面的一种元素没有最高正价，则知X为氧元素。

根据短周期元素的主族序数＝元素的最高正价数（O、F除外）可推断：

Y为钠元素，Z为铝元素，W为硫元素，R为氯元素。

原子半径：

Y（Na）>

Z（Al）>

X（O），A不正确；

气态氢化物稳定性R（HCl）>

W（H2S），B正确；

WX3（SO3）与H2O化合生成H2SO4,SO3是酸性氧化物，C正确；

Y（Na）和Z（Al）对应的最高价氧化物的水化物分别为NaOH与Al（OH）3，它们二者能发生反应：

NaOH＋Al（OH）3===Na[Al（OH）4]，D正确。

【解题反思】　

（1）本题思路：

化合价与原子序数关系图

确定X、Y、Z、W、R的元素类别―→元素在周期表中位置―→逐项解答。

（2）根据化合价推断元素主族位置的方法有：

①最高正化合价＝最外层电子数＝主族序数；

②已知负价（或阴离子符号），则先根据最高正化合价＝8－最低负价的绝对值求出最高正价，再确定主族位置；

③利用元素特征价态推断，如最高正化合价不等于族序数的短周期元素有O、F（F无正化合价）。

1．下列有关元素的性质及其递变规律叙述正确的是（　　）

A．同主族元素形成的单质熔、沸点自上而下逐渐升高

B．核外电子排布相同的微粒化学性质不一定相同

C．同主族元素含氧酸的酸性随核电荷数的增加而减弱

D．非金属元素的气态氢化物的稳定性越强其沸点就越高

解析　卤族元素自上而下单质熔、沸点升高，碱金属自上而下单质熔、沸点降低，A错误；

核外电子排布相同的微粒，化学性质不一定相同，如Ar原子化学性质稳定，而S2－具有强还原性，B正确；

同主族元素最高价含氧酸的酸性随核电荷数的增加而减弱，C错误；

气态氢化物的稳定性是化学性质，而沸点的高低是物理性质，无直接联系，D错误。

2．关于元素周期表的下列说法中正确的是（　　）

A．同一短周期元素A、B，若A的核电荷数比B大，则B单质的还原性应比A单质强

B．第n主族的元素，其最高化合价必为＋n价

C．同一主族元素的气态氢化物，其相对分子质量越大，热稳定性一定越高

D．同一主族元素，原子半径越大，其单质的氧化性越强

解析　同一短周期元素，从左往右，金属性逐渐减弱，非金属性逐渐增强，A正确；

第ⅦA族的F无正价，B错误；

同一主族元素，从上往下，非金属性逐渐减弱，气态氢化物的相对分子质量逐渐增大，但热稳定性逐渐减弱，C错误；

同一主族元素从上往下，原子半径逐渐增大，非金属性逐渐减弱，单质的氧化性逐渐减弱，D错误。

3．X、Y是元素周期表中ⅦA族中的两种元素，下列叙述中能说明X的非金属性比Y强的是（　　）

A．X原子的电子层数比Y原子的电子层数多

B．X的氢化物水溶液的酸性比Y的氢化物水溶液的酸性强

C．X的气态氢化物比Y的气态氢化物稳定

D．Y的单质能将X从NaX的溶液中置换出来

答案　C

解析　X原子电子层数多于Y，在同主族中X位于Y的下一周期，同主族由上向下元素的非金属性减弱，X的非金属性比Y弱，A不正确；

同主族由上到下，元素最高价氧化物对应水化物的酸性逐渐减弱，而不是氢化物水溶液的酸性减弱，如酸性：

氢氟酸<

盐酸，B不正确；

元素的非金属性越强，其氢化物越稳定，C正确；

Y单质能够将X从其盐溶液中置换出来，说明Y的非金属性强于X，D不正确。

4．“北大富硒康”中含有微量元素硒（Se），对人体有保健作用。

已知硒为第4周期ⅥA族元素，根据它在周期表中的位置推测硒不可能具有的性质为（　　）

A．硒化氢很稳定

B．硒化氢的水溶液显弱酸性

C．得电子能力弱于硫

D．最高价氧化物的水化物的酸性：

H3AsO4＜H2SeO4＜HBrO4

解析　根据同主族元素性质可以推出其化合物性质的变化规律，ⅥA族中硫的氢化物H2S不稳定，因此硒化氢更不稳定，A项错误；

同族元素性质相似，H2S水溶液显弱酸性，所以硒化氢水溶液也应该有弱酸性，B项正确；

根据元素得电子能力越强，对应的最高价氧化物的水化物酸性越强判断D项正确；

同一主族中由上到下得电子能力逐渐减弱，所以C项正确。

5．短周期元素甲、乙、丙、丁的原子序数依次增大，甲和乙形成的气态化合物的水溶液呈碱性，乙位于ⅤA族，甲和丙同主族，丁原子最外层电子数与电子层数相等，则下列说法正确的是（　　）

乙>

丙>

丁

B．单质的还原性：

丁>

甲

C．丙、乙、丁的氧化物一定分别为碱性氧化物、酸性氧化物和两性氧化物

D．乙、丙、丁的最高价氧化物对应的水化物能相互反应

解析　由甲和乙形成的气态化合物的水溶液呈碱性，知甲和乙形成的化合物为NH3，又因甲的原子序数小于乙（乙位于ⅤA族），知甲是H，乙是N；

甲和丙同主族，且丙的原子序数大于乙（N），则丙是Na；

丁的原子序数大于丙（Na），说明丁属于第3周期，又因丁原子最外层电子数与电子层数相等，所以丁是Al。

同周期元素从左到右原子半径逐渐减小，即原子半径丙（Na）＞丁（Al），同主族元素原子半径自上而下原子半径增大，即原子半径：

丁（Al）＞P，因此原子半径：

丙（Na）＞丁（Al）＞乙（N），A不正确；

同周期元素从左到右金属性逐渐减弱，对应单质的还原性减弱，即还原性：

丙（Na）＞丁（Al）>

甲（H2），B不正确；

Na2O2不属于碱性氧化物，NO、NO2不是酸性氧化物，Al2O3为两性氧化物，C不正确；

乙、丙、丁的最高价氧化物对应的水化物分别为HNO3、NaOH、Al（OH）3，Al（OH）3为两性氢氧化物，既能与酸反应，又能与碱反应，D正确。

6.四种短周期元素X、Y、Z、W在元素周期表中的相对位置如表所示，Y、Z质子数之和为20，下列说法中不正确的是（　　）

A．X、Y、Z、W均为非金属元素

B．X、Y、W的氢化物中，W的氢化物稳定性最小

C．Z的阳离子与Y的阴离子电子层结构相同

D．W元素的简单离子半径大于Z元素的简单离子半径

解析　设Y的原子序数为y，则y＋y＋8－2＝20，y＝7，则Y为氮（N），Z为铝（Al），X为碳（C），W为硫（S），A错误；

C、N、S元素形成的氢化物中，H2S受热易分解，最不稳定，B正确；

Al3＋与N3－都是10e－，C正确；

S2－有3个电子层，比Al3＋（有2个电子层）半径大，D正确。

7．下表为元素周期表的一部分，请回答有关表中①～⑬元素的问题：

族

周期　　

ⅠA

ⅡA

ⅢA

ⅣA

ⅤA

ⅥA

ⅦA

2

①

③

④

⑤

⑥

3

⑦

②

⑧

⑨

⑩

4

⑪

⑫

⑬

（1）表中元素⑦的原子结构示意图为________________，⑧的元素符号是________。

（2）表中金属性最强的元素是________，非金属性最强的元素是________（填元素符号）；

________单质室温下呈液态（填化学式）。

（3）表中元素⑤和⑨氢化物的稳定性顺序为________>

________（填化学式，下同）；

⑨和⑩最高价氧化物对应水化物的酸性：

________>

________。

（4）表中能形成两性氢氧化物的元素是________（填写元素符号），分别写出该元素的氢氧化物与⑩、⑪最高价氧化物的水化物反应的离子方程式：

_________________________、________________________________。

（5）⑩和⑬非金属性的强弱顺序为________>

________（填元素名称），请设计一个实验方案证明⑩和⑬非金属性的强弱，写出操作步骤和现象：

_______________________________。

答案　

（1）

　Si

（2）K　F　Br2

（3）H2O　PH3　HClO4　H3PO4

（4）Al　Al（OH）3＋3H＋===Al3＋＋3H2O

Al（OH）3＋OH－===[Al（OH）4]－

（5）氯　溴　取少量新制氯水和CCl4于试管中，用胶头滴管向试管中滴加NaBr溶液，振荡静置，溶液下层呈橙色

解析　

（1）由元素的位置可知⑦原子核外有三个电子层，最外层有1个电子；

⑧为Si。

（2）同一周期从左到右非金属性逐渐增强；

同一主族从上到下金属性逐渐增强，故金属性最强的元素是⑪（即K），非金属性最强的元素是⑥（即F）。

溴单质常温下为液态。

（3）⑤和⑨的氢化物分别为H2O和PH3，同周期从左到右，元素氢化物的稳定性增强，同主族从上到下，元素氢化物的稳定性减弱，所以稳定性H2O>

PH3。

⑨和⑩最高价氧化物对应水化物分别是H3PO4和HClO4，同周期从左到右，元素最高价氧化物水化物的酸性增强，所以酸性HClO4>

H3PO4。

（4）⑩、⑪最高价氧化物对应的水化物分别是HClO4和KOH，二者分别是强酸和强碱。

（5）⑩、⑬的单质分别为Cl2和Br2，可利用单质间的置换反应来比较两者氧化性强弱。

分层训练

[基础过关]

题组1　元素周期表的应用

1．在元素周期表中位于金属元素和非金属元素交界处最容易找到的材料是（　　）

A．制催化剂的材料

B．耐高温、耐腐蚀的合金材料

C．制农药的材料

D．半导体材料

解析　位于元素周期表中，金属元素和非金属元素交界处的元素既有金属性又有非金属性，可在此处寻找半导体材料。

题组2　同主族元素性质的相似性和递变规律

2．下列说法正确的是（　　）

A．周期表中ⅠA族元素称为碱金属元素

B．ⅠA、ⅡA族元素的原子，其半径越大越容易失去电子

C．元素原子的最外层电子数等于元素的最高化合价

D．HCl、HBr、HI的还原性依次减弱

解析　ⅠA族除H外的元素为碱金属元素，A不正确；

ⅠA、ⅡA族元素原子，半径越大，原子对核外电子吸引力越小，越容易失去电子，B正确；

F没有正价，O没有＋6价，C项不正确；

HCl、HBr、HI的还原性依次增强，D不正确。

3．铊（Tl）是超导体的组成成分之一，铊位于第6周期ⅢA族，下列对铊的性质推导可能正确的是（　　）

①铊是易导电的银白色金属　②Tl（OH）3是两性氢氧化物　③Tl3＋的氧化能力比Al3＋的强　④单质能跟稀HNO3反应生成硝酸盐

A．①④B．②③

C．只有①D．只有④

解析　根据元素在周期表中的位置和元素性质递变规律解题。

Tl位于第6周期ⅢA族，与Al同主族。

同主族元素，随着原子序数的增大，失电子能力逐渐增强，金属离子的氧化性逐渐减弱，最高价氧化物对应水化物的碱性逐渐增强，可知①、④正确。

4．有X、Y两种元素，原子序数≤20，X的原子半径小于Y，且X、Y原子的最外层电子数相同（选项中m、n均为正整数）。

下列说法正确的是（　　）

A．若X（OH）n为强碱，则Y（OH）n也一定为强碱

B．若HnXOm为强酸，则X的氢化物溶于水一定显酸性

C．若X元素形成的单质是X2，则Y元素形成的单质一定是Y2

D．若Y的最高正价为＋m，则X的最高正价一定为＋m

解析　由X的原子半径小于Y且X、Y原子的最外层电子数相同，则推知X、Y属同主族，且X在Y的上方，因此若X（OH）n为强碱，则Y（OH）n也一定为强碱，A正确；

HnXOm为强酸，其氢化物溶于水不一定显酸性，若HnXOm为HNO3，NH3溶于水显碱性，B不正确；

若X元素单质是X2，但Y元素单质不一定为Y2，如O2和S,N2和P，C不正确；

若Y是Cl，其最高正价为＋7价，则X为F，无最高正价，D不正确。

5．短周期金属元素甲～戊在元素周期表中的相对位置如表所示，下面判断正确的是（　　）

丙＜丁＜戊

B．金属性：

甲＞丙

C．最高价氧化物对应水化物的碱