高考化学一轮复习第5章物质结构元素周期律第2节元素周期表和元素周期律学案

第二节　元素周期表和元素周期律

　元素周期表的结构及其应用

知识梳理

1．元素周期表的编排与结构

(1)编排原则

(2)结构

①周期(7个)

②族(16个)

注意：最多元素的族为ⅢB族，共32种。

(3)元素周期表中的特殊元素位置

①过渡元素：元素周期表中从ⅢB族到ⅡB族10个纵列共六十多种元素，这些元素都是金属元素。

②镧系：元素周期表第六周期中，57号元素镧到71号元素镥共15种元素。

③锕系：元素周期表第七周期中，89号元素锕到103号元素铹共15种元素。

④超铀元素：在锕系元素中92号元素铀(U)以后的各种元素。

⑤碱金属元素[ⅠA(氢除外)]，卤族元素(ⅦA)，氧族元素(ⅥA)，氮族元素(ⅤA)，碳族元素(ⅣA)。

[深思考]

(1)甲、乙是元素周期表中同一周期的ⅡA族和ⅢA族元素，原子序数分别为m、n，则m和n的关系为        。

(2)甲、乙是元素周期表中同一主族相邻周期的两种元素(其中甲在上一周期)，若甲的原子序数为x，则乙的原子序数可能是               。

(3)若A、B是相邻周期同主族元素(A在B的上一周期)，A、B所在周期分别有m种、n种元素，A的原子序数为x，B的原子序数为y，则x、y的关系为        。

[答案]　(1)n＝m＋1或n＝m＋11或n＝m＋25

(2)x＋2或x＋8或x＋18或x＋32

(3)y＝x＋m或y＝x＋n

[辨易错]

(1)原子的电子层数一定等于周期数，原子的最外层电子数一定等于族序数。(　　)

(2)ⅠA族全是碱金属，ⅦA族全是非金属。 (　　)

(3)元素周期表中的每一格均表示一种核素。 (　　)

(4)原子的最外层有1个或2个电子，则可能是ⅠA、ⅡA族元素，也可能是副族、Ⅷ族元素或0族元素氦。              (　　)

(5)原子及离子的核外电子层数等于该元素所在的周期数。 (　　)

[答案]　(1)×　(2)×　(3)×　(4)√　(5)×

2．元素周期表的应用

(1)金属与非金属的分区

①分界线：沿着元素周期表中硼、硅、砷、碲、砹与铝、锗、锑、钋的交界处画一条虚线，即为非金属元素区和金属元素区的分界线。

②各区位置：分界线左下方为金属元素区，分界线右上方为非金属元素区。

(2)元素周期表的三大应用

①科学预测：为新元素的发现及预测它们的原子结构和性质提供了线索。

②寻找新材料

③用于工农业生产

探矿(地球化学元素的分布与它们在元素周期表中的位置关系对其有指导意义)、研制农药材料等。

知识应用

2016年11月30日，IUPAC正式公布113号元素符号为Nh，请回答：

(1)该元素的质子数和核外电子数分别为        、        。

(2)该元素的位置为                             。

(3)该元素的最外层电子数为        ，电子层数为        。

(4)该元素与相同主族的上一周期的原子序数差为        。

[答案]　(1)113　113　(2)第七周期ⅢA族　(3)3　7　(4)32

命题点　元素周期表的结构及应用

1．1869年俄国化学家门捷列夫制作出了第一张元素周期表，揭示了化学元素间的内在联系，成为化学发展史上重要里程碑之一。下列有关元素周期表的说法正确的是(　　)

A．元素周期表有7个横行、18个纵列，即有7个周期、18个族

B．在过渡元素中寻找半导体材料

C．俄罗斯专家首次合成了X原子，116号元素位于元素周期表中第七周期ⅥA族

D．ⅠA族的元素全部是金属元素

C　[元素周期表中的第Ⅷ族包含8、9、10共3个纵列，因此元素周期表虽然共18个纵列，但共16个族，A错误；在金属和非金属的分界线附近寻找半导体材料，B错误；第七周期0族元素为118号，则116号元素位于元素周期表中第七周期ⅥA族，C正确；第ⅠA族的元素包括H和碱金属元素，碱金属元素全部是金属元素，H是非金属元素，D错误。]

2．根据中学化学教材中所附元素周期表判断，下列叙述不正确的是(　　)

A．两短周期元素原子序数相差8，则周期数一定相差1

B．L层电子为奇数的所有元素所在族的序数与该元素原子的L层电子数相等

C．所有主族元素的最高化合价与它的族序数数值相等

D．某元素原子的核电荷数为53，则该元素位于第五周期第ⅦA族

C　[O、F的族序数不等于它们的最高正价，O、F的最高正价不是＋6、＋7，C项不正确。]

3．(1)如图是元素周期表前四周期的一部分，则：X、Y、Z分别为        (写元素符号，下同)。

(2)X、Y、W、Z为四种短周期主族元素，其在周期表中的位置如图所示。W原子的最外层电子数与电子层数相同。

则：W为          ，Z为          ，X为        ，Y为        。

(3)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。则：W为        ，X为        ，Y为        ，Z为        。

[答案]　(1)N　S　Br　(2)Al　S　C　N　(3)P　N　O　Si

“0族”法确定元素位置

(1)熟记0族元素的相应周期数和原子序数

(2)确定主族元素在周期表中位置的方法：原子序数－最邻近的稀有气体元素的原子序数＝ΔZ。

命题点2　元素周期表原子序数的定量关系

4．下列各图为元素周期表的一部分，表中的数字为原子序数，其中M为37的是(　　)

A　　　　B　　　　　C　　　　D

[答案]　C

5.元素周期表中的前四周期，两两相邻的5种元素如图所示，若B元素的核电荷数为a。下列说法正确的是(　　)

A．B、D的原子序数之差可能为2

B．E、B的原子序数之差可能是8、18或32

C．D、E的原子序数之和为2a＋10

D．A、E的原子序数之差可能是7

C　[由题中所给5种元素的位置关系可以看出D一定不是第一周期元素(因为如果D是第一周期元素，则D一定属于元素周期表最左边的第ⅠA族元素或最右边的0族元素)，所以A选项错误；由题意可知5种元素在前四周期，所以D、B、E分别为第二、三、四周期的元素，由元素周期表的结构可知5种元素一定在过渡元素右边，所以D、E的原子序数分别为a－8、a＋18，C项正确。]

6．X、Y为短周期元素，可形成化合物XY3，则X、Y的原子序数之差可能为                      。

[解析]　XY3化合物可能为BF3(4)，BCl3(12)，AlF3(4)，AlCl3(4)，SO3(8)，NH3(6)，PH3(14)，NCl3(10)，PCl3(2)，NF3(2)，PF3(6)等。

[答案]　2、4、6、8、10、12、14

　元素周期律及其应用

知识梳理

1．元素周期律

2．主族元素的周期性变化规律

[辨易错]

(1)同周期、同主族元素的原子半径随原子序数的增大而均增大。 (　　)

(2)主族元素的最高正价在数值上均等于族序数。 (　　)

(3)非金属对应的含氧酸酸性越强，非金属性越强。 (　　)

(4)H2S的热稳定性和还原性均大于H2O的。 (　　)

[答案]　(1)×　(2)×　(3)×　(4)×

3．元素金属性和非金属性强弱的判断方法

[深思考]

写出氯比硫非金属性强的实验事实有哪些？

[答案]　①Fe与Cl2生成Cl3，Fe与S生成S。

②Cl2与H2S反应，可生成S。

③稳定性：HCl>H2S。

④还原性：HCl<H2S。

⑤酸性：HClO4>H2SO4等。

4．粒子半径大小的比较

(1)粒子半径大小的影响因素

①电子层数越多，粒子半径一般越大。

②同周期元素，核电荷数越大，粒子半径一般越小。

(2)粒子半径大小比较的一般方法

①a.同周期原子半径或同性离子半径从左到右均减小，

如：r(S)＞r(Cl)、r(S2－)＞r(Cl－)。

b．同主族原子半径或离子半径从上到下均增大，

如：r(Na)＜r(K)、r(Na＋)＜r(K＋)。

②同元素粒子：核外电子数越多，半径越大，如：r(Fe)＞r(Fe2＋)＞r(Fe3＋)、r(Cl)<r(Cl－)。

③同电子数粒子：核电荷数越大，半径越小，如：r(Na＋)＞r(Mg2＋)＞r(Al3＋)、r(H－)>r(Li＋)。

④核电荷数、电子层数、电子数均不同的粒子：可用参照法。如：r(K＋)与r(Mg2＋)比较时可参照r(K＋)＞r(Na＋)＞r(Mg2＋)来确定r(K＋)＞r(Mg2＋)。

知识应用

(1)已知Ra是第七周期ⅡA族的元素，故Ra(OH)2的碱性比Mg(OH)2的碱性        。

(2)已知Ca(OH)2微溶，Mg(OH)2难溶，可推知Be(OH)2        溶。

(3)已知卤族元素的性质递变规律，可推知未学元素砹(At)的化合物的性质为HAt        稳定，水溶液呈        性，AgAt        溶于水。

(4)已知As是第四周期ⅤA族的元素，故AsH3的稳定性比NH3的稳定性        。

(5)已知Cs的原子半径比Na的原子半径大，故Cs与水反应比Na与水反应        。

[答案]　(1)强　(2)难　(3)不　酸　难　(4)弱　(5)剧烈

命题点1　利用周期律比较物质的性质

1．(2020·朝阳区模拟)请运用元素周期律的有关理论分析判断，下面几种元素及其化合物性质的推断中正确的是(　　)

A．铊(Tl)的氧化物的水化物可能具有两性

B．砹(At)为无色固体，HAt不稳定，AgAt具有感光性，且不溶于水

C．硫酸锶(SrSO4)是难溶于水的白色固体

D．H2Se 是无色、有毒、比H2S稳定的气体

C　[同主族元素从上到下金属性增强，Tl的金属性大于Al的金属性，则铊(Tl)的氧化物的水化物为强碱，故A错误；同主族元素从上到下非金属性减弱，且化合物性质相似，则砹(At)为有色固体，HAt不稳定，AgAt具有感光性，且不溶于水，故B错误；硫酸钡、硫酸钙均不溶于水，则硫酸锶(SrSO4)是难溶于水的白色固体，故C正确；非金属性：S＞Se，可知H2Se 是无色、有毒、不如H2S稳定的气体，故D错误。]

2．(2020·江南十校联考)W、X、Y、Z是原子序数依次增大的短周期主族元素，W与X同周期、与Y同主族，X是非金属性最强的元素，Y的周期序数是其族序数的3倍，W的核外电子总数与Z的最外层电子数之和等于8。下列说法正确的是(　　)

A．最高价氧化物对应水化物的碱性：W>Y

B．最简单气态氢化物的稳定性：X>Z

C．Y单质在空气中的燃烧产物只含离子键

D．最简单离子半径大小关系：W<X<Y

B　[由“X是非金属性最强的元素”确定X为F，由“Y的周期数等于族序数的3倍”确定Y为Na，由“W与X同周期，与Y同主族”确定W是Li，由“W的核外电子总数与Z的最外层电子数之和等于8”并结合“W、X、Y、Z是原子序数依次增大的短周期主族元素”，确定Z为P。故W、X、Y、Z依次为Li、F、Na、P。Li的金属性比Na的弱，A项错误；HF比PH3稳定，B项正确；Na2O2中含共价键，C项错误；离子半径F－>Na＋>Li＋，D项错误。]

命题点2　元素性质的实验探究

3．研究表明26Al可以衰变为26Mg，可以比较这两种元素金属性强弱的方法是        。

①比较这两种元素的单质的密度和熔点

②比较氯化铝和氯化镁的摩尔质量

③将除去氧化膜的镁带和铝片分别置于热水中，并滴入酚酞溶液

④用pH计分别测量相同物质的量浓度的氯化铝溶液和氯化镁溶液的pH

⑤Mg(OH)2为中强碱，而Al(OH)3具有两性，所以镁的金属性比铝强

[答案]　③④⑤

4.某同学设计实验验证非金属元素的非金属性越强，对应的最高价含氧酸的酸性就越强。他设计了如图装置以验证硫、碳、硅元素的非金属性强弱。该同学设计的实验可直接证明三种酸的酸性强弱，已知A是强酸，B是粉末固体，打开分液漏斗的活塞后，C中可观察到有白色沉淀生成。

(1)写出该实验可选用物质的化学式：

A：        ；B：        ；C：        。

(2)根据所选物质写出烧杯中发生反应的离子方程式：

                                                     。

[解析]　该同学设计的实验是利用强酸制弱酸的原理。非金属性越强，其最高价氧化物对应水化物的酸性越强。由题意可推测，A为H2SO4，B可以为Na2CO3，C可以为Na2SiO3。

[答案]　(1)H2SO4　Na2CO3　Na2SiO3(其他合理答案也可)

(2)CO2＋SiO＋H2O===H2SiO3↓＋CO(或2CO2＋SiO＋2H2O===H2SiO3↓＋2HCO)

　“位—构—性”的关系及应用

分析近三年高考试题，“位—构—性”的关系考查是每年命题的热点，题型以选择题呈现。命题的角度主要涉及以元素推断为前提的原子结构、分子结构、化学键、性质比较等。充分体现了化学的“结构决定性质，性质反映结构”的“证据推理与微观探析”的核心素养。

1．元素的“位—构—性”三者关系

2．“位”“构”“性”关系的应用

(1)结构与位置互推

①若一种阳离子与一种阴离子电子层数相同，则“阴前阳后”，阴离子在前一周期，阳离子在后一周期，阳离子的原子序数大。

②同周期元素的简单阳离子与阴离子相比，阴离子原子序数大。

③在短周期元素中，元素的原子序数与其主要化合价的数值在奇偶性上一般一致，“价奇序奇，价偶序偶”。

(2)性质与位置互推

熟悉元素周期表中同周期、同主族元素性质的递变规律，根据元素性质可以推知元素在周期表中的位置，根据元素在周期表中的位置可以推知元素性质。

(3)结构与性质互推

①最外层电子数是决定元素原子的氧化性和还原性的主要原因。

②原子半径决定了元素单质的性质；离子半径决定了元素组成化合物的性质。

③同主族元素最外层电子数相同，化学性质相似。

1．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。已知Y、W的原子序数之和是Z的3倍，下列说法正确的是(　　)

A．原子半径：X<Y<Z

B．气态氢化物的稳定性：X>Z

C．Z、W均可与Mg形成离子化合物

D．最高价氧化物对应水化物的酸性：Y>W

C　[令Z的原子序数为x，则Y为x－1，W为x＋1＋8，故x－1＋x＋1＋8＝3x，x＝8，根据位置可知X为Si，Y为N，Z为O，W为Cl。]

2．(2020·厦门模拟)科学家合成出了一种高效电解质(如图所示)，其中W、Y、X、Z、Q均为短周期元素，且原子序数依次增大，X和Q位于同一主族，Y和Z的原子序数之和与Q相等。下列说法正确的是(　　)

A．Q的氧化物对应水化物为强酸

B．阴离子中所有原子均满足8电子稳定结构

C．元素非金属性的顺序为Z>Y>X

D．W和X形成的化合物溶于水呈碱性

D　[根据如图中化合价和成键特点可推知W为Li，Y为N，X为O，Z为F，Q为S。SO2对应的酸为H2SO3为弱酸，A错误；阴离子中Q不是8e－稳定结构，B错误；非金属性Z>X>Y，错误；Li2O溶于水生成碱LiOH，D正确。]

3．(2020·兴宁模拟)短周期主族元素X、Y、Z、W的原子序数依次增大，P、M、N均是由其中两种上述元素组成的化合物，它们存在转化关系QP＋M＋N，P能使湿润的红色石蕊试纸变蓝，M的组成元素位于同一主族，N常温常压下为液体。下列说法不正确的是(　　)

A．原子半径：Y>Z>W>X

B．简单气态氢化物的热稳定性：Z>Y

C．物质M可以使品红溶液褪色

D．Q既能与强酸溶液反应，又能与强碱溶液反应

A　[P能使湿润的红色石蕊试纸变蓝，则P为氨气，N常温常压下为液体，主族元素形成的化合物，常温常压下为液体的常见的是H2O，则已确定三种元素：H、N、O。M为同族元素形成的化合物，则为SO2，则Q为亚硫酸氢铵或亚硫酸铵，受热分解生成NH3、SO2、H2O。由分析可知，P为NH3，M为SO2，N为H2O，X、Y、Z、W分别为H、N、O、S。同一周期从左向右原子半径逐渐减小，同一主族从上到下原子半径逐渐增大，则原子半径：S>N>O>H，故A错误。]

[真题验收]

1．(2020·全国卷Ⅲ，T13)W、X、Y、Z为原子序数依次增大的短周期元素，四种元素的核外电子总数满足X＋Y＝W＋Z；化合物XW3与WZ相遇会产生白烟。下列叙述正确的是(　　)

A．非金属性：W>X>Y>Z

B．原子半径：Z>Y>X>W

C．元素X的含氧酸均为强酸

D．Y的氧化物水化物为强碱

D　[化合物XW3与WZ相遇会产生白烟，结合W、X、Y、Z的原子序数依次增大，又因四种元素的核外电子总数满足X＋Y＝W＋Z，可知W、X、Y、Z分别为H、N、Na、Cl，XW3为NH3，WZ为HCl。

由上述分析可知，W为H、X为N、Y为Na、Z为Cl。非金属性：Cl>N>H>Na，A项错误；同周期主族元素满足序大径小的规则，原子半径：Na>Cl>N>H，B项错误；N可以形成HNO2，HNO2为弱酸，C项错误；Na的氧化物的水化物为NaOH，NaOH属于强碱，D项正确。]

2.(2019·全国卷Ⅱ，改编)2019年是门捷列夫发现元素周期律150周年。如表是元素周期表的一部分，W、X、Y、Z为短周期主族元素，W与X的最高化合价之和为8。下列说法错误的是(　　)

A．原子半径：W＜X

B．常温常压下，Y单质为固态

C．气态氢化物热稳定性：Z＜W

D．X的最高价氧化物的水化物是强碱

D　[由题意，W、X、Y、Z为短周期主族元素，W与X的最高化合价之和为8，可推出W、X、Y、Z分别为N、Al、Si、P。

A项，根据电子层数越多，原子半径越大，可得原子半径：W<X，正确；B项，常温常压下，硅单质为固态，正确；C项，同一主族由下到上简单气态氢化物的稳定性逐渐增强，所以热稳定性：NH3>PH3，正确；D项，X的最高价氧化物的水化物Al(OH)3是两性氢氧化物，错误。]

3．(2019·全国卷Ⅲ)X、Y、Z均为短周期主族元素，它们原子的最外层电子数之和为10。X与Z同族，Y最外层电子数等于X次外层电子数，且Y原子半径大于Z。下列叙述正确的是(　　)

A．熔点：X的氧化物比Y的氧化物高

B．热稳定性：X的氢化物大于Z的氢化物

C．X与Z可形成离子化合物ZX

D．Y的单质与Z的单质均能溶于浓硝酸

B　[X、Y、Z均为短周期主族元素，X与Z同族，Y最外层电子数等于X次外层电子数，Y的最外层电子数不可能是8，只能为2，且Y原子半径大于Z，所以Y为Mg，X、Y、Z原子的最外层电子数之和为10，故X为C，Z为Si。

A项，MgO的熔点高于CO2、CO的熔点，错误；B项，元素的非金属性越强，则其气态氢化物的热稳定性越强，C的非金属性强于Si，故CH4的热稳定性大于SiH4，正确；C项，X与Z形成的SiC是共价化合物，错误；D项，Mg能溶于浓硝酸，但是Si单质不能溶于浓硝酸，错误。]

4．(2018·全国卷Ⅰ)主族元素W、X、Y、Z的原子序数依次增加，且均不大于20。W、X、Z最外层电子数之和为10；W与Y同族；W与Z形成的化合物可与浓硫酸反应，其生成物可腐蚀玻璃。下列说法正确的是(　　)

A．常温常压下X的单质为气态

B．Z的氢化物为离子化合物

C．Y和Z形成的化合物的水溶液呈碱性

D．W与Y具有相同的最高化合价

B　[可腐蚀玻璃的物质是HF。根据题意可推知，W是氟、X是钠、Y是氯、Z是钙。常温常压下Na是固态，A项错误；CaH2是离子化合物，B项正确；CaCl2是强酸强碱盐，水溶液呈中性，C项错误；氯有最高化合价为＋7，氟无正价，D项错误。]

5．(2017·全国卷Ⅰ)短周期主族元素W、X、Y、Z的原子序数依次增大，W的简单氢化物可用作制冷剂，Y的原子半径是所有短周期主族元素中最大的。由X、Y和Z三种元素形成的一种盐溶于水后，加入稀盐酸，有黄色沉淀析出，同时有刺激性气体产生。下列说法不正确的是(　　)

A．X的简单氢化物的热稳定性比W的强

B．Y的简单离子与X的具有相同的电子层结构

C．Y与Z形成化合物的水溶液可使蓝色石蕊试纸变红

D．Z与X属于同一主族，与Y属于同一周期

C　[四种主族元素都在短周期，W的简单氢化物可用作制冷剂，则W为N元素。Y的原子半径是所有短周期主族元素中最大的，则Y为Na元素。一种盐与稀盐酸反应既有黄色沉淀生成也有刺激性气体产生，则该盐为硫代硫酸钠，X为O元素，Z为S元素。

A对：非金属性O强于N，所以水的热稳定性强于氨气。

B对：Y的简单离子为Na＋，X的简单离子为O2－，Na＋与O2－具有相同的电子层结构。

C错：硫化钠溶液水解显碱性，不能使蓝色石蕊试纸变红。

D对：O元素与S元素属于同一主族(第ⅥA族)，S元素与Na元素都在第三周期。]

[新题预测]

1．如图为某漂白剂的结构。已知：W、Y、Z是不同周期、不同主族的短周期元素，W、Y、Z原子最外层电子数之和等于X原子最外层电子数，W、X对应的简单离子核外电子排布相同。下列叙述错误的是(　　)

A．W、X对应的简单离子的半径：X>W

B．电解W的氯化物水溶液可以制得W单质

C．实验室可用X和Z形成的某种化合物制取单质X

D．25 ℃时，Y的最高价氧化物对应水化物的钠盐溶液pH大于7

B　[W、Y、Z为不同周期不同族，可知其中有H，根据物质结构成键和化合价可知W为Mg，Z为H，X为O，Y为B。电解MgCl2溶液，不能得到Mg，B错误。]

2．已知短周期元素M、N、P、Q最高价氧化物对应水化物分别为X、Y、Z、W，M是短周期中原子半径最大的元素，常温下X、Z、W均可与Y反应，M、P、Q的原子序数及0.1 mol/L X、Z、W溶液的pH如图所示。下列说法正确的是(　　)

A．N原子的电子层数与最外层电子数相等

B．M的离子半径小于N的离子半径

C．P氢化物稳定性大于Q氢化物稳定性

D．X、W两物质含有的化学键类型相同

A　[短周期元素M、N、P、Q最高价氧化物对应水化物分别为X、Y、Z、W，M是短周期中原子半径最大的元素，则M为Na元素，则X为NaOH；0.1 mol/L的W溶液pH＝1，则W为一元含氧强酸，且Q的原子序数大于Na元素，则Q为Cl元素、W为HClO4；0.1 mol/L的Z溶液pH＝0.7，则氢离子浓度为10－0.7mol/L＝0.2 mol/L，故Z为二元强酸，且P的原子序数大于Na元素，则P为S元素、Z为H2SO4；常温下X、Z、W均可与Y反应，则Y为两性氢氧化物，则Y为Al(OH)3、N为Al元素。]