2021届一轮复习人教版元素周期律及其应用学案
第3讲 元素周期律及其应用
学习指导意见
核心素养
1.以第三周期为例，掌握同一周期内元素性质的递变性与原子结构的关系。
2．以ⅠA和ⅦA族为例，掌握同一主族内元素性质递变规律与原子结构的关系。
3．了解金属、非金属在元素周期表中的位置及其性质的递变规律。
4．了解电离能、电负性的概念，并能用此说明元素的某些性质。
1.证据推理与模型认知：具有证据意识，能基于实验现象和事实对物质的组成、结构及其变化分析得出元素周期律；能基于元素周期律理解元素周期表的编排方法，能运用元素周期表提示元素周期律。
2．科学探究与创新意识：在探究同周期、同主族元素性质递变性的实验中，要明确探究目的，设计实验方案，并在探究中学会合作，结合核外电子排布，元素第一电离能的特殊性等异常现象提出自己的见解。
考点一 元素周期律及其应用
[学在课内]
1．两个重要数据
(1)电离能
①第一电离能：气态电中性基态原子失去一个电子转化为气态基态正离子所需要的最低能量，符号I1，单位kJ·mol－1。
②同种元素的逐级电离能越来越大(即I1
O>F>C。（×）
（19）钠元素的第一、第二电离能分别小于镁元素的第一、第二电离能。（×）
（20）主族元素的电负性越大，元素原子的第一电离能一定越大。（×）
（21）Be（OH）2属于两性氢氧化物。（√）
拓展应用
（1）已知非金属性：C>Si，O>C，则气态氢化物的稳定性H2O>CH4>SiH4。
（2）已知Ca（OH）2微溶，Mg（OH）2难溶，则Be（OH）2难溶。
（3）F、Cl、Br、I电负性的大小顺序为F>Cl>Br>I。
思维探究
（1）已知某主族元素的逐级电离能为I1＝500 kJ/mol、I2＝4 600 kJ/mol，I3＝6 900 kJ/mol，I4＝9 500 kJ/mol，该元素位于ⅠA族，最高化合价为 ＋1 。
（2）
电离能（kJ·mol－1）
I1
I2
铜
745.5
1 957.9
锌
906.4
1 733.3
铜的第二电离能（I2）大于锌的第二电离能的原因是什么？
答案 Cu失去一个电子后，会变成稳定的3d10全满结构，所以Cu就比较难失去第二个电子，而Zn失去两个电子后，会变成稳定的3d10全满结构，所以Cu的第二电离能比Zn大
[基础点巩固]
1.如图是部分短周期元素的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：R>W>Z>Y>X
B.氧化物对应水化物的酸性：R>W
C.气态氢化物的稳定性：W>X
D.Y、Z、W最高价氧化物对应的水化物两两之间均能相互反应
解析 由题图可推知，X、Y、Z、W、R分别是O、Na、Al、S、Cl。同一周期主族元素从左到右原子半径依次减小，同一主族元素从上到下原子半径依次增大，故原子半径：Na>Al>S>Cl>O，A项错误；S、Cl对应氧化物的水化物均既有强酸又有弱酸，故无法比较其氧化物对应水化物的酸性大小，而最高价氧化物对应水化物的酸性：HClO4>H2SO4，B项错误；非金属性：O>S，则气态氢化物的稳定性：H2O>H2S，C项错误；Na、Al、S最高价氧化物对应的水化物分别是NaOH、Al（OH）3、H2SO4，三者两两之间均能相互反应，D项正确。
答案 D
2.元素周期表中短周期的一部分如下图，关于X、Y、Z、W、Q说法正确的是（ ）
A.元素Y与元素Z的最高正化合价之和的数值等于9
B.原子半径的大小顺序为W>Z>Y
C.离子半径的大小顺序为W2－>Y2－>Z3＋
D.W的气态氢化物的热稳定性和还原性均比Q强
解析 根据元素在周期表中的位置，可以推断Q为Cl，W为S，Y为O，X为N，Z为Al。A项，氧无最高正价；B项，原子半径应为Z>W>Y；D项，H2S的稳定性小于HCl，还原性强于HCl。
答案 C
3.下列实验不能达到实验目的的是（ ）
选项
实验操作
实验目的
A
Cl2、Br2分别与H2反应
比较氯、溴的非金属性强弱
B
向MgCl2、AlCl3溶液中分别通入NH3
比较镁、铝的金属性强弱
C
测定相同物质的量浓度的Na2CO3、Na2SO4溶液的pH
比较碳、硫的非金属性强弱
D
Fe、Cu分别与稀盐酸接触
比较铁、铜的金属性强弱
解析 A项，Cl2、Br2分别与H2反应，根据反应条件的难易，即可判断出氯、溴的非金属性强弱，正确；B项，向MgCl2、AlCl3溶液中分别通入NH3，MgCl2
与NH3·H2O反应生成Mg（OH）2，AlCl3与NH3·H2O反应生成Al（OH）3，但无法比较二者的金属性强弱，错误；C项，测定相同物质的量浓度的Na2CO3、Na2SO4溶液的pH，根据pH可判断出Na2CO3与Na2SO4水解程度的大小，即判断出酸性H2CO3c>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 a、b、c、d分别为O、Na或Mg、Al、S。A项，原子半径b＞c＞d＞a，错误；B正确；C项，c的氧化物的水化物为氢氧化铝，为两性氢氧化物，不是强碱，错误；D项，单质S的氧化性比氧气氧化性弱，错误。
答案 B
9.（1）元素的基态气态原子得到一个电子形成气态负一价离子时所放出的能量称作第一电子亲和能（E1）。第二周期部分元素的E1变化趋势如图所示，其中除氮元素外，其他元素的E1自左而右依次增大的原因是
_________________________________________________________________；
氮元素的E1呈现异常的原因是___________________________________
____________________________________________________________。
（2）Zn、Ge、O电负性由大至小的顺序是 。
（3）元素铜与镍的第二电离能分别为：ICu＝1 958 kJ·mol–1、INi＝1 753 kJ·mol－1，ICu>INi的原因是_____________________________________。
（4）根据元素周期律，原子半径Ga As，第一电离能Ga As。（填“大于”或“小于”）
解析 （1）根据图知，电子亲和能增大（除N外），同周期从左向右非金属性增强，得电子能力增强，因此同周期自左而右电子亲和能增大；氮元素原子的2p能级达到半充满状态，相对稳定，不易得到1个电子。
（2） Zn、Ge、O三种元素中，Zn和Ge是金属元素，O是非金属元素。O的电负性比Zn和Ge的大，又根据同周期元素的电负性从左到右逐渐增大的规律，可知电负性：O>Ge> Zn。
（3）铜失去的是全充满的3d10电子，镍失去的是4s1电子，所以ICu>INi。
（4）同周期元素从左到右原子半径逐渐减小，故原子半径
Ga大于As，As原子的4p轨道处于半充满的稳定结构，所以第一电离能Ga小于As。
答案 （1）同周期元素随核电荷数依次增大，原子半径逐渐变小，故结合一个电子释放出的能量依次增大 N原子的2p轨道处于半充满状态，相对稳定，故不易结合一个电子
（2）O>Ge>Zn
（3）铜失去的是全充满的3d10电子，镍失去的是4s1电子
（4）大于 小于
10.（1）①Li＋与H－具有相同的电子构型，r（Li＋）小于r（H－），原因是 。
②Li2O是离子晶体，其晶格能可通过下图的BornHaber循环计算得到。
可知，Li原子的第一电离能为 kJ·mol－1。
（2）①Zn原子核外电子排布式为________________________。
②黄铜是人类最早使用的合金之一，主要由Zn和Cu组成。第一电离能I1（Zn） I1（Cu）（填“大于”或“小于”）。原因是___________________________________
__________________________________________________________________。
解析 （1）①Li＋和H－的电子层结构相同，而具有相同电子层结构的离子半径大小与核电荷数有关，核电荷数越大，离子半径越小。②锂原子的第一电离能是指1 mol气态锂原子失去1 mol电子变成1 mol气态锂离子所吸收的能量，即为＝520 kJ·mol－1。
（2）①Zn原子核外有30个电子，其电子排布式为[Ar]3d104s2。
②Cu原子的外围电子排布式为3d104s1，4s能级处于半充满状态，而Zn原子的4s能级处于全充满状态，Zn原子更不易失去1个电子，所以Zn原子的第一电离能较大。
答案 （1）①Li＋核电荷数较大 ②520
（2）①[Ar]3d104s2
②大于 Zn核外电子排布为全满稳定结构，较难失电子
考点二 “位、构、性”的关系及其应用
[学在课内]
“位、构、性”的关系
[考在课外]
教材延伸
判断正误
（1）电子层结构相同的粒子化学性质一定相同。（×）
（2）同一周期元素的原子，半径越小越容易失电子。（×）
（3）酸性HClOL
C.M与T形成的化合物有两性
D.L、Q形成的简单离子核外电子数相等
解析 根据周期表的位置可知，R为Be，L为Mg，M为Al，T为O，Q为S。O、S为同主族，非金属性越强，其氢化物越稳定，即H2O>H2S，A错误；Mg、Be同主族，金属性前者强，单质与盐酸反应速率快，B错误；M与T形成的化合物为Al2O3，属于两性氧化物，C正确；L、Q形成的简单离子分别为Mg2＋、S2－，核外电子数分别为10、18，D错误。
答案 C
4.下表列出了某短周期元素R的各级电离能数据（用I1、I2……表示，单位为kJ·mol－1）。
I1
I2
I3
I4
……
R
740
1 500
7 700
10 500
……
下列关于元素R的判断中一定正确的是（ ）
A.R的最高正价为＋3价
B.R元素位于元素周期表中第ⅡA族
C.R元素的原子最外层共有4个电子
D.R元素基态原子的电子排布式为1s22s2
解析 由表示数据I3≫I2知其最高正价为＋2价，R元素位于第ⅡA族，最外层有2个电子，R不一定是Be元素。
答案 B
[能力点提升]
5.短周期主族元素A、B、C、D原子半径与原子序数的关系如图所示。A、D同族，C的最高正价与最低负价之和为0，B的最高价氧化物对应的水化物分别能与盐酸、氢氧化钠溶液反应。A的一种单质是大气的主要成分之一。下列说法不正确的是（ ）
A.非金属性：A>D>C
B.化合物B2D3能在水溶液中生成
C.气态氢化物的热稳定性：A>C
D.形成的简单离子半径：D>A>B
解析 由信息知B为Al，C为Si，A、D有两种可能①N、P，②O、S，A项非金属性N（O）>P（S）>Si正确；B项化合物构型为B2D3则为Al2S3，在水溶液中发生Al2S3＋6H2O===2Al（OH）3↓＋3H2S↑
，不能在水溶液中制备，错误；C项稳定性NH3（H2O）>SiH4，正确；D项离子半径S2－>O2－（N3－）>Al3＋，正确。
答案 B
6.短周期元素X、Y、Z、W、Q在元素周期表中的相对位置如图所示。下列说法不正确的是（ ）
A.离子半径的大小顺序为：r（W2－）>r（Q－）>r（Y2－）>r（Z3＋）
B.元素W的最高价氧化物对应水化物的酸性比Q的强
C.元素X的简单氢化物与Q的氢化物化合的产物中既含共价键又含离子键
D.X、Z、W、Q四种元素的最高价氧化物对应水化物均能与强碱反应
解析 由图中位置关系可知X为N、Y为O、Z为Al，W为S、Q为Cl。A项离子半径S2－>Cl－>O2－>Al3＋，正确；B项酸性HClO4>H2SO4，错误；C项NH4Cl中既含离子键，又含共价键，正确；D项HNO3、Al（OH）3、H2SO4、HClO4均可与强碱反应，正确。
答案 B
7.如图为元素周期表中短周期的一部分，关于Y、Z、M的说法正确的是（ ）
A.电负性：Y＞Z＞M
B.离子半径：M－＞Z2－＞Y－
C.ZM2分子中各原子的最外层均满足8电子稳定结构
D.Z元素基态原子最外层电子排布图为
解析 由图示关系可推知：X为氦元素，Y为氟元素，M为氯元素，Z为硫元素。元素的电负性：F＞Cl＞S，A项错误；离子半径：S2－＞Cl－＞F－，B项错误；SCl2
的电子式为，C项正确；S元素基态原子最外层电子排布图为
，D项错误。
答案 C
8.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
解析 本题考查元素推断、元素化合物的结构与性质、化合价规律和特例。氢氟酸可腐蚀玻璃，根据题意可知W是F，与其同主族的Y是Cl；实验室中用CaF2与浓H2SO4反应制取HF，故Z是Ca；W、X、Z最外层电子数之和为10，则X是Na。钠单质常温常压下是固体，A错误；CaH2是由Ca2＋与H－构成的离子化合物，B正确；CaCl2溶液呈中性，C错误；F是非金属性最强的元素，没有正化合价，氯元素的最高化合价是＋7价，D错误。
答案 B
9.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，则a为氢元素；b和c的次外层有8个电子，且最外层电子数分别为6、7，则b为硫元素，c为氯元素；d的最外层电子数为1，且c－和d＋的电子层结构相同，则d为钾元素。A项，元素的非金属性次序为
Cl>S>H，正确；H2S和HCl是共价化合物，KH、K2S和KCl是离子化合物，B项错误，C项正确；D项，氢、硫、氯三种元素的最高和最低化合价分别为＋1和－1、＋6和－2、＋7和－1，因此它们各自最高和最低化合价的代数和分别为0、4、6，正确。
答案 B
一、元素周期表、元素周期律问题中的元素推断，促进学生“微观探析与宏观辨识”素养的发展
素养说明：元素周期律、元素周期表是高考的必考内容。题目的命制通常有两种：一种是以图、表的形式给出；第二种是以文字形式给出，解题过程中比较图、表中的数据变化趋势，总结出规律或挖掘出文字反映的信息、特征，突破元素推断，培养学生微观探析与宏观辨识素养的发展。
元素推断题的一般思维模板
[题组训练]
题型一 依据原子结构特点推断元素
[名师点拨]
（1）①电子层数＝周期序数
②最外层电子数＝n（In＋1>In）＝主族序数
③主族元素的最高正价＝主族序数（O、F除外） 负价＝主族序数－8
（2）①“阴三、阳四”规律：某元素阴离子最外层电子数与次外层相同，该元素位于第三周期；若为阳离子，则位于第四周期。
②“阴上、阳下”规律：电子层结构相同的离子，若电性相同，则位于同周期，若电性不同，则阳离子位于阴离子的下一周期。
1.W、X、Y和Z为原子序数依次增大的四种短周期元素。W与X可生成一种红棕色有刺激性气味的气体；Y的周期数是族序数的3倍；Z原子最外层的电子数与W的电子总数相同。下列叙述正确的是（ ）
A.X与其他三种元素均可形成两种或两种以上的二元化合物
B.Y与其他三种元素分别形成的化合物中只含有离子键
C.四种元素的简单离子具有相同的电子层结构
D.W的氧化物对应的水化物均为强酸
解析 O能与N形成NO、NO2、N2O5等化合物，O与Na能形成Na2O和Na2O2，O与Cl能形成ClO2、Cl2O7等化合物，A项正确；Na与N、Cl形成的化合物只含离子键，而Na与O形成的Na2O2中既含离子键又含共价键，B项错误；N3－、O2－、Na＋均含10个电子，而Cl－含18个电子，C项错误；N元素的最高价氧化物对应的水化物HNO3为强酸，而HNO2为弱酸，D项错误。
答案 A
2.短周期元素X、Y、Z、W的原子序数依次增大，它们的原子最外层电子数之和为13，X的原子半径比Y的小，X与W同主族，X与Z形成的化合物X2Z2常用于消毒和制备少量Z的单质。下列说法错误的是（ ）
A.X、Y、Z三种元素可以形成离子化合物
B.元素X和W之间形成的二元化合物能与水反应
C.元素Y的简单气态氢化物的热稳定性比Z的氢化物弱
D.元素Y、Z、W形成的简单离子，Y的离子半径最小
解析 由X2Z2常用于消毒和制备少量Z单质，知X2Z2为H2O2，即X为H、Z为O。又X与W同主族可知W为Na，最后可推知Y为N。A项H、N、O三种元素可形成NH4NO3，为离子化合物，正确；B项H、Na形成的化合物NaH可与水发生反应，NaH＋H2O===NaOH＋H2↑，正确；C项元素Y、Z对应的氢化物NH3、H2O热稳定性NH3O2－>Na＋，错误。
答案 D
3.X、Y、Z、W是短周期元素，X元素原子的最外层未达到8电子稳定结构，工业上通过分离液态空气获得其单质；Y元素原子最外电子层上s、p电子数相等；Z元素＋2价阳离子的核外电子排布与氖原子相同；W元素原子的M层有1个未成对的p电子。下列有关这些元素性质的说法一定正确的是（ ）
A.X元素的氢化物的水溶液显碱性
B.Z元素的离子半径大于W元素的离子半径
C.Z元素的单质在一定条件下能与X元素的单质反应
D.Y元素最高价氧化物的晶体具有很高的熔点和沸点
解析 根据题意，Z为Mg元素，Y原子最外层电子排布为ns2np2，是C或Si元素，X为N或O元素，W为Al或Cl元素，N的氢化物的水溶液显碱性，但O的氢化物的水溶液显中性，A错误；Al3＋的半径比Mg2＋小，Cl－半径比Mg2＋大，B错误；氮气、氧气均能与镁反应，C正确；CO2形成的晶体熔、沸点低，D错误。
答案 C
题型二 依据元素及其化合物的性质推断
[名师点拨]
常见元素及其化合物的特性
（1）形成化合物种类最多的元素或单质是自然界中硬度最大的物质的元素或气态氢化物中氢的质量分数最大的元素：C。
（2）空气中含量最多的元素或气态氢化物的水溶液呈碱性的元素：N。
（3）地壳中含量最多的元素或气态氢化物的沸点最高的元素或氢化物在通常情况下呈液态的元素：O。
（4）地壳中含量最多的金属元素：Al。
（5）最活泼的非金属元素或无正价的元素或无含氧酸的非金属元素或无氧酸（气态氢化物）可腐蚀玻璃的元素或气态氢化物最稳定的元素或阴离子的还原性最弱的元素：F。
（6）最活泼的金属元素或最高价氧化物对应水化物碱性最强的元素或阳离子的氧化性最弱的元素：Cs。
（7）最易着火的非金属元素的单质，其元素是：P。
（8）焰色反应呈黄色的元素：Na。
（9）焰色反应呈紫色（透过蓝色钴玻璃观察）的元素：K。
（10）单质密度最小的元素：H，密度最小的金属元素：Li。
（11）常温下单质呈液态的非金属元素：Br；金属元素：Hg。
（12）最高价氧化物及其水化物既能与强酸反应，又能与强碱反应的元素：Al。
（13）元素的气态氢化物和它的最高价氧化物对应水化物起化合反应的元素：N；能起氧化还原反应的元素：S。
（14）元素的气态氢化物能和它的氧化物在常温下反应生成该元素单质的元素：S。
（15）元素的单质在常温下能与水反应放出气体的短周期元素：Li、Na、F。
（16）常见的一种元素存在几种单质的元素：C、P、O、S，其中一种同素异形体易着火的元素：P。
4.W、X、Y、Z均为短周期元素且原子序数依次增大，元素X和Z同族。盐YZW与浓盐酸反应，有黄绿色气体产生，此气体同冷烧碱溶液作用，可得到含YZW的溶液。下列说法正确的是（ ）
A.原子半径大小为WCl>O>F，A项错误；HF是弱酸，HCl为强酸，酸性：HFX>Y
C.Y的氢化物常温常压下为液态
D.X的最高价氧化物的水化物为强酸
解析 由n是元素Z的单质，通常为黄绿色气体，可知Z元素为Cl，n为Cl2，再根据q的水溶液具有漂白性，可知q为HClO，由0.01 mol·L－1 r溶液的pH为2，可判断r为一元强酸，则r为HCl，然后根据n和p的反应条件，以及s通常是难溶于水的混合物，可知p为烷烃，s为烷烃的氯代物；根据题意，W、X、Y、Z是短周期原子序数依次增加的四种元素，可进一步推知W、X、Y、Z分别为H、C、O、Cl。A项，根据原子半径的变化规律，可知原子半径：Hd
C.x的电子式为
D.y、w含有的化学键类型完全相同
解析 z是形成酸雨的主要成分之一，结合物质的转化关系图可知，z是SO2，n是O2，q是S单质；25 ℃时，0.01 mol/L的w溶液中c（H＋）/c（OH－）＝1.0×10－10，说明溶液的pH＝12，w是一元强碱NaOH，x是H2O ，y是Na2O2，m是H2，p是Na。A项，原子半径：HH2S，正确；C项H2O的电子式为H∶O,∶H，错误；D项Na2O2中含有离子键和非极性键，NaOH中含有离子键和极性键，错误。
答案 B
题型三 依据元素周期表的“片段结构”推断元素
[名师点拨]
元素周期表短周期的特殊结构
（1）He为0族元素，0族元素为元素周期表的右侧边界，0族元素右侧没有元素分布。
利用这个关系可以确定元素所在周期和族。
（2）元素周期表中第一周期只有两种元素H和He，H元素所在的第ⅠA族为元素周期表的左侧边界，第ⅠA族左侧无元素分布。
7.如图所示，X、Y、Z为短周期元素，且X、Z的核外电子数之和等于Y的核外电子数，下列说法不正确的是（ ）
A.三种元素中，Z元素原子半径最小
B.X、Y两种元素的气态氢化物能相互反应
C.Z位于元素周期表中第二周期、第ⅥA族
D.Y元素的气态氢化物与X的最高价氧化物对应的水化物能发生氧化还原反应
解析 根据题意可知：X是N；Y是S；Z是F。同一周期的元素，元素的原子序数越大，原子半径就越小，不同周期的元素，原子核外电子层数越多，原子半径越大，因此三种元素中，Z元素原子半径最小，A项正确；X元素的气态氢化物显碱性，而Y元素的气态氢化物显酸性，二者能够发生反应形成盐，B项正确；Z位于元素周期表中第2周期、第ⅦA族，C项错误；Y元素的气态氢化物H2S有强还原性，而X的最高价氧化物对应的水化物HNO3有强氧化性，因此能发生氧化还原反应，D项正确。
答案 C
8.短周期元素R、T、Q、W在元素周期表中的相对位置如图所示，其中T所处的周期序数与族序数相等。下列判断正确的是（ ）
A.元素R和Q可以形成一种新型复合材料
B.最高价氧化物对应水化物的酸性：Q
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