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【专题三】元素周期律 元素周期表
【考点突破】
考点 1 原子结构
1.原子组成( )
2.等量关系
(1)质量数(A)=质子数(Z)+中子数(N)。
(2)质子数(Z)=核外电子数=核电荷数=原子序数。
(3)阳离子所带电荷数=阳离子核内质子数-阳离子核外电子数。
(4)阴离子所带电荷数=阴离子核外电子数-阴离子核内质子数。
方法点击 原子结构是高考的热点之一,解决此类问题关键在于抛开题目所给新信息的干扰,弄清( )
的含义,掌握质子数、中子数、质量数、核外电子数之间的关系,只有这样才能顺利解答问题,在解题时
一定要看清题干要求。
规律与特例:规律学习是主线,特性特点往往是考点,所以我们在学习中还要掌握元素原子结构的特
征规律。核电荷数为 1—18 的元素的原子结构是大纲和高考重点要求与考查的内容,熟练掌握其结构特征,
尤其是核外电子排布是快速判断元素的前提和基础。
1.规律:
(1)最外层电子数跟次外层电子数相等的原子有 Be、Ar。
(2)最外层电子数是次外层电子数 2 倍的原子是 C;3 倍的是 O;4 倍的是 Ne;1/2 倍的是 Li、Si。
(3)电子层数跟最外层电子数相等的原子有 H、Be、Al。
(4)最外层电子数是电子层数 2 倍的原子是 He、C、S;3 倍的是 O。
2.特性:
核电荷数为 1—18 的元素的特征性质:
(1)气态密度最小,原子核中只有质子没有中子,原子序数、电子层数、最外层电子数三者均相等的是 H。
(2)单质硬度最大,熔沸点最高,形成化合物种类最多,正负化合价代数和为零且气态氢化物中含氢百分率
最高的元素是 C。
(3)原子半径最大的是 K,最小的是 H。
(4)单质与水反应生成氧气,气态氢化物最稳定,只有负价而无正价的是 F。
考点 2 元素与同位素、同素异形体、同分异构体、同系物的联系与区别
元素 同位素 同系物 同分异构体 同素异形体
概念
具有相同核电荷
数(即质子数)的
同一类原子的总
称
质子数相同,
中 子 数 不 同
的 原 子 互 称
为同位素
结构相似,分子
之 间 相 差 n 个
—CH2 化 合 物
互称为同系物
分子式相同,
结构不同的化
合物互为同分
异构体
同种元素形
成的不同单
质
存在范围 宏观 原子 有机物 有机物 单质
方法点击 区分以上概念,首先需要明确各概念所使用的范畴,如同位素是指原子,同素异形体是指单质,
同分异构体、同系物一般适用于有机物,然后抓住概念的实质进行区分,否则容易混淆。
XA
Z
−
质序数决定元素的化学性
决定主族最外层电子数
决定周期序数电子层数
个带负电荷核外电子数
决定元素的同位素个中子
元素的种类决定核电荷数个质子带正电荷原子核
:
:
)(
:)(
;:)()(
Z
ZA
Z
XA
Z2
考点 3 元素周期律、元素周期表
1.元素周期表
2.元素周期律
元素的性质随着原子序数的递增而呈周期性变化,这个规律叫做元素周期律。这里所讲的元素性质是
指元素的原子半径、元素的化合价、元素的化学性质,即元素的金属性和非金属性。如表:
内容 同周期元素( 从左到
右)
同主族元素(从上到下)
核电荷数 递增 增大
电子层数 相同 增多
最外层电子数 增多 相同
原
子
结
构 原子半径 逐渐减小(1e-—8 e-) 逐渐增大
主要化合价 最高正价由+1→+7
最低负价由-4→-1
最高正价、最低负价相同
最高正价=族序数
最高价氧化物对应水化物的酸碱性 碱性减弱酸性增强 碱性增强酸性减弱
稳定性 增强 减弱非金属的气态氢
化物 形成难易 难 易 易 难
单质的氧化性或还原性 还原性减弱氧化性增
强 还原性增强氧化性减弱
元
素
性
质
元素的金属性和非金属性 金属性逐渐减弱非金
属性逐渐增强
金属性逐渐增强非金属性
逐渐减弱
方法点击 1.注意:
(1)F 没有正价;O 除氟化物外,一般不显正价;金属元素一般无负价。主族元素最高正价=最外层电子数=
族序数;主族元素最低负价=最外层电子数-8=族序数-8。
(2)非金属性的正价有多种,一般是由共用电子对的偏移形成的。简单的阴离子的价态均是最低负价,如
S2-、Cl-、P3-等。所以我们在用化合价判断元素在周期表中位置时,一定要分清是否为最高正价和最低负价,
如某主族元素 R 的化合物为 Na2R、RO2,则 R 在元素周期表中的位置为_________。
此题就不能用 RO2 中 R 的+4 价来确定 R 在元素周期表中的位置,因为不能确定 RO2 中 R 的+4 价是最高
正价。
2.规律:
(1)“阴上阳下”规律
具有相同电子层结构的离子,阴离子元素在阳离子元素的上一个周期。
如:“Xm+”“Yn-”的电子层结构相同,则 X 元素在 Y 元素的下一个周期,故原子序数 X>Y。
(2)“序差”规律
同一周期ⅡA 与ⅢA 族元素的原子序数可能相差 1(2、3 周期)或 11(4、5 周期)或 25(6、7 周期)。
相邻周期,同一主族元素的原子序数可能相差 2、8、18、32。
稀有气体元素零族
仅由长周期元素构成个副族
共同构成由短周期和长周期元素个主族
十六个族
十八个纵行
种元素最多容纳周期第不完全周期
种元素周期第
种元素周期第种元素周期第长周期
种元素周期第种元素
周期第种元素周期第短周期
七个周期七个横行
元素周期表
:
)—(:7
)—(:7
)(
)32(7:
)32(6
),18(5),18(4:
)8(3),8(
2),2(1:
)(
VIIBIB
VIIAIA3
若 A、B 是同族相邻周期元素,A、B 所在周期分别有 m 和 n 种元素,A 的原子序数为 x,B 的原子序数
为 y,若 A 在 B 的上一周期。当:
A、B 在与ⅠA 或ⅡA 族时,y=x+m
A、B 在与ⅢA—0 族时,y= x+n
3.由原子序数确定元素位置
例如:84 号元素、88 号元素在周期表中的位置
首先确定零族元素的原子序数,方法:每一周期所容纳的元素种类为 2、8、8、18、18、32、32,计算出
与 84 比较接近的零族元素的原子序数,第 6 周期零族元素是 86 号元素,然后 84 与 86 比较得出结论,84
号元素是第 6 周期ⅡA 族;同理 88 号元素是第 7 周期ⅥA 族。
考点 4 元素的“位─构─性”之间的关系(如下图所示)
方法点击 本考点是无机化学的核心知识,因此是高考中每年必考的重点知识。在复习中一定要抓住元素
的“位─构─性”之间的关系,掌握一点来推测另两点。
例:A、B、C、D 是四种短周期元素,已知 A、C 同主族,B、D 同周期,A 的气态氢化物比 C 的气态氢
化物稳定,B 的阳离子比 D 的阳离子氧化性强,若 B 的阳离子比 C 的阴离子少一个电子层,下列比较中
不正确的是( )
A. 原子序数:A>B>C>D
B. 原子半径:D>B>C>A
C. 单质熔点:B>D,C>A
D. 最高价氧化物对应水化物的酸碱性:A>C,D>B
首先由题意确定 A、B、 C、D 在元素周期表中的位置:
如图,根据元素周期律及元素周期表就可以推出正确选项为 A。
考点 5 电子数相同的粒子
1.核外电子总数为 2 的粒子:He、H-、Li+、Be2+。
2.核外电子总数为 10 的粒子
①分子:CH4、NH3、H2O、HF、Ne。
②阳离子:Na+、Mg2+、Al3+、 、H3O+。
③阴离子:N3-、O2-、F-、OH-、 。
3.核外电子总数为 18 的粒子
①分子:SiH4、PH3、H2S、HCl、Ar、F2、H2O2、C2H6、CH3OH、CH3F、N2H4 等。
②阳离子:K+、Ca2+。
+
4NH
−
2NH4
③阴离子 :S2-、HS-、Cl-、 。
4.核外电子总数及质子数均相等的粒子:
①Na+、 、H3O+。
②F-、OH-、 。
③HS-、Cl-。
④N2、CO、C2H2。
⑤C6H6、B3N3H3。
方法点击 在学习电子数相同的粒子时,一定要利用元素周期表这一化学工具。
如:10 电子粒子在元素周期表中以 10 电子的 Ne 原子向后推有:Na+、Mg2+、Al3+;向前推有 N3-、O2-、
F-、OH-、 、 、H3O+、CH4、NH3、H2O、HF。
18 电子的应以 Ar 向前后扩散,但不要忘记(9+9=18)如:F2、H2O2、C2H6、CH3OH、CH3F、N2H4 等。
形成一定的思维定式可以提高做题的速度,但有时要打破自己的这种思维定式。
例如:(2005 全国高考理综Ⅰ) 甲、乙、丙、丁为前三周期元素形成的粒子,它们的电子总数相等。已知
甲、乙、 丙为双原子分子或负二价双原子阴离子,丁为原子。
(1)丙与钙离子组成的离子化合物跟水反应产生一种可燃性气体,反应的化学方程式是__________________。
(2)乙在高温时是一种还原剂,请用化学方程式表示它在工业上的一种重要用途:__________________。
(3)在一定条件下,甲与 O2 反应的化学方程式是_______________ _____________________。
(4)丁的元素符号是_________,它的原子结构示意图为_________。
(5)丁的氧化物的晶体结构与_________的晶体结构相似。
我们看到此题中有等电子的粒子就想到 10 电子体、18 电子体,但按 10 电子体、18 电子体推不出正
确结论,所以我们要打破这种思维定式,重新找突破口:丙与钙离子组成的离子化合物跟水反应产生一种
可燃性气体,经排查知中学化学中常见的这种反应是:电石与水反应生成可燃性气体 C2H2,这样此题就迎
刃而解。丙为 有 14 个电子,甲、乙、丁也含 14 个电子,依题意得:甲为 N2、乙为 CO、丁为 SiO2。
考点 6 粒子半径大小比较
1.一般电子层数越多,其半径越大〔极少数例外,如 r(Li)K>Rb
B.沸点:NH3H2O>HF
D.酸性:HClO>H2SO4>H3PO4>H2CO3
答案:A
解析:本题考查元素周期律知识。由于 NH3 分子间含有氢键,沸点出现反常情况:PH3<AsH3<SbH3<
NH3。热稳定性: HF>H2O>PH3>SiH4,和元素的非金属性一致。酸性:一般规律非金属性越强,最高价
含氧酸酸性越强,即 HClO4>H2SO4>H3PO4>H2CO3。
3.(北京西城抽样测试) 下表为元素周期表短周期的一部分。下列有关 A、B、C、D、E 五种元素的叙述中,
不正确的是( )6
A.A 与 B 形成的阴离子可能有: 、
B.E 的氢化物的沸点比 C 的氢化物的沸点高
C.D 在过量的 B 中燃烧的主要产物为 DB2
D.A 与 E 形成的化合物是非极性分子
答案:B
解析:本题以元素周期表为推断工具,考查了元素化合物的性质,由题给表为元素周期表短周期的一部分,
可知 A 是 C 元素,B 是 O 元素,C 为 F 元素,D 是 S 元素,E 是 Cl 元素。所以 A 与 B 形成的阴离子较多
(有机物),A 项中 是碳酸根和草酸根;HF 分子间有氢键,所以沸点:HF>HCl;C 在过量的 O2 中燃烧的主
要产物为 CO2;CCl4 是非极性分子。
4. 运用元素周期律分析下面的推断。其中错误的是( )
A.已知 Ra 是第 7 周期、ⅡA 族的元素,故 Ra(OH)2 的碱性比 Mg(OH)2 的碱性强
B.已知 As 是第 4 周期、ⅤA 族的元素,故 AsH3 的稳定性比 NH3 的稳定性强
C.已知 Cs 的原子半径比 Na 的大,故 Cs 与水反应比 Na 与水反应更剧烈
D.已知 Cl 的核电荷数比 Al 的核电荷数大,故 Cl 的原子半径比 Al 的原子半径小
答案:B
解析:本题运用元素周期律分析解决问题。每一主族,随着原子序数的递增,金属性逐渐增强,非金属性
逐渐减弱,所以 A、C 正确,B 项 NH3 的稳定性比 AsH3 的稳定性强。每一周期随着原子序数的递增,原
子半径逐渐减小,所以 D 正确。
5.核磁共振(NMR)技术已广泛用于复杂分子结构的测定和医学诊断等高科技领域。已知只有质子数或中子
数为奇数的原子核有 NMR 现象。试判断下列哪组原子均可以产生 NMR 现象( )
A.18O、19O、24Mg B.12C、31P、27Al
C.第ⅤA 族原子 D.第 3 周期原子
答案:C
解析:本题考查质子数、中子数、质量数之间的关系,质量数=质子数+中子数。A 中只有 19O 的中子数为
11,为奇数;B 中 12C 质子数、中子数都为 6,不是奇数;第 VA 族原子最外层都是 5,内层为偶数,所以
质子数都是奇数,正确;D 项第 3 周期原子质子数既有偶数又有奇数。
6. 短周期元素 X、Y、Z 中,X 元素位于 Y 的前一周期,其原子最外电子层只有一个电子,Y 原子的次外
层电子数是最外层电子数的 1/3;Z 原子的最外层电子数与 Y 相同。下列 X、Y、Z 之间形成化合物的化学
式不正确的是( )
A.X2Z B.ZY3 C.X2Y2 D.XZ2
答案:D
解析:本题考查元素在周期表中的位置,体现位置和结构之间的关系。由题意可知 X 元素为 H,Y 为 O,Z
为 S。H2S、SO3、H2O2。D 错误,不符合事实。
7. 下列有关物质性质的比较中,正确的是( )
A.熔点:CO2<H2O<SiO2<KCl
B.粒子半径:K+>Na+>Mg2+>Al3+
C.酸性:H3PO4>H2SO4>HClO4>H2SiO3
D.稳定性:H2O<NH3<PH3<SiH4
答案:B
解析:本题考查位置、结构、性质三者之间的关系。A 项 CO2、H2O 的固体是分子晶体,SiO2 是原子晶体,
KCl 是离子晶体,一般规律熔点:分子晶体乙>甲>丁
B.甲和乙或乙和丁所形成的化合物都是大气污染物
C.最高价氧化物对应水化物的酸性:丁>甲
D.气态氢化物的稳定性:甲>丙
解析:根据题意可知甲为原子序数为 7 的氮元素,乙为氧元素,丙为磷元素,则丁为碳元素,A 项,
原子半径丙>丁>甲>乙;B 项,乙和丁形成的 CO2 不是大气污染物;C 项,最高价氧化物对应水化物的酸
性甲>丁;D 项,气态氢化物的稳定性甲>丙.
答案:D
8.(2011·泰州调研)下表为元素周期表前四周期的一部分,下列有关 X、W、Y、R、Z 五种元素的叙
述中正确的是( )
A.常温常压下,五种元素的单质中有两种是气态
B.Y、Z 的阴离子的电子层结构都与 R 原子的相同
C.X 的氢化物与其最高价氧化物对应水化物形成的盐溶液呈酸性
D.Y 元素最高价氧化物对应水化物的酸性比 W 元素的弱
解析:由元素在元素周期表中的位置可知:X 为 N、W 为 P、Y 为 S、R 为 Ar、Z 为 Br.根据相应元素
及化合物的性质,氮、氩元素的单质常温下为气态;Z(Br)的阴离子比 R(Ar)多一个电子层;X 的氢化物(NH3)
与其最高价氧化物对应水化物(HNO3)形成的盐是 NH4NO3,其溶液呈酸性;酸性:硫酸>磷酸.
答案:AC
9.(2011·临沂模拟)X、Y、Z 分别是三种单质,它们都是常见的金属和非金属,M、N、R 是常见的三
种氧化物,其中一种具有高熔点,而且有如下反应(条件未标出,方程未配平):
(1)X+Z→M;(2)M+X→N;(3)M+Y→R+X.若 X 是非金属,则组成 Y 单质的元素在周期表中的位
置是( )
A.第 2 周期ⅣA 族 B.第 2 周期ⅥA 族
C.第 3 周期ⅡA 族 D.第 3 周期ⅣA 族10
解析:由方程式(3)可知 X 不是氧气,理由是 M 的组成元素为 X、Z,方程式(3)的反应物共含三种元
素,而产物中 X 为 O2,R 由 O 和另一种元素组成,可见产物仅含两种元素,是不成立的,所以 Z 为 O2.X
为非金属,则 Y 必为金属,只有 C 符合题意.
答案:C
10.(2011·汕头模拟)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
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.
答案:C
三、非选择题(本题包括 4 个小题,共 50 分)
11.(11 分)下列为元素周期表的一部分,表中阿拉伯数字(1、2……)是原周期表中行或列的序号.请
参照元素 A~I 在表中的位置,回答下列问题.
(1)B、C、H 三元素中非金属性最强的是________(写出 元素名称),写出工业上制取 CD 气体的化学方
程式______________________________________________________
________________________________________________________________________.
(2) 表 中 某 元 素 能 形 成 两 性 氧 化 物 , 写 出 该 氧 化 物 溶 于 氢 氧 化 钠 溶 液 的 离 子 方 程 式 :
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________.
(3)表中某元素的单质在常温下为气态,该元素能与 A~I 中的一种元素构成原子个数比为 1∶1 和
1∶2 的两种共价化合物 X 和 Y,该元素还能与 A~I 中的另一种元素构成原子个数比为 1∶1 和 1∶2 的两
种离子化合物 Z 和 M.写出 Z 与 Y 反应的化学方程式:_______
________________________________________________________________________.
解析:(1)B、H 分别处于第ⅣA 的 第二、三周期,是 C、Si 元素,同主族元素原子序数越大,非金属
性越弱,B、C 分别处于第二周期第ⅣA、VA 族,是 C、N 元素,同周期元素原子序数越大,非金属性越
强,综合分析 C(N)非金属性最强.工业上制取 NO 气体是氨的催化氧化反应.
(2)该元素是 G(Al)元素,其氧化物为 Al2O3.
(3)由题意可知 X 和 Y 分别是 H2O2 和 H2O ,Z 和 M 分别是 Na2O2 和 Na2O.
答案:(1)氮 4NH3+5O2 =====高温
催化剂 4NO+6H2O11
(2)Al2O3+2OH-===2AlO-2 +H2O
(3)2Na2O2+2H2O===4NaOH+O2↑
12.(14 分)(2011·南京模拟)下表是元素周期表的一部分,表中所列的字母分别代表某一元素.
(1)1 mol A 与足量 D 的氢化物完全反应产生的气体在标准状况下的体积为________.
(2)写出 B 的最高价氧化物的电子式________.
(3)表中的另一种金属元素(未标出)的单质 G,可以发生如图所示转化:
其中化合物 M 是一种白色胶状沉淀,则 M 为________(填化学式);K 的溶液与 B 的某种氧化物反应
的化学方程式为________________________________________________
________________________________________________________________________;
一种新型无机非金属材料由 G 元素和 C 元素组成,其化学式为_________________.
解析:由表可知,A 为 Na,B 为 C(碳),C 为 N,D 为 O,E 为 S,F 为 Cl.
(1)2Na+2H2O===2NaOH+H2↑,则 1 mol Na 完全反应产生 0.5 mol H2,标准状况下的体积为 11.2 L.
(2)B 的最高价氧化物为 CO2,其电子式为 .
(3)G 既可与 NaOH 溶液反应,又能与 Cl2 反应,且 M 为白色胶状沉淀,则 G 为 Al,K 为 NaAlO2,L
为 AlCl3,M 为 Al(OH)3.
答案:(1)11.2 L (2)
(3)Al(OH)3 NaAlO2+CO2+2H2O===Al(OH)3↓+NaHCO3(或 2NaAlO2+CO2+3H2O===2Al(OH)3↓
+Na2CO3) AlN
13.(14 分)(2011·德州模拟)某同学为探究元素周期表中元素性质的递变规律,设计了如下系列实验.
Ⅰ.(1)将钠、钾、镁、铝各 1 mol 分别投入到足量的同浓度的盐酸中,试预测实验结果:________与盐
酸反应最剧烈,________与盐酸反应的速度最慢;________与盐酸反应产生的气体最多.
(2) 向 Na2S 溶液中通入氯气出现黄色浑浊,可证明 Cl 的非金属性比 S 强,反应的离子方程式为
__________________________________________________________________.
Ⅱ.利用下图装置可验证同主族元素非金属性的变化规律12
(3)仪器 B 的名称为____________,干燥管 D 的作用为防止________.
(4)若要证明非金属性:Cl>I,则 A 中加浓盐酸,B 中加 KMnO4,(KMnO4 与浓盐酸常温下反应生成氯
气),C 中加淀粉碘化钾混合溶液,观察到 C 中溶液________的现象,即可证明.从环境保护的观点考虑,
此装置缺少尾气处理装置,可用________溶液吸收尾气.
(5)若要证明非金属性:C>Si,则在 A 中加盐酸、B 中加 CaCO3、C 中加 Na2SiO3 溶液,观察到 C 中溶
液________________________的现象,即可证明.但有的同学认为盐酸具有挥发性,可进入 C 中干扰实验,
应在两装置间添加装有________溶液的洗气瓶.
解析:Ⅰ.(1)钠、钾同主族,钾的金属性强;钠、镁、铝同周期,金属性依次减弱.金属性由强至弱
的顺序为钾、钠、镁、铝,故钾与盐酸反应最剧烈,铝与盐酸反应最缓慢.根据电子得失守恒,失去的电
子数越多,与盐酸反应生成的氢气越多.
(2)氯气和 Na2S 反应生成 NaCl 和单质硫.
Ⅱ.(4)本实验利用 KMnO4 与浓盐酸反应制备氯气,然后让氯气与淀粉碘化钾混合溶液反应,根据溶液
颜色的变化来比较氯和碘非金属性强弱.过量的氯气会逸散到空气中,污染环境,应用碱液吸收.(5)利用
强酸制弱酸的原理比较硅和碳的非金属性强弱,制二氧化碳过程中有杂质氯化氢存在,不能说明是二氧化
碳与 Na2SiO3 溶液反应生成白色沉淀,故应先用饱和 NaHCO3 溶液除去氯化氢.
答案:(1)钾 铝 铝 (2)S2- + Cl2 === S↓+2Cl- (3)锥形瓶 倒吸 (4)变蓝 NaOH (5)有白
色沉淀生成 饱和 NaHCO3
14.(11 分)(2011·宿州模拟)有①~⑧八种短周期元素,其原子序数依次增大,其中②、⑦、⑧三种元
素在周期表中的相对位置如下,且元素②所处主族的位置为所有主族的正中间.
②
⑦ ⑧
(1)元素②在周期表中的位置为________;②、⑦、⑧三种元素最高价氧化物对应水化物的酸性由强到
弱的顺序是____________________________(用化学式表示).
(2)如图所示,甲、乙、丙、丁均为①~⑧中某些元素形成的单质或化合物,反应 a 为置换反应,反应
b 为化合反应.单质乙与单质丙所含元素位于同一主族,试写出符合条件的反应 a 的两个化学方程式
____________________________________________________、
________________________________________________________________________.13
解析:由元素②所处主族正中间,所以②从位于第 2 周期第ⅣA 族,可知②为碳元素,则⑦为硫元素,⑧
为氯元素,②⑦⑧三种元素最高价氧化物对应水化物的酸性由强到弱的顺序是 HClO4>H2SO4>H2CO3.短
周期元素中能发生主族间的置换反应的有①2Na+2H2O===2NaOH+H2↑,②SiO2+2C =====高温
Si+2CO ↑,
③2H2S+O2 =====点燃
2H2O+2S,符合上述条件的是①、②.
答案:(1)第 2 周期第ⅣA 族 HClO4>H2SO4>H2CO3
(2)2Na+2H2O===2NaOH+H2↑ SiO2+2C =====高温
Si+2CO↑