【同步讲义】高中化学（苏教版2019）必修第一册--5.1.1 元素周期律 讲义

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专题5 微观结构与物质的多样性
第一单元 从微观结构看物质的多样性
第1课时 元素周期律
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课程标准
课标解读
1．结合有关数据和实验事实认识原子结构、元素性质呈周期性变化的规律，构建元素周期律。
2．掌握元素周期律的实质。
3．以1~18号元素为例，掌握元素性质的递变规律与原子结构的关系。
1．通过1~18号元素性质的学习，认识元素周期律的实质。（宏观辨识与微观探析）
2．结合有关数据和实验事实认识原子结构、元素性质呈周期性变化的规律，构建元素周期律。（变化观念与平衡思想）
3．通过1~18号元素性质的实验探究，对实验信息进行加工并获得结论，得出“位置—结构—性质”之间的关系，培养学生科学探究的方法和创新意识。（科学探究与创新意识）
4．以11~18号元素为例，体会元素周期律在学习元素及化合物知识和科学研究中的重要作用。（科学态度与社会责任）

知识点01 元素的原子结构和化合价的周期性变化
1．原子序数
(1)概念：按照核电荷数由小到大的顺序给元素依次编号，叫做原子序数。
(2)原子序数＝核电荷数＝质子数＝核外电子数。
2．原子结构的变化规律
(1)原子最外层电子排布的规律性变化
除H、He外，元素随着原子序数的递增，原子最外电子层数重复出现从1递增到8的变化，说明元素原子的最外层电子数出现周期性变化。
(2)元素原子半径的变化规律
随着核电荷数的递增，元素的原子半径呈现周期性变化，原子序数为3~9号及11~17号的元素的原子半径依次递减。
3．元素化合价的变化规律
(1)1~18号元素的最高正化合价的变化规律是呈现从+1~+7的周期性变化，其中O、F 元素没有最高正化合价，最低负化合价的变化规律是呈现从-4~-1的周期性变化。
(2)元素的最高化合价与最低负化合价的数值与原子最外层电子数的关系是
最高正化合价=最外层电子数（O、F除外）
最低负化合价=最外层电子数-8
最高正化合价+|最低负化合价|=8。
(3)元素主要化合价呈现周期性变化的根本原因是：随着核电荷数的递增，原子的最外层电子排布呈周期性变化
【即学即练1】有关原子结构的说法正确的是（ ）
A．1~18号元素，原子的最外层电子数重复出现由1~8的周期性变化
B．3~9号、11~17号元素随着核电荷数的递增，原子半径呈现由大到小的周期性变化
C．原子的核电荷数越多，原子半径越大
D．原子核外电子数越多，原子半径越大
答案：B
解析：A选项，H、He元素的最外层电子数由1~2变化，3~18号元素的最外层电子数由1~8重复变化，错误；B选项，从左到右，原子半径逐渐减小，正确；C选项，原子的核电荷数越多，原子核对核外电子的吸引力越大，半径越小，错误；D选项，原子半径与核电荷数和电子层数有关，核外电子数越多，表示核电荷数越多，半径越小。

知识点02 元素性质的周期性变化
1．探究钠、镁、铝性质的递变
(1)钠、镁、铝与水反应
钠与水在常温下剧烈反应，反应方程式为2Na+2H2O=2NaOH+H2↑。
镁与水在常温下不反应，加热，反应缓慢，化学方程式为Mg＋2H2OMg(OH)2↓＋H2↑。
铝不能与水反应。
(2)镁、铝与酸反应
除去氧化膜的镁条和铝片与稀盐酸反应，镁与盐酸反应更剧烈。
反应的离子方程式分别为Mg＋2H＋=Mg2＋＋H2↑ 、2Al＋6H＋=2Al3＋＋3H2↑。
(3)实验结论：金属性强弱为Na>Mg>Al。
2．硅、磷、硫、氯非金属性强弱比较
(1)硅、磷、硫、氯4种元素对应的气态氢化物依次是SiH4 PH3 H2S HCl（写化学式）。
(2)硅、磷、硫、氯单质与氢气反应的条件逐渐变得容易，其对应的气态氢化物的热稳定性逐渐增强。
元素非金属性由强到弱的顺序为Cl、S、P、Si。
3．11~17号元素最高价氧化物对应水化物的酸碱性强弱比较
(1)11~17号元素的最高价氧化物对应水化物：
元素
Na
Mg
Al
Si
P
S
Cl
化学式
NaOH
Mg(OH)2
Al(OH)3
H4SiO4
(H2SiO3)
H3PO4
H2SO4
HClO4
酸碱性强弱
强碱
中强碱
两性氢氧化物
弱酸
中强酸
强酸
酸性更强
(2)探究Al(OH)3的两性
Al(OH)3既能与盐酸反应，又能与NaOH溶液反应，是两性氢氧化物。
写出下列化学方程式：
AlCl3溶液与氨水反应：AlCl3+3NH3·H2O= Al(OH)3↓+NH4Cl 。
Al(OH)3与盐酸反应：Al(OH)3+3HCl=AlCl3+3H2O。
Al(OH)3与NaOH溶液反应：Al(OH)3+NaOH=NaAlO2+2H2O。
4．元素性质的变化规律的根本原因
核外电子层数相同，随着原子序数(核电荷数)的递增，原子核对核外电子的引力逐渐增强，原子半径逐渐减小，元素原子的得电子能力逐渐增强，失电子能力逐渐减弱，最终导致元素的非金属性逐渐增强，金属性逐渐减弱。
【即学即练2】下列比较元素的金属性强弱的方法正确的是（ ）
A．比较Na、Mg的金属性：将钠和镁条分别放入冷水中
B．比较Mg、Al的金属性：将Mg、Al分别放入NaOH溶液中
C．比较Fe、Cu的金属性：将Fe、Cu分别放入稀硝酸中
D．比较Zn、Fe的金属性：将Zn放入FeCl3溶液中
答案：A
解析：比较金属性强弱，通常用金属单质与水或酸反应，比较产生氢气的剧烈程度，故A选项正确，B选项，不能用金属单质与碱反应，错误；C选项，不能用稀硝酸与金属单质反应，错误；D选项，比较Zn、Fe的金属性，应用二价铁盐与锌反应，三价铁具有较强的氧化性，错误。故选A。
【即学即练3】下列比较元素的非金属性强弱的方法不正确的是（ ）
A．比较Cl、Br的非金属性：将Cl2和Br2分别在一定条件下与氢气反应
B．比较C和Si的非金属性：将CH4和SiH4加热分解
C．比较N和S的非金属性：测定HNO3和H2SO4溶液的酸性
D．比较S和Cl的非金属性：将氯气和H2S混合反应
答案：C
解析：HNO3和H2SO4都是强酸，在现有条件下无法比较它们的酸性。

知识点03 元素周期律
1．元素周期律的内容
随着元素核电荷数的递增，元素的原子半径（除稀有气体元素外）、元素的主要化合价、元素的金属性和非金属性都呈现周期性变化。
元素周期律是指元素的性质随着核电荷数的递增呈周期性变化的规律。
2．元素周期律的实质
元素周期律是元素原子核外电子排布随着元素核电荷数的递增发生周期性变化的必然结果。
【即学即练4】下列说法中正确的是（ ）
A．元素性质的周期性变化是指原子半径、元素的主要化合价及原子核外电子排布的周期性变化
B．元素的最高正化合价与元素原子核外电子排布有关
C．从Li→F，Na→Cl，元素最高正化合价均呈现+1价→+7价的变化
D．电子层数相同的原子核外电子排布，其最外层电子数均从1个到8个呈现周期性变化
答案：B
解析：A选项，原子核外电子排布不是元素的性质，错误；B选项，元素的化合价与元素的原子结构有关，正确；C选项，由于O、F是活泼非金属元素，没有最高正价，错误；D选项，H、He的电子层数相同，最外层电子数从1~2，错误。故选B。

能力拓展

考法01 元素的化合价与最外层电子数的关系
1．元素化合价
①H元素的化合价有＋1、－1、0价。
②F元素只有负价无正价。
③O元素有正价但无最高正价。
④金属元素只有正价无负价。
⑤非金属元素既有正价又有负价(F除外)。
⑥稀有气体元素的化合价看作0。
2．关系
主族元素最高正化合价＝最外层电子数(O、F除外)，
最低负化合价＝最外层电子数－8，
|最高正化合价|＋|最低负化合价|＝8。
【典例1】下列各组元素是按最高正价由高到低、负价绝对值由低到高顺序排列的是(　　)
A．Na、Mg、Al B．F、O、N
C．N、O、F D．S、P、Si
答案：D
解析：A项中最高正价由低到高，且无负价；B、C两项中F无正价；A、B、C三项均不符合题意；D项中各元素的最高价分别为＋6、＋5、＋4，负价绝对值分别为2、3、4，故D项正确。

考法02 微粒半径大小比较方法
微粒半径大小主要由电子层数、核电荷数和核外电子数决定。
1．原子半径大小比较
(1)同一周期元素，电子层数相同，从左到右，核电荷数增大，原子半径减小。如：
r(Li)＞r(Be)＞r(B)＞r(C)＞r(N)＞r(O)＞r(F)。
(2)同一主族元素，最外层电子数相同，从上到下，电子层数增大，原子半径增大。如：
r(Li)＜r(Na)；r(F)＜r(Cl)。
2．核电荷数相同，核外电子数越多，微粒半径越大。
(1)r(阴离子)＞r(原子)：r(H－)＞r(H)；
(2)r(原子)＞r(阳离子)：r(H)＞r(H＋)；
(3)r(低价阳离子)＞r(高价阳离子)：r(Fe2＋)＞r(Fe3＋)。
3．离子半径大小比较
(1)离子的电子层数越多，离子半径越大。如：
r(Li＋)＜r(Na＋)；r(O2－)＜r(S2－)。
(2)电子层结构相同的微粒，核电荷数越多，离子半径越小。如：
r(O2－)＞r(F－)＞r(Na＋)＞r(Mg2＋)＞r(Al3＋)；r(S2－)＞r(Cl－)＞r(K＋)＞r(Ca2＋)。
【典例2】已知1～20号元素的离子aA2＋、bB＋、cC2－、dD－都具有相同的电子层结构，则下列叙述正确的是(　　)
A．原子半径：A>B>C>D B．离子半径：C2－>D－>B＋>A2＋
C．原子序数：d>c>b>a D．原子最外层电子数：A>B>D>C
答案：B
解析：根据4种离子具有相同电子层结构及它们的化合价，可得A、B、C、D4种元素的在元素周期表中的位置关系是。A选项，原子半径大小顺序是B>A>C>D，错误；B选项，4种离子具有相同的电子层结构，核电荷数越多，半径越小，离子半径大小顺序是C2－>D－>B＋>A2＋，正确；C选项，原子序数大小顺序是a>b>d>c，错误；D选项，根据离子所带电荷数，可知C最外层电子数为6，D最外层电子数为7，B最外层电子数为1，A最外层电子数为2，最外层电子数大小顺序是D>C>A>B，错误。故选B。

考法03 元素金属性、非金属性强弱的比较
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。
1．元素金属性强弱的比较方法
比较方法
结论
根据原子结构
原子半径越大(电子层数越多)，最外层电子数越少，元素的金属性越强
金属单质与水(或酸)反应置换氢的难易
越易置换出H2，元素的金属性越强
最高价氧化物水化物的碱性
碱性越强，元素的金属性越强
金属与盐溶液的置换反应
若金属单质A与金属B的盐溶液反应置换出B单质，则A元素的金属性强于元素B
金属单质的还原性(或金属阳离子的氧化性)
一般单质的还原性越强(或金属阳离子的氧化性越弱)，元素的金属性越强
单质与同种非金属反应的难易
单质越易反应，元素的金属性越强，如由反应Fe＋SFeS，2Na＋S=Na2S，知金属性：Na>Fe
2．元素非金属性强弱的比较方法
比较方法
结论
根据原子结构
原子半径越小(电子层数越少)，最外层电子数越多，元素的非金属性越强
单质与H2化合的难易(氢化物的稳定性)
单质与H2化合越容易、形成的气态氢化物越稳定，其对应元素的非金属性越强
最高价氧化物水化物的酸性
酸性越强，其对应元素的非金属性越强
非金属与盐溶液的置换反应
若非金属单质A与非金属B的盐溶液反应置换出B单质，则A元素的非金属性强于B元素
单质的氧化性(或非金属阴离子的还原性)
一般单质氧化性越强(或非金属阴离子的还原性越弱)，对应元素的非金属性越强
单质与同种金属反应的难易
单质越易反应，元素的非金属性越强，如由反应Cu＋Cl2CuCl2，2Cu＋SCu2S，知非金属性：Cl>S
【典例3】(1)研究表明26Al可以衰变为26Mg，可以比较这两种元素金属性强弱的方法是_________。
a．比较这两种元素的单质的硬度和熔点
b．Mg(OH)2属于中强碱，Al(OH)3属于两性氢氧化物
c．将打磨过的镁带和铝片分别和热水作用，并滴入酚酞溶液
d．将空气中放置已久的这两种元素的单质分别和热水作用
(2)某同学认为铝有一定的非金属性，下列化学反应中，你认为能支持该同学观点的是__________。
a．铝片与盐酸反应放出氢气 b．氧氧化铝溶于强碱溶液
c．氢氧化铝溶于强酸溶液 d．铝热反应
答案：(1)bc (2)b
解析：(1)比较金属性强弱，可以比较最高价氧化物对应水化物的碱性强弱，或与水反应产生氢气的快慢，故bc正确。
(2)典型的金属只能与酸反应，而Al既能与酸反应又能与碱反应，故选b。

分层提分


题组A 基础过关练
1．元素的以下性质，随着原子序数递增不呈现周期性变化的是(　　)
A．化合价 B．原子半径
C．元素的金属性和非金属性 D．相对原子质量
答案：D
解析：元素的性质包括原子半径、元素的主要化合价、金属性和非金属性，相对原子质量不属于元素的性质。
2．下列微粒半径大小比较正确的是(　　)
A．NaAl(OH)3，可说明钠、镁、铝金属性依次减弱
答案：D
解析：A选项，金属性是指金属原子失去电子的能力大小，不能根据金属失去电子的多少来判断金属性，错误；B选项，Na加入到MgCl2溶液中，Na先和水反应，不能置换出金属Mg，错误；C选项，金属与NaOH溶液不能证明金属性强弱，错误；D选项，金属的最高价氧化物对应水化物的碱性越强，金属性越强，正确。
9．下列关于元素周期律的叙述中不正确的是(　　)
A．Na、Mg、Al最外层电子数依次增多，其单核离子的氧化性依次增强
B．P、S、Cl最高正化合价依次升高，对应简单气态氢化物的稳定性依次增强
C．原子半径大小关系为Na ③> < a.强 b.强 c.稳定
12．A、B、C、D四种元素的核电荷数依次增多，它们的离子的电子层数相同且最外层电子数均为8。A原子的L层电子数与K、M层电子数之和相等；D原子的K、L层电子数之和等于电子总数的一半。回答以下问题：
（1）四种元素的符号依次是A________；B________；C________；D________。
（2）它们的原子半径由大到小的顺序是________________（用元素符号表示）。
（3）四种元素的简单离子的半径大小顺序是________________________。
答案：（1）S Cl K Ca （2）K、Ca、S、Cl （3）S2->Cl->K+>Ca2+
解析：A原子有3个电子层，电子数分别为2、8、6，故A为S元素；D原子有4个电子层，电子数分别为2、8、8、2，故D为Ca元素；由于A、B、C、D的能形成离子，且核电荷数依次增多，因此B为S元素、C为K元素。

题组B 能力提升练
1．如图中横坐标均表示顺序排列的11～17号元素的原子序数。根据图像变化趋势判断，纵坐标表示其最高化合价的是(　　)

答案：C
解析：11～17号元素，随原子序数的递增，最高化合价从＋1→＋7。
2．核电荷数为1—18的元素中，下列叙述正确的是（ ）
A．最外层只有1个电子的元素一定是金属元素
B．核电荷数为9的元素的原子容易获得1个电子
C．最外层电子数为次外层电子数一半的元素一定是非金属元素
D．最外层只有3个电子的元素一定是金属元素
答案：B 解析：A选项，最外层只有一个电子的有H、Li、Na，错误；B选项核电荷数为9的为F元素，F原子最外层有7个电子，易获得1个电子，正确；C选项，满足条件的元素有Li、Si，错误；D选项，最外层有3个电子的元素有B和Al，错误。
3．前18号元素中，具有相同电子层结构的三种离子An＋、Bn－、C，下列分析正确的是(　　)
A．原子序数关系是C>B>A
B．粒子半径关系是Bn－