新教材2023版高中化学章末整合与提升1第1章原子结构与元素性质学案鲁科版选择性必修2

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章末整合与提升一、元素“位—构—性”关系1．原子结构与元素周期表和元素周期律2．元素“位—构—性”关系二、元素推断技巧1．元素推断的一般思路2．推断元素的具体方法(1)利用核外电子数相同的微粒推断(2)利用元素原子或离子的核外电子排布推断要注意一些元素原子核外电子排布的特殊性，如前18号元素中：①族序数等于周期序数的元素：H、Be、Al。②族序数等于周期序数2倍的元素：C、S。③族序数等于周期序数3倍的元素：O。④周期序数等于族序数2倍的元素：Li。⑤周期序数等于族序数3倍的元素：Na。(3)利用元素的特殊性质推断①最高正价与最低负价代数和为零的短周期主族元素：H、C、Si。②最高正价是最低负价绝对值3倍的短周期主族元素：S。③除H外，原子半径最小的主族元素：F。④第一电离能最大的主族元素：F；第一电离能最小的主族元素：Cs(放射性元素除外)。⑤电负性最小的主族元素：Cs(0.7，放射性元素除外)；电负性最大的主族元素：F(4.0)。⑥同主族相邻两种元素的原子序数若具有2倍关系，此两种元素为O和S。(4)利用常见元素及其化合物的特征推断①形成化合物种类最多的元素、单质在自然界中硬度最大的元素或气态氢化物中氢的质量分数最大的元素：C。②空气中含量最高的元素或气态氢化物的水溶液呈碱性的元素：N。③地壳中含量最高的元素或氢化物在通常情况下呈液态的元素：O。④单质密度最小的非金属元素：H。单质密度最小的金属元素：Li。⑤单质在常温下呈液态的非金属元素：Br；单质在常温下呈液态的金属元素：Hg。⑥最高价氧化物及其对应水化物既能与强酸反应，又能与强碱反应的元素：Be、Al。⑦元素的气态氢化物和它的最高价氧化物对应水化物能发生化合反应的元素：N；能发生氧化还原反应的元素：S。⑧单质在常温下能与水反应放出气体的短周期元素：Na、F。(5)利用一些规律推断①元素周期表中的递变规律(“三角”规律)若A、B、C三种元素在元素周期表中的相对位置如图所示，则有关的各种性质均可排出顺序(D不参与排列)。如：原子半径：C>A>B；金属性：C>A>B；非金属性：B>A>C。②元素周期表中的相似规律a.同主族元素性质相似(因为最外层电子数均相同)。b.元素周期表中位于对角线位置(如图中，A、D位置)的元素性质相似，如Li和Mg、Be和Al、B和Si等。[典例1]　X、Y、Z为短周期元素，X原子最外层只有1个电子，Y原子的最外层电子数比内层电子总数少4，Z原子的最外层电子数是内层电子总数的3倍。下列有关叙述正确的是(　　)A.基态Y原子的价电子排布式为3s23p4B.简单气态氢化物的稳定性：Y>ZC.第一电离能：Y>ZD.X、Y两元素形成的化合物一定为离子化合物[集训]1．短周期主族元素W、X、Y、Z的原子序数依次增大，W的核外电子数等于其主族序数，X的单质在空气中含量最多，Y的最高价氧化物的水化物是两性化合物，Z的最高正价与最低负价的代数和为4。下列说法错误的是(　　)A.W与X形成的最简单化合物极易溶于水B.Y和Z可形成化合物Y2Z3C.最外层电子数：Z>X>Y>WD.Y和Z的简单离子的电子层结构相同2.几种短周期主族元素在周期表中的相对位置如图所示，已知元素X的原子核外电子数是D的2倍。下列说法不正确的是(　　)A.第一电离能：XEB．A元素基态原子的最外层中无自旋状态相同的电子C．B元素与C元素不可能形成化合物D．与B元素同周期且在该周期中第一电离能最小的元素的单质能与H2O发生置换反应4．短周期元素X、Y、Z、M的原子序数依次增大，Z的基态原子2p轨道半充满，M的最高正价与最低负价的绝对值之差为4，四种元素组成的一种分子的结构如图所示。下列说法正确的是(　　)A.电负性：X>Y>ZB．原子半径：Y>Z>XC．Y、Z的气态氢化物的稳定性：Y>ZD．Y、Z、M的最高价氧化物的水化物均为强酸5．有五种短周期元素，它们的结构、性质等信息如下表所示：请根据表中信息回答下列问题。(1)A元素基态原子的核外电子排布式为________________。(2)B元素在元素周期表中的位置为________；简单离子半径：B________(填“>”或“<”)A。(3)C元素基态原子的轨道表示式为________，其原子核外有________个未成对电子，能量最高的电子排布在________轨道上，该轨道呈________形。(4)D元素基态原子的核外电子排布式为________，D－的结构示意图为________。(5)C、E元素的第一电离能的大小关系是______(用元素符号表示)。(6)CE2与水反应的化学方程式是________________。三、对角线规则及应用1．概念在元素周期表中，某些主族元素与其右下方的另一主族元素的某些性质是相似的，这称为对角线规则。常见的是下表中对角线上的元素。2．实例分析(1)锂和镁的相似性①锂与镁的沸点较为接近：②锂和镁在氧气中燃烧分别生成对应的氧化物：。③锂和镁与水的反应都比钠与水的反应缓慢，并且生成的氢氧化物都难溶于水，覆盖在金属表面阻碍反应的继续进行。④碱金属中只有锂在室温下能与氮气反应生成Li3N，同样镁也能与氮气发生反应生成Mg3N2。⑤在碱金属的氟化物、碳酸盐和磷酸盐中，锂盐是难溶于水的，相应的镁盐也难溶于水。(2)铍和铝的相似性①铍和铝都可与酸、碱反应放出氢气，并且铍在浓硝酸中也发生钝化。②BeO和Al2O3都是两性氧化物：BeO＋2HCl===BeCl2＋H2O，BeO＋2KOH＋H2O===K2[Be(OH)4]；BeO、Al2O3硬度大、熔点高；Be(OH)2和Al(OH)3都是两性氢氧化物。③BeCl2和AlCl3都是共价化合物，易升华。④可溶性的铍、铝盐易水解：Be2＋＋2H2O⇌Be(OH)2＋2H＋，Al3＋＋3H2O⇌Al(OH)3＋3H＋。(3)硼和硅的相似性①自然界中B与Si均以化合态的形式存在。②B与Si单质都能与强碱反应。③硼烷和硅烷的稳定性都比较差，通常都易水解。④硼和硅的卤化物的熔、沸点比较低，易挥发，易水解。[典例2]　在元素周期表中，同一主族元素的化学性质相似。目前也发现某些元素的性质和它在元素周期表中右下方的另一主族元素的性质相似，这称为对角线规则。据此请回答下列问题：(1)锂在空气中燃烧，除生成________外，也生成微量的________。(2)铍的最高价氧化物对应的水化物的化学式是________，属于两性化合物，证明这一结论的有关离子方程式为_____________________________________________________、________________________________________________________________________。(3)若已知反应Be2C＋4H2O===2Be(OH)2＋CH4↑，则Al4C3与足量强碱溶液反应的离子方程式为________________________________________________________________________。(4)科学家证实，BeCl2属于共价化合物，设计一个简单实验证明，其方法是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。用电子式表示BeCl2的形成过程：________________________。[集训]1．如图是部分元素的第一电离能随原子序数变化的曲线(其中12～17号元素的有关数据缺失)。请回答下列问题：(1)分析图中同周期元素第一电离能的变化规律，推断Na～Ar元素中，Al的第一电离能的最小范围为________S，元素非金属性越强，对应的简单气态氢化物越稳定，则简单气态氢化物的稳定性Z＞Y，B项错误；同主族元素自上而下，第一电离能逐渐减小，则第一电离能：Y＜Z，C项错误；X为H、Li或Na，Y为S，H与S形成的化合物H2S属于共价化合物，D项错误。答案：A[集训]1．解析：短周期主族元素W、X、Y、Z的原子序数依次增大，W的核外电子数等于其主族序数，则W为H元素；X的单质在空气中含量最多，则X为N元素；Y的最高价氧化物的水化物是两性化合物，则Y为Al元素；Z的最高正价与最低负价的代数和为4，因为主族元素的最高正价与最低负价的绝对值之和为8，则Z的最高正价为＋6，最低负价为－2，则Z为S元素。H与N形成的最简单化合物氨气极易溶于水，A项正确；Al和S可形成化合物Al2S3，B项正确；H、N、Al、S的最外层电子数分别为1、5、3、6，故最外层电子数：S>N> Al>H，C项正确；Al和S的简单离子的核外电子数分别为10、18，二者的电子层结构不相同，D项错误。答案：D2．解析：D和E位于第2周期，X和Y位于第3周期，设D原子核外电子数为x，则X原子核外电子数为x＋6，又因X原子核外电子数是D的2倍，故2x＝x＋6，解得x＝6，则D为C元素，X为Mg元素，根据元素在周期表中的相对位置可知，Y是Al元素，E为N元素。元素的第一电离能：Mg>Al，A项错误；Mg为第3周期ⅡA族元素，镁单质可通过电解熔融MgCl2制备，B项正确；元素的非金属性越强，其最高价氧化物对应水化物的酸性越强，四种元素中非金属性最强的是N元素，所以酸性最强的是HNO3，C项正确；气体分子(DE)2为(CN)2，其电子式为∶N⋮⋮C∶C⋮⋮N∶，D项正确。答案：A3．解析：根据元素的电负性和最低负化合价，可推知A为C，B为S，C为Cl，D为O，E为F。D、E的简单氢化物分别为H2O、HF，则其稳定性：HF>H2O，A项错误。基态碳原子的最外层电子排布式为2s22p2，2p能级上的两个电子分占两个轨道，且自旋状态相同，B项错误。S元素原子最外层有6个电子，Cl元素原子最外层有7个电子，它们之间可通过共价键达到8电子稳定结构，从而形成SCl2等化合物，C项错误。Na能与H2O发生置换反应生成NaOH和H2，D项正确。答案：D4．解析：已知X、Y、Z、M为原子序数依次增大的短周期元素，Z的基态原子2p轨道半充满，则Z为N元素，M的最高正价与最低负价的绝对值之差为4，则M为S元素，根据题给分子结构中的共价键数目可推知，X为H元素，Y为C元素。一般来说，同周期主族元素从左向右，电负性逐渐增大，同主族元素从上到下，电负性逐渐减小，则电负性：N>C>H，A项错误；H原子核外有1个电子层，而C、N原子核外均有2个电子层，一般来说，电子层数越多，半径越大，电子层数相同时，核电荷数越大，半径越小，则原子半径：C>N>H，B项正确；非金属性：N>C，则气态氢化物的稳定性：NH3>CH4，C项错误；C元素的最高价氧化物的水化物为H2CO3，H2CO3为弱酸，D项错误。答案：B5．解析：根据题中信息可推出：A为Na，B为Al，C为N，D为Cl，E为O。(1)基态Na原子的核外电子排布式为1s22s22p63s1或[Ne]3s1。(2)B为Al，其在元素周期表中的位置为第3周期第ⅢA族，Na＋与Al3＋的核外电子排布相同，核电荷数：Al3＋>Na＋，故离子半径：Al3＋O。(6)NO2与H2O反应的化学方程式为3NO2＋H2O===2HNO3＋NO。答案：(1)1s22s22p63s1(或[Ne]3s1)(2)第3周期第ⅢA族　＜(3)　3　p　哑铃(4)1s22s22p63s23p5(或[Ne]3s23p5)　(5)N＞O(6)3NO2＋H2O===2HNO3＋NO三、[典例2]　解析：(1)根据对角线规则，锂与镁的化学性质相似，在空气中锂除与O2反应生成Li2O外，还可与N2反应生成Li3N。(2)铍为第2周期ⅡA族元素，与Al处于对角线位置，对照体现Al(OH)3两性的反应得体现Be(OH)2两性的反应的离子方程式：Be(OH)2＋2H＋===Be2＋＋2H2O、Be(OH)2＋2OH－===[Be(OH)4]2－。(3)由于Be、Al元素性质相似，依据所给信息得＋3CH4↑，当强碱过量时有Al(OH)3＋OH－===[Al(OH)4]－，合并得＋3CH4↑。(4)根据共价化合物与离子化合物的结构特点可知，离子化合物在熔融时导电，而共价化合物在熔融时不导电，因此可将BeCl2加热至熔融状态，若不导电则可证明BeCl2是共价化合物。答案：(1)Li2O　Li3N(2)Be(OH)2　Be(OH)2＋2H＋===Be2＋＋2H2OBe(OH)2＋2OH－===[Be(OH)4]2－(3)Al4C3＋4OH－＋12H2O===4[Al(OH)4]－＋3CH4↑(4)将BeCl2加热至熔融状态，不能导电则证明BeCl2是共价化合物　[集训]1．解析：(1)根据第2周期元素第一电离能的变化规律可推出Al的第一电离能在Na和Mg之间。(2)从图中可看出，同主族元素从上到下第一电离能逐渐减小。(3)由图可知，第一电离能最小的元素是Rb，位于第5周期第ⅠA族。(4)根据对角线规则，Be与Al的化学性质相似，其最高价氧化物对应的水化物均具有两性，有关反应的离子方程式为＋2H＋===Be2＋＋2H2O、＋2H2O。答案：(1)Na　Mg　(2)从上到下逐渐减小　(3)第5周期第ⅠA族　(4)两　Be(OH)2＋2H＋===Be2＋＋2H2O、＋2H2O2．解析：(1)Ti是22号元素，其基态原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d24s2。(2)根据同一周期从左到右主族元素的原子半径依次减小，可知H、B、N中原子半径最大的是B。元素周期表中B与Si(硅)处于对角线上，二者化学性质相似。(3)在元素周期表中Fe、Co、Ni都是第4周期第Ⅷ族的元素；Fe为26号元素，其基态原子的电子排布式是1s22s22p63s23p63d64s2或[Ar]3d64s2。答案：(1)1s22s22p63s23p63d24s2　(2)B　Si(硅)　(3)第4周期第Ⅷ族　1s22s22p63s23p63d64s2或[Ar]3d64s23．解析：(1)基态Fe2＋和Fe3＋的价层电子排布式分别为3d6和3d5，其未成对电子数分别为4和5，即未成对电子数之比为。(2)Li和Na均为第ⅠA族元素，由于Na电子层数多，原子半径大，故Na比Li容易失去最外层电子，即I1(Li)>I1(Na)。Li、Be、B均为第2周期元素，随原子序数递增，第一电离能有增大的趋势，而Be的2s能级处于全充满状态，较难失去电子，故第一电离能Be比B大。答案：(1)　(2)Na与Li同族，Na电子层数多，原子半径大，易失电子　Li、Be、B同周期，核电荷数依次增加。Be为1s22s2全满稳定结构，第一电离能最大。与Li相比，B核电荷数大，原子半径小，较难失去电子，第一电离能较大与稀有气体元素原子电子层结构相同的离子①与He电子层结构相同的离子有H－、Li＋、Be2＋等；②与Ne电子层结构相同的离子有F－、O2－、N3－、Na＋、Mg2＋、Al3＋等；③与Ar电子层结构相同的离子有Cl－、S2－、K＋、Ca2＋等核外电子总数为10的粒子①阳离子：Na＋、Mg2＋、Al3＋、、H3O＋；②阴离子：N3－、O2－、F－、、OH－；③分子：Ne、HF、H2O、NH3、CH4核外电子总数为18的粒子①阳离子：K＋、Ca2＋；②阴离子：P3－、S2－、HS－、Cl－、；③分子：Ar、HCl、H2S、F2、H2O2、PH3、SiH4、C2H6、CH3OH、N2H4核外电子总数及质子总数均相同的粒子①Na＋、、H3O＋；②F－、OH－、；③Cl－、HS－；④N2、CO、C2H2元素ABCDE最低负化合价－4－2－1－2－1电负性2.52.53.03.54.0元素结构、性质等信息A是短周期元素(稀有气体元素除外)中原子半径最大的元素，含该元素的某种合金是原子反应堆的导热剂B与A同周期，其最高价氧化物对应的水化物呈两性C其气态氢化物极易溶于水，液态时常用作制冷剂D是海水中除氢、氧元素外含量最多的元素，其单质或化合物也是自来水生产过程中常用的杀菌消毒剂E元素原子的L电子层上有2对成对电子元素LiNaBeMg沸点/℃1 341881.42 4671 100I1/(kJ·mol－1)LiBeBNaMgAl520900801496738578