物質結構與元素周期律

一、原子結構及其組成微粒間的關系1．粒子之間的關系粒子種類符號粒子之間的關系電性關系質量關系中性原子原子序數＝核電荷數＝核內質子數＝核外電子數質量數＝質子數＋中子數陽離子原子序數＝核電荷數＝核內質子數＝核外電子數＋m陰離子原子序數＝核電荷數=核內質子數＝核外電子數－n

2.1～20號元素原子的電子層結構特征：(1)最外層有1個電子的元素：H、Li、Na、K；(2)最外層電子數等于次外層電子數的元素：Be、Ar；(3)最外層電子數是次外層電子數2倍的元素：C；(4)最外層電子數是次外層電子數3倍的元素：O；(5)最外層電子數是內層電子數總數一半的元素：Li、P；(6)最外層電子數是次外層電子數4倍的元素：Ne；(7)次外層電子數是最外層電子數2倍的元素：Li、Si；(8)次外層電子數是其他各層電子總數2倍的元素：Li、Mg；(9)次外層電子數與其他各層電子總數相等的元素Be、S；(10)電子層數與最外層電子數相等的元素：H、Be、Al。

3．元素、同位素、核素之間的聯系和區(qū)別圖解

二、元素周期表中“位、構、性”的關系及應用1．“位、構、性”之間的三角關系

2．性質與位置互推問題是解題的關鍵熟悉元素周期表中同周期、同主族元素性質的遞變規(guī)律，主要包括：(1)元素的金屬性、非金屬性。(2)氣態(tài)氫化物的穩(wěn)定性。(3)最高價氧化物對應水化物的酸堿性。(4)金屬與H2O或酸反應的難易程度。

3．結構和性質的互推問題是解題的要素(1)原子結構決定元素原子得失電子的能力。(2)同主族元素最外層電子數相同，化學性質相似。(3)通過原子結構判斷元素金屬性和非金屬性的強弱?！痉椒记伞?．判斷元素金屬性和非金屬性強弱的依據金屬性比較本質原子越易失去電子，金屬性越強判斷依據①在金屬活動性順序中位置越靠前，金屬性越強②單質與水或非氧化性酸反應置換H2的能力越強，金屬性越強③單質還原性越強或陽離子氧化性越弱，金屬性越強④最高價氧化物對應水化物的堿性越強，金屬性越強⑤若Xn＋＋Y→X＋Ym＋，則Y比X金屬性強非金屬性比較

本質原子越易得電子，非金屬性越強判斷依據①單質與H2化合越容易，氣態(tài)氫化物越穩(wěn)定，非金屬性越強②單質氧化性越強，陰離子還原性越弱，非金屬性越強③最高價氧化物對應水化物的酸性越強，非金屬性越強④An－＋B→Bm－＋A，則B比A非金屬性強2.比較單核微粒半徑的方法(1)同周期元素的微粒同周期元素的原子或最高價陽離子或最低價陰離子半徑隨核電荷數增大而逐漸減小(稀有氣體元素除外)，如Na>Mg>Al>Si，Na＋>Mg2＋>Al3＋，S2－>Cl－。

(2)同主族元素的微粒同主族元素的原子或離子半徑隨核電荷數增大而逐漸增大，如Li<Na<K，Li＋<Na＋<K＋

(3)電子層結構相同的微粒電子層結構相同(核外電子排布相同)的離子半徑(包括陰、陽離子)隨核電荷數的增加而減小，如O2－>F－>Na＋>Mg2＋>Al3＋。

(4)同種元素形成的微粒同種元素原子形成的微粒電子數越多，半徑越大。如Fe3＋<Fe2＋<Fe，H＋<H<H－

三、物質結構中微粒間的相互作用1．只含共價鍵的物質(1)只含非極性共價鍵的物質：同種非金屬元素構成的單質，如I2、N2、P4、金剛石、晶體硅等。(2)只含極性鍵的物質：不同種非金屬元素構成的共價化合物，如HCl、NH3、SiO2、CS2等。(3)既有極性鍵又有非極性鍵的物質：如H2O2、N2H4、C2H2、CH3CH3、C6H6(苯)等。

2．只含有離子鍵的物質：活潑非金屬元素與活潑金屬元素形成的化合物，如Na2S、CsCl、K2O、NaH等。

3．既含有離子鍵又含有共價鍵的物質，如Na2O2、CaC2、NH4Cl、NaOH、Na2SO4等。

4．無化學鍵的物質：稀有氣體，如氬氣、氦氣等。【方法技巧】解答元素推斷題的基本方法1．根據原子或離子的結構示意圖推斷(1)已知原子結構示意圖，可由下列等式確定元素在周期表中的位置和元素的種類：電子層數＝周期數，最外層電子數＝主族序數。如果已知離子的結構示意圖，則須將其轉化為原子結構示意圖來確定。(2)電子層結構相同的微粒：陰離子對應的元素在具有相同電子層結構的稀有氣體元素的前面，陽離子對應的元素在具有相同電子層結構的稀有氣體元素的下一周期的左邊位置，簡稱“陰前陽下”。

2．根據元素化合價的特征關系推斷(1)根據等式確定元素在周期表中的位置：最高正化合價數＝最外層電子數＝主族序數(O、F除外)。(2)如果已知負化合價(或陰離子的符號)，則須用等式先求出最高正化合價：最高正化合價＝8－|負化合價|，再確定元素在周期表中的位置。

3．根據原子半徑的遞變規(guī)律推斷根據原子半徑來推斷元素的相對位置：同周期中左邊元素的原子半徑比右邊元素的原子半徑大，同主族中下邊元素的原子半徑比上邊元素的原子半徑大。

4．根據元素的原子結構特征推斷(1)利用元素的原子結構特征確定元素在周期表中的位置：①最外層電子數等于或大于3(小于8)的一定是主族元素。②最外層有1個或2個電子，則可能是ⅠA或ⅡA族元素，還有可能是副族元素、Ⅷ族元素或0族元素氦。③次外層電子數是2的元素在第二周期；次外層電子數是8的元素在第三周期或第四周期的ⅠA、ⅡA族；最外層電子數比次外層電子數多的元素一定位于第二周期。④某元素陰離子的最外層電子數與次外層電子數相同，該元素位于第三周期；若為陽離子，則對應元素位于第四周期。(2)利用元素的特征來推斷元素的位置：如根據“形成化合物最多的元素”，“空氣中含量最多的元素”、“地殼中含量最多的元素”等特征來推斷。

5．根據稀有氣體的原子序數推斷各周期最后的元素都是稀有氣體元素，其原子序數的數值實際上等于前幾周期的元素種數之和。熟記這些原子序數，對推斷某元素在周期表中的位置很有幫助。

四、例題解析

1、a、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【答案】B【解析】a、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，因此a、b、c、d分別為O、Na或Mg、Al、S。一般電子層數越多，半徑越大，同周期從左向右原子半徑減小，因此半徑大小順序是Na(Mg)>Al>S>O，A錯誤；同周期從左向右金屬性減弱，因此Na或Mg在4種元素中金屬性最強，B正確；c的氧化物的水化物為氫氧化鋁，為兩性氫氧化物，C錯誤；同主族從上到下非金屬性減弱，因此S的氧化性比氧氣弱，D錯誤。

2、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<ZB．W與X形成的化合物溶于水后溶液呈堿性C．氣態(tài)氫化物的熱穩(wěn)定性：W<YD．最高價氧化物的水化物的酸性：Y>Z解析由題意可知X為Na，則Z為Cl，W、Y分別為O、S。A項，離子半徑：Cl―>O2―>Na＋，即X<W<Z，錯誤；B項，W與X形成的化合物為Na2O或Na2O2，二者溶于水后都生成NaOH，所得溶液均呈堿性，正確；C項，非金屬性O>S，故氣態(tài)氫化物的熱穩(wěn)定性：H2O>H2S，即W>Y，錯誤；D項，元素的非金屬性Y(S)<Z(Cl)，則最高價氧化物的水化物的酸性：Y<Z，錯誤。答案B

3、下列有關性質的比較，不能用元素周期律解釋的是()A．酸性：H2SO4＞H3PO4

B．非金屬性：Cl>BrC．堿性：NaOH>Mg(OH)2

D．熱穩(wěn)定性：Na2CO3>NaHCO3解析A項，同周期元素自左向右其最高價氧化物對應水化物酸性增強，酸性：H2SO4＞H3PO4，能用元素周期律解釋；B項，同主族元素自上而下非金屬性逐漸減弱，非金屬性Cl＞Br，能用元素周期律解釋；C項，同周期元素自左向右其最高價氧化物對應水化物堿性減弱，堿性：NaOH＞Mg(OH)2，能用元素周期律解釋；D項，碳酸鹽的熱穩(wěn)定性大于其碳酸氫鹽的熱穩(wěn)定性，如熱穩(wěn)定性：Na2CO3＞NaHCO3，與元素周期律無關。答案D

4、短周期元素X、Y、Z、W在元素周期表中的相對位置如圖所示。已知Y、W的原子序數之和是Z的3倍，下列說法正確的是()YZXWA.原子半徑：X<Y<ZB．氣態(tài)氫化物的穩(wěn)定性：X>ZC．Z、W均可與Mg形成離子化合物D．最高價氧化物對應水化物的酸性：Y>W解析由題意可知，短周期元素X、Y、Z、W分別位于2、3周期，設Z的原子序數為x，則Y、W的原子序數分別為x－1、x＋9，則有x－1＋x＋9＝3x，解得x＝8，則元素X、Y、Z、W分別為Si、N、O、Cl。A項，原子半徑應為X>Y>Z，錯誤；B項，氣態(tài)氫化物的穩(wěn)定性應為X<Z，錯誤；C項，O、Cl分別與Mg反應生成的MgO、MgCl2均為離子化合物，正確；D項，非金屬性：N＜Cl，則最高價氧化物對應水化物的酸性：HNO3<HClO4，錯誤。答案C

5、短周期主族元素W、X、Y、Z的原子序數依次增大，W的簡單氫化物可用作制冷劑，Y的原子半徑是所有短周期主族元素中最大的。由X、Y和Z三種元素形成的一種鹽溶于水后，加入稀鹽酸，有黃色沉淀析出，同時有刺激性氣體產生。下列說法不正確的是A．X的簡單氫化物的熱穩(wěn)定性比W強B．Y的簡單離子與X的具有相同的電子層結構C．Y與Z形成化合物的水溶液可使藍色石蕊試紙變紅D．Z與X屬于同一主族，與Y屬于同一周期【答案】C【解析】氨可作制冷劑，所以W是氮；鈉是短周期元素中原子半徑最大的，所以Y是鈉；硫代硫酸鈉與稀鹽酸反應生成黃色沉淀硫單質和刺激性氣味的氣體二氧化硫，所以X、Z分別是氧、硫。非金屬性X強于W，所以X的簡單氫化物的熱穩(wěn)定性強于W的，A正確；Y、X的簡單離子都具有與氖原子相同的電子層結構，均是10電子微粒，B正確；硫化鈉水解使溶液呈堿性，該溶液使石蕊試紙變藍，C錯誤；S、O屬于ⅥA，S、Na屬于第三周期，D正確。

6、a、b、c、d為短周期元素，a的原子中只有1個電子，b2－和c＋離子的電子層結構相同，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＋1B．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由“a的原子中只有1個電子”知，a為氫元素；由“b、c為短周期元素且b2－和c＋的電子層結構相同”知，b為氧元素、c為鈉元素；又由“d為短周期元素且d與b同族”知d為硫元素。A項，氫與氧、硫形成的化合物H2O、H2O2、H2S中氫的化合價均為＋1，氫與鈉形成的化合物NaH中氫的化合價為－1價，錯誤；B項，氧與氫可形成H2O、H2O2，氧與鈉可形成Na2O、Na2O2，氧與硫可形成SO2、SO3，正確；C項，根據同主族、同周期原子半徑遞變規(guī)律知，H、O、Na、S的原子半徑大小為Na＞S＞O＞H，正確；D項，硫和氫形成的化合物H2S的溶液，由于H2S的電離H2SH＋＋HS－，使溶液呈弱酸性，正確。答案A

7、甲～庚等元素在周期表中的相對位置如下表，己的最高價氧化物對應水化物有強脫水性，甲和丁在同一周期，甲原子最外層與最內層具有相同電子數。下列判斷正確的是(雙選)()A．丙與戊的原子序數相差28B．氣態(tài)氫化物的穩(wěn)定性：庚<己<戊C．常溫下，甲和乙的單質能與水劇烈反應D．丁的最高價氧化物可用于制造光導纖維解析根據“己的最高價氧化物對應水化物有強脫水性”，可知己為S元