【一化】物质结构、元素周期律 基础与解法全集|从零开始覆盖全部知识与方法
杰哥 | 物质结构、元素周期律
1️⃣原子结构
原子结构
原子（原子质量主要集中在原子核上）
- 原子核
- 质子（带1个单位正电荷）
- 中子（不带电）
- 核外电子（带1个单位负电荷）
质量数 = 质子数 + 中子数（必为正整数）
相对原子质量 ≈ 质量数
粒子符号周围数字的含义
核素与同位素
具有相同质子数（核电荷数）的一类原子称为元素
具有一定数目质子和一定数目中子的一种原子称为核素
质子数相同而中子数不同的同一种元素的不同原子互称为同位素
A：同位素是物理性质不同，化学性质相同
电子层
核外电子排布规律
一低
核外电子总是先排布在能量最低的电子层，然后由里向外，依次排布在能量逐步升高的电子层。
四不超
- 原子核外各电子层最多容纳2n²个电子。
- 原子最外层电子数不能超过8个（K层为最外层时不能超过2个）
- 次外层电子数不超过18个（当K层或L层为次外层时分别为2个和8个）
- 倒数第三层电子最多不超过32个
原子（离子）结构示意图
2️⃣元素周期表
元素周期表
- 世界上第一张元素周期表是在1869年由俄国化学家门捷列夫
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。
2. 原子序数：按照元素在周期表中的顺序给元素编号，
原子序数=核电荷数=质子数=核外电子数（电中性原子）
3. （1）按原子序数递增的顺序排列。
（2）周期：把电子层数相同的元素，按原子序数递增的顺序，从左至右排成的横行
（3）族：把最外层电子数相同的元素，按电子层数递增的顺序，从上至下排成的纵行。
元素周期表的周期
短周期：前三周期
元素周期表的族
主族（A族）IA~VIIA
副族（B族）IB~VIIB
第VIII族：8、9、10
0族：18
元素周期表的结构
半导体：Te、Sb、B、Ge、As、Si
- 弟弟捧着神龟
元素周期表的元素基本信息
3️⃣碱金属元素和卤族元素
碱金属单质主要物理性质
碱金属单质主要物理性质
- 颜色和硬度：除绝略带金色光泽外，其余都呈现银白色；硬度都较小
- 熔点与沸点：由上到下，熔沸点依次降低
- 密度：Li < K < Na < Rb < Cs
碱金属主要化学性质
都与O₂反应
- Li：反应不如Na剧烈，生成Li₂O
- 4Li +O₂ =△=2Li₂O
- Na：剧烈燃烧，生成Na₂O₂
- 2Na +O₂ =△=Na₂O₂
- K：燃烧比Na剧烈，生成复杂的氧化物
- Rb、Cs：反应更剧烈，生成更复杂的氧化物
都与水或酸反应
- Li：反应较慢，生成H₂
- Na：反应剧烈，生成H₂
- 2Na +2H₂O = 2NaOH +H₂
- K：反应剧烈，轻微爆炸，生成H₂
- 2K +2H₂O = 2KOH +H₂
- Rb、Cs：遇水立即燃烧，爆炸，生成H₂
最高价氧化物对应的水化物碱性：LiOH < NaOH < KOH < RbOH < CsOH
卤族元素的原子结构
卤族单质与氢气的反应
F₂
- 在暗处能剧烈化合并发生爆炸
- H₂ + F₂ =2HF
- 氢化物稳定性：很稳定
Cl₂
- 光照或点燃发生反应
- H₂ +Cl₂ =光照或点燃=2HCl
- 氢化物稳定性：较稳定
Br₂
- 加热一定温度才能反应
- H₂ +Br₂ =△=2HBr
- 氢化物稳定性：不如氯化氢稳定
I₂
- 不断加热才能缓慢反应
- H₂ +I₂ ⇌△⇌2HI
- 氢化物稳定性：不稳定，同一条件下同时分解
卤族单质之间的置换反应
溴水是橙色；碘水是褐色
氯水滴加到NaBr溶液
- 静置后，溶液分层，上层无色，下层橙红色【Br₂的CCl₄溶液】
- Cl₂ +2Br⁻ =2Cl⁻ +Br₂
氯水滴加到KI溶液
- 静置后，液体分层，上层无色，下层紫色【I₂的CCl₄溶液】
- Cl₂ +2I⁻ =2Cl⁻ +I₂
溴水滴加到到KI溶液
- 静置后，溶液分层，上层无色，下层紫色
- Br₂ +2I⁻ =3Br⁻ +I₂
卤素单质的氧化性强弱顺序：Cl₂ > Br₂ > I₂
4️⃣元素周期律
元素周期律：原子核外电子排布
规律：随着原子序数的递增，元素原子的最外层电子数呈现从1到8的周期性变化（第一周期除外）
元素周期律：主要化合价
规律：随着原子序数的递增，元素的化合价呈周期性变化
第二周期最高正价：+1 → +5（O、F特殊）；最低负价：-4 → -1
第三周期最高正价：+1→+7；最低负价：-4 → -1
元素周期律：原子半径
- H原子半径最小，其次为F原子
- 电子层数相同时，随原子序数递增，原子半径减小。如Na>Mg>Al>Si>P>S>Cl【Na是短周期中原子半径最大的元素】
- 最外层电子数相同时，随电子层数递增原子半径增大。如O<S<Se<Te<Po
元素周期律：离子半径
- 同种元素的离子半径：
阳离子<中性原子<阴离子
如H⁻>H>H⁺、Cl⁻>Cl
2. 电子层结构相同的离子，核电荷数越大，半径越小。
如O²⁻>F⁻>Na⁺>Mg²⁺>Al³⁺
3. 带电荷相同的离子，电子层越多，半径越
如Li⁺<Na⁺<K⁺<Rb⁺<Cs⁺
例题：原子半径/离子半径与原子序数（核电荷数）关系
X和Y两元素的阳离子具有相同的电子层结构，【e⁻数相同，XY同周期】
X元素的阳离子半径大于Y元素的阳离子半径；【序：Y>X】
Z和Y两元素的原子，核外电子层数相同，【YZ同周期】
Z元素的原子半径小于Y元素的原子半径。【序：Z>Y】
X、Y、Z三种元素的原子序数的关系是Z>Y>X
钠、镁、铝的金属性强弱比较
与水或酸反应
Na
- 与冷水反应非常剧烈，产生的气体推动钠球运动，放出大量的热，使钠熔化
Mg
- 与冷水反应缓慢、与沸水反应迅速，放出气体。与酸反应剧烈，放出气体
Al
- 与沸水几乎不反应；与酸反应较快，放出气体
单质与水或酸置换出氢气的难易程度：易→难
最高价氧化物对应的水化物碱性强弱：NaOH > Mg(OH)₂ > Al(OH)₃
金属性 / 失电子能力：Na > Mg > Al
硅、磷、硫、氯的非金属性强弱比较
单质与氢气反应的情况
Si
- 条件：高温
- 氢化物的化学式：SiH₄
P
- 条件：磷蒸汽与氢气
- 氢化物的化学式：PH₃
S
- 条件：需加热
- 氢化物的化学式：H₂S
Cl
- 条件：光照或点燃
- 氢化物的化学式：HCl
反应的难易程度：难→易
氢化物的稳定性：弱→强
氢化物的还原性：强→弱
硅酸
- H₂SiO₃
- 弱酸
磷酸
- H₃PO₄
- 中强酸
高氯酸
- HClO₄
- 最强无机酸
酸性强弱变化：弱→强
非金属性：Si<P<S<Cl
主族元素中的金属/非金属分区
5️⃣化学键
化学键
概念：相邻的原子之间强烈的相互作用叫做化学键
分类：离子键、共价键、金属键
离子键
- 概念：带相反电荷离子之间的相互作用称为离子键
2. 成键粒子：离子
3. 成键本质：静电作用。静电作用包括阴、阳离子之间的静电吸引作用和电子与电子之间、原子核与原子核之间的静电排斥力。
4. 成键条件：活泼金属原子失去电子形成阳离子，活泼非金属原子得到电子形成阴离子，阴、阳离子间形成离子键。
5. 存在范围：所有的离子化合物
离子化合物：由离子键构成的化合物
常见离子化合物的分类
- 由活泼金属元素（IA、IIA族）和活泼非金属元素（VIA、VIIA族）之间形成的化合物。如：NaCl、KI、CaF₂、MgO、Al₂O₃、Na₂O₂、NaH
- 由活泼金属离子与酸根（或酸式根）之间形成的化合物。
如：KNO₃、Na₂CO₃、NaHCO₃、CH₃COONa、BaSO₄
3. 由铵根离子和酸根（或酸式根）之间形成的化合物。如：NH₄Cl、(NH₄)₂CO₃、NH₄HCO₃、NH₄NO₃
4. 强碱。如：NaOH、KOH、Ba(OH)₂
共价键
- 概念：原子之间通过共用电子对所形成的相互作用，叫做共价键
- 成键粒子：原子
- 成键性质：共用电子对与两原子核间的电性作用
- 分类：非极性共价键 / 极性共价键
- 极性共价键：偏向某个极端【如HCl】
- 非极性共价键：没有偏向某一极【如两个相同的原子】
5. 成键条件：不同或相同的非金属元素原子间、部分金属原子与非金属原子间形成共价键
6. 存在：非金属单质（除稀有气体以外）、非金属元素氢化物、含氧酸、非金属氧化物、碱类、部分盐、有机化合物，如H₂、HCl、CO₂、NaOH、NaNO₃、C₂H₅OH等。
离子化合物与共价化合物
- 离子化合物：由离子键构成的化合物叫做离子化合物。如NaCl、NH₄NO₃、BaSO₄等。
2. 共价化合物：以共用电子对形成分子的化合物叫做共价化合物，如H₂O、CH₄、CO₂等。
3. 含有离子键的化合物，一定是离子化合物；只含有共价键的化合物，是共价化合物。
4. 熔融状态下能导电的化合物是离子化合物，如NaCl；不能导电的化合物是共价化合物，如HCl。
化学键类别与物质类别的关系
- 离子化合物：必含离子键，可能含有极性共价键（如NaOH）或非极性共价键（如Na₂O₂）
- 共价化合物：必含极性键（如HCl、CCl₄、SO₂），可能含有非极性共价键（如H₂O₂、C₂H₆）
3. 共价单质：只含非极性键（如Cl₂、H₂、N₂、C）
4. 稀有气体：不含化学键
电子式
在元素符号周围用小黑点（·）或叉（×）表示原子或离子的最外层电子的式子叫做电子式
- 原子的电子式：
- 简单阳离子的电子式：写离子
- 简单阴离子的电子式：画框框
- 复杂阴、阳离子的电子式：
离子化合物的电子式
共价分子的电子式
6️⃣短周期主族元素推断方法
短周期主族元素推断1：利用“位、构、性”的关系
- 核外电子层数=周期数
- 质子数=原子序数=核电荷数=原子核外电子数
- 主族元素的最外层电子数=主族序数=最高正价数（O、F元素除外）
- 最低负价的绝对值 =8–主族序数（仅限第IVA～VIIA族）
例题1
今年是门捷列夫发现元素周期律150周年。下表是元素周期表的一部分，W、X、Y、Z为短周期主族元素，W与X的最高化合价之和为8。
X=W=8
X：Al
Y：Si
Z：P
W：N
短周期主族元素推断2：利用化合价推导
- 元素“最高正价＋最低负价”等于0：H、C、Si
- 元素`最高正价＋最低负价”等于2：N、P
- 元素“最高正价＋最低负价”等于4：S
- 元素`最高正价＋最低负价”等于6：Cl
- 最高正价是最低负价绝对值3倍的短周期元素：S
- 最高正价不等于族序数的短周期元素：O、F
短周期主族元素推断3：利用族和周期的关系
- 主族序数与周期数相同的元素：H、Be、Al
- 主族序数是周期数2倍的元素：C、S
- 主族序数是周期数3倍的元素：O
- 周期数是主族序数2倍的元素有：Li
- 周期数是主族序数3倍的元素有：Na
短周期主族元素推断4：利用元素原子的特殊结构
- 最外层电子数是次外层电子数2倍的有：C
- 最外层电子数是次外层电子数3倍的有：O
- 最外层电子数是次外层电子数½的有：Li、Si
- 最外层电子数等于电子层数的有：H、Be、Al
- 最外层电子数是电子层数2倍的有：C、S
- 最外层电子数是内层电子总数½的有：Li、P
短周期主族元素推断5：利用元素的特有性质
- 单质硬度最大的元素是：C
- 原子半径最小的元素是：H
- 所形成的气态氢化物最稳定的元素是：F
- 最高价氧化物对应的水化物酸性最强的是：Cl
- 最高价氧化物及其水化物具有两性的元素是：Al
- 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是：N
- 地壳中含量最多的元素是：O
- 地壳中含量最多的金属元素是：Al
短周期主族元素推断6：利用结构式推断元素
科学家合成出了一种新化合物（如图所示），其中W、X、Y、Z为同一短周期元素，Z核外最外层电子数是X核外电子数的一半。下列叙述正确的是
①“—”代表共价键，有2e⁻
②C、Si形成四个共价键；N、P形成三个共价键；O、S形成两个共价键；H、F、Cl形成一个共价键
③阴离子，某个原子得e⁻
Y：P（+5）
- P多带e⁻，且有两条共价键：原先是带5个e⁻。可能是N或P
X：Si（+4）
- X有四条共价键，可能是C或Si
Z：Cl（-1）
- Z有一条共价键，可能是H、F或Cl
突破口：
- W、X、Y、Z为同一短周期元素。Z不可能是H
- Z核外最外层电子数是X核外电子数的一半，锁定X为Si
一种由短周期主族元素组成的化合物（如图所示），具有良好的储氢性能，其中元素W、X、Y、Z的原子序数依次增太、且总和为24。
W：H（+1）
- 一条共价键
X：B（+3）
- 多带一个e⁻，且有四条共价键。X本身带3个e⁻；其他元素过大，所以是B
Y：N（+5）
- 三条共价键
Z：Na（+1）
短周期主族元素推断7：其他的相关信息
W、X、Y、Z是四种常见的短周期主族元素，其原子半径随原子序数变化如图所示。
已知W的一种核素的质量数为18，中子数为10；X和Ne原子的核外电子数相差1；Y的单质是一种常见的半导体材料；Z的非金属性在同周期元素中最强。
W：O
X：Na（原子半径+X和Ne原子的核外电子数相差1）
Y：Si
Z：Cl
7️⃣周期律+元素推断综合题型
半径比较
原子半径：序大径小
- Na > Mg > Al > Si > P > S > Cl
- F < Cl < Br < I
离子半径：
同e⁻数：
- 10e⁻：O²⁻ > F⁻ > Na⁺ > Mg²⁺ > Al³⁺
- 18e⁻：S²⁻ > Cl⁻ > K⁺ > Ca²⁺
同族：Li⁺ < Na⁺ < K⁺ < Rb⁺ < Cs⁺
金属性比较
本质：原子越易失电子，金属性越强
判断依据：
- ①在金属活动性顺序中位置越靠前，金属性越强
- ②单质与水或非氧化性酸反应越剧烈，金属性越强
- ③单质还原性越强或离子氧化性越弱，金属性越强
- ④最高价氧化物对应水化物的碱性越强，金属性越强
非金属性比较
本质：原子越易得电子，非金属性越强
判断依据：
- ①与H₂化合越容易，气态氢化物越稳定，非金属性越强
- ②单质氧化性越强，阴离子还原性越弱，非金属性越强
- ③最高价氧化物对应水化物的酸性越强，非金属性越强
W、X、Y和Z为原子序数依次增大的四种短周期元素。
W与X可生成—种红棕色有刺激性气味的气体（NO₂）；Y的周期数是族序数的3倍；Z原子最外层的电子数与W的电子总数相同。下列叙述正确的是
W（N）X（O）Y（Na）X（Cl）
A. X与其他三种元素均可形成两种或两种以上的二元化合物✓
B. Y与其他三种元素分别形成的化合物中只含有离子键【Na₂O₂：离子键+非极性共价键】
C. 四种元素的简单离子具有相同的电子层结构【X是288】
D. W的氧化物对应的水化物均为强酸【HNO₂不是】
W、X、Y、Z均为短周期元素且原子序数依次增大，元素X和Z同族。盐YZW（NaClO）与浓盐酸反应，有黄绿色气体（Cl₂）产生，此气体同冷烧碱溶液作用，可得到YZW的溶液。
W（O）、X（F）、Y（Na）、Z（Cl）
下列说法正确的是
A. 原子半径大小为W<X<Y<Z【Na > Cl > O > F】
B. X的氢化物水溶液酸性强于Z的【HCl是强酸】
C. Y₂Wz与Z₂W均含有非极性共价键【Na₂O₂有离子键+非极性共价键；Cl₂O有极性共价键】
D. 标准状况下W的单质状态与X的相同✓【O₂、O₃、F₂都是气态】
—种麻醉剂的分子结构式如图所示。其中，X的原子核只有1个质子（H）；元素Y、Z、W原子序数依次增大，且均位于X的下一周期（第二周期）；元素E的原子比W原子多8个电子。下列说法不正确的是
X（H）；Y（C）；Z（O）；W（F）；E（Cl）
A. XEZ₄是—种强酸【HClO₄】
B. 非金属性：W>Z>Y【F>O>C】
C. 原子半径：Y>W>E【Cl > C > O > F > H】
D. ZW₂中，Z的化合价为+2价【OF₂】
