第一章 物质结构 元素周期律
第一讲 元素周期表
复习重点：元素周期表的结构；元素在元素周期表中的位置及其性质的递变规律。
复习难点：元素在元素周期表中的位置及其性质的递变规律。
一、元素周期表的结构
把电子层数目相同各种元素，按 排成横行；再 排成纵行得到一个表，这个表就叫元素周期表。元素周期表是 的具体表现形式，它反映了 相互联系的规律，是我们学习化学的重要工具。
1.周期：(1)周期序数=电子层数，共
个周期（ 、 、 短周期； 、 、 长周期； 不完全周期）。填表：
| 类别 | 周期序数 | 起止元素 | 包括元素种数 | 核外电子层数 |
| 短周期 | ||||
| 长周期 | ||||
| 不完全周期 |
(2) 总称镧系元素。 ，总称锕系元素。在锕系元素中 以后的各种元素，多数是人工进行核反应制得的元素，这些元素又叫做超铀元素。
2.族:(1)由 构成的族，叫做主族； 构成的族，叫做副族。(2)元素周期表的中部从 族到 族10个纵行，包括了 族和全部副族元素，共六十多种元素，通称为过渡元素。因为这些元素都是 ，所以又把它们叫做过渡金属。(3)主族元素的族序数=元素原子的最外层电子数。周期表共18个纵行（ 个主族； 个副族；一个 族；一个 族（ 、 、 三个纵行））。
二、元素性质与原子结构
（一）碱金属元素
1、原子结构
| 元素名称 | 核电荷数 | 原子结构示意图 | 最外层电子数 | 电子层数 | |
| 碱 金 属 元 素 |
| ||||
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| |||||
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| |||||
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| |||||
|
|
结构异同：异：核电荷数：由＿→＿；电子层数：由＿→＿；同：最外层电子数均为＿个。单质密度逐渐 ，熔沸点逐渐 。
2、碱金属的化学性质：钾的保存及取用方法： 。
(1)与氧气反应差异性：
Li+O2
＿（＿色、氧化锂）；＿Na+O2＿＿（＿色、过氧化钠）；＿K+O2＿（＿色，＿氧化钾）；＿Rb+＿O2 ＿（棕色、＿氧化铷）；＿CS+＿O2 ＿（＿色、＿氧化铯）。
(2)与水反应差异性：（填反应现象）
2Li+2H2O=2LiOH+H2↑（＿＿）；2Na+2H2O=2NaOH+H2↑（剧烈）；2K+2H2O=2KOH+H2↑（＿＿＿＿、＿＿）；2Rb+2H2O=2RbOH+H2↑（更猛烈、燃烧、爆炸）。
(3)写出下列反应的化学方程式：
过氧化钾与CO2： ；超氧化钾与水、CO2： 、 ；
氧化锂与水、CO2 ： 、 。
（二）卤族元素
1、卤素原子结构(1)示意图：F Cl Br I 。
最外层电子数相同，但电子层数逐渐增大，得电子能力 ，非金属性 。
2、卤族元素单质的物理性质的变化规律 (随原子序数的递增)
(1)颜色:＿＿色～＿＿色～＿＿＿色～＿＿色 （颜色逐渐加深 ） (2)状态： ＿态～＿态～＿态(3)熔沸点：逐渐＿＿ (4)密度： 逐渐＿＿ (5)水溶解性：逐渐＿＿。
3、卤素单质与氢气反应
| 名称 | 反应条件 | 方程式 | 生成氢化物的稳定性 | ||||
| F2 | ＿＿＿＿＿ | H2+F2====2HF | HF很稳定 | ||||
| Cl2 | ＿＿＿＿＿ |
| HCl稳定 | ||||
| Br2 | ＿＿＿＿＿ | H2+Br2======2HBr | HBr较不稳定 | ||||
| I2 | ＿＿＿＿＿ | H2+I2======2HI | HI＿＿＿稳定 |
(4)随核电荷数的增加,卤素单质氧化性逐渐减弱:Cl2+＿NaBr—＿＿＿＿＿＿；氟气与氯化钠水溶液反应：＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。
疑难点拨
一、元素周期表终点之迷
1869年2月，俄国化学家门捷列夫将当时已发现的63种元素列成元素周期表，并留下一些空格，预示着这些元素的性质。在元素周期表的指导下，人们“按因索骥”找出了这些元素。
元素种类到底是否有限? 周期表有否终点? 这是科学家们，也是诸位读者所关心的问题。
本世纪30～40年代，人们发现了92号元素，就有人提出92号是否是周期表的最后一种元素。然后从1937年起，人们用人工合成法在近50年时间又合成近20种元素，元素周期尾巴越长了。这时又有人预言，105号元素该是周期表的尽头了，其理由是核电荷越来越大，核内质子数世越来越大，质子间的排斥力
将远远超过核子间作用力，导致它发生蜕变，然而不久，又陆续合成了106～109号元素。这些元素存在的时间很短，如107号元素半衰期只有2微秒，照此计算是否周期表到尽头了?
1969年起，理论物理学家从理论上探索“超重元素”存在的可能性，他们认为具有2，8，14，28，50，82，114，126，184等这些“幻数”的质子和中子，其原子核比较稳定，这就是说，随着原子序数的递增，其原子核不一定不稳定。因此在109号元素之后还能合成一大批元素，这样一来，第七周期32种元素将会被填满，第八周期也将填满（按理论计算，第八周期元素共50种，其中7种主族元素，1种惰性元素，10种过渡元素或副族元素，还有32种超锕系元素，列在周期表下方的锕系下方）。
然而理论的唯一检验标准是实践，能否不断合成新元素至今还是一个谜案，科学家将上天（如到月球）入地（如海底）或反复在粒子加速器中进行实验，企图合成新元素，其结果将会如何，人们正拭目以待。
有趣的是，有些科学家还提出元素周期表还可以向负方向发展，这是由于科学上发现了正电子、负质子（反质子），在其它星球上是否存在由这此些反质子和正电子以及中子组成的反原子呢？这种观点若有一朝被实践证实，周期表当然可以出现核电荷数为负数的反元素，向负向发展也就顺理成章了。
二、元素周期表中的重点规律
1、最外层电子数规律
(1)最外层电子数为1的元素：方族（IA族）、副族（IB、VIII族部分等）。(2)最外层电子数为2的元素：主族（IIA族）、副族（IIB、IIIB、IVB、VIIB族）、0族（He）、VIII族（26Fe、27Co等）。 (3)最外层电子数在3~7之间的元素一定是主族元素。 (4)最外层电子数为8的元素：0族（He除外）。
2、数目规律
(1) 元素种类最多的是第IIIB族（32种）。 (2) 同周期第IIA族与第IIIA族元素的原子序数之差有以下三种情况：第2、3周期（短周期）相差1；第4、5周期相差11；第6、7周期相差25。 (3)设n为周期序数，每一周期排布元素的数目为：奇数周期为 (n+1)2/2；偶数周期为(n+2)2/2。如第3周期为
种，第4周期为
种。 (4) 同主族相邻元素的原子序数：第IA、IIA族，下一周期元素的原子序数=上一周期元素的原子序数+上一周期元素的数目；第IIIA～VIIA族，下一周期元素的原子序数=上一周期元素的原子序数+下一周期元素的数目。
3、化合价规律
(1) 同周期元素主要化合价：最高正价由+1→+7（稀有气体为0价）递变、最低负价由-4→-1递变。(2) 关系式：最高正化合价+最低负化合价=8； 最高正化合价=主族族序数=最外层电子数=主族价电子数。(3) 除第VIII族元素外，原子序数为奇（偶）数的元素，元素所在族的序数及主要化合价也为奇（偶）数。
4、对角线规律
金属与非金属分界线对角（左上角与右下角）的两主族元素性质相似，主要表现在第2、3周期（如Li和Mg、Be和Al、B和Si）。
5、分界线规律
位于金属与非金属之间的分界线，右上方的元素为非金属（周期表中的颜色为深绿色），在此可以找到制造农药的元素（如Cl、P等），左下角为金属元素（H除外），分界线两边的元素一般既有金属性，又有非金属性；能与酸和碱反应（如Be、Al等），还可找到制造半导体材料的元素（如Si、Ge等）。
6、金属性、非金属性变化规律
(1) 同一周期，从左到右（0族除外）金属性减弱，非金属性增强；同一主族，从上到下金属性增强，非金属性减弱。金属性最强的位于左下角的铯，非金属性最强的是位于右上角的氟。
(2)金属性越强，单质越容易跟水或酸反应置换出氢，对应的最高价氧化物水化物碱性越强；非金属性越强，跟氢气反应越容易，生成的气态氢化物越稳定，对应的最高价氧化物水化物酸性越强。
7、半径大小规律
(1) 原子半径：同主族——从上到下逐渐增大；同周期——从左到右逐渐减小（0族除外）。
(2) 离子半径：同主族——同价离子从上到下逐渐增大；同周期——阴离子半径大于阳离子半径；具有相同的电子层结构的离子——核电荷数越大，离子半径越小。
(3) 同种元素的各种微粒，核外电子数越多，半径越大；反之，核外电子数越少，半径越小（如 ）。
8、主族族序数与周期序数的规律
(1) 关系式：主族族序数=最外层电子数；周期序数=电子层数。
(2)设主族族序数为a，周期数为b，则：当a:b<1 时，为金属元素，且比值越小，元素的金属性越强；当a:b=1时，为两性元素（H除外），其最高价氧化物为两性氧化物，最高价氧化物的水化物为两性氢氧化物。 当a:b>1时，为非金属元素，且比值越大，元素的非金属性越强。
9、电子层与电子数的倍比关系（短周期元素）
(1) 若原子的最外层电子数与最内层电子数的比值为a，则有：(1)a=1/2为第IA族元素；（2）a=1为第IIA族元素或H、He；（3）a=2为第IVA族元素；（4）a=3为第VIA族元素；（5）a=4为0族元素。
(2) 若原子的最外层电子数与次外层电子数的比值为b，则有：(1)b=1/8为Na；（2）b=1/4 为Mg；（3）b=1/2为Li、Si；（4）b=1为Be、Ar；（5）b=2为C；（6）b=3为O；（7）b=4为Ne。
(3) 若原子的最外层电子数与电子总数的比值为c，则有：（1）c=1/6为Mg；（2）c=1/3为Li、P；（3）c=1/2为Be；（4）c=1为H、He。
(4) 原子的最外层电子数与核外电子层数相等为H、Be、Al。
典例剖析
【例1】A、B、C为短周期元素，它们的位置关系如图所示，已知B、C两元素原子序数之和是A元素的原子序数的4倍，则A、B、C的元素符号分别：A__________、B__________、C________。A的原子结构示意图为___________，B在周期表中的位置___________，C的离子结构示意图为__________，A的氢化物分子式为_________；B、C的最高价氧化物水化物的分子式分别为_______、_________，它们的酸性_______比________强。
解析：由于A、B、C均为短周期元素，且根据其位置可判断A不可能是第一周期的氢或氦元素，A应为第二周期元素、B、C为第三周期元素。设A的原子序数为x，B位于A下一周期A的前一个主族，C位于A下一周期A的后一个主族。由于第二、第三周期同主族元素原子序数相差8，因此B的原子序数为x+8-1=x+7，C的原子序数为x+8+1=x+9。根据B、C两元素原子序数之和是A原子序数的4倍，可得下式：4x=x+7+x+9 x=8。
答案：A原子序数为8，B原子序数为15，C原子序数为17。元素符号A为O，B为P，C为Cl；A的原子结构示意图：
；A的氢化物分子式为H2O；B、C最高价氧化物对应水化物分子式为：H3PO4、HClO4；酸性HClO4比H3PO4强。
【例2】X和Y的原子序数都小于18，两者都能组合化合物X2Y3，已知X的原子序数为n，则Y的原子序数不可能是
A、n+11 B、n－5 C、n+3 D、n－6
解析： 根据化学式X2Y3，可知X显正三价，Y显负二价。在原子序数1—18号的元素中，能组成X2Y3型化合物的X元素是5B、13Al、8O、Y元素可能是8O和16S。
(1)当X是5B，Y是16S时，原子序数符合n和n+11
(2)当X是13Al，Y是8O时，原子序数符合n和n－5
(3)当X2Y3是B2O3和Al2S3时，原子序数符合n和n+3
(4)当X是7N，Y是8O时，原子序数符合n和n+1
答案：D
【例3】下表是元素周期表的一部分，回答下列有关问题：
（1）写出下列元素符号：① ，⑥ ，⑦ ， 11 。
（2）在这些元素中，最活泼的金属元素是 ，最活泼的非金属元素是 ，最不活泼的元素是 。
（3）在这些元素的最高价氧化物对应水化物中，酸性最强的是 ，碱性最强的是 ，呈两性的氢氧化物是 ，写出三者之间相互反应的化学方程式。
（4）在这些元素中，原子半径最小的是 ，原子半径最大的是 。
（5）在③与④中，化学性质较活泼的是 ，怎样用化学实验证明？答： 。在⑧与 12 中，化学性质较活泼的是 ，怎样用化学实验证明？答： 。
解析：解答本题关键要掌握：①1～20号元素的名称及符号；②元素周期表的结构；③能根据元素周期表中元素性质递变规律进行分析、判断。
答案：（1）N；Si；S；Ca （2）K；F；Ar（3）； HClO4；KOH；Al（OH）3，3 HClO4+ Al（OH）3= Al（ ClO4）3+3H2O HClO4+KOH=K ClO4+ H2O KOH+ Al（OH）3=KAlO2+2 H2O。
（4）K；F（5）Na；可以用它们跟水反应的实验证明：钠跟水剧烈反应，放出氢气，并生成强碱；Mg跟沸水才反应，放出氢气，并生成中强碱 Mg（OH）2； Cl；可用氯气通入溴化钠溶液的实验证明：溶液呈棕红色，发生的反应为Cl2+2NaBr=2NaCl+Br2。
【例4】在下列各元素组中，除一种元素外，其余都可以按照某种共性归属一类，请选出各组的例外元素，并将该组其他元素的可能归属按所给六种类型的编号填入表内。
| 元素组 | 例外元素 | 其他元素所属编号 |
| （1）S、Na、Mg |
|
|
| （2）N、P、Sn、As |
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|
| （3）K、Ca、Al、Zn |
|
|
| （4）Cu、Fe、Ag、Ca |
|
|
其他元素所属类型编号：①主族元素，②过渡元素，③同周期元素，④同主族元素，⑤金属元素，⑥非金属元素。
解析：（1）中Na、Mg、S为同周期元素，（2）中N、P、As为ⅤA族元素，（3）中K、Ca、Al是主族元素，（4）中Cu、Fe、Ag是过渡元素
答案：（1）N，③（2）Sn，④（3） Zn，①（4） Ca，②。
【例5】9.6g元素A与4.2g元素B含有相同的原子数，A和B原子核中质子数与中子数相等，已知A元素在其最高价氧化物中的含量是40％，在其氢化物中含量为94.1％。试计算A、B两元素的原子量，并推算出它们在周期表中的位置。
解析：设该氢化物为：HxA，该最高价氧化物分子式应该为：A2O8－x
由于9.6g元素A与4.2g元素B含有相同的原子数，设B的原子量为y
由 
A的相对原子质量是32，其中子数与质子数相等，因此质子数为16的是硫元素，在第三周期ⅥA族。
B的相对原子质量是14，其中子数与质子数相等，因此质子数为7的是氮元素，在第二周期ⅤA族。
知能练习
一、选择题
1．(2006广东,2)同主族两种元素原子核外电子数差值可能为
A. 6 B. 12 C. 26 D. 30
2．甲、乙是周期表中同一主族的两种元素，若甲的原子序数为x，则乙的原子序数不可能是
A．x+2 B．x+4 C．x+8 D．x+18
3．下列叙述不正确的是
A．H2S、H2O、HF的稳定性依次增强 B．RbOH、KOH、Mg(OH)2的碱性依次减弱
C．Na＋、Mg2＋、Al3＋的氧化性依次减弱 D．H4SiO4、H2CO3、H2SO4酸性依次增强
4．已知1～18号元素的离子aW3＋、bX＋、cY2－、dZ－都具有相同的电子层结构，下列关系正确的是
A. 质子数c＞b B. 离子的还原性Y2－＞Z－
C. 氢化物的稳定性H2Y＞HZ D. 原子半径X＜W
5．元素周期表中前7周期的元素数如下：
| 周 期 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 |
| 元素数 | 2 | 8 | 8 | 18 | 18 | 32 | 32 |
请分析周期表与元素数的关系，然后预言第8周期最多可能含有的元素种数是
A．18 B．32 C．50 D．64
6．两种短周期元素X和Y，可以组成化合物XY3，当Y的原子序数为m时，X的原子序数为:① m－4 ②m+4 ③m+8 ④m－2 ⑤m+6
A．①②④⑤ B．①②③⑤ C．①②③④ D．①②③④⑤
7．科学家预测原子序数为114的元素，具有相当稳定性的同位素，它的位置在第7周期IVA族，称为类铅。关于它的性质，预测错误的是
A．它的最外层电子数为4 B．它的金属性比铅强
C．它具有+2、+3、+4价 D．它的最高价氧化物的水化物是强酸
8．在IIA族中，Be是惟一可以生成含氧酸根（铍酸根离子：BeO）的元素，与铍的性质相似的短周期元素是 （ ）
A．Na B．Mg C．Al D．Si
9．运用元素周期律分析下面的推断，其中错误的是：①铍（Be）的氧化物的水化物可能具有两性，②铊(Tl)既能与盐酸作用产生氢气，又有跟NaOH溶液反应放出氢气，Tl(NO3)3溶液的酸性 很强，③砹(At)为有色固体，HAt不稳定，AgAt感光性很强，但不溶于水也不溶于稀酸，④锂(Li)在氧气中剧烈燃烧，产物是Li2O2，其溶液是一种强碱，⑤硫酸锶 (SrSO4)是难溶于水的白色固体，⑥硒化氢（H2Se）是无色，有毒，比H2S稳定的气体
A．①②③④ B．②④⑥ C．①③⑤ D．②④⑤
10．短周期元素X、Y、Z在周期表中的位置关系如图所示，已知X最外层电子数为2，则下列叙述中正确的是
A．Z一定是活泼的金属元素 B．Y的最高价氧化物的水化物是一种强酸
C．1molX的单质跟足量水反应时，发生转移的电子为2mol
D．Y的氢化物稳定性大于Z的氢化物稳定性
11．下列各表为元素周期表中的一部分，表中数字为原子序数，其中M的原子序数为37的
|
12．天然存在的金属钫（Fr）极微量。它的21个已知同位素都有放射性。它是碱金属
元素中最重的元素。根据它在周期表中的位置预言其性质，其中不正确的是
A．在已知元素中具有最大的原子半径 B．在空气中燃烧时生成氧化物Fr2O
C．氧化物对应的水化物是极强的碱 D．其单质的熔点比金属钠的熔点高
13．已知a为IIA族元素，b为IIIA族元素，它们的原子序数分别为m和n，且A．b为同一周期元素，下列关系式错误的是
A．n=m+11 B．n=m+25 C．n=m+10 D．n=m+1
14．在aXn－和bYm+两种简单离子，且X、Y均为短周期元素，已知Xn－比Ym+多2个电子层，下列关系和说法正确的是
A．X只能是第三周期元素 B．a－b+n+m的和只可能等于10
C．b不大于5 D．Y可能是第二周期元素
15．据报道，1995年我国科研人员在兰州首次合成了镤元素的一种同位素镤—239，并测知其原子核内有148个中子。现有A元素的一种同位素，比镤—239的原子核内少54个
质子和100个中子，则A元素在周期表中的位置是
A．第3周期第IA族 B．第4周期第IA族
C．第5周期第IA族 D．第3周期第IIA族
16．氡是放射性稀有气体元素，氡气吸入体内有害健康，氡的核电荷数是86，相对原子质量是222。科学家还发现某些放射性矿物分解放出的“锕射气”，是由质子数86，质量数219的原子组成，下列有关氡的说法正确的是
A．氡气在标准状况下密度约是19.82g·L－1 B．氡气化学性质较活泼，因此对人体有害
C．氡原子核外有7个电子层，最外层有8个电子 D．“锕射气”是氡的同位素
17. (2006全国理综Ⅰ,7)下列叙述正确的是
A. 同一主族的元素，原子半径越大，其单质的熔点一定越高
B. 同一周期元素的原子，半径越小越容易失去电子
C. 同一主族的元素的氢化物，相对分子质量越大，它的沸点一定越高
D. 稀有气体元素的原子序数越大，其单质的沸点一定越高
二、填空题：
18．1999年是人造元素丰收年，一年间得到第114、116和118号三个新元素。按已知
的原子结构规律，118号元素应是第________周期第_________族元素，它的单质在常温常压下最可能呈现的状态是__________（气、液、固选一填入）。近日传闻俄罗斯合成了第166号元素，若已知原子结构规律不变，该元素应是第_________周期第________元素。
19．1971年美国的斯图杰尔和阿佩里曼在0℃ 以下将氟气从细冰末上通过，成功地合
成了一直认为不存在的氟的含氧酸——次氟酸。
(1)写出次氟酸的结构并指出各元素的化合价__________________；
(2)次氟酸刹那间被热水分解得到既可表现氧化性 （对NaI）又可表现还原性（对KMnO4）的溶液，写出反应的化学方程式_______________________________。
20．有X、Y、Z、W四种短周期元素，原子序数依次增大，其核电荷数总和为38。Y元
素原子最外层电子数占核外总电子数的3/4；W元素原子最外层电子比同周期Z元素多5个电子；W和Y不属同一主族。
(1)写出元素符号：X__________，Y___________，Z__________，W___________。
(2)Z、W两元素最高价氧化物对应水化物反应的方程式是 。
(3)把Z的单质（片状）放入滴有酚酞的沸水中，观察到的现象是____________，反应的
化学方程式是_________________________________________。
21．（2006上海23，A）
(1)上表中的实线是元素周期表部分边界，请在表中用实线补全元素周期表边界。
(2)元素甲是第三周期ⅥA族元素，请在右边方框中按氦元素（图1）的式样，写出元素甲的原子序数、元素符号、元素名称、相对原子质量和最外电子层排布。
(3)元素乙的3p亚层中只有1个电子，则乙原子半径与甲原子半径比较：___＞___。
甲、乙的最高价氧化物水化物的酸性强弱为：________＞________（用化学式表示）。
(4)元素周期表体现了元素周期律，元素周期律的本质是原子核外电子排布的__________，请写出元素在元素周期表中的位置与元素原子结构的关系：________________。
参 考 答 案
一、1．C 2．B 3．C 4．B 5．C 6．D 7．CD 8．C 9．B 10．D 11．B 12．BD 13．C 14．CD 15．B 16．D 17．D
二、填空题
18．七； O； 气； 八；VIA
+1 0 —1
19．（1）H—O—F （2）HFO+H2O 
H2O2+HF
20．（1）H； O； Mg ； Cl （2）Mg(OH)2+2HClO4=Mg(ClO4)2+2H2O
（3）有气泡、变红；Mg
+2H2O Mg(OH)2+H2↑
21．（1）
（2）
（3）3s23p1 Al＞S
（4）周期性变化 元素的周期数即为原子结构最外电子层数；元素的主族序数即为原子结构的最外层电子数。
（B）（1）
（2）1个 
（3）－2 氟
（4）C