【暑假初高衔接】人教版化学初三（升高一）暑假预习-（必修1）第15课 元素周期律 讲学案

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第15课时 元素周期律


学习目标：
1．结合有关数据和验事实认识原子核外电子排布，元素最高化合价和最低价，原子半径随元素原子序数递增而呈现周期性的变化规律。
2．以第三周期元素为例，认识元素同周期元素的金属性、非金属性等随原子序数递增而呈现的周期性变化的规律，构建元素周期律。
3．基于元素“位置—结构—性质”认识元素性质，基于“结构—性质—用途”认识物质性质，基于元素性质递变性的本质原因认识物质世界。
4．加深对分类法、归纳法等科学方法的认识，提高逻辑推理能力、论证能力，从而发展证据推理与模型认知的化学学科核心素养
重点：
1．元素周期律的含义和实质
2．元素性质与原子结构的关系
难点：
1．元素性质与原子结构的关系

开启新世界
通过对碱金属元素、卤素的原子结构和性质的研究，我们已经知道元素周期表中同组族元素的性质有着相似性和递变性。那么，周期表中同周期元素的性质有什么变化规律呢？
元素性质的周期性变化规律
表1 1～18号元素的核外电子排布、原子半径和主要化合价
第一周期
原子序数
1

2
元素名称
氢
氦
元素符号
H
He
核外电子排布
K，L，M
1
2
原子半径
nm
0.037
—
主要化合价
＋1
0










第二周期
原子序数
3
4
5
6
7
8
9
10
元素名称
锂
铍
硼
碳
氮
氧
氟
氖
元素符号
Li
Be
B
C
N
O
F
Ne
核外电子排布
K，L，M
2，1
2，2
2，3
2，4
2，5
2，6
2，7
2，8
原子半径
nm
0．152
0．089
0．082
0．077
0．075
0．074
0．071
—
主要化合价
＋1
＋2
＋3
＋4、—4
＋5、—3
—2
—1
0
第三周期
原子序数
11
12
13
14
15
16
17
18
元素名称
钠
镁
铝
硅
磷
硫
氯
氩
元素符号
Na
Mg
Al
Si
P
S
Cl
Ar
核外电子排布
K，L，M
2，8，1
2，8，2
2，8，3
2，8，4
2，8，5
2，8，6
2，8，7
2，8，8
原子半径
nm
0．186
0．160
0．143
0．117
0．110
0．102
0．099
—
主要化合价
＋1
＋2
＋3
＋4
—4
＋5
—3
＋6
—2
＋7
—1
0
注意：稀有气体元素原子半径测定与其他元素原子测定依据不同，数据不具有可比性，故不列出。
【思考】观察表1，思考并讨论：随着原子序数的递增，元素原子的核外电子排布、原子半径和化合价各呈现什么规律性的变化。

原子序数
电子层数
最外层电子数
原子半径的变化
最高化合价和最低化合价的变化
1～2
1
1→2
—
＋1→0
3～10


0．152→0．071
大→小
＋1→＋5
—4→—1→0
11～18





通过上面的讨论我们知道，随着原子序数的递增，元素原子的核外电子排布、原子半径和化合价都呈现周期性的变化。同周期元素原子从左只有，原子序数依次__________，最外层电子数依次________，原子半径依次_________。
【答案】递增，递增，减小
【练习1】下列元素的原子半径最大的是
A．B B． C． D．C
【答案】B
【解析】根据同一周期从左往右主族元素的原子半径依次减小，则有原子半径：Li＞Be＞B＞C，则原子半径最大的为Li，故答案为：B。
【扩展延伸】比较离子半径大小，由于离子半径由电子层数和核电荷数共同决定。电子层数越多，半径越大，电子层数相同时，比较核电荷数，核电荷数越大，半径越小。对于电子层数不同、不在同主族离子半径，中学阶段不做比较。
【练习2】短周期元素的离子，aA3＋、bB＋、cC2—、dD—具有相同的电子层结构，下列判断正确的是
A．质子数：d＞c＞b＞a B．单质的还原性：A＞B＞D＞C
C．离子半径：A＞B＞D＞C D．原子半径：B＞A＞C＞D
【答案】D
【解析】短周期元素的离子aA3＋、bB＋、cC2-、dD—都具有相同的电子层结构，这些离子的核外电子数相同，则有a—3 = b—1=c＋2=d＋1，而且A和B形成阳离子，失去最外层的电子，A和B在C和D的下一个周期，可推测A为Al元素，B为Na元素，C为O元素，D为F元素。故选D。

【实验1】探究第三周期元素性质的递变
猜测：根据第三周周期原子的核外电子排布规律，推测出该周期元素金属性和非金属性的变化规律。
（1）取一小段镁条，用砂纸去除表面的氧化膜，放在试管中。向试管中加入2 mL水，并滴入2滴酚酞，观察现象。过一段时间，加热试管至液体沸腾，观察现象。
（2）向试管中加入2 mL 1 mol/L AlCl3溶液，然后滴加氨水，直到不再产生白色絮状Al(OH)3沉淀为止。将Al(OH)3沉淀分装在两支试管中，向一支试管中滴加2 mol/L 盐酸，向另一支试管中滴加2 mol/L NaOH。边滴加边振荡，观察现象。
用2 mL 2 mol/L MgCl2代替AlCl3溶液做上述实验，观察现象，并进行比较。
【实验现象】（1）镁和冷水几乎不反应，溶液无明显变化。将水加热至沸腾后，镁和水反应，有气泡产生，溶液变为红色，溶液变浑浊。
（2）两支试管中的Al(OH)3均溶解。
【分析】Al(OH)3在酸或强碱溶液中都能溶解，表明它既能与算发生反应，又能与强碱溶液发生反应。写出离子方程式：_______________________________________，_____________________________________。
钠、镁、铝是金属元素，都能形成氢氧化物。NaOH是强碱，Mg(OH)2是中强碱，而Al(OH)3是_________氢氧化物。这说明铝虽然是金属，但已经表现出一定的非金属性。
硅、磷、硫、氯是非金属元素，最高价氧化物对应的水化物（即含氧酸）的酸性如下表。
表2
非金属元素
Si
P
S
Cl
最高价氧化物对应的水化物的酸性强弱
H2SiO3
弱酸
H3PO4
中强酸
H2SO4
强酸
HClO4
强酸（比H2SO4酸性强）
【结论】同周期元素从左至右，金属性逐渐________，非金属性逐渐____________。而且呈周期性变化。

元素周期律：
元素的性质随着原子序数的递增而呈现周期性变化。元素性质的周期性变化是元素原子的核外电子排布周期性变化的必然结果。
【答案】Al(OH)3＋3H＋ = Al3＋＋3H2O，Al(OH)3＋OH— = AlO— 2＋2H2O，两性，减弱，增强
【练习3】下列变化规律不正确的是
A．硬度：Al＞Mg＞Na B．沸点：HI＞HBr＞HCl＞HF
C．酸性：HClO4＞H2SO4＞H3PO4 D．原子半径：O＞F＞H
【答案】A
【解析】根据在实验室取用这三种金属的方法，Na用小刀可以切开，Mg可以直接用手掰断，铝片必须用剪刀才能剪开，所以硬度Al＞Mg＞Na，A正确；HF分子间存在氢键（可以在下一节《化学键》上后，回过来讲此选项），沸点最高，所以沸点HF＞HI＞HBr＞HCl，B错误；同周期元素自左至右非金属性增强，最高价氧化物对应水化物的酸性增强，所以酸性：HClO4>H2SO4>H3PO4，C正确；电子层数越多原子半径越大，电子层数相同时，核电荷数越小半径越大，所以原子半径：O>F>H，D正确；综上所述答案为B。
元素周期律表和元素周期律的应用
我们可以在元素周期表中给金属元素和非金属元素分区。如下图，虚线下方是___________，虚线上方是____________，最右侧是_____________。由于元素的金属性与非金属之间没有严格界限，位于分界线附近的元素既能表现出一定的金属性，又能表现出一定的非金属性。在周期表中，主族元素从上到下，从左到右，金属性和非金属性存在一定的底边规律。

一般情况下，元素的化合价与元素在周期表中的位置有一点关系。
1．主族元素的最高正化合价等于____________________。
2．非金属元素的最高正化合价，等于原子所能失去或便宜的最外层电子数；而它的负化合价，则等于使原子达到8电子稳定结构所需得到的电子数。所以非金属元素的最高化合价和它的负化合价的绝对值只和等于__________。
人们通常在____________________区域内寻找半导体材料，如Si、Ge、Ga等；在氟、氯、硫、磷、砷附近找制造农药的材料；在过渡元素中找催化剂、耐高温、耐腐蚀材料等。
【答案】金属元素，非金属元素，稀有气体元素，族序数，8，金属元素与非金属元素交界
【练习4】下列有关各元素的性质递变规律错误的是
A．Li、Na、K单质的熔点依次降低
B．N、O、F的简单气态氢化物的稳定性依次增强
C．HF、HCl、HBr、HI水溶液酸性依次增强
D．Si、P、S、Cl的氧化物对应的水化物的酸性依次增强
【答案】D
【解析】同主族的碱金属单质的熔点从上往下依次降低，A正确；N、O、F同周期元素从左往右非金属性依次增强，其简单气态氢化物的稳定性依次增强，B正确；F、Cl、Br、I原子的非金属性逐渐减弱，对氢原子的吸引能力依次减弱，所以电离出氢离子的能力依次增强，所以HF、HCl、HBr、HI的水溶液的酸性依次加强，C正确；Si 、P、S、Cl为同周期元素，从左往右非金属性依次增强，其最高价氧化物对应的水化物的酸性依次增强，而非最高价氧化物对应水化物的酸性则无此规律，溶液H2SO3的酸性强于HClO，D错误；故选D。


课堂练习
1．X、Y均为第三周期主族非金属元素，且Y的族序数大于X的族序数。下列说法正确的是
A．原子序数：X＞Y B．非金属性：X＞Y
C．最高价氧化物对应的水化物酸性：X＞Y D．原子半径：X＞Y
【答案】D
【解析】根据周期表的结构可知，X、Y均为第三周期主族非金属元素，且Y的族序数大于X的族序数，则Y在X的右侧，原子序数：Y＞X，故A错误；同周期元素，从左至右非金属性逐渐增强，故非金属性：Y＞X，故B错误；非金属性越强，其最高价氧化物对应的水化物酸性越强，则最高价氧化物对应的水化物酸性：Y＞X，故C错误；同周期元素，从左至右原子半径逐渐减小，故原子半径：X＞Y，故D正确；故选D。
2．无正价的元素
A．Na B．O C．Cl D．Si
【答案】B
【解析】氧元素的非金属性强，无正化合价，故选B。
3．下列性质比较中，正确的是
A．热稳定性：H2S＞H2O B．酸性：H2SO4＞HClO4
C．熔、沸点：S>O2 D．原子半径：Se＞Te
【答案】C
【解析】A．O原子半径比S原子小，O的非金属性比S强，H2O比H2S更稳定，A选项错误；Cl原子半径比S原子小，Cl的非金属性比S强，最高价氧化物的水化物的酸性H2SO4O2，C选项正确；Se与Te在第VIA族，Se在Te的上一周期，故r(Se)Si>S>O>H，A项正确；非金属性越强，气态氢化物越稳定，由于非金属性O>S>Si，故气态氢化物的稳定性：H2O>H2S>SiH4，B项正确；O与Si只能形成一种常见的化合物SiO2，C项错误；由H、O、Na三种元素形成的NaOH中既含共价键又含离子键，D项正确；答选C。
17．下列方案设计、现象和结论都正确的是
选项
实验目的
方案设计
现象和结论
A
检验铜和浓硫酸反应后是否有酸剩余
取少量反应后的混合物于试管中，依次加入稀盐酸、BaCl2溶液
若产生大量白色沉淀，则说明硫酸有剩余
B
比较B和C的非金属性强弱。
用pH计测定H3BO3、H2CO3溶液的pH
H2CO3溶液的pH更小，说明C的非金属性更强
C
鉴别NaCl与NaNO2溶液
分别取少量溶液于两支试管中，再滴加酸性KMnO4溶液
若溶液的紫红色褪去，则为NaNO2溶液
D
探究Cl—能加速破坏铝片表面的氧化膜

将一块未经打磨的铝片剪成相同的两小片，相同温度下分别投入2 mL浓度均为2.0 mol·L—1的CuSO4溶液和CuCl2溶液中
CuSO4溶液中无明显现象；CuCl2溶液中反应剧烈，铝片表面有红色物质生成，Cl—能加速破坏铝片表面的氧化膜
【答案】D
【解析】此方案能检验出SO2— 4的存在，但反应后的混合物中必有CuSO4，含SO2— 4，无法确定是否有H2SO4剩余，应设计实验检验反应后混合体系中H＋的存在，A项错误；该方案中未控制相同浓度，故无法通过c(H＋)大小来比较酸性强弱，B项正确；NaCl 和NaNO2 (既有氧化性又有还原性)均可能被酸性KMnO4氧化，C项错误；该实验控制单一变量，两组实验电解质浓度一致，唯一的差别就在于Cl—与SO2— 4的差别，CuCl2的有明显变化说明Cl—能破坏铝膜，D项正确；故选D。
18．中国地质科学院地质研究所对嫦娥五号月球玄武岩开展了年代学、元素、同位素分析，证明月球在19.6亿年前仍存在岩浆活动。X、Y、Z、V、W 是月核中含有的五种原子序数依次增大的前20号元素，X原子的最外层电子数是其电子总数的，V的单质常在地球火山口附近沉积， Y的氧化物常用作耐高温材料，Y、W原子的最外层电子数相等且之和等于Z原子的最外层电子数，下列说法正确的是
A．Y的氧化物是两性氧化物
B．最高价含氧酸的酸性：X＞V＞Z
C．简单离子半径：W＞V＞Y
D．X、Z形成的化合物是制备玻璃的原料之一
【答案】D
【解析】X原子的最外层电子数是其电子总数的34，若电子总数是4，最外层电子数为3，不符合，若电子总数是8，最外层电子数为6，排布为2、6，则X是O元素；V单质常在火山口附近沉积，则V为S元素；Y的氧化物常用作耐高温材料，氧化镁因为其熔点高常用作耐火材料，则Y为Mg元素； Y、W原子的最外层电子数相等且之和等于Z原子的最外层电子数，Y最外层电子数是2，W原子序数比S大，Z在Mg和S之间，则W最外层电子数不可能为7，若W为K时Z为Al元素，若W为Ca时Z为Si元素。Y为Mg，MgO只能与酸反应生成正盐和水，属于碱性氧化物，A错误；X是O，没有最高正价，不存在最高价含氧酸，B错误；电子层数越多离子半径越大，电子层数相同原子序数越大半径越小，则V(S2—)>W(K＋或Ca2＋)> Y(Mg2＋)，C错误；X是O，Z为Si，形成的化合物SiO2，制玻璃的原料：石灰石、纯碱、二氧化硅，则SiO2制备玻璃的原料之一，D正确；故选D。
19．X、Y、Z、w是分别位于第2、3周期的元素，原子序数依次递增。X与Z位于同一主族，Y元素的单质既能与盐酸反应也能与NaOH溶液反应，Z原子的最外层电子数是次外层电子数的一半，Y、Z、w原子的最外层电子数之和为14。下列说法正确的是
A．原子半径由小到大的顺序：X＜Y＜Z< w
B．Z的最高价氧化物能与水反应生成相应的酸
C．Y单质在一定条件下可以与氧化铁发生置换反应
D．室温下，0．1 mol/L w的气态氢化物的水溶液的氢离子浓度小于0．1 mol/L
【答案】C
【解析】根据题意，Y元素的单质既能与盐酸反应也能与NaOH溶液反应，则Y是Al元素；Z原子的最外层电子数是次外层电子数的一半，则Z是Si元素、X是C元素；Y、Z、W原子的最外层电子数之和为14，则W是Cl元素。原子半径：Al＞Si＞Cl＞C，A错误；SiO2与水不反应，B错误；铝在高温下可以与氧化铁发生铝热反应，C正确；HCl为强酸，0.1 mol/L HCl水溶液的氢离子浓度等于0.1 mol/L，D错误。故选C。