元素周期表和周期律典例全解

江西 劉智勇

元素周期表和周期律典例全解

江西 劉智勇

元素周期表和周期律是中學(xué)化學(xué)重要的基本理論之一，一直是高考考查的重點(diǎn)和熱點(diǎn)，新課標(biāo)高考無(wú)論是內(nèi)容還是難度均趨于穩(wěn)定，題型既有選擇題，又有非選擇題。主要考查元素、核素、同位素的基本概念及原子結(jié)構(gòu)與微粒間的關(guān)系；以短周期元素為載體考查同周期或同主族元素性質(zhì)的遞變規(guī)律與原子結(jié)構(gòu)的關(guān)系；意在考查學(xué)生的分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。本文主要通過(guò)例題的方式對(duì)考題進(jìn)行詳解。

考點(diǎn)一：原子結(jié)構(gòu)及基本粒子之間的關(guān)系

【例1】（真題匯編）下列敘述正確的是（ ）

A．（2015·江蘇）質(zhì)子數(shù)為17，中子數(shù)為20的氯原子Cl

D．（2012·山東）同種元素的原子均有相同的質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)

G．（2010·山東）通過(guò)化學(xué)變化可實(shí)現(xiàn)16O與18O間的相互轉(zhuǎn)化

【解析】A項(xiàng)，原子符號(hào)中左上角應(yīng)為質(zhì)量數(shù)（中子數(shù)＋質(zhì)子數(shù)），該氯原子應(yīng)為Cl，錯(cuò)誤。B項(xiàng)，Pu與U兩種核素的質(zhì)子數(shù)不相同，不屬于同位素，錯(cuò)誤。C項(xiàng)，Pu與U兩種核素的質(zhì)子數(shù)不相同，不是同種元素，不具有完全相同的化學(xué)性質(zhì)，錯(cuò)誤。D項(xiàng)，同種元素的原子具有相同的質(zhì)子數(shù)，但中子數(shù)不一定相同，如H、H和H，錯(cuò)誤。E項(xiàng)，U和U是同位素，屬于不同種核素，錯(cuò)誤。F項(xiàng)，I和I是同位素，化學(xué)性質(zhì)幾乎完全相同，正確。G項(xiàng)，化學(xué)變化是生成新物質(zhì)，原子不變，而16O與18O間是原子發(fā)生變化，錯(cuò)誤。

【答案】F

【鏈接】1．任何微粒中，質(zhì)量數(shù)＝質(zhì)子數(shù)＋中子數(shù)，但質(zhì)子數(shù)與電子數(shù)不一定相等，如陰、陽(yáng)離子。

2．有質(zhì)子的微粒不一定有中子，如1H，有質(zhì)子的微粒不一定有電子，如H＋。

3．質(zhì)子數(shù)相同的微粒不一定屬于同一種元素，如F與OH－。

4．同位素的中子數(shù)不同，質(zhì)子數(shù)相同，化學(xué)性質(zhì)幾乎完全相同，物理性質(zhì)差異較大。

5．質(zhì)子數(shù)相同的微粒不一定屬于同一種元素，如Ne和H2O。

7．核變化不屬于物理變化，也不屬于化學(xué)變化。

考點(diǎn)二：核外電子排布規(guī)律的應(yīng)用

【例2】A、B、C、D、E、F六種短周期主族元素，它們的原子序數(shù)依次增大。已知：A元素的原子半徑最小，B元素原子的最外層電子數(shù)是內(nèi)層電子數(shù)的2倍，C元素的最高價(jià)氧化物對(duì)應(yīng)的水化物與其氫化物反應(yīng)能生成鹽，D與E同主族，E元素原子的最外層電子數(shù)比次外層電子數(shù)少2。請(qǐng)回答：

（1）D和E兩種元素相比較，其原子得電子能力較強(qiáng)的是____________（寫(xiě)名稱(chēng)）。以下說(shuō)法中，可以證明上述結(jié)論的是_____________（填寫(xiě)編號(hào)）。

a．比較這兩種元素的常見(jiàn)單質(zhì)的沸點(diǎn)

b．二者形成的化合物中，D元素的原子顯負(fù)價(jià)

c．比較這兩種元素的氣態(tài)氫化物的穩(wěn)定性

d．比較這兩種元素氫化物的水溶液的酸性

（2）元素A、D、E與鈉元素可形成兩種酸式鹽，這兩種酸式鹽在水溶液中反應(yīng)的離子方程式是________________。

（3）由元素A、B、D組成的一元酸X為日常生活中的調(diào)味劑，元素A、F組成的化合物為Y。在等體積、等pH的X、Y的溶液中分別加入等質(zhì)量的鋅粉，反應(yīng)后若最后僅有一份溶液中存在鋅粉，則反應(yīng)過(guò)程中兩溶液中反應(yīng)速率的大小關(guān)系是X_______________（填“＞”“＝”或“＜”）Y。

（4）元素F的單質(zhì)常溫下是一種氣體，工業(yè)上主要是通過(guò)電解其鈉鹽的飽和溶液的方法獲得該氣體，假定裝入的飽和溶液為100mL（電解前后溶液體積變化可忽略），當(dāng)測(cè)得陰極上產(chǎn)生11．2mL（標(biāo)準(zhǔn)狀況）氣體時(shí)停止通電，將溶液搖勻，此時(shí)溶液的pH為_(kāi)________________。

②B元素原子的最外層電子數(shù)是內(nèi)層電子數(shù)的2倍根據(jù)核外電子排布規(guī)律可推斷B是C元素；

③C元素的最高價(jià)氧化物對(duì)應(yīng)的水化物與其氫化物反應(yīng)能生成鹽根據(jù)物質(zhì)間的反應(yīng)關(guān)系可推斷C是N元素；

④E元素原子的最外層電子數(shù)比次外層電子數(shù)少2根據(jù)原子序數(shù)關(guān)系及核外電子排布規(guī)律可推斷E是S元素；

⑤D與E同主族根據(jù)元素在周期表中的位置關(guān)系可推斷E是O元素；

⑥根據(jù)原子序數(shù)關(guān)系可推斷F是Cl元素。

【解析】根據(jù)以上可知，A是氫，B是碳，C是氮，D是氧，E是硫，F(xiàn)是氯。

（1）氧、硫同主族，故氧的非金屬性比硫強(qiáng)。沸點(diǎn)是物質(zhì)的物理性質(zhì)，不能作為判斷非金屬性的依據(jù)，a項(xiàng)錯(cuò)誤；S、O形成的化合物中，共用電子對(duì)偏向非金屬性強(qiáng)的元素，b正確；氫化物的穩(wěn)定性可以作為判斷非金屬性的依據(jù)，而其水溶液酸性強(qiáng)弱不能作為判斷非金屬性強(qiáng)弱的依據(jù)，c正確、d錯(cuò)誤。

（2）NaHSO4為強(qiáng)酸酸式鹽、NaHSO3為弱酸酸式鹽，故書(shū)寫(xiě)離子方程式時(shí)，HSO不能拆分。

【答案】（1）氧 bc （2）H＋＋HSOSO2↑＋H2O（3）＞ （4）12

【鏈接】1．短周期元素原子的結(jié)構(gòu)特征：

①最外層電子數(shù)為1的有H、Li、Na；

②最外層電子數(shù)為2的有He、Be、Mg；

③最外層電子數(shù)與次外層電子數(shù)相等的有Be、Ar；

④最外層電子數(shù)是次外層電子數(shù)2倍的是C；最外層電子數(shù)是電子層數(shù)3倍的有O；

⑤最外層電子數(shù)是次外層電子數(shù)3倍的是O；

⑥最外層電子數(shù)是次外層電子數(shù)4倍的是Ne；

⑦次外層電子數(shù)是最外層電子數(shù)2倍的有Li、Si；

⑧內(nèi)層電子總數(shù)是最外層電子數(shù)2倍的有Li、P；

⑨電子層數(shù)與最外層電子數(shù)相等的有H、Be、Al；

⑩電子層數(shù)為最外層電子數(shù)2倍的有Li；最外層電子數(shù)是電子層數(shù)2倍的有He、C、S。

2．元素原子核外電子排布規(guī)律：

①最外層電子數(shù)x（3≤x＜8）的一定是主族元素。

②最外層只有1個(gè)或2個(gè)電子，則可能是ⅠA、ⅡA族元素，也可能是副族或0族元素氦。

③最外層電子數(shù)比次外層電子數(shù)多的元素一定位于第二周期。

④某元素的陰離子最外層電子數(shù)與次外層相同，則該元素位于第3周期。

⑤電子層結(jié)構(gòu)相同的離子，若電性相同，則位于同周期；若電性不同，則陽(yáng)離子位于陰離子的下一周期。

考點(diǎn)三：元素周期表結(jié)構(gòu)的考查

【例3】（真題匯編）下列敘述正確的是（ ）

A．（2013天津）第二周期元素從左到右，最高正價(jià)從＋1遞增到＋7

B．（2011山東）元素周期表中位于金屬和非金屬分界線(xiàn)附近的元素屬于過(guò)渡元素

C．（2011山東）元素原子的最外層電子數(shù)等于元素的最高化合價(jià)

D．（2011安徽）根據(jù)主族元素最高正化合價(jià)與族序數(shù)的關(guān)系，推出鹵族元素的最高正價(jià)都是＋7

【解析】A項(xiàng)，第二周期，O、F沒(méi)有正價(jià)，元素從左到右，最高正價(jià)從＋1遞增到＋5，故A錯(cuò)誤。B項(xiàng)，過(guò)渡元素位于七個(gè)副族和Ⅷ族，故B錯(cuò)誤。C項(xiàng)，對(duì)于主族元素（除了O、F外），最外層電子數(shù)等于其最高化合價(jià)；對(duì)于副族元素，最外層電子數(shù)不等于元素的最高化合價(jià)。D項(xiàng)，氟元素是最強(qiáng)的非金屬，沒(méi)有正價(jià)，故D錯(cuò)誤。

【答案】均錯(cuò)誤

【鏈接】1．周期表結(jié)構(gòu)：“七橫七周期，三短四長(zhǎng)；十八縱行十六族，七主七副一Ⅷ一0”。

2．周期表族位置：

__列1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18_ __族__ _ⅠA_ _ⅡA_ _ⅢB_ _ⅣB_ _ⅤB_ _ⅥB_ _ⅦBⅧⅠBⅡBⅢAⅣAⅤAⅥAⅦA 0

3．0族原子序數(shù)：He 2，Ne 10，Ar 18，Kr 36，Xe 54，Rn 86。

4．周期元素種類(lèi)：從一到七周期分別是2、8、8、18、18、32、32。

5．同周期ⅡA族和ⅢA族原子序數(shù)的差值可能為1、11、25。

6．所含元素種類(lèi)最多的族是ⅢB族，形成化合物種類(lèi)最多的元素在ⅣA族。

7．原子序數(shù)＝核電荷數(shù)＝質(zhì)子數(shù)＝核外電子數(shù)。

考點(diǎn)四：元素周期表中元素性質(zhì)的考查

【例4】（2015福建）短周期元素X、Y、Z、W在元素周期表中的相對(duì)位置如下圖所示，其中W原子的質(zhì)子數(shù)是其最外層電子數(shù)的3倍，下列說(shuō)法不正確的是（ ）

A．原子半徑：W＞Z＞Y＞X

B．最高價(jià)氧化物對(duì)應(yīng)水化物的酸性：X＞W(wǎng)＞Z C．最簡(jiǎn)單氣態(tài)氫化物的熱穩(wěn)定性：Y＞X＞W(wǎng)＞Z

D．元素X、Z、W的最高化合價(jià)分別與其主族序數(shù)相等

【審題】短周期元素W原子的質(zhì)子數(shù)是其最外層電子數(shù)的3倍，則W是P元素，根據(jù)元素在周期表中的位置關(guān)系可確定：X是N元素，Y是O元素；Z是Si元素。

【解析】原子半徑：Si＞P＞N＞O，故A錯(cuò)誤。X、W、Z對(duì)應(yīng)的最高價(jià)氧化物對(duì)應(yīng)的水化物的酸性：HNO3＞H3PO4＞H2SiO3，故B正確。Y、X、W、Z簡(jiǎn)單氣態(tài)氫化物的穩(wěn)定性：H2O＞NH3＞PH3＞SiH4，故C正確。N、P、Si的最高化合價(jià)分別與其主族序數(shù)相等，故D正確。

【鏈接】1．元素化合價(jià)規(guī)律：

①主族元素的最高正價(jià)等于主族序數(shù)，且等于主族元素原子的最外層電子數(shù)，其中氧、氟無(wú)正價(jià)。

②非金屬元素的最高正價(jià)與最低負(fù)價(jià)的絕對(duì)值之和為8，絕對(duì)值之差為0、2、4、6的主族元素分別位于ⅣA、ⅤA、ⅥA、ⅦA族。

2．微粒半徑大小比較：

①同周期元素的原子半徑隨核電荷數(shù)增大而逐漸減小（稀有氣體元素除外），如Na＞Mg＞Al＞Si。

②同主族元素的原子半徑隨核電荷數(shù)增大而逐漸增大，如Li＜Na＜K。

③具有電子層結(jié)構(gòu)相同的離子半徑隨核電荷數(shù)的增加而減小，如O2－＞F－＞Na＋＞Mg2＋＞Al3＋。

④同種元素原子形成的微粒電子數(shù)越多，半徑越大，如Fe＞Fe2＋＞Fe3＋。

3．元素金屬性、非金屬性強(qiáng)弱比較：

（1）元素金屬性

考點(diǎn)五：“位—構(gòu)—性”的綜合考查

【例5】（2012四川）已知W、X、Y、Z為短周期元素，W、Z同主族，X、Y、Z同周期，W的氣態(tài)氫化物的穩(wěn)定性的大于Z的氣態(tài)氫化物的穩(wěn)定性，X、Y為金屬元素，X的陽(yáng)離子的氧化性小于Y的陽(yáng)離子的氧化性。下列說(shuō)法正確的是（ ）

A．X、Y、Z、W的原子半徑依次減小

B．W與X形成的化合物中只含離子鍵

C．W的氣態(tài)氫化物的沸點(diǎn)一定高于Z的氣態(tài)氫化物的沸點(diǎn)

D．若W與Y的原子序數(shù)相差5，則二者形成化合物的化學(xué)式一定為Y2W3

【審題】①短周期元素W、X、Y、Z屬于前三周期；

【解析】結(jié)合W、X、Y、Z之間的位置關(guān)系可以推測(cè)，X、Y、Z、W的原子半徑依次減小，A項(xiàng)正確；W與X形成的化合物，如Na2O2中含有離子鍵和非極性鍵，B項(xiàng)錯(cuò)誤；若W為C，其氫化物分子間不存在氫鍵，由于相對(duì)分子質(zhì)量較小，沸點(diǎn)較低，C項(xiàng)錯(cuò)誤；W與Y的原子序數(shù)相差5，可能形成Mg3N2或Al2O3，D項(xiàng)錯(cuò)誤。

【技巧】

【警示】1．誤認(rèn)為元素非金屬性越強(qiáng)，其氧化物的水化物的酸性越強(qiáng)，忽略關(guān)鍵詞“最高價(jià)”。

2．氣態(tài)氫化物水溶液的酸性強(qiáng)弱不能判斷元素非金屬性強(qiáng)弱，如酸性：HCl＞HF，不能證明氯的非金屬性強(qiáng)于氟的非金屬性。

3．元素非金屬性或金屬性的強(qiáng)弱應(yīng)根據(jù)得、失電子的難易判斷，而不是根據(jù)得、失電子的多少。

4．并非所有元素的簡(jiǎn)單氣態(tài)氫化物分子間都存在氫鍵，只有N、O、F的氫化物分子間存在氫鍵。

（作者單位：江西省贛縣中學(xué)）