第14讲-元素周期律和元素周期表(讲)(解析版)

第14讲元素周期律和元素周期表1.掌握元素周期律的实质;了解元素周期表(长式)的结构(周期、族)及其应用.2.以第三周期为例,掌握同一周期内元素性质的递变规律与原子结构的关系.3.以ⅠA和ⅦA族为例,掌握同一主族内元素性质递变规律与原子结构的关系.4.了解金属、非金属元素在周期表中的位置及其性质递变规律.【核心素养分析】1.宏观辨识与微观探析：能从不同层次认识物质的多样性；能从元素和原子，分子水平认识物质的组成、结构和性质，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，能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；能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：在探究同周期、同主族元素性质递变性的实验中，要明确探究目的，设计实验方案，并在探究中学会合作，结合核外电子排布，元素第一电离能的特殊性等异常现象提出自己的见解。知识点一元素周期表及其应用1．原子序数按照元素在周期表中的顺序给元素所编的序号。原子序数＝核电荷数＝核外电子数＝质子数。2．元素周期表的编排原则(1)把电子层数相同的元素按原子序数递增顺序从左到右排成一横行，共有7个横行。(2)把不同横行中最外层电子数相同的元素按电子层数递增的顺序从上到下排成一纵行，共有18纵行。3．元素周期表的结构(1)周期(7个横行，7个周期)短周期长周期序号一二三四五六七元素种类288181832320族元素原子序数21018365486118(2)族(18个纵行，16个族)主族列121314151617族ⅠAⅡAⅢAⅣAⅤAⅥAⅦA副族列345671112族ⅢBⅣBⅤBⅥBⅦBⅠBⅡBⅧ族第8、9、10，共3个纵行0族第18纵行【特别提醒】①含元素种类最多的族是第ⅢB族，共有32种元素。②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)。③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。(3)元素周期表中元素的分区①分界线：如图所示，沿着元素周期表中铝、锗、锑、钋与硼、硅、砷、碲、砹的交界处画一条斜线，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：分界线左下方为金属元素区，分界线右上方为非金属元素区。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。(4)元素周期表中的特殊位置过渡元素元素周期表中从第ⅢB族到第ⅡB族10个纵列共60多种元素，这些元素都是金属元素镧系元素周期表第六周期中，57号元素镧到71号元素镥共15种元素锕系元素周期表第七周期中，89号元素锕到103号元素铹共15种元素超铀元素在锕系元素中，92号元素铀(U)以后的各种元素4．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他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。知识点二元素周期律及其应用1．元素周期律（1）元素的性质随着原子序数的递增而呈周期性变化的规律。（2）元素周期律的实质是元素原子核外电子排布的周期性变化的结果。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)最低负化合价＝－(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．元素周期律的两大应用(1)比较不同周期、不同主族元素的性质①比较Ca(OH)2和Al(OH)3的碱性强弱方法：金属性：Mg>Al，Ca>Mg，则碱性：Ca(OH)2>Mg(OH)2>Al(OH)3。②比较H2O和SiH4的稳定性强弱的方法：非金属性：C>Si，O>C，则氢化物稳定性：H2O>CH4>SiH4。(2)预测未知元素的某些性质①已知Ca(OH)2微溶，Mg(OH)2难溶，可推知Be(OH)2难溶。②已知卤族元素的性质递变规律，可推知未学元素砹(At)的化合物的性质为HAt不稳定，水溶液呈酸性，AgAt难溶于水。高频考点一元素周期表的结构及应用例1.（2022·广东卷）甲～戊均为短周期元素，在元素周期表中的相对位置如图所示。戊的最高价氧化物对应的水化物为强酸。下列说法不正确的是A.原子半径：丁＞戊＞乙B.非金属性：戊＞丁＞丙C.甲的氢化物遇氯化氢一定有白烟产生D.丙最高价氧化物对应的水化物一定能与强碱反应【答案】C【解析】甲～戊是短周期元素，戊中的最高价氧化物对应水化物为强酸，则可能是硫酸或高氯酸，若是高氯酸，则戊为Cl，甲为N、乙为F、丙为P、丁为S，若是硫酸，则戊为S，甲为C、乙为O、丙为Si、丁为P。根据层多径大，同电子层结构核多径小原则，则原子半径：丁＞戊＞乙，故A正确；根据同周期从左到右非金属性逐渐增强，则非金属性：戊＞丁＞丙，故B正确；甲的氢化物可能为氨气，可能为甲烷、乙烷等，若是氨气，则遇氯化氢一定有白烟产生；若是甲烷、乙烷等，则遇氯化氢不反应，没有白烟生成，故C错误；丙的最高价氧化物对应的水化物可能是硅酸、也可能是磷酸，都一定能与强碱反应，故D正确。综上所述，答案为C。【方法技巧】同主族、邻周期元素的原子序数差的关系①第ⅠA族元素，随电子层数的增加，原子序数依次相差2、8、8、18、18、32。②第ⅡA族和0族元素，随电子层数的增加，原子序数依次相差8、8、18、18、32。③第ⅢA～ⅦA族元素，随电子层数的增加，原子序数依次相差8、18、18、32、32。【变式探究】（2020·浙江卷）X、Y、Z、M、Q五种短周期元素，原子序数依次增大。Y元素的最高正价为+4价，Y元素与Z、M元素相邻，且与M元素同主族；化合物的电子总数为18个；Q元素的原子最外层电子数比次外层少一个电子。下列说法不正确的是()A.原子半径：B.最高价氧化物对应水化物的酸性：C.易溶于水，其水溶液呈碱性D.X、Z和Q三种元素形成的化合物一定是共价化合物【答案】D【解析】X、Y、Z、M、Q为五种短周期元素，原子序数依次增大。Y元素的最高正价为+4价，则证明该元素为第IVA族元素，又知Y元素与Z、M元素相邻，且与M同族，则在元素周期表位置应为IVA族VA族YZM，故推知Y为C元素，Z为N元素，M为Si元素；化合物Z2X4的电子总数为18，则推知，X为H，该化合物为N2H4；Q元素的原子最外层电子总数比次外层电子数少一个电子，推出Q为Cl元素，据此结合元素周期律与物质的结构与性质分析作答。根据上述分析可知，X为H、Y为C元素、Z为N元素、M为Si元素、Q为Cl元素，则同周期元素从左到右原子半径依次减小，同主族元素从上到下原子半径依次增大，则原子半径比较：Z(N)<Y(C)<M(Si)，故A正确；同周期元素从左到右元素非金属性依次增强，同主族元素从上到下元素非金属性依次减弱，因元素的非金属性越强，最高价氧化物对应水化物的酸性越强，非金属性：Z(N)＞Y(C)＞M(Si)，则最高价氧化物对应水化物的酸性：Z(N)＞Y(C)＞M(Si)，故B正确；N2H4的结构简式可表示为H2N-NH2，分子中含两个氨基，可与酸反应，具有碱性，且该分子具有极性，与水分子间也存在氢键，根据相似原理可知，N2H4易溶于水，故C正确；X、Z和Q三种元素组成的化合物有很多，不一定都是共价化合物，如氯化铵属于铵盐，为离子化合物，故D错误；答案选D。高频考点二元素在周期表中的位置推测例2.（2021·浙江卷）已知短周期元素X、Y、Z、M、Q和R在周期表中的相对位置如下所示，其中Y的最高化合价为+3。下列说法不正确的是A．还原性：B．X能从中置换出ZC．Y能与反应得到FeD．M最高价氧化物的水化物能与其最低价氢化物反应【答案】A【解析】根据短周期元素X、Y、Z、M、Q和R在周期表中的相对位置，以及Y的最高化合价为+3，可推知，X为：，Y为：，Z为：C，M为：N，Q为：S，R为：，据此分析答题。为：，为：，中硫的还原性强于中的氯元素，A错误；和发生下述反应：，B正确；和发生铝热反应如下：，C正确；M为：N，N的最高价氧化物的水化物为：，最低价氢化物为：，二者发生如下反应：，D正确；答案为A。【方法技巧】由稀有气体元素的原子序数确定元素在周期表中位置原子序数－最邻近的稀有气体元素的原子序数＝ΔZ。若ΔZ＜0，则与稀有气体元素同周期，族序数为8－|ΔZ|；若ΔZ＞0，则在稀有气体元素下一周期，族序数为ΔZ。例如①35号元素(最邻近的是36Kr)，则35－36＝－1，故周期数为4，族序数为8－|－1|＝7，即第四周期第ⅦA族，为溴元素。②87号元素(相邻近的是86Rn)，则87－86＝1，故周期数为7，族序数为1，即第七周期第ⅠA族，为钫元素。【变式探究】下图是周期表中短周期的一部分，已知Y原子与Z原子核外电子总数为X原子核外电子数的4倍，以下推断正确的是()A．X、Y、Z三者均为金属元素B．X、Y、Z三者核外电子数之和为40C．X与Y、Y与Z均可形成离子化合物D．Y与Z只能形成一种共价化合物【答案】B【解析】设X原子核外电子数为x，Y、Z原子核外电子数分别为x＋7、x＋9，由已知条件可得(x＋7)＋(x＋9)＝4x，解得x＝8，则X为O元素，Y为P元素，Z为Cl元素，三种元素都是非金属元素，故A错误；X为O，Y为P，Z为Cl，三者核外电子数之和为8＋15＋17＝40，故B正确；P与O、O与Cl均可以形成共价化合物P2O5、Cl2O7，故C错误；P与Cl可以形成PCl3、PCl5等多种共价化合物，故D错误。高频考点三金属性、非金属性的强弱比较例3.（2022·浙江卷）W、X、Y、Z为原子序数依次增大的短周期主族元素。W和Y同族，Y的原子序数是W的2倍，X是地壳中含量最多的金属元素。下列说法正确的是A.非金属性：Y＞W B.XZ3是离子化合物C.Y、Z的氧化物对应的水化物均为强酸 D.X与Y可形成化合物X2Y3【答案】D【解析】X是地壳中含量最多的金属元素，X为Al元素，W和Y同族，Y的原子序数是W的2倍，W为O元素，Y为S元素，Z为Cl元素，据此分析解题。非金属性同主族从上至下逐渐减弱：Y＜W，A错误；氯化铝是共价化合物，B错误；Y、Z的最高价氧化物对应的水化物分别硫酸和高氯酸，两者均为强酸，次氯酸也是氯的氧化物对应的水化合物，但次氯酸为弱酸，C错误；根据化合物的化合价代数和为0可知，铝与硫元素形成的化合物化学式为Al2S3，D正确；故选D。【方法技巧】金属性、非金属性强弱的判断方法金属性比较本质原子越易失电子，金属性越强(与原子失电子数目无关)判断方法①在金属活动性顺序表中越靠前，金属性越强②单质与水或非氧化性酸反应越剧烈，金属性越强③单质还原性越强或阳离子氧化性越弱，金属性越强④最高价氧化物对应水化物的碱性越强，金属性越强⑤若Xn＋＋Y―→X＋Ym＋，则Y比X的金属性强⑥元素在周期表中的位置：左边或下方元素的金属性强非金属性比较本质原子越易得电子，非金属性越强(与原子得电子数目无关)判断方法①与H2化合越容易，气态氢化物越稳定，非金属性越强②单质氧化性越强或阴离子还原性越弱，非金属性越强③最高价氧化物对应水化物的酸性越强，非金属性越强④元素在周期表中的位置：右边或上方元素的非金属性强【特别提醒】①通常根据最高价氧化物对应水化物的酸碱性的强弱判断元素金属性或非金属性的强弱，而不是根据其他化合物酸碱性的强弱来判断。②非金属性强弱与单质的活泼性不完全一致；通常非金属性越强，其单质越活泼，但也有例外。如非金属性：O>Cl，但Cl2比O2活泼，原因是O2中存在eq\a\vs4\al(O)O双键，比Cl—Cl单键难断裂。【举一反三】（2020·新课标Ⅲ）W、X、Y、Z为原子序数依次增大的短周期元素，四种元素的核外电子总数满足X+Y=W+Z；化合物XW3与WZ相遇会产生白烟。下列叙述正确的是A.非金属性：W>X>Y>Z B.原子半径：Z>Y>X>WC.元素X的含氧酸均为强酸 D.Y的氧化物水化物为强碱【答案】D【解析】根据题干信息可知，W、X、Y、Z为原子序数依次增大的短周期元素，化合物XW3与WZ相遇会产生白烟，则WX3为NH3，WZ为HCl，所以W为H元素，X为N元素，Z为Cl元素，又四种元素的核外电子总数满足X+Y=W+Z，则Y的核外电子总数为11，Y为Na元素，据此分析解答。根据上述分析可知，W为H元素，X为N元素，Y为Na元素，Z为Cl元素，则Na为金属元素，非金属性最弱，非金属性Y＜Z，A选项错误；同周期元素从左至右原子半径依次减小，同主族元素至上而下原子半径依次增大，则原子半径：Na＞Cl＞N＞H，B选项错误；N元素的含氧酸不一定全是强酸，如HNO2为弱酸，C错误；Y的氧化物水化物为NaOH，属于强碱，D正确。【变式探究】[2019新课标Ⅰ]科学家合成出了一种新化合物（如图所示），其中W、X、Y、Z为同一短周期元素，Z核外最外层电子数是X核外电子数的一半。下列叙述正确的是A．WZ的水溶液呈碱性B．元素非金属性的顺序为X>Y>ZC．Y的最高价氧化物的水化物是中强酸D．该新化合物中Y不满足8电子稳定结构【答案】C【解析】氯化钠为强酸强碱盐，水溶液呈中性，A错误；同周期元素从左到右，非金属性依次增强，则非金属性的强弱顺序为Cl＞S＞P，B错误；P元素的最高价氧化物对应水化物为磷酸，磷酸是三元中强酸，C正确；新化合物中P元素化合价为−3价，满足8电子稳定结构，故D错误。高频考点四粒子半径的大小比较例4.(2020·江苏，9)海水晒盐后精制得到NaCl，氯碱工业电解饱和NaCl溶液得到Cl2和NaOH，以NaCl、NH3、CO2等为原料可得到NaHCO3；向海水晒盐得到的卤水中通Cl2可制溴；从海水中还能提取镁。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：r(Br)＞r(Cl)＞r(Mg)＞r(Na)D．原子的最外层电子数n：n(Na)＜n(Mg)＜n(Cl)＜n(Br)【答案】A【解析】金属性：Na＞Mg，故碱性：NaOH＞Mg(OH)2，A项正确；氯和溴均属于卤族元素，同一主族元素从上到下，单质的氧化性逐渐减弱，得电子能力：Cl2＞Br2，B项错误；同一周期主族元素，从左到右原子半径依次减小，则r(Br)>r(Na)＞r(Mg)＞r(Cl)，C项错误；氯和溴属于同一主族，最外层电子数相等，D项错误。【方法技巧】粒子半径大小的比较方法【变式探究】已知短周期元素的四种离子A2＋、B＋、C3－、D－具有相同的电子层结构，则下列叙述中正确的是()A．原子序数：D>C>B>AB．原子半径：B>A>C>DC．离子半径：C3－>D－>A2＋>B＋D．氧化性：A2＋>B＋，还原性：C3－<D－【答案】B【解析】A2＋、B＋、C3－、D－都具有相同电子层结构，则A、B在下一周期，为金属元素，且原子序数A>B，C、D在上一周期，为非金属元素，且原子序数D>C。由电子层数越多的原子序数越大，同周期从左向右原子序数增大，所以原子序数为A>B>D>C，故A错误；电子层越多，半径越大，同周期原子序数越大，半径越小，则原子半径为B>A>C>D，故B正确；具有相同电子层结构的离子，原子序数大的离子半径小，原子序数为A>B>D>C，则离子半径为C3－>D－>B＋>A2＋，故C错误；金属性越强，其阳离子的氧化性越弱，金属性为B>A，则氧化性：A2＋>B＋，非金属性：C<D，则还原性：C3－>D－，故D错误。高频考点五根据元素周期律预测元素的性质例5.（2022·全国甲卷）Q、X、Y、Z是原子序数依次增大的短周期主族元素，其最外层电子数之和为19。Q与X、Y、Z位于不同周期，X、Y相邻，Y原子最外层电子数是Q原子内层电子数的2倍。下列说法正确的是A．非金属性： B．单质的熔点：C．简单氢化物的佛点： D．最高价含氧酸的酸性：【答案】D【解析】Q、X、Y、Z为原子序数依次增大的短周期主族元素，Q与X、Y、Z不在同一周期，Y原子最外层电子数为Q元原子内层电子数的2倍，则Q应为第二周期元素，X、Y、Z位于第三周期，Y的最外层电子数为4，则Y为Si元素，X、Y相邻，且X的原子序数小于Y，则X为Al元素，Q、X、Y、Z的最外层电子数之和为19，则Q、Z的最外层电子数之和为19-3-4=12，主族元素的最外层电子数最多为7，若Q的最外层电子数为7，为F元素，Z的最外层电子数为5，为P元素，若Q的最外层电子数为6，为O元素，则Z的最外层电子数为6，为S元素，若Q的最外层电子数为5，为N元素，Z的最外层电子数为7，为Cl元素；综上所述，Q为N或O或F，X为Al，Y为Si，Z为Cl或S或P，据此分析解题。X为Al，Q为N或O或F，同一周期从左往右元素非金属性依次增强，同一主族从上往下依次减弱，故非金属性：Q>X，A错误；由分析可知，X为Al属于金属晶体，Y为Si属于原子晶体或共价晶体，故单质熔点Si>Al，即Y>X，B错误；含有氢键的物质沸点升高，由分析可知Q为N或O或F，其简单氢化物为H2O或NH3或HF，Z为Cl或S或P，其简单氢化物为HCl或H2S或PH3，由于前者物质中存在分子间氢键，而后者物质中不存在，故沸点Q>Z，C错误；元素的非金属性越强，其最高价含氧酸的酸性越强，P、S、Cl的非金属性均强于Si，因此最高价含氧酸酸性：Z>Y，D正确；故答案为D。【方法技巧】依据周期律预测元素性质的流程对于同一主族的陌生元素，首先确定它在元素周期表中的位置，然后确定它是金属元素还是非金属元素，再根据同族元素性质的相似性、递变性及同周期元素的性质变化规律(元素周期律)，来推测该元素及其化合物的性质。如已知卤族元素的性质递变规律，可推知元素砹(At)的单质应为有色固体，与H2难化合，HAt不稳定，HAt水溶液呈酸性，AgAt不溶于水等。【变式探究】[2019浙江4月选考]2019年是门捷列夫提出元素周期表150周年。根据元素周期律和元素周期表，下列推断不合理的是A．第35号元素的单质在常温常压下是液体B．位于第四周期第ⅤA族的元素为非金属元素C．第84号元素的最高化合价是＋7D．第七周期0族元素的原子序数为118【答案】C【解析】35号元素是溴元素，单质Br2在常温常压下是红棕色的液体，A项合理；位于第四周期第ⅤA族的元素是砷元素（As），为非金属元素，B项合理；第84号元素位于第六周期ⅥA族，为钋元素（Po），由于最高正价等于主族序数，所以该元素最高化合价是+6，C项不合理；第七周期0族元素是第七周期最后一个元素，原子序数为118，D项合理。高频考点六位、构、性关系的综合推断例6.（2022·海南卷）短周期主族元素X、Y、Z、W的原子序数依次增大，X、Y同周期并相邻，Y是组成水的元素之一，Z在同周期主族元素中金属性最强，W原子在同周期主族元素中原子半径最小，下列判断正确的是A.是非极性分子B.简单氢化物沸点：C.Y与Z形成的化合物是离子化合物D.X、Y、Z三种元素组成的化合物水溶液呈酸性【答案】C【解析】X、Y、Z、W为原子序数依次增大的短周期主族元素，X、Y同周期并相邻，且Y是组成水的元素之一，则Y为O元素，X为N元素，Z在同周期主族元素中金属性最强，则Z为Na元素，W原子在同周期主族元素中原子半径最小，则W为Cl元素，据此分析解答。由分析，X为N元素，W为Cl元素，NCl3分子的空间构型为三角锥形，其正负电荷的中心不重合，属于极性分子，A错误；H2O和NH3均含有氢键，但H2O分子形成氢键更多，故沸点H2O＞NH3，B错误；Y为O元素，Z为Na元素，两者形成的化合物为Na2O、Na2O2均为离子化合物，C正确；N、O、Na三种元素组成的化合物NaNO3呈中性、NaNO2呈碱性，D错误；故选C。【变式探究】[2019新课标Ⅱ]今年是门捷列夫发现元素周期律150周年。下表是元素周期表的一部分，W、X、Y、Z为短周期主族元素，W与X的最高化合价之和为8。下列说法错误的是A．原子半径：W<XB．常温常压下，Y单质为固态C．气态氢化物热稳定性：Z<WD．X的最高价氧化物的水化物是强碱【答案】D【解析】W、X、Y和Z为短周期主族元素，依据位置关系可以看出，W的族序数比X多2，因主族元素族序数在数值上等于该元素的最高价（除F与O以外），可设X的族序数为a，则W的族序数为a+2，W与X的最高化合价之和为8，则有a+(a+