【同步讲义】高中化学（鲁科版2019）必修第二册--1.2元素周期律与元素周期表（讲）

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第2节　元素周期律和元素周期表知识精讲知识点1、元素周期律1．元素周期律的探究1.原子序数(1)含义：元素在元素周期表中的序号。(2)与其他量的关系原子序数＝核电荷数＝质子数＝核外电子数。【活动·探究】——元素周期律初探原子核外电子排布及元素性质的递变规律①以元素的原子序数为横坐标、原子的最外层电子数为纵坐标，绘出直方图。②以元素的原子序数为横坐标、元素的原子半径为纵坐标，绘出折线图。③以元素的原子序数为横坐标、元素的常见最高化合价和最低化合价为纵坐标，用不同颜色的笔绘出折线图。（3）随着原子序数的递增，元素性质变化的规律性。点拨：(1)氢原子的半径在所有原子半径中最小。(2)稀有气体元素原子半径的测量依据与其他原子半径的测量依据不同，数据没有比较的价值。（3）最外层电子数的周期性变化规律随着原子序数的递增，原子的最外层电子排布从电子数最少（1个）逐渐达到稳定结构（2个或8个），呈现周期性变化。（4）原子半径的周期性变化规律随着原子序数的递增，元素的原子半径从大到小（稀有气体除外），呈现周期性变化。2.元素周期律【跟踪训练】1．下列各元素性质递变情况中，错误的是(　　)A．Li、Be、B原子最外层电子数依次增多B．N、O、F元素最高正化合价依次升高C．Mg、Al、Si原子半径依次减小D．P、S、Cl元素的负化合价依次为－3、－2、－1【答案】B　【解析】Li、Be、B最外层电子数由1递增到3，故A正确；N最高正价为＋5价，O无最高正价，F无正价，故B不正确；Mg、Al、Si电子层数相同，核电荷数越多，半径越小，故C正确；P、S、Cl最低负化合价从－3到－1，故D正确。2.（2022·四川省南充·高一月考）W、X、Y、Z是四种短周期主族元素，其原子半径随原子序数的变化如图。已知W是地壳中含量最高的元素；X和Ne原子的核外电子数相差1；Y的单质是一种常见的半导体材料；Z的非金属性在同周期元素中最强。下列说法不正确的是A. 对应简单离子的半径：X＜WB. 对应的简单气态氢化物的稳定性：Y＞ZC. 元素X、Z分别与W能形成多种化合物D. Z的最高价氧化物对应的水化物具有强酸性【答案】B【解析】W、X、Y、Z是四种常见的短周期元素，已知W是地壳中含量最高的元素，故W为O元素；X和Ne原子的核外电子数相差1，X为Na或F，X原子半径大于O原子，故X为Na元素；Y的单质是一种常见的半导体材料，原子序数大于Na元素，故Y为Si元素；Z的非金属性在同周期元素中最强，故Z为Cl元素。A．W为O元素，X为Na元素，电子层结构相同的离子，核电荷数越大，离子半径越小，故离子半径O2-＞Na+，故A正确；B．Y为Si元素，Z为Cl元素，非金属性Cl＞Si，故氢化物稳定性Y(Si)＜Z(Cl)，故B错误；C．X为Na元素，Z为Cl元素，W为O元素，能够形成的化合物分别有氧化钠、过氧化钠，二氧化氯，七氧化二氯等，故C正确；D．氯的最高价氧化物对应的水化物为高氯酸，是强酸，故D正确；知识点2、元素周期表的编排原则1.元素周期律与元素周期表的关系元素周期表是元素周期律的具体表现形式，它是学习和研究化学的重要工具。2.编排原则（1）周期：把电子层数相同的元素，按原子序数递增顺序从左到右排列成一横行。（2）族：把不同横行中最外层电子数相同的元素，按电子层数递增的顺序从上到下排成一纵行。3.原子序数与元素的原子结构之间的关系：原子序数＝核电荷数＝质子数＝核外电子数。4.元素周期表的结构名师提醒： （1）族的序数一般用罗马数字Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ、Ⅶ，稀有气体元素化合价通常为0价，所以该组称为0族，族的序数为0。除0族外，主族的序数后标A，副族的序数后标B。（2）包含元素最多的族是ⅢB族，因为它包含镧系和锕系元素，共32种元素。（3）各族的特别名称：二、元素周期表的结构及应用1.周期元素周期表有7个横行，每一横行称为一个周期，元素周期表共有7个周期。2.族现在常用的元素周期表有18个纵行，它们被划分为16个族，包括7个主族，7个副族，1个第Ⅷ族(其中第8、9、10这3个纵行称为第Ⅷ族)，1个0族。(第13～18纵行不包括第七周期的元素)详细情况见下图：【族的别称】第ⅠA族元素(除氢)称为碱金属元素；第ⅣA族元素称为碳族元素；第ⅤA族元素称为氮族元素；第ⅥA族元素称为氧族元素；第ⅦA族元素称为卤族元素；0族元素称为稀有气体元素。3.过渡元素元素周期表中从ⅢB到ⅡB共10个纵行，包括了第Ⅷ族和全部副族元素，共60多种元素，全部为金属元素，统称为过渡元素。4.认识元素周期表的相关信息（1）元素周期表中每个格中的信息(以Fe为例)：。如图注：*处给出的是关于外围电子层排布的信息。此内容将在《物质结构与性质》中介绍。(2)元素周期表中金属元素与非金属元素的分界线名师提醒：①沿着元素周期表中铝、锗、锑、钋与硼、硅、砷、碲、砹的交界处画条虚线，即金属元素区和非金属元素区分界线(氢元素除外)。②元素周期表中，金属元素占了绝大多数，非金属元素只是少数。③在金属元素与非金属元素分界线的左侧(第IA族)还包括非金属元素——H。④周期表的左下方是金属性最强的元素(钫)，右上方(除0族外)是非金属性最强的元素(氟)。⑤元素的金属性和非金属性之间没有严格的界线，因此，位于分界线附近的元素，既表现金属元素的某些性质，又表现非金属元素的某些性质。 (3)确定元素在元素周期表的位置依据原子序数确定元素在元素周期表中的位置。①如已知某元素原子序数为7，则确定其在周期表中位置的方法是先画出该元素的原子结构示意图，由其电子层数为2，确定其处于第二周期，由其最外层有5个电子确定其处在第ⅤA族；②推断原子序数为53的元素在周期表中的位置：第五周期第ⅦA族。归纳总结：1.元素周期表的结构口诀：七主七副七周期，0族Ⅷ族镧锕系。2.元素的位置与原子结构的关系【跟踪训练】1．（2022·云南昆明高一月考）下列关于元素周期表的说法错误的是（ ）A．元素周期表是元素周期律的具体表现形式B．是先有元素周期律，再有元素周期表的C．中学课本上的元素周期表是常用的一种形式，也是唯一的一种形式D．元素周期律是指元素的性质随着原子序数的递增而呈周期性的变化的规律【答案】C【解析】A、周期表是按照原子序数大小排列的，每一周期具有相同电子层数，每一族元素的价电子数目相等，性质相似，同时按照原子序数的递增呈周期性变化，即元素周期表是元素周期律写具体表现形式，故A说法正确；B、元素周期表是元素周期律的具体表现形式，先有了元素周期律，然后门捷列夫才做出了元素周期表，故B说法正确；C、不只有门捷列夫作出了元素周期表，还有别人的不一样的排列方式，故C说法错误；D、原子核外电子呈现周期性的变化，因此元素的性质随着原子序数的递增而呈周期性的变化的规律，故D说法正确；2. 下列对元素周期表的认识正确的是A．有9行7个周期 B．有16列16个族C．有三个短周期四个长周期 D．非金属元素存在于主族与副族中【答案】C【解析】A．元素周期表有7个纵行，分为7个周期，故A错误；B．元素周期表有18列16个族，其中7个主族、7个副族、1个第Ⅷ族和1个0族，故B错误；C．元素周期表有7个周期，其中一、二、三为短周期，四、五、六、七为长周期，故C正确；D．副族中没有非金属元素，非金属元素全部是主族或0族元素，故D错误；3．下列关于元素周期表的叙述正确的是(　　)A．周期表是按各元素的相对原子质量递增的顺序从左至右排列的B．同族元素的最外层电子数一定相同C．同周期元素的电子层数相同D．每一周期的元素都是从碱金属开始，以稀有气体结束【答案】C　【解析】周期表是按各元素的原子序数从小到大的顺序排列的，A项错误；同主族元素的最外层电子数不一定相同，如对于0族元素而言，最外层电子数则可能是2、8，B项错误；在元素周期表中，同一周期必然具有相同的电子层数，C项正确；第1周期起始元素为氢元素，为非金属，D项错误。4.下列各图若为元素周期表的一部分(表中数字代表原子序数)，其中合理的是(　　)【答案】D【解析】本题要求熟记周期表的结构，知道1～18号元素在周期表中的具体位置。解题时可根据稀有气体2号、10号元素应在周期表的最右端和3号元素在周期表的最左端排除A、B、C三项。5. 0.05 mol某金属单质与足量的盐酸反应，放出1.12 L H2(标准状况)，并转变为具有Ar原子的电子层结构的离子，该金属元素在元素周期表中的位置是(　　)A.第三周期ⅠA族B.第三周期ⅡA族C.第四周期ⅠA族 D.第四周期ⅡA族【答案】D【解析】设该金属单质与盐酸反应所表现的化合价为＋x价，则0.05x＝eq \f(1.12,22.4)×2，x＝2。根据题意，该金属单质为Ca，位于第四周期ⅡA族。知识点3、微粒半径大小的判断方法影响微粒半径的因素有：电子层数、核电荷数、核外电子数。一般地，电子层数越多，微粒半径越大；电子层数相同时，核电荷数越大，原子核对外层电子的吸引力越大，半径越小；当电子层数、核电荷数相同时，核外电子数越多，电子之间的斥力使半径趋于增大，故当电子层数、核电荷数相同时，核外电子数越多，半径越大。在比较微粒半径时，一般先看电子层数，再看核电荷数，后看核外电子数。1．一看电子层数电子层数不同、最外层电子数相同时，电子层数越多，半径越大；如r(F)r(Mg)>r(Al)>r(S)>r(Cl)，r(S2－)>r(Cl－)>r(K＋)>r(Ca2＋)。3．三看核外电子数核电荷数相同时，电子数越多，半径越大；如r(Na＋)r(Cl)。（1）判断的依据 ①电子层数：相同条件下，电子层越多，半径越大。②核电荷数：相同条件下，核电荷数越多，半径越小。（2）具体规律①同一周期，从左到右原子半径随核电荷数的增大而减小（主族元素，稀有气体除外），因为电子层数相同，从左到右电子数增多，核电荷数增大，原子核对外层电子的吸引力大于电子之间的排斥力。如：Na>Mg>Al>Si>P>S>Cl。②同一主族，从上到下半径逐渐增大，因为最外层电子数相同，电子层数增多，离原子核越来越远，原子核对外层电子的吸引力小于电子之间的排斥力。如：LiMg2＋>Al3＋、P3－>S2－>Cl－，最外层电子数相同，电子层越多，离子半径越大，所以离子半径：Cl－>Na＋，所以离子半径：P3－>S2－>Cl－>Na＋>Mg2＋>Al3＋，故图C符合。(3)同周期主族元素，随原子序数递增原子半径减小，故图D符合。知识点4、原子序数与元素在周期表中位置的推导1．根据核外电子的排布三大规律推断元素（1）最外层电子规律（2）“阴三、阳四”规律：某元素阴离子最外层电子数与次外层相同，该元素位于第三周期；若为阳离子，则位于第四周期。（3）“阴上、阳下”规律：电子层结构相同的离子，若电性相同，则位于同周期，若电性不同，则阳离子位于阴离子的下一周期。2．利用“化合价”推导元素（1）正、负价差：符合公式“最高正价＋|最低负价|＝8”的元素，当正、负的绝对值之差为0、2、4、6时，所在的主族序数依次是ⅣA、ⅤA、ⅥA、ⅦA。（2）最高正价与最低负价代数和为0的短周期元素：H、C、Si。（3）最高正价是最低负价绝对值3倍的短周期元素：S。（4）最高正价不等于族序数的短周期元素：O、F。3．根据元素在周期表中位置，确定其化合物的化学式知道元素在周期表中的主族序数后，根据化合价规律就可以写出它的化合物的化学式，例如(用R代表元素)：【跟踪练习】1．（2021·四川省凉山州西昌市·高一月考）下列微粒半径大小比较正确的是(　　)A．Na＋Cl－>Na＋>Al3＋C．NaMg>Al>S；D项，最外层电子数相同时，电子层数越多，原子半径越大：Cs>Rb>K>Na。2．（2022·四川省绵阳市高三月考）已知W、X、Y、Z为短周期元素，原子序数依次增大。W、Z同主族，X、Y、Z同周期，其中只有X为金属元素。下列说法一定正确的是(　　)A．原子半径：X＞Y＞Z＞WB．W的含氧酸的酸性比Z的含氧酸的酸性强C．W的气态氢化物的稳定性小于Y的气态氢化物的稳定性D．若W与X原子序数差为5，则形成化合物的化学式为X3W2【答案】A【解析】由于原子序数按W、X、Y、Z依次增大，W与Z是同一主族的元素，而X、Y、Z是同一周期的元素，且只有X是金属元素，则这四种元素在周期表中的相对位置为：，则原子半径X>Y>Z>W，A项正确；若W为N元素，酸性；HNO2Y，气态氢化物的稳定性W>Y，C项错误；若W与X原子序数差5，当W为N元素，则X为Mg元素，可形成Mg3N2，当W为O元素，则X为Al元素，可形成Al2O3，D项错误。知识点5、焰色反应及元素周期表中部分重要元素1.焰色反应某些金属或它们的化合物在灼烧时火焰呈现特征颜色的反应，这在化学上叫做焰色试验，亦称焰色反应。根据焰色反应可以判断某些元素的存在。操作步骤：名师提醒：(1)铂丝要用盐酸洗涤，因为残留的金属氧化物一般都会被盐酸反应掉，盐酸起到清洗的作用，且盐酸易挥发。(2)观察钾的焰色时，要透过蓝色钴玻璃，原因是为了滤去黄光，避免所含微量的钠元素造成干扰。(3)焰色反应是某些金属元素的物理属性，不是化学变化。无论是金属元素的单质、化合物、溶液或固体，其焰色都相同，与其存在形态无关。3第VA族元素的名称、符号及其用途2.元素周期表中的重要元素【跟踪训练】1．节日燃放的绚丽焰火与“焰色反应”知识相关。下列说法中正确的是A．焰色反应均应透过蓝色钴玻璃观察B．NaCl与Na2CO3灼烧时火焰颜色相同C．焰色反应是化学变化D．焰色反应后金属丝用硫酸清洗并在外焰上灼烧至没有颜色，再蘸取其他样品灼烧【答案】B【解析】A. 焰色反应在观察钾元素的焰色时，为了滤去黄色的光应透过蓝色钴玻璃观察，并不是都要透过蓝色钴玻璃观察，故A错误；B. NaCl与Na2CO3中都含有钠元素，故灼烧时火焰颜色相同，故B正确；C. 焰色反应是体现了元素的物理性质，不发生化学变化，故C错误；D. 焰色反应后金属丝用盐酸清洗并在外焰上灼烧至没有颜色，再蘸取其他样品灼烧，故D错误。2．下列关于“焰色反应”的相关叙述不正确的是( )A、某“焰色反应”的焰色结果为黄色，则样品中一定含“Na”元素，未必不含“K”元素；B、做“焰色反应”实验时，如果没有铂丝，可用铁丝代替；C、“焰色”是金属单质或其离子燃烧时体现出来的火焰颜色；D、做“焰色反应“实验时，用于清洗铂丝的酸宜选用盐酸，不宜选用硫酸【答案】C【解析】A、钾元素的紫光必须透过蓝色钴玻璃才能观察到，故某物质灼烧时焰色反应为黄色，则一定只含钠元素，也可能含其他元素，如钾元素，故A正确；B、可用铂丝或光洁无锈的铁丝做焰色反应实验，故B正确；C、焰色反应是元素的性质，如：焰色反应为黄色，说明该物质中含有钠元素，可能是钠的单质，也可能是钠的化合物，故C错误；D、做“焰色反应“实验时，用于清洗铂丝的酸宜选用盐酸，不宜选用硫酸，因为硫酸难挥发，故D正确。元素符号元素名称原子序数核电荷数电子层数原子最外层电子数原子半径/nm相对原子质量最高化合价和最低化合价（常见）H氢11110.0371.008+1He氦2212—4.0030Li锂33210.1526.941+1Be铍44220.0899.012+2B硼55230.08210.81+3C碳66240.07712.01+4；-4N氮77250.07514.01+5；-3O氧88260.07416.00-2F氟99270.07119.00-1Ne氖101028—20.180Na钠1111310.18622.99+1Mg镁1212320.16024.31+2Al铝1313330.14326.98+3Si硅1414340.11728.09+4；-4P磷1515350.11030.97+5；-3S硫1616360.10232.06+6；-2Cl氯1717370.09935.45+7；-1Ar氩181838—39.950原子序数电子层数最外层电子数达到稳定结构时的最外层电子数1—211223—10218811—183188结论：随着原子序数的递增，元素原子的最外层电子排布呈现周期性变化原子序数原子半径的变化3—90.152 nm0.071 nm大小11—170.186 nm0.099 nm大小结论：随着原子序数的递增，元素原子半径呈现周期性的变化原子序数化合价的变化1—2+103—10正价：+1+5负价：-4-1011—18正价:+1+7负价:-4-10结论：随着原子序数的递增，元素化合价呈现周期性的变化族序数别称第ⅠA族金属元素碱金属元素第ⅡA元素碱土金属元素第ⅦA族元素卤族元素0族元素稀有气体元素Ⅷ族元素过渡元素类别周期序数起止元素包括元素种数核外电子层数稀有气体原子序数位置与结构的关系短周期一H～He212周期序数＝电子层数二Li～Ne8210三Na～Ar8318长周期四K～Kr18436五Rb～Xe18554六Cs～Rn32686七Fr～118号327118最外层电子数(N)3≤N<8N＝1或2N>次外层电子数元素在周期表中的位置主族第ⅠA族、第ⅡA族、第Ⅷ族、副族、0族元素氦第二周期ⅣAⅤAⅥAⅦA氢化物RH4RH3H2RHR最高价氧化物RO2R2O5RO3R2O7最高价含氧酸H4RO4或H2RO3H3RO4或HRO3H2RO4HRO4元素名称氮磷砷锑铋镆元素符号NPAsSbBiMc简单介绍氮族元素原子的最外层都有5个电子，所以它们在最高价氧化物中的化合价为+5价。氮族元素中，氮和磷是典型的非金属元素；砷虽然是非金属元素，但已表现出些金属元素的性质，如单质砷具有金属光泽；锑、铋则是金属元素；115号元素镆是人工合成的放射性元素。代表元素的性质磷元素有白磷和红磷两种同素异形体，它们在室温下都本族中磷元素的是固体。单质磷在空气中易被氧化，因此自然界中没有存在和用途游离态的磷，磷元素主要以磷酸盐的形式存在于矿石中。族元素性质存在ⅡA族(碱土金属元素)铍(Be)、镁(Mg)、钙(Ca)、锶(Sr)、钡(Ba)、镭(Ra)等①物理共性：亮白色，导电性，导热性，延展性②化学共性：R－2e－→R2＋在自然界中都以化合态形式存在ⅤA族氮(N)、磷(P)、砷(As)、锑(Sb)、铋(Bi)等N、P、As为非金属元素，Sb、Bi为金属元素在自然界中以化合态和游离态形式存在副族和Ⅷ族(过渡元素)第3～12列全为金属元素，具有良好的导电性—