高中化学人教版 (2019)必修 第一册第四章 物质结构 元素周期律第二节 元素周期律第1课时学案

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第1课时　元素性质的周期性变化规律
(含实验活动3　同周期、同主族元素性质的递变)
课程解读

课标要点
学科素养
元素周期律
1．通过元素周期律的学习，提高学生变化观念与平衡思想的素养
2．知道可以通过分析、推理等方法认识研究对象的本质特征、构成要素及其相互关系，建立认知模型，并能运用模型解释化学现象，揭示现象的本质和规律



(见学生用书P74)
1．1～18号元素原子结构的变化规律
(1)元素原子最外层电子数的变化规律

由上图可得，随着原子序数的递增，元素原子最外层电子的排布呈现周期性变化，除H、He元素外，最外电子层上的电子数重复出现从__1__递增至__8__的变化。
(2)元素原子半径的变化规律

从3→9，11→17的元素中，随着原子序数的递增，元素的原子半径呈现由__大__到__小__的变化规律。
【提醒】稀有气体元素原子半径的测定依据与其他元素的不同，不与其他元素的原子半径作比较。
2．元素化合价
以第三周期元素为例

元素
钠
镁
铝
硅
磷
硫
氯
元素符号
Na
Mg
Al
Si
P
S
Cl
最外层电子数
1
2
3
4
5
6
7
最高正价
＋1
＋2
＋3
＋4
＋5
＋6
＋7
最低负价
—
—
—
－4
－3
－2
－1
分析上表，可以得出：
(1)主族元素的最高化合价 ＝ 原子核外__最外层电子数__(O、F除外)；元素的最低化合价 ＝__原子核外最外层电子数－8__。
(2)随着原子序数的递增，元素的最高正化合价由__＋1价__递增到__＋7价__(O、F除外)，元素的最低负化合价按硅、磷、硫、氯的顺序，由__－4价__递增到__－1价__。
3．元素的金属性和非金属性
(1)金属性强弱比较
①按表中实验操作要求完成实验，并填写下表：

实验操作
实验现象
实验结论
在250 mL烧杯中加入少量水，滴加两滴酚酞溶液，再将一小块金属钠投入烧杯中
钠熔成小球，浮于水面，四处游动，有“嘶嘶”的响声，反应后溶液变红
钠与冷水反应剧烈，反应的化学方程式为__2Na＋2H2O===2NaOH＋H2↑__
①取一小段镁条用砂纸除去表面的氧化膜，放入试管中，加入2 mL水和2滴酚酞溶液，观察现象；
②加热试管
加热前，镁条表面附着了少量无色气泡，加热至沸腾后，有较多的无色气泡冒出，溶液变为粉红色
镁与冷水几乎不反应，能与热水反应，反应的化学方程式为__Mg＋2H2OMg(OH)2＋H2↑__
在两支试管中分别加入镁条和铝片，再向试管中各加入2 mL 2 mol·L－1盐酸
两支试管内都有无色气泡冒出，但放镁条的试管中逸出气体的速率较快
镁、铝都能置换出酸中的氢，但镁更容易反应，反应的化学方程式分别为__Mg＋2HCl===MgCl2＋H2↑__，
__2Al＋6HCl===2AlCl3＋3H2↑__
由上述实验可知：钠、镁、铝置换出水(或酸)中的氢时，由易到难的顺序是__Na、Mg、Al__。
②钠、镁、铝的最高价氧化物对应的水化物的碱性由强到弱的顺序为__NaOH>Mg(OH)2>Al(OH)3__。
③钠、镁、铝的金属性由强到弱的顺序为__Na>Mg>Al__。
(2)非金属性强弱比较

元素
Si
P
S
Cl
单质与H2
反应的条件
高温
磷蒸气与
H2能反应
加热
光照或
点燃
气态氢化物
的化学式
SiH4
PH3
H2S
HCl
氢化物的
热稳定性
不稳定
不稳定
受热分解
稳定
通过分析比较可以得出：
①硅、磷、硫、氯单质与氢气化合时条件由易到难的顺序为__Cl2、S、P、Si__。
②硅、磷、硫、氯对应氢化物的热稳定性强弱顺序：__SiH4Si__。
4．探究元素金属性与非金属性的强弱规律
(1)填写下表：

元素
钠
镁
铝
硅
最高价氧化
物对应水化
物的化学式
__NaOH__
Mg(OH)2
Al(OH)3
H2SiO3
最高价氧化
物对应水化
物的类型
强碱
中强碱
两性氢
氧化物
弱酸
元素
磷
硫
氯

最高价氧化
物对应水化
物的化学式
H3PO4
H2SO4
__HClO4__

最高价氧化
物对应水化
物的类型
中强酸
强酸
最强无
机酸

分析上表，可以得出：
①11～17号元素最高价氧化物对应水化物的酸碱性强弱的变化规律：从左到右，碱性逐渐__减弱__，酸性逐渐__增强__。
②11～17号元素的金属性和非金属性强弱的变化规律：从左到右，金属性逐渐__减弱__，非金属性逐渐__增强__。
(2)按要求完成下列实验
①在两支洁净的试管中分别加入2 mL 1 mol·L－1的AlCl3溶液，逐滴加入稀氨水至过量，观察到的实验现象是__产生白色絮状沉淀__，反应的化学方程式是　　

__AlCl3＋3NH3·H2O===Al(OH)3↓＋3NH4Cl__。
②向实验①的一支试管中逐滴滴入2 mol·L－1的盐酸，观察到的实验现象是白色沉淀逐渐溶解，得到澄清溶液，反应的离子方程式为__Al(OH)3＋3H＋===Al3＋＋3H2O__。
③向实验①的另一支试管中逐滴加入2 mol·L－1的NaOH溶液，观察到的实验现象是白色沉淀逐渐溶解，得到澄清溶液。反应的化学方程式为__Al(OH)3＋NaOH===NaAlO2＋2H2O__。
结论：Al(OH)3既可以与酸反应生成盐和水，又可以与碱反应生成盐和水，为__两性氢氧化物__。
【提醒】元素的金属(非金属)性是指元素原子失(得)电子能力。比较元素金属(非金属)性强弱，其实质是看元素原子失去(得到)电子的难易程度，越容易失去(得到)电子，元素的金属性(非金属性)越强。
5．元素周期律
(1)概念：元素的性质随着__原子序数__的递增而呈周期性变化的规律叫做元素周期律。
(2)内容：随着元素__原子序数__的递增，元素的__原子半径__(稀有气体除外)、元素的__金属__性和__非金属__性、元素的主要__化合价__都呈现周期性变化。
(3)实质：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。

1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。
(1)同周期元素，随着原子序数的递增，最外层电子排布均呈现由1个电子递增至8个电子的周期性变化。(　×　)
(2)原子序数越大，原子半径一定越小。(　×　)
(3)最外层电子数：Nar(S)>r(Cl)__。
(2)写出四种元素最高价氧化物对应水化物的化学式：__H2SO4、HClO4、KOH、Ca(OH)2__，分别比较酸性或碱性的强弱：__酸性：HClO4>H2SO4，碱性：KOH>Ca(OH)2__。
(3)写出气态氢化物的分子式：__HCl、H2S__，比较其稳定性强弱：__HCl>H2S__。
【解析】因A原子的L层电子数与K、M层电子数之和相等，所以A的核电荷数为2×8＝16，A为硫元素；D原子的K、L层电子数之和等于电子总数的一半，则D原子的核电荷数是(2＋8)×2＝20，为钙元素。根据核电荷数依次增大并都能形成离子，排除氩元素，则B为氯元素，C为钾元素。

1．同一短周期的元素W、X、Y、Z的原子序数依次增加，下列叙述正确的是(　B　)
A．单质的化学活泼性：W＜X＜Y＜Z
B．原子最外层电子数：W＜X＜Y＜Z
C．单质的氧化能力：W＜X＜Y＜Z
D．元素的最高化合价：W＜X＜Y＜Z
【解析】如Z为0族元素，则Z最不活泼，故A错误；同一短周期的元素从左到右，元素的原子序数依次增加，最外层电子数逐渐增多，故B正确；如Z为0族元素，则Z的氧化能力最弱，故C错误；如Z为F元素，没有正价，故D错误。
2．下列递变规律正确的是(　C　)
A．HClO4、H2SO4、H3PO4的酸性依次增强
B．HCl、HBr、HI的稳定性依次增强
C．钠、镁、铝的还原性依次减弱
D．Na＋、Mg2＋、Al3＋的离子半径逐渐增大
【解析】A项，非金属性：Cl>S>P，则HClO4、H2SO4、H3PO4的酸性依次减弱，错误；B项，非金属性：Cl>Br>I，则HCl、HBr、HI的稳定性依次减弱，错误；C项，金属性：Na>Mg>Al，则钠、镁、铝的还原性依次减弱，正确；D项，Na＋、Mg2＋、Al3＋的离子半径逐渐减小，错误。
3．X、Y、Z三种元素的原子电子层数相同，它们的最高价氧化物对应水化物的酸性由强到弱的顺序为HXO4>H2YO4>H3ZO4，下列判断不正确的是(　A　)
A．原子半径：X>Y>Z
B．气态氢化物稳定性：X>Y>Z
C．元素原子得电子能力由强到弱：X>Y>Z
D．单质与氢气反应由易到难：X>Y>Z
【解析】三种元素的原子电子层数相同，则它们位于同一周期，由酸性：HXO4>H2YO4>H3ZO4，知非金属性：X>Y>Z，同周期元素从左到右非金属性逐渐增强，则原子序数：X>Y>Z。A项，原子半径：XZ，正确；C项，非金属性越强，得电子能力越强，则元素原子得电子能力：X>Y>Z，正确；D项，非金属性越强，与氢气化合越容易，单质与氢气反应由易到难：X>Y>Z，正确。

1．“三看”法比较简单粒子的半径大小

2．粒子半径大小的比较

下列粒子半径大小比较正确的是(　B　)
A．Na＋Al3＋
C．NaSi，C项错误；同主族元素，电子层数越多，原子半径越大，则原子半径：Cs>Rb>K>Na，D项错误。
下列粒子半径的比较中，正确的是(　B　)
A．r(Na＋)>r(Na)　　　B．r(Cl－)>r(Cl)
C．r(Ca2＋)>r(Cl－) D．r(Mg)>r(Na)
【解析】同种元素价态越高半径越小，则r(Na＋)r(Cl)；核外电子排布相同的离子，原子序数越大，半径越小，则r(Ca2＋)N，即r>0.75×10－10 m；P与Si电子层数相同，原子序数：P>Si，则原子半径：PCa2＋>Mg2＋>Al3＋，错误；C项，粒子半径：K＋>Mg2＋>Al3＋>H＋，正确；D项，粒子半径：Cs>K>Na>Li，错误。

1．下列递变规律正确的是(　C　)
A．KOH、Ca(OH)2、Mg(OH)2、Al(OH)3的碱性逐渐增强
B．Na、Mg、Al、Si的金属性逐渐增强
C．O、S、Na、K的原子半径依次增大
D．HF、HCl、H2S、PH3的稳定性依次增强
【解析】同周期元素从左到右金属性逐渐减弱，同主族元素从上到下金属性逐渐增强，金属性越强，最高价氧化物对应的水化物的碱性越强，故碱性：KOH＞Ca(OH)2＞Mg(OH)2＞Al(OH)3，故A错误；Si是非金属元素，无金属性，Na、Mg、Al的金属性逐渐减弱，故B错误；同周期元素从左到右原子半径逐渐减小，同主族元素从上到下原子半径逐渐增大，原子半径：O＜S＜Na＜K，故C正确；非金属性越强，气态氢化物越稳定，非金属性：F＞Cl＞S＞P，故稳定性：HF＞HCl＞H2S＞PH3，故D错误。
2．能证明铝的金属性比镁弱的实验事实是(　A　)
A．Al(OH)3能溶于NaOH溶液，而Mg(OH)2不能
B．铝的原子半径比镁小
C．镁的熔点低于铝
D．铝的金属光泽不如镁显著
【解析】最高价氧化物对应水化物的碱性越强，其金属性越强，Al(OH)3能跟NaOH反应体现其两性，而Mg(OH)2是中强碱，Mg比Al活泼，故A正确；元素的原子半径不能说明金属性的强弱，故B错误；单质的熔点高低是物理性质，无法证明金属性强弱，故C错误；金属光泽是物理性质，不能说明镁和铝金属性的强弱，故D错误。
3．下列比较中正确的是(　A　)
A．原子半径：Na>Mg
B．碱性：NaOH>KOH
C．结合H＋的能力：CONa，则碱性：KOH>NaOH，B错误；酸性越强，对应酸的酸根离子结合氢离子的能力越弱，酸性：H2CO3Cl－，C错误；元素的非金属性越强，对应的阴离子的还原性越弱，非金属性：Br>I，则还原性：I－>Br－，D错误。
4．下列不能说明氯元素的非金属性比硫元素强的事实是(　B　)
①HCl比H2S稳定　②HClO的氧化性比H2SO4强
③HClO4的酸性比H2SO4强　④Cl2能与H2S反应生成S　⑤Cl原子最外层有7个电子，S原子最外层只有6个电子　⑥Cl2与Fe反应生成FeCl3，S与Fe反应生成FeS　⑦Cl与S为同周期元素，且Cl的核电荷数比S的大　⑧HCl的水溶液比H2S的水溶液酸性强
A．①② B．②⑤⑧
C．②⑤⑦ D．①②④
【解析】通过含氧酸的酸性强弱来判断元素的非金属性强弱，一定是用最高价的含氧酸，②错误；没有说明电子层数相同，所以⑤错误；Cl与S同周期，且Cl在S的右边，根据元素周期律，同一周期元素从左到右非金属性逐渐增强，⑦正确；通过HCl、H2S比较Cl和S的非金属性强弱，不是比较其水溶液的酸性强弱，而是比较其稳定性强弱，⑧错误。
5．下表为元素周期表的一部分，请回答有关问题。

　　族
周期　　
ⅠA
ⅡA
ⅢA
ⅣA
ⅤA
ⅥA
ⅦA
0
二




①

②

三

③
④
⑤

⑥
⑦
⑧
四
⑨





⑩

(1)⑤和⑧的元素符号分别是__Si__和__Ar__。
(2)表中最活泼的金属是__K__，非金属性最强的元素是__F__。(填写元素符号)
(3)表中能形成两性氢氧化物的元素是__Al__，分别写出该元素的氢氧化物与⑥和⑨的最高价氧化物的水化物反应的化学方程式：__2Al(OH)3＋3H2SO4===Al2(SO4)3＋6H2O__，__Al(OH)3＋KOH===KAlO2＋2H2O__。
(4)请设计一个实验，比较⑦⑩单质氧化性的强弱：__取无色溴化钠的水溶液少许，加入新制氯水，溶液变橙红色__。
【解析】(1)根据元素周期表中元素的位置可以确定①～⑩元素分别为N、F、Mg、Al、Si、S、Cl、Ar、K、Br。(2)同周期元素从左到右金属性逐渐减弱，非金属性逐渐增强；同主族元素从上到下金属性增强，非金属性减弱，由此分析最活泼的金属为K，非金属性最强的是F。(3)Al(OH)3为两性化合物，既能与酸反应，又能与碱反应。(4)利用“氧化还原反应中，氧化剂的氧化性大于氧化产物”原理，可利用反应Cl2＋2NaBr===2NaCl＋Br2设计实验。