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第4课时 元素周期表的应用
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课标解读
1．能利用元素在周期表中的位置和原子结构分析、预测、比较元素及其化合物的性质。
2．体会元素周期表在学习元素及其化合物知识及科学研究中的重要作用。
1．能利用元素周期律、元素周期表预测元素及其化合物的性质。（宏观辨识与微观探析）
2．能利用元素在元素周期表中的位置和原子结构分析、比较元素及其化合物的性质。（证据推理与模型认知）
3．能结合有关资料说明元素周期表对合成新物质、寻找新材料的指导作用。（科学态度与社会责任）
4．树立“结构决定性质、性质决定用途”的思维理念。并能根据元素周期表预测新元素及其性质。（证据推理与模型认知）
知识点01 元素“位—构—性”的关系
元素原子结构、元素在周期表中的位置和元素的主要性质三者之间的关系如下
1．结构与位置的关系
最外层电子数=主族序数
电子层数=周期序数
2．结构与性质的关系
最外层电子数越少，电子层数越多→越易失电子，金属性越强
最外层电子数越多，电子层数越少→越易得电子，非金属性越强
3．位置、结构和性质的关系
【即学即练1】根据元素周期律和元素周期表的知识分析下面的推断，其中错误的是( )
A．短周期主族元素中半径最大的是Na
B．Sr(OH)2的碱性强于Ba(OH)2
C．砹(At)的单质是有色固体，HAt很不稳定
D．AsH3是无色、有毒的气体
答案：B
解析：同主族元素从上到下金属性增强，则金属性：Sr＜Ba，氢氧化锶比氢氧化钡的碱性弱，B错误；由卤族元素单质及化合物的递变性可知，随原子序数的增大，单质的颜色逐渐加深，气态氢化物稳定性逐渐减弱，砹是一种有色固体，HAt不稳定，C正确；AsH3是无色、有毒的气体，D正确。
知识点02 元素周期表在科技生产中的应用
(1)在金属元素和非金属元素的交界处寻找半导体材料（如硅、锗、硒等）。
(2)在过渡元素（副族和Ⅷ族）中寻找优良的催化剂。
(3)在过渡元素中寻找耐高温、耐腐蚀的合金材料。
(4)研究元素周期表右上角的元素，合成新农药。
(5)位于第六周期ⅥB的钨是熔点最高的金属，位于第四周期ⅣB的钛，密度小、耐高温、耐腐蚀，适应于制造火箭发动机壳体、人造卫星壳体等。
【即学即练2】我国著名化学家张青莲精确地测定了锗(Ge)、锌等九种元素的相对原子质量，得到的新值被作为国际新标准。已知锗的原子序数为32。
(1)它位于元素周期表中第______周期______族。
(2)锗类似于铝，能溶于氢氧化钠溶液，其主要原因是________(填序号)。
①它与硅位于同一主族
②它位于周期表中金属与非金属分界线附近
③它位于边界线附近
④它是两性物质
(3)材料科学是目前全世界研究的热点，为了寻找半导体材料，科学家应在元素周期表中某区域寻找元素组成材料，该区域是________(填字母)。
A．左上角 B．右上角
C．过渡元素 D．金属与非金属分界线附近
答案：(1)四 ⅣA (2)② (3)D
解析：根据元素周期表的结构可知，锗属于第四周期ⅣA族元素。锗位于元素周期表中金属与非金属分界线附近，它具有某些金属元素的性质，又具有某些非金属元素的性质，它是金属元素。
能力拓展
考法01 元素周期表中原子结构和元素性质递变规律(稀有气体除外)
1．原子结构：
(1)同周期，从左到右，电子层数相同，最外层电子数递增，原子半径递减。
(2)同主族，从上到下，电子层数递增，最外层电子数相同，原子半径递增。
2．元素的性质：
(1)同周期元素，从左到右，金属性逐渐减弱，金属原子的失电子能力逐渐减弱，金属单质的还原性逐渐减弱，金属单质与水或酸反应的剧烈程度逐渐减弱，最高价氧化物对应的水化物的碱性逐渐减弱。
(2)同周期元素，从左到右，非金属性逐渐增强，非金属原子的得电子能力逐渐增强，非金属单质的氧化性逐渐增强，非金属单质与氢气化合的剧烈程度逐渐增强，气态氢化物的稳定性逐渐增强，最高价氧化物对应水化物的酸性逐渐增强。
(3)同主族元素，从上到下，金属性逐渐增强，金属原子的失电子能力逐渐增强，金属单质的还原性逐渐增强，金属单质与水或酸反应的剧烈程度逐渐增强，最高价氧化物对应的水化物的碱性逐渐增强。
(4)同主族元素，从上到下，非金属性逐渐减弱，非金属原子的得电子能力逐渐减弱，非金属单质的氧化性逐渐减弱，非金属单质与氢气化合的剧烈程度逐渐减弱，气态氢化物的稳定性逐渐减弱，最高价氧化物对应水化物的酸性逐渐减弱。
(5)同周期元素，元素的主要化合价：最高正价由+1→+7（O、F除外），最低负价由-4→-1，最高正价=主族序数（O、F除外）。
【典例1】同周期三种元素X、Y、Z的最高价氧化物对应水化物分别是HXO4、H2YO4、H3ZO4，下列判断正确的是( )
A．含氧酸的酸性HXO4＜H2YO4＜H3ZO4
B．阴离子还原性按X、Y、Z顺序减弱
C．气态氢化物稳定性按X、Y、Z顺序减弱
D．原子半径按X、Y、Z顺序减小
答案：C
解析：由题意可知X、Y、Z的最高正价分别为＋7、＋6、＋5，所以X、Y、Z的原子序数依次减小，①酸性：H3ZO4＜H2YO4＜HXO4，A不正确；阴离子的还原性：X－＜Y2－＜Z3－，B不正确；气态氢化物的稳定性：ZH3＜H2Y＜HX，C正确；原子半径：X＜Y＜Z，D不正确。
考法02 元素“位—构—性”的关系推断
1．由元素原子或离子的核外电子排布推断
2．由元素单质或化合物的性质(特性)推断
3．由元素在周期表中的位置推断
【典例2】如图为元素周期表中短周期的一部分，四种元素均为非稀有气体元素，下列关于这四种元素及其化合物的说法中正确的是( )
A．X、Y、Z、W可能均为金属元素
B．气态氢化物的稳定性：Z＞W＞X＞Y
C．Z的最高正化合价与最低负化合价的绝对值可能相等
D．Z的最高价氧化物的水化物可能为强碱
答案：C
解析：根据元素周期表的结构，四种元素不可能都是金属元素，故A错误；如果Z为Si，Si的最高正价为＋4价，最低负价为－4价，两者绝对值相等，故C正确。
考法03 元素周期表的应用
【典例3】如图所示，元素周期表中的金属和非金属元素的分界线处用虚线表示。下列说法中正确的是( )
A．虚线右上方的元素为金属元素
B．第六周期ⅤA族的元素为非金属元素
C．可在虚线附近寻找用于制造半导体材料的元素
D．可在虚线附近寻找稀土元素
答案：C
解析：虚线右上方的元素大部分为非金属元素，A错误；第六周期ⅤA族的元素位于虚线下方，为金属元素，B错误；可在虚线附近寻找半导体材料(如Ge、Si等)，C正确；应在过渡元素区寻找稀土元素，则应在虚线的左下方寻找，故D错误。
分层提分
题组A 基础过关练
1．元素周期表中某区域的一些元素通常用来做半导体材料，它们是( )
A．左下方区域的金属元素
B．金属元素和非金属元素分界线附近的元素
C．右上方区域的非金属元素
D．稀有气体元素
答案：B
解析：用来制造半导体材料的元素位于金属元素与非金属元素分界线附近。
2．已知某主族元素的原子最外层有7个电子，推测下列选项不正确的是( )
A．单质有氧化性
B．最高正价一定为＋7价
C．是非金属元素
D．同周期元素中原子半径最小
答案：B
解析：某原子的最外层有7个电子，说明位于第ⅦA族，第ⅦA族元素得到一个电子达到稳定结构，其单质具有强氧化性，故A正确；F没有正价，故B错误；第ⅦA族为非金属元素，故C正确；同周期元素从左向右原子半径逐渐减小(稀有气体除外)，因此卤族元素的原子半径是同周期中最小的，故D正确。
3．如图所示是元素周期表的一部分，下列说法中正确的是( )
A．元素的简单离子半径大小：④＞⑤＞②
B．气态氢化物的稳定性：⑤＞②
C．最高价氧化物对应水化物的酸性：⑥＞⑤
D．元素的最高正化合价：③＝⑥
答案：C
解析：元素①～⑥分别为N、O、F、Al、S、Cl。离子半径：S2－＞O2－＞Al3＋，A项错误；非金属性越强则对应气态氢化物越稳定，最高价氧化物对应水化物的酸性也越强，故稳定性：H2O＞H2S，酸性：HClO4＞H2SO4，B项错误、C项正确；F无正价，D项错误。
4．我国的纳米基础研究能力已跻身于世界前列，如曾作为我国十大科技成果之一的RN就是一种合成纳米材料。已知该化合物中的Rn＋核外有28个电子。则R元素位于元素周期表的( )
A．第3周期ⅤA族 B．第4周期ⅢA族
C．第5周期ⅢA族 D．第4周期ⅤA族
答案：B
解析：RN中，N为-3价，故R为+3价，故R为31号元素，其核外电子排布式为，故B正确。
5．硒(Se)是人体健康必需的一种微量元素。已知Se的原子结构示意图为。下列说法不正确的是( )
A．该原子的质量数为34
B．该元素处于第四周期ⅥA族
C．SeO2既有氧化性又有还原性
D．酸性：H2SO4＞H2SeO4
答案：A
解析：从Se的原子结构示意图看出，Se的质子数为34，质量数一定大于34，A错误；Se原子有四个电子层，最外层电子数为6，所以Se在周期表中的位置为第四周期ⅥA族，B正确；SeO2中Se的化合价为＋4价处于中间价态，所以SeO2既具有氧化性又具有还原性，C正确；Se的非金属性弱于S，所以它们最高价氧化物对应的水化物的酸性大小为H2SO4＞H2SeO4，D正确。
6．已知砷元素符号为As，原子结构示意图如图，则下列对砷的结构及性质的说法错误的是( )
A．砷元素的原子序数是33
B．砷的最高价氧化物对应水化物是一种强酸
C．三氧化二砷既有氧化性又有还原性
D．砷的非金属性比溴弱
答案：B
解析：原子序数＝核外电子数，所以砷元素的原子序数是33，故A正确；砷的最高价氧化物是As2O5，对应的水化物HAsO3不是强酸，故B错误；三氧化二砷中的As为＋3价，属于中间价，所以既有氧化性又有还原性，故C正确；砷与溴在同周期，并且溴的原子序数比砷大，所以砷的非金属性比溴弱，故D正确。
7．X元素和Y元素的原子，在化学反应中都易失去电子而形成与Ne相同的电子层结构，已知X的原子序数比Y的大，下列说法中正确的是( )
A．X元素的金属性比Y元素的强
B．X和Y的单质都不能从水中置换出氢气
C．Y元素的氢氧化物的碱性比X元素的弱
D．X元素的最高正化合价比Y元素的高
答案：D
解析：由题干信息可知，二者均为第三周期的金属元素。由X的原子序数比Y的原子序数大可知，X元素位于Y元素的右边，则X元素的金属性比Y元素的弱，X元素的氢氧化物的碱性比Y元素的弱，X元素的最外层电子数比Y元素的多，X元素的最高正化合价比Y元素的高，A、C项错误，D项正确。第三周期的金属元素有Na、Mg、Al，一定条件下，Na、Mg都能从水中置换出氢气，B项错误。
8．锂与镁、铍与铝在周期表中处于“对角线”关系，性质相似。下列说法正确的是( )
A．锂在常温下与O2反应生成Li2O，在点燃条件下生成Li2O2
B．常温下锂与水剧烈反应生成H2
C．氧化铍是两性氧化物，与H2O化合生成氢氧化铍
D．Be(OH)2是两性氢氧化物
答案：D
9．某主族元素R的最高正化合价与最低负化合价的代数和为4，由此可以判断( )
A．R一定是第四周期元素
B．R一定是第ⅣA族元素
C．R的气态氢化物比同周期其他元素气态氢化物稳定
D．R的气态氢化物的化学式为H2R
答案：D
解析：元素R的最高正化合价与最低负化合价的代数和为4，可以判断最高正化合价与最低负化合价分别为＋6、－2，为第ⅥA族元素。
10．下表为元素周期表的一部分，表中序号分别代表某一元素。请回答下列问题。
族
周期
ⅠA
ⅡA
ⅢA
ⅣA
ⅤA
ⅥA
ⅦA
0
2
⑦
⑧
⑩
3
①
③
⑤
⑥
⑨
4
②
④
(1)①～⑩中，最活泼的金属元素是________(填元素符号，下同)，最不活泼的元素是________。
(2)①、⑧的简单离子，其半径较大的是________(填离子符号)。
(3)⑧、⑨的气态氢化物，更稳定的是____________(填化学式)。
(4)元素的非金属性：⑥________⑦(填“＞”或“＜”)。
(5)①～⑨的最高价氧化物的水化物中：酸性最强的是____________(填化学式，下同)；碱性最强的是_____________，该碱与⑤的最高价氧化物的水化物反应的离子方程式为___________________________________________。
答案：(1)K Ne (2)F－ (3)HF (4)＜ (5)HClO4 KOH Al(OH)3＋OH－===AlO＋2H2O
11．已知W、X、Y、Z为短周期元素，W、Z同主族，X、Y、Z同周期，W的气态氢化物的稳定性大于Z的气态氢化物的稳定性，X、Y为金属元素，X的阳离子的氧化性小于Y的阳离子的氧化性，W、X两种元素可形成两种二元化合物，Y的简单离子半径在同周期中最小。
回答下列问题：
W、X、Y、Z四种元素中，X的原子结构示意图______，Y简单离子的结构示意图________，Z的最高价氧化物对应水化物的化学式为______________。
答案： H2SO4
解析：由题目描述可知，W、X、Y、Z之间的位置关系为，可知W位于第二周期，X、Y、Z位于第三周期；由于Y的离子半径在同周期中最小，则Y为Al。由于金属元素X与非金属元素W可形成两种二元化合物，可知X为Na，W为O，则Z为S。可根据要求完成问题。
12．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层电子数是K层电子数的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，一定空气中含量最多的物质
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______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_______________。
(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) (3)Cl b (4)H2CO3 H2CO3是弱酸
题组B 能力提升练
1．X、Y、Z、M、R为五种短周期元素，其原子半径和最外层电子数之间的关系如图所示。下列说法不正确的是( )
A．R最少有两种氧化物
B．M的氢化物常温常压下为气体
C．最高价含氧酸的酸性：Z＜Y
D．Y形成的化合物种类最多
答案：C
解析：根据题图可推知，X为H，Y为C，Z为N，M为S，R为Na。Na的氧化物为Na2O、Na2O2，A正确；S的氢化物为H2S，常温常压下为气体，B正确；非金属性：N＞C，故最高价含氧酸的酸性：HNO3＞H2CO3，C错误；含碳化合物种类最多，D正确。
2．2016年IUPAC命名117号元素为Ts(中文名“”，tián)，Ts的原子核外最外层电子数为7。下列说法不正确的是( )
A．Ts是第七周期第ⅦA族元素
B．Ts的最高价是＋7价
C．Ts在同族元素中非金属性最弱
D．推测Ts的单质不能与水反应
答案：D
解析：Ts的原子核外最外层电子数是7，位于第ⅦA族，原子序数为117，位于第七周期，A正确；Ts的最高价是＋7价，B正确；同主族元素的非金属性从上到下逐渐减弱，Ts位于同族最下端，非金属性最弱，C正确；根据氯气的性质，推测Ts的单质能与水反应，D错误。
3．短周期元素甲、乙、丙、丁的原子半径依次增大，其氢化物中甲、乙、丙、丁的化合价如表所示。下列说法中正确的是( )
元素
甲
乙
丙
丁
化合价
－2
－3
－4
－2
A．含氧酸的酸性：乙<丁
B．元素非金属性：甲<乙
C．氢化物的稳定性：甲>丁
D．丙所形成的单质可能互为同位素
答案：C
解析：根据元素周期律中的原子半径规律和化合价规律判断甲是氧元素，乙是氮元素，丙是碳元素，丁是硫元素，N的含氧酸有HNO2、HNO3，S的含氧酸有H2SO3、H2SO4，酸性强弱无法判断，A项错误；O的非金属性大于N的非金属性，B项错误；O的非金属性大于S，氢化物的稳定性：H2O>H2S，C项正确；C的单质中石墨和金刚石为同素异形体，同位素是指同种元素不同原子的互称，D项错误。
4．A、B、C、D、E为原子序数依次增大的短周期元素。已知A、B、E三原子最外层共有11个电子，且这三种元素的最高价氧化物对应水化物之间两两皆能反应生成盐和水，C元素的最外层电子数比次外层电子数少4，D元素原子次外层电子数比最外层电子数多3。回答：
（1）写出元素符号：A_____ B_____ C_____ D_____ E_____。
（2）写出A、B两元素最高价氧化物对应水化物相互反应的化学方程式
________________________________________。
A、E两元素最高价氧化物对应水化物相互反应的化学方程式
________________________________________________。
（3）比较C、D最高价氧化物对应水化物的酸性_____________（用化学式表示）。
答案：（1）Na Al Si P Cl
（2）NaOH+Al(OH)3=NaAlO2+2H2O NaOH+HClO4=NaClO4+H2O
（3）H3PO4>H4SiO4
解析：由A、B、E三原子最外层共有11个电子，且这三种元素的最高价氧化物对应水化物之间两两皆能反应生成盐和水，可知A、B、E分别为Na、Al、Cl。
题组C 培优拔尖练
1．某元素X最高价含氧酸的相对分子质量为98，且X的氢化物的化学式不是H2X，则下列说法正确的是( )
A．X的最高正化合价为＋4
B．X是第二周期ⅤA族元素
C．X是第二周期ⅥA族元素
D．X的最高价含氧酸的化学式可表示为H3XO4
答案：D
解析：某元素X最高价含氧酸的相对分子质量为98，且X的氢化物的化学式不是H2X，那么X为P，X的氢化物的化学式是PH3，最高价含氧酸的化学式为H3PO4，该元素在元素周期表中位于第三周期ⅤA族，故选D。
2．近年来，我国在超导研究方面居世界领先地位，铊(Tl)是超导体的组成成分之一，铊位于第六周期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．①④ B．②③ C．只有① D．只有④
答案：A
解析：铊位于第六周期ⅢA族，与Al同族，同主族元素随着原子序数增大，原子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。故①④正确。
3．有A、B、C、D、E五种元素，它们的原子序数按E、C、D、A、B依次增大，E原子最外层有4个电子，A-和B+的核外电子排布相同，D的氢化物的化学式为H2D，D的最高价氧化物中D的质量分数为40%，且D原子核内质子数和中子数相等，C的原子序数比D少9，比B少12，其气态氢化物中氢的质量分数为17．65%。
（1）写出这五种元素的元素符号：
A_______ B______ C________ D_________ E________
（2）画出A-、B+的结构示意图________________、___________________
（3）写出E的最高价氧化物与过量的B的最高价氧化物对应水化物反应的离子方程式：
_____________________。
答案：（1）Cl K N S C （2）Cl- K+ （3）CO2+2OH-=CO32-+H2O
解析：E原子最外层有4个电子，且原子序数最小，可知E为C，A-和B+的核外电子排布相同，且原子序数最大，可知A为Cl，B为K；D的氢化物的化学式为H2D，可知D为ⅥA族，而且存在最高价氧化物，故D为S；C为N。
4．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)根据元素周期律，请你预测，H3AsO4、H3PO4的酸性强弱：H3AsO4________(填“＞”“＜”或“＝”)H3PO4。
(2)根据NaH的存在，有人提议可把氢元素放在第ⅦA族，那么根据其最高正价与最低负价的绝对值相等，又可把氢元素放在周期表中的第______族。
(3)周期表中有10多种人体所需的微量元素，其中有一种被誉为“生命元素”的主族元素R，对延长人类寿命起着重要作用。已知R元素的原子有4个电子层，其最高价氧化物的分子式为RO3，则R元素的名称为_______。
答案：(1)＜ (2)ⅣA (3)硒
解析：(1)同主族元素从上到下非金属性逐渐减弱，则最高价含氧酸的酸性逐渐减弱，则酸性H3AsO4＜H3PO4。(2)根据最高正价与最低负价的绝对值相等，把氢元素放在周期表中的第ⅣA族。(3)R元素的原子有4个电子层，其最高价氧化物的分子式为RO3，最外层电子数为6，处于第四周期ⅥA族，为Se元素。
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