专题四 元素周期律和元素周期表（讲义）-《无机化学》(化工社）专题复习讲练测

专题4 元素周期律和元素周期表（讲义）-《无机化学》化工社-专题复习讲练测 一、考纲解读 1.能够理解随着原子序数的递增，原子最外层电子数呈现周期性变化的规律，能准确描述从 1（第一周期特殊为 1 - 2）到 8（除第一周期外）的变化情况。 2.掌握同周期和同主族元素原子半径的变化规律，包括同周期从左到右原子半径逐渐减小、同主族从上到下原子半径逐渐增大的特点。 3.能深入理解主族元素原子半径在周期和族中的递变规律对元素性质的影响，能运用原子半径大小比较不同主族元素的性质差异。 二、知识点梳理 一、核外电子排布的周期性变化 1.原子序数从1~2 号元素，即从氢到氮，有一个电子层，电子数由 1 增到 2，达到稳定结构: 2.原子序数从 3~10 号元素，即从鲤到，有两个电子层，最外层电子数从 1增加到8，达到稳定结构; 3.原子序数从 11~18 号元素，即从钠到氲，有三个电子层，最外层电子数从 1 增加到8，达到稳定结构； 4.如果我们对 18 号以后的元素继续研究下去，同样可以发现会重复出现最外层电子数从1增加到 8的情况。 物质的化学变化主要是原子最外层电子的变化。元素原子随原子序数 (即核电荷数) 的递增最外层电子数依次出现 1增加到 8 的周期性变化，必然使元素的性质随原子序数的递增呈现出周期性的变化。这个规律叫做元素周期律。 二、原子半径的周期性变化 在图2-1中，若以稀有气体元素2号 (氨 He)、10号( Ne)、18号( Ar)为界可得以下规律: (1)原子序数从 39 号元素，原子半径逐渐减小; (2)原子序数从11~17 号元素，原子半径逐渐减小; (3) 如果对 18 号以后的元素继续研究下去，同样可以发现，随着原子序数的递增，元素原子半径发生周期性的变化。 三、元素化合价的周期性变化 1.原子序数从11~20 号元素在极大程度上重复着从 3~10 号元素所表现出的化合价的变化，即正价从+1(Na) 逐渐递增到+7 (CI)，以稀有气体零价结束，从中部元素开始有负价，负价从-4(Si)递变到一1 (CI); 2.18 号以后元素的化合价，同样随着原子序数的递增，元素的化合价发生周期性的变化。 如果按原子序数由小到大的顺序排列，可以发现典型金属元素和典型的非金属元素都会周期性重复出现，同样稀有气体元素也会周期性的重复出现。 由以上事实可以归纳出一条规律，即元素的性质随着原子序数的递增而呈现周期性的变化，此规律叫做元素周期律。元素周期律的发现，证明了元素之间由量变到质变的客观规律，揭示了元素之间的内在联系，反映了元素性质与原子结构之间的关系，在哲学、自然科学、生产实践各方面都有重要意义。元素周期表是元素周期律的具体表现形式。 四、元素周期表的结构 1.周期 周期是具有相同电子层数，按原子序数递增顺序排列成的一个横行的一系列元素。 元素周期表中有 7个横行，每个横行为1个周期，故共有 7个周期。 周期序数=核外电子层数 各周期具有的元素数目并不相同，第 1~6 周期分别含有 2、8、8、18、18、32 种元素第 7周期尚未填满。除第 1和第 7 周期以外，每个周期都是从最外层电子数为1的金属元素开始，以最外层电子数为 8 的稀有气体元素结束。周期的分类可用下列框图表示。 2.族 元素周期表中共有 18 个列，除 8、9、10 三个列归在一起成一个族外，其余 15 个列，每个列的元素为1族。 (1)主族 由短周期元素和长周期元素共同组成的族(又叫A族)。 主族共有8个，分别用TA、TA...WA、WA 表示。其中WA 是稀有气体元素，化学性质非常不活泼，在通常情况下不发生化学反应，其化合价为零，故WA 又可称为零族主族的序数与周期表中电子层数的结构关系为: 主族序数=最外层电子数 例如，处于第WIA 族的氯元素，其原子最外层电子数为 7。 (2)副族 完全由长周期元素组成的族 (又叫 B族)。副族共有 8个，分别用IB、I B··.WB、B表示。副族元素又叫过渡元素。 五、主族元素性质的递变规律 元素的原子半径是元素的一个重要性质，因为原子半径与元素的金属性和非金属性有着十分密切的关系。一般金属元素原子核对核外电子的吸引力较小，原子半径较大，反应中容易失电子:非金属元素原子核对核外电子的吸引力较大，原子半径较小，不容易失去电子。 1.原子半径 (1) 在同一周期中，主族元素 (WA 除外) 的原子半径随着原子序数的递增逐渐减小。 这是因为同一周期中主族元素原子的电子层数相同，从左到右，随着原子序数的增大. 原子的核电荷数增多，原子核对核外电子的吸引力增大，因而原子半径逐渐减小。 (2) 在同一主族中，元素的原子半径随着原子序数的递增逐渐增大。 这是因为同一主族中，元素的原子半径主要决定于电子层数，从上到下，随着原子序数的递增，原子的电子层数逐渐增多，因而原子半径逐渐增大。 2.主族元素的金属性和非金属性 金属元素的原子倾向于失去电子，非金属元素的原子倾向于得到电子。因此，元素的金属性是指元素的失电子能力;元素的非金属性是指元素的得电子能力。原子的最外层电子数越少，电子层数越多，原子半径越大，原子越容易失电子，元素的金属性越强;元素的最外层电子数越多，电子层数越少，原子半径越小，原子越容易得电子，元素的非金属性越强(1) 同一周期，从左到右，金属性逐渐减弱，而非金属性逐渐增强。(WA 除外) 同一主族，从上到下，金属性逐渐增强，而非金属性逐渐减弱。 元素的金属性和非金属性的强弱，还可以通过以下化学性质来判断。 (1)元素的金属性强，则: 元素的单质与水或酸反应，置换出氢比较容易 元素的最高价氧化物对应的水化物 (氢氧化物)的碱性强 (2)元素的非金属性强，则: 元素的单质与氢气反应，生成气态氢化物比较容易 元素最高价氧化物对应的水化物(含氧酸)的酸性强 3.主族元素化合价 化合价是元素重要的性质，决定了元素形成化合物的组成。 元素的化合价与电子层结构有密切关系，特别是与最外层上的电子数有密切关系。主族元素的最高正化合价是它达到 8 电子稳定结构所转移出的电子数;最低负化合价是它达到稳定结构所转移进的电子数。 (1)主族元素最高正化合价=主族序数-最外层电子数 (2)主族元素最低负化合价=最高正化合价-8 三、真题练讲 1.(2021年云南省统一考试)根据元素周期律，由下列事实进行归纳推测，推测不合理的是(　　) 选项 事实 推测 A CaCO3和BaCO3都难溶于水 SrCO3也难溶于水 B Si是半导体材料，同族的Ge也是半导体材料 第ⅣA族的元素的单质都可作半导体材料 C HCl在1 500 ℃时分解，HI在230 ℃时分解 HBr的分解温度介于二者之间 D Si与H2高温时反应，S与H2加热能反应 P与H2在高温时能反应 【答案】B 【解析】　同一主族元素的性质相似，CaCO3和BaCO3都难溶于水，因此SrCO3也难溶于水，A项正确；在元素周期表中，位于金属和非金属分界线处的元素单质能作半导体材料，B项错误；元素的非金属性越强，其简单氢化物的稳定性越强，非金属性：Cl＞Br＞I，所以氢化物的稳定性：HCl＞HBr＞HI，则HBr的分解温度介于二者之间，C项正确；元素的非金属性越强，其单质与氢气反应越容易，非金属性：S＞P＞Si，所以P与H2在高温时能反应，D项正确。 2.(2021年河南省统一考试)X、Y为第三周期元素、Y最高正价与最低负价的代数和为6，二者形成的一种化合物能以[XY4]＋[XY6]－的形式存在。下列说法错误的是(　　) A．原子半径：X>Y B．简单氢化物的还原性：X>Y C．同周期元素形成的单质中Y氧化性最强 D．同周期中第一电离能小于X的元素有4种 【答案】D 【解析】　由题意分析可知，X为P元素，Y为Cl元素。P与Cl在同一周期，则P半径大，即原子半径：X>Y，A项不符合题意；两者对应的简单氢化物分别是PH3和HCl，半径：P3－> Cl－，所以PH3失电子的能力强，还原性：X>Y，B项不符合题意；同周期元素从左往右，金属性逐渐减弱，非金属性逐渐增强，各元素对应的金属单质还原性逐渐减弱，非金属单质的氧化性逐渐增强，所以Cl2的氧化性最强，C项不符合题意；同一周期元素，从左到右，第一电离能呈现增大的趋势，第ⅡA族、第ⅤA族元素的第一电离能大于相邻元素的第一电离能，所以第三周期第一电离能从小到大依次为Na、Ar、Mg、Si、S、P、Cl，所以同周期中第一电离能小于P的元素有5种，D项符合题意。 3.(2021年浙江省统一考试)萝卜硫素是具有美容效果的天然产物，其结构如图所示，该物质由五种短周期元素构成，其中W、X、Y、Z的原子序数依次增大，Y、Z原子核外最外层电子数相等，下列说法错误的是(　　) A．第一电离能：X>Y>Z B．简单离子半径：Z>X>Y C．W、X与氢原子可形成直线形化合物 D．W、X、Y分别形成的简单氢化物的熔、沸点在同主族元素中均为最高 【答案】D 【解析】　通过结构可知，萝卜硫素含H、C，萝卜硫素由五种短周期元素构成，则W、X、Y、Z中有一种是C，还有一种是S；W、X、Y、Z的原子序数依次增大，Y、Z原子核外最外层电子数相等，结合结构简式中的成键数目可知：X为N，Y为O，Z为S，W为C。同一周期从左到右，元素的第一电离能呈增大的趋势，其中第ⅡA族和第ⅤA族元素的第一电离能均高于其相邻元素，即N的第一电离能大于O；同一主族从上到下，元素的第一电离能逐渐减小，即O的第一电离能大于S，故第一电离能：N＞O＞S，A正确；N3－和O2－的核外电子排布相同，N的原子序数小于O，故离子半径：N3－＞O2－，N3－、O2－核外有2个电子层，S2－核外有3个电子层，则离子半径：S2－＞N3－＞O2－，B正确；N、C、H组成的化合物为HCN，该分子的空间结构为直线形，C正确；X为N，Y为O，W为C，它们的简单氢化物分别为NH3、H2O和CH4，NH3和H2O分子间均存在氢键，使得它们的熔、沸点在同主族元素中均为最高，CH4分子间没有氢键，其熔、沸点在同主族元素中最低，D错误。 4.(2020年浙江省统一考试)前四周期主族元素X、Y、Z、W的原子序数依次增大。X与Z同主族，且基态X原子中p能级和s能级上的电子数相同。Y、Z同周期，Y位于第ⅢA族，W最外层有2个电子。下列说法正确的是(　　) A．原子半径：r(X)<r(Y)<r(Z)<r(W) B．最高价氧化物对应水化物的碱性：W<Y C．第一电离能：I1(Z)<I1(X) D．基态W原子内层原子轨道均已充满电子 【答案】C 【解析】　　前四周期主族元素X、Y、Z、W的原子序数依次增大，W的原子序数最大且W最外层有2个电子，基态X原子中p能级和s能级上的电子数相同，则X的电子排布式可能为1s22s22p4或1s22s22p63s2，Y、Z同周期，Y位于第ⅢA族，X与Z同主族，则X的电子排布式为1s22s22p4，X为O，Z为S，Y为Al，W为Ca。电子层数越多，原子半径越大，电子层数相同，核电荷数越小，半径越大，则原子半径：r(O)<r(S)<r(Al)<r(Ca)，即r(X)<r(Z)<r(Y)<r(W)，A错误；W为Ca，Y为Al，金属性：Al<Ca，则最高价氧化物对应水化物的碱性：Y<W，B错误；X为O，Z为S，同主族元素从上到下第一电离能逐渐减小，则第一电离能：I1(Z)<I1(X)，C正确；W为Ca，其电子排布式为1s22s22p63s23p64s2,3d轨道未充满电子，D错误。 5.(2019年浙江省统一考试)消毒剂在抗击新冠感染的过程中起到了非常重要的作用。一种新型消毒剂由W、X、Y、Z四种元素组成，其结构如图所示，其中W形成的单质是自然界中最硬的物质；X的最高价氧化物对应的水化物与其简单氢化物可以发生反应生成一种常见的盐；Z的最高价氧化物对应的水化物是酸性最强的含氧酸；Y分别与W、X、Z可以形成多种二元化合物。下列叙述错误的是(　　) A．元素的第一电离能：X＞Y＞W B．该消毒剂中Y显－2价 C．最高价氧化物对应水化物的酸性强弱：Z＞W＞X D．该消毒剂中W、X原子最外层均满足8电子稳定结构 【答案】C 【解析】　W为C、Y为O、X为N、Z为Cl，据此分析解答。同周期从左到右，元素的第一电离能呈增大趋势，其中第ⅡA族和第ⅤA族元素的第一电离能均高于其相邻元素，故元素的第一电离能：N＞O＞C，即X＞Y＞W，A正确；O和C在该化合物中形成碳氧双键，则O显－2价，B正确；元素的非金属性越强，其最高价氧化物对应水化物的酸性越强，非金属性：Cl＞N＞C，则酸性：HClO4＞HNO3＞H2CO3，即Z＞X＞W，C错误；由结构图可知，C周围有1个双键和2个单键，N周围有3个单键，且N含有孤电子对，故C、N最外层均满足8电子稳定结构，D正确。 四、限时练讲 1.A、B、C均为短周期元素，它们在元素周期表中的位置如图所示。已知B、C元素的原子序数之和是A元素原子序数的4倍，则A、B、C分别为(　　) A．Be、Na、Ar B．B、Mg、Si C．O、P、Cl D．C、Ar、P 【答案】C 【解析】　设A的原子序数为x，则B的原子序数为x＋8－1，C的原子序数为x＋8＋1，由(x＋8－1)＋(x＋8＋1)＝4x，解得x＝8，所以A为O元素，B为P元素，C为Cl元素。 2．部分元素在周期表中的分布如图所示(虚线为金属元素与非金属元素的分界线)，下列说法不正确的是(　　) A．B只能得电子，不能失电子 B．原子半径：Ge＞Si C．As可作半导体材料 D．Po处于第六周期第ⅥA族 【答案】A 【解析】　B元素位于金属元素与非金属元素的分界线附近，既能得电子，又能失电子，故A错误；同一主族元素从上到下原子半径逐渐增大，所以原子半径：Ge＞Si，故B正确；As元素位于金属元素与非金属元素的分界线附近，可作半导体材料，故C正确；Po为主族元素，原子有6个电子层，最外层电子数为6，处于第六周期第ⅥA族，故D正确。 3．现有四种元素的基态原子的电子排布式如下： ①1s22s22p63s23p4　②1s22s22p63s23p3　③1s22s22p3 ④1s22s22p5 则下列有关比较中正确的是(　　) A．第一电离能：④>③>②>① B．原子半径：④>③>②>① C．电负性：④>③>②>① D．最高正化合价：④>③＝②>① 【答案】A 【解析】①～④四种元素分别为S、P、N、F，第一电离能F>N、P>S，又由于第一电离能N>P，所以A项正确；原子半径N>F，B项错误；电负性S>P，即①>②，C项错误；F无正化合价，D项错误。 4．下列关于Na、Mg、Cl、Br元素及其化合物的说法正确的是(　　) A．NaOH的碱性比Mg(OH)2的强 B．Cl2得到电子的能力比Br2的弱 C．原子半径r：r(Br)＞r(Cl)＞r(Mg)＞r(Na) D．原子的最外层电子数n：n(Na)＜n(Mg)＜n(Cl)＜n(Br) 【答案】A 【解析】　金属性：Na＞Mg，故碱性：NaOH＞Mg(OH)2，A项正确；氯和溴均属于卤族元素，同一主族元素从上到下，单质的氧化性逐渐减弱，得电子能力：Cl2＞Br2，B项错误；同一周期主族元素，从左到右原子半径依次减小，则r(Br)>r(Na)＞r(Mg)＞r(Cl)，C项错误；氯和溴属于同一主族，最外层电子数相等，D项错误。 5．某短周期元素R的各级电离能数据(用I1、I2……表示，单位为kJ·mol－1)如下表所示。 I1 I2 I3 I4 …… 740 1 500 7 700 10 500 …… 下列关于元素R的判断中一定正确的是 (　　) A．R的最高正价为＋3价 B．R元素位于元素周其表中第ⅡA族 C．R元素的原子最外层共有4个电子 D．R元素基态原子的电子排布式为1s22s2 【答案】B 【解析】从R元素的各级电离能可以看出，I2与I3差别很大，因此该元素原子最外层有2个电子，C错误；R为第ⅡA族元素，B正确；最高正价为＋2价，A错误；可能为Be或Mg，D错误。 6．下列有关物质结构和性质的说法中，正确的是(　　) A．元素非金属性Cl>S的实验依据是酸性HCl>H2S B．碳元素的电负性小于氧元素，每个CO2分子中有4个σ键 C．同周期主族元素的原子形成的简单离子的电子层结构一定相同 D．Na、Mg、Al三种元素，其第一电离能由大到小的顺序为Mg>Al>Na 【答案】D 【解析】元素非金属性Cl>S的实验依据应是元素最高价氧化物水化物的酸性HClO4>H2SO4，A错误；每个CO2分子中有2个σ键，B错误；同周期主族元素的原子形成的简单离子的电子层结构不一定相同，如Na＋和Cl－，C错误；对于金属元素而言，金属性越强，第一电离能越小，但由于Mg的最外层电子排布为3s2，属于稳定结构，故第一电离能由大到小的顺序为Mg>Al>Na，D正确。 7．下列有关微粒性质的排列顺序中，错误的是(　　) A．元素的电负性：P＜O＜F B．元素的第一电离能：C＜N＜O C．离子半径：O2－＞Na＋＞Mg2＋ D．原子的未成对电子数：Mn＞Si＞Cl 【答案】B 【解析】得电子能力P＜O＜F，所以元素的电负性P＜O＜F，A正确；N的电子排布式：1s22s22p3，p轨道处于半充满状态，N的第一电离能最大，B错误；离子半径：O2－＞Na＋＞Mg2＋，C正确；Mn、Si、Cl原子的未成对电子数分别为5、2、1，D正确。 8．以下有关元素性质的说法不正确的是(　　) A．具有下列电子排布式的原子中，①1s22s22p63s23p2　②1s22s22p3　③1s22s22p2　④1s22s22p63s23p4，原子半径最大的是① B．下列原子的外围电子排布中，①3s23p1　②3s23p2③3s23p3　④3s23p4，对应的第一电离能最大的是③ C．①Na、K、Rb　②N、P、As　③O、S、Se　④Na、P、Cl，元素的电负性随原子序数的增加而递增的是④ D．某元素的逐级电离能(kJ·mol－1)分别为738、1 451、7 733、10 540、13 630、17 995、21 703，当它与氯气反应时最可能生成的阳离子是③①X＋　②X2＋　③X3＋　④X4＋ 【答案】D 【解析】电子层数越多，最外层电子数越少，半径越大，A正确；B中四种元素均为第三周期元素，③中3p能级半充满，第一电离能最大，B正确；C中元素的电负性可用来衡量元素的金属性和非金属性的强弱，④符合；判断电离能与元素化合价的关系，关键看各级电离能之间的变化趋势，相邻两级电离能变化特别大，说明再失去一个电子的难度增大，由此可判断出该阳离子为X2＋。 9.A、B、C、D 都是短周期元素。B 元素的原子核外有两个电子层，最外层已经达到饱和。A、C 元素位于 B 元素下一周期，A 元素最外层电子数是 B 元素最外层电子数的一半。 C 元素的离子带有一个单位的正电荷，它的核外电子排布与 B 元素原子相同。D 元素与 B 元素属同一周期，D 元素原子的最外层电子数比 A 的最外层电子数少 1。试推断 A、B、C、D 分别是什么元素，并指出它们在元素周期表中的位置。 【答案】　A 是硅元素，位于第三周期第 ⅣA 族；B 是氖元素，位于第二周期第 ⅧA 族；C 是钠元素，位于第三周期第 ⅠA 族；D 是硼元素，位于第二周期第 ⅢA 族。 【解析】　首先明确短周期元素是指第一、二、三周期的元素。 例如氢、氦、锂等都是短周期元素。 B 元素原子核外有两个电子层且最外层达到饱和，根据核外电子排布规律，第一层排 2 个电子，第二层排 8 个电子时达到饱和，所以 B 是氖元素，位于第二周期第 ⅧA 族。 A、C 元素位于 B 元素下一周期，即第三周期。 A 元素最外层电子数是 B 元素最外层电子数的一半，B 最外层电子数是 8，所以 A 最外层电子数是 4，A 是硅元素，位于第三周期第 ⅣA 族。 C 元素的离子带有一个单位的正电荷，它的核外电子排布与 B 元素原子相同，B 原子的核外电子数是 10，C 离子核外电子数也是 10，C 原子失去一个电子后是 10 个电子，所以 C 原子的核外电子数是 11，C 是钠元素，位于第三周期第 ⅠA 族。 D 元素与 B 元素属同一周期，即第二周期，D 元素原子的最外层电子数比 A 的最外层电子数少 1，A 最外层电子数是 4，所以 D 最外层电子数是 3，D 是硼元素，位于第二周期第 ⅢA 族。 10.已知A、B、C、D、E五种元素的原子序数依次增大，其中A原子所处的周期数、族序数都与其原子序数相等；B原子核外电子有6种不同的运动状态，s轨道电子数是p轨道电子数的两倍；D原子最外层电子数是是内层电子数的3倍；E的＋1价阳离子的核外有3层电子且各层均处于全满状态。 (1)写出A、B的价电子排布式：A____、B____。 (2)写出C、D的价电子轨道表示式(电子排布图)：C 、D ，D原子核外未成对电子数为 。 (3)E元素基态原子的核外电子排布式为 。 (4)B、C、D三种元素的第一电离能由小到大的顺序为 (填元素符号)。 【答案】(1) 1s1 2s22p2 (2) 2 (3) 1s22s22p63s23p63d104s1或[Ar]3d104s1 (4) C<O<N 【解析】A、B、C、D、E五种元素的原子序数依次增大，A原子所处的周期数、族序数都与其原子序数相等，则A为氢元素；B原子核外电子有6种不同的运动状态，s轨道电子数是p轨道电子数的两倍，则B为碳元素；D原子最外层电子数是内层电子数的3倍，则D为氧元素；C的原子序数介于碳、氧元素之间，则C为氮元素；E＋核外有3层电子且各层均处于全满状态，则E原子核外电子数为2＋8＋18＋1＝29，故E为Cu元素。(1)A的价电子排布式为1s1，B的价电子排布式为2s22p2；(2)C为氮元素，其价电子轨道表示式(电子排布图)为；D元素为氧元素，其价电子轨道表示式(电子排布图)为，D原子核外未成对电子数为2；(3)E为Cu元素，基态原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s1或[Ar]3d104s1；(4)同周期，随原子序数增大，第一电离能呈增大趋势，由于氮元素2p能级为半充满状态，能量较低，失去第一个电子需要的能量较多，其第一电离能高于同周期相邻元素，故C、N、O三种元素第一电离能由小到大的顺序为C<O<N。 五、学法建议 重点复习知识点： 1.核外电子排布的周期性变化：随着原子序数的递增，元素原子的最外层电子数呈现从 1（第一周期为 1 - 2）到 8（除第一周期外）的周期性变化。 2.周期：元素周期表有 7 个周期，其中 1、2、3 周期为短周期，4、5、6、7 周期为长周期。每个周期所含元素种类不同，同一周期元素电子层数相同，从左到右原子序数依次递增。 3.原子半径：同周期主族元素从左到右原子半径减小，同主族元素从上到下原子半径增大，这一规律影响了元素的其他性质。 4.主族元素化合价：与元素周期表中的族序数相关，同时受到原子结构和得失电子能力的影响，呈现周期性变化和族的规律性。 请同学们多结合实际操作，加深对理论知识的理解；操作需要反复练习，加深记忆；要注意安全，避免发生意外。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！ 学科网（北京）股份有限公司 $$