2021版化学名师讲练大一轮复习方略人教通用版高考新风向·命题新情境5.2元素周期表和元素周期律

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高考新风向·命题新情境

2019年5月18日,作为中国科学院第十五届公众科学日的组成部分,化学所用“化学创造美好生活——纪念门捷列夫元素周期表发现150周年”作为主题,面向社会公众全方位开放,近2000名参观者参与活动。

门捷列夫于1869年发现元素周期律,根据元素周期律,门捷列夫将一系列元素排队,绘制了第一张元素周期表。门捷列夫的元素周期表指出:元素的性质,随着原子量的增加呈周期性变化,但又不是简单的重复。门捷列夫根据这个道理,不但纠正了一些错误的原子量,还先后预言了15种以上未知元素的存在。

问题1.根据以上材料可知,门捷列夫的元素周期律的具体规律是“元素的性质,随着原子量的增加呈周期性的变化,但又不是简单的重复”是否正确?为什么?(素养角度——科学探究与创新意识)

提示:门捷列夫的元素周期律是有一定的局限性的,后人经过研究发现,元素的性质并非随着原子量的变化而变化,而是随着原子序数的递增发生着规律性的变化。

问题2.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)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已知主族元素锗的最高化合价为+4价,其最高价氧化物对应的水化物为两性氢氧化物。试比较元素Si与Ge的非金属性强弱。(素养角度——证据推理与模型认知)

提示:由于元素锗最高价化合物为+4价,故其位于元素周期表中第ⅣA族,与硅同一主族,且硅最高价氧化物对应的水化物为酸性,锗的最高价氧化物对应水化物为两性,故硅的非金属性大于锗。

②若锗位于硅的下一周期,则“锗”在周期表中的位置是什么?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。(素养角度——证据推理与模型认知)

提示:硅位于第三周期第ⅣA族,锗与硅同一主族,而锗位于第四周期,所以锗在元素周期表中的位置为第四周期第ⅣA族。锗与硅同为半导体材料。

③硅和锗单质分别与H2反应时,反应较难进行的是哪种元素 (素养角度——证据推理与模型认知)

提示:非金属性越强,单质越容易与氢气发生反应,同主族元素随原子序数增大,非金属性渐弱,故硅的非金属性强于锗的非金属性。硅与氢气更容易化合。

(2)“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由镓的性质推知,镓与铝同主族,且位于铝的下一周期。试从原子结构的角度解释镓与铝性质相似的原因是什么?(素养角度——科学探究与创新意识)

提示:二者位于同一主族,最外层电子数相同,均为3个。

②为判断Ga(OH)3是否为两性氢氧化物,设计实验时,需要选用的试剂有GaCl3溶液和哪两种试剂?(素养角度——证据推理与模型认知)

提示:判断物质是否具有两性可观察该物质是否与酸、碱都发生反应,所以需要的试剂是氢氧化钠溶液、稀硫酸或盐酸。

1.下表是元素周期表的一部分,W、X、Y、Z为短周期主族元素,W与X的最高化合价之和为8。下列说法错误的是              (　　)

A.原子半径:W<X

B.常温常压下,Y单质为固态

C.气态氢化物热稳定性:Z<W

D.X的最高价氧化物对应的水化物是强碱

【解析】选D。主族元素的最高化合价与最外层电子数相等,由“W与X的最高化合价之和为8”可知,W为N,X为Al,Y为Si,Z为P。原子半径:N<Al,A正确;常温常压下,硅单质为固态,B正确;同一主族元素的气态氢化物热稳定性自上而下逐渐减弱,故Z<W, C正确;Al的最高价氧化物对应的水化物Al(OH)3是两性氢氧化物,D错误。

2.2019年是元素周期表发表150周年,期间科学家为完善周期表做出了不懈努力。中国科学院院士张青莲教授曾主持测定了铟(49In)等9种元素相对原子质量的新值,被采用为国际新标准。铟与铷(37Rb)同周期。下列说法不正确的是              (　　)

A.In是第五周期第ⅢA族元素

B. 碱性:In(OH)3>RbOH

C.原子半径:In>Al

DIn的中子数与电子数的差值为17

【解析】选B。In为49号元素,根据元素周期表中元素的排布规律,In是第五周期第ⅢA族元素,故A正确;In是第五周期第ⅢA族元素,Rb为第五周期第ⅠA族元素,金属性In<Rb,依据元素周期律,碱性:In(OH)3<RbOH,故B错误;In是第五周期第ⅢA族元素,Al为第三周期第ⅢA族元素,依据元素周期律,原子半径:In>Al,故C正确In的中子数为115-49=66,电子数为49,中子数与电子数的差值为66-49=17,故D正确。

3.四种位于不同主族的短周期元素W、X、Y和Z原子序数依次增大。W的一种核素可用于文物年代的测定,X与W同周期,Y与Z组成的化合物是常用的调味品,也是重要的医用药剂,工业上电解该化合物的熔融物可制得Y单质,Y和X可形成两种离子化合物,这两种离子化合物的阴离子与阳离子数之比均为1∶2。下列叙述正确的是              (　　)

A.W的氢化物中只存在极性共价键

B.Z的氧化物对应的水化物为强酸

C.四种元素的常见氢化物中熔点最高的是Y的氢化物

D.X、Y和Z三种元素形成的简单离子中,离子半径最小的是元素X形成的离子

【解析】选C。W、X、Y和Z为原子序数依次增大的四种短周期主族元素。W的一种核素可用于文物年代的测定,W为C;X与W同周期,则X可能为N、O、F;Y与Z组成的化合物是常用的调味品,也是重要的医用药剂,工业上电解该化合物的熔融物可制得Y单质,Y为钠元素,Z为氯元素。Y和X可形成两种离子化合物,其阴、阳离子数之比均为1∶2,则X为氧元素,据此解答。W的氢化物为烃,烃中可能存在非极性共价键,如乙烷、乙烯等,故A错误;Z的氧化物对应的水化物不一定为强酸,如次氯酸为弱酸,故B错误;氢化钠为离子化合物,四种元素的常见氢化物中熔点最高的是Y的氢化物,故C正确;X、Y和Z三种元素形成的简单离子中,离子半径最小的是元素Y形成的离子,钠离子半径最小,故D错误;答案选C。

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