第23讲-元素性质的周期性变化规律(解析版).docx

第23讲 元素性质的周期性变化规律
知识梳理

一、1～18号元素性质的周期性变化规律
1．原子最外层电子排布变化规律
周期序号
原子序数
电子层数
最外层电子数
结论
第一周期
1→2

1→2
同周期由左向右元素的原子最外层电子数逐渐增加(1→8)
第二周期
3→10

1→8
第三周期
11→18

1→8
规律：随着原子序数的递增，元素原子的核外电子排布呈现周期性变化

2.原子半径的变化规律(稀有气体除外)
周期序号
原子序数
原子半径(nm)
结论
第一周期
1→2
……
同周期由左向右元素的原子半径逐渐 (不包括稀有气体)
第二周期
3→9
0.152→0.071大→小
第三周期
11→17
0.186→0.099大→小
规律：随着原子序数的 ，元素的原子半径呈现 变化

3．元素的主要化合价
周期序号
原子序数
主要化合价
结论
第一周期

＋1→0
①同周期由左向右元素的最高正价逐渐升高(＋1→＋7，O和F无最高正价)；
②元素的最低负价由ⅣA族的－4价逐渐升高至ⅦA族的－1价；
③最高正价＋|最低负价|＝8
第二周期

最高价＋1→＋5(不含O、F)
最低价－4→－1
规律：随着 的递增，元素的主要化合价呈现周期性变化
二、同周期元素金属性和非金属性的递变规律
以第三周期元素为例探究元素性质的递变规律。
1．第三周期元素 相同，由左向右元素的原子最外层电子数逐渐 ， 依次减小， 的能力依次减弱， 的能力依次增强，预测它们的金属性依次 ，非金属性依次 。
2．钠、镁、铝元素金属性的递变规律
(1)钠、镁元素金属性强弱的实验探究
①原理：金属与水反应置换出 的难易。
②实验操作：

③现象：加热前，镁条表面附着了少量 ，加热至 后，有较多的无色气泡冒出，滴加 溶液变为 。
④结论：镁与冷水几乎不反应，能与热水反应，反应的化学方程式为 。
结合前面所学钠与水的反应，可得出金属性： 。
(2)镁、铝元素金属性强弱的实验探究

Al
Mg
原理
最高价氧化物对应水化物的碱性强弱
实验操作

沉淀溶解情况
沉淀逐渐溶解
沉淀逐渐溶解
沉淀溶解
沉淀不溶解
相关反应的化学方程式　　

实验结论
金属性：

(3)钠、镁、铝的最高价氧化物对应水化物的碱性

NaOH
Mg(OH)2
Al(OH)3
分类
强碱
中强碱(属于弱碱)
两性氢氧化物
碱性强弱

结论
金属性：

3.硅、磷、硫、氯的非金属性的递变规律

Si
P
S
Cl
最高价氧化物对应水化物的酸性
H2SiO3：
H3PO4：
H2SO4：
HClO4：
酸性：
结论
Si、P、S、Cl的非金属性逐渐增强

4.同周期元素性质递变规律：同一周期从左到右，元素金属性逐渐 ，非金属性逐渐 。
5．元素周期律
(1)内容：元素的性质随着原子序数的递增而呈 的变化。
(2)实质：元素性质的周期性变化是原子的核外电子排布的周期性变化的必然结果。
【参考答案】1 2 3 减小 递增 周期性 1→2 3→9 原子序数 电子层数 增加 原子半径 失电子 得电子 减弱 增强 H2 无色气泡 沸腾 酚酞 粉红色 Mg＋2H2OMg(OH)2＋H2↑ Na>Mg Al(OH)3＋3HCl===AlCl3＋3H2O Al(OH)3＋NaOH===NaAlO2＋2H2O Mg(OH)2＋2HCl===MgCl2＋2H2O Mg>Al NaOH>Mg(OH)2>Al(OH)3 Na>Mg>Al 弱酸
中强酸 强酸 强酸 HClO4＞H2SO4＞H3PO4＞H2SiO3 减弱 增强 周期性

典例分析

【典例1】短周期主族元素X、Y、Z、W的原子序数依次增大。X原子的最外层电子数是电子层数的2倍；Y是地壳中含量最多的元素；Z是短周期元素中金属性最强的；Z在W单质中燃烧产生大量白烟，生成的化合物ZW是厨房常见的调味品。下列说法正确的是（ ）
A．原子半径：X>Y>Z>W B．简单气态化物的稳定性：X>Y>W
C．X的最高价氧化物的水化物是强酸 D．Y、W的某些单质均可用作自来水的消毒
【答案】D
【解析】A．原子半径：Na>Cl>C>O，A错误；B．X、Y、W的简单气态氢化物为：CH4，H2O，HCl，非金属性越强，气态氢化物越稳定，非金属性O>Cl>C，故气态氢化物稳定性：H2O>HCl>CH4，B错误；C．X的最高价氧化物的水化物是H2CO3，是弱酸，C错误；D．Y、W的某些单质如臭氧和氯气，可用作自来水的消毒，D正确；故选D。
【典例2】短周期主族元素W、X、Y、Z的原子序数依次增大，W、Y同主族，W的简单氢化物与Z的单质混合在光照下反应，气体颜色不断变浅，瓶壁上有油状液滴，X的简单氢化物与Z的氢化物相遇会产生白烟。下列说法错误的是（ ）
A．W的含氧酸的酸性一定比Z的弱 B．四种元素中，Y的原子半径最大
C．X的简单氢化物的热稳定性比Y的强 D．“白烟”晶体中含有离子键和共价键
【答案】A
【解析】A．Cl元素有多种含氧酸，例如次氯酸的酸性就比碳酸弱，A错误；B．电子层数越多，原子半径越大，电子层数相同时，核电荷数越小半径越大，所以原子半径最大的是Si，B正确；C．Si元素的非金属性弱于N元素，所以X的简单氢化物的热稳定性比Y的强，C正确；D．“白烟”晶体为HCl和反应生成的，含有铵根离子和氯离子形成的离子键，同时铵根离子中含有氮原子和氢原子形成的共价键，D正确；故选A。
同步训练

一、单选题
1．下列性质比较中，正确的是（ ）
A．热稳定性： B．酸性：
C．熔、沸点： D．原子半径：Se>Te
【答案】C
【解析】A．O原子半径比S原子小，O的非金属性比S强，H2O比H2S更稳定，A选项错误；B．Cl原子半径比S原子小，Cl的非金属性比S强，最高价氧化物的水化物的酸性H2SO4<HClO4，B选项错误；C．S常温下呈固态，O2常温下呈气态，熔沸点S>O2，C选项正确；D．Se与Te在第VIA族，Se在Te的上一周期，故r(Se)<r(Te)，D选项错误；答案选C。
2．下列事实不能说明Cl的非金属性比S强的是（ ）
A．Cl2和S分别与铁反应，产物中铁的化合价不同
B．Cl2 +H2S= 2HCl+S↓
C．氯原子最外电子层上有7个电子，而硫最外电子层上有6个电子
D．HCl比H2S热稳定性更强
【答案】C
【解析】A．氯气和硫分别和铁反应，生成氯化铁和硫化亚铁，说明氯气的非金属性比硫强，A项不符合题意；B．氯气能置换出硫，说明氯的非金属性比硫强，B项不符合题意；C．非金属性越强，则原子得电子能力越强，而与最外层电子多少无关，C项符合题意；D．非金属性越强，气态氢化物的稳定性越强，故氯化氢比硫化氢稳定，说明氯的非金属性比硫强，D项不符合题意。故选C。
3．与H2反应的难易程度，是判断非金属单质氧化性强弱的依据之一，根据下表信息，可推断卤素单质中氧化性最强的是（ ）

F2
Cl2
Br2
I2
与H2反应的条件
暗处发生爆炸
光照发生爆炸
加热能反应
加热能缓慢反应
A．F2 B．Cl2 C．Br2 D．I2
【答案】A
【解析】元素非金属性越强，其单质的氧化性越强，与氢气化合越容易，由表格中各卤素单质与氢气化合的反应条件可知，F2与氢气化合最容易，因此氧化性最强的是F2，答案选A。
4．下列说法不正确的是（ ）
A．H2O在高温下难分解，H2S在300 ℃即分解，说明氧的非金属性比硫强
B．H2CO3的酸性比H2SiO3的酸性强，说明碳的非金属性比硅强
C．I-的还原性比Br-强，由此可推断溴的非金属性比碘强
D．已知：Cl2+SO2+2H2O=2HCl+H2SO4，由此可推断，Cl的非金属性比S强
【答案】D
【解析】A．非金属性越强则简单气态氢化物越稳定，H2O在高温下难分解，H2S在300℃即分解，即稳定性：H2O＞H2S，则非金属性O＞S，故A正确；B．非金属性越强，最高价氧化物的水化物酸性越强，H2CO3的酸性比H2SiO3的酸性强，说明碳的非金属性比硅强，故B正确；C．I-的还原性比Br-强，则氧化性：Br2> I2，非金属性越强其单质的氧化性越强，可得非金属性Br＞I，故C正确；D．Cl2+SO2+2H2O=2HCl+H2SO4中，Cl元素化合价降低，S元素化合价升高，只能得出Cl2的氧化性比H2SO4强，不能判断Cl的非金属性强于S，故D错误；故选：D。
5．有关钠的叙述不正确的是（ ）
A．Na是短周期元素中金属性最强的元素 B．钠与氧气反应的产物与反应条件有关
C．钠元素在自然界都以化合态存在 D．钠投入稀硫酸铜溶液中立即置换出铜
【答案】D
【解析】A．同周期主族元素随着原子序数的增大金属性减弱，同主族元素随着原子序数增大金属性增强，Na位于第三周期第ⅠA族，是短周期元素中金属性最强的元素，故A正确；B．钠与氧气在加热条件下生成过氧化钠，不加热生成氧化钠，故B正确；C．钠的性质非常活泼，在自然界中以化合态存在，故C正确；D．钠投入稀硫酸铜溶液中，钠先和水反应生成氢氧化钠和氢气，氢氧化钠在和硫酸铜反应生成氢氧化铜沉淀，不会置换出铜，故D错误；答案选D。
6．不能说明氯的非金属性比硫强的事实是（ ）
A．氯原子最外电子层上有7个电子，而硫最外电子层上有6个电子
B．向硫化氢的水溶液中通入氯气可得到淡黄色的硫
C．对应的最高价含氧酸酸性，氯的比硫强
D．气态氢化物的稳定性，硫的比氯弱
【答案】A
【解析】A．最外层电子数多的元素非金属性不一定强，如Br最外层有7个电子，O最外层6个电子，但是非金属性O比Br强，所以不能直接根据S和Cl的最外层电子数多少判断比较非金属性的强弱，故A选；B．由氯气与H2S的水溶液反应生成S，则Cl的非金属性比S的强，故B不选；C．非金属性越强，对应最高价含氧酸酸性越强，则对应的最高价含氧酸酸性：高氯酸强于硫酸，能说明氯的非金属性比硫强，故C不选；D．非金属性越强，对应氢化物越稳定，由硫的气态氢化物的稳定性比氯的气态氢化物弱，能说明氯的非金属性比硫强，故D不选；故选：A。
7．某短周期元素X的最高价是+6，X的氢化物的化学式是（ ）
A．HX B．H2X C．XH3 D．XH4
【答案】B
【解析】短周期元素X的最高价是+6，由正负化合价绝对值之和为8，则最低负极为6-8=-2，则X的氢化物的化学式是H2X，故选：B。
8．可以比较26Al和26Mg对应元素金属性强弱的实验方法是（ ）
A．比较这两种元素对应单质的硬度和熔点
B．将空气中放置已久的这两种元素的单质分别和热水作用
C．比较26Mg和26Al的中子数的多少
D．将打磨过的镁带和铝片分别和热水作用，并滴加酚酞试液
【答案】D
【解析】A．金属元素的金属性表现在失电子能力大大小，与物理性质无关，A选项错误；B．在空气中放置许久，Mg、Al表面已生成氧化膜，不利于金属性的检验，B选项错误；C．金属性强弱与元素原子的中子数多少无关，C选项错误；D．将打磨过的镁带和铝片分别和热水作用，并滴加酚酞试液，Mg表面气泡略多，且Mg带周围溶液先变红，说明Mg的金属性比Al强，D选项正确；答案选D。
9．下列各组性质的比较中，正确的是（ ）
A．熔沸点： H2S>H2O
B．热稳定性强弱： HF>H2S
C．碱性强弱： Al(OH)3>Mg(OH)2
D．微粒半径大小： Cl>Cl-
【答案】B
【解析】A．H2O分子间存在氢键，熔沸点比同族氢化物高，A项错误；B．F在周期表中的非金属性最强的，其气态氢化物的稳定性最强，所以稳定性HF>H2S，B项正确；C．Mg、Al同周期从左往右金属性减弱，最高价氧化物的水化物碱性减弱，碱性Al(OH)3<Mg(OH)2，C项错误；D．粒子半径主要取决于核电荷数和电子层数，Cl与Cl-核电荷数相同，电子数多半径大。半径：Cl->Cl，D项错误；故选B。
10．应用如图实验装置或方案能达到实验目的的是（ ）

A．用图1装置.可证明非金属性：
B．用图②装置在实验室制取
C．用图3装置，检验氯化铵受热分解产物
D．用图4装置，制备白色沉淀
【答案】D
【解析】A．若要比较Cl与C的非金属性强弱，需将HCl改为Cl的最高价氧化物的水化物HClO4，A选项错误；B．用MnO2与浓盐酸反应制备氯气需要加热，B选项错误；C．NH4Cl受热分解得到的产物NH3、HCl，左边通过碱石灰吸收氯化氢，应用湿润的红色石蕊试纸检验氨气，右边通过五氧化二磷吸收氨气，应用湿润的蓝色石蕊试纸检验氯化氢，无法达到目的，C选项错误；D．首先打开C止水夹，让A中产生的H2流经仪器将其中的空气排尽，待B处支管处收集的氢气验纯后，关闭止水夹C，A中持续产生的H2就会将A中的FeSO4溶液压入B中NaOH溶液中与之反应，从而在无氧环境下制备得到Fe(OH)2白色沉淀，D选项正确；答案选D。
二、综合题
11．运用元素周期律和元素周期表，可以系统研究元素的性质。回答下列问题：
(1)碱金属元素中，和之间的关系是互为_______。金属钾的氧化物有多种，其中过氧化钾常作供氧剂，写出与反应的化学方程式：_______。
(2)门捷列夫预言的“类硅”，后被发现，并命名为锗(Ge)，周期表中排在硅的下一行。加上之前发现的碳(C)、铅(Pb)、锡(Sn)，这一主族的元素趋于完善。
①锗在元素周期表中的位置是_______，根据锗在周期表中处于金属和非金属分界线附近，预测锗单质的一种用途是_______。
②硅和锗单质分别与反应生成的氢化物更稳定的是_______(填“硅”或“锗”)。
【答案】(1)     同位素    
(2)     第四周期第ⅣA族     做半导体材料     硅
【解析】(1)质子数相同中子数不同的同一元素的不同原子互称为同位素，因此和互为同位素。与反应生成K2CO3和O2，反应的化学方程式为：，故答案为：同位素；。
(2)①Si、Ge位于同主族，Si是14号元素，位于第三周期第ⅣA族，Ge位于Si的下一周期，应处于第四周期第ⅣA族；锗位于硅的下一周期，处于金属和非金属分界线附近，表现一定的金属性、非金属性，可以做半导体材料，故答案为：第四周期第ⅣA族；做半导体材料；②非金属性越强，越容易和氢化合，生成的氢化物越稳定，非金属性Si>Ge，则氢化物更稳定的是硅，故答案为：硅。
12．C、Si是构成无机非金属材料的重要元素。
(1)Si在周期表中的位置为_______。
(2)为比较C、Si的非金属性，某同学设计了如下实验：
资料：硅酸(H2SiO3)是难溶于水的白色胶状沉淀

装置①中盛放的试剂是_______，理论预测装置②中能发生反应的离子方程式是_______。
(3)SiC是一种重要的高温耐磨材料。SiC中，C元素显_______(填“正”或“负”)化合价
【答案】(1)第三周期IVA族
(2)     饱和NaHCO3溶液     CO2+H2O+=H2SiO3↓+
(3)负
【解析】(1)硅的原子序数为14，位于元素周期表第三周期第IVA族。
(2)为比较C、Si的非金属性，稀盐酸与石灰石反应产生二氧化碳，但生成的二氧化碳中混有HCl，会对实验造成影响，应先除去二氧化碳中的HCl，再通入硅酸钠溶液中，因此装置①中盛放的试剂是饱和NaHCO3溶液，二氧化碳和硅酸钠溶液反应生成硅酸沉淀和碳酸钠，反应的离子方程式为：CO2+H2O+=H2SiO3↓+。
(3)SiC中，硅元素显正价，则碳元素显负价。