第15课-元素周期律-2022年暑假初高中衔接化学课(解析版).docx

第15课时 元素周期律

学习目标：
1．结合有关数据和验事实认识原子核外电子排布，元素最高化合价和最低价，原子半径随元素原子序数递增而呈现周期性的变化规律。
2．以第三周期元素为例，认识元素同周期元素的金属性、非金属性等随原子序数递增而呈现的周期性变化的规律，构建元素周期律。
3．基于元素“位置—结构—性质”认识元素性质，基于“结构—性质—用途”认识物质性质，基于元素性质递变性的本质原因认识物质世界。
4．加深对分类法、归纳法等科学方法的认识，提高逻辑推理能力、论证能力，从而发展证据推理与模型认知的化学学科核心素养
重点：
1．元素周期律的含义和实质
2．元素性质与原子结构的关系
难点：
1．元素性质与原子结构的关系

开启新世界
通过对碱金属元素、卤素的原子结构和性质的研究，我们已经知道元素周期表中同组族元素的性质有着相似性和递变性。那么，周期表中同周期元素的性质有什么变化规律呢？
元素性质的周期性变化规律
表1 1～18号元素的核外电子排布、原子半径和主要化合价
第一周期
原子序数
1

2
元素名称
氢
氦
元素符号
H
He
核外电子排布
K，L，M
1
2
原子半径
nm
0.037
—
主要化合价
＋1
0

第二周期
原子序数
3
4
5
6
7
8
9
10
元素名称
锂
铍
硼
碳
氮
氧
氟
氖
元素符号
Li
Be
B
C
N
O
F
Ne
核外电子排布
K，L，M
2，1
2，2
2，3
2，4
2，5
2，6
2，7
2，8
原子半径
nm
0．152
0．089
0．082
0．077
0．075
0．074
0．071
—
主要化合价
＋1
＋2
＋3
＋4、—4
＋5、—3
—2
—1
0
第三周期
原子序数
11
12
13
14
15
16
17
18
元素名称
钠
镁

铝
硅
磷
硫
氯
氩
元素符号
Na
Mg
Al
Si
P
S
Cl
Ar
核外电子排布
K，L，M
2，8，1
2，8，2
2，8，3
2，8，4
2，8，5
2，8，6
2，8，7
2，8，8
原子半径
nm
0．186
0．160
0．143
0．117
0．110
0．102
0．099
—
主要化合价
＋1
＋2
＋3
＋4
—4
＋5
—3
＋6
—2
＋7
—1
0
注意：稀有气体元素原子半径测定与其他元素原子测定依据不同，数据不具有可比性，故不列出。
【思考】观察表1，思考并讨论：随着原子序数的递增，元素原子的核外电子排布、原子半径和化合价各呈现什么规律性的变化。

原子序数
电子层数
最外层电子数
原子半径的变化
最高化合价和最低化合价的变化
1～2
1
1→2
—
＋1→0
3～10

0．152→0．071
大→小
＋1→＋5
—4→—1→0
11～18

通过上面的讨论我们知道，随着原子序数的递增，元素原子的核外电子排布、原子半径和化合价都呈现周期性的变化。同周期元素原子从左只有，原子序数依次__________，最外层电子数依次________，原子半径依次_________。
【答案】递增，递增，减小
【练习1】下列元素的原子半径最大的是
A．B B． C． D．C
【答案】B
【解析】根据同一周期从左往右主族元素的原子半径依次减小，则有原子半径：Li＞Be＞B＞C，则原子半径最大的为Li，故答案为：B。
【扩展延伸】比较离子半径大小，由于离子半径由电子层数和核电荷数共同决定。电子层数越多，半径越大，电子层数相同时，比较核电荷数，核电荷数越大，半径越小。对于电子层数不同、不在同主族离子半径，中学阶段不做比较。
【练习2】短周期元素的离子，aA3＋、bB＋、cC2—、dD—具有相同的电子层结构，下列判断正确的是
A．质子数：d＞c＞b＞a B．单质的还原性：A＞B＞D＞C
C．离子半径：A＞B＞D＞C D．原子半径：B＞A＞C＞D
【答案】D
【解析】短周期元素的离子aA3＋、bB＋、cC2-、dD—都具有相同的电子层结构，这些离子的核外电子数相同，则有a—3 = b—1=c＋2=d＋1，而且A和B形成阳离子，失去最外层的电子，A和B在C和D的下一个周期，可推测A为Al元素，B为Na元素，C为O元素，D为F元素。故选D。

【实验1】探究第三周期元素性质的递变
猜测：根据第三周周期原子的核外电子排布规律，推测出该周期元素金属性和非金属性的变化规律。
（1）取一小段镁条，用砂纸去除表面的氧化膜，放在试管中。向试管中加入2 mL水并滴入2滴酚酞，观察现象。过一段时间，加热试管至液体沸腾，观察现象。
（2）向试管中加入2 mL 1 mol/L AlCl3溶液，然后滴加氨水，直到不再产生白色絮状Al(OH)3沉淀为止。将Al(OH)3沉淀分装在两支试管中，向一支试管中滴加2 mol/L 盐酸，向另一支试管中滴加2 mol/L NaOH。边滴加边振荡，观察现象。
用2 mL 2 mol/L MgCl2代替AlCl3溶液做上述实验，观察现象，并进行比较。
【实验现象】（1）镁和冷水几乎不反应，溶液无明显变化。将水加热至沸腾后，镁和水反应，有气泡产生，溶液变为红色，溶液变浑浊。
（2）两支试管中的Al(OH)3均溶解。
【分析】Al(OH)3在酸或强碱溶液中都能溶解，表明它既能与算发生反应，又能与强碱溶液发生反应。写出离子方程式：_______________________________________，_____________________________________。
钠、镁、铝是金属元素，都能形成氢氧化物。NaOH是强碱，Mg(OH)2是中强碱，而Al(OH)3是_________氢氧化物。这说明铝虽然是金属，但已经表现出一定的非金属性。
硅、磷、硫、氯是非金属元素，最高价氧化物对应的水化物（即含氧酸）的酸性如下表。
表2
非金属元素
Si
P
S
Cl
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（比H2SO4酸性强）
【结论】同周期元素从左至右，金属性逐渐________，非金属性逐渐____________。而且呈周期性变化。

元素周期律：
元素的性质随着原子序数的递增而呈现周期性变化。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。
【答案】Al(OH)3＋3H＋ = Al3＋＋3H2O，Al(OH)3＋OH— = AlO— 2＋2H2O，两性，减弱，增强
【练习3】下列变化规律不正确的是
A．硬度：Al＞Mg＞Na B．沸点：HI＞HBr＞HCl＞HF
C．酸性：HClO4＞H2SO4＞H3PO4 D．原子半径：O＞F＞H
【答案】A
【解析】根据在实验室取用这三种金属的方法，Na用小刀可以切开，Mg可以直接用手掰断，铝片必须用剪刀才能剪开，所以硬度Al＞Mg＞Na，A正确；HF分子间存在氢键（可以在下一节《化学键》上后，回过来讲此选项），沸点最高，所以沸点HF＞HI＞HBr＞HCl，B错误；同周期元素自左至右非金属性增强，最高价氧化物对应水化物的酸性增强，所以酸性：HClO4>H2SO4>H3PO4，C正确；电子层数越多原子半径越大，电子层数相同时，核电荷数越小半径越大，所以原子半径：O>F>H，D正确；综上所述答案为B。
元素周期律表和元素周期律的应用
我们可以在元素周期表中给金属元素和非金属元素分区。如下图，虚线下方是___________，虚线上方是____________，最右侧是_____________。由于元素的金属性与非金属之间没有严格界限，位于分界线附近的元素既能表现出一定的金属性，又能表现出一定的非金属性。在周期表中，主族元素从上到下，从左到右，金属性和非金属性存在一定的底边规律。

一般情况下，元素的化合价与元素在周期表中的位置有一点关系。
1．主族元素的最高正化合价等于____________________。
2．非金属元素的最高正化合价，等于原子所能失去或便宜的最外层电子数；而它的负化合价，则等于使原子达到8电子稳定结构所需得到的电子数。所以非金属元素的最高化合价和它的负化合价的绝对值只和等于__________。
人们通常在____________________区域内寻找半导体材料，如Si、Ge、Ga等；在氟、氯、硫、磷、砷附近找制造农药的材料；在过渡元素中找催化剂、耐高温、耐腐蚀材料等。
【答案】金属元素，非金属元素，稀有气体元素，族序数，8，金属元素与非金属元素交界
【练习4】下列有关各元素的性质递变规律错误的是
A．Li、Na、K单质的熔点依次降低
B．N、O、F的简单气态氢化物的稳定性依次增强
C．HF、HCl、HBr、HI水溶液酸性依次增强
D．Si、P、S、Cl的氧化物对应的水化物的酸性依次增强
【答案】D
【解析】同主族的碱金属单质的熔点从上往下依次降低，A正确；N、O、F同周期元素从左往右非金属性依次增强，其简单气态氢化物的稳定性依次增强，B正确；F、Cl、Br、I原子的非金属性逐渐减弱，对氢原子的吸引能力依次减弱，所以电离出氢离子的能力依次增强，所以HF、HCl、HBr、HI的水溶液的酸性依次加强，C正确；Si 、P、S、Cl为同周期元素，从左往右非金属性依次增强，其最高价氧化物对应的水化物的酸性依次增强，而非最高价氧化物对应水化物的酸性则无此规律，溶液H2SO3的酸性强于HClO，D错误；故选D。

课堂练习
1．X、Y均为第三周期主族非金属元素，且Y的族序数大于X的族序数。下列说法正确的是
A．原子序数：X＞Y B．非金属性：X＞Y
C．最高价氧化物对应的水化物酸性：X＞Y D．原子半径：X＞Y
【答案】D
【解析】根据周期表的结构可知，X、Y均为第三周期主族非金属元素，且Y的族序数大于X的族序数，则Y在X的右侧，原子序数：Y＞X，故A错误；同周期元素，从左至右非金属性逐渐增强，故非金属性：Y＞X，故B错误；非金属性越强，其最高价氧化物对应的水化物酸性越强，则最高价氧化物对应的水化物酸性：Y＞X，故C错误；同周期元素，从左至右原子半径逐渐减小，故原子半径：X＞Y，故D正确；故选D。
2．无正价的元素
A．Na B．O C．Cl D．Si
【答案】B
【解析】氧元素的非金属性强，无正化合价，故选B。
3．下列性质比较中，正确的是
A．热稳定性：H2S＞H2O B．酸性：H2SO4＞HClO4
C．熔、沸点：S>O2 D．原子半径：Se＞Te
【答案】C
【解析】A．O原子半径比S原子小，O的非金属性比S强，H2O比H2S更稳定，A选项错误；Cl原子半径比S原子小，Cl的非金属性比S强，最高价氧化物的水化物的酸性H2SO4O2，C选项正确；Se与Te在第VIA族，Se在Te的上一周期，故r(Se)Cl>Br>I，所以这四种元素中I的非金属性最弱，A、B、C选项错误；D选项正确；故选D。
5．下列元素的原子半径最大的是
A．Na B．Mg C．Si D．Cl
【答案】A
【解析】四种元素为同周期元素，同周期元素，从左到右原子半径减小，故钠元素半径最大；故选A。
6．下列事实不能说明Cl的非金属性比S强的是
A．Cl2和S分别与铁反应，产物中铁的化合价不同
B．Cl2＋H2S = 2HCl＋S↓
C．氯原子最外电子层上有7个电子，而硫最外电子层上有6个电子
D．HCl比H2S热稳定性更强
【答案】C
【解析】A．氯气和硫分别和铁反应，生成氯化铁和硫化亚铁，说明氯气的非金属性比硫强，A项不符合题意；氯气能置换出硫，说明氯的非金属性比硫强，B项不符合题意；非金属性越强，则原子得电子能力越强，而与最外层电子多少无关，C项符合题意；非金属性越强，气态氢化物的稳定性越强，故氯化氢比硫化氢稳定，说明氯的非金属性比硫强，D项不符合题意。故选C。

8．下表为第二周期部分元素的原子半径数据。推测氮原子的半径可能是
元素符号
C
N
O
F
原子半径/nm
0.077

0.074
0.071
A．0.110 nm B．0.082 nm C．0.075 nm D．0.070 nm
【答案】C
【解析】第二周期原子半径从左到右逐渐减小，故N的原子半径在0.077与0.074之间；故选C。
9．某主族元素X的原子最外层电子数是3，X元素位于周期表的
A．ⅠA族 B．ⅡA族 C．ⅢA族 D．ⅣA族
【答案】C
【解析】第IA族元素的原子最外层电子数是1，A错误；第ⅡA族元素的原子最外层电子数是2，B错误；第ⅢA族元素的原子最外层电子数是3，C正确；第IVA族元素的原子最外层电子数是4，D错误；故选C。
能力提升
10．与H2反应的难易程度，是判断非金属单质氧化性强弱的依据之一，根据下表信息，可推断卤素单质中氧化性最强的是

F2
Cl2
Br2
I2
与H2反应的条件
暗处发生爆炸
光照发生爆炸
加热能反应
加热能缓慢反应
A．F2 B．Cl2 C．Br2 D．I2
【答案】A
【解析】元素非金属性越强，其单质的氧化性越强，与氢气化合越容易，由表格中各卤素单质与氢气化合的反应条件可知，F2与氢气化合最容易，因此氧化性最强的是F2，答案选A。
11．下列说法不正确的是
A．H2O在高温下难分解，H2S在300 ℃即分解，说明氧的非金属性比硫强
B．H2CO3的酸性比H2SiO3的酸性强，说明碳的非金属性比硅强
C．I—的还原性比Br—强，由此可推断溴的非金属性比碘强
D．已知：Cl2＋SO2＋2H2O = 2HCl＋H2SO4，由此可推断，Cl的非金属性比S强
【答案】
【解析】非金属性越强则简单气态氢化物越稳定，H2O在高温下难分解，H2S在300℃即分解，即稳定性：H2O＞H2S，则非金属性O＞S，故A正确；非金属性越强，最高价氧化物的水化物酸性越强，H2CO3的酸性比H2SiO3的酸性强，说明碳的非金属性比硅强，故B正确；I—的还原性比Br—强，则氧化性：Br2＞I2，非金属性越强其单质的氧化性越强，可得非金属性Br＞I，故C正确；Cl2＋SO2＋2H2O=2HCl＋H2SO4中，Cl元素化合价降低，S元素化合价升高，只能得出Cl2的氧化性比H2SO4强，不能判断Cl的非金属性强于S，故D错误；故选D。

12．根据同主族元素性质的相似性与递变性，以下推断正确的是
A．锂与水反应比钠与水反应剧烈
B．铊的氧化物对应的水化物具有两性(在第六周期ⅡA族)
C．在氧气中，铷的燃烧产物比钠的燃烧产物更复杂
D．HIO4的酸性比HBrO4的酸性强
【答案】
【解析】同主族元素自上而下金属性增强，钠的金属性强于锂，因此与水反应时，Na更剧烈，故A错误；铊(Tl)位于Al元素的下方，氧化铝为两性氧化物，Tl金属性比Al强，所以Tl的氧化物不具有两性，故B错误；Li燃烧生成Li2O，Na燃烧生成Na2O2，K燃烧生成K2O2、KO2，碱金属的性质越活泼，燃烧产物越复杂，所以铷(Rb)的燃烧产物比钠的燃烧产物更复杂，故C正确；同主族元素自上而下非金属性减弱，所以Br的非金属性强于I，所以Br的最高价氧化物的水化物的酸性更强，即HBrO4比HIO4的酸性强，故D错误；故选C。
13．五种短周期元素X、Y、Z、W和Q在元素周期表中的位置如下图所示。下列说法正确的是

A．X位于第2周期第VI族 B．Y单质能从Z盐的水溶液中置换出Z单质
C．W的原子半径比X的大 D．简单氢化物的稳定性W＞Q
【答案】C
【解析】根据元素在周期表的位置可知：X是O，Y是Na，Z是Mg，W是P，Q是Cl元素。X是O元素，原子核外电子排布是2、6，根据原子结构与元素在周期表的位置关系可知：X位于元素周期表第2周期第VIA族，A错误；Y是Na，Z是Mg，由于Na性质非常活泼，容易与溶液中的水发生反应，因此不能从溶液中将Mg置换出来，B错误；同一周期元素原子序数越大，原子半径越小；同一主族元素，原子序数越大，原子半径越大。X是O元素，位于第二周期第VIA族。W是P，位于第三周期第VA族，原子半径P＞N＞O，故原子半径：W(P)＞X(O)，C正确；W是P，Q是Cl，二者是同一周期元素。同一周期元素的原子序数越大，元素的非金属性就越强，其简单氢化物的稳定性就越强。元素的非金属性：W＜Q，所以简单氢化物的稳定性：W＜Q，D错误；故选C。
14．四种短周期元素X、Y、Z、W在周期表中的位置如图所示，其中Z元素的最外层电子数是内层电子总数的。下列说法不正确的是
A．Z元素位于周期表的第三周期第VA族
B．X、W元素的最高价氧化物对应水化物的酸性：W强于X
C．Y元素的气态氢化物的热稳定性比Z的低
D．Y能形成多种氧化物
【答案】C
【解析】从元素周期表结构分析，图中所示Z元素在第三周期，其最外层电子数是内层电子总数的，则Z是P元素；故X是C元素、Y是N元素、W是S元素。据分析，Z是P元素，位于周期表的第三周期第VA族，A正确；X、W元素的最高价氧化物对应水化物分别是H2CO3、H2SO4，H2SO4酸性更强，即W强于X，B正确；元素的非金属性越强，其气态氢化物越稳定，N元素的非金属比P强，Y元素的气态氢化物NH3的热稳定性比PH3的高，C不正确；Y是N元素，能形成多种氧化物，如：NO、NO2等，D正确；故选C。
15．最高价氧化物对应的水化物的碱性最强的
A． B． C． D．
【答案】D
【解析】已知元素的金属性越强则元素的最高价氧化物对应水化物的碱性越强，同一周期从左往右金属性依次减弱，同一主族从上往下元素金属性依次增强，故有金属性K＞Na＞Mg＞Al，最高价氧化物对应的水化物的碱性：KOH＞NaOH＞Mg(OH)2＞Al(OH)3，故答案为：D。
26．已知X、Y、W、Z、Q为原子序数依次增大的短周期主族元素，相关信息如下表。
元素
相关信息
X
某种同位素的原子中没有中子
Y
地壳中含量最高的元素
W
在同周期中原子半径最大
Z
单质是一种常见的半导体材料
Q
该元素的氧化物能形成酸雨
下列说法不正确的是
A．原子半径：W＞ Z＞Q＞ Y＞ X
B．气态氢化物的稳定性：Y＞ Q＞ Z
C．Y元素与其他四种元素均可以形成两种常见的化合物
D．X、Y、W可以组成由离子构成的化合物
【答案】C
【解析】X、Y、W、Z、Q为原子序数依次增大的短周期主族元素，X的某种同位素的原子中没有中子，可知X为H元素；Y是地壳中含量最高的元素，可知Y为O元素；W在同周期中原子半径最大，则W为Na元素；Z的单质是一种常见的半导体材料，可知Z为Si元素；Q元素的氧化物能形成酸雨，则Q元素为S元素。根据同周期元素从左向右原子半径逐渐减小，同主族元素从上向下原子半径逐渐增大，故五种元素的原子半径：Na>Si>S>O>H，A项正确；非金属性越强，气态氢化物越稳定，由于非金属性O>S>Si，故气态氢化物的稳定性：H2O>H2S>SiH4，B项正确；O与Si只能形成一种常见的化合物SiO2，C项错误；由H、O、Na三种元素形成的NaOH中既含共价键又含离子键，D项正确；答选C。
17．下列方案设计、现象和结论都正确的是
选项
实验目的
方案设计
现象和结论
A
检验铜和浓硫酸反应后是否有酸剩余
取少量反应后的混合物于试管中，依次加入稀盐酸、BaCl2溶液
若产生大量白色沉淀，则说明硫酸有剩余
B
比较B和C的非金属性强弱。
用pH计测定H3BO3、H2CO3溶液的pH
H2CO3溶液的pH更小，说明C的非金属性更强
C
鉴别NaCl与NaNO2溶液
分别取少量溶液于两支试管中，再滴加酸性KMnO4溶液
若溶液的紫红色褪去，则为NaNO2溶液
D
探究Cl—能加速破坏铝片表面的氧化膜

将一块未经打磨的铝片剪成相同的两小片，相同温度下分别投入2 mL浓度均为2.0 mol·L—1的CuSO4溶液和CuCl2溶液中
CuSO4溶液中无明显现象；CuCl2溶液中反应剧烈，铝片表面有红色物质生成，Cl—能加速破坏铝片表面的氧化膜
【答案】D
【解析】此方案能检验出SO2— 4的存在，但反应后的混合物中必有CuSO4，含SO2— 4，无法确定是否有H2SO4剩余，应设计实验检验反应后混合体系中H＋的存在，A项错误；该方案中未控制相同浓度，故无法通过c(H＋)大小来比较酸性强弱，B项正确；NaCl 和NaNO2 (既有氧化性又有还原性)均可能被酸性KMnO4氧化，C项错误；该实验控制单一变量，两组实验电解质浓度一致，唯一的差别就在于Cl—与SO2— 4的差别，CuCl2的有明显变化说明Cl—能破坏铝膜，D项正确；故选D。
18．中国地质科学院地质研究所对嫦娥五号月球玄武岩开展了年代学、元素、同位素分析，证明月球在19.6亿年前仍存在岩浆活动。X、Y、Z、V、W 是月核中含有的五种原子序数依次增大的前20号元素，X原子的最外层电子数是其电子总数的，V的单质常在地球火山口附近沉积， Y的氧化物常用作耐高温材料，Y、W原子的最外层电子数相等且之和等于Z原子的最外层电子数，下列说法正确的是
A．Y的氧化物是两性氧化物
B．最高价含氧酸的酸性：X＞V＞Z
C．简单离子半径：W＞V＞Y
D．X、Z形成的化合物是制备玻璃的原料之一
【答案】D
【解析】X原子的最外层电子数是其电子总数的34，若电子总数是4，最外层电子数为3，不符合，若电子总数是8，最外层电子数为6，排布为2、6，则X是O元素；V单质常在火山口附近沉积，则V为S元素；Y的氧化物常用作耐高温材料，氧化镁因为其熔点高常用作耐火材料，则Y为Mg元素； Y、W原子的最外层电子数相等且之和等于Z原子的最外层电子数，Y最外层电子数是2，W原子序数比S大，Z在Mg和S之间，则W最外层电子数不可能为7，若W为K时Z为Al元素，若W为Ca时Z为Si元素。Y为Mg，MgO只能与酸反应生成正盐和水，属于碱性氧化物，A错误；X是O，没有最高正价，不存在最高价含氧酸，B错误；电子层数越多离子半径越大，电子层数相同原子序数越大半径越小，则V(S2—)>W(K＋或Ca2＋)> Y(Mg2＋)，C错误；X是O，Z为Si，形成的化合物SiO2，制玻璃的原料：石灰石、纯碱、二氧化硅，则SiO2制备玻璃的原料之一，D正确；故选D。
19．X、Y、Z、w是分别位于第2、3周期的元素，原子序数依次递增。X与Z位于同一主族，Y元素的单质既能与盐酸反应也能与NaOH溶液反应，Z原子的最外层电子数是次外层电子数的一半，Y、Z、w原子的最外层电子数之和为14。下列说法正确的是
A．原子半径由小到大的顺序：X＜Y＜Z< w
B．Z的最高价氧化物能与水反应生成相应的酸
C．Y单质在一定条件下可以与氧化铁发生置换反应
D．室温下，0．1 mol/L w的气态氢化物的水溶液的氢离子浓度小于0．1 mol/L
【答案】C
【解析】根据题意，Y元素的单质既能与盐酸反应也能与NaOH溶液反应，则Y是Al元素；Z原子的最外层电子数是次外层电子数的一半，则Z是Si元素、X是C元素；Y、Z、W原子的最外层电子数之和为14，则W是Cl元素。原子半径：Al＞Si＞Cl＞C，A错误；SiO2与水不反应，B错误；铝在高温下可以与氧化铁发生铝热反应，C正确；HCl为强酸，0.1 mol/L HCl水溶液的氢离子浓度等于0.1 mol/L，D错误。故选C。