高考化学考点27 元素周期律及其应用

高考化学考点27 元素周期律及其应用

1 一、元素周期律一、元素周期律 1．定义 元素的性质随着原子序数的递增而呈周期性变化的规律。 2．实质 元素性质的周期性变化是元素原子核外电子排布周期性变化的必然结果。 3．元素周期表中主族 元素性质的递变规律 内容 同周期(从左到右) 同主族(从上到下) 原子半径 逐渐减小 逐渐增大 电子层结构 电子层数相同，最外层电子数 逐渐增多 电子层数逐渐增多，最外层电 子数相同 得电子能力 逐渐增强 逐渐减弱 失电子能力 逐渐减弱 逐渐增强 金属性 逐渐减弱 逐渐增强 非金属性 逐渐增强 逐渐减弱 最高价氧化物对 应水化物的酸碱性 酸性逐渐增强，碱性逐渐减弱 酸性逐渐减弱，碱性逐渐增强 非金属元素气态氢化 物的形成及稳定性 气态氢化物的形成越来越容易， 其稳定性逐渐增强 气态氢化物的形成越来越困难， 其稳定性逐渐减弱 4．元素金属性和非金属性的比较 比较金属性和非金属性的强弱，主要有以下 3 种方法： （1）结构比较法 最外层电子数越少，电子层数越多，元素金属性越强；最外层电子数越多，电子层数越少，非金属性 越强。 （2）位置比较法 金属性“右弱左强，上弱下强，右上弱左下强” 元素周期表 非金属性“左弱右强，下弱上强，左下弱右上强” 金属活动性顺序 按 K、Ca、Na、Mg、Al、Zn、Fe、Sn、Pb、Cu、Hg、Ag、 2 Pt、Au 的顺序，金属性减弱 非金属活动性顺 序 按 F、O、Cl、Br、I、S 的顺序，非金属性减弱 （3）实验比较法 5．微粒半径的比较 二、元素周期律的应用二、元素周期律的应用 1．比较不同主族、不同周期元素及化合物的性质[来源:] 如金属性 Mg>Al，Ca>Mg，则碱性 Mg(OH)2>Al(OH)3，Ca(OH)2>Mg(OH)2，即 Ca(OH)2>Al(OH)3。 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， 3 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。 考向一 元素金属性和非金属性的比较 典例 1 不能判断甲比乙非金属性强的事实是 A．常温下甲能与氢气直接化合，乙不能 B．甲的氧化物对应的水化物酸性比乙强 C．甲的得电子能力比乙强 D．甲、乙形成的化合物中，甲显负价，乙显正价 【答案】B 1．下列实验操作不能达到实验目的的是 选项 实验操作 实验目的 A Cl2、Br2 分别与 H2 反应 比较氯、溴的非金属性强弱 B 向 MgCl2、AlCl3 溶液中分别滴加氨水 比较镁、铝的金属性强弱 C 测定相同物质的量浓度的 Na2CO3、Na2SO4 的溶液的 pH 比较碳、硫的非金属性强弱 D Fe、Cu 分别放入稀盐酸中 比较铁、铜的金属性强弱 过 关 秘 籍 （1）通常根据元素原子在化学反应中得、失电子的难易程度判断元素非金属性或金属性的强弱，而不 是根据得、失电子数的多少。 4 （2）通常根据最高价氧化物对应水化物的酸性或碱性的强弱判断元素非金属性或金属性的强弱，而不 是根据其他化合物酸性或碱性的强弱来判断。 （3）金属性是指金属原子失电子能力的性质，金属活动性是指在水溶液中，金属原子失去电子能力的 性质，二者顺序基本一致，仅极少数例外。如金属性 Pb>Sn，而金属活动性 Sn>Pb。 （4）利用原电池原理比较元素金属性时，不要忽视介质对电极反应的影响。如 Al−Mg−NaOH 溶液构 成原电池时，Al 为负极，Mg 为正极；Fe−Cu−HNO3(浓)构成原电池时，Cu 为负极，Fe 为正极。 考向二 微粒半径大小的比较 典例 1 下列各组微粒半径大小顺序正确的是 A．r(O)>r(Cl)>r(S)>r(P) B．r(Al3+)>r(Mg2+)>r(Ca2+)>r(Ba2+) C．r(H+)>r(Al3+)>r(Mg2+)>r(K+) D．r(Cs)>r(K)>r(Na)>r(Li) 【思路分析】 【答案】D 2．X、Y、Z 均为短周期元素，其中两种为金属元素，一种为非金属元素，其原子半径分别为 X Y Z 原子半径/nm 0.154 0.130 0.071 X、Y 处于同一周期，三种元素形成的简单离子具有相同的电子层结构。下列说法正确的是 5 A．原子最外层电子数：Z>X>Y B．三种元素可能为同周期元素[来源:学_科_网 Z_X_X_K] C．原子序数：Y>X>Z D．离子半径：X>Y>Z “三看”法快速判断简单微粒半径的大小 一看电子层数：最外层电子数相同时，电子层数越多，半径越大。 二看核电荷数：当电子层结构相同时，核电荷数越大，半径越小。 三看核外电子数：当电子层数和核电荷数均相同时，核外电子数越多，半径越大。 1．元素周期律揭示元素性质的递变规律，既有相似性又有递变性，下列递变规律正确的是 A.第 2 周期元素氢化物的稳定性顺序是 HF>H2O，所以第 3 周期元素氢化物的稳定性顺序也是 HCl>H2S B.ⅣA 族元素氢化物的熔点顺序是 SiH4>CH4，所以ⅥA 族元素氢化物的熔点顺序也是 H2S>H2O C.ⅦA 族元素的非金属性是 F>Cl，所以ⅦA 族元素氢化物的酸性也是 HF>HCl D.镁比铝活泼，工业上用电解熔融氧化铝制备铝，所以工业上也用电解熔融氧化镁制备镁 2．已知短周期元素的四种离子 A2＋、B＋、C3－、D－具有相同的电子层结构，则下列叙述中正确的是 A．原子序数：D＞C＞B＞A B．原子半径：B＞A＞C＞D C．离子半径：C3－＞D－＞A2＋＞B＋ D．氧化性：A2＋＞B＋，还原性：C3－＜D－ 3．下列有关性质的比较，不能用元素周期律解释的是 A．密度：Na＞K B．0.1 mol·L－1 溶液的 pH：NaOH＞LiOH C．还原性：I－＞Br－ D．Mg、Al 与同浓度盐酸反应，Mg 更剧烈 4．下列比较正确的是 A.离子半径：Na+>Mg2+>Al3+>Cl-；原子半径：Na>Mg>Al>Cl B.稳定性：HF>H2O>NH3>CH4；还原性：HFKOH>Mg(OH)2>NaOH；金属性：Cs>K>Mg>Na 6 D.酸性：HClO>H2SO4>H2CO3；非金属性：Cl>S>C 5．可以验证硫元素比氯元素的非金属性弱的事实是 ①硫和氢气在加热条件下能形成硫化氢，硫化氢在 300 ℃左右分解；氯气和氢气在点燃或光照下生成氯 化氢，氯化氢很难分解 ②向氢硫酸中滴入氯水有单质硫生成 ③硫、氯气分别与铜和铁的反应产物是 FeS、Cu2S、FeCl3、CuCl2 ④高氯酸(HClO4)的酸性强于硫酸的 ⑤盐酸的酸性强于氢硫酸的 A.①②③④ B.只有①② C.只有②③④ D.①②③④⑤ 6．短周期元素 W、X、Y、Z 的原子序数依次增大，W 的单质是空气中体积分数最大的气体，W 与 Y 最外 层电子数之和为 X 最外层电子数的 2 倍，X、Y、Z 简单离子的电子层结构相同，Z 最外层电子数等于最 内层电子数。下列说法正确的是 A．元素非金属性由强到弱的顺序：Y、X、W B．W 的简单气态氢化物比 Y 的简单气态氢化物稳定 C．原子半径由大到小的顺序：Z、Y、X、W D．WX 与 ZX 中的化学键类型相同 7．如图所示是氯气的制备以及氯、溴、碘的非金属性比较实验，充分反应一段时间后，打开装置 D 的活塞， 将装置 D 中少量溶液加入装置 E 中，振荡，观察实验现象，下列说法正确的是 A.F2 不能与 NaCl 溶液反应置换出氯气 B.装置 B 中可盛放水吸收氯气中的 HCl 气体 C.装置 E 下层呈现紫红色 D.装置 E 中有机试剂层呈现紫红色，能说明非金属性：Br>I 8．短周期主族元素 M、N、R、T 的原子半径与族序数关系如图所示：（已知：10−0.7=0.2） 7 下列推断不正确的是 A．常压下，单质 R 的熔点高于单质 T 的熔点 B．R、T 的简单离子都会破坏水的电离平衡 C．N2M2 与 R2M3 中所含化学键的类型完全相同 D．N、R、T 的最高价氧化物对应的水化物之间能相互反应 9．有四种短周期元素(除稀有气体之外)X、Y、M、N，其中 X 是短周期中金属性最强的元素；Y 原子的最 外层电子数是最内层电子数的 3 倍，是电子层数的 2 倍；M 的单质是一种有色气体，可用于自来水的消 毒；N 的最高价氧化物对应的水化物是药物胃舒平的有效成分，该药物用于治疗胃酸过多。下列说法正 确的是 A．X 有两种常见氧化物，所含的化学键类型完全相同 B．N 与 M 形成的化合物的水溶液显酸性 C．离子半径：N>X，Y>M D．气态氢化物的稳定性：Y>M 10．已知短周期元素 A、B、C、D 最高价氧化物对应水化物分别为 X、Y、Z、W。A 是短周期中原子半径 最大的元素。常温下 X、Z、W 均可与 Y 反应，A、C、D 的原子序数及 0.1 mol/L X、Z、W 溶液的 pH 如图所示。下列说法正确的是 A．B 的离子半径大于 A 的离子半径 B．C 氢化物稳定性大于 D 氢化物稳定性 8 C．X、W 两物质含有的化学键类型相同 D．B 原子的电子层数与最外层电子数相等 11．某研究性学习小组设计了一组实验来探究元素周期律。 甲同学根据元素非金属性与对应最高价含氧酸之间的关系，设计了如图 1 所示的装置来一次性完成同 主族元素碳与硅的非金属性强弱比较的实验。 乙同学设计了如图 2 所示的装置来验证卤族元素性质的递变规律，A、B、C 三处分别是蘸有 NaBr 溶 液的棉花、湿润的淀粉 KI 试纸、湿润的红色试纸。 已知常温下浓盐酸与高锰酸钾反应能够生成氯气。可供选择的试剂有：大理石、碳酸钠粉末、浓盐酸、 稀硝酸、硅酸钠溶液 图 1　　　　　　　　图 2 根据图 1 回答： （1）甲同学设计实验的依据是　　　　　　。从所给试剂中选出最合适的物质：A　　　　　　， B　　　　　　，C　　　　　　。(写化学式) （2）烧瓶中发生反应的离子方程式为　 ；烧杯中发生反应的离子方程式为 　。 根据图 2 回答： （3）乙同学的实验原理是　 。 （4）B 处的实验现象是　 。 （5）B 处主要发生的反应的离子方程式为　 。 （6）乙同学设计的装置能否验证卤族元素性质的递变规律?　　　　　　　(填“能”或“不能”)，理由 是　 。 9 1．[2018 天津卷]下列有关物质性质的比较，结论正确的是 A．溶解度：Na2CO3c>b>a B．4 种元素中 b 的金属性最强 C．c 的氧化物的水化物是强碱 D．d 单质的氧化性比 a 单质的氧化性强 3．[2017 天津]根据元素周期表和元素周期律，判断下列叙述不正确的是 A．气态氢化物的稳定性：H2O＞NH3＞SiH4 B．氢元素与其他元素可形成共价化合物或离子化合物 C．图 1 所示实验可证明元素的非金属性：Cl＞C＞Si D．用中文“ ”（ào）命名的第 118 号元素在周期表中位于第七周期 0 族 4．[2016·全国Ⅲ]四种短周期主族元素 W、X、Y、Z 的原子序数依次增大，W、X 的简单离子具有相同电子 层结构，X 的原子半径是短周期主族元素原子中最大的，W 与 Y 同族，Z 与 X 形成的离子化合物的水溶 液呈中性。下列说法正确的是 A．简单离子半径：WZ 5．[2015·上海]不能作为判断硫、氯两种元素非金属性强弱的依据是 A．单质氧化性的强弱 B．单质沸点的高低 10 C．单质与氢气化合的难易 D．最高价氧化物对应的水化物酸性的强弱 6．[2015·全国Ⅰ]W、X、Y、Z 均为短周期主族元素，原子序数依次增加，且原子核外 L 电子层的电子数分 别为 0、5、8、8，它们的最外层电子数之和为 18。下列说法正确的是 A．单质的沸点：W>X B．阴离子的还原性：W>Z C．氧化物的水化物的酸性：YY>X，故 A、B 错误；由位置可知，原子序数 Y>X>Z，故 C 正确； 具有相同电子层结构的离子，原子序数大的离子半径小，则离子半径 Z>X>Y，故 D 错误。 1．【答案】A 【解析】非金属性：F>O、Cl>S，故稳定性：HF>H2O、HCl>H2S，A 项正确；H2O 分子间存在氢键，使 氢化物的熔点出现反常，故熔点：H2SN，则 Y 的简单气态氢化物比 W 的简单气态氢化物稳定，B 错误；电子层数越多，半径越大，电子层数相同时，核电荷数越多，半径越小，则原子半径由大到小的 顺序：Z、W、X、Y，C 错误；WX 中是共价键，ZX 中是离子键，D 错误。&网 7．【答案】A 【解析】A 项，F2 极易与水反应生成氟化氢和氧气，所以 F2 不能与 NaCl 溶液反应置换出氯气，正确。B 项，氯气易与水反应生成次氯酸和盐酸，所以不能用水吸收氯气中的杂质，错误。C 项，苯的密度比水 的小，应在上层，所以装置 E 上层呈现紫红色，错误。D 项，溴单质和碘化钾反应生成碘单质，但过量 氯气也会氧化碘离子生成碘单质，造成干扰，所以不能证明非金属性：Br>I，错误。 8．【答案】C 9．【答案】B 【解析】X 为短周期中金属性最强的元素，为钠元素，Y 原子的最外层电子数是最内层电子数的 3 倍， 是电子层数的 2 倍，说明最外层电子数为 6，是硫元素，M 的单质是一种有色气体，可以用于自来水消 毒，为氯元素，N 的最高价氧化物对应的水化物是药物胃舒平的有效成分，是铝元素。钠的氧化物有氧 化钠和过氧化钠两种物质，氧化钠只有离子键，过氧化钠有离子键和共价键，A 错误；氯化铝溶液中， 铝离子水解使溶液显酸性，B 正确；铝离子半径小于钠离子半径，C 错误；硫化氢的稳定性比氯化氢弱， D 错误。 10．【答案】D 【解析】A 是短周期中原子半径最大的元素，则 A 为 Na 元素，则 X 为 NaOH；0.1 mol/L 的 W 溶液 pH=1， 则 W 为一元含氧酸，且 D 的原子序数大于 Na 元素，则 D 为 Cl 元素、W 为 HClO4；0.1 mol/L 的 Z 溶液 pH=0.7，则氢离子浓度为 10−0.7 mol/L=0.2 mol/L，故 Z 为二元强酸，且 C 的原子序数大于 Na 元素，则 C 为 S 元素、Z 为 H2SO4；常温下 X、Z、W 均可与 Y 反应，则 Y 为两性氢氧化物，则 Y 为 Al(OH)3、B 为 Al 元素，Na+、Al3+电子层结构相同，核电荷数越大离子半径越小，故离子半径 Na+>Al3+，故 A 错误； 非金属性 Cl>S，故氢化物稳定性 HCl>H2S，故 B 错误；NaOH 含有离子键、共价键，HClO4 只含有共价 键，两者含有化学键不全相同，故 C 错误；B 为 Al 元素，原子核外有 3 个电子层，最外层电子数为 3， 13 其电子层数与最外层电子数相等，故 D 正确。 11．【答案】（1）较强酸制较弱酸　HNO3 CaCO3　Na2SiO3 （2）CaCO3+2H+ Ca2++CO2↑+H2O +2CO2+2H2O H2SiO3↓+2 或 +CO2+H2O H2SiO3↓+ （3）强氧化剂生成弱氧化剂(或活泼的非金属单质置换不活泼的非金属单质) （4）湿润的淀粉 KI 试纸变蓝 （5）2I-+Cl2 2Cl-+I2 （6）不能　不能验证 Br2 的氧化性强于 I2 【解析】（1）由题意可知，可以通过比较 C、Si 的最高价氧化物对应水化物的酸性强弱来判断碳和硅两 种元素的非金属性强弱。观察图 1，B 为块状固体，则可判断 B 为大理石，应采用稀硝酸(不能使用浓盐 酸，因为浓盐酸有挥发性)与大理石反应制取 CO2，则 A 是 HNO3，B 是 CaCO3，C 是 Na2SiO3。 （ 2 ） 烧 瓶 中 发 生 的 是 大 理 石 与 稀 硝 酸 之 间 的 反 应 ， 反 应 的 离 子 方 程 式 是 CaCO3+2H+ Ca2++CO2↑+H2O。烧杯中发生的是硅酸钠和二氧化碳之间的反应，反应的离子方程式是 +CO2+H2O H2SiO3↓+ (CO2 不足)，或 +2CO2+2H2O H2SiO3↓+2 (CO2 过量)。&网 （3）浓盐酸与高锰酸钾反应会生成氯气，氯气经过 B 处会与 KI 反应生成 I2，由此可知，验证卤族元素 性质的递变规律的实验原理是强氧化剂生成弱氧化剂(或活泼的非金属单质可置换出不活泼的非金属单 质)。 （4）氯气在 B 处与 KI 反应生成单质碘，碘单质与淀粉作用使其变蓝。 （5）B 处主要发生的是氯气与 KI 的反应，其离子方程式是 Cl2+2I- 2Cl-+I2。 【备注】比较非金属性强弱，可比较元素的最高价含氧酸的酸性强弱，若非最高价含氧酸，则可能出现 错误。例如，HClO 的酸性弱于碳酸，但 Cl 的非金属性强于 C。 1．【答案】C B．同周期由左向右非金属的气态氢化物的稳定性逐渐增强，所以稳定性应该是：HCl＞PH3。选项 B 错 2 3SiO  3HCO 2 3SiO  2 3CO  2 3SiO  2 3CO  2 3SiO  3HCO 14 误。 C．C2H5OH 分子中有羟基，可以形成分子间的氢键，从而提高物质的沸点。选项 C 正确。 D．同周期由左向右最高价氧化物的水化物的碱性逐渐减弱，所以碱性应该是：LiOH＞Be(OH)2。选项 D 错误。 点睛：解决此类问题，一个是要熟悉各种常见的规律，比如元素周期律等；另外还要注意到一些反常的 规律。例如：本题的选项 A，比较碳酸钠和碳酸氢钠的溶解度，一般碳酸盐比碳酸氢盐的溶解度小，碳 酸钙难溶，而碳酸氢钙可溶， 但是碳酸钠却比碳酸氢钠溶解度大。此外，比如，碱金属由上向下单质密 度增大，但是钾反常等等。&网 2．【答案】B 【解析】a、b、c、d 分别为 O、Na 或 Mg、Al、S。A、一般电子层数越多，半径越大，同周期从左向右 原子半径减小，因此半径大小顺序是 Na(Mg)>Al>S>O，故 A 错误；B、同周期从左向右金属性减弱，因 此 Na 或 Mg 在 4 种元素中金属性最强，故 B 正确；C、c 的氧化物的水化物为氢氧化铝，为两性氢氧化 物，属于弱碱，故 C 错误；D、同主族从上到下非金属性减弱，因此 S 的氧化性比氧气弱，故 D 错误。 【名师点睛】本题考查元素周期表和元素周期律的知识，首先根据题目信息判断出元素名称，再根据元 素周期律进行知识的判断，这就需要掌握（非）金属性的强弱、微粒半径的大小比较等知识，因此平时 夯实基础知识是关键，同时应注意知识的灵活运用，审清题意。元素周期表、元素周期律是学习化学的 工具和基本规律。元素周期表反映了元素的原子结构、元素的性质及相互转化关系的规律，是根据元素 周期律的具体表现形式，元素周期律是元素周期表排布的依据。元素的原子半径、元素的化合价、元素 的金属性、非金属性、原子核外电子排布都随着原子序数的递增而呈周期性的变化。同一周期的元素原 子核外电子层数相同，从左到右原子序数逐渐增大；同一主族的元素，原子最外层电子数相同，从上到 下原子核外电子层数逐渐增大。原子核外电子排布的周期性变化是元素周期律变化的原因，掌握元素的 单质及化合物的结构、物质的物理性质、化学性质等是进行元素及化合物推断的关键。 3．【答案】C 54、86、118，所以第 118 号元素在周期表中位于第七周期 0 族，D 正确。故选 C。 【名师点睛】熟练应用元素周期律是准确解题的核心。A、C 两项元素的非金属性可以用氢化物的稳定 15 性，最高价氧化物对应水化物的酸性，相互置换能力等来判断。B 项则涉及到离子化合物、共价化合物 的判断，可以根据组成元素来判断。 4．【答案】B 【解析】X 的原子半径是短周期主族元素原子中最大的，为钠元素，ZX 形成的化合物为中性，说明为氯 化钠，则 Y 为硫元素，W 为氧元素。A、钠离子和氧离子电子层结构相同，核电荷数越大，半径越小， 故钠离子半径小于氧离子半径，故错误；B、氧和钠形成的化合物为氧化钠或过氧化钠，其水溶液都为 氢氧化钠，显碱性，故正确；C、水和硫化氢比较，水稳定性强，故错误；D、最高价氧化物对应的水化 物中高氯酸是最强酸，故错误。&网 5．【答案】B 【解析】A．元素的非金属性越强，其单质获得电子的能力就越强，因此单质氧化性就越强。故可以通 过比较单质氧化性的强弱，判断元素的非金属性的强弱，正确。B．S 单质、Cl2 都是由分子组成的，分 子之间通过分子间作用力结合，分子间作用力越大，物质的熔、沸点就越高，这与元素的非金属性强弱 无关，错误。C．元素的非金属性越强，其单质与氢气化合形成氢化 物就越容易，形成的氢化物的稳定 性就越强。因此可以比较元素的非金属性的强弱，正确。D．元素的非金属性越强，其最高价氧化物对 应的水化物的酸性就越强，因此可以通过比较硫、氯两种元素最高价氧化物对应的水化物酸性的强弱比 较元素的非金属性的强弱，正确。 6．【答案】B N 和 P 可能存在于同一离子化合物中，如(NH4)3PO4、(NH4)2HPO4、NH4H2PO4 等，不正确。