元素周期律講義 高二化學(xué)滬科版（2020）選擇性必修2

《元素周期律》講義同學(xué)們好，咱們今天要講的是高中滬科版（2020）選擇性必修2物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)里第1章原子結(jié)構(gòu)與性質(zhì)中的1.3元素周期律。這元素周期律啊，就像是化學(xué)元素世界里的一套規(guī)則，它可有趣了呢。咱先來講講元素周期律是怎么被發(fā)現(xiàn)的。在很久很久以前，化學(xué)家們就像探險(xiǎn)家一樣，在化學(xué)元素的大森林里到處摸索。那時(shí)候他們發(fā)現(xiàn)了好多元素，但是這些元素就像一盤散沙，沒有什么規(guī)律可言。我給你們講個(gè)真實(shí)的事情啊。就像我小時(shí)候玩拼圖，剛開始的時(shí)候那些拼圖碎片到處都是，根本不知道怎么拼在一起?；瘜W(xué)家們面對(duì)這些元素的時(shí)候也是這種感覺，每個(gè)元素都有自己獨(dú)特的性質(zhì)，有的能和這個(gè)反應(yīng)，有的能和那個(gè)反應(yīng)，可亂套了。不過呢，有一些聰明的化學(xué)家就開始尋找這些元素之間的聯(lián)系。其中有一位特別厲害的化學(xué)家叫門捷列夫。他就像一個(gè)超級(jí)偵探一樣，特別善于觀察。他發(fā)現(xiàn)如果按照原子量（當(dāng)時(shí)還不知道原子序數(shù)呢）的大小來排列這些元素，就會(huì)發(fā)現(xiàn)一些有趣的規(guī)律。比如說，他發(fā)現(xiàn)元素的化學(xué)性質(zhì)好像是周期性變化的。這就好比我們的一周七天，周而復(fù)始。他發(fā)現(xiàn)一些元素在這個(gè)周期里，每隔一定的元素個(gè)數(shù)，就會(huì)出現(xiàn)性質(zhì)相似的元素。就像我們在日歷上，每隔7天就是一個(gè)相同的星期幾。那元素周期律到底說的是啥呢？簡單來說，元素周期律就是元素的性質(zhì)隨著原子序數(shù)（也就是原子核里質(zhì)子數(shù)的多少）的遞增而呈現(xiàn)周期性變化的規(guī)律。這里面的性質(zhì)包括好多方面呢，像原子半徑、化合價(jià)、金屬性和非金屬性等等。咱們先來說說原子半徑。原子半徑就像每個(gè)原子的小地盤一樣。從元素周期表的左邊到右邊，原子半徑是逐漸減小的。這就好比我們在排隊(duì)，從左到右，大家都擠得越來越緊，地盤就越來越小了。為啥會(huì)這樣呢？這是因?yàn)殡S著原子序數(shù)的增加，原子核里的質(zhì)子數(shù)增多了，對(duì)核外電子的吸引力就變強(qiáng)了，就像一個(gè)大磁鐵一樣，把電子吸得更近了，所以原子半徑就變小了。我給你們舉個(gè)例子。鈉原子和氯原子，鈉在元素周期表的左邊，氯在右邊。鈉原子的半徑就比氯原子的大。這就像兩個(gè)小朋友，鈉小朋友比較胖（原子半徑大），因?yàn)樗约簩?duì)身邊的東西吸引力沒那么強(qiáng)，而氯小朋友比較瘦（原子半徑?。?，因?yàn)樗懈鼜?qiáng)的吸引力把自己縮得更緊。再說說化合價(jià)?；蟽r(jià)就像元素的一種“社交能力”，它決定了這個(gè)元素能和其他元素怎么結(jié)合。在元素周期表中，主族元素的最高正化合價(jià)一般等于它的族序數(shù)。比如說，第一主族的鈉元素，它的最高正化合價(jià)就是+1價(jià)。這就像鈉這個(gè)小朋友在化學(xué)的社交場合里，最多能拿出1個(gè)電子來和別人交朋友（形成化學(xué)鍵）。然后是金屬性和非金屬性。金屬性強(qiáng)的元素就像一個(gè)大力士，容易失去電子。比如說鉀元素，它的金屬性很強(qiáng)，就像一個(gè)很豪爽的大力士，很容易把自己的電子送出去。而非金屬性強(qiáng)的元素就像一個(gè)小氣鬼，特別想得到電子。像氟元素，它的非金屬性最強(qiáng)，就像一個(gè)超級(jí)小氣鬼，特別渴望得到電子。從元素周期表的左下方到右上方，金屬性逐漸減弱，非金屬性逐漸增強(qiáng)。這就像一個(gè)從野蠻到文明的過渡。左下方的元素就像一群比較野蠻的家伙，只想著把自己的東西扔出去（失去電子），而右上方的元素就像一群文明的家伙，想著從別人那里得到東西（得到電子）。那元素周期律有啥用呢？用處可大了去了。比如說在預(yù)測新元素方面。在門捷列夫那個(gè)時(shí)代，他根據(jù)元素周期律預(yù)測了一些還沒有被發(fā)現(xiàn)的元素的性質(zhì)。這就像我們根據(jù)一些規(guī)律去猜還沒出現(xiàn)的東西一樣。他預(yù)測了一種元素叫“類鋁”，后來真的發(fā)現(xiàn)了這種元素，也就是鎵。這就好比我們根據(jù)一些線索去猜寶藏在哪里，結(jié)果真的找到了寶藏。在學(xué)習(xí)化學(xué)知識(shí)的時(shí)候，元素周期律也能幫我們大忙。我們可以根據(jù)元素在周期表中的位置，大概知道它的性質(zhì)。就像我們知道一個(gè)人住在哪個(gè)小區(qū)，就能大概知道他的一些生活習(xí)慣一樣。比如我們知道硫元素在第三周期、第六主族，我們就能大概推測出它的化合價(jià)可能有-2、+4、+6價(jià)，它的非金屬性比較強(qiáng)，原子半徑在同周期里處于中間位置等等。在實(shí)際的化工生產(chǎn)中，元素周期律也起到了重要的作用。比如說在尋找合適的催化劑的時(shí)候。我們知道某些金屬元素具有相似的化學(xué)性質(zhì)，那我們就可以在這些相似的元素里去尋找可能適合做催化劑的元素。這就像我們在一群有相似特點(diǎn)的人里找一個(gè)適合做某個(gè)工作的人一樣。再講講元素周期表的分區(qū)。元素周期表可以分為s區(qū)、p區(qū)、d區(qū)、f區(qū)。s區(qū)元素主要是第一和第二主族的元素。這些元素的原子最外層電子都是在s軌道上。s區(qū)的元素就像一群簡單直接的小伙伴，它們的化學(xué)性質(zhì)比較相似，都比較活潑，容易失去電子。就像鈉和鉀，都是s區(qū)元素，它們都很容易失去最外層的一個(gè)電子，表現(xiàn)出很強(qiáng)的金屬性。p區(qū)元素包括從第三主族到第八主族（除了氦）的元素。p區(qū)元素的化學(xué)性質(zhì)就比較多樣化了。這里面既有像鋁這樣的金屬元素，也有像氯、氧這樣的非金屬元素。就像一個(gè)大雜燴，啥樣的都有。p區(qū)元素的化合價(jià)也比較復(fù)雜，因?yàn)樗鼈兊淖钔鈱与娮釉趐軌道上，有更多的變化可能性。d區(qū)元素呢，就是過渡元素。這些元素就像一群神秘的家伙。它們的性質(zhì)比較特殊，往往有多種化合價(jià)。比如說鐵元素，它有+2價(jià)和+3價(jià)等多種化合價(jià)。d區(qū)元素的原子結(jié)構(gòu)也比較復(fù)雜，它們的d軌道電子在化學(xué)反應(yīng)中也會(huì)參與進(jìn)來，這就使得它們的化學(xué)性質(zhì)變得很有趣。就像一個(gè)有很多技能的人，在不同的情況下能展現(xiàn)出不同的能力。f區(qū)元素就更神秘了。它們是鑭系和錒系元素。這些元素的原子最外層和次外層電子結(jié)構(gòu)都比較復(fù)雜。f區(qū)元素在一些特殊的領(lǐng)域有著重要的應(yīng)用，比如說在核工業(yè)中。咱們再深入講講元素周期律里的一些細(xì)節(jié)。比如說，原子半徑在同一族里的變化規(guī)律。在同一主族里，從上到下原子半徑是逐漸增大的。這就好比一個(gè)家族里，爺爺輩的地盤（原子半徑）比孫子輩的大。為啥呢？因?yàn)殡S著原子序數(shù)的增加，電子層數(shù)增多了。每增加一層電子，原子就像穿了一層更厚的衣服，半徑自然就變大了。再看化合價(jià)的一些特殊情況。雖然我們說主族元素的最高正化合價(jià)一般等于族序數(shù)，但也有一些特殊的元素。比如說氧元素，它的最高正化合價(jià)不是+6價(jià)，而是+2價(jià)。這就像在一個(gè)規(guī)則里，總有一些調(diào)皮搗蛋的例外。金屬性和非金屬性在同一周期里的遞變也有一些小細(xì)節(jié)。雖然總體趨勢是從左到右金屬性減弱，非金屬性增強(qiáng)，但在一些相鄰元素之間的變化并不是那么明顯。就像從冬天到春天，溫度是逐漸升高的，但有時(shí)候會(huì)有一些倒春寒，讓你感覺冬天又回來了一點(diǎn)。在學(xué)習(xí)元素周期律的時(shí)候，有些地方是比較難理解的，這就是咱們這節(jié)課的難點(diǎn)。一個(gè)難點(diǎn)就是原子半徑的影響因素。我們知道質(zhì)子數(shù)增多會(huì)使原子半徑減小，電子層數(shù)增多會(huì)使原子半徑增大。但是在一些情況下，要準(zhǔn)確判斷原子半徑的大小，就需要綜合考慮這兩個(gè)因素。比如說，鋰原子和鎂原子，鋰原子的電子層數(shù)少，但是鎂原子的質(zhì)子數(shù)多，這時(shí)候要判斷它們原子半徑的大小就有點(diǎn)麻煩了。還有一個(gè)難點(diǎn)就是元素周期律里的一些特殊情況，像剛才說的氧元素化合價(jià)的特殊情況。這些特殊情況容易讓我們在記憶和理解的時(shí)候產(chǎn)生混淆。我們要特別注意這些特殊情況，不能一概而論。為了更好地掌握元素周期律，我們可以做一些練習(xí)題。比如說，給你幾個(gè)元素，讓你比較它們原子半徑的大小、化合價(jià)的情況或者金屬性和非金屬性的強(qiáng)弱。通過做這些練習(xí)題，我們就能更好地理解元素周期律的內(nèi)涵。同學(xué)們，元素周期律就像一把神奇的鑰匙，能打開化學(xué)元素世界里好多秘密的大門。我們要好好掌握這個(gè)規(guī)律，這樣在化學(xué)的海洋里就能暢游得更輕松啦。咱們再來講講元素周期律在生活中的一些體現(xiàn)。就拿我們常見的電池來說吧。電池里有正極和負(fù)極，正極和負(fù)極的材料選擇就和元素周期律有關(guān)。一般來說，我們會(huì)選擇金屬性比較強(qiáng)的元素做負(fù)極，因?yàn)樗菀资ル娮?。比如說鋅錳電池，鋅的金屬性比較強(qiáng)，就被用作負(fù)極。而正極材料的選擇也會(huì)考慮到元素的氧化性等性質(zhì)，這也和元素周期律脫不了干系。還有我們生活中的金屬材料。像鋁合金，鋁是一種比較活潑的金屬，但是它和其他元素形成合金后，性質(zhì)就發(fā)生了改變。這是因?yàn)樵诤辖鹬校煌刂g的原子相互作用，這也和元素周期律里的原子結(jié)構(gòu)和性質(zhì)相關(guān)。在農(nóng)業(yè)方面，元素周期律也有應(yīng)用。比如說一些微量元素對(duì)植物的生長很重要。像硼元素，它在植物的花粉管生長等方面有著重要的作用。我們根據(jù)元素周期律可以知道硼元素的一些化學(xué)性質(zhì)，從而更好地研究如何讓植物吸收硼元素，促進(jìn)植物的生長。同學(xué)們，通過這節(jié)課的學(xué)習(xí)，我們對(duì)元素周期律有了比較全面的了解