元素周期表精講

1、學(xué)科：化學(xué)教學(xué)內(nèi)容：元素周期表 【基礎(chǔ)知識精講】1.元素周期表(1)元素周期表的編排原則按原子序數(shù)遞增的順序從左到右排列；將電子層數(shù)相同的元素排成一個橫行；把最外層電子數(shù)相同的元素(個別例外)按電子層數(shù)遞增的順序從上到下排成縱行。(2)周期表的結(jié)構(gòu)(7個周期、16個族)2.原子結(jié)構(gòu)、元素性質(zhì)和它在周期表中的位置的關(guān)系(見下圖)元素的性質(zhì)以及由它所形成的單質(zhì)和化合物的性質(zhì)隨核電荷數(shù)的遞增而呈周期性的變化。 3.周期表反映的主要規(guī)律(見下表)幾點說明：(1)下表所列規(guī)律的內(nèi)在聯(lián)系是：原子結(jié)構(gòu)決定位置，決定性質(zhì)。 項 目同周期(左右)同主族(上下) 核電荷數(shù)逐漸增大逐漸增大電子層數(shù)相同逐漸增多原子半

2、徑逐漸減小逐漸增大性 質(zhì)化合價最高正價由+1+7負價數(shù)-(8-族序)最高正價、負價數(shù)相同最高正價族序數(shù)元素的金屬性和非金屬性金屬性逐漸減弱，非金屬性逐漸增強金屬性逐漸增強，非金屬性逐漸減弱單質(zhì)的氧化性、還原性還原性減弱，氧化性增強氧化性減弱，還原性增強最高價氧化物對應(yīng)的水化物的酸堿性堿性減弱，酸性增強酸性減弱，堿性增強氣態(tài)氫化物穩(wěn)定性漸增漸減 電子層數(shù)越多原子半徑越大原子核對核外電子的吸引力越弱失電子能力增強，得電子能力減弱金屬性增強，非金屬性減弱。電子層數(shù)相同，質(zhì)子數(shù)越大原子半徑越小原子核對核外電子的引力越強失電子能力減弱，得電子能力增強金屬性減弱，非金屬性增強。 (2)判斷元素金屬性、非金

3、屬性強弱的方法： (3)周期表中的遞變規(guī)律：規(guī)律“三角”。若A、B、C三元素位于周期表中如下圖所示位置，則有關(guān)的各種性質(zhì)均可排出順序(但A、D不能)。如：原子半徑：CAB；金屬性：CAB；非金屬性：BAC。 (4)周期表中的相似規(guī)律：同主族元素性質(zhì)相似(因為最外層電子數(shù)均相同)。上圖中A、D位置的元素性質(zhì)相似(如：金屬與非金屬的分界線)相鄰元素性質(zhì)差別不大。 (5)氣態(tài)氫化物化學(xué)式及最高價氧化物對應(yīng)的水化物化學(xué)式的寫法：A A A A A A A2周期 CH4 NH3 H2O HF LiOH Be(OH)2 H3BO3 H2CO3 HNO3 3周期 SiH4 PH3 H2S HClNaOH M

4、g(OH)2 Al(OH)3 H2SiO3 H3PO4 H2SO4 HClO4 4.元素周期表的應(yīng)用(1)預(yù)測元素的性質(zhì)：常見的題目是給出一種不常見的主族元素(如砹、碲、鉍、銦、鐳、銫等)，或尚未發(fā)現(xiàn)的主族元素，推測該元素及其單質(zhì)或化合物所具有的性質(zhì)。解答的關(guān)鍵是根據(jù)該元素所在族的熟悉元素的性質(zhì)，根據(jù)遞變規(guī)律，加以推測判斷。(2)啟發(fā)人們在一定區(qū)域內(nèi)尋找新物質(zhì)(農(nóng)藥、半導(dǎo)體、催化劑等)。 5.核素和同位素(1)核素：具有一定數(shù)目的質(zhì)子和一定數(shù)目的中子的一種原子。如11H(H)、12H(D)、13H(T)就各為一種核素。(2)同位素：同一元素的不同核素之間互稱同位素。如816O、817O、818

5、O是氧元素的三種核素，互為同位素。(3)元素、核素、同位素之間的關(guān)系如下圖所示。(4)同位素的特點同種元素，可以有若干種不同的核素。至今已發(fā)現(xiàn)了110種元素，但發(fā)現(xiàn)的核素遠多于110種。核電荷數(shù)相同的不同核素，雖然它們的中子數(shù)不同，但是屬于同一種元素。同位素是同一元素的不同核素之間的互相稱謂，不指具體的原子。817O是一種核素，而不是一種同位素。816O、817O、818O是氧元素的三種核素，互為同位素。同一種元素的不同同位素原子其質(zhì)量數(shù)不同，核外電子層結(jié)構(gòu)相同，其原子、單質(zhì)及其構(gòu)成的化合物化學(xué)性質(zhì)幾乎完全相同，只是某些物理性質(zhì)略有差異。 6.元素的相對原子質(zhì)量Ar(E)(1)概念：根據(jù)元素天

6、然同位素原子所占的百分數(shù)和有關(guān)核素的相對原子質(zhì)量，計算出該元素的相對原子質(zhì)量。(2)計算式：Ar(E)Ar(E1)·a%+Ar(E2)·b%+Ar(E3)·c%+。式中Ar(E1)、Ar(E2)、Ar(E3)分別為各同位素的相對原子質(zhì)量，a%、b%、c%分別為自然界中各種天然同位素原子所占原子個數(shù)的百分比。如果用各同位素的質(zhì)量數(shù)代替同位素相對原子質(zhì)量進行以上計算，則得到元素的近似相對原子質(zhì)量。 【重點難點解析】1.全面掌握周期表中的元素性質(zhì)遞變規(guī)律(1)同周期元素的性質(zhì)遞變規(guī)律同周期元素，從左到右，元素的原子半徑逐漸減小(惰性元素除外)同周期元素，從左到右，元素的

7、金屬性逐漸減弱，元素的非金屬性逐漸增強同周期元素，從左到右，元素原子的氧化性逐漸增強，元素原子的還原性逐漸減弱同周期元素，從左到右，元素的最高正價由+1遞增到+7，而負價由-4遞增到-1同周期元素，從左到右，元素的最高價氧化物的水化物的酸性逐漸增強而堿性逐漸減弱同周期元素，從左到右，元素的氣態(tài)氫化物的穩(wěn)定性逐漸增強(2)同主族元素的性質(zhì)遞變規(guī)律同主族元素，從上到下，元素的原子半徑逐漸增大。同主族元素，從上到下，元素的金屬性逐漸增強，元素的非金屬性逐漸減弱同主族元素，從上到下，元素原子的氧化性逐漸減弱，元素原子的還原性逐漸增強同主族元素，從上到下，元素的最高正價相同，元素的最低負價也相同同主族元

8、素，從上到下，元素的最高價氧化物的水化物的酸性逐漸減弱而堿性逐漸增強同主族元素，從上到下，元素的氣態(tài)氫化物的穩(wěn)定性逐漸減弱(3)隔族相似規(guī)律(也叫斜線規(guī)則)在周期表中，左上向右下的斜線方向上相鄰元素的性質(zhì)相似，這個規(guī)律稱為隔族相似規(guī)律，如Be位于第二周期A族(見下圖)。已知Al顯兩性，則可推知Be也顯兩性，Be(OH)2，與Al(OH)3相似，也是兩性氫氧化物。另外，同族元素的性質(zhì)相似，相鄰元素的性質(zhì)差別不大，也是周期表中的相似規(guī)律，要了解。從上面的遞變規(guī)律可知：在周期表中越靠左方和下方的元素，其元素的金屬性愈強，因此銫(Cs)是自然界里最活潑的金屬(鈁在自然界不能穩(wěn)定存在)；越靠右方和上方的

9、元素，其元素的非金屬性愈強，因此，氟是最活潑的非金屬元素，可見，在周期表中金屬元素集中在左下半部(含所有副族元素)，非金屬元素集中的右上部(包括氫)，而在金屬與非金屬的交界處的元素，既表現(xiàn)某些金屬的性質(zhì)，又表現(xiàn)某些非金屬的性質(zhì)，如Be,B,Al,Si,Ge等。 2.全面掌握微粒半徑的比較規(guī)律比較原子半徑、離子半徑的大小，應(yīng)掌握以下幾條規(guī)律：(1)同周期的主族元素，隨著原子序數(shù)的遞增，原子半徑逐漸減小(惰性元素除外)(2)同主族元素的原子半徑(或離子半徑)都是隨著原子序數(shù)的增加而逐漸增大(3)對同種元素來說，其陰離子半徑原子半徑陽離子半徑(4)電子層結(jié)構(gòu)相同的離子，原子序數(shù)越大，微粒半徑越小(5

10、)同周期元素形成的離子，陰離子半徑一定大于陽離子半徑。(6)惰性元素的原子半徑與其它元素的原子半徑的測定標(biāo)準不同，因而沒有可比性，但在中學(xué)化學(xué)范圍，僅從原子半徑數(shù)據(jù)來看，可以認為惰性元素的原子半徑比同周期相鄰的鹵素的原子半徑大。(7)記住以下幾個特殊情況：短周期惰性元素的原子半徑比同周期的其它元素的原子半徑都大氯的原子半徑比鈹?shù)脑影霃酱?，比鋰的原子半徑?3.元素金屬性、非金屬性強弱的判斷方法(1)元素金屬性強弱的判斷方法單質(zhì)與水(或非氧化性酸)反應(yīng)的難易金屬與水(或非氧化性酸)反應(yīng)越劇烈，其金屬性越強。單質(zhì)的還原性(或陽離子的氧化性)金屬的還原性越強(或金屬陽離子的氧化性越弱)，其金屬性越

11、強。最高價氧化物的水化物的堿性金屬的最高價氧化物的水化物的堿性越強，一般金屬性越強。置換反應(yīng)法若一種金屬能把另一種金屬從其鹽溶液中置換出來，則前者的金屬性強于后者的金屬性。此外還有原電池原理判斷法，冶煉原理判斷法等。(2)元素非金屬性強弱的判斷方法單質(zhì)與氫氣反應(yīng)生成氣態(tài)氫化物的難易：單質(zhì)與氫氣反應(yīng)越容易，生成的氣態(tài)氫化物越穩(wěn)定，元素的非金屬性越強。單質(zhì)的氧化性(或陰離子的還原性)非金屬單質(zhì)的氧化性越強(或非金屬陰離子還原性越弱)，元素的非金屬性越強。最高價氧化物的水化物的酸性非金屬的最高價氧化物的水化物的酸性越強，元素的非金屬性越強。置換反應(yīng)法若非金屬單質(zhì)Xn能將非金屬陰離子Ym-從其化合物中

12、置換出來，則X的非金屬性比Y的強。(3)經(jīng)驗公式Km/n巧斷法(僅適合于主族元素)其中m是最外層電子數(shù)，n為電子層數(shù)。當(dāng)K1時，元素顯金屬性，且K值越小，元素的金屬性越強當(dāng)K1時，元素顯兩性。當(dāng)K1時，元素顯非金屬性，且K值越大，元素的非金屬性越強。 4.元素性質(zhì)、存在、用途的特殊性(1)形成化合物種類最多的元素、或單質(zhì)是自然界中硬度最大的物質(zhì)的元素、或氣態(tài)氫化物中氫的質(zhì)量分數(shù)最大的元素：C。(2)空氣中含量最多的元素、或氣態(tài)氫化物的水溶液呈堿性的元素：N。(3)地殼中含量最多的元素、或氣態(tài)氫化物的沸點最高的元素、或氫化物在通常情況下呈液態(tài)的元素：O。(4)地殼中含量最多的金屬元素：Al。(5

13、)最活潑的非金屬元素、或無正價的元素、或無含氧酸的非金屬元素、或無氧酸(氣態(tài)氫化物)可腐蝕玻璃的元素，或氣態(tài)氫化物最穩(wěn)定的元素、或陰離子的還原性最弱的元素：F。(6)最活潑的金屬元素、或最高價氧化物對應(yīng)水化物堿性最強的元素、或陽離子氧化性最弱的元素：Cs。(7)最易著火的非金屬元素的單質(zhì)，其元素是：P。(8)焰色反應(yīng)呈黃色的元素：Na。(9)焰色反應(yīng)呈紫色(透過藍色的鈷玻璃觀察)的元素：K。(10)最輕的單質(zhì)的元素：H；最輕的金屬元素：Li。(11)常溫下單質(zhì)呈液態(tài)的非金屬元素：Br，金屬元素：Hg。(12)最高價氧化物及其水化物既能與強酸反應(yīng)，又能與強堿反應(yīng)的元素：Be、Al。(13)元素的

14、氣態(tài)氫化物和它的最高價氧化物對應(yīng)的水化物起化合反應(yīng)的元素：N；能起氧化、還原反應(yīng)的元素：S。(14)元素的氣態(tài)氫化物能和它的氧化物在常溫下反應(yīng)生成該元素單質(zhì)的元素：S。(15)元素的單質(zhì)能形成同素異形體的元素有：C、P、O、S，其中一種同素異形體易著火的元素是：P。 【難題巧解點撥】例1 短周期元素X和Y，可組成化合物XY3，當(dāng)X的原子序數(shù)為m，Y的原子序數(shù)可能是( )m+4m-4m-8m+2m-6m+12A. B.C. D.解析 XY3中，若X為金屬，顯+3價，則位于A族，Y顯-1價，位于A族。若X，Y同周期，則Y的原子序數(shù)為m+4；若Y在X的上一周期，則Y的原子序數(shù)為：m+4-8m-4;若

15、Y在X的下一周期，則Y的原子序數(shù)為；m+4+8m+12。若X為非金屬，則還可能為NH3、PCl3、SO3等，故Y的原子序數(shù)依次可表示為m-6、m+2、m-8。答案 D選項符合題意點評 這是一道融化合價法則、元素在周期表中的位置、原子結(jié)構(gòu)和元素性質(zhì)于一體的綜合推斷題。難就難在“位”、“構(gòu)”、“性”三者關(guān)系的正確處理和靈活運用，若僅僅局限于某些常見化合物或已知二元化合物進行推導(dǎo)，則往往容易顧此失彼。所以在解答此類題目時，一定要以元素周期律為理論依據(jù)，正確處理好“位”、“構(gòu)”、“性”三者之間的關(guān)系，既考慮具體物質(zhì)，又兼顧一般通式。 例2 鉈是超導(dǎo)材料的組成元素之一，鉈在周期表中位于第六周期，與鋁是同

16、主族元素，元素符合是Tl。以下對鉈的單質(zhì)及其化合物的性質(zhì)推斷中，不正確的是( )A.鉈是易導(dǎo)電的銀白色金屬B.鉈能生成+3價的離子C.氫氧化鉈是兩性氫氧化物D.Tl3+的氧化能力比Al3+強解析 因為鉈與鋁同主族，而同主族元素的性質(zhì)有許多相似之處。如鋁是銀白色金屬，電的導(dǎo)體，鋁形成+3價離子，則鉈元素也相似。但同主族元素又存在遞變性，隨著核電荷數(shù)的遞增，原子半徑增大，金屬單質(zhì)的還原性增強，而陽離子的氧化性減弱。故Al(OH)3是兩性氫氧化物，而T1(OH)3應(yīng)是堿性的，Tl3+的氧化能力應(yīng)比Al3+弱。答案 C、D選項符合題意。點評 此題是同主族元素性質(zhì)遞變的應(yīng)用型問題，盡管Tl在中學(xué)課本中不

17、作介紹，但按照元素周期律的有關(guān)理論，可綜合分析鉈元素和鋁元素的單質(zhì)及其化合物作為同主族元素在性質(zhì)上的相似性和遞變性。雖然需要一定的分析、推理能力，但緊緊扣住鋁元素的單質(zhì)及其化合物的已知性質(zhì)，來比較和推導(dǎo)出鉈元素的單質(zhì)及其化合物的性質(zhì)，還是能夠輕松作答的。與此題相同類型的，經(jīng)常還有鹵素中的砹(At)元素A族中的鐳(Ra)元素等等。 例3 國際無機化學(xué)命名委員會在1989年作出決定，把長式周期表原先的主、副族及族號取消，由左至右改為18列，堿金屬族為第1列，稀有氣體為第18列。按這個規(guī)定，下列說法不正確的是( )A.第15列元素的最高價氧化物為R2O5B.第2列元素中肯定沒有非金屬元素C.第17列

18、元素的第一種元素?zé)o含氧酸D.第16、17列元素都是非金屬元素解析 第1，2，3，18列依次與長式周期表原先的A，A，B，0族相對應(yīng)。解題的關(guān)鍵是掌握周期表的結(jié)構(gòu)。答案為(D)。點評 本題給出了元素周期表變化的新信息，要求學(xué)生用自己學(xué)的元素周期表結(jié)構(gòu)知識遷移，測試了學(xué)生的適應(yīng)性能力。 例4 A、B、C是周期表中相鄰的三種無種元素，其中A、B同周期，B、C同主族。此三種元素原子最外層電子數(shù)之和為17，質(zhì)子數(shù)總和為31。則A、B、C分別是_。解析 本題是一道考查估算能力的試題。合理的思路是先做出大致的估計：三種元素質(zhì)子數(shù)總和為31，則它們的大致位置在短周期，在周期表中的位置可能有四種排列方式：設(shè)B的

19、質(zhì)子數(shù)為x，則排列成方式有下列關(guān)系：x+(x-1)+(x-8)31,解得x為非整數(shù)(不合理)；x+(x+1)+(x-8)31,解得x為非整數(shù)(不合理)；x+(x+1)+(x+8)31,解得x為非整數(shù)(不合理)；x+(x-1)+(x+8)31,解得x8(合理)。 推知A、B、C分別是N、O、S。 點評 有的學(xué)生解題時不加思索地只考慮第種排列方式，碰巧找到了這組答案，但思維是不嚴的，如果題目把A、B、C位置調(diào)換命題，必然會碰壁。 【課本難題解答】三、問題答1.(1)K金屬性強 (2)Al金屬性強 (3)Cl非金屬性強 (4)O非金屬性強 (5)Cl非金屬性強2.(1)HNO3酸性強 (2)Ca(O

20、H)2堿性強 (3)Mg(OH)2堿性強3.(1)碳、氧、鈉、鋁(2)畫出原子結(jié)構(gòu)示意圖，依電子層數(shù)和最外層電子數(shù)判斷：因電子層數(shù)等于周期數(shù)，最外層電子數(shù)等于族序數(shù)(對中性原子來說)(3)A與B：C+O2CO2B與C：O2+4Na2Na2O2 O2+2NaNa2OB與D：3O2+4Al2Al2O34.有一定數(shù)目的質(zhì)子和一定數(shù)目的中子的一種原子叫做核素。質(zhì)子數(shù)相同而中子數(shù)不同的同一元素的不同原子互稱為同位素。每種同位素一定是一種核素，但幾種核素不一定互為同位素。5.不能。因大部分元素均存在同位素。6.2H 表示2個H原子2H+ 表示2個氫離子H2 表示2個氫原子構(gòu)成一個氫分子12H 表示質(zhì)子數(shù)為

21、1，質(zhì)量數(shù)為2的一種氫原子 【命題趨勢分析】1.對元素周期表的結(jié)構(gòu)、元素性質(zhì)及元素在周期表中的位置為中心的推斷型或選擇型試題2.對元素周期律及元素周期表應(yīng)用方面的考查3.質(zhì)子數(shù)、質(zhì)量數(shù)、中子數(shù)三者之間關(guān)系的考查，以選擇型試題為主 【典型熱點考題】例1 具有相同電子層結(jié)構(gòu)的三種微粒An+、Bn-、C，下列分析正確的是( )A.原子序數(shù)的關(guān)系是CBA B.微粒半徑的關(guān)系是Bn-An+C.C一定是稀有元素的一種原子 D.原子半徑的關(guān)系是ACB解析 離子的電子層結(jié)構(gòu)必定是穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。An+、Bn-、C具有相同的電子層結(jié)構(gòu)，則C原子一定具有穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，即為稀有氣體元素中的一種，可選C。分析An+、Bn-的電

22、子層結(jié)構(gòu)再轉(zhuǎn)化為原子結(jié)構(gòu)可知，A必定在C(即稀有氣體)的后面，B必定在C的前面稱為“陰前陽下”(1周期)，故A、B、C的原子序數(shù)關(guān)系為ACB；又據(jù)“陰前陽下，徑小序大”的規(guī)律可知，離子半徑的關(guān)系應(yīng)為An+Bn-，可選B。答案 選B、C。點評 解答此題還可設(shè)想有代表性的具體元素(如K+、Cl-、Ar)代入，解得也比較快捷。遇到有相同電子層結(jié)構(gòu)的陽、陰離子時，在主族元素中，陽離子的原子序數(shù)大于陰離子，而原子半徑則是形成陽離子的原子大于形成陰離子的原子。 例2 若短周期的兩元素可形成原子個數(shù)比為23的化合物，則這兩種元素的序數(shù)之差不可能是( )A.1 B.3 C.5 D.6解析 設(shè)短周期兩種元素形成

23、的化合物為X2Y3，根據(jù)化合價規(guī)則：23或23，則X元素在周期表中所處的主族序數(shù)一定是奇數(shù)，原子序數(shù)也是奇數(shù)，而Y元素所處的主族序數(shù)為偶數(shù)，原子序數(shù)也為偶數(shù)。奇數(shù)與偶數(shù)的差值一定是奇數(shù)，不可能是偶數(shù)。答案 選D。點評 本題若用具體元素代入X3Y2或X2Y3(如B2O3、Al2O3、Al2S3、N2O3、Mg3N2、Mg3P2等)的解法較用上述規(guī)律法推導(dǎo)繁雜，所以要針對題目選擇解法。 例3 硼有兩種天然同位素510B、511B，硼元素的近似相對原子質(zhì)量為10.80，則對硼元素中510B的質(zhì)量分數(shù)判斷正確的是( )A.20% B.略大于20% C.略小于20% D.80%解析 設(shè)510B原子含量為x，則511B原子含量為(1-x)，根據(jù)元素的近似相對原子質(zhì)量的計算方法，則有10x+11(1-x)10.80，解得x20%。因為510B的質(zhì)量小于