元素周期表和元素周期律的命題特點及應對策略

■鄭州外國語學校 梁國順

近五年高考理綜化學試題中，物質結構與性質方面的試題分為兩道，一道為選擇題，另一道為選做題。選擇題考查元素周期表和元素周期律部分，占6分；選做題考查選修3《物質結構與性質》的部分，占15分左右。元素周期律和元素周期表是每年高考試題必考內容，對考生升入高等院校繼續學習元素化學也有較強的指導作用。

考點:元素在周期表中的位置，元素金屬性和非金屬性強弱的比較，元素氣態氫化物的熱穩定性大小，最高價氧化物對應水化物的酸性強弱的比較，原子及離子半徑大小的比較，熟悉電子層結構相同的離子。

應對策略:對每年必考知識點進行總結，對常見物質的重要物理性質和化學性質以及特殊性進行歸納，熟練掌握。

1.元素原子結構的周期性和遞變性。

(1)同一主族沒有周期性，只有相似性和遞變性。同一周期沒有相似性，只有周期性和遞變性。

(2)同一主族，最外層電子數相同，最高化合價相同，非金屬元素的最低負化合價相同。從上到下，電子層數增加，原子半徑增大，金屬性增強，非金屬性減弱。同一周期，電子層數相同，從左到右最外層電子數增加，原子半徑減小，金屬性減弱，非金屬性增強。

2.元素的金屬性強弱的判斷方法。

(1)根據元素在周期表中的位置。

由元素周期表進行判斷，同周期中，從左向右，隨核電荷數的增加，金屬性減弱。同主族中，從上到下，隨核電荷數的增加，金屬性增強。

(2)依據金屬活動順序表(極少數除外)。

(3)元素金屬性強弱判斷的實驗依據。

①金屬單質跟水或酸反應置換出氫氣的難易程度:越容易置換出氫氣，則金屬性越強，反之，金屬性越弱。

②最高價氧化物對應水化物的堿性強弱:最高價氫氧化物的堿性越強，這種金屬元素金屬性越強，反之，金屬性越弱。

③金屬單質間的置換反應:金屬性強的金屬能置換出金屬性弱的金屬。

④高溫下與金屬氧化物間的置換反應:金屬性強的金屬能置換出金屬性弱的金屬，如鋁熱反應。

⑤由原電池的正負極判斷:一般情況下，活潑性強的作負極。

⑥由電解池的放電順序判斷:電解時，在陰極先析出的金屬為不活潑金屬(陽離子氧化性強的為不活潑金屬，氧化性弱的為活潑金屬)。

⑦由單質的還原性判斷:單質的還原性越強，則對應元素的金屬性越強。

⑧由金屬陽離子的氧化性強弱判斷:一般情況下，氧化性越強，對應金屬性越弱。特例，三價鐵的氧化性強于二價銅。

⑨能量:金屬元素原子失電子吸熱，吸收熱量越少，元素金屬性越強。

3.元素的非金屬性強弱的判斷方法。

(1)根據元素在周期表中位置。

由元素周期表進行判斷，同周期中，從左向右，隨核電荷數的增加，非金屬性增強。同主族中，從上到下，隨核電荷數的增加，非金屬性減弱。

(2)元素非金屬性強弱判斷的實驗依據。

①非金屬元素單質與氫氣化合的難易程度及生成氫化物的穩定性強弱:如果元素的單質跟氫氣化合生成氣態氫化物容易且穩定，則證明這種元素的非金屬性較強，反之，則非金屬性較弱。

②最高價氧化物對應水化物的酸性強弱:酸性越強則對應的元素的非金屬性越強，如酸性 HClO4＞H2SO4＞H3PO4＞H2CO3，則非金屬性Cl＞S＞P＞C。

③非金屬單質間的置換反應:非金屬性強的單質能置換出非金屬性弱的單質，如2F2+2H2O══4HF+O2，Cl2+2NaBr══2NaCl+Br2，3Cl2+2NH3══N2+6 HCl。

④由元素形成單質的氧化性判斷:一般情況下，氧化性越強，對應非金屬性越強。

⑤由對應簡單陰離子的還原性判斷:非金屬單質對應陰離子的還原性越強，該非金屬元素的非金屬性越弱。常見陰離子的還原性由強到弱的順序是S2-＞I-＞Br-＞Cl-＞F-，則非金屬性S＜I＜Br＜Cl＜F。

⑥與同一可變價金屬反應，生成物中金屬元素價態的高低:金屬元素在該產物中價態越高，則說明該非金屬元素的非金屬性越強。如Cu與Cl2反應生成CuCl2，Cu與S反應生成Cu2S，說明非金屬性Cl＞S。

⑦能量:非金屬元素原子得電子放熱，放熱越多離子越穩定，非金屬性越強。

4.粒子半徑大小比較規律。

(1)同種元素粒子半徑大小比較。

同種元素原子形成的粒子，核外電子數越多，粒子半徑越大。陽離子半徑小于相應原子半徑，如r(Na+)＜r(Na)；陰離子半徑大于相應原子半徑，如r(Cl—)＞r(Cl)；同種元素不同價態的離子，價態越高，離子半徑越小，如r(Fe)＞r(Fe+2)＞r(Fe3+)，r(H-)＞r(H)＞r(H+)。

(2)不同元素粒子半徑的比較。

①同周期元素，電子層數相同，原子序數越大，原子半徑、最高價陽離子半徑、最低價陰離子半徑均逐漸減小(僅限主族元素)，如r(Na)＞r(Mg)＞r(Al)＞r(S)＞r(Cl)，r(Na+)＞r(Mg2+)＞r(Al3+)，r(O2-)＞r(F-)。同一周期各元素，陰離子半徑一定大于陽離子半徑，如r(O2-)＞r(Li+)。

②同主族元素，最外層電子數相同，電子層數越多，原子半徑越大，同價態的離子半徑大小也如此，如r(F)＜r(Cl)＜r(Br)＜r(I)，r(F-)＜r(Cl-)＜r(Br-)＜r(I-)，r(Li+)＜r(Na+)＜r(K+)。

③電子層結構相同(核外電子排布相同)的不同粒子，核電荷數越大，半徑越小，如r(S2-)＞r(Cl-)＞r(Ar)＞r(K+)＞r(Ca2+)，r(O2-)＞r(F-)＞r(Na+)＞r(Mg2+)＞r(Al3+)。

④稀有氣體元素的原子，半徑比與它相鄰的鹵素原子的原子半徑大，如r(Ar)＞r(Cl)。

⑤核電荷數、電子層數、電子數都不相同的粒子，一般可以通過一種參照粒子進行比較，如鋁原子和氧原子，可以通過硼原子轉換，r(Al)＞r(B)＞r(O)，也可以通過硫原子轉換，r(Al)＞r(S)＞r(O)。

5.離子化合物和共價化合物的組成、結構特點(見表1)。

表1

例1a、b、c、d為原子序數依次增大的短周期主族元素，a原子核外電子總數與b原子次外層的電子數相同，c所在周期數與族數相同，d與a同族，下列敘述正確的是( )。

A.原子半徑:d＞c＞b＞a

B.4種元素中b的金屬性最強

C.c的氧化物的水化物是強堿

D.d單質的氧化性比a單質的氧化性強

解析:分析可知a為O元素，b可能為Na或Mg，c為Al，d為S元素。同周期元素從左到右原子半徑逐漸減小，應為b＞c＞d，a為O，原子半徑最小，故A項錯誤；同周期元素從左到右元素的金屬性逐漸降低，則金屬性b＞c，a、d為非金屬，金屬性較弱，則4種元素中b的金屬性最強，故B項正確；c為Al，對應的氧化物的水化物為氫氧化鋁，為弱堿，故C項錯誤；一般來說，元素的非金屬性越強，對應的單質的氧化性越強，應為a單質的氧化性強，故D項錯誤。

答案:B

例2短周期元素W、X、Y和Z在周期表中的相對位置如表2所示，這四種元素原子的最外層電子數之和為21。下列關系正確的是( )。

表2

A.氫化物沸點:W＜Z

B.氧化物對應水化物的酸性:Y＞W

C.化合物熔點:Y2X3＜YZ3

D.簡單離子的半徑:Y＜X

解析:由元素在周期表中的位置可知W、X為第二周期，Y、Z為第三周期，設Y的最外層電子數為n，則W的最外層電子數為n+2，X的最外層電子數為n+3，Z的最外層電子數為n+4，則n+n+2+n+3+n+4=21，n=3，則Y為Al元素，W為N元素，X為O元素，Z為Cl元素。

W為N元素，對應的氫化物分子之間可形成氫鍵，沸點比HCl高，故A項錯誤；Y為Al，對應的氧化物的水化物呈堿性，W為N，對應的氧化物的水化物溶液呈酸性，故B項錯誤；Al2O3為離子化合物，AlCl3為共價化合物，離子化合物的熔點較高，故C項錯誤；X為O，Y為Al，對應的離子具有相同的核外電子排布，核電荷數越大離子半徑越小，故D項正確。

點評:本題考查位置結構性質關系應用，為高考常見題型和高頻考點，側重考查考生的分析能力，元素的相對位置以及核外最外層電子的關系是解答本題的突破口，明確短周期及元素在周期表中的位置來推斷，難度不大。

答案:D

例3a、b、c、d為短周期元素，a的原子中只有1個電子，b2-和c+的電子層結構相同，d與b同族。下列敘述錯誤的是( )。

A.a與其他三種元素形成的二元化合物中其化合價均為+1

B.b與其他三種元素均可形成至少兩種二元化合物

C.c的原子半徑是這些元素中最大的

D.d與a形成的化合物的溶液呈弱酸性

解析:a、b、c、d為短周期元素，a的原子中只有1個電子，a為H；根據離子所帶電荷可知b2-可能是 O2-、S2-，C+可能是Na+，b2-和c+的電子層結構相同，所以b為O，c為Na；d與b同族，d為S。氫元素與其他三種元素形成的二元化合物中，NaH中H元素的化合價為-1，A項錯誤；氧元素與其他三種元素形成的二元化合物分別是:H2O、H2O2，Na2O、Na2O2，SO2、SO3，均可形成至少兩種二元化合物，B項正確；a、b、c、d分別為氫元素、氧元素、鈉元素、硫元素，電子層數越多，原子半徑越大，同周期元素，核電荷數越小，原子半徑越大，因此鈉的原子半徑是這些元素中最大的，C項正確；硫元素和氫元素形成的硫化氫的溶液呈弱酸性，D項正確。

答案:A

例4四種短周期主族元素 W、X、Y、Z的原子序數依次增大，W、X的簡單離子具有相同電子層結構，X的原子半徑是短周期主族元素原子中最大的，W與Y同族，Z與X形成的離子化合物的水溶液呈中性。下列說法正確的是( )。

A.簡單離子半徑:W＜X＜Z

B.W與X形成的化合物溶于水后溶液呈堿性

C.氣態氫化物的熱穩定性:W＜Y

D.最高價氧化物的水化物的酸性:Y＞Z

解析:X的原子半徑是短周期主族元素原子中最大的，X為Na；Z與X形成的離子化合物的水溶液呈中性，為氯化鈉，Z為Cl；W、X的簡單離子具有相同電子層結構，W為氧元素。W與Y同族，則Y為硫元素。

鈉離子和氧離子電子層結構相同，核電荷數越大，半徑越小，故鈉離子半徑小于氧離子半徑，故A項錯誤；氧和鈉形成的化合物為氧化鈉或過氧化鈉，其水溶液都為氫氧化鈉，顯堿性，故B項正確；水和硫化氫比較，水穩定性強，故C項錯誤；最高價氧化物對應的水化物中高氯酸是最強酸，故D項錯誤。

答案:B

例5W、X、Y、Z均為短周期元素，原子序數依次增加，且原子核外L電子層的電子數分別為0、5、8、8，它們的最外層電子數之和為18。下列說法正確的是( )。

A.單質的沸點:W＞X

B.陰離子的還原性:W＞Z

C.氧化物的水化物的酸性:Y＜Z

D.X與Y不能存在于同一離子化合物中

解析:W的L層電子數為0，可知W為H；X的L層電子數為5，可知X為N；Y和Z的L層電子數為8，均為第3周期元素；根據它們的最外層電子數之和為18，原子序數依次增加，可知Y為P元素，Z為Cl元素。

氫氣和氮氣均為分子晶體，相對分子質量越大，熔沸點越高，N2＞H2，A項錯誤；H元素的非金屬性比Cl弱，所以簡單離子還原性H+＞Cl-，B項正確；C項未指明是最高價氧化物水化物的酸性，錯誤；從物質分類的角度，鹽類中可能存在N和P兩元素，陽離子可能是NH+4、PH+4，陰離子可能是含N、P的含氧酸根，D項錯誤。

答案:B

點評:考查晶體熔沸點高低判斷依據，元素非金屬性強弱判斷方法，非金屬元素形成的粒子特點。

例6原子序數依次增大的元素a、b、c、d，它們的最外層電子數分別為1、6、7、1。a-的電子層結構與氦相同，b和c的次外層有8個電子，c-和d+的電子層結構相同。下列敘述錯誤的是( )。

A.元素的非金屬性次序為c＞b＞a

B.a和其他3種元素均能形成共價化合物

C.d和其他3種元素均能形成離子化合物

D.元素a、b、c各自最高和最低化合價的代數和分別為0、4、6

解析:a-的電子層結構與氦相同，a是H元素。b和c的次外層有8個電子，b、c都是第三周期元素，b、c的最外層電子數分別為6、7，b、c依次為S、Cl。c-和d+的電子層結構相同，d為K。

非金屬性Cl＞S＞H，即c＞b＞a，A項正確；活潑金屬 K、Ca、Na、Mg與 H、S、Cl等非金屬能形成離子化合物，H與非金屬元素形成的化合物都是共價化合物，所以，B項錯誤，C項正確；根據化合價的遞變規律，D選項也是正確的。

答案:B

點評:考查離子化合物、共價化合物的組成特點，短周期元素非金屬性強弱判斷，主族元素常見的化合價。

例7某晶體中含有極性鍵，關于該晶體的說法錯誤的是( )。

A.不可能有很高的熔沸點

B.不可能是單質

C.可能是有機物

D.可能是離子晶體

解析:二氧化硅晶體中含有極性鍵，具有較高的熔沸點，故A項錯誤；單質形成的原子晶體中含有非極性鍵，故B項正確；冰醋酸晶體中含有極性鍵，故C項正確；NaOH中含有極性鍵，是離子晶體，故D項正確。

答案:A