第一章 物质结构 元素周期律
第一节 元素周期表
一、课标导航
二、核心纲要
（一）元素周期表
俄国化学家门捷列夫于1869年编制了首张元素周期表，揭示了化学元素间的内在联系。元素周期表如图1-1-1所示。
图1-1-1
1. 元素周期表的编排原则
（1）周期：具有相同电子层数的元素，按原子序数依次递增的顺序从左到右排列成横行，称为一个周期。
（2）族：最外层电子数相同的元素，按电子层数依次递增的顺序从上到下排列成纵行，称为一个族。
2. 元素周期表的结构（7个周期、16个族）
（1）周期：7个横行——7个周期。
① 短周期：包括第1、2、3周期，分别有2、8、8种元素。
② 长周期：包括第4、5、6、7周期，分别有18、18、32、32（排满）种元素。
【注意】电子层数=周期序数。
（2）族：18个纵行——16个族。第8、9、10三个纵行叫第Ⅷ族，其余15个纵行，每个纵行标作一族。
① 主族：7个主族，族序数后标A，分别是ⅠA、ⅡA、ⅢA、ⅣA、ⅤA、ⅥA、ⅦA。
a. 第ⅠA族：除氢外，锂、钠、钾、铷、铯、钫，称为碱金属元素。
第ⅦA族：称为卤族元素，包括氟、氯、溴、碘、砹元素。
b. 同一主族的元素，最外层电子数相同。
c. 主族序数=最外层电子数。
④ 0族：指稀有气体元素。
⑤ 镧系：第6周期第ⅢB族，共15种元素。
⑥ 锕系：第7周期第ⅢB族，共15种元素。
【归纳总结】元素周期表需要掌握的知识点有以下几个。
（1）从左到右一共有18列，请说出从左到右族的名称？
答案：ⅠA、ⅡA、ⅢB、ⅣB、ⅤB、ⅥB、ⅦB、Ⅷ、ⅠB、ⅡB、ⅢA、ⅣA、ⅤA、ⅥA、ⅦA、0族。
（2）每一个周期能容纳多少种元素？计算出稀有气体的原子序数？
答案：从第1周期到第7周期每一周期元素种数分别为2、8、8、18、18、32、32。
第1周期到第6周期稀有气体的原子序数分别为2、10、18、36、54、86。
（3）同主族的上下周期元素原子序数之间的关系是什么？
答案：第ⅠA、ⅡA族元素，同族的上下周期元素原子序数差值是上面元素所在周期的元素种数。
第ⅢA～ⅦA元素（包括0族元素），同族的上下周期元素原子序数差值是下面元素所在周期的元素种数。
（4）要求写出前20号元素的元素符号和7个主族元素的所有符号，自己会画元素周期表。
（5）同周期第ⅡA族元素与第ⅢA族元素原子序数相差多少？
答案：同周期第ⅡA族元素与第ⅢA族元素原子序数之间的差值为1、11、25。
（6）指出镧系、锕系的位置、元素种数？
答案：镧系为第6周期第ⅢB族，共15种元素；锕系为第7周期第ⅢB族，共15种元素。
（7）由原子序数确定元素位置的规律是什么？
答案：记住了惰性元素的原子序数（2He、10Ne、18Ar、36Kr、54Xe、86Rn），就可以确定元素的位置。
① 若比相应的惰性元素的原子序数多1或2，则应处在下一个周期的第ⅠA族或第ⅡA族。例如，88号元素，88-86=2，则应在第7周期第ⅡA族。
② 若比相应的惰性元素的原子序数少1～5，则应处在同周一期的第ⅦA～ⅢA族。例如，84号元素应在第6周期第ⅥA族。
③ 若预测新元素，则可用未发现的惰性元素（118号）按上述方法推知。例如，114号元素应在第7周期第ⅣA族。
精华点拨
前18号元素的原子结构的特殊性如下所述。
（1）原子核中无中子的元素：H。
（2）最外层有1个电子的元素：H、Li、Na。
（3）最外层有两个电子的元素：Be、Mg、He。
（4）最外层电子数等于次外层电子数的元素：Be、Ar。
（5）最外层电子数是次外层电子数2倍的元素为C，是次外层电子数3倍的元素为O，是次外层电子数4倍的元素为Ne。
（6）电子层数与最外层电子数相等的元素：H、Be、Al。
（7）电子总数为最外层电子数2倍的元素：Be。
（8）次外层电子数是最外层电子数2倍的元素：Li、Si。
（9）内层电子数是最外层电子数2倍的元素：Li、P。
（二）元素的性质和原子结构的关系
1. 碱金属元素
（1）结构如表1-1-1所示。
表1-1-1
（2）性质。
① 化学性质：碱金属元素原子的最外层都有1个电子，它们的化学性质相似，具有很强的金属性，都能与氧气等非金属单质及水反应。
K在氧气中加热会生成过氧化钾、超氧化钾KO2
Rb在氧气中加热会生成过氧化铷、超氧化铷RbO2、臭氧化铷RbO3
2Na+2H2O═2NaOH+H2↑
2K+2H2O═2KOH+H2↑
【结论】随着核电荷数的增加，碱金属元素原子的电子层数逐渐增多，原子半径逐渐增大，原子核对最外层电子的引力逐渐减弱，表现在金属性逐渐增强，单质的还原性逐渐增强。
② 物质性质如表1-1-2所示。
表1-1-2
碱金属在物理性质上有相似性和递变性。相似性表现在：除铯外，其余的都呈银白色；都比较柔软，有延展性；密度都比较小，熔点都比较低；导电、导热性都很好。递变性表现在：从锂到铯，密度逐渐增大（钠、钾反常，ρ钠>ρ钾），熔沸点逐渐减小。
2. 卤族元素
（1）结构如表1-1-3所示。
表1-1-3
（2）性质。
① 化学性质：卤族元素原子的最外层都有7个电子，它们的化学性质相似，具有非金属性，其单质具有很强的氧化性。
a. 与H2反应。
F2和H2在冷暗处即爆炸（F2是氧化性最强的单质） F2+H2═2HF
Cl2和H2光照爆炸（点燃时安静燃烧） 
Br2和H2需加热且缓慢化合（不爆炸） 
I2（蒸气）和H2持续加热且为可逆反应 
【注意】随着核电荷数的增加，卤族元素与H2反应呈规律性变化：剧烈程度逐渐减弱，生成的氢化物的稳定性逐渐减弱。
b. 卤素间的置换反应。
Cl2+2NaBr═Br2+2NaCl
Cl2+2KI═I2+2KCl
Br2+2KI═I2+2KBr
【注意】随着核电荷数的增加，卤素单质的氧化性强弱顺序为F2>Cl2>Br2>I2。对应离子的还原性强弱顺序为I->Br->Cl->F-。
【结论】随着核电荷数的增加，卤族元素原子的电子层数逐渐增多，原子半径逐渐增大，原子核对最外层电子的引力逐渐减弱，表现在非金属性逐渐减弱，单质的氧化性逐渐减弱。
② 物理性质：有递变性，从氟到碘，密度逐渐增大，熔沸点逐渐升高，氟和氯是气体，溴是液体，碘是固体。
3. 元素的性质和原子结构的关系总结
通过碱金属、卤素的性质可以看出，元素的性质与原子结构有密切关系，主要与原子核外电子排布，特别是最外层电子数有关。原子结构相似的元素，它们在化学性质上表现出相似性和递变性。
（三）原子结构
1. 原子的组成
等量关系如下。
原子序数=质子数=核电荷数=核外电子数。
质量数（A）=质子数（Z）+中子数（N）≈相对原子质量。
阴离子（Rn-）：核外电子数=质子数+电荷数。
阳离子（Mn+）：核外电子数=质子数-电荷数。
的含义：代表一个质量数为A、质子数为Z的原子。
2. 相关概念
（1）元素：指具有相同核电荷数（或质子数）的同一类原子的总称。
① 元素只论种类，不论个数，没有数量的含义。
② 决定元素种类的是核电荷数（或质子数）。
（2）核素：具有一定数目的质子和一定数目的中子的一种原子。例如，1H（H）、2H（D）、3H（T）就各为一种核素。
图1-1-2
（3）同位素：同一元素的不同核素之间互称同位素，如图1-1-2所示。同位素的质子数相同而中子数不同，代表同一元素的不同原子，如35Cl和37Cl，235U和238U，1H、2H和3H等。
① 同位素原子的物理性质不同，但化学性质几乎相同。
② 自然界中存在的各种同位素原子，不论是化合态还是游离态，其原子个数百分比相同。
③ 由同位素组成的物质为纯净物。例如，水中既有H2O，又有D2O，但此物依然是纯净物。
（4）原子（核素）相对原子质量（原子量）：原子的真实质量除以12C的质量的
。
原子（核素）近似相对原子质量（原子量）：为质量数，原子核内所有的质子和中子的相对质量取近似整数值加起来所得的数值，即某种原子（某种核素）相对原子质量的整数部分。
（5）元素的相对原子质量是根据该元素各种核素的相对原子质量和它们在原子总数中所占的组成分数计算的平均值，其计算公式为Μr=A·a%+B·b%+C·c%+…
式中，A、B、C也可用各种核素的质量数代替，即得元素近似的相对原子质量。
（6）同素异形体：同一元素形成的结构不同的单质，如C60、金刚石和石墨，O2和O3，红磷和白磷。
3. 等电子微粒
（1）核外电子总数为10个电子的微粒。
① 分子：Ne、HF、H2O、NH3、CH4。
② 阳离子：Mg2+、Na+、Al3+、NH4+、H3O+。
③ 阴离子：N3-、O2-、F-、OH-、
。
（2）核外电子总数为18个电子的微粒。
① 分子：Ar、HCl、H2S、PH3、SiH4、C2H6、CH3OH、CH3F、F2、N2H4、H2O2。
② 阳离子：K+、Ca2+。
③ 阴离子：P3-、S2-、HS-、Cl-、
。
三、全能突破
基础演练
1. 下列说法正确的是（ ）。
A. 同周期元素的电子层数都相同
B. 同族元素的最外层电子数一定相同
C. 最外层电子数相同的元素都在同一族
D. 周期表是按相对原子质量逐渐增大的顺序从左到右排列的
2. 下列说法正确的是（ ）。
①氘和氚是质量数不同、质子数相同的氢的两种同位素 ②氢元素是指
③
是氢的3种同位素，是同一元素的3种原子 ④
的化学性质几乎完全相同
A. ②③
B. ③④
C. ①③④
D. ②③④
3. 下列叙述错误的是（ ）。
A. 13C和12C属于同一种元素，它们互为同位素
B. 1H和2H是不同的核素，它们的质子数相等
C. 14C和14N的质量数相等，它们的中子数不等
D. 6Li和7Li的电子数相等，中子数也相等
4. 某元素的一种同位素原子的质子数为m，中子数为n，则下述论断正确的是（ ）。
A. 不能由此确定该元素的相对原子质量
B. 这种元素的相对原子质量为m+n
C. 若碳原子质量为W克，则此原子的质量为（m+n）W克
D. 核内中子的总质量小于质子的总质量
5. 下列各组中的3种微粒，所含质子数与电子数都相等的是（ ）。
A. Na+、Mg2+、Al3+
B. HCl、H2S、Ar
C. H2O、OH-、Na+
D. NH4+、Na+、F-
6. 下列关于卤素的叙述正确的是（ ）。
A. 卤素只以化合态存在于自然界中
B. 随着核电荷数的增加，单质熔沸点降低
C. 随着核电荷数的增加，单质氧化性增强
D. 单质与水反应，均可用通式X2+H2O═HX+HXO表示
7. 1999年1月，俄美科学家联合小组宣布合成出114号元素的一种同位素，该同位素原子的质量数为298。以下叙述不正确的是（ ）。
A. 该元素属于第7周期
B. 该元素位于第ⅢA族
C. 该元素为金属元素，性质与82Pb相似
D. 该同位素原子含有114个电子和184个中子
8. 已知元素X、Y的核电荷数分别是x和y，它们的离子Xm+和Yn-的核外电子排布相同。下列关系式正确的是（ ）。
A. x-y=m-n
B. x-y=m+n
C. y-x=m-n
D. y-x=m+n
能力提升
9. 某元素原子的质量数为A，它的阳离子Xn+核外有x个电子，w克这种元素的原子核内中子数为（ ）。
10. 我国在1993年研制成功一种由质量数为18、质子数为8的氧原子构成的双原子分子气体。下列说法正确的是（ ）。
A. 这种气体是氧气的同位素
B. 这种原子的中子数是8
C. 这种分子在化学变化中不能再分
D. 这种分子与D2化合成水的式量为22
11. 同温同压下，等体积的两容器中分别充满由14N、18O、13C三种原子组成的NO和CO气体。下列说法正确的是（ ）。
A. 所含粒子数和质量均不相同
B. 含有相同数目的质子和中子
C. 含有相同的分子数和质量数
D. 含有相同数目中子、原子和分子
12. 下列各图若为元素周期表的一部分（表中数字为原子序数），其中正确的是（ ）。
13. 在元素周期表中前4周期的5种元素的位置关系如图1-1-3所示，若B的原子序数为Z，则这5种元素的原子序数之和可能为（ ）。
图1-1-3
A. 5Z
B. 5Z+8
C. 5Z+5
D. 5Z+18
14. A、B、C均为周期表中的短周期的元素，它们在周期表的位置如图1-1-4所示。已知B、C两元素在周期表中族序数之和是A元素族序数的2倍，B、C元素的原子序数之和是A元素的原子序数的4倍，则A、B、C所在的一组是（ ）。
图1-1-4
A. Be、Na、Al
B. B、Mg、Si
C. C、Al、P
D. O、P、Cl
15. 已知a、b分别为同周期的第ⅠA族和第ⅦA族的两种元素，它们的原子序数分别为m和n，则下列关系不可能成立的是（ ）。
A. n=m+16
B. n=m+6
C. n=m+30
D. n=m+10
16. X、Y、Z三种短周期元素，原子半径的大小关系为r（Y）>r（X）>r（Z），原子序数之和为16。X、Y、Z三种元素的常见单质在适当条件下可发生如图1-1-5所示的变化，其中B和C均为10电子分子。下列说法不正确的是（ ）。
图1-1-5
A. X元素位于第ⅥA族
B. A不能溶解于B中
C. B的沸点高于C的沸点
D. A和C不可能发生氧化还原反应
17. 1919年，Langmuir提出等电子原理：原子数相同、电子数相同的分子，互称为等电子体。等电子体的结构相似、物理性质相近。下列分子可以互称为等电子体的是（ ）。
A. SO2、O3
B. CO2、N2O
C. CO、NO
D. HCl、H2O
18. X、Y-、Z2-三种微粒的电子层结构相同，则一定不能再相等的是（ ）。
A. 中子数
B. 质量数
C. 电子数
D. 核电荷数
19. X元素的阳离子和Y元素的阴离子具有与氩原子相同的电子层结构。下列叙述正确的是（ ）。
A. X的原子序数比Y的小
B. X原子的最外层电子数比Y的大
C. X的电子层数比Y的大
D. X元素的最高正价比Y的大
高考链接
20. （上海）230Th和232Th是钍的两种同位素，232Th可以转化成233U。下列有关Th的说法正确的是（ ）。
A. Th元素的质量数是232
B. Th元素的相对原子质量是231
C. 232Th转化成233U是化学变化
D. 230Th和232Th的化学性质相同
21. （海南）重水（D2O）是重要的核工业原料。下列说法错误的是（ ）。
A. 氘（D）原子核外有1个电子
B. 1H与D互称同位素
C. H2O与D2O互称同素异形体
D. 1H218O与D216O的相对分子质量相同
巅峰突破
22. A、B、C、D四种短周期元素的原子序数依次增大；A、D同族，B、C同周期；A、B组成的化合物甲为气态，其中A、B原子数之比为4：1；由A、C组成的两种化合物乙和丙都为液态，乙中A、C原子数之比为1：1，丙中为2：1. 由D、C组成的两种化合物丁和戊都为固态，丁中D、C原子数之比为1：1，戊中为2：1。写出分子式：甲为_____，乙为_____，丙为_____，丁为_____，戊为_____。写出B元素的最高价氧化物跟丁发生反应的化学方程式：__________。