高中化學(xué)學(xué)案專題5第一單元第1課時(shí)元素周期律

專題5微觀結(jié)構(gòu)與物質(zhì)的多樣性第一單元元素周期律和元素周期表第1課時(shí)元素周期律一、1～18號(hào)元素的原子最外層電子排布、原子半徑和主要化合價(jià)的變化規(guī)律1．原子最外層電子排布的周期性變化：(1)原子序數(shù)：化學(xué)家按核電荷數(shù)從小到大的順序給元素依次編號(hào)，這種編號(hào)叫作原子序數(shù)。原子序數(shù)＝核電荷數(shù)＝質(zhì)子數(shù)＝核外電子數(shù)。(2)原子最外層電子排布的周期性變化隨著元素核電荷數(shù)的遞增，除H、He外，元素原子最外層電子數(shù)重復(fù)出現(xiàn)從1遞增到8的變化。2．元素原子半徑的周期性變化：3～9號(hào)元素及11～17號(hào)元素隨原子序數(shù)的遞增，元素原子半徑呈現(xiàn)由大到小的周期性變化。3．元素主要化合價(jià)的周期性變化：(1)元素的最高正化合價(jià)呈現(xiàn)＋1→＋7的周期性變化(氧、氟除外)。(2)元素的最低負(fù)化合價(jià)呈現(xiàn)－4→－1的周期性變化。(3)元素最高化合價(jià)數(shù)值等于該元素原子的最外層電子數(shù)，最低化合價(jià)的數(shù)值等于8減去最外層電子數(shù)。1．3～9號(hào)元素及11～17號(hào)元素，從左到右，原子半徑逐漸減小，離子半徑是否也逐漸減??？提示：不是。如S2－>Cl－。2．(知識(shí)關(guān)聯(lián))第3～9號(hào)元素從左到右，最高正價(jià)是否也從＋1遞增到＋7？提示：否。3～9號(hào)元素中氟元素沒有正價(jià)。3．(教材開發(fā))第1～18號(hào)元素中，原子半徑最大的是哪種元素？提示：第1～18號(hào)元素中，原子半徑最大的是鈉。二、元素的性質(zhì)變化規(guī)律1．鈉、鎂、鋁的金屬性的遞變規(guī)律：(1)鈉、鎂均能與水反應(yīng)，鈉比鎂活潑，金屬性：Na＞Mg。(2)鎂、鋁與酸反應(yīng)鎂、鋁均能與酸反應(yīng)，鎂比鋁活潑，金屬性：Mg>Al。2．硅、磷、硫、氯的非金屬性的遞變規(guī)律：(1)單質(zhì)與H2化合的難易程度(由易到難)：Cl、S、P、Si；(2)氣態(tài)氫化物的穩(wěn)定性(由弱到強(qiáng))：SiH4＜PH3＜H2S＜HCl；(3)元素的非金屬性：Si＜P＜S＜Cl。3．第11～17號(hào)元素最高價(jià)氧化物對(duì)應(yīng)的水化物的酸堿性變化規(guī)律：(1)鈉、鎂、鋁的最高價(jià)氧化物對(duì)應(yīng)水化物的堿性強(qiáng)弱：NaOH＞Mg(OH)2＞Al(OH)3(2)硅、磷、硫、氯的最高價(jià)氧化物對(duì)應(yīng)的水化物的酸性強(qiáng)弱：H2SiO3＜H3PO4＜H2SO4＜HClO44．兩性氫氧化物：(1)概念：既能與強(qiáng)酸反應(yīng)又能與強(qiáng)堿反應(yīng)，且均生成鹽和水的氫氧化物。(2)氫氧化鋁的兩性①向AlCl3溶液中加入過量氨水，現(xiàn)象：產(chǎn)生白色沉淀，反應(yīng)方程式：AlCl3＋3NH3·H2O=3NH4Cl＋Al(OH)3↓。②向AlCl3溶液中逐滴加入NaOH溶液至過量，現(xiàn)象：先產(chǎn)生白色沉淀，后白色沉淀溶解，反應(yīng)方程式：AlCl3＋3NaOH=3NaCl＋Al(OH)3↓、NaOH＋Al(OH)3=NaAlO2＋2H2O。③向Al(OH)3沉淀中加入鹽酸，發(fā)生反應(yīng)的離子方程式：Al(OH)3＋3H＋=Al3＋＋3H2O。5．元素周期律：(1)隨著核電荷數(shù)逐漸增加，原子半徑逐漸減小(稀有氣體元素除外)，原子核對(duì)最外層電子的吸引力逐漸增強(qiáng)，元素原子失電子能力逐漸減弱，得電子能力逐漸增強(qiáng)，金屬性逐漸減弱，非金屬性逐漸增強(qiáng)。(2)內(nèi)容：元素的性質(zhì)隨元素核電荷數(shù)的遞增呈周期性變化的規(guī)律。(3)實(shí)質(zhì)：元素原子核外電子排布隨著核電荷數(shù)的遞增發(fā)生周期性變化的結(jié)果。1．向AlCl3溶液中逐漸加入足量的氫氧化鈉溶液，會(huì)產(chǎn)生什么現(xiàn)象？提示：先生成Al(OH)3，后Al(OH)3逐漸溶于氫氧化鈉溶液，故現(xiàn)象為先產(chǎn)生白色絮狀沉淀后逐漸溶解。2.(情境思考)日常生活中常用到鋁制品，如鋁鍋，但鋁鍋長時(shí)間盛放酸性或堿性食物容易腐蝕。(1)鋁的金屬性較強(qiáng)，易與O2等反應(yīng)，但鋁鍋可長期使用，試說明原因。提示：鋁與氧氣反應(yīng)，在鋁鍋表面生成致密的氧化物保護(hù)膜，阻止鋁與氧氣繼續(xù)反應(yīng)，故鋁鍋可長期使用。(2)鋁鍋長時(shí)間盛放酸性或堿性食物容易腐蝕，為什么？提示：氧化鋁具有兩性，能與酸性或堿性食物緩慢反應(yīng)，使氧化鋁失去保護(hù)作用。金屬性、非金屬性強(qiáng)弱比較1．實(shí)質(zhì)：比較元素金屬性(或非金屬性)的強(qiáng)弱，其實(shí)質(zhì)是看原子失去(或得到)電子的能力，越易失去(或得到)電子，則元素的金屬性(或非金屬性)越強(qiáng)。2．金屬性、非金屬性強(qiáng)弱的判斷方法：(1)從原子結(jié)構(gòu)判斷(2)從元素單質(zhì)及其化合物的性質(zhì)判斷1．硫酸為強(qiáng)酸，次氯酸為弱酸，據(jù)此能確定非金屬性硫大于氯嗎？(證據(jù)推理與模型認(rèn)知)提示：不能。判斷元素的非金屬性強(qiáng)弱可根據(jù)最高價(jià)氧化物對(duì)應(yīng)的水化物的酸性強(qiáng)弱，而HClO中氯元素不是最高價(jià)。2．鹽酸(HCl)的酸性強(qiáng)于氫硫酸(H2S)，據(jù)此能得出氯元素比硫元素的非金屬性強(qiáng)嗎？(證據(jù)推理與模型認(rèn)知)提示：不能。氣態(tài)氫化物的酸性強(qiáng)弱與元素的非金屬性強(qiáng)弱無關(guān)，不能作為判斷元素非金屬性強(qiáng)弱的依據(jù)。如氫碘酸(HI)的酸性強(qiáng)于鹽酸(HCl)，但氯元素比碘元素的非金屬性強(qiáng)?！镜淅肯铝惺聦?shí)能說明氯元素原子得電子能力比硫元素原子強(qiáng)的是__________。①HCl的溶解度比H2S大②HCl的酸性比H2S強(qiáng)③HCl的穩(wěn)定性比H2S大④HCl的還原性比H2S弱⑤HClO4的酸性比H2SO4強(qiáng)⑥Cl2與鐵反應(yīng)生成FeCl3，而S與鐵反應(yīng)生成FeS⑦Cl2能與H2S反應(yīng)生成S⑧在11～17號(hào)元素中Cl處于S的右側(cè)⑨還原性：Cl－＜S2－【解析】元素原子得電子能力的強(qiáng)弱與元素氫化物的溶解性無關(guān)，①錯(cuò)誤；氫化物的酸性強(qiáng)弱和元素原子得電子能力大小無關(guān)，②錯(cuò)誤，其他均符合題意。答案：③④⑤⑥⑦⑧⑨【規(guī)律方法】(1)金屬活動(dòng)性順序：按K、Ca、Na、Mg、Al、Zn、Fe、Sn、Pb、Cu、Hg、Ag、Pt、Au的順序，金屬性逐漸減弱。(2)非金屬活動(dòng)性順序：按F、O、Cl、Br、I、S的順序，非金屬性逐漸減弱。(3)比較元素金屬性、非金屬性強(qiáng)弱不能根據(jù)最外層電子數(shù)的多少或電子層數(shù)的多少，而應(yīng)根據(jù)得失電子的難易程度。(4)不能通過物質(zhì)的物理性質(zhì)，如熔沸點(diǎn)、溶解性等方面比較元素金屬性、非金屬性強(qiáng)弱。在如圖的實(shí)驗(yàn)裝置中，錐形瓶中是硅酸鈉溶液，分液漏斗中盛裝的是稀硫酸，向硅酸鈉溶液中滴加稀硫酸，溶液由澄清變渾濁，原因是生成了硅酸沉淀。(1)元素的非金屬性越強(qiáng)，其最高價(jià)氧化物對(duì)應(yīng)水化物的酸性越________；(2)元素的金屬性越強(qiáng)，其最高價(jià)氧化物對(duì)應(yīng)水化物的堿性越________；(3)元素的非金屬性越強(qiáng)，其對(duì)應(yīng)氣態(tài)氫化物的穩(wěn)定性越________；(4)非金屬性越強(qiáng)的元素形成的氣態(tài)氫化物的還原性越________。提示：(1)強(qiáng)(2)強(qiáng)(3)強(qiáng)(4)弱元素周期律1．微粒半徑大小的決定因素：核電荷數(shù)、電子層數(shù)和核外電子數(shù)。2．微粒半徑大小比較：【方法導(dǎo)引】元素周期律1．第11～17號(hào)元素性質(zhì)的遞變規(guī)律對(duì)于第三周期主族元素Na、Mg、Al、Si、P、S、Cl(1)原子半徑由大到小的順序?yàn)镹a>Mg>Al>Si>P>S>Cl。(2)簡單離子半徑由大到小的順序?yàn)镻3－>S2－>Cl－>Na＋>Mg2＋>Al3＋。(3)單質(zhì)置換出水或酸中氫的能力Na>Mg>Al。(4)最高價(jià)氧化物對(duì)應(yīng)水化物的堿性由強(qiáng)到弱的順序?yàn)镹aOH>Mg(OH)2>Al(OH)3。(5)單質(zhì)與H2化合的能力Si<P<S<Cl。(6)氣態(tài)氫化物的穩(wěn)定性由弱到強(qiáng)的順序?yàn)镾iH4<PH3<H2S<HCl。(7)最高價(jià)氧化物對(duì)應(yīng)水化物的酸性由弱到強(qiáng)的順序?yàn)镠2SiO3<H3PO4<H2SO4<HClO4。2．熟記微粒大小的比較方法：3．所有元素中，原子半徑最小的是H，其次是F。4．11～17號(hào)元素中，原子半徑最小的是Cl，離子半徑最小的是Al3＋。1．(情境應(yīng)用)劉安《淮南萬畢術(shù)》“曾青得鐵則化為銅”，“曾青”指可溶性銅鹽。寫出Fe與CuSO4溶液反應(yīng)的化學(xué)方程式，請(qǐng)說明Fe和Cu活潑性的強(qiáng)弱。(變化觀念與平衡思想)提示：Fe＋CuSO4=FeSO4＋Cu；Fe比Cu活潑。【典例】下列微粒半徑大小比較正確的是()A．Na＋<Mg2＋<Al3＋<O2－B．S2－>Cl－>Na＋>Al3＋C．Na<Mg<Al<SiD．F>O>N>C【解題指南】解答本題注意以下兩點(diǎn)：(1)比較微粒半徑大小時(shí)，首先要確定微粒間的電子層數(shù)是否相同，然后再利用規(guī)律比較大小。(2)電子層數(shù)相同的看核電荷數(shù)。【解析】選B。A項(xiàng)四種離子核外電子排布相同，核電荷數(shù)越大，半徑越小，應(yīng)為O2－>Na＋>Mg2＋>Al3＋；B項(xiàng)S2－和Cl－，Na＋和Al3＋的核外電子排布相同，電子層數(shù)相同，微粒半徑大小取決于核電荷數(shù)，S2－和Cl－比Na＋和Al3＋多一個(gè)電子層，微粒半徑顯然是前者大；C項(xiàng)電子層數(shù)相同，核電荷數(shù)越大，半徑越小，應(yīng)為Na>Mg>Al>Si；D項(xiàng)從C、N、O、F原子半徑逐漸減小。比較下列微粒半徑的大小。(1)r(Na＋)______r(Na)、r(Cl－)______r(Cl)(2)r(Ca2＋)______r(Cl－)、r(Al3＋)______r(Cl－)提示：(1)r(Na＋)<r(Na)、r(Cl－)>r(Cl)。(2)r(Ca2＋)<r(Cl－)、r(Al3＋)<r(Cl－)。我們生活在化學(xué)世界中，某些元素在人體的細(xì)胞、組織和體液中大量富集，如大腦中含有豐富的Na、Mg、K，骨筋和骨組織中含有豐富的Li、Mg、K等。(1)Li、Na、Mg、K原子半徑大小關(guān)系是什么？提示：原子半徑：Li＜Mg＜Na＜K。(2)Li、Na、Mg、K元素的金屬性強(qiáng)弱順序是什么？提示：K＞Na＞Li＞Mg。【補(bǔ)償訓(xùn)練】微觀粒子盡管微乎其微，小到肉眼無法觀察到，但與宇宙天體有很多相似之處，其中之一是都存在半徑問題。(1)微粒半徑與電子層數(shù)、核電荷數(shù)、電子數(shù)有什么關(guān)系？提示：電子層數(shù)越多、核電荷數(shù)越小、電子數(shù)越多，半徑越大。(2)同周期元素中，原子半徑最小的是哪族元素？提示：第ⅦA族元素。(3)同一周期的陰離子和陽離子比較，哪個(gè)的半徑更大？提示：陰離子與同周期的稀有氣體的核外電子排布相同，陽離子與上周期的稀有氣體的核外電子排布相同，故陰離子比同一周期的陽離子多一個(gè)電子層，故半徑大于陽離子。(4)比較下列各組微粒半徑，正確的是________。①Cl<Cl－<Br－②F－<Mg2＋<Al3＋③Ca2＋<Ca<Ba④S2－<Se2－<Br－提示：①和③。①陰離子半徑大于同元素的原子半徑，所以Cl－>Cl，電子層數(shù)Br－>Cl－，所以①正確；②電子層結(jié)構(gòu)相同的粒子，核電荷數(shù)大的半徑小，②不正確；③陽離子半徑小于同元素的原子半徑，③正確；④中應(yīng)為Se2－>Br－>S2－，④不正確。三言兩語話重點(diǎn)1．第11～17號(hào)元素性質(zhì)遞變規(guī)律：隨著核電荷數(shù)逐漸增加，金屬性逐漸減弱，非金屬性逐漸增強(qiáng)。2．元素周期律：元素的性質(zhì)隨元素核電荷數(shù)的遞增呈周期性變化的規(guī)律。3．微粒半徑比較：先看電子層數(shù)，電子層數(shù)相同時(shí)，看核電荷數(shù)。1．下列元素原子的半徑為：NOSiP原子結(jié)構(gòu)示意圖原子半徑(10－10m)0.750.741.17r根據(jù)以上數(shù)據(jù)，磷原子的半徑r可能是()A.1.43×10－10mB．1.10×10－10mC.1.20×10－10m D．0.70×10－10m【解析】選B。最外層電子數(shù)相同，原子序數(shù)P>N，則原子半徑r>0.75×10－10m，P與Si電子層數(shù)相同，原子序數(shù)P>Si，則原子半徑r<1.17×10－10m，故0.75×10－10m<r<1.17×10－10m，B正確。2．下列有關(guān)元素周期律的敘述中，正確的是()A.最高正價(jià)：N<FB.金屬性強(qiáng)弱：K<CaC.氫化物穩(wěn)定性：H2S<HClD.堿性強(qiáng)弱：NaOH<Mg(OH)2【解析】選C。氮元素最高正價(jià)為＋5價(jià)，而F無正價(jià)，A錯(cuò)誤；金屬性Ca<K，B錯(cuò)誤；穩(wěn)定性H2S<HCl，C正確；堿性NaOH>Mg(OH)2，D錯(cuò)誤。3．(教材二次開發(fā)·教材習(xí)題改編)下列各組元素是按最高正價(jià)由高到低、負(fù)價(jià)絕對(duì)值由低到高順序排列的是()A.Na、Mg、Al B．F、O、NC.N、O、F D．S、P、Si【解析】選D。A項(xiàng)中最高正價(jià)由低到高，且無負(fù)價(jià)；B、C兩項(xiàng)中F無正價(jià)；D項(xiàng)中各元素的最高正價(jià)分別為＋6、＋5、＋4，負(fù)價(jià)絕對(duì)值分別為2、3、4，D正確。4．(2021·濟(jì)南高一檢測(cè))研究表明26Al可以衰變?yōu)?6Mg。能比較這兩種元素失電子能力強(qiáng)弱的方法是()A.比較這兩種元素的單質(zhì)的硬度及熔點(diǎn)B.在氯化鋁和氯化鎂溶液中分別滴加過量的氨水C.將打磨過的鎂條和鋁條分別和熱水作用，并滴入酚酞溶液D.將空氣中放置已久的這兩種元素的單質(zhì)分別和熱水反應(yīng)【解析】選C。兩種元素失電子能力強(qiáng)弱，即比較元素的金屬性強(qiáng)弱，可根據(jù)金屬與水、酸反應(yīng)的劇烈程度、對(duì)應(yīng)的最高價(jià)氧化物的水化物的堿性強(qiáng)弱、單質(zhì)間的置換反應(yīng)等判斷。硬度和熔點(diǎn)屬于物理性質(zhì)，不能用于比較金屬性，故A錯(cuò)誤；在氯化鋁和氯化鎂的溶液中分別滴加過量的氨水，二者都生成沉淀，不能證明金屬性強(qiáng)弱，故B錯(cuò)誤；將打磨過的鎂條和鋁條分別和熱水作用，并滴入酚酞溶液，加入鎂條的溶液變紅，加入鋁條的溶液不變色，說明鎂和熱水反應(yīng)而鋁和熱水不反應(yīng)，則金屬性鎂大于鋁，故C正確；在空氣中放置已久的這兩種金屬單質(zhì)，其表面都含有金屬氧化物，都不易和熱水反應(yīng)，無法比較金屬性強(qiáng)弱，故D錯(cuò)誤。5．四種常見的1～18號(hào)非金屬元素甲、乙、丙、丁中，核電荷數(shù)依次增大，甲和乙、丙和丁具有相同的電子層數(shù)，乙、丙的最外層電子數(shù)相同，乙原子序數(shù)比甲多1，乙元素原子核外最外層電子數(shù)是其電子層數(shù)的三倍。(1)丙元素的名稱是____________。(2)能證明丁單質(zhì)的氧化性大于丙單質(zhì)的氧化性的化學(xué)方程式是___________。(3)乙的兩種常見單質(zhì)分別是______、______。(4)四種元素的氣態(tài)氫化物水溶液顯酸性的是(寫化學(xué)式)_______。(5)氫元素和乙組成的化合物中，原子數(shù)比是1∶1的是____________________(寫化學(xué)式)。此化合物可將堿性工業(yè)廢水中的CN－氧化為可溶性碳酸鹽和氨，相應(yīng)的離子方程式是____________________________?！窘馕觥扛鶕?jù)乙元素“原子核外最外層電子數(shù)是其電子層數(shù)的三倍”推斷乙為氧元素，則甲為氮，丙為硫，丁為氯。(1)丙元素是硫。(2)Cl2＋H2S=S＋2HCl(其他答案合理也得分)。(3)氧元素可以形成O2、O3兩種單質(zhì)。(4)甲乙丙丁的氣態(tài)氫化物水溶液顯酸性的是H2S、HCl。(5)氫、氧元素組成的化合物中H2O2原子數(shù)比是1∶1；H2O2具有氧化性，根據(jù)題意寫出離子方程式。答案：(1)硫(2)Cl2＋H2S=S＋2HCl(3)O2O3(4)H2S、HCl(5)H2O2H2O2＋CN－＋OH－=COeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(3))＋NH3【補(bǔ)償訓(xùn)練】第1～18號(hào)元素X、Y、Z、M的原子序數(shù)依次增大，元素X的一種高