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专题八 物质结构与元素周期律
核心素养 变化观念与平衡思想 宏观辨识与微观探析
考情预测 本专题知识在高考中的命题形式通常有三种：一种是以化学用语的形式考查物质结构；第二种是通过观察、比较结构图或图表中的信息推断相关元素或规律；另一种是以文字形式给出信息，先进行元素的推断，再以所得元素为载体进行考查。预计2023年高考仍会以考查递变规律和性质为主，要求考生对“位—构—性”有充分的认识，并能将周期表、原子的电子层结构、元素单质及其化合物的性质等内容结合起来进行综合运用
一、微粒的组成、结构与性质
原子结构及微粒间数量关系
（1）原子结构
微粒间数量关系
质量关系：质量数(A)=质子数(Z)=中子数(N)
电性关系：原子——核外电子数 = 质子数 = 核电荷数 = 原子序数
阳离子核外电子数=Z-n
阴离子核外电子数=Z+n
“四同”比较
同位素 同素异形体 同分异构体 同系物
“同”含义 质子数相同 元素相同 分子式相同 结构相似
“异”含义 中子数不同 性质、结构、组成不同 结构不同 相差“CH2”
研究对象 核素、原子 单质 化合物 有机物
表示物质组成和结构的两种模型、四种符号、六种图示
核外电子排布特点
核外电子排布特点 对应元素符号
最外层有1个电子的原子 H、Li、Na、K
最外层有2个电子的原子 He、Be、Mg、Ca
最外层电子数等于次外层电子数的原子 Be、Ar
最外层电子数是次外层电子数2倍的原子 C
最外层电子数是次外层电子数3倍的原子 O
最外层电子数是次外层电子数4倍的原子 Ne
电子层数与最外层电子数相等的原子 H、Be、Al
电子总数是最外层电子数2倍的原子 Be
次外层电子数是最外层电子数2倍的原子 Li、Si
内层电子总数是最外层电子数2倍的原子 Li、P
最外层电子数是电子层数2倍的原子 He、C、S
最外层电子数是电子层数3倍的原子 O
二、元素周期表与元素周期律的应用
1、主族元素的周期性变化规律
项目 同周期（左→右） 同主族（上→下）
结构 电子层数 相同 逐渐增多
原子半径 逐渐减小 逐渐增大
离子半径 阳离子的半径逐渐减小，阴离子的半径逐渐减小；r(阴离子)>r(阳离子) 逐渐增大
性质 主要化合价 最高正化合价由+1→+7（O、F除外），最低负化合价=-(8-主族序数) 相似，最高正化合价=主族序数（O、F除外）
元素的金属性和非金属性 金属性逐渐减弱，非金属性逐渐增强 金属性逐渐增强，非金属性逐渐减弱
离子的氧化性、还原性 阳离子的氧化性逐渐增强，阴离子的还原性逐渐减弱 阳离子的氧化性逐渐减弱，阴离子的还原性逐渐增强
非金属元素气态氢化物的形成难易（氢化物的热稳定性） 形成由难→易（氢化物的热稳定性逐渐增强） 形成由易→难（氢化物的热稳定性逐渐减弱）
最高价氧化物对应的水化物的酸碱性 碱性逐渐减弱，酸性逐渐增强 碱性逐渐增强，酸性逐渐减弱
元素金属性、非金属性强弱的比较方法
（1）结构比较法
最外层电子数越少，电子层数越多，元素金属性越强；
最外层电子数越多，电子层数越少，元素非金属性越强。
（2）位置比较法
元素周期表：金属性—右上弱，左下强；非金属性—左下弱，右上强
实验比较法
①置换反应：强的置换弱的，适合金属也适合非金属
②与水（或非氧化性酸）反应越剧烈，或最高价氧化物对应水化物的碱性越强，则金属性越强。
③与氢气反应越容易，生成的气态氢化物的热稳定性越强，或最高价氧化物对应的水化物的酸性越强，则非金属性越强。
3、粒子半径大小的比较规律和判断方法
判断方法：
一看电子层数：当最外层电子数相同时，电子层数越多，半径越大
二看核电荷数：当电子层结构相同时，核电荷数越大，半径越小
三看核外电子数：当核电荷数相同时，核外电子数越多，半径越大
三、融合物质性质、转化、反应的元素推断
1、常考11种元素推断
元素 排布特点(结构特征) 性质特征
H ①最外层只有一个电子；②族序数等于周期数；③无中子；④半径最小 ①密度最小的单质②宇宙含量最多的元素
Li ①周期数是族序数2倍的元素②最外层电子数是内层电子数的一半 电极材料
C ①族序数等于周期数2倍的元素②最高正价与最低负价代数和为零的短周期元素 ①形成化合物种类最多的元素②单质是自然界中硬度最大的物质③元素或气态氢化物中氢的质量分数最高的元素
N ①空气中含量最多的元素②气态氢化物的水溶液呈碱性的元素③元素的气态氢化物和它的最高价氧化物对应的水化物能起化合反应④某一氢化物可做液态燃料⑤常见氢化物可做制冷剂
O ①族序数等于周期数3倍的元素②最外层电子数是最内层电子数的3倍③最外层电子数是电子层数的3倍④最高正化合价不等于族序数的元素 ①地壳中含量最多的元素②氢化物在通常情况下呈液态的元素③某一单质可杀菌、消毒、漂白
Na ①周期数是族序数3倍的元素②原子半径最大的短周期元素③L层电子数为8，与H同主族的元素 ①短周期中金属性最强的元素②元素的单质在常温下能与水反应放出气体的短周期金属元素③两种最常见氧化物的水化物皆呈碱性的短周期元素
Al 族序数等于周期数的元素 ①最高价氧化物及其对应的水化物既能与强酸反应，又能与强碱反应的元素②氧化物可做耐火材料③地壳中含量最多的金属元素
Si ①最高正价与最低负价代数和为零的短周期元素②最外层电子数是次外层电子数的一半 ①单质是重要的半导体材料②氧化物可用作光导纤维③最高价非金属氧化物对应的水化物难溶于水
P 最外层电子数是内层电子数的一半 ①组成骨骼和牙齿的必要元素②某一单质和其氢化物都能自燃
S ①族序数等于周期数2倍的元素②与氧同主族的短周期元素③最外层电子数是电子层数的2倍 ①某一氧化物可做漂白剂和防腐剂②最高价氧化物的水化物是常见的干燥剂③元素的氢化物和它的最高价氧化物对应的水化物可发生氧化还原反应
Cl 第三周期主族元素原子半径最小 ①最高价氧化物对应的水化物酸性最强②单质可用作自来水的杀菌消毒③与同周期半径最大的金属组成的化合物溶液呈中性
2、常见物质的性质及特征反应
(1)黄绿色气体有Cl2，红棕色气体有NO2或Br2(g)，在空气中变红棕色的无色气体是NO，红色固体有Cu、Cu2O、Fe2O3，绿色固体有Cu2(OH)2CO3、FeSO4·7H2O等，黑色固体有C、MnO2、CuO、CuS、Ag2S等。
(2)与CO2、H2O反应生成O2的固体为Na2O2。
(3)使品红溶液褪色的常见气体有Cl2、SO2。
(4)两气体相遇能形成白烟的气体为HCl、NH3。
(5)短周期元素形成的化合物中，0.1 mol·L－1的水溶液的pH分别为1和13的化合物分别是HCl、NaOH。
(6)与强碱、强酸均能反应生成盐和水的氧化物和氢氧化物分别为Al2O3、Al(OH)3。
(7)元素的最高价氧化物对应的水化物与其氢化物反应生成盐的元素为N。
(8)短周期元素形成三元化合物与一般酸溶液反应生成沉淀和气体的化合物为Na2S2O3。
(9)使澄清石灰水先变浑浊，后变澄清的气体有CO2、SO2。
(10)腐蚀玻璃的酸为HF。
(11)与H2O反应生成气体的化合物有Na2O2、Mg3N2、Al2S3、NaH。
(12)元素的气态氢化物和它的最高价氧化物对应的水化物能发生氧化还原反应的元素是S。
3、常见短周期元素的单质及其化合物的转化关系
(1) (2) (3)
(4) (5)
(6)
(7)NH3 →NO →NO2 →HNO3
(8)S(H2S) →SO2 →SO3 →H2SO4
四、化学键类型、离子化合物与共价化合物的判断
1、化学键类型及存在
2、化学键类型的判断方法
（1）单质：若是非金属单质（稀有气体除外），则只存在非极性共价键。
（2）化合物：判断是否存在离子，若有，则该化合物中阴、阳离子间一定存在离子键（除氯化铝）；若没有，则肯定只有共价键。
①判断有离子键后，判断各复杂离子的组成，若组成离子的元素都是非金属元素，如：NH4+等，则可判断该离子中非金属原子间一定存在共价键。
②判断有共价键后，看相邻元素是否相同，相同则形成非极性共价键，不同则形成极性共价键。
3、离子化合物、共价化合物的判断依据
应对真题：(2022·北京，4) 下列性质的比较，不能用元素周期律解释的是
A. 酸性：HClO4＞H2SO3＞H2SiO3 B. 碱性：KOH＞NaOH＞LiOH
C. 热稳定性：H2O＞H2S＞PH3 D. 非金属性：F＞O＞N
答案：C
应对真题：(2022·广东，7) 甲~戊均为短周期元素，在元素周期表中的相对位置如图所示；戊的最高价氧化物对应的水化物为强酸。下列说法不正确的是( )
A.原子半径：丁>戊>乙
B.非金属性：戊>丁>丙
C.甲的氢化物遇氯化氢一定有白烟产生
D.丙的最高价氧化物对应的水化物一定能与强碱反应
答案：C
应对真题：(2022·湖南，5) 科学家合成了一种新的共价化合物（结构如图所示），X、Y、Z、W为原子序数依次增大的短周期元素，W的原子序数等于X与Y的原子序数之和。下列说法错误的是( )
A.原子半径：X>Y>Z
B.非金属性：Y>X>W
C.Z的单质具有较强的还原性
D.原子序数为82的元素与W位于同一主族
答案：C
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