第2节 元素周期律
1．掌握元素周期律的实质，以第三周期为例，掌握同一周期内元素性质的递变规律与原子结构的关系。
2．以ⅠA和ⅦA族为例，掌握同一主族内元素性质的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。
一、同主族（ⅠA、ⅦA）元素性质的相似性和递变性
1．碱金属元素
相似性
递变性（Li～Cs）
原子结构[来源:学|科|网Z|X|X|K]
最外层均为______个电子
电子层数逐渐________
核电荷数逐渐________
原子半径逐渐________
元素性质
都具有较强的______，最高正价均为____价
金属性逐渐__________
单质性质
物理性质[来源:Zxxk.Com]
（除Cs外）都呈______色，密度________，熔点________[来源:学科网ZXXK]
密度逐渐________（K反常），熔点逐渐__________[来源:学科网][来源:学.科.网]
化学性质
都具有较强的______
还原性逐渐______，与O2反应越来越____，产物越来越复杂
2．卤族元素
相似性
递变性（F～I）
原子结构
最外层均为________个电子
电子层数逐渐________
核电荷数逐渐________
原子半径逐渐________
元素性质
都具有较强的______，最高正价均为______（F除外）
非金属性逐渐__________
单质性质
物理性质
都有____________，
都具有__________
颜色逐渐____________
密度逐渐____________
熔、沸点逐渐__________
化学
性质
都具有较强的_____________
氧化性逐渐______，与H2反应越来越______，产物越来越________
3．元素性质与原子结构的关系
―→―→―→―→
即时训练1 下列说法中正确的是________。
①同一主族的元素具有相似的性质是因为原子的最外层电子数相同
②同一主族元素的性质具有递变性是因为从上到下原子的电子层数逐渐增多
③碱金属元素的最高化合价均为＋1价
④卤族元素的最低化合价均为－1价
⑤卤族元素的最高化合价均为＋7价
⑥碱金属均具有强还原性，与水反应均生成氢气
⑦同一主族的元素从上往下，单质的熔点逐渐降低
特别提示：同一主族元素的性质不一定都符合上表规律，如第一主族中的H，同理最外层电子数相同的元素，其化学性质也不一定相似，如H与Na、He与Mg等。
二、元素周期律
1．定义
元素的性质随着______________的递增而呈________变化的规律。
2．实质
元素原子__________的周期性变化。
3．元素周期表中主族元素性质的递变规律
同周期（左→右）
同主族（上→下）
结构
↓
性质
↓
应用
电子层结构
电子层数
最外层电子数
____（1→8或2）
____（族序数）
核电荷数
（核内质子数）
原子半径
____（稀有气体元素除外）
离子半径
阳离子逐渐____
阴离子逐渐____
逐渐____
主要化合价
最高正化合价：____
最低负化合价：____
相似
负化合价＝－（8－主族序数）
最高正化合价＝主族序数＝最外层电子数（O、F除外）
元素原子失电子能力
逐渐减弱
增强
元素原子得电子能力
增强
减弱
元素的金属性和非金属性
金属性逐渐______，非金属性逐渐____
金属性逐渐______，非金属性逐渐____
离子的氧化性和还原性
阳离子氧化性____，阴离子还原性____
阳离子氧化性____，阴离子还原性____
最高价氧化物对应水化物的酸性
逐渐______
逐渐______
最高价氧化物对应水化物的碱性
逐渐______
逐渐______
气态氢化物稳定性
逐渐______
逐渐______
即时训练2 比较下列表述性质的大小，原子半径：（1）Na________K、P________Cl；（2）非金属性：S________O、P________Cl；（3）金属性：Na________K、Mg________Al；（4）碱性：NaOH________KOH、Mg（OH）2________Al（OH）3；（5）酸性：H2SO4________HClO4；（6）稳定性：HF________HBr、NH3________CH4。
三、元素周期表及元素周期律的应用
1．元素周期表中元素的分区
____________________的元素，既能表现出一定的非金属性，又能表现出一定的金属性。
2．元素周期表和元素周期律应用的重要意义
（1）科学预测
为新元素的发现及预测它们的原子结构和性质提供线索。
（2）寻找新材料
①半导体材料：在________________________附近的元素中寻找。
②在________________中寻找优良的催化剂和耐高温、耐腐蚀的合金材料。
③在周期表中的____________________附近探索研制农药的材料。
（3）预测元素的性质（根据同周期、同主族性质的递变规律）。
即时训练3 下列说法中正确的是__________。
A．Na是短周期元素中金属性最强的元素
B．F是短周期元素中非金属性最强的元素
C．位于元素周期表最右上角的元素是非金属性最强的元素
D．位于金属与非金属分界线附近的元素，既能表现出一定的金属性，又能表现出一定的非金属性
E．Al位于金属与非金属分界线附近，可作为半导体材料
F．催化剂一般在过渡元素中寻找
一、元素金属性和非金属性的强弱比较
1．根据元素在周期表中的位置
2．根据金属活动性顺序
金属的位置越靠前，其金属性越强。
3．根据实验
（1）元素金属性强弱的比较
①根据金属单质与水（或酸）反应的难易程度：越易反应，则对应金属元素的金属性越强。
②根据金属单质与盐溶液的置换反应：A置换出B，则A对应的金属元素比B对应的金属元素金属性强。
③根据金属单质的还原性或对应阳离子的氧化性强弱：单质的还原性越强，对应阳离子的氧化性越弱，元素的金属性越强（Fe对应的是Fe2＋，而不是Fe3＋）。
④根据最高价氧化物对应水化物的碱性强弱：碱性越强，则对应金属元素的金属性越强。
⑤根据电化学原理：不同金属形成原电池时，作负极的金属活泼；在电解池中的惰性电极上，先析出的金属其对应的元素不活泼。
（2）元素非金属性强弱的比较
①根据非金属单质与H2化合的难易程度：越易化合则其对应元素的非金属性越强。
②根据形成的氢化物的稳定性：氢化物越稳定，则其对应元素的非金属性越强。
③根据非金属之间的相互置换：A能置换出B，则A对应的非金属元素的非金属性强于B对应元素的非金属性。
④根据最高价氧化物对应水化物的酸性强弱：酸性越强，则元素的非金属性越强。
【例1－1】下列说法中正确的是（ ）。
A．从HF、HCl、HBr、HI酸性递增的事实，推出F、Cl、Br、I的非金属性递增的规律
B．第三周期非金属元素含氧酸的酸性从左到右依次增强
C．HF、HCl、HBr、HI的热稳定性和还原性从左到右依次减弱
D．测定等浓度的NaCl、AlCl3两溶液的pH可以比较钠、铝的金属性强弱
E．H2SO3的酸性大于H2CO3，所以S的非金属性大于碳的非金属性
F．硅酸钠溶液中滴入酚酞溶液，溶液变红，再滴加稀盐酸，溶液红色变浅直至消失，可证明非金属性：Cl＞Si
G．氢化物稳定性：HF＞HCl＞H2S＞SiH4＞PH3
误区警示
元素的非金属性常用最高价氧化物水化物的酸性及气态氢化物的稳定性判断，但应注意气态氢化物水溶液的酸性强弱不能作为判断依据（如酸性HCl＞H2S，不能证明氯的非金属性大于硫的非金属性）。
【例1－2】 下列说法中正确的是（ ）。
A．ⅠA族元素的金属性比ⅡA族元素的金属性强
B．ⅥA族元素的氢化物中，稳定性最好的是无毒的液体
C．在周期表中X元素排在Y元素的右面，所以X元素的非金属性大于Y
D．X元素单质可以把Y元素从其溶液中置换出来，所以X的金属性大于Y
二、元素“位、构、性”
明确下列关系式
（1）电子层数＝周期序数。
（2）最外层电子数＝主族序数。
（3）质子数＝原子序数＝核电荷数。
（4）主族元素的最高正价＝族序数。
最低负价＝主族序数－8。
（5）原子序数是奇数（或偶数）的主族元素，其所在主族序数必为奇数（或偶数）。
【例2－1】 元素X、Y、Z原子序数之和为36，X、Y在同一周期，X＋与Z2－具有相同的核外电子层结构。下列推测不正确的是（ ）。
A．同周期元素中X的金属性最强
B．原子半径X＞Y，离子半径X＋＞Z2－
C．同族元素中Z的氢化物稳定性最高
D．同周期元素中Y的最高价氧化物对应水化物的酸性最强
方法归纳
利用元素的“位、构、性”关系推断元素时，要充分利用元素周期表，首先判断所比较的元素在周期表中的大致位置，然后再运用元素周期律进行比较；还要注意一些规律，如“阴上阳下”规律：具有相同电子层结构的离子，阴离子元素在阳离子元素的上一个周期。如：“Xm＋”“Yn－”的电子层结构相同，则X元素在Y元素的下一个周期，故原子序数X＞Y。
【例2－2】 （改编自2012北京东城二模）四种短周期元素W、X、Y、Z，原子序数依次增大，请结合表中信息回答下列问题。
W
X
Y
Z
结构或性质
最高价氧化物是一种温室气体
焰色反应呈黄色
在同周期主族元素形成的简单离子中，离子半径最小
最高正价与最低负价之和为零
（1）Z在元素周期表中位于第________族。
（2）上述元素的最高价氧化物对应的水化物中，有一种物质在一定条件下均能与其他三种物质发生化学反应，该元素是________（填元素符号）。
（3）①下列可作为比较X和Y金属性强弱的依据是________（填序号）。
a．自然界中的含量
b．相同浓度条件氯化物水溶液的pH
c．单质与水反应的难易程度
d．单质与酸反应时失去的电子数
②从原子结构的角度解释X的金属性强于Y的原因：_________________________。
三、微粒半径大小的比较
1．同周期元素从左到右，原子半径（0族例外）、离子半径（同种电性）都是逐渐减小，如第三周期r（Na）＞r（Mg）＞r（Al）＞r（Si）＞r（P）＞r（S）＞r（Cl）；金属阳离子如r（Na＋）＞r（Mg2＋）＞r（Al3＋）；非金属简单阴离子如r（P3－）＞r（S2－）＞r（Cl－）。
2．同主族元素由上而下，原子半径、离子半径都是逐渐增大，如第ⅠA族原子r（Li）＜r（Na）＜r（K）＜r（Rb）＜r（Cs）；第ⅦA族原子r（F）＜r（Cl）＜r（Br）＜r（I）；第ⅠA族阳离子r（Li＋）＜r（Na＋）＜r（K＋）＜r（Rb＋）＜r（Cs＋）；第ⅦA族阴离子r（F－）＜r（Cl－）＜r（Br－）＜r（I－）。
3．同种元素原子形成的粒子半径大小为：阴离子＞原子＞阳离子，如r（Na）＞r（Na＋）、r（Cl－）＞r（Cl）。
4．电子层结构相同（核外电子排布相同）的离子半径随核电荷数增大而减小。如r（S2－）＞r（Cl－）＞r（K＋）＞r（Ca2＋），r（F－）＞r（Na＋）＞r（Mg2＋）＞r（Al3＋）。
【例3】（改编组合）A、B、C、D是四种短周期元素，已知A、C同主族，B、D同周期，A的气态氢化物比C的气态氢化物稳定；B的阳离子比D的阳离子氧化性强，若B的阳离子比C的阴离子少一个电子层，下列比较中可推断正确的是（ ）。
A．原子序数：A＞B＞C＞D
B．原子半径：D＞B＞C＞A
C．离子半径：r（Dx＋）＜r（By＋）
D．离子半径：r（Am－）＜r（Cm－），r（Am－）＜r（Dx＋）
方法归纳
微粒半径大小比较可归纳为三种方法：
①运用元素周期表进行比较，如上述规律中的1、2。
②运用“同层比核，同核比层”进行比较。“同层比核”如：Na＋与F－、Cl与S、Cl－与S2－的电子层数相同，核电荷数越大，原子核对电子的引力越大，半径越小；同理，“同核比层”如：Na与Na＋、Cl与Cl－的核电荷数相同，核外电子层越多，原子（或离子）半径越大。
③上述两种方法的综合，如电子层和核电荷数都不相同的，一般可通过方法①找到参照物进行比较。如比较r（Al3＋）与r（S2－）的大小，可找出与S同主族的O，然后进行比较r（Al3＋）＜r（O2－）、r（O2－）＜r（S2－），所以r（Al3＋）＜r（S2－）。
元素性质递变规律的实验探究
元素周期律是高中化学的重要理论体系之一，高考常常借助元素性质的递变规律，以实验设计、实验评价的形式考查理论、考查实验，体现了高考的创新设计与能力考查。
【实验典例】
某化学兴趣小组为探究元素性质的递变规律，设计如下系列实验。
Ⅰ.（1）将钠、钾、镁、铝各0.1 mol分别投入到足量的0.1 mol·L－1的盐酸中，试预测实验结果：________与盐酸反应最剧烈，________与盐酸反应最慢。
（2）将NaOH溶液与NH4Cl溶液混合生成NH3·H2O，从而验证NaOH的碱性大于NH3·H2O，继而可以验证Na的金属性大于N，你认为此设计是否合理？并说明理由：______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。
Ⅱ.利用下图装置可以验证非金属性的变化规律。
（3）仪器A的名称为____________，干燥管D的作用是_______________________。
（4）实验室中现有药品Na2S、KMnO4、浓盐酸、MnO2，请选择合适药品设计实验验证氯的非金属性大于硫：装置A、B、C中所装药品分别为________、________、________，装置C中的实验现象为有黄色沉淀生成，离子方程式为____________________________。
（5）若要证明非金属性：C＞Si，则A中加__________、B中加Na2CO3、C中加__________，观察到C中溶液的现象为________________________________。
1．（高考集萃）下列叙述中正确的是________。
A．（2012山东理综）第ⅠA族金属元素是同周期中金属性最强的元素
B．（2012山东理综）第ⅦA族元素的阴离子还原性越强，其最高价氧化物对应水化物的酸性越强
C．（2011天津理综）同周期元素（除0族元素外）从左到右，原子半径逐渐减小
D．（2011天津理综）第ⅦA族元素从上到下，其氢化物的稳定性逐渐增强
E．（2011天津理综）同主族元素从上到下，单质的熔点逐渐降低
F．（2011福建理综）H3BO3的酸性比H2CO3的强
G．（2011福建理综）Mg（OH）2的碱性比Be（OH）2的强
H．（2011山东理综）P、S、Cl得电子能力和最高价氧化物对应水化物的酸性均依次增强
I．（2011山东理综）元素周期表中位于金属和非金属分界线附近的元素属于过渡元素
J．（2011山东理综）元素原子的最外层电子数等于元素的最高化合价
2．（2012北京朝阳二模）氯和硫都是重要的非金属元素。下列叙述不能说明氯的非金属性比硫强的是（ ）。
A．氯化氢的沸点比硫化氢的沸点高
B．与氢气反应时，氯气比硫更容易
C．氯气可以从氢硫酸溶液中置换出硫
D．高氯酸（HClO4）的酸性比H2SO4强
3．X、Y、Z、W四种短周期主族元素的原子序数依次增大，X在短周期中原子半径最大，Y是地壳中含量最高的金属元素，Z的最高正化合价与最低负化合价的代数和为4。下列说法正确的是（ ）。
A．气态氢化物的稳定性：Z＜W
B．X与W形成的化合物中含有共价键
C．最高价氧化物对应水化物的碱性：X＜Y
D．Y的氧化物不能与X的最高价氧化物的水化物发生反应
4．短周期元素甲、乙、丙、丁的原子序数依次增大，甲与乙形成的气态氢化物的水溶液呈碱性，乙位于第ⅤA族，甲和丙同主族，丁的最外层电子数和电子层数相等，则（ ）。
A．甲和乙形成的气态氢化物中，各原子均已达到8电子稳定结构
B．单质的还原性：丁＞丙＞甲
C．甲、乙、丙的氧化物均为共价化合物
D．乙、丙、丁的最高价氧化物对应的水化物能相互反应
5．W、X、Y、Z是四种常见的短周期元素，其原子半径随原子序数变化如图所示。已知W的一种核素的质量数为18，中子数为10；X和Ne原子的核外电子数相差1；Y的单质是一种常见的半导体材料；Z的最高价氧化物对应水化物的酸性在本周期主族元素中最大。
（1）X位于元素周期表中第________周期第____族；W的气态氢化物的化学式为________。
（2）X的单质和Y的单质相比，熔点较高的是______（写元素符号）；Z的气态氢化物和溴化氢相比，较稳定的是__________（写化学式）。
（3）Y与Z形成的化合物与足量水反应，生成一种弱酸和一种强酸，该反应的化学方程式是______________。
参考答案
基础梳理整合
一、1.1 增多 增大 增大 金属性 ＋1 增强 银白 较小 较低 增大 降低 还原性 增强 剧烈
2．7 增多 增大 增大 非金属性 ＋7 减弱 颜色 毒性 加深 增大 升高 氧化性 减弱 难 不稳定
3．增大 减弱 增强 减弱 增强 减弱
即时训练1
答案：①②③④⑥
二、1.原子序数 周期性
2．核外电子排布
3．相同 递增 递增 相同 递增 递增 递减 递增 减小 减小 增大 ＋1→＋7 －4→－1 减弱 增强 增强 减弱 增强
减弱 减弱 增强 增强 减弱减弱 增强 增强 减弱
即时训练2
(1)＜ ＞ (2)＜ ＜ (3)＜ ＞ (4)＜ ＞ (5)＜ (6)＞ ＞
三、1.非金属 金属 分界线附近
2．(2)①金属与非金属的分界线 ②过渡元素 ③氟、氧、硫、磷
即时训练3
答案：ABDF
核心归纳突破
【例1－1】 D 解析：用酸性判断非金属性强弱，一定要用最高价氧化物对应水化物的酸性强弱来判断，所以A、B选项均错；HF、HCl、HBr、HI的还原性从左到右依次增强，C错误；测定等浓度的NaCl、AlCl3两溶液的pH可以比较两盐的水解程度，从而得出最高价氧化物水化物NaOH、Al(OH)3的碱性强弱。
【例1－2】 B 解析：同周期的元素自左向右金属性逐渐减弱，A、C项没有说同一周期，如Na不如Ca的金属性强、H是非金属，A、C错误；ⅥA族元素的氢化物中，稳定性最好的是H2O，B正确；由Cl2＋2KI===2KCl＋I2可知D错误。
【例2－1】 B 解析：根据X、Y在同一周期，X＋与Z2－具有相同的核外电子层结构，可推出Z在X、Y的上一个周期，又因为X、Y、Z原子序数之和为36，综合判断知X为Na、Z为O、Y为Cl，确定三元素在周期表中的位置，可判断A、C、D正确；依据“同层比核”，离子半径Na＋＜O2－，故B错误。
【例2－2】 答案：(1)ⅣA (2)Na (3)①bc ②电子层数相同，质子数Y的大于X的，原子半径X＞Y，所以原子核对最外层电子的吸引力X＜Y，失电子能力X＞Y
解析：(1)由表中所给性质可知W、X、Y、Z分别为C、Na、Al、Si；(2)其最高价氧化物对应的水化物分别为H2CO3、NaOH、Al(OH)3、H2SiO3，可知该元素是Na；(3)①由相同浓度NaCl、AlCl3溶液的pH可知，Al(OH)3为弱碱；单质与酸反应时失去电子的多少与金属性强弱无关，金属性强弱与得失电子的难易程度有关。
【例3】 B 解析：由A的气态氢化物比C的气态氢化物稳定，可知A在C的上一周期；B的阳离子比D的阳离子氧化性强，可知B排在D的后面；由B的阳离子比C的阴离子少一个电子层，可知B、C在同一周期，且推断B在元素周期表的左边，C在元素周期表的右边，综上所述确定A、B、C、D在元素周期表中的位置如图。分析四个选项，只有B正确。
实验探究拓展
实验典例
答案：(1)钾 铝
(2)不合理，用碱性强弱比较金属性强弱时，一定要用最高价氧化物对应水化物的碱性强弱比较，NH3·H2O中的N不是最高价
(3)分液漏斗 防止倒吸
(4)浓盐酸 KMnO4 Na2S S2－＋Cl2===S↓＋2Cl－
(5)硫酸 Na2SiO3 有白色沉淀产生
解析：(4)由题中所给药品可知可用Na2S与氯气发生置换反应判断非金属性强弱，因为无加热装置，所以只能选择KMnO4与浓盐酸反应制取氯气；(5)由B中药品为Na2CO3可知，用最高价氧化物对应水化物的酸性强弱判断非金属性强弱，所以A中加入硫酸，B、C装置中加入相应的盐。
演练巩固提升
1．答案：ACGH
解析：同周期元素从左到右金属性逐渐减弱，A项正确；第ⅦA族元素的阴离子还原性越强，则元素的非金属性越弱，其最高价氧化物对应水化物的酸性越弱，B项错误；第ⅦA族元素从上到下，其氢化物的稳定性逐渐减弱，D错；第ⅦA族元素从上到下，单质的熔点逐渐升高，E错；B、C两元素在同一周期，C的非金属性大于B的，F选项错误；同一周期从左到右，非金属性逐渐增强，得电子能力越来越强，最高价氧化物对应水化物的酸性也依次增强，H正确；过渡元素在第ⅡA与第ⅢA之间，金属与非金属的分界线附近属于半导体，I错误；由氟可知J错误。
2．A 解析：气态氢化物只能从稳定性的角度判断非金属性强弱，A错误。
3．A 解析：X、Y、Z分别为Na、Al、S，由原子序数依次增大可知W只能为Cl；NaCl中只含有离子键，B选项错误。
4．D 解析：甲为H，乙为N，丙为Na，丁为Al；NH3中的氢原子不是8电子稳定结构，A选项错误；丙的氧化物为离子化合物，C选项错误。
5．答案：(1)三 ⅠA H2O
(2)Si HCl
(3)SiCl4＋3H2O===H2SiO3↓＋4HCl
解析：W的质子数＝18－10＝8，所以W为氧元素；X、Y、Z均为第三周期的元素，Z的最高价氧化物对应水化物的酸性在本周期主族元素中最大，可知Z为Cl；X为Na、Y为Si；SiCl4与足量水反应，生成一种弱酸和一种强酸，可知强酸是HCl，弱酸是H2SiO3。
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