高中化学人教版必修2（练习）1_2_2 元素周期表和元素周期律的应用含解析
第2课时 元素周期表和元素周期律的应用
目标导航] 1.知道元素周期表的简单分区。2.进一步认识元素周期表是元素周期律的具体表现形式。3.了解元素的原子结构、周期表中的位置与元素性质的关系。4.体会元素周期表和元素周期律在科学研究和工农业生产中的指导意义。
一、元素周期表的分区及元素化合价规律
1．金属元素与非金属元素的分区及性质递变规律
请填写出图中序号所示内容。
①增强 ②减弱 ③增强 ④增强 ⑤Al ⑥Si ⑦金属 ⑧非金属
点拨 (1)周期表的左下方是金属性最强的元素(钫)，右上方是非金属性最强的元素(氟)。碱性最强的是FrOH，酸性最强的含氧酸是HClO4。
(2)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。
2．元素的化合价与元素在周期表中的位置之间关系
主族元素的最高正化合价等于原子所能失去或偏移的最外层电子数，而非金属的负化合价则等于使原子达到8电子稳定结构所需得到的电子数。所以，非金属元素的最高正化合价和它的负化合价的绝对值之和等于8。
(1)最高正化合价＝族序数＝原子最外层电子数(O、F除外)。
(2)最高正化合价＋|最低负化合价|＝8。
议一议
判断正误，正确的打“√”，错误的打“×”
(1)根据元素周期律可知金属性最强的是钫，非金属性最强的是氦( )
(2)金属不可能具有非金属性，非金属不可能具有金属性( )
(3)锗元素属于金属元素，但也具有一定的非金属性( )
答案 (1)× (2)× (3)√
二、元素周期表和元素周期律的应用
1．根据同周期、同主族元素性质的递变规律判断元素性质的强弱(或大小)。
2．应用于元素“位置—结构—性质”的相互推断。
3．预测新元素
为新元素的发现及预测它们的原子结构和性质提供线索。
4．寻找新物质
(1)在金属与非金属分界线附近寻找半导体材料。
(2)研究氟、氯、硫、磷附近元素，制造新农药。
(3)在过渡元素中寻找催化剂和耐高温、耐腐蚀的合金材料。
议一议
将下面左右两侧对应内容连线
答案
一、元素位置、原子结构、元素性质之间的关系
例1 如图是元素周期表的一部分，
关于元素X、Y、Z的叙述正确的是( )
①X的气态氢化物与Y的最高价氧化物对应的水化物能发生反应生成盐 ②Y、Z的气态氢化物的水溶液的酸性：Y
H2YO4>H3XO4，下列判断正确的是( )
A．原子半径按X、Y、Z的顺序逐渐减小
B．单质的氧化性按X、Y、Z的顺序减弱
C．三种元素阴离子的还原性按X、Y、Z的顺序增强
D．气态氢化物的稳定性按X、Y、Z的顺序减弱
答案 A
解析 同周期X、Y、Z三种元素的最高价氧化物的水化物的酸性由强到弱的顺序是HZO4>H2YO4>H3XO4，知X、Y、Z的原子序数为XY，A错误；根据Z、W的原子半径相差不大，化合价不同，且W只有负价，则其可能是O，Z是N，两者的单质直接反应生成NO，B错误；据此判断可知X是Mg，Y是Al；Y的最高价氧化物的水化物是氢氧化铝，其不溶于氨水，C错误；一定条件下，氧气可以和氨气反应生成水和氮气，D正确。
答案 D
规律总结
1．元素金属性强弱的判断规律
本质：原子越易失电子，则金属性就越强。
(1)根据元素周期表进行判断：
同一周期：从左到右，随着原子序数的递增，元素的金属性逐渐减弱。
同一主族：从上到下，随着原子序数的递增，元素的金属性逐渐增强。
(2)在金属活动性顺序中越靠前，金属性越强。如Zn排在Cu的前面，则金属性：Zn>Cu。
(3)根据金属单质与水或者与酸(非氧化性酸如盐酸、稀硫酸等)反应置换出氢气的难易(或反应的剧烈)程度。置换出氢气越容易，则金属性就越强。如Zn与盐酸反应比Fe与盐酸反应更易置换出氢气，则金属性：Zn>Fe。
(4)根据金属元素最高价氧化物对应水化物碱性的强弱。碱性越强，则原金属单质的金属性就越强。如碱性：NaOH>Mg(OH)2，则金属性：Na>Mg。
(5)一般情况下，金属单质的还原性越强，则元素的金属性就越强；对应金属阳离子的氧化性越强，则元素的金属性就越弱。如还原性：Na>Mg，则金属性：Na>Mg，氧化性：Na＋Cu。
特别提醒 (1)一般来说，在氧化还原反应中，单质的氧化性越强(或离子的还原性越弱)，则元素的非金属性就越强；单质的还原性越强(或离子的氧化性越弱)，则元素的金属性就越强。故一般来说，元素的金属性和非金属性的强弱判断方法与单质的氧化性和还原性的强弱判断方法是相一致的。
(2)金属性强弱的比较，是比较原子失去电子的难易，而不是失去电子的多少。如Na易失去1个电子，而Mg易失去2个电子，但Na的金属性更强。
2．元素非金属性强弱的判断规律
本质：原子越易得电子，则非金属性就越强。
(1)根据元素周期表进行判断：
同一周期：从左到右，随着原子序数的递增，元素的非金属性逐渐增强。
同一主族：从上到下，随着原子序数的递增，元素的非金属性逐渐减弱。
(2)非金属元素单质与H2化合的难易程度：化合越容易，非金属性越强。如F2与H2在黑暗中就可反应，Br2与H2在加热条件下才能反应，则非金属性：F>Br。
(3)形成气态氢化物的稳定性：气态氢化物越稳定，元素的非金属性越强。如稳定性：HF>HCl，则非金属性：F>Cl。
(4)最高价氧化物对应水化物的酸性强弱：酸性越强，对应非金属元素的非金属性就越强。如酸性：HClO4>HBrO4，则非金属性：Cl>Br。
(5)一般情况下，非金属单质的氧化性越强，则元素的非金属性就越强；对应阴离子的还原性越强，则元素的非金属性就越弱。如氧化性Cl2>Br2，则非金属性：Cl>Br。
(6)置换反应：如Cl2＋2Br－===2Cl－＋Br2，则非金属性：Cl>Br。
(7)根据与同一种金属反应，生成化合物中金属元素的化合价的高低进行判断。例如：Cu＋Cl2CuCl2,2Cu＋SCu2S，即得非金属性：Cl>S。
变式训练2 X、Y是元素周期表第ⅦA族中的两种元素。下列叙述能说明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．Y的单质能将X从NaX的溶液中置换出来
C．X的单质比Y的单质更容易与氢气反应
D．同浓度下X的氢化物水溶液比Y的氢化物水溶液的酸性强
答案 C
解析 因X、Y是元素周期表中第ⅦA族的元素，若X原子的电子层数多，则说明X比Y的非金属性弱，A错误；B项事实说明Y比X更活泼，B错误；根据单质与H2化合的难易判断，X2与H2化合更容易，说明氧化性：X2>Y2，则非金属性：X>Y，C正确；非金属元素氢化物水溶液酸性的强弱不能作为元素非金属性强弱的判断依据，D错误。
1.短周期中三种元素a、b、c在周期表中的位置如图，下列有关这三种元素的叙述正确的是( )
A．a是一种活泼的非金属元素
B．c的最高价氧化物的水化物是一种弱酸
C．b的氢化物很稳定
D．b元素的最高化合价为＋7价
答案 C
解析 根据元素周期表可判断出a、b、c分别为He、F、S，对照选项，C正确。
2．下列说法正确的是( )
A．在元素周期表中金属与非金属分界线左边的元素均为金属元素
B．Na、Mg、Al的还原性依次减弱
C．F、Cl、Br的非金属性依次增强
D．NaOH、KOH、Mg(OH)2的碱性依次减弱
答案 B
解析 在元素周期表中金属在分界线左边，但分界线左边的并不都是金属元素，如氢元素，A错；Na、Mg、Al位于同一周期，根据元素周期律，其还原性依次减弱，B正确；F、Cl、Br位于同一主族，根据元素周期律，其非金属性依次减弱，C错；K的金属性强于Na，KOH碱性强于NaOH，D错。
3．锗(Ge)是第四周期第ⅣA族元素，处于元素周期表中金属区与非金属区的交界线上，下列叙述正确的是( )
A．锗是一种金属性很强的元素
B．锗的单质具有半导体的性能
C．锗化氢(GeH4)稳定性很强
D．锗酸(H4GeO4)是难溶于水的强酸
答案 B
解析 依据同主族元素性质递变规律可知：气态氢化物稳定性：CH4>SiH4>GeH4，而已知硅烷(SiH4)不稳定，故GeH4稳定性很弱；最高价氧化物的水化物的酸性：H2CO3>H4SiO4>H4GeO4，H4SiO4难溶于水，故H4GeO4为难溶于水的弱酸。因为锗处于元素周期表中金属区与非金属区的交界线上，所以锗单质应具有半导体的性能。
4．下列不能说明氯元素的非金属性比硫元素强的事实是( )
①HCl比H2S稳定 ②HClO氧化性比H2SO4强
③HClO4酸性比H2SO4强 ④Cl2能与H2S反应生成S
⑤氯原子最外层有7个电子，硫原子最外层有6个电子
A．②⑤ B．①② C．①②④ D．①③⑤
答案 A
解析 判断元素的非金属性强弱是根据元素的最高价氧化物对应的水化物的酸性强弱(即最高价含氧酸)，而不是氧化性强弱，故②错，③对；最外层电子数多的非金属性不一定强，如最外层电子数I>O，但非金属性IY>Z
B．单质沸点：X>Y>Z
C．离子半径：X2－>Y＋>Z－
D．原子序数：X>Y>Z
答案 D
解析 短周期元素X、Z形成的最低价离子为X2－、Z－，Y＋和Z－具有相同的电子层结构，则X、Y、Z三种元素分别处于第ⅥA、ⅠA、ⅦA族。又知X和Y处于同一周期，Y＋和Z－具有相同的电子层结构，从而推知X、Y、Z分别为S、Na和F。原子最外层电子数：F>S>Na，A错误；Na单质为金属，S、F2为非金属单质，S为固体，F2为气体，显然沸点：Na>S>F2，B错误；具有相同电子层结构的离子，元素的原子序数越大，原子半径越小，Na＋、F－具有相同的电子层结构，则离子半径：F－>Na＋，S2－多一个电子层，所以S2－半径最大，C错误；三种元素的原子序数关系为S>Na>F，D正确。
题组2 由元素在周期表的位置推断元素性质
6.X、Y、Z、W均为短周期元素，它们在周期表中的相对位置如右图所示。若Y原子的最外层电子数是内层电子数的3倍，下列说法中正确的是( )
A．原子半径：W＞Z＞Y＞X
B．最高价氧化物对应水化物的酸性W比Z弱
C．Y的气态氢化物的稳定性较Z的弱
D．四种元素的单质中，Z的熔、沸点最高
答案 D
解析 Y原子的最外层电子数是内层电子数的3倍，则Y为O，故X为N，Z为S，W为Cl，A错误；HClO4酸性比H2SO4酸性强，B错误；H2O比H2S稳定，C错误；S为固体，其他为气体，D正确。
7．某同学设计如下元素周期表，以下说法正确的是( )
A．X、Y、Z元素分别为N、P、O
B．白格中都是主族元素，灰格中都是副族元素
C．原子半径：Z＞X＞Y
D．X、Y、Z的气态氢化物中最稳定的是Y的氢化物
答案 A
解析 从元素周期表中找出规律，左侧第二周期原子序数应是3、5、6、7，右侧第二周期原子序数应为4、8、9、10，左侧第三周期原子序数应为11、13、14、15
，右侧第三周期原子序数应为12、16、17、18，故X、Y、Z三种元素分别是N、P、O，A正确；白格中的He、Ne、Ar都是稀有气体，0族的，不属于主族元素，B错误；原子半径大小：P＞N＞O，C错误；非金属性越强，其氢化物越稳定，非金属性：O＞N＞P，最稳定的是O的氢化物，D错误。
8．(1)X元素的原子核外有2个电子层，其中L层有5个电子，该元素在周期表中的位置为________________________________________________________________________，
最高价氧化物的化学式为________，该元素的氢化物和最高价氧化物对应水化物反应的化学方程式为________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)Y为短周期元素，若其最高价氧化物对应水化物的化学式为HYO3，则此时Y元素的化合价为________，Y原子的最外层电子数为________，其气态氢化物的化学式为________。
答案 (1)第二周期第ⅤA族 N2O5 NH3＋HNO3===NH4NO3 (2)＋5价 5 YH3
解析 (1)由X元素的原子结构可知，X为氮元素，其最高价氧化物的化学式为N2O5，其气态氢化物的化学式为NH3，该元素最高价氧化物对应水化物的化学式为HNO3。
(2)Y元素的化合价为＋5价，则Y原子的最外层电子数为5，其气态氢化物的化学式为YH3。
能力提升]
9．元素在周期表中的位置，反映了元素的原子结构和元素的性质。下图是元素周期表的一部分。
(1)阴影部分元素在元素周期表中的位置为________族。
(2)根据元素周期律预测：H3AsO4属于强酸还是弱酸？________。
(3)C和Si元素的氢化物都可以燃烧，但Si元素的氢化物在空气中可以自燃，其原因是________________________________________________________________________。
试写出Si的氢化物完全燃烧的化学方程式：_________________________________
________________________________________________________________________。
(4)O2与H2的反应是不可逆反应，而S与H2反应有一定限度，请写出Se与H2反应的化学方程式：________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(5)试比较S、O、F三种元素的原子半径大小：________________________________(填元素符号)。
答案 (1)第ⅤA (2)弱酸 (3)SiH4的稳定性小于CH4 SiH4＋2O2SiO2＋2H2O (4)Se＋H2H2Se (5)S＞O＞F
解析 (1)图中阴影部分为氮族元素，即第ⅤA族。
(2)在周期表中，砷元素的非金属性比磷元素弱，磷酸属于中强酸，故H3AsO4属于弱酸。
(3)甲烷(CH4)燃烧产生二氧化碳和水，硅烷(SiH4)的性质与甲烷相似，它在空气中燃烧的产物应该是水和硅的氧化物，即：SiH4＋2O2SiO2＋2H2O。
(4)同主族元素从上到下非金属性逐渐减弱，“S与H2反应有一定限度”属于可逆反应，故Se与H2反应也应该是可逆反应，反应的化学方程式为Se＋H2H2Se。
(5)S与O同主族，原子序数S＞O，故原子半径S＞O；O与F同周期，原子序数O＜F，故原子半径O＞F，所以原子半径：S＞O＞F。
10．现有部分短周期元素的性质或原子结构如下表：
元素编号
元素性质或原子结构
T
M层上电子数是K层上电子数的3倍
X
最外层电子数是次外层电子数的2倍
Y
常温下单质为双原子分子，其氢化物水溶液呈碱性
Z
元素最高正价是＋7价
(1)元素X位于元素周期表的第________周期第______族，它的一种核素可测定文物年代，这种核素的符号是________。
(2)元素Y的原子结构示意图为________，与氢元素形成一种离子YH，写出某溶液中含有该微粒的检验方法________________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)元素Z与元素T相比，非金属性较强的是________(用元素符号表示)，下列表述中能证明这一事实的是______(填字母)。
a．常温下Z的单质和T的单质状态不同
b．Z的氢化物比T的氢化物稳定
c．一定条件下Z和T的单质都能与氢氧化钠溶液反应
(4)探寻物质的性质差异性是学习的重要方法之一。T、X、Y、Z四种元素的最高价氧化物对应的水化物中化学性质明显不同于其他三种的是________，理由是_______________
________________________________________________________________________。
答案 (1)二 ⅣA C
(2) 取适量溶液放入试管，然后加入浓NaOH溶液，加热，若产生能使湿润的红色石蕊试纸变蓝的气体，可以证明该溶液中含有NH(答案合理即可)
(3)Cl b (4)H2CO3 H2CO3是弱酸(或非氧化性酸)
拓展探究]
11．制冷剂是一种易被压缩、液化的气体，液化后在管内循环，蒸发时吸收热量，使环境温度降低，达到制冷的目的。人们曾采用乙醚、NH3、CH3Cl等作制冷制，但它们不是有毒就是易燃，于是科学家根据元素性质的递变规律来开发新的制冷剂。根据已有知识，某些元素化合物的易燃性、毒性变化趋势如下：
(1)氢化物的易燃性：
SiH4＞PH3＞H2S＞HCl，则________＞________＞H2O＞HF(填物质的化学式)。
(2)化合物的毒性：
PH3＞NH3，CCl4＞CF4；则H2S________(填“＞”、“＝”或“＜”，下同)H2O，CS2________CO2。
于是科学家们开始把注意力集中在含F、Cl的化合物上。
(3)已知CCl4的沸点为76.8 ℃，CF4的沸点为－128 ℃，新的制冷剂的沸点范围应介于二者之间，经过较长时间的反复实验，发现了制冷剂CF2Cl2(氟利昂)，其他类似的制冷剂可以是________。
(4)然而这种制冷剂造成的当今某一环境问题是________________________________。
但求助于周期表中元素及其化合物的__________(填字母)变化趋势开发制冷剂的科学思维方法是值得借鉴的。
①毒性 ②沸点 ③易燃性 ④水溶性 ⑤颜色
A．①②③ B．②④⑤
C．②③④ D．①②④⑤
答案 (1)CH4 NH3 (2)＞ ＞ (3)CFCl3或CF3Cl (4)使大气臭氧层出现空洞 A
解析 (1)根据元素周期律，氢化物越稳定的元素，非金属性越强，从题中所给出的信息可知，氢化物的易燃性顺序为SiH4＞PH3＞H2S＞HCl，因此得出氢化物越不稳定的越易燃烧，很容易得出氢化物的易燃性顺序：CH4＞NH3＞H2O＞HF。
(2)根据已知化合物的毒性PH3＞NH3、CCl4＞CF4，总结规律得出结论：同类型的化合物，非金属性越弱的元素形成的化合物毒性越强，因此毒性：H2S＞H2O，CS2＞CO2。
(3)根据题中信息CCl4的沸点76.8 ℃、CF4的沸点－128 ℃，说明只含碳与氯元素的化合物沸点高，而只含C与F元素的化合物沸点低，因此组成中含C、Cl、F元素的化合物的沸点将会介于76.8 ℃和－128 ℃之间，故其他类似的制冷剂可以是CFCl3或CF3Cl。
