第16讲 元素周期表和元素同期律（一）（基础过关）-2022年高考化学一轮复习讲练全能王（有答案）

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1．掌握元素周期律的实质。了解元素周期表(长式)的结构(周期、族)及其应用。
2．以第三周期为例，掌握同一周期内元素性质的递变规律与原子结构的关系。
3．以ⅠA和ⅦA族为例，掌握同一主族内元素性质递变规律与原子结构的关系。
4．了解金属、非金属元素在周期表中的位置及其性质递变规律。
核心素养
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、性质和变化，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与解决实际问题。
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，设计探究方案，并在探究中学会合作，面对“异常”现象敢于提出自己的见解。
知识通关
知识点一 元素周期表中基础知识
1．形成
1869年，由俄国化学家__________初步绘制完成。
2．编排原则
(1)按__________递增的顺序从左到右排列，把____________相同的元素排成一横行。
(2)把不同横行中________________相等的元素，按____________递增的顺序从上到下排成一纵行。
3．周期
周期表中有____个横行，叫做周期。周期的序数就是该周期元素的原子具有的电子________。第一、二、三周期称为__________；四、五、六周期称为__________；第七周期称为__________周期。
4．族
周期表有____个纵行，称为族，主族元素的族序数后标____，副族元素的族序数后标____。第8、9、10三纵行称为Ⅷ族，第18纵行称为0族。
5．相互关系
原子序数＝________数＝________数＝核外________数。
知识点二 元素周期表的结构
知识点三 元素周期表中的特殊位置
1．过渡元素：元素周期表中部从____族到____族10个纵行共六十多种元素，通称为过渡元素，这些元素都是金属，所以又把它们叫做过渡金属。
2．镧系：元素周期表第____周期中，57号元素镧到71号元素镥共15种元素，它们原子的电子层结构和性质十分相似，总称镧系元素。
3．锕系：元素周期表第____周期中，89号元素锕(Ac)到103号元素铹(Lr)共15种元素，它们原子的电子层结构和性质十分相似，称为锕系元素。
4．超铀元素：在锕系元素中92号元素铀(U)以后的各种元素，多数是人工进行____反应制得的元素，这些元素叫做超铀元素。
三点突破
【易错易混问题】
1．(1)最外层电子数是2的元素都是第ⅡA族吗？
(2)同周期第ⅡA和第ⅢA族元素的原子序数一定相差1吗？
问题剖析：
(1)不是，如0族的He，副族中很多元素最外层电子数也是2。
(2)不一定，第二、三周期中相差1；第四、五周期中相差11(加副族和第Ⅷ族的10个纵行)；第六周期相差25(因为有镧系)。
2.观察元素周期表，确认每一纵行各代表哪一族，如：按从左 右的顺序排列，第3纵列是______族，第15纵行是____族，第9纵列是____族，ⅤB族在第____纵列，ⅢA族处于____纵列等。
问题剖析：
ⅢB ⅤA Ⅷ 5 13
3．若某离子最外层电子数与次外层电子数相同，则它位于元素周期表的什么位置？
问题剖析：
若为阴离子，则它位于第三周期，若为阳离子，则它位于第四周期。
4．电子层结构相同的离子，它们一定位于同一周期吗？
问题剖析：
不一定，若电性相同，则位于同一周期，若电性相反，则阳离子位于阴离子的下一周期。
【规律方法】
一、元素周期表的结构
1．元素周期表结构记忆方法
横行叫周期，周期只有七，四三分长短，第七不完全；表中十八竖，共有十六族；七主零七副，三列是Ⅷ族；二三分主副，中间是过渡；镧锕各十五，均是ⅢB族。
2．同主族元素原子序数的确定
对于第ⅠA、ⅡA族元素，上、下周期的原子序数之差等于上一周期元素种类数；对于ⅢA族到0族元素，上、下周期的原子序数之差等于下一周期元素种类数。根据此关系可以推测原子序数。
3．同周期元素的原子序数确定
对于同周期元素，其原子序数必须根据该周期中元素的种类以及所在的位置而定，如第ⅡA族元素的原子序数为x，则同周期第ⅢA族元素的原子序数为x＋1、x＋11或x＋25。
二、推断元素在周期表中的位置
1．根据周期表结构与原子电子层结构的关系
依据能量最低原理和各电子层最多容纳的电子数以及最外层、次外层和倒数第三层不能超过的电子数只能画出主族元素的原子结构示意图，其中，由电子层数＝周期数，最外层电子数＝主族元素的族序数＝8－|最低负价|两个等量关系，可以由原子结构推出该元素在周期表中的位置。
(1)族序数等于周期数的元素是H、Be、Al等。
(2)短周期中最高正价与最低负价代数和为零的是H(NaH中氢原子显－1价)、C、Si。
(3)最高正价是最低负价绝对值3倍的短周期元素是S。
(4)除H外，原子半径最小的元素是F。
(5)最高正价不等于族序数的元素是O、F等。
2．根据元素的存在、性质等
(1)存在方面
①形成化合物种类最多的元素、单质是自然界硬度最大的元素、氢化物中含氢质量分数最大的元素是C。
②空气中含量最多的元素、气态氢化物的水溶液呈碱性的元素是N。
③地壳中含量最多的金属元素是Al。
(2)性质方面
①最活泼的非金属元素、气态氢化物最稳定的元素是F。
②最活泼的金属元素、最高价氧化物对应的水化物碱性最强的元素、阳离子氧化性最弱的元素是Cs。
③单质在常温下呈液态的非金属元素是Br。
④最高价氧化物及其水化物既能与强酸反应又能与强碱反应的短周期元素是Be、Al。
⑤元素的气态氢化物和它的最高价氧化物对应的水化物起化合反应的元素是N。
⑥常见的能形成同素异形体的元素有C、P、O、S。
3．对于原子序数比较大的元素在周期表中的位置，一般采用稀有气体的原子序数结合周期表的结构用差值来推测，具体过程是：记住各周期稀有气体的原子序数—从第一周期至第七周期依次为2、10、18、36、54、86、118，可利用元素的原子序数与最近稀有气体元素原子序数的差值推断该元素在周期表中的位置，可遵循“比大小，定周期；比差值，定族数”的原则。例如53号元素，由于36＜53＜54，则53号元素位于第五周期，54－53＝1，所以53号元素位于54号元素左侧第一格，即第ⅦA族；再如88号元素，由于86＜88＜118，则88号元素位于第七周期，88－86＝2，所以88号元素位于86号元素右侧第二格，即下一周期的第ⅡA族。
典例精析
1．Ⅰ.下面的虚线框中每一列、每一行相当于周期表的每一族和每一周期，但它的列数和行数都多于元素周期表。请在下面的虚线框中用实线画出周期表第一至第六周期的轮廓，并画出金属与非金属的分界线。
Ⅱ.X、Y、Z、M、N为短周期的五种主族元素，其中X、Z同主族，Y、Z同周期，M与X、Y既不同族，也不同周期。X原子最外层电子数是核外电子层数的三倍，Y的最高化合价与其最低化合价的代数和等于6。N是短周期主族元素中原子半径最大的非金属元素。
(1)请写出下列元素的元素符号：X________，Y______，M________。
(2)请写出下列反应的离子方程式：
N单质与NaOH溶液反应：________________________________________________。
(3)Y与Z相比，非金属性较强的元素是__________，可以证明该结论的实验是(用离子方程式表示)__________ _____________________________________________
________________________________________________________________________
【答案】
Ⅰ.
Ⅱ.(1)O Cl H
(2)Si＋2OH－＋H2O===SiOeq \\al(2－,3)＋2H2↑
(3)Cl(或氯) Cl2＋S2－===2Cl－＋S↓
【解析】
根据题意推断X为氧元素，Z为S元素；X在第二周期，Y与Z同周期，Y在第三周期，则M只能为H元素；Y的最高化合价与最低化合价代数和为6，设最高化合价为a，则最低负化合价为a－8，则有a＋(a－8)＝6⇒a＝7，则Y为Cl元素；N为第三周期半径最大的非金属，则N为Si。
2．据报道，2008年11月9日德国科学家利用数亿个镍原子(28Ni)对数亿个铅原子(82Pb)连续轰击数天后制得一种新原子eq \\al(269,110)X(暂用X表示)，它属于一种新元素—第110号元素。这种新元素是有史以来制得的最重要的元素，存在时间不到千分之一秒。经推知它属于过渡元素。下列关于该元素的叙述中正确的是( )
A．这种原子(eq \\al(269,110)X)的中子数为110
B．这种元素肯定是金属元素
C．这种元素与铅属同一族
D．这种元素为第六周期元素
【答案】B
【解析】
A项，该原子的中子数为269－110＝159，故A错；由该元素的原子序数为110，可根据推断元素在周期表中位置的方法，推知它位于第七周期第Ⅷ族，属于副族元素，故它肯定是金属元素，C、D错，答案选B。
对点训练
一、元素周期表的结构
1．已知A、B、C、D、E是短周期中原子序数依次增大的5种主族元素，其中元素A、E的单质在常温下呈气态，元素B的原子最外层电子数是其电子层数的2倍，元素C在同周期的主族元素中原子半径最大，元素D的合金是日常生活中常用的金属材料。下列说法正确的是( )
A．元素A、B组成的化合物常温下一定呈气态
B．一定条件下，元素C、D的最高价氧化物对应的水化物之间不能发生反应
C．工业上常用电解法制备元素C、D、E的单质
D．化合物AE与CE含有相同类型的化学键
【答案】C
【解析】
D为Al元素，符合B原子条件的为C、S，由于B的原子序数比D小，则B为碳元素，C只能为钠元素，由此确定A为H、E为Cl。A、B组成的化合物为烃，若烃中含C原子数多则常温下烃为液态或固态；NaOH＋Al(OH)3===NaAlO2＋2H2O，B不正确；Na、Al的还原性强，其单质制备只能用电解法，Cl2的氧化性强，工业制备一般也用电解法；HCl含共价键，NaCl含离子键，D错误。
2．下列各组给定原子序数的元素，不能形成原子数之比为1∶1稳定化合物的是( )
A．3和17 B．1和8 C．1和6 D．7和12
【答案】D
【解析】
A中两元素为Li和Cl，可以形成LiCl；B中两元素为H和O，可以形成化合物H2O2；C中两元素为C和H，可以形成化合物C2H2；而D中两元素为N和Mg，它们不可能形成原子个数比为1∶1的稳定化合物。
3．下列说法正确的是( )
A．原子最外层电子数为2的元素一定处于周期表ⅡA族
B．主族元素X、Y能形成XY2型化合物，则X与Y的原子序数之差可能为2或5
C．氯化氢的沸点比氟化氢的沸点高
D．同主族元素形成的氧化物的晶体类型均相同
【答案】B
【解析】
He的最外层(也是最内层)电子数为2，但它处于周期表中的0族；主族元素形成的XY2型化合物中有CO2、SiO2、NO2、SO2、MgCl2等；在HF分子间能形成氢键，使得HF的熔沸点高于HCl；CO2和SiO2是同主族元素形成的氧化物，但是CO2是分子晶体，SiO2却是原子晶体。因此只有B项正确。
4．某元素只存在两种天然同位素，且在自然界它们的含量相近，其相对原子质量为152.0，原子核外的电子数为63。下列叙述中错误的是( )
A．它是副族元素
B．它是第六周期元素
C．它的原子核内有63个质子
D．它的一种同位素的核内有89个中子
【答案】D
【解析】
同种元素的不同核素质量数不同，不能用元素的相对原子质量代表某种核素的质量数，故D错误。
二、微粒半径的比较
1．短周期金属元素甲～戊在元素周期表的相对位置如下表所示。下列判断正确的是( )
A．原子半径：丙＜丁＜戊 B．金属性：甲＞丙
C．氢氧化物碱性：丙＞丁＞戊 D．最外层电子数：甲＞乙
【答案】C
【解析】
本题考查元素周期表和元素周期律。同周期元素的原子半径从左向右依次减小，有丙＞丁＞戊，A选项错误；同主族元素的金属性至上而下依次增强，即丙＞甲，B选项错误；同周期元素从左到右金属性减弱，元素对应的最高价氧化物的水化物的碱性减弱，即有丙＞丁＞戊，C选项正确；乙位于甲的右端，故乙的族序数大，最外层电子数多，D选项错误。
2．W、X、Y、Z均为短周期元素，W的最外层电子数与核外电子总数之比为7∶17；X与W同主族；Y的原子序数是W和X的原子序数之和的一半；含Z元素的物质焰色反应为黄色。下列判断正确的是( )
A．金属性：Y>Z
B．氢化物的沸点：X>W
C．离子的还原性：X>W
D．原子及离子半径：Z>Y>X
【答案】B
【解析】
根据题设条件推知W为Cl、X为F、Y为Al、Z为Na。选项A，Al、Na同周期，根据同周期元素递变规律，Na的金属性大于Al；选项B，HF分子间存在氢键，其沸点高于HCl；选项C，Cl－的还原性大于F－；选项D，F－的半径大于Na＋、Al3＋。
三、元素周期表的结构
1．在元素周期表中，所含元素种类最多的族是( )
A．Ⅷ族 B．ⅠA族
C．0族 D．ⅢB族
【答案】D
2．由长周期元素和短周期元素共同组成的族是( )
A．0族 B．副族 C．主族 D．第Ⅷ族
【答案】C
3．下列各表为周期表的一部分(表中为原子序数)，其中正确的是( )
A.
B.
C.
D.
【答案】D
4．元素周期表中前7周期完全排满时的元素数目如下表：
(1)第六、七周期完全排满时元素的种数比第四、五周期多了14种元素，其原因是____________________________________________________________________________。
(2)元素周期表中__________族所含元素最多，______族元素形成化合物最多。
(3)请分析周期数与元素数目的关系，然后预言第八周期最多可能含有的元素种数为( )
A．18 B．32 C．50 D．64
(4)居里夫人发现的镭是元素周期表中第七周期ⅡA族的元素。下列关于镭的性质描述中不正确的是( )
A．在化合物中呈＋2价
B．氢氧化物呈两性
C．单质能使水分解，放出氢气
D．碳酸盐难溶于水
【答案】
(1)第六、七周期在第ⅢB族出现了镧系、锕系
(2)ⅢB ⅣA (3)C (4)B
【解析】
元素周期表是学好化学的有效工具，因此对元素周期表的掌握必须有相当的条理性、严密性，做到对周期表的结构烂熟于心。
(1)第六、七周期中由于在ⅢB族出现了镧系、锕系，使元素种类比前面周期的要多。也因为如此，第ⅢB族所含元素最多。
(2)已知有机物的种类远远多于无机物，而有机物中含有碳元素，可知ⅣA族元素形成的化合物最多。
(3)根据表可通过分析数据归纳出规律：
可见规律是2n2(n＝1,2,3，… …)，由此可预测第八周期元素应为2×52，故答案为50。
(4)在周期表中同族元素，从上到下其金属性依次增强，因此，可以确定其单质能与水反应放出氢气；其氢氧化物呈现出比氢氧化钙更强的碱性，而不能呈两性。
5．下图是元素周期表的另一种画法—塔式周期表，在上面标有部分族序数及部分元素，请回答下列问题：
(1)请在图上把ⅤA族涂黑。
(2)短周期元素中，A元素原子最外层电子数是次外层电子数的2倍；B元素最外层电子数是其内层电子总数的3倍；C元素与B元素同族；D元素原子最外层有1个电子，D的阳离子与B的阴离子电子层结构相同，试回答：
①写出B、C元素的名称：________、________；在塔式周期表相应位置标出D元素的元素符号。
②写出一种由B、D元素组成的化合物的电子式__________________________。
③写出C的最高价氧化物的水化物与D的氧化物对应的水化物反应的离子方程式：________________。
(3)在上述塔式周期表中列出了5行元素，每行所包含的元素种类分别为2、8、8、18、18，则未列出的第6行所包含的元素为________种。
【答案】
(1)
(2)①氧 硫 D元素Na见上图
②③H＋＋OH－===H2O
(3)32
【解析】
本题考查塔式周期表，属中档题。此题关键是要看懂图示的周期表，理解其是如何排列的。(1)从给出的C和K分析，图中一个小方格即代表一种元素，一横行代表一个周期，竖着看，一纵行为一个族。(2)A原子最外层电子数是次外层的2倍，应为C。B原子最外层电子数为内层电子总数的3倍，应为O。C与B同族，则应为S。D最外层为1个电子，应为ⅠA族元素，又D的阳离子与B的阴离子的电子层结构相同，则应为Na。Na2O和Na2O2均为离子化合物。H2SO4与NaOH反应，为典型的酸碱中和反应。(3)每周期出现的元素种数，满足2n2，且中间重复2次。所以第6行为2×42＝32种。
6．下表为元素周期表的一部分，请参照元素①～⑧在表中的位置，用化学用语回答下列问题：
(1)④、⑤、⑥的原子半径由大到小的顺序是________。
(2)②、③、⑦的最高价含氧酸的酸性由强到弱的顺序是
________________________________________________________________________。
(3)①、④、⑤、⑧中的某些元素可形成既含离子键又含极性共价键的化合物，写出其中一种化合物的电子式：________________。
(4)由表中两种元素的原子按1∶1组成的常见液态化合物的稀溶液易被催化分解，可使用的催化剂为(填序号)________。
a．MnO2 b．FeCl3 c．Na2SO3 d．KMnO4
【答案】
(1)Na>Al>O (2)HNO3>H2CO3>H2SiO3
(3) (4)ab
【解析】
由元素周期表的结构可知：① H ② C ③ N ④ O ⑤ Na ⑥ Al ⑦ Si ⑧ Cl
(1)由同周期原子半径递变规律可知原子半径：Na>Al，由于Na、Al均比O多一个电子层，所以半径Na>Al>O。
(2)元素的非金属性越强，其最高价含氧酸的酸性越强，所以HNO3>H2CO3>H2SiO3。
(4)FeCl3、MnO2均可作H2O2分解的催化剂。
四、元素周期表的应用
1． 2009年7月28日莫斯科电：27日夜间，位于莫斯科郊外的杜伯纳国际联合核研究所的专家们启动新元素合成实验，如果顺利的话，实验结束时将会合成门捷列夫元素周期表中第117号新元素。下列有关117号元素叙述正确的是( )
A．该合成过程是化学变化
B．该元素位于第七周期ⅦA族
C．该元素是非金属元素
D．该元素性质较活泼
【答案】B
【解析】
该合成过程只涉及原子的核外电子变化，A错误；由元素周期表的排布规律可知117号元素位于元素周期表的第七周期ⅦA族，且是金属元素，B正确，C错误；根据元素周期律可知该元素的性质应该很稳定，D错误。
8．我国科研人员在兰州合成了镤元素的一种同位素镤239，并测知其原子核内有148个中子。现有A元素的一种同位素，比镤239的原子核内少54个质子和100个中子，则A元素在周期表中的位置是( )
A．第三周期第ⅠA族
B．第四周期第ⅠA族
C．第五周期第ⅠA族
D．第二周期第ⅡA族
【答案】C
2．原子序数为x的元素位于周期表中的第ⅡA族，则原子序数为x＋1的元素不可能处在( )
A．ⅢA族 B．ⅠA族
C．镧系元素 D．ⅢB族
【答案】B
3．短周期元素A、B、C在周期表中的位置如图所示。已知B、C两元素所在族数之和是A元素族数的2倍，B、C两元素的原子序数之和是A元素的4倍，则A、B、C是( )
A．Be、Na、Al B．B、Mg、Si
C．O、P、Cl D．C、Al、P
【答案】C
4．A、B分别为第三、四周期同一主族的不同元素的原子，它们原子核内的质子数等于中子数。①若A在ⅡA族，其质量数为X，则B的质子数为Y。②若A在ⅣA族，其质子数为m，则B的质量数为n，则Y和n的值是( )
A.eq \f(X,2)＋18和2m＋18 B.eq \f(X,2)＋8和2m＋18
C.eq \f(X,2)＋8和2m＋36 D.eq \f(X,2)＋18和2m＋36
【答案】C
五、实验探究
1．某同学为验证元素周期表中元素性质的递变规律，设计了如下系列实验。
Ⅰ.(1)将钠、钾、镁、铝各1 ml分别投入到足量的同浓度的盐酸中，试预测实验结果：________与盐酸反应最剧烈，________与盐酸反应的速率最慢；________与盐酸反应产生的气体最多。
(2)向Na2S溶液中通入氯气出现淡黄色浑浊，可证明Cl的非金属性比S强，反应的离子方程式为________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
Ⅱ.利用下图装置可验证同主族非金属性的变化规律。
(3)仪器B的名称为________，干燥管D的作用为__________。
(4)若要证明非金属性：Cl>I，则A中加浓盐酸，B中加KMnO4(KMnO4与浓盐酸常温下反应生成氯气)，C中加淀粉碘化钾混合溶液，观察到混合溶液________的现象，即可证明。从环境保护的观点考虑，此装置缺少尾气处理装置，可用________溶液吸收尾气。
(5)若要证明非金属性：C>Si，则在A中加盐酸、B中加CaCO3、C中加Na2SiO3溶液观察到C中溶液______________________的现象，即可证明。但有的同学认为盐酸具有挥发性，应用____________溶液除去。
【答案】
Ⅰ.(1)钾 铝 铝
(2)S2－＋Cl2===S↓＋2Cl－
Ⅱ.(3)锥形瓶 防止倒吸
(4)变蓝 NaOH[或Ca(OH)2]
(5)有白色沉淀生成 饱和NaHCO3
【解析】
Ⅱ.(4)本实验利用KMnO4与浓盐酸反应制备氯气，然后让氯气与淀粉碘化钾混合溶液反应，根据溶液颜色的变化来比较氯和碘的非金属性强弱。过量的氯气会逸散到空气中，污染环境，应用碱液吸收。(5)利用强酸制弱酸的原理比较硅和碳的非金属性强弱，制二氧化碳过程中有杂质氯化氢存在，不能说明是二氧化碳与Na2SiO3反应生成白色沉淀，故应先用饱和NaHCO3溶液除去氯化氢。
知识点一
1．门捷列夫
2．(1)原子序数 电子层数 (2)最外层电子数 电子层数
3．7 层数 短周期 长周期 不完全
4．18 A B
5．质子 核电荷 电子
知识点二
8 8 18 32 32 短周期和长周期 7 7
知识点三
1．ⅢB ⅡB
2．六
3．七
4．核
甲
乙
丙
丁
戊
2
10
11
18
19
2
3
4
11
19
6
11
12
13
24
6
7
14
31
32
周期数
1
2
3
4
5
6
7
元素数目
2
8
8
18
18
32
32
周期表
1
2
3
4
5
6
7
元素种
数(最多)
2
2×1
8
2×22
8
2×22
18
2×32
18
2×32
32
2×42
32
2×42