IB Chemistry SL 周期性 — 完整学习指南
适用对象：备考 IB Chemistry SL 的中国学生。
本章覆盖：IB Topic 3 — 周期表布局、周期/族中原子半径/电离能/电负性/熔点趋势、碱金属（第 1 族）、卤素（第 17 族）、第 3 周期氧化物。
关于练习题的说明：下文练习题均为我们按 IB Chemistry SL 风格原创的教学题。
1. 为什么周期性重要
Topic 3 把 Topic 2（原子结构）与 Topics 4-10（化合物化学）联系起来。周期表按电子排布把元素组织起来，性质中的周期性趋势由此涌现。考试约 5-7% 直接考 Topic 3，但周期性推理贯穿多数选择题与简答题。
2. 周期表布局
族：竖列。同族元素外层电子排布相同 → 化学性质相似。18 族；重点：
- 第 1 族：碱金属（1 个价电子）。
- 第 2 族：碱土金属（2 个价电子）。
- 第 17 族：卤素（7 个价电子）。
- 第 18 族：稀有气体（满壳层）。
周期：横行。周期号 = 已占电子壳层数。
区：s 区（1-2 族）、p 区（13-18 族）、d 区（过渡金属）。
3. 趋势：原子半径
沿族向下：增大。电子壳层增加，外层电子离核更远。
沿周期向右：减小。质子数增多但都加在同一壳层；屏蔽不变。
例：Li（第 2 周期 1 族）半径小；Cs（第 6 周期 1 族）大得多。
4. 趋势：电离能
电离能 = 移除最外层电子所需最小能量。
沿族向下：减小。外层电子离核远，易移除。
沿周期向右：增大。质子多、半径小、电子难移除。
异常：B < Be（Be 满 2s 较稳）；O < N（O 中成对 2p 比 N 半满 2p 易失）。
后续电离能总是升高。第 与第 间出现跳跃 → 进入新壳层 → 可推断族号。
5. 趋势：电负性
电负性 = 原子吸引成键电子的能力（Pauling 标度：F=4.0 最大，Cs=0.7 最小）。
沿族向下：减小。 沿周期向右：增大。
最大：F（右上）。最小：Fr（左下）。预测键极性（共价 Δχ < 0.5、极性共价 0.5-1.7、离子 > 1.7）。
6. 趋势：熔点
熔点趋势不单调 — 依键型而定：
第 3 周期例：
- Na、Mg、Al：金属键，m.p. 升高（离域电子多）。
- Si：巨型共价网状 — m.p. 极高（~1414 °C）。
- P、S、Cl、Ar：简单分子（P₄、S₈、Cl₂、Ar）— m.p. 低；摩尔质量增大 → 色散力增强。
第 1 族：m.p. 下降（半径增大，金属键减弱）。 第 17 族：m.p. 上升（分子重，色散力强）。
7. 族化学
第 1 族（碱金属）：与水剧烈反应 → 金属氢氧化物 + H₂。反应活性沿族向下增大（IE 减小，易失 1 电子）。
第 17 族（卤素）：与金属反应生成离子卤化物。反应活性沿族减小（电负性减小，得 1 电子动力下降）。
置换反应：上方卤素能从下方卤素的盐溶液中置换出它：。
8. 第 3 周期氧化物
| 元素 | 氧化物 | 键型 | 酸碱 |
|---|---|---|---|
| Na | Na₂O | 离子 | 碱性 |
| Mg | MgO | 离子 | 碱性 |
| Al | Al₂O₃ | 离子-共价 | 两性 |
| Si | SiO₂ | 巨型共价 | 酸性 |
| P | P₄O₁₀ | 简单分子 | 酸性 |
| S | SO₃ | 简单分子 | 酸性 |
| Cl | Cl₂O / Cl₂O₇ | 简单分子 | 酸性 |
趋势：碱性 → 两性 → 酸性。键型变化：离子（左）→ 共价（右）。
9. 例题精讲
预测并解释： (a) Mg 与 Al 的第一电离能哪个高？ (b) Cl 与 Br 的电负性哪个高？ (c) Na 与 Al 的熔点哪个低？
解答。
(a) 沿周期 IE 总体增大，但 Mg 第一 IE 高于 Al！Mg 失的是稳定满 3s 的电子；Al 失的是 3p（单占），比 3s 略高能、易失。所以 Mg > Al — 周期趋势的例外。
(b) Cl 第 3 周期 17 族，Br 第 4 周期 17 族。沿族向下电负性减小，所以 Cl > Br。
(c) 都是金属键。沿周期 3 从 Na 到 Mg 到 Al，m.p. 上升（Al 3 价电子 vs Na 1 个，更多离域 → 金属键更强）。所以 Na < Al。
10. 易错点
- 周期 vs 族趋势：常混淆方向。背：沿族向下半径增；沿周期向右减。
- IE 异常：B < Be、O < N（周期 2）；Al < Mg、S < P（周期 3）。次壳层稳定性论证。
- 熔点趋势：沿周期非单调，因键型变化（金属 → 共价网 → 简单分子）。
- 卤素反应活性：沿族减小（与碱金属相反）。
11. 练习题
- 按第一电离能从小到大排：Na、Si、S、Cl、Ar。
- 预测 MgO 与 SO₃ 溶于水时键型与酸碱性。
- Li、Na、K、Cs 中哪个与冷水反应最剧烈？解释。
12. 速查表
- 沿族向下：原子半径 ↑、IE ↓、电负性 ↓、m.p. 依键型。
- 沿周期向右：原子半径 ↓、IE ↑、电负性 ↑。
- 最大电负性：F。最小：Fr（或 Cs）。
- 第 1 族活性：沿族增大（Li < Na < K < Rb < Cs）。
- 第 17 族活性：沿族减小（F > Cl > Br > I）。
- 第 3 周期氧化物：Na₂O 碱性 → Al₂O₃ 两性 → SO₃ 酸性。
13. 下一步
周期性把 Topic 2（原子结构）与 Topic 4（化学键）等串起来 — 由电负性差异可预测键型，反应趋势沿 IE/电负性梯度。具体趋势预测或异常解释可问小欧。