中小学教育资源及组卷应用平台 第二节 元素周期律 内容概览 01 竞赛技巧总结 核心策略精讲，高效解题通法提炼 02 技巧针对训练 专项能力突破，弱点题型强化攻坚 03 综合培优精练 高阶思维拓展，综合问题融合演练 04 竞赛真题精练 实战命题解密，赛场节奏模拟特训 竞赛技巧1 镧系、锕系收缩效应及其应用 一、镧系收缩（Lanthanide Contraction） 1.核心定义：镧系元素（57La-71Lu）随原子序数增加，原子半径和离子半径发生缓慢而有规律的减小，总收缩幅度约14 pm（原子半径）和 18 pm（Ln3+离子半径）。 2.成因机制: ①4f 电子屏蔽效应弱：4f 轨道弥散，对核电荷的屏蔽作用（~0.98）弱于 s、p 轨道（~1.00），导致有效核电荷（Z*）随原子序数增加显著增大。 ②填充规律：电子依次填入 4f 轨道，外层 6s 电子受核吸引力增强，半径持续收缩。 3.关键影响 ①元素分离困难：Zr 与 Hf、Nb 与 Ta、Mo 与 W 的原子半径差 < 5 pm，化学性质极相似，需通过溶剂萃取（如 HfCl 与 TBP 络合）或离子交换分离。 ②第三过渡系性质偏移：Hf 的金属性弱于 Zr，W 的熔点（3422℃）高于 Mo（2623℃），因收缩导致原子间结合力增强。 ③镧系内部差异：Eu（4f 6s ）和 Yb（4f 6s ）因半满 / 全满结构，原子半径突增，形成 “双峰效应”。 二、锕系收缩（Actinide Contraction） 1.定义特征:锕系元素（89Ac-103Lr）的原子半径和离子半径随序数增加逐渐减小，总收缩幅度（~20 pm）大于镧系，且前期收缩更显著。 2.成因特殊性 ①5f 轨道更弥散：5f 电子屏蔽效应（~0.95）弱于 4f 电子，Z * 增长更快，导致 An 离子半径从 Ac （111 pm）降至 Lr （98 pm）。 ②多重氧化态影响：锕系元素易形成 + 3、+4、+5、+6 氧化态，高氧化态离子（如 UO ）收缩更明显。 3.主要影响 ①后续元素化学性质：第 7 周期元素（如 Rf、Db）的原子半径与第 6 周期同族元素接近，延续镧系收缩的 “顺延效应”。 ②锕系分离工艺：利用 Np (Ⅳ)、Pu (Ⅳ)、U (Ⅵ) 的离子半径差异，通过 TBP 萃取分离核燃料元素。 ③放射性特性关联：重锕系元素（如 Am、Cm）的收缩导致其配位化合物稳定性增强，影响核废料处理。 三、两者对比与周期律意义 1.对比 对比维度 镧系收缩 锕系收缩 涉及元素 57-71号（15种） 89-103号（15种） 收缩幅度 较小（原子半径差～14 pm） 较大（原子半径差～20 pm） 轨道参与 4f 轨道主导 5f轨道主导，部分5d参与 氧化态影响 以+3 为主，影响较小 多氧化态，高氧化态收缩更显著 实际应用 稀土分离、合金材料 核燃料分离、放射性废物处理 2.周期律意义：两者共同构成内过渡元素收缩效应，解释了长周期表中同族元素性质递变的 “反常性”，维持了周期律的整体规律性。镧系收缩使第 6 周期过渡金属与第 5 周期同族元素性质相似，而锕系收缩为超重元素化学性质预测提供了理论依据。 竞赛技巧2 过渡元素变价规律及其应用 一、变价成因与电子结构基础 过渡元素（d区+ds区）的价电子构型为(n-1)d1-10ns1-2，其变价特性源于以下核心因素： ①轨道能量相近：(n-1)d与ns轨道能量差小（如第四周期过渡元素约1-2eV），电子易通过得失形成不同价态。例如Mn的价电子构型3d 4s ，可失去2个（4s2）、3个（4s2+1个3d）直至7个电子形成+2至+7价。 ②屏蔽效应较弱：d电子对核电荷的屏蔽作用（~0.35）弱于s/p电子，随原子序数增加，有效核电荷（Z*）增大，使高价态电离能增幅小于主族元素，如Cr的I6（失去6个电子的电离能）仍处于可实现范围。 ③配位稳定化作用：高价态离子可通过与氧、氟等强电负性配体形成共价键或配位键稳定存在，如MnO4-中Mn7+通过配位氧原子的电子反馈得以稳定。 二、典型过渡元素变价实例 1.第四周期过渡元素（Sc-Zn） 元素 价电子构型 常见价态 特征化合物 ... ...
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