元素周期表和元素周期律的命题特点及应对策略

2018-06-30郑州外国语学校梁国顺

中学生数理化(高中版.高考理化) 2018年6期

■郑州外国语学校梁国顺

近五年高考理综化学试题中，物质结构与性质方面的试题分为两道，一道为选择题，另一道为选做题。选择题考查元素周期表和元素周期律部分，占6分；选做题考查选修3《物质结构与性质》的部分，占15分左右。元素周期律和元素周期表是每年高考试题必考内容，对考生升入高等院校继续学习元素化学也有较强的指导作用。

考点:元素在周期表中的位置，元素金属性和非金属性强弱的比较，元素气态氢化物的热稳定性大小，最高价氧化物对应水化物的酸性强弱的比较，原子及离子半径大小的比较，熟悉电子层结构相同的离子。

应对策略:对每年必考知识点进行总结，对常见物质的重要物理性质和化学性质以及特殊性进行归纳，熟练掌握。

1.元素原子结构的周期性和递变性。

(1)同一主族没有周期性，只有相似性和递变性。同一周期没有相似性，只有周期性和递变性。

(2)同一主族，最外层电子数相同，最高化合价相同，非金属元素的最低负化合价相同。从上到下，电子层数增加，原子半径增大，金属性增强，非金属性减弱。同一周期，电子层数相同，从左到右最外层电子数增加，原子半径减小，金属性减弱，非金属性增强。

2.元素的金属性强弱的判断方法。

(1)根据元素在周期表中的位置。

由元素周期表进行判断，同周期中，从左向右，随核电荷数的增加，金属性减弱。同主族中，从上到下，随核电荷数的增加，金属性增强。

(2)依据金属活动顺序表(极少数除外)。

(3)元素金属性强弱判断的实验依据。

①金属单质跟水或酸反应置换出氢气的难易程度:越容易置换出氢气，则金属性越强，反之，金属性越弱。

②最高价氧化物对应水化物的碱性强弱:最高价氢氧化物的碱性越强，这种金属元素金属性越强，反之，金属性越弱。

③金属单质间的置换反应:金属性强的金属能置换出金属性弱的金属。

④高温下与金属氧化物间的置换反应:金属性强的金属能置换出金属性弱的金属，如铝热反应。

⑤由原电池的正负极判断:一般情况下，活泼性强的作负极。

⑥由电解池的放电顺序判断:电解时，在阴极先析出的金属为不活泼金属(阳离子氧化性强的为不活泼金属，氧化性弱的为活泼金属)。

⑦由单质的还原性判断:单质的还原性越强，则对应元素的金属性越强。

⑧由金属阳离子的氧化性强弱判断:一般情况下，氧化性越强，对应金属性越弱。特例，三价铁的氧化性强于二价铜。

⑨能量:金属元素原子失电子吸热，吸收热量越少，元素金属性越强。

3.元素的非金属性强弱的判断方法。

(1)根据元素在周期表中位置。

由元素周期表进行判断，同周期中，从左向右，随核电荷数的增加，非金属性增强。同主族中，从上到下，随核电荷数的增加，非金属性减弱。

(2)元素非金属性强弱判断的实验依据。

①非金属元素单质与氢气化合的难易程度及生成氢化物的稳定性强弱:如果元素的单质跟氢气化合生成气态氢化物容易且稳定，则证明这种元素的非金属性较强，反之，则非金属性较弱。

②最高价氧化物对应水化物的酸性强弱:酸性越强则对应的元素的非金属性越强，如酸性 HClO4＞H2SO4＞H3PO4＞H2CO3，则非金属性Cl＞S＞P＞C。

③非金属单质间的置换反应:非金属性强的单质能置换出非金属性弱的单质，如2F2+2H2O══4HF+O2，Cl2+2NaBr══2NaCl+Br2，3Cl2+2NH3══N2+6 HCl。

④由元素形成单质的氧化性判断:一般情况下，氧化性越强，对应非金属性越强。

⑤由对应简单阴离子的还原性判断:非金属单质对应阴离子的还原性越强，该非金属元素的非金属性越弱。常见阴离子的还原性由强到弱的顺序是S2-＞I-＞Br-＞Cl-＞F-，则非金属性S＜I＜Br＜Cl＜F。

⑥与同一可变价金属反应，生成物中金属元素价态的高低:金属元素在该产物中价态越高，则说明该非金属元素的非金属性越强。如Cu与Cl2反应生成CuCl2，Cu与S反应生成Cu2S，说明非金属性Cl＞S。

⑦能量:非金属元素原子得电子放热，放热越多离子越稳定，非金属性越强。

4.粒子半径大小比较规律。

(1)同种元素粒子半径大小比较。

同种元素原子形成的粒子，核外电子数越多，粒子半径越大。阳离子半径小于相应原子半径，如r(Na+)＜r(Na)；阴离子半径大于相应原子半径，如r(Cl—)＞r(Cl)；同种元素不同价态的离子，价态越高，离子半径越小，如r(Fe)＞r(Fe+2)＞r(Fe3+)，r(H-)＞r(H)＞r(H+)。

(2)不同元素粒子半径的比较。

①同周期元素，电子层数相同，原子序数越大，原子半径、最高价阳离子半径、最低价阴离子半径均逐渐减小(仅限主族元素)，如r(Na)＞r(Mg)＞r(Al)＞r(S)＞r(Cl)，r(Na+)＞r(Mg2+)＞r(Al3+)，r(O2-)＞r(F-)。同一周期各元素，阴离子半径一定大于阳离子半径，如r(O2-)＞r(Li+)。

②同主族元素，最外层电子数相同，电子层数越多，原子半径越大，同价态的离子半径大小也如此，如r(F)＜r(Cl)＜r(Br)＜r(I)，r(F-)＜r(Cl-)＜r(Br-)＜r(I-)，r(Li+)＜r(Na+)＜r(K+)。

③电子层结构相同(核外电子排布相同)的不同粒子，核电荷数越大，半径越小，如r(S2-)＞r(Cl-)＞r(Ar)＞r(K+)＞r(Ca2+)，r(O2-)＞r(F-)＞r(Na+)＞r(Mg2+)＞r(Al3+)。

④稀有气体元素的原子，半径比与它相邻的卤素原子的原子半径大，如r(Ar)＞r(Cl)。

⑤核电荷数、电子层数、电子数都不相同的粒子，一般可以通过一种参照粒子进行比较，如铝原子和氧原子，可以通过硼原子转换，r(Al)＞r(B)＞r(O)，也可以通过硫原子转换，r(Al)＞r(S)＞r(O)。

5.离子化合物和共价化合物的组成、结构特点(见表1)。

表1

例1a、b、c、d为原子序数依次增大的短周期主族元素，a原子核外电子总数与b原子次外层的电子数相同，c所在周期数与族数相同，d与a同族，下列叙述正确的是( )。

A.原子半径:d＞c＞b＞a

B.4种元素中b的金属性最强

C.c的氧化物的水化物是强碱

D.d单质的氧化性比a单质的氧化性强

解析:分析可知a为O元素，b可能为Na或Mg，c为Al，d为S元素。同周期元素从左到右原子半径逐渐减小，应为b＞c＞d，a为O，原子半径最小，故A项错误；同周期元素从左到右元素的金属性逐渐降低，则金属性b＞c，a、d为非金属，金属性较弱，则4种元素中b的金属性最强，故B项正确；c为Al，对应的氧化物的水化物为氢氧化铝，为弱碱，故C项错误；一般来说，元素的非金属性越强，对应的单质的氧化性越强，应为a单质的氧化性强，故D项错误。

答案:B

例2短周期元素W、X、Y和Z在周期表中的相对位置如表2所示，这四种元素原子的最外层电子数之和为21。下列关系正确的是( )。

表2

A.氢化物沸点:W＜Z

B.氧化物对应水化物的酸性:Y＞W

C.化合物熔点:Y2X3＜YZ3

D.简单离子的半径:Y＜X

解析:由元素在周期表中的位置可知W、X为第二周期，Y、Z为第三周期，设Y的最外层电子数为n，则W的最外层电子数为n+2，X的最外层电子数为n+3，Z的最外层电子数为n+4，则n+n+2+n+3+n+4=21，n=3，则Y为Al元素，W为N元素，X为O元素，Z为Cl元素。

W为N元素，对应的氢化物分子之间可形成氢键，沸点比HCl高，故A项错误；Y为Al，对应的氧化物的水化物呈碱性，W为N，对应的氧化物的水化物溶液呈酸性，故B项错误；Al2O3为离子化合物，AlCl3为共价化合物，离子化合物的熔点较高，故C项错误；X为O，Y为Al，对应的离子具有相同的核外电子排布，核电荷数越大离子半径越小，故D项正确。

点评:本题考查位置结构性质关系应用，为高考常见题型和高频考点，侧重考查考生的分析能力，元素的相对位置以及核外最外层电子的关系是解答本题的突破口，明确短周期及元素在周期表中的位置来推断，难度不大。

答案:D

例3a、b、c、d为短周期元素，a的原子中只有1个电子，b2-和c+的电子层结构相同，d与b同族。下列叙述错误的是( )。

A.a与其他三种元素形成的二元化合物中其化合价均为+1

B.b与其他三种元素均可形成至少两种二元化合物

C.c的原子半径是这些元素中最大的

D.d与a形成的化合物的溶液呈弱酸性

解析:a、b、c、d为短周期元素，a的原子中只有1个电子，a为H；根据离子所带电荷可知b2-可能是 O2-、S2-，C+可能是Na+，b2-和c+的电子层结构相同，所以b为O，c为Na；d与b同族，d为S。氢元素与其他三种元素形成的二元化合物中，NaH中H元素的化合价为-1，A项错误；氧元素与其他三种元素形成的二元化合物分别是:H2O、H2O2，Na2O、Na2O2，SO2、SO3，均可形成至少两种二元化合物，B项正确；a、b、c、d分别为氢元素、氧元素、钠元素、硫元素，电子层数越多，原子半径越大，同周期元素，核电荷数越小，原子半径越大，因此钠的原子半径是这些元素中最大的，C项正确；硫元素和氢元素形成的硫化氢的溶液呈弱酸性，D项正确。

答案:A

例4四种短周期主族元素 W、X、Y、Z的原子序数依次增大，W、X的简单离子具有相同电子层结构，X的原子半径是短周期主族元素原子中最大的，W与Y同族，Z与X形成的离子化合物的水溶液呈中性。下列说法正确的是( )。

A.简单离子半径:W＜X＜Z

B.W与X形成的化合物溶于水后溶液呈碱性

C.气态氢化物的热稳定性:W＜Y

D.最高价氧化物的水化物的酸性:Y＞Z

解析:X的原子半径是短周期主族元素原子中最大的，X为Na；Z与X形成的离子化合物的水溶液呈中性，为氯化钠，Z为Cl；W、X的简单离子具有相同电子层结构，W为氧元素。W与Y同族，则Y为硫元素。

钠离子和氧离子电子层结构相同，核电荷数越大，半径越小，故钠离子半径小于氧离子半径，故A项错误；氧和钠形成的化合物为氧化钠或过氧化钠，其水溶液都为氢氧化钠，显碱性，故B项正确；水和硫化氢比较，水稳定性强，故C项错误；最高价氧化物对应的水化物中高氯酸是最强酸，故D项错误。

答案:B

例5W、X、Y、Z均为短周期元素，原子序数依次增加，且原子核外L电子层的电子数分别为0、5、8、8，它们的最外层电子数之和为18。下列说法正确的是( )。

A.单质的沸点:W＞X

B.阴离子的还原性:W＞Z

C.氧化物的水化物的酸性:Y＜Z

D.X与Y不能存在于同一离子化合物中

解析:W的L层电子数为0，可知W为H；X的L层电子数为5，可知X为N；Y和Z的L层电子数为8，均为第3周期元素；根据它们的最外层电子数之和为18，原子序数依次增加，可知Y为P元素，Z为Cl元素。

氢气和氮气均为分子晶体，相对分子质量越大，熔沸点越高，N2＞H2，A项错误；H元素的非金属性比Cl弱，所以简单离子还原性H+＞Cl-，B项正确；C项未指明是最高价氧化物水化物的酸性，错误；从物质分类的角度，盐类中可能存在N和P两元素，阳离子可能是NH+4、PH+4，阴离子可能是含N、P的含氧酸根，D项错误。

答案:B

点评:考查晶体熔沸点高低判断依据，元素非金属性强弱判断方法，非金属元素形成的粒子特点。

例6原子序数依次增大的元素a、b、c、d，它们的最外层电子数分别为1、6、7、1。a-的电子层结构与氦相同，b和c的次外层有8个电子，c-和d+的电子层结构相同。下列叙述错误的是( )。

A.元素的非金属性次序为c＞b＞a

B.a和其他3种元素均能形成共价化合物

C.d和其他3种元素均能形成离子化合物

D.元素a、b、c各自最高和最低化合价的代数和分别为0、4、6

解析:a-的电子层结构与氦相同，a是H元素。b和c的次外层有8个电子，b、c都是第三周期元素，b、c的最外层电子数分别为6、7，b、c依次为S、Cl。c-和d+的电子层结构相同，d为K。

非金属性Cl＞S＞H，即c＞b＞a，A项正确；活泼金属 K、Ca、Na、Mg与 H、S、Cl等非金属能形成离子化合物，H与非金属元素形成的化合物都是共价化合物，所以，B项错误，C项正确；根据化合价的递变规律，D选项也是正确的。

答案:B

点评:考查离子化合物、共价化合物的组成特点，短周期元素非金属性强弱判断，主族元素常见的化合价。

例7某晶体中含有极性键，关于该晶体的说法错误的是( )。