(通用版)高考化学一轮复习讲练测第16讲 元素周期律和元素周期表（精讲）（解析版）

第五章物质结构元素周期律第16讲元素周期律和元素周期表(精讲)【考情分析】本讲内容是本章的核心，在高考中占有很重要的地位。从几种常见的短周期元素出发，考查元素及其化合物的性质、元素在周期表中的位置与性质的关系等知识。常以选择题、推断题形式出现。主要考查方式为以元素化合物知识为载体，结合物质的性质、性质的递变规律、定性推断、规律总结与运用等设置相关问题情境，通过图表、文字或相关数据分析等推断同主族、同周期元素性质的递变规律，或以陌生元素在元素周期表中的位置，推断其可能具有的性质等，对考生的化学素养、知识与能力水平进行考查，而联系元素周期律、元素周期表与元素化合物之间的桥梁就是“位—构—性”的三角关系。【核心素养分析】1.宏观辨识与微观探析: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元素周期律的递变性。2.证据推理与模型认知:具有证据意识,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;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:发现和提出有探索价值的原子结构与性质的问题,如核外电子排布、元素的特殊性等,面对异常现象敢于提出自己的见解。【网络构建】【知识梳理】智能点一元素周期表的结构1.原子序数：按照元素在周期表中的顺序给元素编号，称之为原子序数，原子序数＝核电荷数＝质子数＝核外电子数。2.编排原则(1)周期：把电子层数相同的元素，按原子序数递增的顺序，从左至右排成的横行。(2)族：把最外层电子数相同的元素，按电子层数递增的顺序，从上至下排成的纵行。3.元素周期表的结构(1)结构eq\a\vs4\al\co1(元,素,周,期,表)eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(周期7个\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(短周期\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(第一、二、三周期,元素种数分别为2、8、8种)),长周期\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(第四、五、六、七周期,元素种数分别为18、18、32、32排满时种)),)),族16个\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(主族：由短周期和长周期共同构成，共7个,副族：完全由长周期元素构成，共7个,第Ⅷ族：第8、9、10共3个纵行,0族：第18纵行))))【特别提醒】①碱金属元素位于ⅠA族,氢元素不属于碱金属元素。②元素周期表中第18列是0族,不是ⅧA族,第8、9、10三列是Ⅷ族。③根据元素周期表的构成特点,可分析每个族的元素种类,含元素种类最多的族是ⅢB族,共有32种元素。④过渡元素包括7个副族和第Ⅷ族，全部是金属元素，原子最外层电子数不超过2个(1～2个)。⑤最外层电子数为3～7个的原子一定属于主族元素，且最外层电子数即为主族的族序数。⑥电子层数=周期序数,主族序数=价电子数。(2)分区①分界线：沿着元素周期表中铝、锗、锑、钋与硼、硅、砷、碲、砹的交界处画一条线，即为金属元素区和非金属元素区分界线(氢元素除外)。②各区位置：分界线左面为金属元素区，分界线右面为非金属元素区。③分界线附近元素的性质：既表现金属元素的性质，又表现非金属元素的性质。(3)元素周期表中的特殊位置①过渡元素：元素周期表中从ⅢB族到ⅡB族10个纵列元素，都是金属元素。②镧系：元素周期表第6周期第ⅢB族中，57号元素镧到71号元素镥共15种元素。③锕系：元素周期表第7周期第ⅢB族中，89号元素锕到103号元素铹共15种元素。④超铀元素：在锕系元素中，92号元素铀(U)以后的各种元素。智能点二元素周期律及应用1.元素周期律2.主族元素的周期性变化规律项目同周期(左→右)同主族(上→下)原子结构核电荷数逐渐增大逐渐增大电子层数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r(阴离子)＞r(阳离子)逐渐增大性质化合价最高正化合价由＋1→＋7(O、F除外)负化合价＝－(8－主族序数)相同，最高正化合价＝主族序数(O、F除外)元素的金属性和非金属性金属性逐渐减弱非金属性逐渐增强金属性逐渐增强非金属性逐渐减弱离子的氧化性、还原性阳离子氧化性逐渐增强阴离子还原性逐渐减弱阳离子氧化性逐渐减弱阴离子还原性逐渐增强气态氢化物的稳定性逐渐增强逐渐减弱最高价氧化物对应的水化物的酸碱性碱性逐渐减弱酸性逐渐增强碱性逐渐增强酸性逐渐减弱3.元素周期表、元素周期律的应用(1)根据元素周期表中的位置寻找未知元素(2)预测元素的性质(由递变规律推测)①比较不同周期、不同主族元素的性质如：金属性：Mg＞Al、Ca＞Mg，则碱性：Mg(OH)2＞Al(OH)3、Ca(OH)2＞Mg(OH)2，则Ca(OH)2＞Al(OH)3(填“＞”“＜”或“＝”)。②推测未知元素的某些性质如：已知Ca(OH)2微溶，Mg(OH)2难溶，可推知Be(OH)2难溶；再如：已知卤族元素的性质递变规律，可推知元素砹(At)应为有色固体，与氢难化合，HAt不稳定，水溶液呈酸性，AgAt不溶于水等。(3)启发人们在一定区域内寻找新物质①半导体元素在金属与非金属分界线附近，如：Si、Ge、Ga等。②农药中常用元素在右上方，如：F、Cl、S、P、As等。③催化剂和耐高温、耐腐蚀合金材料主要在过渡元素中找，如：Fe、Ni、Rh、Pt、Pd等。智能点三元素周期表中的有关规律1、原子序数规律(1)同主族、邻周期元素的原子序数差：①元素周期表中左侧元素(ⅠA、ⅡA族)：同主族相邻两元素中，Z(下)＝Z(上)＋上一周期元素所在周期的元素种类数目；②元素周期表中右侧元素(ⅢA～ⅦA族)：同主族相邻两元素中，Z(下)＝Z(上)＋下一周期元素所在周期的元素种类数目。(2)同周期的ⅡA和ⅢA的原子序数差可能为1,11,25。2、元素化合价规律(1)主族元素的最高正化合价=它所在的族序数=最外层电子数(即价电子数),但要注意F无正价,O一般不显正价。(2)只有非金属元素才有负价,非金属元素的最高正价与它的负化合价的绝对值之和等于8。(3)若某原子的最外层电子数为奇数(m),则正常化合价为奇数,从+1价到+m价,若出现偶数则为非正常化合价,其氧化物为不成盐氧化物,如NO、NO2。(4)若某原子的最外层电子数为偶数(n),则元素的正常化合价为一系列偶数,例如S-23、微粒半径大小比较的一般规律(1)同周期(除0族外)，随原子序数的递增,原子半径由大到小，如Na>Mg>Al；(2)同主族，随原子序数的递增,原子半径、离子半径由小到大，如Li<Na<K;Li+<Na+<K+；(3)具有相同核外电子排布的微粒，核电荷数越大,微粒的半径越小（阴前阳下，径小序大），如Al3+<Mg2+<Na+<F-<O2-；(4)同种元素形成的微粒，阳离子<原子<阴离子,价态越高,微粒的半径越小，如H+<H<H-;Fe3+<Fe2+<Fe。4、元素种类判断规律（1）周期元素种类：设n为周期序数，每一周期排布元素的数目为：奇数周期为SKIPIF1<0；偶数周期为SKIPIF1<0。如第3周期为SKIPIF1<0种，第4周期为SKIPIF1<0种。（2）族“m-2”非金属元素种类判断规律：任何一主族中，非金属元素种类＝（族序数－2）的绝对值5、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）。6、相似规律：（1）相邻相似：元素周期表中，上下左右相邻的元素性质差别不大，俗称相邻相似规律；（2）同族相似；由于同族元素的最外层电子数相等，故同族元素性质相似。（3）对角相似：①沿表中金属与非金属分界线方向（），对角相邻的两主族元素（都是金属或非金属）性质（金属性或非金属性）相近．②元素周期表中左上右下（）相邻的两金属元素的离子半径相近．7、递变规律：（1）同周递变：同一周期的元素从左到右，随着核电荷数的递增，最外层电子数依次增多，原子半径逐渐减小，原子失电子能力逐渐减弱，得电子能力逐渐增强，所以，元素的金属性逐渐减弱，非金属性逐渐增强。（2）同族递变：同一主族的元素从上到下，随着核电荷数的递增，电子层数依次增多，原子半径逐渐增大，原子失电子能力逐渐增强，得电子能力逐渐减弱，所以，元素的金属性逐渐增强，非金属性逐渐减弱。（3）三角递变；所谓“三角递变”，即A、B处于同周期，A、C处于同主族的位置，可排列出三者原子结构、性质方面的递变规律。如：原子序数Z(C)>Z(B)>Z(A)；原子半径r(C)>r(A)>r(B)；A、B、C若为非金属元素，则非金属性B>A>C，单质的氧化性B>A>C等。8、“SKIPIF1<0定性”规律：若主族元素族数为m，周期数为n，则：①SKIPIF1<0＜1时为金属，SKIPIF1<0值越小，金属性越强；②SKIPIF1<0＞1时是非金属，SKIPIF1<0越大非金属性越强；③SKIPIF1<0＝1时多为两性元素智能点四金属性和非金属性强弱的判断方法一表两序元素周期表：金属性“右弱左强，上弱下强，右上弱左下强”；非金属性“左弱右强，下弱上强，左下弱右上强”金属活动性顺序：按K、Ca、Na、Mg、Al、Zn、Fe、Sn、Pb、Cu、Hg、Ag、Pt、Au的顺序，金属性减弱非金属活动性顺序：按F、O、Cl、Br、I、S的顺序，非金属性减弱三反应置换反应：强的置换弱的，适合金属也适合非金属与水或非氧化性酸反应越剧烈，或最高价氧化物对应水化物的碱性越强，则金属性越强与氢气反应越容易，生成的气态氢化物的稳定性越强，或最高价氧化物对应水化物的酸性越强，则非金属性越强氧化性金属离子的氧化性越弱，对应元素的金属性越强还原性非金属氢化物或非金属阴离子的还原性越弱，对应元素的非金属性越强两池原电池：一般情况下，负极材料的金属性强于正极电解池：在阳极首先放电的阴离子，其对应元素的非金属性弱；在阴极首先放电的阳离子，其对应元素的金属性弱；智能点五元素位—构—性的关系元素的原子结构决定了元素在周期表中的位置和元素的主要性质，元素在周期表中的位置反映了元素的原子结构和元素的主要性质，故三者之间可相互推断。2．三者的推断关系(1)结构与位置的互推①明确四个关系式a．电子层数＝周期序数。b．质子数＝原子序数。c．最外层电子数＝主族序数。d．主族元素的最高正价＝最外层电子数。最低负价＝－|8－最外层电子数|。②熟悉掌握周期表中的一些特殊规律a．各周期所能容纳元素种数。b．稀有气体的原子序数及在周期表中的位置。c．同族上下相邻元素原子序数的关系。(2)性质与位置互推熟悉元素周期表中同周期、同主族元素性质的递变规律，根据元素性质可以推知元素在周期表中的位置，根据元素在周期表中的位置可以推知元素性质。主要包括：①元素的金属性、非金属性。②气态氢化物的稳定性。③最高价氧化物对应水化物的酸碱性。④金属与H2O或酸反应的难易程度。3．结构和性质的互推(1)最外层电子数是决定元素原子的氧化性和还原性的主要因素。(2)原子半径决定了元素单质的性质；离子半径决定了元素组成化合物的性质。(3)同主族元素最外层电子数相同，性质相似。【典例剖析】高频考点1考查元素周期表的结构及应用例1.1869年俄国化学家门捷列夫制作出了第一张元素周期表，揭示了化学元素间的内在联系，成为化学发展史上重要里程碑之一。下列有关元素周期表的说法正确的是()A．元素周期表有7个横行、18个纵列，即有7个周期、18个族B．在过渡元素中寻找半导体材料C．俄罗斯专家首次合成了eq\o\al(178,116)X原子，116号元素位于元素周期表中第7周期ⅥA族D．ⅠA族的元素全部是金属元素【解析】元素周期表中的Ⅷ族包含8、9、10共3个纵列，因此元素周期表虽然共18个纵列，但共16个族，A错误；在金属元素和非金属元素的分界线附近寻找半导体材料，B错误；第7周期0族元素为118号，则116号元素位于元素周期表中第7周期ⅥA族，C正确；ⅠA族的元素包括H和碱金属元素，D错误。【答案】C【方法技巧】元素周期表结构巧记口诀横行叫周期,现有一至七,四长三个短,全部已填满。纵列称为族,共有十六族,一八依次现①,一零再一遍②。一纵一个族,Ⅷ族搞特殊,三纵算一族,占去8、9、10。镧系与锕系,蜗居不如意,十五挤着住,都属ⅢB族。说明:①指ⅠA族、ⅡA族、ⅢB族、ⅣB族、ⅤB族、ⅥB族、ⅦB族、Ⅷ族;②指ⅠB族、ⅡB族、ⅢA族、ⅣA族、ⅤA族、ⅥA族、ⅦA族、0族。【变式训练】(2021·湖南汨罗市高三检测)某同学在研究前18号元素时发现，可以将它们排成如下图所示的“蜗牛”形状，图中每个“·”代表一种元素，其中O点(最中心的点)代表起点元素。下列正确的是()A．物质YO可能具有较强的氧化性B．图中离O点越远的元素，其原子半径一定越大C．O2X、WO3分子内都含有氢键，所以沸点都较高D．科学家发现一种新细菌的DNA链中有砷(As)元素，该As元素最有可能取代了普通DNA链中的Z元素【解析】O点代表氢元素，按照原子序数由小到大由里往外延伸，由图可知，W为N元素，X为O元素，Y为Na元素，Z为P元素，根据元素的种类可知虚线相连的元素处于同一族。A.NaH中氢元素为－1价，具有较强的还原性，故A错误；B.随原子序数增大距离O点的距离增大，而同周期主族元素，随原子序数增大原子半径减小，图中离O点越远的元素，其原子半径不一定越大，故B错误；C.H2O、NH3分子间都含有氢键，所以沸点都较高，而分子内为共价键，故C错误；D.As与N元素处于同主族，性质具有相似性，该As元素最有可能取代了普通DNA链中的Z元素，故D正确。【答案】D高频考点2考查元素在周期表中的位置推断例2.（2020•北京师范大学附中模拟）国际理论与应用化学联合会已正式确定了第114号和第116号元素的名称缩写为Fl、Lv。下列有关这两种元素的说法错误的是()A．两种元素位于同一周期B．116号元素位于第ⅥA族C．两种元素都是活泼的非金属元素D．114号元素的原子半径比116号元素的大【解析】A．第114号元素和第116号元素都处于第七周期，A正确；B．118号元素位于0族，则116号元素位于第ⅥA族，B正确；C．按金属与非金属的分界线划分，第七周期中，只有118号元素为非金属元素，其余元素都为金属元素，所以114和116号元素都是金属元素，C不正确；D．114号元素和116号元素为同周期元素，114号元素位于左边，原子半径比116号元素大，D正确；故选C。【答案】C【名师点睛】判断第七周期元素所在周期表中的位置时，常采用倒推法，从118号元素为0族元素开始倒推，比书写电子排布式更简单。由稀有气体元素的原子序数确定元素在周期表中位置①原子序数－最邻近的稀有气体元素的原子序数＝ΔZ。②若ΔZ＜0，则与稀有气体元素同周期，族序数为8－|ΔZ|；③若ΔZ＞0，则在稀有气体元素下一周期，族序数为ΔZ。【变式训练】如果n为第ⅡA族中某元素原子序数，则原子序数为(n＋1)的元素位于①ⅢA②ⅣA③ⅢB④ⅠAA．①③ B．①② C．②③ D．①③④【解析】因元素周期表中，在二、三周期中，n为第ⅡA中某元素的原子序数，则原子序数为（n+1）的元素位于第ⅢA族，从第四周期后，n为第ⅡA中某元素的原子序数，则原子序数为（n+1）的元素位于第ⅢB族，答案选A。【答案】A高频考点3考查金属性、非金属性的强弱比较例3.(2020福建福州模拟)甲、乙两种非金属元素:①甲比乙容易与氢气化合;②甲原子能与乙的阴离子发生置换反应;③甲的最高价氧化物对应的水化物酸性比乙的最高价氧化物对应的水化物酸性强;④与某金属反应时,甲原子得电子数目比乙的多;⑤甲的单质熔、沸点比乙的低。能说明甲比乙的非金属性强的是()A.只有④ B.只有⑤C.①②③ D.①②③④⑤【解析】①单质越易与H2化合，元素的非金属性越强，甲的单质比乙的单质容易与H2化合，故能说明；②活泼非金属单质能将比它弱的非金属单质从其盐溶液中置换出来，甲的单质能与乙的阴离子发生置换反应，能说明；③最高价氧化物对应水化物的酸性越强，元素的非金属性越强，甲的最高价氧化物对应水化物的酸性比乙的最高价氧化物对应水化物的酸性强，能说明；④非金属元素原子得电子数目的多少，与其形成8电子稳定结构有关，与元素非金属性没有直接关系，不能说明；⑤熔、沸点是物质的物理性质，与元素非金属性强弱无关，不能说明。故选C。【答案】C【易错提醒】规避金属性和非金属性判断中的易错点：(1)关注关键词“最高价”，根据元素氧化物对应水化物的酸碱性的强弱判断元素非金属性或金属性的强弱时，必须是其最高价氧化物的水化物。(2)关注关键词“难易”，判断元素非金属性或金属性的强弱，依据是元素原子在化学反应中得失电子的难易而不是得失电子的多少。【变式训练】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。已知Y、W的原子序数之和的是Z的3倍，下列说法正确的YZXWA．原子半径：Y<ZB．气态氢化物的稳定性：X>ZC．Z、W均可与Mg形成离子化合物D．最高价氧化物对应水化物的酸性：X>W【解析】若Y的原子序数为a，则Z的原子序数为(a+1)，W的原子序数为(a+10)，Y、W的原子序数之和的是Z的3倍，可得a+(a+10)=3(a+1)，求得a=7，则Y为N，Z为O，X为Si，W为Cl。A．同周期元素原子半径从左到右减小，则原子半径Y>Z，故A错误；B．元素的非金属性越强，气态氢化物越稳定，非金属性O>Si，则氢化物的稳定性X<Z，故B错误；C．O与Mg形成MgO，Cl与Mg形成MgCl2，均为离子化合物，故C正确；D．元素的非金属越强其最高价氧化物的水化物的酸性越强，非金属性：Cl>Si，则酸性HClO4>H2SiO3，故D错误；故选：C。【答案】C高频考点4考查微粒半径大小比较例4．下列粒子半径大小的比较正确的是（）A．Na+＜Mg2+＜Al3+＜O2-B．S2-＞Cl-＞Na+＞Al3+C．Na＜Mg＜Al＜SD．Cs＜Rb＜K＜Na【解析】电子层数相同，原子序数越大，半径越小；电子层数不相同，电子层数越多，半径越大；当电子层数和核电荷数相同时，核外电子数越多，半径越大。A．微粒半径大小关系为：Al3+＜Mg2+＜Na+＜O2-，A错误；B．微粒半径大小关系为：S2-＞Cl-＞Na+＞Al3+，B正确；C．微粒半径大小关系为：S＜Al＜Mg＜Na，C错误；D．微粒半径大小关系为：Cs＞Rb＞K＞Na，D错误；答案为B。【答案】B【方法技巧】微粒半径大小的比较规律：①层数相同，核大半径小。即电子层数相同时，结构相似的微粒中核电荷数大的微粒半径小；②层异，层大半径大。即当微粒的电子层数不同时，结构相似的微粒中，电子层数大的微粒半径大；③核同，价高半径小。即对同一种元素形成的不同的简单微粒中，化合价高的微粒的半径小；④电子层结构相同，核电荷数大，则半径小。【变式训练】下列粒子半径大小比较正确的是A．Mg＞Na＞Li B．P＞S＞OC．Na+＜Mg2+＜Al3+ D．O2－＜F－＜Cl－【解析】A．同周期主族元素自左至右原子半径依次减小，所以半径Mg＜Na，A错误；B．同周期主族元素自左至右原子半径依次减小，所以半径P＞S，同主族自上而下原子半径依次增大，所以半径S＞O，即原子半径P＞S＞O，B正确；C．电子层数相同时，核电荷数越小，离子半径越大，所以半径Na+＞Mg2+＞Al3+，C错误；D．电子层数相同时，核电荷数越小，离子半径越大，所以半径O2－＞F－，D错误；综上所述答案为B。【答案】B高频考点5考查元素周期律、周期表的应用例5.下列关于元素周期律和周期表的应用描述，正确的是（）A．在元素周期表的右上方可以寻找制取半导体的元素B．在过渡元素中寻找优良的催化剂C．目前发现的所有元素占据了周期表里全部位置，不可能再有新的元素被发现D．根据元素周期律，由HClO4可以类推出氟元素也存在最高价含氧酸HFO4【解析】A.在元素周期表的分界线附近可以寻找制取半导体的元素，故A错误；B．制取催化剂的元素位于周期表第ⅢB至ⅡB族之间，属于过渡金属元素，故B正确；C．随着科学技术的发展，人们可以不断合成一些元素，元素周期表中元素的种类在不断的增加，故C错误；D．F是最活泼的非金属，只有-1价，不存在含氧酸，故D错误；【答案】B【归纳总结】元素周期表的三大应用(1)科学预测：为新元素的发现及预测它们的原子结构和性质提供了线索。(2)寻找新材料(3)用于工农业生产。【变式训练】下列关于元素周期表应用的说法正确的是（）A．在过渡元素中，可以找到半导体材料B．在元素周期表金属和非金属分界线附近可以寻找优良的催化剂C．为元素性质的系统研究提供指导，为新元素的发现提供线索D．在金属与非金属的交界处，寻找耐高温、耐腐蚀的合金材料【解析】A．优良的催化剂含过渡金属元素，则在过渡元素中寻找优良的催化剂，而半导体材料应在金属与非金属分界处寻找，故A错误；B．在元素周期表的金属和非金属分界线附近寻找半导体材料，催化剂材料在过渡元素中寻找，故B错误；C．同周期、同族元素性质具有一定相似性、递变性，位置靠近的元素性质相似，为新元素的发现和预测它们的原子结构和性质提供线索，故C正确；D．在金属与非金属的交界处，是找到半导体材料，而不是耐高温、耐腐蚀的合金材料，故D错误；故答案为C。【答案】C高频考点6考查位、构、性关系的综合推断例6．（2020·林芝市第二高级中学高三月考）X、Y、Z、W四种短周期元素在周期表中的相对位置如图所示，这四种元素的最外层电子数之和为22，下列说法不正确的是A．Z与W可形成化合物WZ4B．Z、Y