2025年高中化學(xué)新教材同步 必修第一冊(cè) 第4章　第2節(jié)　第1課時(shí)　元素性質(zhì)的周期性變化規(guī)律 - ty

第二節(jié)元素周期律第1課時(shí)元素性質(zhì)的周期性變化規(guī)律[核心素養(yǎng)發(fā)展目標(biāo)]1.了解元素原子核外電子排布、原子半徑、主要化合價(jià)的周期性變化,認(rèn)識(shí)元素周期律并理解其實(shí)質(zhì)。2.會(huì)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)探究同周期元素性質(zhì)的變化規(guī)律,會(huì)比較元素的金屬性或非金屬性的強(qiáng)弱,促進(jìn)“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”化學(xué)核心素養(yǎng)的發(fā)展。一、核外電子排布、原子半徑和主要化合價(jià)的變化1.原子核外電子排布的周期性變化以原子序數(shù)為1~18的元素為例,探究原子最外層電子數(shù)的變化,圖示如下:規(guī)律:隨著原子序數(shù)的遞增,元素原子的最外層電子排布呈現(xiàn)由1到8的周期性變化(第一周期除外)。2.原子半徑的周期性變化以第二、三周期元素為例,探究元素的原子半徑的變化,圖示如下:規(guī)律:隨著原子序數(shù)的遞增,元素的原子半徑呈現(xiàn)由大到小的周期性變化。提醒原子半徑的遞變規(guī)律指同一周期第ⅠA族~第ⅦA族之間的變化規(guī)律,不包括稀有氣體元素。思考1試比較下列微粒的半徑大小(填“>”“<”或“=”)。(1)MgCaK;

(2)PSCl;

(3)Fe3+Fe2+Fe;

(4)S2-Cl-Na+Mg2+。

提示(1)<<(2)>>(3)<<(4)>>>“三看法”比較微粒半徑的大小一看層,層多徑大;二看核,層同核多徑小;三看電子,層同核同電子多徑大,如Cl->Cl、Fe2+>Fe3+。3.元素化合價(jià)的周期性變化以原子序數(shù)為1~18的元素為例,探究元素化合價(jià)的變化,圖示如下:規(guī)律:隨著原子序數(shù)的遞增,元素的化合價(jià)呈周期性變化,即每周期,最高正價(jià)為+1→+7(O無(wú)最高正價(jià)、F無(wú)正價(jià)),負(fù)價(jià)為-4→-1。思考2主族元素的最高化合價(jià)等于其族序數(shù),這句話對(duì)嗎?為什么?提示不對(duì)。主族元素形成最高化合價(jià)時(shí),失去(或偏移)最外層的全部電子達(dá)到穩(wěn)定結(jié)構(gòu),但O、F元素因原子半徑很小,非金屬性很強(qiáng),所以在反應(yīng)中不能失去(或偏移)最外層的全部電子,故O元素沒(méi)有最高正化合價(jià)、F元素?zé)o正價(jià)。主族元素主要化合價(jià)的確定方法(1)最高正價(jià)=主族序數(shù)=最外層電子數(shù)(O、F除外)。(2)最低負(fù)價(jià)=最高正價(jià)-8(H、O、F除外)。(3)H的最高價(jià)為+1,最低價(jià)為-1。1.判斷正誤(1)第二周期元素從左至右,最高正價(jià)從+1遞增到+7 ()(2)原子半徑最小的元素是氫元素 ()(3)氫元素除了有+1價(jià)外,也可以有-1價(jià),如NaH ()(4)主族元素的最低負(fù)價(jià)等于其族序數(shù)-8 ()(5)第三周期原子半徑最大的元素為鈉 ()答案(1)×(2)√(3)√(4)×(5)√2.下列說(shuō)法正確的是 ()A.原子序數(shù)越大,原子半徑一定越大B.電子層數(shù)多的原子半徑一定比電子層數(shù)少的原子半徑大C.元素性質(zhì)的周期性變化不是元素性質(zhì)的簡(jiǎn)單重復(fù)D.按C、N、O、F的順序,元素的最高正化合價(jià)依次升高答案C解析主族元素的原子半徑隨原子序數(shù)的遞增呈周期性變化,故A錯(cuò)誤;氯原子比鋰原子多一個(gè)電子層,但原子半徑:r(Li)>r(Cl),故B錯(cuò)誤;元素性質(zhì)的周期性變化不是簡(jiǎn)單的重復(fù),變化的程度不同,變化的起點(diǎn)和終點(diǎn)也不同,故C正確;氟是最活潑的非金屬元素,它只有負(fù)化合價(jià),沒(méi)有正化合價(jià),故D項(xiàng)錯(cuò)誤。3.(2024·海口長(zhǎng)流中學(xué)高一月考)若某非金屬元素X的最高價(jià)氧化物對(duì)應(yīng)的水化物的化學(xué)式為HnXOm,則X元素的族序數(shù)為,它的最高價(jià)氧化物的化學(xué)式為,氫化物的化學(xué)式為。

答案2m-nX2O2m-nH(8-2m+n)X解析HnXOm中H為+1價(jià),O為-2價(jià),則X為+(2m-n)價(jià),元素的主族序數(shù)等于最外層電子數(shù),則X元素的族序數(shù)為2m-n;它的最高價(jià)氧化物的化學(xué)式為X2O2m-n,其最低負(fù)價(jià)為2m-n-8=-(8-2m+n),則其氫化物為H(8-2m+n)X。二、同周期元素金屬性和非金屬性的遞變規(guī)律以第三周期元素為例探究元素性質(zhì)的遞變規(guī)律。1.預(yù)測(cè):元素性質(zhì)的遞變規(guī)律第三周期元素電子層數(shù)相同,由左向右核電荷數(shù)依次增多,原子半徑依次減小,失電子的能力依次減弱,得電子的能力依次增強(qiáng),預(yù)測(cè)它們的金屬性依次減弱,非金屬性依次增強(qiáng)。2.實(shí)驗(yàn)探究:金屬性的遞變規(guī)律(1)Na、Mg元素金屬性強(qiáng)弱比較原理金屬與水反應(yīng)置換出H2的難易程度操作現(xiàn)象鎂條表面附著少量氣泡劇烈反應(yīng),溶液變成淺紅色化學(xué)反應(yīng)-Mg+2H2OMg(OH)2+H2↑結(jié)論結(jié)合Na與水的反應(yīng)的現(xiàn)象,Na與水反應(yīng)置換H2比Mg容易,則金屬性:Na>Mg(2)Mg、Al元素金屬性強(qiáng)弱比較原理金屬的最高價(jià)氧化物對(duì)應(yīng)的水化物的堿性強(qiáng)弱物質(zhì)Al(OH)3Mg(OH)2操作現(xiàn)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試管中的離子方程式A:Al(OH)3+3H+Al3++3H2OB:Al(OH)3+OH-[Al(OH)4]-C:Mg(OH)2+2H+Mg2++2H2OD:不反應(yīng)結(jié)論Al(OH)3是兩性氫氧化物,其堿性弱于Mg(OH)2(中強(qiáng)堿),更弱于NaOH(強(qiáng)堿),則金屬性:Na>Mg>Al思考1下列物質(zhì)①NaHCO3②Na2CO3③Al(OH)3④AlCl3⑤Al⑥Al2O3中,既能與鹽酸反應(yīng),又能與氫氧化鈉溶液反應(yīng)的是。

答案①③⑤⑥解析②Na2CO3只能與鹽酸反應(yīng)生成NaCl、CO2和H2O,不能與NaOH溶液反應(yīng);④AlCl3只能與NaOH溶液反應(yīng),不能與鹽酸反應(yīng)。3.信息獲取:非金屬性的遞變規(guī)律SiPSCl判斷依據(jù)與氫氣化合高溫磷蒸氣與氫氣反應(yīng)加熱光照或點(diǎn)燃由易到難的順序是Cl、S、P、Si判斷依據(jù)最高價(jià)氧化物對(duì)應(yīng)的水化物的酸性強(qiáng)弱H2SiO3弱酸H3PO4中強(qiáng)酸H2SO4強(qiáng)酸HClO4強(qiáng)酸(酸性比H2SO4強(qiáng))酸性:HClO4>H2SO4>H3PO4>H2SiO3結(jié)論隨著原子序數(shù)的遞增,同周期的Si、P、S、Cl得電子的能力逐漸增強(qiáng),非金屬性逐漸增強(qiáng)4.元素周期律(1)內(nèi)容:元素的性質(zhì)隨著原子序數(shù)的遞增而呈周期性的變化。(2)實(shí)質(zhì):元素性質(zhì)的周期性變化是元素原子的核外電子排布周期性變化的必然結(jié)果。思考2從原子結(jié)構(gòu)角度解釋同周期元素從左至右金屬性逐漸減弱,非金屬性逐漸增強(qiáng)的原因。提示在同一周期中,各元素的原子核外電子層數(shù)雖然相同,但從左至右,隨核電荷數(shù)的增加,原子半徑逐漸減小,原子核對(duì)最外層電子的吸引力逐漸增強(qiáng),失電子能力逐漸減弱,金屬性逐漸減弱,得電子能力逐漸增強(qiáng),非金屬性逐漸增強(qiáng)。1.判斷正誤(1)第三周期元素中,最高價(jià)氧化物對(duì)應(yīng)水化物的酸性最強(qiáng)的為H2SO4 ()(2)可以通過(guò)簡(jiǎn)單氣態(tài)氫化物的穩(wěn)定性比較元素的非金屬性 ()(3)Al(OH)3是兩性氫氧化物,與氨水、鹽酸均可反應(yīng) ()(4)鹽酸可以與Na2CO3溶液反應(yīng)生成CO2,可由此推出非金屬性:Cl>C ()(5)因?yàn)榻饘兮c常失去1個(gè)電子,而鋁失去3個(gè)電子,所以鈉的金屬性小于鋁的金屬性 ()答案(1)×(2)√(3)×(4)×(5)×2.除第一周期外,下列關(guān)于同周期主族元素的變化規(guī)律的敘述不正確的是 ()A.從左到右,原子半徑逐漸減小B.從左到右,單質(zhì)的氧化性逐漸減弱,還原性逐漸增強(qiáng)C.從左到右,元素最高價(jià)氧化物對(duì)應(yīng)水化物的堿性逐漸減弱,酸性逐漸增強(qiáng)D.從左到右,元素最高正化合價(jià)從+1遞變到+7(氧、氟除外),最低負(fù)化合價(jià)從-4遞變到-1答案B解析同周期主族元素從左到右,原子半徑逐漸減小,A項(xiàng)正確;同周期主族元素從左到右,單質(zhì)的氧化性逐漸增強(qiáng),還原性逐漸減弱,B項(xiàng)錯(cuò)誤;同周期主族元素從左到右,元素的金屬性逐漸減弱,非金屬性逐漸增強(qiáng),故元素最高價(jià)氧化物對(duì)應(yīng)水化物的堿性逐漸減弱,酸性逐漸增強(qiáng),C項(xiàng)正確;同周期主族元素從左到右,元素的最高正化合價(jià)呈現(xiàn)從+1到+7(氧、氟除外),最低負(fù)化合價(jià)呈現(xiàn)從-4到-1的周期性變化,D項(xiàng)正確。3.下列事實(shí)不能用于比較元素金屬性或非金屬性強(qiáng)弱的是 ()A.Na比Mg與冷水反應(yīng)劇烈,金屬性:Na>MgB.F2比O2更容易與H2化合,非金屬性:F>OC.KOH的堿性強(qiáng)于Ca(OH)2,金屬性:K>CaD.鹽酸的酸性強(qiáng)于H2SO3,非金屬性:Cl>S答案D解析依據(jù)元素周期律,金屬與水反應(yīng)越劇烈,失電子能力越強(qiáng),金屬性越強(qiáng),Na比Mg與冷水反應(yīng)劇烈,則金屬性:Na>Mg,A不符合題意;非金屬性越強(qiáng),非金屬單質(zhì)與氫氣化合越劇烈,F2比O2更容易與H2化合,所以非金屬性:F>O,B不符合題意;金屬性越強(qiáng),其最高價(jià)氧化物對(duì)應(yīng)的水化物的堿性越強(qiáng),KOH的堿性強(qiáng)于Ca(OH)2,所以金屬性:K>Ca,C不符合題意;非金屬性越強(qiáng),最高價(jià)氧化物對(duì)應(yīng)的水化物的酸性越強(qiáng),雖然鹽酸的酸性強(qiáng)于H2SO3,但鹽酸是無(wú)氧酸,且H2SO3也不是S元素的最高價(jià)含氧酸,所以不能得出:非金屬性:Cl>S,D符合題意。1.某主族元素的最高正價(jià)與最低負(fù)價(jià)的代數(shù)和為4,則該元素原子的最外層電子數(shù)為 ()A.4B.5C.6D.7答案C解析設(shè)該元素的最高正價(jià)為x,最低負(fù)價(jià)為y,則x+y=4x+y=8,解得2.(2024·安徽宿州高一期末)下列性質(zhì)的比較,不能用元素周期律解釋的是 ()A.氧化性:Cl2>Br2>I2B.失電子能力:K>Na>LiC.酸性:HClO4>H2SO4>H2SO3D.原子半徑:N>O>H答案C解析元素周期表中同主族從下到上,同周期從左到右,元素的非金屬性逐漸增強(qiáng),最高價(jià)氧化物對(duì)應(yīng)水化物的酸性增強(qiáng),亞硫酸中硫不是最高價(jià),酸性:HClO4>H2SO4>H2SO3,不能用元素周期律解釋,故選C。3.下列有關(guān)微粒半徑大小關(guān)系比較中,正確的是 ()A.r(Cu)>r(Cu+)>r(Cu2+)B.原子X(jué)與Y的原子序數(shù):X>Y,則原子半徑一定是X<YC.微粒X+與Y-的核外電子排布相同,則離子半徑:X+>Y-D.同一主族非金屬元素原子半徑:X>Y,則非金屬性:X>Y答案A解析同一元素不同粒子,核外電子數(shù)越多,半徑越大,r(Cu)>r(Cu+)>r(Cu2+),A正確;原子X(jué)與Y的原子序數(shù):X>Y,若X周期數(shù)遠(yuǎn)大于Y,則原子半徑:X>Y,B錯(cuò)誤;微粒X+與Y-的核外電子排布相同,則離子半徑:X+<Y-,C錯(cuò)誤;同一主族元素隨原子序數(shù)變大,原子半徑依次變大,同一主族非金屬元素原子半徑:X>Y,則原子序數(shù):X>Y,非金屬性:X<Y,D錯(cuò)誤。4.C、O、Na、Al、Si、S、Cl是常見(jiàn)的幾種元素。請(qǐng)回答下列問(wèn)題:(1)C在元素周期表中的位置為,在C、O、Si、S、Cl元素形成的簡(jiǎn)單氫化物中,穩(wěn)定性最差的氫化物的化學(xué)式為。

(2)用“>”“<”或“=”填空。離子半徑酸性得電子能力O2-Al3+

H2SO4HClO4

35Cl37Cl

(3)利用如圖所示的裝置可驗(yàn)證同主族元素非金屬性的變化規(guī)律。①儀器B的名稱為,干燥管D的作用是。

②若要證明非金屬性:Cl>I,則A中加濃鹽酸,B中加KMnO4(KMnO4與濃鹽酸常溫下反應(yīng)生成Cl2),C中加KI?淀粉溶液,觀察到C中溶液的現(xiàn)象,即可證明。從環(huán)境保護(hù)的觀點(diǎn)考慮,此裝置缺少尾氣處理裝置,請(qǐng)用離子方程式表示尾氣處理原理:。

③已知H2SiO3是白色沉淀,酸性比H2CO3弱。若要證明非金屬性:C>Si,則在A中加鹽酸、B中加CaCO3、C中加Na2SiO3溶液,觀察到C中溶液的現(xiàn)象,即可證明。但有的同學(xué)認(rèn)為鹽酸具有揮發(fā)性,可進(jìn)入C中干擾實(shí)驗(yàn),應(yīng)在兩裝置間添加裝有溶液的洗氣瓶。

答案(1)第二周期第ⅣA族SiH4(2)><=(3)①錐形瓶防倒吸②變藍(lán)Cl2+2OH-Cl-+ClO-+H2O③有白色沉淀生成飽和NaHCO3解析(1)C的原子序數(shù)為6,位于周期表中第二周期第ⅣA族。在CH4、H2O、SiH4、H2S、HCl幾種氫化物中,SiH4的穩(wěn)定性最差。(2)由于O2-、Al3+具有相同的電子層結(jié)構(gòu),原子序數(shù)越小,其離子半徑越大,所以O(shè)2-的離子半徑大于Al3+的離子半徑。Cl的非金屬性大于S,所以H2SO4的酸性小于HClO4的酸性。35Cl和37Cl互為