第15講元素周期律的應用【學習目標】1．知道堿金屬元素、鹵族元素的結構和性質，能從原子結構角度解釋同主族元素性質的遞變規律。2．理解元素在周期表中的位置、元素原子結構和元素性質三者之間的關系。3．知道元素周期表、元素周期律在科研和生產實踐中的應用。【基礎知識梳理】一、堿金屬元素結構和性質遞變規律1．堿金屬元素的原子結構的相似性和遞變性元素名稱鋰鈉鉀銣銫元素符號LiNaKRbCs原子結構示意圖相似性最外層均有1個電子遞變性從Li到Cs隨核電荷數的增加，電子層數逐漸增多，原子半徑逐漸增大2．堿金屬元素物理性質的相似性和遞變性(1)相似性：除銫外，堿金屬元素都是銀白色的單質，硬度小，延展性好，密度較小，熔點較低。(2)遞變性：從Li~Cs，熔點逐漸降低。3．堿金屬元素化學性質的相似性和遞變性(1)相似性：堿金屬都是活潑金屬，均易失去1個電子，在化合物中均為＋1價。①單質的性質均能與非金屬單質(O2、Cl2)反應與水反應（用R表示單質），反應通式：2R+2H2O=2ROH+H2↑與酸反應，反應通式：2R+2H+=2R++H2↑②堿金屬的最高價氧化物(R2O)對應的水化物(ROH)，一般都具有強堿性。(2)遞變性：根據下表中堿金屬與水反應的現象，你能推測出哪些規律？堿金屬LiNaKRbCs與水反應的現象反應較為緩和，鋰浮在水面，并以穩定、適中的速度釋放出氣體反應迅速并放熱，鈉融化成小球反應迅速，伴有燃燒，輕微爆炸劇烈反應，發生爆炸劇烈反應，發生劇烈爆炸(3)結論：堿金屬都能與水反應，從Li~Cs，反應越來越劇烈。LiOH、NaOH、KOH、RbOH的堿性逐漸增強。隨著核電荷數的遞增，堿金屬元素的金屬性逐漸增強。【例1】下列關于堿金屬元素的性質說法正確的是（）A．從鋰到銫，堿金屬元素單質的密度依次增大B．從Li→Cs，其離子的氧化性依次減弱C．金屬鉀能從氯化鈉溶液中置換出鈉D．堿金屬在自然界中能以游離態存在答案：B解析：A選項，堿金屬單質的密度逐漸增大，錯誤；B選項，Li→Cs，金屬性（還原性）增強，其離子的氧化性減弱，正確；C選項，K、Na都是活潑金屬，在水溶液中要與水反應，錯誤；D選項，堿金屬元素都是活潑金屬元素，在自然界中不能以游離態形式存在。二、鹵族元素元素結構和性質遞變規律1．鹵族元素原子結構的相似性和遞變性元素名稱氟氯溴碘元素符號FClBrI相似性最外層均有7個電子。遞變性從F到I，隨核電荷數的增加，電子層數逐漸增多，原子半徑逐漸增大。2．鹵族元素單質物理性質的相似性和遞變性顏色：eq\o(→,\s\up7(F2：淺黃綠色Cl2：黃綠色Br2：深紅棕色I2：紫黑色),\s\do5(均有顏色))顏色加深熔、沸點：eq\o(→,\s\up7(F2：氣體Cl2：氣體Br2：液體I2：固體),\s\do5(均較低))逐漸升高水溶性：eq\o(→,\s\up7(F2：反應Cl2：溶解Br2：溶解I2：微溶),\s\do5(除F2外，都不易溶于水，但都易溶于有機溶劑，如CCl4、酒精等))逐漸減小3．鹵素單質化學性質的相似性和遞變性(1)相似性鹵族元素的原子最外層均有7個電子，得電子的能力強，容易得1個電子，其單質都具有較強的氧化性，自然界中不存在游離態的鹵素單質。(2)遞變性①實驗探究鹵素單質(Cl2、Br2、I2)氧化性的強弱實驗操作實驗現象離子方程式氯水與NaBr溶液反應溶液變為橙黃色2Br－＋Cl2=2Cl－＋Br2氯水與KI溶液反應溶液變為棕黃色2I－＋Cl2=2Cl－＋I2溴水與KI溶液反應，加入四氯化碳溶液，振蕩靜置靜置后，液體分層，下層呈紫紅色2I－＋Br2=2Br－＋I2結論：Cl2、Br2、I2單質的氧化性由強到弱的順序是Cl2＞Br2＞I2，相應陰離子的還原性由強到弱的順序是I－＞Br－＞Cl－。②從F→I，單質與氫氣反應越來越難，氣態氫化物的穩定性依次減弱。③從Cl→I，最高價氧化物對應水化物的酸性越來越弱。(3)結論：隨核電荷數的遞增，ⅦA族元素原子的得電子能力越來越弱，元素的非金屬性越來越弱。【例2】下列關于鹵族元素的說法正確的是（）A．鹵素單質在自然界中能以游離態存在B．鹵素原子最外層都有7個電子，其最高正化合價都為＋7價C．HF、HCl、HBr、HI的穩定性依次減弱D．隨核電荷數的增加，鹵素單質的熔、沸點逐漸降低答案：C解析：A選項，鹵素單質在自然界中只能以化合態存在，錯誤；B選項，F沒有最高正化合價，錯誤；C選項，F、Cl、Br、I的非金屬性逐漸減弱，氣態氫化物的穩定性逐漸減弱，正確；D選項，鹵素單質的熔、沸點逐漸增大，錯誤。故選C。【例3】下列有關堿金屬元素和鹵素的說法中，錯誤的是()A．溴單質與H2的反應比碘單質與H2的反應更劇烈B．堿金屬元素中，鋰原子失去最外層電子的能力最弱；鹵素中，氟原子得電子的能力最強C．鉀與水的反應比鈉與水的反應更劇烈D．隨核電荷數的增加，堿金屬單質和鹵素單質的熔點都逐漸降低答案：D解析：A選項，Br元素比I元素非金屬性強，因此溴單質與H2反應更劇烈，正確；B選項，堿金屬元素中，從上到下元素的金屬性(失去電子能力)逐漸增強，鹵素從上到下，元素的非金屬性（得電子能力）逐漸減弱，正確；C選項，鉀比鈉活潑，與水反應更劇烈，正確；D選項，隨著核電荷數增加，堿金屬單質熔點逐漸降低，鹵素單質的熔點逐漸增大，錯誤。故選D。三、元素周期表的中元素原子結構與性質的關系1．同周期(從左到右)元素性質的遞變規律相同增加減小減弱增強減弱增強2．同主族(自上而下)元素性質的遞變規律相同增大增大增強減弱增強減弱3．元素周期表的金屬區和非金屬區(1)分界線的劃分：沿著周期表中B、Si、As、Te、At跟Al、Ge、Sb、Po之間畫一條斜線，斜線的左邊是金屬元素，右邊是非金屬元素。(2)分界線附近的元素，既能表現出一定的金屬性，又能表現出一定的非金屬性，故元素的金屬性和非金屬之間沒有嚴格的界線。【例4】比較物質的性質（用化學式和“>”、“<”表示）Na、Mg的單質與水反應的劇烈程度：_____________________Si、P的單質與氫氣化合的難易程度：_____________________O、S元素的氣態氫化物的穩定性：_____________________P、Cl元素的氣態氫化物的穩定性：_____________________Be、Mg元素的最高價氧化物對應水化物的堿性：_____________________S、Cl元素的最高價氧化物對應水化物的酸性：_____________________N、P元素的最高價氧化物對應水化物的酸性：_____________________答案：Na>MgSi<PH2O>H2SPH3<HClBe(OH)2<Mg(OH)2H2SO4<HClO4HNO3>H3PO4解析：回答問題時，要寫出對應的化學式，不能只用元素符號表示。四、元素“位—構—性”的關系元素原子結構、元素在周期表中的位置和元素的主要性質三者之間的關系如下1．結構與位置的關系最外層電子數=主族序數電子層數=周期序數2．結構與性質的關系最外層電子數越少，電子層數越多→越易失電子，金屬性越強最外層電子數越多，電子層數越少→越易得電子，非金屬性越強3．位置、結構和性質的關系【例5】根據元素周期律和元素周期表的知識分析下面的推斷，其中錯誤的是()A．短周期主族元素中半徑最大的是NaB．Sr(OH)2的堿性強于Ba(OH)2C．砹(At)的單質是有色固體，HAt很不穩定D．AsH3是無色、有毒的氣體答案：B解析：同主族元素從上到下金屬性增強，則金屬性：Sr＜Ba，氫氧化鍶比氫氧化鋇的堿性弱，B錯誤；由鹵族元素單質及化合物的遞變性可知，隨原子序數的增大，單質的顏色逐漸加深，氣態氫化物穩定性逐漸減弱，砹是一種有色固體，HAt不穩定，C正確；AsH3是無色、有毒的氣體，D正確。五、元素周期表在科技生產中的應用(1)在金屬元素和非金屬元素的交界處尋找半導體材料（如硅、鍺、硒等）。(2)在過渡元素（副族和Ⅷ族）中尋找優良的催化劑。(3)在過渡元素中尋找耐高溫、耐腐蝕的合金材料。(4)研究元素周期表右上角的元素，合成新農藥。(5)位于第六周期ⅥB的鎢是熔點最高的金屬，位于第四周期ⅣB的鈦，密度小、耐高溫、耐腐蝕，適應于制造火箭發動機殼體、人造衛星殼體等。課堂檢測1．鋰(Li)是世界上最輕的金屬，它屬于堿金屬的一種。下列說法正確的是()A．堿金屬單質在氧氣中燃燒，都生成過氧化物B．Li是堿金屬原子中半徑最小的原子C．Li、Na、K、Rb＋的最外層都只有一個電子D．Na＋比Li多一個電子層答案：B解析：A選項，堿金屬越活潑，在氧氣中燃燒的產物越復雜，錯誤；B選項，堿金屬中，Li的原子半徑最小，正確；C選項，Rb＋帶1個正電荷，最外層電子數為8，錯誤；D選項，Na+有兩個電子層，與Li的電子層數相同，錯誤。故選B。2．下列關于鹵素的敘述正確的是()A．鹵素是典型的非金屬元素，因此不能與其他非金屬元素化合B．鹵素單質越活潑，其溶、沸點就越高C．鹵素單質都能和水劇烈反應D．鹵素單質都能和H2反應，且氣態氫化物的穩定性隨單質氧化性的增強而增強答案：D3．根據同主族元素的性質遞變規律分析下面的推斷，其中錯誤的是()A．氯化氫比溴化氫穩定B．硒化氫比硫化氫穩定C．氫氧化鍶比氫氧化鈣的堿性強D．鈹原子的失電子能力比鎂弱答案：B解析：A選項，非金屬性Cl>Br，穩定性HCl>HBr，正確；B選項，Se和S同族，非金屬性S>Se，穩定性H2S>H2Se，錯誤；C選項Sr和Ca同族，金屬性Sr>Ca，故氫氧化鍶的堿性強，正確；D選項，Be與Mg同主族，金屬性Mg>Be，失電子能力Mg>Be，正確。故選B。4．元素周期表中某區域的一些元素通常用來做半導體材料，它們是()A．左下方區域的金屬元素B．金屬元素和非金屬元素分界線附近的元素C．右上方區域的非金屬元素D．稀有氣體元素答案：B解析：用來制造半導體材料的元素位于金屬元素與非金屬元素分界線附近。5．已知某主族元素的原子最外層有7個電子，推測下列選項不正確的是()A．單質有氧化性B．最高正價一定為＋7價C．是非金屬元素D．同周期元素中原子半徑最小答案：B解析：某原子的最外層有7個電子，說明位于第ⅦA族，第ⅦA族元素得到一個電子達到穩定結構，其單質具有強氧化性，故A正確；F沒有正價，故B錯誤；第ⅦA族為非金屬元素，故C正確；同周期元素從左向右原子半徑逐漸減小(稀有氣體除外)，因此鹵族元素的原子半徑是同周期中最小的，故D正確。6．如圖所示是元素周期表的一部分，下列說法中正確的是()A．元素的簡單離子半徑大小：④＞⑤＞②B．氣態氫化物的穩定性：⑤＞②C．最高價氧化物對應水化物的酸性：⑥＞⑤D．元素的最高正化合價：③＝⑥答案：C解析：元素①～⑥分別為N、O、F、Al、S、Cl。離子半徑：S2－＞O2－＞Al3＋，A項錯誤；非金屬性越強則對應氣態氫化物越穩定，最高價氧化物對應水化物的酸性也越強，故穩定性：H2O＞H2S，酸性：HClO4＞H2SO4，B項錯誤、C項正確；F無正價，D項錯誤。7．硒(Se)是人體健康必需的一種微量元素。已知Se的原子結構示意圖為。下列說法不正確的是()A．該原子的質量數為34B．該元素處于第四周期ⅥA族C．SeO2既有氧化性又有還原性D．酸性：H2SO4＞H2SeO4答案：A解析：從Se的原子結構示意圖看出，Se的質子數為34，質量數一定大于34，A錯誤；Se原子有四個電子層，最外層電子數為6，所以Se在周期表中的位置為第四周期ⅥA族，B正確；SeO2中Se的化合價為＋4價處于中間價態，所以SeO2既具有氧化性又具有還原性，C正確；Se的非金屬性弱于S，所以它們最高價氧化物對應的水化物的酸性大小為H2SO4＞H2SeO4，D正確。8．據報道，我國科學家通過與多個國家進行科技合作，成功研發出銫(Cs)原子噴泉鐘，標志著我國時間頻率基準研究進入世界先進行列。已知銫位于元素周期表中第六周期ⅠA族，根據銫在元素周期表中的位置，推斷下列內容：(1)銫的原子核外共有____個電子層，最外層電子數為_________，銫的原子序數為_________。(2)銫單質與水劇烈反應，放出______色氣體，同時使紫色石蕊溶液顯______色，因為___________________________________________(寫出化學方程式)。(3)預測銫單質的還原性比鈉單質的還原性__________(填“弱”或“強”)。答案：(1)6155(2)無藍2Cs＋2H2O=2CsOH＋H2↑(3)強9．已知W、X、Y、Z為短周期元素，W、Z同主族，X、Y、Z同周期，W的氣態氫化物的穩定性大于Z的氣態氫化物的穩定性，X、Y為金屬元素，X的陽離子的氧化