2025年高中化学新教材同步 必修第一册 第4章　第2节　第1课时　元素性质的周期性变化规律 - ty

第二节元素周期律第1课时元素性质的周期性变化规律[核心素养发展目标]1.了解元素原子核外电子排布、原子半径、主要化合价的周期性变化,认识元素周期律并理解其实质。2.会设计实验探究同周期元素性质的变化规律,会比较元素的金属性或非金属性的强弱,促进“证据推理与模型认知”化学核心素养的发展。一、核外电子排布、原子半径和主要化合价的变化1.原子核外电子排布的周期性变化以原子序数为1~18的元素为例,探究原子最外层电子数的变化,图示如下:规律:随着原子序数的递增,元素原子的最外层电子排布呈现由1到8的周期性变化(第一周期除外)。2.原子半径的周期性变化以第二、三周期元素为例,探究元素的原子半径的变化,图示如下:规律:随着原子序数的递增,元素的原子半径呈现由大到小的周期性变化。提醒原子半径的递变规律指同一周期第ⅠA族~第ⅦA族之间的变化规律,不包括稀有气体元素。思考1试比较下列微粒的半径大小(填“>”“<”或“=”)。(1)MgCaK;

(2)PSCl;

(3)Fe3+Fe2+Fe;

(4)S2-Cl-Na+Mg2+。

提示(1)<<(2)>>(3)<<(4)>>>“三看法”比较微粒半径的大小一看层,层多径大;二看核,层同核多径小;三看电子,层同核同电子多径大,如Cl->Cl、Fe2+>Fe3+。3.元素化合价的周期性变化以原子序数为1~18的元素为例,探究元素化合价的变化,图示如下:规律:随着原子序数的递增,元素的化合价呈周期性变化,即每周期,最高正价为+1→+7(O无最高正价、F无正价),负价为-4→-1。思考2主族元素的最高化合价等于其族序数,这句话对吗?为什么?提示不对。主族元素形成最高化合价时,失去(或偏移)最外层的全部电子达到稳定结构,但O、F元素因原子半径很小,非金属性很强,所以在反应中不能失去(或偏移)最外层的全部电子,故O元素没有最高正化合价、F元素无正价。主族元素主要化合价的确定方法(1)最高正价=主族序数=最外层电子数(O、F除外)。(2)最低负价=最高正价-8(H、O、F除外)。(3)H的最高价为+1,最低价为-1。1.判断正误(1)第二周期元素从左至右,最高正价从+1递增到+7 ()(2)原子半径最小的元素是氢元素 ()(3)氢元素除了有+1价外,也可以有-1价,如NaH ()(4)主族元素的最低负价等于其族序数-8 ()(5)第三周期原子半径最大的元素为钠 ()答案(1)×(2)√(3)√(4)×(5)√2.下列说法正确的是 ()A.原子序数越大,原子半径一定越大B.电子层数多的原子半径一定比电子层数少的原子半径大C.元素性质的周期性变化不是元素性质的简单重复D.按C、N、O、F的顺序,元素的最高正化合价依次升高答案C解析主族元素的原子半径随原子序数的递增呈周期性变化,故A错误;氯原子比锂原子多一个电子层,但原子半径:r(Li)>r(Cl),故B错误;元素性质的周期性变化不是简单的重复,变化的程度不同,变化的起点和终点也不同,故C正确;氟是最活泼的非金属元素,它只有负化合价,没有正化合价,故D项错误。3.(2024·海口长流中学高一月考)若某非金属元素X的最高价氧化物对应的水化物的化学式为HnXOm,则X元素的族序数为,它的最高价氧化物的化学式为,氢化物的化学式为。

答案2m-nX2O2m-nH(8-2m+n)X解析HnXOm中H为+1价,O为-2价,则X为+(2m-n)价,元素的主族序数等于最外层电子数,则X元素的族序数为2m-n;它的最高价氧化物的化学式为X2O2m-n,其最低负价为2m-n-8=-(8-2m+n),则其氢化物为H(8-2m+n)X。二、同周期元素金属性和非金属性的递变规律以第三周期元素为例探究元素性质的递变规律。1.预测:元素性质的递变规律第三周期元素电子层数相同,由左向右核电荷数依次增多,原子半径依次减小,失电子的能力依次减弱,得电子的能力依次增强,预测它们的金属性依次减弱,非金属性依次增强。2.实验探究:金属性的递变规律(1)Na、Mg元素金属性强弱比较原理金属与水反应置换出H2的难易程度操作现象镁条表面附着少量气泡剧烈反应,溶液变成浅红色化学反应-Mg+2H2OMg(OH)2+H2↑结论结合Na与水的反应的现象,Na与水反应置换H2比Mg容易,则金属性:Na>Mg(2)Mg、Al元素金属性强弱比较原理金属的最高价氧化物对应的水化物的碱性强弱物质Al(OH)3Mg(OH)2操作现象A中沉淀溶解B中沉淀溶解C中沉淀溶解D中沉淀不溶解A、B、C、D试管中的离子方程式A:Al(OH)3+3H+Al3++3H2OB:Al(OH)3+OH-[Al(OH)4]-C:Mg(OH)2+2H+Mg2++2H2OD:不反应结论Al(OH)3是两性氢氧化物,其碱性弱于Mg(OH)2(中强碱),更弱于NaOH(强碱),则金属性:Na>Mg>Al思考1下列物质①NaHCO3②Na2CO3③Al(OH)3④AlCl3⑤Al⑥Al2O3中,既能与盐酸反应,又能与氢氧化钠溶液反应的是。

答案①③⑤⑥解析②Na2CO3只能与盐酸反应生成NaCl、CO2和H2O,不能与NaOH溶液反应;④AlCl3只能与NaOH溶液反应,不能与盐酸反应。3.信息获取:非金属性的递变规律SiPSCl判断依据与氢气化合高温磷蒸气与氢气反应加热光照或点燃由易到难的顺序是Cl、S、P、Si判断依据最高价氧化物对应的水化物的酸性强弱H2SiO3弱酸H3PO4中强酸H2SO4强酸HClO4强酸(酸性比H2SO4强)酸性:HClO4>H2SO4>H3PO4>H2SiO3结论随着原子序数的递增,同周期的Si、P、S、Cl得电子的能力逐渐增强,非金属性逐渐增强4.元素周期律(1)内容:元素的性质随着原子序数的递增而呈周期性的变化。(2)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。思考2从原子结构角度解释同周期元素从左至右金属性逐渐减弱,非金属性逐渐增强的原因。提示在同一周期中,各元素的原子核外电子层数虽然相同,但从左至右,随核电荷数的增加,原子半径逐渐减小,原子核对最外层电子的吸引力逐渐增强,失电子能力逐渐减弱,金属性逐渐减弱,得电子能力逐渐增强,非金属性逐渐增强。1.判断正误(1)第三周期元素中,最高价氧化物对应水化物的酸性最强的为H2SO4 ()(2)可以通过简单气态氢化物的稳定性比较元素的非金属性 ()(3)Al(OH)3是两性氢氧化物,与氨水、盐酸均可反应 ()(4)盐酸可以与Na2CO3溶液反应生成CO2,可由此推出非金属性:Cl>C ()(5)因为金属钠常失去1个电子,而铝失去3个电子,所以钠的金属性小于铝的金属性 ()答案(1)×(2)√(3)×(4)×(5)×2.除第一周期外,下列关于同周期主族元素的变化规律的叙述不正确的是 ()A.从左到右,原子半径逐渐减小B.从左到右,单质的氧化性逐渐减弱,还原性逐渐增强C.从左到右,元素最高价氧化物对应水化物的碱性逐渐减弱,酸性逐渐增强D.从左到右,元素最高正化合价从+1递变到+7(氧、氟除外),最低负化合价从-4递变到-1答案B解析同周期主族元素从左到右,原子半径逐渐减小,A项正确;同周期主族元素从左到右,单质的氧化性逐渐增强,还原性逐渐减弱,B项错误;同周期主族元素从左到右,元素的金属性逐渐减弱,非金属性逐渐增强,故元素最高价氧化物对应水化物的碱性逐渐减弱,酸性逐渐增强,C项正确;同周期主族元素从左到右,元素的最高正化合价呈现从+1到+7(氧、氟除外),最低负化合价呈现从-4到-1的周期性变化,D项正确。3.下列事实不能用于比较元素金属性或非金属性强弱的是 ()A.Na比Mg与冷水反应剧烈,金属性:Na>MgB.F2比O2更容易与H2化合,非金属性:F>OC.KOH的碱性强于Ca(OH)2,金属性:K>CaD.盐酸的酸性强于H2SO3,非金属性:Cl>S答案D解析依据元素周期律,金属与水反应越剧烈,失电子能力越强,金属性越强,Na比Mg与冷水反应剧烈,则金属性:Na>Mg,A不符合题意;非金属性越强,非金属单质与氢气化合越剧烈,F2比O2更容易与H2化合,所以非金属性:F>O,B不符合题意;金属性越强,其最高价氧化物对应的水化物的碱性越强,KOH的碱性强于Ca(OH)2,所以金属性:K>Ca,C不符合题意;非金属性越强,最高价氧化物对应的水化物的酸性越强,虽然盐酸的酸性强于H2SO3,但盐酸是无氧酸,且H2SO3也不是S元素的最高价含氧酸,所以不能得出:非金属性:Cl>S,D符合题意。1.某主族元素的最高正价与最低负价的代数和为4,则该元素原子的最外层电子数为 ()A.4B.5C.6D.7答案C解析设该元素的最高正价为x,最低负价为y,则x+y=4x+y=8,解得2.(2024·安徽宿州高一期末)下列性质的比较,不能用元素周期律解释的是 ()A.氧化性:Cl2>Br2>I2B.失电子能力:K>Na>LiC.酸性:HClO4>H2SO4>H2SO3D.原子半径:N>O>H答案C解析元素周期表中同主族从下到上,同周期从左到右,元素的非金属性逐渐增强,最高价氧化物对应水化物的酸性增强,亚硫酸中硫不是最高价,酸性:HClO4>H2SO4>H2SO3,不能用元素周期律解释,故选C。3.下列有关微粒半径大小关系比较中,正确的是 ()A.r(Cu)>r(Cu+)>r(Cu2+)B.原子X与Y的原子序数:X>Y,则原子半径一定是X<YC.微粒X+与Y-的核外电子排布相同,则离子半径:X+>Y-D.同一主族非金属元素原子半径:X>Y,则非金属性:X>Y答案A解析同一元素不同粒子,核外电子数越多,半径越大,r(Cu)>r(Cu+)>r(Cu2+),A正确;原子X与Y的原子序数:X>Y,若X周期数远大于Y,则原子半径:X>Y,B错误;微粒X+与Y-的核外电子排布相同,则离子半径:X+<Y-,C错误;同一主族元素随原子序数变大,原子半径依次变大,同一主族非金属元素原子半径:X>Y,则原子序数:X>Y,非金属性:X<Y,D错误。4.C、O、Na、Al、Si、S、Cl是常见的几种元素。请回答下列问题:(1)C在元素周期表中的位置为,在C、O、Si、S、Cl元素形成的简单氢化物中,稳定性最差的氢化物的化学式为。

(2)用“>”“<”或“=”填空。离子半径酸性得电子能力O2-Al3+

H2SO4HClO4

35Cl37Cl

(3)利用如图所示的装置可验证同主族元素非金属性的变化规律。①仪器B的名称为,干燥管D的作用是。

②若要证明非金属性:Cl>I,则A中加浓盐酸,B中加KMnO4(KMnO4与浓盐酸常温下反应生成Cl2),C中加KI⁃淀粉溶液,观察到C中溶液的现象,即可证明。从环境保护的观点考虑,此装置缺少尾气处理装置,请用离子方程式表示尾气处理原理:。

③已知H2SiO3是白色沉淀,酸性比H2CO3弱。若要证明非金属性:C>Si,则在A中加盐酸、B中加CaCO3、C中加Na2SiO3溶液,观察到C中溶液的现象,即可证明。但有的同学认为盐酸具有挥发性,可进入C中干扰实验,应在两装置间添加装有溶液的洗气瓶。

答案(1)第二周期第ⅣA族SiH4(2)><=(3)①锥形瓶防倒吸②变蓝Cl2+2OH-Cl-+ClO-+H2O③有白色沉淀生成饱和NaHCO3解析(1)C的原子序数为6,位于周期表中第二周期第ⅣA族。在CH4、H2O、SiH4、H2S、HCl几种氢化物中,SiH4的稳定性最差。(2)由于O2-、Al3+具有相同的电子层结构,原子序数越小,其离子半径越大,所以O2-的离子半径大于Al3+的离子半径。Cl的非金属性大于S,所以H2SO4的酸性小于HClO4的酸性。35Cl和37Cl互为