第 3 周期元素与过渡元素

本页只讲一条中四内容标准：第 3 周期元素与过渡元素。它有两个部分，沿一个周期横向所见的趋势，以及过渡金属的特殊性质，考试两部分都考。

把第 3 周期的规律（金属到非金属、碱性到酸性氧化物）与过渡金属的四项特性学好，你就把这条标准覆盖了。

沿第 3 周期横向

第 3 周期从钠（Na）到氩（Ar）：Na、Mg、Al、Si、P、S、Cl、Ar。当你从左到右横穿这个周期时，质子数每次加一，价电子数由 1 增到 8。

有几项性质会有规律地变化：

• 金属性到非金属性。 元素由金属（钠、镁、铝），经类金属（硅），变为非金属（磷、硫、氯），以稀有气体氩收尾。
• 原子半径减小（沿周期横向）。虽然在不断加入电子，但它们进入相同数目的壳层（三层），而质子数增加。更大的核电荷把电子拉得更紧，所以原子变小。
• 电负性增大（沿周期横向），因为质子更多的较小原子对成键电子吸引更强。

第 3 周期的氧化物

一个受考试青睐的考点是氧化物的酸碱性如何沿第 3 周期变化：

• 金属形成碱性氧化物，氧化钠（Na₂O）与氧化镁（MgO）是碱性的。
• 氧化铝（Al₂O₃）是两性的，它既能作为酸反应，也能作为碱反应。这是要记住的特殊情形。
• 非金属形成酸性氧化物，磷、硫、氯的氧化物是酸性的。

所以沿周期横向，氧化物由碱性 → 两性 → 酸性变化，正好映照金属到非金属的转变。

过渡元素

过渡元素是第 2 族与第 13 族之间那一块金属，例如第 4 周期从钪到锌的金属，其中包括铁、铜、锌这些常见金属。作为金属，它们硬且强，具有高熔点、高沸点与高密度。

使它们特殊的是你必须知道的四项特性：

• 它们形成氧化数可变的离子。 例如，铁形成 Fe²⁺ 与 Fe³⁺，铜形成 Cu⁺ 与 Cu²⁺。
• 它们形成有颜色的化合物与离子。 例如，Cu²⁺ 溶液是蓝色，Fe²⁺ 是绿色，Fe³⁺ 是棕/黄色。
• 它们充当催化剂。 例如，铁是哈柏法（Haber process）的催化剂，镍用于油脂的氢化。
• 它们形成配离子，金属离子被其他分子或离子所包围。

例题

题目。 考虑第 3 周期的元素。

(a) 说出并解释原子半径从钠到氯沿周期如何变化。(b) 说出氧化物的酸碱性沿周期如何变化。

第一步，说出原子半径趋势。 原子半径从钠到氯减小。

第二步，解释趋势。 沿周期横向，质子数增加，所以核电荷增大，但电子被加入相同数目的壳层（三层）。

更大的核电荷把外层电子吸引得更强、拉得更近，所以原子变小。

第三步，说出氧化物趋势。 氧化物由碱性（Na₂O、MgO），经两性（Al₂O₃），变为酸性（P、S、Cl 的氧化物）。

答案。 (a) 原子半径减小，因为增大的核电荷把同样三层里的电子拉得更靠近核。

(b) 沿周期横向，氧化物由碱性，经两性，变为酸性。

练习题

题目。 铁是过渡元素。

(a) 说出过渡元素的两项特殊特性。(b) 为你所说的每一项特性各举一个例子。

答案。 (a) 以下任意两项：形成氧化数可变的离子；形成有颜色的化合物；充当催化剂；形成配离子。(b) 例如：铁形成 Fe²⁺ 与 Fe³⁺（氧化数可变）；Fe²⁺ 溶液是绿色，而 Fe³⁺ 溶液是棕色（有颜色的化合物）；铁用作哈柏法的催化剂（催化性质）。

考试提示

这里有两个陷阱会绊住学生。第一，原子半径沿周期横向减小，但沿族向下增大，不要弄混，而且解释沿周期趋势时一定要说增大的核电荷把同样壳层数里的电子拉得更近。

第二，对于氧化物，记住那个特殊情形：氧化铝是两性的，处在碱性的金属氧化物与酸性的非金属氧化物之间。对于过渡元素，把四项特性作为一组来记，氧化数可变、有颜色的化合物、催化剂、配离子，并为每一项备好一个具体例子，因为考试常要你举例说明一项特性，而不只是把它命名。

本节定位

本条标准为**元素周期表一章收尾，把周期性趋势汇总起来，并引入你在后面章节（如氧化还原与工业化学）会再遇到的过渡金属。请用复习笔记复习第 3 周期趋势与过渡金属特性，用例题**检验你的解释。

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快速回顾

• 沿第 3 周期横向：元素由金属 → 类金属 → 非金属 → 稀有气体，原子半径减小。
• 第 3 周期氧化物由碱性 → 两性（Al₂O₃）→ 酸性变化。
• 过渡元素是熔点高、密度大的硬金属。
• 过渡特性：氧化数可变、有颜色的化合物、催化剂、配离子。