第14讲 元素周期律和元素周期表（讲）- 2024年高考化学大一轮复习【讲义+练习+专题】

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2.精练高考真题，明确方向
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第14讲 元素周期律和元素周期表
【化学学科素养】
1.宏观辨识与微观探析：能从不同层次认识物质的多样性；能从元素和原子，分子水平认识物质的组成、结构和性质，形成“结构决定性质”的观念；能从宏观和微观相结合的视角分析元素周期律的递变性。
2.证据推理与模型认知：具有证据意识，能基于实验现象和事实对物质的组成、结构及其变化分析得出元素周期律；能基于元素周期律理解元素周期表的编排方法，能运用元素周期表揭示元素周期律。
3.科学探究与创新意识：在探究同周期、同主族元素性质递变性的实验中，要明确探究目的，设计实验方案，并在探究中学会合作，结合核外电子排布，元素第一电离能的特殊性等异常现象提出自己的见解。
【必备知识解读】
一、元素周期表及其应用
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。
原子序数＝核电荷数＝核外电子数＝质子数。
2．元素周期表的编排原则
(1)把电子层数相同的元素按原子序数递增顺序从左到右排成一横行，共有7个横行。
(2)把不同横行中最外层电子数相同的元素按电子层数递增的顺序从上到下排成一纵行，共有18纵行。
3．元素周期表的结构
(1)周期(7个横行，7个周期)
(2)族(18个纵行，16个族)
【特别提醒】
①含元素种类最多的族是第ⅢB族，共有32种元素。
②过渡元素包括7个副族和第Ⅷ族，全部是金属元素，原子最外层电子数不超过2个(1～2个)。
③最外层电子数为3～7个的原子一定属于主族元素，且最外层电子数即为主族的族序数。
(3)元素周期表中元素的分区
①分界线：如图所示，沿着元素周期表中铝、锗、锑、钋与硼、硅、砷、碲、砹的交界处画一条斜线，即为金属元素区和非金属元素区分界线(氢元素除外)。
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。
③分界线附近元素的性质：既表现金属元素的性质，又表现非金属元素的性质。
(4)元素周期表中的特殊位置
4．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他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
对探矿有指导意义的是地球化学元素的分布与它们在元素周期表中的位置关系，研制农药材料等。
二、 碱金属元素
1．碱金属元素
（1）碱金属元素原子结构的特点：
①相同点：碱金属元素原子的最外层都有1个电子，
②不同点：碱金属元素原子的核电荷数和电子层数各不相同。
（2）碱金属元素性质的相似性和递变性
①相似性：由于碱金属元素原子最外层都只有一个电子，所以都容易失去最外层电子，都表现出很强的金属性，化合价都是+1价。
②递变性：随着核电荷数的递增，碱金属元素原子的电子层数逐渐增多，原子半径逐渐增大，原子核对最外层电子的吸引力逐渐减弱，失电子能力逐渐增强，故从锂到铯，金属性逐渐增强。
元素金属性强弱可以从其单质与水（或酸）反应置换出氢的难易程度，以及它们的最高价氧化物的水化物——氢氧化物的碱性强弱来比较。
（3）碱金属单质的性质
①化学性质：
碱金属单质都能与氧气等非金属单质反应，生成对应的金属氧化物等化合物；都能与水反应，生成对应的金属氢氧化物和氢气；并且随着核电荷数的递增，碱金属单质与氧气、水等物质的反应越来越剧烈。
4Li+O22Li2O/2Na+O2Na2O2/2Na+2H2O==2NaOH+H2↑/2K+2H2O==2KOH+H2↑
2.碱金属元素单质化学性质的相似性和递变性
(1)相似性(用R表示碱金属元素)
(2)递变性
具体表现如下(按从Li→Cs的顺序)
①与O2的反应越来越剧烈，产物越来越复杂，如Li与O2反应只能生成Li2O，Na与O2反应还可以生成Na2O2，而K与O2反应能够生成KO2等。
②与H2O的反应越来越剧烈，如K与H2O反应可能会发生轻微爆炸，Rb与Cs遇水发生剧烈爆炸。
③最高价氧化物对应水化物的碱性逐渐增强。
即碱性：LiOHCl>Br>I。
2．卤素的特殊性
（1）氟无正价，无含氧酸；氟的化学性质特别活泼，遇水生成HF和O2，能与稀有气体反应，氢氟酸能腐蚀玻璃。氟化银易溶于水，无感光性。
（2）氯气易液化，次氯酸具有漂白作用，且能杀菌消毒。
（3）溴是常温下唯一液态非金属单质，溴易挥发，少量溴保存要加水液封，溴对橡胶有较强腐蚀作用。
（4）碘为紫黑色固体，易升华，碘单质遇淀粉变蓝。
3．卤素元素单质化学性质的相似性和递变性
(1)相似性(用X代表卤族元素)：
单质X2 eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(与氢气反应：X2＋H2===2HX,\a\vs4\al(与水,反应)\b\lc\|\rc\ (\a\vs4\al\c1(如X2＋H2O===HX＋HXO（X为Cl、Br、I），,例外：2F2＋2H2O===4HF＋O2))))
化合物→最高价氧化物对应水化物(除氟外)都为强酸
(2)递变性
具体表现如下：
①与H2反应越来越难，对应氢化物的稳定性逐渐减弱，还原性逐渐增强，其水溶液的酸性逐渐增强，即：
稳定性：HF>HCl>HBr>HI；
还原性：HFAl(OH)3。
②比较H2O和SiH4的稳定性强弱的方法：
非金属性：C>Si，O>C，则氢化物稳定性：H2O>CH4>SiH4。
(2)预测未知元素的某些性质
①已知Ca(OH)2微溶，Mg(OH)2难溶，可推知Be(OH)2难溶。
②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不稳定，水溶液呈酸性，AgAt难溶于水。
3. 元素的结构、位置与性质之间的关系
说明：三个定量关系
(1)电子层数＝周期序数
(2)最外层电子数＝主族序数＝最高正化合价(O、F除外)
(3)负化合价与最高正价的绝对值之和为8或2
【关键能力拓展】
一、主族元素在周期表中的位置确定方法
1．依据原子序数
若已知某元素原子序数为7，则确定其在周期表中位置的方法是先画出该元素的原子结构示意图，由其电子层数为2，确定其处于第二周期，由其最外层有5个电子确定其处在第ⅤA族；
2．比大小定周期
比较该元素的原子序数与0族元素的原子序数大小，找出与其相邻近的0族元素，那么该元素就和序数大的0族元素处于同一周期。
3．求差值定族数
（1）若某元素原子序数比相应的0族元素多1或2，则该元素应处在该0族元素所在周期的下一个周期的 ⅠA 族或 ⅡA 族；
（2）若比相应的0族元素少5～1时，则应处在同周期的ⅢA～ⅦA族；
（3）若差其他数，则由相应差数找出相应的族。
二、元素周期表中的序差规律
1．序差规律
（1）同周期相邻主族元素的“序数差”规律
①除第ⅡA族和第ⅡA族外，其余同周期相邻元素序数差为1。
②同周期第ⅡA族和第ⅢA族为相邻元素，其原子序数差为：第二、第三周期相差1，第四、五周期相差11，第六、第七周期相差25。
（2）同主族相邻元素的“序数差”规律
①第二、第三周期的同族元素原子序数相差8。
②第三、第四周期的同族元素原子序数相差有两种情况：第IA族和第ⅡA族相差8，其它族相差18。
③第四、第五周期的同族元素原子序数相差18。
④第五、第六周期的同族元素原子序数镧系之前相差18，镧系之后相差32。
⑤第六、第七周期的同族元素原子序数相差32。
2．奇偶差规律
元素的原子序数与该元素在周期表中的族序数和该元素的主要化合价的奇偶性一致。若原子序数为奇数时，主族族序数、元素的主要化合价均为奇数，反之则均为偶数（但要除去有多种价态的元素）。零族元素的原子序数为偶数，其化合价视为0。
三、同周期、同主族元素性质的变化规律(0族除外)
四、氢氧化铝两性氢氧化物
1．Al(OH)3的物理性
Al(OH)3是不溶于水的白色胶状沉淀，是典型的两性氢氧化物，能凝聚水中的悬浮物，又有吸附色素的性能。
2．Al(OH)3的两性：
当与强酸反应：Al(OH)3+3H+=Al3++3H2O
当与强碱反应：Al(OH)3+OH-=AlO2-+2H2O
3．Al(OH)3的制取：
(1)铝盐与碱反应：用铝盐与可溶性弱碱氨水反应制Al(OH)3：
Al3++3NH3·H2O=Al(OH)3↓+3NH4+
制取Al(OH)3也可用铝盐与强碱作用，但应严格控制加入碱的量，因为强碱过量会使制得的Al(OH)3转化为偏铝酸盐：Al(OH)3+OH-=AlO2-+2H2O。所以，实验室一般不采用这种方法制Al(OH)3。
(2)偏铝酸盐与酸反应：一般用向偏铝酸盐溶液中通入CO2的方法制取Al(OH)3。
当CO2不足或适量时：CO2+2AlO2-+3H2O=2Al(OH)3↓+CO32-，CO2过量时：CO2+AlO2-+2H2O=Al(OH)3↓+HCO3-。
一般不用强酸，因为强酸的量控制不当会使制得的Al(OH)3溶解：AlO2-+H++H2O=Al(OH)3↓ Al(OH)3+3H+=Al3++3H2O
五、解元素推断题的步骤与技巧
解答元素推断题，必须抓住原子结构和元素的有关性质，掌握元素周期表中主要规律，熟悉某些元素(短周期或前20号元素)的性质、存在和用途的特殊性，用分析推理法确定未知元素在周期表中的位置。
(1)解题步骤：
①定范围，即通过审题确定题目限制的元素范围。如短周期元素、常见元素、前20 号元素等；
②挖信息，根据题目叙述，从中找出元素原子结构特征等信息；
③建联系，元素推断一定要联系“元素周期表”，心中有“表”是推断元素的基础；
④巧整合，在上述基础上，将元素周期表结构与已知信息整合，确定元素。
(2)解题技巧：
①将推断的元素代入周期表，看是否完全符合题意；
②当推断元素有多种可能时，要重新检查题意，看是否符合题目要求。
【核心题型例解】
高频考点一 元素周期表的结构及应用
例1. （2022·广东卷）甲～戊均为短周期元素，在元素周期表中的相对位置如图所示。戊的最高价氧化物对应的水化物为强酸。下列说法不正确的是
A. 原子半径：丁＞戊＞乙
B. 非金属性：戊＞丁＞丙
C. 甲的氢化物遇氯化氢一定有白烟产生
D. 丙最高价氧化物对应的水化物一定能与强碱反应
【方法技巧】同主族、邻周期元素的原子序数差的关系
①第ⅠA族元素，随电子层数的增加，原子序数依次相差2、8、8、18、18、32。
②第ⅡA族和0族元素，随电子层数的增加，原子序数依次相差8、8、18、18、32。
③第ⅢA～ⅦA族元素，随电子层数的增加，原子序数依次相差8、18、18、32、32。
【变式探究】 下表列出了A～R共9种元素在周期表中的位置：
下列说法正确的是
A．中原子半径最大的是
B．每种元素形成的化合物中，含元素的化合物最多
C．的非金属性比的非金属性弱
D．的最高价氧化物对应水化物和的最高价氧化物对应水化物之间能发生反应
高频考点二 元素在周期表中的位置推测
例2.（2021·浙江卷）已知短周期元素X、Y、Z、M、Q和R在周期表中的相对位置如下所示，其中Y的最高化合价为+3。下列说法不正确的是
A．还原性：
B．X能从中置换出Z
C．Y能与反应得到Fe
D．M最高价氧化物的水化物能与其最低价氢化物反应
【方法技巧】由稀有气体元素的原子序数确定元素在周期表中位置
原子序数－最邻近的稀有气体元素的原子序数＝ΔZ。
若ΔZ＜0，则与稀有气体元素同周期，族序数为8－|ΔZ|；
若ΔZ＞0，则在稀有气体元素下一周期，族序数为ΔZ。
例如①35号元素(最邻近的是36Kr)，则35－36＝－1，故周期数为4，族序数为8－|－1|＝7，即第四周期第ⅦA族，为溴元素。
②87号元素(相邻近的是86Rn)，则87－86＝1，故周期数为7，族序数为1，即第七周期第ⅠA族，为钫元素。
【变式探究】短周期主族元素X、Y、Z在元素周期表中的相对位置如图所示，其中Y原子的电子总数等于其最外层电子数的3倍。下列说法正确的是
A．最高正化合价：Z＞X＞YB．Z的单质具有漂白性
C．Z的最高价氧化物为ZO3D．简单氢化物的稳定性：Y＜Z
【变式探究】短周期元素X、Y、Z在周期表中的位置关系如图所示，已知X最外层电子数为2，则下列叙述中正确的是
A．Y的最高价氧化物的水化物可能是一种强酸
B．Z可能是活泼的金属元素
C．Y的氢化物稳定性大于Z的氢化物稳定性
D．1mlX的单质可以跟足量水反应，转移的电子为2ml
高频考点三 金属性、非金属性的强弱比较
例3.（2022·浙江卷）W、X、Y、Z为原子序数依次增大的短周期主族元素。W和Y同族，Y的原子序数是W的2倍，X是地壳中含量最多的金属元素。下列说法正确的是
A.非金属性：Y＞WB.XZ3是离子化合物
C.Y、Z的氧化物对应的水化物均为强酸D.X与Y可形成化合物X2Y3
【方法技巧】金属性、非金属性强弱的判断方法
【特别提醒】
①通常根据最高价氧化物对应水化物的酸碱性的强弱判断元素金属性或非金属性的强弱，而不是根据其他化合物酸碱性的强弱来判断。
②非金属性强弱与单质的活泼性不完全一致；通常非金属性越强，其单质越活泼，但也有例外。如非金属性：O>Cl，但Cl2比O2活泼，原因是O2中存在eq \a\vs4\al(O)O双键，比Cl—Cl单键难断裂。
【举一反三】麻醉剂M的分子结构式如图所示，其组成元素均为短周期元素。X、Y、Z、W和E的原子序数依次增大；只有Y、Z、W在同一周期，下列说法错误的是
A．原子半径：Y>Z>W
B．非金属性：W>Z>Y
C．最简单氢化物的沸点：Z>W>Y
D．M分子中所有原子均满足8电子稳定结构
【变式探究】化合物A是一种常用的表面活性剂，结构如图所示。已知X、Y、Z、W、M均为短周期常见元素，W是形成物质种类最多的元素，X、Y同族，Z、M同族，Z原子半径在同周期最大。下列说法错误的是
A．原子半径：Z>Y>X>M
B．非金属性：X>Y> W> M
C．X、Y、W元素形成的氢化物中沸点最高的是X的氢化物
D．均由X、Y、Z、M四种元素组成常见的两种盐可以发生反应
高频考点四 粒子半径的大小比较
例4.（2023·全国甲卷第11题）W、X、Y、Z为短周期主族元素，原子序数依次增大，最外层电子数之和为19。Y的最外层电子数与其K层电子数相等，WX2是形成酸雨的物质之一。下列说法正确的是
A. 原子半径：B. 简单氢化物的沸点：
C. Y与X可形成离子化合物D. Z的最高价含氧酸是弱酸
【方法技巧】粒子半径大小的比较方法
【变式探究】（2023·全国乙卷第10题）一种矿物由短周期元素W、X、Y组成，溶于稀盐酸有无色无味气体生成。W、X、Y原子序数依次增大。简单离子X2-与Y2+具有相同的电子结构。下列叙述正确的是
A. X的常见化合价有-1和-2B. 原子半径大小为 Y＞X＞W
C. YX的水合物具有两性D. W单质只有4种同素异形体
【变式探究】已知X、Y、Z、W为原子序数依次增大的短周期主族元素，其中仅X和Z同主族，X的最外层电子数是次外层电子数的一半，W的地壳中含量最多的金属，X、Y、Z、W的最外层电子数之和为10.下列叙述错误的是
A．最高价氧化物对应水化物的碱性强弱：Z>X
B．简单离子半径：Z>W>Y
C．W的氧化物是两性化合物
D．Y的最高价氧化物对应水化物与Y的简单氢化物反应生成的化合物中含有离子键、共价键
高频考点五 根据元素周期律预测元素的性质
例5.（2022·全国甲卷）Q、X、Y、Z是原子序数依次增大的短周期主族元素，其最外层电子数之和为19。Q与X、Y、Z位于不同周期，X、Y相邻，Y原子最外层电子数是Q原子内层电子数的2倍。下列说法正确的是
A．非金属性：B．单质的熔点：
C．简单氢化物的佛点：D．最高价含氧酸的酸性：
【方法技巧】依据周期律预测元素性质的流程
对于同一主族的陌生元素，首先确定它在元素周期表中的位置，然后确定它是金属元素还是非金属元素，再根据同族元素性质的相似性、递变性及同周期元素的性质变化规律(元素周期律)，来推测该元素及其化合物的性质。如已知卤族元素的性质递变规律，可推知元素砹(At)的单质应为有色固体，与H2难化合，HAt不稳定，HAt水溶液呈酸性，AgAt不溶于水等。
【变式探究】前四周期主族元素X、Y、Z、W、T的原子序数依次增大，其中X与Y同主族，X是构成生命体基本骨架的元素，Z的最高价氧化物对应的水化物为二元强酸，用W原子轰击发生反应：，T单质常温下为液态。下列说法错误的是
A．基态W原子有6种不同能量的电子
B．X单质的熔点一定大于Y单质的
C．简单离子半径：W