知识讲解_元素周期律(提高）

1 元素周期律 【学习目标】 　　1．了解原子核外电子的排布。 　　2．能结合有关数据和实验事实认识元素周期律，了解原子结构与元素性质的关系。 　　3．知道金属、非金属在元素周期表中的位置及其性质的递变规律。 　　　 重点：元素周期律的含义和实质；元素性质与原子结构的关系。 　　 　难点：元素性质与原子结构的关系。 【要点梳理】 要点一、原子结构及表示 　1．原子的构成 　 （注：碳 12 质量的 1/12 等于 1.66×10-27 kg） 质量/kg 相对质量 电量 作用 质子 1.6726×10-27 1.007 +1 质子数决定元素种类 原子核 中子 1.6749×10-27 1.008 0 质子数和中子数决定核素种类原 子 核外电子 9.109×10-31 1/1836 -1 核外电子排布决定化学性质 AZX 的含义：代表一个质量数为 A、质子数为 Z 的原子。 2．原子微粒间的数量关系： 　　①质量数(A)＝质子数(Z)+中子数(N) 　　②中性原子：核电荷数＝质子数＝核外电子数 　　③阳离子：质子数=核电荷数=核外电子数+离子电荷数 　　④阴离子：质子数=核电荷数=核外电子数-离子电荷数 3．粒子的结构示意图 (1)表示方法 结构示意图是用小圆圈和圆圈内的符号及数字表示原子核及核内质子数，弧线表示各电子层，弧线上的数字 表示该电子层上的电子数。如： (2)原子结构示意图和离子结构示意图的比较 结构示意图包括原子结构示意图和离子结构示意图。原子结构示意图中，核内质子数等于核外电子数；离子 结构示意图中，二者则不相等，其差值均为离子所带电荷的数值。例如： 　 要点二、原子核外电子的排布 多电子的原子中，电子的能量是不相同的，所以它们通常运动的区域离原子核也远近不同，也就有了核外 电子的分层排布，也就有了核外电子的排布规律。 1．电子层 　　原子是由原子核和核外电子构成的。在含有多个电子的原子里，电子分别在能量不同的区域内运动。我们就 把不同的区域简化为不连续的壳层，也称作电子层。具体情况如下表： 电子层的代号 n 电子层的序号 1 2 3 4 5 6 7 电子层的符号 K L M N O P Q2 离原子核的距离 电子层的能量 　　 2．核外电子的排布规律 　　经过大量的科学实验和理论分析，我们得知核外电子的排布遵循以下规律： 　　（1）核外电子是分层排布的，并且电子总是尽先排布在能量最低的电子层里，然后由里及外排布在能量稍 高的电子层里。即排满 K 层再排 L 层，排满 L 层再排 M 层。 　　（2）每一电子层里最多容纳电子数为 2n2。即第一电子层最多容纳 2 个，第二电子层最多容纳 8 个，第三电 子层最多容纳 18 个…… 　　（3）最外层电子数不超过 8 个（K 为最外层时不超过 2 个）。 　　（4）次外层电子数不超过 18 个，倒数第 3 层电子数不超过 32 个。 　　说明：要弄清楚以上排布规律的原因，还需要学习更多更有趣的知识，这部分知识在化学选修三《物质结构 与性质》。 要点诠释： ①以上几点是相互联系的，不能孤立地理解，必须同时满足各项要求。 ②上述为核外电子排布的初步知识，只能解释 1～18 号元素的结构问题，若要解释更多问题，有待进一步学 习核外电子排布所遵循的其他规律。 ③最外层电子数排满 8 个(He 为 2 个)形成稳定结构，不易得失电子，化学性质稳定。 ④最外层电子较少的(4)，一般易 得电子或通过形成共用电子对形成稳定结构，表现出非金属性。 3．1～18 号元素原子的结构特征 (1)最外层电子数为 1 的原子有 H、Li、Na。 (2)最外层电子数为 2 的原子有 He、Be、Mg。 (3)最外层电子数跟次外层电子数相等的原子有 Be、Ar。 (4)最外层电子数是次外层电子数 2 倍的原子是 C。 (5)最外层电子数是次外层电子数 3 倍的原子是 O。 (6)最外层电子数是次外层电子数 4 倍的原子是 Ne。 (7)次外层电子数是最外层电子数 2 倍的原子有 Li、Si。 (8)内层电子总数是最外层电子数 2 倍的原子有 Li、P。 (9)电子层数跟最外层电子数相等的原子有 H、Be、Al。 (10)电子层数是最外层电子数 2 倍的原子是 Li。 (11)最外层电子数是电子层数 2 倍的原子有 He、C、S。 (12)最外层电子数是电子层数 3 倍的原子是 O。 要点三、元素周期律 【高清课堂：元素周期律 ID：400635#元素周期律小结】 1．元素周期律 （1）内容： 元素的性质随着原子序数的递增而呈周期性的变化。这一规律叫做元素周期律。元素性质的周期性变化是由 元素原子结构的周期性变化所决定的。 （2）具体表现 ①原子半径： 同周期（稀有气体除外），从左到右，随着原子序数的递增，元素原子半径递减； 同主族中，从上到下，随着原子序数的递增，元素原子半径递增。3 ②化合价： 同周期中，从左到右，随着原子序数的递增，元素的最高正化合价递增（从+1 价到+7 价），第一周期除外， 第二周期的 O、F 元素除外； 从 IVA 族开始，最低负化合价递增（从-4 价到-1 价），第一周期除外，金属元素一般无负化合价。 元素最高价的绝对值与最低价的绝对值的和为 8 。 ③元素的金属性和非金属性： 同一周期中，从左到右，随着原子序数的递增，元素的金属性递减，非金属性递增； 同一族中，从上到下，随着原子序数的递增，元素的金属性递增，非金属性递减。 2．1—18 号元素的有关知识 3．同周期、同主族元素性质的变化规律(0 族除外) 项目 同周期(从左至右) 同主族(自上而下) 电子层数 相同 逐一增加 最外层 电子数 逐一增加(除第一 周期外均为 1～7) 相同 原子半径 逐渐减小 逐渐增大 得电子能力 逐渐增强 逐渐减弱 失电子能力 逐渐减弱 逐渐增强 氧化性 逐渐增强 逐渐减弱 还原性 逐渐减弱 逐渐增强 金属性 逐渐减弱 逐渐增强 非金属性 逐渐增强 逐渐减弱 最高价氧化物对应水化物的 碱性逐渐减弱，酸性逐渐增强 碱性逐渐增强，酸性逐渐减弱4 酸、碱性 非金属形成气态氢化物难易 程度 由难到易 由易到难 气态氢化物稳定性 逐渐增强 逐渐减弱 化合价 最高正价由(＋1)～(＋7)价， 负价(－4)～(－1) 最高正价=主族序数， 最低负价=－(8－族序数) 4．实验探究第三周期元素的金属性、非金属性的递变规律 （1）钠、镁与水的反应 实验内容 钠（Na） 镁（Mg） 实验步骤 取一小块金属钠，投入至盛有足量水 （预先滴加 2 滴酚酞试液）的烧杯中。 观察现象。 取一小段镁带，用砂纸除去表面的氧化 膜，放入试管中。向试管中加入 2 mL 水 并滴入 2 滴酚酞试液。观察现象。过一 会儿加热试管至水沸腾。观察现象。 实验现象 钠块浮在水面，并迅速熔成闪亮的小 球，发出嘶嘶响声，四处游动，最后 消失，滴有酚酞的水变红。 镁与冷水并未见明显现象，当水沸腾时， 镁与热水反应，产生气体，并使滴有酚 酞的水变红。 化学方程式 2Na+2H2O==2NaOH+H2↑ Mg+2H2O Mg(OH)2+H2↑ 结论 钠与水反应比镁与水反应容易、剧烈。 （2）镁、铝与盐酸反应 实验内容 镁（Mg） 铝（Al） 实验步骤 取一小段镁带，用砂纸磨去表面的氧 化膜，放入一支试管中，再加入 2 mL 1 mol/L 的盐酸 取一小片铝，用砂纸磨去表面的氧化膜， 放入一支试管中，再加入 2 mL 1 mol/L 的盐酸 实验现象 镁与盐酸剧烈反应，产生大量气泡 铝与盐酸反应，产生气泡 化学方程式 Mg+2HCl==MgCl2+H2↑ 2Al+6HCl==2AlCl3+3H2↑ 结论 镁与盐酸反应比铝与同浓度盐酸反应更剧烈、更容易。 （3）钠、镁、铝的最高价氧化物对应水化物的碱性强弱为： NaOH（强碱）＞Mg(OH)2（中强碱）＞Al(OH)3（两性氢氧化物） 　　我们可利用金属单质与水（或酸）反应的难易程度；或者金属元素最高价氧化物对应的水化物的碱性强弱比 较金属元素的金属性。所以 Na、Mg、Al 的金属性强弱为：Na＞Mg＞Al。 （4）我们可利用非金属单质与氢气化合的难易程度；或者非金属元素的最高价氧化物对应水化物的酸性强弱来 判断非金属元素的非金属性强弱。 有关元素 Si P S Cl 单质与氢气反应的条件 高温 磷蒸气与氢气 能反应 加热 光照或点燃时发生爆炸 而化合 最高价氧化物对应的水 化物（含氧酸）的酸性 强弱 H2SiO3 弱酸 H3PO4 中强酸 H2SO4 强酸 HClO4 强酸（比 H2SO4 酸性强） 要点诠释： ① 按照核电荷数递增顺序，单质与氢气化合越来越容易； ②按照核电荷数递增顺序，元素的最高价氧化物对应的水化物（含氧酸）的酸性逐渐增强。所以非金属性强5 弱为：Si＜P＜S＜Cl。 ③ 结论，在第三周期中： 要点四、粒子半径大小比较 总体方法：“层多径大，序大径小” 要点诠释： 比较微粒半径大小，先看电子层数，电子层数越多半径越大；电子层数相同，再看核电荷数，核电荷数越 多半径越小。 常见以下几种情况： (1)电子层数相同的原子的半径，随核电荷数的增加逐渐减小(稀有气体除外)。如 r(Na)>r(Mg)>r(Al)。即同周 期元素的原子半径随核电荷数的增大，自左至右逐渐减小。 (2)稀有气体元素的原子半径比与它相邻的卤素原子的原子半径大。如 r(Ar)>r(Cl)。 (3)最外层电子数相同的元素的原子半径，随电子层数(或核电荷数)的增多而增大。如 r(F)A>C C．A>D>C>B D．B>A>C>D 5．核电荷数为 1～18 的元素中，下列说法正确的是(　　) A．最外层只有 1 个电子的元素一定是金属元素 B．最外层有 2 个电子的元素不一定是金属元素 C．原子核外各层电子数相等的元素一定是金属元素 D．最外层电子数为 7 的原子，最高正价为＋7 6．已知短周期元素的离子 aW3+、bX+、cY2―、dZ―都具有相同的电子层结构。下列关系正确的是（ ） 　　A．质子数 c＞b 　　　　　　　　　　　　　　B．离子的还原性 Y2－＞Z－9 　　C．氢化物的稳定性 H2Y＞HZ　　　　　　　　 D．原子半径 X＜W 7．（2015 重庆高考）下列说法正确的是（ ） A．I 的原子半径大于 Br，HI 比 HBr 的热稳定性强 B．P 的非金属性强于 Si，H3PO4 比 H2SiO3 的酸性强 C．Al2O3 和 MgO 均可与 NaOH 溶液反应 D．SO2 和 SO3 混合气体通入 Ba(NO3)2 溶液可得到 BaSO3 和 BaSO4 8．已知 X、Y 均为 1～18 号之间的元素，X、Y 可形成化合物 X2Y 和 X2Y2，又知 Y 的原子序数小于 X 的原子 序数，则这两种元素的原子序数之和为(　　) A．19 B．18 C．16 D．9 9．元素 A 和元素 B 的原子序数都小于 18。已知 A 元素原子的最外层电子数为 a，次外层电子数为 b；B 元素原 子的 M 层电子数为(a－b)，L 层电子数为(a＋b)，则 A、B 两元素所形成的化合物的性质可能有(　　) A．能与水反应 B．能与硫酸反应 C．能与氢氧化钠反应 D．能与碳酸钠反应 10．同一周期中，X、Y、Z 三种元素，其气态氢化物稳定性按 X、Y、Z 的顺序不断增强，下列说法正确的是(　　) A．非金属性 X>Y>Z B．原子半径 X>Y>Z C．它们氧化物水化物的酸性按 X、Y、Z 顺序增强 D．气态氢化物的还原性按 X、Y、Z 顺序增强 11．某短周期主族元素 R 的最高正化合价与最低负化合价代数和为 4。则下列叙述中正确的是(　　) A．R 是第ⅣA 族元素 B．R 的气态氢化物的化学式为 RH4 C．R 能形成两种氧化物 RO2 和 RO3 D．R 的气态氢化物的水溶液显强酸性 12．X、Y 两元素是同周期的非金属元素，如果 X 原子半径比 Y 的大，下面说法正确的是(　　) A．最高价氧化物对应水化物的酸性 X 的比 Y 的强 B．X 的非金属性比 Y 的强 C．X 的阴离子比 Y 的阴离子还原性强 D．X 的气态氢化物比 Y 的稳定 13．下列说法正确的是(　　) A．核外电子总数相同的原子，一定是同种元素的原子 B．第ⅥA 族元素的原子，其半径越大，越容易得到电子 C．任何条件下，0 族元素的单质都是气体 D．所有主族元素的原子，形成单原子离子时的化合价和它的族序数相等 14．短周期元素 A、B、C 的原子序数依次递增，它们的原子最外层电子数之和为 10，A 与 C 同主族，B 原子的 最外层电子数等于 A 原子的次外层电子数，则下列叙述正确的是(　　) A．原子半径：AD>B>A。 5．BC 【解析】A 项中最外层只有 1 个电子的有 H、Li、Na；B 项中可以是 He、Be、Mg；C 项中只能是 Be；D 项中 F 无正价。综上所述可知，B、C 正确。 6．B 【解析】本题考查离子结构与元素性质之间关系的知识。由题中条件可判断四种元素在周期表中的相对位置关系 为： 。由此可知：原子序数 a＞b＞d＞c，A 项错误；离子的还原性 Y2－＞Z－，B 项正确； 氢化物的稳定性 H2Y＜HZ，C 项错误；原子半径 X＞W＞Y＞Z，D 项错误。提示：要充分借助元素周期表中递 变性来判断。 7．B 【解析】A．非金属性 Br>I，则 HBr 比 HI 的热稳定性强，故 A 错误；B．非金属性 P>Si，则 H3PO4 比 H2SiO3 的酸，故 B 正确；C．Al2O3 属于两性氧化物，能与 NaOH 溶液反应，MgO 属于碱性氧化物，与 NaOH 溶液不反 应，故 C 错误；D．SO2 在酸性环境中能被 Ba(NO3)2 氧化成硫酸钡，则 SO2 和 SO3 混合气体通入 Ba(NO3)2 溶液 只得到 BaSO4 白色沉淀，故 D 错误；故选 B。 8．A 【解析】方法一(联想)：根据以往知识，符合 X2Y、X2Y2 形式的分子式有 Na2O、Na2O2 和 H2O、H2O2 两组，但 第二组不符合 Y 的原子序数小于 X 的原子序数的条件，而第一组不仅符合，而且选项中有。 方法二(推理)：由 X2Y 化学式看。 (1)X 的化合价如为＋1 价，则 Y 为－2 价。 (2)X 的化合价如为＋2 价，则 Y 为－4 价(不成立)。故只有第一种情况可行。由化合价分析 1～18 号元素之 间具有题设条件的元素 X 只可能为 Na、Y 为 O。故选 A 项。 9．CD 【解析】已知 A、B 均为短周期元素，B 的 L 层电子数为(a＋b)，则 a＋b＝8，根据 A 元素的次外层电子数为 b，13 且 b 小于 8，只能为 2；由此推得 a＝6，b＝2，a－b＝4，A 元素为氧，B 元素为硅，它们形成的化合物 SiO 2 能 与氢氧化钠反应，在高温下能与碳酸钠反应。 10．B 【解析】同周期三种元素的气态氢化物稳定性增强，它们的原子序数逐渐增大，根据元素周期律可推知 B 项正 确。 11．C 【解析】短周期的主族元素中，最高正价与最低负价代数和为 4，最高正价只能是 6，最低负价为－2，则 R 是 第ⅥA 族的硫元素，A 项错误；硫可以形成 SO2 和 SO3，C 项正确；H2S 的水溶液呈弱酸性，D 项错误。 12．C 【解析】X 原子半径比 Y 的大，说明 X 在 Y 的左边，原子序数 X 比 Y 小，X 的非金属性比 Y 的弱，因此最高 价氧化物对应水化物的酸性 X 比 Y 的弱，X 的阴离子比 Y 的阴离子还原性强，X 的气态氢化物不如 Y 的稳定。 13．A 【解析】D 项中主族元素形成的单原子离子可能是阳离子，也可能是阴离子。若为阳离子，其化合价与它的族序 数相同；若为阴离子，则不同。 14．B 【解析】根据 A、B、C 原子序数和在周期表中的位置关系可知：A 为 C、B 为 Mg、C 为 Si，根据相关元素及化 合物的性质可知 B 项正确。 15．B 【解析】分析题设信息可知，X、Y、Z 分别为 Na、Cl、O 三种元素，则同周期中 Na 的金属性最强，HClO4 的 酸性最强；而氧族元素组成的氢化物中 H2O 的稳定性最高；离子半径 Na＋