化学科普：元素周期表探索与元素特性

范·赫尔孟特(1577—1644)献身于研究和实验,他断言,真正的元素是空气和水,这两个元素谁也不能转变成另一个,每种元素也不能还原成更简单的状态．他做了著名的“柳树实验”,只给柳树浇水,5年后,柳树的重量增加了74．4kg,而土壤的重量却只减少了60g．以此证明所有的植物都只由水元素生出．左图即为“柳树实验”示意图．

知能概述

元素是具有相同核电荷数(即质子数)的一类原子的总称,不同种类原子的原子核中质子数不同,因而质子数决定了元素的种类．

国际通用的元素符号是用元素拉丁文名称的第一个大写字母表示．当第一个字母相同时,再附加一个小写字母来区别．

根据元素的原子结构和性质,把已发现的一百多种元素按原子序数(核电荷数)科学有序地排列,使元素的原子结构及性质呈现周期性的变化,该表被称为元素周期表．

问题解决

例1　为了判断某化合物是否含碳、氢、氧三种元素,取一定质量该化合物在氧气中充分燃烧,接下来还需进行的实验有(　)．

①用无水硫酸铜检验是否有水生成　②用澄清石灰水检验是否有二氧化碳生成　③用带火星的木条检验氧气　④测定水和二氧化碳的质量

A．①②③　B．①②④

C．②③④　D．①②③④

(上海市竞赛题)

解题思路　元素是具有相同核电荷数一类原子的总称,化学变化中原子不变,所以化学变化中元素种类不变,产物中有水和二氧化碳,则该化合物中含碳、氢元素,但是否含有氧元素则应根据定量实验和计算来判断．

例2　现代科学又发现了H3,C60,C90,C240,N5,N60……据此可做出的推测是(　)．

①同一种元素可以形成多种单质　②单质可能存在复杂的分子结构③单质的研究具有广阔的前景　④同种元素形成的单质之间可能存在更多的互相转化

A．只有①②　B．只有②③

C．只有③④　D．①②③④

(江苏省竞赛题)

解题思路　同种元素可以形成多种单质是不争的事实．如O2与O3,经研究现在发现还有O4分子存在．同种元素形成的单质在一定条件下可互相转化,如在一定条件下石墨可以转变为金刚石．

同种元素所形成的不同单质互为同素异形体．

例3　下列说法无科学性错误的是(　)．

A．2个氢元素　B．0．5个水分子

C．3种元素　D．3种碳元素

解题思路　元素是宏观概念,讲组成不讲个数,水分子是一种粒子,没有0．5个,碳原子中的质子数都是8个,因而只有一种碳元素,而没有3种碳元素．

例4　汽车尾气中含有一氧化碳和一氧化氮,可以用高效催化剂在一定条件下将它们转化为无害气体,反应的微观过程示意图如下图所示．请分别从物质的组成、物质(或分子)的构成及其变化或其他方面,写出你所获得的有关信息(任答三条即可)．

例4图

(1)组成或构成:

(2)变化:

(3)其他:

(河南省竞赛题)

解题思路　从图中所获得的信息如果是宏观范畴如物质,则对应讲组成;若为微观范畴如分子,则对应讲构成．而变化也可以从宏观(如元素)或微观(如分子、原子)的不同角度去分析．

例5　青蒿素(化学式为C15H22O5)是中国科学家从植物中成功分离出的抗疟药的有效成分,它属于(　)．

A．单质　B．纯净物　C．氧化物　D．混合物

(吉林省中考题)

解题思路　通常所说某一物质的名称(及化学式)均指该物质的纯净物,青蒿素是由不同种元素组成的纯净物,其中含有C,H,O三种元素,更精准的分类应为有机化合物．

例6　下表是元素周期表的一部分,请回答下列问题:

(1)地壳中含量最多的元素的原子序数是_________．

(2)分析上表可发现:每一横行元素从左向右排列所遵循的一条规律是__________________________________________________________________．根据此规律,可知图中x＝_________．

(3)许多元素是人体生命必需的元素,缺乏钙元素易患______(填序号)．

①佝偻病　②甲状腺肿大　③坏血病

解题思路　元素周期表的精彩之处就在于表中所列元素．每一横行,每一纵行元素的原子结构和元素的性质均呈现周期性的变化．可以从元素的性质(金属性、非金属性),原子核外电子排布(最外层电子数)的周期性变化去分析．

1．人们常说菠菜中富含铁质,这里所说的“铁质”应理解为(　)．

A．铁元素　B．铁单质　C．铁离子　D．铁原子

(广东省竞赛题)

2．下列说法正确的是(　)．

A．分子是化学变化中的最小粒子

B．不同元素的本质区别是电子数不同

C．原子核由电子和质子构成

D．“墙内开花墙外香”说明分子在不断运动

(2019年湖北省武汉市中考题)

3．下列各组微粒中,属于同一种元素的是(　)．

A．Cl和Cl－　B．Co和CO

C．H和He　D．和

(全国复赛题)

4．下列说法你认为正确的是(　)．

A．如果两种粒子属于同一种元素,则它们原子核内的质子数一定相同

B．如果两种粒子含有的质子数相同,则它们一定属于同一种元素

C．由同种元素组成的单质性质相同

D．如果两种粒子含有的电子数相同,则它们一定属于同一种元素

5．甲、乙、丙、丁四种粒子,其质子数、中子数和核外电子数如下表所示:

则属于同种元素的粒子是(　)．

A．甲和乙　B．丁和丙　C．乙和丙　D．甲和丙

6．19世纪60年代,通过对当时发现的63种元素采用科学的分类方法,研制出世界上第一张元素周期表的科学家是(　)．

A．戴维　B．道尔顿

C．门捷列夫　D．阿伏伽德罗

(全国复赛题)

7．下列说法正确的是(　)．

A．地壳中含量最多的元素是氧

B．海洋中含量最多的元素是氯

C．空气中含量最多的元素是碳

D．人体中含量最多的元素是钙

(2019年天津市中考题)

8．“”和“”分别代表不同元素的原子．下列各图所表示的物质属于化合物的是(　)．

第8题图

(福建省厦门市中考题)

Cl与Cl－虽然核外电子数不同,但原子核中质子数相同,所以属于同种元素；Cl－与Ar虽然核外电子数相同,但原子核中质子数不同,所以不是同种元素．(www.xing528.com)

原子中,质子数相同的是同一种元素．

思考:质子数相同的粒子一定是同种元素吗？

粒子可以是原子、分子和离子．

Ne原子、CH4分子中都有10个质子,但二者并非同种元素．

由元素周期表可以直接获得多种信息,如元素的原子序数等于原子核内质子数以及元素符号、相对原子质量等,特别是可以获知元素性质的变化规律,但不能直接得到元素在自然界中分布情况的信息．

9．概念之间存在交叉、并列或包含关系．若有关概念之间存在如下图所示的关系,则下列选项中的概念符合图中所示关系的是(　)．

第9题图

(湖北省武汉市调考题)

10．(双选)一瓶气体经化验只有一种元素组成,则该气体是(　)．

A．可能是一种单质　B．可能是混合物

C．可能是一种化合物　D．一定是一种单质

(上海市竞赛题)

11．根据右表提供的信息,下列判断正确的是(　)．

A．元素所在的周期数等于其原子的最外层电子数

B．钠离子核外有三个电子层

C．第二、三周期元素的原子从左至右最外层电子数逐渐增多

D．在化学变化中镁元素容易失去最外层2个电子形成镁离子,其离子符号是Mg2＋

(湖南省竞赛题)

12．如图是氢气和氧气发生反应的微观模拟图,请回答下列问题:

第12题图

(1)在A图中将相关粒子的图形补充完整．

(2)此变化的微观实质是:在点燃条件下,氢分子分解成氢原子,氧分子分解成氧原子,_______________________________________________．

(3)在元素周期表中,某元素比氢元素多2个周期、2个族,与该元素化学性质关系最密切的电子数目为________．

(2019年黑龙江省哈尔滨市中考题)

13．学习化学后,我们学会了从微观角度认识事物．

(1)如图A是锰元素在元素周期表中的信息,B～E是四种粒子的结构示意图．

第13题图1

只含一种元素的物质不可能是化合物,可能是混合物,故不能肯定其为单质．

①锰的相对原子质量是_____________．

②B～E中属于同种元素的是_________(填字母,下同);化学性质相似的是________;具有相对稳定结构的是________．

(2)如图是某化学反应的微观示意图．

第13题图2

①图中所示物质属于氧化物的有________种．

②参加反应的A,B两种物质的分子个数比为_________(填最简整数比)．

(2019年辽宁省抚顺市中考题)

14．氧元素在自然界中存在非常广泛,并不断循环转化．请回答以下问题:

(1)在地壳中存在氧元素的物质有二氧化硅、碳酸钙等,而在空气中存在氧元素的物质有______________________(至少写出两种)等．在人体内存在的化合物中,氧元素的质量分数最高的是_________．

(2)以下为自然界中发生的一些变化:①金属锈蚀　②化石燃料燃烧③陆地、水生植物的光合作用　④人与动物的呼吸．从①～④中选择序号填空,其中消耗氧气的有_________,产生氧气的有_________．

(3)下列说法中正确的是_________(填字母标号)．a．任何情况下呼吸纯氧均有益于人体健康;b．氧元素在自然界中既有游离态,又有化合态;c．含有氧元素的物质在化学反应中均是氧化剂;d．氧元素有百利而无一害．

(河南省竞赛题)

15．原子序数为1－18的元素的原子结构示意图等信息如下,请认真分析并回答下列问题．

(1)原子序数为12的元素位于周期表中第________周期,它属于______(填“金属”或“非金属”)元素．

(2)在化学反应中,原子序数为16的元素的原子容易_________(填“得到”或“失去”)电子,所形成的粒子的符号是___________．

(3)根据氟原子和氯原子的结构示意图分析,由于氟原子和氯原子的___________相同,所以氟元素与氯元素的化学性质相似．

(4)同周期元素,从左到右,各元素原子随原子序数的增加,最外电子数依次___________．

(广西壮族自治区南宁市中考题)

16．现有部分常见元素的性质或原子结构如下表:

(1)元素X和Y能形成原子个数比为1∶1的化合物,其化学式为______________________．

(2)写出元素Z组成的这种单质的一种用途________________________．

(3)元素W可形成一种单质,其式量为256,该单质的化学式为______．

(全国复赛题)

17．(1)元素周期表是学习化学的重要工具．右图是元素周期表中的一个单位格,下面从图中获取的信息正确的是(　)．

A．该元素的原子序数为52

B．该元素属于非金属元素

C．该元素在地壳中的含量为52．00%

D．该元素的原子核外有24个电子

第17题图

(2)很多科学家对元素周期表的发现和完善做出了重大贡献,请写出其中一位科学家的名字:________．

(3)表中不同种元素最本质的区别是________(填序号)．

A．质子数不同　B．中子数不同

C．相对原子质量不同　D．电子数不同

(4)利用元素周期表,人们对元素的认识进入了全新的飞跃时期．近日,俄罗斯科学家宣布他们将人工合成第118号元素,则此元素的核电荷数为________．

元素的原子核外电子层数可以用字母K,L,M,N,O,P,Q表示第一至第七电子层,如K层即为第一电子层,以此类推．

例1　B　例2　D　例3　C

例4　(1)一氧化碳是由氧元素和碳元素组成的(或一氧化碳分子是由氧原子和碳原子构成的等)．(2)一氧化碳和一氧化氮在高效催化剂的催化作用下反应生成氮气和二氧化碳．　(3)化学反应前后元素种类、原子个数不变(或化学反应实质是原子的重新组合等)．

例5　B

例6　(1)8　(2)从左到右元素原子的最外层电子数依次增多　20　(3)①

1．A　2．D　3．A　4．A　5．A　6．C　7．A　8．A　9．C　10．AB　11．C

12．(1)　(2)每1个氧原子和2个氢原子构成1个水分子　(3)3个

13．(1)①54．94　②CD　BE　C；　(2)①2　②3∶2

14．(1)氧气、二氧化碳(或水蒸气等)　水　(2)①②④　③　(3)b

15．(1)三　金属　(2)得到　S2－　(3)最外层电子数目　(4)递增

16．(1)H2O2　(2)作润滑剂或电极　(3)S8

17．(1)D　(2)门捷列夫(或张青莲等)　(3)A　(4)118