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題型整合練　結合元素周期表、元素周期律的推斷及實驗探究
題型1　元素周期表中的“位、構、性”關系
1.短周期主族元素X、Y、Z、W在元素周期表中的相對位置如圖所示,其中W原子的質子數是其最外層電子數的3倍。下列說法不正確的是 (　　)
A.原子半徑:Z>W>X>Y
B.簡單氫化物的穩定性:X>Y>W>Z
C.最高價氧化物對應水化物的酸性:X>W>Z
D.非金屬性:Z2.短周期主族元素X、Y、Z、W的原子序數依次增大。X的氣態氫化物能使濕潤的紅色石蕊試紙變藍,Z是地殼中含量第二的元素,最外層電子數Y+Z=10,Y和W在元素周期表中相鄰。下列說法正確的是　 (　　)
A.ZY2易溶于水
B.簡單離子半徑:XC.最高價氧化物對應的水化物的酸性:XD.Y2和Y3互稱為同素異形體
3.(經典題)幾種短周期元素的原子半徑及主要化合價如表,下列說法正確的是 (　　)
元素代號 X Y Z N M R Q
原子半徑/nm 0.037 0.186 0.143 0.082 0.099 0.075 0.074
最高正價 +1 +1 +3 +3 +7 +5
最低負價 -1 -1 -3 -2
A.離子半徑:Y>Z>M
B.簡單氫化物穩定性:R>Q
C.Y和Q形成的兩種化合物中,陰、陽離子個數比不同
D.Y、Z、M三種元素的最高價氧化物對應的水化物兩兩之間能反應
4.如圖是部分短周期元素原子(用字母表示)最外層電子數與原子序數的關系圖。下列說法正確的是(　　)
A.X與W形成的化合物中只有離子鍵
B.元素的非金屬性:X>R>W
C.簡單離子的半徑:W>R>X
D.單質Y與水反應生成一種酸和一種單質
5.某學者繪制了一種八角星元素周期表,每個八角星代表一個周期(第一周期除外),每個“·”代表一種元素,“”相連代表同族元素。X、Y、Z、R、M為原子半徑依次減小的五種短周期主族元素,Y的最外層電子數比最內層電子數多一個,且Y為第三周期元素,下列說法正確的是　(　　)
A.原子序數:X>Y>Z
B.Z與M形成的化合物,各原子均滿足8電子穩定結構
C.在同一周期中,X最高價氧化物對應的水化物堿性最強
D.X、R形成的兩種常見化合物中均只含有離子鍵
6.已知A、B、C、D為原子序數依次增大的短周期主族元素,E為地殼中含量最高的過渡元素,A與D同主族,只有B、C位于同周期,且C與D的原子序數之和為20;甲、乙分別為元素E、A的單質,丙、丁為A、E分別與B形成的化合物,它們轉化關系如圖所示(反應條件略)。下列說法不正確的是(　　)
A.由A、B組成的一種化合物具有強氧化性
B.C的單質能與丙反應置換出B的單質
C.B和D所形成的化合物中陰、陽離子數之比為1∶2
D.丁是一種紅棕色固體粉末,俗稱鐵紅
題型2　驗證同周期、同主族元素性質的遞變規律
7.某同學為了驗證元素周期律相關的結論,自己設計了一套實驗方案,并記錄了有關實驗現象。
實驗方案 實驗現象
①將氯氣通入Na2S溶液中 有淡黃色固體(S)生成
②將一小塊金屬鎂,用砂紙磨去表面的氧化膜后,放入試管中,加入2 mL水,觀察現象,記錄為現象Ⅰ,過一會兒,加熱試管至液體沸騰,觀察現象,記錄為現象Ⅱ 現象Ⅰ:無明顯變化 現象Ⅱ:金屬鎂逐漸溶解,有氣體生成
③將溴水滴入NaI溶液中,充分反應后加入淀粉溶液 溶液變藍
④將一小塊金屬鈉放入冷水中 鈉浮在水面上,熔成小球,四處游動,逐漸消失
回答下列問題:
(1)實驗①相關反應的離子方程式為　　　　　　　　　　　　　　。由實驗①可知,Cl、S的非金屬性由強到弱的順序為　　　。由實驗③可知,Br、I的非金屬性由強到弱的順序為　　　　。
(2)由實驗②和實驗④知,堿性:NaOH　　　(填“>”或“<”)Mg(OH)2。
(3)實驗結論:同主族元素自上而下,元素的非金屬性逐漸　　　　(填“增強”或“減弱”,下同);同周期主族元素從左到右,原子序數逐漸增大,金屬性逐漸　　　　,非金屬性逐漸　　　　。
(4)H2SiO3、H3PO4、H2SO4、HClO4的酸性由強到弱的順序為　　　　　　　　　　　。
(5)常見氫化物NH3、H2O、HF、H2S中穩定性最強的是　　。
8.(經典題)為驗證鹵族元素單質氧化性的相對強弱,某小組用如圖所示裝置進行實驗(夾持儀器已略去,氣密性已檢驗)。
實驗過程:
Ⅰ.打開K1,關閉K2、K3,打開活塞a,滴加濃鹽酸。
Ⅱ.關閉K1,打開K2、K3,當B和C中的溶液都變為黃色時,關閉K3。
Ⅲ.B中繼續通氣體,當B中溶液由黃色變為紅棕色時,關閉活塞a。
Ⅳ.……
回答下列問題:
(1)M的作用:　　　　　 　　　　　　　。
(2)能說明氯氣的氧化性強于碘的實驗現象是　　　　　　　　。
(3)用離子方程式解釋過程Ⅱ中溶液變為黃色的原因:　　　　　。
(4)過程Ⅳ的目的是驗證溴的氧化性強于碘,簡述其操作過程:　　。
(5)過程Ⅲ的實驗目的是　　　　　　　　　　　　　。
(6)請用原子結構的知識解釋氯、溴、碘單質的氧化性逐漸減弱的原因:　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
答案與分層梯度式解析
1.B 2.D 3.D 4.D 5.C 6.D
1.B　根據元素在周期表中的位置可知W為第三周期元素,設W的最外層電子數為x,依據題意有2+8+x=3x,解得x=5,即W為P元素;則X、Y、Z分別為N、O、Si元素。同周期主族元素,從左到右,原子半徑逐漸減小,同主族元素,由上到下,原子半徑逐漸增大,則原子半徑:Z>W>X>Y,A正確;根據非金屬性:Y>X>W>Z,可知簡單氫化物的穩定性:Y>X>W>Z,B錯誤、D正確;由非金屬性可確定最高價氧化物對應水化物酸性:X>W>Z,C正確。
2.D　根據X氣態氫化物的性質可知X為N元素;Z是地殼中含量第二的元素,Z為Si元素;由最外層電子數Y+Z=10可知,Y最外層電子數為6,Y原子序數小于Z,則Y為O元素;由Y和W在周期表中相鄰可知,W為S元素。ZY2為SiO2,SiO2不溶于水,A錯誤;N3-、O2-和S2-半徑由小到大的順序為O2-Si,則最高價氧化物對應水化物的酸性X>Z,C錯誤;O2和O3均為氧元素形成的單質,互稱為同素異形體,D正確。
3.D　所給元素均為短周期元素,由題表可知,Q最低負價為-2價,沒有最高正價,則Q為O;M的最高正價為+7價,最低負價為-1價,則M為Cl;R有+5、-3價,處于ⅤA族,原子半徑小于Cl,與O的原子半徑相近,則R為N;Z、N的最高正價為+3價,沒有負化合價,處于ⅢA族,且原子半徑Z>N,則Z為Al、N為B;X、Y的最高正價均為+1價,處于ⅠA族,而X有-1價,則X為H,結合Y的原子半徑知Y為Na。一般,核外電子層數越多,離子半徑越大,電子層結構相同的離子,核電荷數越大離子半徑越小,則離子半徑:Cl->Na+>Al3+,A錯誤;非金屬性:O>N,非金屬性越強,簡單氫化物的穩定性越強,則穩定性:H2O>NH3,B錯誤;Y是Na,Q是O,兩種元素形成的常見化合物有Na2O、Na2O2,Na2O、Na2O2中陽離子與陰離子的個數比均是2∶1,C錯誤;Y是Na,Z是Al,M是Cl,三種元素的最高價氧化物對應的水化物化學式分別是NaOH、Al(OH)3、HClO4,Al(OH)3是兩性氫氧化物,HClO4是強酸,NaOH是強堿,三種物質兩兩之間能發生反應,D正確。
4.D　由題圖可推出,X為O,Y為F,W為Cl,R為S,Z為Na。Cl和O形成的氯的氧化物中只含有共價鍵,A錯誤;非金屬性:O>Cl>S,B錯誤;簡單離子的半徑:S2->Cl->O2-,C錯誤;F2氧化性很強,能和H2O反應生成HF和O2,D正確。
5.C　根據Y的最外層電子數比最內層電子數多一個,且Y為第三周期元素可知,Y為Al;M位于第一周期,M為H;根據八角星的結構,可知X為Na,Z為Cl,R為O。原子序數:Z(Cl)>Y(Al)>X(Na),A錯誤;Cl與H形成的化合物為HCl,其中H原子沒有達到8電子穩定結構,B錯誤;Na為第三周期元素,在第三周期中,Na的最高價氧化物對應的水化物堿性最強,C正確;Na2O2中含非極性共價鍵,D錯誤。
6.D　已知A、B、C、D為原子序數依次增大的短周期主族元素,A與D同主族,只有B、C位于同周期,可知A、B、C、D分屬三個不同的短周期,則A為H,D為Na,由C與D的原子序數之和為20,可知C為F;E為地殼中含量最高的過渡元素,則E為Fe;甲、乙分別為元素E、A的單質,丙、丁為A、E分別與B形成的化合物,結合圖示轉化關系,Fe與丙反應生成丁和H2,可推知丙為H2O,丁為Fe3O4,則B為O。H、O兩元素組成的H2O2有強氧化性,A正確;F2與水反應生成HF和O2,B正確;O和Na組成的Na2O、Na2O2中陰、陽離子數之比均為1∶2,C正確;丁為Fe3O4,是黑色固體,D錯誤。
7.答案　(1)S2-+Cl2 2Cl-+S↓　Cl>S　Br>I　(2)>　(3)減弱　減弱　增強　(4)HClO4>H2SO4>H3PO4>H2SiO3　(5)HF
解析　(1)將Cl2通入Na2S溶液中,Cl2將S2-氧化為S單質,其離子方程式為S2-+Cl2 2Cl-+S↓,由此可判斷氧化性Cl2>S,則元素的非金屬性Cl>S。實驗③將溴水滴入NaI溶液中,充分反應后加入淀粉溶液,溶液變藍,說明溴將I-氧化成I2,故非金屬性Br>I。(2)實驗②現象表明Mg與冷水不反應,與熱水反應,實驗④Na與冷水劇烈反應,可判斷金屬性MgMg(OH)2。(3)結合題中實驗分析可知,同主族元素自上而下,元素的非金屬性逐漸減弱;同周期主族元素隨原子序數逐漸增大,金屬性逐漸減弱,非金屬性逐漸增強。(4)根據非金屬性SiH2SO4>H3PO4>H2SiO3。(5)由非金屬性F>O>N>S可知,簡單氣態氫化物中HF的穩定性最強。
8.答案　(1)平衡氣壓,有利于濃鹽酸順利滴下
(2)淀粉-KI溶液變成藍色
(3)Cl2+2Br- Br2+2Cl-
(4)打開活塞b,將少量C中溶液滴入D中,關閉活塞b,取下D振蕩、靜置
(5)確認C中黃色溶液中無Cl2,排除Cl2對Br2置換I2實驗的干擾
(6)同主族元素從上到下,電子層數逐漸增多,原子半徑逐漸增大,得電子能力逐漸減弱
解析　實驗過程Ⅰ,打開K1,關閉K2、K3,打開活塞a,滴加濃鹽酸,在A中濃鹽酸與KMnO4反應生成Cl2,Cl2進入E中與KI反應,驗證Cl2的氧化性強于I2;實驗過程Ⅱ,關閉K1,打開K2、K3,氯氣進入B和C中,與NaBr反應,當B和C中的溶液都變為黃色時,證明B、C中的NaBr溶液中均有少量氯氣進入,關閉K3;實驗過程Ⅲ,繼續向B中通入Cl2,當B中溶液由黃色變為紅棕色時,關閉活塞a,停止產生氯氣;實驗過程Ⅳ,打開活塞b,使C中反應生成的溴進入D中,驗證Br2的氧化性強于I2。
(1)M的作用是平衡氣壓,使濃鹽酸能順利滴下。
(2)E中產生I2就說明Cl2的氧化性比I2強,當E中溶液變藍時,即說明有碘單質生成,故淀粉-KI溶液變成藍色,能說明氯氣的氧化性強于碘。
(3)在實驗過程Ⅱ中,B、C中溶液均變為黃色,說明通入Cl2后,有Br2生成,反應的離子方程式為Cl2+2Br- Br2+2Cl-。
(4)要驗證Br2的氧化性強于I2,需要將Br2滴入KI溶液中,C中黃色溶液中存在Br2,而且通入Cl2很少,已被完全反應,沒有Cl2的干擾,所以操作為打開活塞b,將少量C中溶液滴入D中,關閉活塞b,取下D振蕩、靜置。
(5)繼續向B中通氯氣,B中溶液顏色變成紅棕色,與C中黃色溶液做對比,可證明C中黃色溶液中無Cl2,故過程Ⅲ的實驗目的是確認C中黃色溶液中無Cl2,排除Cl2對Br2置換I2實驗的干擾。
(6)同主族元素從上到下,電子層數逐漸增多,原子半徑逐漸增大,得電子能力逐漸減弱,單質的氧化性逐漸減弱。
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