复习笔记：元素周期表

这份笔记一次处理元素周期表一章的一条内容标准。整章都看重同一项技能：读出元素的位置，并用它来预测结构、性质与反应活性。

把它放在历年题旁边，用它来核对你的推理，而不只是答案。

4.1 周期表的发展

考试期望你排出建立周期表的科学家顺序，并说出各人的贡献。

• 拉瓦锡把当时已知的物质分成金属与非金属，最早的一种粗略分类。
• 德贝赖纳把性质相似的元素排成三个一组的三元组，中间元素的相对原子质量大约是另两个的平均值。
• 纽兰兹提出八音律：按相对原子质量递增排列时，每第八个元素性质相似，像音阶上的音。
• 门捷列夫按相对原子质量递增排列元素，把化学性质相似的排在同一竖列，并且，最关键的，为尚未发现的元素留下空位、还预测了它们的性质。他的预测后来获得证实。
• 莫斯利改按质子数递增重新排列，这就是现代周期表的基础，纠正了少数按质量排会排错的位置。

4.2 族与周期

在现代周期表里，元素按质子数递增排列。竖列是族，横行是周期。

• 对主族而言，族数告诉你价电子的数目；周期数告诉你已占电子层的数目。钠（2.8.1）在第1族、第3周期。
• 同一族的元素有相同的价电子数目，所以化学性质相似。

跨周期的趋势（由左到右）：质子数每步加一；一个价电子加进同一层；电子层数保持不变；原子半径减小，因为增大的核电荷把电子层拉得更近；元素由金属性变为非金属性。

沿族向下的趋势（由上到下）：电子层数每步加一；原子变大；但价电子数目保持不变，这正是同族保持家族性质的原因。

4.3 第1族：碱金属

锂、钠、钾等各有一个价电子。它们是柔软、银亮、低密度的金属，能导电，而且非常活泼，所以要储存在石蜡油里。

• 与水反应生成碱性的金属氢氧化物与氢气：例如钠生成氢氧化钠与氢气，并在水面上滑动。
• 与氧反应生成白色的金属氧化物，溶于水得到碱。
• 沿族向下，反应活性增强。原子变大，那一个价电子离核更远、被束缚得更松，所以更容易被失去，而失去这个电子正是反应所需要的。

4.4 第17族：卤素

氟、氯、溴、碘各有七个价电子，以双原子分子存在。

• 颜色沿族向下加深、物理状态也改变：氯是黄绿色气体，溴是红棕色液体，碘是紫黑色固体，所以熔点与沸点沿族向下升高。
• 它们与水反应、与铁反应生成卤化物、也与碱反应。
• 沿族向下，反应活性减弱。原子变大，核对进来的电子吸引较弱，而得到一个电子正是卤素反应所需要的。
• 在置换反应里，较活泼的卤素把较不活泼的卤素从其盐溶液中置换出来，氯把溴从溴化钾中置换出来，溶液变棕色。

4.5 第18族：稀有气体

氦、氖、氩等有稳定的、填满的价电子层（氦2个电子，其余8个）。因为排布已经稳定，它们化学惰性，以单原子存在，是无色气体。

• 用途直接来自其惰性、以及氦的低密度：氦用于气球与飞艇，氖用于显示灯，氩作为灯泡内的惰性填充气与焊接用气。
• 沿族向下，原子大小、沸点与密度都增大。

4.6 第3周期与过渡元素

跨越第3周期，钠、镁、铝、硅、磷、硫、氯、氩，质子数上升，原子变小，元素由金属经准金属到非金属转变。它们的氧化物由碱性（钠、镁）经两性（铝）转为酸性（磷、硫）。

过渡元素是铁、铜、锌、铬、锰这一区的金属，其特殊性质值得记牢：

• 形成有颜色的离子与化合物；
• 具有可变氧化数（铁为 Fe²⁺ 与 Fe³⁺，铜为 Cu⁺ 与 Cu²⁺）；
• 可作催化剂（铁用于哈柏法，五氧化二钒用于接触法，镍用于氢化）；
• 形成络离子，并且是坚硬、强韧、熔点与密度高的金属。

如何使用这份笔记：从位置预测

本章最有价值的习惯，是把位置变成预测。给出一个元素的族与周期，说出它的价电子数与电子层数，判断它是金属还是非金属，并预测它的大小与反应活性与邻居相比如何。

对第1族或第17族的元素，永远用同样的三点来论证反应活性趋势，原子大小、价电子层离核的距离，以及电子被失去或得到的难易。

一对一老师能检查你所说的每一条趋势是否有电子排布的理由支撑、而不是留成一个空洞的事实，那正是在 SPM化学 笔试里得分或丢分之处。因为族与周期会在化学键一章、以及后面每一次反应活性比较里再次出现，现在把这套推理巩固好，会在整个中四与中五里回报你。

详解推理：比较两种金属

假设你要比较钠与钾跟水反应的活性。两者都是第1族、都有一个价电子，所以都反应生成氢氧化物与氢气。

钾在族里更靠下，所以它有更多电子层、原子更大；它的价电子离核更远、被束缚得更松，所以更容易被失去，钾更活泼。就按这个顺序写答案，位置、结构、再预测，分数自然跟着来。

必须掌握的趋势小结

在脑中存一张趋势表，不看就自测。跨周期：质子数上升、价电子增加、电子层不变、原子变小、性质由金属变非金属、氧化物由碱性转酸性。

沿第1族向下：反应活性增强，因为价电子更易失去。沿第17族向下：反应活性减弱，因为电子更难得到。

沿第18族向下：沸点升高，因为原子更大。当你能把每一行连同它的电子理由说出来，你就为本章重点的预测题做好了准备。