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📚 CIE AS · 周期性与无机化学 · 点击跳转

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CIE AS · 化学 4 Periodicity & Inorganic

周期性与无机化学
Periodicity & InorganicCambridge International

导读 MAP
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元素
的规律

📊 周期性

周期表的规律

🏭 第2族

碱土金属

🧪 第17族

卤素+氮

💡 核心：周期表不是随机排列——电子构型决定了元素的周期性规律。

1 · 周期性 PERIODICITY
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周期表
的秘密

📊 同周期趋势（→）

核电荷数↑→半径↓

电离能↑（有例外）

电负性↑

📊 同族趋势（↓）

半径↑（电子层多）

电离能↓

电负性↓

金属性↑

💡 周期性的根源是电子构型的周期重复。同族元素最外层电子数相同→化学性质相似。

原子半径：同周期减小、同族增大
LiBeBCNOF同周期(→) 第一电离能总趋势升高
1b · 趋势图 TRENDS
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三大趋势
一图看懂

原子半径

同周期(→)：减小（核电荷↑）

同族(↓)：增大（电子层↑）

电离能 IE

同周期(→)：总趋势增大

同族(↓)：减小

例外：Be→B、N→O 下降

电负性

同周期(→)：增大（F=4.0 最大）

同族(↓)：减小

💡 所有趋势都源于电子构型 + 核电荷 + 电子层数。半径↓则 IE/电负性↑。

第一电离能趋势：Be→B、N→O 的下降例外
半径(pm)↓IE↑LiBeBCNOFNe— 原子半径（绿，整体↓）○ IE 例外点（Be→B、N→O）
2 · 第2族 GROUP 2
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碱土金属
越来越活泼

🏭 性质趋势（Be→Ba）

反应性增强

熔点不规律（Ca 偏高）

碱性增强

🧪 典型反应

M + 2H₂O → M(OH)₂ + H₂↑

2M + O₂ → 2MO

M(OH)₂ 溶解度↓→↑

💡 考点：第2族氢氧化物溶解度从 Be(OH)₂ 到 Ba(OH)₂ 增大。这解释了 Ba(OH)₂ 是强碱而 Be(OH)₂ 是两性。

第2族：Be→Ba 反应性、碱性逐渐增强
2b · 第2族详解 GROUP 2 DETAIL
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碱土金属
反应全览

🏭 性质趋势 (Be→Ba)

原子半径增大

反应性增强（电子更易失去）

熔点不规律（Mg 低、Ca 偏高、Sr/Ba 回落）

氢氧化物碱性增强

溶解度增大（Be(OH)₂ 不溶 → Ba(OH)₂ 可溶）

🧪 典型反应

与水：M + 2H₂O → M(OH)₂ + H₂↑（Be 不反应，Ba 最剧烈）

与 O₂：2M + O₂ → 2MO（Be/Mg/Ca 正常氧化物）

过量 O₂：Ba + O₂ → BaO₂（过氧化物）

与酸：M + 2H⁺ → M²⁺ + H₂↑

硝酸盐：2M(NO₃)₂ → 2MO + 4NO₂ + O₂

碳酸盐：BeCO₃ 最不稳定 → BaCO₃ 最稳定

Metal
Reactivity
M.p(°C)
Hydroxide
Solubility
Be
lowest
1278
Be(OH)₂ amphoteric
insoluble
Mg
low
649
Mg(OH)₂ weak base
slight
Ca
moderate
839
Ca(OH)₂ base
soluble
Sr
high
768
Sr(OH)₂ strong base
soluble
Ba
highest
727
Ba(OH)₂ strong base
most soluble

💡 考点：① 解释第2族性质趋势用原子半径/核电荷/屏蔽三要素；② Be 的特殊性（两性、共价性强）；③ Ba(OH)₂ 是强碱，Be(OH)₂ 是两性；④ 熔点非单调，Ca 是反例。

第2族熔点非单调：Mg 低、Ca 偏高、Sr/Ba 回落
G2 DETAIL
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第2族全览

Be→Ba

半径增；反应增；熔点不规律(Ca 偏高)

碱性增；溶解度增

反应

M + 2H₂O → M(OH)₂ + H₂↑

2M + O₂ → 2MO

Be 不反应；Ba 最剧烈

Be特殊:两性/共价强

3 · 第17族 GROUP 17
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卤素
越来越弱

🧪 性质趋势（F→I）

反应性减弱

颜色加深（浅黄→紫黑）

氧化性减弱

⚡ 典型反应

卤素+卤化物：更活泼的置换更不活泼

Cl₂ + 2Br⁻ → 2Cl⁻ + Br₂

氧化能力：F>Cl>Br>I

💡 卤素的反应性从 F 到 I 减弱，因为原子半径增大，吸引电子能力下降。F 是最强的氧化剂。

第17族：F→I 反应性与氧化性逐渐减弱
3b · 第17族详解 GROUP 17 DETAIL
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卤素
反应全览

🧪 性质趋势（F→I）

颜色加深：F₂（淡黄）→ Cl₂（黄绿）→ Br₂（红棕）→ I₂（紫黑）

反应性减弱（获得电子能力下降）

氧化性：F₂ > Cl₂ > Br₂ > I₂

熔沸点升高（范德华力随电子数增大）

F₂ 是最强单质氧化剂

⚡ 置换反应

更活泼的卤素置换较不活泼的：

Cl₂ + 2Br⁻ → 2Cl⁻ + Br₂

Cl₂ + 2I⁻ → 2Cl⁻ + I₂

Br₂ + 2I⁻ → 2Br⁻ + I₂

F₂ 不做水溶液置换：2F₂ + 2H₂O → 4HF + O₂

🧪 卤化氢

热稳定性：HF > HCl > HBr > HI

酸性：HI > HBr > HCl > HF（水溶液）

H–X 键越弱 → 越容易电离

制取：NaCl + H₂SO₄(浓) → HCl + NaHSO₄

Reaction
Occurs?
Colour change
Conclusion
Cl₂ + Br⁻
YES
pale green → orange
Cl>Br
Cl₂ + I⁻
YES
green → brown/purple
Cl>I
Br₂ + Cl⁻
NO
no change
Cl>Br
Br₂ + I⁻
YES
orange → brown
Br>I
I₂ + Cl⁻
NO
no change
Cl>I
I₂ + Br⁻
NO
no change
Br>I

💡 CIE高频：① 解释卤素颜色/反应性趋势；② 写置换反应方程式；③ 比较卤化氢的稳定性和酸性。

G17 · 检验+歧化 HALIDE TEST
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卤离子检验
与氯的歧化

🧪 AgNO₃ + HNO₃ 检验

Cl⁻ → AgCl（白色）

Br⁻ → AgBr（淡黄）

I⁻ → AgI（黄色）

溶解性：AgCl 溶于稀氨水；AgBr 溶于浓氨水；AgI 不溶

⚗️ 氯的歧化

冷碱：Cl₂ + 2NaOH → NaCl + NaClO + H₂O

热碱：3Cl₂ + 6NaOH → 5NaCl + NaClO₃ + 3H₂O

Cl₂ 中 Cl 既被氧化又被还原（歧化）

💡 泳池消毒就是 Cl₂/NaClO 的歧化应用；消毒液混用（含 Cl⁻ 酸 + NaClO）会释出剧毒 Cl₂。

氯的歧化：冷碱产 NaClO，热碱产 NaClO₃
4 · 氮化学 NITROGEN
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氮的
化学世界

🧪 氮氧化物

NO：无色，迅速氧化为 NO₂

NO₂：棕色，有毒

NOₓ 导致酸雨和光化学烟雾

🏭 氨

NH₃：碱性气体

Haber 法合成氨：N₂+3H₂⇌2NH₃

催化剂：Fe，高温高压

💡 氮氧化物是空气污染的主要来源之一。CIE 常考 NOₓ 的环境影响。

4b · 氮循环 NITROGEN CYCLE
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氮化学
与现实世界

🏭 Haber 法合成氨

N₂ + 3H₂ ⇌ 2NH₃（ΔH = −92 kJ/mol）

条件：400–500°C，约 200 atm，Fe 催化剂

为什么不用更低温度？→ 速率太慢

为什么不用更高压力？→ 设备成本 + 安全

Fe 催化剂：降低 Eₐ，不影响平衡位置

🌍 环境化学

NOₓ 形成：N₂ + O₂ → 2NO（高温/闪电）

2NO + O₂ → 2NO₂（棕色，光化学烟雾）

酸雨：2NO₂ + H₂O → HNO₃ + HNO₂

催化转化器还原段：2CO + 2NO → 2CO₂ + N₂

氧化段：2CO + O₂ → 2CO₂（Pt/Pd/Rh）

💡 CIE联系：氮化学连接工业(Haber法)、环境(酸雨/光化学烟雾)和生物(蛋白质/DNA)——这是A-level化学的跨学科亮点。

N · 氨与铵盐 AMMONIA
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氮气的惰性
与氨的活泼

🧪 N≡N 为什么惰性

N≡N 三键键能约 945 kJ/mol

断键极难 → 常温极稳定

“固氮”（转成 NH₃）是工业难题

⚗️ 氨的检验与反应

NH₃ 使湿润红石蕊变蓝（碱性）

遇 HCl：NH₃ + HCl → NH₄Cl（白烟）

铵盐受热分解：NH₄Cl ⇌ NH₃ + HCl

(NH₄)₂CO₃ → 2NH₃ + CO₂ + H₂O

💡 薯片袋充 N₂ 保鲜、灯泡充 N₂ 防钨丝氧化——都是利用 N≡N 的高稳定性。

P3 · 氧化物 PERIOD 3 OXIDES
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第3周期氧化物
碱性 → 酸性

🧪 与水反应（碱性→酸性）

Na₂O + H₂O → 2NaOH（碱）

MgO + H₂O → Mg(OH)₂（微溶弱碱）

Al₂O₃、SiO₂：不溶于水

P₄O₁₀ + 6H₂O → 4H₃PO₄（酸）

SO₃ + H₂O → H₂SO₄（强酸）

Cl₂O₇ + H₂O → 2HClO₄（最强酸）

⚗️ 两性 Al₂O₃

+ 酸：Al₂O₃ + 6HCl → 2AlCl₃ + 3H₂O

+ 碱：Al₂O₃ + 2NaOH + 3H₂O → 2Na[Al(OH)₄]

💡 酸性增强的真正原因：中心元素氧化态升高（Na₂O +1 → Cl₂O₇ +7），对氧电子吸引增强，O–H 键更易释放 H⁺。

第3周期氧化物：从碱性（Na₂O）到酸性（Cl₂O₇）渐变
Na₂O MgOAl₂O₃ SiO₂P₄O₁₀ SO₃ Cl₂O₇碱性两性酸性氧化态 +1+7
P3 · 氯化物 CHLORIDES
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第3周期氯化物
与水反应

🧪 与水反应

NaCl、MgCl₂：溶于水不水解

AlCl₃：部分水解，溶液显酸性

SiCl₄ + 2H₂O → SiO₂ + 4HCl（白雾）

PCl₅ + H₂O → H₃PO₄ + 5HCl

⚡ 规律

Na→Cl：氯化物从离子型到共价型

共价氯化物遇水剧烈水解，冒 HCl 白雾

SiCl₄/PCl₅ 是 CIE 高频

💡 口诀：左端氯化物只是溶解，右端氯化物会水解——与氧化物的“碱→酸”渐变同源（中心元素氧化态升高）。

NaCl 离子晶格：左端离子型氯化物的典型结构
TRANS · 拓展(A2) TRANSITION
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铜为什么是蓝色
d–d 跃迁

特征

部分填充 d 轨道

可变化合价；有色；可作催化剂

Fe 催化 Haber 法，V₂O₅ 催化接触法

颜色由来

配体场中 d 轨道分裂（eɡ / t₂ɡ）

d–d 跃迁吸收可见光

Cu²⁺ 吸收红橙光 → 透过蓝色

d 轨道分裂能级eɡt₂ɡ吸收光→ 透过蓝色
LIFE · 生活 AROUND US
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周期表
就在身边

🧂 加碘盐

碘是甲状腺激素必需元素

缺碘 → 大脖子病

食盐加 KIO₃ 预防

💨 N₂ 保鲜

N≡N 三键极稳定

薯片袋、灯泡充 N₂

防氧化、防钨丝烧断

🎆 焰火里的 Sr/Ba

第2族越往下越活泼

Sr 盐发红光，Ba 盐发绿光

活泼性 ↑ 与焰色绑定

💡 门捷列夫留空格预言了镓/锗/钪的性质——周期律不是事后总结，而是未卜先知的化学地图。

结语 END
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周期性与无机化学
完成！

周期表是化学的地图——电子构型决定了所有元素的规律性。

参考 REFERENCES
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📚 教材

Cambridge AS & A Level Chemistry Coursebook · CIE 9701