元素周期律讲义 高二化学沪科版（2020）选择性必修2

《元素周期律》讲义同学们好，咱们今天要讲的是高中沪科版（2020）选择性必修2物质结构与性质里第1章原子结构与性质中的1.3元素周期律。这元素周期律啊，就像是化学元素世界里的一套规则，它可有趣了呢。咱先来讲讲元素周期律是怎么被发现的。在很久很久以前，化学家们就像探险家一样，在化学元素的大森林里到处摸索。那时候他们发现了好多元素，但是这些元素就像一盘散沙，没有什么规律可言。我给你们讲个真实的事情啊。就像我小时候玩拼图，刚开始的时候那些拼图碎片到处都是，根本不知道怎么拼在一起。化学家们面对这些元素的时候也是这种感觉，每个元素都有自己独特的性质，有的能和这个反应，有的能和那个反应，可乱套了。不过呢，有一些聪明的化学家就开始寻找这些元素之间的联系。其中有一位特别厉害的化学家叫门捷列夫。他就像一个超级侦探一样，特别善于观察。他发现如果按照原子量（当时还不知道原子序数呢）的大小来排列这些元素，就会发现一些有趣的规律。比如说，他发现元素的化学性质好像是周期性变化的。这就好比我们的一周七天，周而复始。他发现一些元素在这个周期里，每隔一定的元素个数，就会出现性质相似的元素。就像我们在日历上，每隔7天就是一个相同的星期几。那元素周期律到底说的是啥呢？简单来说，元素周期律就是元素的性质随着原子序数（也就是原子核里质子数的多少）的递增而呈现周期性变化的规律。这里面的性质包括好多方面呢，像原子半径、化合价、金属性和非金属性等等。咱们先来说说原子半径。原子半径就像每个原子的小地盘一样。从元素周期表的左边到右边，原子半径是逐渐减小的。这就好比我们在排队，从左到右，大家都挤得越来越紧，地盘就越来越小了。为啥会这样呢？这是因为随着原子序数的增加，原子核里的质子数增多了，对核外电子的吸引力就变强了，就像一个大磁铁一样，把电子吸得更近了，所以原子半径就变小了。我给你们举个例子。钠原子和氯原子，钠在元素周期表的左边，氯在右边。钠原子的半径就比氯原子的大。这就像两个小朋友，钠小朋友比较胖（原子半径大），因为他自己对身边的东西吸引力没那么强，而氯小朋友比较瘦（原子半径小），因为他有更强的吸引力把自己缩得更紧。再说说化合价。化合价就像元素的一种“社交能力”，它决定了这个元素能和其他元素怎么结合。在元素周期表中，主族元素的最高正化合价一般等于它的族序数。比如说，第一主族的钠元素，它的最高正化合价就是+1价。这就像钠这个小朋友在化学的社交场合里，最多能拿出1个电子来和别人交朋友（形成化学键）。然后是金属性和非金属性。金属性强的元素就像一个大力士，容易失去电子。比如说钾元素，它的金属性很强，就像一个很豪爽的大力士，很容易把自己的电子送出去。而非金属性强的元素就像一个小气鬼，特别想得到电子。像氟元素，它的非金属性最强，就像一个超级小气鬼，特别渴望得到电子。从元素周期表的左下方到右上方，金属性逐渐减弱，非金属性逐渐增强。这就像一个从野蛮到文明的过渡。左下方的元素就像一群比较野蛮的家伙，只想着把自己的东西扔出去（失去电子），而右上方的元素就像一群文明的家伙，想着从别人那里得到东西（得到电子）。那元素周期律有啥用呢？用处可大了去了。比如说在预测新元素方面。在门捷列夫那个时代，他根据元素周期律预测了一些还没有被发现的元素的性质。这就像我们根据一些规律去猜还没出现的东西一样。他预测了一种元素叫“类铝”，后来真的发现了这种元素，也就是镓。这就好比我们根据一些线索去猜宝藏在哪里，结果真的找到了宝藏。在学习化学知识的时候，元素周期律也能帮我们大忙。我们可以根据元素在周期表中的位置，大概知道它的性质。就像我们知道一个人住在哪个小区，就能大概知道他的一些生活习惯一样。比如我们知道硫元素在第三周期、第六主族，我们就能大概推测出它的化合价可能有-2、+4、+6价，它的非金属性比较强，原子半径在同周期里处于中间位置等等。在实际的化工生产中，元素周期律也起到了重要的作用。比如说在寻找合适的催化剂的时候。我们知道某些金属元素具有相似的化学性质，那我们就可以在这些相似的元素里去寻找可能适合做催化剂的元素。这就像我们在一群有相似特点的人里找一个适合做某个工作的人一样。再讲讲元素周期表的分区。元素周期表可以分为s区、p区、d区、f区。s区元素主要是第一和第二主族的元素。这些元素的原子最外层电子都是在s轨道上。s区的元素就像一群简单直接的小伙伴，它们的化学性质比较相似，都比较活泼，容易失去电子。就像钠和钾，都是s区元素，它们都很容易失去最外层的一个电子，表现出很强的金属性。p区元素包括从第三主族到第八主族（除了氦）的元素。p区元素的化学性质就比较多样化了。这里面既有像铝这样的金属元素，也有像氯、氧这样的非金属元素。就像一个大杂烩，啥样的都有。p区元素的化合价也比较复杂，因为它们的最外层电子在p轨道上，有更多的变化可能性。d区元素呢，就是过渡元素。这些元素就像一群神秘的家伙。它们的性质比较特殊，往往有多种化合价。比如说铁元素，它有+2价和+3价等多种化合价。d区元素的原子结构也比较复杂，它们的d轨道电子在化学反应中也会参与进来，这就使得它们的化学性质变得很有趣。就像一个有很多技能的人，在不同的情况下能展现出不同的能力。f区元素就更神秘了。它们是镧系和锕系元素。这些元素的原子最外层和次外层电子结构都比较复杂。f区元素在一些特殊的领域有着重要的应用，比如说在核工业中。咱们再深入讲讲元素周期律里的一些细节。比如说，原子半径在同一族里的变化规律。在同一主族里，从上到下原子半径是逐渐增大的。这就好比一个家族里，爷爷辈的地盘（原子半径）比孙子辈的大。为啥呢？因为随着原子序数的增加，电子层数增多了。每增加一层电子，原子就像穿了一层更厚的衣服，半径自然就变大了。再看化合价的一些特殊情况。虽然我们说主族元素的最高正化合价一般等于族序数，但也有一些特殊的元素。比如说氧元素，它的最高正化合价不是+6价，而是+2价。这就像在一个规则里，总有一些调皮捣蛋的例外。金属性和非金属性在同一周期里的递变也有一些小细节。虽然总体趋势是从左到右金属性减弱，非金属性增强，但在一些相邻元素之间的变化并不是那么明显。就像从冬天到春天，温度是逐渐升高的，但有时候会有一些倒春寒，让你感觉冬天又回来了一点。在学习元素周期律的时候，有些地方是比较难理解的，这就是咱们这节课的难点。一个难点就是原子半径的影响因素。我们知道质子数增多会使原子半径减小，电子层数增多会使原子半径增大。但是在一些情况下，要准确判断原子半径的大小，就需要综合考虑这两个因素。比如说，锂原子和镁原子，锂原子的电子层数少，但是镁原子的质子数多，这时候要判断它们原子半径的大小就有点麻烦了。还有一个难点就是元素周期律里的一些特殊情况，像刚才说的氧元素化合价的特殊情况。这些特殊情况容易让我们在记忆和理解的时候产生混淆。我们要特别注意这些特殊情况，不能一概而论。为了更好地掌握元素周期律，我们可以做一些练习题。比如说，给你几个元素，让你比较它们原子半径的大小、化合价的情况或者金属性和非金属性的强弱。通过做这些练习题，我们就能更好地理解元素周期律的内涵。同学们，元素周期律就像一把神奇的钥匙，能打开化学元素世界里好多秘密的大门。我们要好好掌握这个规律，这样在化学的海洋里就能畅游得更轻松啦。咱们再来讲讲元素周期律在生活中的一些体现。就拿我们常见的电池来说吧。电池里有正极和负极，正极和负极的材料选择就和元素周期律有关。一般来说，我们会选择金属性比较强的元素做负极，因为它容易失去电子。比如说锌锰电池，锌的金属性比较强，就被用作负极。而正极材料的选择也会考虑到元素的氧化性等性质，这也和元素周期律脱不了干系。还有我们生活中的金属材料。像铝合金，铝是一种比较活泼的金属，但是它和其他元素形成合金后，性质就发生了改变。这是因为在合金中，不同元素之间的原子相互作用，这也和元素周期律里的原子结构和性质相关。在农业方面，元素周期律也有应用。比如说一些微量元素对植物的生长很重要。像硼元素，它在植物的花粉管生长等方面有着重要的作用。我们根据元素周期律可以知道硼元素的一些化学性质，从而更好地研究如何让植物吸收硼元素，促进植物的生长。同学们，通过这节课的学习，我们对元素周期律有了比较全面的了解