2024-2025学年高中化学第一章物质结构元素周期律第二节2元素周期律学案新人教版必修2

PAGE12-第2课时元素周期律1.原子核外电子排布改变2.元素原子半径的改变3.元素化合价改变4．元素金属性和非金属性的周期性改变：(1)钠、镁、铝金属性强弱的比较。①方法a．钠、镁与水的反应b．镁、铝与盐酸的反应c．钠、镁、铝最高价氧化物对应水化物的碱性碱性由强到弱：NaOH>Mg(OH)2>Al(OH)3。②结论金属性由强到弱的依次为Na>Mg>Al。(2)硅、磷、硫、氯非金属性强弱的比较。①方法a．与氢气化合b．最高价氧化物对应水化物的酸性酸性由强到弱的依次为HClO4>H2SO4>H3PO4>H2SiO3。②结论非金属性由强到弱的依次为Cl>S>P>Si。(3)同周期元素性质的递变规律(自左向右)。元素的金属性渐渐减弱，非金属性渐渐增加。5．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的改变，这个规律叫做元素周期律。说明：①元素性质的周期性改变是元素原子的核外电子排布的周期性改变的必定结果，即元素原子核外电子排布的周期性改变确定了元素性质的周期性改变，也就是原子结构确定元素性质。②元素的性质一般指的是元素的化合价、金属性、非金属性、最高价氧化物对应的水化物的酸碱性，气态氢化物的稳定性等。探究点一元素周期表中元素性质的改变规律同周期(从左往右)同主族(从上到下)原子半径减小增大主要化合价＋1→＋7－4→－1相像(最高正价相同)金属性减弱增加非金属性增加减弱单质氧化性增加减弱还原性减弱增加离子阳离子氧化性增加减弱阴离子还原性减弱增加氢化物稳定性增加减弱还原性减弱增加最高价氧化物对应的水化物酸性增加减弱碱性减弱增加以第三周期元素为例说明：1.试用元素周期表中元素性质的改变规律分析钾和镁的金属性的强弱。提示：依据元素周期表中元素性质的改变规律可知，同主族元素从上到下金属性渐渐增加，即金属性K>Na，同周期从左到右金属性渐渐减弱，即金属性Na>Mg，故金属性K>Na>Mg。2．已知HF是弱酸，酸性HCl>HF，能否说明非金属性Cl>F?提示：不能。不能依据氢化物水溶液的酸性强弱推断元素的非金属性强弱，应当依据氢化物的稳定性推断，或依据最高价氧化物对应的水化物的酸性推断。[例1]X、Y、Z三种元素的电子层数相同，其最高价氧化物对应的水化物酸性由强到弱的依次是HZO4>H2YO4>H3XO4，下列推断正确的是()A．阴离子的还原性按X、Y、Z的依次增加B．单质的氧化性按X、Y、Z的依次减弱C．原子半径按X、Y、Z的依次减小D．气态氢化物的稳定性按X、Y、Z的依次减弱[思路分析]解答元素性质的改变规律题目的一般思路(1)首先推断所给元素的相对位置，即是同周期还是同主族。(2)然后依据元素周期律得出相应的结论。(3)最终考虑应用一般规律解答的对象是否有特别性。[解析]由题意知，X、Y、Z位于同一周期，且三者的原子序数关系为X<Y<Z，依据同周期元素的性质改变规律知：阴离子的还原性为X3－>Y2－>Z－，单质的氧化性为X<Y<Z，原子半径为X>Y>Z，气态氢化物的稳定性为XH3<H2Y<HZ。[答案]C下列结论错误的是(B)①微粒半径：K＋>Al3＋>S2－>Cl－②氢化物的稳定性：HF>HCl>H2S>PH3>SiH4③离子的还原性：S2－>Cl－>Br－>I－④氧化性：Cl2>S>Se>Te⑤酸性：H2SO4>H3PO4>H2CO3>HClO4⑥非金属性：O>N>P>Si⑦金属性：Be<Mg<Ca<KA．只有① B．①③⑤C．②④⑤⑥⑦ D．②④⑥解析：①中微粒半径应为S2－>Cl－>K＋>Al3＋；③中离子还原性应为S2－>I－>Br－>Cl－；⑤中非金属性Cl>S>P>C，故其最高价氧化物对应水化物的酸性应为：HClO4>H2SO4>H3PO4>H2CO3，①③⑤错，故选B。探究点二微粒半径大小比较1．原子半径的比较(1)同周期的元素(电子层数相同)，从左到右原子半径渐渐减小(稀有气体除外)。如r(Na)>r(Mg)>r(Al)>r(Si)>r(P)>r(S)>r(Cl)。(2)同主族的元素(最外层电子数相同)，从上到下原子半径渐渐增大。如r(Li)<r(Na)<r(K)；r(O)<r(S)<r(Se)。2．离子半径的比较(1)同种元素的不同微粒，核电荷数相同，其半径的大小取决于电子层数及电子数的多少，电子层数越多半径越大，电子数越多半径越大，故r(阳离子)<r(原子)<r(阴离子)；价态越高，微粒的半径越小，如r(Fe3＋)<r(Fe2＋)<r(Fe)。(2)同周期元素形成的阳离子，从左到右阳离子半径渐渐减小。如r(Na＋)>r(Mg2＋)>r(Al3＋)。同周期元素形成的阴离子，从左到右阴离子半径渐渐减小。如r(P3－)>r(S2－)>r(Cl－)。留意：元素的阳离子半径均小于其阴离子半径。(3)同主族带相同电荷的离子，电子层数越多，半径越大。如r(Li＋)<r(Na＋)<r(K＋)<r(Rb＋)<r(Cs＋)；r(F－)<r(Cl－)<r(Br－)<r(I－)。(4)具有相同电子层结构的离子半径随着原子序数的增大而减小(即“序小径大”)。如Na＋、Mg2＋、Al3＋、F－、O2－具有相同的电子层结构，其离子半径关系为r(O2－)>r(F－)>r(Na＋)>r(Mg2＋)>r(Al3＋)。3．简洁粒子的半径大小可按“三看”方法比较(适用于中学阶段)“一看”电子层数：当电子层数不同时，电子层数越多，半径越大。“二看”核电荷数：当电子层数相同时，核电荷数越大，半径越小。“三看”核外电子数：当电子层数和核电荷数均相同时，核外电子数越多，半径越大。如何比较既不同周期也不同主族元素的原子半径大小？以Si、Ca为例说明。提示：Mg、Si处于同一周期，Mg的核电荷数小于Si的核电荷数，故Mg的原子半径大于Si的原子半径。Mg、Ca处于同一主族，原子半径r(Ca)>r(Mg)，故Ca的原子半径大于Si的原子半径，即r(Ca)>r(Si)。[例2]已知短周期元素的离子aA3＋、bB＋、cC2－、dD－都具有相同的电子层结构，则下列叙述中正确的是()A．原子半径：A>B>D>CB．原子序数：d>c>b>aC．离子半径：C2－>D－>B＋>A3＋D．单质的还原性：A>B>D>C[思路分析]依据电子层结构进行一系列学问的比较推断是常见的一类题型，解答此类题目的关键是正确推断元素在元素周期表中的相对位置。[解析]依据题意，该题中四种元素在元素周期表中的相对位置应为eq\f(…CD,BA…)，则原子序数关系应为a>b>d>c；依据同一周期元素的原子半径从左到右渐渐减小，同一主族元素的原子半径从上到下渐渐增大的规律，则原子半径：B>A>C>D；因为相同电子层结构的离子，核电荷数越大，离子半径越小，所以离子半径：C2－>D－>B＋>A3＋；同一周期元素的金属性从左到右渐渐减弱，非金属性渐渐增加，同一主族元素的金属性从上到下渐渐增加，非金属性渐渐减弱，所以单质的还原性：B>A>C>D。[答案]C下列微粒半径之比大于1的是(B)A.eq\f(rMg,rCa) B.eq\f(rK＋,rCa2＋)C.eq\f(rS,rP) D.eq\f(rCl,rCl－)解析：A项，同主族元素的原子半径从上到下依次增大，即r(Mg)<r(Ca)，故eq\f(rMg,rCa)<1，错误；B项，因K＋、Ca2＋具有相同的电子层结构，故离子半径随核电荷数的增大而减小，即r(K＋)>r(Ca2＋)，故eq\f(rK＋,rCa2＋)>1，正确；C项，同周期主族元素的原子半径从左到右依次减小，即r(S)<r(P)，故eq\f(rS,rP)<1，错误；D项，同种元素的阴离子半径>原子半径>阳离子半径，即r(Cl－)>r(Cl)，故eq\f(rCl,rCl－)<1，错误。探究点三比较元素金属性、非金属性的方法1．元素金属性是指金属原子失去电子的实力，金属原子越易失电子，则元素金属性越强；反之，元素金属性越弱。元素非金属性是指非金属原子得到电子的实力，非金属原子越易得到电子，则元素非金属性越强；反之，元素非金属性越弱。2．元素金属性强弱的推断依据(1)从元素原子结构推断①当最外层电子数相同时，电子层数越多，原子半径越大，越易失去电子，金属性越强。即同主族元素从上到下，金属性渐渐增加。②当电子层数相同时，核电荷数越多越难失去电子，金属性越弱。即同周期元素从左到右，金属性渐渐减弱。(2)单质的还原性①单质与水或酸反应置换出氢气的难易：金属单质与水或酸(非氧化性酸)置换出氢气越简洁(反应越猛烈)，表明元素的金属性越强。②金属单质之间的置换反应：一种金属能把另一种金属从它的盐溶液里置换出来，表明前一种金属元素金属性较强，被置换出的金属元素金属性较弱。③与同一种非金属单质反应，在其他条件相同的状况下：假如反应条件越苛刻，则金属元素的金属性越弱；假如反应越猛烈，则金属元素的金属性越强。(3)金属阳离子的氧化性：金属阳离子(只有一种阳离子)的氧化性越弱，其对应金属元素的金属性越强。(4)最高价氧化物对应水化物的碱性：最高价氧化物对应水化物的碱性越强，表明元素的金属性越强。(5)元素在周期表中的位置：在同一周期中，从左到右，金属性渐渐减弱；在同一主族中，从上到下，金属性渐渐增加。即元素在周期表中的位置越处于左下方，元素的金属性越强。3．元素非金属性强弱的推断依据(1)从元素原子结构推断①当电子层数相同时，核电荷数越多，越易得到电子，非金属性越强。即同周期元素从左到右，非金属性渐渐增加。②当最外层电子数相同时，电子层数越多，原子半径越大，越不易得到电子，非金属性越弱。即同主族元素从上到下，非金属性渐渐减弱。(2)单质的氧化性①单质与氢气化合的难易程度：非金属单质与氢气化合越简洁，则元素的非金属性越强。②非金属单质之间的置换反应：对于特定的置换反应，一种非金属单质能把另一种非金属元素从它的盐溶液或酸溶液中置换出来，表明前一种元素非金属性较强，被置换出的元素非金属性较弱。③与同一种金属单质反应，在其他条件相同的状况下：假如反应条件越苛刻，非金属元素的非金属性就越弱；假如反应越猛烈，非金属元素的非金属性就越强。④与同种变价金属反应被氧化后的金属价态越高，非金属元素的非金属性越强。(3)气态氢化物的稳定性：气态氢化物越稳定，则元素的非金属性越强。(4)气态氢化物或非金属阴离子的还原性越弱，元素非金属性越强。(5)最高价氧化物对应水化物的酸性：最高价氧化物对应水化物的酸性越强，表明元素的非金属性越强。(6)元素在周期表中的位置在同一周期中，从左到右，非金属性渐渐增加；在同一主族中，从上到下，非金属性渐渐减弱。即元素在周期表中的位置越处于右上方，元素的非金属性越强。留意：(1)氟元素没有正价态，氟没有含氧酸，所以最高价氧化物对应水化物的酸性最强的是高氯酸。(2)不能依据氢化物水溶液的酸性强弱推断元素的非金属性强弱，应当依据氢化物的稳定性推断。(3)不能依据元素全部含氧酸的酸性推断元素的非金属性强弱，应当依据元素最高价含氧酸的酸性强弱推断。Na在反应中失去1个电子，而Mg在反应中失去2个电子，所以，金属性依次为Mg>Na，对吗？提示：不对。元素金属性和非金属性强弱推断的依据是元素失去或得到电子的难易程度，与失去或得到电子的多少无关，因此，金属性强弱依次应为Na>Mg。[例3]甲、乙两种非金属元素：①甲的单质比乙的单质简洁与H2化合；②甲的单质能与乙的阴离子发生置换反应；③甲的最高价氧化物对应水化物的酸性比乙的最高价氧化物对应水化物的酸性强；④与某金属反应时，甲原子得电子数目比乙的多；⑤甲的单质熔、沸点比乙的低。能说明甲比乙的非金属性强的是()A．①②④ B．②③⑤C．①②③ D．①②③④[解析]元素的非金属性越强，其单质越简洁与H2化合，其最高价氧化物对应水化物的酸性越强；甲的单质能与乙的阴离子发生置换反应说明甲单质的氧化性强，即甲得电子的实力强；得电子数目的多少，单质熔、沸点的凹凸与得电子实力的强弱无关。[答案]C下列事实不能作为试验推断依据的是(B)A．钠和镁分别与冷水反应，推断金属活动性强弱B．铁投入CuSO4溶液中，能置换出铜，钠投入CuSO4溶液中不能置换出铜，推断钠与铁的金属活动性强弱C．酸性H2CO3<H2SO4，推断硫与碳的非金属活动性强弱D．Br2与I2分别与足量的H2反应，推断溴与碘的非金属活动性强弱解析：A项符合金属与水反应推断金属活动性强弱的依据；因Na的金属活动性太强，与溶液反应时会先与H2O反应，故B项不能作为推断依据；C项中依据H2CO3、H2SO4都是最高价含氧酸，由它们的酸性强弱可以推知硫的非金属性比碳强；D项所述符合依据非金属单质与H2反应难易推断非金属活动性强弱的依据。1．下列说法正确的是(C)A．原子序数越大，原子半径肯定越大B．电子层数多的原子半径肯定比电子层数少的原子半径大C．元素性质的周期性改变不是元素性质的简洁重复D．按C、N、O、F的依次，元素的最高正价依次上升解析：原子半径随原子序数的递增不是始终增大下去，而是呈周期性改变，故A不正确；原子半径的大小受电子层数、核电荷数及核外电子数等因素的影响，其中电子层数是主要的，但不是唯一因素，例如，Cl原子比Li多一个电子层，但原子半径r(Li)>r(Cl)，故B不正确；氟是最活泼的非金属元素，它只有负价，没有正价，氧的非金属性也很强，很少有正价，一般只有负价，故D不正确。答案为C。2．下列有关性质的比较，不能用元素周期律说明的是(D)A．酸性：H2SO4>H3PO4B．非金属性：Cl>BrC．碱性：NaOH>Mg(OH)2D．热稳定性：Na2CO3>NaHCO3解析：A项，元素的非金属性越强，其最高价氧化物对应水化物的酸性越强，非金属性S>P，则酸性H2SO4>H3PO4，能用元素周期律说明。B项，同主族元素从上到下非金属性依次减弱，则非金属性：Cl>Br，能用元素周期律说明。C项，元素的金属性越强，其最高价氧化物对应水化物的碱性越强，金属性Na>Mg，则碱性NaOH>Mg(OH)2，能用元素周期律说明。D项，碳酸氢盐易分解，碳酸盐难分解，所以热稳定性：Na2CO3>NaHCO3，不能用元素周期律说明，故选D。3．X和Y两元素的阳离子具有相同的电子层结构，X元素的阳离子半径大于Y元素的阳离子半径；Z和Y两元素的原子核外电子层数相同，Z元素的原子半径小于Y元素的原子半径。X、Y、Z三种元素原子序数的关系是(D)A．X>Y>Z B．Y>X>ZC．Z>X>Y D．Z>Y>X解析：依据原子序数和元素周期律推想原子和离子半径大小是正向思维。而本题是已知原子和离子半径的大小，推断原子序数大小的关系是逆向思维。电子层结构相同的阳离子，核电荷数大的则半径小；具有相同电子层数的原子随着原子序数增大，原子半径递减。依据题意，X元素的阳离子半径大于Y元素的阳离子半径，则X的原子序数小于Y的原子序数；Z和Y元素的原子核外电子层数相同，且Z元素的原子半径小于Y元素的原子半径，则Z元素的原子序数大于Y元素。由此得出三种元素原子序数的关系为Z>Y>X。4．W、X、Y、Z是原子序数为1～18的元素，它们的原子核外电子层数相同且原子序数依次增大，W、X是金属元素，Y的氢化物为H2Y，Z单质能与H2Y反应生成Y单质。W和X两种元素的最高价氧化物的水化物可以发生反应生成盐和水。下列推断正确的是(C)A．X的金属性强于WB．简洁离子的氧化性：W>XC．简洁离子的半径：Y>Z>W>XD．Y的一种氧化物通入含有Z单质的水溶液中，其水溶液的颜色不变解析：由W和X两种金属元素的最高价氧化物的水化物可以发生反应生成盐和水，且原子序数W小于X，可推知W是Na元素，X是Al元素，再结合条件推出Y为S，Z为Cl。A项，Na的金属性强于Al，错误。B项，元素金属性越强，其简洁离子的氧化性越弱，故氧化性：Na＋<Al3＋，错误。C项，Na＋、Al3＋的电子层结构相同，S2－和Cl－的电子层结构相同，电子层结构相同的离子随着核电荷数的增多，离子半径渐渐减小，故离子半径：Na＋>Al3＋、S2－>Cl－；由于S2－和Cl－具有3个电子层，而Na＋和Al3＋具有2个电子层，故离子半径：S2－>Cl－>Na＋>Al3＋，正确。D项，SO2与氯水中的Cl2反应导致溶液颜色变浅，错误。5．下列各组元素性质的递变错误的是(C)A．Li、Be、B原子最外层电子数依次增多B．P、S、Cl元素的最高正化合价依次上升C．B、C、N、O、F原子半径依次增大D．Li、Na、K、Rb的金属性依次增加解析：Li、Be、B原子的最外层电子数分别为1、2、3，A正确；P、S、Cl的最高正价分别是＋5价、＋6价、＋7价，B正确；B、C、N、O、F原子的电子层数相同，最外层电子数依次增多，则原子半径依次减小，C错误；Li、Na、K、Rb的最外层电子数相同，原子半径依次增大，则金属性依次增加，D正确。6．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S⑤Cl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FeS⑦Cl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．②⑤⑧C．②⑤⑦ D．①②④解析：通过含氧酸的酸性强弱来推断元素的非金属性强弱，肯定要留意是用最高价的含氧酸，②错误；⑤没有说明电子层数相同，所以⑤错误；⑦可以说明Cl与S为同周期，且Cl在S的右面