元素周期律习题

元素周期律习题元素周期律是化学学科的基石，它揭示了元素之间内在的联系与规律性，是我们学习和研究化学元素性质、预测未知物质性质的强大工具。掌握元素周期律，不仅需要深刻理解其核心内涵，更需要通过适量的习题练习来巩固和深化。本文将精选若干典型习题，辅以深度解析，旨在帮助读者从本质上理解元素周期律，并提升运用其解决实际问题的能力。一、核心概念回顾与解题心法在进入习题之前，我们先来简要回顾元素周期律的核心内容，这是解题的“内功心法”。元素周期律主要体现在元素的核外电子排布、原子半径、主要化合价、金属性与非金属性等性质随着原子序数的递增而呈现周期性的变化。*核外电子排布：随着原子序数递增，元素原子的最外层电子数呈现从1到8（或2）的周期性变化。*原子半径：同周期从左到右，原子半径逐渐减小（稀有气体除外）；同主族从上到下，原子半径逐渐增大。*主要化合价：主族元素的最高正化合价等于其族序数（O、F除外），最低负化合价等于其族序数减8（H为-1）。*金属性与非金属性：同周期从左到右，元素金属性逐渐减弱，非金属性逐渐增强；同主族从上到下，元素金属性逐渐增强，非金属性逐渐减弱。金属性强弱可通过单质与水/酸反应置换出H₂的难易、最高价氧化物对应水化物的碱性强弱等判断；非金属性强弱可通过单质与H₂化合的难易及气态氢化物的稳定性、最高价氧化物对应水化物的酸性强弱等判断。解题心法：1.“位-构-性”三位一体：元素在周期表中的位置（周期、族）决定了其原子结构（电子层数、最外层电子数），而原子结构又决定了元素的性质。反之，元素的性质也能反映其原子结构和在周期表中的位置。这是解决元素周期律相关问题的核心思想。2.抓住“递变”与“相似”：同周期元素性质的递变性和同主族元素性质的相似性及递变性是解题的关键线索。3.以“结构”为桥梁：遇到性质比较或推断题时，先尝试从原子结构（尤其是最外层电子数和电子层数）入手分析。二、习题精选与深度解析（一）基础概念辨析与比较例1：下列关于元素周期律的叙述中，正确的是（）A.随着元素原子序数的递增，原子最外层电子数总是从1到8重复出现B.随着元素原子序数的递增，元素最高正化合价从+1到+7重复出现C.随着元素原子序数的递增，元素的原子半径从小到大发生周期性变化D.元素性质的周期性变化是元素原子核外电子排布周期性变化的必然结果解析：本题考查对元素周期律核心概念的准确理解。A选项：错误。第一周期元素原子最外层电子数从1到2，并非从1到8。B选项：错误。氧元素无最高正价（通常认为），氟元素无正价；且金属元素的最高正价也不一定能达到+7，如钠元素最高正价为+1。C选项：错误。同周期元素从左到右原子半径逐渐减小（稀有气体除外），同主族从上到下原子半径逐渐增大，因此原子半径的周期性变化并非简单的“从小到大”。D选项：正确。元素原子核外电子排布的周期性变化是元素性质周期性变化的根本原因，这是元素周期律的实质。答案：D例2：比较下列各组元素的原子半径大小，并说明理由。（1）Na与Mg（2）O与S（3）Na与K（4）Cl与Al解析：原子半径大小比较的核心依据是：电子层数越多，半径越大；电子层数相同时，核电荷数越大，原子核对核外电子的吸引力越强，半径越小。（1）Na与Mg：二者均位于第三周期，电子层数相同。Na的核电荷数（11）小于Mg（12），因此原子半径：Na>Mg。（2）O与S：二者均位于第ⅥA族，S的电子层数（3层）多于O（2层），因此原子半径：S>O。（3）Na与K：二者均位于第ⅠA族，K的电子层数（4层）多于Na（3层），因此原子半径：K>Na。（4）Cl与Al：二者均位于第三周期，电子层数相同。Al的核电荷数（13）小于Cl（17），因此原子半径：Al>Cl。答案：（1）Na>Mg；（2）S>O；（3）K>Na；（4）Al>Cl。理由见解析。例3：下列各组元素中，金属性逐渐增强的是（），非金属性逐渐增强的是（）。A.Na、Mg、AlB.N、O、FC.P、S、ClD.Li、Na、K解析：同周期从左到右，金属性减弱，非金属性增强；同主族从上到下，金属性增强，非金属性减弱。A选项：Na、Mg、Al位于第三周期，从左到右排列，金属性逐渐减弱。B选项：N、O、F位于第二周期，从左到右排列，非金属性逐渐增强。C选项：P、S、Cl位于第三周期，从左到右排列，非金属性逐渐增强。D选项：Li、Na、K位于第ⅠA族，从上到下排列，金属性逐渐增强。答案：金属性逐渐增强的是（D）；非金属性逐渐增强的是（B、C）。（二）元素推断与性质预测例4：现有短周期主族元素A、B、C、D，它们在周期表中的相对位置如图所示。已知A、D的原子序数之和为28。请回答下列问题：A:-::-::-::-:BCD（1）写出各元素的元素符号：A______，B______，C______，D______。（2）比较B、C、D三种元素的最高价氧化物对应水化物的酸性强弱：________________。（3）比较A、B、C三种元素的简单气态氢化物的稳定性：________________。（4）写出D元素的单质与C元素的最高价氧化物对应水化物的浓溶液在加热条件下反应的化学方程式：________________。解析：本题是一道典型的元素周期表位置推断题，解题的关键在于利用元素在周期表中的相对位置关系及原子序数的关系。（1）设A的原子序数为x。由于A、B、C、D均为短周期元素，由它们在周期表中的相对位置可知，A位于第二周期，B、C、D位于第三周期。A与D在周期表中处于同一列（或A在D的左上方），若A在第二周期第n主族，则D在第三周期第n主族，因此D的原子序数为x+8。已知A、D的原子序数之和为28，可得方程：x+(x+8)=28，解得x=10。因此A为Ne？不对，若A为Ne（原子序数10），则D为Ar（18），但Ne是稀有气体元素，其下方的D应为Ar，而B和C的位置就无法合理填充短周期主族元素了。说明我的假设可能存在位置理解偏差。重新审视位置：“A”在第一行单独一个格，“B、C、D”在第二行，依次排列。那么更可能的是：A位于第二周期，D位于第三周期，且A与D同主族，原子序数相差8。或者，A与D不在同主族，但原子序数有特定关系。假设A在第二周期第ⅤA族（N，7），则D可能在第三周期第ⅥA族（S，16），7+16=23≠28。A在第二周期第ⅥA族（O，8），D在第三周期第ⅦA族（Cl，17），8+17=25≠28。A在第二周期第ⅣA族（C，6），D在第三周期第ⅥA族（S，16），6+16=22≠28。A在第二周期第ⅤA族（N，7），D在第三周期第ⅦA族（Cl，17），7+17=24≠28。A在第二周期第ⅢA族（B，5），D在第三周期第ⅦA族（Cl，17），5+17=22≠28。换个思路：A在第二周期，B、C、D在第三周期，且A的右侧没有元素（第一行只有A一个），B在A的左下方，C在B的右侧，D在C的右侧且在A的右下方。那么A的原子序数为x，B的原子序数为x+7（因为第二周期元素序数从3到10，第三周期从11到18，A若为第二周期第n列，B则为第三周期第n-1列？或者更简单，设A为第二周期元素，原子序数为x，则B为x+7，C为x+8，D为x+9。此时A与D的原子序数之和为x+(x+9)=2x+9=28→2x=19→x=9.5，非整数，不可能。再考虑：A在第二周期，D在第三周期，A的原子序数为x，D的原子序数为y，x<y，且y=x+18-m（m为两者之间的列数差），这个太复杂。或者，最直接的，短周期元素原子序数最大为18（Ar）。A、D原子序数之和28，则可能的组合：10（Ne）和18（Ar），9（F）和19（K，但K是第四周期，不是短周期），8（O）和20（Ca，长周期）。所以唯一可能的短周期组合是A=10（Ne）,D=18（Ar）。但这样B和C的位置就只能是Al（13）、Si（14）、P（15）中的两个。Ne下面是Ar，那么B在Ar的左边，C在B的左边。即B为P（15），C为Si（14），A为Ne（10），D为Ar（18）？但Ne是稀有气体，性质稳定，其“简单气态氢化物”不存在或极不稳定，这与第（3）问矛盾。所以，最初的位置图理解可能有误。修正位置理解：A应该是第二周期的一个主族元素，D是第三周期的一个主族元素，且A位于D的左上方，中间隔了B和C。比如，A在第二周期第n族，B在第三周期第n-1族，C在第三周期第n族，D在第三周期第n+1族。那么A的原子序数x，B为x+7-1=x+6，C为x+7，D为x+8。A与D原子序数之和x+(x+8)=2x+8=28→x=10，又是Ne。看来必须跳出“A和D同主族”的思维定式。假设A是第二周期第ⅤA族（N，7），则D可能是第三周期第ⅦA族（Cl，17），7+17=24。A是第二周期第ⅣA族（C，6），D是第三周期第ⅦA族（Cl，17），6+17=23。A是第二周期第ⅤA族（N，7），D是第三周期第ⅥA族（S，16），7+16=23。A是第二周期第ⅢA族（B，5），D是第三周期第ⅦA族（Cl，17），5+17=22。A是第二周期第ⅡA族（Be，4），D是第三周期第ⅦA族（Cl，17），4+17=21。A是第二周期第ⅠA族（Li，3），D是第三周期第ⅦA族（Cl，17），3+17=20。都不是28。难道A和D的原子序数差不是8？比如，A在第二周期，D在第三周期，但A在D的前两列？例如A是O（8），D是S（16），8+16=24。A是N（7），D是P（15），7+15=22。A是C（6），D是Si（14），6+14=20。A是B（5），D是Al（13），5+13=18。关键信息：“短周期主族元素”、“A、D的原子序数之和为28”。28减去一个小于18的数（D的原子序数，第三周期主族元素最大是Cl，17），A的原子序数为28-D>28-17=11。A是第二周期元素，原子序数最大为10（Ne）。28-D>11→D<17。所以D只能是16（S），则A=12，但12是Mg，属于第三周期。矛盾！我意识到，可能我对“A、D的原子序数之和为28”的理解是正确的，但元素的周期可能不限于前两、三周期？但题目明确说是“短周期”（第一、二、三周期）。那唯一的可能就是我之前的计算错了。28的一半是14，所以A和D的原子序数应该在14左右。14号元素是Si（第三周期），那么A就是28-14=14，也是Si，不可能。15号P，A=13（Al）。Al和P原子序数之和28？13+15=28！对了！13+15=28！那么，如果A是Al（13），D是P（15），它们在周期表中的位置是什么样的？Al是第三周期第ⅢA族，P是第三周期第ⅤA族。那A、B、C、D的位置图应该是：A:-::-::-::-:BCD这样就合理了！A在第三周期第ⅢA族（Al，13），D在第三周期第ⅤA族（P，15），13+15=28。那么B就是第二周期第ⅢA族（B，5），C就是第三周期第ⅣA族（Si，14）。这个位置关系符合“相对位置如图所示”（A在第一行中间，B在第二行第一个，C在第二行第二个，D在第二行第三个）。而且都是短周期主族元素！之前我一直把A限定在第二周期，这是思维定势！好，现在确定：A：Al（13，第三周期ⅢA族）B：B（5，第二周期ⅢA族）C：Si（14，第三周期ⅣA族）D：P（15，第三周期ⅤA族）这个推断是合理的，且能满足后续问题的提问。（1）A:Al，B:B，C:Si，D:P。（2）B、C、D分别为B、Si、P，它们的最高价氧化物对应水化物分别为H₃BO₃（硼酸，弱酸）、H₂SiO₃（硅酸，弱酸）、H₃PO₄（磷酸，中强酸）。同周期从左到右，非金属性增强，最高价氧化物对应水化物酸性增强。非金属性：Si<P，所以酸性H₂SiO₃<H₃PO₄。而B和Si同主族，从上到下非金属性减弱，最高价氧化物对应水化物酸性减弱，酸性H₃BO₃>H₂SiO₃。综合：H₃PO₄>H₃BO₃>H₂SiO₃。（3）A、B、C分别为Al、B、Si。它们的简单气态氢化物分别为AlH