元素周期律和元素周期表 高一上學(xué)期化學(xué)蘇教版（2019）必修第一冊

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5.1.1元素周期律課前導(dǎo)入同學(xué)們，在化學(xué)的歷史長河中，有一位偉大的科學(xué)家門捷列夫。據(jù)說，他在研究元素的過程中遇到了巨大的困難，很多規(guī)律都難以捉摸。有一天晚上，他疲憊地入睡了，在夢中他看到了一張神奇的表格，所有的元素都整齊有序地排列在上面，它們的性質(zhì)隨著排列呈現(xiàn)出一種奇妙的規(guī)律。當(dāng)他醒來后，立刻將夢中的表格記錄下來，經(jīng)過不斷地完善，就有了我們現(xiàn)在非常重要的元素周期表。今天，就讓我們一起走進(jìn)元素周期律的奇妙世界，去探索元素之間隱藏的秘密。原子序數(shù)隨著人們對原子內(nèi)部結(jié)構(gòu)的深入認(rèn)識(shí)，化學(xué)家嘗試將元素的宏觀性質(zhì)與原子的微觀結(jié)構(gòu)之間建立聯(lián)系，研究元素的性質(zhì)與核電荷數(shù)之間的關(guān)系。為了方便研究，化學(xué)家按照核電荷數(shù)由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)（atomicnumber）。元素的原子序數(shù)在數(shù)值上等于該元素原子的核電荷數(shù)。最外層電子數(shù)遞變規(guī)律分析原子序數(shù)為1~18號(hào)的元素原子核外電子排布可以發(fā)現(xiàn)，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的變化分析原子半徑遞變規(guī)律下表是原子序數(shù)為3~9號(hào)和11~17號(hào)元素的原子半徑數(shù)值。請同學(xué)們討論，隨著元素核電荷數(shù)的遞增，元素的原子半徑有怎樣的變化規(guī)律？3~9號(hào)和11~17號(hào)元素的原子半徑3~9號(hào)元素3Li鋰4Be鈹5B硼6C碳7N氮80氧9F氟原子半徑/pm152111887770666411~17號(hào)元素11Na鈉

12Mg鎂

13Al鋁

14Si硅15P磷

16S硫17Cl氯原子半徑/pm18616014311711010499注：1pm=10-12m。分析原子半徑遞變規(guī)律1.以元素原子核外最外層電子數(shù)為橫坐標(biāo)，原子半徑為縱坐標(biāo)，在下面的坐標(biāo)系中表示出3~9號(hào)元素、11~17號(hào)元素原子的最外層電子數(shù)和原子半徑所對應(yīng)的點(diǎn)，并把這兩組點(diǎn)分別用光滑的曲線連接起來。分析原子半徑遞變規(guī)律分析原子半徑遞變規(guī)律分析原子半徑遞變規(guī)律通過上述分析我們可以發(fā)現(xiàn)，隨著核電荷數(shù)的遞增，元素的原子半徑呈現(xiàn)周期性變化，原子序數(shù)為3~9號(hào)和11~17號(hào)元素的原子半徑分別依次遞減。由此可知，在元素周期表內(nèi)，從上到下原子半徑依次遞增從左到右原子半徑依次遞減（稀有氣體除外）分析原子半徑遞變規(guī)律【思考】3-9號(hào)元素和11-17號(hào)元素的原子半徑為什么會(huì)逐漸減?。吭谕恢芷谥?，從左到右原子序數(shù)遞增，核電荷數(shù)也隨之增加。核電荷數(shù)增多，原子核帶的正電荷增多，對核外電子的吸引力就增強(qiáng)。電子被更緊密地吸引在原子核周圍，使得電子云向原子核收縮，從而導(dǎo)致原子半徑減小。同一周期的元素電子層數(shù)是相同的。電子層數(shù)沒有增加這一因素來增大原子半徑，而只有核電荷數(shù)增加使原子核對電子吸引增強(qiáng)這一因素起主導(dǎo)作用，所以原子半徑從左到右逐漸減小。分析元素化合價(jià)遞變規(guī)律給出了原子序數(shù)為1~18號(hào)元素的最高化合價(jià)和最低化合價(jià)，請你以原子序數(shù)為橫坐標(biāo)，元素的最高化合價(jià)和最低化合價(jià)為縱坐標(biāo)，用不同顏色的筆畫出折線圖，探索元素的最高和最低化合價(jià)隨核電荷數(shù)變化的規(guī)律。1~18號(hào)元素最高化合價(jià)和最低化合價(jià)1~9號(hào)元素HHeLiBeBCN0F最高和最低

化合價(jià)+10+1+2+3+4+5-4-3-2-110~18號(hào)元素NeNaMgAlSiPSClAr最高和最低

化合價(jià)0+1+2+3+4+5+6+70-4-3-2-1分析元素化合價(jià)遞變規(guī)律分析元素化合價(jià)遞變規(guī)律同一周期：最高正化合價(jià)：從左至右，最高正化合價(jià)呈遞增趨勢（從+1價(jià)遞增到+7價(jià)，第一周期除外），但第二周期的O、F元素比較特殊，O無最高正價(jià)，F(xiàn)無正價(jià)（OF?等特殊物質(zhì)除外）。這是因?yàn)橥恢芷趶淖蟮接以有驍?shù)遞增，核電荷數(shù)增多，原子核對最外層電子的吸引力增強(qiáng)，使電子更傾向于失去，從而導(dǎo)致正化合價(jià)升高。最低負(fù)化合價(jià)：從左至右，最低負(fù)化合價(jià)也呈遞增趨勢（從-4價(jià)遞增到-1價(jià)，第一周期除外）。金屬元素一般無負(fù)化合價(jià)，所以負(fù)化合價(jià)的遞變是從ⅣA族開始的。這是由于隨著原子序數(shù)增加，原子得電子能力逐漸增強(qiáng)，更容易獲得電子形成負(fù)化合價(jià)，且負(fù)化合價(jià)的數(shù)值逐漸增大。分析元素化合價(jià)遞變規(guī)律同一主族：最高正化合價(jià)：從上至下，最高正化合價(jià)基本相同，均等于該元素所在的族序數(shù)（O、F除外）。這是因?yàn)橹髯逶氐淖钔鈱与娮訑?shù)相同，其失去電子形成最高正化合價(jià)的能力相似。特殊情況：對于某些元素，在不同化合物中可能呈現(xiàn)多種化合價(jià)，例如氮元素，有-3、+2、+3、+4、+5等多種化合價(jià)；鐵元素有+2、+3等化合價(jià)。分析元素化合價(jià)遞變規(guī)律元素的最高化合價(jià)和最低化合價(jià)的數(shù)值與原子最外層電子數(shù)有哪些關(guān)系？元素最高價(jià)的絕對值與最低價(jià)的絕對值的和為8（僅限除O、F的非金屬元素）。即對于除O、F外的非金屬元素，其最高正化合價(jià)與最低負(fù)化合價(jià)之間存在這樣的數(shù)量關(guān)系判斷元素的金屬性與非金屬性強(qiáng)弱人們在長期的研究中發(fā)現(xiàn)，元素單質(zhì)和化合物的某些性質(zhì)有助于判斷元素的金屬性、非金屬性強(qiáng)弱。通常情況下，元素原子失電子能力越強(qiáng)，元素的金屬性越強(qiáng)，它的單質(zhì)越容易從水或酸中置換出氫，該元素最高價(jià)氧化物的水化物的堿性越強(qiáng)；元素原子得電子能力越強(qiáng)，元素的非金屬性越強(qiáng)，它的單質(zhì)越容易與氫氣反應(yīng)形成氣態(tài)氫化物，氣態(tài)氫化物的熱穩(wěn)定性越強(qiáng)，該元素最高價(jià)氧化物的水化物的酸性越強(qiáng)。鈉、鎂、鋁性質(zhì)的遞變進(jìn)行下列實(shí)驗(yàn)，探究鈉、鎂、鋁元素的金屬性強(qiáng)弱，把實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象記錄在表中?！緦?shí)驗(yàn)1】切取綠豆大小的一小塊金屬鈉，用濾紙吸干其表面的煤油。在一只250mL燒杯中加入少量的水，在水中滴加兩滴酚酞溶液，將金屬鈉投入燒杯中，觀察并記錄實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象?！緦?shí)驗(yàn)2】在兩支試管中，分別放入已用砂紙打磨除去氧化膜的一小段鎂條和一小塊鋁片，向試管中加入適量的水，再向水中滴加兩滴酚酞溶液，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。然后加熱試管，觀察并記錄實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象?！緦?shí)驗(yàn)3】在兩支試管中，分別放入已用砂紙打磨除去氧化膜的一小段鎂條和一小塊鋁片，再向試管中各加入2mL2mol·L-1鹽酸，觀察并記錄實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。實(shí)驗(yàn)NaMgAl與水的反應(yīng)與冷水的反應(yīng)與冷水劇烈反應(yīng)，溶液呈紅色Na+H2O=NaOH+H2↑與冷水反應(yīng)不明顯，無明顯現(xiàn)象與熱水的反應(yīng)——加熱反應(yīng)較劇烈，溶液呈淺紅色Mg+2H2O=Mg（OH）2+H2↑無明顯現(xiàn)象與鹽酸的反應(yīng)——?jiǎng)×曳磻?yīng)，產(chǎn)生氣泡快Mg+2HCl=MgCl2+H2↑產(chǎn)生氣泡較快2Al+6HCl=2AlCl3+3H2↑鈉、鎂、鋁金屬性強(qiáng)弱的順序是鈉＞鎂＞鋁元素金屬性遞變規(guī)律從上述實(shí)驗(yàn)可以得出，鈉、鎂、鋁三種金屬單質(zhì)與水或酸反應(yīng)的劇烈程度逐漸減弱，說明鈉、鎂、鋁元素的金屬性依次減弱。這是因?yàn)楫?dāng)元素原子的核外電子層數(shù)相同時(shí)，隨著核電荷數(shù)的遞增，原子半徑逐漸減小（稀有氣體元素除外），原子失電子能力逐漸減弱，所以金屬性逐漸減弱。元素非金屬性遞變規(guī)律閱讀并分析下表，根據(jù)硅、磷、硫、氯元素的氣態(tài)氫化物的形成條件和熱穩(wěn)定性，探究硅、磷、硫、氯元素的非金屬性強(qiáng)弱。硅、磷、硫、氯的氣態(tài)氫化物元素14Si15P16S17Cl單質(zhì)與氫氣

的反應(yīng)條件高溫下反應(yīng)

磷蒸氣與氫氣能反應(yīng)加熱時(shí)反應(yīng)

光照或點(diǎn)燃時(shí)發(fā)生爆炸而化合氣態(tài)氫化物

的化學(xué)式SiH?PH?H2SHCl氣態(tài)氫化物

的熱穩(wěn)定性不穩(wěn)定不穩(wěn)定受熱分解穩(wěn)定元素非金屬性遞變規(guī)律從表可以看出，按硅、磷、硫、氯元素的順序，它們的單質(zhì)與氫氣反應(yīng)的條件逐漸變得容易，而反應(yīng)得到的氣態(tài)氫化物的熱穩(wěn)定性逐漸增強(qiáng)，可見這四種元素的非金屬性依次增強(qiáng)。這是因?yàn)楫?dāng)元素原子的核外電子層數(shù)相同時(shí)，隨著核電荷數(shù)的遞增，原子半徑逐漸減小（稀有氣體元素除外），原子得電子能力逐漸增強(qiáng)，所以非金屬性逐漸增強(qiáng)。最高價(jià)氧化物的水化物的酸性和堿性強(qiáng)弱閱讀并分析下表，根據(jù)11~17號(hào)元素最高價(jià)氧化物的水化物的酸堿性強(qiáng)弱，探究元素的金屬性和非金屬性的強(qiáng)弱變化規(guī)律。11~17號(hào)元素最高價(jià)氧化物的水化物元素11Na12Mg13Al14Si

15P

16S17Cl化學(xué)式NaOHMg(OH)2Al(OH)3H4SiO4H3PO4H2SO4HClO?酸堿性強(qiáng)弱

強(qiáng)堿中強(qiáng)堿弱酸中強(qiáng)酸

強(qiáng)酸酸性更強(qiáng)最高價(jià)氧化物的水化物的酸性和堿性強(qiáng)弱1.從上表分析可知，11~17號(hào)元素最高價(jià)氧化物的水化物的酸堿性強(qiáng)弱的變化規(guī)律是__________________________________；11~17號(hào)元素的金屬性和非金屬性強(qiáng)弱的變化規(guī)律是__________________________________________。2.根據(jù)11~17號(hào)元素最高價(jià)氧化物的水化物的酸堿性強(qiáng)弱的變化規(guī)律，預(yù)測Al(OH)3可能具有的性質(zhì)是_________________。堿性逐漸減弱，酸性逐漸增強(qiáng)金屬性逐漸減弱，非金屬性逐漸增強(qiáng)既有酸性又有堿性探究Al(OH)3的性質(zhì)在兩支潔凈的試管中分別加入2~3mL2mol·L-1氯化鋁溶液，逐滴加入6mol·L-1氨水，生成白色膠狀物質(zhì)，繼續(xù)滴加氨水直到不再產(chǎn)生沉淀為止，即制得Al(OH)3沉淀。然后向一支試管中滴加6.0mol·L-1鹽酸，向另一支試管中滴加6.0mol·L-1NaOH溶液。邊滴加邊振蕩，記錄你觀察到的現(xiàn)象：探究Al(OH)3的性質(zhì)可以觀察到兩支試管中的白色沉淀均逐漸溶解。實(shí)驗(yàn)表明，Al(OH)3既能與鹽酸反應(yīng)，又能與氫氧化鈉溶液反應(yīng)，它是兩性氫氧化物。Al(OH)3

+

3HCl

=

AlCl3

+

3H2OAl(OH)3

+

NaOH

=

NaAlO2

+

2H2O元素周期律更多的研究表明，隨著元素核電荷數(shù)的遞增，元素的原子半徑（稀有氣體元素除外）、元素的主要化合價(jià)（最高化合價(jià)和最低化價(jià)）、元素的金屬性和非金屬性均呈現(xiàn)周期性變化。元素的性質(zhì)隨著元素核電荷數(shù)的遞增呈周期性變化的規(guī)律叫作元素周期律（periodiclawoftheelements）。元素周期律是元素原子核外電子排布隨著元素核電荷數(shù)的遞增發(fā)生周期性變化的必然結(jié)果，揭示了元素之間的內(nèi)在關(guān)系。1.下列事實(shí)不能作為實(shí)驗(yàn)判斷依據(jù)的是()A.鈉和鎂分別與冷水反應(yīng)，判斷金屬活動(dòng)性強(qiáng)弱:Na>MgB.鐵投人CuSO4溶液中，能置換出銅，鈉投入CuSO4溶液中不能置換出銅，判斷鈉與鐵的金屬活動(dòng)性強(qiáng)弱:Fe>NaC.酸性H2CO3<H2SO4,判斷硫與碳的非金屬性強(qiáng)弱:S>CD.F2與Cl2分別與H2反應(yīng)，判斷氟與氯的非金屬性強(qiáng)弱:F>ClB課堂練習(xí)2.下列根