化学人教版 (2019)第二节 元素周期律第1课时学案设计

这是一份化学人教版 (2019)第二节 元素周期律第1课时学案设计，共14页。
[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 为什么同周期元素的原子半径会随着原子序数的递增而逐渐减小呢？
提示 同一周期元素的原子电子层数相同，随着核电荷数的递增，原子核对核外电子的吸引力逐渐增强，故原子半径逐渐减小。
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；O无最高正价；F无正化合价。
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( √ )
2．(2022·江西赣州期末)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．试比较下列微粒的半径大小(填“＞”“＜”或“＝”)。
(1)Mg______Ca______K；
(2)P______S______Cl；
(3)Fe3＋______Fe2＋______Fe；
(4)S2－______Cl－______Na＋______Mg2＋。
答案 (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＋。
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
(2)Mg、Al元素金属性强弱比较
3.信息获取：非金属性的递变规律
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 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)第二周期非金属元素的气态氢化物溶于水后，水溶液均为酸性( )
(6)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)× (6)×
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．(2022·吉林通化高一期末)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＞Mg
B．F2比O2更容易与H2化合，非金属性：F＞O
C．KOH的碱性强于Ca(OH)2，金属性：K＞Ca
D．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．如图表示1～18号元素原子结构或性质随核电荷数递增的变化。该图中纵坐标表示( )
A．电子层数 B．最外层电子数
C．最高化合价 D．原子半径
答案 B
2．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．4 B．5 C．6 D．7
答案 C
解析 设该元素的最高正价为x，最低负价为y，
则eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(x＋y＝4,x＋|y|＝8))，解得x＝6，y＝－2，因此该原子的最外层电子数为6。
3．元素周期表是学习化学的重要工具，它隐含着许多信息和规律。下表所列是七种短周期的原子半径及主要化合价(已知铍的原子半径为0.089 nm)。
(1)C元素在元素周期表中的位置是第__________周期第________族。
(2)B的原子结构示意图为______________。
(3)D、E气态氢化物的稳定性：____________________________________________________
(填化学式，下同)。
(4)上述七种元素的最高价氧化物对应水化物中酸性最强的是____________________。
答案 (1)三 ⅢA (2) (3)HCl>H2S
(4)HClO4
解析 A显＋1价，原子半径小于铍，则A为H元素。结合表中原子半径和主要化合价信息推知，B～G分别为Mg、Al、S、Cl、O、N。
(1)C是Al元素，处于元素周期表中第三周期第ⅢA族。
(2)B为Mg，其原子结构示意图为。
(3)元素的非金属性：SSi，故②不选；稀硝酸和石灰石反应生成二氧化碳，证明非金属性：N>C，硝酸易挥发，石灰石和硝酸反应制取的二氧化碳中含有硝酸蒸气，硝酸蒸气也能和硅酸钠反应生成硅酸沉淀，不能说明非金属性：C>Si，故③不选；稀硫酸和碳酸钠反应生成二氧化碳，证明非金属性：S>C，二氧化碳和硅酸钠反应生成硅酸沉淀，说明非金属性：C>Si，故④选。
12．如图表示部分短周期元素的原子半径和最高正价、最低负价随原子序数的变化情况，下列有关说法正确的是( )
A．最高正价的顺序：g>c>b
B．形成的简单离子半径：d>e>b>c
C．d与c形成的化合物中阴、阳离子个数比不一定为1∶2
D．简单气态氢化物的稳定性：g>f>a
答案 D
解析 由原子半径大小可知，a、b、c位于第二周期，d、e、f、g位于第三周期，结合化合价可知，a为C，b为N，c为O，d为Na，e为Al，f为S，g为Cl，以此分析解答。Cl的最高正价为＋7价，N的最高正价为＋5价，O没有最高正价，故A错误；核外电子层数相同时，核电荷数越大离子半径越小，则简单离子半径：b>c>d>e，故B错误；钠元素与氧元素可以形成氧化钠和过氧化钠，阴、阳离子个数比均为1∶2，故C错误；非金属性越强，简单氢化物越稳定，非金属性：Cl>S>C，因此简单气态氢化物的稳定性：g>f>a，故D正确。
13．下表为元素周期表的一部分。
请回答下列问题：
(1)⑦⑧⑨三种元素最高价氧化物对应的水化物中酸性最强的是____________________(填化学式)。
(2)③⑥⑨三种元素的简单离子半径由大到小排序为______________(填离子符号)。
(3)元素④和⑥的最高价氧化物对应的水化物反应的离子方程式为__________________。
(4)从原子结构的角度分析④与⑤的金属性强弱：___________________________________。
(5)②、⑦的简单气态氢化物中较稳定的是_______________________________(填化学式)，判断依据是_____________________________________________________________________。
答案 (1)HClO4 (2)Cl－>O2－>Al3＋ (3)OH－＋Al(OH)3===[Al(OH)4]－ (4)Na原子半径比Mg大，Na的核电荷数比Mg小，Na原子核对最外层电子的吸引力较弱，更易失电子，故Na的金属性比Mg强 (5)NH3 N元素的非金属性比P元素强
解析 (1)元素的非金属性越强，其最高价氧化物对应的水化物酸性越强，P、S、Cl三种元素的非金属性依次增强，故三种元素的最高价氧化物对应的水化物中，酸性最强的是HClO4。(2)O2－、Al3＋具有相同的电子层结构，Al3＋的核电荷数更大，原子核对核外电子吸引更强，故离子半径：O2－>Al3＋，Cl－比O2－多一个电子层，则离子半径：Cl－>O2－，故离子半径由大到小的顺序为Cl－>O2－>Al3＋。(3)元素④和⑥的最高价氧化物对应的水化物分别为NaOH、Al(OH)3，二者反应生成Na[Al(OH)4]，反应的离子方程式为OH－＋Al(OH)3===[Al(OH)4]－。(5)非金属性越强，则相应的简单气态氢化物越稳定，非金属性：N>P，则简单气态氢化物中较稳定的是NH3。
14．(2022·广州真光中学高一期末)为纪念元素周期表诞生150周年，IUPAC等向世界介绍118位优秀青年化学家，并形成一张“青年化学家元素周期表”。中国学者雷晓光、姜雪峰、刘庄分别成为“N、S、Hg”元素的代言人。回答下列问题：
(1)硒(Se)与硫位于同一主族，均是生命必需元素。下列推断正确的是______________(填字母)。
A．硒元素的最低负化合价为－2
B．硒的氧化物对应的水化物属于强酸
C．稳定性：H2Se>H2O
D．二氧化硒(SeO2)既有氧化性也有还原性
(2)氮是自然界各种生物体生命活动不可缺少的重要元素，磷(P)、砷(As)也是氮族元素。
①砷有多种同位素原子，其中稳定的核素是75As，它的中子数比质子数多________。
②下列关于第ⅤA族元素及其化合物的说法正确的是________(填字母)。
A．热稳定性：NH3>PH3
B．酸性：HNO3>H3AsO4
C．As的氧化物的水化物是强碱
D．形成的简单离子半径随着原子序数递增而减小
答案 (1)AD (2)①9 ②AB
解析 (1)硒(Se)与硫位于同一主族，最外层均有6个电子，且均为非金属元素，最低价均为－2价，A正确；硒的氧化物对应的水化物有H2SeO3和H2SeO4，H2SeO3属于弱酸，B错误；O的非金属性强于Se，故H2O的稳定性强于H2Se，C错误；硒(Se)的最高价为＋6价，最低价为－2价，SeO2中Se的化合价为＋4价，处于中间价态，既有氧化性又有还原性，D正确。(2)①砷为第33号元素，质子数为33，中子数为75－33＝42，故中子数比质子数多9。②非金属性越强，简单气态氢化物的稳定性越强，N的非金属性比P强，因此热稳定性：NH3>PH3，A正确；非金属性越强，最高价氧化物对应的水化物酸性越强，N的非金属性比As强，因此酸性：HNO3>H3AsO4，B正确；As为非金属元素，其氧化物的水化物属于酸，C错误；第ⅤA族元素随原子序数增大，其简单离子电子层数依次增多，离子半径依次增大，D错误。
15．某同学为了验证元素周期律相关的结论，自己设计了一套实验方案，并记录了有关实验现象。
回答下列问题：
(1)实验①相关反应的离子方程式为_____________________________________________。
由实验①可知，Cl、S的非金属性由强到弱的顺序为____________________(用元素符号表示，下同)。由实验③可知，Br、I的非金属性由强到弱的顺序为____________________。
(2)由实验②和实验④知，碱性：NaOH__________(填“>”或“S Br>I
(2)> (3)减弱 减弱 增强 HClO4>H2SO4>H3PO4>H2SiO3 HF
解析 (1)将氯气通入Na2S溶液中，氯气将S2－氧化成S单质，反应的离子方程式为S2－＋Cl2===2Cl－＋S↓，单质氧化性越强，元素非金属性越强，故非金属性：Cl>S；实验③中将溴水滴入NaI溶液中，充分反应后加入淀粉溶液，溶液变蓝，说明Br2将I－氧化成I2，非金属性：Br>I。(2)实验②现象可以表明Mg与冷水不反应，与热水反应，实验④中Na与冷水剧烈反应，由实验②和实验④中反应的剧烈程度可知，Na与水反应比Mg与水反应更剧烈，则金属性：MgMg(OH)2。(3)由实验分析可知，非金属性：Br>I，由此得出实验结论：同主族元素自上而下，元素的非金属性逐渐减弱；金属性：MgMg
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)3
Mg(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＋＋3H2O
B：Al(OH)3＋OH－===
[Al(OH)4]－
C：Mg(OH)2＋2H＋===Mg2＋＋2H2O
D：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
Si
P
S
Cl
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
eq \(――――――→,\s\up7(Si、P、S、Cl))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
元素代号
A
B
C
D
E
F
G
原子半径/nm
0.037
0.160
0.143
0.102
0.099
0.074
0.075
主要化合价
＋1
＋2
＋3
＋6、－2
＋7、－1
－2
＋5、－3
元素代号
X
Y
Z
W
原子半径/pm
160
143
70
66
主要化合价
＋2
＋3
＋5、＋3、－3
－2
实验序号
试剂
实验目的：证明非金属性强弱
a
b
c
①
浓盐酸
二氧化锰
溴化钠溶液
Cl>Br
②
浓盐酸
碳酸钠
硅酸钠溶液
Cl>C>Si
③
稀硝酸
石灰石
硅酸钠溶液
N>C>Si
④
稀硫酸
纯碱
硅酸钠溶液
S>C>Si
实验方案
实验现象
①将氯气通入Na2S溶液中
有淡黄色固体(S)生成
②取一小块金属镁，用砂纸磨去表面的氧化膜后，放入试管中，加入2 mL水，观察现象，记录为现象Ⅰ，过一会儿，加热试管至液体沸腾，观察现象，记录为现象Ⅱ
现象Ⅰ：无明显变化
现象Ⅱ：金属镁逐渐溶解，有气体生成
③将溴水滴入NaI溶液中，充分反应后加入淀粉溶液
溶液变蓝
④将一小块金属钠放入冷水中
钠浮在水面上，熔成小球，四处游动，逐渐消失