鲁科版 (2019)必修 第二册第2节 元素周期律和元素周期表学案

这是一份鲁科版 (2019)必修 第二册第2节 元素周期律和元素周期表学案，共8页。学案主要包含了元素性质的变化规律，元素周期律等内容，欢迎下载使用。


一、元素性质的变化规律
1．原子序数
(1)含义：元素在元素周期表中的序号。
(2)与其他量的关系
原子序数＝核电荷数＝质子数＝核外电子数。
2．原子核外最外层电子数的变化规律
3．元素原子半径的变化规律
4．元素化合价的变化规律
判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。
(1)原子序数相同的原子是同一种原子。( )
(2)电子层数相同的原子的半径随着原子序数的递增逐渐增大。( )
(3)电子层数相同的元素原子的最低价总是从－7→－1逐渐升高。( )
(4)原子最外层上的电子数随原子序数的递增从1～8呈周期性变化(第1周期除外)。( )
[答案] (1)× (2)× (3)× (4)√
二、元素周期律
1．含义
元素的性质随着元素原子序数的递增而呈周期性变化，这个规律叫作元素周期律。
2．内容
随着元素原子序数的递增，元素原子的最外层电子数、原子半径、元素的化合价等均呈现周期性变化。
3．实质
元素性质的周期性变化是元素原子核外电子排布呈周期性变化的必然结果。
1869年俄国科学家门捷列夫提出了元素周期律的观点，他认为“随着元素原子量的递增，元素的性质呈周期性变化”。请你分析这句话是否正确，并说明原因。
提示：错误。元素的性质是随原子序数的递增而呈周期性变化，而不是原子量。限于当时的条件和科学水平，在当时是正确的。
元素的主要化合价
三氧化二砷俗称砒霜，化学式为As2O3。As2O3是最古老的毒物之一，无臭无味，外观为白色霜状粉末。
As2O3中砷元素为33号元素，其原子结构示意图为。
1．试根据砷元素的原子结构示意图推测该元素的最高价。
提示：砷元素原子最外层有5个电子，因此其最高价为＋5价。
2．试根据砷元素的原子结构示意图推测该元素的最低价。
提示：砷元素原子最外层有5个电子，最外层得到3个电子达到8电子稳定结构，因此其最低负价为－3价。
3．由上述(1)(2)可知，元素的最高价和最低价存在什么关系？
提示：一般情况下，元素的最低化合价＝原子核外最外层电子数－8(H、稀有气体元素除外)。
化合价与最外层电子数之间的关系
1．元素的主要化合价与最外层电子数的关系：
主族元素最高正化合价＝最外层电子数(O、F除外)
最低负化合价＝最外层电子数－8。
|最高正化合价|＋|最低负化合价|＝8。
2．常见元素化合价的特点：
(1)氢元素：＋1、－1、0价，如H2O、NaH、H2。
(2)氟元素：－1、0价，如NaF、F2，氟无正价。
(3)氧元素：－2、－1、0价，如CaO、Na2O2、O2，氧无最高正价。
(4)金属只有正价。
(5)非金属元素既有正价又有负价(O、F除外)。
【例题】 某元素R的最高价氧化物对应的水化物是HnRO2n－2，则元素R在其气态氢化物中的化合价是( )
A．3n－10 B．12－3n
C．3n－4 D．3n－12
D [元素R在其最高价氧化物对应的水化物中显正价，而在其氢化物中显负价。设R的最高化合价为＋x，由化合物中正、负化合价代数和为0，列式：(＋1)·n＋x＋(－2)·(2n－2)＝0，解得x＝3n－4。因为元素的最高化合价＋|最低化合价|＝8，所以氢化物中元素R的化合价为－[8－(3n－4)]＝3n－12。]
[变式旁通] 当n＝3时，R可能是什么元素？其最高价含氧酸和氢化物的化学式是什么？
提示：n＝3，最高价含氧酸的化学式为H3RO4，R的最高价为＋5，此元素为P，最高价含氧酸和氢化物分别为H3PO4、PH3。
1．下列各组元素中，按最高正价增大顺序排列的是 ( )
A．C、N、O、F B．K、Mg、C、S
C．Cl、Br、I D．P、S、Cl、Ar
B [A项中，O无最高正价，F无正价；C项Cl、Br、I三元素最高正价均为＋7；D项中Ar的化合价为0。]
2．X元素的最高化合价和最低化合价的绝对值之差为6，Y元素原子的次外层电子数与X元素原子的次外层电子数均为8，X、Y的离子具有相同的电子排布，X、Y形成的化合物是( )
A．MgF2 B．MgCl2
C．CaCl2 D．CaBr2
C [根据题意：X元素最高化合价与最低化合价的绝对值之差为6，得最高价为＋7，即X的最外层有7个电子，次外层为8个电子，故X元素为氯元素，符号为Cl；Y元素原子的次外层电子数与X元素原子的次外层电子数均为8个，X、Y的离子具有相同的电子排布，则Y元素的离子可能为Ca2＋、K＋，故选C。]
微粒半径大小的比较
卤水学名为盐卤，是由海水或盐湖水制盐后，残留于盐池内的母液。蒸发冷却后析出氯化镁结晶，称为卤块。盐卤是我国北方制豆腐常用的凝固剂，能使豆浆中的蛋白质凝结成凝胶，再挤出多余的水分便可形成豆腐。用盐卤做凝固剂制成的豆腐，硬度、弹性和韧性较强，称为老豆腐，也称北豆腐、硬豆腐。卤水中含有钙离子、氯离子、溴离子、镁离子等。
1．Ca、Cl、Br、Mg原子的半径由小到大的顺序如何排列？
提示：
由此可以判断原子半径由小到大的顺序为r(Cl)2．Ca2＋、Cl－、Br－、Mg2＋的半径由小到大如何排列？
提示：根据离子半径比较的规律可知，Ca2＋、Cl－、Br－、Mg2＋的半径由小到大的顺序为r(Mg2＋)微粒半径大小的比较
1．原子
(1)电子层数相同，核电荷数增大，原子半径减小。如r(Na)>r(Mg)>r(Al)>r(Si)>r(P)>r(S)>r(Cl)。
(2)最外层电子数相同，电子层数增多，原子半径增大。如r(Li)2．离子
(1)最外层电子数相同，电子层数增多，离子半径增大。如r(Li＋)(2)具有相同电子层结构的离子，随核电荷数的增大，离子半径依次减小。如r(S2－)>r(Cl－)>r(K＋)>r(Ca2＋)。
3．同一元素的不同微粒
核外电子数越多，半径越大。
(1)阳离子：r(原子)>r(阳离子)，如r(Na)>r(Na＋)。
(2)阴离子：r(原子)(3)多种价态的离子：价态越高，半径越小，如r(Fe)>r(Fe2＋)>r(Fe3＋)。
1．下列微粒半径的比较中，正确的是( )
A．r(Na＋)>r(Na) B．r(Cl－)>r(Cl)
C．r(Ca2＋)>r(Cl－) D．r(Mg)>r(Na)
B [同一种元素：r阳离子Cl，则半径r(Ca2＋)Na，故半径r(Mg)2．下列粒子半径之比大于1的是( )
A． eq \f(r（Al）,r（Na）) B． eq \f(r（C）,r（Si）)
C． eq \f(r（F－）,r（Mg2＋）) D． eq \f(r（Fe2＋）,r（Fe）)
C [Al、Na电子层数相同，核电荷数前者大，则r(Al)1，C项正确；同种元素的阳离子半径小于原子半径，则 eq \f(r（Fe2＋）,r（Fe）)<1，D项错误。]
1．原子序数3～10的元素，随着核电荷数的递增而逐渐增大的是 ( )
A．电子层数 B．电子数
C．原子半径 D．化合价
B [原子序数3～10的元素，原子的电子层数都为两层，A错误；除了10号稀有气体元素原子外，3～9号元素原子的核电荷数越大，原子半径越小，C错误；因氧无最高正价、氟无正价，D错误。]
2．下列递变情况中，正确的是( )
A．Na、Mg、Al原子的最外层电子数依次减少
B．Si、P、S元素的最高正价依次降低
C．C、N、O的原子半径依次增大
D．Li、Na、K的核外电子层数依次增加
D [A项，Na、Mg、Al原子的最外层电子数依次增多；B项， eq \(Si,\s\up16(＋4))、 eq \(P,\s\up16(＋5))、 eq \(S,\s\up16(＋6))元素的最高正价依次升高；C项，原子半径：C>N>O。]
3．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>④ B．③>④>①>②
C．③>①>②>④ D．①>②>④>③
C [①为S原子，②为Cl原子，③为S2－，④为F原子。①②电子层数相同，比较核电荷数，核电荷数越大半径越小，故原子半径：S>Cl；①③核电荷数相同，比较核外电子数，电子数越多半径越大，故半径：S2－>S；②④最外层电子数相同，比较电子层数，电子层数越多半径越大，故原子半径：Cl>F。]
4．下列微粒半径大小的比较中，正确的是( )
A．Na＋B．S2－>Cl－>Na＋>Al3＋
C．NaD．CsB [对于核外电子层结构相同的离子，随着核电荷数的增多，离子半径依次减小，即微粒半径：Al3＋Cl－>Na＋>Al3＋，B正确；Na、Mg、Al、S的原子半径依次减小，C不正确；Na、K、Rb、Cs最外层电子数相同，电子层数依次增多，则原子半径依次增大，D不正确。]
5．在原子序数11～18的元素中：
(1)原子半径最小的是________(填元素符号，下同)；只有正化合价的是________；最高正化合价与最低负化合价绝对值之差为4的元素是________。
(2)与冷水剧烈反应生成H2的物质是________(填名称)。与水反应能生成具有漂白性物质是________(填名称)，反应的离子方程式是_________________________________________________________________。
(3)化学性质最稳定的物质是________(填化学式)。
[解析] (1)在11～18号元素中，原子半径最小的是Cl；金属元素Na、Mg、Al只有正化合价；S元素最高正化合价是＋6，最低负化合价是－2，绝对值之差是4。
(2)金属钠与冷水剧烈反应生成H2和NaOH；Cl2和水反应生成HCl和HClO，其中HClO有漂白性。
(3)稀有气体元素Ar原子最外层8个电子，是稳定结构，通常不与其他物质发生反应，化学性质稳定。
[答案] (1)Cl Na、Mg、Al S
(2)钠 氯气 Cl2＋H2O===H＋＋Cl－＋HClO
(3)Ar
学 习 任 务
1.会书写1～20号元素原子核外电子排布，能分析核外电子排布、原子半径、主要化合价的递变规律，从宏观、微观相结合的角度认识元素周期律，形成“宏观辨识与微观探析”的化学学科核心素养。
2.通过分析核外电子排布、原子半径及元素主要化合价的变化规律，建立证据意识，培养“证据推理与模型认知”的化学学科核心素养。
原子序数
最外层电子数
1～2
1→2
3～10
1→8
11～18
1→8
结论：随着原子序数的递增，元素原子的最外层电子数呈周期性变化
原子序数
原子半径的变化规律
3～9
大→小
11～17
大→小
结论：随着原子序数的递增，元素原子的半径呈周期性变化
原子序数
元素主要化合价
1～2
＋1→0
3～10
＋1→＋5、－4→－1→0
11～18
＋1→＋7、－4→－1→0
结论：随着原子序数的递增，元素的主要化合价呈周期性变化
原子
Ca
Br
Mg
Cl
电子层数
4
4
3
3
核电荷数
20
35
12
17