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课题4　探究元素周期表和元素周期律的应用
通过探究元素周期表的结构、物质结构和元素性质的关系规律，培养学生“结构决定性质和性质反映结构”的“宏观辨识与微观探析”的化学核心素养。
周期表的结构及性质预测
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”，后来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。
1．在现在的元素周期表中，第ⅢB族有几种元素？同周期中第ⅡA族与第ⅢA族的元素的原子序数之差为多少？同主族元素中第五、六周期的原子序数差为多少？
提示：32。1或11或25。18或32。
2．铝与镓的金属性谁强？镓与锗的最高价氧化物对应的水化物的碱性谁强？
提示：镓的金属性强于铝。镓的最高价氧化物对应的水化物的碱性强于锗。
元素非金属性的实验探究
探究同周期、同主族元素性质的递变性。现有下列试剂：稀盐酸、稀硝酸(易挥发)、稀硫酸、NaOH、Mg(OH)2、Al(OH)3、CaCO3、Na2SiO3溶液、溶液。
查阅资料：
①较强酸与较弱酸的盐反应生成较弱酸和较强酸的盐。
②H2SiO3是一种白色胶状沉淀。
1．为了探究C、N、Si的非金属性强弱，现有如图实验装置。
(1)根据所给试剂，指出仪器a、b、c中分别是什么物质？
(2)写出装置中发生反应的化学方程式。
提示：(1)a为稀硝酸，b为CaCO3，c为Na2SiO3溶液。
(2)CaCO3＋2HNO3===Ca(NO3)2＋CO2↑＋H2O；CO2＋Na2SiO3＋H2O===Na2CO3＋H2SiO3↓。
2．某同学提出1题中装置设计不严密，指出不严密的地方，应如何改进？画出装置图，并指明装置中的试剂。
提示：生成的CO2气体中含有酸性物质HNO3，干扰H2CO3与H2SiO3的酸性比较。中间应加一个吸收HNO3蒸气的装置。
利用“类比法”推测物质的结构与性质
元素周期律和元素周期表在日常生活中有广泛应用，具有重要的指导意义，特别是利用元素“位—构—性”的关系可预测很多未知物质的性质，为探索未知物的性质提供好的工具。
1．已知NH4Cl是离子化合物，含有离子键和共价键。请推测PH4I的化合物类型，并指出其中含有的化学键，写出其电子式。
提示：根据同主族元素性质具有相似性，形成的化合物的结构类似，NH4Cl属于离子化合物，故PH4I属于离子化合物。含有离子键和共价键，PH4I的电子式为
。
2．镭元素位于周期表中第七周期第ⅡA族，其单质能与水反应吗？若能，写出化学方程式。
提示：能。Ra＋2H2O===Ra(OH)2＋H2↑。
1．门捷列夫在研究周期表时预言了包括“类铝”“类硅”在内的11种元素。
(1)“类铝”在门捷列夫预言4年后，被布瓦博德朗在一种矿石中发现，命名为镓(Ga)。
①镓与铝同主族，且位于铝的下一周期，则镓的原子结构示意图为________。
②已知难溶于水，为判断是否为两性氢氧化物，设计实验时，需要选用的试剂有GaCl3溶液、________和________。
③设计实验证明碱性Mg(OH)2＞Al(OH)3： _______________________________
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________。
(2)门捷列夫预言的“类硅”，多年后被德国化学家文克勒发现，命名为锗(Ge)。
①硅和锗单质分别与H2反应时，反应较难进行的是________(填“硅”或“锗”)。
②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：
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________。
(3)某同学查找Ge、Sn、Pb三种元素在周期表的位置如图所示：
周期 ⅣA
4 Ge
5 Sn
6 Pb
Ge、Sn、Pb的＋4价氢氧化物碱性强弱顺序为____________________(用化学式表示)。
[解析]　(1)①元素Ga位于Al的下一周期，位于第四周期第ⅢA族，原子结构示意图为；②GaCl3溶液与NaOH溶液反应生成Ga(OH)3，再利用Ga(OH)3是否溶于强酸、强碱判断其是否是两性氢氧化物，故需要的试剂还有：NaOH溶液、稀硫酸(或盐酸)；③分别向氢氧化镁和氢氧化铝中滴加稀盐酸和氢氧化钠溶液，当滴加稀盐酸时，两种沉淀都溶解，当滴加氢氧化钠溶液时，氢氧化镁不溶解，氢氧化铝溶解，由此证明氢氧化镁的碱性强于氢氧化铝。(2)①锗的非金属性比硅弱，硅和锗单质分别与H2反应时，反应较难进行的是锗；②锗位于硅的下一周期，根据锗在周期表中处于金属和非金属分界线附近，预测锗单质的一种可能的用途是作半导体材料。(3)同主族元素从上到下金属性逐渐增强，其最高价氧化物对应的水化物的碱性逐渐增强，即碱性＜Pb(OH)4。
[答案]　(1)①?　②NaOH溶液　稀硫酸(或盐酸)　③分别向氢氧化镁和氢氧化铝中滴加稀盐酸和氢氧化钠溶液，当滴加稀盐酸时，两种沉淀都溶解，当滴加氢氧化钠溶液时，氢氧化镁不溶解，氢氧化铝溶解
(2)①锗　②作半导体材料
2．部分短周期主族元素的原子半径和主要化合价的关系如图所示，其中E、G、T位于同一周期。回答下列问题：
(1)B位于第________周期第________族。
(2)FDB的电子式为____________________________________________________；
T的原子结构示意图为________。
(3)设计简单实验证明D的非金属性比C的强： ____________________________
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________。
(4)A和D的简单氢化物相遇产生“白烟”，其生成物的化学式是________。
(5)在上述元素的最高价氧化物对应的水化物中，酸性最强的是____________(填化学式，下同)，碱性最强的是____________；上述非金属元素的简单氢化物中，沸点最高的是____________，还原性最强的是__________。
(6)G、D的最高价氧化物对应的水化物之间发生反应的化学方程式为_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________。
[解析]　根据元素的原子半径大小关系及元素的主要化合价，可推知：A是氮元素，B是氧元素，C是硫元素，D是氯元素，E是钠元素，F是氢元素，G是铝元素，T是硅元素，然后根据元素周期律及物质的性质分析解答。(1)B是氧元素，位于元素周期表第二周期第ⅥA族。(2)FDB表示的物质是HClO，该物质是由分子构成，在HClO分子中O原子分别与H、Cl原子各形成1个共用电子对，使分子中各个原子都达到最外层2个或8个电子的稳定结构，其电子式为；T是硅元素，原子核外电子排布是2、8、4，所以Si原子结构示意图为。(3)C是硫元素，D是氯元素，二者是同一周期元素，元素的非金属性越强，其单质的氧化性就越强，向Na2S溶液中通入Cl2，溶液变浑浊，发生反应：Cl2＋Na2S===2NaCl＋S↓，由此可证明元素的非金属性：Cl＞S。(4)A是氮元素，D是氯元素，二者的氢化物NH3、HCl相遇，会发生反应：NH3＋HCl===NH4Cl，NH4Cl是白色固体，因此会产生白烟现象。(5)在上述元素的最高价氧化物对应的水化物中，酸性最强的是高氯酸，其化学式是HClO4；碱性最强的是氢氧化钠，其化学式是NaOH；上述非金属元素的简单氢化物中，H2O呈液态，其余氢化物都是气态，故沸点最高的氢化物是H2O；元素的非金属性越强，形成的简单氢化物的还原性就越弱；元素的非金属性越弱，形成的简单氢化物的还原性就越强。在上述非金属元素中，非金属性最弱的元素是Si元素，则硅烷SiH4的还原性最强。(6)D是Cl，G是Al，二者的最高价氧化物对应的水化物分别是HClO4、Al(OH)3，前者是一元强酸，后者是两性氢氧化物，Al(OH)3能够与强酸HClO4发生反应产生盐和水，该反应的化学方程式为Al(OH)3＋3HClO4===Al(ClO4)3＋3H2O。
[答案]　(1)二　ⅥA　(2) 　　(3)向Na2S溶液中通入Cl2，溶液变浑浊　(4)NH4Cl　(5)HClO4　NaOH　H2O　SiH4　===＋3H2O
1．(2024·福建合格考)某紫薯含有被誉为“抗癌大王”的硒元素。硒的一种核素为e，其核电荷数为(　　)
A．34　　　　　　　　 B．44
C．78 D．112
A　[根据e可知，硒元素为第34号元素，且核电荷数＝质子数＝原子序数，因此硒的核电荷数为34。]
2．(2023·北京合格考)某元素的原子结构示意图为。下列关于该元素的说法不正确的是(　　)
A．元素符号是F
B．最低负化合价是－1价
C．其原子在化学反应中容易失去电子
D．在元素周期表中的位置是第二周期第ⅦA族
C　[该原子的原子序数为9，元素符号是F，A正确； F原子最外层电子数为7，最低负化合价是－1价，B正确； F原子最外层电子数为7，在化学反应中容易得电子，C错误； F在元素周期表中的位置是第二周期第ⅦA族，D正确。]
3．(2024·安徽合格考)我国科学家在全球首次合成了一种新核素：(钨)。下列关于(钨)的说法中，正确的是(　　)
A．质子数为82　 B．中子数为74　
C．质量数为156　 D．与互为同位素
C　左下角数字74代表质子数，左上角数字156代表质量数，中子数＝质量数－质子数＝156－74＝82，同位素是指质子数相同而中子数不同的核素与质子数不同，不互为同位素。]
4．(2024·辽宁合格考)元素周期律和周期表体现了对元素的科学分类方法，以及结构决定性质的化学观念。其重要意义还在于它从自然科学方面有力地论证了事物变化中量变引起质变的规律性，揭示出复杂的表象中蕴含着规律等科学观念。下表列出了①～⑨9种短周期元素在周期表中的位置。
周期 族
ⅠA ⅡA ⅢA ⅣA ⅤA ⅥA ⅦA 0
1 ①
2 ② ③ ④ ⑤
3 ⑥ ⑦ ⑧ ⑨
请回答下列问题：
(1)下列元素在地壳中含量最多的是(　　)
A．④　　 B．⑤ 　　C．⑧ 　　D．⑨
(2)元素①、②、③、④的原子半径最小的是(　　)
A．① B．②
C．③ D．④
(3)元素⑥、⑦的金属性强弱关系正确的是(　　)
A．⑥＝⑦ B．⑥<⑦
C．⑥>⑦ D．无法确定
(4)元素⑨的最高价氧化物的水化物的化学式是(　　)
A．H2CO3 B．HNO3
C．H2SO4 D．HClO4
(5)下列各组元素形成的常见化合物中含有离子键的是(　　)
A．①和④ B．②和④
C．①和⑨ D．⑥和⑨
[答案]　(1)B　[在元素周期表中，地壳中含量最多的元素是O元素，O元素在元素周期表中处于第二周期第ⅥA族，所以是⑤。]
(2)A　[①是氢元素，原子半径最小；②、③、④在元素周期表的第二周期，原子半径从左往右逐渐减小，故半径大小：②>③>④>①，故选A。]
(3)C　[同周期主族元素从左到右，金属性减弱，非金属性增强；同主族元素由上而下，金属性增强，非金属性减弱；元素⑥、⑦的金属性强弱关系为⑥>⑦。]
(4)C　[在元素周期表中⑨是第三周期第ⅥA族的元素，是S，S的最高价氧化物对应的水化物是H2SO4。]
(5)D　[活泼金属与活泼非金属间易通过得失电子形成离子键，⑥和⑨形成的Na2S中含有离子键。]
5．(2023·全国甲卷)W、X、Y、Z为短周期主族元素，原子序数依次增大，最外层电子数之和为19。Y的最外层电子数与其K层电子数相等，WX2是形成酸雨的物质之一。下列说法正确的是 (　　)
A．原子半径：X>W
B．简单氢化物的沸点：XC．Y与X可形成离子化合物
D．Z的最高价含氧酸是弱酸
C　[WX2是形成酸雨的物质之一，可能是SO2或NO2，结合W、X、Y、Z为短周期主族元素，原子序数依次增大，则W为N，X为O，Y的最外层电子数与其K层电子数相等，即最外层电子数为2，且Y的原子序数大于X(O)，所以Y为Mg，四种元素最外层电子数之和为19，可知Z为S。N和O在元素周期表中位于同一周期，同周期主族元素从左到右原子半径依次减小，故原子半径：N>O，A错误；X的简单氢化物是H2O，Z的简单氢化物是H2S，水分子间存在氢键，故H2O的沸点更高，B错误；Y和X分别是活泼金属Mg与活泼非金属O，二者形成的化合物MgO为离子化合物，C正确；Z的最高价含氧酸是H2SO4，H2SO4为强酸，D错误。]
6．(2023·全国乙卷)一种矿物由短周期元素W、X、Y组成，溶于稀盐酸有无色无味气体生成。W、X、Y原子序数依次增大。简单离子X2-与Y2+具有相同的电子层结构。下列叙述正确的是 (　　)
A．X的常见化合价有－1、－2
B．原子半径大小为Y>X>W
C．YX的水合物具有两性
D．W单质只有4种同素异形体
A　[根据题意，可推知W为C，X为O，Y为Mg。在常见的过氧化物如H2O2、Na2O2中O元素显－1价，其他含氧化合物中O元素一般显－2价，A正确；根据元素周期律可知，原子半径大小为Mg>C>O，即Y>W>X，B错误；MgO的水合物为，Mg(OH)2属于碱，不具有两性，C错误；碳的同素异形体有许多，如石墨、金刚石、富勒烯、石墨烯、碳纳米管等，D错误。]
7．(2022·山东卷)、的半衰期很短，自然界中不能稳定存在。人工合成反应如下：
X；Y。下列说法正确的是(　　)
A．X的中子数为2
B．X、Y互为同位素
C．、可用作示踪原子研究化学反应历程
D．自然界不存在、分子是因其化学键不稳定
B　[根据质量守恒可知，为为e。为e，根据质量数等于质子数加中子数可知，X的中子数为4，A错误；为为e，二者是具有相同的质子数和不同的中子数的原子，故互为同位素，B正确；与的半衰期很短，故不适宜用作示踪原子研究化学反应历程，C错误；自然界中不存在与并不是因其化学键不稳定，而是由于与的半衰期很短，很容易发生核反应，转化为其他原子，O==O的键能与形成该键的核素无关，D错误。]
8．(2024·安徽合格考)下表是元素周期表的一部分，表中所列的①～⑥分别代表某一种元素。请回答下列问题：
(1)③的原子结构示意图是________。
(2)①和②中原子半径较大的是________(填元素符号，下同)，原子的得电子能力较强的是________。
(3)③和⑤的最简单氢化物中，更稳定的是________(填化学式)，该物质中存在的化学键是________(填“离子键”或“共价键”)。
(4)④的最高价氧化物对应的水化物与⑥的单质发生反应的离子方程式为_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________。
[答案]　(1) ?　(2)C　N　(3)H2O　共价键　(4)Cl2＋2OH－===Cl－＋ClO－＋H2O
9．(2024·福建合格考)元素周期表是学习和研究化学科学的重要工具。下表是元素周期表的一部分(a、b表示两种元素)，按要求作答。
　　族 周期　　 ⅠA ⅡA ⅢA ⅣA ⅤA ⅥA ⅦA
2 a C N O F
3 Na Al b S Cl
4 K Ca
(1)a位于周期表中第________周期第________族。
(2)b的元素符号是________，其最高化合价是________。
(3)有机化合物中一定含有的元素是______(填元素符号，下同)。
(4)钙原子最外层电子数为________。
(5)O与S中，原子半径较小的是________。
(6)氮的原子结构示意图为________。
(7)非金属性最强的元素是________；氢氧化物呈两性的元素是________。
(8)HClO4与H2SO4中，酸性较强的是________。
(9)钠、钾分别与水反应，反应更剧烈的是________。
(10)已知溴(Br)与氯同主族，且位于第四周期。根据溴元素在元素周期表中的位置推测，下列结论正确的是________(填字母)。
A．热稳定性：HBr>HCl
B．氧化性：Br2>Cl2
C．HBr能与NaOH溶液发生反应
[答案]　(1)二　ⅠA　(2)P　＋5　(3)C　(4)2　(5)O　(6) 　(7)F　Al　(8)HClO4　(9)K　(10)C
章末综合测评(四)　物质结构　元素周期律
(分值：100分)
一、选择题(本题共15小题，每小题3分，共45分。每小题只有一个选项符合题目要求)
1．下列关于铅元素的说法不正确的是(　　)
A．的中子数为125
B．的原子序数是82
C．和互为同位素
D．和属于同种核素
D　[原子符号左上角为质量数，质量数等于质子数和中子数的和，的中子数为207－82＝125，A正确；原子符号左下角为质子数，则表示质量数为204，质子数为82，故其表示原子序数是82的一种铅原子，B正确；和是质子数相同而中子数不同的铅的不同的原子，二者互为同位素，C正确；核素是具有一定数目质子数和一定数目中子数的原子，和属于同种元素的不同核素，D错误。]
2．下列关于原子结构及粒子间的数量关系的说法不正确的是(　　)
A．同种元素的原子均有相同的质子数和中子数
B．粒子Na＋、Mg2+、O2-具有相同的电子层结构
C．Al3+的核外电子数为10
D．核外电子排布相同的粒子化学性质可能相同
A　[同种元素的原子具有相同的质子数，可能含有不同中子数，A错误；Na＋、Mg2+、O2-核外有2个电子层，都是2、8排布，电子层结构相同，B正确；铝的原子序数是13，在原子中，原子序数＝核外电子数，因此Al3+的核外电子数为13－3＝10，C正确；核外电子排布相同的粒子，可能属于同一种元素，化学性质可能相同，D正确。]
3．下列说法正确的是(　　)
A．多电子原子中，在离核较远的区域运动的电子能量较高
B．某粒子的核外电子排布为2、8、8结构，则该粒子一定是氩原子
C．铷与水的反应比钠与水的反应缓慢
D．铊(Tl)与铝同主族，其氢氧化物一定既能与盐酸反应，又能与氢氧化钠溶液反应
A　[在多电子原子中，电子在核外排布时，能量越高的离核越远，即多电子原子中，在离核较远的区域运动的电子能量较高，A正确；某粒子的核外电子排布为2、8、8结构，则该粒子可能是氩原子，也可能是S2-、Cl－或K＋、Ca2+等，B错误；元素的金属性：铷＞钠，故铷与水的反应比钠与水的反应更剧烈，C错误；铊(Tl)与铝同主族，金属性比铝强，则其氢氧化物的碱性比氢氧化铝强，不是两性氢氧化物，D错误。]
4．下列事实不能说明元素的金属性或非金属性相对强弱的是(　　)
选项 事实 推论
A 2C＋SiO22CO↑＋Si 非金属性：C>Si
B Ca(OH)2的碱性强于Mg(OH)2 金属性：Ca>Mg
C 与冷水反应，K比Mg剧烈 金属性：K>Mg
D SO3与NaHCO3溶液反应生成CO2 非金属性：S>C
A　[2C＋SiO22CO↑＋Si该反应中碳原子失去电子，不能说明C的非金属性比Si强；该反应能够进行，是因为高温下生成的气态CO脱离反应体系，使反应正向进行，A符合题意；可由最高价氧化物对应的水化物的碱性强弱判断元素金属性的强弱，Ca(OH)2的碱性强于Mg(OH)2，金属性：Ca>Mg，B不符合题意；可由与水反应的剧烈程度判断元素金属性的强弱，与冷水反应，K比Mg剧烈，说明K的金属性比Mg强，C不符合题意；可由最高价氧化物对应的水化物的酸性强弱判断元素非金属性的强弱，SO3与NaHCO3溶液反应生成CO2，原因是SO3与水反应生成硫酸，硫酸与NaHCO3溶液反应生成CO2，说明硫酸的酸性比碳酸的酸性强，可推出S的非金属性比C强，D不符合题意。]
5．甲～戊均为短周期元素，在元素周期表中的相对位置如图所示；戊的最高价氧化物对应的水化物为强酸。下列说法不正确的是(　　)
A．原子半径：丁>戊>乙
B．非金属性：戊>丁>丙
C．甲的氢化物遇氯化氢一定有白烟产生
D．丙的最高价氧化物对应的水化物一定能与强碱反应
C　[戊的最高价氧化物对应的水化物为强酸，则乙、戊不是0族，故五种元素为第二、三周期元素，若戊为Cl，则甲为N，乙为F，丙为P，丁为S；若戊为S，则甲为C，乙为O，丙为Si，丁为P。由同周期和同主族元素原子半径变化规律可知A项正确；同周期主族元素非金属性从左到右逐渐增强，B项正确；若甲为C，烷烃、烯烃遇氯化氢无白烟产生，C项错误；磷酸、硅酸均能与强碱反应，D项正确。]
6．下列说法正确的是(　　)
A．放射性物质131I和127I互为同位素，化学性质几乎相同
B．离子化合物中只含离子键，而共价化合物中可能只含共价键，也可能含离子键
C．CO2、H2O、N2分子中所有原子的最外层电子数都为8
D．原子结构模型的演变经历了：
A　[131I与127I质子数相同，中子数不同，两者互为同位素，化学性质几乎相同，A正确；离子化合物中可能含共价键，而共价化合物中只含共价键，不含离子键，B错误；H2O分子中的H原子最外层为2个电子，其他原子的最外层电子数都为8，C错误；原子结构模型的演变经历了：道尔顿→汤姆孙→卢瑟福→玻尔，D错误。]
7．在催化剂作用下，O2与CO反应生成CO2的历程如图(个别微粒未画出)：
下列说法不正确的是 (　　)
A．催化剂可以吸附气体分子
B．在催化剂作用下，CO中的化学键未完全断裂
C．生成CO2的过程中有非极性键形成
D．反应过程中每生成1 mol CO2转移2 mol电子
C　[由题图可知，催化剂可以吸附气体分子，A正确；由题图可知，在催化剂作用下，CO中的化学键未完全断裂，B正确；生成CO2的过程中有C===O形成，没有形成非极性键，C错误；反应过程中，碳元素的化合价由＋2价升高到＋4价，每生成1 mol CO2转移2 mol电子，D正确。]
8．已知X、Y、Z、W四种元素中，X元素原子核内没有中子；Y元素原子的最外层电子数是次外层电子数的3倍；Z元素原子失去1个电子后的电子层结构与氖原子相同，W元素原子得到1个电子后的电子层结构与氩原子相同。下列说法正确的是(　　)
A．X元素不存在同位素
B．Y单质具有强氧化性
C．Z单质和W单质反应产生白色烟雾
D．W元素在自然界以游离态形式存在
B　[已知X、Y、Z、W四种元素中，X元素原子核内没有中子，为H元素；Y元素原子的最外层电子数是次外层电子数的3倍，为O元素；Z元素原子失去1个电子后的电子层结构与氖原子相同，为Na元素；W元素原子得到1个电子后的电子层结构与氩原子相同，为Cl元素；由以上分析可知X、Y、Z、W分别为H、O、Na、Cl元素。X为氢元素，同位素有H、D、T等，A错误；Y为O元素，其单质是O2和O3，都具有较强的氧化性，B正确；Na和Cl2在加热条件下反应生成NaCl，现象为产生白色的烟，C错误；Cl元素性质活泼，在自然界以化合态形式存在，D错误。]
9．元素周期表中，某些主族元素与右下方的主族元素(如图)的性质具有相似性，这种规律被称为“对角线规则”。则下列叙述错误的是(　　)
A．已知Mg能与N2反应生成氮化镁，则Li在N2中燃烧生成Li3N
B．氧化铍的化学式为Be2O3
C．Be(OH)2既能溶于强酸又能溶于强碱溶液
D．硅酸钠显碱性，则硼酸钠溶液也显碱性
B　[Li、Mg处于对角线，性质具有相似性，A正确； Be属于第ⅡA族元素，最高化合价为＋2价，即氧化铍的化学式为BeO，B错误； Be与Al处于对角线，氢氧化铝为两性氢氧化物，则Be(OH)2也为两性氢氧化物，既能与强碱反应，也能与强酸反应，C正确；硅酸钠显碱性，说明硅酸为弱酸，Si与B处于对角线，则硼酸也属于弱酸，硼酸钠显碱性，D正确。]
10．113号Nh、115号Mc、117号Ts、118号Og 4种新元素，下列有关说法正确的是(　　)
A．115号元素在周期表中的位置是第七周期第ⅤB 族
B．这四种元素都是主族元素
C．118号元素的单质在通常情况下呈气态，其余三种为固态
D．117号元素Ts位于金属与非金属分界线上，可能是半导体，与它同族的上一周期元素的原子序数为99
C　[118号元素位于第七周期0族，则115号元素位于第七周期第ⅤA族，A错误；118号Og为0族元素，B错误；Og为稀有气体元素，其单质常温下呈气态，Nh为硼族元素，硼族元素的单质通常为固态，Mc为氮族元素，氮族元素的单质除N2外全是固体，Ts为卤族元素，卤族元素的单质从I2开始均为固体，即118号元素的单质在通常情况下呈气态，其余三种为固态，C正确；117号元素Ts，与它同族的上一周期元素的原子序数＝117－32＝85，D错误。]
11．如图是部分短周期元素原子(用字母表示)最外层电子数与原子序数的关系图，则下列说法不正确的是(　　)
A．Z的单质很活泼，能将铜从其盐溶液中置换出来
B．单质X与Z反应可以生成两种氧化物
C．W单质可用于自来水消毒
D．单质Y与水反应生成一种酸和一种单质
A　[题图是部分短周期元素原子(用字母表示)最外层电子数与原子序数的关系图，X、Y位于第二周期，Z、R、W位于第三周期，根据各原子最外层电子数可知，X为O，Y为F，Z为Na，R为S，W为Cl。Z为Na，Z的单质很活泼，但不能将铜从其盐溶液中置换出来，由于Na先与水反应，生成的NaOH再与Cu2+反应生成Cu(OH)2，A错误； X为O，Z为Na，故单质X与Z反应可以生成两种氧化物Na2O和Na2O2，B正确； W为Cl，W单质即Cl2，由于Cl2与水反应生成的HClO具有强氧化性，可以使蛋白质发生变性，故W单质可用于自来水消毒，C正确； Y为F，单质Y即F2与水反应生成一种酸(HF)和一种单质(O2)，该反应方程式为2H2O＋2F2===4HF＋O2，D正确。]
12．a、b、c、d是四种短周期元素，a、b、c同周期，c、d同主族。a的原子结构示意图为，b与d形成的化合物的电子式为则下列叙述中正确的是(　　)
A．原子序数：a>b>c
B．b和氢不能存在于同一离子化合物中
C．a和d可以形成化学式为a3d4的共价化合物
D．c与氢形成的化合物cH3中含有非极性共价键
C　[根据核外电子排布规律可知，x＝2，故a为Si元素；又已知a、b、c同周期，b可以形成＋1价阳离子，因此，b为Na元素，c、d同主族，d可以形成－3价阴离子，则d最外层电子数为5，因此，c最外层也为5个电子，c为P元素，d为N元素。根据分析，a、b、c中b的原子序数最小，c的原子序数最大，故正确的顺序为c>a>b，A错误； b和H元素可以组成离子化合物NaH，B错误； Si和N元素可以形成Si3N4，各原子满足8电子稳定结构，Si和N之间以共价键形式结合，属于共价化合物，C正确； PH3中P－H共价键为极性共价键，D错误。]
13．主族元素X、Y、Z、Q、W的原子序数依次增大且分占三个短周期，Z原子最外层电子数是内层电子数的3倍，Q与Z可形成离子个数比为1∶1的离子化合物，W原子在同周期主族元素中原子半径最小，X、Y、Z的原子序数之和为15，下列判断不正确的是(　　)
A．Y与Z能形成两种常见的化合物
B．简单氢化物的稳定性：YC．Q与Z形成化合物中，既含离子键又含共价键
D．Y与W形成的化合物中，所有原子均达到8电子稳定结构
C　[主族元素X、Y、Z、Q、W的原子序数依次增大且分占三个短周期，则X为H；Z原子最外层电子数是内层电子数的3倍，则Z只有2个电子层，且最外层电子数为6，Z为O；Q与Z可形成离子个数比为1∶1的离子化合物，则Q为Mg；W原子在同周期主族元素中原子半径最小，则W为Cl；X、Y、Z的原子序数之和为15，则Y的原子序数＝15－1－8＝6，Y为C。C与O能形成CO和CO2两种常见的化合物，A正确；非金属性：C14．下表中，陈述Ⅰ、Ⅱ都正确且两者之间有关联的是(　　)
选项 陈述Ⅰ 陈述Ⅱ
A 不能用pH试纸测新制氯水的pH H＋有氧化性
能在NaOH溶液中溶解 Al(OH)3是两性氢氧化物
C 盐酸中逐滴滴入Na2CO3溶液，立即产生大量气泡 氯元素的非金属性比碳强
D FeSO4溶液保存时加入少量铜粉 Fe的金属性比Cu强
B　[新制的氯水中含有次氯酸，次氯酸具有强氧化性和漂白性，所以不能用pH试纸测新制氯水的pH, A错误；是两性氢氧化物，能与酸、碱反应，所以能在NaOH溶液中溶解， B正确；盐酸中逐滴滴入Na2CO3溶液，立即产生大量气泡，说明盐酸的酸性强于碳酸，但盐酸不是氯元素的最高价氧化物的水化物，所以不能说明氯元素的非金属性比碳强， C错误； FeSO4溶液保存时防止二价铁被氧化为三价铁应加入少量铁粉，加铜会产生杂质铜离子， D错误。]
15．M、W、X、Y、Z是五种原子序数依次增大的短周期主族元素，其原子序数之和为31；其中Y的最外层电子数等于X的核外电子总数；五种主族元素组成的化合物Q的结构如图所示。下列说法正确的是(　　)
A．原子半径：XB．X的氧化物一定属于酸性氧化物
C．在Q的结构中，所有原子最外层均满足8电子稳定结构
D．Y元素组成的最常见单质和M的单质，在加热条件下生成的化合物中只含离子键
D　[根据题意可知，M为Li，W为B，X为C，Y为O，Z为F。同周期主族元素从左到右，原子半径逐渐减小，则原子半径：C>O>F，A错误；碳元素的氧化物CO不是酸性氧化物，B错误；Q中的Li＋最外层有2个电子，不满足8电子稳定结构，C错误；Y元素最常见的单质为O2，M的单质为Li，在加热时生成的氧化物为Li2O，Li2O中只含离子键，D正确。]
二、非选择题(本题共4小题，共55分)
16．(11分)如图为元素周期表的一部分。门捷列夫预言了多种当时未知的元素，T为其中之一。已知J的原子序数是Z的两倍。
L Y Z
X J Q
T M
请回答如下问题：
(1)L元素在周期表中的位置是______________。(2分)
(2)下列说法不正确的是________。(3分)
A．Y与Q元素形成的化合物 YQ3中所有原子最外层都满足8电子结构
B．X、T 的最高价氧化物对应水化物碱性：XC．用 pH 试纸测得 Q单质的水溶液 pH＝3
D．简单离子半径：X>Y>Z
(3)已知 JZQ2与 H2O 反应时有刺激性气味气体和白雾产生，写出其化学反应方程式： _______________________________________________________________
_____________________________________________________________________。(3分)
(4)非金属性Q________M(用“<”“＝”“>”来表示)，判断依据是(试用一个化学方程式来表示) ____________________________________________________
_____________________________________________________________________。(3分)
[解析]　已知J的原子序数是Z的两倍，则Z、J分别为氧、硫，根据其他元素和氧、硫在周期表中的相对位置可知X、T、L、Y、Q、M分别为铝、镓、碳、氮、氯、溴。(1)L为碳，在周期表中的位置是第二周期第ⅣA族。(2)Y与Q元素形成的化合物YQ3即NCl3的电子式为，YQ3中所有原子最外层都满足8电子结构，A正确；同主族元素从上至下，金属性逐渐增强，则金属性：XZ>X，D错误。(3)已知JZQ2即SOCl2与H2O反应时有刺激性气味气体和白雾产生，刺激性气味气体为SO2，白雾是反应生成的HCl气体遇空气中的水蒸气产生的，则该反应的化学方程式为SOCl2＋H2O===SO2↑＋2HCl↑。(4)同主族元素从上至下，非金属性逐渐减弱，则非金属性Q>M；判断依据是Cl2＋2NaBr ===2NaCl＋ Br2，该反应中，Cl2是氧化剂，Br2是氧化产物，氧化性： Cl2> Br2，非金属单质的氧化性越强，对应元素的非金属性越强，则可以证明非金属性：Q>M。
[答案]　(1)第二周期第ⅣA族　(2)CD
(3)SOCl2＋H2O===SO2↑＋2HCl↑
(4)>　Cl2＋2NaBr===2NaCl＋Br2
17．(13分)元素周期律的发现和元素周期表的诞生开创了化学科学的新纪元。根据元素周期表和周期律，回答下列问题：
Ⅰ．下表显示了元素周期表中短周期的一部分，① ～ ④代表 4 种短周期元素，其中②与氢元素形成的简单氢化物分子中含10个电子，能够使湿润的红色石蕊试纸变蓝。
① ② ③
④
(1)与②同主族的第四周期元素的原子结构示意图为________。(2分)
(2)③与④的简单氢化物中沸点较高的分子的电子式为________。(2分)
Ⅱ．某同学欲利用如图装置验证同周期或同主族元素性质递变规律。
(3)干燥管 D 的作用是__________________________________。(2分)
(4)证明得电子能力强弱：Cl>I。向 A 中加浓盐酸，B 中加 KMnO4(KMnO4 与浓盐酸常温下反应生成氯气)，C 中加淀粉碘化钾混合溶液，观察到 C 中溶液变蓝，则 C 中发生反应的离子方程式为_________________________________
_____________________________________________________________________。(3分)
Ⅲ．到目前为止，元素周期表的第七周期已经被填满。
(5)如果发现 120 号元素，其在元素周期表中的位置是________________；该元素对应单质比钙的熔点________(填“高”“低”或“无法比较”)。(4分)
[答案]　(1) 　(2) 　(3)防倒吸　(4)Cl2＋2I－===2Cl－＋I2　(5)第八周期第ⅡA族　低
18．(13分) A、B、C、D、E均是短周期元素，其原子序数依次增大，A和B同周期，A和D同主族，A原子最外层电子数是内层电子数的2倍，B元素族序数是其周期数的3倍，C的单质与B的单质在不同条件下反应，可生成C2B或C2B2，E是所在周期中原子半径最小的元素。请回答：
(1)E在元素周期表中的位置是______________。(2分)
(2)C2B2含有的化学键是______________________________。(2分)
(3)B、C、E的简单离子半径由大到小的顺序为____________(填离子符号)。(2分)
(4)A、D、E元素的最高价氧化物对应水化物的酸性最强的是________(填化学式，下同)；B的气态氢化物与D的气态氢化物相比，热稳定性更弱的是________。(2分)
(5)与A和D同族的元素F的相关物质常用于制作机动车的蓄电池。请将F原子的结构示意图补全：；其最高价氧化物可与浓盐酸共热生成Cl2，该反应的化学方程式为________________________________________________
_____________________________________________________________________。(5分)
[解析]　A、B、C、D、E均是短周期元素，其原子序数依次增大，A原子最外层电子数是内层电子数的2倍，则A为碳元素，A和D同主族，则D为硅元素，A和B同周期，B元素族序数是其周期数的3倍，则B为氧元素， C的单质与 B 的单质在不同条件下反应，可生成C2B或C2B2，则C为钠元素，E是所在周期中原子半径最小的元素，则E为氯元素。
[答案]　(1)第三周期第ⅦA族　(2)离子键、共价键　(3)Cl－>O2->Na＋　(4)HClO4　SiH4　
(5) ?　PbO2＋4HCl(浓)PbCl2＋Cl2↑＋2H2O
19．(18分)某化合物由W、X、Y、Z四种前18号元素组成，且原子序数依次增大，X原子的最外层电子数是次外层电子数的3倍，X、Z原子最外层电子数相同；Y元素的负离子核外电子排布和氖原子相同，Y原子的最外层电子数与W原子的核外电子总数相等。
(1)下列图①②③原子结构模型中依次符合卢瑟福、道尔顿、汤姆孙的观点的是________。(2分)
A．①②③　　　　　　 B．③①②
C．③②① D．②①③
(2)W原子的电子式为________，工业上获得其单质的方法是__________________。(4分)
(3)X的离子结构示意图是________，Y的元素名称是________。(3分)
(4)含Z元素的18电子微粒有________________(写出2种)。(2分)
(5)科学家发现：具有2、8、20、28、50、82、114、126等数目的质子或中子的原子核具有特别的稳定性，并将这些数称为“幻数”，而具有双幻数的i、、等尤为稳定，写出W、X、Y、Z中质子数为“幻数”的元素的最稳定的核素：________。(2分)
(6)下列关于X、Z及其化合物的说法错误的是________。(3分)
A．X和Z两元素形成的化合物只有一种
B．H元素和X、Z形成的酸可能是强酸
C．Cu元素和X、Z形成的化合物之一是常见的干燥剂
(7)已知铜有63Cu与65Cu两种同位素，铜元素的近似相对原子质量为63.5，则在铜元素中，同位素65Cu的质量百分数约为______(保留三位有效数字)。(2分)
[解析]　某化合物由W、X、Y、Z四种前18号元素组成，原子序数依次增大，X原子的最外层电子数是次外层电子数的3倍，则X为O元素；X、Z原子最外层电子数相同，则Z为S元素；Y元素的负离子核外电子排布和氖原子相同，且Y的原子序数大于8，则Y为F元素；Y原子的最外层电子数与W原子的核外电子总数相等，则W为N元素。(6)氧元素和硫元素形成的氧化物有二氧化硫和三氧化硫，则两元素形成的化合物不止一种，A错误；氢元素与硫元素、氧元素可形成硫酸，硫酸是二元强酸，B正确；铜元素与硫元素、氧元素形成的化合物可能是硫酸铜、亚硫酸铜，亚硫酸铜和硫酸铜都不是常见的干燥剂，C错误。(7)铜有63Cu与65Cu两种同位素，铜元素的近似相对原子质量为63.5，设63Cu和65Cu 原子个数百分数依次为(1－x)、x，则有63×(1－x)＋65x＝63.5，解得x＝0.25，在铜元素中，同位素65Cu的质量百分数约为×100%≈25.6%。
[答案]　(1)B　(2) 　分离液态空气　
(3) 　氟　(4)S2-、H2S、HS－(写出2种)
O　(6)AC　(7)25.6%
6 / 22课题4　探究元素周期表和元素周期律的应用
通过探究元素周期表的结构、物质结构和元素性质的关系规律，培养学生“结构决定性质和性质反映结构”的“宏观辨识与微观探析”的化学核心素养。
周期表的结构及性质预测
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”，后来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。
1．在现在的元素周期表中，第ⅢB族有几种元素？同周期中第ⅡA族与第ⅢA族的元素的原子序数之差为多少？同主族元素中第五、六周期的原子序数差为多少？
2．铝与镓的金属性谁强？镓与锗的最高价氧化物对应的水化物的碱性谁强？
元素非金属性的实验探究
探究同周期、同主族元素性质的递变性。现有下列试剂：稀盐酸、稀硝酸(易挥发)、稀硫酸、NaOH、Mg(OH)2、Al(OH)3、CaCO3、Na2SiO3溶液、溶液。
查阅资料：
①较强酸与较弱酸的盐反应生成较弱酸和较强酸的盐。
②H2SiO3是一种白色胶状沉淀。
1．为了探究C、N、Si的非金属性强弱，现有如图实验装置。
(1)根据所给试剂，指出仪器a、b、c中分别是什么物质？
(2)写出装置中发生反应的化学方程式。
2．某同学提出1题中装置设计不严密，指出不严密的地方，应如何改进？画出装置图，并指明装置中的试剂。
利用“类比法”推测物质的结构与性质
元素周期律和元素周期表在日常生活中有广泛应用，具有重要的指导意义，特别是利用元素“位—构—性”的关系可预测很多未知物质的性质，为探索未知物的性质提供好的工具。
1．已知NH4Cl是离子化合物，含有离子键和共价键。请推测PH4I的化合物类型，并指出其中含有的化学键，写出其电子式。
2．镭元素位于周期表中第七周期第ⅡA族，其单质能与水反应吗？若能，写出化学方程式。
1．门捷列夫在研究周期表时预言了包括“类铝”“类硅”在内的11种元素。
(1)“类铝”在门捷列夫预言4年后，被布瓦博德朗在一种矿石中发现，命名为镓(Ga)。
①镓与铝同主族，且位于铝的下一周期，则镓的原子结构示意图为________。
②已知难溶于水，为判断是否为两性氢氧化物，设计实验时，需要选用的试剂有GaCl3溶液、________和________。
③设计实验证明碱性Mg(OH)2＞Al(OH)3： _______________________________
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________。
(2)门捷列夫预言的“类硅”，多年后被德国化学家文克勒发现，命名为锗(Ge)。
①硅和锗单质分别与H2反应时，反应较难进行的是________(填“硅”或“锗”)。
②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：
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________。
(3)某同学查找Ge、Sn、Pb三种元素在周期表的位置如图所示：
周期 ⅣA
4 Ge
5 Sn
6 Pb
Ge、Sn、Pb的＋4价氢氧化物碱性强弱顺序为____________________(用化学式表示)。
2．部分短周期主族元素的原子半径和主要化合价的关系如图所示，其中E、G、T位于同一周期。回答下列问题：
(1)B位于第________周期第________族。
(2)FDB的电子式为____________________________________________________；
T的原子结构示意图为________。
(3)设计简单实验证明D的非金属性比C的强： ____________________________
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________。
(4)A和D的简单氢化物相遇产生“白烟”，其生成物的化学式是________。
(5)在上述元素的最高价氧化物对应的水化物中，酸性最强的是____________(填化学式，下同)，碱性最强的是____________；上述非金属元素的简单氢化物中，沸点最高的是____________，还原性最强的是__________。
(6)G、D的最高价氧化物对应的水化物之间发生反应的化学方程式为_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________。
1．(2024·福建合格考)某紫薯含有被誉为“抗癌大王”的硒元素。硒的一种核素为e，其核电荷数为(　　)
A．34　　　　　　　　 B．44
C．78 D．112
2．(2023·北京合格考)某元素的原子结构示意图为。下列关于该元素的说法不正确的是(　　)
A．元素符号是F
B．最低负化合价是－1价
C．其原子在化学反应中容易失去电子
D．在元素周期表中的位置是第二周期第ⅦA族
3．(2024·安徽合格考)我国科学家在全球首次合成了一种新核素：(钨)。下列关于(钨)的说法中，正确的是(　　)
A．质子数为82　 B．中子数为74　
C．质量数为156　 D．与互为同位素
4．(2024·辽宁合格考)元素周期律和周期表体现了对元素的科学分类方法，以及结构决定性质的化学观念。其重要意义还在于它从自然科学方面有力地论证了事物变化中量变引起质变的规律性，揭示出复杂的表象中蕴含着规律等科学观念。下表列出了①～⑨9种短周期元素在周期表中的位置。
周期 族
ⅠA ⅡA ⅢA ⅣA ⅤA ⅥA ⅦA 0
1 ①
2 ② ③ ④ ⑤
3 ⑥ ⑦ ⑧ ⑨
请回答下列问题：
(1)下列元素在地壳中含量最多的是(　　)
A．④　　 B．⑤ 　　C．⑧ 　　D．⑨
(2)元素①、②、③、④的原子半径最小的是(　　)
A．① B．②
C．③ D．④
(3)元素⑥、⑦的金属性强弱关系正确的是(　　)
A．⑥＝⑦ B．⑥<⑦
C．⑥>⑦ D．无法确定
(4)元素⑨的最高价氧化物的水化物的化学式是(　　)
A．H2CO3 B．HNO3
C．H2SO4 D．HClO4
(5)下列各组元素形成的常见化合物中含有离子键的是(　　)
A．①和④ B．②和④
C．①和⑨ D．⑥和⑨
5．(2023·全国甲卷)W、X、Y、Z为短周期主族元素，原子序数依次增大，最外层电子数之和为19。Y的最外层电子数与其K层电子数相等，WX2是形成酸雨的物质之一。下列说法正确的是 (　　)
A．原子半径：X>W
B．简单氢化物的沸点：XC．Y与X可形成离子化合物
D．Z的最高价含氧酸是弱酸
6．(2023·全国乙卷)一种矿物由短周期元素W、X、Y组成，溶于稀盐酸有无色无味气体生成。W、X、Y原子序数依次增大。简单离子X2-与Y2+具有相同的电子层结构。下列叙述正确的是 (　　)
A．X的常见化合价有－1、－2
B．原子半径大小为Y>X>W
C．YX的水合物具有两性
D．W单质只有4种同素异形体
7．(2022·山东卷)、的半衰期很短，自然界中不能稳定存在。人工合成反应如下：
X；Y。下列说法正确的是(　　)
A．X的中子数为2
B．X、Y互为同位素
C．、可用作示踪原子研究化学反应历程
D．自然界不存在、分子是因其化学键不稳定
8．(2024·安徽合格考)下表是元素周期表的一部分，表中所列的①～⑥分别代表某一种元素。请回答下列问题：
(1)③的原子结构示意图是________。
(2)①和②中原子半径较大的是________(填元素符号，下同)，原子的得电子能力较强的是________。
(3)③和⑤的最简单氢化物中，更稳定的是________(填化学式)，该物质中存在的化学键是________(填“离子键”或“共价键”)。
(4)④的最高价氧化物对应的水化物与⑥的单质发生反应的离子方程式为_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________。
9．(2024·福建合格考)元素周期表是学习和研究化学科学的重要工具。下表是元素周期表的一部分(a、b表示两种元素)，按要求作答。
　　族 周期　　 ⅠA ⅡA ⅢA ⅣA ⅤA ⅥA ⅦA
2 a C N O F
3 Na Al b S Cl
4 K Ca
(1)a位于周期表中第________周期第________族。
(2)b的元素符号是________，其最高化合价是________。
(3)有机化合物中一定含有的元素是______(填元素符号，下同)。
(4)钙原子最外层电子数为________。
(5)O与S中，原子半径较小的是________。
(6)氮的原子结构示意图为________。
(7)非金属性最强的元素是________；氢氧化物呈两性的元素是________。
(8)HClO4与H2SO4中，酸性较强的是________。
(9)钠、钾分别与水反应，反应更剧烈的是________。
(10)已知溴(Br)与氯同主族，且位于第四周期。根据溴元素在元素周期表中的位置推测，下列结论正确的是________(填字母)。
A．热稳定性：HBr>HCl
B．氧化性：Br2>Cl2
C．HBr能与NaOH溶液发生反应
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