第14讲 元素周期表和元素周期律-2022年高考化学一轮复习名师精讲练

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第14讲 元素周期表和元素周期律
【知识梳理】
一、元素周期表和元素周期律
1．元素周期表的结构：
元素周期表的结构
位置与结构的关系
周
期

周期序数
元素的种数
① 周期序数＝原子核外电子层数
②对同主族(nA族)元素，若n≤2，则该主族某一元素的原子序数与上一周期元素的原子序数的差值为上一周期的元素种数；若n≥3，则该主族某一元素的原子序数与上一周期元素的原子序数的差值为同周期的元素种数
短
周
期
第一周期
2
第二周期
8
第三周期
8
长
周
期
第四周期
18
第五周期
18
第六周期
32
第七周期
不完全周期
族
主
族
ⅠA族～
ⅦA族
由长周期元素和短周期元素共同构成的族
最外层电子数=主族序数=价电子数
零族
第18纵行
最外层电子数为8（He除外）
副
族
ⅠB族～
ⅦB族
只由长周期元素构成的族
最外层电子数一般不等于族序数（第ⅠB族、ⅡB族除外），最外层电子数只有1～7个
第Ⅷ族
第8、9、10纵行

（1）元素周期表中最外层电子数规律：最外层电子数为1的元素有主族（IA族）、副族（IB、VIII族部分等）；最外层电子数为2的元素有主族（IIA族）、副族（IIB、IIIB、IVB、VIIB族）、0族（He）、VIII族（26Fe、27Co等）；最外层电子数在3—7之间的元素一定是主族元素；最外层电子数为8的元素：0族（He除外）。
（2）元素周期表中数目规律：元素种类最多的是第IIIB族（32种）；同周期第IIA族与第IIIA族元素的原子序数之差有以下三种情况：第2、3周期（短周期）相差1，第4、5周期相差11，第6、7周期相差25；设n为周期序数，每一周期排布元素的数目为：奇数周期为 (n+1)2/2，偶数周期为(n+2)2/2。
（3）元素周期表中分界线规律：位于金属与非金属之间的分界线，右上方的元素为非金属（周期表中的颜色为深绿色），在此可以找到制造农药的元素（如Cl、P等），左下角为金属元素（H除外），分界线两边的元素一般既有金属性，又有非金属性；能与酸和碱反应（如Be、Al等），还可找到制造半导体材料的元素（如Si、Ge等）。

（4）元素周期表中对角线规律：金属与非金属分界线对角（左上角与右下角）的两主族元素性质相似，主要表现在第2、3周期（如Li和Mg、Be和Al、B和Si）。
（5）元素周期表的应用：预测元素的性质；按周期表的位置在一定区域内寻找新物质(农药、半导体、催化剂等)。
2．元素周期律：
定义
元素性质随着元素原子序数的递增而呈周期性变化
实质
元素性质的周期性递变是核外电子排布周期性变化的必然结果
核外电子排布
同周期，从左至右，最外层电子数由1递增至8(若K层为最外层则由1递增至2)而呈现周期性变化
原子半径
同周期，从左至右，原子半径由大到小(稀有气体元素除外)呈周期性变化。原子半径由电子层数和核电荷数多少决定，它是反映结构的一个参考数据
主要化合价
同周期，从左至右，最高正价由由+1递变到+7，从中部开始有负价，从-4递变至-1， (稀有气体元素化合价为零)， 呈周期性变化。元素主要化合价由元素原子的最外层电子数决定，一般存在下列关系：最高正价数＝最外层电子数=8-｜最低负价｜
元素的性质
同周期，从左至右，金属性渐弱，非金属性渐强，最高氧化物的水化物的碱性渐弱，酸性渐强，呈周期性变化。这是由于在一个周期内的元素，电子层数相同，最外层电子数逐渐增多，核对外层电子引力渐强，使元素原子失电子渐难，得电子渐易，故有此变化规律
（1）在周期表中，元素的化学性质遵循以下递变规律：同周期元素，从左到右，金属性依次减弱，非金属性依次增强。同主族元素，从上到下，金属性依次增强，非金属性依次减弱。金属性越强，单质的还原性越强，对应离子的氧化性越弱，单质与水或酸反应越剧烈，越容易置换出氢，最高价氧化物的水化物的碱性越强，热稳定性越强；非金属性越强，单质的氧化性越强，对应离子的还原性越弱，单质与氢气反应越剧烈，氢化物越稳定，最高价氧化物的水化物的酸性越强。
（2）微粒半径大小比较中的规律
同周期
随原子序数递增，原子半径减小。如：r（Na）＞r（MMg）＞r（Al）＞r（Si）＞r（P）＞r（S）＞r（Cl）

同主族
随原子序数递增，原子或离子半径减小。如：r（Li）＜r（Na）＜r（k）＜r（Rb）＜r（Cs），r（Li+）＜r（Na+）＜r（k+）＜r（Rb+）＜r（Cs+），r（F—）＜r（Cl—）＜r（Br—）＜r（I—）
同电子层
核电荷数越大，离子半径越小。如：r（O2—）＞r（F—）＞r（Na+）＞r（Mg2+）＞r（Al3+）
同元素
阴离子大于原子,原子大于阳离子,低价阳离子大于高价阳离子。如：r（Cl）＞r（Cl），r（Fe）＞r（Fe2+）＞r（Fe3+）
（3）元素金属性（非金属性）相对强弱的判断规律
元素的性质
本质
判断的一般依据


元素金属性
元素的原子失电子的能力（与失电子的数目无关），原子越容易失去电子，元素金属性越强；反之则弱。
与水或酸(非氧化性)反应置换出氢的难易
最高价氧化物对应水化物的碱性强弱
水溶液中单质间的置换反应
原电池中的正负极(Mg—Al---NaOH溶液例外)
阳离子在电解池中阴极上的放电顺序


元素的非金属性
元素的原子得电子的能力（与得电子的数目无关），原子越容易得到电子，元素非金属性越强；反之则弱。
与氢气化合的难易
气态氢化物的稳定性
最高价氧化物对应水化物的酸性强弱
水溶液中单质间的置换反应（单质作氧化剂）
阴离子的还原性
例题1、下列说法正确的是 。
①原子序数为15的元素的原子半径小于N原子半径
②第ⅦA族元素是同周期中非金属性最强的元素
③Li、Na、K、Rb的氧化物对应水化物的碱性依次减弱
④B、C、N、O、F原子半径依次增大
⑤第三周期元素的离子半径从左到右逐渐减小
⑥ⅠA族元素的金属性比ⅡA族元素的金属性强
⑦ⅥA族元素的氢化物中，稳定性最好的其沸点也最高
⑧原子序数为12的元素的最高价氧化物对应水化物的碱性大于Al(OH)3
⑨元素性质呈现周期性变化的根本原因是原子半径呈周期性变化
⑩非金属元素呈现的最低化合价，其绝对值等于该元素原子的最外层电子数
⑪若M＋和R2－的核外电子层结构相同，则原子序数：R>M
⑫第三周期非金属元素含氧酸的酸性从左到右依次增强
二、“位构性”和元素推断
1．元素推断题的一般思路

2．由主族元素在周期表中的位置推断
元素周期表的结构(能区分长短周期、主副族、每周期的元素数目等)是解题的基础，一定要心中有“表”。主族元素在周期表中的特殊位置：族序数等于周期数的元素有H、Be、Al；族序数等于周期数2倍的元素有C、S；族序数等于周期数3倍的元素有O；周期数是族序数2倍的元素有Li；周期数是族序数3倍的元素有Na；最高正价与最低负价代数和为零的短周期元素有C、Si；最高正价是最低负价绝对值3倍的短周期元素有S；除H外，原子半径最小的元素有F；最高正价不等于族序数的元素有O、F；第三周期原子半径最大的元素有Na。
3．由元素及其化合物的性质推断
常见元素及其化合物的特性是解题的关键，准确把握元素及其化合物性质，使元素推断变的轻松，快捷。常见元素及其化合物的特性：形成化合物种类最多的元素、单质是自然界中硬度最大的物质的元素或气态氢化物中氢的质量分数最高的元素是C；空气中含量最多的元素或气态氢化物的水溶液呈碱性的元素是N；地壳中含量最多的元素、氢化物沸点最高的元素或氢化物在通常情况下呈液态的元素是O；单质最轻的元素是H；最轻的金属单质是Li；单质在常温下呈液态的非金属元素是Br；金属元素是Hg；最高价氧化物及其水化物既能与强酸反应，又能与强碱反应的元素是Al；元素的气态氢化物和它的最高价氧化物的水化物能起化合反应的元素是N；能起氧化还原反应的元素是S；元素的单质在常温下能与水反应放出气体的短周期元素是Li、Na、F。
4．由“位”、“构”、“性”的关系推断

例题2、短周期元素A、B、C、D原子序数依次增大，A的单质是最轻的气体，A、C同主族，只有C是金属元素，B的最外层电子数是次外层电子数的3倍，B、C的最外层电子数之和与D的最外层电子数相等。
(1)C的原子结构示意图为____________。
(2)化合物C2B2中阴、阳离子个数比为________，其中含有的化学键类型为___________。
(3)化合物CDB是家用消毒剂的主要成分，其水溶液显碱性。请用离子方程式说明该化合物水溶液呈碱性的原因是_________________________。
(4)A单质、B单质和由A、B、C三种元素组成的化合物水溶液可以设计成一种燃料电池，该电池负极的电极反应式为_______________________。
(5)往CD溶液中滴加硝酸银溶液生成白色沉淀后，再滴加碘化钠溶液，可观察到的现象是__________，其反应的离子方程式为___________________________。
【课时练习】
1．“医用酒精”和“84消毒液”混合，产生ZQ、X2W4Y、XW3Q等多种物质，已知W、X、Y、Z、Q为原子序数依次增大的短周期主族元素。下列叙述错误的是
A．简单气态氢化物热稳定性： Y>X
B．W与Z可形成离子化合物ZW
C．简单离子半径： Q->Y2->Z+
D．常温下，XW3Q为气态，且X、W、Q均满足8电子稳定结构
2．下表是部分短周期元素的原子半径及主要化合价，根据下表信息判断正确的是
元素代号
L
M
Q
R
T
原子半径/nm
0.130
0.118
0. 090
0.102
0.073
主要化合价
+2
+3
+2
+6、-2
-2
A．简单氢化物的沸点:TMg
C
SO2与NaHCO3溶液反应生成CO2
非金属性:S>C
D
t℃时,Br2+H22HBr Ea=akJ/mol
I2+H22HI Ea=bk]/mol (b>a)(Ea为活化能)
非金属性:Br>I
7．主族元素X、Y、Z、W、R、T的原子序数依次增大，且均不大于20。其中X-的电子层结构与氦相同，R和Y同族，Y元素的某种单质是一种自来水消毒剂；Z3+和Y2-具有相同的电子层结构；W的单质是一种常见的半导体材料；T、W、Y三种元素组成盐T2WY3的溶液通入过量CO2后产生白色沉淀。下列说法不正确的是( )
A．原子半径：T＞R＞W＞Z
B．W和Y形成的化合物通常用作光导纤维
C．化合物TX具有很强的还原性，可与水反应
D．T、R、Z三种元素的最高价氧化物对应的水化物两两能发生反应
8．短周期元素X、Y、Z、W在元素周期表中的相对位置如图所示，其中W原子的质子数是其最外层电子数的三倍，下列说法不正确的是（ ）

A．最高价氧化物对应水化物的酸性：X>W>Z
B．最简单气态氢化物的热稳定性：Y>X>W>Z
C．原子半径：W>Z>Y>X
D．元素X、Z、W的最高正化合价分别与其主族序数相等
9．被誉为“矿石熊猫”的香花石，由我国地质学家首次发现，它由前20号元素中的6种组成，其化学式为Y2X3(ZWR4)3T2，其中X、Y、Z为金属元素，Z的最外层电子数与次外层电子数相等，X、Z位于同族，Y、Z、R、T位于同周期，R最外层电子数是次外层的3倍，T无正价，X与R原子序数之和是W的2倍。下列说法错误的是（ ）
A．原子半径：Y>Z>R>T
B．气态氢化物的稳定性：WY>Z>R
B．氢化物的沸点：Z>Y>X
C．X、Y、Z、R可形成多种既能与盐酸反应，又能与NaOH反应的化合物
D．管道工人可用YR3检验输送W2的管道是否泄露
11．科学家研制出了一种漂白效率极高的新型漂白剂(结构如图所示),其中W、X、Y、Z均为短周期元素且原子序数依次增大。常温下，0.1 mol/L Z的氢化物的水溶液中c(H+ )=0.1 mol/L，且Z与Y位于不同周期。下列叙述正确的是

A．原子半径:W> X> Y B．氢化物的沸点:Y >X> Z> W
C．X的氧化物的水化物是强酸 D．Y的单质均具有杀菌消毒作用
12．短周期主族元素X、Y、Z、W的原子序数依次 增大。在如图所示的物质转化关系中，p、q、 m.n分别是元素W、X、Y、Z的气体单质，p和 s均为有色气体，v的水溶液呈碱性。常温下，0.1 mol • L -1 ，t 溶液与 0.1 mol • L -1 u 溶液的pH均为1。下列说法不正确的是

A．Y、W的兹高价氧化物对应的水化物均为强酸
B．元索的非金属性：Z>Y>X；原子半径:XR，⑪错误；第三周期非金属元素的最高价含氧酸的酸性从左到右依次增强，⑫错误。
例题2、(1)第二周期ⅤA族(2)H2O
(3)C＋4HNO3(浓)CO2↑＋4NO2↑＋2H2O
(4)＋172.5 kJ·mol－1(若“＋”未标出不扣分)
(5)75%
【解析】依题意得：R为H、X为C、Y为N、Z为O。(2)非金属性越强，气态氢化物越稳定。(4)利用盖斯定律求解可得；(5)依据实验序号①用“三段式”求出850℃时的K，②中依据“三段式”和K求R2平衡转化率。
1．D【解析】 “医用酒精”主要成分为CH3CH2OH, “84消毒液”主要成分为NaClO，则反应后必定含有元素C、H、O、Na、Cl，已知W、X、Y、Z、Q为原子序数依次增大的短周期主族元素，则W为H，X为C，Y为O，Z为Na，Q为Cl，以此分析。
A. 由于O的非金属性强于C，则简单气态氢化物热稳定性：H2O>CH4，故A正确；
B. W与Z可形成离子化合物NaH，故B正确；
C. 简单离子半径： Cl->O2->Na+，故C正确；
D. 常温下，CH3Cl为气态，但H原子不满足8电子稳定结构，故D错误；
故答案选：D。
2．D【解析】在短周期主族元素中，元素的最高正化合价与其族序数相等，非金属元素负化合价数值=族序数-8，原子的电子层数越多其原子半径越大，同一周期元素，其原子半径随着原子序数增大而减小；L、Q属于第IIA族元素，L原子半径大于Q，则L是Mg元素、Q是Be元素；M属于第IIIA族元素，M原子半径大于Q，则M是Al元素；R、T最低负价是-2价，则二者属于第VIA族元素，R有正化合价，则R为S元素、T为O元素，再结合题目分析解答。
A、由于H2O中存在氢键沸点高，故简单氢化物的沸点:T>R，选项A错误；
B、同周期从左到右金属性减弱，最高价氧化物的水化物的碱性减弱，故最高价氧化物对应水化物的碱性:L>Q，选项B错误；
C．L是Mg元素、R是S元素，L2+核外电子数是10、R2-的核外电子数是18，所以二者核外电子数不等，选项C错误；
D、M与T形成的化合物氧化铝具有两性，选项D正确。
答案选D。
3．C【解析】①非金属单质M能从N的化合物中置换出非金属单质N，则非金属性M比N强，故①正确；
②M原子比N原子容易得到电子，则非金属性M比N强，故②正确；
③非金属越容易与氢气化合，非金属性越强，则M的非金属性比N强，故③正确；
④不能利用氢化物的水溶液的酸性比较非金属性的强弱，故④错误；
⑤氧化物水化物的酸性HmMOx>HnNOy，不一定为最高价氧化物的水化物的酸性，不能用来比较非金属性强弱，故⑤错误；
答案：C
4．C【解析】短周期元素W、X、Y、Z的原子序数依次增加．m、p、r是由这些元素组成的二元化合物，n是元素Z的单质，通常为黄绿色气体，则n为Cl2，Z为Cl元素；氯气与p在光照条件下生成r与s，r溶液是一种常见的强酸，则r为HCl，s通常是难溶于水的混合物，则p为CH4，氯气与m反应生成HCl与q，q的水溶液具有漂白性，则m为H2O，q为HClO，结合原子序数可知W为H元素，X为C元素，Y为O元素，然后结合元素周期律解答。
A．所有元素中H原子半径最小，同周期自左而右原子半径减小，故原子半径W（H）＜Y（O）＜X（C），故A错误；
B．氯的氧化物中氧元素表现负化合价，氧元素非金属性比氯的强，高氯酸为强酸，碳酸为弱酸，氯元素非金属性比碳的强，故非金属性Y（O）＞Z（Cl）＞X（C），故B错误；
C．氧元素氢化物为水或双氧水，常温下均为液态，故C正确；
D．X的最高价氧化物的水化物为碳酸，碳酸属于弱酸，故D错误；
故选C。
5．C【解析】根据原子半径与原子序数的关系图可推知元素a、b、c、d、e分别为O、Na、Al、Si、Cl，据此进行分析。
A．c元素的离子Al3+半径比e的离子Cl-少一个电子层，所以Al3+半径较小，A正确；
B．非金属性：SiX>W>Z，B项正确；
C．电子层数越多半径越大，电子层数相同时原子序数越大半径越小，所以四种元素的半径大小顺序为：Z＞W＞X＞Y，C项错误；
D．主族元素能够形成的最高正价与族序数相等，D项正确；
答案选C。
9．D【解析】 “矿石熊猫”由前20号元素中的6种组成，其化学式为X3Y2（ZWR4）3T2，其中R原子最外层电子数为其次外层电子数的3倍，R原子只能有2个电子层，最外层电子数为6，则R为O元素；Y、Z、R、T位于同周期，即处于第二周期，T元素无正价，则T为F元素；Z的最外层电子数与次外层电子数相等，则Z为Be元素；Y为金属元素，则Y为Li元素；X、Z位于同主族，则X为Mg元素或Ca元素，若X为Mg元素，则由X与R原子序数之和是W的2倍，则W为Ne元素，不符合题意；若X为Ca元素，则由X与R原子序数之和是W的2倍，则W为Si元素，符合题意。
A. Y为Li元素、Z为Be元素、R为O元素、T为F元素，同周期，从左向右，原子半径减小，原子半径：r(Li)>r(Be)>r(O)>r(F)，A正确；
B. W为Si元素、R为O元素、T为F元素，非金属性：F>O>Si，则气态氢化物的稳定性SiH4 Be(OH)2，C正确。
D. XR2、WR2分别为：CaO2、SiO2，CaO2中O元素为−1价，SiO2中O元素化合价为−2，D错误；故答案为：D。
10．B【解析】五种元素均为短周期主族元素，W的原子序数最大，且与X、Y、Z不是同周期，所以W应为第三周期元素，可以形成负一价阴离子，所以W为Cl元素，X、Y、Z为第二周期元素；五种元素中R的原子序数最小，根据该离子化合物的结构可知R元素可以形成1个共价键，为H元素或第ⅦA族元素，但R不可能为第二周期ⅦA族元素元素，则R为H元素；Z可以形成2个共价键，应为O元素，X能形成4个共价键，X原子序数小于Y，X应为C元素，Y为N元素，综上所述R、X、Y、X、W分别为H、C、N、O、Cl。
A．电子层数越多原子半径越大，电子层数相同核电荷数越小原子半径越大，所以原子半径C>N>O>H，故A正确；
B．三种元素的氢化物种类繁多，例如C元素的氢化物有多种烃类，无法比较沸点，故B错误；
C．C、N、O、H可以形成氨基酸、碳酸铵、碳酸氢铵等化合物，均既能与酸反应又能与碱反应，故C正确；
D．氨气与Cl2相遇可以生成固体氯化铵，产生白烟，所以可用NH3检验输送Cl2的管道是否泄漏，故D正确；
故答案为B。
11．A【解析】由新型漂白剂的结构可知，W形成的价键数为4，X形成的价键数为3，Y形成的价键数为2，Z形成的价键数为1；W、X、Y、Z均为短周期元素且原子序数依次增大，常温下，0.1mol/LZ的氢化物的水溶液c(H+ )=0.1 mol/L，Z的氢化物为强酸，则Z为Cl；Z与Y位于不同周期，则Y为O元素、W为C元素、X为N元素，据此分析解题。
A. C、N、O为同周期主族元素，核电荷数越大，原子半径越小，C、N、O三种元素的原子半径由大到小的顺序为C＞N＞O，即W＞X＞Y，故A正确；
B. H2O常温下为液体，NH3和H2O分子间存在氢键，四种元素简单氢化物的沸点由高到低的顺序为H2O＞NH3＞HCl＞CH4，但C的氢化物包括多碳的烃，常温下有固体，有液体，即碳的氢化物沸点也可能比H2O高，故B错误；
C. N的最高价氧化物的水化物HNO3是强酸，而+3价N的氧化物水化物HNO2是弱酸，故C错误；
D. Y的单质有氧气和臭氧，O3具有强氧化性，具有杀菌消毒作用，而氧气不能杀菌消毒，故D错误；
答案选A。
12．D【解析】短周期主族元素X、Y、Z、W的原子序数依次增大．由图中物质转化关系及p和s均为有色气体，v的水溶液呈碱性．常温下，0.1mol•L-1 t溶液与0.1mol•L-1 u溶液的pH 均为1，v为NH3，p为Cl2，u为HCl，q为H2，m为N2，n为O2，r为NO，s为NO2，t为HNO3，p、s分别为黄绿色、红棕色；又p、q、m、n分别是元素W、X、Y、Z的气体单质，则X为H，Y为N，Z为O，W为Cl；
A. Y、W的最高价氧化物对应的水化物分别为硝酸、高氯酸，均为强酸，故A正确；
B. O只有负价，高氯酸的酸性大于硝酸，则元素的非金属性：Z>Y>X，电子层越多原子半径越大、同周期从左向右原子半径减小，则原子半径：X