元素周期表和周期律典例全解

江西 刘智勇

元素周期表和周期律典例全解

江西 刘智勇

元素周期表和周期律是中学化学重要的基本理论之一，一直是高考考查的重点和热点，新课标高考无论是内容还是难度均趋于稳定，题型既有选择题，又有非选择题。主要考查元素、核素、同位素的基本概念及原子结构与微粒间的关系；以短周期元素为载体考查同周期或同主族元素性质的递变规律与原子结构的关系；意在考查学生的分析问题和解决问题的能力。本文主要通过例题的方式对考题进行详解。

考点一：原子结构及基本粒子之间的关系

【例1】（真题汇编）下列叙述正确的是（ ）

A．（2015·江苏）质子数为17，中子数为20的氯原子Cl

D．（2012·山东）同种元素的原子均有相同的质子数和中子数

G．（2010·山东）通过化学变化可实现16O与18O间的相互转化

【解析】A项，原子符号中左上角应为质量数（中子数＋质子数），该氯原子应为Cl，错误。B项，Pu与U两种核素的质子数不相同，不属于同位素，错误。C项，Pu与U两种核素的质子数不相同，不是同种元素，不具有完全相同的化学性质，错误。D项，同种元素的原子具有相同的质子数，但中子数不一定相同，如H、H和H，错误。E项，U和U是同位素，属于不同种核素，错误。F项，I和I是同位素，化学性质几乎完全相同，正确。G项，化学变化是生成新物质，原子不变，而16O与18O间是原子发生变化，错误。

【答案】F

【链接】1．任何微粒中，质量数＝质子数＋中子数，但质子数与电子数不一定相等，如阴、阳离子。

2．有质子的微粒不一定有中子，如1H，有质子的微粒不一定有电子，如H＋。

3．质子数相同的微粒不一定属于同一种元素，如F与OH－。

4．同位素的中子数不同，质子数相同，化学性质几乎完全相同，物理性质差异较大。

5．质子数相同的微粒不一定属于同一种元素，如Ne和H2O。

7．核变化不属于物理变化，也不属于化学变化。

考点二：核外电子排布规律的应用

【例2】A、B、C、D、E、F六种短周期主族元素，它们的原子序数依次增大。已知：A元素的原子半径最小，B元素原子的最外层电子数是内层电子数的2倍，C元素的最高价氧化物对应的水化物与其氢化物反应能生成盐，D与E同主族，E元素原子的最外层电子数比次外层电子数少2。请回答：

（1）D和E两种元素相比较，其原子得电子能力较强的是____________（写名称）。以下说法中，可以证明上述结论的是_____________（填写编号）。

a．比较这两种元素的常见单质的沸点

b．二者形成的化合物中，D元素的原子显负价

c．比较这两种元素的气态氢化物的稳定性

d．比较这两种元素氢化物的水溶液的酸性

（2）元素A、D、E与钠元素可形成两种酸式盐，这两种酸式盐在水溶液中反应的离子方程式是________________。

（3）由元素A、B、D组成的一元酸X为日常生活中的调味剂，元素A、F组成的化合物为Y。在等体积、等pH的X、Y的溶液中分别加入等质量的锌粉，反应后若最后仅有一份溶液中存在锌粉，则反应过程中两溶液中反应速率的大小关系是X_______________（填“＞”“＝”或“＜”）Y。

（4）元素F的单质常温下是一种气体，工业上主要是通过电解其钠盐的饱和溶液的方法获得该气体，假定装入的饱和溶液为100mL（电解前后溶液体积变化可忽略），当测得阴极上产生11．2mL（标准状况）气体时停止通电，将溶液摇匀，此时溶液的pH为_________________。

②B元素原子的最外层电子数是内层电子数的2倍根据核外电子排布规律可推断B是C元素；

③C元素的最高价氧化物对应的水化物与其氢化物反应能生成盐根据物质间的反应关系可推断C是N元素；

④E元素原子的最外层电子数比次外层电子数少2根据原子序数关系及核外电子排布规律可推断E是S元素；

⑤D与E同主族根据元素在周期表中的位置关系可推断E是O元素；

⑥根据原子序数关系可推断F是Cl元素。

【解析】根据以上可知，A是氢，B是碳，C是氮，D是氧，E是硫，F是氯。

（1）氧、硫同主族，故氧的非金属性比硫强。沸点是物质的物理性质，不能作为判断非金属性的依据，a项错误；S、O形成的化合物中，共用电子对偏向非金属性强的元素，b正确；氢化物的稳定性可以作为判断非金属性的依据，而其水溶液酸性强弱不能作为判断非金属性强弱的依据，c正确、d错误。

（2）NaHSO4为强酸酸式盐、NaHSO3为弱酸酸式盐，故书写离子方程式时，HSO不能拆分。

【答案】（1）氧 bc （2）H＋＋HSOSO2↑＋H2O（3）＞ （4）12

【链接】1．短周期元素原子的结构特征：

①最外层电子数为1的有H、Li、Na；

②最外层电子数为2的有He、Be、Mg；

③最外层电子数与次外层电子数相等的有Be、Ar；

④最外层电子数是次外层电子数2倍的是C；最外层电子数是电子层数3倍的有O；

⑤最外层电子数是次外层电子数3倍的是O；

⑥最外层电子数是次外层电子数4倍的是Ne；

⑦次外层电子数是最外层电子数2倍的有Li、Si；

⑧内层电子总数是最外层电子数2倍的有Li、P；

⑨电子层数与最外层电子数相等的有H、Be、Al；

⑩电子层数为最外层电子数2倍的有Li；最外层电子数是电子层数2倍的有He、C、S。

2．元素原子核外电子排布规律：

①最外层电子数x（3≤x＜8）的一定是主族元素。

②最外层只有1个或2个电子，则可能是ⅠA、ⅡA族元素，也可能是副族或0族元素氦。

③最外层电子数比次外层电子数多的元素一定位于第二周期。

④某元素的阴离子最外层电子数与次外层相同，则该元素位于第3周期。

⑤电子层结构相同的离子，若电性相同，则位于同周期；若电性不同，则阳离子位于阴离子的下一周期。

考点三：元素周期表结构的考查

【例3】（真题汇编）下列叙述正确的是（ ）

A．（2013天津）第二周期元素从左到右，最高正价从＋1递增到＋7

B．（2011山东）元素周期表中位于金属和非金属分界线附近的元素属于过渡元素

C．（2011山东）元素原子的最外层电子数等于元素的最高化合价

D．（2011安徽）根据主族元素最高正化合价与族序数的关系，推出卤族元素的最高正价都是＋7

【解析】A项，第二周期，O、F没有正价，元素从左到右，最高正价从＋1递增到＋5，故A错误。B项，过渡元素位于七个副族和Ⅷ族，故B错误。C项，对于主族元素（除了O、F外），最外层电子数等于其最高化合价；对于副族元素，最外层电子数不等于元素的最高化合价。D项，氟元素是最强的非金属，没有正价，故D错误。

【答案】均错误

【链接】1．周期表结构：“七横七周期，三短四长；十八纵行十六族，七主七副一Ⅷ一0”。

2．周期表族位置：

__列1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18_ __族__ _ⅠA_ _ⅡA_ _ⅢB_ _ⅣB_ _ⅤB_ _ⅥB_ _ⅦBⅧⅠBⅡBⅢAⅣAⅤAⅥAⅦA 0

3．0族原子序数：He 2，Ne 10，Ar 18，Kr 36，Xe 54，Rn 86。

4．周期元素种类：从一到七周期分别是2、8、8、18、18、32、32。

5．同周期ⅡA族和ⅢA族原子序数的差值可能为1、11、25。

6．所含元素种类最多的族是ⅢB族，形成化合物种类最多的元素在ⅣA族。

7．原子序数＝核电荷数＝质子数＝核外电子数。

考点四：元素周期表中元素性质的考查

【例4】（2015福建）短周期元素X、Y、Z、W在元素周期表中的相对位置如下图所示，其中W原子的质子数是其最外层电子数的3倍，下列说法不正确的是（ ）

A．原子半径：W＞Z＞Y＞X

B．最高价氧化物对应水化物的酸性：X＞W＞Z C．最简单气态氢化物的热稳定性：Y＞X＞W＞Z

D．元素X、Z、W的最高化合价分别与其主族序数相等

【审题】短周期元素W原子的质子数是其最外层电子数的3倍，则W是P元素，根据元素在周期表中的位置关系可确定：X是N元素，Y是O元素；Z是Si元素。

【解析】原子半径：Si＞P＞N＞O，故A错误。X、W、Z对应的最高价氧化物对应的水化物的酸性：HNO3＞H3PO4＞H2SiO3，故B正确。Y、X、W、Z简单气态氢化物的稳定性：H2O＞NH3＞PH3＞SiH4，故C正确。N、P、Si的最高化合价分别与其主族序数相等，故D正确。

【链接】1．元素化合价规律：

①主族元素的最高正价等于主族序数，且等于主族元素原子的最外层电子数，其中氧、氟无正价。

②非金属元素的最高正价与最低负价的绝对值之和为8，绝对值之差为0、2、4、6的主族元素分别位于ⅣA、ⅤA、ⅥA、ⅦA族。

2．微粒半径大小比较：

①同周期元素的原子半径随核电荷数增大而逐渐减小（稀有气体元素除外），如Na＞Mg＞Al＞Si。

②同主族元素的原子半径随核电荷数增大而逐渐增大，如Li＜Na＜K。

③具有电子层结构相同的离子半径随核电荷数的增加而减小，如O2－＞F－＞Na＋＞Mg2＋＞Al3＋。

④同种元素原子形成的微粒电子数越多，半径越大，如Fe＞Fe2＋＞Fe3＋。

3．元素金属性、非金属性强弱比较：

（1）元素金属性

考点五：“位—构—性”的综合考查

【例5】（2012四川）已知W、X、Y、Z为短周期元素，W、Z同主族，X、Y、Z同周期，W的气态氢化物的稳定性的大于Z的气态氢化物的稳定性，X、Y为金属元素，X的阳离子的氧化性小于Y的阳离子的氧化性。下列说法正确的是（ ）

A．X、Y、Z、W的原子半径依次减小

B．W与X形成的化合物中只含离子键

C．W的气态氢化物的沸点一定高于Z的气态氢化物的沸点

D．若W与Y的原子序数相差5，则二者形成化合物的化学式一定为Y2W3

【审题】①短周期元素W、X、Y、Z属于前三周期；

【解析】结合W、X、Y、Z之间的位置关系可以推测，X、Y、Z、W的原子半径依次减小，A项正确；W与X形成的化合物，如Na2O2中含有离子键和非极性键，B项错误；若W为C，其氢化物分子间不存在氢键，由于相对分子质量较小，沸点较低，C项错误；W与Y的原子序数相差5，可能形成Mg3N2或Al2O3，D项错误。

【技巧】

【警示】1．误认为元素非金属性越强，其氧化物的水化物的酸性越强，忽略关键词“最高价”。

2．气态氢化物水溶液的酸性强弱不能判断元素非金属性强弱，如酸性：HCl＞HF，不能证明氯的非金属性强于氟的非金属性。

3．元素非金属性或金属性的强弱应根据得、失电子的难易判断，而不是根据得、失电子的多少。

4．并非所有元素的简单气态氢化物分子间都存在氢键，只有N、O、F的氢化物分子间存在氢键。

（作者单位：江西省赣县中学）