物质结构 元素周期律单元知识总结
【单元知识结构】
(一)原子结构
1．构成原子的粒子及其关系
(1)原子的构成
(2)各粒子间关系
原子中：原子序数＝核电荷数＝质子数＝核外电子数
阳离子中：质子数＝核外电子数+电荷数
阴离子中：质子数＝核外电子数一电荷数
原子、离子中：质量数(A)＝质子数(Z)+中子数(N)
(3)各种粒子决定的属性
元素的种类由质子数决定。
原子种类由质子数和中子数决定。
核素的质量数或核素的相对原子质量由质子数和中子数决定。
元素中是否有同位素由中子数决定。
质子数与核外电子数决定是原子还是离子。
原子半径由电子层数、最外层电子数和质子数决定。
元素的性质主要由原子半径和最外层电子数决定。
(4)短周期元素中具有特殊性排布的原子
最外层有一个电子的非金属元素：H。
最外层电子数等于次外层电子数的元素：Be、Ar。
最外层电子数是次外层电子数2、3、4倍的元素：依次是C、O、Ne。
电子总数是最外层电子数2倍的元素：Be。
最外层电子数是电子层数2倍的元素：He、C、S。
最外层电子数是电子层数3倍的元素：O。
次外层电子数是最外层电子数2倍的元素：Li、Si 。
内层电子总数是最外层电子数2倍的元素：Li、P。
电子层数与最外层电子数相等的元素：H、Be、Al。
2．原子、离子半径的比较
(1)原子的半径大于相应阳离子的半径。
(2)原子的半径小于相应阴离子的半径。
(3)同种元素不同价态的离子，价态越高，离子半径越小。
(4)电子层数相同的原子，原子序数越大，原子半径越小(稀有气体元素除外)。
(5)最外层电子数相同的同族元素的原子，电子层数越多原子半径越大；其同价态的离子半径也如此。
(6)电子层结构相同的阴、阳离子，核电荷数越多，离子半径越小。
3．核素、同位素
(1)核素：具有一定数目的质子和一定数目的中子的一种原子。
(2)同位素：同一元素的不同核素之间的互称。
(3)区别与联系：不同的核素不一定是同位素；同位素一定是不同的核素。
(二)元素周期律和元素周期表
1．元素周期律及其应用
(1)发生周期性变化的性质
原子半径、化合价、金属性和非金属性、气态氢化物的稳定性、最高价氧化物对应水化物的酸性或碱性。
(2)元素周期律的实质
元素性质随着原子序数递增呈现出周期性变化，是元素的原子核外电子排布周期性变化的必然结果。也就是说，原子结构上的周期性变化必然引起元素性质上的周期性变化，充分体现了结构决定性质的规律。具体关系如下：
2．比较金属性、非金属性强弱的依据
(1)金属性强弱的依据
单质跟水或酸置换出氢的难易程度(或反应的剧烈程度)。反应越易，说明其金属性就越强。
最高价氧化物对应水化物的碱性强弱。碱性越强，说明其金属性也就越强，反之则弱。
金属间的置换反应。依据氧化还原反应的规律，金属甲能从金属乙的盐溶液中置换出乙，说明甲的金属性比乙强。
金属阳离子氧化性的强弱。阳离子的氧化性越强，对应金属的金属性就越弱。
(2)非金属性强弱的依据
单质跟氢气化合的难易程度、条件及生成氢化物的稳定性。越易与
反应，生成的氢化物也就越稳定，氢化物的还原性也就越弱，说明其非金属性也就越强。
最高价氧化物对应水化物酸性的强弱。酸性越强，说明其非金属性越强。
非金属单质问的置换反应。非金属甲把非金属乙对应的阴离子从其盐溶液中置换出来，说明甲的非金属性比乙强。如
非金属元素的原子对应阴离子的还原性。还原性越强，元素的非金属性就越弱。
3．常见元素化合价的一些规律
(1)金属元素无负价。金属单质只有还原性。
(2)氟、氧一般无正价。
(3)若元素有最高正价和最低负价，元素的最高正价数等于最外层电子数；元素的最低负价与最高正价的关系为：最高正价+最低负价＝8。
(4)除某些元素外(如N元素)，原子序数为奇数的元素，其化合价也常呈奇数价，原子序数为偶数的元素，其化合价也常呈偶数价，即价奇序奇，价偶序偶。
若元素原子的最外层电子数为奇数，则元素的正常化合价为一系列连续的奇数，若有偶数则为非正常化合价，其氧化物是不成盐氧化物，如NO；若原子最外层电子数为偶数，则正常化合价为一系列连续的偶数。
4．原子结构、元素性质及元素在周期表中位置的关系
原子半径越大，最外层电子数越少，失电子越易，还原性越强，金属性越强。
原子半径越小，最外层电子数越多，得电子越易，氧化性越强，非金属性越强。
在周期表中，左下方元素的金属性大于右上方元素；左下方元素的非金属性小于右上方元素。
5．解答元素推断题的一些规律和方法
元素的推断多为文字叙述题。考查该知识点的题型主要有选择题、填空题、推断题等，涉及知识面广，常给出如下条件：结构特点，性质特点，定量计算。常需运用相关的基础知识去解决问题。
(1)根据原子结构与元素在周期表中的位置关系的规律
电子层数＝周期数，主族序数＝最外层电子数
原子序数＝质子数，主族序数＝最高正价数
负价的绝对值=8-主族序数
(2)根据原子序数推断元素在周期表中的位置。
记住稀有气体元素的原子序数：2、10、18、36、54、86。用原子序数减去比它小而相近的稀有气体元素的原子序数，即得该元素所在的纵行数。再运用纵行数与族序数的关系确定元素所在的族；这种元素的周期数比相应的稀有气体元素的周期数大1。
(3)根据位置上的特殊性确定元素在周期表中的位置。
主族序数等于周期数的短周期元素：H、Be、Al。
主族序数等于周期数2倍的元素：C、S。
最高正价与最低负价代数和为零的短周期元素：C、Si
短周期中最高正价是最低负价绝对值3倍的元素：S。
(4)根据元素性质、存在、用途的特殊性。
形成化合物种类最多的元素、或单质是自然界中硬度最大的物质的元素、或气态氢化物中氢的质量分数最大的元素：C。
空气中含量最多的元素、或气态氢化物的水溶液呈碱性的元素：N。
地壳中含量最多的元素、或气态氢化物的沸点最高的元素、或气态氢化物在通常情况下呈现液态的元素：O。
最活泼的非金属元素：F；最活泼的金属元素：Cs；最轻的单质的元素：H；最轻的金属元素：Li；单质的着火点最低的非金属元素是：P。
6．确定元素性质的方法
(1)先确定元素在周期表中的位置。
(2)一般情况下，主族序数-2＝本主族中非金属元素的种数(IA除外)。
(3)若主族元素的族序数为m，周期数为n，则：
时，为金属，
值越小，金属性越强；
时，为非金属，值越大，非金属性越强；
时是两性元素。
(三)化学键和分子结构
1．化学键
(1)化学键的定义：相邻的两个或多个原子间的强烈的相互作用。
(2)化学键的存在：化学键只存在于分子内部或晶体中的相邻原子间以及阴、阳离子间。对由共价键形成的分子来说就是分子内的相邻的两个或多个原子间的相互作用；对由离子形成的物质来说，就是阴、阳离子间的静电作用。这些作用是物质能够存在的根本原因。
(3)离子键、共价键的比较
| 离子键 | 共价键 | |
| 概念 | 阴、阳离子结合成化合物的静电作用 | 原子间通过共用电子对所形成的相互作用 |
| 成键粒子 | 离子 | 原子 |
| 作用的实质 | 阴、阳离子间的静电作用 | 原子核与共用电子对间的电性作用 |
| 形成条件 | 活泼金属与活泼非金属化合时形成离子键 | 非金属元素形成单质或化合物时形成共价键 |
(4)键的强弱与成键粒子的关系
离子键的强弱与阴、阳离子半径大小以及电荷数的多少有关。离子半径越小，电荷数越多，其离子键的作用就越强。
共价键的强弱与成键双方原子核间距有关。原子半径越小，原子间核间距就越小，共价键就越牢固，作用就越强。
离子键的强弱影响该离子化合物的熔、沸点、溶解性等；共价键的强弱往往会影响分子的稳定性或一些物质熔、沸点的高低。
(5)物质中的化学键的判断规律
离子化合物中一定有离子键，可能有共价键。
共价化合物、非金属单质中只有共价键。
稀有气体元素的单质中无化学键。
2．书写电子式注意的几个问题
(1)用电子式表示离子化合物的形成过程时要注意的几点：
①左边写出形成离子化合物所需原子的电子式，右边写出生成的离子化合物的电子式，中间用“→”连接。
②用电子式表示离子化合物的结构时，简单的阳离子一般用离子符号表示，而阴离子和复杂的阳离子则不同，在元素符号周围一般用小黑点(或×)表示最外层电子数，外面再加［］，并在［］右上方标出所带电荷。
③构成离子化合物的每个离子都要单独写，不可合并；书写原子的电子式时，若有几个相同的原子可合并写。
(2)用电子式表示共价化合物或非金属单质的形成过程时要注意的几点：
①左边写出形成共价化合物所需原子的电子式，右边写出共价化合物的电子式，中间用“-”连接(非金属单质也相同)。
②不同元素的原子形成分子时共用电子对的数目不同，原子的最外层电子数目与达到稳定结构所需电子数目相差几个电子，一般就要共用几对电子。
③共价化合物的电子式中，要注意使每个原子周围的电子数均达到稳定的结构的要求。
④共价化合物中没有离子，表示电子式时不使用括号，也不标电荷数。
【难题巧解点拨】
例1 设某元素中原子核内的质子数为m，中子数n，则下列论断
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Wg，此原子的质量为(m+n)Wg
D.核内中子的总质量小于质子的总质量
解析 元素的相对原子质量并不是某种原子的相对原子质量；只有原子的相对原子质量大约等于该原子的质量数；任何原子的质量不可能是碳原子质量与此原子质子数与中子数之和的乘积；在原子中质子数与中子数的相对多少是不一定的关系。
答案 A
点拨 由相对原子质量的引入入手，明确原子的质量数与其相对原子质量的关系，注意同位素的相对原子质量与元素的相对原子质量的区别和联系。
例2 推断下列微粒的名称，并用电子式表示其形成过程
(1)离子化合物AB，阳离子比阴离子多一个电子层，1mol AB中含12mol电子，则化合物的名称为__________，形成过程为___________。
(2)由第三周期元素的半径最大的阳离子和半径最小的阴离子形成的化合物为___________，名称为___________,形成过程为___________。
解析 (1)AB为离子化合物，则A为金属元素，B为非金属元素，且A、B、的原子序数小于12。A可能为Li、Be、Na，B可能为H、O、F，又因阳离子与阴离子中，半径最大的阳离子为
，半径最小的阴离子为
。
答案 (1)氢化钠，
(2)NaCl氯化钠，
点拨 根据离子化合物形成的条件和离子化合物中的电子数去确定可能的金属元素和非金属元素，特别注意氢元素也能形成阴离子。掌握规律，应用结构，综合判断。
例3 氢化钠(NaH)是一种白色的由离子构成的晶体，其中钠是+1价，NaH与水反应出氢气。下列叙述正确的是 ( )
A.NaH在水中显酸性
B.NaH中氢离子半径比锂离子半径大
C.NaH中氢离子的电子层排布与氦原子相同
D.NaH中氢离子可被还原成
解析 因NaH是离子化合物，其中的钠为+1价，因此氢为-1价。
溶液应显碱性，NaH中H元素化合价升离被氧化；
与
电子层结构与He相同，的核电荷数，所以半径大于半径。
答案 B、C
点拨 思维的关键就是由NaH中分析出氢元素的化合价为-1价后所作出的相应变化，注意与
这两种离子在性质和结构上的不同。
例4 A、B、C、D为中学化学中常见的四种气体单质，在一定条件下B可以分别和A、C、D化合成甲、乙、丙。C和D化合生成化合物丁。已知甲、乙、丙每个分子含有的电子数相同，并且甲、乙、丙、丁有如下关系：
（1）单质B的化学式是_______________，单质D的结构式______________。
（2）单质A和化合物乙反应的化学方程式为____________，单质C和化合物丙反应的化学方程式为____________。
解析 因为A、B、C、D为常见气体单质，有
，且电子数均相同，大胆确定甲、乙、丙中均含有氢元素，它们的分子中都有10个电子，且B为。又根据甲、乙、丙、丁的相互转化关系，可推出A为氟气、C为氧气、D为氮气。
答案 (1)，
(2)
，
点拨 A、B、C、D为常见的气体单质，A、B、C、D一定为非金属单质，根据甲、乙、丙所含电子数相同，且为非金属元素的化合物，大胆推测甲、乙、丙中均含有氢元素。又根据
反应进行逻辑推理可知A、C为何物。
例5 能够说明
分子的4个原子在同一平面的理由是
( )
A.两个键之间夹角为120°
B.B—F键为非极性共价键
C.3个B—F键的强弱相同
D.3个B—F键的键长相等
解析 分子的空间结构由两个键之间的夹角决定，若4个原子在同一平面，则键之间的夹角为120°，若4个原子构成三角形，则键之间的夹角小于120°。
点拨 判断分子的空间构型、分子的极性的思路一般是：键之间的夹角→分子空间构型→分子极性；或由分子极性→分子空间构型。
例6 若短周期的两元素形成原子个数比为2:3的化合物，则这两种元素原子序数差不可能是 ( )
A.1 B.3 C.5 D.6
解析 设短周期两种元素形成的化合物
或
，根据化合价规则：
或
，则X元素在周期表中所处的主族序数一定是奇数，原子序数也一定是奇数，而Y元素所处的主族序数为偶数，原子序数也一定是偶数。奇、偶之差一定为奇数，不可能是偶数。
答案 D
点拨 本题若用具体元素代入或(如
、
、
、
等)的解法较用上述规律法推导繁杂，灵活运用恰当的方法可能会变繁为简，所以要针对题目灵活运用方法。
【拓展延伸探究】
例7 证明金属和非金属之间没有严格的界限，方案自己设计，例如
(1)用镊子夹住去除了氧化膜的镁条，放在酒精灯焰上点燃，把生成的白色氧化镁放入试管里，注入少量蒸馏水，振荡、观察白色粉末的溶解情况加几滴紫色石蕊试液，观察颜色变化。
(2)把少量红磷入在燃烧匙里，把燃烧匙放在酒精灯火焰上加热。使红磷燃烧，再把燃烧匙伸进集气瓶中加入少量蒸馏水，观察瓶内壁白色固体溶解情况。加几滴紫色石蕊试液，观察颜色变化。
(3)在盛有少量氧化锌的试管中，加入少许蒸镏水，再把它分装在两个试管中，一试管里加入2mL盐酸，另一试管里加入2mL NaOH溶液，观察两试管的变化。
以上三个实验中的化学应用化学方程式表示，并作出相应的结论。
解析 (1)镁在空气中燃烧生成氧化镁，MgO在水中溶解度很小，只能溶解少许，但这些量足以能使紫色的石蕊试液变蓝。
(2)红磷在空气中燃烧生成
，，可与水反应生成
或
，溶液呈酸性，能使紫色石蕊试液变红。
(3)ZnO既能溶于盐酸，又能溶于NaoH，它即能跟酸反应又能跟碱反应，都生成盐和水。
综合述三个实验，MgO是碱性氧化物，是酸性氧化物，ZnO是两性氧化物，说明由金属到非金属是逐渐过渡，它们之间没有严格的界限。
答案 (1)
(2) 
或
(3)
点拨 设计一个实验方案，首先要依据确定的化学原理，用明显的化学现象证明其存在；其次要简单，充分体现各步的目的和相互依存关系。证明一个事实的实验方案可有多种，思维要开放，探究要灵活，在探究中学习，在学习中探究。
【课本习题解答】
一、填空题
1．17，18，17。35。
。第三、ⅦA。
，
，HCl。
2．填表
3．(1)钠、钾、镁、铝、碳、氧、氯、溴、氩，氩。
(2)NaOH (3)K>Na>Mg (4)
，
，> (5)NaBr，黄 (6)18
4．32，16，S。三、
ⅥA，
，
。
5．(1)钠、铝、氯。(2)NaOH、
；盐酸。
、
、
。
二、选择题
1．解析 Na原子变成
就是失去了M层上的一个电子。答案 D
2．解析 ⅦA元素的原子最外层均为7个电子，均为非金属元素，随着电子层数增多，元素的非金属性减弱。答案 A
3．解析 在周期表中，元素所在的周期数等于原子核外电子层数，主族元素的族序数等于原子核外最外层电子数。在同一周期内原子序数越大，原子半径越小。最外层电子数为8的粒子可能是原子，也可以是离子。答案 B
4．解析 由X元素的气态氢化物的化学式
，推知X元素原子最外层有6个电子，X元素的最高价为+6价。答案 D
5．解析 由
可推出R的最高正价为+4。设R的相对原子质量为x，
，x＝12，x=12，R为碳元素。答案 B
6．解析 由
型分子可推出A、B元素化合价为：
、
。答案 C
7．解析 a、b、c、d离子电子层结构相同，a、b阳离子位于c、d阴离子的下一周期。在同一周期中，同电性离子从左到右由大到小。则原子序数大小b>a>d>c。答案 B
8．解析 X元素的离子为
，Y元素的离子为
，化合物Z为
。答案D
三、问答题
1． 
、
2．(1)X为Cl、Y为S、Z为K
(2)、
、KOH
9．(1)7个，4个(2)第七周期，第ⅣA族，金属元素(3)
、
(4)
或
四、计算题
解析，
，X＝16，X为氧元素，再推出Y为硫元素。X为第二周期，第六主族；Y为第三周期，第六主族。、
2．解析B的氢氧化物为
、n(HCl)＝0.4
mol
(1)B的相对原子质量为24，原子序数为12。
(2)A是Na，C是Al。
(3)A1产生
最多，体积为33.6 L。
【单元达纲练习】
1.(97全国)已知铍(Be)的原子序数为4，下列对铍及其化合物的叙，正确的是 ( )
A.铍的原子半径大于硼的原子半径
B.氯化铍分子中铍原子的最外层电子数是8
C.氢氧化铍的碱性氢氧化钙弱
D.单质铍跟冷水反应产生氢气
2.(98上海)钛(Ti)金属常被称为未来钢铁，钛元素的同位素
、
、
、
、
中，中子数不可能为 (
)
A．30 B．28 C．26 D．24
3.(99全国)原计划实现全球卫星通讯需发射77颗卫星，这与铱(Ir)元素的原子核外电子数恰好相等，因此称为“铱星计划”。已知铱的一种位素是
，则其核内的中子数是 ( )
A．77 B．114 C．191 D．268
4.(94全国)已知X、Y的核电荷数分别是a和b，它们的离子
和
的核外电子排布相同，则下列关系中正确的是
( )
A.a=b+m+n B.a=b-m+n
C.a=b+m-n D.a=b-m-n
5.(94上海)某粒用
表示，下列该粒子的叙述正确的是 ( )
A.所含质子数=A-n B.所含中子数=A-Z
C.所含电子数=Z+n D.质量数=Z+A
6.(95全国)据报道，1994年12月科学家发现一种新元素，它的原子核内有161个中子，质量数为272。该元素的原子序数为 ( )
A．111 B．161 C．272 D．433
7.(2000上海)据报道，某些建筑材料会产生放射性同位素氡
从而对人体产生伤害，该同位素原子的中子数和质子数之差是
( )
A．136 B．50 C．86 D．222
8．(95全国)科学家最近制造出第112号新元素，其原子的质量数为277，这是迄今已知元素中最重的原子。关于该新元素的下列叙述正确的是 ( )
A．其原子核内中子数和质子数都是112
B．其原子核内中子数为165，核外电子数为112
C．其原子质量是
原子质量的277倍
D．其原子质量与原子质量之比为277:12
9．(96全国)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的原子半径比Y的大
D．X元素的最高正价比Y的小
10．(2001上海)已知短周期元素的离子，
，
，
，
都具有相同的电子层结构，则下列叙述正确的是 ( )
A．原子半径A>B>D>C B． 原子序数d>c>b>a
C．离子半径C>D>B>A D． 单质的还原性A>B>D>C
参考答案
【单元达纲练习】
1． A、C 2．A 3．B 4．A 5．B 6．A 7．B 8．B、D 9．C、D 10．C