高一化學(xué)必修2學(xué)案：第一單元核外電子排布與周期律

典題精講例1下列各組物質(zhì)按堿性依次減弱順序排列的是()A.LiOH、NaOH、CsOHB.Ba(OH)2、Ca(OH)2、Mg(OH)2C.Ca(OH)2、KOH、Ba(OH)2D.Al(OH)3、Mg(OH)2、NaOH思路解析：該題考查的是元素周期律中元素的金屬性的遞變規(guī)律。解答的方法是先根據(jù)每項(xiàng)中金屬元素在周期表中的位置，再利用位置和性質(zhì)的關(guān)系來解決。選項(xiàng)A中Li、Na、Cs均為同一主族元素(IA)，這三種元素的金屬性逐漸增強(qiáng)，所以它們的氫氧化物的堿性是遞增的；選項(xiàng)B中Ba、Ca、Mg均為同一主族元素(IIA),這三種元素的金屬性漸弱，所以它們的氫氧化物的堿性也依次減弱；選項(xiàng)C中Ca與K處于同一周期，Ca與Ba又處于同一主族，元素的金屬性為K>Ca,Ba>Ca，所以不成規(guī)律不能比較；選項(xiàng)D中13Al、13Mg、11Na均處于同一周期，這三種元素的金屬性漸強(qiáng)，則它們的氫氧化物的堿性也逐漸增強(qiáng)。答案：B綠色通道：此類題的解答要運(yùn)用同周期及同主族元素性質(zhì)的遞變規(guī)律，即同周期元素從左到右，金屬性逐漸減弱，非金屬性逐漸增強(qiáng)；同主族元素從上到下，金屬性逐漸增強(qiáng)，非金屬性逐漸減弱。金屬的活潑性越強(qiáng)，對應(yīng)的最高價(jià)氧化物的水化物的堿性就越強(qiáng)。變式訓(xùn)練(經(jīng)典回放)下列遞變規(guī)律正確的是()O、S、Na、K原子半徑依次增大Na、Mg、Al、Si的還原性依次增強(qiáng)HF、HCl、H2S、PH3的穩(wěn)定性依次增強(qiáng)KOH、Ca(OH)2、Mg(OH)2、Al(OH)3的堿性依次增強(qiáng)思路解析：該題考查了同周期、同主族元素的原子半徑、金屬性和非金屬性的強(qiáng)弱比較；考查了元素的金屬性和非金屬性的強(qiáng)弱與其對應(yīng)的最高價(jià)氧化物的水化物的堿性強(qiáng)弱和氫化物穩(wěn)定性大小的關(guān)系。A項(xiàng)中，O、S屬于同主族元素，S原子比O原子半徑大；而S和Na是同周期元素，Na的原子半徑比S的大；Na、K是同主族元素，K的原子半徑比Na的大。因此A項(xiàng)正確。B項(xiàng)中的四種元素同屬于第三周期，Na、Mg、Al、Si隨原子序數(shù)的遞增，它們的金屬性依次減弱，非金屬性依次增強(qiáng)，因此單質(zhì)的還原性應(yīng)依次減弱。故B項(xiàng)錯(cuò)。C項(xiàng)，首先要知道“比較非金屬氫化物穩(wěn)定性的強(qiáng)弱，必須首先比較對應(yīng)非金屬元素的非金屬性強(qiáng)弱；而且，元素的非金屬性越強(qiáng)，對應(yīng)氫化物的穩(wěn)定性就越強(qiáng)”。由于非金屬性氟、氯、硫、磷依次減弱，所以HF、HCl、H2S、PH3的穩(wěn)定性應(yīng)依次減弱。故C項(xiàng)錯(cuò)。D項(xiàng)中比較氫氧化物的堿性強(qiáng)弱，需要知道對應(yīng)金屬的金屬性強(qiáng)弱。由于鉀、鈣、鎂、鋁的金屬性依次減弱，所以KOH、Ca(OH)2、Mg(OH)2、Al(OH)3的堿性應(yīng)依次減弱，故D項(xiàng)錯(cuò)。答案：A例2X、Y是短周期元素，二者能形成化合物X2Y3。若已知X的原子序數(shù)為n則Y的原子序數(shù)不可能是()A.n+11B.n-5C.n+3D.n+4思路解析：本題考查主族元素化合價(jià)與族序數(shù)、元素的位置與原子序數(shù)的關(guān)系。還考查同學(xué)們解決問題的靈活性以及思維的開放性。根據(jù)化學(xué)式X2Y3與化合價(jià)規(guī)則知X為+3價(jià)，為奇數(shù)價(jià)；Y為一2價(jià)，為偶數(shù)價(jià)。則X元素在周期表中所處的主族序數(shù)一定是奇數(shù)，原子序數(shù)也一定是奇數(shù)，而Y元素所處的主族序數(shù)為偶數(shù)，原子序數(shù)也一定是偶數(shù)。奇、偶之差或和一定為奇數(shù)，不可能是偶數(shù)。很容易得答案D。有同學(xué)解答時(shí)先將X、Y具體化，得到二者多種關(guān)系，再判斷得出。即由X2Y3知X的化合價(jià)為+3,Y的化合價(jià)為-2,X是第IIIA、VA、WA族，Y是第"A族。由X、Y在短周期，故X是5B或13A1、7N、15P、17C1。Y為8O或16S。若X是刀，則Y的核電荷數(shù)是513715178165n+3或n+11；若X是13Al，則Y的核電荷數(shù)……以此類推，最終對比選項(xiàng)得出答案。這樣做很費(fèi)事，違背了命題的意圖。學(xué)習(xí)過程中一定要將化合價(jià)的奇偶性與族序數(shù)的奇偶性靈活應(yīng)用起來。答案：D綠色通道：該類題目通常是以靈活的方法解決的。經(jīng)常用到的一個(gè)結(jié)論(規(guī)律)是：元素周期表中的主族元素，族序數(shù)為奇數(shù)的元素的原子序數(shù)、最外層電子數(shù)、最高化合價(jià)均為奇數(shù)；族序數(shù)為偶數(shù)的元素的原子序數(shù)、最外層電子數(shù)、最高化合價(jià)為偶數(shù)。變式訓(xùn)練(1)同一主族的兩種元素的原子序數(shù)之差不可能是()A.16B.26C.36D.46在長式元素周期表中，元素A、B位于同一周期，A在IIA族,B在IIIA族;A的原子序數(shù)為x,B的原子序數(shù)為y。則y不可能是()A.x+1B.x+10C.x+11D.x+25甲、乙是周期表中相鄰兩個(gè)主族的兩種元素，若甲的原子序數(shù)為x，則以下有可能是乙的原子序數(shù)的是()A.x-17B.x-8C.x-6D.x+18思路解析：該三個(gè)小題均考查了對元素周期表的結(jié)構(gòu)的掌握和應(yīng)用情況。(1)記住元素周期表中，同主族中上下相鄰的兩種元素原子序數(shù)的差分別有2、8、18、32幾種情況，而同主族不相鄰的元素的原子序數(shù)的差則可以是以上幾個(gè)數(shù)自身的加和或相鄰幾個(gè)數(shù)的加和。所以不可能的是D。(2)和(3)是在(1)的基礎(chǔ)上的衍變，只是再注意同周期原子序數(shù)的差值為1即可。答案：(1)D(2)B(3)A例3下列微粒半徑大小比較正確的是()A.Na+VMg2+VA13+VO2-B.S2->Cl->Na+>A13+C.NaVMgVAIVSiD.CaVRbVKVNa思路解析：此題考查微粒半徑大小比較。比較微粒半徑大小要根據(jù)微粒電子層數(shù)，核電荷數(shù)，最外層電子數(shù)綜合考慮。選項(xiàng)A中，四種離子核外電子排布相同，核電荷數(shù)越大，半徑則越小，但概念不清時(shí)會(huì)錯(cuò)誤地認(rèn)為核電荷數(shù)越大，半徑則越大。選項(xiàng)B中S2-和Cl-、Na+和A13+的核外電子排布相同，電子層數(shù)相同，微粒半徑大小決定于核電荷數(shù)。S2-和Cl-比Na+和Al3+多一個(gè)電子層，微粒半徑顯然是前者大。答案：B綠色通道：比較微粒半徑大小依據(jù)的規(guī)律是：電子層數(shù)不同時(shí)，電子層數(shù)越多，半徑越大；電子層數(shù)相同時(shí)，核電荷數(shù)越大，半徑越??；在電子層數(shù)和核電荷數(shù)均相同時(shí)，電子數(shù)越多，半徑越大。變式訓(xùn)練(2004山東濰坊一模，6)A和B均為短周期元素，它們的離子A-和B2+具有相同的核外電子層結(jié)構(gòu)。下面說法正確的是()A.原子序數(shù)A>BB.核外電子數(shù)A>BC.原子半徑A>BD.離子半徑A->B2+思路解析：“短周期”“A-和B2+具有相同的核外電子層結(jié)構(gòu)”是該題目的突破口。可以假設(shè)是F-和Mg2+。這樣便可簡單地解決了。答案：D例4有甲、乙、丙3種短周期元素。已知甲、乙為同一周期相鄰元素，乙、丙處于同主族這3種元素原子的質(zhì)子數(shù)之和為31。最外層電子數(shù)之和為17，試推斷甲、乙、丙各為何種思路解析：此題考查根據(jù)元素在周期表的位置關(guān)系來進(jìn)行元素的推斷?？梢杂脠D示法進(jìn)行分析解決。設(shè)乙的質(zhì)子數(shù)為X,3種短周期元素在周期表中的位置有下列4種情況。依題意，4種情況分別討論如下：(x-l)+x+(x+8)=31得x=8x+(x+1)+(x+8)=31x無正整數(shù)解，舍去(x-1)+x+(x-8)=31x無正整數(shù)解，舍去(x-8)+x+(x+1)=31x無正整數(shù)解，舍去故乙的質(zhì)子數(shù)為8,是氧；甲為氮；丙為硫。驗(yàn)證:N、O、S三種元素原子的最外層電子數(shù)之和為5+6+6=17，符合題意，結(jié)論正確。答案:甲為氮乙是氧丙為硫綠色通道:對于根據(jù)元素在周期表的位置關(guān)系來進(jìn)行元素的推斷的一類題目，經(jīng)常使用圖示、討論、對比相結(jié)合的方法來解決。當(dāng)元素的相對位置存在多種可能性時(shí)，不妨列出所有可能的情況逐一討論排除。另外要熟悉各周期所包含的元素種數(shù)，以便判斷同主族相鄰周期元素原子序數(shù)的關(guān)系。變式訓(xùn)練(經(jīng)典回放)有A、B、C三種短周期元素。已知A、B為同一周期相鄰元素，B、C屬同一主族元素，這三種元素質(zhì)子數(shù)之和為41,最外層電子數(shù)之和為19,推斷A、B、C各為何種元素。A.，B.，C.。思路解析:可以用例題圖示，利用短周期、同周期相鄰、同主族等關(guān)系，再利用質(zhì)子數(shù)和最外層電子數(shù)的關(guān)系列出關(guān)系式便可得到答案。答案:氯元素硫元素氧元素例5超重元素“穩(wěn)定島”的假設(shè)預(yù)言:自然界中可能存在著原子序數(shù)為114號(hào)的元素的穩(wěn)定同位素20X。請根據(jù)原子結(jié)構(gòu)理論和元素周期律，預(yù)測：它在周期表的哪一周期？哪一族？是金屬還是非金屬？寫出它的最高價(jià)氧化物、氫氧化物(或含氧酸)的化學(xué)式，并估計(jì)后者的酸堿性。它與氯能生成幾種化合物？思路解析:該題目是考查對元素在周期表中的位置、結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的關(guān)系的掌握和應(yīng)用。解決的思路是利用元素周期表的結(jié)構(gòu)的知識(shí)，來推導(dǎo)元素在周期表中的位置，然后再利用元素周期律，從位置來推導(dǎo)性質(zhì)。解決的方法可以是，根據(jù)元素周期表的結(jié)構(gòu)中，各周期內(nèi)包含的元素的種數(shù)以及同周期元素的排列，需先用遞減法確定114號(hào)元素在周期表中的位置，然后再確定是金屬還是非金屬:114-2-8-8-18-18-32=28，(注:六個(gè)減數(shù)依次是第一周期至第六周期中包含的元素的總數(shù)；遞減法最終要求有余數(shù)，該余數(shù)可以看作依次排列的第七周期中的第28種元素)。依據(jù)第7周期排滿為32種元素來推，該元素在第7周期，從左邊開始，排列為第28種元素，即第WA族，而該族的第6周期為鉛元素，是金屬，則該元素也為金屬。然后，再依據(jù)同主族元素原子的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的遞變規(guī)律可知，它的最高價(jià)為+4，還有常見+2價(jià)化合物，所以可確定它的最高價(jià)氧化物及其水化物的化學(xué)式為X02、X（OHh，且x（oh）4以堿性為主；氯化物有兩種，為XCl2和xci4。答案：（1）第6周期，第WA族金屬（2）XO2X（0H）4X（0H）4以堿性為主（3）氯化物有兩種，為XCl2和XC14。綠色通道：預(yù)測未知或新元素的性質(zhì)，或欲尋找一種具有某種性質(zhì)的新物質(zhì)，該類題型均要靈活熟練掌握“性質(zhì)”決定“位置”，“位置”體現(xiàn)“性質(zhì)”的辯證關(guān)系。變式訓(xùn)練制冷劑是一種易壓縮、易液化的氣體，液化后在冷凍機(jī)管內(nèi)循環(huán)，蒸發(fā)時(shí)吸收熱量，使環(huán)境溫度降低，達(dá)到制冷目的。歷史上，人們曾采用過乙醚、氨、氯甲烷等作制冷劑，但它們不是有毒，就是易燃，效果并不十分理想。于是，不斷有科學(xué)家根據(jù)元素及其化合物的遞變規(guī)律來開發(fā)新的制冷劑。請沿著科學(xué)家的探索軌跡完成下列問題：（1）科學(xué)家們首先研究了某些化合物的易燃性和毒性的變化趨勢。（以下填寫化學(xué)式）①氫化物的可燃性。第二周期：>>H2O>HF。第三周期：>>>。②化合物的毒性。VA族：PH3>NH3°MA族：h2sh2o（填“〉或“<”，下同），cs2co2oWA族：cci4>cf4。（2）接下來，科學(xué)家們把注意力集中到含F(xiàn)、cl的化合物上。已知cci4的沸點(diǎn)是76.8°C,CF4的沸點(diǎn)是-128C,新的制冷劑的沸點(diǎn)最好能介于其間。經(jīng)過較長時(shí)間的反復(fù)試驗(yàn)，一種新的制冷劑氟利昂-12（CC12F2）終于誕生了，預(yù)計(jì)其他含F(xiàn)、Cl的化合物可以作為制冷劑的可能還有、、（寫化學(xué)式：可不填滿，也可補(bǔ)充）o（3）盡管這種制冷劑因能破壞大氣中的臭氧層造成環(huán)境污染而逐漸被其他制冷劑所取代，但求助于元素周期表中元素及其化合物的（填選項(xiàng)編號(hào)）變化趨勢來開發(fā)制冷劑的科學(xué)思維方法還是值得借鑒的。毒性②沸點(diǎn)③易燃性④水溶性⑤顏色思路解析：（1）①同周期元素氣態(tài)氫化物的可燃性從左向右逐漸減弱。由“毒性：PH3>NH3，CC14>CF4”可知：同主族元素的化合物的毒性從上到下逐漸增大。⑵組成和結(jié)構(gòu)相似的物質(zhì)，相對分子質(zhì)量越大，沸點(diǎn)越高。如沸點(diǎn)：CF4<CCl4<CBr4<CI4o又如沸點(diǎn)：CO2（常溫下氣態(tài)）<cs2（常溫下液態(tài)）。CCl2F2的沸點(diǎn)介于CCl4和CF4之間，比較CCl2F2跟CC14（或CF4）可以發(fā)現(xiàn)：CCl2F2是CCl4分子中2個(gè)Cl原子被2個(gè)F原子取代的產(chǎn)物（或CCl2F2是CF4分子中2個(gè)F原子被2個(gè)Cl原子取代的產(chǎn)物）。這樣，CCl4分子中1（或3）個(gè)Cl原子被1（或3）個(gè)F原子取代的產(chǎn)物?！不駽F4分子中1（或3）個(gè)F原子被1（或3）個(gè)Cl原子取代的產(chǎn)物〕CCl3F和CClF3的沸點(diǎn)也介于CCl4和CF4之間，即沸點(diǎn)：CF4<CClF3<CCl2F2<CCl3F<CCl4o（3）制冷劑必須是易液化、毒性低或無毒、可燃性差或不燃燒的物質(zhì)。由題目可以看出，科學(xué)家在尋找制冷劑的過程中，探討了物質(zhì)可燃性、毒性和沸點(diǎn)的遞變規(guī)律。答案：（1）①CH4NH3SiH4PH3H2SHCl②〉>（2）CCl3FCClF3（3）①②③問題探究問題請?zhí)骄康谌芷谠匦再|(zhì)是如何遞變的？引起這種遞變的本質(zhì)原因是什么？導(dǎo)思：研究元素性質(zhì)的遞變規(guī)律，必須先明確元素性質(zhì)具體表現(xiàn)形式，然后從結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的關(guān)系入手解決。先要分析元素原子結(jié)構(gòu)的規(guī)律性變化：同周期元素中，原子序數(shù)的遞增對最外電子層的電子數(shù)、核電荷數(shù)的影響，核電荷數(shù)的增加對原子半徑、核對外層電子的吸引力的影響。這體現(xiàn)了結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)和性質(zhì)體現(xiàn)結(jié)構(gòu)的辯證統(tǒng)一關(guān)系，也體現(xiàn)了量變引起質(zhì)變的這一辯證規(guī)律。探究：可以通過探究金屬鈉、鎂、鋁與水和酸的反應(yīng)以及它們的氫氧化物的堿性強(qiáng)弱，硅、磷、硫、氯與氫氣化合的條件以及它們氫化物的穩(wěn)