鲁科版 (2019)必修 第二册第1章 原子结构 元素周期律第2节 元素周期律和元素周期表第1课时学案及答案

这是一份鲁科版 (2019)必修 第二册第1章 原子结构 元素周期律第2节 元素周期律和元素周期表第1课时学案及答案，文件包含第1章第2节第1课时元素周期律学案教师版2022-2023学年高一化学鲁科版2019必修第二册doc、第1章第2节第1课时元素周期律学案学生版2022-2023学年高一化学鲁科版2019必修第二册doc等2份学案配套教学资源，其中学案共23页， 欢迎下载使用。

第1课时 元素周期律
自主学习
一、原子序数
1．概念：元素在元素周期表中的序号。
2．与其他量的关系：原子序数＝质子数＝核电荷数＝原子的核外电子数。
3．1～18号元素性质变化的规律性
(1)最外层电子的排布规律
(2)原子半径的变化规律
(3)化合价的变化规律
二、元素周期律
1．概念：元素的性质随着元素原子序数的递增而呈周期性变化的规律。
2．实质：元素原子核外电子排布的周期性变化导致元素性质的周期性变化。
1．判断下列说法是否正确：
(1)原子序数与原子的核电荷数一定相等。( √ )
(2)原子序数与离子的核外电子数一定相等。 ( × )
提示：对于阳离子而言，原子序数大于核外电子数，对于阴离子而言，原子序数小于核外电子数。
(3)原子序数相同的原子是同一种原子。( × )
提示：原子序数相同，中子数不一定相同，如H、D、T是不同的原子。
(4)随着元素相对原子质量的递增，元素的性质呈周期性变化。 ( × )
提示：随着原子序数的递增，元素的性质呈周期性变化。
2．随着原子序数的递增，下列不呈周期性变化的是__________。
A.化合价 B．原子半径
C.最外层电子数 D．相对原子质量
提示：选D。随着原子序数的递增，元素原子的最外层电子数、原子半径、元素的化合价等均呈周期性变化，D选项符合题意。
3．结合教材活动·探究表格里的数据，总结出相同电子层数原子半径的变化规律？最外层电子数相同的原子半径的变化规律？
提示：从表格数据可以看出，具有相同电子层数的原子，随着原子序数的递增，原子半径逐渐减小(稀有气体除外)。最外层电子数相同的原子，随着电子层数的递增，原子半径逐渐增大。
4．(情境思考)铝是我们日常生活中常见的金属材料之一，在工农业生产、航空航天等领域也是一种重要的金属材料。你知道铝的原子序数是多少吗？
提示：13。由于Al原子的核电荷数为13，因此其原子序数为13。
合作探究
学习任务一 化合价与最外层电子数的关系
材料：嫦娥五号载回的月壤与美国、苏联带回的月壤不同，因为嫦娥五号是从月球正面风暴洋西北部吕姆克山脉附近挖掘的，这里存在约13亿至20亿年前的玄武岩，对人类来说是全新的月球样本。玄武岩的主要成分是二氧化硅、三氧化二铝、氧化铁、氧化钙、氧化镁等，其中二氧化硅占到了50%左右。
标注元素化合价
(1)H：＋1、－1、0价，如H2O、NaH、H2(举例，用化学式表示，下同)
F：－1、0价，如NaF、F2(只要答案合理均可)
O：常见有－2、－1、0价，如CaO、Na2O2、O2，O无最高正价。金属元素只有正价。
(2)非金属元素既有正价又有负价(F除外)，非金属元素如Cl的常见化合价有
－1、＋1、＋3、＋5、＋7价；S的常见化合价有－2、＋4、＋6价；C的化合价有－4、＋2、＋4价等。
化合价与原子结构的关系
(1)你能根据推测出该元素的最高正化合价和最低负化合价吗？
提示：能。最高正化合价为＋6价，最低负化合价为－2价。
(2)元素最高价与最低价的关系
元素最高化合价＝最外层电子数(O、F除外)
最低化合价＝最外层电子数－8
最高化合价＋|最低化合价|＝8
随着原子序数的递增，元素常见化合价的变化规律(元素主要化合价包括最高化合价和最低化合价)如图：
思考讨论:
(1)分析1～18号元素的最高正化合价与最低负化合价的绝对值之差是6、4、2时分别对应什么元素。
提示：最高正化合价＝原子最外层电子数，最高正化合价＋最低负化合价的绝对值＝8。最高正化合价与最低负化合价的绝对值之差是6、4、2时分别对应的元素为Cl、S、N和P。
(2)硒鼓，也称感光鼓，是打印机中很重要的组成部分，决定了打印质量的好坏。硒鼓中用到的感光材料含有元素硒。
判断硒元素的最高正化合价和最低负化合价分别是多少？
提示：＋6价和－2价。根据硒的原子结构示意图可以得出其原子的最外层电子数为6，因此最高正化合价＝最外层电子数＝＋6，最低负化合价＝最外层电子数－8＝6－8＝－2。
【典例】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个，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
【思维建模】解答此类试题的一般思路如下：
解析:选C。根据题意知X元素最高化合价与最低化合价的关系有 eq \b\lc\{(\a\vs4\al\c1(最高化合价－|最低化合价|＝6,最高化合价＋|最低化合价|＝8)) ，得最高化合价为＋7，X是最外层为7个电子，次外层为8个电子的元素，即氯元素。题中与Cl－具有相同电子层排布的Y元素的离子可能为Ca2＋、K＋，结合选项可知X、Y形成的化合物是CaCl2。
(1)上题中如果改成某元素最高正价与最低负价的绝对值之差为4，该元素可能是哪一个？(关键能力——理解与辨析)
提示：硫。元素最高正价与最低负价的绝对值之差是4，设该元素最高正价为x，根据最高正价＋|最低负价|＝8，则：x－(8－x)＝4，解得x＝6，即该元素的最高正价为＋6价，则该元素可能为硫。
(2)该元素形成的离子跟与其核外电子排布相同的离子形成的化合物是什么？(关键能力——分析与推测)
提示：K2S、CaS都可以。硫离子核外有18个电子，钾离子、钙离子核外也有18个电子。
1．X元素最高价氧化物对应的水化物为H3XO4，则它对应的气态氢化物为( )
A．HX B．H2X C．XH4 D．XH3
解析:选D。X元素最高价氧化物对应的水化物为H3XO4，说明X的最高价为＋5，则其负价为5－8＝－3，氢化物的化学式是XH3。
2．下列各组元素中，按最高正价递增的顺序排列的是 ( )
A．C、N、O、F B．K、Mg、C、S
C．H、He、Li、Be D．P、S、Cl、Ar
解析:选B。根据元素的最高正化合价在数值上一般等于其最外层电子数及特殊元素的化合价来分析各选项。A项，C：＋4价，N：＋5价，O无最高正价，F无正价；B项，K：＋1价，Mg：＋2价，C：＋4价，S：＋6价；C项，H：＋1价，He无最高正价，Li：＋1价，Be：＋2价；D项，P：＋5价，S：＋6价，Cl：＋7价，Ar无最高正价。
补偿训练:
下列各元素性质递变情况中，错误的是( )
A．Li、Be、B原子最外层电子数依次增多
B．P、S、Cl元素最高化合价依次升高
C．N、O、F原子半径依次增大
D．P、S、Cl元素的最低化合价依次为－3价、－2价、－1价
解析:选C。根据原子的核外电子排布可知，A项正确；P、S、Cl的最高化合价依次为＋5价、＋6价、＋7价，B项正确；在电子层数相同的情况下，核电荷数越大，半径越小，C项错误；P、S、Cl的最低化合价依次为－3价、－2价、－1价，D项正确。
学习任务二 原子结构及原子各微粒之间的关系
材料：新冠肺炎的基本病机为疫毒(主要成分是一种蛋白质，含有C、H、O、N、S等元素)外侵，肺经受邪，正气亏虚。经过我国广大医务者经过多次临床试验，发现某些中成药如连花清瘟胶囊(主要有效成分是绿原酸)、金花清感颗粒等对于治疗新冠肺炎效果显著。
原子半径的比较
(1)C、H、O、N四种原子中半径最大的是哪个？最小的呢？
提示：C H
(2)随着原子序数的递增，元素原子半径呈现如图的变化。
根据图像，你能总结出哪些规律？
提示：对于最外层电子数相同的元素，电子层数多的半径大；对于电子层数相同的元素，原子序数大的半径小。
离子半径的比较
(1) 比较N3－和O2－、S2－和O2－半径大小。
提示：N3－半径大于O2－、S2－半径大于O2－
(2)如何比较Na＋、Mg2＋、Al3＋半径的大小？
提示：Na＋、Mg2＋、Al3＋的电子层数相同，核电荷数增大，半径依次减小。
影响微粒半径的因素有电子层数、核电荷数、核外电子数。在比较微粒半径时，一般先看电子层数，再看核电荷数，后看核外电子数。
1．一看电子层数
电子层数不同、最外层电子数相同时，电子层数越多，半径越大；如r(F)2．二看核电荷数
电子层数相同时，核电荷数越大，半径越小；如r(Na)>r(Mg)>r(Al)>r(S)>r(Cl)，r(S2－)>r(Cl－)>r(K＋)>r(Ca2＋)。
3．三看核外电子数
核电荷数相同时，电子数越多，半径越大；如r(Na＋)r(Cl)。
思考讨论:
已知下列元素的原子半径：
根据以上数据，磷原子的半径可能是( )
A．0.80×10－10 m B．1.10×10－10 m
C．1.20×10－10 m D．0.70×10－10 m
提示：B。Si、P、S三种元素位于同一周期，原子半径Si>P>S，故磷的原子半径在1.06×10－10～1.17×10－10 m之间，所以B项正确。
【典例】Na＋、Mg2＋、F－、O2－四种离子具有相同的电子层结构，则四种元素原子半径由大到小的顺序是 ( )
A．Mg>Na>F>O B．O>F>Mg>Na
C．Na>Mg>O>F D．O>F>Na>Mg
【思维建模】微粒半径大小比较的解答思路为
解析:选C。Na＋、Mg2＋、F－、O2－四种离子具有相同的电子层结构，则原子序数：Mg>Na>F>O，Na、Mg同周期，F、O同周期，且Na、Mg处于F、O的下一周期。比较微粒半径大小一般先看电子层数，电子层数越多半径越大，电子层数相同时，原子序数越大半径越小，故原子半径：Na>Mg>O>F，C项正确。
(1)r(Na＋)与r(Na) 哪个大？ r(Cl－)与r(Cl)呢？(关键能力——分析与推测)
提示：根据同一种元素：r阳离子(2)r(Ca2＋)与r(Cl－) 哪个大？(关键能力——分析与推测)
提示：Ca2＋和Cl－核外电子排布相同，因原子序数Ca>Cl，则半径r(Ca2＋)
1．某元素R的最高正价与最低负价的绝对值之差为2，其气态氢化物中含氢的质量分数为8.8%，试推断该元素是( )
A．N B．P C．S D．O
解析:选B。由题意知，①最高正价－|最低负价|＝2，②最高正价＋|最低负价|＝8，将(②式－①式)并化简可得|最低负价|＝3，该元素的最低负价为－3价，则元素R的气态氢化物的化学式是RH3，氢元素的质量分数为 eq \f(1×3,Ar（R）＋1×3) ×100%＝8.8%，则Ar(R)≈31，即R是磷元素。
2．(双选)X元素的阳离子和Y元素的阴离子具有与氩原子相同的电子层结构，下列叙述正确的是( )
A．Y原子序数比X的小 B．X原子最外层电子数比Y的多
C．X的原子半径比Y的大 D．X元素的最高化合价比Y的大
解析:选A、C。Xn＋、Ym－与Ar具有相同的电子层结构，其原子序数：X>Ar>Y，A项正确；X原子最外层电子数比Y的少，B项错误；X的原子半径比Y的大，C项正确；X元素的最高化合价比Y的小，D项错误。
【拔高题组】
1．元素X的离子与钙离子的核外电子排布相同，且X的离子半径小于负二价硫离子的半径。X元素可能为( )
A．Al B．P C．Ar D．K
解析:选D。由X形成的离子与Ca2＋核外电子排布相同，可排除Al、Ar；由X的离子半径小于S2－的半径可知，X元素可能为钾。
2．下列各组微粒半径大小比较中错误的是( )
A．K>Na>Li B．Na＋>Mg2＋>Al3＋
C．Mg2＋>Na＋>F－ D．Cl－>F－>F
解析:选C。最外层电子数相同时，电子层数越多，半径越大，A项正确；核外电子排布相同的微粒，核电荷数越大，微粒半径越小，B项正确，C项错误；Cl－比F－多一个电子层，粒子半径Cl－>F－，F－和F电子层数相同，粒子半径F－>F，则半径Cl－>F－>F，D项正确。
如图是部分1～18号元素化合价与原子序数的关系图，下列说法正确的是( )
A．原子半径：Z>Y>X
B．离子半径：Z>Y>X
C．元素R的最高化合价和最低化合价的代数和为6
D．Y和W的最高价氧化物对应的水化物不能相互反应
解析:选C。根据题中图示分析可知，X为O、Y为Na、Z为Al、W为S、R为Cl。一般情况下，电子层数越多半径越大，故原子半径：OAl，即原子半径：Na>Al>O，A项错误；Na、O、Al形成的离子核外电子排布相同，核电荷数越大，半径越小，故离子半径：O2－>Na＋>Al3＋，B项错误；氯元素的最高化合价和最低化合价的代数和为6，C项正确；Na与S的最高价氧化物对应的水化物分别为NaOH、H2SO4，两者能相互反应，D项错误。
课堂测评
1．(水平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
解析:选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．(水平1)下列元素中，最高正化合价数值最大的是( )
A．Na B．P C．Cl D．Ar
解析:选C。元素中的最高正价等于其最外层电子数，其最高价依次是＋1、＋5、＋7、0。
3．(水平1)在人体所需的十多种元素中，有一种称为“生命元素”的R元素，对延长人类寿命起着重要的作用。已知R元素的原子有四个电子层，其最高价氧化物分子式为RO3，则R元素的名称为( )
A．硫 B．砷 C．硒 D．硅
解析:选C。根据最高价氧化物的分子式为RO3，可以判断R元素的化合价为＋6价，因此位于ⅥA族，又因为有四个电子层，故属于第四周期，所以为硒。
4．(水平1)下列叙述不能作为元素周期表中元素排列顺序依据的是( )
A．原子的核电荷数
B．原子的中子数
C．原子的质子数
D．原子的核外电子数
解析:选B。元素周期表的排列顺序是依据原子序数的递增排列的，在原子中，原子序数＝原子的核电荷数＝原子的核外电子数，所以A、C、D正确。
5．(水平2)An＋、B(n＋1)＋、Cn－、D(n＋1)－都具有相同的电子层结构，则A、B、C、D的离子半径由大到小的顺序为__________，对应的原子半径由大到小的顺序为__________，原子序数由大到小的顺序是__________。
解析:根据四种离子具有相同的电子层结构可以推知，A、B同属于同一周期，C、D同属于同一周期，且A、B处于C、D的下一周期，然后根据各离子所带电荷可以推知A在B的前面，D在C的前面，故原子序数B>A>C>D，对应的原子半径A>B>D>C。最后由电子层结构相同的离子，核电荷数(原子序数)越大半径越小可知，离子半径D>C>A>B。
答案：D>C>A>B A>B>D>C B>A>C>D原子序数
电子层数
最外层电子数
达到稳定结构时的最外层电子数
1～2
1
1―→2
2
3～10
2
1―→8
8
11～18
3
1―→8
8
结论：随着原子序数的递增，元素原子的最外层电子排布呈现周期性变化
原子序数
原子半径的变化
3～9
大―→小(填“大”或“小”，下同)
11～17
大―→小
结论：随着原子序数的递增，元素的原子半径呈现周期性变化
原子序数
化合价的变化(常见)
1～2
＋1(H)―→0(He)
3～10
最高正价：＋1―→＋5(O无最高正价、F无正价)
最低负价：－4―→－1 Ne：0
11～18
最高正价：＋1―→＋7 最低负价：－4―→－1
Ar：0
结论：随着原子序数的递增，元素的化合价呈现周期性变化
原子
N
S
O
Si
半径r/10－10 m
0.70
1.06
0.66
1.17