4.2元素周期律（第1課時元素周期律）（原卷版）-2019必修第一冊

第四章第二節(jié)元素周期律第1課時元素周期律榆次一中李金虎【學(xué)習(xí)目標(biāo)】1．認識原子核外電子排布，元素的化合價，原子半徑的周期性變化規(guī)律。2．以第三周期元素為例，認識同周期元素的金屬性、非金屬性的周期性變化規(guī)律?！舅仞B(yǎng)目標(biāo)】1．結(jié)合有關(guān)數(shù)據(jù)和實驗事實認識原子的周期性變化規(guī)律，培養(yǎng)學(xué)生“證據(jù)推理與科學(xué)探究”的核心素養(yǎng)。2．通過研究同周期元素的周期性變化規(guī)律，培養(yǎng)學(xué)生“科學(xué)探究與模型認知”的核心素養(yǎng)。必備知識與關(guān)鍵能力知識點一：元素原子結(jié)構(gòu)、原子半徑、化合價的變化規(guī)律1．原子結(jié)構(gòu)的變化規(guī)律原子序數(shù)電子層數(shù)最外層電子數(shù)達到穩(wěn)定結(jié)構(gòu)時的最外層電子數(shù)1～211→223～1021→8811～1831→88結(jié)論：隨著原子序數(shù)的遞增，元素原子核外的電子排布呈現(xiàn)周期性的變化元素原子核外電子排布的周期性變化規(guī)律：隨著原子序數(shù)的遞增，元素原子的最外層電子數(shù)呈現(xiàn)從1到8的周期性變化(第一周期除外)。2．原子半徑的變化規(guī)律3～10號元素符號LiBeBCNOFNe原子半徑/pm152898277757471－變化趨勢逐漸減小11～18號元素符號NaMgAlSiPSClAr原子半徑/pm18616014311711010299－變化趨勢逐漸減小結(jié)論：隨著原子序數(shù)的遞增，元素原子的半徑呈現(xiàn)周期性變化元素原子半徑的周期性變化第二周期第三周期規(guī)律：同一周期，隨著原子序數(shù)的遞增，元素原子半徑呈現(xiàn)eq\o(□,\s\up4(3))由大到小的周期性變化。3．元素主要化合價的變化規(guī)律原子序數(shù)主要化合價的變化1～2＋1→03～10＋1→＋5－4→－1→011～18＋1→＋7－4→－1→0結(jié)論：隨著原子序數(shù)的遞增，元素的主要化合價呈周期性變化元素化合價的周期性變化規(guī)律：隨著原子序數(shù)的遞增，元素的化合價周期性變化[每周期中，最高正價：＋1→＋7(第二周期為＋5)，負價：－4→－1(稀有氣體元素除外)]。典例1．下列化合物中，陰離子和陽離子的半徑之比最大的是()A．CsIB．NaFC．KClD．LiI【答案】D【解析】陽離子都為堿金屬元素的陽離子，元素的核電荷數(shù)越大，離子半徑越大，陰離子都為鹵素陰離子，元素的核電核數(shù)越大，離子半徑越大，則金屬離子半徑最小的是Li＋，陰離子半徑最大的是I－，所以陰離子半徑和陽離子半徑之比最大的是LiI。典例2．下列說法正確的是(D)A．同周期主族元素的原子序數(shù)越大越易失電子B．同周期主族元素的原子序數(shù)越大半徑越大C．同主族元素的原子序數(shù)越大非金屬性越強D．同主族元素的原子序數(shù)越大金屬性越強【答案】D【解析】同周期元素自左向右原子半徑逐漸減小，金屬性逐漸減弱，非金屬性逐漸增強，失電子能力逐漸減弱，得電子能力逐漸增強；同主族元素自上而下原子半徑逐漸增大，金屬性逐漸增強，非金屬性逐漸減弱。知識點二：同周期的元素性質(zhì)遞變規(guī)律1．實驗探究(1)鈉、鎂與水的反應(yīng)鈉鎂實驗操作實驗①實驗②實驗現(xiàn)象鈉熔成小球，浮于水面，四處游動，有“嘶嘶”的響聲，反應(yīng)后溶液加酚酞變紅加熱前，鎂條表面附著了少量無色氣泡，加熱至沸騰后，有較多的無色氣泡冒出，滴加酚酞溶液變?yōu)榉奂t色反應(yīng)原理2Na＋2H2O=2NaOH＋H2↑Mg＋2H2Oeq\o(=,\s\up10(△))Mg(OH)2↓＋H2↑結(jié)論鈉、鎂均能與水反應(yīng)，鈉比鎂活潑，金屬性：Na>Mg。(2)Al(OH)3的制備與性質(zhì)①向AlCl3溶液中加入足量氨水，現(xiàn)象為產(chǎn)生白色沉淀，反應(yīng)的離子方程式為Al3＋＋3NH3·H2O=Al(OH)3↓＋3NHeq\o\al(＋,4)。②將①實驗得到的沉淀分裝兩支試管中，一支試管中加入鹽酸，現(xiàn)象為白色沉淀逐漸溶解，離子方程式為Al(OH)3＋3H＋=Al3＋＋3H2O；另一支試管中加入NaOH溶液，現(xiàn)象為白色沉淀逐漸溶解，離子方程式為Al(OH)3＋OH－=AlOeq\o\al(－,2)＋2H2O。③向MgCl2溶液加入過量NaOH溶液，現(xiàn)象產(chǎn)生白色沉淀，離子方程式為Mg2＋＋2OH－=Mg(OH)2↓。兩性氫氧化物：既能與酸反應(yīng)又能與強堿反應(yīng)，且均生成鹽和水的氫氧化物。如Al(OH)3。2．結(jié)論(1)第三周期的Na、Mg、Al的金屬性逐漸減弱，NaOH、Mg(OH)2、Al(OH)3的堿性逐漸減弱，NaOH為強堿，Mg(OH)2為中強堿，Al(OH)3為兩性氫氧化物。(2)第三周期的Si、P、S、Cl的非金屬性逐漸增強，H3SiO3、H3PO4、H2SO4、HClO4的酸性逐漸增強。HClO4是最強的含氧酸，H2SiO3為難溶的弱酸，H3PO4為中強酸，H2SO4為強酸。(3)同一周期從左到右，原子半徑逐漸減小，失電子能力逐漸減弱，得電子能力逐漸增強，金屬性逐漸減弱，非金屬性逐漸增強。(4)元素周期律內(nèi)容：元素的性質(zhì)隨著原子序數(shù)的遞增而呈周期性的變化。實質(zhì)：元素性質(zhì)的周期性變化是元素原子的核外電子排布周期性變化的必然結(jié)果?！局R歸納】1．元素周期律2．主族元素性質(zhì)的變化規(guī)律項目同周期(左→右)同主族(上→下)核電荷數(shù)逐漸增大逐漸增大電子層數(shù)相同逐漸增多原子半徑逐漸減小逐漸增大離子半徑陽離子逐漸減小陰離子逐漸減小r(陰離子)＞r(陽離子)逐漸增大化合價最高正化合價由＋1→＋7(O、F除外)最低負化合價＝－(8－主族序數(shù))相同，最高正化合價＝主族序數(shù)(O、F除外)元素的金屬性和非金屬性金屬性逐漸減弱非金屬性逐漸增強金屬性逐漸增強非金屬性逐漸減弱離子的氧化性、還原性陽離子氧化性逐漸增強陰離子還原性逐漸減弱陽離子氧化性逐漸減弱陰離子還原性逐漸增強氣態(tài)氫化物穩(wěn)定性逐漸增強逐漸減弱最高價氧化物對應(yīng)的水化物的酸堿性堿性逐漸減弱酸性逐漸增強堿性逐漸增強酸性逐漸減弱3．元素周期律的應(yīng)用(1)比較不同周期、不同主族元素的性質(zhì)①比較Ca(OH)2和Al(OH)3的堿性強弱方法：金屬性：Mg>Al，Ca>Mg，則堿性：Ca(OH)2>Mg(OH)2>Al(OH)3。②比較H2O和SiH4的穩(wěn)定性強弱的方法：非金屬性：C>Si，O>C，則氫化物穩(wěn)定性：H2O>CH4>SiH4。(2)預(yù)測未知元素的某些性質(zhì)①已知Ca(OH)2微溶，Mg(OH)2難溶，可推知Be(OH)2難溶。②已知鹵族元素的性質(zhì)遞變規(guī)律，可推知未學(xué)元素砹(At)的化合物的性質(zhì)為HAt不穩(wěn)定，水溶液呈酸性，AgAt難溶于水。典例3．下列遞變規(guī)律正確的是()A．HClO4、H2SO4、H3PO4的酸性依次增強B．HCl、HBr、HI的穩(wěn)定性依次增強C．鈉、鎂、鋁的還原性依次減弱D．Na＋、Mg2＋、Al3＋離子半徑逐漸增大【答案】C【解析】A項，HClO4、H2SO4、H3PO4的酸性依次減弱，錯誤；B項，HCl、HBr、HI的穩(wěn)定性依次減弱，錯誤；C項，鈉、鎂、鋁的還原性依次減弱，正確；D項，Na＋、Mg2＋、Al3＋離子半徑逐漸減小，錯誤。典例4．以下表述不符合元素周期律的是()A．穩(wěn)定性：HF＞H2O＞NH3B．酸性：H3PO4＞HNO3＞HClO4C．微粒半徑：F－＞Na＋＞Mg2＋D．還原性：HI＞HBr＞HCl【答案】B【解析】A項，根據(jù)元素周期律知N、O、F同在第二周期且核電荷數(shù)逐漸增大，半徑逐漸減小，氣態(tài)氫化物穩(wěn)定性：HF＞H2O＞NH3，故正確；B項，因為非金屬性由強到弱的順序為Cl＞N＞P，酸性：H3PO4＜HNO3＜HClO4，故錯誤；C項，核外電子排布相同的微粒，核電荷數(shù)越大，半徑越小，微粒半徑：F－＞Na＋＞Mg2＋，故正確；D項，非金屬性越強，其氫化物的還原性越弱，因為非金屬性：Cl＞Br＞I，所以還原性：HI＞HBr＞HCl，故正確?！痉椒ㄒ?guī)律】1．元素金屬性和非金屬性強弱的判斷方法金屬性比較本質(zhì)原子越易失電子，金屬性越強(與原子失電子數(shù)目無關(guān))判斷方法①在金屬活動性順序表中越靠前，金屬性越強②單質(zhì)與水或非氧化性酸反應(yīng)越劇烈，金屬性越強③單質(zhì)還原性越強或陽離子氧化性越弱，金屬性越強④最高價氧化物對應(yīng)水化物的堿性越強，金屬性越強⑤若Xn＋＋Y→X＋Ym＋，則Y比X的金屬性強⑥元素在周期表中的位置：左邊或下方元素的金屬性強非金屬性比較本質(zhì)原子越易得電子，非金屬性越強(與原子得電子數(shù)目無關(guān))判斷方法①與H2化合越容易，氣態(tài)氫化物越穩(wěn)定，非金屬性越強②單質(zhì)氧化性越強或陰離子還原性越弱，非金屬性越強③最高價氧化物對應(yīng)水化物的酸性越強，非金屬性越強④元素在周期表中的位置：右邊或上方元素的非金屬性強2．微粒半徑大小的比較方法典例5．已知aAn＋、bB(n＋1)＋、cCn－、dD(n＋1)－是具有相同電子層結(jié)構(gòu)的離子，下列關(guān)于A、B、C、D四種元素的敘述正確的是()A．離子半徑：An＋>B(n＋1)＋>Cn－>D(n＋1)－B．原子序數(shù)：b>a>c>dC．原子半徑：D>C>B>AD．四種元素一定均屬于短周期元素【答案】B【解析】由于四種離子具有相同的電子層結(jié)構(gòu)，可以推知四種元素在周期表中的位置關(guān)系如圖。A項，具有相同電子層結(jié)構(gòu)的離子，核電荷數(shù)越大，離子半徑越小，故離子半徑：D(n＋1)－>Cn－>An＋>B(n＋1)＋；B項，原子序數(shù)：b>a>c>d；C項，原子半徑：A>B>D>C；D項，四種元素也可以為長周期元素。典例6．X、Y、Z均為短周期元素，X、Y處于同一周期，X、Z的最低價離子分別為X2－和Z－，Y＋和Z－具有相同的電子層結(jié)構(gòu)。下列說法正確的是()A．原子最外層電子數(shù)：X>Y>ZB．單質(zhì)沸點：X>Y>ZC．離子半徑：X2－>Y＋>Z－D．原子序數(shù)：X>Y>Z【答案】D【解析】根據(jù)題意可確定X、Y、Z在周期表中的相對位置為可以確定X為S，Y為Na，Z為F。原子最外層電子數(shù)：F>S>Na(Z>X>Y)，A錯誤；單質(zhì)沸點：Na>S>F2(Y>X>Z)，B錯誤；離子半徑：S2－>F－>Na＋(X2－>Z－>Y＋)，C錯誤；原子序數(shù)：S>Na>F(X>Y>Z)，D正確。知識點三：“位、構(gòu)、性”的關(guān)系及應(yīng)用1．元素的“位—構(gòu)—性”三者關(guān)系2．元素的“位—構(gòu)—性”關(guān)系的應(yīng)用(1)結(jié)構(gòu)與位置的互推【點撥】①同周期元素的簡單陽離子與陰離子相比，陰離子原子序數(shù)大。②在短周期元素中，元素的原子序數(shù)與其主要化合價的數(shù)值在奇偶性上一般一致，“價奇序奇，價偶序偶”。(2)性質(zhì)與位置互推熟悉元素周期表中同周期、同主族元素性質(zhì)的遞變規(guī)律，根據(jù)元素性質(zhì)可以推知元素在周期表中的位置，根據(jù)元素在周期表中的位置可以推知元素性質(zhì)。(3)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)互推①最外層電子數(shù)是決定元素原子的氧化性和還原性的主要原因。②原子半徑?jīng)Q定了元素單質(zhì)的性質(zhì)；離子半徑?jīng)Q定了元素組成化合物的性質(zhì)。③同主族元素最外層電子數(shù)相同，性質(zhì)相似。3．構(gòu)建元素“位—構(gòu)—性”關(guān)系解題思維流程(1)推斷元素的基本思路(2)元素“位—構(gòu)—性”關(guān)系題的解題流程典例7．現(xiàn)有原子序數(shù)小于18的A、B、C、D四種非金屬元素，其原子最外層電子數(shù)之和為19。在它們的化合物中，它們所呈現(xiàn)的常見化合價均不止一種，但它們有一種相同的化合價。其部分性質(zhì)如下：元素ABCD原子半徑/nm0.1020.0770.1170.075最高正價或最低負價－4＋4下列說法錯誤的是(C)A．四種元素在其各自化合物中具有一種相同的化合價，即＋4價B．高溫下B的單質(zhì)可從C的氧化物中置換出C的單質(zhì)C．四種元素的氧化物都能與水反應(yīng)生成酸D．很多含有D元素的化合物在農(nóng)業(yè)上經(jīng)常被用作肥料【答案】C【解析】根據(jù)B、C的化合價及原子半徑可知其分別是C、Si。二者最外層電子數(shù)之和為8，則A與D原子的最外層電子數(shù)之和為11，分析可知其最外層電子數(shù)只能是5或6，即它們?yōu)榈冖魽族或第ⅥA族元素。根據(jù)化合價信息可知在其各自的化合物中，四種元素都有＋4價，再結(jié)合原子半徑可知A、D分別是S、N，故A項正確。碳可從SiO2中置換出Si，B項正確。CO、NO、SiO2均不能與水反應(yīng)，C項錯誤。很多含有氮元素的化合物是常用的氮肥，例如銨鹽、尿素等，D項正確。典例8．元素X、Y、Z的原子序數(shù)之和為36，X、Y在同一周期，X＋與Z2－具有相同的核外電子層結(jié)構(gòu)。下列推測不正確的是()A．同族元素中Z的氫化物穩(wěn)定性最強B．原子半徑：X>Y；離子半徑：X＋>Z2－C．同周期元素中X的金屬性最強D．同周期元素中Y的最高價含氧酸的酸性最強【答案】B【解析】根據(jù)題意知：X為Na，Y為Cl，Z為O。氧元素是第ⅥA族最活潑的非金屬元素，其氫化物穩(wěn)定性最強，A項正確；由同周期主族元素原子半徑變化規(guī)律及離子半徑的大小比較規(guī)則可知，原子半徑：Na>Cl，離子半徑：O2－>Na＋，B項錯誤：Na是第三周期最活潑的金屬元素，C項正確；在第三周期中，Cl的非金屬性最強，對應(yīng)的最高價氧化物的水化物HClO4的酸性最強，D項正確。核心價值與學(xué)科素養(yǎng)【知識結(jié)構(gòu)化】原子結(jié)構(gòu)(核外電子排布)決定了元素在周期表中的位置和性質(zhì)(化合價、半徑、金屬性和非金屬性)；元素在周期表中的位置，反映了元素的原子結(jié)構(gòu)和元素的性質(zhì)。構(gòu)建“結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)”模型，把元素在周期表中的位置與相關(guān)的粒子結(jié)構(gòu)聯(lián)系起來，并能通過對“位置”“結(jié)構(gòu)”“性質(zhì)”三者關(guān)系的分析，最終提升推理能力及分析、解決問題的能力。【跟蹤練習(xí)】基礎(chǔ)過關(guān)1．下列關(guān)于元素周期表和元素性質(zhì)的敘述正確的是()A．質(zhì)子數(shù)相同的微粒之間一定互稱同位素B．ⅠA族與ⅦA族元素間形成的化合物一定是離子化合物C．同主族元素的簡單陰離子半徑越大，其單質(zhì)氧化性越弱D．同周期金屬元素的化合價越高，其氫氧化物的堿性越強2．A、B、C均為短周期元素，A、B同周期，其原子核外有三個電子層，A、C的最低價陰離子分別為A2?和C?，B2+和C?具有相同的電子層結(jié)構(gòu)，下列說法中正確的是()A．A元素的最高正價不可能是+6價B．原子半徑：B＞A＞CC．離子半徑：B2+＞C?＞A2?D．氧化性：C＜A3．下列敘述中，金屬a的活潑性肯定比金屬b的活潑性強的是()A．a(chǎn)原子的最外層電子數(shù)比B原子的最外層電子數(shù)少B．常溫時，a能從水中置換出氫，而b不能C．1mola從酸中置換H+生成的H2比lmolb從酸中置換H+生成的H2多D．a(chǎn)原子電子層數(shù)比b原子的電子層數(shù)多4．運用元素周期律分析下面的判斷，其中錯誤的是()A．鈹(Be)的氧化物的水化物可能具有兩性B．砹(At)為白色固體，HAt不穩(wěn)定，AgAt感光性很強C．硫酸鍶(SrSO4)是難溶于水的白色固體D．硒化氫(H2Se)無色、有毒，比H2S更不穩(wěn)定5．下列結(jié)論錯誤的是()①微粒半徑：K＋>Al3＋>S2－>Cl－②氫化物的穩(wěn)定性：HF>HCl>H2S>PH3>SiH4③離子的還原性：S2－>Cl－>Br－>I－④氧化性：Cl2>S>Se>Te⑤酸性：H2SO4>H3PO4>H2CO3>HClO4⑥非金屬性：O>N>P>Si⑦金屬性：Be<Mg<Ca<KA．只有①B．①③⑤C．②④⑤⑥⑦D．②④⑥能力達成6．X、Y、Z、M、Q、R皆為前20號元素，其原子半徑與化合價的關(guān)系如圖所示。下列說法錯誤的是(C)A．Q的原子結(jié)構(gòu)示意圖為B．X、Y、Z三種元素組成的化合物可能是鹽或堿C．簡單離子半徑：M－>Q＋>R2＋D．Z與M的最高價氧化物對應(yīng)水化物均為強酸7．短周期主族元