5.1.1 元素周期律学案2023-2024学年高一上学期化学苏教版（2019）必修第一册

新苏教版高中化学必修1PAGEPAGE1专题5微观结构与物质的多样性第一单元元素周期律和元素周期表第一课时元素周期律【课程标准要求】1.通过分析1～18号元素原子核外电子排布、原子半径、主要化合价的变化，总结出它们的递变规律，并由此认识元素周期律。2.初步了解元素性质的周期性变化是元素原子核外电子排布周期性变化的必然结果。一、原子结构的周期性变化1.原子序数(1)概念：按核电荷数由小到大的顺序给元素编号，这种编号叫做原子序数。(2)数量关系：原子序数＝质子数＝核外电子数＝核电荷数。2.原子结构变化规律(1)原子最外层电子排布的规律性变化由图可以看出：从3～18号元素随着原子序数的递增，最外电子层上的电子数重复出现从1递增到8的变化，说明元素原子的最外层电子排布呈现周期性变化。(2)元素原子半径的变化规律教材P115表5－1原子半径数据表明：3～9号元素、11～17号元素原子半径随着核电荷数的递增都逐渐减小。随着原子序数的递增，元素原子半径(稀有气体除外)呈现周期性变化。【微自测】1.判断正误，正确的打“√”，错误的打“×”。(1)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：Na<Al，原子半径：Na<Al(×)二、元素周期律1.元素主要化合价的变化规律(1)元素的最高正化合价＝原子最外层电子数(O、F除外)；元素的最低负化合价＝原子最外层电子数－8。(2)随着元素核电荷数的递增，元素的主要化合价呈现周期性变化。①随着原子序数的递增，元素的最高正化合价由＋1递增到＋7(O、F除外)，②元素的最低负化合价由－4递增到－1。2.11～17号元素性质的递变规律(1)钠、镁、铝性质的比较单质单质与水(或酸)的反应现象化学方程式最高价氧化物水化物的碱性强弱Na与冷水剧烈反应，放出氢气2Na＋2H2O=2NaOH＋H2↑NaOH强碱Mg与冷水反应缓慢，与沸水迅速反应，放出氢气；与酸剧烈反应，放出氢气Mg＋2H2Oeq\o(=,\s\up7(△))Mg(OH)2＋H2↑；Mg＋2HCl=MgCl2＋H2↑Mg(OH)2中强碱Al与酸迅速反应，放出氢气2Al＋6HCl=2AlCl3＋3H2↑Al(OH)3两性氢氧化物结论：①金属性强弱顺序为Na＞Mg＞Al；②随着核电荷数减小，与水(酸)反应越来越容易，氢氧化物的碱性越来越强(2)硅、磷、硫、氯非金属性的递变规律单质SiPSCl单质与氢气反应的条件高温磷蒸气与氢气能反应加热光照或点燃发生爆炸气态氢化物的化学式与热稳定性SiH4不稳定PH3不稳定H2S受热分解HCl稳定最高价氧化物对应水化物的化学式与酸性强弱H2SiO3弱酸H3PO4中强酸H2SO4强酸HClO4酸性更强(3)探究Al(OH)3的两性①制备Al(OH)3的反应的化学方程式是AlCl3＋3NH3·H2O=Al(OH)3↓＋3NH4Cl，离子方程式是Al3＋＋3NH3·H2O=Al(OH)3↓＋3NHeq\o\al(＋,4)。②Al(OH)3与盐酸反应的离子方程式为Al(OH)3＋3H＋=Al3＋＋3H2O。Al(OH)3与NaOH溶液反应的离子方程式为Al(OH)3＋OH－=AlOeq\o\al(－,2)＋2H2O。结论：Al(OH)3是两性氢氧化物，铝虽是金属，但已表现出一定的非金属性。(4)11～17号元素性质递变规律3.元素周期律(1)含义：元素的性质随着元素核电荷数的递增而呈周期性变化的规律。(2)实质：元素性质的周期性变化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。【微自测】2.判断正误，正确的打“√”，错误的打“×”。(1)在化合物中金属元素只显正化合价，非金属元素只显负化合价(×)(2)金属性、非金属性强弱从根本上取决于其原子核外电子的排布情况(√)(3)最外层电子数为7的原子，最高正价为＋7(×)(4)元素的原子得电子越多，非金属性越强；失电子越多，金属性越强(×)(5)元素的氧化物对应的水化物酸性越强，非金属性越强；元素的氧化物对应的水化物碱性越强，金属性越强(×)一、元素金属性、非金属性强弱的判断1.元素的金属性和非金属性(1)金属性：元素原子失去电子的能力，金属性越强，越易失电子。(2)非金属性：元素原子得到电子的能力，非金属性越强，越易得电子。2.元素金属性强弱的判断方法金属性的强弱只与元素失电子的能力有关，与失电子的数目无关。(1)金属元素的单质与水或酸置换出氢气的反应越容易进行，则其金属性越强。(2)元素的最高价氧化物的水化物的碱性越强，则其金属性越强。(3)金属元素的单质与盐在水溶液中进行置换反应，若A置换出B，则A的金属性强于B的金属性。(4)在金属活动性顺序表中，前面的金属性强于后面的。(5)金属阳离子的氧化性越强，则其单质的还原性越弱，元素的金属性越弱(注：Fe的阳离子仅指Fe2＋)。3.元素非金属性强弱的判断方法非金属性的强弱只与元素得电子的能力有关，与得电子的数目无关。(1)非金属元素的单质与氢气化合生成气态氢化物的反应越容易进行，则其非金属性越强。(2)非金属元素气态氢化物的稳定性越强，则元素的非金属性越强。(3)元素的最高价氧化物的水化物的酸性越强，则其非金属性越强。(4)非金属元素的单质与盐在水溶液中进行置换反应，若A置换出B，并且A体现出氧化性，则A的非金属性强于B。(5)非金属阴离子的还原性越强，则其单质的氧化性越弱，元素的非金属性越弱。1.(2022·江苏无锡高一期末)下列事实不能用元素周期律解释的是()A.碱性：NaOH>LiOHB.酸性：HCl>H2CO3C.原子半径：S＞OD.热稳定性：HCl＞H2S答案B解析钠的金属性强于锂，其最高价氧化物对应水化物的碱性NaOH强于LiOH，能用元素周期律解释，A不符合题意；HCl不是氯元素的最高价氧化物的水化物，不能用元素周期律解释酸性：HCl>H2CO3，B符合题意；电子层数多的元素的原子半径大，故原子半径：S＞O，能用元素周期律解释，C不符合题意；Cl的非金属性比S强，故热稳定性：HCl＞H2S，能用元素周期律解释，D不符合题意。2.(2021·福建泰宁期中)下列不能说明氯的非金属性比硫强的事实是()①HCl比H2S稳定②HCl和H2S的水溶液前者的酸性强③HClO4酸性比H2SO3强④Cl2能与H2S反应生成S⑤Cl原子能得1个电子变成稳定离子而S原子能得两个电子形成稳定离子⑥Cl2与Fe反应生成FeCl3，S与Fe反应生成FeSA.②⑤B.①②C.①②④D.②③⑤答案D解析①元素的非金属性越强，氢化物越稳定，则HCl比H2S稳定能说明氯的非金属性比硫强；②氢化物水溶液的酸性与元素的非金属性强弱无关，则HCl和H2S的水溶液前者的酸性强不能说明氯的非金属性比硫强；③元素的非金属性越强，最高价氧化物对应水化物的酸性越强，则HClO4酸性比H2SO3强不能说明氯的非金属性比硫强；④非金属单质的氧化性越强，元素的非金属性越强，Cl2能与H2S反应生成S说明Cl2的氧化性强于S，能说明氯的非金属性比硫强；⑤元素的非金属性强弱，与得失电子数目的多少无关，与得失的难易有关，则Cl原子能得1个电子变成稳定离子而S原子能得两个电子形成稳定离子不能说明氯的非金属性比硫强；⑥非金属单质的氧化性越强，元素的非金属性越强，Cl2与Fe反应生成FeCl3，S与Fe反应生成FeS说明Cl2的氧化性强于S，能说明氯的非金属性比硫强；②③⑤不能说明氯的非金属性比硫强。3.(2021·江苏常州高一期中)将甲、乙两种金属的性质相比较，已知①甲跟H2O反应比乙与H2O反应剧烈；②甲单质能从乙的盐溶液中置换出单质乙；③甲的最高价氧化物的水化物碱性比乙的最高价氧化物的水化物碱性强；④与某非金属反应时甲原子失电子数目比乙的多；⑤甲单质的熔、沸点比乙的低。能说明甲的金属性比乙强的是()A.①④B.③⑤C.①②③D.①②③④⑤答案C解析①甲跟水反应比乙与水反应剧烈，说明甲的金属性比乙强，故①正确；②甲单质能从乙的盐溶液中置换出单质乙，说明甲的金属性比乙强，故②正确；③金属性越强，对应最高价氧化物的水化物的碱性越强，甲的最高价氧化物的水化物碱性比乙的最高价氧化物的水化物碱性强，说明甲的金属性比乙强，故③正确；④金属性强弱与失电子难易程度有关，与失电子多少无关，故④错误；⑤金属性强弱与失电子难易程度有关，与单质的熔、沸点无关，故⑤错误。二、微粒半径大小的比较查阅资料原子半径的大小取决于两个因素：一是电子层数，电子层数越多，原子半径越大；二是核电荷数，电子层数相同时，核电荷数越大，原子半径越小。1.如何比较判断H、Li、Na、K原子半径的大小？理由是什么？提示：H、Li、Na、K原子最外层电子数相同，电子层数依次增多，故原子半径依次增大。2.如何比较Na＋、Mg2＋、Al3＋半径的大小？提示：Na＋、Mg2＋、Al3＋的电子层结构相同，核外电子数相同，核电荷数逐渐增大，离子半径逐渐减小。3.试比较S2－和Al3＋、Na＋、Mg2＋及O2－离子半径的大小，并指出判断依据。提示：S2－比O2－多一个电子层，则S2－半径大于O2－，Na＋、Mg2＋、O2－的电子层结构相同，Mg2＋的核电荷数比Na＋大，Na＋的核电荷数大于O2－，则离子半径：S2－>O2－>Na＋>Mg2＋>Al3＋。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.最外层电子数相同，电子层数越多，原子或离子半径越大：r(Li)＜r(Na)；r(F)＜r(Cl);r(Li＋)＜r(Na＋)；r(O2－)＜r(S2－)。2.电子层数相同，核电荷数越大，原子半径越小。r(Na)＞r(Mg)＞r(Al)＞r(Si)＞r(P)＞r(S)＞r(Cl)。3.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＋)。4.核外电子数相同，核电荷数越多，离子半径越小。r(O2－)＞r(F－)＞r(Na＋)＞r(Mg2＋)＞r(Al3＋);r(S2－)＞r(Cl－)＞r(K＋)＞r(Ca2＋)。微粒半径比较“三看”——首先看层，层少半径小；同层看核，核大半径小；同核看价，价高半径小。4.已知下列原子的半径：原子NSOSi半径r/10－10m0.751.020.741.17根据以上数据，磷原子的半径可能是()A.1.10×10－10mB.0.80×10－10mC.1.20×10－10mD.0.70×10－10m答案A解析磷原子的半径应在Si和S之间。5.下列微粒半径大小比较正确的是()A.Na＋<Mg2＋<Al3＋<O2－B.S2－>Cl－>Na＋>Al3＋C.Na<Mg<Al<SiD.Cs<Rb<K<Na答案B解析四种离子核外电子排布相同，核电荷数越大，半径越小，应为O2－>Na＋>Mg2＋>Al3＋，A错误；S2－和Cl－，Na＋和Al3＋的核外电子排布分别相同，电子层数相同，微粒半径大小决定于核电荷数，S2－和Cl－比Na＋和Al3＋多一个电子层，微粒半径显然是前者大，B正确；电子层数相同，核电荷数越大，半径越小，应为Na>Mg>Al>Si，C错误；从Na→Cs电子层数越多，原子半径越大，应为Cs>Rb>K>Na，D错误。6.(2021·福建泉州高一期中)已知短周期元素的离子aA＋、bB2＋、cC2－、dD－具有相同的电子层结构；则下列叙述正确的是()A.质子数：a>b>d>cB.金属性：A>B>D>CC.离子半径：C2－>D－>B2＋>A＋D.原子半径：A>B>C>D答案D解析短周期元素的离子aA＋、bB2＋、cC2－、dD－具有相同的电子层结构，则核外电子数相等，所以有：a－1＝b－2＝c＋2＝d＋1，C、D为非金属，应处于第二周期，故C为O元素，D为F元素，A、B为金属应处于第三周期，A为Na元素，B为Mg元素。a－1＝b－2＝c＋2＝d＋1，质子数：b>a>d>c,A错误；金属性：Na>Mg，非金属性：O<F，B错误；电子层数相同，质子数越多半径越小，离子半径：O2－>F－>Na＋>Mg2＋，C错误；电子层数越多半径越大，电子层数相同，质子数越多半径越小，原子半径：Na>Mg>O>F，D正确。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解析根据元素周期律可知，元素的化合价、原子半径及金属性和非金属性都随着原子序数的递增呈周期性变化，而相对原子质量随原子序数的递增呈现增大的变化趋势，绝不会出现周期性的变化。2.(2021·江苏盐城高一期末)下列递变情况中，正确的是()A.Na、Mg、Al原子最外层电子数依次减少B.P、S、Cl元素非金属性依次减弱C.Al、Mg、Na的金属性依次增强D.C、N、O元素最高正价依次增大答案C解析Na、Mg、Al电子层数相同，最外层电子数依次增多，Na、Mg、Al原子最外层电子数依次是1、2、3，A错误；P、S、Cl元素非金属性依次增强，B错误；第三周期元素Al、Mg、Na的金属性依次增强，C正确；C元素的最高正价是＋4、N元素的最高正价是＋5、O元素没有最高正价，不是＋6，D错误。3.11～17号元素中有X、Y、Z三种元素，已知其最高价氧化物对应的水化物的酸性强弱顺序是HXO4>H2YO4>H3ZO4，则下列说法正确的是()A.原子半径：X>Y>ZB.非金属性：X>Y>ZC.气态氢化物的稳定性：X<Y<ZD.原子序数：X<Y<Z答案B解析HXO4、H2YO4、H3ZO4中X、Y、Z的化合价分别为＋7、＋6、＋5，而三种元素又处于11～17号元素中，所以按Z、Y、X从左向右排列，原子半径依次减小，非金属性依次增强，气态氢化物的稳定性依次增强，原子序数依次增大。4.下列4种微粒中，半径按由大到小的顺序排列的是()A.①>②>③>④B.③>④>①>②C.③>①>②>④D.①>②>④>③答案C解析①为S，②为Cl，③为S2－，④为F。①②电子层数相