俄国化学家门捷列夫(1834～1907),出生在西伯利亚。他从小热爱劳动,喜爱大自然,学习勤奋。
1860年门捷列夫在为《化学原理》一书考虑写作计划时,深为无机化学缺乏系统性所困扰。于是,他开始搜集每一个已知元素的性质资料和有关数据,把前人在实践中所得成果,凡能找到的都收集在一起。人类关于元素问题的长期实践和认识活动,为他提供了丰富的材料。他在研究前人所得成果的基础上,发现一些元素除有特性之外还有共性。
例如,已知卤素元素的氟、氯、溴、碘,都具有相似的性质;碱金属元素锂、钠、钾暴露在空气中时,都很快就被氧化,因此都只能以化合物形式存在于自然界中;有的金属如铜、银、金都能长久保持在空气中而不被腐蚀,正因为如此,它们被称为贵金属。于是,门捷列夫开始试着排列这些元素。他把每个元素都建立了一张长方形纸板卡片,在每一块长方形纸板上写上了元素符号、原子量、元素性质及其化合物,然后把它们钉在实验室的墙上排了又排。
经过了一系列的排队以后,他发现了元素化学性质的规律性。元素周期律揭示了一个非常重要而有趣的规律: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。门捷列夫根据这个道理,不但纠正了一些有错误的原子量,还先后预言了15种以上的未知元素的存在。
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)。
