元素周期律和元素周期表 高一上學期化學蘇教版（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元素周期律課前導入同學們，在化學的歷史長河中，有一位偉大的科學家門捷列夫。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)的深入認識，化學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，化學家按照核電荷數(shù)由小到大的順序給元素依次編號，這種編號叫作原子序數(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號和11~17號元素的原子半徑數(shù)值。請同學們討論，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號和11~17號元素的原子半徑3~9號元素3Li鋰4Be鈹5B硼6C碳7N氮80氧9F氟原子半徑/pm152111887770666411~17號元素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，原子半徑為縱坐標，在下面的坐標系中表示出3~9號元素、11~17號元素原子的最外層電子數(shù)和原子半徑所對應的點，并把這兩組點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號和11~17號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號元素和11-17號元素的原子半徑為什么會逐漸減??？在同一周期中，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。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這一因素起主導作用，所以原子半徑從左到右逐漸減小。分析元素化合價遞變規(guī)律給出了原子序數(shù)為1~18號元素的最高化合價和最低化合價，請你以原子序數(shù)為橫坐標，元素的最高化合價和最低化合價為縱坐標，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隨核電荷數(shù)變化的規(guī)律。1~18號元素最高化合價和最低化合價1~9號元素HHeLiBeBCN0F最高和最低

化合價+10+1+2+3+4+5-4-3-2-110~18號元素NeNaMgAlSiPSClAr最高和最低

化合價0+1+2+3+4+5+6+70-4-3-2-1分析元素化合價遞變規(guī)律分析元素化合價遞變規(guī)律同一周期：最高正化合價：從左至右，最高正化合價呈遞增趨勢（從+1價遞增到+7價，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，F(xiàn)無正價（OF?等特殊物質(zhì)除外）。這是因為同一周期從左到右原子序數(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，使電子更傾向于失去，從而導致正化合價升高。最低負化合價：從左至右，最低負化合價也呈遞增趨勢（從-4價遞增到-1價，第一周期除外）。金屬元素一般無負化合價，所以負化合價的遞變是從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，更容易獲得電子形成負化合價，且負化合價的數(shù)值逐漸增大。分析元素化合價遞變規(guī)律同一主族：最高正化合價：從上至下，最高正化合價基本相同，均等于該元素所在的族序數(shù)（O、F除外）。這是因為主族元素的最外層電子數(shù)相同，其失去電子形成最高正化合價的能力相似。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，例如氮元素，有-3、+2、+3、+4、+5等多種化合價；鐵元素有+2、+3等化合價。分析元素化合價遞變規(guī)律元素的最高化合價和最低化合價的數(shù)值與原子最外層電子數(shù)有哪些關(guān)系？元素最高價的絕對值與最低價的絕對值的和為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，其最高正化合價與最低負化合價之間存在這樣的數(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、非金屬性強弱。通常情況下，元素原子失電子能力越強，元素的金屬性越強，它的單質(zhì)越容易從水或酸中置換出氫，該元素最高價氧化物的水化物的堿性越強；元素原子得電子能力越強，元素的非金屬性越強，它的單質(zhì)越容易與氫氣反應形成氣態(tài)氫化物，氣態(tài)氫化物的熱穩(wěn)定性越強，該元素最高價氧化物的水化物的酸性越強。鈉、鎂、鋁性質(zhì)的遞變進行下列實驗，探究鈉、鎂、鋁元素的金屬性強弱，把實驗現(xiàn)象記錄在表中。【實驗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，觀察并記錄實驗現(xiàn)象?！緦嶒?】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，觀察實驗現(xiàn)象。然后加熱試管，觀察并記錄實驗現(xiàn)象。【實驗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，觀察并記錄實驗現(xiàn)象。實驗NaMgAl與水的反應與冷水的反應與冷水劇烈反應，溶液呈紅色Na+H2O=NaOH+H2↑與冷水反應不明顯，無明顯現(xiàn)象與熱水的反應——加熱反應較劇烈，溶液呈淺紅色Mg+2H2O=Mg（OH）2+H2↑無明顯現(xiàn)象與鹽酸的反應——劇烈反應，產(chǎn)生氣泡快Mg+2HCl=MgCl2+H2↑產(chǎn)生氣泡較快2Al+6HCl=2AlCl3+3H2↑鈉、鎂、鋁金屬性強弱的順序是鈉＞鎂＞鋁元素金屬性遞變規(guī)律從上述實驗可以得出，鈉、鎂、鋁三種金屬單質(zhì)與水或酸反應的劇烈程度逐漸減弱，說明鈉、鎂、鋁元素的金屬性依次減弱。這是因為當元素原子的核外電子層數(shù)相同時，隨著核電荷數(shù)的遞增，原子半徑逐漸減?。ㄏ∮袣怏w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弱。硅、磷、硫、氯的氣態(tài)氫化物元素14Si15P16S17Cl單質(zhì)與氫氣

的反應條件高溫下反應

磷蒸氣與氫氣能反應加熱時反應

光照或點燃時發(fā)生爆炸而化合氣態(tài)氫化物

的化學式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)與氫氣反應的條件逐漸變得容易，而反應得到的氣態(tài)氫化物的熱穩(wěn)定性逐漸增強，可見這四種元素的非金屬性依次增強。這是因為當元素原子的核外電子層數(shù)相同時，隨著核電荷數(shù)的遞增，原子半徑逐漸減?。ㄏ∮袣怏w元素除外），原子得電子能力逐漸增強，所以非金屬性逐漸增強。最高價氧化物的水化物的酸性和堿性強弱閱讀并分析下表，根據(jù)11~17號元素最高價氧化物的水化物的酸堿性強弱，探究元素的金屬性和非金屬性的強弱變化規(guī)律。11~17號元素最高價氧化物的水化物元素11Na12Mg13Al14Si

15P

16S17Cl化學式NaOHMg(OH)2Al(OH)3H4SiO4H3PO4H2SO4HClO?酸堿性強弱

強堿中強堿弱酸中強酸

強酸酸性更強最高價氧化物的水化物的酸性和堿性強弱1.從上表分析可知，11~17號元素最高價氧化物的水化物的酸堿性強弱的變化規(guī)律是__________________________________；11~17號元素的金屬性和非金屬性強弱的變化規(guī)律是__________________________________________。2.根據(jù)11~17號元素最高價氧化物的水化物的酸堿性強弱的變化規(guī)律，預測Al(OH)3可能具有的性質(zhì)是_________________。堿性逐漸減弱，酸性逐漸增強金屬性逐漸減弱，非金屬性逐漸增強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。實驗表明，Al(OH)3既能與鹽酸反應，又能與氫氧化鈉溶液反應，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（最高化合價和最低化價）、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.下列事實不能作為實驗判斷依據(jù)的是()A.鈉和鎂分別與冷水反應，判斷金屬活動性強弱: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性強弱:Fe>NaC.酸性H2CO3<H2SO4,判斷硫與碳的非金屬性強弱:S>CD.F2與Cl2分別與H2反應，判斷氟與氯的非金屬性強弱:F>ClB課堂練習2.下列根