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專題11 物質(zhì)結(jié)構(gòu) 元素周期律 一. 元素周期表的結(jié)構(gòu) 1. 周期 周期 行數(shù) 所含元素種類數(shù) 每周期的起止元素及其原子序數(shù) 短 周 期 一 1 2 1H→2He 二 2 8 3Li→10Ne 三 3 8 11Na→18Ar 長(zhǎng) 周 期 四 4 18 19K→36Kr 五 5 18 37Rb→54Xe 六 6 32 55Cs→86Rn 七 7 32(填滿時(shí)) 87Fr1→18X(X表示未發(fā)現(xiàn)的118號(hào)元素) 2. 族 主族 副族 第Ⅷ族 副族 主族 0族 列序 數(shù) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 族序 數(shù) ⅠA ⅡA ⅢB ⅣB ⅤB ⅥB ⅦB Ⅷ ⅠB ⅡB ⅢA ⅣA ⅤA ⅥA ⅦA 0 3. 過渡元素 元素周期表中從ⅢB到ⅡB共10個(gè)縱行，包括了第Ⅷ族和全部副族元素，共60多種元素，全部為金屬元素，統(tǒng)稱為過渡元素。 特別提醒　元素周期表中主、副族的分界線： (1) 第ⅡA族與第ⅢB族之間，即第2、3列之間； (2) 第ⅡB族與第ⅢA族之間，即第12、13列之間。 4. 認(rèn)識(shí)周期表中元素相關(guān)信息 例1右表為周期表的一部分，其中X、Y、W、Z為短周期元素，T單質(zhì)常溫下為液體。下列說法錯(cuò)誤的是 A． X、Y是形成生命物質(zhì)的重要元素 B． Y、Z元素氫化物的穩(wěn)定性依次遞增 C． 工業(yè)上電解NaW溶液得W2可使用陰離子交換膜 D． R可用于制造半導(dǎo)體材料 【答案】C 例2如表所示的五種元素中，W、X、Y、Z為短周期元素，這四種元素的原子最外層電子數(shù)之和為22。下列說法正確的是 X Y W Z T A． X、Y、Z三種元素最低價(jià)氫化物的沸點(diǎn)依次升高 B． 由X、Y和氫三種元素形成的化合物中只有共價(jià)鍵 C． 物質(zhì)WY2、W3X4、WZ4均有熔點(diǎn)高、硬度大的特性 D． T元素的單質(zhì)具有半導(dǎo)體的特性，T與Z元素可形成化合物TZ4 【答案】D 二．堿金屬和鹵素性質(zhì)遞變規(guī)律 1. 堿金屬元素單質(zhì)化學(xué)性質(zhì)的相似性和遞變性 ⑴ 相似性 原子都容易失去最外層的一個(gè)電子，化學(xué)性質(zhì)活潑，它們的單質(zhì)都具有較強(qiáng)的還原性，它們都能與氧氣等非金屬單質(zhì)及水反應(yīng)。堿金屬與水反應(yīng)的通式為2R＋2H2O===2ROH＋H2↑(R表示堿金屬元素)。 ⑵ 遞變性 隨著原子序數(shù)的遞增，原子半徑逐漸增大，原子核對(duì)最外層電子的引力逐漸減小，堿金屬元素的原子失電子能力逐漸增強(qiáng)，金屬性逐漸增強(qiáng)。 ① ② 與O2的反應(yīng)越來越劇烈，產(chǎn)物更加復(fù)雜，如Li與O2反應(yīng)只能生成Li2O，Na與O2反應(yīng)還可以生成 Na2O2，而K與O2反應(yīng)能夠生成KO2等。 ③與H2O的反應(yīng)越來越劇烈，如K與H2O反應(yīng)可能會(huì)發(fā)生輕微爆炸，Rb與Cs遇水發(fā)生劇烈爆炸。 ④ 最高價(jià)氧化物對(duì)應(yīng)水化物的堿性逐漸增強(qiáng)，CsOH的堿性最強(qiáng)。 2 鹵素單質(zhì)的相似性、遞變性和特性 ⑴ 相似性(X表示鹵素元素) 鹵素原子都容易得到一個(gè)電子使其最外層達(dá)到8個(gè)電子的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，它們的單質(zhì)都是活潑的非金屬單質(zhì)，都具有較強(qiáng)的氧化性。 ① 與H2反應(yīng)：X2＋H22HX。 ② 與活潑金屬(如Na)反應(yīng)：2Na＋X22NaX。 ③ 與H2O反應(yīng) a X2＋H2O===HX＋HXO(X＝Cl、Br、I)； b 2F2＋2H2O===4HF＋O2。 ④ 與NaOH溶液反應(yīng) X2＋2NaOH===NaX＋NaXO＋H2O(X＝Cl、Br、I)。 ⑵ 遞變性(X表示鹵素元素) 隨著原子序數(shù)的遞增，原子半徑逐漸增大，原子核對(duì)最外層電子的引力逐漸減小，鹵素原子得電子的能力逐漸減弱，非金屬性逐漸減弱。 ① ② 與H2反應(yīng)越來越難，對(duì)應(yīng)氫化物的穩(wěn)定性逐漸減弱，還原性逐漸增強(qiáng)，即： 穩(wěn)定性：HF＞HCl＞HBr＞HI； 還原性：HF＜HCl＜HBr＜HI。 ③ 鹵素單質(zhì)與變價(jià)金屬(如Fe)反應(yīng)時(shí)，F(xiàn)2、Cl2、Br2生成高價(jià)鹵化物(如FeX3)，而I2只能生成低價(jià)鹵化物(如FeI2)。 ④ 氫化物都易溶于水，其水溶液酸性依次增強(qiáng)，氫化物中HCl、HBr、HI的熔、沸點(diǎn)依次升高，HF的熔、沸點(diǎn)最高。 ⑤ 最高價(jià)氧化物的水化物的酸性逐漸減弱，即酸性：HClO4＞HBrO4＞HIO4，HClO4是已知含氧酸中酸性最強(qiáng)的酸。 例3下列有關(guān)元素周期律知識(shí)的表述正確的是 A． ⅦA族元素一定是同周期中非金屬性最強(qiáng)的元素 B． 元素的非金屬性越強(qiáng)，其單質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)越活潑 C． 同主族元素的簡(jiǎn)單陰離子還原性越強(qiáng)，水解程度越大 D． 元素的非金屬性越強(qiáng)，其對(duì)應(yīng)的含氧酸酸性就越強(qiáng) 【答案】A 例4短周期主族元素X、Y、Z、W的原子序數(shù)依次增大，X原子的電子數(shù)是其電子層數(shù)的3倍，Y的非金屬性在所有短周期元素中最強(qiáng)，Z的最外層電子數(shù)與最內(nèi)層電子數(shù)相等，W是地殼中含量第二多的元素。下列敘述正確的是（ ） A． 原子半徑的大小順序：r(Z)>r(W)>r(Y)>r(X) B． Y的單質(zhì)與H2化合時(shí)，點(diǎn)燃安靜燃燒，光照則會(huì)發(fā)生爆炸 C． 最簡(jiǎn)單氣態(tài)氫化物的穩(wěn)定性：X>W D． 工業(yè)上用電解含Z的簡(jiǎn)單離子水溶液的方法制取單質(zhì)Z 【答案】C 【解析】短周期主族元素X、Y、Z、W的原子序數(shù)依次增大，X原子的電子數(shù)是其電子層數(shù)的3倍，則X是C元素，Y的非金屬性在所有短周期元素中最強(qiáng)，則為F元素，Z的最外層電子數(shù)與最內(nèi)層電子數(shù)相等，且原子序數(shù)大于9，所以為Mg元素，W是地殼中含量第二多的元素，即為Si元素。由此分析A、原子半徑的大小順序?yàn)閞(Mg)>r(Si) >r(C)>r(F)，即r(Z)> r(W) >r(X)>r(Y)，故A錯(cuò)誤；B、F2與H2化合時(shí)，在暗處即能爆炸，故B錯(cuò)誤；C、CH4比SiH4穩(wěn)定，故C正確；D、工業(yè)上用電解含Mg2+的水溶液不能制取單質(zhì)Mg，得到的是Mg(OH)2,所以D錯(cuò)誤。 三．元素周期表的應(yīng)用 1. 元素周期表在元素推斷中的應(yīng)用 (1) 利用元素的位置與原子結(jié)構(gòu)的關(guān)系推斷。 等式一：周期序數(shù)＝電子層數(shù)； 等式二：主族序數(shù)＝最外層電子數(shù)； 等式三：原子序數(shù)＝核電荷數(shù)＝質(zhì)子數(shù)＝核外電子數(shù)。 (2) 利用短周期中族序數(shù)與周期數(shù)的關(guān)系推斷。 特殊位置 元素 族序數(shù)等于周期數(shù) H、Be、Al 族序數(shù)等于周期數(shù)的2倍 C、S 族序數(shù)等于周期數(shù)的3倍 O 周期數(shù)等于族序數(shù)的2倍 Li 周期數(shù)等于族序數(shù)的3倍 Na (3) 利用離子電子層結(jié)構(gòu)相同的“陰上陽下”推斷。 具有相同電子層結(jié)構(gòu)的離子，如aX(n＋1)＋、bYn＋、cZ(n＋1)－、dMn－的電子層結(jié)構(gòu)相同，在周期表中位置關(guān)系為 … cZ dM bY aX … 則它們的原子序數(shù)關(guān)系為a＞b＞d＞c。 2. 元素原子序數(shù)差的確定方法 (1) 同周期第ⅡA族和第ⅢA族元素原子序數(shù)差。 (2) 同主族相鄰兩元素原子序數(shù)的差值情況。 ① 若為ⅠA、ⅡA族元素，則原子序數(shù)的差值等于上周期元素所在周期的元素種類數(shù)。 ② 若為ⅢA族至0族元素，則原子序數(shù)的差值等于下周期元素所在周期的元素種類數(shù)。 3．啟發(fā)人們?cè)谝欢▍^(qū)域內(nèi)尋找新物質(zhì) (1) 半導(dǎo)體元素在金屬與非金屬分界線附近，如：Si、Ge、Ga等。 (2) 農(nóng)藥中常用元素在右上方，如：F、Cl、S、P、As等。 (3) 催化劑和耐高溫、耐腐蝕合金材料主要在過渡元素中找，如：Fe、Ni、Rh、Pt、Pd等。 例5科學(xué)家預(yù)測(cè)第114號(hào)元素具有良好的力學(xué)、光學(xué)、電學(xué)性質(zhì)、將它命名為“類鉛”。以下對(duì)“類鉛”的敘述錯(cuò)誤的是 A． 第七周期第ⅣA族，是金屬元素 B． 主要化合價(jià)為+2，+4價(jià) C． 最高價(jià)氧化物有較強(qiáng)氧化性 D． 若電解硝酸銅與硝酸“類鉛”的混合溶液時(shí)首先會(huì)析出“類鉛” 【答案】D 四．元素周期律 1．定義：元素的性質(zhì)隨原子序數(shù)的遞增而呈周期性變化的規(guī)律。 2．實(shí)質(zhì)：元素原子核外電子排布周期性變化的結(jié)果。 3．具體表現(xiàn)形式 項(xiàng)目 同周期(左→右) 同主族(上→下) 原子結(jié)構(gòu) 核電荷數(shù) 逐漸增大 逐漸增大 電子層數(shù) 相同 逐漸增多 原子半徑 逐漸減小 逐漸增大 離子半徑 陽離子逐漸減小，陰離子逐漸減小 r(陰離子)＞r(陽離子) 逐漸增大 性質(zhì) 化合價(jià) 最高正化合價(jià)由＋1→＋7(O、F除外)，負(fù)化合價(jià)＝－(8－主族序數(shù)) 相同 最高正化合價(jià)＝主族序數(shù)(O、F除外) 元素的金屬性和非金屬性 金屬性逐漸減弱 非金屬性逐漸增強(qiáng) 金屬性逐漸增強(qiáng) 非金屬性逐漸減弱 離子的氧化性、還原性 陽離子氧化性逐漸增強(qiáng) 陰離子還原性逐漸減弱 陽離子氧化性逐漸減弱 陰離子還原性逐漸增強(qiáng) 氣態(tài)氫化物穩(wěn)定性 逐漸增強(qiáng) 逐漸減弱 最高價(jià)氧化物對(duì)應(yīng)水化物的酸堿性 堿性逐漸減弱 酸性逐漸增強(qiáng) 堿性逐漸增強(qiáng) 酸性逐漸減弱 1. 周期表中金屬性、非金屬性之間沒有嚴(yán)格的界線。在分界線附近的元素具有金屬性又具有非金屬性。 2. 金屬性最強(qiáng)的元素在周期表的左下角即Cs（Fr具有放射性，不考慮），非金屬性最強(qiáng)的元素在右上角即F。 五． 微粒半徑大小的比較一般要掌握以下規(guī)律： 1. 同周期元素的微粒 同周期元素的原子(稀有氣體除外)，從左到右原子半徑或最高價(jià)陽離子的半徑隨核電荷數(shù)增大而逐漸減小。 如：Na > Mg > Al , Na + > Mg 2+> Al3+。 2. 同主族元素的微粒 同主族元素的原子或離子的半徑隨核電荷數(shù)增大而逐漸增大。 如：Li F- >Na+ > Mg2+ > Al3+。 4. 同種元素形成的微粒 同種元素形成的微粒半徑大小為：r陽離子 ? r原子 ? r陰離子；價(jià)態(tài)越高的微粒半徑越小。 如：Fe>Fe2+>Fe3+ ;H - > H > H+ 5. 核外電子數(shù)和核電荷數(shù)都不同的微粒 可通過一種參照物進(jìn)行比較，如比較Al3+與S2-半徑大小，可找出與Al3+電子數(shù)相同，與S同主族的氧元素的陰離子O2-進(jìn)行比較，Al3+Y>Z B． W與X形成的化合物與水反應(yīng)時(shí)，水作氧化劑 C． X的簡(jiǎn)單離子與Z的簡(jiǎn)單離子具有相同的電子層結(jié)構(gòu) D． X、Y、Z的最高價(jià)氧化物對(duì)應(yīng)的水化物兩兩之間均能發(fā)生反應(yīng) 【答案】C 例7短周期主族元素X、Y、Z、W原子序數(shù)和族序數(shù)均依次增大，其中只有Y、Z處于同一周期，Z是空氣中含量最多的元素。下列說法正確的是 A． X、Z兩種元素形成的化合物中可能既含極性鍵，又含非極性鍵 B． 原子半徑: r(Y)r(Z)，B不正確；C. W可能是S或Cl，W的氧化物對(duì)應(yīng)的水化物不一定是強(qiáng)酸，如亞硫酸、次氯酸等等都是弱酸，C不正確；D. W的氣態(tài)氫化物與W的最高價(jià)含氧酸有可能反應(yīng)，如H2S+H2SO4（濃）=S↓+SO2↑+2H2O，D不正確。 六．化學(xué)鍵 1．化學(xué)鍵概念：使離子相結(jié)合或原子相結(jié)合的作用力，也就是說，相鄰的原子（或離子）之間強(qiáng)烈的相互作用成為化學(xué)鍵。 化學(xué)反應(yīng)的本質(zhì)是舊化學(xué)鍵的斷裂和新化學(xué)鍵的形成過程。 一個(gè)化學(xué)反應(yīng)的過程，就是參加反應(yīng)的原子重新組合的過程；而原子要重新組合，就要破壞原來的相互作用，重新成為自由原子，即破壞原有化學(xué)鍵的過程，我們稱為“舊鍵的斷裂”；在重新組合后又要形成新的相互作用，即“新鍵的形成“，形成了新物質(zhì)。所以，化學(xué)反應(yīng)的過程既是舊鍵斷裂又是新鍵形成的過程。值的注意的是：有化學(xué)鍵被破壞的變化不一是化學(xué)變化，如HCl溶于水，NaCl熔化等都有化學(xué)鍵被破壞，但都屬于物理變化。 通過化學(xué)鍵的學(xué)習(xí)，我們知道化學(xué)鍵分為離子鍵和共價(jià)鍵，根據(jù)化學(xué)鍵類型的不同，又可將化合物分為離子化合物和共價(jià)化合物，那么離子鍵與共價(jià)鍵、離子化合物與共價(jià)化合物有什么區(qū)別和聯(lián)系呢？ （1）離子鍵與共價(jià)鍵的比較 離子鍵 共價(jià)鍵 概念 帶相反電荷離子之間的相互作用 原子之間通過共用電子對(duì)所形成的相互作用 成鍵方式 通過得失電子達(dá)到穩(wěn)定結(jié)構(gòu) 通過形成共用電子對(duì)達(dá)到穩(wěn)定結(jié)構(gòu) 成鍵粒子 陰、陽離子 原子 表示方法 ①電子式，如 ②離子鍵的形成過程： ①電子式，如 ②共價(jià)鍵的形成過程： 存在 離子化合物 絕大多數(shù)非金屬單質(zhì)、共價(jià)化合物、某些離子化合物 物質(zhì)的類別與化學(xué)鍵之間的關(guān)系： ① 當(dāng)化合物中只存在離子鍵時(shí)，該化合物是離子化合物。 ② 當(dāng)化合物中同時(shí)存在離子鍵和共價(jià)鍵時(shí)，該化合物是離子化合物。 離子化合物 共價(jià)化合物 概念 由離子鍵形成的化合物 以共用電子對(duì)形成的化合物 粒子間 的作用 陰離子與陽離子鍵存在離子鍵 原子間存在共價(jià)鍵 熔沸點(diǎn) 較高 一般較低，個(gè)別很高（如SiO2） 導(dǎo)電性 熔融態(tài)或水溶液導(dǎo)電 熔融態(tài)不導(dǎo)電，溶于水有的導(dǎo)電（如硫酸），有的不導(dǎo)電（酒精） 熔化時(shí)破壞的作用力 一定破壞離子鍵，可能破壞共價(jià)鍵（如NaHCO3） 一般不破壞共價(jià)鍵 實(shí)例 強(qiáng)堿、大多數(shù)鹽、活潑金屬的氧化物中 酸、非金屬的氫化物、非金屬氧 【名師點(diǎn)撥】熔融態(tài)是否導(dǎo)電是判斷離子化合物和共價(jià)化合物最可靠的依據(jù)，因?yàn)樗泄矁r(jià)化合物在熔融態(tài)時(shí)都不導(dǎo)電，所有離子化合物在熔融態(tài)時(shí)都導(dǎo)電。 例8四種短周期元素X、Y、Z、W的原子序數(shù)依次增大，X的最外層電子數(shù)是次外層電子數(shù)的2倍，Y、W同主族且能形成兩種常見的化合物，X、W質(zhì)子數(shù)之和是Z質(zhì)子數(shù)的2倍。則下列說法中正確的是( ) A． 原子半徑比較：XW>X>Y B． 元素對(duì)應(yīng)的氣態(tài)氫化物的沸點(diǎn)Z>X>W C． 化合物WX2中各原于均滿足最外層8電子的穩(wěn)定結(jié)構(gòu) D． 最高價(jià)氧化物對(duì)應(yīng)水化物酸性順序?yàn)閆>W 【答案】A