知识讲解_元素周期表和元素周期律（提高）

1 高考总复习 元素周期表与元素周期律 【考纲要求】 　　1．掌握元素周期律的实质。了解元素周期表的结构（周期、族）及其应用。 2．以第三周期为例，掌握同一周期内元素性质的递变规律与原子结构的关系。 3．以ⅠA 族和ⅦA 族为例，掌握同一主族内元素性质的递变规律与原子结构的关系。 4．了解金属、非金属在元素周期表中的位置及其性质递变的规律。 【考点梳理】 要点一、元素周期表 1．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） 2．编排原则 （1）周期：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列，排成一个横行； （2）族：把最外层电子数相同的元素（个别除外）按电子层数递增顺序从上到下排列，排成一个纵行。 3．元素周期表的结构（“七横十八纵”） 表中各族的顺序：ⅠA、ⅡA、ⅢB…ⅦB、ⅠB、ⅡB、ⅢA……ⅦA、0（自左向右）。 4．原子结构与周期表的关系 （1）电子层数=周期数 （2）最外层电子数=主族序数=最高正化合价（除 F、O） （3）质子数=原子序数 要点二、元素周期律 1．定义：元素的性质随着元素原子序数的递增而呈周期性的变化，这个规律叫元素周期律。 2．实质：元素的性质随着元素原子序数的递增而呈周期性变化的实质是元素原子的核外电子排布的周期性 变化。 注：元素的性质主要是指原子半径、化合价、元素的金属性和非金属性等 3．元素周期表中主族元素性质的递变规律 同周期（从左到右） 同主族（从上到下） 原子半径 逐渐减小 逐渐增大 电子层结构 电子层数相同 最外层电子数递增 电子层数递增 最外层电子数相同 得电子能力 失电子能力 逐渐增强 逐渐减弱 逐渐减弱 逐渐增强 金属性 非金属 逐渐减弱 逐渐增强 逐渐增强_ 逐渐减弱 3 个短周期：一、二、三周期元素种数分别为 2、8、8 种 3 个长周期：四、五、六周期元素种数分别为 18、18、32 种 1 个不完全周期：七周期元素种数为 26（非排满）种 周期（7 个） 主族（7 个）：ⅠA～ⅦA 副族（7 个）：ⅠB～ⅦB Ⅷ（1 个）：表中第 8、9、10 三个纵行 0 族（1 个）：表中最右边 族 元 素 周 期 表2 主要化合价 最高正价=主族序数 最低负价=主族序数―8（对非金属） 最高正价和负价数均相同， 最高正价数=族序数（O、F 除外） 最高价氧化物对应 水化物的酸碱性 酸性逐渐增强 碱性逐渐减弱 酸性逐渐减弱 碱性逐渐增强 非金属元素气态氢化物 的形成及稳定性 气态氢化物的形成逐渐变易，气态氢化 物稳定性逐渐增强。 气态氢化物形成逐渐变难，气态氢 化物稳定性逐渐减弱。 4．金属元素与非金属元素在周期表中有相对明确的分区现象。如图所示，虚线的右上角为非金属元素，左下角 为金属元素。 　　　　 要点诠释： 　　①元素的金属性与非金属之间并没有严格的界线，所以位于分界线附近的元素既能表现一定的金属性，又能 表现一定的非金属性。 　　②由表中信息可知：处于元素周期表的左下方的元素钫（Fr，第七周期，第ⅠA 族）的金属性最强；处于元 素周期表中右上方的元素氟（F，第二周期，第Ⅶ族）的非金属性最强。 要点三、比较元素的金属性强弱和非金属性强弱的一般方法 本质 原子越易失电子、金属性越强 1．在金属活动顺序表中越靠前，金属性越强。 2．单质与水或非氧化性酸反应越剧烈，金属性越强。 3．单质还原性越强或离子氧化性越弱，金属性越强。 4．最高价氧化物对应水化物的碱性越强，金属性越强。 金 属 性 比 较 判 断 依 据 5．置换反应：若 xn++y x+ym+ ，则 y 比 x 金属性强。 本质 原子越易得电子，非金属性越强。 1．与 H2 化合越易，气态氢化物越稳定，非金属性就越强。 2．单质氧化性越强，阴离子还原性越弱，非金属性越强。 3．最高价氧化物的水化物酸性越强，非金属性越强。 4．置换反应：若 An-+B Bm-+A ，则 B 比 A 非金属性强。 非 金 属 性 比 较 判 断 方 法 5．与变价金属化合时，产物中金属元素的化合价越高，对应元素的非金属性越强。 要点四、周期表中特殊位置的元素 ①族序数等于周期数的元素：H、Be、Al、Ge； → →3 ②族序数等于周期数 2 倍的元素：C、S； ③族序数等于周期数 3 倍的元素：O； ④周期数是族序数 2 倍的元素：Li、Ca； ⑤周期数是族序数 3 倍的元素：Na、Ba； ⑥最高正价与最低负价代数和为零的短周期元素：C； ⑦最高正价是最低负价绝对值 3 倍的短周期元素：S； ⑧除 H 外，原子半径最小的元素：F； ⑨短周期中离子半径最大的元素：P。 要点五、元素周期表中之最 【高清课堂：元素周期表与元素周期律】 原子半径最小的原子：H 单质质量最轻的元素：H 宇宙中含量最多的元素：H 最不活泼的元素：He 最轻的金属单质：Li 形成化合物最多的元素：C 含 H 质量分数最高的气态氢化物：CH4 空气中含量最多的元素：N 地壳中含量最高的元素：O，其次是 Si 地壳中含量最高的金属元素：Al，其次是 Fe 非金属性最强的元素：F 金属性最强的元素：Cs（不考虑 Fr） 与水反应最剧烈的金属单质：Cs（不考虑 Fr） 与水反应最剧烈的非金属单质：F2 最高价氧化物对应水化物酸性最强的酸：HClO4 最高价氧化物对应水化物碱性最强的碱：CsOH（不考虑 FrOH） 所含元素种类最多的族：ⅢB 常温下呈液态的非金属单质是 Br2，金属单质是 Hg 【典型例题】 类型一：元素周期表的结构 例 1．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 【思路点拨】从短周期和长周期两种情况来分析。 【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、ⅢA 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ⅢB 族分别是镧系、锕系元素，分别 包括 15 种元素，所以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】甲、乙是周期表中同一主族的两种元素，若甲的原子序数为 x，则乙的原子序数不可能是（ ） A．x+2 B．x+4 C．x+8 D．x+18 【答案】B4 【变式 2】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。 【变式 3】（2016 河南省罗山高中）下列叙述中正确的是（　　） A．除零族元素外，短周期元素的最高化合价在数值上都等于该元素所属的族序数 B．除短周期外，其他周期均有 18 种元素 C．副族元素中没有非金属元素 D．碱金属元素是指 IA 族的所有元素 【答案】C 【解析】短周期元素的最高正化合价一般等于其最外层电子数即族序数，但 F 无正价，O 无最高正价，A 错误； 除短周期外，第四、五周期均有 18 种元素，但第六周期有 32 种，第七周期尚未排满，B 项错误；碱金属是指 Li、Na、K、Rb、Cs、Fr 元素，并不包括 IA 族的氢元素，D 项错误。 类型二：元素周期律及其应用 例 2．短周期金属元素甲～戊在元素周期表中的相对位置如下表所示，下列判断正确的是（ ） A．原子半径：丙＜丁＜戊 B．金属性：甲＞丙 C．氢氧化物碱性：丙＞丁＞戊 D．最外层电子数：甲＞乙 【思路点拨】根据元素周期律来分析。　　 【答案】C 【解析】根据同周期元素从左到右原子半径逐渐减小，则原子半径：丙＞丁＞戊，A 项错误；根据同主族元素从 上到下元素的金属性逐渐增强，则金属性：甲＜丙，B 项错误；根据同周期元素从左到右元素的金属性逐渐减弱， 则金属性：丙＞丁＞戊，由于元素的金属性越强，其氢氧化物碱性越强，故氢氧化物的碱性：丙＞丁＞戊，C 项 正确；根据同周期元素从左到右，原子的最外层电子数逐渐增多，则最外层电子数：甲＜乙，D 项错误。 【总结升华】元素在周期表中的位置反应其原子结构、决定其相关性质。 举一反三： 【变式 1】已知 33As、35Br 位于同一周期，下列关系正确的是 A．原子半径：As＞C1＞P B.热稳定性：HC1＞AsH3＞HBr C．还原性：As3-＞S2-＞C1- D.酸性：H3AsO4＞H2SO4＞H3PO4 【答案】C 【解析】同周期元素，从左向右原子半径依次减小，Cl 原子半径小于 P，A 错误；同周期元素，从左向右，非金 属性依次增强，氢化物的稳定性依次增强，AsH3 的稳定性小于 HBr，B 错误；同主族元素，自上而下，非金属 性依次减弱，最高价氧化物对应水化物酸性依次减弱，H3AsO4 的酸性弱于 H3PO4，D 错误。 【变式 2】（2015 海淀期中）下列有关元素周期表和元素周期律的说法中，正确的是 A. 第三周期主族元素中氯的原子半径最大 B. 原子最外层电子数为 2 的元素一定位于周期表中的第 IIA 族 C. 同主族自上而下，其非金属元素气态氢化物的稳定性逐渐增强 D. 镓（Ga）位于第 4 周期、IIIA 族，其最高价氧化物对应水化物的化学式为 Ga(OH)3 【答案】D 甲 乙 丙 丁 戊5 【高清课堂：元素周期表与元素周期律】 【变式 3】下列说法正确的有： （1）短周期元素的最高化合价在数值上都等于该元素所属的族序数。 （2）除短周期外，其它周期均为 18 种元素。 （3）副族元素没有非金属元素。 （4）碱金属元素是指ⅠA 族的所有的元素。 （5）从上到下，ⅠA 族的单质的熔点逐渐升高。 （6）从上到下，卤素单质的熔点逐渐降低。 （7）元素周期表中，只有第 2 列元素的原子最外层有 2 个电子。 （8）铍的原子半径大于硼的原子半径。 （9）氢氧化铍的碱性比氢氧化钙的弱。 （10）磷的氢化物（PH3）受热时不如 NH3 和 H2S 稳定。 （11）最外层有 5 个电子的原子都是非金属原子。 （12）同周期非金属氧化物对应的水化物的酸性从左到右依次增强。 （13）第 3 周期元素的离子半径最小的是 Na+。 （14）HF、HCl、HBr、HI 酸性逐渐增强。 （15）X、Y 在同一周期，原子半径 X＞Y，离子半径 X+＞Y 2－。 【答案】（3）、（8）、（9）、（10）、（14） 类型三： “位、构、性”的关系 例 3．几种短周期元素的原子半径及主要化合价如下表： 元素代号 X Y Z W 原子半径／pm 160 143 70 66 主要化合价 +2 +3 +5、+3、－3 －2 下列叙述正确的是（ ） A．X、Y 元素的金属性：X＜Y B．一定条件下，Z 单质与 W 的常见单质直接生成 ZW2 C．Y 的最高价氧化物对应的水化物能溶于稀氨水 D．一定条件下，W 单质可以将 Z 单质从其氢化物中置换出来 【思路点拨】由负价可推知最高正价（二者绝对值之和为 8）；由化合价可推知族数：最高正价=主族序数。 【答案】D 【解析】由化合价可知，X 为第ⅡA 族金属元素，Y 为第ⅢA 族金属元素，Z 为第ⅤA 族非金属元素，W 为第Ⅵ A 族非金属元素；X、Y 的原子半径相近，Z 和 W 的原子半径相近，但 Z 和 W 的原子半径远远小于 X、Y 的原 子半径，由此可推断出 Z 和 W 是位于第 2 周期的非金属元素，X 和 Y 是位于第 3 周期的金属元素。所以 X 是 Mg， Y 是 Al。其金属性 X＞Y，A 错误；W 是 O 元素，Z 是 N 元素，两者的单质反应直接生成 NO，B 错误；Y 的最 高价氧化物的水化物是氢氧化铝，不溶于氨水，C 错误；一定条件下，氧气可以和氨气反应生成水和氮气，D 正 确。 【总结升华】元素的原子半径及主要化合价反映出原子结构和周期表中的位置。 举一反三： 【变式 1】下表所示为部分短周期元素的原子半径及主要化合价，根据表中信息判断以下叙述正确的是 元素代号 A B C D E 原子半径／nm 0.160 0.143 0.102 0.071 0.099 主要化合价 ＋2 ＋3 +6、－2 －1 －1 A．A、B 的单质与稀盐酸反应速率 B＞A B．D、E 形成的简单离子的还原性 E－＞D－6 C．气态氢化物的稳定性 HD＜H2C　 D．最高价氧化物对应的水化物的酸性 H2CO4＞HEO4 【答案】B 【变式 2】已知 A、B、C、D、E 是短周期元素中原子序数依次增大的 5 种主族元素，其中元素 A、E 的单质在 常温下呈气态，元素 B 的原子最外层电子数是其电子层数的 2 倍，元素 C 在同周期的主族元素中原子半径最大， 元素 D 的合金是日常生活中常用的金属材料。下列说法正确的是（ ） A．工业上常用电解法制备元素 C、D、E 的单质 B．元素 A、B 组成的化合物在常温下一定呈气态 C．化合物 AE 与 CE 含有相同类型的化学键 D．元素 C、D 的最高价氧化物对应的水化物之间不可能发生反应 【答案】A 【解析】由元素 D 的合金是日常生活中常用的金属材料且为短周期元素，故 D 为 Al，而元素 B 的原子最外层电 子数是其电子层数的 2 倍，故 B 为 C（碳）元素；那么 A 为 H 元素，C 为 Na 元素，E 为 Cl 元素。如正戊烷在 常温下为液体，B 项错误；HCl 中的化学键是共价键，NaCl 中的化学键是离子键，化学键类型不相同，C 项错 误；C 的最高价氧化物对应水化物为 NaOH，D 的最高价氧化物对应水化物为 Al(OH)3，它们之间可以发生反应， D 项错误。 类型四：元素的推断 例 4．(2015 福建高考)短周期元素 X、Y、Z、W 在元素周期表中的相对位置如图所示，其中 W 原子的质子数 是其最外层电子数的三倍，下列说法不正确的是 A．原子半径：W>Z>Y>X B．最高价氧化物对应水化物的酸性：X>W>Z C．最简单气态氢化物的热稳定性：Y>X>W>Z D．元素 X、Z、W 的最高化合价分别与其主族序数相等 【思路点拨】先根据周期表判断所给图表中未知元素的种类，再结合选项逐一分析。 【答案】A 【解析】短周期元素 W 原子的质子数是其最外层电子数的三倍，则 W 是 P 元素，根据元素在周期表中的位置关 系可确定：X 是 N 元素，Y 是 O 元素，Z 是 Si 元素。 A．同一周期的元素，原子序数越大，原子半径越小；不同周期的元素，原子核外电子层数越多，原子半径就越 大。所以原子半径大小关系是：Z>W>X>Y，错误。 B．元素的非金属性越强，其最高价氧化物对应的水化物的酸性越强。由于元素的非金属性：X>W>Z，所以它 们的最高价氧化物对应水化物的酸性：X>W>Z，正确。 C．元素的非金属性越强，其相应的氢化物的稳定性就越强。元素的非金属性：Y>X>W>Z，所以元素的氢化物 的稳定性：Y＞X＞W＞Z，正确。 D．元素原子的最外层电子数一般等于该元素原子的最外层电子数.X、Z、W 的最高化合价分别与其主族序数相 等，正确。 故选：A 【总结升华】该题以“周期表中元素的推断”为载体，考查学生对元素周期表的熟悉程度及其对表中各元素性质 和相应原子结构的周期性递变规律的认识和掌握程度。 举一反三： 【变式 1】短周期元素 R、T、Q、W 在元素周期表中的相对位置如右下图所示，其中 T 所处的周期序数与族序 数相等。下列判断不正确的是7 A．最简单气态氢化物的热稳定性：R>Q B．最高价氧化物对应水化物的酸性：QQ>R D．含 T 的盐溶液一定显酸性 【答案】D 【解析】根据元素所处的位置，可猜测 T、Q、W 为第三周期的元素，其中 T 所处的周期序数与族序数相等， 则 T 为 Al，Q 为 Si，W 为 S，R 为 N 元素。用具体元素可判断 A，B，C 三个选项都正确，D 选项中含铝离子的 盐溶液是显酸性，但 NaAlO2 溶液就是显碱性的，学生可用排除法得出答案。这题主要是元素“位、构、性”三者 关系的综合考查，比较全面考查学生有关元素推断知识。D 选项设问角度新颖独特，有点出人意料。 【变式 2】短周期元素 W、X、Y、Z 的原子序数依次增大，其中 W 的阴离子的核外电子数与 X、Y、Z 原子的 核外内层电子数相同。X 的一种核素在考古时常用来鉴定一些文物的年代，工业上采用液态空气分馏方法来生产 Y 的单质，而 Z 不能形成双原子分子。根据以上叙述，下列说法中正确的是( ) A．上述四种元素的原子半径大小为 W＜X＜Y＜Z B．W、X、Y、Z 原子的核外最外层电子数的总和为 20 C．W 与 Y 可形成既含极性共价键又含非极性共价键的化合物 D．由 W 与 X 组成的化合物的沸点总低于由 W 与 Y 组成的化合物的沸点 【答案】C 【解析】本题以元素推断的形式考查原子结构、元素周期律知识。由 X 的一种核素可鉴定文物的年代，推知 X 为碳；则 W 为氢，Y 为氮或氧，因 Z 不能形成双原子分子，则 Z 为 Ne。原子半径大小为 W(H)＜Y(N 或 O)＜ X(C)，稀有气体的原子半径不能与其他元素进行比较，故 A 项错误；四种元素原子的核外最外层电子数的总和 为 18 或 19，B 项错误；H 与 O（或 N）可形成 H2O、H2O2 或 NH3、N2H4，其中 H2O2、N2H4 中既含极性键又含 非极性键，C 项正确；烃的沸点与碳原子数的多少有关，有的常温下为固态，其沸点高于 H2O、H2O2（或 NH3、 N2H4 ） ， 故 D 项 错 误 。 R T Q W8 【巩固练习】 一、选择题（每题有 1-2 个选项符合题意） 1．（2015 朝阳高三期末）下列推测或结论不合理的是 A．X2－和 Y＋核外电子层结构相同，原子序数：X＜Y B．气态氢化物的稳定性 HCl>HBr，还原性：Cl->Br- C．硅、锗都位于金属与非金属的交界处，用途：都可以做半导体材料 D．铷(37Rb)和锶(38Sr)分别位于第五周期 IA 和 IIA 族，碱性：RbOH >Sr(OH)2 2．（2016 丰台一模）下列物质性质的比较，不能用元素周期律解释的是（　　） A．稳定性：H2O＞NH3 B．碱性：NaOH＞Al(OH)3 C．氧化性：F2＞Cl2 D．酸性：CH3COOH＞H2CO3 3．（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 4．下表是元素周期表的一部分，有关说法正确的是(　　) 族 周期 ⅠA ⅡA ⅢA ⅣA ⅤA ⅥA ⅦA 二 c d 三 a b e f A.e 的氢化物比 d 的氢化物稳定 B．a、b、e 三种元素的原子半径：e>b>a C．六种元素中，c 元素单质的化学性质最活泼 D．c、e、f 的最高价氧化物对应的水化物的酸性依次增强 5．下列说法正确的是(　　) A．SiH4 比 CH4 稳定 B．O2－半径比 F－的小 C．Na 和 Cs 属于第ⅠA 族元素，Cs 失电子能力比 Na 的强 D．P 和 As 属于第ⅤA 族元素，H3PO4 酸性比 H3AsO4 的弱 6．同周期的 X、Y、Z 三种元素，已知最高价氧化物对应水化物 HXO4、H2YO4、H3ZO4 的酸性依次减弱，则下 列判断正确的是(　　) A．原子半径 X 最大，Z 最小 B．非金属性 X 最强，Z 最弱 C．气态氢化物中 HX 最不稳定 D．原子序数：Z>Y>X 7．元素 X、Y、Z 原子序数之和为 36，X、Y 在同一周期，X＋与 Z2－具有相同的核外电子层结构。下列推测不9 正确的是(　　) A．同周期元素中 X 的金属性最强 B．原子半径 X＞Y，离子半径 X＋＞Z2－ C．同族元 素中 Z 的氢化物稳定性最高 D．同周期元素中 Y 的最高价含氧酸的酸性最强 8．(2015 广东高考)甲～庚等元素在周期表中的相对位置如下表，己的最高氧化物对应水化物有强脱水性，甲和 丁在同一周期，甲原子最外层与最内层具有相同电子数。下列判断正确的是 A．丙与戊的原子序数相差 28 B．气态氢化物的稳定性：庚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。 4．D 【解析】d、e 位于同一主族，上面的非金属性强，故氢化物稳定，A 项错；a、b、e 三种元素位于同一周期， 前面的元素半径大，故 B 项错；六种元素中，f 为氯，单质是最活泼的，C 项错；c、e、f 的最高价氧化物对应 的水化物的酸分别为 H2CO3、H2SO4 和 HClO4，酸性依次增强，D 项正确。 5．C 【解析】非金属性越强，其气态氢化物越稳定，最高价氧化物对应水化物的酸性越强，C 的非金属性强于 Si 的，P 的非金属性强于 As 的，因此 CH4 的稳定性大于 SiH4，H3PO4 的酸性强于 H3AsO4，A、D 选项错误；同主 族元素，核电荷数越大，原子半径越大，失电子能力越强，C 选项正确。 6．B 【解析】由最高价氧化物对应水化物酸性强弱可知三种元素非金属性强弱顺序为 X>Y>Z，则三种元素的原 子序数大小关系为 X>Y>Z，由同周期元素性质的递变规律可知：原子半径的大小顺序为 Z>Y>X，气态氢化物的 稳定性为 HX>H2Y>ZH3。 7．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＋W，A 错误；B 项，S 元素的非金属 性比 Cl 弱，则氢化物的稳定性：Y