元素周期表和元素周期律的命題特點(diǎn)及應(yīng)對(duì)策略

■鄭州外國(guó)語(yǔ)學(xué)校 梁國(guó)順

近五年高考理綜化學(xué)試題中，物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)方面的試題分為兩道，一道為選擇題，另一道為選做題。選擇題考查元素周期表和元素周期律部分，占6分；選做題考查選修3《物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)》的部分，占15分左右。元素周期律和元素周期表是每年高考試題必考內(nèi)容，對(duì)考生升入高等院校繼續(xù)學(xué)習(xí)元素化學(xué)也有較強(qiáng)的指導(dǎo)作用。

考點(diǎn):元素在周期表中的位置，元素金屬性和非金屬性強(qiáng)弱的比較，元素氣態(tài)氫化物的熱穩(wěn)定性大小，最高價(jià)氧化物對(duì)應(yīng)水化物的酸性強(qiáng)弱的比較，原子及離子半徑大小的比較，熟悉電子層結(jié)構(gòu)相同的離子。

應(yīng)對(duì)策略:對(duì)每年必考知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行總結(jié)，對(duì)常見(jiàn)物質(zhì)的重要物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)以及特殊性進(jìn)行歸納，熟練掌握。

1.元素原子結(jié)構(gòu)的周期性和遞變性。

(1)同一主族沒(méi)有周期性，只有相似性和遞變性。同一周期沒(méi)有相似性，只有周期性和遞變性。

(2)同一主族，最外層電子數(shù)相同，最高化合價(jià)相同，非金屬元素的最低負(fù)化合價(jià)相同。從上到下，電子層數(shù)增加，原子半徑增大，金屬性增強(qiáng)，非金屬性減弱。同一周期，電子層數(shù)相同，從左到右最外層電子數(shù)增加，原子半徑減小，金屬性減弱，非金屬性增強(qiáng)。

2.元素的金屬性強(qiáng)弱的判斷方法。

(1)根據(jù)元素在周期表中的位置。

由元素周期表進(jìn)行判斷，同周期中，從左向右，隨核電荷數(shù)的增加，金屬性減弱。同主族中，從上到下，隨核電荷數(shù)的增加，金屬性增強(qiáng)。

(2)依據(jù)金屬活動(dòng)順序表(極少數(shù)除外)。

(3)元素金屬性強(qiáng)弱判斷的實(shí)驗(yàn)依據(jù)。

①金屬單質(zhì)跟水或酸反應(yīng)置換出氫氣的難易程度:越容易置換出氫氣，則金屬性越強(qiáng)，反之，金屬性越弱。

②最高價(jià)氧化物對(duì)應(yīng)水化物的堿性強(qiáng)弱:最高價(jià)氫氧化物的堿性越強(qiáng)，這種金屬元素金屬性越強(qiáng)，反之，金屬性越弱。

③金屬單質(zhì)間的置換反應(yīng):金屬性強(qiáng)的金屬能置換出金屬性弱的金屬。

④高溫下與金屬氧化物間的置換反應(yīng):金屬性強(qiáng)的金屬能置換出金屬性弱的金屬，如鋁熱反應(yīng)。

⑤由原電池的正負(fù)極判斷:一般情況下，活潑性強(qiáng)的作負(fù)極。

⑥由電解池的放電順序判斷:電解時(shí)，在陰極先析出的金屬為不活潑金屬(陽(yáng)離子氧化性強(qiáng)的為不活潑金屬，氧化性弱的為活潑金屬)。

⑦由單質(zhì)的還原性判斷:單質(zhì)的還原性越強(qiáng)，則對(duì)應(yīng)元素的金屬性越強(qiáng)。

⑧由金屬陽(yáng)離子的氧化性強(qiáng)弱判斷:一般情況下，氧化性越強(qiáng)，對(duì)應(yīng)金屬性越弱。特例，三價(jià)鐵的氧化性強(qiáng)于二價(jià)銅。

⑨能量:金屬元素原子失電子吸熱，吸收熱量越少，元素金屬性越強(qiáng)。

3.元素的非金屬性強(qiáng)弱的判斷方法。

(1)根據(jù)元素在周期表中位置。

由元素周期表進(jìn)行判斷，同周期中，從左向右，隨核電荷數(shù)的增加，非金屬性增強(qiáng)。同主族中，從上到下，隨核電荷數(shù)的增加，非金屬性減弱。

(2)元素非金屬性強(qiáng)弱判斷的實(shí)驗(yàn)依據(jù)。

①非金屬元素單質(zhì)與氫氣化合的難易程度及生成氫化物的穩(wěn)定性強(qiáng)弱:如果元素的單質(zhì)跟氫氣化合生成氣態(tài)氫化物容易且穩(wěn)定，則證明這種元素的非金屬性較強(qiáng)，反之，則非金屬性較弱。

②最高價(jià)氧化物對(duì)應(yīng)水化物的酸性強(qiáng)弱:酸性越強(qiáng)則對(duì)應(yīng)的元素的非金屬性越強(qiáng)，如酸性 HClO4＞H2SO4＞H3PO4＞H2CO3，則非金屬性Cl＞S＞P＞C。

③非金屬單質(zhì)間的置換反應(yīng):非金屬性強(qiáng)的單質(zhì)能置換出非金屬性弱的單質(zhì)，如2F2+2H2O══4HF+O2，Cl2+2NaBr══2NaCl+Br2，3Cl2+2NH3══N2+6 HCl。

④由元素形成單質(zhì)的氧化性判斷:一般情況下，氧化性越強(qiáng)，對(duì)應(yīng)非金屬性越強(qiáng)。

⑤由對(duì)應(yīng)簡(jiǎn)單陰離子的還原性判斷:非金屬單質(zhì)對(duì)應(yīng)陰離子的還原性越強(qiáng)，該非金屬元素的非金屬性越弱。常見(jiàn)陰離子的還原性由強(qiáng)到弱的順序是S2-＞I-＞Br-＞Cl-＞F-，則非金屬性S＜I＜Br＜Cl＜F。

⑥與同一可變價(jià)金屬反應(yīng)，生成物中金屬元素價(jià)態(tài)的高低:金屬元素在該產(chǎn)物中價(jià)態(tài)越高，則說(shuō)明該非金屬元素的非金屬性越強(qiáng)。如Cu與Cl2反應(yīng)生成CuCl2，Cu與S反應(yīng)生成Cu2S，說(shuō)明非金屬性Cl＞S。

⑦能量:非金屬元素原子得電子放熱，放熱越多離子越穩(wěn)定，非金屬性越強(qiáng)。

4.粒子半徑大小比較規(guī)律。

(1)同種元素粒子半徑大小比較。

同種元素原子形成的粒子，核外電子數(shù)越多，粒子半徑越大。陽(yáng)離子半徑小于相應(yīng)原子半徑，如r(Na+)＜r(Na)；陰離子半徑大于相應(yīng)原子半徑，如r(Cl—)＞r(Cl)；同種元素不同價(jià)態(tài)的離子，價(jià)態(tài)越高，離子半徑越小，如r(Fe)＞r(Fe+2)＞r(Fe3+)，r(H-)＞r(H)＞r(H+)。

(2)不同元素粒子半徑的比較。

①同周期元素，電子層數(shù)相同，原子序數(shù)越大，原子半徑、最高價(jià)陽(yáng)離子半徑、最低價(jià)陰離子半徑均逐漸減小(僅限主族元素)，如r(Na)＞r(Mg)＞r(Al)＞r(S)＞r(Cl)，r(Na+)＞r(Mg2+)＞r(Al3+)，r(O2-)＞r(F-)。同一周期各元素，陰離子半徑一定大于陽(yáng)離子半徑，如r(O2-)＞r(Li+)。

②同主族元素，最外層電子數(shù)相同，電子層數(shù)越多，原子半徑越大，同價(jià)態(tài)的離子半徑大小也如此，如r(F)＜r(Cl)＜r(Br)＜r(I)，r(F-)＜r(Cl-)＜r(Br-)＜r(I-)，r(Li+)＜r(Na+)＜r(K+)。

③電子層結(jié)構(gòu)相同(核外電子排布相同)的不同粒子，核電荷數(shù)越大，半徑越小，如r(S2-)＞r(Cl-)＞r(Ar)＞r(K+)＞r(Ca2+)，r(O2-)＞r(F-)＞r(Na+)＞r(Mg2+)＞r(Al3+)。

④稀有氣體元素的原子，半徑比與它相鄰的鹵素原子的原子半徑大，如r(Ar)＞r(Cl)。

⑤核電荷數(shù)、電子層數(shù)、電子數(shù)都不相同的粒子，一般可以通過(guò)一種參照粒子進(jìn)行比較，如鋁原子和氧原子，可以通過(guò)硼原子轉(zhuǎn)換，r(Al)＞r(B)＞r(O)，也可以通過(guò)硫原子轉(zhuǎn)換，r(Al)＞r(S)＞r(O)。

5.離子化合物和共價(jià)化合物的組成、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)(見(jiàn)表1)。

表1

例1a、b、c、d為原子序數(shù)依次增大的短周期主族元素，a原子核外電子總數(shù)與b原子次外層的電子數(shù)相同，c所在周期數(shù)與族數(shù)相同，d與a同族，下列敘述正確的是( )。

A.原子半徑:d＞c＞b＞a

B.4種元素中b的金屬性最強(qiáng)

C.c的氧化物的水化物是強(qiáng)堿

D.d單質(zhì)的氧化性比a單質(zhì)的氧化性強(qiáng)

解析:分析可知a為O元素，b可能為Na或Mg，c為Al，d為S元素。同周期元素從左到右原子半徑逐漸減小，應(yīng)為b＞c＞d，a為O，原子半徑最小，故A項(xiàng)錯(cuò)誤；同周期元素從左到右元素的金屬性逐漸降低，則金屬性b＞c，a、d為非金屬，金屬性較弱，則4種元素中b的金屬性最強(qiáng)，故B項(xiàng)正確；c為Al，對(duì)應(yīng)的氧化物的水化物為氫氧化鋁，為弱堿，故C項(xiàng)錯(cuò)誤；一般來(lái)說(shuō)，元素的非金屬性越強(qiáng)，對(duì)應(yīng)的單質(zhì)的氧化性越強(qiáng)，應(yīng)為a單質(zhì)的氧化性強(qiáng)，故D項(xiàng)錯(cuò)誤。

答案:B

例2短周期元素W、X、Y和Z在周期表中的相對(duì)位置如表2所示，這四種元素原子的最外層電子數(shù)之和為21。下列關(guān)系正確的是( )。

表2

A.氫化物沸點(diǎn):W＜Z

B.氧化物對(duì)應(yīng)水化物的酸性:Y＞W(wǎng)

C.化合物熔點(diǎn):Y2X3＜YZ3

D.簡(jiǎn)單離子的半徑:Y＜X

解析:由元素在周期表中的位置可知W、X為第二周期，Y、Z為第三周期，設(shè)Y的最外層電子數(shù)為n，則W的最外層電子數(shù)為n+2，X的最外層電子數(shù)為n+3，Z的最外層電子數(shù)為n+4，則n+n+2+n+3+n+4=21，n=3，則Y為Al元素，W為N元素，X為O元素，Z為Cl元素。

W為N元素，對(duì)應(yīng)的氫化物分子之間可形成氫鍵，沸點(diǎn)比HCl高，故A項(xiàng)錯(cuò)誤；Y為Al，對(duì)應(yīng)的氧化物的水化物呈堿性，W為N，對(duì)應(yīng)的氧化物的水化物溶液呈酸性，故B項(xiàng)錯(cuò)誤；Al2O3為離子化合物，AlCl3為共價(jià)化合物，離子化合物的熔點(diǎn)較高，故C項(xiàng)錯(cuò)誤；X為O，Y為Al，對(duì)應(yīng)的離子具有相同的核外電子排布，核電荷數(shù)越大離子半徑越小，故D項(xiàng)正確。

點(diǎn)評(píng):本題考查位置結(jié)構(gòu)性質(zhì)關(guān)系應(yīng)用，為高考常見(jiàn)題型和高頻考點(diǎn)，側(cè)重考查考生的分析能力，元素的相對(duì)位置以及核外最外層電子的關(guān)系是解答本題的突破口，明確短周期及元素在周期表中的位置來(lái)推斷，難度不大。

答案:D

例3a、b、c、d為短周期元素，a的原子中只有1個(gè)電子，b2-和c+的電子層結(jié)構(gòu)相同，d與b同族。下列敘述錯(cuò)誤的是( )。

A.a與其他三種元素形成的二元化合物中其化合價(jià)均為+1

B.b與其他三種元素均可形成至少兩種二元化合物

C.c的原子半徑是這些元素中最大的

D.d與a形成的化合物的溶液呈弱酸性

解析:a、b、c、d為短周期元素，a的原子中只有1個(gè)電子，a為H；根據(jù)離子所帶電荷可知b2-可能是 O2-、S2-，C+可能是Na+，b2-和c+的電子層結(jié)構(gòu)相同，所以b為O，c為Na；d與b同族，d為S。氫元素與其他三種元素形成的二元化合物中，NaH中H元素的化合價(jià)為-1，A項(xiàng)錯(cuò)誤；氧元素與其他三種元素形成的二元化合物分別是:H2O、H2O2，Na2O、Na2O2，SO2、SO3，均可形成至少兩種二元化合物，B項(xiàng)正確；a、b、c、d分別為氫元素、氧元素、鈉元素、硫元素，電子層數(shù)越多，原子半徑越大，同周期元素，核電荷數(shù)越小，原子半徑越大，因此鈉的原子半徑是這些元素中最大的，C項(xiàng)正確；硫元素和氫元素形成的硫化氫的溶液呈弱酸性，D項(xiàng)正確。

答案:A

例4四種短周期主族元素 W、X、Y、Z的原子序數(shù)依次增大，W、X的簡(jiǎn)單離子具有相同電子層結(jié)構(gòu)，X的原子半徑是短周期主族元素原子中最大的，W與Y同族，Z與X形成的離子化合物的水溶液呈中性。下列說(shuō)法正確的是( )。

A.簡(jiǎn)單離子半徑:W＜X＜Z

B.W與X形成的化合物溶于水后溶液呈堿性

C.氣態(tài)氫化物的熱穩(wěn)定性:W＜Y

D.最高價(jià)氧化物的水化物的酸性:Y＞Z

解析:X的原子半徑是短周期主族元素原子中最大的，X為Na；Z與X形成的離子化合物的水溶液呈中性，為氯化鈉，Z為Cl；W、X的簡(jiǎn)單離子具有相同電子層結(jié)構(gòu)，W為氧元素。W與Y同族，則Y為硫元素。

鈉離子和氧離子電子層結(jié)構(gòu)相同，核電荷數(shù)越大，半徑越小，故鈉離子半徑小于氧離子半徑，故A項(xiàng)錯(cuò)誤；氧和鈉形成的化合物為氧化鈉或過(guò)氧化鈉，其水溶液都為氫氧化鈉，顯堿性，故B項(xiàng)正確；水和硫化氫比較，水穩(wěn)定性強(qiáng)，故C項(xiàng)錯(cuò)誤；最高價(jià)氧化物對(duì)應(yīng)的水化物中高氯酸是最強(qiáng)酸，故D項(xiàng)錯(cuò)誤。

答案:B

例5W、X、Y、Z均為短周期元素，原子序數(shù)依次增加，且原子核外L電子層的電子數(shù)分別為0、5、8、8，它們的最外層電子數(shù)之和為18。下列說(shuō)法正確的是( )。

A.單質(zhì)的沸點(diǎn):W＞X

B.陰離子的還原性:W＞Z

C.氧化物的水化物的酸性:Y＜Z

D.X與Y不能存在于同一離子化合物中

解析:W的L層電子數(shù)為0，可知W為H；X的L層電子數(shù)為5，可知X為N；Y和Z的L層電子數(shù)為8，均為第3周期元素；根據(jù)它們的最外層電子數(shù)之和為18，原子序數(shù)依次增加，可知Y為P元素，Z為Cl元素。

氫氣和氮?dú)饩鶠榉肿泳w，相對(duì)分子質(zhì)量越大，熔沸點(diǎn)越高，N2＞H2，A項(xiàng)錯(cuò)誤；H元素的非金屬性比Cl弱，所以簡(jiǎn)單離子還原性H+＞Cl-，B項(xiàng)正確；C項(xiàng)未指明是最高價(jià)氧化物水化物的酸性，錯(cuò)誤；從物質(zhì)分類的角度，鹽類中可能存在N和P兩元素，陽(yáng)離子可能是NH+4、PH+4，陰離子可能是含N、P的含氧酸根，D項(xiàng)錯(cuò)誤。

答案:B

點(diǎn)評(píng):考查晶體熔沸點(diǎn)高低判斷依據(jù)，元素非金屬性強(qiáng)弱判斷方法，非金屬元素形成的粒子特點(diǎn)。

例6原子序數(shù)依次增大的元素a、b、c、d，它們的最外層電子數(shù)分別為1、6、7、1。a-的電子層結(jié)構(gòu)與氦相同，b和c的次外層有8個(gè)電子，c-和d+的電子層結(jié)構(gòu)相同。下列敘述錯(cuò)誤的是( )。

A.元素的非金屬性次序?yàn)閏＞b＞a

B.a和其他3種元素均能形成共價(jià)化合物

C.d和其他3種元素均能形成離子化合物

D.元素a、b、c各自最高和最低化合價(jià)的代數(shù)和分別為0、4、6

解析:a-的電子層結(jié)構(gòu)與氦相同，a是H元素。b和c的次外層有8個(gè)電子，b、c都是第三周期元素，b、c的最外層電子數(shù)分別為6、7，b、c依次為S、Cl。c-和d+的電子層結(jié)構(gòu)相同，d為K。

非金屬性Cl＞S＞H，即c＞b＞a，A項(xiàng)正確；活潑金屬 K、Ca、Na、Mg與 H、S、Cl等非金屬能形成離子化合物，H與非金屬元素形成的化合物都是共價(jià)化合物，所以，B項(xiàng)錯(cuò)誤，C項(xiàng)正確；根據(jù)化合價(jià)的遞變規(guī)律，D選項(xiàng)也是正確的。

答案:B

點(diǎn)評(píng):考查離子化合物、共價(jià)化合物的組成特點(diǎn)，短周期元素非金屬性強(qiáng)弱判斷，主族元素常見(jiàn)的化合價(jià)。

例7某晶體中含有極性鍵，關(guān)于該晶體的說(shuō)法錯(cuò)誤的是( )。

A.不可能有很高的熔沸點(diǎn)

B.不可能是單質(zhì)

C.可能是有機(jī)物

D.可能是離子晶體

解析:二氧化硅晶體中含有極性鍵，具有較高的熔沸點(diǎn)，故A項(xiàng)錯(cuò)誤；單質(zhì)形成的原子晶體中含有非極性鍵，故B項(xiàng)正確；冰醋酸晶體中含有極性鍵，故C項(xiàng)正確；NaOH中含有極性鍵，是離子晶體，故D項(xiàng)正確。

答案:A