從3個角度深入理解元素周期表

◇ 北京 李書霞 白傳江

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從3個角度深入理解元素周期表

◇ 北京 李書霞 白傳江

中學化學重要的表有3個:元素周期表、溶解度表、金屬活動順序表.在這3個表中“元素周期表”最為關(guān)鍵,是學習和研究化學的重要工具．在系統(tǒng)學習元素周期表和元素周期律之前,大家通常會按照原子序數(shù)背誦前20號元素甚至更多,但在高中學完《必修2》 第1章《物質(zhì)結(jié)構(gòu) 元素周期律》之后,我們會深刻體會到“族”的概念,同族元素的性質(zhì)有著明顯的相似性和遞變性,可以說是“分類”學習的又一典范,能幫助我們解釋和理解多數(shù)物質(zhì)的性質(zhì)及反應事實．有人將元素周期表譽為學習化學的一座“燈塔”,所以,學好并用好元素周期表具有重要的意義．

1 繪制元素周期表,明晰周期表的結(jié)構(gòu)

在不參考任何工具書的情況下,親自繪制一張元素周期表,在繪制過程中能逐漸明晰元素周期表的整體結(jié)構(gòu)．繪制要求如下：

1) 在一個7行18列的表格中繪出周期表的輪廓.

2) 在左側(cè)標出周期序數(shù),在上方標出族序數(shù).

3) 填充1～20號元素的名稱、符號、序數(shù).

4) 補全堿金屬和鹵族元素的名稱、符號、序數(shù).

5) 找到鐵、銅、鋅的位置.

6) 畫出金屬和非金屬的分界線.

7) 標注鑭系和錒系元素的位置.

8) 寫出第七周期第ⅢA、ⅣA、ⅤA、ⅥA、ⅦA、0族元素的原子序數(shù).

例1(1) 同周期第ⅡA、ⅢA元素原子序數(shù)差可能為________.

(2) 同主族且在相鄰周期的2種元素原子序數(shù)差可能為________.

(3) 主族中只有________元素全部為金屬元素.

(4) 周期表中有一對同主族相鄰元素,原子序數(shù)存在2倍關(guān)系,它們是________.

(5) 核電荷數(shù)為113～118元素的位置有什么規(guī)律?

(6) 根據(jù)所學知識推斷,原子序數(shù)為88的元素位于____周期____族.

答案(1) 1、11、25. (2) 2、8、18、32. (3) 第ⅡA族. (4) O和S. (5) 均位于第七周期,所處主族序數(shù)與核電荷數(shù)的個位數(shù)相同. (6) 第七周期第ⅡA族.

2 分析物質(zhì)的性質(zhì),理解周期表的規(guī)律

1) 對比分析堿金屬、鹵族元素的性質(zhì),探究同主族元素的相似性和遞變性，如表1、2.

表1 堿金屬元素的化學性質(zhì)

表2 鹵族元素單質(zhì)與H2反應

2) 對比分析第3周期元素的性質(zhì),探究同周期元素的遞變性，如表3、4.

表3 第3周期金屬元素的化學性質(zhì)

表4 第3周期非金屬元素的化學性質(zhì)

例2(1) 元素金屬性強弱的判據(jù)________.

(2) 元素非金屬性強弱的判據(jù)________.

(3) 解釋元素性質(zhì)的相似性:為什么鹵族元素的氫化物均為HX型化合物?

(4) 解釋元素性質(zhì)的遞變性.

(ⅰ) Cl元素非金屬性強于S；

(ⅱ) K金屬性大于Na；

(5) 堿金屬和鹵族元素單質(zhì)自上而下顏色、狀態(tài)、密度的變化趨勢是一致的,但是熔、沸點的變化卻相反,如堿金屬元素單質(zhì)的熔、沸點自上而下是逐漸減小的,而鹵族元素單質(zhì)的熔、沸點卻是自上而下逐漸增大,思考為什么?

答案(1) 金屬性判據(jù):單質(zhì)與水(或酸)反應置換氫的難易程度;最高價氧化物對應水化物(氫氧化物)的堿性強弱.

(2) 非金屬性判據(jù):單質(zhì)與氫氣生成氣態(tài)氫化物的難易程度以及氫化物穩(wěn)定性強弱;最高價氧化物對應水化物的酸性強弱.

(3) 因為鹵族元素原子的最外層電子數(shù)均為7,和氫原子最外層的1個電子形成1對共用電子對,從而形成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)．

(4) (ⅰ) Cl元素和S元素位于同周期,Cl元素的原子序數(shù)大于S元素,Cl元素的原子半徑小于S元素,Cl元素的得電子能力強于S元素,所以Cl元素的非金屬性強于S元素.

(ⅱ) K和Na位于同主族,K的電子層數(shù)大于Na,K的原子半徑大于Na,K的失電子能力強于Na,所以K的金屬性強于Na.

(5) 因為堿金屬元素單質(zhì)屬于金屬晶體,其熔、沸點由金屬鍵的強弱決定,隨著電子層數(shù)增大,金屬離子的半徑越大,金屬鍵的鍵長越長,金屬鍵越弱,熔、沸點越低;而鹵素單質(zhì)屬于分子晶體,其熔、沸點由分子間作用力的強弱決定,隨著鹵素單質(zhì)的相對分子質(zhì)量增大，分子間作用力也越強，所以熔、沸點就越高．

3 關(guān)注周期表的元素分區(qū),了解周期表的應用

元素周期表是元素周期律的具體表現(xiàn)形式,它反映了元素之間的內(nèi)在聯(lián)系,是對現(xiàn)有元素的一種自然分類,我們可以根據(jù)元素在周期表中的位置,推測其原子結(jié)構(gòu)和可能具有的性質(zhì),從而進一步研究和開發(fā)其實際用途,此為學習化學最重要的“位—構(gòu)—性”關(guān)系．由于在元素周期表中位置靠近的元素性質(zhì)相似,所以啟發(fā)了人們在元素周期表的一定區(qū)域內(nèi)尋找元素并發(fā)現(xiàn)物質(zhì)的新用途．

1) 可以推測未知元素的存在及其性質(zhì).

繪制出第1張元素周期表的門捷列夫曾利用周期律預言了11種元素及其性質(zhì),在后續(xù)研究中一一得到了證實．我們在《必修1》的元素化合物部分學習了一些典型代表物的性質(zhì),雖然只是涉及了少數(shù)物質(zhì),但是根據(jù)周期表揭示的規(guī)律就能預知陌生物質(zhì)的性質(zhì)．例如對于我們不熟悉的硒及其化合物的性質(zhì),可以根據(jù)其相鄰同主族硫元素及其化合物的性質(zhì)做出合理的推測．

2) 可以在周期表中金屬與非金屬的分界處找到半導體材料.

大家知道,硅是目前應用最廣泛的半導體材料,其實,半導體器件的研制始于鍺,但由于鍺礦極分散,制備和提純成本很高,后來發(fā)展到研制與它同族且同樣位于金屬與非金屬分界線的硅．同理,鎵及其化合物也在電子器件制造中有著重要的工業(yè)價值．

3) 可以在過渡元素中尋找催化劑和耐高溫、耐腐蝕的合金材料.

中學化學接觸到催化劑如MnO2、FeCl3、CuSO4、Cu/Ag、V2O5、鐵觸媒、鉑鈀合金等均為過渡元素金屬或其化合物．隨著歷史沿革和科學技術(shù)的發(fā)展,人類大量使用的金屬由青銅器過渡到鋼鐵和鋁合金以及性能優(yōu)越的未來金屬鈦,這4種金屬中有3種均為過渡金屬材料．

4) 可以對氟、氯、硫、磷這個區(qū)域內(nèi)的元素及其化合物進行研究,制備高效低毒的農(nóng)藥.

砷、氟、氯、硫、磷等元素在周期表中位置比較靠近,它們形成的化合物大多毒性較大,可以作為研制農(nóng)藥的原料．早期人們使用含砷的有機物作為農(nóng)藥,由于高毒性高殘留而被禁止,之后,開發(fā)研制出了一系列含氯和磷的化合物,經(jīng)過不斷實踐和改進,現(xiàn)在的農(nóng)藥將高效、廣譜、安全、無毒、不污染環(huán)境等作為使用標準．

鏈接練習

1. 已知33As、35Br位于同一周期,下列關(guān)系正確的是( ).

A 原子半徑:r(As)>r(Cl)>r(P);

B 熱穩(wěn)定性由強到弱順序為HCl、AsH3、HBr;

C 還原性由強到弱順序為As3-、S2-、Cl-;

D 酸性由強到弱順序為H3AsO4、H2SO4、H3PO4

2.下列說法正確的是( ).

A I的原子半徑大于Br,HI比HBr的熱穩(wěn)定性強;

B P的非金屬性強于Si,H3PO4比H2SiO3的酸性強;

C Mg 和Al位于同周期,所以MgO也可以與NaOH溶液反應;

D SO2和SO3混合氣體通入Ba(NO3)2溶液可得到BaSO3和BaSO4

鏈接練習參考答案

1. C. 2. B.

清華大學附屬中學)