学年高中化学 第1章 原子结构与元素周期律 第2节 元素周期律和元素周期表 第2课.docx
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第2课时 元素周期表
[目标导航] 1.认识元素周期表的结构及周期、族等概念。
2.了解ⅡA、ⅤA族和过渡金属元素的某些性质和用途。
3.理解元素原子结构与元素在周期表中位置之间的关系。
一、元素周期表
1．元素周期表与元素周期律的关系
元素周期表是元素周期律的具体表现形式。
2．元素周期表中的方格与分区
（1）元素信息
以铁元素为例说明：
（2）元素周期表分区
分界线附近元素的性质：
既能表现出一定的金属性，又能表现出一定的非金属性。
3．元素周期表的编排原则
（1）横行
（2）纵列
4．元素周期表的结构
（1）周期：
横行（共7个：
三短三长一不全）
周期分类
短周期
长周期
周期序数
1
2
3
4
5
6
7（不完全周期）
元素种类
2
8
8
18
18
32
26（未满）
周期序数与原子结构的关系
周期序数＝原子核外电子层数
（2）族：
纵行（共16个：
七主、七副、0、Ⅷ族）
族
主族
0族
副族
Ⅷ族
构成周期
由长周期元素和短周期元素共同构成
仅由长周期元素构成
列序
1,2,13～17
18
3～7,11,12
8,9,10
族序数
ⅠA，ⅡA，ⅢA，ⅣA，ⅤA，ⅥA，ⅦA
0
ⅢB，ⅣB，ⅤB，ⅥB，ⅦB，ⅠB，ⅡB
Ⅷ
主族序数与原子结构关系
主族序数＝原子最外层电子数
【议一议】
1．对元素周期表中元素的原子结构特点和原子半径变化规律进行如下讨论。
（1）同一周期的元素在原子结构上有什么特点？
（2）同一主族元素在原子结构上有什么特点？
（3）主族元素的最高正价数（F和O除外）与主族序数有什么关系？
答案
（1）同一周期的元素的原子电子层数相同，最外层电子数递增。
（2）同一主族元素的原子最外层电子数相同，电子层数递增。
（3）主族元素的最高正价数（F和O除外）＝主族序数。
2．原子序数为x的元素位于元素周期表中的第ⅡA族，则原子序数为x＋1的元素位于元素周期表的哪一族？
答案 ⅢA族或ⅢB族。
原子序数为x＋1的元素应位于ⅡA族右侧相邻的族，在短周期中为ⅢA族，长周期中为ⅢB族。
3．同周期ⅡA族与ⅢA族元素的原子序数之差一定是1吗？
请举例说明。
答案 不一定。
具体举例如下：
周期
ⅡA
ⅢA
2、3
n
n＋1
4、5
n
n＋11
6
n
n＋25
4.Se与O同主族，且Se原子比O原子多两个电子层，则Se的原子序数为______，Se的最高价氧化物对应的水化物化学式为________。
答案 34 H2SeO4
解析 Se位于第4周期，且与O、S同主族，Se的原子序数比S多18，S的原子序数比O多8，所以Se的原子序数为8＋8＋18＝34。
Se与S位于同一主族，Se最高化合价为＋6价，所以其最高价氧化物对应的水化物与硫的相似，为H2SeO4。
二、元素周期表中的重要元素和焰色反应
1．ⅡA族元素（碱土金属元素）
（1）具体元素：
铍（Be）、镁（Mg）、钙（Ca）、锶（Sr）、钡（Ba）、镭（Ra）。
（2）原子结构：
原子最外层有2个电子。
（3）物理性质：
①形成的单质都呈银白色，具有良好的导电性。
②含钙、锶、钡等元素的物质灼烧时会产生绚丽的颜色，这些元素的化合物可用于制造焰火。
（4）化学性质：
该族元素的原子容易失去两个电子，因此它们的化学性质比较活泼。
（5）存在形态：
在自然界中均以化合态存在。
2．ⅤA族元素
（1）具体元素：
氮（N）、磷（P）、砷（As）、锑（Sb）、铋（Bi）等元素。
（2）原子结构：
原子最外层有5个电子。
（3）存在形态：
单质磷在空气中易被氧化，自然界中没有游离态的磷元素。
3．过渡元素
（1）具体元素：
副族和Ⅷ族（元素周期表中第3～12列）元素。
（2）原子结构：
过渡元素原子最外层都有1～2个电子，全部为金属元素。
（3）物理性质：
多数单质坚硬，有光泽；过渡元素的单质都具有良好的导电性。
（4）化学性质：
多数过渡元素的单质比较稳定，与空气和水的反应缓慢或根本不反应。
4．焰色反应
（1）概念：
某些金属或它们的化合物在高温时火焰呈现特征颜色的反应，如钠呈黄色，钾呈浅紫色（通过蓝色钴玻璃观察）。
焰色反应是金属元素特有性质，属于物理变化，与元素存在的状态无关。
（2）操作步骤：
【议一议】
1．原子最外层有2个电子的元素一定是第ⅡA族元素吗？
哪一族全部是金属元素？
哪一族全部是非金属元素？
答案 不一定。
原子最外层电子数为2的元素包括ⅡA族、氦及部分过渡元素。
第ⅡA族、Ⅷ族及全部副族元素全部为金属元素，第ⅦA族、0族全部为非金属元素。
2．元素周期表中所含元素种类最多的族是ⅠA族吗？
说明理由。
答案 不是，是ⅢB族。
因为第3列第6周期和第7周期包括镧系和锕系各15种元素。
3．ⅠA族或ⅡA族元素相邻周期的原子序数之差，ⅢA～ⅦA族或0族元素相邻周期的原子序数之差各有什么特点？
答案 ⅠA和ⅡA族元素相邻周期的原子序数之差＝原子序数小的元素所在周期的元素种类数。
ⅢA～ⅦA族和0族元素相邻周期的原子序数之差＝原子序数大的元素所在周期的元素种类数。
一、元素周期表的结构
1．元素周期表的结构特点
周期
周期序数
元素种类
族
族与列的关系
短周期
1
2种
主族
ⅠA、ⅡA
第1、2列
2
8种
ⅢA、ⅣA、ⅤA、ⅥA、ⅦA
第13～17列
3
8种
副族
ⅠB、ⅡB
第11、12列
长周期
4
18种
ⅢB、ⅣB、ⅤB、ⅥB、ⅦB
第3～7列
5
18种
0族
第18列
6
32种
Ⅷ族
第8、9、10列
7
26种
【关键提醒】
（1）第1周期只有两种元素，不相邻且分别位于两个端点。
（2）第8、9、10列为Ⅷ族，而不是ⅧB族。
（3）当列序个位数小于或等于7时，则该列对应A族或B族，且个位数值即为族序数。
（4）ⅢB族元素种类最多，共32种元素。
（5）元素周期表中的特殊位置
①过渡元素：
元素周期表中从ⅢB族到ⅡB族10列元素，都是金属元素。
②镧系：
元素周期表第6周期第ⅢB族中，从57号元素镧到71号元素镥共15种元素。
③锕系：
元素周期表第7周期第ⅢB族中，从89号元素锕到103号元素铹共15种元素。
2．主族元素在周期表中位置与原子结构的关系
（1）原子序数＝原子核内质子数＝原子核外电子数＝核电荷数。
（2）周期序数＝原子核外电子层数。
（3）主族序数＝原子最外层电子数。
3．主族元素主要化合价与在周期表中位置的关系
（1）主族序数＝元素最高正价数（O、F除外）＝8－|最低负价|。
（2）|最低负价|＝8－主族序数（限Ⅳ～ⅦA族）。
（3）最高正价－|最低负价|＝{0（H、ⅣA族），2（ⅤA族），4（ⅥA族），6（ⅦA族）}（O、F除外）。
4．原子最外层电子数与元素位置的关系
（1）最外层电子数为1～2的元素：
ⅠA族、ⅡA族、副族、0族（He）。
（2）最外层电子数为3～7的元素一定是主族元素。
（3）最外层电子数为8的元素为0族元素（He除外）。
（4）最外层电子数比次外层电子数多的元素，一定是第2周期元素。
（5）阴离子最外层电子数与次外层电子数相等的元素位于第3周期。
5．同构规律
稀有气体与同周期非金属元素的阴离子、下一周期金属的阳离子具有相同的电子层结构。
【例1】 下图是元素周期表的一部分，下列说法中正确的是（ ）
A．元素①位于第2周期ⅣA族
B．②原子的最外层电子数为6
C．④所在族序数比②多8
D．元素的最高化合价③＝⑤
解析 元素周期表中最右上方的元素为氦，最后一列为0族，推知③和⑤位于ⅦA族，②和④位于ⅥA族，①位于ⅤA族，进一步推知①为N，②为O，③为F，④为S，⑤为Cl。
答案 B
【解题感悟】 要熟悉周期表的结构特征，包括各族（列序）的相对位置，ⅢB（镧系、锕系）和Ⅷ族（8、9、10列）的特殊性，过渡元素位置（周期和族），金属与非金属的分区等。
变式训练1 关于周期表的知识，下列说法正确的是（ ）
A．周期表共有七个主族，七个副族，一个0族，一个第Ⅷ族，所以共有16个纵列
B．元素周期表中，元素种类最多的周期是第4周期
C．第7周期叫做不完全周期
D．碱金属元素就是ⅠA族元素
答案 C
解析 周期表共有七个主族，七个副族，一个0族，一个第Ⅷ族，其中第Ⅷ族有3个纵列，所以共有18个纵列，A错误；第4周期有18种元素，而第6周期有32种元素，B错误；第7周期未排满，叫不完全周期，C正确；ⅠA族元素是由氢元素和碱金属元素组成的，D错误。
二、原子序数与元素在周期表中位置的关系
1．同周期序差规律
（1）短周期元素原子序数差＝族序数差。
（2）分布在过渡元素同侧的两元素：
原子序数差＝族序数差。
（3）分布在过渡元素两侧的两元素：
第4（或5）周期元素原子序数差＝族序数差＋10；第6（或7）周期元素原子序数差＝族序数差＋24。
（4）同周期ⅡA和ⅢA族两元素原子序数的关系：
①第2或第3周期的ⅡA与ⅢA族原子序数之差都为1，如4Be→5B；
②第4或第5周期的ⅡA与ⅢA族原子序数之差都为11，如38Sr→49In；
③第6或第7周期的ⅡA与ⅢA族原子序数之差都为25，如56Ba→81Tl。
2．同主族序差规律
（1）第ⅠA、ⅡA族（过渡元素左侧），同族相邻周期元素原子序数差＝上一周期元素种类数。
如：
12Mg→20Ca，原子序数之差为Mg元素所在第3周期的元素种数8。
（2）第ⅢA～ⅦA族（过渡元素右侧），同族相邻周期元素原子序数差＝下一周期元素种类数。
如：
13Al→31Ga，原子序数之差为Ga元素所在第4周期的元素种数18。
3．由原子序数确定元素在周期表中的位置
（1）原子结构示意图法
推断根据：
周期数＝原子电子层数，主族序数＝原子最外层电子数。
适用范围：
主族元素，适合原子序数较小的元素位置推断。
（2）0族定位法
①0族元素原子序数与周期序数
稀有气体元素
He
Ne
Ar
Kr
Xe
Rn
X（未知）
周期序数
1
2
3
4
5
6
7
原子序数
2
10
18
36
54
86
118
②比大小，定周期；求差值，定族数
若某元素原子序数比最邻近的0族元素的原子序数多1或2，则该元素处于相邻近0族元素下一周期的ⅠA族或ⅡA族。
如元素87X,87－86＝1，则X在第7周期第ⅠA族；若某元素原子序数比最邻近的0族元素的原子序数少1～5时，则该元素处于相邻近0族元素所在周期的ⅢA～ⅦA族，如84X应在第6周期第ⅥA。
4．根据核外电子排布规律推断元素在周期表中的位置
（1）“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。
如：
A、B、C、D为短周期元素，其简单离子A＋、B2＋、C－、D2－具有相同电子层结构，则A、B、C、D在元素周期表的相对位置为
（2）奇偶规律
原子序数为奇（偶）数的主族元素位于奇（偶）数族，元素（F和O除外）的最高正价为奇（偶）数。
【例2】 俄罗斯科学家用含20个质子的钙的一种原子轰击含95个质子的镅原子成功合成第115号元素的原子。
该原子生成数微秒后衰变成第113号元素。
下列有关叙述正确的是（ ）
A．115号元素在第6周期
B．113号元素在第7周期ⅢA族
C．115号和113号元素都是非金属元素
D．镅元素和115号元素不在同一周期
解析 根据同族元素原子序数的序差规律，可以推知稀有气体Rn的原子序数为86,86Rn的同族下一周期元素原子序数为118,95号元素镅、115号元素、113号元素，原子序数都大于86而小于118，所以都在第7周期；115号比118号原子序数少3，应在第ⅤA族，同理，113号元素在第ⅢA族；113号元素和115号元素都是金属元素。
答案 B
变式训练2 短周期元素A、B、C在周期表中的位置如右图所示。
已知B、C两元素的原子序数之和是A元素的4倍，则A、B、C是（ ）
A．Be、Na、AlB．B、Mg、Si
C．O、P、ClD．C、Al、P
答案 C
解析 设A的原子序数为x，则B和C的原子序数分别为x＋7、x＋9，所以4x＝x＋7＋x＋9，x＝8，故A为O,B为P，C为Cl。
1．下列关于元素周期表的说法不正确的是（ ）
A．元素周期表有7个横行，每一个横行是一个周期
B．元素周期表有18个纵列，每一个纵列是一个族
C．第ⅡA族元素全部是金属元素
D．前六周期第ⅦA族元素全部是非金属元素
答案 B
解析 元素周期表有7个横行，是七个周期，A正确；元素周期表有18个纵列，8、9、10三个纵列为一族，其余每个纵列为一族，共16个族，B错误；第ⅡA族元素铍、镁、钙、锶、钡、镭都是金属元素，C正确；第ⅦA族元素氟、氯、溴、碘、砹都是非金属元素，D正确。
2．元素的原子结构决定其性质和在周期表中的位置。
下列说法正确的是（ ）
A．元素原子的最外层电子数等于元素的最高化合价
B．原子的最外层电子数相同的元素，一定属于同一族
C．若M＋和R2－的核外电子层结构相同，则原子序数：
M>R
D．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
答案 C
解析 元素原子的最外层电子数不一定等于元素的最高化合价，如氟没有正化合价，氦没有＋2价，过渡元素最外层有1或2个电子，但最高正价多数高于＋1和＋2价，A不正确；Be和He的最外层电子数都是2，但不属于同一族，B不正确；若M＋和R2－的核外电子层结构相同，原子序数M>R，C正确；过渡元素是指副族和Ⅷ族元素，D不正确。
3．下图是元素周期表中的一部分，图中数字为原子序数，其中M的原子序数为37的是（ ）
答案 B
解析 A中M在第4周期，B、C、D中M在第5周期，均比上一周期同族元素原子序数大18。
A项M的原子序数应为36，B项M的原子序数应为37，C项M的原子序数应为45，D项M的原子序数应为38。
4．短周期元素X、Y、Z在周期表中的位置关系如图所示，下列说法中正确的是（ ）
A．Z一定是活泼金属
B．Z原子的最外层电子数是6
C．Y的最高正价为＋7价
D．X是非常活泼的非金属元素
答案 B
解析 由于短周期为1、2、3周期，结合题图所示知，X元素所在的周期为第1周期，故X元素为He元素，则Y元素为F元素，Z元素为S元素。
He为稀有气体，化学性质稳定；F没有正价，S原子最外层有6个电子。
5.如图所示，a、b、c、d、e为元素周期表中前4周期的一部分元素，下列有关叙述正确的是（ ）
A．元素b位于第ⅥA族，有＋6、－2价两种常见化合价
B．五种元素中，元素e的性质最稳定
C．元素c和d的最高价氧化物对应的水化物的酸性：
c＞d
D．元素c和e的气态氢化物的稳定性：
c＞e
答案 D
解析 图中，a为稀有气体元素氦，是5种元素中性质最稳定的；b是氧元素，没有＋6价；c的非金属性比d弱，因此c的最高价氧化物对应的水化物的酸性比d的弱；c的非金属性比e强，因此c的气态氢化物的稳定性比e的强。
6．推算原子序数为34、53、88的元素在周期表中的位置。
原子序数
34
53
88
周期
族
答案
原子序数
34
53
88
周期
4
5
7
族
ⅥA
ⅦA
ⅡA
解析 34号元素原子比Kr（36）少2个电子，共有4个电子层，最外层电子数为6，位于第4周期第ⅥA族；53号元素原子比Xe（54）少1个电子，共有5个电子层，最外层电子数为7，位于第5周期第ⅦA族；88号元素原子比87号元素钫多1个电子，共有7个电子层，最外层电子数为2，位于第7周期第ⅡA族。
分层训练
[基础过关]
题组1 元素周期表的结构
1．下列元素在元素周期表“金属区与非金属区分界线”上的是（ ）
A．Be和AlB．F和Cl
C．As和SbD．Li和Na
答案 C
解析 沿着硼、硅、砷、碲、砹和铝、锗、锑、钋的交界处画一条虚线，该虚线将元素进行分区，左侧为金属元素，右侧为非金属元素。
2．第ⅢA族相邻周期的A、B两种元素所在周期分别最多可排m和n种元素，且B在A的上一周期，当A的原子序数为x时，B的原子序数为（ ）
A．x－nB．x＋m
C．x－mD．x＋n
答案 C
解析 根据题意，A、B在周期表中的相对位置如图
，由B到A增加的原子序数是B的右边和A的左边，因A的左边可能含过渡元素，故B到A增加的原子序数为m，则B的原子序数为x－m。
3．长式周期表共18列，碱金属族为第1列，稀有气体为第18列。
则下列说法不正确的是（ ）
A．只有第2列元素的原子最外层有2个电子
B．第15列元素的最高价氧化物是R2O5
C．第17列元素中的第一种元素没有最高价含氧酸
D．第16列元素含有非金属元素和金属元素，第17列都是非金属元素
答案 A
解析 元素周期表中从左向右依次排列的族序为ⅠA、ⅡA、ⅢB→ⅦB、Ⅷ、ⅠB、ⅡB、ⅢA→ⅦA、0族，则第2列为ⅡA族，最外层有2个电子，但最外层电子数为2的还有稀有气体的氦元素及部分过渡元素，A不正确；第15列元素为第ⅤA族元素，最高化合价为＋5价，故B正确；第17列为ⅦA族元素，第一种元素为氟，氟没有正价，即没有最高价含氧酸，故C项正确；第16列为ⅥA族，包含O、S、Se、Te、Po五种元素，其中Po为金属，D正确。
4．已知A为第ⅡA族元素，B为第ⅢA族元素，它们的原子序数分别为m和n，且A、B为同一周期的元素，则n不可能为（ ）
A．m＋1B．m＋11
C．m＋25D．m＋10
答案 D
解析 第ⅡA族、第ⅢA族短周期中相邻原子序数差1；4、5周期中由于中间有副族和第Ⅷ族元素的存在，故第ⅡA族、第ⅢA族原子序数差11；6、7周期中由于镧系、锕系元素的存在，两者相差25。
题组2 元素在周期表中位置的推断
5．短周期元素X、Y的原子序数相差2。
下列有关叙述中正确的是（ ）
A．X与Y不可能位于同一主族
B．X与Y一定位于同一主族
C．X与Y一定位于同一周期
D．X与Y可能位于同一周期
答案 D
解析 短周期元素X、Y的原子序数相差2，可能位于同一主族，如H与Li，也可能同一周期如Li与B，也可能既不同周期又不同主族，如F与Na。
6．A元素原子最外层电子数是次外层电子数的3倍，B元素原子最外层电子数是内层电子总数的一半，则A、B元素（ ）
A．B元素一定是锂元素
B．一定是第2周期元素
C．可能是第2、3周期元素
D．A、B两元素不能形成化合物
答案 C
解析 A元素原子最外层电子数是次外层电子数的3倍，是氧元素；B元素原子最外层电子数是内层电子总数的一半，可以是磷元素，也可以是锂元素。
因此A、B错误，C正确；可能形成的化合物有P2O5、Li2O等，D错误。
7．原子序数为x的元素E在周期表中位于A、B、C、D四种元素中间（如图所示），则A、B、C、D四种元素的原子序数之和不可能是（镧系、锕系、0族元素除外）（ ）
A．4xB．4x＋6
C．4x＋10D．4x＋14
答案 B
解析 在A、B、C、D四种元素中，同周期的A、C两种元素的原子序数之和为2x，又因同主族各周期相邻的两元素之间的原子序数相差8、18、32。
所以四种元素中，同主族的B、D两种元素的原子序数之和可能为2x、2x＋10或2x＋14。
则四种元素的原子序数之和可能为4x、4x＋10或4x＋14，故只有B项不可能。
题组3 元素周期表与原子结构关系
8．下列关于元素周期律和元素周期表的叙述不正确的是（ ）
A．同一主族的元素，从上到下电子层数逐渐增多
B．同周期主族元素（除0族元素外）从左到右，原子半径逐渐减小
C．根据主族元素最高正化合价与族序数的关系，推出卤族元素最高正价都是＋7
D．主族元素在周期表中所处的位置，取决于该元素的电子层数和最外层电子数
答案 C
解析 第2周期中的F元素没有正化合价，C不正确；周期序数＝该周期元素原子所具有的电子层数，主族序数＝最外层的电子数，D正确。
9．下列说法正确的是（ ）
A．同一元素不可能既表现金属性，又表现非金属性
B．第3周期元素的最高正化合价等于它所处的主族序数
C．短周期元素形成离子后，最外层都达到8电子稳定结构
D．同一主族的元素的原子，最外层电子数相同，化学性质完全相同
答案 B
解析 金属与非金属分界线附近的元素，既表现金属性，又表现非金属性，A不正确；第3周期元素原子的主族序数＝原子的最外层电子数＝元素的最高正价数，B正确；短周期元素形成离子后，可以是最外层2个或8个电子的稳定结构，C不正确；主族元素的化学性质主要由原子的最外层电子数决定，同一主族元素原子的最外层电子数相同，所以化学性质相似，但元素的化学性质还与电子层数有关，由于电子层数不同，所以原子半径不同，因而原子核吸引电子的能力也就不同，D不正确。
10．某元素原子的最外电子层上只有2个电子，该元素（ ）
A．一定是ⅡA族元素
B．一定是金属元素
C．最高正价一定是＋2价
D．可能是金属元素，也可能是非金属元素
答案 D
解析 ⅡA族元素，部分过渡元素和He元素最外层电子数皆为2，He为非金属元素，ⅡA族和过渡元素全部为金属元素；最外层电子数为2的过渡元素中最高正价一般超过＋2价。
[能力提升]
11．结合元素周期表，回答下列问题：
（1）表中的实线是元素周期表的部分边界，请在图中用实线补全元素周期表的边界。
（2）表中所列元素，属于短周期元素的有________（填字母，下同）；属于主族元素的有________；g元素位于第________周期第________族；i元素位于第________周期第________族。
（3）元素f是第________周期第________族元素，请在下边方框中按氦元素的式样写出该元素的原子序数、元素符号、元素名称、相对原子质量。
（4）元素周期表体现了元素周期律，元素周期律的本质是原子核外电子排布的____________，元素在元素周期表中的位置与元素原子结构的关系为______________。
（5）Se与O同主族，且Se原子比O原子多两个电子层，则Se的原子序数为________。
答案
（1）
（2）a、b、c、d、e、f、g a、b、c、d、e、f 3 0 4 ⅡB
（3）3 ⅥA
（4）周期性变化 元素的主族序数即为原子结构的最外层电子数，元素的周期数即为原子核外的电子层数
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