人教版化学必修二1-2-3课件第一章 物质结构 元素周期律 62页

元素周期律和元素周期表的诞生是 19 世纪化学科学的重大成就之一，具有重要的哲学意义、自然科学意义和实际应用价值。 门捷列夫在研究元素周期表时，科学地预言了 11 种尚未发现的元素，为它们在周期表中留下空位。例如，他认为在铝的下方有一个与铝类似的元素 “ 类铝 ” ，并预测了它的性质。 1875 年，法国化学家发现了这种元素，将它命名为镓。镓的性质与门捷列夫推测的一样。门捷列夫还预测在硅和锡之间存在一种元素 —— “ 类硅 ” ， 15 年后该元素被德国化学家文克勒发现，为了纪念他的祖国，将其命名为 “ 锗 ” 。你知道门捷列夫是如何做出如此准确的预测的吗？门捷列夫作出这一伟大预言的科学依据是什么？元素周期表中元素性质之间存在着怎样的内在联系呢？ ● 梳理导引 1 ．周期表中金属元素区和非金属元素区 (1) 分界线的划分：沿着周期表中 ______________ 跟 ____________ 之间画一条虚线，虚线的左面是 __________ 元素，右面是 ____________ 元素。 (2) 各区域金属性、非金属性的强弱特点： 周期表的左下方是 ______________ 性最强的元素，是 ____________ 元素；右上方是 ____________ 性最强的元素，是 ____________ 元素；最后一个纵行是 ____________ 元素。在分界线附近的元素，既能表现出一定的 ________ 性，又能表现出一定的 ____________ 性。 2 ．位、构、性关系在生产实践中的应用 (1)____________ 、 ____________ 和 ____________ 三者之间的密切关系，除了能指导人们进行化学学习和化学研究外，对于指导生产实践也具有十分重要的意义。 (2) 在探寻新材料中的应用 ① 根据在元素周期表中位置靠近的元素具有相似的性质这一规律，可以利用元素周期表寻找新材料。 ② 人们可以在 ____________ 寻找半导体材料，还可以在过渡元素中寻找优良的 ____________ 。 ③ 位于元素周期表 Ⅲ B 和 Ⅳ B 的过渡元素如钛 (Ti) 、钽 (Ta) 、钼 (Mo) 、 钨 (W) 等的单质，多具有 ____________ 等特点，人们利用它们为原料制作航空航天器材。 ④ 人们还利用元素周期表寻找合适的 ____________ 材料、 ____________ 材料等。 (3) 在探矿领域的应用 地球上化学元素的分布与 ____________ 有着密切的关系。 ① 相对原子质量较小的元素在地壳中含量 ____________ ， ____________ 较大的元素在地壳中含量较少； ② 原子序数是偶数的元素在地壳中的含量 ____________ ，原子序数是奇数在地壳中的含量 ____________ ； ③ 处于地球表面的元素多数呈现 ____________ 态，处于岩层深处的元素多数呈现 ____________ ； ④ ____________ 一般是强烈的亲石元素，主要富集于岩石圈的上层。 答案： 1.(1) 硼　砹　金属　非金属 (2) 金属　钫　非金属　氟　稀有气体　金属 非金属 2 ． (1) 元素的性质　元素在周期表中的位置　元素的原子结构 (2) ② 金属元素和非金属元素的交界处　催化剂 ③ 耐高温、耐腐蚀　 ④ 超导　磁性 (3) 它们在元素周期表中的位置 ① 较多　相对原子质量　 ② 较多　较少　 ③ 高价　低价态　 ④ 碱金属 ● 问题探究 1 ．什么元素的金属性最强？什么元素的非金属性最强？它们分别位于元素周期表中的什么位置？ 提示： 由周期表中同一周期和同一主族元素金属性和非金属性的递变规律可以看出：周期表的左下方是金属性最强的元素，是钫元素；右上方是非金属性最强的元素，是氟元素；由于元素的金属性和非金属性之间并没有严格的界线，位于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。如铝元素的单质有金属光泽，能导电，能跟酸反应置换出 H 2 ，但铝又能跟 NaOH 溶液反应产生 H 2 ，且 Al 2 O 3 、 Al(OH) 3 具有两性，因此铝元素既表现一定的金属性，又表现一定的非金属性。 再如硅元素能跟 H 2 反应生成气态氢化物 SiH 4 ，其最高价氧化物 SiO 2 是酸性氧化物，最高价氧化物对应的水化物 H 2 SiO 3 是酸；但硅单质有金属光泽，是半导体材料，因此硅元素既表现一定的非金属性，又表现一定的金属性。 2 ．学习元素周期表知识有什么重要意义？元素周期表有什么重要应用？ 提示： 明确元素周期表的重要应用：对化学学习、为研究物质结构、发现新元素、合成新物质提供理论指导作用；还对生产实践有重要的指导作用。总之，在哲学、自然科学、生产实践等方面都具有十分重要的价值。在回答该问题时，要有具体的事例说明。 ● 细品教材 1 ．金属元素与非金属元素的分界线：沿着周期表中硼、硅、砷、碲、砹跟铝、锗、锑、钋之间画一条虚线，虚线的左面是金属元素，虚线的右面是非金属元素。这条虚线就是金属元素与非金属元素的分界线。 ( 详见教材 17 页图 1 － 9) 2 ． “ 分界线 ” 附近元素的性质特点：既能表现出一定的金属性，又能表现出一定的非金属性。 a 3 ．元素金属性与非金属性最强的方位：周期表的左下方是金属性最强的元素；周期表的右上方是非金属性最强的元素。 ● 典例精析 【例 1 】　在元素周期表中，主族元素自第 Ⅲ A 族的硼到第 Ⅳ A 族的砹连一条斜线，即为金属与非金属的分界线，从分界线附近可以找到 ( 　　 ) A ．耐高温材料 B ．新型农药材料 C ．半导体材料 D ．新型催化剂材料 【解析 】 　 由于元素的金属性和非金属性之间没有严格的界线，因此，位于分界线附近的元素，既能表现出一定的金属性，又能表现出一定的非金属性，适合于做半导体材料。耐高温材料一般在过渡元素的合金中寻找；新型农药材料一般在氟、氯、硫、磷等所在的区域里进行研究，有助于制造出新品种的农药；新型催化剂材料一般在过渡元素中寻找。 【答案 】 　 C 【点拨】　 在周期表中，位置靠近的元素性质相近，这能启发人们在周期表中一定的区域内寻找新的物质。答题时，要按照这个思路去分析和思考。 在短周期元素中，最活泼的金属元素是 ____________ ，最活泼的非金属元素是 ____________ ，能与冷水发生剧烈反应且有气体放出的单质是 ____________ ，元素最高价氧化物对应水化物中，碱性最强的是 ____________ ，酸性最强的是 ____________ ，气态氢化物中最稳定的是 ____________ 。 【解析 】 　 考查周期表中 1 ～ 20 号元素中具有某些特殊性质的元素。对这些元素需要识记。 【答案 】 　 Na 　 F 　 Na 、 F 2 　 NaOH 　 HClO 4 　 HF ● 细品教材 1 ． 元素金属性和非金属性的递变规律 (1) 同周期元素，从左至右，核电荷数依次增多，而电子层数相同，故原子核对最外层电子的作用力逐渐增强，则失电子能力逐渐减弱，得电子能力逐渐增强，因此元素的金属性逐渐减弱，非金属性逐渐增强。 例如，第三周期元素中， Na 、 Mg 、 Al 的金属性逐渐减弱，而 Si 、 P 、 S 、 Cl 的非金属性逐渐增强。 (2) 同主族元素，自上而下，电子层数依次增多，原子半径依次增大，原子核对核外电子的作用力逐渐减弱，则失去电子能力逐渐增强，得电子能力逐渐减弱，因此金属性逐渐增强，非金属性逐渐减弱。 例如，第 Ⅰ A 族的碱金属元素，从 Li 到 Cs 金属性逐渐增强而第 Ⅶ A 族元素从 F 到 I 非金属性逐渐减弱。 (3) 金属与非金属元素之间没有严格的界限，位于 “ 分界线 ” 附近的元素，既有一定的金属性，又有一定的非金属性。 2 ．同周期、同主族元素性质的递变规律及其原因 同周期 ( 从左到右 ) 同主族 ( 从上到下 ) 最外层电子数 由 1 逐渐增加到 7 相同 主要化合价 最高正价： ＋ 1  ＋ 4  ＋ 7 负化合价： － 4  － 1 最高正价相同 负化合价相同 原子半径 逐渐减小 逐渐增大 同周期 ( 从左到右 ) 同主族 ( 从上到下 ) 金属性非金属性 逐渐减弱逐渐增强 逐渐增强逐渐减弱 逐渐减弱逐渐增强 逐渐增强逐渐减弱 非金属单质与氢气化合难易程度 由难到易 由易到难 非金属气态氢化物稳定性 由小到大 由大到小 同周期 ( 从左到右 ) 同主族 ( 从上到下 ) 得失电子能力 失电子能力由强到弱得电子能力由弱到强 失电子能力由弱到强得电子能力由强到弱 单质的氧化性和还原性 还原性逐渐减弱氧化性逐渐增强 氧化性逐渐减弱还原性逐渐增强 阴离子的还原性 阴离子还原性逐渐减弱 阴离子还原性逐渐增强 3. 元素的化合价与元素在周期表中位置的关系 元素的化合价与原子的电子层结构，特别是与最外层中电子的数目有密切关系。 (1) 主族元素的最高正化合价＝主族序数＝价电子数。 (2) 非金属元素：最高正化合价＋ | 负化合价 | ＝ 8 。 友情提示：元素原子的最外电子层中的电子也叫价电子，有些元素的化合价与原子的次外层或倒数第三层的部分电子有关，这部分电子也叫价电子。 ● 典例精析 【例 2 】　 ( 山东济南外国语学校 2009 ～ 2010 学年度第二学期期末测试， 5) 下列叙述正确的是 ( 　　 ) A ．同主族元素自上而下，得电子能力增强 B ．最外层电子数小于 4 的一定是金属元素 C ．同周期元素中 Ⅰ A 族元素的原子半径最小 D ．酸性： HClO 4 >H 2 SO 4 >H 3 PO 4 【解析 】 　 同主族元素自上而下，失电子能力增强，得电子能力减弱，故 A 项错误；最外层电子数小于 4 的元素也可能是非金属元素，如 H 元素，故 B 项错误；同周期元素中自左向右原子半径逐渐减小，所以 Ⅰ A 族元素的原子半径最大，故 C 项错误； Cl 、 S 、 P 处于同一周期且非金属性依次减弱，故 D 项正确。 【答案 】 　 D 【例 3 】　已知同周期的三种元素 X 、 Y 、 Z 的最高价氧化物对应水化物的酸性由强到弱的顺序是： HZO 4 >H 2 YO 4 >H 3 XO 4 ，则下列推断正确的是 ( 　　 ) A ．三种元素的原子序数按 Z 、 Y 、 X 的次序增大 B ．单质的氧化性按 X 、 Y 、 Z 的次序减弱 C ．阴离子的还原性按 X 、 Y 、 Z 顺序增大 D ．气态氢化物的稳定性按 X 、 Y 、 Z 的顺序增强 【解析 】 　 因为 X 、 Y 、 Z 是同一周期的三种元素，其最高价氧化物对应水化物的酸性由强到弱的顺序是： HZO 4 >H 2 YO 4 >H 3 XO 4 。根据同周期元素性质的递变规律，最高价氧化物对应水化物的酸性越强，则对应元素的单质非金属性越强，氧化性越强： Z>Y>X ，原子序数越大： Z(Z)>Z(Y)>Z(X) ，原子半径越小： r (X )> r (Y )> r (Z ) ，气态氢化物的稳定性越大： XH 3 Y 2 － >Z － 。所以，只有选项 D 正确。 【答案 】 　 D 【点拨】　 要熟练掌握和运用同周期元素性质的递变规律，以及与非金属性强弱相一致的其他性质，并能已知 1 个推出其他多个。 下列各组元素中，按最高正价递增顺序排列的是 ( 　　 ) A ． C 、 N 、 O 、 F 　　　　 B ． K 、 Mg 、 C 、 S C ． F 、 Cl 、 Br 、 I D ． Li 、 Na 、 K 、 Rb 【解析 】 　 A 选项， C 的最高正价为＋ 4 ， N 为＋ 5 ， O 、 F 一般无正价； B 选项， K 为＋ 1 价， Mg 为＋ 2 价， C 为＋ 4 价， S 为＋ 6 价； C 选项， Cl 、 Br 、 I 最高正价均为＋ 7 ； D 选项中元素均为＋ 1 价。 【答案 】 　 B 今有三种短周期元素 X 、 Y 、 Z ，已知其最高价氧化物对应的水化物的酸性强弱是 H 2 XO 3 Y>Z B ． X>Z>Y C ． Y>X>Z D ． Z>Y>X 【解析 】 　 由于元素的非金属性越强，形成的最高价氧化物对应的水化物的酸性越强，依据酸性强弱顺序 H 2 XO 3 Y>X 。 【答案 】 　 D 【点拨】　 判断金属性或非金属性的强弱或相应化合物的酸碱性、稳定性、阳离子的氧化性和阴离子的还原性是高考的常见题型，解答此类题目首先应判断金属性或非金属性的强弱，然后利用金属性或非金属性的强弱与形成化合物性质的关系，作出相应的分析和判断。 ● 细品教材 1 ． 构、位、性三者之间的关系 2 ． “ 构、位、性 ” 三者的规律 (1) 元素在元素周期表中的位置决定着元素的原子结构，而原子结构又反映出元素在周期表中的位置。 (2) 原子结构决定元素的性质，而元素的性质可以反映出其原子结构。 (3) 根据元素在周期表中的位置可以推出元素的性质，而根据元素的性质也可以预测其在周期表中位置。 (4) “ 构、位、性 ” 三者的关系是相辅相成的，只要知道其中某个因素，便可以得出其另外两个因素。例如： 某元素在元素周期表中位于第五周期第 Ⅵ A 族，即可推出该元素的原子有五个电子层，最外层有 6 个电子， 原子结构示意图为： 即可推出该元素有较强的非金属性，但其非金属性比硫弱。 3 ．学习元素周期律和元素周期表的意义 (1) 元素周期表是元素周期律的具体表现形式，是学习化学的一种重要工具。在周期律和周期表的指导下，可对元素性质进行系统研究，并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。如发现 117 号元素，可推测它可能具有的性质：因 117 号元素位于周期表第七周期第 Ⅶ A ，属于卤族元素，则结合同族元素递变规律及金属、非金属分界线，知 117 号元素应为金属元素，主要化合价为＋ 1 、＋ 3 、＋ 5 、＋ 7 价，是固体有色金属等。 (2) 由于在周期表中位置靠近的元素其性质相近。在周期表一定区域内寻找元素，发现物质的新用途被视为一种相当有效的方法，如在周期表中金属与非金属的分界处，可以找到半导体材料。通常用来制造农药的元素有氟、氯、硫、磷等在周期表中的位置靠近，在一定的区域内。人们还可在过渡元素中寻找催化剂和耐高温、耐腐蚀的合金材料。 ● 典例精析 【例 4 】　某元素 X 最高价含氧酸的相对分子质量为 98 ，且 X 的氢化物的分子式不是 H 2 X ，那么下列说法正确的是 ( 　　 ) A ． X 的最高价含氧酸的分子式可表示为 H 3 XO 4 B ． X 是第二周期第 Ⅴ A 族元素 C ． X 是第二周期第 Ⅵ A 族元素 D ． X 的最高化合价为＋ 4 价 【解析 】 　 最高价含氧酸的相对分子质量为 98 的酸常见的有两种：硫酸和磷酸。且磷元素的氢化物的分子式不是 H 2 X ，而是 PH 3 ，故 X 应为磷。 【答案 】 　 A 【点拨】　 此题考查了原子结构、元素在周期表中的位置与物质性质的关系。 【例 5 】　 ( 山师大附中 2009 ～ 2010 学年度高一下学期期中考试， 10)1898 年，居里夫妇经过一段漫长、枯燥而又艰苦的工作，终于从数吨的沥青铀矿石中提炼出一小撮放射性粉末，并分离出了两种放射性元素钋和镭，其中镭是元素周期表中第 7 周期 Ⅱ A 族的元素，下列关于镭的性质的描述中，不正确的是 ( 　　 ) A ．在化合物中显＋ 2 价 B ．单质能和水剧烈反应放氢气 C ．氢氧化物显两性 D ．碳酸盐难溶于水 【解析 】 　 由镭是元素周期表中第 7 周期 Ⅱ A 族的元素，故其化学性质非常活泼， AB 项正确。由 Ⅱ A 族的元素的递变性可知氢氧化镭为强碱，故 C 项错误。又由于 Ⅱ A 族的元素的碳酸盐中碳酸镁难溶、碳酸钙难溶、碳酸钡难溶等，所以依次类推碳酸镭也难溶，故 D 项正确。 【答案 】 　 C (2009 · 北京理综 ) W 、 X 、 Y 、 Z 均为短周期元素， W 的最外层电子数与核外电子总数之比为 7  17 ； X 与 W 同主族； Y 的原子序数是 W 和 X 的原子序数之和的一半；含 Z 元素的物质焰色反应为黄色。下列判断正确的是 ( 　　 ) A ．金属性： Y>Z B ．氢化物的沸点： X>W C ．离子的还原性： X>W D ．原子及离子半径： Z>Y>X 【解析 】 　 考查元素周期表与周期律。根据已知条件，易判断出 W 、 X 、 Y 、 Z 分别是 Cl 、 F 、 Al 、 Na 。金属性 AlCl 2 ，因此还原性 F － Al>F ；但对于核外电子层结构相同的阴阳离子，核电荷数小的离子半径大，故 F － >Na ＋ >Al 3 ＋ ， D 错。 本题考查对元素周期表的理解应用。综合考虑元素的位置和元素原子的结构，推出它们各是什么元素，然后根据元素周期律的知识判断元素性质。 【答案 】 　 B A 、 B 、 C 、 D 、 E 是前四周期的元素，其原子序数依次增大。 A 、 C 两元素的电子层数相同， A 、 E 两元素的最外层电子数和次外层电子数也相同。 A 和 C 可形成化合物 AC ， D 和 E 可形成化合物 ED 2 ， B 原子最外层上的电子数比最内层上的电子数多 1 个。 (1) 推出这五种元素的名称和符号； (2) 写出 AC 、 ED 2 的化学式； (3) 写出这五种元素最高价氧化物对应水化物的化学式，并分析其酸、碱性变化情况； (4)C 元素位于元素周期表的第 ____________ 周期，第 __________ 族。 D 元素的最高正价是 __________ ，价电子数是 ____________ 。 【解析 】 　 A 、 C 两元素的电子层数相同， A 、 B 、 C 原子序数依次增大，所以， A 、 B 、 C 处于同一周期。 A 、 E 两元素的最外层电子数和次外层电子数也相同，则 A 、 E 两元素位于同一主族，且它们是第三、四两周期的元素，若是第一、二周期或第二、三周期，则 A 、 E 两元素的次外层电子数不可能也相同。所以， E 是 K 或 Ca ， A 是 Na 或 Mg 。 若 A 是 Na ， E 是 K ，由 A 和 C 形成化合物 AC 推知， C 是 Cl ；而 D 在 C 与 E 之间， D 应是氩 (Ar ) ，但 D 和 E 形成化合物 ED 2 ，故 A 不可能是 Na ， E 不可能是 K 。 若 A 是 Mg ， E 是 Ca ，由 A 和 C 形成化合物 AC 推知， C 是 S ， AC 是 MgS ；而 D 在 C 与 E 之间， D 应是氯 (Cl ) ， ED 2 是 CaCl 2 ， B 在 A 、 C 之间，且 B 原子最外层上的电子数比最内层上的电子数多 1 个，所以， B 是铝。 【答案 】 　 (1)A 是镁 (Mg) ， B 是铝 (Al) ， C 是硫 (S) ， D 是氯 (Cl ) ， E 是钙 (Ca) (2)MgS ， CaCl 2 【点拨】　 (1) 对于某些复杂的推断题，往往不能一步到位地确定某种具体元素，这时，可先确定某个范围，再在这个范围内结合条件进行假设、推断、排除。 (2) 通过假设推断出来的元素一般还要进行验证。 (3) 划定范围要根据条件，有所指向，有的放矢。 ● 资料备选 1 ．根据原子序数推断元素在周期表中的位置 第一、二、三、四、五、六、七周期最多容纳的元素种类依次为 2 、 8 、 8 、 18 、 18 、 32 、 32 ，稀有气体 He 、 Ne 、 Ar 、 Kr 、 Xe 、 Rn 的原子序数依次为 2 、 10 、 18 、 36 、 54 、 86 。用某元素的原子序数减去比它小且相近的稀有气体元素的原子序数，其差即为该元素所在的纵列数。由于镧系元素和锕系元素的存在，当原子序数在 72 ～ 85 之间或大于 103 时，其差值再减去 14 后为该元素所在的纵列数。然后根据族的排列顺序，确定族，而周期序数比与它相近的原子序数小的稀有气体元素周期大 1 。 2 ．根据离子电子层结构相同的 “ 阴上阳下 ” 推断法 具有相同电子层结构的离子，形成阳离子的元素在周期表中位于形成阴离子的元素的左下方，阴离子所带的负电荷数越大，原子序数越小，而阳离子所带的正电荷数越大，原子序数越大。 如 a X ( n ＋ 1) ＋ 、 b Y n ＋ 、 c Z ( n ＋ 1) － 、 d M n － 的电子层结构相同，则它们的原子序数关系为： a > b > d > c 。 3 ．根据上下左右原子序数的 “ 图示代数推算法 ” 如同周期相邻两元素，原子序数相差 1 ，熟记同主族相邻两元素原子序数的差值为 2 、 8 、 18 、 32 。 【例】　元素周期表中有相邻元素 A 、 B 、 C ， A 与 B 同周期， B 与 C 同主族，它们的原子最外层电子数之和为 19 ，原子序数之和为 41 ，则这三种元素的名称分别为： A____________ ， B____________ ， C____________ 。 【解析 】 　 据题意可知，相邻元素 A 、 B 、 C 在周期表中的位置可能是如下情况： 从 “ 原子序数之和为 41 ” 可判断 A 、 B 、 C 为短周期元素。假设为 ① 中情况，设 B 元素原子序数为 x ，则 C 元素原子序数为 x － 8 ， A 元素原子序数为 x ＋ 1 ，则 x ＋ x － 8 ＋ x ＋ 1 ＝ 3 x － 7 ＝ 41 ，所以 x ＝ 16 ，即 B 为硫， A 为氯， C 为氧，最外层电子数为 6 ＋ 7 ＋ 6 ＝ 19 ，恰好符合题意，所以该情况合理。按 ② 、 ③ 、 ④ 分别求解，可知只有 ① 符合题意。 【答案 】 　 氯　硫　氧