第五章 物质结构 元素周期律物质结构，元素周期律是中学化学中基本概念和基本理论部分的重要知识，在高考试卷中出现的几率非常大，可以单独成题，也可与化学反应与能量等其他部分知识综合出题。对原子的结构及同位素概念、电子式书写的考查多出现在第卷选择题中，如2009江苏化学2,2009广东化学1,2009全国理综，9。对元素周期律、元素周期表的考查在第卷选择和第卷填空、判断中多次灵活出现。如2009山东理综11,2009广东化学11,2009北京理综7,10,2009四川理综10,2009海南化学10,2009天津理综7,2009全国理综29,2009福建理综23,2009宁夏理综28。据近几年此部分知识在高考试题中的展现，做出预测。(1)原子结构、同位素概念以及原子序数、质量数之间的相互关系还会出现在第卷中，知识难度不大但容易出错。(2)以围绕着结构、位置和性质三方面关系进行命题考查元素周期律、元素周期表知识的试题，在试卷中仍会重点出现，此类题目涉及的知识范围广，综合性强，对考生的推理能力要求较高，重点考查元素周期律的实质，元素周期表的结构，同一周期、同一主族元素的性质递变规律及其与原子结构的关系。(3)化学键的分类，单质及化合物电子式的书写和10e、18e粒子的种类及它们之间的反应，这些短小精悍而又灵活的知识考查更全面。展望2011高考，此章节内容仍会以元素化合物知识为载体，注重知识的整合，用物质结构理论进行抽象推理，考查物质微粒性质。 第一节 元素周期表1. 了解元素周期表的结构和应用。2了解元素、核素和同位素的含义。3了解原子构成。了解原子序数和质量数等概念间的相互关系。4了解碱金属元素和卤族元素性质。 世界上第一张元素周期表是在1869年，由俄国化学家 绘制完成的，随着科学的不断发展，已逐渐演变为现在的常用形式。1按照元素在元素周期表中的顺序给元素编号，得到 ，则原子 序数 。门捷列夫原子序数核电荷数质子数核外电子数做一做：考查周期表的族序数，你能发现族序数( (含副族) )的变化规律吗？提示：短周期中族序数从AAAA0，长周期中族序数从AAB BBBAA0族。最外层电子数相等的元素一定都在同一族吗？提示：周期表中族内元素的排列并非完全以最外层电子数进行的，还要根据元素的性质等，如He只有一个电子层且已排满，达“稳定”结构，故排在“0”族，而非A族，因此最外层电子数相等的元素不一定都在同一族( (特别是过渡元素) )。1质量数 质量数(A) 2原子的表示方法质子数(Z)中子数(N)3核素具有 叫核素。4同位素 相同而 不同的同一元素的 互称为同位素。例如，氧元素有 三种核素，这三种不同核素间互称 。一定数目的质子和一定数目的中子的一种原子质子数中子数不同核素同位素延伸：组成原子的微粒中有一些“不一定”(1)任何微粒中，质量数质子数中子数，但质子数与中子数不一定相等。(2)有质子的微粒不一定有中子，有质子的微粒不一定有电子。(3)质子数相同的微粒不一定属于同一种元素。(4)任何元素都有零价，但不一定都有负价或正价。1碱金属元素碱金属包括 六种元素，它们最外电子 层 上都有 个电子，在反应中很 ，故都是非常活泼的金属 元素。它们统称为碱金属的原因是它们 的 。Li、Na、K、Rb、Cs、Fr1容易失去氧化物的水化物都是可溶于水的强碱碱金属元素的原子结构与性质项目相似性递变性(LiCs)原子结构最外电子层都是 个电子核电荷数逐渐 ，电子层数 ，原子半径，核对最外层电子的引力物理性质通常条件下， 色(铯除外)，质 良好的 和 、 密度较小，熔点密度 (KNa，例外) 熔、沸点化学性质非常活泼，自然界中都以化合态存在，在化合物中都显 价都能与 等非金属化合都能与 反应与氧气或水反应 最高价氧化物对应水化物的碱性元素金属性 ，单质还原性 ， 是还原性最强的单质(Fr除外)1增大逐渐增多逐渐增大逐渐减弱银白软延展性导电导热性较低渐大逐渐降低1O2水越来越剧烈逐渐增强逐渐增强逐渐增强铯2. 卤族元素 卤族元素包括 五种元素，它们最外层都有 个电子， 在反应中很容易 电子，故都是非常活泼的非金属元素。F 、Cl、Br、I、At7得到卤族元素的原子结构和性质项目相似性递变性(FI)原子结构最外电子层都是 个电子核电荷数逐渐 ，电子层数 ，原子半径 ，核对最外层电子的引力物理性质都是双原子分子，都有颜色，蒸气都有刺激性气味熔、沸点 在水中溶解度不大(氟气与水反应除外)，易溶于有机溶剂颜色逐渐变深密度逐渐增大熔、沸点化学性质非常活泼，在自然界中都以化合态存在，稳定价态为 价都能与 及绝大多数金属化合，表现出较强的与H2化合 。HX的稳定性 ，还原性 ，水溶液的酸性渐强最高价氧化物对应水化物(氟除外)的酸性 元素非金属性 ，单质氧化性 ， 是氧化性最强的单质7增大逐渐增多逐渐增大逐渐减弱低逐渐增高1H2氧化性越来越难逐渐减弱逐渐增强逐渐减弱逐渐减弱逐渐减弱氟气小结：卤族单质及重要化合物性质卤素单质与H2的反应卤族单质越不活泼，与氢气化合的条件就越难。H2F2=2HF(暗处化合并发生爆炸)H2Cl2 2HCl(光照混合气体时发生爆炸)H2Br2 2HBrH2I2 2HI(该反应可逆，需持续加热，且生成的碘化氢同时又分解)卤素单质与水的反应氟气遇水发生剧烈反应：2F22H2O=4HFO2。其余卤族单质能溶于水，且部分与水反应：X2H2O HXHXO(X代表Cl、Br、I)。从氟到碘，在水中溶解度和反应程度逐渐减小。卤素单质与碱反应卤素单质均能与碱反应，其中氟气与碱反应的化学方程式较复杂，不要求掌握(除非题给信息)，常温下氯气和溴与碱反应的通式为：X22NaOH=NaXNaXOH2O(X为Cl、Br)。与某些具有还原性的化合物反应二氧化硫能使氯水、溴水和碘水褪色X2SO22H2O=2HXH2SO4(X为Cl、Br、I)卤族单质间的置换反应a气体之间：F22HX=2HFX2(X代表Cl、Br、I)Cl22HX=2HClX2(X代表Br、I)Br22HI=2HBrI2b溶液：Cl22X=2ClX2(X代表Br、I)Br22I=2BrI2氟气不能与水溶液中的卤化物发生置换反应，因为氟气能跟水剧烈反应。卤化氢a在通常条件下都是有刺激性气味的气体，极易溶于水。b只有氢氟酸是弱酸，其余为强酸。c溴化氢和碘化氢有强还原性，不可用浓H2SO4干燥。碘的特性碘遇淀粉变蓝色，利用这一特性可以鉴别和检验I2或淀粉的存在；碘易升华。1原子的构成粒子以及粒子间的关系(1)构成原子的粒子 (2) 的含义：表示一个质量数为A，质子数为Z，中子数为(AZ)的原子。(3)有关粒子间的关系质量数(A)质子数(Z)中子数(N)；质子数核电荷数中性原子的核外电子数；阳离子：质子数核外电子数电荷数；阴离子：质子数核外电子数电荷数。2.元素、核素、同位素三概念比较元素核素同位素概念具有相同核电荷数(质子数)的同类原子的总称，与核外电子数无关具有一定数目的质子和一定数目的中子的一种原子质子数相同而中子数不同的同一元素的不同原子或同一元素的不同核素范围宏观概念，对同类原子而言，既有游离态又有化合态微观概念，对某种元素的一种原子而言微观概念，对某种元素的原子而言。因同位素的存在而使原子种类多于元素种类特主要通过形成的单质或化合物来体现不同的核素可能质子数相同，或中子数相同，或质量数相同，或各类数均不相同同位素质量数不同，化学性质相同；天然同位素所占原子百分比一般不变；同位素构成的化合物如H2O、D2O、T2O物理性质不同，但化学性质相同实例H、O 是不同的核素 互为同位素【例1】 (2009广东化学，1)我国稀土资源丰富。下列有关稀土元素 的说法正确的是()A. 互为同位素B. 的质量数相同C. 是同一种核素D. 的核外电子数和中子数均为62解析：根据同位素的概念可直接判断A选项正确。答案：A 中各数、量之间的关系一直是高考的重点和热点。解答此类问题的关键是要熟悉元素符号周围字母的意义及120号元素微粒的结构特点。(1) 各字母表示的意义：A：质量数，Z：质子数，X：元素符号，x：化合价，R：电荷数，m：原子个数。(2)120号元素微观粒子中常见等电子粒子2电子粒子：H2、He、Li、H、Be2。10电子粒子：Ne、HF、H2O、NH3、CH4、Na、Mg2、Al3、 、H3O、N3、O2、F、OH、 等。18电子粒子：Ar、SiH4、PH3、H2S、HCl、F2、H2O2、N2H4、C2H6、CH3OH、K、 Ca2、Cl、S2、HS、 等。1(2010原创)下列叙述错误的是() A13C和14C属于同一种元素，它们互为同位素 B1H和2H是不同的核素，它们的质子数相等 C14C和14N的质量数相等，它们的中子数不等 D6Li和7Li的电子数相等，中子数也相等 解析：13C、14C互为同位素；14C、14N质量数都为14，中子数分别为8、 7；1H、2H互为同位素，质子数相等；6Li、7Li互为同位素，质子数和电 子数都对应相等，但中子数不相等。 答案：D1【记忆口诀】2. 根据各周期元素种数的变化规律可以分析得出同周期A族和A族元素 原子序数的差存在如下规律。周期序数1234567A和A族元素原子序数差无1111112525造成相邻数据变化的原因45，增加了过渡元素的10个纵行67，B族又分别增加了镧系和锕系各14种元素3. 同主族元素原子序数之差存在下列规律：根据各周期元素的种数依次为： 第一周期：2种，第二、三周期各8种，第四、五周期各18种，第六周期32 种，这样同主族相邻元素的原子序数之差分别有：2、8、8、18、18、32， 对于同主族不相邻的元素，可将它们的差累计求得，如：H与K相差18，可 理解为 ，即28818，又如F和I，可理解 为： ，即8181844。【例2】 同一主族的两种元素的原子序数之差不可能是()A16 B26 C 36 D46解析：本题考查元素周期表的结构。当了解元素周期表的编排规律后，需记住同主族相邻元素的序号差，从第一周期到第七周期，同族相邻周期的原子序号相差依次为2、8、8、18、18、32，在以上各选项中，有8816、81826、181836，而D选项中的46是不可能具有的。答案：D2(2010模拟精选，武汉模拟)原子序数为z的元素R，在周期表中位于A、B、C、D四种元素的中间，A、B、C、D四种元素的原子序数之和为下列数据，其中不可能的是()A4z B4z10 C4z5 D4z14 解析：由周期表的结构可知C与R或R与D的原子序数之差可能为8、18、32。即C、D原子序数之和存在三种情况：2z、2z10或2z14。而A、B原子序数之和为2z(如右图)。答案：CCAzRBD【例1】 下列关于原子的几种描述中错误的是()A16O与17O具有相同的电子数B18O与19F具有相同的中子数C15N与14N具有相同的质子数D12C与13C具有相同的质量数解析：中子数质量数质子数。16O与17O互为同位素，具有相同的电子数，A正确。18O含有8个质子，中子数18810；19F含有9个质子，中子数19910，B正确。15N与14N互为同位素，具有相同的质子数，C正确；12C与13C的质量数分别是12和13，D不正确。答案：D 高分策略本题易忽视质量数、质子数、中子数、电子数之间的关系，错选A或B，解本类题要注意掌握以下几个数量关系：(1)质子数中子数质量数(2)原子的核外电子数核内质子数核电荷数(3)阳离子核外电子数核内质子数电荷数(4)阴离子核外电子数核内质子数电荷数 【例2】 (2009重庆理综，29)(15分)化合物A由周期不同的短周期元素X、Y组成，是良好的耐热冲击材料。(1)X的单质既可与盐酸反应，又可与NaOH溶液反应，X的原子结构示意图为_。(2)X的硫酸盐溶液与过量NaOH溶液反应的离子方程式为_。(3)一定条件下，A和水缓慢作用生成含Y的化合物Z，Z分子含有10个电子。Z与H2O2反应，其产物之一是Y的单质，Y单质的电子式为_；Z分子的结构呈_。A的化学式是_。(4)X的单质、石墨和二氧化钛(TiO2)按比例混合，高温下反应得到的化合物均由两种元素组成，且都是新型陶瓷材料(在火箭和导弹上有重要应用)，其反应的化学方程式是_。 作答与批改实录点评1该生未能正确解答第(2)问，主要是未挖掘出“过量NaOH溶液”这一条件的 含义。2.书写N2的电子式只写出了成键电子，未写出未成键的孤对电子。 点拨解答本题的突破点是：根据“化合物A是由周期不同的短周期元素X、Y组成，是良好的耐热冲击材料”及X的单质的性质，不难推出X是Al元素，Y是第二周期的元素，其氢化物与H2O2反应时能生成Y的单质，可推测Y是N元素。答案(1)(2)Al34OH=AlO 2H2O(3)NN三角锥型AlN(4)4Al3TiO23C 2Al2O33TiC题后反思本题主要考查原子结构、新型无机非金属材料、电子式的书写等知识。分析近几年的无机推断题，可以发现将原子结构、元素周期律(表)与无机物的性质(如本题A是一种耐热冲击材料，X的单质、石墨和二氧化钛(TiO2)按比例混合得到均由两种元素组成且都是新型陶瓷材料)联系在一起，增强重要知识点间的内在联系的题目增多。解答这类试题通常以原子结构特点(如H中无中子，电子层数与最外层电子数相等的原子是H、Be、Al等内容，见前面讲解部分)、特殊无机物及其性质(如H2O2，AlN，Si3N4等)为突破点；同时要掌握以下几个要点：