第1讲 元素周期律和元素周期表
[考试说明]
知识内容 (1)元素周期律(核外电子排布、原子半径、元素主要化合价、元素的金属性和非金属性的周期性变化) (2)元素周期表的结构，同主族、同周期元素原子核外电子排布、元素化学性质的递变规律 (3)主族元素在周期表中位置、原子结构、元素性质三者的关系 (4)元素周期表的发展史、意义与作用 元素周期表[学生用书P15]
1．编排原则
周期(横行)：元素原子的电子层数相同，左―→右：原子序数递增； 族(纵行)：元素原子的最外层电子数相同，上―→下：电子层数递增。 2．强化认识元素周期表的结构 (1)记住元素周期表的结构
考试要求 b b c b
(2)记住元素周期表的一些特点 ①短周期只有前3周期；
②主族中只有 ⅡA 族元素全部为金属元素；
③ⅠA族元素不等同于碱金属元素，其中H元素不属于碱金属元素；
④元素周期表第18列是0族，不是ⅧA族，第 8、9、10三列是Ⅷ族，不是ⅧB族； ⑤长周期中每一周期不一定有18种元素，第6、7周期(排满时)各有32种元素。 3．元素周期表中的特殊位置 (1)分区
①分界线：沿着元素周期表中铝、锗、锑、钋与硼、硅、砷、碲、砹的交界处画一条虚线，即为金属元素区和非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。 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。 (2)过渡元素：元素周期表中部从ⅢB族到ⅡB族10个纵行共六十多种元素，这些元素都是金属元素。
(3)镧系：元素周期表第6周期中，57号元素镧到71号元素镥共15种元素。 (4)锕系：元素周期表第7周期中，89号元素锕到103号元素铹共15种元素。 (5)超铀元素：在锕系元素中92号元素铀(U)以后的各种元素。
1．(2019·浙江4月选考，T14)2019年是门捷列夫提出元素周期表150周年。根据元素周期律和元素周期表，下列推断不合理的是( )
A．第35号元素的单质在常温常压下是液体 B．位于第4周期第ⅤA族的元素为非金属元素 C．第84号元素的最高化合价是＋7 D．第7周期0族元素的原子序数为118 答案：C
2．关于元素周期表，下列叙述中正确的是( )
A．在金属元素与非金属元素的分界线附近的元素都可以制备半导体材料 B．在过渡元素中可以寻找制备催化剂及耐高温和耐腐蚀材料的元素 C．在过渡元素区域可以寻找制备新型农药的元素 D．非金属性最强的元素在周期表的最右上角
解析：选B。在金属元素与非金属元素的分界线附近可以寻找制备半导体材料的元素，但不一定都可以，A错误；通常用来制造农药的元素有氟、氯、硫、磷等，集中在元素周期表的右上角，而不是过渡元素区域，C错误；非金属性最强的元素是氟，而不是元素周期表最右上角的氦，D错误。
3．硅元素在周期表中的位置是( ) A．第2周期ⅣA族 C．第3周期ⅥA族
B．第3周期ⅣA族 D．第2周期ⅥA族
解析：选B。本题考查元素周期表知识。硅为14号元素，核外有3个电子层，最外层有4个电子，所以硅原子位于元素周期表第3周期ⅣA族。
4.
如图为元素周期表中前4周期的一部分，若B元素的核电荷数为x，则这五种元素的核电
荷数之和为( )
A．5x＋10 C．5x＋14
解析：选A。分析如下：
B．5x D．5x＋16
周期表结构巧记口诀
横行叫周期，现有一至七，三长三短一不完全。
纵行称为族，共有十六族，一八依次现，一零再一遍。 一纵一个族，Ⅷ族搞特殊，三纵算一族，占去8、9、10。 镧系与锕系，蜗居不如意，十五挤着住，都属ⅢB族。 说明：①指ⅠA、ⅡA、ⅢB、ⅣB、ⅤB、ⅥB、ⅦB、Ⅷ； ②指ⅠB、ⅡB、ⅢA、ⅣA、ⅤA、ⅥA、ⅦA、0。
元素周期律及其应用[学生用书P16]
1．元素周期表中的规律 (1)电子排布规律
最外层电子数为1或2的原子可以是ⅠA族或ⅡA族或副族或Ⅷ族元素的原子或0族的He原子；最外层电子数是3～7的原子一定是主族元素的原子，且最外层电子数等于主族的族序数。
(2)序数差规律
①同周期相邻主族元素原子的“序数差”规律
a．除第ⅡA族和第ⅢA族外，其余同周期相邻元素原子序数差为1。
b．同周期第ⅡA族和第ⅢA族原子序数差为第2、3周期时相差1，第4、5周期时相差11，第6、7周期时相差25。
②同主族相邻元素的“序数差”规律
a．第2、3周期的同主族相邻元素原子序数相差8。
b．第3、4周期的同主族相邻元素原子序数相差有两种情况：第ⅠA族、第ⅡA族相差8，其他主族相差18。
c．第4、5周期的同主族相邻元素原子序数相差18。
d．第5、6周期的同主族相邻元素原子序数相差有两种情况：镧系之前的相差18，镧系之后的相差32。
①
②
e．第6、7周期的同主族相邻元素原子序数相差32。 2．微粒半径大小比较规律(“三看”规律)
在中学化学要求的范畴内，可按“三看”规律来比较粒子半径的大小： (1)“一看”电子层数：当电子层数不同时，电子层数越多，半径越大。 例如：r(Li) r(O2－) (2)“二看”核电荷数：当电子层数相同时，核电荷数越大，半径越小。 例如：r(Na)>r(Mg)>r(Al)>r(Si)>r(P)>r(S)>r(Cl)；r(O)>r(F)>r(Na)>r(Mg)>r(Al ＋ 2－ － ＋ 2＋ 3 )。 (3)“三看”核外电子数：当电子层数和核电荷数均相同时，核外电子数越多，半径越大。 例如：r(Cl)>r(Cl)，r(Fe)>r(Fe)。 3．元素金属性、非金属性强弱规律 本质 金属性比较 判断 依据 原子越易失电子，金属性越强 ①在金属活动性顺序表中位置越靠前，金属性越强 ②单质与水或非氧化性酸反应越剧烈，金属性越强 ③单质还原性越强或阳离子氧化性越弱，金属性越强 ④最高价氧化物对应水化物的碱性越强，金属性越强 ⑤若X＋Y―→X＋Y，则Y的金属性比X强 本质 非金属性比较 判断 依据 原子越易得电子，非金属性越强 ①与H2化合越容易或气态氢化物越稳定，非金属性越强 ②单质氧化性越强或简单阴离子还原性越弱，非金属性越强 ③最高价氧化物对应水化物的酸性越强，非金属性越强 ④若A＋B―→B＋A，则B的非金属性比A强 题组一 元素性质的递变规律 1．(2018·浙江4月选考，T12)四种短周期元素X、Y、Z和W在周期表中的位置如图所 n－m－n＋m＋－ 2＋ 3＋ 示，原子序数之和为48。下列说法不正确的是( ) X A.原子半径(r)大小比较：r(X)>r(Y) B．X和W可形成共价化合物XW3 C．W的非金属性比Z的强，所以W氢化物的沸点比Z的高 Y Z W D．Z的最低价单核阴离子的失电子能力比Y的强 答案：C 2．(2019·绍兴高三适应性考试)1869年门捷列夫把当时已知的元素根据物理、化学性质进行排列，准确预留了甲、乙两种未知元素的位置，并预测了二者的相对原子质量，部分原始记录如下。下列说法中错误的是( ) A．甲位于现行元素周期表第4周期第ⅢA 族 B．原子半径比较：甲＞乙＞ Si C．乙的简单气态氢化物的稳定性强于CH4 D．推测乙的单质可用作半导体材 解析：选C。从示意图可以看出同一行的元素在同一主族，同一列的元素在同一周期，甲元素与B和Al在同一主族，与As在同一周期，则甲在元素周期表的位置是第4周期第ⅢA族，A项正确；甲元素和乙元素同周期，同周期元素的核电荷数越小，原子半径越大，则甲元素的原子序数小于乙，所以甲元素的原子半径大于乙元素的，同主族元素，核电荷数越大，原子半径越大，乙元素与Si同主族，乙元素的核电荷数大于Si元素的，故原子半径大小顺序为甲＞乙＞Si，B项正确；同主族元素的非金属性从上到下逐渐减弱，则气态氢化物的稳定性逐渐减弱，故乙的简单气态氢化物的稳定性弱于CH4，C项错误；乙为Ge元素，其处于金属元素和非金属元素的交界处，可用作半导体材料，D项正确。 题组二 “位—构—性”关系 3. (2018·浙江11月选考，T12)元素X、Y、Z和Q在周期表中的位置如图所示，其中元 素Q位于第4周期，X、Y、Z原子的最外层电子数之和为17。下列说法不正确的是( ) X A.原子半径(r)：r(Q)＞r(Y)＞r(Z) B．元素X有－4、＋2、＋4等多种价态 C．Y、Z的氧化物对应的水化物均为强酸 D．可以推测H3QO4是Q的最高价氧化物的水化物 解析：选C。根据元素Q位于第4周期可知，X在第2周期，Y、Z都在第3周期；又X、Y、Z原子的最外层电子数之和为17，可推出X是碳元素、Y是硫元素、Z是氯元素、Q是砷元 Q Y Z 素。A.电子层数越多，原子半径越大；当电子层数相同时，核电荷数越大，原子半径越小，则原子半径(r)：r(Q)＞r(Y)＞r(Z)，故A正确。B.元素X是碳元素，碳元素有－4、＋2、＋4等多种价态，故B正确。C.Y、Z的氧化物对应的水化物有多种，如果是最高价氧化物的水化物，则均为强酸，但HClO、H2SO3不是强酸，故C不正确。D.Q位于第ⅤA族，其最高价为＋5价，可以推测H3QO4是Q的最高价氧化物的水化物，故D正确。 4．W、X、Y、Z、M、N六种主族元素，它们在周期表中位置如图所示，下列说法不正确的是( ) A．原子半径：Y>Z>W B．单质的还原性：X>Y C．溴与元素M同主族，最高价氧化物的水化物的酸性比M的强 D．元素N位于金属与非金属的分界线附近，可以推测N元素的单质可作半导体材料 解析：选C。根据元素周期表可推知各元素。X为Na，Y为Mg，W为O，Z为S，M为Cl，N为Ge。因为M为氯元素，其非金属性比溴强，故其最高价氧化物对应的水化物的酸性比高溴酸强，C错误。 5．(2017·浙江4月选考，T14) W、X、Y、Z四种短周期元素，它们在周期表中位置如图所示，下列说法不正确的是( ) A．Z、Y、X的原子半径依次减小，非金属性依次降低 B．Z、Y、W的最高价氧化物的水化物的酸性依次降低 C．WH4与Z元素的单质在一定条件下可发生化学反应 D．W的位置是第2周期、第ⅣA族 解析：选A。由W、X、Y、Z四种短周期元素在周期表中的位置可推知，W为C，X为O，Y为S，Z为Cl。A项，同周期从左到右，随着原子序数的递增，元素的原子半径逐渐减小，非金属性逐渐增强；同主族从上到下，随着原子序数的递增，元素的原子半径逐渐增大，非金属性逐渐减弱；因此原子半径：S>Cl>O，非金属性：O>Cl>S，故错误。B项，非金属性越强，对应的最高价氧化物的水化物的酸性越强，因非金属性：Cl>S>C，所以酸性：HClO4>H2SO4>H2CO3，故正确。C项，CH4与Cl2在光照条件下可发生取代反应，故正确。D项，C元素位于第2周期第ⅣA族，故正确。 课后达标检测[学生用书P106(单独成册)] 一、选择题 1．下列离子中半径最大的是( ) A．Na C．O 2－＋ B．Mg D．F － 2＋ 解析：选C。这些离子核外电子排布都是2、8的电子层结构。对于电子层结构相同的离子来说，核电荷数越大，离子半径就越小，所以四个选项中离子半径最大的是O。 2. 2－ (2019·嘉兴高三选考模拟)X、Y、Z三种短周期元素，原子半径的大小关系为 r(Y)>r(X)>r(Z)，原子序数之和为16。X、Y、Z三种元素的常见单质在适当条件下可发生如 图所示转化，其中B和C均为10电子分子。下列说法中正确的是( ) A．X元素位于第ⅣA族 B．A能溶解于B中 C．A和C不可能发生氧化还原反应 D．B的沸点高于C的沸点 解析：选D。由题给信息及转化关系可推知，X、Y、Z分别为O2、N2、H2，A、B、C分别为NO、H2O、NH3，据此分析可得结论。X是氧元素，位于第ⅥA族，A项错误；NO难溶于水，B项错误；A是NO，C为NH3，两者能发生氧化还原反应生成氮气和水，C项错误；B为H2O，C为NH3，水分子间的氢键比氨分子间的氢键强，故水的沸点比氨的高，D项正确。 3．短周期元素X、Y、Z、W，它们的原子序数依次增大。X与Z同主族，并且原子序数之和为20。Y原子的质子数为Z原子的质子数的一半，W原子的最外层电子数比Y原子的最外层电子数多2个。下列叙述正确的是( ) A．Y的最高价氧化物对应的水化物可与其简单气态氢化物发生反应 B．原子半径：Z>W>Y>X C．简单气态氢化物的稳定性：Z>W D．X的简单气态氢化物与足量W的单质在光照条件下反应的生成物均为气体 解析：选A。在短周期元素中，C、Si的原子序数之和为6＋14＝20[或设X的原子序数为 a，则Z的原子序数为a＋8，有a＋(a＋8)＝20，解得a＝6]，即X为C，Z为Si。Y原子的质 子数为7，Y为N。N原子最外层电子数为5，则W原子最外层电子数为7，W为Cl。HNO3＋NH3===NH4NO3，A项正确；原子半径：r(Si)>r(Cl)>r(C)>r(N)，B项错误；非金属性：Cl>Si，故稳定性：HCl>SiH4，C项错误；甲烷与氯气在光照下反应的产物有5种，一氯甲烷和氯化氢呈气态，二氯甲烷、三氯甲烷和四氯化碳都呈液态，D项错误。 4. A、B、C均为短周期元素，它们在周期表中的位置如图所示。已知：B、C两元素原子最外层电子数之和等于A元素原子最外层电子数的2倍；B、C两元素的核电荷数之和是A元素原子序数的4倍。则A、B、C分别是( ) A．O、P、Cl C．C、Al、P B．N、Si、S D．F、S、Ar 解析：选A。设A、B、C三元素原子序数分别为a、b、c，由三元素相对位置可知a＋8－1＝b，a＋8＋1＝c且b－10＋c－10＝(a－2)×2；又知b＋c＝4a，所以a＝8，b＝15，c＝17，即A、B、C分别是O、P、Cl。 5．下列说法正确的是( ) A．SiH4比CH4稳定 B．O半径比F小 C．Na和Cs属于第ⅠA族元素，Cs失电子能力比Na强 D．P和As属于第ⅤA族元素，H3PO4酸性比H3AsO4弱 解析：选C。非金属性越强，其气态氢化物越稳定，最高价氧化物对应水化物的酸性越强，C的非金属性强于Si，P的非金属性强于As，因此CH4的稳定性大于SiH4，H3PO4的酸性强于H3AsO4，A、D项均错误。O和F的电子层结构相同，由于O原子比F原子核电荷数少，故半径：O>F，B项错误。同主族元素从上到下，原子失电子能力增强，C项正确。 6．短周期元素甲、乙、丙、丁的原子序数依次增大，甲、丁为同族元素，且最外层电子均为偶数，乙、丙、丁最高价氧化物对应的水化物两两之间能相互反应。下列说法错误的是( ) A．元素丙的单质可用于冶炼金属 B．甲与丁形成的分子中有非极性分子 C．简单离子半径：丁>乙>丙 D．甲与乙形成的化合物均有强氧化性 解析：选D。由题意可得，甲为O，乙为Na，丙为Al，丁为S。铝单质可以用来冶炼金属，比如铝热反应，A正确；SO3为非极性分子，B正确；简单离子半径：S>Na>Al，C正确；Na2O没有强氧化性，D错误。 7．元素周期表短周期的一部分如表所示。下列有关A、B、C、D、E五种元素的叙述中，正确的是( ) 2－ ＋ 3＋ 2－ － 2－ － 2－ － A．D单质在过量的B单质中燃烧的主要产物为DB3 B．C的氢化物的水溶液酸性比E的强 C．A与B形成的阴离子可能有AB3、A2B4 D．E单质分子间由于氢键作用，所以很容易液化 解析：选C。根据五种元素在元素周期表中的相对位置，可以确定A为碳、B为氧、C为氟、D为硫、E为氯。A项，硫在氧气中燃烧生成SO2，错；B项，氢氟酸为弱酸，其酸性比盐酸弱，错；C项，碳与氧形成的阴离子较多，AB3为碳酸根离子，A2B4为草酸根离子，对；D项，氯气分子中没有氢、氧、氮、氟等原子，也就不存在氢键，错。 8．(2017·浙江11月选考，T13)Q、X、Y和Z为短周期元素，它们在周期表中的位置如图所示，这4种元素的原子最外层电子数之和为22。下列说法正确的是( ) Q A.Y的原子半径比X的大 B．Q的最高价氧化物的水化物的酸性比Z的强 C．X、Y和氢3种元素形成的化合物中都只有共价键 D．Q的单质具有半导体的性质，Q与Z可形成化合物QZ4 解析：选D。Q、X、Y、Z为短周期元素，由它们在周期表中的位置可知，X、Y处于第2周期，Q、Z处于第3周期，令Q的最外层电子数为a，则X、Y、Z的最外层电子数分别为a＋1、a＋2、a＋3，故a＋a＋1＋a＋2＋a＋3＝22，解得a＝4，故Q为Si，X为N，Y为O，Z为Cl。A.同周期主族元素自左而右原子半径逐渐减小，故原子半径：X>Y，错误；B.Si和Cl的最高价氧化物的水化物分别为H2SiO3和HClO4，其酸性：H2SiO3 二、非选择题 9．X～W是元素周期表中的短周期元素，其性质或结构信息如下表： 元素 X Y Z V W 回答下列问题： 性质或结构信息 单质为有色气体，有毒，可用于自来水消毒 日常生活中常见金属，熔化时并不滴落，好像有一层膜兜着 其单质的体积在空气中约占4/5左右 单质为淡黄色晶体，质脆，不溶于水，微溶于酒精 位于第 ⅣA族，是形成化合物最多的元素之一 X Y Z 2－ 2－ 2－ 2－ (1)X在元素周期表中的位置是___________________________________， V的离子结构示意图为__________________。 (2)Z的单质特别稳定，原因在于_______________________________________________ ________________________________________________________________________； X、Y和V三元素中原子半径最小的是________(填元素符号)。 (3)X的氢化物和Z的氢化物反应生成的化合物溶于水，水溶液呈酸性的原因是________________________________________________________________________ (用离子方程式说明)。 (4)WV2常温下呈液态，是一种常见的溶剂。已知WV2在氧气中完全燃烧，生成VO2和WO2，若0.1 mol WV2在1 mol O2中完全燃烧，则所得气体混合物在标准状况下的体积为________L。 解析：短周期的元素X的单质为有色气体，可用于自来水消毒，则X为Cl；铝箔加热至熔化并不滴落，原因是表面形成高熔点的氧化膜兜着，Y为Al；单质Z在空气中体积约占4/5左右，则Z为N；V的单质为淡黄色晶体，不溶于水，微溶于酒精，V为S；W位于第ⅣA族，是形成化合物最多的元素之一，W为C。 答案：(1)第3周期第ⅦA族 2－ (2)氮气分子中氮氮键为氮氮叁键，难断裂 Cl (3)NH4＋H2O(4)22.4 ＋ NH3·H2O＋H ＋
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