【化學】元素周期律筆記

1、元素周期律 通過上節(jié)元素周期表及對各族元素性質(zhì)的學習，我們知道元素都呈現(xiàn)周期性（每隔一定數(shù)目的元素，某種現(xiàn)象的重復出現(xiàn)，而不是機械的重復）的變化。意識到元素之間存在著某種聯(lián)系，現(xiàn)在我們就一起揭示其內(nèi)在的聯(lián)系，探究這種聯(lián)系的本質(zhì)。一、原子核外電子的排布原子是由原子核和核外電子構(gòu)成的。在含有多個電子的原子里，電子分別在能量不同的區(qū)域內(nèi)運動。我們把不同的區(qū)域稱作電子層。在多電子原子中，電子的能量是不相同的。在離核較近的區(qū)域內(nèi)運動的電子能量較低，在離核較遠的區(qū)域內(nèi)運動的電子能量較高，由于原子中的電子是處在原子核的引力場中，電子總是盡可能地先從內(nèi)層排起，當一層充滿后再填充下一層。將核電荷數(shù)118的元素的

2、核外電子排布、原子半徑和主要化合價列成表（見表1）來加以討論。為了方便，人們按核電荷數(shù)由小到大的順序給元素編號，這種編號叫做原子序數(shù)。顯然原子序數(shù)在數(shù)值上與這種原子的核電荷數(shù)相等。原子序數(shù)從1-2的元素，即從氫到氦，有一個電子層，電子由1個增到2個，達到穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。原子序數(shù)從3-10的元素，即從鋰到氖，有兩個電子層，最外層電子1個遞增到8個，達到穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。原子序數(shù)從11-18的元素，即從鈉到氬，有三個電子層，最外層電子也從1個遞增到8個，達到穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。研究18號以后的元素，同樣可以發(fā)現(xiàn)每隔一定數(shù)目的元素，會重復出現(xiàn)原子最外層電子數(shù)從1個遞增到8個的情況。即隨著電子序數(shù)的遞增，元素原子的最外層電子

3、排布從電子束最少（1個）逐漸到穩(wěn)定結(jié)構(gòu)（2個或8個），呈周期性的變化。二、原子半徑的周期性變化討論2 根據(jù)表1，你認為隨著原子序數(shù)的遞增，元素原子半徑呈現(xiàn)什么規(guī)律性的變化（稀有氣體元素暫不考慮）？將討論的結(jié)果填在表3中，并與“原子半徑周期性變化”的彩圖做對照。隨著原子序數(shù)的遞增，元素的化合價也隨著起周期性的變化。三、元素主要化合價的周期性變化討論3 根據(jù)表1，你認為隨著元素原子序數(shù)的遞增，元素的化合價呈現(xiàn)什么規(guī)律性的變化？將討論的結(jié)果填入表4。從表1可以看到，從第11號元素到第18號元素在極大程度上重復著從第3號元素到第10號元素所表現(xiàn)的化合價的變化正價從+1(Na)逐漸遞變到+7(Cl)，從

4、中部的元素開始有負價，負價是從-4(Si)遞變到-1(Cl)。如果研究第18號元素以后的元素的化合價，同樣可以看到與前面18種元素相似的變化。隨著原子序數(shù)的遞增，元素的化合價也隨著起周期性的變化。四、元素性質(zhì)的周期性變化元素的化學性質(zhì)是由原子結(jié)構(gòu)決定的，那么，是否可以認為元素的金屬性與非金屬性也將隨著元素原子序數(shù)的遞增而呈現(xiàn)周期性的變化？元素金屬性的強弱，可以從它的單質(zhì)跟水（或酸）反應置換出氫的難易程度，以及它的氧化物的水化物氫氧化物的堿性強弱來判斷。如果元素的單質(zhì)跟水（或酸）反應置換出氫容易，而且它的氫氧化物堿性強，這種元素金屬性就強，反之則弱。元素非金屬性的強弱，可以從它的氧化物的水化物的

5、酸性強弱，或跟氫氣生成氣態(tài)氫化物的難易程度以及氫化物的穩(wěn)定性來判斷。如果元素的氧化物的水化物的酸性強，或者它跟氫氣生成氣態(tài)氫化物容易且穩(wěn)定，這種元素的非金屬性就強，反之則弱。下面按照這個標準，研究1118號元素的金屬性、非金屬性的變化情況。第11號元素是鈉。我們知道，鈉是一種非?；顫姷慕饘?，能與冷水迅速發(fā)生反應，置換出水中的氫。鈉的氧化物的水化物氫氧化鈉顯強堿性。第12號元素鎂，它的單質(zhì)與水反應的情況怎樣呢？【實驗1】取兩段鎂帶，用砂紙擦去表面的氧化膜，放入試管中。向試管中加 3 mL水，并往水中滴 2滴無色酚酞試液。觀察現(xiàn)象。然后，加熱試管至水沸騰。觀察現(xiàn)象。實驗表明，鎂與冷水反應很微弱，說

6、明鎂不易與冷水反應，但能跟沸水迅速地反應并產(chǎn)生氣泡。反應后的生成物使無色酚酞試液變紅。這個反應的化學方程式為： 鎂能從水中置換出氫，說明它是一種活潑金屬。但從鎂與冷水反應比較困難，以及反應所生成的Mg(OH)2的堿性比NaOH弱的事實來看，表明鎂的金屬性不如鈉強。我們再來研究第13號元素鋁。【實驗2】取一小片鋁和一小段鎂帶，用砂紙擦去表面的氧化膜，分別放入兩支試管，再各加入2 mL 1 mol/L鹽酸。觀察發(fā)生的現(xiàn)象。實驗表明，鎂、鋁都能跟鹽酸起反應，置換出H2，這兩個反應的化學方程式為： Mg2HClMgCl2H2 2Al+ 6HCl2AlCl3+3H2實驗還表明鋁與酸的反應不如鎂與酸的反應

7、劇烈。也就是說，鋁的金屬性不如鎂強。下面，我們再來研究鋁的氧化物的性質(zhì)。在一定的條件下，Al2O3既能與鹽酸作用，又能與NaOH溶液反應。反應的化學方程式為：Al2O36HCl2AlCl33H2OAl2O32NaOH2NaAlO2H2O像Al2O3這類既能與酸起反應生成鹽和水，又能與堿起反應生成鹽和水的氧化物，叫做兩性氧化物。第14號元素硅是非金屬。硅的氧化物SiO2是酸性氧化物，它的對應水化物是原硅酸（H4SiO4）。H4SiO4是一種很弱的酸。硅只有在高溫下才能跟氫氣反應生成少量氣態(tài)氫化物SiH4。第15號元素磷是非金屬。磷的最高價氧化物是P2O5，它的對應水化物是磷酸（H3PO4），H3

8、PO4屬于中強酸。磷的蒸氣和氫氣能起反應生成氣態(tài)氫化物PH3，但相當困難。第16號元素硫是比較活潑的非金屬。硫的最高價氧化物是SO3，SO3的對應水化物是H2SO4。H2SO4是一種強酸。硫在加熱時能跟氫氣起反應生成氣態(tài)氫化物硫化氫（H2S）。H2S不很穩(wěn)定，在較高溫度時可以分解。第17號元素氯是很活潑的非金屬。氯的最高價氧化物是Cl2O7，Cl2O7的對應水化物是高氯酸（HClO4），它是已知酸中最強的一種酸。氯氣跟氫氣在光照或點燃時就能發(fā)生爆炸而化合，生成的氣態(tài)氫化物是HCl，HCl十分穩(wěn)定。第18號元素氬是一種稀有氣體元素?，F(xiàn)將以上研究的結(jié)論歸納于表5和表6中。綜上所述，我們可以從118

9、號元素性質(zhì)的變化中得出如下的結(jié)論：金屬性強弱的判斷依據(jù)：金屬單質(zhì)與水或酸反應置換氫的難以程度；金屬氧化物的水化物的堿性強弱；金屬之間的置換反應；金屬陽離子的氧化性強弱。非金屬性強弱判斷依據(jù)：非金屬與氫氣化合的難以程度或氣態(tài)氫化物的穩(wěn)定性；非金屬最高價氧化物的水化物的酸性強弱；非金屬之間的置換反應；非金屬陰離子的還原性強弱非金屬與變價金屬(Fe和Cu)反應。通過以上事實，可以歸納出一條規(guī)律：元素的性質(zhì)隨著元素原子序數(shù)的遞增而呈周期性的變化。這個規(guī)律叫做元素周期律。五、元素周期律和元素周期表的意義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)。在有了元素周期律以后，我們可以根據(jù)元素在周期表中的位置推測其原子結(jié)構(gòu)和性質(zhì)；或根據(jù)元素的原子結(jié)構(gòu)推測它在周期表中的位置；同時指導我們對化學的學習和研究。不僅如此，元素周期律和周期表為新元素的發(fā)現(xiàn)及預測它們的原子結(jié)構(gòu)和性質(zhì)提供了線索。由于在周期表中位置靠近的元素性質(zhì)相近，這樣，就啟發(fā)了人們在周期表中一定