第14講-元素周期律(講義)(解析版)

第14講元素周期律【學(xué)習(xí)目標(biāo)】1．了解1~18號元素原子的核外電子排布和原子半徑的變化規(guī)律。2．了解元素化合價的變化規(guī)律。3．了解元素金屬性和非金屬性強(qiáng)弱的判斷方法。4．學(xué)會探究11~17號元素性質(zhì)的性質(zhì)變化規(guī)律。5．了解元素周期律的主要內(nèi)容?！净A(chǔ)知識梳理】一、元素的原子結(jié)構(gòu)和化合價的周期性變化1．原子序數(shù)(1)概念：按照核電荷數(shù)由小到大的順序給元素依次編號，叫做原子序數(shù)。(2)原子序數(shù)＝核電荷數(shù)＝質(zhì)子數(shù)＝核外電子數(shù)。2．原子結(jié)構(gòu)的變化規(guī)律(1)原子最外層電子排布的規(guī)律性變化除H、He外，元素隨著原子序數(shù)的遞增，原子最外電子層數(shù)重復(fù)出現(xiàn)從1遞增到8的變化，說明元素原子的最外層電子數(shù)出現(xiàn)周期性變化。(2)元素原子半徑的變化規(guī)律隨著核電荷數(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號及11~17號的元素的原子半徑依次遞減。3．元素化合價的變化規(guī)律(1)1~18號元素的最高正化合價的變化規(guī)律是呈現(xiàn)從+1~+7的周期性變化，其中O、F元素沒有最高正化合價，最低負(fù)化合價的變化規(guī)律是呈現(xiàn)從-4~-1的周期性變化。(2)元素的最高化合價與最低負(fù)化合價的數(shù)值與原子最外層電子數(shù)的關(guān)系是最高正化合價=最外層電子數(shù)（O、F除外）最低負(fù)化合價=最外層電子數(shù)-8最高正化合價+|最低負(fù)化合價|=8。(3)元素主要化合價呈現(xiàn)周期性變化的根本原因是：隨著核電荷數(shù)的遞增，原子的最外層電子排布呈周期性變化【例1】有關(guān)原子結(jié)構(gòu)的說法正確的是（）A．1~18號元素，原子的最外層電子數(shù)重復(fù)出現(xiàn)由1~8的周期性變化B．3~9號、11~17號元素隨著核電荷數(shù)的遞增，原子半徑呈現(xiàn)由大到小的周期性變化C．原子的核電荷數(shù)越多，原子半徑越大D．原子核外電子數(shù)越多，原子半徑越大答案：B解析：A選項，H、He元素的最外層電子數(shù)由1~2變化，3~18號元素的最外層電子數(shù)由1~8重復(fù)變化，錯誤；B選項，從左到右，原子半徑逐漸減小，正確；C選項，原子的核電荷數(shù)越多，原子核對核外電子的吸引力越大，半徑越小，錯誤；D選項，原子半徑與核電荷數(shù)和電子層數(shù)有關(guān)，核外電子數(shù)越多，表示核電荷數(shù)越多，半徑越小?！纠?】（1）比較下列元素的原子半徑大?。篊___NaB____NSi___SO___S答案：<>><（2）比較下列微粒半徑的大?。篘a+___Mg2+Al3+____O2-Cl-____F-K+___Mg2+Na___Na+Cl___Cl-答案：><>>><二、元素性質(zhì)的周期性變化1．元素的金屬性和非金屬性強(qiáng)弱的判斷方法（1）元素的金屬性強(qiáng)弱的判斷方法元素原子的失去電子能力越強(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，該元素的最高價氧化物對應(yīng)水化物的堿性越強(qiáng)。（2）元素的非金屬性強(qiáng)弱的判斷方法元素原子的得到電子能力越強(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)生成氣態(tài)氫化物，氣態(tài)氫化物的熱穩(wěn)定性越強(qiáng)，該元素的最高價氧化物對應(yīng)水化物的酸性越強(qiáng)。2．探究元素性質(zhì)的周期性變化——鈉、鎂、鋁性質(zhì)的遞變(1)鈉、鎂、鋁與水反應(yīng)鈉與水在常溫下劇烈反應(yīng)，反應(yīng)方程式為2Na+2H2O=2NaOH+H2↑。鎂與水在常溫下不反應(yīng)，加熱，反應(yīng)緩慢，化學(xué)方程式為Mg＋2H2Oeq\o(==,\s\up7(△))Mg(OH)2↓＋H2↑。鋁不能與水反應(yīng)。(2)鎂、鋁與酸反應(yīng)除去氧化膜的鎂條和鋁片與稀鹽酸反應(yīng)，鎂與鹽酸反應(yīng)更劇烈。反應(yīng)的離子方程式分別為Mg＋2H＋=Mg2＋＋H2↑、2Al＋6H＋=2Al3＋＋3H2↑。(3)實驗結(jié)論：金屬性強(qiáng)弱為Na>Mg>Al。3．探究元素性質(zhì)的周期性變化——硅、磷、硫、氯非金屬性強(qiáng)弱比較(1)硅、磷、硫、氯4種元素對應(yīng)的氣態(tài)氫化物依次是SiH4PH3H2SHCl（寫化學(xué)式）。(2)硅、磷、硫、氯單質(zhì)與氫氣反應(yīng)的條件逐漸變得容易，其對應(yīng)的氣態(tài)氫化物的熱穩(wěn)定性逐漸增強(qiáng)。元素非金屬性由強(qiáng)到弱的順序為Cl、S、P、Si。4．11~17號元素最高價氧化物對應(yīng)水化物的酸堿性強(qiáng)弱比較(1)11~17號元素的最高價氧化物對應(yīng)水化物：元素NaMgAlSiPSCl化學(xué)式NaOHMg(OH)2Al(OH)3H4SiO4(H2SiO3)H3PO4H2SO4HClO4酸堿性強(qiáng)弱強(qiáng)堿中強(qiáng)堿兩性氫氧化物弱酸中強(qiáng)酸強(qiáng)酸酸性更強(qiáng)(2)探究Al(OH)3的兩性Al(OH)3既能與鹽酸反應(yīng)，又能與NaOH溶液反應(yīng)，是兩性氫氧化物。寫出下列化學(xué)方程式：AlCl3溶液與氨水反應(yīng)：AlCl3+3NH3·H2O=Al(OH)3↓+NH4Cl。Al(OH)3與鹽酸反應(yīng)：Al(OH)3+3HCl=AlCl3+3H2O。Al(OH)3與NaOH溶液反應(yīng)：Al(OH)3+NaOH=NaAlO2+2H2O。5．元素性質(zhì)的變化規(guī)律的根本原因核外電子層數(shù)相同，隨著原子序數(shù)(核電荷數(shù))的遞增，原子核對核外電子的引力逐漸增強(qiáng)，原子半徑逐漸減小，元素原子的得電子能力逐漸增強(qiáng)，失電子能力逐漸減弱，最終導(dǎo)致元素的非金屬性逐漸增強(qiáng)，金屬性逐漸減弱。【例3】下列比較元素的金屬性強(qiáng)弱的方法正確的是（）A．比較Na、Mg的金屬性：將鈉和鎂條分別放入冷水中B．比較Mg、Al的金屬性：將Mg、Al分別放入NaOH溶液中C．比較Fe、Cu的金屬性：將Fe、Cu分別放入稀硝酸中D．比較Zn、Fe的金屬性：將Zn放入FeCl3溶液中答案：A解析：比較金屬性強(qiáng)弱，通常用金屬單質(zhì)與水或酸反應(yīng)，比較產(chǎn)生氫氣的劇烈程度，故A選項正確，B選項，不能用金屬單質(zhì)與堿反應(yīng)，錯誤；C選項，不能用稀硝酸與金屬單質(zhì)反應(yīng)，錯誤；D選項，比較Zn、Fe的金屬性，應(yīng)用二價鐵鹽與鋅反應(yīng)，三價鐵具有較強(qiáng)的氧化性，錯誤。故選A?！纠?】下列比較元素的非金屬性強(qiáng)弱的方法不正確的是（）A．比較Cl、Br的非金屬性：將Cl2和Br2分別在一定條件下與氫氣反應(yīng)B．比較C和Si的非金屬性：將CH4和SiH4加熱分解C．比較N和S的非金屬性：測定HNO3和H2SO4溶液的酸性D．比較S和Cl的非金屬性：將氯氣和H2S混合反應(yīng)答案：C解析：HNO3和H2SO4都是強(qiáng)酸，在現(xiàn)有條件下無法比較它們的酸性。三、元素周期律1．元素周期律的內(nèi)容隨著元素核電荷數(shù)的遞增，元素的原子半徑（除稀有氣體元素外）、元素的主要化合價、元素的金屬性和非金屬性都呈現(xiàn)周期性變化。元素周期律是指元素的性質(zhì)隨著核電荷數(shù)的遞增呈周期性變化的規(guī)律。2．元素周期律的實質(zhì)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。3．元素的化合價、最高價氧化物及對應(yīng)的水化物、氣態(tài)氫化物元素LiBeBCNOF最高正價+1+2+3+4+5最高價氧化物L(fēng)i2OBeOB2O3CO2N2O5最高價氧化物對應(yīng)水化物L(fēng)iOHBe(OH)2H3BO3H2CO3HNO3最低負(fù)價-4-3-2-1氣態(tài)氫化物CH4NH3H2OHF元素NaMgAlSiPSCl最高正價+1+2+3+4+5+6+7最高價氧化物Na2OMgOAl2O3SiO2P2O5SO3Cl2O7最高價氧化物對應(yīng)水化物NaOHMg(OH)2Al(OH)3H2SiO3H4SiO4H3PO4H2SO4HClO4最低負(fù)價-4-3-2-1氣態(tài)氫化物SiH4PH3H2SHCl【例5】下列說法中正確的是（）A．元素性質(zhì)的周期性變化是指原子半徑、元素的主要化合價及原子核外電子排布的周期性變化B．元素的最高正化合價與元素原子核外電子排布有關(guān)C．從Li→F，Na→Cl，元素最高正化合價均呈現(xiàn)+1價→+7價的變化D．電子層數(shù)相同的原子核外電子排布，其最外層電子數(shù)均從1個到8個呈現(xiàn)周期性變化答案：B解析：A選項，原子核外電子排布不是元素的性質(zhì)，錯誤；B選項，元素的化合價與元素的原子結(jié)構(gòu)有關(guān)，正確；C選項，由于O、F是活潑非金屬元素，沒有最高正價，錯誤；D選項，H、He的電子層數(shù)相同，最外層電子數(shù)從1~2，錯誤。故選B。【例6】設(shè)計實驗方案，完成下列問題（要求寫出操作步驟、實驗現(xiàn)象和實驗結(jié)論）：(1)比較Mg和Al的金屬性強(qiáng)弱(2)比較C和S的非金屬性強(qiáng)弱答案：(1)取相同大小的Mg和Al條，分別加入同濃度的稀鹽酸中，觀察產(chǎn)生氣泡的速率，Mg比Al快，證明Mg比Al活潑。(2)將稀硫酸加入Na2CO3溶液中，觀察到有無色氣體產(chǎn)生，說明H2SO4的酸性比H2CO3強(qiáng)，由此說明非金屬性S>C。課堂檢測1．原子序數(shù)在3～9之間的元素，隨著原子序數(shù)的遞增而逐漸增大的是()A．電子層數(shù) B．最外層電子數(shù)C．原子半徑 D．化合價答案：B2．下列微粒半徑大小比較正確的是()A．Na<MgB．K<NaC．Mg2＋<O2－ D．Cl－>S2－答案：C3．下列元素的原子半徑依次增大的是()A．Na、Mg、Al B．Na、O、FC．P、Si、Al D．C、Si、P答案：C4．前18號元素中，具有相同電子層結(jié)構(gòu)的三種離子An＋、Bn－、C，下列分析正確的是()A．原子序數(shù)關(guān)系是C>B>AB．粒子半徑關(guān)系是Bn－<An＋C．C一定是稀有氣體元素的一種原子D．原子半徑關(guān)系是A<B答案：C解析：根據(jù)3種微粒具有相同電子層結(jié)構(gòu)及它們的化合價，可知A、B、C三種微粒的位置關(guān)系是，其中C為稀有氣體元素。5．已知下列元素的原子半徑為原子NSOSi半徑/10－10m0.751.020.741.17根據(jù)以上數(shù)據(jù)，磷原子的半徑可能是()A．0.80×10－10m B．1.10×10－10mC．1.20×10－10m D．0.70×10－10m答案：B解析：根據(jù)原子半徑的變化規(guī)律，同周期從左到右，原子半徑逐漸減小，r(S)<r(P)<r(Si)，同主族元素從上到下，原子半徑逐漸增大，r(P)>r(N)，可得r(P)在1.02×10-10m~1.17×10-10m之間，故選B。6．下列各組元素中，按從左到右的順序，原子序數(shù)遞增、元素的最高正化合價也遞增的是()A．C、N、O、F B．Na、Be、B、CC．P、S、Cl、Ar D．Na、Mg、Al、Si答案：D7．元素性質(zhì)隨原子序數(shù)的遞增呈周期性變化的本質(zhì)是()A．元素的相對原子質(zhì)量逐漸增大，量變引起質(zhì)變B．原子的電子層數(shù)增多C．原子核外電子排布呈周期性變化D．原子半徑呈周期性變化答案：C8．下列敘述說明金屬甲的活動性比金屬乙的活動性強(qiáng)的是()A．在氧化還原反應(yīng)中甲原子失去的電子數(shù)比乙原子失去的電子數(shù)多B．同價態(tài)的陽離子，甲比乙的氧化性強(qiáng)C．乙不能夠從甲的鹽溶液中置換出甲D．甲能與冷水反應(yīng)產(chǎn)生氫氣而乙只能與熱水反應(yīng)產(chǎn)生氫氣答案：D9．回答下列問題：(1)原子序數(shù)為11～17的元素中：①原子半徑最小的元素是________(填元素符號)；②金屬性最強(qiáng)的元素是________(填元素符號)；③最高價氧化物對應(yīng)水化物酸性最強(qiáng)的酸是________(用化學(xué)式回答，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(yīng)水化物堿性最強(qiáng)的堿是________。(2)用“>”或“<”回答下列問題：①酸性：H2CO3____H4SiO4，H4SiO4____H3PO4；②堿性：Ca(OH)2____Mg(OH)2____Al(