【必備知識】
一、主族元素周期性變化規(guī)律
1、原子結構與元素性質
2、定性判斷金屬性、非金屬性的一般方法
例1、根據元素周期律比較下列各組性質(用“>”或“ > > > (2)< < (3)> > (4)< < (5)> < (6)> >
例2、下列實驗方案設計合理的是 。
【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化為氣態(tài)基態(tài)正離子所需要的最小能量，通常用I1表示，單位：kJ·ml－1。
(2)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 ③>②>①
C．電負性：④>③>②>① D．最高正化合價：④>③＝②>①
【答案】 A
2、(2021·北京，4)下列性質的比較，不能用元素周期律解釋的是( )
A．酸性：HClO4＞H2SO3＞H2SiO3 B．堿性：KOH＞NaOH＞LiOH
C．熱穩(wěn)定性：H2O＞H2S＞PH3 D．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（ ）
A．B．C．D．
【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：?。疚欤疽? B．非金屬性：戊＞?。颈?br>C．甲的氫化物遇氯化氫一定有白煙產生 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Cl，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O、丙為Si、丁為P。根據層多徑大，同電子層結構核多徑小原則，則原子半徑：?。疚欤疽?，故A正確；根據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＞?。颈?，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、下列說法正確的是( )
A．HF、HCl、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之和為41
C．某主族元素的電離能I1～I7數據如表所示(單位：kJ·ml－1)，可推測該元素位于元素周期表第ⅤA族
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>Cl>S>P，所以HF、HCl、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的原子序數之和為15＋12＋14＝41，故B正確；根據表格數據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ⅢA族元素，故C錯誤；電子層數越多，原子半徑越大，電子層數相同，核電荷數越小，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。
6、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論。下列類推結論正確的是( )
A．SiH4的熔、沸點比CH4高，則PH3的熔、沸點比NH3高
B．H2O比NH3穩(wěn)定，則H2S也比NH3穩(wěn)定
C．F2在暗處遇H2即爆炸，I2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NH3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：O>N，則H2O比NH3穩(wěn)定，而非金屬性：O>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I2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。
7、已知X、Y是短周期的兩種主族元素，下列有關比較或說法中一定正確的是( )
【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：XY，原子序數：X>Y，A錯誤；化合物XnYm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：X>Y，若X為F、Y為O時，F(xiàn)無正價，O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。
8、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，下列有關元素F、O、N的說法正確的是( )
A．電負性：F>N>O>S B．第一電離能：F>S>O>N
C．最高正價：F>S＝O>N D．以上物質涉及元素的原子中，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>O>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、半充滿的穩(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>O>S，B錯誤；F沒有正價，O無最高正價，C錯誤；基態(tài)原子核外未成對電子數：F原子只有1個，S原子和O原子均有2個，N原子有3個，所以題給物質涉及元素的基態(tài)原子中N原子未成對電子數最多，D正確。
9、根據下表中五種元素的電離能數據(單位：kJ·ml－1)，下列說法不正確的是( )
A.T的氯化物最可能的化學式為TCl3 B．氦元素最有可能與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U D．U元素最有可能為K，R元素最有可能為Li
【答案】 D
【解析】 當In＋1?In時，元素的最高化合價為＋n，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；由表中數據可知，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，所以氦元素最有可能與Q元素位于同一族，B項正確；R出現(xiàn)了I4，而鋰核外只有3個電子，D項錯誤。
10、下列有關元素性質的說法不正確的是( )
A．具有下列價電子排布式的原子中，①3s23p1 ②3s23p2 ③3s23p3 ④3s23p4，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·ml－1)分別為738、1 451、7 733、10 540、13 630、17 995、21 703，當它與氯氣反應時可能生成的陽離子是X2＋
C．①Na、K、Rb ②N、P、As ③O、S、Se ④Na、P、Cl，元素的第一電離能隨原子序數增大而遞增的是④
D．具有下列電子排布式的原子中，①1s22s22p63s23p2 ②1s22s22p3 ③1s22s22p2 ④1s22s22p63s23p4，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ⅡA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。
11、簡答題
(1)[2020·全國卷Ⅰ，35(2)]Li及其周期表中相鄰元素的第一電離能(I1)如表所示。I1(Li)> I1(Na)，原因是___________________。I1(Be)> I1(B)> I1(Li)，原因是______________________________________________。
(2)[2018·全國卷Ⅲ，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I1(Zn)_______________(填“大于”或“小于”)I1(Cu)。原因是_________________________。
(3)[2016·全國卷Ⅱ，37(3)節(jié)選]元素銅與鎳的第二電離能分別為ICu＝1 958 kJ·ml－1，INi＝1 753 kJ·ml－1，ICu＞INi的原因是_________________________________________________________________。
(4)[2016·全國卷Ⅲ，37(2)]根據元素周期律，原子半徑Ga________As，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、O和F的逐級電離能I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)，判斷的根據是_________________________________；第三電離能的變化圖是________(填標號)。
(7)NH3BH3分子中，與N原子相連的H呈正電性(Hδ＋)，與B原子相連的H呈負電性(Hδ－)，電負性大小順序是________________。
(8)CaTiO3的組成元素的電負性大小順序是________________。
(9)對于呋喃(和吡咯)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)砷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________。
(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________。
【答案】 (1)Na與Li同主族，Na的電子層數多，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
大于 Zn原子價電子排布為3d104s2，全充滿穩(wěn)定結構，較難失電子，Cu為3d104s1，較易失電子。
銅失去的是全充滿的3d10電子，鎳失去的是4s1電子
(4)大于 小于
(5)Cu的第二電離能失去的是3d10的電子，第一電離能失去的是4s1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，3d10電子處于全充滿狀態(tài)，其與4s1電子能量差值更大
(6)圖a 同周期元素第一電離能的總體趨勢是依次升高的，但由于N元素的2p能級為半充滿狀態(tài)，因此N元素的第一電離能較C、O兩種元素高 圖b
(7)N>H>B (8)O>Ti>Ca (9)O H N (10)As或砷 (11)O
(12)Fe(鐵) N>C>Fe>K (13)O>Ge>Zn (14)b
12、下表是元素周期表的一部分，表中所列的字母分別代表一種化學元素。試回答下列問題：
(1)元素p為26號元素，請寫出其基態(tài)原子的核外電子排布式：________________________。
(2)h的單質在空氣中燃燒發(fā)出耀眼的白光，請用原子結構的知識解釋發(fā)光的原因：________________________________________。
(3)、p兩元素的部分電離能數據如下表：
表2
比較兩元素的I2、I3可知，氣態(tài)2＋再失去一個電子比氣態(tài)p2＋再失去一個電子難。對此，你的解釋是________________________________________________________________________。
(4)第3周期8種元素單質熔點高低的順序如圖1所示，其中電負性最大的是________(填圖1中的序號)。
(5)表1中所列的某主族元素的電離能情況如圖2所示，則該元素是__________(填元素符號)。
【答案】 (1)1s22s22p63s23p63d64s2(或[Ar]3d64s2)
(2)電子從能量較高的軌道躍遷到能量較低的軌道時，以光(子)的形式釋放能量
(3)Mn2＋的3d軌道電子排布為半充滿狀態(tài)，比較穩(wěn)定 (4)2 (5)Al
【解析】 (2)h為Mg元素，Mg單質在空氣中燃燒發(fā)出耀眼的白光，電子從能量較高的軌道躍遷到能量較低的軌道時以光(子)的形式釋放能量。(3)為Mn元素，其基態(tài)原子電子排布式為1s22s22p63s23p63d54s2，Mn2＋的基態(tài)電子排布式為1s22s22p63s23p63d5，其3d軌道為半充滿結構，相對比較穩(wěn)定，其失去第3個電子時比較困難，而Fe2＋的基態(tài)電子排布式為1s22s22p63s23p63d6，其3d軌道再失去一個電子即為半充滿結構，故其失去第3個電子比較容易。(4)第3周期8種元素分別為鈉、鎂、鋁、硅、磷、硫、氯、氬，其單質中鈉、鎂、鋁形成金屬晶體，熔點依次升高；硅形成共價晶體；磷、硫、氯、氬形成分子晶體，且常溫下磷、硫為固體，氯氣、氬為氣體，8種元素的單質中熔點最低的為氬氣，其次為氯氣，其中電負性最大的為氯。(5)由圖可知，該元素的電離能I4 遠大于I3，故為第ⅢA族元素，應為Al。項目
同周期(從左到右)
同主族(從上到下)
原子結構
電子層數
相同
依次增加
最外層電子數
依次增加
相同
原子半徑
逐漸減小
逐漸增大
元素性質
金屬性
逐漸減弱
逐漸增強
非金屬性
逐漸增強
逐漸減弱
化合價
最高正化合價：＋1→＋7(O、F除外)，
負化合價＝主族序數－8(H為－1價)
相同，最高正化合價＝主族序數(O、F除外)
金屬性
①單質與水或非氧化性酸反應制取氫氣越容易，金屬性越強
②單質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
非金屬性
①與H2化合越容易，氣態(tài)氫化物越穩(wěn)定，非金屬性越強
②單質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
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NaHCO3溶液，生成CO2
B
證明金屬性Fe>Cu
向CuSO4溶液中加入鐵粉
C
證明非金屬性Cl>S
向Na2S溶液中滴加鹽酸
D
證明非金屬性C>S
測同濃度Na2SO3與Na2CO3溶液的pH
E
證明金屬性Mg>Al
測同濃度MgCl2與Al2(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>Br
Cl2、Br2分別與H2反應
I1
I2
I3
I4
……
R
740
1 500
7 700
10 500
元素
I1
I2
I3
I4
Yb(鐿)
604
1 217
4 494
5 014
Lu(镥)
532
1 390
4 111
4 987
La(鑭)
538
1 067
1 850
5 419
Ce(鈰)
527
1 047
1 949
3 547
元素
Al
B
Be
C
Cl
F
Li
Mg
N
Na
O
P
S
Si
電負性
1.5
2.0
1.5
2.5
3.0
4.0
1.0
3.0
0.9
3.5
2.1
2.5
1.8
I1
I2
I3
I4
I5
I6
I7
578
1 817
2 745
11 575
14 830
18 376
23 293
選項
條件
結論
A
若原子半徑：X>Y
原子序數：XY
C
若價電子數：X>Y
最高正價：X>Y
D
若X、Y最外層電子數分別為1、7
X、Y之間一定能形成離子鍵
電離能
元素代號
I1
I2
I3
I4
Q
2 080
4 000
6 100
9 400
R
500
4 600
6 900
9 500
S
740
1 500
7 700
10 500
T
580
1 800
2 700
11 600
U
420
3 100
4 400
5 900
I1/(kJ·ml－1)
Li
520
Be
900
B
801
Na
496
Mg
738
Al
578
元素
電離能/(kJ·ml－1)
p
I1
717
759
I2
1 509
1 561
I3
3 248
2 957

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