元素周期律與元素周期表的知識歸納與詳解

江蘇

季宗寶

元素周期律及元素周期表是中學(xué)化學(xué)階段重要的理論基礎(chǔ)，也是高考必考考點(diǎn)，通常以選擇題形式考查，如何快速高效地突破此類型題，本文將以全國卷和江蘇卷為例，從《考試大綱》解讀、考點(diǎn)分析、解題步驟以及真題分析四個方面進(jìn)行解讀。

一、《考試大綱》解讀

全國卷江蘇卷︽考試大綱︾要求1.了解原子核外電子排布規(guī)律2.掌握元素周期律的實(shí)質(zhì),了解元素周期表結(jié)構(gòu)(周期、族)及其應(yīng)用3.以第三周期為例,掌握同一周期內(nèi)元素的性質(zhì)遞變規(guī)律與原子結(jié)構(gòu)的關(guān)系4.了解金屬、非金屬元素在周期表中的位置及其性質(zhì)遞變規(guī)律1.掌握1～18號元素的原子核外電子排布,能用原子結(jié)構(gòu)示意圖表示原子和簡單離子的結(jié)構(gòu)。2.了解元素周期表(長式)的結(jié)構(gòu)(周期、族)及其應(yīng)用;掌握同一周期、同一主族元素的原子結(jié)構(gòu)與元素性質(zhì)的遞變規(guī)律3.理解元素(主族和零族)原子結(jié)構(gòu)、在周期表中的位置、性質(zhì)及它們之間的關(guān)系

二、考點(diǎn)分析

1.比較原子半徑、離子半徑大小；

2.比較金屬性與非金屬性的強(qiáng)弱或者考其判斷依據(jù)；

3.比較元素氧化性或還原性的強(qiáng)弱；

4.考查元素組成化合物的價鍵類型或者組成化合物的類型；

5.考查元素及其化合物的性質(zhì)，或者推斷同主族元素可能的性質(zhì)；

6.考查形成化合物的種類。

三、解題步驟

此類題型有兩種：第一種是文字表達(dá)型，第二種是圖表型。無論哪種形式，解答此類題關(guān)鍵是要抓住元素的“位——構(gòu)——性”之間的關(guān)系來進(jìn)行解題。具體步驟如下：

步驟1：首先通過題干信息推斷出對應(yīng)的元素在元素周期表中的位置或者根據(jù)元素在周期表中的位置推出元素，這是解題的關(guān)鍵所在。

步驟2：在步驟1的基礎(chǔ)上畫出幾種元素的相對位置關(guān)系圖，再結(jié)合圖1，畫出四個箭頭，寫上“金屬性、非金屬性”幾個字來幫助我們快速而又準(zhǔn)確地解題。

圖1

四、真題分析

高考真題具有一定的代表性和方向性，下面通過幾道真題來具體談?wù)劥祟愵}目的一些解法和解題的心得體會，只要認(rèn)真揣摩，便會茅塞頓開。

【例1】(2018·江蘇卷·8)短周期主族元素X、Y、Z、W原子序數(shù)依次增大，X是地殼中含量最多的元素，Y原子的最外層只有一個電子，Z位于元素周期表ⅢA族，W與X屬于同一主族。下列說法正確的是

( )

A.原子半徑：r(W)>r(Z)>r(Y)

B.由X、Y組成的化合物中均不含共價鍵

C.Y的最高價氧化物的水化物的堿性比Z的弱

D.X的簡單氣態(tài)氫化物的熱穩(wěn)定性比W的強(qiáng)

【答案】D

【解析】首先，通過已知X是地殼中含量最多的元素，可知X為氧元素，元素X、Y、Z、W原子序數(shù)依次增大，且Y原子的最外層只有一個電子，則Y為鈉元素，Z位于元素周期表ⅢA族，則Z為鋁元素，W與X屬于同一主族，可知W為硫元素。其次畫出這幾種元素的相對位置示意圖，如圖2。

圖2

由圖2可以看出A項中Y的原子半徑最大，所以錯誤；C項中的堿性強(qiáng)弱即金屬性的強(qiáng)弱，可知Y的最高價氧化物的水化物堿性強(qiáng)于Z,所以錯誤；D項中簡單氣態(tài)氫化物的熱穩(wěn)定性強(qiáng)弱即非金屬性的強(qiáng)弱，可知X的簡單氣態(tài)氫化物的熱穩(wěn)定性比W的強(qiáng)，所以正確,這樣可以輕而易舉地找出正確答案；而B項X、Y組成的化合物中，若形成Na2O2則含有共價鍵，對學(xué)生的基礎(chǔ)知識要求比較高。

【點(diǎn)評】活潑金屬鈉元素與氧元素形成的化合物是一個高頻考點(diǎn)，如從形成氧化物的數(shù)量考查，形成的氧化物有Na2O和Na2O2兩種；從化學(xué)鍵角度考查，二者形成的化合物中一定含有離子鍵，也可能含有共價鍵；從電子式角度考查，二者組成的化合物中陰陽離子個數(shù)比均為1∶2。

【例2】(2018·全國卷Ⅰ·12)主族元素W、X、Y、Z的原子序數(shù)依次增加，且均不大于20。W、X、Z最外層電子數(shù)之和為10；W與Y同族；W與Z形成的化合物可與濃硫酸反應(yīng)，其生成物可腐蝕玻璃。下列說法正確的是

( )

A.常溫常壓下X的單質(zhì)為氣態(tài)

B.Z的氫化物為離子化合物

C.Y和Z形成的化合物的水溶液呈堿性

D.W與Y具有相同的最高化合價

【答案】B

【解析】主族元素W、X、Y、Z的原子序數(shù)依次增加，且均不大于20。W與Z形成的化合物可與濃硫酸反應(yīng)，其生成物可腐蝕玻璃，生成物是HF，因此W是氟元素，Z是鈣元素或鉀元素，W與Y同主族，則Y是氯元素。W、X、Z的最外層電子數(shù)之和為10的原子序數(shù)大于F，所以X是鈉元素或鎂元素。則A項金屬鈉、鎂常溫常壓下是固態(tài)，A錯誤；B項CaH2、KH中含有離子鍵，屬于離子化合物，B正確；C項Y與Z形成的化合物是KCl或CaCl2，其水溶液顯中性，C錯誤；D項F是最活潑的非金屬，沒有正價，氯元素的最高化合價為+7價，D錯誤。

【點(diǎn)評】準(zhǔn)確判斷出元素名稱是解答的關(guān)鍵，突破點(diǎn)是能腐蝕玻璃的物質(zhì)為HF，進(jìn)而推斷出CaF2能與濃硫酸反應(yīng)生成HF。易錯點(diǎn)是選項B，注意金屬氫化物的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，與非金屬氫化物的不同。難點(diǎn)是氟化鈣與濃硫酸反應(yīng)屬于學(xué)生不熟悉的知識點(diǎn)。

【例3】(2017·江蘇卷·5)短周期主族元素X、Y、Z、W原子序數(shù)依次增大，其中只有Y、Z處于同一周期且相鄰，Z是地殼中含量最多的元素，W是短周期中金屬性最強(qiáng)的元素。下列說法正確的是

( )

A.原子半徑:r(X)

B.W的最高價氧化物的水化物是一種弱堿

C.Y的單質(zhì)的氧化性比Z的強(qiáng)

D.X、Y、Z三種元素可以組成共價化合物和離子化合物

【答案】D

【解析】Z是地殼中含量最多的元素，為氧元素；Y與Z同周期且相鄰，為氮元素；W是短周期中金屬性最強(qiáng)的元素，為鈉元素；X與其他元素在不同周期，為氫元素。A項中氮原子半徑大于氧原子半徑，錯誤；B項中W的最高價氧化物的水化物是NaOH，為強(qiáng)堿，錯誤；C項中氮?dú)獾难趸员妊鯕馊?，錯誤；D項中H、N、O三種元素可組成共價化合物，如HNO3，也可組成離子化合物，如NH4NO3，正確。

【點(diǎn)評】本題比較具有代表性，第一，對X元素的分析，X、Y、Z、W原子序數(shù)依次增大，且與其他元素在不同周期，故X元素只能是H元素，可以迅速判斷。第二，對于H、N、O三種元素組成的化合物，可以是共價化合物，也可以是離子化合物，形成的化合物可以是酸,如HNO3，可以是堿，如NH3·H2O,還可以是鹽，如NH4NO3。這些都是?？伎键c(diǎn)。

【例4】(2017·江蘇卷·5·改編)短周期主族元素X、Y、Z、W的原子序數(shù)依次增大，X的最高正價與最低負(fù)價代數(shù)和為2，Y是地殼中含量最多的元素，Z原子的最外層電子數(shù)是Y原子的最外層電子數(shù)的一半，W與Y同主族。下列說法正確的是

( )

A.原子半徑：r(X)

B.電解由Y、Z組成的化合物可獲得Z的單質(zhì)

C.W的簡單氣態(tài)氫化物的熱穩(wěn)定性比Y的強(qiáng)

D.由X、Y組成的化合物只有一種

【答案】B

【解析】短周期主族元素X、Y、Z、W的原子序數(shù)依次增大，且X的最高正價與最低負(fù)價代數(shù)和為2，故X為氮元素，Y是地殼中含量最多的元素，則Y為氧元素，Z原子的最外層電子數(shù)是Y原子的最外層電子數(shù)的一半，則Z為鋁元素,W與Y同主族,故W為硫元素。然后畫出四種元素的相對位置示意圖，可以判斷出A項和C項錯誤，而D項中由X、Y組成的化合物應(yīng)為兩種，故錯誤，對于B項，電解由Y、Z組成的化合物Al2O3可獲得鋁單質(zhì)，正確。

【點(diǎn)評】此題有三個亮點(diǎn)，一是通過化合價推斷元素，一些同學(xué)掌握不太好，其實(shí)很簡單可以解決，當(dāng)題干中出現(xiàn)有關(guān)化合價的信息時候，可以畫出1-18號元素后，在第三周期元素符號上方標(biāo)出它們的正負(fù)化合價區(qū)間，這樣可以一目了然地判斷出對應(yīng)的元素；二是對于活潑金屬的冶煉也是常考考點(diǎn)，其方法是電解熔融化合物，如Na、Mg、Al分別電解熔融NaCl、MgCl2、Al2O3,注意①不可以電解飽和食鹽水制取金屬Na，②不可電解AlCl3，應(yīng)該是Al2O3；三是由H、C、N、Na、S幾種元素與氧元素形成的氧化物不止一種，其中N元素形成的氧化物更是五種以上。

【例5】(2018·全國卷Ⅲ·13)W、X、Y、Z均為短周期元素且原子序數(shù)依次增大，元素X和Z同族。鹽YZW與濃鹽酸反應(yīng)，有黃綠色氣體產(chǎn)生，此氣體同冷燒堿溶液作用，可得到Y(jié)ZW的溶液。下列說法正確的是

( )

A.原子半徑大小為W

B.X的氫化物水溶液酸性強(qiáng)于Z的

C.Y2W2與ZW2均含有非極性共價鍵

D.標(biāo)準(zhǔn)狀況下W的單質(zhì)狀態(tài)與X的相同

【答案】D

【解析】由黃綠色氣體可知為Cl2，與燒堿溶液作用，可得到Y(jié)ZW溶液，由反應(yīng)可知反應(yīng)生成NaClO，即Y、Z、W分別為元素Na、Cl、O，元素X和元素Z同族，即X為氟元素。然后畫出這幾種元素的相對位置示意圖，電子層數(shù)越多，半徑越大，周期從左到右原子半徑逐漸減小，則半徑大小為Na>Cl>O>F，A項錯誤；對于B項，HF的酸性弱于HCl的酸性；C項中ClO2的中心原子是Cl，分子中只存在Cl和O之間的極性共價鍵，選項C錯誤；對于D項，標(biāo)準(zhǔn)狀況下，W的單質(zhì)O2或O3均為氣態(tài)，X的單質(zhì)F2也是氣態(tài)。選項D正確。

【點(diǎn)評】本題從元素化合物的性質(zhì)來反推元素，選項中不僅涉及了元素周期律的考點(diǎn)，還有化學(xué)鍵的知識，甚至結(jié)合了元素的特殊性質(zhì)進(jìn)行考查，由此可見，這是試題考查的一些新的方向。

五、跟蹤訓(xùn)練

1.(2017·南京·一模)部分短周期元素的原子半徑及主要化合價見下表，判斷以下敘述不正確的是

( )

A.氫化物的穩(wěn)定性為：H2T>H2R

B.室溫下，L和M的單質(zhì)均能溶于濃硝酸

C.離子半徑的大小順序?yàn)椋簉(L2+)

D.L、R兩種元素的氧化物中所含化學(xué)鍵類型不相同

【答案】B

2.(2017·全國卷Ⅱ·9)a,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)

【答案】B

3.(2018·全國卷Ⅱ·10)W、X、Y和Z為原子序數(shù)依次增大的四種短周期元素。W與X可生成一種紅棕色有刺激性氣味的氣體；Y的周期數(shù)是族序數(shù)的3倍；Z原子最外層的電子數(shù)與W的電子總數(shù)相同。下列敘述正確的是

( )

A.X與其他三種元素均可形成兩種或兩種以上的二元化合物

B.Y與其他三種元素分別形成的化合物中只含有離子鍵

C.四種元素的簡單離子具有相同的電子層結(jié)構(gòu)

D.W的氧化物對應(yīng)的水化物均為強(qiáng)酸

【答案】A