高中 化學 必修 第一冊 第四章 物質(zhì)結構 元素周期律《第二節(jié) 第1課時 元素性質(zhì)的周期性變化規(guī)律》教學設計

第二節(jié)元素周期律第1課時元素性質(zhì)的周期性變化規(guī)律[學習目標]1.了解元素原子核外電子排布、原子半徑、主要化合價的周期性變化，認識元素周期律并理解其實質(zhì)。2.會設計實驗探究同周期元素性質(zhì)的變化規(guī)律，會比較元素的金屬性或非金屬性的強弱，促進“證據(jù)推理與模型認知”化學核心素養(yǎng)的發(fā)展。任務一核外電子排布、原子半徑和主要化合價的變化1．原子結構的周期性變化(1)元素原子核外電子排布的周期性變化同周期元素隨著原子序數(shù)的遞增，元素原子的核外電子排布呈現(xiàn)由1個到8個的周期性變化。(2)元素原子半徑的周期性變化同周期元素隨著原子序數(shù)的遞增，元素原子半徑呈現(xiàn)逐漸減小的周期性變化。提醒：原子半徑的遞變規(guī)律指同一周期第ⅠA族～第ⅦA族之間的變化規(guī)律，不包括稀有氣體元素。[交流研討]為什么同周期元素的原子半徑會隨著原子序數(shù)的遞增而逐漸減小呢？提示：同一周期元素的原子電子層數(shù)相同，隨著核電荷數(shù)的遞增，原子核對核外電子的吸引力逐漸增強，故原子半徑逐漸減小。2．元素化合價的周期性變化同周期元素隨著原子序數(shù)的遞增，元素的最高正價呈現(xiàn)由＋1→＋7(O和F無最高正價)，最低負價呈現(xiàn)由ⅣA族的－4價逐漸升高至ⅦA族的－1價的周期性變化。主族元素主要化合價的確定方法1．最高正價＝主族序數(shù)＝最外層電子數(shù)(O、F除外)。2．最低負價＝最高正價－8(H、O、F除外)。3．H的最高價為＋1，最低價為－1；O無最高正價；F無正化合價。1．正誤判斷，錯誤的說明原因。(1)第二周期元素從左至右，最高正價從＋1遞增到＋7：____________________________。(2)除稀有氣體元素的原子外，原子半徑最小的元素是氫元素：______________。(3)主族元素的最低負價等于其族序數(shù)－8：_________________。答案：(1)錯誤。O無最高正價，F(xiàn)無正化合價(2)正確(3)錯誤。H元素不符合2．X元素最高價氧化物對應的水化物為H3XO4，則它對應的氣態(tài)氫化物為()A．HX B．H2XC．XH4 D．XH3答案：D解析：X元素最高價氧化物對應水化物的化學式為H3XO4，根據(jù)化合物中正負化合價之和為0，則X的最高價為＋5價，最低價為－3價，X對應的氣態(tài)氫化物為XH3。3．試比較下列微粒的半徑大小(填“＞”、“＜”或“＝”)。(1)Mg________Ca________K；(2)P________S________Cl；(3)Fe3＋________Fe2＋________Fe；(4)S2－________Cl－________Na＋________Mg2＋。答案：(1)＜＜(2)＞＞(3)<<(4)＞＞＞“三看法”比較微粒半徑的大小一看層，層多徑大；二看核，層同核多徑??；三看電子，層同核同電子多徑大，如Cl－>Cl、Fe2＋>Fe3＋。任務二同周期元素金屬性和非金屬性的遞變規(guī)律以第三周期元素為例探究元素性質(zhì)的遞變規(guī)律。1．金屬性的遞變規(guī)律[交流研討1]預測元素性質(zhì)的遞變規(guī)律第三周期元素電子層數(shù)相同，由左向右核電荷數(shù)依次增多，原子半徑依次減小，失電子的能力依次減弱，得電子的能力依次增強，它們的金屬性依次減弱，非金屬性依次增強。【實驗探究】(1)Na、Mg元素金屬性強弱比較原理金屬與水反應置換出H2的難易程度操作現(xiàn)象鎂條表面附著少量氣泡有氣泡產(chǎn)生，溶液變成淺紅色化學反應—Mg＋2H2O=Mg(OH)2＋H2↑結論Na與水反應置換H2比Mg容易，金屬性：Na>Mg(2)Mg、Al元素金屬性強弱比較已知：元素的最高價氧化物對應水化物的堿性越強，元素的金屬性越強原理元素的最高價氧化物對應水化物的堿性強弱物質(zhì)Al(OH)3Mg(OH)2操作現(xiàn)象A中沉淀溶解，B中沉淀溶解C中沉淀溶解，D中沉淀不溶解右右右續(xù)表試管中的離子方程式A：Al(OH)3＋3H＋=Al3＋＋3H2O；B：Al(OH)3＋OH－=[Al(OH)4]－C：Mg(OH)2＋2H＋=Mg2＋＋2H2O；D：不反應結論Al(OH)3是兩性氫氧化物，其堿性弱于Mg(OH)2(中強堿)，更弱于NaOH(強堿)，則金屬性：Na>Mg>Al2.非金屬性的遞變規(guī)律已知：元素最高價氧化物對應水化物的酸性越強，元素非金屬性越強。SiPSCl判斷依據(jù)與氫氣化合高溫磷蒸氣與氫氣反應加熱光照或點燃由易到難的順序是Cl、S、P、Si最高價氧化物對應的水化物(含氧酸)的酸性強弱H2SiO3弱酸H3PO4中強酸H2SO4強酸HClO4強酸(酸性比H2SO4強)酸性：HClO4＞H2SO4＞H3PO4＞H2SiO3結論隨著原子序數(shù)的遞增，同周期的Si、P、S、Cl得電子的能力增強，非金屬性增強3.元素周期律(1)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。(2)實質(zhì)：元素性質(zhì)的周期性變化是元素原子核外電子排布周期性變化的必然結果。[交流研討2]從原子結構角度解釋同周期元素從左至右金屬性逐漸減弱，非金屬性逐漸增強的原因。提示：在同一周期中，各元素的原子核外電子層數(shù)雖然相同，但從左至右，隨核電荷數(shù)的增加，原子半徑逐漸減小，原子核對最外層電子的吸引力逐漸增強，失電子能力逐漸減弱，金屬性逐漸減弱，得電子能力逐漸增強，非金屬性逐漸增強。1．正誤判斷，錯誤的說明原因。(1)第三周期元素中，最高價氧化物對應水化物的酸性最強的為H2SO4：______________。(2)Al(OH)3是兩性氫氧化物，與氨水、鹽酸均可反應：_____________________________。(3)鹽酸可以與Na2CO3溶液反應生成CO2，可由此推出非金屬性：Cl>C：________。答案：(1)錯誤。酸性最強的為HClO4(2)錯誤。Al(OH)3是兩性氫氧化物，與鹽酸可反應，但與氨水不反應(3)錯誤。鹽酸不屬于Cl元素的最高價氧化物對應水化物，無法比較Cl、C的非金屬性2．(2023·廣東佛山高一檢測)下列事實不能說明氯的非金屬性強于硫的是()A．酸性：HClO3>H2SO3B．穩(wěn)定性：HCl>H2SC．3Cl2＋2Feeq\o(=,\s\up7(點燃))2FeCl3和S＋Feeq\o(=,\s\up7(△))FeSD．Cl2＋H2S=S↓＋2HCl答案：A解析：HClO3和H2SO3不是最高價氧化物對應的水化物，故A不能說明氯的非金屬性強于硫；氫化物越穩(wěn)定，元素非金屬性越強，故B能說明氯的非金屬性強于硫；Cl2可將Fe氧化為＋3價，而S只能將Fe氧化為＋2價，故C能說明氯的非金屬性強于硫；Cl2置換S，故D能說明氯的非金屬性強于硫。3．設元素為R，將R的氣態(tài)氫化物、最高價氧化物、最高價氧化物對應水化物的化學式填入下表。ⅣAⅤAⅥAⅦA氫化物最高價氧化物最高價氧化物對應的水化物答案：ⅣAⅤAⅥAⅦA氫化物RH4RH3H2RHR最高價氧化物RO2R2O5RO3R2O7最高價氧化物對應的水化物H2RO3或H4RO4H3RO4或HRO3H2RO4HRO41．(2023·廣東四會高一段考)某主族元素的最高正價與最低負價的代數(shù)和為4，則該元素原子的最外層電子數(shù)為()A．4 B．5C．6 D．7答案：C解析：設該元素的最高正價為x，最低負價為y，則eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(x＋y＝4,x＋|y|＝8))解得x＝6，y＝－2，因此該原子的最外層電子數(shù)為6。2．下圖表示1～18號元素原子結構或性質(zhì)隨核電荷數(shù)遞增的變化。該圖中縱坐標表示()A．電子層數(shù) B．最外層電子數(shù)C．最高化合價 D．原子半徑答案：B3．(2023·北京昌平高一練習)根據(jù)元素在周期表中的位置判斷，下列正確的是()A．金屬性：Na>KB．非金屬性：S>ClC．酸性：H3PO4>HNO3D．堿性：KOH>Mg(OH)2答案：D解析：同主族自上而下金屬性逐漸增強，A錯誤；同周期從左到右非金屬性逐漸增強，同主族自下而上，最高價氧化物對應水化物的酸性逐漸增強，B、C錯誤；由同主族元素的最高價氧化物對應的水化物堿性遞變規(guī)律可得：KOH>NaOH，由同周期元素的最高價氧化物對應的水化物堿性遞變規(guī)律可得：NaOH>Mg(OH)2，則堿性：KOH>Mg(OH)2，D正確。4．(2023·重慶合川太和中學高一檢測)X、Y、Z三種元素的電子層數(shù)相同，它們的最高價氧化物分別為酸性氧化物、堿性氧化物和兩性氧化物，則三種元素的原子序數(shù)的大小順序是()A．X>Y>Z B．Y>Z>XC．X>Z>Y D．Z>X>Y答案：C解析：大多數(shù)金屬氧化物屬于堿性氧化物，大多數(shù)非金屬氧化物屬于酸性氧化物，電子層數(shù)相同的元素從左到右按照先金屬、后非金屬的順序排列。即最高價氧化物從左向右依次是堿性氧化物、兩性氧化物、酸性氧化物，所以X的原子序數(shù)最大，Y的原子序數(shù)最小。5．元素A原子獲得2個電子或元素B原子失去1個電子后形成的離子都與OH－具有相同的電子數(shù)，則：(1)A是________，B是________。(2)離子半徑大?。篈2－________(填“＞”、“＜”或“＝”)B＋。(3)在由兩種元素形成的化合物中，標出它們的化合價________。答案：(1)氧(或O)鈉(或Na)(2)＞(3)eq\o(Na,\s\up6(＋1))2eq\o(O,\s\up6(－2))，eq\o(Na,\s\up6(＋1))2eq\o(O,\s\up6(－1))2解析：(1)OH－電子數(shù)為10，故A原子核外電子數(shù)為8，B原子核外電子數(shù)為11，即A為O，B為Na。(2)O2－與Na＋具有相同電子層結構，則r(O2－)＞r(Na＋)。(3)Na與O形成Na2O和Na2O2兩種化合物，其中化合價為eq\o(Na,\s\up6(＋1))2eq\o(O,\s\up6(－2))，eq\o(Na,\s\up6(＋1))2eq\o(O,\s\up6(－1))2。課時測評30元素性質(zhì)的周期性變化規(guī)律(本欄目內(nèi)容在學生用書中以活頁形式分冊裝訂！)題點一1～18號元素性質(zhì)的周期性變化規(guī)律1．原子序數(shù)為3～10的元素，隨著核電荷數(shù)的遞增而逐漸增大的是()A．電子層數(shù) B．核外電子數(shù)C．原子半徑 D．化合價答案：B解析：原子序數(shù)為3～10的元素，原子的電子層數(shù)都為2，A錯誤；除了10號稀有氣體元素原子外，3～9號元素原子的核電荷數(shù)越大，原子半徑越小，C錯誤；氧無最高正價、氟無正價，D錯誤。2．下列原子半徑大小順序正確的是()A．Li＞Na＞K B．Na＞Mg＞AlC．Na＞F＞Cl D．Cl＞Na＞Mg答案：B解析：Li、Na、K為同族元素，電子層數(shù)依次增多，則半徑依次增大，則半徑：Li＜Na＜K，故A錯誤；Na、Mg、Al三種原子的電子層數(shù)相同，核電荷數(shù)越大，半徑越小，則半徑：Na＞Mg＞Al，故B正確；Na、Cl有三個電子層，核電荷數(shù)Na小于Cl，F(xiàn)有兩個電子層，則半徑：Na＞Cl＞F，故C錯誤；Cl、Na、Mg三種原子均含有三個電子層，核電荷數(shù)越大，半徑越小，則半徑：Na＞Mg＞Cl，故D錯誤。3．某元素的氣態(tài)氫化物化學式為H2R，此元素最高價氧化物對應水化物的化學式可能為()A．H2RO3 B．H2RO4C．HRO3 D．H3RO4答案：B解析：由H2R知R元素最低價為－2價，則最高價為8－2＝＋6，故R的最高價氧化物對應水化物的化學式為H2RO4。4．下列遞變規(guī)律不正確的是()A．HClO4、H2SO4、H3PO4的酸性依次增強B．鈉、鎂、鋁的還原性依次減弱C．HCl、H2S、PH3的穩(wěn)定性依次減弱D．P、S、Cl三種元素的最高正化合價依次升高答案：A解析：非金屬性：Cl＞S＞P，元素的非金屬性越強，最高價氧化物對應水化物的酸性越強，則HClO4、H2SO4、H3PO4的酸性依次減弱，故A項錯誤；金屬性：Na＞Mg＞Al，元素的金屬性越強，對應的單質(zhì)的還原性越強，則鈉、鎂、鋁的還原性依次減弱，故B項正確；非金屬性：Cl＞S＞P，元素的非金屬性越強，對應的氫化物越穩(wěn)定，故C項正確；P、S、Cl三種元素原子的最外層電子數(shù)分別為5、6、7，最高正化合價分別為＋5、＋6、＋7，故D項正確。題點二元素周期律5．門捷列夫對化學這一學科發(fā)展的最大貢獻在于發(fā)現(xiàn)了化學元素周期律。下列事實不能用元素周期律解釋的只有()A．堿性：KOH>Ca(OH)2>Mg(OH)2B．穩(wěn)定性：H2O>H2S>H2SeC．揮發(fā)性：HNO3>H3PO4>H2SO4D．原子半徑：P>S>Cl答案：C解析：元素的金屬性越強，其原子失電子能力越強，其最高價氧化物對應的水化物堿性越強，金屬性：K>Ca>Mg，則堿性：KOH>Ca(OH)2>Mg(OH)2，A可以；元素的非金屬性越強，其對應的氣態(tài)氫化物越穩(wěn)定，同主族元素非金屬性：O>S>Se，則穩(wěn)定性：H2O>H2S>H2Se，B可以；揮發(fā)性與物質(zhì)的結構無關，C不可以；同周期元素從左到右原子半徑逐漸減小，D可以。6．下表中的事實與推論不符的是()選項事實推論A與冷水反應，Na比Mg劇烈金屬性：Na>MgBCa(OH)2的堿性強于Mg(OH)2金屬性：Ca>MgCH2SO3的酸性比H2CO3強非金屬性：S>CDHCl熱穩(wěn)定性比H2S強非金屬性：Cl>S答案：C解析：用與水反應的劇烈程度判斷元素金屬性的強弱，與冷水反應，Na比Mg劇烈，說明Na的金屬性比Mg強，A項正確；用對應堿的堿性判斷元素金屬性的強弱，Ca(OH)2的堿性強于Mg(OH)2，金屬性：Ca>Mg，B項正確；亞硫酸不是最高價含氧酸，亞硫酸的酸性比碳酸的酸性強，不能說明S與C的非金屬性的強弱，C項錯誤；用氣態(tài)氫化物的熱穩(wěn)定性判斷非金屬性的強弱，熱穩(wěn)定性：HCl>H2S，說明非金屬性：Cl>S，D項正確。7．A、B、C為三種短周期元素，A、B同周期，A、C的最低價離子分別為A2－、C－，離子半徑：A2－＞C－，B2＋與C－具有相同的電子層結構，下列比較不正確的是()A．原子序數(shù)：A＞B＞CB．原子半徑：C＞B＞AC．離子半徑：A2－＞C－＞B2＋D．原子核外最外層電子數(shù)：C＞A＞B答案：B解析：根據(jù)“A、C的最低價離子分別為A2－、C－”可知，A位于ⅥA族，C位于ⅦA族；根據(jù)“A、B同周期”“B2＋與C－具有相同的電子層結構”可知，A在C的左下方，B位于A的左側。A、B、C的相對位置如圖所示：CB……A由圖可知：原子半徑的大小關系應該是B＞A＞C，B項錯誤。8．在第三周期元素中，除稀有氣體元素外。(1)原子半徑最小的元素是________(填元素符號，下同)。(2)金屬性最強的元素是________。(3)最高價氧化物對應水化物酸性最強的是______(填化學式，下同)。(4)最不穩(wěn)定的氣態(tài)氫化物是________。(5)最高價氧化物對應水化物堿性最強的是________。(6)最高價氧化物中具有兩性的是________。答案：(1)Cl(2)Na(3)HClO4(4)SiH4(5)NaOH(6)Al2O39．下圖中的曲線分別表示元素的某種性質(zhì)與核電荷數(shù)的關系(Z為核電荷數(shù)，Y為元素的有關性質(zhì))：把與元素有關性質(zhì)相符的曲線的字母填入相應位置：(1)第ⅡA族元素原子的最外層電子數(shù)________。(2)第三周期元素的最高正化合價________。(3)F－、Na＋、Mg2＋、Al3＋四種離子的離子半徑________。(4)第二周期元素的原子半徑(不包括稀有氣體)________。答案：(1)B(2)C(3)A(4)D解析：(1)第ⅡA族元素原子的最外層電子數(shù)均為2，故選B。(2)第三周期元素的最高正價由＋1～＋7～0，故選C。(3)F－、Na＋、Mg2＋、Al3＋四種離子的電子層結構相同，離子半徑隨著核電荷數(shù)增大而依次減小，故選A。(4)第二周期元素的原子半徑從左到右依次減小，故選D。10．元素周期表是學習化學的重要工具，它隱含著許多信息和規(guī)律。下表所列是七種短周期的原子半徑及主要化合價(已知鈹?shù)脑影霃綖?.089nm)