备战2021 高考化学 考点26 元素周期表的结构（解析版）

备战2021 高考化学 考点26 元素周期表的结构（解析版）

考点 26 元素周期表的结构 一、一、元素周期表及其结构 1．编排原则 （1）周期：把电子层数相同的元素按原子序数递增顺序从左到右排列成一横行。 （2）族：把不同横行中最外层电子数相同的元素，按电子层数递增的顺序从上到下排成一纵行。 2．结构 （1）周期(7 个横行，7 个周期)： 短周期 长周期 序号 1 2 3 4 5 6 7 元素种数 2 8 8 18 18 32 32 0 族元素原子序数 2 10 18 36 54 86 118 （2）族(18 个纵行，16 个族) 主族 列 1 2 13 14 15 16 17 族 ⅠA ⅡA ⅢA ⅣA ⅤA ⅥA ⅦA 副族 列 3 4 5 6 7 11 12 族 ⅢB ⅣB ⅤB ⅥB ⅦB ⅠB ⅡB Ⅷ族 第 8、9、10，共 3 个纵行 0 族 第 18 纵行 3．元素周期表中元素的分区 4．元素周期表中必记的 4 个关系 （1）常见的四组等量关系 ①核电荷数=质子数=原子序数； ②核外电子层数=周期序数； ③主族序数=最外层电子数=最高正价； ④非金属元素：最低负价=最高正价−8。 （2）同主族元素的原子序数差的关系 ①位于过渡元素左侧的主族元素，即第ⅠA、第ⅡA 族，同主族、邻周期元素原子序数之差为上一周期 元素所在周期所含元素种数； ②位于过渡元素右侧的主族元素，即第ⅢA～第ⅦA 族，同主族、邻周期元素原子序数之差为下一周期 元素所在周期所含元素种数。例如，氯和溴的原子序数之差为 35−17=18(溴所在第四周期所含元素的种数)。 （3）同周期第ⅡA 族和第ⅢA 族元素原子序数差的关系 周期序数 1 2 3 4 5 6 7 原子序数差 无 1 1 11 11 25 25 原因 —— 增加了过渡元素 增加了过渡元素和 镧系或锕系元素 （4）奇偶关系 ①原子序数是奇数的主族元素，其所在主族序数必为奇数； ②原子序数是偶数的主族元素，其所在主族序数必为偶数。 二、元素周期表的应用 考向一 元素周期表的结构 典例 1 如图为元素周期表中前四周期的一部分，若 B 元素的核电荷数为 x，则这五种元素的核电荷数之 和为 A．5x＋10 B．5x C．5x＋14 D．5x＋16 【答案】A 【解析】 【规律总结】 同主族、邻周期元素的原子序数差的关系 ①ⅠA 族元素，随电子层数的增加，原子序数依次相差 2、8、8、18、18、32。 ②ⅡA 族和 0 族元素，随电子层数的增加，原子序数依次相差 8、8、18、18、32。 ③ⅢA～ⅦA 族元素，随电子层数的增加，原子序数依次相差 8、18、18、32。 1．下列各图为元素周期表的一部分，表中的数字为原子序数，其中 M 的原子序数为 37 的是 A． B． C． D． 【答案】B 【解析】M 的原子序数为 37，位于第五周期，同族上下周期的核外电子数差 18，即上层元素原子序数为 19， 下层元素原子序数为 55，则符合题意的为 B。 答案为 B。 元素周期表结构中隐含的两条规律 1．同主族、邻周期元素的原子序数差 （1）元素周期表中左侧元素(ⅠA、ⅡA 族) 同主族相邻两元素中，Z(下)=Z(上)+上一周期元素所在周期的元素种类数目。 （2）元素周期表中右侧元素(ⅢA～ⅦA 族) 同主族相邻两元素中，Z(下)=Z(上)+下一周期元素所在周期的元素种类数目。 2．同周期ⅡA 族和ⅢA 族元素原子序数差 周期序数 1 2 3 4 5 6 7 原子序数差 无 1 1 11 11 25 25 原因 增加了过渡元素 增加了过渡元素和 镧系或锕系元素 考向二 元素位置的确定 典例 2 A、B、C 均为短周期元素，它们在周期表中的位置如图所示，已知 B、C 元素的原子序数之和是 A 元素原子序数的 4 倍，则 A、B、C 符合的一组是 A．Be、Na、Al B．B、Mg、Si C．O、P、Cl D．C、Al、P 【答案】C 【解析】由于 A、B、C 为短周期元素，从 A、B、C 的相对位置可知，A 只能处在第二周期，而 B、C 处在第三周期。设 A 的原子序数为 x，则 B 的原子序数为：(x＋8－1)＝x＋7，C 的原子序数为：(x＋8＋1) ＝x＋9，则(x＋7)＋(x＋9)＝4x，x＝8。所以，A、B、C 的原子序数分别为 8、15、17，对应的元素分别为 O、P、Cl。故选 C。 2．下列说法正确的是 A．原子序数之差为 2 的两种元素不可能位于同一主族 B．D−核外有 36 个电子，则元素 D 位于第四周期第ⅦA 族 C．位于同一主族的甲、乙两种元素，甲的原子序数为 x，则乙的原子序数可能为 x+4 D．位于同一周期的甲、乙两种元素，甲位于第ⅠA 族，原子序数为 x，乙位于第ⅢA 族，则乙原子序数 可能为 x+19 【答案】B 【解析】氢和锂两种元素原子序数之差为 2 是同一主族，故 A 错误；D−核外有 36 个电子，则 D 原子有 35 个电子，为 Br 元素，Br 位于第四周期第ⅦA 族，故 B 正确；同主族相邻两周期原子序数差值可能为 2、8、18、32 等，所以同一主族的甲、乙两种元素，甲的原子序数为 x，则乙的原子序数不可能为 x+4， 故 C 错误；同一周期第ⅠA 族与第ⅢA 族之间原子序数之差可能为 2、12 和 26，故 D 错误。 利用稀有气体元素确定主族元素位置 第一～第七周期稀有气体元素的原子序数依次为：2、10、18、36、54、86、118。 确定主族元素在周期表中位置的方法：原子序数−最邻近的稀有气体元素的原子序数=ΔZ。 例如：①35 号元素(相邻近的是 36Kr)，则 35−36=−1，故周期数为四，族序数为 8−|−1|=7，即第四周期 第ⅦA 族，即溴元素；②87 号元素(相邻近的是 86Rn)，则 87−86=1，故周期数为 7，族序数为 1，即第七周 期第ⅠA 族，即钫元素。 1．元素周期表中的前 4 周期，两两相邻的 5 种元素如图所示，若 B 元素的核电荷数为 a。下列说法正确的 是 A．B、D 的原子序数之差可能为 2 B．E、B 的原子序数之差可能是 8、18 或 32 C．5 种元素的核电荷数之和为 5a＋10 D．A、E 的原子序数之差可能是 7 【答案】C 【解析】由题中所给 5 种元素的位置关系可以看出 D 一定不是第 1 周期元素(因为如果 D 是第 1 周期元 素，则 D 一定属于元素周期表最左边的第ⅠA 族元素或最右边的 0 族元素)，所以 A 选项错误；由题意 可知 5 种元素在前 4 周期，所以 D、B、E 分别为第 2、3、4 周期的元素，由元素周期表的结构可知 5 种元素一定在过渡元素右边，所以 D、E 的原子序数分别为 a－8、a＋18，A、C 的原子序数分别为 a－1、 a＋1，即只有 C 选项正确。 2．下列有关元素周期表及应用叙述正确的是 A．周期表中的族分为主族、副族、0 族和第Ⅷ族，共 18 个族 B．凡单原子形成的离子，其核外电子排布一定符合 0 族元素原子的核外电子排布 C．俄罗斯专家首次合成了 176 116 X 原子，116 号元素位于元素周期表中第七周期第ⅥA 族 D．根据主族元素最高正价与族序数的关系，推出卤族元素最高正价都是+7 【答案】C 【解析】Ⅷ族包含 8、9、10 共 3 个纵行，共 18 个纵行，16 个族，故 A 错误；H+核外没有电子，与稀有 气体元素原子的核外电子排布不同，故 B 错误；第七周期 0 族元素的原子序数为 118，结合 118−116=2 和 8−2=6 知，116 号元素位于元素周期表中第七周期ⅥA 族，故 C 正确；主族元素中，元素最高正化合 价与其族序数相等，但 O、F 元素除外，所以卤族元素中除了 F 元素外其他元素最高正化合价为+7，故 D 错误。 3．W、X、Y、Z 四种短周期元素在元素周期表中的相对位置如图所示，X 的最高价氧化物对应的水化物既 能溶于氢氧化钠溶液又能溶于硫酸，由此可知( ) W X Y Z A．Y 的最高价氧化物不溶于任何酸 B．Y 元素的单质可用于制作太阳能电池 C．Z 元素氧化物对应水化物的酸性一定强于 Y D．Z 元素单质在化学反应中只表现氧化性 【答案】B 【解析】A．Y 为 Si，Si 的最高价氧化物是二氧化硅，可以溶于氢氟酸，故 A 不符合题意； B．Y 为 Si ，硅单质可用于制作太阳能电池，故 B 符合题意； C．Z 为 S，Y 为 Si，同周期元素的非金属性逐渐增强，Z 元素的最高价氧化物对应的水化物酸性一定强于 Y，故 C 不符合题意； D．Z 为 S，Z 元素单质在化学反应中既表现氧化性又表现还原性，故 D 不符合题意； 答案选 B。 4．A、B 分别为第三、四两周期同一主族的不同元素的原子，它们原子核内的质子数等于中子数。①若 A 为ⅡA 族，其质量数为 X，则 B 的质子数为 Y；②若 A 为ⅣA 族，其质子数为 m，则 B 质量数为 n，则 Y 和 n 的值是 A．( 2 X +18)和(2m+18) B．( 2 X +8)和(2m+18) C．( 2 X +8)和(2m+36) D．( 2 X +18)和(2m+36) 【答案】C 【解析】若 A 为ⅡA 族，A 质量数为 X，质子数等于中子数，则 A 的质子数为 2 X ，处于过渡元素之前， 则 B 的质子数 Y= 2 X +8；若 A 为ⅣA 族，A 质子数为 m，处于过渡元素之后，则 B 的质子数 Y=m+18，B 的质量数 n=2Y=2m+36。 5．19 世纪中叶，门捷列夫总结了如表所示的元素化学性质的变化情况。请回答： （1）门捷列夫的突出贡献是 (填字母，下同)。 A．提出了原子学说 B．提出了分子学说 C．发现了元素周期律 D．发现了能量守恒定律 （2）该表变化表明 。 A．事物的性质总是在不断地发生变化 B．元素周期表中最右上角的氦元素是非金属性最强的元素 C．ⅠA 族元素的金属性一定比同周期ⅡA 族元素的金属性强 D．物质发生量变到一定程度必然引起质变 （3）按照表中元素的位置，认真观察从ⅢA 族的硼到ⅦA 族的砹连接的一条折线，我们能从分界线附近 找到 。 A．耐高温材料 B．耐腐蚀材料 C．半导体材料 D．新型催化剂材料 （4）据报道，美国科学家制得一种新原子 283 116 X ，它属于 116 号元素(元素符号暂用 X 代替)，下列关于它 的推测正确的是 。 A．这种原子的中子数为 167 B．这种元素位于元素周期表的第 6 周期 C．这种元素一定是金属元素 D．这种元素的原子易与氢化合 【答案】（1）C （2）CD （3）C （4）AC 【解析】（1）门捷列夫的贡献是发现了元素周期律，并根据元素周期律制得第一张元素周期表。 （2）元素的性质呈周期性变化，A 错误；氦是稀有气体元素，非金属性最强的元素是氟，B 错误；同周 期元素，从左到右金属性逐渐减弱，C 正确；随着原子序数的递增，同周期元素由金属元素变化到非金 属元素，同主族元素由非金属元素过渡到金属元素(ⅡA 族和ⅦA 族除外)，即由量变引起质变，D 正确。 （3）该折线是金属元素和非金属元素的分界线，所以在该分界线附近能找到半导体材料。在过渡元素中 可寻找耐高温、耐腐蚀的材料，也可寻找各种优良的催化剂。 （4）若第 7 周期排满，最后为 118 号元素，则 116 号元素 X 位于第 7 周期ⅥA 族。第 6 周期ⅥA 族的 钋元素是金属元素，根据同主族元素，从上到下金属性逐渐增强，可知 116 号元素是金属元素。根据同 主族元素从上到下与氢气化合由易到难的递变性知，该元素不易与氢化合。 6．下面是元素周期表的一部分，参照元素①～⑧在表中的位置，请用化学用语回答下列问题： （1）④、⑤、⑦的原子半径由大到小的顺序为(元素符号)________________。 （2）②、⑦、⑧的最高价含氧酸的酸性由强到弱的顺序是(填化学式)________________。 （3）在①、④、⑤、⑧中的某些元素之间可形成既含离子键又含非极性共价键的离子化合物，写出其中 一种化合物的电子式：________________。 （4）由②和④组成的化合物与⑤的同周期相邻主族元素的单质反应的化学方程式为________________。 （5）⑦单质与⑤的最高价氧化物的水化物反应的离子方程式为________________。 【答案】（1）Na>Si>O （2）HClO4>H2CO3>H2SiO3 （3） （4）2Mg＋CO2===== 点燃 2MgO＋C （5）Si＋2OH－＋H2O===SiO2－ 3 ＋2H2↑ 【解析】由元素在周期表中的位置，可知：①是 H，②是 C，③是 N，④是 O，⑤是 Na，⑥是 Al，⑦是 Si，⑧是 Cl。 （1）同周期元素自左而右原子半径逐渐减小，同主族元素自上而下原子半径逐渐增大，故原子半径： Na>Si>O。 （2）非金属性越强，最高价含氧酸的酸性越强，由于非金属性 Cl>C>Si，故酸性：HClO4>H2CO3>H2SiO3。 （3）H、O、Na、Cl 四种元素形成的既含离子键又含非极性共价键的离子化合物为 Na2O2，其电子式为 。 （4）⑤的同周期相邻主族元素的单质为 Mg，②和④组成的能与 Mg 反应的化合物为 CO2，Mg 在二氧 化碳中燃烧生成 MgO 和碳单质，其反应的化学方程式为：2Mg＋CO2===== 点燃 2MgO＋C。 （5）⑦的单质为 Si，⑤的最高价氧化物的水化物为 NaOH，二者反应生成硅酸钠与氢气，反应的离子方 程式为：Si＋2OH－＋H2O===SiO2－ 3 ＋2H2↑。 1．[2019北京] 2019年是元素周期表发表150周年，期间科学家为完善周期表做出了不懈努力。中国科学院院 士张青莲教授曾主持测定了铟（49In）等9种元素相对原子质量的新值，被采用为国际新标准。铟与铷（37Rb） 同周期。下列说法不正确的是 A．In 是第五周期第ⅢA 族元素 B．11549In 的中子数与电子数的差值为 17 C．原子半径：In>Al D．碱性：In(OH)3>RbOH 【答案】D 【解析】A．根据原子核外电子排布规则，该原子结构示意图为 ，因此 In 位于元素周 期表第五周期第 IIIA 族，故 A 不符合题意； B．质量数＝质子数+中子数，元素符号的左上角为质量数、左下角为质子数，因此该原子的质子数=电 子数=49，中子数为 115-49=66，所以中子数与电子数之差为 66-49=17，故 B 不符合题意； C．Al 位于元素周期表的三周期 IIIA 族，In 位于元素周期表第五周期 IIIA 族，同主族元素的原子，从上 到下，电子层数逐渐增多，半径逐渐增大，因此原子半径 In＞Al，故 C 不符合题意； D．In 位于元素周期表第五周期，铷（Rb）位于元素周期表第五周期第 IA 族，同周期元素，核电荷数越 大，金属性越越弱，最高价氧化物对应水化物的碱性越弱，因此碱性：In(OH)3＜RbOH，故 D 符合题意； 综上所述，本题应选 D。 2．[2019·4 月浙江选考]2019 年是门捷列夫提出元素周期表 150 周年。根据元素周期律和元素周期表，下列 推断不合理的是 A．第 35 号元素的单质在常温常压下是液体 B．位于第四周期第ⅤA 族的元素为非金属元素 C．第 84 号元素的最高化合价是＋7 D．第七周期 0 族元素的原子序数为 118 【答案】C 【解析】A．35 号元素是溴元素，单质 Br2 在常温常压下是红棕色的液体，A 项合理； B．位于第四周期第ⅤA 族的元素是砷元素（As），为非金属元素，B 项合理； C．第 84 号元素位于第六周期ⅥA 族，为钋元素（Po），由于最高正价等于主族序数，所以该元素最高 化合价是+6，C 项不合理； D．第七周期 0 族元素是第七周期最后一个元素，原子序数为 118，D 项合理。故答案选 C。 3．[2018·全国Ⅰ]主族元素 W、X、Y、Z 的原子序数依次增加，且均不大于 20。W、X、Z 最外层电子数之 和为 10；W 与 Y 同族；W 与 Z 形成的化合物可与浓硫酸反应，其生成物可腐蚀玻璃。下列说法正确的 是 A．常温常压下 X 的单质为气态 B．Z 的氢化物为离子化合物 C．Y 和 Z 形成的化合物的水溶液呈碱性 D．W 与 Y 具有相同的最高化合价 【答案】B 【解析】分析：主族元素 W、X、Y、Z 的原子序数依次增加，且均不大于 20。W 与 Z 形成的化合物可 与浓硫酸反应，其生成物可腐蚀玻璃，生成物是 HF，因此 W 是 F，Z 是 Ca，W 与 Y 同族，则 Y 是 Cl。 W、X、Z 的最外层电子数之和为 10，则 X 的最外层电子数为 10－7－2＝1，所以 X 是 Na，据此解答。 详解：根据以上分析可知 W、X、Y、Z 分别是 F、Na、Cl、Ca 或 F、Mg、Cl、K，则 A、金属钠或钾常温常压下是固态，A 错误； B、CaH2 中含有离子键，属于离子化合物，B 正确； C、Y 与 Z 形成的化合物是氯化钙，其水溶液显中性，C 错误； D、F 是最活泼的非金属，没有正价，Cl 元素的最高价是+7 价，D 错误。答案选 B。 点睛：准确判断出元素名称是解答的关键，突破点是能腐蚀玻璃的物质为 HF，进而推断出 CaF2 能与浓 硫酸反应生成 HF。易错点是选项 B，注意金属氢化物的结构特点，与非金属氢化物的不同。难点是氟化 钙与浓硫酸反应属于学生不熟悉的知识点。 4．[2016·全国Ⅱ]a、b、c、d 为短周期元素，a 的原子中只有 1 个电子，b2−和 C+离子的电子层结构相同，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 和 a 形成的化合物的溶液呈弱酸性 【答案】A 【解析】a 的原子中只有 1 个电子，则 a 为氢元素，a、b、c、d 为短周期元素，b2−和 c+离子的电子层结 构相同，则 b 为氧元素，c 为 Na 元素，d 与 b 同族，则 d 为硫元素，据此解答。A．H 分别与 O、S 形成 化合物可以为 H2O 和 H2S，氢元素的化合价为+1，而 NaH 中氢元素的化合价为−1 价，A 项错误；B．氧 元素与其他三种元素能形成 H2O、H2O2、SO2、SO3、Na2O、Na2O2，B 项正确；C．同周期主族元素， 从左到右原子半径逐渐减小，电子层数越多，原子半径越大，原子半径：Na>S>O>H，C 项正确；D．d 和 a 形成的化合物为 H2S，硫化氢的溶液呈弱酸性，D 项正确；答案选 A。 5．[2015·全国Ⅱ]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 【答案】B 【解析】由 a 的最外层电子数为 1，a−的电子层结构与氦相同可知，a 为 H。b 和 c 的次外层有 8 个电子， 则 b、c 处于第三周期，又知 b、c 的最外层电子数分别为 6、7，从而推知，b、c 分别为 S、Cl。由 c−和 d+的电子层结构相同可知，d 为 K。A 项，S、Cl 处于第三周期，Cl 的原子序数大于 S，则 Cl 的非金属 性强于 S；由 H2S 中 S 元素显−2 价、H 元素显+1 价可知，S 的非金属性强于 H，因此三种元素的非金属 性次序为 Cl＞S＞H。B 项，H 和 S、Cl 可形成共价化合物 H2S 和 HCl，而 H 与 K 则形成离子化合物 KH。 C 项，K 和 H、S、Cl 均可形成离子化合物，分别为 KH、K2S 和 KCl。D 项，H、S、Cl 的最高化合价分 别为+1 价、+6 价和+7 价，最低化合价分别为−1 价、−2 价和−1 价，因此三种元素各自最高和最低化合 价的代数和分别为 0、4、6。