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化学16


第五章

物质结构 元素周期律

第五章

物质结构 元素周期律

本节内容是本单元的核心,是高考命题的重点内容,年年
必考。主要以选择题、推断题形式出现。主要考查方式为:根 据原子结构或离子的特征,判断它们在周期表中的位置,然后 再判断元素金属性、非金属性的具体表现(如氢化物的稳定性、

最高价氧化物对应水化物的酸碱性等)、微粒半径大小比较等。

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物质结构 元素周期律

本节主要内容:
1.了解原子核外电子排布。 2.掌握元素周期律的实质。 3.了解金属、非金属在元素周期表中位置及其性质递变规 律。 ——择自河南省特级教师周力教案

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1.在同一原子中各电子层之间的关系 电子层数(n) 符号 1 K 2 L 3 M 4 5 6 7

N O P Q

电子层能量的关系 (由低到高)
电子层离核远近的 关系(由近到远)

从K→Q能量逐渐________

从K→Q离核越来________

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2. 原子核外电子排布规律

(1)核外电子一般总是尽先排布在________的电子层里。
(2)每个电子层最多容纳的电子数为________个。 (3)最外层最多容纳电子数不超过________个(K层为最外层 时不超过________个)。 (4)次外层最多容纳的电子数目不超过________个,倒数第 三层不超过________个。

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3.核外电子排布的表示方法:原子或离子结构示意图

圆圈表示________,圆圈内标示出________,用弧线表示
电子层,弧线上的数字表示该电子层的________。要 注意无论是阳离子还是阴离子,圆圈内的核电荷数是不变 的,变化的是最外层电子数。

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【思考感悟】核外电子排布的各条规律之间有怎样的关系? 以19号元素K的原子结构示意图不能写成 为例来说明。 _______________________________________________

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1.定义 元素的性质随着________的递增而呈________变化的规律。

2.实质
元素原子________的周期性变化。

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3.元素周期表中主族元素性质的递变规律
同周期 (左→右) 电子层 结构 电子层数 最外层 电子数 ________ ____ (1→8或2) ________ ______(除稀有气体 元素) 阳离子逐渐 ________ 阴离子逐渐 ________ 同主族 (上→下) ________ ____ (族序数) ________ ________

核电荷数(核 内质子数) 原子半径

离子半径

逐渐______

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同周期 (左→右)

同主族 (上→下) 相似

主要化合价

最高正化合价: ________ 最低负化合价: ________

负化合价=-(8- 最高正化合价=主族序数 主族序数) =最外层电子数(O、F除外)
元素原子失 电子能力 逐渐______ 逐渐增强 逐渐________ 逐渐减弱 金属性逐渐________,非 金属性逐渐________

元素原子得 电子能力

金属性逐渐 元素的金属性 ________,非金属 和非金属性 性逐渐________

第五章 同周期 (左→右) 离子的氧化性 和还原性 阳离子氧化性 ________,阴离子 还原性________ 逐渐______

物质结构 元素周期律 同主族 (上→下) 阳离子氧化性 ________,阴离子 还原性________ 逐渐____

最高价含氧酸酸性

最高价碱的碱性 气态氢化物稳定性

逐渐______ 逐渐______

逐渐____ 逐渐____

气态氢化物还原性
单质置换氢气 的难易程度

逐渐______
越来越________

逐渐____


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【思考感悟】最外层电子数相同的元素,其化学性质一定 相似吗? ______________________________________________

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1.元素周期表中元素的分区 族 周期 1 2 3 4 5 6 7

ⅠA

ⅡA

ⅢA

ⅣA

ⅤA

ⅥA

ⅦA

0

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(1)金属元素:位于分界线的________区域,包括所有的
________元素和部分________元素。 (2)非金属元素:位于分界线的________区域,包括部分主 族元素和________族元素。 (3)分界线附近的元素,既能表现出一定的________,又能 表现出一定的________。

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2.元素周期律和元素周期表的应用 (1)根据周期表中的位置寻找未知元素。 (2)预测元素的性质(由递变规律推测)。 ①比较不同周期、不同主族元素的性质。 如 金 属 性 Mg>Al , Ca>Mg , 则 碱 性

Mg(OH)2________Al(OH)3,Ca(OH)2________Mg(OH)2;

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②推测未知元素的某些性质。

如 已 知 Ca(OH)2 微 溶 , Mg(OH)2 难 溶 , 可 推 知
Be(OH)2________溶;再如:已知卤族元素的性质递变规律, 可推知未学元素砹(At)应为________色固体,与氢________化 合,HAt不稳定,水溶液呈________性,AgAt________溶于水 等。

(3)启发人们在一定区域内寻找新物质。
例如在周期表中____________________寻找半导体材料; 在周期表中的________附近探索研制农药的材料;在________ 寻找催化剂和耐高温、耐腐蚀的合金材料。

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参考答案

一、原子核外电子的排布
1.升高 越远 2.(1)能量较低 (2)2n2 (3)8 2 (4)18 32 3.原子核 核内质子数 电子数 思考感悟:核外电子排布的几条规律之间既相互独立又相 互统一,不能孤立地应用其中一条,第(3)、(4)条是对第(2)条的 限制,如钾原子由于受第(3)条的限制,最外层不能超过8个,

故原子结构示意图应为

????????。

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二、元素周期律

1.原子序数 周期性
2.核外电子排布 3.相同 递增 递增 相同 递增 递增 递减 递增 减小 减小 增大 +1→+7 -4→-1 减弱 增强 减弱 增强 增强 减弱 增强 减弱 减弱 增强 增强 减弱 减弱 增强 增强 减弱 减弱 增强 难 思考感悟:不一定。0族的氦与第ⅡA族元素最外层电子数 相同,性质不同;同一主族的元素,化学性质也不一定相同,

从上到下非金属性逐渐减弱,金属性逐渐增强,同一主族元素
可由非金属元素和金属元素组成,它们的化学性质也不相似。

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三、元素周期表和元素周期律的应用 1.(1)左面 过渡 主族 (2)右面 0 (3)金属性 非金属性 2.(2)①> > ②难 黑 很难 酸 不 (3)金属与非金属分界线附近 氟、硫、磷 过渡元素

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1.短周期元素原子结构的特殊规律 (1)原子核中无中子的原子是1H。 1 (2)最外层有1个电子的元素:H、Li、Na。 (3)最外层有2个电子的元素:Be、Mg、He。

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(4)最外层电子数等于次外层电子数的元素:Be、Ar。
(5)最外层电子数是次外层电子数2倍的是C,3倍的是O。 (6)电子层数与最外层电子数相等的元素是H、Be、Al。最 外层电子数是电子层数2倍的元素:He、C、S;最外层电子数 是电子层数3倍的元素是:O。 (7)次外层电子数是最外层电子数2倍的元素是Li和Si。 (8)内层电子总数是最外层电子数2倍的元素是Li和P。

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2.核外电子数相等的微粒

①分子:CH4、NH3、H2O、HF、Ne 10电子 ②阴离子:N3-、O2-、F-、OH-、NH 微粒 ③阳离子:Na+、Mg2+、Al3+、H3O+、NH
①分子:SiH4、PH3、H2S、HCl、Ar、F2、 18电子 H2O2、C2H6、N2H4、CH3OH、CH3F等 微粒 ②阴离子:S2-、HS-、Cl-、O等 ③阳离子:K+、Ca2+等

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特别提示:若两种微粒的质子数和核外电子数分别相等, 则它们的关系可能是:①两种原子(同位素)、②两种分子、③ 两种阳离子且所带电荷数相同、④两种阴离子且所带电荷数相 同。

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[2010· 上海模拟](1)有 A、B、C、D、E 五种微粒,其组成 中均有氢,且电子总数均为 10 个,A 是双原子的阴离子。根据 下列变化,写出微粒的化学式及 B 微粒的空间构型。 Δ ①A+B=====C+D↑,②C+C?? A+E,③D+E===B +C

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则A:_____,B:________,C:________,D:______,
E:______;B的空间构型是________,C的电子式是_______。 (2)已知X、Y是核电荷数1~20中的两种元素,X、Y原子最 外层电子数分别为m和n-1,次外层上的电子数分别为m+2和 n,根据上述条件可推知X元素的原子结构示意图为________,

Y元素的元素符号为________。
[审题导引] ①牢记常见的10电子微粒,②熟知核外电子

排布的基本规律。

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[解析]
- +

(1)根据已知条件可推知A、B、C、D、E分别为


OH 、NH4 、H2O、NH3、H3O 。 (2)1~20中的元素,次外层上的电子数是2或8,当m+2= 8时,m=6,则X为S;当n=2时,Y为Li,当n=8时,Y为 Cl。

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[答案]

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【教师备用变式1】

用A+、B-、C2-、D、E、F、G和H

分别表示含有18个电子的八种微粒(离子或分子),请回答: (1)A 元 素 是 ________ , B 元 素 是 ________ , C 元 素 是 ________(用元素符号表示)。 (2)D 是 由 两 种 元 素 组 成 的 双 原 子 分 子 , 其 分 子 式 是 ________。

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(3)E是所有含18个电子的微粒中氧化能力最强的分子,其
分子式是 ________。 (4)F 是 由 两 种 元 素 组 成 的 三 原 子 分 子 , 其 分 子 式 是 ________;电子式是________。 (5)G分子中含有4个原子,其分子式是________。 (6)H分子中含有8个原子,其分子式是________。

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答案:(1)K Cl

S

(2)HCl

(3)F2

(4)H2S

解析:18电子微粒阳离子有K+、Ca2+等;阴离子有S2-、 HS- 、Cl-等;分子有Ar、HCl、H2S、PH3、SiH4、F2、H2O2、

N2H4 、C2H6 、CH3OH等,结合题目所给条件,不难确定所需
答案。

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1.比较元素金属性强弱的方法

(1)根据金属活动性顺序表
一般来说,金属的位置越靠前,其金属性越强。

(2)根据在元素周期表中的位置
①同周期元素,从左至右,随原子序数的增加,金属性减 弱; ②同主族元素,从上至下,随着原子序数的增加,金属性 增强。

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(3)根据实验
①根据金属单质与水(或酸)反应置换出氢的难易程度:越 易反应,则对应金属元素的金属性越强。 ②根据金属单质与盐溶液的置换反应。A置换出B,则A对 应的金属元素比B对应的金属元素金属性强。 ③根据金属单质的还原性或对应阳离子的氧化性强弱:单 质的还原性越强,对应阳离子的氧化性越弱,元素的金属性越

强(Fe对应的阳离子是Fe2+,而不是Fe3+)。

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④根据最高价氧化物对应水化物的碱性强弱:碱性越强, 则对应金属元素的金属性越强。 ⑤根据电化学原理:不同金属组成原电池时,作负极的金 属活泼;在惰性电极电解池中的阴极上,先析出的金属不活泼。

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2.比较元素非金属性强弱的方法
(1)根据在元素周期表中的位置 ①同周期元素,从左到右,随着原子序数增加,非金属性 增强。 ②同主族元素,从上至下,随着原子序数增加,非金属性 减弱。

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(2)根据实验
①根据非金属单质与H2化合生成气态氢化物的难易程度: 越易化合则其对应元素的非金属性越强。 ②根据元素与H2形成的气态氢化物的稳定性或还原性:越 稳定或还原性越弱,则其对应元素的非金属性越强。 ③根据非金属之间的相互置换:A能置换出B,则A对应的 元素的非金属性强于B对应元素的非金属性。

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④根据最高价氧化物对应的水化物的酸性强弱:酸性越强,

则元素的非金属性越强。
⑤根据非金属单质的氧化性或对应阴离子的还原性强弱: 单质的氧化性越强,其对应阴离子的还原性越弱,元素的非金 属性越强。 特别提示:(1)元素的非金属性或金属性强弱的实质是指元

素的原子得失电子的难易,而不是得失电子数目的多少。如Mg
比Na失电子数多,但Na比Mg更容易失电子,故Na的金属性比 Mg强。

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(2)凡是能直接或间接地比较变化过程中元素得失电子难 易的,即可比较元素金属性或非金属性的强弱,例如:2Fe+ Δ Δ 3Cl2=====2FeCl3,Fe+S=====FeS,则元素非金属性Cl>S。

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某同学设计如下图装置,研究非金属元素性质变化

规律。

(1)已知硅酸(H2SiO3)是一种难溶于水的弱酸,呈白色。在 化 学 反 应 中 , 一 般 利 用 强 酸 能 制 取 弱 酸 , 如 由 NaHCO3 + HCl===NaCl+CO2↑+H2O得出:盐酸酸性强于H2CO3 的酸性。

现有硝酸溶液、碳酸钙、澄清石灰水、硅酸钠溶液,选择合适
试剂用如图装置证明:酸性:HNO3>H2CO3>H2SiO3。

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A中装试剂________,B中装试剂________,C中装试剂
________;C中实验现象为________________;写出C中发生反 应的离子方程式________________________。 (2)已知高锰酸钾在常温下与浓盐酸反应产生氯气,利用如 图装置证明氯气氧化性强于碘单质的氧化性。则A中装浓盐酸,

B中装入高锰酸钾粉末,C中装试剂

________ , C 中 现 象

___________;写出离子方程式______________________;该实 验装置有明显不足,请指出改进方法:_______________。

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(3)如果C中装饱和的氢硫酸溶液,A中装浓盐酸,B中装高
锰酸钾溶液,反应开始后观察到现象是C中产生淡黄色沉淀, 写出化学方程式____________________________________; 证明氯的非金属性比硫的非金属性________(填“强”“弱” 或“无法判断”)。

[审题导引]

(1)明确强酸制弱酸的原理。(2)非金属单质间

的置换反应,非金属性较强的元素单质可将非金属性较弱的元 素从其盐溶液中置换出来。

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[解析]

(1)运用题给信息,“强酸+弱酸盐―→弱酸+强

酸盐”知,A中应盛放硝酸溶液,B中盛放CaCO3 ,C中盛放
Na2SiO3 溶 液 。 B 中 发 生 反 应 CaCO3 + 2HNO3===Ca(NO3)2 + H2O+CO2↑,CO2气体通入C中的Na2SiO3溶液中,发生反应: Na2SiO3+CO2+H2O===H2SiO3↓+Na2CO3。 (2)因要证明氧化性:Cl2>I2 ,所以在C中盛装KI溶液,为

使现象明显而用淀粉-KI溶液。因Cl2有毒,所以需将尾气吸收。
(3)Cl2 与氢硫酸反应:Cl2 +H2S===S↓+2HCl,此反应说 明非金属性Cl>S。

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[答案] 沉淀

(1)硝酸溶液

碳酸钙

硅酸钠溶液

产生白色

2 CO2+SiO2-+H2O===H2SiO3↓+CO3- 3

(2)淀粉KI溶液

溶液变蓝色

2I +Cl2===I2+2Cl





增加装有氢氧化钠溶液的尾气吸收装置 (3)Cl2+H2S===S↓+2HCl 强

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【教师备用变式2】

甲、乙两种非金属:①甲比乙容易与

H2化合;②甲原子能与乙的阴离子发生置换反应;③甲的最高
价氧化物对应的水化物酸性比乙的最高价氧化物对应的水化物 酸性强;④与金属反应时,甲原子得电子数目比乙的多;⑤甲 的单质熔、沸点比乙的低;⑥与某变价金属反应生成的产物中, 甲对应产物中金属的化合价高于乙对应产物中金属的化合价;

⑦甲、乙两物质反应生成的产物中,甲元素显正价。能说明甲
比乙的非金属性强的是 ( A. 只有④⑥ C. ①②③⑥ ) B. 只有⑤⑦ D. ①②③④⑥⑦

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答案:C

解析:两非金属元素非金属性强弱比较可用与氢气化合的 难易程度、氢化物的稳定性、非金属间的置换反应、最高价氧 化物的水化物的酸性强弱等知识来判断;而与得电子多少、相 应单质的物理性质无关。⑥⑦可用实例来判断,如通过反应 点燃 Δ 2Fe+3Cl2 ===== 2FeCl3,Fe+S ===== FeS可判断非金属性: 点燃 Cl>S;再通过S+O2=====SO2可判断非金属性O>S。

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物质结构 元素周期律

原 子 半 径

同周期元素,随原子序数递增,原子半径逐渐减小。例如: r(Na)>r(Mg)>r(Al)>r(Si)>r(P)>r(S)>r(Cl)
同主族元素,随电子层数递增,原子半径逐渐增大。例如: r(Li)<r(Na)<r(K)<r(Rb)<r(Cs) 同种元素的离子半径:r(阴离子)>r(原子);r(原子)>r(阳离 子)。例如:r(Cl-)>r(Cl),r(Mg)>r(Mg2+)

离 子 半 径

电子层结构相同的离子,核电荷数越大,半径越小。 例如:r(O2-)>r(F-)>r(Na+)>r(Mg2+)>r(Al3+) 同主族带相同电荷的离子,电子层数越多,半径越大。 例如:r(Li+)<r(Na+)<r(K+)<r(Rb+)<r(Cs+) 所带电荷、电子层数均不同的离子可选一种离子参照比较。 例如:比较r(K+)与r(Mg2+)可选r(Na+)为参照,可知:r(K +)>r(Na+)>r(Mg2+)

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物质结构 元素周期律

特别提示:“三看”法快速判断简单粒子半径大小:
一看电子层数:最外层电子数相同时,电子层数越多,半 径越大。 二看核电荷数:当电子层结构相同时,核电荷数越大,半 径越小。 三看核外电子数:当电子层数和核电荷数均相同时,核外 电子数越多,半径越大。

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物质结构 元素周期律

下列粒子半径大小的比较中,正确的是(
A. Na+<Mg2+<Al3+<O2-

)

B. S2->Cl->Na+>Al3+
C. Na<Mg<Al<S D. Cs+>Rb+>Na+>K+

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[审题导引]

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[解析]

Na+ 、Mg2+ 、Al3+ 、O2- 等离子的核外电子排布

相同,核电荷数越大,微粒的半径就越小,应是:Al3+<Mg2+
<Na+<O2-,A项错误;S2-、Cl-具有相同的电子排布,但Cl- 的核电荷数较大,所以其半径较小;Na+ 、Al3+ 的核外电子排 布相同,Na+的核电荷数较少,故其半径较大,而且Cl-比Na+ 多一个电子层,显然Cl-的半径大于Na+;这四种微粒半径的大

小顺序应是S2- >Cl - >Na+ >Al3+ ,故B项正确;C项中Na、Mg、
Al、S原子的电子层数相同,核电荷数越大者,其半径越小,故 其半径大小顺序为Na>Mg>Al>S,C项不正确;D项中K+>Na+, D不正确。 [答案] B

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【教师备用变式3】

A、B、C为三种短周期元素,A、B

同周期,A、C最低价离子分别为A2-、C-,其离子半径A2->C
- 。B2+ 与C - 具有相同的电子层结构,下列叙述一定不正确的

是(

) A. 它们的原子序数A>B>C B. 它们的原子半径C>B>A

C. 离子半径A2->C->B2+
D. 原子核外最外层上的电子数C>A>B

答案:B

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物质结构 元素周期律

解析:根据“A、C最低价离子分别为A2-、C-”,可知A

位于第ⅥA族,C位于第ⅦA族,C在A的右边;联系“A、B同
周期”、“B2+与C-具有相同的电子层结构”可知A在C的左下 方,B位于A的左侧。最后绘出它们的相对位置(如图)。由表可 知:原子半径的大小顺序应该是B>A>C,B错;离子半径的大 小顺序是A2->C->B2+,C正确。

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X、Y、Z、L、M五种元素的原子序数依次增大,

X、Y、Z、L是组成蛋白质的基础元素,M是地壳中含量最高
的金属元素。 回答下列问题: (1)L的元素符号为________,M在元素周期表中的位置为 __________________,五种元素的原子半径从大到小的顺序是

__________________(用元素符号表示)。

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(2)Z、X两元素按原子数目比1∶3和2∶4构成分子A和B,
A的电子式为 ________,B的结构式为________。 (3)硒(Se)是人体必需的微量元素,与L同一主族,Se原子比 L原子多两个电子层,则Se的原子序数为________,其最高价 氧化物对应的水化物化学式为____________;Z的氢化物与氯

化氢相遇时的现象是__________________________________

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(4)同主族元素形成的同一类化合物往往在结构和性质上很
相似。化合物PH4I是一种白色晶体,则对PH4I的叙述不正确的 是________。 A.它是一种共价化合物 B.加热时PH4I可以分解,而且有颜色变化 C.它可以跟NaOH反应 D.它可由PH3和HI化合而成

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[常见错误]

问题 (1)

常见错误 M在元素周期表中位置书写不规 范没有用罗马数字表示而写成 “三”或“3”;另外主族符号没 有写“A”

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物质结构 元素周期律

问题

常见错误

(2)

(3)
(4)

Se原子序数写成24,其最高价氧化物对应水化物 化学式不规范,现象错答成“白雾”或“白色烟 雾” 错选B

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[错因分析] 要点

(1)知识点重点遗漏导致出错。

易错提醒 第(一或二??)周期,第(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、V、 元素位置表 Ⅵ、Ⅶ)A族来表示,不能用(如三)表示族的位 示 置 将共用电子对用“—”表示出来为结构式,将 结构式 等价的键省略只表示主要官能团的键为结构 简式,只表示原子个数关系的式子为分子式 同主族原子序数相差每周期所含元素个数, 第一周期2个、第二周期8个、第三周期8个、 同主族原子 第四周期18个、第五周期18个、第六周期32 序数关系 个,过渡元素前同主族序数相差2、8、8、18、 18、32;过渡元素后相差是8、8、18、18、 32

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物质结构 元素周期律

对题的信息不会利用,不知道组成蛋白质的元素有哪些,
地壳元素含量顺序不了解。 分析思路为:(1)X、Y、Z、L是组成蛋白质的四种元素且 原子序数依次增大,故分别为:H、C、N、O元素;M是地壳 中含量最高的金属元素,为Al,其在周期表中的位置为第三周

期第ⅢA族;再根据五种元素在周期表中的位置,可知半径由
大到小的顺序是:Al>C>N>O>H。

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物质结构 元素周期律

(2)出错原因是“电子式”、“结构式”、“分子式”混淆。
(3)出错原因是对周期表结构模糊不清,Se比O多两个电子 层,共4个电子层,1→4电子层上的电子数分别为:2、8、18、 6,故其原子序数为34;其最高价氧化物对应的水化物的化学式 类似H2SO4,为H2SeO4 ;出错原因是对“雾”是液滴和“烟”

是固体小颗粒混淆。

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(4)出错原因是机械地简单迁移。根据题目信息,PH4I的结 构和性质和NH4Cl类似,而NH4Cl是一种离子化合物,在一定 条件下会分解为NH3和HCl,但HCl不容易分解,也可以由NH3 和HCl反应得到NH4Cl;且NH4Cl会和碱反应。PH4I分解生成

PH3和HI,HI在加热条件下会分解生成H2和有颜色的I2。

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[正确答案]

(1)O 第三周期第ⅢA族

Al>C>N>O>H

(3)34 H2SeO4 产生白烟

(4)A

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