学年新教材高中化学 第一章 原子结构 元素周期律 第二节 元素周期律和元素周期表.docx

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学年新教材高中化学第一章原子结构元素周期律第二节元素周期律和元素周期表

第1课时　元素周期律

课程标准

核心素养

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。

2.了解元素性质与原子结构的关系。

3.掌握微粒半径大小比较的规律。

宏观辨识与微观探析

深化对原子结构的认识，建立原子结构与元素性质之间的关系。

1．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。

2．1～18号元素性质变化的规律性

（1）最外层电子的排布规律

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

（2）原子半径的变化规律

原子序数

原子半径的变化

3～9

0.152nm―→0.064nm

大―→小（填“大”或“小”，下同）

11～17

0.186nm―→0.099nm

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

（3）化合价的变化规律

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

3.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．化合价与最外层电子数的关系

（1）一般，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

①H元素：

＋1、－1、0价，如H2O、NaH、H2。

②F元素：

－1、0价，如NaF、F2，氟元素无正价。

③O元素：

常见有－2、－1、0价，如CaO、Na2O2、O2，氧元素无最高正价。

④金属元素只有正价。

⑤非金属元素既有正价又有负价（F和稀有气体元素除外）。

（1）非金属元素的最高正化合价等于原子所能失去或偏移的最外层电子数，而它的负化合价则等于使原子达到稳定结构所需得到的电子数。

（2）稀有气体的化学性质不活泼，在通常状况下难以与其他物质发生化学反应，其元素的化合价看作0。

2．微粒半径大小的比较

（1）电子层数相同时，最外层电子数越多，原子半径越小。

（2）最外层电子数相同时，电子层数越多，原子半径越大。

（3）同种元素的微粒半径比较，核外电子数越多，微粒半径越大。

①阳离子半径小于相应原子半径，如r（Na＋）＜r（Na）。

②阴离子半径大于相应原子半径，如r（Cl－）＞r（Cl）。

③不同价态的离子，价态越高，离子半径越小，如r（Fe2＋）＞r（Fe3＋）。

（4）电子层结构相同的不同粒子，核电荷数越大，半径越小，如r（O2－）＞r（F－）＞r（Na＋）＞r（Mg2＋）＞r（Al3＋）。

1．原子序数为3～9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．最外层电子数

C．原子半径D．最高正化合价

解析：

选B。

原子序数为3～9的元素，核外均为2个电子层，最外层电子数依次从1递增到7，原子半径逐渐减小，而最高正化合价从＋1递增到＋5（氧无最高正价、氟无正价）。

2．下列各组元素中，按最高化合价递增顺序排列的是（　　）

A．C、N、FB．Na、Mg、Al

C．F、Cl、BrD．Cl、S、P

解析：

选B。

由于F无正化合价，而Cl、Br最高化合价相同，故A、C项错误；Na、Mg、Al的最高化合价分别为＋1、＋2、＋3，Cl、S、P的最高化合价分别为＋7、＋6、＋5，故B项正确，D项错误。

3．元素X、Y、Z的原子序数依次增大，下列叙述一定正确的是（　　）

A．X、Y、Z原子的核内质子数依次增大

B．X、Y、Z的最高正化合价依次升高

C．X、Y、Z原子的原子半径依次增大

D．X、Y、Z单质的金属活动性依次增强

解析：

选A。

元素的原子序数等于原子核内的质子数，A正确。

X、Y、Z若是同一周期的元素（稀有气体元素除外），则原子序数依次增大，最外层电子数依次增多，最高正化合价依次升高（氧、氟除外），否则不符合最高正化合价依次升高的规律，B不正确。

X、Y、Z若是同一周期的元素（稀有气体元素除外），原子半径随核电荷数的增大而减小，C不正确。

X、Y、Z若是同一周期的元素，其单质的金属活动性随核电荷数的增大而减弱，D不正确。

4．根据表中数据，推测磷元素的原子半径可能是（　　）

元素

N

S

O

Si

原子半径/10－10m

0.70

1.06

0.66

1.17

A.0.80×10－10mB．1.10×10－10m

C．1.20×10－10mD．0.65×10－10m

解析：

选B。

电子层数相同时，最外层电子数越多，原子半径越小；最外层电子数相同时，电子层数越多，原子半径越大，故磷元素的原子半径介于硅、硫原子半径之间，B项正确。

5．下列微粒半径大小的比较中，正确的是（　　）

A．Na＋

B．S2－>Cl－>Na＋>Al3＋

C．Na

D．Cs

解析：

选B。

四种离子核外电子数相同，随着核电荷数的增多，离子半径依次减小，即微粒半径：

Al3＋

S2－>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，原子半径依次增大，D不正确。

6．原子序数是元素在元素周期表中的序号，其数值等于该元素原子核内的核电荷数（即质子数）或原子的核外电子数。

今有A、B两种元素，其原子序数分别为9和15。

（1）写出元素符号：

A________，B________。

（2）A元素原子核外有________个电子层，最外层有________个电子。

（3）B元素最高正价为________，最低负价为________。

（4）A、B元素原子半径大小关系为r（A）________r（B）。

解析：

A元素为氟，其原子结构示意图为

；B元素为磷，其原子结构示意图为

。

由于氮原子电子层数与氟原子电子层数相同，原子序数Nr（F）；又由于氮原子与磷原子最外层电子数相同，磷原子比氮原子多一个电子层，故有r（N）r（N）>r（F）。

答案：

（1）F　P　

（2）2　7　（3）＋5　－3　（4）<

课堂小结

合格考训练

1．元素周期律的实质是（　　）

A．相对原子质量逐渐增大

B．核电荷数逐渐增大

C．元素原子核外电子排布呈现周期性变化

D．元素的化合价呈现周期性变化

解析：

选C。

结构决定性质，原子核外电子排布的周期性变化，决定了元素性质的周期性变化，即为元素周期律的实质。

2．下列原子中半径最大的是（　　）

A．Na　　　　　　　　　　　B．Cl

C．AlD．F

解析：

选A。

元素的原子核外电子层数越多，原子半径越大；当原子核外电子层数相同时，原子序数越小，原子半径越大。

由于F原子核外只有2个电子层，而Na、Cl、Al原子核外都有3个电子层，其中Na的原子序数最小，所以原子半径最大的是Na，故选项A正确。

3．某元素原子的最外层电子数比次外层电子数多5个，该元素的最高正化合价为（　　）

A．＋5B．＋6

C．＋7D．无最高正化合价

解析：

选D。

据题意可知，该元素原子的核外电子排布为

，为氟元素，无最高正化合价。

4．结合元素周期律的知识分析下列说法，其中正确的是（　　）

A．原子序数为15的元素的最高化合价为＋5

B．随着元素原子序数的递增，原子最外层电子数总是从1到8重复出现

C．随着元素原子序数的递增，元素的最高化合价总是从＋1到＋7，最低化合价总是从－7到－1重复出现

D．B、C、N、O、F元素的最高正化合价依次增大

解析：

选A。

原子序数为15的元素最外层电子数是5，所以其最高化合价是＋5；1、2号元素的最外层电子数是从1到2的变化；3～9号元素的化合价无＋6和＋7，金属元素无负价；O无最高正价、F无正价。

5．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元素最高正化合价依次增大

C．N、O、F原子半径依次增大

D．P、S、Cl元素的最低负化合价依次为－3、－2、－1

解析：

选C。

最外层电子数分别为1、2、3，故A对；最高正化合价分别为＋5、＋6、＋7，故B对；在电子层数相同的情况下，核电荷数越多，半径越小，故C错；最低负化合价分别为－3、－2、－1，故D对。

6．在原子序数为11～18的元素中：

（1）原子半径最小的是（不包括Ar）________（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的是________。

（2）与冷水剧烈反应生成H2的物质是________（填物质名称）；与水反应能生成具有漂白性物质的是________（填物质名称），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号原子中（不包括Ar），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原子最外层有8个电子，是稳定结构，通常不与其他物质发生反应，化学性质最稳定。

答案：

（1）Cl　Na、Mg、Al　S

（2）钠　氯气　Cl2＋H2O===H＋＋Cl－＋HClO

（3）Ar

等级性测试

1．某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．6D．7

解析：

选C。

设该元素的最高正价为x，最低负价为y，则

，解得x＝6，y＝－2，因此该原子的最外层电子数为6。

2．元素X形成的离子与Ca2＋的核外电子排布相同，且X离子的半径小于S2－的半径，X元素可能为（　　）

A．AlB．P

C．ArD．K

解析：

选D。

由题意可知，元素X形成的离子中K、L、M电子层上的电子数分别为2、8、8，与S2－的电子层结构相同，对于电子层结构相同的离子，核电荷数越大，离子半径越小，故X的核电荷数应大于S的核电荷数，题中符合要求的元素是K，故D项正确。

3．下图表示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

4．下列粒子半径之比大于1的是（　　）

A.

B.

C.

D.

解析：

选B。

因为同一种元素的阳离子半径比其原子半径小，所以

<1，故A选项错误；因为电子层数越多，原子半径越大，所以r（Mg）>r（Be），故二者之比大于1，故B选项正确；因为电子层数相同，核电荷数越大，原子半径越小，所以r（S）

<1，故D选项错误。

5．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形成的化合物可能是（　　）

A．MgF2B．MgCl2

C．CaCl2D．CaBr2

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

，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－具有相同电子排布的Y元素的离子可能为Ca2＋、K＋、S2－，则X、Y形成的化合物可能是CaCl2或KCl，C项符合题意。

6．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的最高正价和最低负价的代数和为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。

根据随原子序数递增化合价变化特点分析知X为O，Y为Na，Z为Al，W为S，R为Cl。

电子层数越多半径越大，故O原子半径最小，电子层数相同时，原子序数越大，半径越小，则原子半径：

Na＞Al，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；Cl的最高正价和最低负价的代数和为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。

7．A元素的阴离子、B元素的阴离子和C元素的阳离子具有相同的电子层结构。

已知A的原子序数大于B的原子序数。

则A、B、C三种元素的离子半径大小顺序是（　　）

A．A＞B＞CB．B＞A＞C

C．C＞A＞BD．C＞B＞A

解析：

选B。

原子无论是得到电子形成阴离子，还是失去电子形成阳离子，其核电荷数均不变。

A元素的阴离子、B元素的阴离子和C元素的阳离子的电子层结构相同，A比B的原子序数大，则元素A、B、C的原子序数关系为C＞A＞B。

电子层结构相同的离子，核电荷数越大，离子半径越小，则A、B、C三种元素的离子半径大小顺序为B＞A＞C。

8．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．NB．P

C．SD．O

解析：

选B。

由题意知，最高正价－|最低负价|＝2　①，最高正价＋|最低负价|＝8　②，将②式－①式得|最低负价|＝3，该元素的最低负价为－3。

元素R的气态氢化物的化学式是RH3，氢元素的质量分数为

×100%＝8.8%，则Ar（R）＝31，R是磷元素。

9．图中曲线表示1～18号部分元素的原子序数（按递增顺序连续排列）与常见最高化合价之间的关系，下列叙述不正确的是（　　）

A．①②形成的化合物的摩尔质量可能是44g/mol

B．①③可以按原子个数比1∶1形成化合物

C．②③形成的化合物能溶于稀盐酸

D．简单离子半径大小为②＜③

解析：

选D。

①的常见最高化合价为＋5价，②的常见最高化合价为0价，③的常见最高化合价为＋3价，结合原子序数知，①为N元素，②为O元素，③为Al元素。

①②形成的化合物N2O的摩尔质量是44g/mol，A正确；①③可以形成化合物AlN，原子个数比为1∶1，B正确；②③形成的化合物Al2O3能与稀盐酸反应，C正确；核外电子排布相同的离子，原子序数越大，离子半径越小，则简单离子半径大小为O2－＞Al3＋，D错误。

10．试比较下列微粒半径的大小（填“＞”或“＜”）。

（1）Na____Ca____K；

（2）P____S____Cl；

（3）Fe3＋____Fe2＋；

（4）Cl－____Cl；

（5）P3－____S2－____Cl－____Na＋____Mg2＋____Al3＋。

答案：

（1）＜　＜　

（2）＞　＞　（3）＜　（4）＞　（5）＞

＞　＞　＞　＞

11．

（1）下表是部分前18号元素的原子半径及主要化合价：

元素代号

L

M

Q

R

T

原子半径/nm

0.130

0.118

0.090

0.102

0.073

主要化合价

＋2

＋3

＋2

＋6、－2

－2

①L元素的名称是________，R元素的名称是________。

②L和M中失电子能力较强的是______________（写元素符号）。

（2）某种融雪剂主要成分为XY2，X、Y均为前20号元素，其阳离子和阴离子的电子层结构相同，且1molXY2含有54mol电子。

该融雪剂主要成分的化学式为______________。

解析：

（1）根据主要化合价可知，L、Q最外层有2个电子，根据原子半径可知，Q是Be，L是Mg，M是Al；T只有－2价，是O，则R为S。

（2）XY2中每1mol离子有电子：

54mol×

＝18mol，再结合化学式可判断化合物中X显＋2价，是Ca，Y显－1价，是Cl，则XY2是CaCl2。

答案：

（1）①镁　硫　②Mg　

（2）CaCl2

12．有A、B、C、D四种元素，它们的原子序数依次增大，由B、C、D形成的离子具有相同的电子层结构。

1molD单质跟水剧烈反应产生11.2L（标准状况）A气体单质，此时D转化成具有氖原子核外电子层结构的离子。

B与D形成的某种化合物能与水反应产生B气体单质。

回答下列问题：

（1）这四种元素的名称：

A____________、B__________、C________、D________。

（2）C原子的结构示意图：

________，D离子的结构示意图：

______________________。

（3）这四种元素的原子半径由小到大的顺序为______________________。

（4）写出D单质与水反应的离子方程式：

__________________________。

解析：

1molD单质跟水剧烈反应产生11.2L（标准状况）A气体单质，此时D转化成具有氖原子核外电子层结构的离子，可推知A为氢元素，D为钠元素。

B与D形成的某种化合物能与水反应产生B气体单质，结合所学知识，可知该反应为2Na2O2＋2H2O===4NaOH＋O2↑，即B为氧元素。

根据原子序数关系，可知C为氟元素。

答案：

（1）氢　氧　氟　钠

（3）H

（4）2Na＋2H2O===2Na＋＋2OH－＋H2↑