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第23讲 元素周期表和元素周期律
第五章
2024
内容索引
01
02
03
考点一 元素周期表
考点二 元素周期律
真题演练 角度拓展
复习目标
1知道元素周期表的结构,了解同周期和同主族元素性质的递变规律。
2认识原子半径、第一电离能、电负性等元素性质的周期性变化。
3能从原子价层电子数目和价层电子排布的角度解释元素周期表中分区、周期和族的划分,了解元素周期律(表)的应用价值。
考点一 元素周期表
必备知识 自主预诊
1.元素周期表的编排原则
2.元素周期表的结构
3.原子结构与元素周期表的关系
(1)原子结构与周期的关系
最高能级所在能层序数=周期序数
周期 电子层(能层) 序数 每周期第一种元素 每周期最后一种元素 原子序数 价层电子排布式 原子序数 价层电子排布式
一 1 1 1s1 2 2s2
二 2 3 2s1 10 2s22p6
三 3 11 3s1 18 3s23p6
四 4 19 4s1 36 4s24p6
五 5 37 5s1 54 5s25p6
六 6 55 6s1 86 6s26p6
七 7 87 7s1 118 7s27p6
(2)原子结构与族的关系
价层电子总数=主族序数
主族 ⅠA ⅡA ⅢA ⅣA
价层电子排布 ns1 ns2 ns2np1 ns2np2
主族 ⅤA ⅥA ⅦA —
价层电子排布 ns2np3 ns2np4 ns2np5 —
微点归纳①0族元素的价层电子排布:He为1s2,其他为ns2np6。
②过渡元素(第ⅠB~ⅦB族和第Ⅷ族)的价层电子排布:(n-1)d1~10ns1~2。
4.元素周期表的分区
(1)按元素的种类分区
(2)按价层电子排布分区
微点归纳元素周期表中各分区原子的价层电子排布特点
分区 价层电子排布
s区 ns1~2
p区 ns2np1~6(除He外)
d区 (n-1)d1~9ns1~2(除钯外)
ds区 (n-1)d10ns1~2
f区 (n-2)f0~14(n-1)d0~2ns2
5.元素周期表和元素周期律的应用
(1)科学预测:为新元素的发现及预测其原子结构和性质提供了线索。
(2)寻找新物质
(3)用于工农业生产:对探矿有指导意义的是地球化学元素的分布与它们在元素周期表中的位置关系,研制农药材料等。
旁栏边角(选择性必修2·“探究·再探元素周期表”)
阅读教材内容,判断下列说法的正误。
(1)元素周期表中同列元素原子的价层电子总数相同。( )
(2)元素周期表中,s区、d区和ds区的所有元素都是金属元素。( )
(3)某基态+3价阳离子的价层电子排布为3d5,则该元素处于第四周期第Ⅷ族。( )
(4)处于非金属与金属分界线上的元素常被称为半金属或类金属。( )
×
×
√
√
关键能力 考向突破
考向1 原子结构与元素周期表的关系
例1.下列有关说法正确的是( )
A.某元素基态原子的最外层有2个电子,则该元素一定处于第ⅡA族
B.短周期中基态原子最外层有2个未成对电子,该元素一定是C和Si
C.基态原子的价电子排布为4s24p2,则该元素处于第四周期第ⅣA族,属于p区元素
D.两种短周期元素的原子序数相差8,则两种元素一定处于不同主族
答案 C
解析 基态原子的最外层有2个电子,该元素可能处于第ⅡA族,也可能处于0族(He),或副族(如Zn等),A错误;短周期中基态原子最外层有2个未成对电子,其价电子排布可能为ns2np2或ns2np4,该元素可能是C、Si、O或S元素,B错误;基态原子的价电子排布式为4s24p2,最高能层序数为4,价电子总数为4,故该元素处于第四周期第ⅣA族,最后1个电子填充在4p轨道,故属于p区元素,C正确;两种短周期元素的原子序数相差8,则两种元素可能处于同主族,如O和S,D错误。
考向2 元素周期表的结构及应用
例2. 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.原子半径:W>Z>Y>X
B.最高价氧化物对应水化物的酸性:X>W>Z
C.最简单气态氢化物的热稳定性:Y>X>W>Z
D.元素X、Z、W的最高化合价分别与其主族序数相等
思路导引推断四种元素的思路如下:
答案 A
解析 原子半径:Si>P>N>O,A错误;元素的非金属性:N>P>Si,则最高价氧化物对应水化物的酸性:HNO3>H3PO4>H2SiO3,B正确;元素的非金属性:O>N>P>Si,则简单气态氢化物的热稳定性:H2O>NH3>PH3>SiH4,C正确;N和P处于第ⅤA族,最高化合价为+5价,Si处于第ⅣA族,最高化合价为+4价,D正确。
归纳总结
1.相邻周期同主族元素的原子序数之间的关系
2.元素周期表中特殊位置元素的原子序数之间的关系
对点训练
1.已知A、B、C三种主族元素在元素周期表中的位置如图所示,设A的原子序数为m,则下列说法不正确的是( )
B
A
C
A.元素B和C的原子序数之和可能等于2m
B.元素B的原子序数可能等于m-17
C.元素C的原子序数可能为m+31
D.元素A、B、C一定处于短周期
答案 D
解析 若三种元素分别处于元素周期表右侧的第三~五周期,A的原子序数为m,则B的原子序数为m-17,C的原子序数为m+17,则A、B正确;若三种元素处于长周期,A的原子序数为m,则C的原子序数为m+31,C正确;元素A、B、C处于周期表的右侧区域,若处于短周期,则B为He,不是主族元素,D错误。
2.(2023湖南常德期末)X、Y、Z、W均为短周期元素,它们在元素周期表中位置如图所示,已知W原子的最外层电子数比内层电子数少3个,下列说法正确的是( )
A.氧化物对应的水化物酸性W比Z强
B.Y单质与Z的氢化物水溶液反应,有沉淀生成
C.X单质氧化性强于Y单质
D.简单离子的半径:Z
解析 X、Y、Z、W均为短周期元素,W原子的最外层电子数比内层电子数少3个,则W为Cl元素,结合元素在周期表中相对位置可知,Z为S元素,Y为O元素,X为N元素。HClO为Cl的一种氧化物对应的水化物,其为弱酸,酸性比H2SO3、H2SO4都弱,A错误;氧气和硫化氢溶液反应生成硫单质,溶液变浑浊,B正确;非金属性:N
必备知识 自主预诊
1.元素周期律
2.主族元素的原子结构和元素性质的变化规律
(1)原子结构的变化规律
名称 同周期(左→右) 同主族(上→下)
核电荷数 逐渐增大 逐渐增大
电子层数 均相同 逐渐增多
原子半径 逐渐减小 逐渐增大
离子半径 阳离子逐渐减小 阴离子逐渐减小 阳离子(或阴离子)逐渐增大
(2)元素性质的变化规律
名称 同周期(左→右) 同主族(上→下)
金属性 逐渐减弱 逐渐增强
非金属性 逐渐增强 逐渐减弱
气态氢化物的稳定性 逐渐增强 逐渐减弱
第一电离能 呈增大趋势 逐渐减小
电负性 逐渐增强 逐渐减弱
3.电离能(I)
4.电负性
5.对角线规则
在元素周期表中,某些主族元素与右下方的主族元素的有些性质是相似的,这种相似性被称为“对角线规则”。
易错辨析
(1)同周期主族元素从左到右,原子半径和离子半径均逐渐减小。( × )
(2)元素的非金属性越强,简单气态氢化物的稳定性越强,其水溶液的酸性也越强。( × )
(3)氧化物对应水化物的酸性越强,元素的非金属性越强。( × )
(4)Si、P、S、Cl四种元素第一电离能由大到小的顺序为Cl>P>S>Si。( √ )
(5)一般情况,元素的电负性越大,非金属性越强,单质的氧化性也越强。( √ )
关键能力 考向突破
考向1 原子(或离子)半径的大小比较
例1.比较下列原子(或离子)半径的大小,填写“>”或“<”:
(1)B C N O
(2)Li Na K Rb
(3)S2- O2- Na+ Mg2+
(4)H- H H+
答案 (1)> > > (2)< < < (3)> > > (4)> >
考向2 元素金属性和非金属性的强弱比较
例2.(2023福建莆田模拟)X、Y、Z、W、M是五种常见的短周期主族元素,其原子半径随原子序数的变化如图所示,已知Y的原子核外电子总数是W的4倍,M、X的最外层电子数之和与W的最外层电子数相等。下列说法错误的是( )
A.金属性:X>W
B.非金属性:Z>Y>M
C.M与X形成的化合物能与水剧烈反应
D.W与Z形成的气态分子中各原子最外层均达到8e-稳定结构
思路导引推断五种短周期主族元素的思路如表:
答案 D
解析 根据金属性、非金属性变化规律,金属性:Na>Be,非金属性:Cl>S>H,A、B均正确;Na和H形成化合物为NaH,与水剧烈反应:NaH+H2O===NaOH+H2↑,C正确;BeCl2中Be原子最外层只有4个电子,不满足8e-稳定结构,D错误。
考向3 电离能和电负性的变化规律及应用
例3.短周期主族元素W、X、Y、Z的原子序数依次增大,且总和为24,四种元素组成的化合物(如图所示),具有良好的储氢性能。下列有关叙述正确的是( )
A.离子半径:Z>Y>W
B.电负性:X>Y>W
C.第一电离能:Z>Y>X
D.Y的最高价氧化物对应水化物一定为强酸
答案 D
解析 短周期主族元素W、X、Y、Z的原子序数依次增大,Z原子形成+1价阳离子,则Z为Na;Y形成3个共价键,其原子序数小于Na,则Y为N;W形成1个共价键,其原子序数小于N,则W为H。四种元素的原子序数总和为24,可知X的原子序数为24-1-7-11=5,则X为B。Na+和N3-的电子层数相同,核电荷数:Na>N,则离子半径:N3->Na+,A错误;根据电负性变化规律,电负性:N>B>H,B错误;Na是活泼金属,其第一电离能最小,则第一电离能:N>B>Na,C错误;Y的最高价氧化物对应水化物为HNO3,是一元强酸,D正确。
归纳总结
1.快速判断原子(或离子)半径大小的方法
2.元素的金属性和非金属性强弱的判断方法
3.电离能的三个重要应用
对点训练
1.下列性质的比较,不正确的是( )
A.酸性:H2SO4>H3PO4
B.电负性:S
D.第一电离能:S
解析 由于非金属性:S>P,则酸性:H2SO4>H3PO4,A正确;同周期主族元素从左到右,电负性逐渐增大,则电负性:S
A.电负性:X>Y>Z
B.基态原子未成对电子数:X>Y>Z
C.原子半径:X>Y>Z
D.简单气态氢化物稳定性:Z>Y>X
答案 A
解析 基态Z原子的第一电离能的大小在本周期元素中排第二位,据分析可知Z为F元素,X、Y、Z为紧邻元素,X为N元素,Y为O元素。同周期主族元素从左向右电负性逐渐增大,则电负性:Z(F)>Y(O)>X(N),A错误;N、O、F基态原子未成对电子数分别为3、2、1,即基态原子未成对电子数:X>Y>Z,B正确;同周期主族元素从左向右,原子半径逐渐减小,则原子半径:X(N)>Y(O)>Z(F),C正确;元素的非金属性越强,简单气态氢化物稳定性越强,非金属性:F>O>N,则简单气态氢化物稳定性:Z>Y>X,D正确。
真题演练 角度拓展
角度一元素周期律的简单应用
1.(2021北京卷,4)下列性质的比较,不能用元素周期律解释的是( )
A.酸性:HClO4>H2SO3>H2SiO3
B.碱性:KOH>NaOH>LiOH
C.热稳定性:H2O>H2S>PH3
D.非金属性:F>O>N
答案 A
解析 元素的非金属性越强,其最高价氧化物对应水化物的酸性就越强,由于S元素最高价含氧酸是H2SO4,不是H2SO3,因此不能根据元素周期律判断酸性:HClO4>H2SO3>H2SiO3,A错误。
2.(1)[2022湖南卷,18(2)]富马酸亚铁(FeC4H2O4)是一种补铁剂,富马酸亚铁中各元素的电负性由大到小的顺序为 。
(2)[2022全国甲卷,35(2)]图a、b、c分别表示C、N、O和F的逐级电离能I变化趋势(纵坐标的标度不同)。第一电离能的变化图是 (填标号),判断的根据是 ;
第三电离能的变化图是 (填标号)。
(3)[2022河北卷,17(2)]Cu与Zn相比,第二电离能与第一电离能差值更大的是 ,原因是 。
答案 (1)O>C>H>Fe
(2)图a 同一周期主族元素第一电离能呈增大趋势,由于N元素的2p能级为半充满状态,故N元素的第一电离能较C、O两种元素高 图b
(3)Cu Cu的第二电离能失去3d10电子,第一电离能失去4s1电子,3d10电子处于全充满状态,较难失去电子,则Cu的第二电离能较大,与第一电离能的差值大
角度拓展
(1)(2022海南卷,5A)钠和钾是两种常见金属,钠元素的第一电离能大于钾。( )
(2)[2021全国乙卷,35(1)]基态Cr原子的电负性比钾高,原子对键合电子的吸引力比钾大。( )
(3)[2021山东卷,16(2)]O、F、Cl电负性由大到小的顺序为 。
(4)[2021海南卷,19(3)]第一电离能的大小:C (填“大于”或“小于”)O。
√
√
F>O>Cl
小于
角度二元素周期表和元素周期律的综合应用
3.(2022辽宁卷,5)短周期元素X、Y、Z、W、Q原子序数依次增大。基态X、Z、Q原子均有两个单电子,W简单离子在同周期离子中半径最小,Q与Z同主族。下列说法错误的是( )
A.X能与多种元素形成共价键
B.简单氢化物沸点:Z
D.电负性:W
解析 短周期元素X、Y、Z、W、Q原子序数依次增大,W简单离子在同周期离子中半径最小,说明W为第三周期元素Al。短周期元素的基态原子中有两个单电子,可分类讨论:①为第二周期元素时,最外层电子排布为2s22p2或2s22p4,即C或O;②为第三周期元素时,最外层电子排布为3s23p2或3s23p4,即Si或S。Q与Z同主族,结合原子序数大小关系可知,则X、Z、Q分别为C、O和S,则Y为N。X为C,能与多种元素(H、O、N、P、S等)形成共价键,A正确;Z和Q形成的简单氢化物为H2O和H2S,由于H2O分子间能形成氢键,故H2O沸点高于H2S,B错误;Y为N,Z为O,N的最外层p轨道电子为半充满结构,比较稳定,故其第一电离能比O大,C正确;W为Al,Z为O,O的电负性更大,D正确。
角度拓展
(2021天津卷,19)元素X、Y、Z、Q、R的原子序数依次增大且小于20,其原子半径和最外层电子数之间的关系如图所示。下列判断正确的是( )
A.X的电负性比Q的大
B.Q的简单离子半径比R的大
C.Z的简单气态氢化物的热稳定性比Q的强
D.Y的最高价氧化物对应水化物的碱性比R的强
答案 B
解析 X、Y、Z、Q、R的原子序数依次增大且小于20,由题给图像中最外层电子数和原子半径的关系可知,X为C、Y为Na、Z为S、Q为Cl、R为K。C的电负性比Cl的小,A错误;核外电子数相同时,核电荷数越大,简单离子的半径越小,故Q的简单离子半径比R的大,B正确;同周期元素,原子序数越大非金属性越强,简单氢化物更稳定,则Z的简单气态氢化物的热稳定性比Q的弱,C错误;同主族元素,原子序数越大金属性越强,最高价氧化物对应水化物的碱性越强,则Y的最高价氧化物对应水化物的碱性比R的弱,D错误。课时规范练23
一、选择题:每小题只有1个选项符合题意。
1.下列事实不能直接从原子结构角度解释的是( )
A.化合物ICl中I显+1价
B.第一电离能:B>Al
C.沸点:CS2>CO2
D.热稳定性:NH3>PH3
答案:C
解析:I和Cl同主族,I的原子半径大于Cl,则非金属性:I
2.(2023北京丰台区期末)锡(50Sn)与Si处于同一主族,由于锡具有一定的抗腐蚀性,镀锡的铁皮常用于制作罐头盒。下列说法不合理的是( )
A.原子半径:Sn>Si
B.金属性:Rb(铷)>Sn
C.Sn位于第四周期第ⅣA族,p区
D.镀锡铁皮的镀层破损后,铁更容易被腐蚀
答案:C
解析:Sn的原子序数为50,处于第五周期第ⅣA族,属于p区元素,C错误;由于金属性:Fe>Sn,镀锡铁皮的镀层破损后,发生腐蚀时,Fe作负极,更容易被腐蚀,D正确。
3.(2023天津河东区模拟)下列性质的比较正确的是( )
A.电负性:F>O>S
B.原子半径:Cl>S>P
C.第一电离能:N
答案:A
解析:同周期主族元素从左到右,原子半径逐渐减小,则原子半径:Cl
选项 事实 推测
A Na、Al能够与盐酸反应置换出H2 Mg一定能与盐酸反应置换出H2
B H3PO4是中强酸,H2SO4是强酸 HClO4是强酸
C Si是半导体材料,Ge是半导体材料 第ⅣA族元素的单质都是半导体材料
D Ca与冷水较易反应,Mg与冷水较难反应 Be与冷水更难反应
答案:C
解析:Si和Ge处于元素周期表中金属和非金属元素的分界线附近,都是半导体材料,第ⅣA族中Sn、Pb都是金属元素,都是导体,C错误。
5.下表列出了短周期元素X、Y的各级电离能数据,下列说法正确的是( )
I1 I2 I3 I4 ……
元素X 520 7 298 11 815 — ……
元素Y 496 4 562 6 912 9 544 ……
A.X、Y元素的最高化合价分别为+3价、+4价
B.原子失电子能力:X>Y
C.X和Y元素位于元素周期表中同一周期
D.基态原子Y的电子排布式为1s22s22p63s1
答案:D
解析:短周期元素X和Y的第一电离能、第二电离能均差别较大,因此最外层都有1个电子,均位于第ⅠA族;由于I1(X)>I1(Y),则X是Li,Y是Na。Li和Na的最高化合价均为+1价,A错误;原子失电子能力:Li
A.Na-的半径比F-的大
B.Na-的还原性比Na的强
C.Na-的第一电离能比H-的大
D.该事实说明Na也可表现出非金属性
答案:C
解析:Na-比F-多1个电子层,根据电子层数越多半径越大的规律,则半径:Na->F-,A正确;Na-的半径比Na大,原子核对最外层电子引力弱,更易失去电子,故Na-的还原性比Na强,B正确;Na-和H-的最外层均有2个电子,ns轨道处于全充满状态,但Na-的离子半径大,其第一电离能比H-的小,C错误;Na可以形成Na-,故Na可表现出非金属性,D正确。
7.(2023福建泉州模拟)短周期主族元素W、X、Y、Z的原子序数依次增大,W与X同周期且相邻,W、Y的最外层电子数之和与Z的最外层电子数相等,Z的单质与X的氢化物可发生置换反应,常温下Y的单质在浓硫酸中能形成致密氧化膜。下列说法一定正确的是( )
A.最简单氢化物的沸点:W
C.W的氧化物是酸性氧化物
D.简单离子的半径:X
解析:短周期主族元素W、X、Y、Z的原子序数依次增大,常温下Y的单质在浓硫酸中能形成致密氧化膜,则该元素为Al。W与X同周期且相邻,W、Y的最外层电子数之和与Z的最外层电子数相等,则W的最外层电子数最大为4,若为4,则Z的最外层电子数为7,为氯元素,则W为碳元素,X为氮元素,符合题意要求。氮的简单氢化物为氨气,氨气分子间存在氢键,故甲烷的沸点低于氨气,即最简单氢化物的沸点:W
8.W、X、Y、Z是原子序数依次增大的短周期元素,Y的气态氢化物与其最高价氧化物对应的水化物反应生成盐,由四种元素组成的某化合物结构式如图,X、Y、Z均达到8电子稳定结构。下列说法错误的是( )
A.最高价氧化物对应的水化物酸性:X
C.四种元素中电负性最小的是W
D.X与W元素可以组成非极性分子
答案:B
解析:W、X、Y、Z是原子序数依次增大的短周期主族元素,Y的气态氢化物与其最高价氧化物对应的水化物反应生成盐,则Y为N元素;由题给结构式及X、Y、Z均达到8电子稳定结构,Z形成2个共价键,X形成4个共价键,W形成1个共价键,推出W为H元素,X为C元素,Z为O或S元素。同周期元素从左到右非金属性增强,则非金属性:N>C,则最高价氧化物对应的水化物酸性:H2CO3
9.X、Y、Z为原子序数依次增大的短周期元素,基态Y原子2p轨道上有5个电子,Z与Y属于同一主族,X和Z能形成化合物XZ3。下列说法正确的是( )
A.原子半径:r(X)
C.简单气态氢化物的热稳定性:Y弱于Z
D.基态Y原子核外电子有5种不同空间运动状态
答案:D
解析:短周期元素X、Y、Z原子序数依次增大,基态Y原子2p轨道上有5个电子,则Y为F元素;Z与Y属于同一主族,则Z为Cl元素;X和Z能形成化合物XZ3,则X为N元素。同周期元素从左至右原子半径依次减小,同主族元素自上而下原子半径依次增大,则原子半径:r(Cl)>r(N)>r(F),A错误;X为N元素,氮原子的2p轨道为稳定的半充满结构,第一电离能比同周期相邻元素的大,B错误;非金属性越强,简单气态氢化物的稳定性越强,非金属性:F>Cl,则热稳定性:HF>HCl,C错误;电子占据的轨道总数=核外电子的空间运动状态种类,Y为F元素,其核外电子排布式为1s22s22p5,共有1+1+3=5种不同空间运动状态的电子,D正确。
10.(2023湖南常德模拟改编)W、X、Y、Z四种短周期元素在元素周期表中的相对位置如图所示,且四种元素的最外层电子数之和为24。下列说法错误的是( )
W X
Y Z
A.单核阴离子的还原性:X弱于Y
B.W的气态氢化物与其最高价含氧酸反应生成离子化合物
C.X、Y、Z最简单氢化物中稳定性最弱的是Y
D.在元素周期表中118号元素与Z位于同一主族
答案:D
解析:由四种元素在周期表中相对位置可知,W、X为第二周期元素,Y、Z为第三周期元素,结合最外层电子数的关系推知,W为N元素,X为O元素,Y为S元素,Z为Cl元素。非金属性:O>S,则单质的氧化性:O2>S,推知还原性:O2-
A.原子半径:r(X)
C.Y的最高价氧化物对应水化物的酸性比Z的强
D.Z的简单气态氢化物的热稳定性比W的弱
答案:B
解析:前4周期主族元素X、Y、Z、W的原子序数依次增大,X是空气中含量最多的元素,则X为N元素;Y的周期序数与族序数相等,则Y为Al元素;基态时Z原子3p原子轨道上有5个电子,则Z为Cl元素;W与Z处于同一主族,则W为Br元素。根据同周期从左到右原子半径逐渐减小,同主族从上到下原子半径逐渐增大,则原子半径:r(X)
A.离子半径:W>Z>Y>X
B.键角:H2Z
D.第一电离能:Y>W>Z
答案:C
解析:X、Y、Z、W为原子序数依次增大的四种短周期元素,X的核外电子总数与其周期数相同,则X为氢元素;Y的基态原子的价层电子中有3个未成对电子,则Y为氮元素;Z的最外层电子数为其内层电子数的3倍,则Z为氧元素;Z与W同主族,则W为硫元素。电子层结构相同的离子,核电荷数越大,离子半径越小,则离子半径:O2-
二、非选择题
13.(1)[2021广东卷,20(3)]汞的原子序数为80,位于元素周期表第 周期第ⅡB族。
(2)[2021辽宁卷,16(1)]Cr元素位于元素周期表第 周期第 族。
(3)[2021湖南卷,15(2)]H、C、N的电负性由大到小的顺序为 。
(4)[2021湖北卷,16(1)]硒(Se)与硫为同族元素,Se的最外层电子数为 ;镓(Ga)和铟(In)位于元素周期表第ⅢA族,CuIn0.5Ga0.5Se2中Cu的化合价为 。
(5)[2021福建卷,14(2)]N、O、S的第一电离能(I1)大小为I1(N)>I1(O)>I1(S),原因是 。
答案:(1)六 (2)四 ⅥB (3)N>C>H (4)6 +1
(5)N原子2p轨道半充满,比相邻的O原子更稳定,更难失去电子;O、S同主族,S原子半径大于O原子,更易失去电子
1
