知识讲解_元素周期表(提高）

1 元素周期表 【学习目标】 　 1.了解原子序数与原子结构间的关系。 2.了解元素周期表的编排原则，知道周期和族的表示方法。 3.了解元素周期表的基本结构，知道主族和副族的概念。 4.能从整体上把握元素周期表的结构，会正确表示元素在周期表中的位置。 5.以碱金属元素和卤族元素为例，了解原子结构与元素性质之间的关系，认识原子结构相似的一族元素在化 学性质上表现出的相似性和递变性。 6.知道核素和同位素的涵义。 　　　　 【要点梳理】 要点一、元素周期表的编排 1．门捷列夫制作第一张元素周期表的依据 　　（1）将元素按照相对原子质量由小到大依次排列。 （2）将化学性质相似的元素放在一个纵行。 要点诠释： 　　①门捷列夫（1834—1907，俄国化学家）是元素周期表的创始人。它所制作的元素周期表，揭示了化学元素 间的内在联系，使其构成了一个完整的体系，成为化学发展史上的重要里程碑之一。 　　②随着科学发展，人们逐渐认识到门捷列夫给周期表中元素排序的依据存在缺陷，真正科学的依据是元素原 子的核电荷数（即质子数）。 2．原子序数 　 按照元素在周期表中的顺序给元素所编的序号为原子序数。 原子序数=核电荷数＝核内质子数＝核外电子数（原子中） 要点诠释： 存在上述关系的是原子而不是离子，因为离子是原子失去或得到电子而形成的，所以在离子中：核外电子数 ＝质子数加上或减去离子的电荷数。 3．现在的元素周期表的科学编排原则 （1）将电子层数相同的元素按原子序数递增的顺序从左到右排成一横行，称为周期； （2）把最外层电子数相同（氦除外）的元素按电子层数递增的顺序从上到下排成纵行，称为族。 要点二、元素周期表的结构 1. 周期 短周期 长周期周期 一 二 三 四 五 六 七 对应行数 1 2 3 4 5 6 7 所含元素 种数 2 8 8 18 18 32 32 每周期 0 族元素原 子序数 2 10 18 36 54 86 118 2. 族 族 主族 副族 Ⅷ族 0 族 族数 7 7 1 12 族序号 Ⅰ A Ⅱ A Ⅲ A Ⅳ A Ⅴ A Ⅵ A Ⅶ A Ⅲ B Ⅳ B Ⅴ B Ⅵ B Ⅶ B Ⅰ B Ⅱ B Ⅷ 0 列序号 1 2 13 14 15 16 17 3 4 5 6 7 11 12 8\9\10 18 要点诠释： （1）周期：元素周期表有 7 个横行，也就是 7 个周期。前三周期叫短周期，后四个周期叫长周期。 （2）族：常见的元素周期表共有 18 个纵行，从左到右分别叫第 1 纵行、第 2 纵行……第 18 个纵行。把其 中的第 8、9、10 三个纵行称为Ⅷ族，其余每一个纵行各称为一族，分为七个主族、七个副族和一个 0 族，共 16 个族。 　族序数用罗马数字表示，主族用 A、副族用 B，并标在族序数的后边。如ⅠA、ⅡA、ⅢA……ⅠB、ⅡB、Ⅲ B…… （3）第 18 纵行的氦最外层有 2 个电子，其它元素原子的最外层都有 8 个电子，它们都已达到稳定结构，化 学性质不活泼，化合价都定为 0 价，因而叫做 0 族。 （4）元素周期表中从第ⅢB 族到第ⅡB 族共 10 个纵行，包括了第Ⅷ族和全部副族，共 60 多种元素，全部 为金属元素，统称为过渡元素。 （5）在周期表中根据组成元素的性质，有些族还有一些特别的名称。例如：第ⅠA 族：碱金属元素；第ⅡA 族：碱土金属元素；第ⅣA 族：碳族元素；第ⅤA 族：氮族元素；第ⅥA 族：氧族元素；第ⅦA 族：卤族元素； 0 族：稀有气体元素。 　　（6）第六周期的镧系元素、第七周期的锕系元素分别包含 15 种元素，为了使元素周期表的结构紧凑，放在 第ⅢB 族；但实际上每种元素都占有元素周期表的一格，所以另外列出，放在元素周期表的下方。 3.周期表与原子结构的关系 （1）周期序数＝电子层数 （2）族序数＝最外层电子数（对主族而言） （3）原子序数=质子数 要点三、元素的性质与原子结构 　　 应用元素周期表，以典型金属元素族（碱金属）和典型非金属元素族（卤族元素）为例，运用理论探究和 实验探究的方法，达到掌握元素的性质与原子结构关系的目的。重点掌握元素周期表中同一主族元素的相似性和 递变性。 1．碱金属元素 　　查阅元素周期表和课本，我们可得到碱金属元素的有关信息如下表： 元 素 名 称 元 素 符 号 核 电 荷 数 原子结构示意图 最 外 层 电 子数 电 子 层 数 原子半径 / nm 锂 Li 3 1 2 0.152 钠 Na 11 1 3 0.186 钾 K 19 1 4 0.2273 铷 Rb 37 1 5 0.248 铯 Cs 55 1 6 0.265 要点诠释： （1）碱金属元素原子结构的特点： 　　①相同点：碱金属元素原子的最外层都有 1 个电子， 　　②不同点：碱金属元素原子的核电荷数和电子层数各不相同。 （2）碱金属元素性质的相似性和递变性 　　①相似性：由于碱金属元素原子最外层都只有一个电子，所以都容易失去最外层电子，都表现出很强的金属 性，化合价都是+1 价。 　　②递变性：随着核电荷数的递增，碱金属元素原子的电子层数逐渐增多，原子半径逐渐增大，原子核对最外 层电子的吸引力逐渐减弱，失电子能力逐渐增强，故从锂到铯，金属性逐渐增强。 　　注：元素金属性强弱可以从其单质与水（或酸）反应置换出氢的难易程度，以及它们的最高价氧化物的水化 物——氢氧化物的碱性强弱来比较。 （3）碱金属单质的性质 　　①化学性质：碱金属单质都能与氧气等非金属单质反应，生成对应的金属氧化物等化合物；都能与水反应， 生成对应的金属氢氧化物和氢气；并且随着核电荷数的递增，碱金属单质与氧气、水等物质的反应越来越剧烈。 　　4Li+O2 2Li2O 　　2Na+O2 Na2O2 　　2Na+2H2O==2NaOH+H2↑ 　　2K+2H2O==2KOH+H2↑ 　　实验探究：对比钾、钠与氧气、水的反应 实验内容 现象 结论或解释 钠在空气中燃烧 钠开始熔化成闪亮的小球，着火燃烧， 产生黄色火焰，生成淡黄色固体 化学方程式： 2Na+O2 Na2O2 与 氧 气 反 应 钾在空气中燃烧 钾开始熔化成闪亮的小球，剧烈反应， 生成橙黄色固体 化学方程式： K+O2 KO2（超氧化钾） 钠与水的反应 钠块浮在水面，熔化成闪亮小球，四 处游动嘶嘶作响，最后消失 化学方程式： 2Na+2H2O==2NaOH+H2↑ 碱 金 属 与 水反应 钾与水的反应 钾块浮在水面，熔成闪亮的小球，四 处游动，嘶嘶作响，甚至轻微爆炸， 最后消失 化学方程式： 2K+2H2O==2KOH+H2↑ 实验中的注意事项：a．钠、钾在实验室中都保存在煤油中，所以取用剩余的金属块可放回原试剂瓶中，并 且使用前要用滤纸把表面煤油吸干。 　　b．对钠、钾的用量要控制；特别是钾的用量以绿豆粒大小为宜。否则容易发生爆炸危险。4 　　c．对碱金属与水反应后的溶液，可用酚酞试液检验生成的碱。 ②物理性质 碱金属单质 颜色和状态 密度／g·cm－3 熔点／℃ 沸点／℃ 锂（Li） 银白色、柔软 0.534 180.5 1347 钠（Na） 银白色、柔软 0.97 97.81 882.9 钾（K） 银白色、柔软 0.86 63.65 774 铷（Rb） 银白色、柔软 1.532 38.89 688 铯（Cs） 略带金属光泽、柔软 1.879 28.40 678.4 要点诠释： 相似性：除铯外，其余都呈银白色；都比较柔软；有延展性；导电性和导热性也都很好；碱金属的密度都比 较小，熔点也都比较低。 递变性：随着核电荷数的递增，碱金属单质的密度依次增大（钾除外）；熔沸点逐渐降低。 2．卤族元素 （1）原子结构的特点 要点诠释： ①相同点：最外层电子数都是 7 个。 　　②不同点：核电荷数和电子层数不同。 （2）卤族元素性质的相似性和递变性 　　①相似性：最外层电子数都是 7 个，化学反应中都容易得到 1 个电子，都表现很强的非金属性，其化合价均 为－1 价。 　　②递变性：随着核电荷数和电子层的增加，原子半径逐渐增大，原子核对最外层电子的吸引力逐渐减弱，元 素原子的得电子能力逐渐减弱，元素的非金属性逐渐减弱。卤素单质的氧化性逐渐减弱。 注：元素的非金属性强弱可以从其最高价氧化物的水化物的酸性强弱，或单质与氢气生成气态氢化物的难易 程度以及氢化物的稳定性来推断。 （3）卤素单质的物理性质 卤素单质 颜色和状态 密度 熔点／℃ 沸点／℃ F2 淡黄绿色气体 1.69 g / L（15℃） －219.6 －188.1 Cl2 黄绿色气体 3.215 g / L（0℃） －101 －34.6 Br2 深红棕色液体 3.119 g / cm3（20℃） －7.2 58.78 I2 紫黑色固体 4.93 g / cm3 113.5 184.4 要点诠释： 随着核电荷数的递增，卤素单质的颜色逐渐加深；状态由气→液→固；密度逐渐增大；熔沸点都较低，且逐渐 升高。 （3）卤素单质的化学性质 　①卤素单质与氢气反应5 F2＋H2＝2HF 在暗处能剧烈化合并发生爆炸，生成的氟化氢很稳定 Cl2＋H2 2HCl 光照或点燃发生反应，生成氯化氢较稳定 Br2＋H2 2HBr 加热至一定温度才能反应，生成的溴化氢较稳定 I2＋H2 2HI 不断加热才能缓慢反应；碘化氢不稳定，在同一条件下同时分解 为 H2 和 I2，是可逆反应 要点诠释： 　 随着核电荷数的增多，卤素单质（F2、Cl2、Br2、I2）与氢气反应的剧烈程度逐渐减弱，生成的氢化物的稳定 性逐渐减弱：HF>HCl >HBr >HI；元素的非金属性逐渐减弱：F>Cl>Br>I。 　②卤素单质间的置换反应 　　实验探究：对比卤素单质（Cl2、Br2、I2）的氧化性强弱 实验 内容 将少量氯水分别加入盛有 NaBr 溶液和 KI 溶液 的试管中，用力振荡后加入少量四氯化碳，振 荡、静置。 将少量溴水加入盛有 KI 溶液的试管中， 用力振荡后加入少量四氯化碳，振荡、 静置。 现象 静置后，液体均分为两层。上层液体均呈无色， 下层液体分别呈橙色、紫色。 静置后，液体分为两层。上层液体呈无 色，下层液体呈紫色。 方 程 式 ①2NaBr+Cl2==2NaCl+Br2 ②2KI+Cl2==2KCl+I2 ③2KI+Br2==2KBr+I2 结论 随着核电荷数的增加，卤素单质的氧化性逐渐减弱：Cl2>Br2>I2 （4）卤素的特殊性 ①氟无正价，无含氧酸；氟的化学性质特别活泼，遇水生成 HF 和 O2，能与稀有气体反应，氢氟酸能腐蚀玻 璃。氟化银易溶于水，无感光性。 ②氯气易液化，次氯酸具有漂白作用，且能杀菌消毒。 ③溴是常温下唯一液态非金属单质，溴易挥发，少量溴保存要加水液封，溴对橡胶有较强腐蚀作用。 ④碘为紫黑色固体，易升华，碘单质遇淀粉变蓝。 要点四、核素、同位素 1．质量数： 　　 如果忽略电子的质量，将原子核内所有质子和中子的相对质量取近似整数值相加，所得的数值叫做质量数。 要点诠释： （1）1 个电子的质量约为 1 个质子质量的 1/1836，所以原子的质量主要集中在原子核上。 （2）1 个质子的相对质量为 1.007，1 个中子的相对质量为 1.008，其近似整数值均为 1。 （3）质量数的表达式：质量数（A）＝质子数（Z）+中子数（N） （4）元素是具有相同核电荷数（质子数）的同一类原子的总称。 （5）精确的测定结果证明，同种元素的原子的原子核内，质子数相同，中子数不一定相同。 （6） 是原子符号，其意义为：表示一个质量数为 A、质子数为 Z 的 X 原子。 2．核素： 　　 把具有一定数目质子和一定数目中子的一种原子叫做核素。 要点诠释： （1）核素概念的外延为原子，这里的原子泛指导电呈电中性的原子和带有电荷的简单阴、阳离子。如 与 △6 为同一种核素。 （2）绝大多数的元素都包含多种核素。 （3）有的核素在自然界中稳定存在，而有的核素具有放射性而不能在自然界中稳定存在。 3．同位素： 　　 质子数相同而中子数不相同的同一元素的不同原子互称为同位素。 要点诠释： （1）同一元素的不同核素互称为同位素。如 、 、 都是氢的同位素，见下表： 氢元素的原子核 质子数（Z） 中子数（N） 质量数（A） 原子名称 原子符号 应用 1 0 1 氕 —— 1 1 2 氘 或 D 1 2 3 氚 或 T 用于制造氢 弹 （2）“同位”即指核素的质子数相同，在元素周期表中占有相同的位置。 （3）许多元素都有同位素，如 、 、 是氧的同位素。 （4）同位素中，有些具有放射性，称为放射性同位素。如 就是碳的放射性同位素。 （5）同位素中，有的是天然的，有的是人造的。如元素周期表中原子序数为 112 号的元素的各同位素都是人造 的。 （6）天然稳定存在的同位素，相互间保持一定的比率。 （7）同位素的化学性质几乎相同，其原因是同位素的质子数相同，原子核外电子排布相同。 （8）元素的相对原子质量，就是按照该元素各核素原子所占的一定百分比算出的平均值。 （9）同位素的应用：在日常生活中，工农业生产和科学研究中有着重要的用途。如考古时利用 测定一些文 物的年代， 和 用于制造氢弹，利用放射性同位素释放的射线育种、治疗癌症和肿瘤等。 要点五、相对原子质量 1.核素（原子）的相对原子质量 国际上，以一种 C 原子（12C）质量的 1/12 作为标准，其他原子的质量跟它相比较所得的比值，就是这种原 子的相对原子质量。即：M（X）= 。 2.核素的近似相对原子质量：即核素原子的质量数。 3.元素的相对原子质量 我们平常所说的某种元素的相对原子质量，是按照该元素的各种天然同位素原子的相对原子质量以及所占的 原子百分比计算出的平均值。 1 1H 2 1 H 3 1 H 1 1H 2 1 H 3 1 H 2 1 H 3 1 H 12 1)( )( 12 ×Cm Xm7 例如： 某元素有多种不同核素如下： 核素： A1X 、A2X 、A3X …… 核素的质量数： A1 、A2 、A3 …… 核素的相对原子质量： B1 、B2、 B3 …… 各核素原子的原子个数百分比： a% 、b%、 c% …… 元素的相对原子质量： B1×a%＋B2×b%＋B3×c%＋…… （其中 a%+b%+c%+…=1） 4.元素的近似相对原子质量 元素的近似相对原子质量：A1×a%+A2×b%+A3×c%+…（其中 a%+b%+c%+…=1） 5.示例分析 从原子的组成看，原子的质量数均为整数，但氯元素的相对原子质量却是 35.5，这是为什么？ 氯核素 质量数 核素的近似相对原子质量 核素的相对原子质量 天然核素的原子数目百分数。 35 35 34.969 75.77% 37 37 36.966 24.23% 由上表数据可得： 氯元素的相对原子质量=34.969×75.77%+36.966×24.23%=35.45 氯元素的近似相对原子质量=35×75.77%+37×24.23%=35.5。 【典型例题】 类型一：元素周期表的结构 例 1、（2016 四中同步）已知 X、Y、Z 三种主族元素在周期表中的相对位置如图所示，且 X 的原子序数为 a，下 列说法不正确的是（ ）。　　　　　　　　　　　　　　　 A．Y、Z 的原子序数之和可能为 2a B．Y 的原子序数可能是 a-17 C．Z 的原子序数可能是 a+31 D．X、Y、Z 一定都是短周期元素 【思路点拨】由题目图示可知，X、Y、Z 只能是位于周期表中过渡元素区域的右边，同主族相邻元素原子序数差 由上到下依次为：8、8、18、18、32、32。 【答案】D 【解析】（1）若 X、Y、Z 同为短周期元素，由 X 的原子序数为 a 可知，Y 的原子序数为 a―8+1=a―7，Z 的原子 序数为 a+8―1=a+7，所以 A 正确；（2）若 X 为长周期非金属元素，Y 为短周期非金属元素，则 Y 的原子序数可 能为：a―18+1=a―17，则 B 正确；（3）若 Z 为第六或第七周期元素，因存在镧系或锕系元素，则 Z 的原子序数 为 a+32―1=a+31，故 C 正确。 【总结升华】元素周期表共有 18 个纵列，可分为 16 个族。其中第 8、9、10 三个纵列称为Ⅷ族，其它每个纵列 称为一族，包括七个主族、七个副族和一个 0 族，其中它们的排列顺序并不是按主副族依次排列，需要总结理清。 举一反三： 【变式 1】在元素周期表中，第三、四、五、六周期所含元素种数分别是（ ） A. 8、18、32、32 B. 8、8、18、18 C. 8、18、18、32 D. 18、18、32、32 【答案】C X Y Z8 【变式 2】短周期元素中非金属元素共有（ ） A. 9 种 B. 10 种 C. 12 种 D.13 种 【答案】D 【解析】短周期元素中包括：H、He、B、C、N、O、F、Ne、Si、P、S、Cl、Ar 共 13 种非金属元素。 例 2．在现有的元素周期表中，同一周期的ⅡA、ⅢA 族两种元素的原子序数之差不可能是（ ） A．1 　　　　　　B．11　　　　　 C．18　　　　　 D．25 【答案】C 【解析】在同一周期的前提下，二、三周期中ⅡA、ⅢA 的元素原子序数相邻，其差为 1；四、五周期中ⅡA、Ⅲ A 的元素之间多了 10 种过渡元素，所以其原子序数之差为 11；六、七周期中第ⅢB 族分别是镧系、锕系元素， 分别包括 15 种元素，所以第ⅡA、ⅢA 族元素原子序数之差为 25。 【总结升华】元素周期表共有 18 个纵列，可分为 16 个族。其中第 8、9、10 三个纵列称为第Ⅷ族，其它每个纵 列称为一族，包括七个主族、七个副族和一个 0 族，其中它们的排列顺序并不是按主副族依次排列，需要总结理 清。 举一反三： 【变式 1】国际无机化学命名委员会在 1989 年做出决定，建议把长式元素周期表原先的主副族及族号取消，由 左至右改为 18 列。如碱金属元素为第 1 例，稀有气体元素为第 18 列。据此规定，下列说法错误的是（ ） A．第 9 列元素中没有非金属元素 B．只有第 2 列元素原子最外层有 2 个电子 C．第 1 列和第 17 列元素的单质熔沸点变化趋势相反 D．在所有列中，第 3 列的元素种类最多 【答案】B 【变式 2】甲、乙是周期表中同一主族相邻的两种元素，若甲的原子序数为 x，则乙的原子序数不可能为（ ） A．x+2　　　　　 B．x+4　　　　　 C．x+8　　　　　 D．x+18 【答案】B 【变式 3】已知 A、B 是元素周期表中同主族相邻两元素，A、B 所在周期分别有 m、n 种元素。若 A 的原子序 数为 x，则 B 的原子序数可能为（ ） ①x+m 　　②x―m　　 ③x+n　　 ④x―n A．①③ 　　　　　B．①④　　　　　 C．②③ 　　　　　D．①②③④ 【答案】D 【解析】若 A、B 为ⅠA 族或ⅡA 族元素：当 A 在 B 之上，则 B 的原子序数为 x+m；当 A 在 B 之下，则 B 的原 子序数为 x－n。若 A、B 为ⅢA～ⅦA 族元素：当 A 在 B 之上，则 B 的原子序数为 x+n；当 A 在 B 之下，则 B 的原子序数为 x－m。 类型二：根据原子序数确定元素在周期表中的位置 例 3、114 号元素（289Uuq）是由设在杜布纳的核研究联合研究所的科学家 1998 年用钙轰击钚获得，是迄今为止 已知的最稳定同位素，半衰期达 30 秒，相比之下，是超铀元素中异乎寻常的长寿核素，似乎正在证实稳定岛理 论的预言。下列关于该元素的说法中不正确的是（ ） A. 该元素为放射性元素 B. 该元素属于过渡元素 C. 该元素位于第七周期ⅣA 族 D. 该元素的主要化合价有+4、+2 【答案】B 【解析】根据元素周期的结构确定该元素在周期表中的位置及有关性质。从周期表看，83 号后的元素全部为放 射性元素，A 项正确；周期表中第七周期最后一种元素 0 族元素的原子序数为 118，则可以确定该元素位于第七 周期ⅣA 族，不属于过渡元素，B 项不正确，C 项正确；该元素位于ⅣA 族，与碳同主族，主要化合价有+4、 +2，D 项正确。 【总结升华】熟悉元素周期表的结构，熟记各周期 0 族元素的原子序数，就能利用上述方法根据元素的原子序数 确定元素在周期表中的位置。9 举一反三： 【变式 1】元素周期表是一座开放的“元素大厦”，元素大厦尚未客满。请你在元素大厦中为 119 号元素安排好它 的房间（ ） A. 第八周期第 IA 族 B. 第七周期第 ⅦA 族 C. 第七周期第 0 族 D. 第六周期第ⅡA 族 【答案】A 【解析】元素周期表中，第七周期若排满，最后一种元素原子序数为 118，119 号元素应位于第八周期第 IA 族。 【高清课堂：元素周期表的结构#例题 1】 【变式 2】推算原子序数为 6、13、34、53、88 的元素在周期表中的位置。 原子序数 6 13 34 53 88 周期 族 【答案】 原子序数 6 13 34 53 88 周期 二 三 四 五 七 族 ⅣA ⅢA ⅥA ⅦA ⅡA 【高清课堂：元素周期表的结构#例题 2】 【变式 3】下列各组中的元素用原子序数表示，其中都属于主族的一组元素是（ ） A.14、24、34 B.26、31、35 C.5、15、20 D.11、17、18 【答案】C 类型三：碱金属元素 例 4．下列对碱金属性质的叙述中，正确的是（ ） A. 单质都是银白色的柔软金属，密度都比较小 B. 单质在空气中燃烧生成的都是过氧化物 C. 碱金属单质与水反应生成碱和氢气 D. 单质的熔、沸点随着原子序数的增加而升高 【答案】C 【解析】铯单质略带金色光泽，A 项不正确；锂在空气中燃烧主要生成 Li2O，B 项不正确；碱金属单质均能与水 反应生成碱和氢气，C 项正确；碱金属单质的熔、沸点随着原子序数的增加而降低，D 项不正确。 【总结升华】根据碱金属物理性质、化学性质的相似性和递变性分析，同时注意其中的特殊性。 举一反三： 【变式 1】钾的金属活动性比钠强，根本原因是（ ） A．钾的密度比钠小 B．钾原子的电子层比钠原子多一层 C．钾与水反应比钠与水反应更剧烈 D．加热时，钾比钠更易气化 【答案】B 【变式 2】下列关于碱金属某些性质的排列中，正确的是（ ） A. 原子半径：Li