【基礎(chǔ)知識】原子結(jié)構(gòu)與性質(zhì)

元素周期律

【必備知識】

一、主族元素周期性變化規(guī)律

1、原子結(jié)構(gòu)與元素性質(zhì)

項目同周期（從左到右）同主族（從上到下）

電子層數(shù)相同依次增加

原子

最外層電子數(shù)依次增加

結(jié)構(gòu)

原子半徑逐漸減小逐漸增大

金屬性逐漸減弱逐漸增強

元素非金屬性逐漸增強逐漸減弱

性質(zhì)最高正化合價：+1―>+7（O、F除外）,相同，最高正化合價=主族序數(shù)

化合價

負化合價=主族序數(shù)一8（H為一1價）（0、F除外）

2、定性判斷金屬性、非金屬性的一般方法

①單質(zhì)與水或非氧化性酸反應制取氫氣越容易，金屬性越強

金屬性②單質(zhì)還原性越強或陽離子氧化性越弱，金屬性越強

③最高價氧化物對應水化物的堿性越強，金屬性越強

①與H2化合越容易，氣態(tài)氫化物越穩(wěn)定，非金屬性越強

非金屬性②單質(zhì)氧化性越強或陰離子還原性越弱，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

例1、根據(jù)元素周期律比較下列各組性質(zhì)（用“>”或“〈”填空）:

（1）金屬性：KNaMg；非金屬性：F0So

(2)堿性:Mg(0H)2_______Ca(0H)2______KOH。

(3)酸性：HC104H2s04HClOo

（4）熱穩(wěn)定性：CH4NH3H2OO

⑸還原性：HBrHCI,rS2-。

3+2+2+

（6）氧化性：FeCuFeO

【答案】（1）>>>>(2)<<(3)>>(4)<<(5)><(6)>>

例2、下列實驗方案設(shè)計合理的是

選項實驗目的實驗方案

A證明非金屬性s>c將SO2氣體通入NaHCCh溶液，生成C02

B證明金屬性Fe>Cu向CuSCU溶液中加入鐵粉

C證明非金屬性C1>S向Na2s溶液中滴加鹽酸

D證明非金屬性c>s測同濃度Na2sCh與Na2c03溶液的pH

E證明金屬性Mg>Al測同濃度MgCh與A12(SO4)3溶液的pH

F證明金屬性Fe>Cu將Fe、Cu分別與稀鹽酸反應

G證明非金屬性Cl>BrCb、Bn分別與H2反應

【答案】BFG

二、電離能

(1)第一電離能概念：氣態(tài)電中性基態(tài)原子失去一個電子轉(zhuǎn)化為氣態(tài)基態(tài)正離子所需要的最小能量，通常用

/i表示，單位：kJ-moF'o

⑵規(guī)律

①同周期元素：從左往右，元素第一電離能呈增大的趨勢,其中第IIA族、第VA族元素的第一電離能出現(xiàn)

反常。第三周期主族元素第一電離能排序Na<AKMg<Si<S<P<Clo

②同族元素：從上至下第一電離能逐漸減小。

③過渡元素的第一電離能變化不太規(guī)則，同一周期，從左至右，第一電離能略有增加。

④同種原子：逐級電離能越來越大(即…，并且會發(fā)生一個突變。如果/用》/“(5倍以上突變)，

對主族元素而言，最外層有〃個電子，最高化合價為

思考1：請結(jié)合核外電子排布相關(guān)知識解釋，第一電離能：C小于O。

【解析】碳原子半徑比氧原子半徑大，且核電荷數(shù)比氧的小，故碳原子對最外層電子的吸引力小于氧，第

一電離能也小于氧。

思考2：為什么第nA族、第VA族元素的第一電離能反常，以Be和B、N和0為例。

【解析】Be的價電子排布式是2s2,為全充滿結(jié)構(gòu)，比較穩(wěn)定，難失電子，而B的價電子排布為2s22pl沒

有Be不穩(wěn)定，因此失去第一個電子B比Be容易，第一電離能小。

N原子的價電子排布式為2s22P3,處于半充滿，比較穩(wěn)定，難失電子，第一電離能大。

1

思考3：已知電離能：Z2（Ti）=l310kJ-mol,/2（K）=3051kJ-moP'o為什么/2（Ti）＜/2（K）。

【解析】K+失去的是全充滿的3P6上的電子，Ti+失去的是4sl上的電子，相對較易失去。

例3、下表列出了某短周期元素R的各級電離能數(shù)據(jù)（用/1、h……表示，單位為kJ-mori）。

71hhk........

R7401500770010500

下列關(guān)于元素R的判斷中一定正確的是（）

A.R的最高正價為+3價

B.R元素位于元素周期表中第HB族

C.R元素第一電離能大于同周期相鄰元素

D.R元素基態(tài)原子的電子排布式為Is22s2

【答案】C

【解析】由表中數(shù)據(jù)可知，R元素的第三電離能與第二電離能的差距最大，故最外層有2個電子，最高

正價為+2價，位于第IIA族，可能為Be或Mg元素，故A、B、D錯誤；短周期第nA族（3?，小。）的元素，

因〃p軌道處于全空狀態(tài)，比較穩(wěn)定，故其第一電離能大于同周期相鄰主族元素，C正確。

例4、觀察下面四種翎系元素的電離能數(shù)據(jù)，判斷最有可能顯示十3價的元素是（填元素名稱）。

幾種錮系元素的電離能（單位：kJmol1）

元素/1hhh

Yb（鏡）604121744945014

Lu（錯）532139041114987

La（錮）538106718505419

Ce漸）527104719493547

【答案】錮

例5、同一短周期部分主族元素的第一電離能隨原子序數(shù)遞增的變化趨勢如圖所示，下列說法正確的是

（）

?

溫

融

秘

—

岷

-

原子序數(shù)

A.a元素可能是Li或NaB.a—e元素的最高正化合價依次升高

nsnp

C.c對應的元素可形成共價晶體D.基態(tài)e原子的價層電子的軌道表示式為：回回工IU（n=2或3）

【答案】C

nsnp

【解析】a?e可能是Be、B、C、N、0,或Mg、Al、Si、P、S=其中0元最高正價，回反血］違背洪特規(guī)

則。

三、電負性

（1）概念：元素的原子在化合物中吸曳電子能力的標度。元素的電負性越大，表示其原子在形成化學鍵時吸

引電子的能力越強。

⑵標準

以氟的電負性為4Q和鋰的電負性為1.0作為相對標準，計算得出其他元素的電負性（稀有氣體元素未計）。

（3）變化規(guī)律

IA

H

2.1IIAIHAIVAVAVIAvnA

LiBeBcNoF

W1.52.02.53.03.54.0

N*MgAtSiPSa

0>91.21.51.82.12.5xo

GeI

KCaGaAsSeBr

0.81.01.61.82.0242.8

RbSrinSnSble1

0.81.01.71819,2.1Z5

CsBaTlPb?PoAt

<t70.91-B191.9—

①同周期元素從左至右，元素的電負性逐漸變大,同主族元素從上至下，元素的電負性逐漸變小。

②金屬元素的電負性一般小于1.8,非金屬元素的電負性一般大于1.8,而位于非金屬三角區(qū)邊界的“類金

屬''（如錯、鍵等）的電負性則在1.8左右，它們既有金屬性又有非金屬性。

⑷應用

①判斷元素金屬性、非金屬性強弱。

金屬元素電負性越小，金屬越活潑；非金屬電負性越大，非金屬越活潑。

②判斷化學鍵的類型。

一般認為：如果兩種成鍵原子間的電負性差值大于1.7,通常形成離子鍵:若差值小于1.7,通常形成共價

鍵。如A1與C1的電負性差<1.7,Al—C1為共價鍵。

③判斷元素在化合物中的價態(tài)。

共價化合物中，成鍵元素電負性大的表現(xiàn)負價。如C102中氯元素呈2價。

（1）通過分析電負性值變化規(guī)律，確定鎂元素電負性值的最小范圍是0

（2）判斷下列物質(zhì)是離子化合物還是共價化合物：

A.LijNB.BeCl2C.AlChD.SiC

屬于離子化合物的是;屬于共價化合物的是;

請設(shè)計一個實驗方案證明上述所得到的結(jié)論：O

⑶在P與C1組成的化合物中，C1元素顯（填“正”或"負”）價，理由是

【答案】⑴0.9?1.5

（2）ABCD測定各物質(zhì)在熔融狀態(tài)下能否導電，若導電則為離子化合物，反之則為共價化合物

（3）負C1的電負性大于P,其原子形成化學鍵時吸引電子的能力強

【概念辨析】

1、元素的電負性越大，非金屬性越強，第一電離能也越大。（）

2、元素的氧化物對應的水化物酸性越強，非金屬性越強，堿性越強，金屬性越強。（）

3、元素的氣態(tài)氫化物越穩(wěn)定，非金屬性越強，其水溶液的酸性越強，還原性越弱。（）

4、元素的原子得電子越多，非金屬性越強，失電子越多，金屬性越強。（）

5、同周期元素，從左到右，原子半徑逐漸減小，離子半徑也逐漸減小。（）

6、C、N、0、F四種元素第一電離能從大到小的順序是N>O>F>C。（）

7、鈉元素的第一、第二電離能分別小于鎂元素的第一、第二電離能。（）

8、電負性大小可以作為判斷元素非金屬性強弱的依據(jù)。（）

9、共價化合物中，電負性大的成鍵元素表現(xiàn)為負價。（）

10、電負性大于1.8的一定為非金屬，小于1.8的一定為金屬。（）

【答案】1.x2.x3.x4.x5.x6.x7.x8.V9.710.x

【跟蹤練習】

1、現(xiàn)有四種元素的基態(tài)原子的核外電子排布式如下:

①1S22s22P63s23P4;②1S22s22P63S23P3;③Is22s22P3;④Is22s22P5

下列有關(guān)判斷正確的是（）

A.第一電離能：④乂⑨〉②〉①B.原子半徑：④>③>②>①

C.電負性：④乂⑨乂④〉①D.最高正化合價：④>③=②>①

【答案】A

2、（2021?北京，4）下列性質(zhì)的比較,不能用元素周期律解釋的是（）

A.酸性：HClO4>H2SO3>H2SiO3B.堿性：KOH>NaOH>LiOH

C.熱穩(wěn)定性：H2O>H2S>PH3D.非金屬性：F>O>N

【答案】A

3、（2019?全國I卷）下列狀態(tài)的鎂中，電離最外層一個電子所需能量最大的是（）

[Ne]①[Nel?[Ne]①①[Ne]①

A.3sB.3sC.3s3PD.3p

【答案】A

【解析】3s軌道上有1個電子，失去此電子所需能量等于Mg的第二電離能，且s軌道電子的能量低,

所需消耗的能量高。

4、（2022?廣東，7）甲?戊均為短周期元素，在元素周期表中的相對位置如圖所示。戊的最高價氧化物對應

的水化物為強酸。下列說法不正確的是（）

A.原子半徑：丁>戊>乙B.非金屬性：戊>丁>丙

C.甲的氫化物遇氯化氫一定有白煙產(chǎn)生D.丙的最高價氧化物對應的水化物一定能與強堿反應

【答案】C

【解析】甲?戊是短周期元素，戊的最高價氧化物對應的水化物為強酸，則可能是硫酸或高氯酸，若是

高氯酸，則戊為C1,甲為N、乙為F、丙為P、丁為S;若是硫酸，則戊為S,甲為C、乙為0、丙為Si、

丁為P。根據(jù)層多徑大，同電子層結(jié)構(gòu)核多徑小原則，則原子半徑：丁>戊>乙，故A正確；根據(jù)同周期

主族元素從左到右非金屬性逐漸增強，則非金屬性：戊>丁>丙，故B正確；甲的氫化物可能為氨氣，也

可能為甲烷、乙烷等，若是氨氣，則遇氯化氫一定有白煙產(chǎn)生，若是甲烷、乙烷等，則遇氯化氫不反應，

沒有白煙生成，故C錯誤；丙的最高價氧化物對應的水化物可能是硅酸，也可能是磷酸，都能與強堿反應，

故D正確。

5、（2017年天津卷）根據(jù)元素周期表和元素周期律，判斷下列敘述不正確的是（）

A.氣態(tài)氫化物的穩(wěn)定性：H2O>NH3>SiH4

B.氫元素與其他元素可形成共價化合物或離子化合物

C.如圖所示實驗可證明元素的非金屬性：Cl>C>Si

CaCC）3NaHCOsNazSiO?

飽和溶液溶液

D.用中文“氯”（3。）命名的第118號元素在周期表中位于第七周期0族

【答案】C

【解析】C、N、。屬于同周期元素，從左至右，非金屬性依次增強，原子序數(shù)CVNVO,非金屬性O(shè)>N

>C,C、Si屬于同主族元素，從上到下，非金屬性依次減弱，原子序數(shù)C<Si,非金屬性C>Si,則非金

屬性O(shè)>N>Si,非金屬性越強，氨化物越穩(wěn)定，氣態(tài)氫化物的穩(wěn)定性H2O>NH3>SiH4,故A正確；H與

F、CI等形成共價化合物，與Na等形成離子化合物，則氫元素與其他元素可形成共價化合物或離子化合物，

故B正確；利用最高價含氧酸的酸性比較非金屬性強弱，HC1不是最高價含氧酸，則不能比較Cl、C的非

金屬性，故C錯誤；118號元素的原子序數(shù)為118,質(zhì)子數(shù)為118,核外電子數(shù)為118,其原子結(jié)構(gòu)示意圖

為,它的原子結(jié)構(gòu)中有7個電子層，最外層電子數(shù)為8,則第118號元素在周期表中位于第七

周期0族，故D正確。

6、下列說法正確的是()

A.HF、HC1、H2S,PH3的穩(wěn)定性依次增強

B.在①P、S,②Mg、Ca,③Al、Si三組元素中，每組中第一電離能較大的元素的原子序數(shù)之和為41

C.某主族元素的電離能/1?力數(shù)據(jù)如表所示(單位：kJ-moP1),可推測該元素位于元素周期表第VA族

/1hhUIskI7

5781817274511575148301837623293

D.原子半徑由小到大的順序：Mg、Si、N、F

【答案】B

【解析】元素的非金屬性越強，其簡單氫化物越穩(wěn)定，非金屬性：F>C1>S>P,所以HF、HC1、H2S、PH3

的穩(wěn)定性依次減弱，故A錯誤；①中由于P原子3P能級半充滿，所以第一電離能較大；②同主族元素自上

而下第一電離能逐漸減小，所以Mg的第一電離能較大；③同周期元素從左到右，第一電離能呈增大趨勢，

所以Si的第一電離能較大，P、Mg,Si的原子序數(shù)之和為15+12+14=41,故B正確；根據(jù)表格數(shù)據(jù)可知

該元素的第三電離能和第四電離能相差較大，所以應為第HIA族元素，故C錯誤；電子層數(shù)越多，原子半

徑越大，電子層數(shù)相同，核電荷數(shù)越小，原子半徑越大，所以原子半徑由大到小的順序為Mg、Si、N、F,

故D錯誤。

7、類推是一種重要的學習方法，但如果不具體問題具體分析就會得出錯誤結(jié)論。下列類推結(jié)論正確的是

()

A.SiJU的熔、沸點比CH4高，則PE的熔、沸點比NH3高

B.H20比NH3穩(wěn)定，則H2s也比NH3穩(wěn)定

C.F2在暗處遇H2即爆炸，b在暗處遇H2也爆炸

D.同族元素有Ca(OH)2的堿性強于Mg(OH)2,Pb(OH)4的堿性也應強于Sn(OH)4

【答案】D

【解析】由于NH3分子間存在氫鍵，導致PH3的熔、沸點比NR的低，A項錯誤；元素的非金屬性越強，

其對應簡單氫化物的穩(wěn)定性越強，非金屬性：0>N,則H2O比NH3穩(wěn)定，而非金屬性：0>S,則無法通過

類推比較H2s與NH3的穩(wěn)定性，B項錯誤；同主族元素從上到下非金屬性逐漸減弱，F(xiàn)2在暗處遇H2即爆炸，

但L在暗處遇H2幾乎不反應，C項錯誤；同一主族從上到下元素的金屬性逐漸增強，金屬性：Ca>Mg,則

同族元素對應的最高價氧化物的水化物Ca(OH)2的堿性強于Mg(OH)2的堿性，同理，金屬性：Pb>Sn,所以

Pb(OH)4的堿性也應強于Sn(OH)4,D項正確。

8、已知X、Y是短周期的兩種主族元素，下列有關(guān)比較或說法中一定正確的是()

選項條件結(jié)論

A若原子半徑：X>Y原子序數(shù)：X<Y

B化合物X?Y,?中X顯負價元素的電負性：X>Y

C若價電子數(shù)：X>Y最高正價：X>Y

D若X、Y最外層電子數(shù)分別為1、7X、Y之間一定能形成離子鍵

【答案】B

【解析】若X、Y位于同周期時，原子半徑：X>Y,則原子序數(shù)：X<Y;X、Y位于不同周期時，原子半

徑：X>Y,原子序數(shù)：X>Y,A錯誤；化合物X.Y,“中X顯負價，說明得電子能力：X>Y,則非金屬性：

X>Y,B正確；價電子數(shù)：X>Y,若X為F、Y為0時，F(xiàn)無正價，0無最高正價，C錯誤；若X為H,Y

為Cl、F,則X與Y形成共價鍵，若X為Na,則X與Y形成離子鍵，D錯誤。

9、我國科研人員發(fā)現(xiàn)了一種安全、高效的點擊化學試劑FSO2N3,下列有關(guān)元素F、0、N的說法正確的是

()

A.電負性：F>N>O>SB.第一電離能：F>S>0>N

C.最高正價：F>S=0>ND.以上物質(zhì)涉及元素的原子中，N原子的基態(tài)原子核外未成對電子數(shù)最多

【答案】D

【解析】元素的非金屬性越強，其電負性越大。元素的非金屬性：F>O>N>S,元素的電負性：F>0>N>S,

A錯誤；同一周期元素第一電離能呈增大趨勢，但第IIA族、第VA族元素原子核外電子能級分別處于全充

滿、平充滿的穩(wěn)定狀態(tài)，其第一電離能比同一周期相鄰元素的大，故這四種元素的第一電離能大小順序：

F>N>0>S,B錯誤；F沒有正價，0元最高正價，C錯誤；基態(tài)原子核外未成對電子數(shù)：F原子只有1個，

S原子和0原子均有2個，N原子有3個，所以題給物質(zhì)涉及元素的基態(tài)原子中N原子未成對電子數(shù)最多，

D正確。

10、根據(jù)下表中五種元素的電離能數(shù)據(jù)（單位：kJmor1）,下列說法不正確的是（）

電離能

/ihhh

元素

Q2080400061009400

R500460069009500

S7401500770010500

T5801800270011600

U420310044005900

A.T的氯化物最可能的化學式為TCbB.氫元素最有可能與Q元素位于同一族

C.在周期表中，最可能處于同一族的是R和UD.U元素最有可能為K,R元素最有可能為Li

【答案】D

【解析】當/時，元素的最高化合價為+%故R和U最高價為+1,S最高價為+2,T最高價為

+3,A、C項正確；由表中數(shù)據(jù)可知，Q元素各電離能都較大，而且各電離能之間無太大差距，故Q最可

能為稀有氣體元素，所以氨元素最有可能與Q元素位于同一族，B項正確；R出現(xiàn)了/4,而鋰核外只有3

個電子，D項錯誤。

11、下列有關(guān)元素性質(zhì)的說法不正確的是（）

A.具有下列價電子排布式的原子中，①3s23Pl②3s23P2③3s23P3④3s23P3電負性最大的是③

B.某主族元素氣態(tài)基態(tài)原子的逐級電離能（kJ-mo「）分別為738、1451、7733、10540、13630、17995、

21703,當它與氯氣反應時可能生成的陽離子是X2+

C.①Na、K、Rb②N、P、As③0、S、Se④Na、P、Cl,元素的第一電離能隨原子序數(shù)增大而遞增

的是④

D.具有下列電子排布式的原子中，①Is22s22P63s23P2②Is22s22P3③Is22s22P2④Is22s22P63s23P3原子半

徑最大的是①

【答案】A

【解析】①為鋁元素，②為硅元素，③為磷元素，④為硫元素；同周期元素從左到右，元素的電負性逐

漸增大，因此電負性最大的是④，A錯誤；第三電離能遠大于第二電離能，所以是第HA族元素，形成的陽

離子是X2+,B正確；同一主族從上到下，元素的第一電離能逐漸減小，①Na、K、Rb,②N、P、As,③O、

S、Se均符合此規(guī)律，同一周期從左到右，元素的第一電離能呈逐漸增大的趨勢，④Na、P、Cl符合此規(guī)律，

C正確；①為硅元素，②為氮元素，③為碳元素，④為硫元素，同周期元素從左到右，原子半徑逐漸減小，

同主族元素從上到下，原子半徑逐漸增大，因此原子半徑最大的為①，D正確。

12、簡答題

(1)[2020?全國卷I,35⑵]Li及其周期表中相鄰元素的第一電離能(/i)如表所示。7i(Li)>7i(Na),原因是

o/i(Be)>/1(B)>Zi(Li),原因是o

/^(kJ-mol1)

Mg

738

(2)[2018?全國卷ni,35(2)]黃銅是人類最早使用的合金之一，主要由Zn和Cu組成。第一電離能

/i(Zn)(填"大于”或“小于”)/i(Cu)?原因是o

11

(3)[2016?全國卷U,37(3)節(jié)選]元素銅與銀的第二電離能分別為/cu=l958kJ-mol,/Ni=l753kJ-moF,

，Cu>，Ni的原因是o

(4)[2016?全國卷III,37(2)]根據(jù)元素周期律，原子半徑GaAs,第一電離能Ga(填“大于”或

“小于”)As。

(5)[2022?河北，17)]Cu與Zn相比，第二電離能與第一電離能差值更大的是,原因是

(6)[2022?全國甲卷，35]圖a、b、c分別表示C、N、0和F的逐級電離能/變化趨勢(縱坐標的標度不同)。

第一電離能的變化圖是(填標號)，判斷的根據(jù)是；第三

電離能的變化圖是(填標號)。

22

4nz溫如

槐

理怔-tf

CNOFCNOFCNOF

圖a圖b

(7)NH3BH3分子中，與N原子相連的H呈正電性(H3+),與B原子相連的H呈負電性(4一)，電負性大小順

序是O

(8)CaTiO3的組成元素的電負性大小順序是o

(9)對于吠喃(匚〉和此咯口T)所含的元素中，電負性最大的是,最小的是；第一電離能

最大的是

(10)珅與硒的第一電離能較大的是。

(11)元素Mn與O中，第一電離能較大的是0

(12)K3[Fe(CN)6]中所涉及的元素的基態(tài)原子核外未成對電子數(shù)最多的是,各元素的第一電離能

由大到小的順序為

(13)光催化還原CO2制備CH4反應中，帶狀納米Zn2GeO4是該反應的良好催化劑。Zn、Ge、O電負性由大

至小的順序是

(14)下圖表示碳、硅和磷元素的四級電離能變化趨勢，其中表示磷的曲線是。

0A4Ah

【答案】(l)Na與Li同主族，Na的電子層數(shù)多，原子半徑大，故原子核對外層電子的吸引力小，第一電

離能更小Li、Be和B為同周期元素，同周期元素從左至右，第一電離能呈現(xiàn)增大的趨勢；但由于基態(tài)Be

原子的2s能級處于全充滿狀態(tài)，能量更低更穩(wěn)定，故其第一電離能大于B的

(2)大于Zn原子價電子排布為3d1。4s2,全充滿穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，較難失電子，Cu為3印。451,較易失電子。

(3)銅失去的是全充滿的3d10電子，鑲失去的是4s1電子

(4)大于小于

(5)Cu的第二電離能失去的是3d"的電子，第一電離能失去的是4sl電子，Zn的第二電離能失去的是4s1的

電子，第一電離能失去的是4s2電子，3dI。電子處于全充滿狀態(tài)，其與4sl電子能量差值更大

⑹圖a同周期元素第一電離能的總體趨勢是依次升高