高考化学专题：元素周期律知识

一、原子序数

1、原子序数的编排原则

按核电荷数由小到大的顺序给元素编号，这种编号，叫做原子序数。

2、原子序数与原子中各组成粒子数的关系

原子序数＝核电荷数＝质子数＝核外电子数

二、元素周期律

我们知道：一切客观事物本来是互相联系的和具有内部规律的，所以，各元素间也应存在着相互联系及内部规律。

1．核外电子排布的周期性

从3－18号元素，随着原子序数递增，最外层电子数从1个递增至8个，达到稀有气体元素原子的稳定结构，然后又重复出现原子最外层电子数从1个递增至8个的变化。

18号以后的元素，尽管情况比较复杂，但每隔一定数目的元素，也会出现原子最外层电子数从1个递增到8个的变化规律。

可见，随原子序数递增，元素原子的最外层电子排布呈周期性的变化。

2．原子半径的周期性变化

从3－9号元素，随原子序数递增，原子半径由大渐小，经过稀有气体元素Ne后，从11－18号元素又重复出现上述变化。

如果把所有的元素按原子序数递增的顺序排列起来，我们会发现随着原子序数的递增，元素的原子半径发生周期性的变化。

注意：

①原子半径主要是由核外电子层数和原子核对核外电子的作用等因素决定的。

②稀有气体元素原子半径的测定方法与其它原子半径的测定方法不同，所以稀有气体的原子半径与其他原子的原子半径没有可比性。一般不比较稀有气体与其它原子半径的大小。

③粒子半径大小比较的一般规律：电子层数越多，半径越大，电子层数越少，半径越小；当电子层结构相同时，核电荷数大的半径小，核电荷数小的半径大；对于同种元素的各种粒子半径，核外电子数越多，半径越大；核外电子数越少，半径越小。例如，粒子半径：H＞H＞H；Fe＜Fe。

3．元素主要化合价的周期性变化

从3－9号元素看，元素化合价的最高正价与最外层电子数相同（O、F不显正价）；其最高正价随着原子序数的递增由＋1价递增至＋7价；从中部的元素开始有负价，负价是从－4递变到－1。

从11－17号元素，也有上述相同的变化，即：元素化合价的最高正价与最外层电子数相同；其最高正价随着原子序数的递增重复出现由＋1价递增至＋7价的变化；从中部的元素开始有负价，负价是从－4递变到－1。

对18号元素以后的元素进行分析，也有同样的结论：

即元素的化合价随着原子序数的递增而呈现周期性的变化。

注意：

氧元素无最高正价，氟元素无正价，金属元素无负价，单质中元素化合价为零。

三、判断元素金属性与非金属强弱的依据

1．金属性强弱的比较依据：

⑴根据常温下单质与水或酸反应的剧烈程度

⑵根据最高价氧化物对应水化物的碱性强弱

⑶根据金属活动性顺序表

⑷根据盐溶液之间的置换关系

2．非金属性强弱的比较依据：

⑴根据与H化合的难易条件比较

⑵根据气态氢化物的稳定性比较

⑶根据最高价氧化物对应水化物的酸性强弱

⑷根据溶液中的置换关系判断

注意：

金属性、非金属性强弱的比较时，切忌只根据其原子在反应中得失电子的多少分析。

3．实验验证

实验现象原理结论迅速产生大量气泡Mg+2HCl=MgCl+H↑

Mg+2H=Mg+H↑金属性：Mg>Al产生大量气泡2Al+6HCl=2AlCl+3H↑

2Al+6H=2Al+3H↑Mg在冷水中无明显变化，加热产生大量气泡，加入酚酞后变红。Mg+2HO

Mg(OH)+H↑金属性：Mg>AlAl条在冷水中无明显变化，加热产生一定量气泡，加入酚酞后不变红。2Al+6HO

2Al(OH)+3H↑产生大量白色沉淀MgCl+2NaOH=Mg(OH)↓+2NaCl

Mg+2OH=Mg(OH)↓Mg、Al均可与强碱反应生成白色沉淀产生大量白色沉淀AlCl+3NaOH=Al(OH)↓+3NaCl

Al+3OH=Al(OH)↓白色沉淀不溶解Mg(OH)+NaOHMg(OH)不溶于NaOH溶液，

Al(OH)可溶于NaOH溶液，生成无色澄清溶液。白色沉淀溶解，生成无色澄清溶液Al(OH)+NaOH=NaAlO+2HO

Al(OH)+OH=AlO+2HO白色沉淀溶解，溶液澄清Mg(OH)+2HCl=MgCl+2HO

Mg(OH)+2H=Mg+2HOMg(OH)、Al(OH)可溶于HCl生成无色澄清溶液。

Al(OH)是两性氢氧化物。白色沉淀溶解，溶液澄清Al(OH)+3HCl=AlCl+3HO

Al(OH)+3H=Al+3HO两性氢氧化物：既可以和强酸反应，也可以和强碱反应的氢氧化物。

结论：金属性Mg＞Al

结合钠与水反应的现象，有结论：金属性Na＞Mg＞Al比较非金属元素Si、P、S、ClSiPSCl单质与H反应的条件高温磷蒸气与氢气能反应加热光照或点燃时发生爆炸而化合最高价氧化物对应水化物(含氧酸)酸性强弱HSiO弱酸HPO中强酸HSO强酸HClO强酸(酸性强于HSO)依据非金属性强弱的判断标准：单质与H反应的条件、最高价含氧酸的酸性，有结论：

非金属性Si＜P＜S＜Cl

即：

NaMgAlSiPSCl

金属性渐弱，非金属渐强

电子层数相同的元素，随着原子序数的递增，元素的金属性逐渐减弱，非金属性逐渐增强，由典型的金属元素逐渐过渡到典型的非金属元素，最后以稀有气体元素结束。

对18号之后的元素进行研究，也得到与上述相似的结论。

从以上分析知：元素的性质随着原子序数的递增而呈现周期性变化，这个规律叫元素周期律。

小结：元素的性质随着原子序数的递增而呈周期性的变化：即随着原子核电荷数的递增，核外电子排布呈现周期性的变化，由此导致元素原子半径、元素主要化合价、元素化学性质——如金属性、非金属性、气态氢化物稳定性、最高价氧化物对应水化物的酸碱性等呈现周期性的变化规律，这就是元素周期律。但应注意这种变化不是简单的重复，元素性质的周期性变化是元素原子的核外电子排布的周期性变化的必然结果。

在掌握原子结构、元素性质的一般规律时，还要注意特殊性：

⑴原子最外层电子排布是1—8个电子，但只有一个电子层时是1—2个电子。

⑵元素主要化合价是由+1价到+7价进行递变，但F没有+7价，O没有+6价。

⑶原子核中通常含有质子和中子，但是原子中没有中子

元素周期律揭示了元素性质的周期性变化，而元素性质的周期性变化决定于原子结构的周期性变化，实质取决于核外电子排布的周期性变化，这就是元素周期律的实质。

【疑难解析】

元素的性质和单质性质的区别：

元素组成物质，它只能以游离态（单质）或化合态（化合物）存在于自然界中。研究元素的性质就是研究它的原子半径、化合价、金属性和非金属性等基本性质及由此引起的它的单质、化合物的各种性质。

单质是由同种元素组成的纯净物。元素的一些性质可以通过单质来体现，单质的物理性质包括颜色、状态、气味、熔沸点、密度、溶解性、导电性、导热性等。化学性质主要是氧化性或还原性、与哪类物质反应、酸碱性、特性等。元素的性质并不等于单质的性质，它们虽有联系，但也有区别，不能混为一谈。

【典型例题】

例1．元素Ｙ的原子获得３个电子或元素Ｘ的原子失去２个电子后，它们的电子层结构与氖原子的电子层结构相同，Ｘ、Ｙ两种元素的单质在高温下得到的化合物的正确化学式是（）

A．YX

B．XY

C．XY

D．YX解析：

依题意可以看出元素Ｙ是非金属元素氮，Ｘ是金属元素镁，生成的化合物的化学式为MgＮ。

答案：C

例2．下列叙述中能肯定X金属比Y金属活泼性强的是（）

A．X原子的最外层电子数比Y原子的最外层电子少

B．X原子电子层数比Y原子的电子层数多

C．1molX从酸中置换H生成的H比1molY从酸中置换H生成的H多

D．常温时，X能从水中置换出氢，而Y不能

分析：

元素金属性的强弱，可以从它的单质与水（或酸）反应置换出氢的难易程度以及元素的最高价氧化物对应水化物——氢氧化物的碱性强弱来判断。如果元素的单质与水（或酸）反应置换出氢容易，它的氢氧化物碱性强，则元素的金属性就强，反之则弱。

选项A：只指出X、Y两种元素原子的最外层电子数的多少，而没有指明它们电子层数的多少，因而不能确定X、Y的金属性强弱。如Ag呈+1价，最外层１个电子，而Mg最外层电子数比Ag多，金属性却是Mg＞Ag。

选项B：指出了X、Y原子电子层数的多少，但电子层数少的金属不一定比电子层数多的金属性弱。如Na比Cu少一个电子层，但Na比Cu活泼。

选项C：说明了等物质的量的X、Y金属与酸反应生成H的多少，未说明与酸反应的快慢。与酸反应生成H多的金属活泼性不一定强。如1molAl比1molNa与足量酸反应时生成H多，但Al不如Na活泼。

选项D：正确，因为只有很活泼的金属（如K、Ca、Na等）在常温下与水反应，而较不活泼的金属在常温下与水不反应。

答案：D

例3．Ａ、Ｂ、Ｃ三种元素的原子具有相同的电子层数，而Ｂ的核电荷数比Ａ大两个单位，C的质子数比B多４个。1molA的单质与酸反应，能置换出1gH。这时Ａ转化为具有与氖原子相同的电子层结构的离子。试问：

①Ａ是________元素、Ｂ是__________元素，Ｃ是__________元素。

②写出Ａ、Ｂ、Ｃ原子结构示意图。

解析：

Ａ、Ｂ、Ｃ三种元素的原子具有相同的电子层数，而Ａ转化为阳离子之后与氖原子具有相同的电子层结构，说明Ａ、Ｂ、Ｃ三元素的核电荷数比氖大，比氩小。而1molA与酸反应能置换出1gH，即Ａ转化为A，所以Ａ为Na，Ｂ的核电荷数比Ａ大两个单位，故Ｂ为Al，Ｃ的质子数比Ｂ多４个，是17，所以Ｃ是Cl。

答案：

①Ａ是NaB是AlC是Cl

②

例4．下列各粒子半径之比大于１的是（）

A．

B．

C．

D．

解析：一般电子层数越多粒子半径越大，电子层数相同时，核电荷数越大粒子半径越小。推知：R＜R，R＜R，R＞R，R＞R。

答案：C、D

例5．设X、Y、Z代表三种元素。已知：

①X和Y两种离子具有相同的电子层结构；

②Z元素原子核内质子数比Y元素原子核内质子数少9个；

③Y和Z两种元素可以形成4核42个电子的负一价阴离子。

据此，请填空：

（1）Y元素是__________，Z元素是___________。

（2）由X、Y、Z三种元素所形成的含68个电子的盐类化合物的化学式是_____________。

解析：

依题意，假设元素Y的原子序数为y，则元素Z的原子序数为(y-9)。若以(YZ)表示由这两种元素所形成的4核42个电子的负一价离子，则下列关系式成立：解得y=(41+9n)/4

因为n为整数，将其可能的取值1、2和3分别代入上式，经检验确定：n=3,y=17。所以，元素Y的原子序数为17，它是氯，而元素Z的原子序数为17－9＝8，它是氧，进而可知元素X为钾，这三种元素所形成的含68个电子的盐的化学式为KClO。

答案：

（1）Cl、O

（2）KClO参考练习

1．随着元素原子序数的递增，下列呈周期性变化的是（）

A．原子核内中子数B．氢化物分子式HR中的n值

C．