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第1课时　元素周期律

一、元素周期律

1．原子序数

(1)概念：元素在元素周期表中的序号。

(2)原子序数与元素的原子结构之间的关系：原子序数＝核电荷数＝质子数＝核外电子数。

2．原子核外电子排布的周期性变化

原子序数为1～18的元素原子最外层电子数变化如下图所示：

规律：随着原子序数的递增，同周期元素原子的最外层电子排布呈现由1到8的周期性变化(第一周期除外)。

3．原子半径的周期性变化

规律：随着原子序数的递增，同周期元素的原子半径呈现由大到小的周期性变化。

4．元素化合价的周期性变化

原子序数为1～18的元素化合价的变化，如下图所示：

规律：随着原子序数的递增，元素的化合价呈周期性变化，即每周期，最高正价：＋1到＋7(O无最高正价、F无正价)，最低负价：－4到－1。

元素周期律

(1)含义：元素的性质随着元素原子序数的递增而呈现周期性变化的规律。

(2)实质：元素性质周期性变化是核外电子排布呈现周期性变化的必然结果。

例1　下列各组元素性质的递变情况错误的是(　　)

A．Na、Mg、Al、Si的最外层电子数依次增多

B．Si、P、S、Cl的原子半径依次减小

C．C、N、O、F元素的最高正化合价依次增大

D．F、Cl、Br、I的电子层数依次增多

答案　C

解析　同周期元素随着原子序数增大，原子的最外层电子数依次增多，A选项正确；同周期元素随着原子序数增大，原子半径依次减小，B选项正确；F没有正化合价，O没有最高正化合价，C选项错误；同主族元素随着原子序数增大，电子层数依次增多，D选项正确。

思维启迪——常见元素化合价的特点

(1)F：－1、0价，无正化合价。

(2)O：常见有－2、－1、0价，如CaO、Na2O2、O2，氧无＋6价，只有在OF2中显正化合价。

(3)H：＋1、－1、0价，如H2O、NaH、H2。

(4)金属元素只有正价无负价，非金属元素既有正价又有负价(F除外)，多数非金属元素的正化合价出现变价。

例2　某元素X的最高价氧化物对应水化物的化学式是H2XO3，则X的简单气态氢化物的分子式为(　　)

A．HX B．H2X

C．XH3 D．XH4

答案　D

解析　X元素的最高价氧化物对应的水化物的化学式为H2XO3，则X的最高正化合价为＋4，说明X原子最外层有4个电子，最低负化合价为－4，形成的简单气态氢化物的分子式为XH4。

思维启迪——元素最高价与最低价的关系

(1)元素最高正化合价＝最外层电子数(O、F除外)

(2)最低负化合价＝最外层电子数－8(H除外)

(3)|最高正化合价|＋|最低负化合价|＝8(O、F、H除外)

二、微粒半径大小比较

1．同层——“序大径小”

规律：电子层数相同，原子序数越大，原子半径越小。

实例：r(Na)＞r(Mg)＞r(Al)＞r(Si)＞r(P)＞r(S)＞r(Cl)。

2．同最外层电子数——“序大径大”

规律：最外层电子数相同，原子序数越大，原子(或离子)半径越大。

实例：r(Li)＜r(Na)＜r(K)，r(Li＋)＜r(Na＋)＜r(K＋)；

r(F)＜r(Cl)＜r(Br)，r(F－)＜r(Cl－)＜r(Br－)。

3．同元素——“电多径大”

规律：同种元素的不同微粒，其原子序数越多，半径就越大。

实例：r(Na＋)＜r(Na)，r(Cl－)＞r(Cl)；r(Fe2＋)＞r(Fe3＋)。

4．同结构——“序大径小”

规律：电子层结构相同的离子，原子序数越大，离子半径越小。

实例：r(O2－)＞r(F－)＞r(Na＋)＞r(Mg2＋)＞r(Al3＋)。

(1)稀有气体元素原子半径的测量依据与其他原子半径的测量依据不同，不能进行比较。

(2)微粒电子层数和核电荷数、电子数都不相同时，可以借助“桥元素”比较。如比较O和P原子半径时，P>N>O，或P>S>O。

例3　(2018·雅安中学3月月考)下列各组元素中按微粒半径递增顺序排列的是(　　)

A．K　Na　Li B．N　O　F

C．Ca2＋　K＋　Cl－ D．Ba2＋　Ca2＋　Mg2＋

考点　元素周期律

题点　粒子半径的大小比较

答案　C

解析　原子最外层电子数相同时，电子层数越多原子半径越大，则原子半径大小为Li＜Na＜K，A错误；原子电子层数相同时，原子序数越大，则原子半径大小顺序为N＞O＞F，B错误；离子电子层结构相同，核电荷数越大离子半径越小，则离子半径大小为Ca2＋＜K＋＜Cl－，C正确；离子的最外层电子数相同，离子电子层越多，离子半径越大，则离子半径大小为Ba2＋＞Ca2＋＞Mg2＋，D错误。

例4　已知原子序数小于18的元素的离子aA2＋、bB＋、cC2－、dD－都具有相同的电子层结构，则下列叙述正确的是(　　)

A．原子半径：A>B>D>C

B．离子半径：C2－>D－>B＋>A2＋

C．原子序数：d>c>b>a

D．原子的最外层电子数目：A>B>D>C

答案　B

解析　由4种离子具有相同的电子层结构可得a－2＝b－1＝c＋2＝d＋1，a>b>d>c，C项错误；原子的最外层电子数目D>C>A>B，D项错误；原子半径B>A>C>D，A项错误。

思维启迪

电子层结构相同的离子，

离子半径：序大径小；

原子最外层电子数：阴多阳少；

原子序数：阳大阴小。

1．元素的以下结构与性质，随着原子序数的递增不呈周期性变化的是(　　)

A．化合价

B．原子半径

C．元素原子的最外层电子排布

D．相对原子质量

答案　D

解析　元素的化合价、原子半径、最外层电子排布等性质都随元素原子序数的递增而呈周期性变化，但相对原子质量的决定因素是原子中的质子数、中子数及同一元素的同位素原子在自然界中的百分数，故相对原子质量不呈周期性变化。

2．元素X、Y、Z的电子层数相同，原子序数依次增大，下列叙述一定正确的是(　　)

A．X、Y、Z原子的核内质子数依次增大

B．X、Y、Z的最高正化合价依次升高

C．X、Y、Z原子的原子半径依次增大

D．X、Y、Z单质的金属活动性依次增大

答案　A

解析　元素的原子序数等于原子核内的质子数，A项正确；氟没有正价，氧没有最高正化合价，B项错误；电子层数相同的原子，原子序数越大，原子半径越小，C项错误；X、Y、Z中可能含有非金属，D项错误。

3．某主族元素的最高正价与最低负价的代数和为4，则该元素原子的最外层电子数为(　　)

A．4 B．5

C．6 D．7

答案　C

解析　设该元素的最高正价为x，最低负价为y，则解得x＝＋6，y＝－2，因此该原子的最外层电子数为6。

4．(2017·衡水高一检测)下列粒子半径之比大于1的是(　　)

A. B.

C. D.

答案　B

解析　A项，r(K＋)＜r(K)，＜1；B项，r(Ca)＞r(Mg)，＞1；C项，r(S)＜r(P)，＜1；D项，r(Cl)＜r(Cl－)，＜1。

5．X和Y两元素的阳离子具有相同的电子层结构，X元素的阳离子半径大于Y元素的阳离子半径；Z和Y两元素的原子核外电子层数相同，Z元素的原子半径小于Y元素的原子半径。X、Y、Z三种元素原子序数的关系是(　　)

A．X>Y>Z B．Y>X>Z

C．Z>X>Y D．Z>Y>X

答案　D

解析　已知电子层结构相同的阳离子，核电荷数大的则半径小；具有相同电子层数的原子，随着原子序数增大，原子半径减小。根据题意，X和Y两元素的阳离子具有相同的电子层结构，X元素的阳离子半径大于Y元素的阳离子半径，则X的原子序数小于Y的原子序数；Z和Y元素的原子核外电子层数相同，且Z元素的原子半径小于Y元素的原子半径，则Y和Z两元素同周期，Z的原子序数大于Y的原子序数。由此得出三种元素原子序数的关系为Z>Y>X。

6．已知Y为1～18号元素。在水溶液中，YO和S2－发生反应的离子方程式为YO＋3S2－＋6H＋===Y－＋3S↓＋3H2O，YO中Y的化合价是________，Y元素原子的最外层电子数是__________，S2－的半径__________(填“大于”或“小于”)Y－的半径。

答案　＋5　7　大于

解析　在氧化还原反应中得电子总数与失电子总数是相等的，即化合价升高总数等于降低总数。硫元素化合价升高总数为2×3＝6，则Y元素化合价降低总数也是6，由此可知YO中Y的化合价是＋5价；由Y－可知，Y原子得到1个电子变为稳定结构，故Y元素原子的最外层电子数是7；因为Y是1～18号元素，又属于卤族元素，则Y是Cl，而Cl－与S2－具有相同的电子层结构但原子序数大于S2－，故其半径小于S2－的半径。

7．(1)有下列四种微粒：①O　②Na　③Mg　④N(用序号填空)。

Ⅰ.按原子半径由大到小顺序排列是_______________________________________________。

Ⅱ.微粒中质子数小于中子数的是_________________________________________________。

Ⅲ.在化合物中呈现的化合价的数值最多的是_______________________________________。

Ⅳ.能形成X2Y2型化合物的是________，能形成X3Y2型的化合物的是________。

(2)已知An＋、B(n＋1)＋、Cn－、D(n＋1)－都具有相同的电子层结构，则A、B、C、D的离子半径由大到小的顺序是________________________________，原子序数由大到小的顺序是__________________。

(3)X元素最高价氧化物对应的水化物为H3XO4，则它对应的气态氢化物的化学式为________，R元素的气态氢化物化学式为H2R，此元素最高价氧化物对应水化物的化学式________。

答案　(1)Ⅰ.②>③>④>①　Ⅱ.①②　Ⅲ.④ Ⅳ.①②　③④

(2)D(n＋1)－>Cn－>An＋>B(n＋1)＋　B>A>C>D

(3)XH3　H2RO4

解析　(1)Ⅰ.由O、N具有2个电子层，而Na、Mg具有3个电子层，因此Na、Mg的原子半径大于O、N的原子半径，而对于11Na、12Mg来说，由于Mg的核电荷数大，因此r(Na)>r(Mg)，同样r(N)>r(O)，故原子半径由大到小排列为r(Na)>r(Mg)>r(N)>r(O)。

Ⅱ.由N＝A－Z得中子数分别为N(O)＝10、N(Na)＝12、N(Mg)＝12、N(N)＝7。

Ⅳ.能形成X2Y2型化合物，则X可呈＋1价而Y呈－1价，故为Na2O2；能形成X3Y2型化合物，则X呈＋2价，Y呈－3价，故为Mg3N2。

(2)当微粒具有相同电子层数时，核电荷数越大，核对最外层电子的吸引力就越大，其微粒半径就越小。设An＋、B(n＋1)＋、Cn－、D(n＋1)－具有电子数为x，则质子数分别为x＋n、x＋(n＋1)、x－n、x－(n＋1)，故离子半径由大到小的顺序为D(n＋1)－>Cn－>An＋>B(n＋1)＋。

(3)X元素的最高正价是＋5价，则其最低化合价为－3价，故X元素氢化物的化学式为XH3；R的最低化合价为－2价，其最高化合价为＋6价，此元素最高价氧化物对应水化物的化学式为H2RO4。

[对点训练]

题组一　元素性质变化规律及应用

1．(2017·济南高一检测)结合元素周期律的知识分析下列说法，其中正确的是(　　)

A．原子序数为15的元素的最高化合价为＋5

B．随着元素原子序数的递增，原子最外层电子数总是从1到8重复出现

C．随着元素原子序数的递增，元素的最高化合价从＋1到＋7，最低化合价从－7到－1重复出现

D．B、C、N、O、F最高正价依次增加

答案　A

解析　A项，P原子最外层为5个电子，最高化合价为＋5，正确；B项，H、He电子由1个到2个，错误；C项，F无正价，负价从－4到－1，错误；D项，O无最高正价，F无正价，错误。

2．(2017·潍坊高一检测)下列关于各组元素性质的递变情况描述错误的是(　　)

A．Li、Be、B原子最外层电子数依次增大

B．P、S、Cl元素最高正价依次升高

C．N、O、F原子半径依次增大

D．Na、K、Rb的电子层数逐渐增多

答案　C

3．如图中横坐标均表示11～17号元素按由小到大顺序排列的原子序数。根据图像变化趋势判断，纵坐标表示其最高化合价的是(　　)

答案　C

解析　11～17号元素，随原子序数的递增，最高化合价从＋1→＋7。

4．元素X、Y可组成化学式为XY3的化合物，则X、Y的原子序数不可能是(　　)

A．3和9 B．7和1

C．13和17 D．15和17

答案　A

解析　A项，两元素分别为Li、F，只能形成化合物LiF；B项，两元素分别为N、H，可形成NH3分子；C项，两元素分别为Al、Cl，能形成化合物AlCl3；D项，两元素分别为P、Cl，可形成PCl3和PCl5两种化合物。

5．(2017·淮北高一检测)某元素原子L层电子数比K层的多5个，该元素的最高正化合价为(　　)

A．＋5 B．＋6

C．＋7 D．无最高正化合价

答案　D

解析　据题意可知该元素原子的核外电子排布为，为氟元素，无最高正化合价。

6．如图是部分1～18号元素化合价与原子序数的关系图，下列说法正确的是(　　)

A．原子半径：Z＞Y＞X

B．离子半径：Z＞Y＞X

C．元素W的最高价和最低价代数和为4

D．Y和Z两者最高价氧化物对应的水化物不能相互反应

答案　C

解析　根据随原子序数递增化合价变化特点分析知，X为O，Y为Na，Z为Al。电子层数相同时，原子序数越大，半径越小；同族自上而下原子半径逐渐增大，则半径：Na＞Al，Al＞B，B＞O，则Na＞Al＞O，A项错误；Na、O、Al形成的离子核外电子排布相同，核电荷数越大，半径越小，故离子半径：O2－＞Na＋＞Al3＋，B项错误；Na与Al的最高价氧化物对应的水化物分别为NaOH、Al(OH)3，两者能够反应，D项错误；根据化合价知W为S，其最高价和最低价代数和为4，C项正确。

题组二　微粒半径大小比较

7．下列各元素原子半径依次增大的是(　　)

A．Na、Mg、Al B．Na、O、F

C．P、Si、Al D．C、Si、P

答案　C

解析　比较元素原子半径的大小有两条规律：①具有相同电子层数的元素，随着原子序数的递增，原子半径递减；②具有相同最外层电子数的元素，随着电子层数的增加，原子半径增大。A项，r(Na)>r(Mg)>r(Al)；B项，r(Na)>r(O)>r(F)；D项，r(Si)>r(P)>r(C)。

8．(2017·淄博高一检测)下列微粒半径大小比较正确的是(　　)

A．Na＋＜Mg2＋＜Al3＋＜O2－

B．Na＋＞Al3＋＞S2－＞Cl－

C．Na＜Mg＜Al＜S

D．Na＜K＜Rb＜Cs

考点　元素周期律

题点　微粒半径的大小比较

答案　D

解析　A项，4种离子核外电子数相同，随着核电荷数增多，离子半径依次减小，即Al3＋＜Mg2＋＜Na＋＜O2－，A项错误；因S2－、Cl－比Na＋、Al3＋多一个电子层，则S2－、Cl－半径比Na＋、Al3＋大，而S2－、Cl－和Na＋、Al3＋也分别适用“序小径大”的原则，则S2－＞Cl－＞Na＋＞Al3＋，B项错误；Na、Mg、Al、S的原子半径依次减小，C项错误；Na、K、Rb、Cs最外层电子数相同，电子层数依次增多，半径依次增大，D项正确。

9．构成下列化合物的阴离子和阳离子的半径比值最大的是(　　)

A．LiI B．KCl

C．NaBr D．NaI

答案　A

解析　离子半径：r(Li＋)＜r(Na＋)<r(K＋)，r(Cl－)<r(Br－)<r(I－)，故所给化合物中比值最大。

题组三　元素周期律的综合应用

10．(2018·清华大学附中月考)A、B、C三种元素的原子序数依次为a、b、c，它们的离子An＋、Bn－、Cm－具有相同的电子层结构，且n＞m，则下列关系正确的是(　　)

A．a＞b＞c B．a＞c＞b

C．a＝b＋m＋n D．a＝c－n－m

答案　B

解析　离子An＋、Bn－、Cm－具有相同的电子层结构，则有a－n＝b＋n＝c＋m，n＞m，可知a＞c＞b，故A错误、B正确；由关系式可知a＝c＋m＋n，故C、D错误。

11．已知原子序数小于18的元素的离子aAm＋、bBn＋、cCm－、dDn－(m>n)都具有相同的电子层结构，则下列叙述中正确的是(　　)

A．原子半径：A>B>C>D

B．原子序数：d>c>b>a

C．离子半径：Cm－> Dn－>Bn＋>Am＋

D．原子的最外层电子数目：A>B>D>C

答案　C

解析　四种离子具有相同的电子层结构，则阳离子对应的原子A、B比阴离子对应的原子C、D多1个电子层，且阳离子所带电荷数越多，其核电荷数越大，原子序数越大，原子半径越小；阴离子所带电荷数越多，其核电荷数越小，原子序数越小，原子半径越大。故有原子半径B>A>C>D，原子序数a>b>d>c，故A项和B项错误；四种离子电子层结构相同，依据核电荷数越大，离子半径越小可知，离子半径Cm－>Dn－>Bn＋>Am＋，故C项正确；原子的最外层电子数目D>C>A>B，故D项错误。

12．已知X元素的阳离子和Y元素的阴离子具有与氩原子相同的电子层结构，则下列叙述正确的是(　　)

A．X的原子序数比Y的小

B．X原子的最外层电子数比Y的大

C．X的原子半径比Y的大

D．X元素的最高正价比Y的大

答案　C

解析　利用举例法解答。假设X为K元素，Y为Cl元素，则原子序数：K>Cl，最外层电子数：Cl>K，最高正化合价：Cl>K。

[综合强化]

13．在原子序数11～18的元素中：

(1)原子半径最小的是________(填元素符号，下同)；只有正化合价的是________；最高正化合价与最低负化合价绝对值之差为4的元素是________。

(2)与冷水剧烈反应生成H2的物质是________(填名称)。与水反应能生成具有漂白性物质是________(填名称)，反应的离子方程式是___________________________________________。

(3)化学性质最稳定的物质是_____________________________(填化学式)。

答案　(1)Cl　Na、Mg、Al　S　(2)钠　氯气　Cl2＋H2O===H＋＋Cl－＋HClO　(3)Ar

解析　(1)在11～18号原子中，半径最小的是Cl；金属元素Na、Mg、Al只有正化合价；S元素最高正化合价是＋6，最低负化合价是－2，绝对值之差是4。

(2)金属钠与冷水剧烈反应生成H2和NaOH; Cl2和水反应生成HCl和HClO，其中HClO有漂白性。

(3)稀有气体元素Ar原子最外层有8个电子，是稳定结构，通常不与其他物质发生反应，化学性质稳定。

14．原子序数是指元素在元素周期表中的序号，数值上等于原子核的核电荷数(即质子数)或原子的核外电子数。今有A、B两种元素，其原子序数分别为9和15。

(1)写出元素符号：A________，B________。

(2)A元素原子核外有______个电子层，最外层有______个电子。

(3)B元素最高正价为________，最低负价为________。

(4)A、B元素原子半径大小关系为r(A)________r(B)。

答案　(1)F　P　(2)2　7　(3)＋5　－3　(4)＜

15．有A、B、C、D四种元素，A的最高正价与其最低负价的绝对值之差为6；A、D次外层都是8个电子，A与D的化合物DA在水溶液中能电离出具有相同电子层结构的阴、阳离子；B有两个电子层，其最高正价与最低负价的代数和为0；C2－与氩原子具有相同的电子层结构。

(1)试写出上述各元素的符号：

A________，B________，C________，D________。

(2)画出下列粒子的结构示意图：

A__________________，C2－_________________________。

(3)写出A、D的最高价氧化物对应水化物反应的化学方程式：_______________________。

答案　(1)Cl　C　S　K

(2)　

(3)HClO4＋KOH===KClO4＋H2O

解析　因为“A的最高正价与其最低负价的绝对值之差为6”，确定A为氯(Cl)；“B有两个电子层，最高正价与最低负价的代数和为0”，确定B为碳(C)；C2－的结构示意图为，确定C为硫(S)；再由A推出D为钾(K)。

16．有A、B、C、D、E五种元素，它们的原子序数按E、C、D、A、B依次增大，E原子最外层有4个电子；A－与B＋的核外电子排布相同；D的气态氢化物的化学式为H2D，最高价氧化物中D的质量分数为40%，且D原子核内质子数和中子数相等；C的原子序数比D少9，比B少12。

(1)写出五种元素的符号：A________，B________，

C________，D________，E________。

(2)画出A－、B＋的结构示意图：________、________。

(3)A、D最高价氧化物对应的水化物化学式分别为________、________。

(4)写出E的最高价氧化物与过量B的最高价氧化物对应的水化物反应的离子方程式：________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

(5)写出B、C最高价氧化物对应的水化物之间相互反应的化学方程式：________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

答案　(1)Cl　K　N　S　C　(2)　　(3)HClO4　H2SO4　(4)CO2＋2OH－===CO＋H2O

(5)KOH＋HNO3===KNO3＋H2O

解析　D的氧化物分子式为DO3，D的质量分数为40%，可推出D的相对原子质量为32，从而推出D为S元素；C原子序数比D少9，比B少12，则C为N元素，B为K元素；A－与B＋核外电子排布相同，则A为Cl元素；E原子最外层有4个电子，且原子序数按E、C、D、A、B依次增大，则E为C元素。