专题08原子结构与元素周期律

专题08原子结构与元素周期律【核心考点梳理】一、原子结构1.原子组成微粒和关系：质子数=核电荷数=最外层电子数=原子序数质量数：原子核中质子数和中子数之和称为质量数，符号A。质量数（A）=质子数（Z）+中子数（N）3.原子结构的表示方法:一般用符号eq\o\al(A,Z)X表示，字母表示意义：eq\b\lc\(\a\vs4\al\co1(表示质量数——A,表示质子数——Z))Xeq\a\vs4\al(——表示元素原子)4.核素、同位素核素：具有相同数目的质子和相同数目的中子的一类原子称为核素同位素：质子数相同而中子数不同的同一种元素的不同核素互为同位素5.核外电子排布的规律（1）在原子核外离核由近及远、能量由低到高的不同电子层上分层排布的。共有7个电子层。由内向外可依次用K、L、M、N、O、P、Q表示。（2）电子能量与电子层的关系各电子层由内到外电子层数1234567字母代号KLMNOPQ离核远近由近到远能量高低由低到高（3）原子核外各电子层最多容纳2n2个电子；原子最外层电子数目不超过8个(K层为最外层时不能超过2个电子)；次外层电子数目不能超过18个(K层为次外层时不能超过2个)，倒数第三层电子数目不能超过32个。

6.原子结构与元素原子得失电子能力原子的电子层数相同，则核电荷数越大，最外层电子离核越近，原子越难失电子、越容易得电子；原子的最外层电子数相同，则电子层数越多，最外层电子离核越远，原子越容易失电子、越难得电子。二、元素周期表1.元素周期表的结构：横行为周期，共有七个周期，周期序数用阿拉伯数字“1、2、3、4、5、6、7”表示。分为长周期和短周期，1、2、3周期称为短周期；4、5、6、7周期称为长周期。纵行为族，共有七个主族、七个副族、一个零族和一个Ⅷ族。由短周期元素和长周期元素共同组成的族称为主族，符号为A；仅由长周期元素组成的族称为副族，符号为B；第18纵列由稀有气体元素组成，称为“0族”。第8、9、10纵列称为“Ⅷ族”。2.周期和族在周期表中的分布4.同周期、同主族元素与原子结构的关系：同周期元素电子层数相同，最外层电子数从1逐渐过渡到8（第1周期除外），周期序数=电子层数；同主族元素最外层电子数相同，自上而下电子层数逐渐增多。主族序数=最外层电子数。三、元素周期律同周期同主族元素性质的变化规律同周期（从左到右）同主族（从上到下）原子半径逐渐减小逐渐增大电子层结构电子层数相同最外层电子数递增电子层数递增最外层电子数相同得电子能力失电子能力逐渐增强逐渐减弱逐渐减弱逐渐增强金属性非金属逐渐减弱逐渐增强逐渐增强_逐渐减弱主要化合价最高正价=主族序数最低负价=主族序数―8（对非金属）最高正价和负价数均相同，最高正价数=族序数（O、F除外）最高价氧化物对应水化物的酸碱性酸性逐渐增强碱性逐渐减弱酸性逐渐减弱碱性逐渐增强非金属元素气态氢化物的形成及稳定性气态氢化物的形成逐渐变易，气态氢化物稳定性逐渐增强。气态氢化物形成逐渐变难，气态氢化物稳定性逐渐减弱。四、元素周期表的应用1.认识同周期元素性质的递变规律钠、镁、铝三种元素原子失电子能力的比较元素NaMgAl原子结构电子层数333最外层电子数123原子半径依次减小元素性质化合价+1+2+3失电子能力依次减弱实验事实与水反应与冷水剧烈反应加热后反应加热也极难发生反应与酸反应越来越剧烈最高价氧化物对应水化物的碱性强碱中强碱两性Al(OH)3+3HCl=AlCl3+3H2OAl(OH)3+NaOH=Na[Al(OH)4]硅、磷、硫、氯四种元素原子得电子能力的比较元素SiPSCl单质与H2化合的条件高温较高温度需加热点燃或光照越来越溶液气态氢化物的稳定性SiH4很不稳定PH3不稳定H2S较不稳定HCl稳定越来越稳定最高价氧化物SiO2P2O5SO3Cl2O7最高价氧化物对应水化物的酸性H4SiO4或H2SiO3弱酸H3PO4中强酸H2SO4强酸HClO4最强无机酸酸性逐渐增强2.研究同主族元素的性质3.预测元素及其化合物的性质(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。【点对点真题回顾】1.（2023·北京卷）下列事实不能通过比较氟元素和氯元素的电负性进行解释的是A.键的键能小于键的键能B.三氟乙酸的大于三氯乙酸的C.氟化氢分子的极性强于氯化氢分子的极性D.气态氟化氢中存在，而气态氯化氢中是分子【答案】A【解析】【详解】A．F原子半径小，电子云密度大，两个原子间的斥力较强，键不稳定，因此键的键能小于键的键能，与电负性无关，A符合题意；B．氟电负性大于氯的电负性。键的极性大于键的极性，使—的极性大于—的极性，导致三氟乙酸的羧基中的羟基极性更大，更容易电离出氢离子，酸性更强，B不符合题意；C．氟的电负性大于氯的电负性，键的极性大于键的极性，导致分子极性强于，C不符合题意；D．氟的电负性大于氯的电负性，与氟原子相连的氢原子可以与另外的氟原子形成分子间氢键，因此气态氟化氢中存在，D不符合题意；故选A。2.（2022·北京卷）(锶)的、稳定同位素在同一地域土壤中值不变。土壤生物中值与土壤中值有效相关。测定土壤生物中值可进行产地溯源。下列说法不正确的是A.位于元素周期表中第六周期、第ⅡA族B.可用质谱法区分和C.和含有的中子数分别为49和48D.同一地域产出的同种土壤生物中值相同【答案】A【解析】A．位于元素周期表中第五周期、第ⅡA族，故A错误；B．质谱法可以测定原子的相对原子质量，和的相对原子质量不同，可以用质谱法区分，故B正确；C．的中子数为8738=49，的中子数为8638=48，故C正确；D．由题意可知，(锶)的、稳定同位素在同一地域土壤中值不变，故D正确；故选A。3.（2021·北京卷）下列有关放射性核素氚（H）的表述不正确的是A.H原子核外电子数1 B.H原子核内中子数为3C.与H2化学性质基本相同 D.具有放射性【答案】B【解析】A．放射性核素H，质量数是3，质子数是1，质子数等于核外电子数，所以核外电子数等于1，故A正确；B．放射性核素H，质量数是3，质子数是1，所以中子数等于31=2，故B错误；C．与H2的相对分子质量不同，二者的沸点不同，但二者同属于氢气，化学性质基本相同，故C正确；D．H是放射性核素，所以3H2O也具有放射性，故D正确；故选B。4.（2021·北京卷）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＞LiOHC.热稳定性：H2O＞H2S＞PH3 D.非金属性：F＞O＞N【答案】A【解析】A．元素的非金属性越强，其最高价氧化物对应的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；B．同一主族元素的金属性随原子序数的增大而增强。元素的金属性越强，其最高价氧化物对应的水化物的碱性就越强。元素的金属性：K＞Na＞Li，所以碱性：KOH＞NaOH＞LiOH，B正确；C．同一周期元素的非金属性随原子序数的增大而增强；同一主族元素的非金属性随原子序数的增大而减弱。元素的非金属性越强，其简单氢化物的稳定性就越强。元素的非金属性：O＞S＞P，所以氢化物的热稳定性：H2O＞H2S＞PH3，C正确；D．同一周期元素的非金属性随原子序数的增大而增强，所以元素的非金属性：F＞O＞N，D正确；故合理选项是A。5.（2020·江苏卷）下列关于Na、Mg、Cl、Br元素及其化合物的说法正确的是A.NaOH的碱性比Mg(OH)2的强B.Cl2得到电子的能力比Br2的弱C.原子半径r:D.原子的最外层电子数n:【答案】A【解析】【分析】【详解】A．同周期自左至右金属性减弱，所以金属性Na＞Mg，则碱性NaOH＞Mg(OH)2，故A正确；B．同主族元素自上而下非金属性减弱，所以非金属性Cl＞Br，所以Cl2得电子的能力比Br2强，故B错误；C．电子层数越多原子半径越大，电子层数相同，核电荷数越小原子半径越大，所以原子半径：r(Br)＞r(Na)＞r(Mg)＞r(Cl)，故C错误；D．Cl和Br为同主族元素，最外层电子数相等，故D错误。综上所述，答案为A。【点对点模拟仿真】1．（2023·北京西城·北京四中校考模拟预测）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为+1价 B．第一电离能：N＞OC．熔点：纯铁＞生铁 D．热稳定性：NH3＞PH3【答案】C【解析】A．Cl和I同主族，最外层电子数相等，但I原子半径大于Cl，故Cl非金属性即得电子能力大于I，则化合物ICl中I为+1价，能直接从原子结构角度解释，故A不符合题意；B．同一周期元素的第一电离能随着原子序数的增大呈增大趋势，由于第ⅤA族元素最外层p轨道处于半满稳定结构，所以它们的第一电离能大于同周期相邻元素，所以N的第一电离能大于O，故B不符合题意；C．生铁是合金，熔点低，纯铁的熔点高，与合金内部原子的排布有关，与原子结构无关，故C符合题意；D．N和P同主族，最外层电子数相等，但P原子半径大于N，故N非金属性大于P，则简单氢化物热稳定性NH3大于PH3，能直接从原子结构角度解释，故D不符合题意；故选C。2．（2023·北京东城·北京五十五中校考模拟预测）中国科学家经过光谱分析发现一颗锂元素含量极高的恒星。下列说法不正确的是A．LiOH的碱性强于Be(OH)2B．在第ⅠA族的元素中，锂元素的第一电离能最大C．依据对角线规则，锂元素和镁元素的有些性质相似D．原子光谱的产生与电子跃迁有关，可利用原子光谱中的特征谱线来鉴定元素【答案】B【解析】A．同周期元素，从左到右元素的金属性依次减弱，最高价氧化物对应水化物的碱性减弱，则氢氧化锂的碱性强于氢氧化铍，故A正确；B．同主族元素，从上到下的第一电离能依次减小，在第ⅠA族的元素中，氢元素的第一电离能最大，故B错误；C．依据对角线规则可知，元素周期表中位于对角线上的锂元素和镁元素的有些性质相似，故C正确；D．用光谱仪器摄取各种元素的电子的吸收光谱或发射光谱总称原子光谱，原子光谱的产生与电子跃迁有关，不同元素原子的吸收光谱或发射光谱不同，所以可以利用原子光谱中的特征谱线来鉴定元素，故D正确；故选B。3．（2023·北京顺义·北京市顺义区第一中学校考模拟预测）我国科研人员发现了一种安全、高效的点击化学试剂FSO2N3，下列有关元素F、O、N、S的说法正确的是A．沸点： B．第一电离能：C．最高正价： D．稳定性：【答案】D【解析】A．H2O和NH3分子间形成氢键，沸点反常的高，常温下水为液体，氨气为气体，沸点H2O＞NH3＞H2S，A错误；B．根据同一周期从左往右第一电离能呈增大趋势ⅡA与ⅢA、ⅤA与ⅥA反常，同一主族从上往下第一电离能依次减小，故第一电离能：F＞N＞O＞S，B错误；C．F、O元素无最高正价，硫的最高正价为+6价，C错误；D．非金属性F＞O＞N，氢化物稳定性：HF＞H2O＞NH3，D正确；故答案为：D。4．（2023·北京西城·北师大实验中学校考三模）由下列实验及相应事实推理所得的结论，不能用元素周期律解释的是实验事实结论A将体积相同的和分别投入冷水与反应更剧烈金属性：B将足量硫酸与溶液混合生成非金属性：C分别加热气体和气体气体更易分解稳定性：D工业上用焦炭还原石英砂制得粗硅非金属性：A．A B．B C．C D．D【答案】D【解析】A．将体积相同的Na和K分别投入冷水中，K与H2O反应更剧烈，因同主族元素从上到到下金属性逐渐增强，非金属性逐渐减弱，则金属性K>Na，A不符合题意；B．将足量硫酸与Na3PO4溶液混合，生成H3PO4，说明硫酸可以制取H3PO4，则硫酸的酸性比磷酸的酸性强，根据最高价含氧酸的酸性强弱可以比较非金属性的强弱，则非金属性:S>P，B不符合题意；C．分别加热HCl气体和HI气体，HI气体更易分解，根据同主族非金属元素从上到下非金属性逐渐减弱，非金属氢化物的稳定性逐渐减弱，则稳定性:HCl>HI，C不符合题意；D．工业上用焦炭还原石英砂制得粗硅：，反应中碳为还原剂，硅为还原产物，说明碳的还原性大于硅，但比较非金属性要通过单质的氧化性比较，故不能说明非金属性：，D符合题意；故选D。5．（2023·北京海淀·101中学校考三模）下列性质的比较中，能用周期律解释的是A．第一电离能：N＞O B．沸点：NH3＞PH3C．酸性：CH3COOH＜CCl3COOH D．酸性：HNO3＞H2SO3【答案】C【解析】A．同一周期元素第一电离能随着原子序数增大而呈增大，但是N的2p能级半充满，比较稳定，N的第一电离能大于O，所以第一电离能N>O，不能用周期律解释，A错误；B．NH3分子间能形成氢键，导致PH3的沸点低于NH3的沸点，不能用周期律解释，B错误；C．电负性：Cl＞H，电负性越大形成的共价键极性越强，极性：ClC＞HC，导致三氯乙酸中羧基中的氢的极性大，易电离出氢离子，乙酸中羧基中的氢的极性小，酸性弱，酸性：CCl3COOH＞CH3COOH，能用周期律解释，C正确；D．非金属性越强，其最高价氧化物对应的酸性越强，故酸性：HNO3＞H2SO4，但HNO3＞H2SO3不能用周期律解释，D错误；答案为C。6．（2023春·北京海淀·高三首都师范大学附属中学校考阶段练习）下列原因分析能正确解释递变规律的是选项递变规律原因分析A酸性：非金属性：B离子半径：电子层结构相同时，核电荷数：C与水反应的剧烈程度：最外层电子数：D熔点：键能：A．A B．B C．C D．D【答案】B【解析】A．通过比较最高价氧化物对应水化物的酸性比较非金属性，S的最高价氧化物对应水化物为H2SO4，A错误；B．具有相同电子层结构的阳离子核电荷数大于阴离子核电荷数，具有相同电子层的阴离子核电荷数，所带电荷数越多，核电荷数越小，根据离子半径：，可得电子层结构相同时，核电荷数：Ca>Cl>S，B正确；C．与水反应的剧烈程度：，金属性，元素的非金属性和最外层电子数没有必然联系，C错误；D．Cl2为气体，Br2为液体，I2为固体，三者均为分子晶体，它们的相对分子质量逐渐增大,分子间的作用力—范得华力增强,所以氯、溴、碘单质的熔沸点依次升高，和键能没有必然联系，D错误；故选B。7．（2023·北京海淀·人大附中校考三模）四种元素的基态原子的核外电子排布式分别是：①②③④下列说法不正确的是A．①②③④都是p区元素 B．第一电离能：③>②C．最高价含氧酸的酸性：②<③ D．电负性：①>③【答案】B【分析】根据核外电子排布图可知，①为O元素；②为P元素；③为S元素；④As元素。【解析】A．由电子排布式可知，四个元素都是p区元素，A正确；B．P元素3p轨道半满，第一电离能比S元素大，故第一电离能③<②，B错误；C．P元素最高价含氧酸为H3PO4，S元素最高价含氧酸为H2SO4，酸性硫酸大于磷酸，C正确；D．同主族从上到下，电负性逐渐减小，故电负性O>S，D正确；故选B。8．（2023·北京朝阳·北京八十中校考二模）1934年约里奥居里夫妇在核反应中用粒子(即氦核)轰击金属原子(短周期元素)，得到核素，开创了人造放射性核素的先河：。其中元素X、Y的最外层电子数之和为8。下列叙述正确的是A．的相对原子质量为26 B．X、Y均可形成三氯化物C．X的非金属性强于Y的 D．Y仅有一种含氧酸【答案】B【分析】由及质量守恒可知，W=30+14=27，X、Y的最外层电子数之和为8，X的最外层电子数为，金属原子的质量数为27、且位于ⅢA族，Z=13符合题意，则X为Al；Y的最外层电子数为83=5，质子数为13+2=15，Y为P，以此来解答。【解析】由上述分析可知X为Al、Y为P，则A．W为27，原子的相对原子质量为27，故A错误；B．X、Y可形成三氯化物分别为AlCl3、PCl3，故B正确；C．同周期从左向右非金属性逐渐增强，则P的非金属性强于Al的，故C错误；D．P的含氧酸有磷酸、偏磷酸等，故D错误；故选B。9．（2023·北京丰台·统考二模）下列关于、、、元素及其化合物的说法不正确的是A．酸性：B．熔点：C．电负性：D．离子半径：【答案】C【解析】A．非金属性Cl>Br，非金属性越强最高价氧化物的水化物酸性越强，则酸性：，故A正确；B．均为离子晶体，氯离子半径小于溴离子，氯化钠中的离子键比溴化钠强，因此熔点：，故B正确；C．Cl和Br的电负性大于金属Na和Mg，氯溴同主族，从上到下电负性减弱，Na和Mg同周期从左到右电负性增强，则电负性：，故C错误；D．溴离子核外电子层数为4，氯离子核外电子层数为3，钠离子和镁离子核外电子层数为2，钠离子核电荷数小于镁离子，粒子核外电子层数越多半径越大，电子层数相同时核电荷数越大半径越小，则离子半径：，故D正确；故选：C。10．（2023·北京西城·统考二模）下列比较不能用元素周期律解释的是A．热稳定性： B．还原性：C．酸性： D．熔点：【答案】D【解析】A．根据氧的非金属性比硫强，故水的稳定性比硫化氢强，A不符合题意；B．氯和碘为同主族元素，从上到下元素非金属性减弱，阴离子的还原性增强，B不符合题意；C．氟的电负性比氯强，则碳氟键的极性比碳氯键的极性大，使三氟乙酸中的羧基的羟基极性变大，更容易电离出氢离子，C不符合题意；D．二氧化硅为共价晶体，二氧化碳形成分子晶体，共价晶体的熔点高于分子晶体，与碳和硅的非金属性无关，D符合题意；故选D。11．（2023·北京房山·统考二模）下列关于第ⅣA族元素及其化合物的性质比较中，不正确的是A．原子半径：C<Si<GeB．电负性：C<Si<GeC．热稳定性：D．酸性：【答案】B【解析】A．原子半径同主族从上往下依次增大，则原子半径C<Si<Ge，A项正确；B．第ⅣA族元素中C的电负性最大，B项错误；C．非金属性越强，简单氢化物稳定性越强，非金属性C＞Si＞Ge，则热稳定性CH4>SiH4>GeH4，C项正确；D．酸性CH3COOH>H2CO3>H2SiO3，D项正确。答案选B。12．（2023·北京朝阳·统考二模）下列关于同主族元素C、及其化合物的性质比较和原因分析不正确的是选项性质比较原因分析A熔点：摩尔质量：B电负性：原子半径：C酸性：非金属性：D热稳定性：键能：A．A B．B C．C D．D【答案】A【解析】A．CO2为分子晶体，分子间通过分子间作用力连接，而SiO2为共价晶体，Si与O之间通过共价键连接，因此CO2熔点低于SiO2，A错误；B．原子半径C<Si，C原子得电子能力更强，故电负性C>Si，B正确；C．元素的非金属性越强，其最高价氧化物对应水化