资源简介

专题5 物质结构与性质
第一单元元素周期律
第2讲元素周期表、元素周期律及其应用
一、课程标准要求
1．掌握元素周期律的实质。了解元素周期表(长式)的结构(周期、族)及其应用。
2．掌握同一周期内元素性质的递变规律与原子结构的关系。
3．掌握同一主族内元素性质递变规律与原子结构的关系。
4．了解金属、非金属元素在周期表中的位置及其性质递变规律。
5．了解化学键的定义。了解离子键、共价键的形成。掌握电子式的表示方法。
二、在高中化学教材体系中的地位
从课程模块层面看，元素周期表、元素周期律是普通高中化学学习的重要内容。通过元素周期表、元素周期律的学习，明确元素性质的递变规律与原子结构的关系，形成元素位构性的认知模型，
三、思维导图
四、课时安排建议
第1课时 元素周期表、元素周期律及其应用(1课时)
第1课时 元素周期表、元素周期律及其应用
一、教学流程
活动一：构建知识体系
(一)　元素周期表及其应用
1．原子序数
(1)定义：按照元素在周期表中的顺序给元素所编的序号。
(2)数量关系：原子序数＝核电荷数＝核外电子数＝质子数。
2．元素周期表的编排原则
3．元素周期表的结构
(1)周期(7个横行，7个周期)
短周期 长周期
序号 一 二 三 四 五 六 七
元素种类 2 8 8 18 18 32 32
0族元素原子序数 2 10 18 36 54 86 118
(2)族(18个纵列，16个族)
主 列 1 2 13 14 15 16 17
族 族 ⅠA ⅡA ⅢA ⅣA ⅤA ⅥA ⅦA
副 列 3 4 5 6 7 11 12
族 族 ⅢB ⅣB ⅤB ⅥB ⅦB ⅠB ⅡB
Ⅷ族 第8、9、10，共3个纵列
0族 第18纵列
[注意]　①所含元素种类最多的族为ⅢB族(含有锕系、镧系)，共有32种元素。
②最外层电子数为3～7个的原子一定属于主族元素，且最外层电子数即为主族的族序数。
(3)元素周期表中元素的分区
①分界线：如图所示，沿着元素周期表中铝、锗、锑、钋与硼、硅、砷、碲、砹的交界处画一条斜线，即为金属元素区和非金属元素区分界线(氢元素除外)。
②各区位置：分界线左下方为金属元素区，分界线右上方为非金属元素区。
③分界线附近元素的性质：既表现金属元素的性质，又表现非金属元素的性质。
(4)元素周期表中的特殊位置
过渡元素 元素周期表中部从ⅢB族到ⅡB族10个纵列共六十多种元素，这些元 素都是金属元素，且原子最外层电子数不超过2个(1～2个)
镧系 元素周期表第六周期中，57号元素镧到71号元素镥共15种元素
锕系 元素周期表第七周期中，89号元素锕到103号元素铹共15种元素
超铀元素 在锕系元素中92号元素铀(U)以后的各种元素
[注意]　同主族、邻周期元素的原子序数差的关系
①第ⅠA族元素，随电子层数的增加，原子序数依次相差2、8、8、18、18、32。
②第ⅡA族和0族元素，随电子层数的增加，原子序数依次相差8、8、18、18、32。
③第ⅢA～ⅦA族元素，随电子层数的增加，原子序数依次相差8、18、18、32、32。
4．元素周期表的三大应用
(1)科学预测
为新元素的发现及预测他们的原子结构和性质提供了线索。
(2)寻找新材料
(3)用于工农业生产
对探矿有指导意义的是地球化学元素的分布与它们在元素周期表中的位置关系，研制农药材料等。
(二)　元素周期律及其应用
1．元素周期律
2．主族元素性质的变化规律
(1)原子结构的变化规律
项目 同周期(左→右) 同主族(上→下)
核电荷数 逐渐增大 逐渐增大
电子层数 相同 逐渐增多
原子半径 逐渐减小 逐渐增大
(2)元素及对应化合物性质变化规律
项目 同周期(左→右) 同主族(上→下)
元 素 化合价 最高正化合价由＋1→＋7(O、F除外)最低负化合价＝－(8－主族序数) 相同，最高正化合价＝主族序数(O、F除外)
金属性 金属性逐渐减弱 金属性逐渐增强
非金属性 非金属性逐渐增强 非金属性逐渐减弱
化 合 物 离子的氧化性、还原性 阳离子氧化性逐渐增强 阴离子还原性逐渐减弱 阳离子氧化性逐渐减弱 阴离子还原性逐渐增强
气态氢化物稳定性 逐渐增强 逐渐减弱
最高价氧化物对应的水化物的酸碱性 碱性逐渐减弱 酸性逐渐增强 碱性逐渐增强 酸性逐渐减弱
[注意]　①对于主族元素而言，元素的最高正化合价一般情况下和主族序数相同，但氧无最高正价，氟无正价。
②金属性是指金属气态原子失电子能力的性质，金属活动性是指单质在水溶液中，金属原子失去电子能力的性质，二者顺序基本一致，仅极少数例外。如金属性Pb>Sn，而金属活动性Sn>Pb。
3．元素周期律的应用
(1)比较不同周期、不同主族元素的性质
①比较Ca(OH)2和Al(OH)3的碱性强弱方法：
金属性：Mg>Al，Ca>Mg，则碱性：Ca(OH)2>Mg(OH)2>Al(OH)3。
②比较H2O和SiH4的稳定性强弱的方法：
非金属性：C>Si，O>C，则氢化物稳定性：H2O>CH4>SiH4。
(2)预测未知元素的某些性质
①已知Ca(OH)2微溶，Mg(OH)2难溶，可推知Be(OH)2难溶。
②已知卤族元素的性质递变规律，可推知未学元素砹(At)的化合物的性质为HAt不稳定，水溶液呈酸性，AgAt难溶于水。
活动二：重难点突破
(一)　元素金属性、非金属性强弱比较
1．(2020·三明市第一中学期中考试)下列事实不能说明元素的金属性或非金属性相对强弱的是 (　　)
选项 事实 推论
A 与冷水反应，Na比Mg剧烈 金属性：Na＞Mg
B Ca(OH)2的碱性强于Mg(OH)2 金属性：Ca＞Mg
C 氧化性：HClO>H2CO3 非金属性：Cl>C
D 热稳定性强弱：HBr>HI 非金属性：Br>I
[解析]：选C　A项，金属性越强，与水反应越剧烈，Na、Mg与冷水反应，Na比Mg剧烈，金属性Na>Mg，正确；B项，金属性越强，对应的最高价氧化物的水化物碱性越强，Ca、Mg对应的最高价氧化物的水化物碱性为Ca(OH)2强于Mg(OH)2，金属性Ca>Mg，正确；C项，非金属性越强，最高价氧化物的水化物的酸性越强，次氯酸中氯为＋1价，不是最高价，且应比较最高价氧化物的水化物的酸性，不是比较氧化性，错误；D项，非金属性越强，气态氢化物越稳定，稳定性HBr>HI，则非金属性Br>I，正确。
2．(2019·北京东城区一摸)为纪念门捷列夫发表第一张元素周期表(部分如下)150周年，联合国宣布2019年为“国际化学元素周期表年”。关于下表的说法正确的是(　　)
A．表中数字代表元素的原子序数
B．表中元素的排列依据是元素的原子结构
C．推测表中“？＝70”指代的元素的最高化合价为＋4
D．每一纵列都对应现在常用的元素周期表中的一族
[解析]：选C　表中数字代表元素的相对原子质量，故A错误；表中元素的排列依据是相对原子质量的大小，故B错误；推测表中“？＝70”和C、Si在同一横排，属于同主族，所以元素的最高化合价为＋4，故C正确；每一横行都对应现在常用的元素周期表中的同一族，故D错误。
[小结]元素金属性和非金属性强弱的判断方法
金属性比较 本质 原子越易失电子，金属性越强(与原子失电子数目无关)
判断方法 ①在金属活动性顺序表中越靠前，金属性越强
②单质与水或非氧化性酸反应越剧烈，金属性越强
③单质还原性越强或阳离子氧化性越弱，金属性越强
④最高价氧化物对应水化物的碱性越强，金属性越强
⑤若Xn＋＋Y―→X＋Ym＋，则Y比X的金属性强
⑥元素在周期表中的位置：左边或下方元素的金属性强
非金属性比较 本质 原子越易得电子，非金属性越强(与原子得电子数目无关)
判断方法 ①与H2化合越容易，气态氢化物越稳定，非金属性越强
②单质氧化性越强或阴离子还原性越弱，非金属性越强
③最高价氧化物对应水化物的酸性越强，非金属性越强
④元素在周期表中的位置：右边或上方元素的非金属性强
微粒半径大小的比较方法
活动三：巩固提升
1．W、X、Y、Z为主族元素，原子序数依次递增，且原子序数不大于20。W的一种氧化物是地球大气中主要温室气体，W、X不在同一个周期，Z在化合物中的化合价只有＋1，四种元素的最外层电子数之和为16。下列说法一定正确的是(　　)
A．氢化物稳定性：WB．原子半径大小：X>W>Y
C．常温下，Y的单质为气体
D．Y、Z形成离子化合物
2．短周期元素W、X、Y、Z的原子序数依次增加。W、X、Y简单离子的电子层结构相同，X元素在短周期主族元素中原子半径最大；W的简单氢化物常温下呈液态，Y的氧化物和氯化物熔融时都能导电，X、Y和Z原子的最外层电子数之和为10。下列说法正确的是(　　)
A．离子半径：WB．工业上采用电解Y的氧化物冶炼单质Y
C．W、X元素组成的化合物一定只含离子键
D．W、X、Z三种元素组成的化合物的水溶液可能显碱性
3．四种短周期元素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1/2。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与W形成共价化合物XW2，X的原子半径比Y小
C．Y元素的气态氢化物的热稳定性比Z的高
D．X、W元素的最高价氧化物对应水化物的酸性：W强于X
X Y
Z W
4．短周期主族元素W、X、Y和Z的原子序数依次增大，W的气态氢化物的水溶液可使酚酞变红，W与X可形成一种红棕色有刺激性气味的气体，Y的原子半径是所有短周期主族元素中最大的，Z原子最外层电子数与W原子的电子总数相同。下列说法中正确的是(　　)
A．W的氧化物对应水化物均为强酸
B．简单离子半径：W＜X＜Y
C．简单氢化物沸点：Z＜W
D．Y与Z形成的化合物的水溶液呈碱性
5．元素X、Y、Z均位于短周期，它们的最高及最低化合价如表所示，下列判断一定正确的是(　　)
元素 X Y Z
最高、最低化合价 ＋7　－1 ＋6　－2 ＋5　－3
A．原子序数：X>Y>Z
B．Z的氢化物的沸点在同族中最高
C．X的含氧酸的酸性最强
D．Y的一种同素异形体具有漂白能力
6．A、B、C、D四种短周期元素在周期表中的位置如表所示，有关说法正确的是(　　)
A．元素最高正价数值最大的是A
B．单质熔点最高的是C
C．离子半径：AD．金属性：B>C
7．短周期元素X、Y、Z、W的原子序数依次增大，X和W为同主族元素，Z的单质能溶于W的最高价氧化物对应的水化物的稀溶液，却不溶于其浓溶液。由这四种元素中的一种或几种组成的物质存在如下转化关系，甲＋乙→丙＋W，其中甲是元素X的氢化物，其稀溶液可用于伤口消毒，乙为一种二元化合物，常温下0.1 mol·L－1丙溶液的pH＝13，下列说法错误的是(　　)
A．X和Y、W均至少能形成两种化合物
B．乙和丙均为既含有离子键又含有共价键的离子化合物
C．四种元素简单离子半径中Z的最小
D．气态氢化物的稳定性：X>W
8．几种短周期元素的原子半径及主要化合价如下表：
元素代号 X Y Z W
原子半径/nm 0.143 0.102 0.075 0.074
主要化合价 ＋3 ＋6、－2 ＋5、－3 －2
下列叙述正确的是(　　)
A． X元素位于周期表的第二周期ⅢA族　 B． Y的简单氢化物沸点比W的高
C． 第一电离能：I1(Z)>I1(W)>I1(Y)　 D． Z的含氧酸酸性一定比Y的强
9．(2020·宣城一中期末)短周期元素X、Y、Z、W的原子序数依次增大，且X、Z是同族元素，W元素的单质为淡黄色固体。它们的最高价氧化物溶于水可得四种溶液，25 ℃时，0.010 mol·L－1的这四种溶液pH与相应元素原子半径的关系如图所示。下列说法正确的是(　　)
A．W的氧化物的水化物一定是强酸
B．气态氢化物的稳定性：Z>X
C．简单离子半径：W>Y
D．Y与W形成的化合物一定含有共价键
10．短周期元素R、X、Y、Z的原子序数依次增大，X原子最外层电子数等于电子层数的2倍，R、Y、Z组成化合物M，M和熟石灰共热生成N、有刺激性气味气体H和液态化合物I(常温常压)，N是一种常用的干燥剂。下列推断正确的是(　　)
A．X的氢化物一定不能使酸性高锰酸钾溶液褪色
B．Z的氧化物对应水化物的酸性一定比Y的强
C．Y的气态氢化物遇Z的单质没有明显现象
D．气体H不能用干燥剂N进行干燥
[参考答案]：
1．D
解析：由题意，W的一种氧化物是地球大气中主要温室气体，则W是C元素；W、X不在同一个周期，Z在化合物中的化合价只有＋1，且Z的原子序数最大，则Z为K元素；四种元素的最外层电子数之和为16，则X、Y的最外层电子数之和为11，X可能为Si元素、Y为Cl元素，或X可能为P元素、Y为S元素。若W是C元素、X为Si元素、Y为Cl元素，C元素的非金属性强于Si元素，氢化物稳定性C元素强于Si元素，故A错误；Cl元素或S元素的原子半径均大于C元素原子半径，故B错误；若Y为S元素，S单质为固体，故C错误；Y可能为Cl元素或S元素，硫化钾和氯化钾均为离子化合物，故D正确。
2．D
解析：X元素在短周期主族元素中原子半径最大，则X为钠元素；W的简单氢化物常温下呈液态，则W为氧元素，Y的氧化物和氯化物熔融时都能导电且原子序数大于钠，则Y为镁元素，X、Y和Z原子的最外层电子数之和为10，则Z的最外层电子数为10－1－2＝7，Z为氯元素。Z－(Cl－)多一个电子层，离子半径最大，具有相同电子层结构的离子，核电荷数越大半径越小，离子半径W2－(O2－)>Y2＋(Mg2＋)，故离子半径Z－(Cl－)>W2－(O2－)>Y2＋(Mg2＋)，A错误；氧化镁的熔点很高，故工业上采用电解氯化镁冶炼单质镁，B错误；W、X元素组成的化合物过氧化钠中含离子键和共价键，C错误；W、X、Z三种元素组成的化合物NaClO为强碱弱酸盐，水解溶液显碱性，D正确。
X Y
Z W
3．B
解析：Z元素的最外层电子数是内层电子总数的1/2，Z为Li或P，根据在周期表中位置，推出Z为P，Y为N，X为C，W为S。Z为P，位于第三周期第ⅤA族，故A正确；X和W形成的化合物是CS2，属于共价化合物，同周期从左向右，半径依次减小，C的半径比N大，故B错误；同主族从上到下，非金属性减弱，即N的非金属性强于P，则NH3比PH3稳定，故C正确；X的最高价氧化物对应水化物是H2CO3，W的最高价氧化物对应水化物是H2SO4，前者属于弱酸，后者属于强酸，故D正确。
4．C
解析：W的气态氢化物的水溶液可使酚酞变红，则W为N，W与X形成红棕色有刺激性气味的气体是NO2，则X为O，Y的原子半径是所有短周期主族元素中最大的，则Y为Na，Z原子最外层电子数与W电子总数相同，则Z为Cl。W为N，N的氧化物N2O3对应水化物HNO2为弱酸，故A项错误；N3－、O2－、Na＋三种离子的电子层结构相同，核电荷数越大半径越小，所以简单离子半径：N3－>O2－>Na＋，故B项错误；Z为Cl，W为N，由于氨分子之间存在氢键，沸点较高，简单氢化物沸点：Cl＜N，故C项正确；Y为Na，Z为Cl，Y与Z形成的化合物为NaCl，为强酸强碱盐，不水解，水溶液呈中性，故D项错误。
5．A
解析：元素X、Y、Z均位于短周期，可推断出X是Cl元素，Y是S元素，Z是N或P元素，不管Z是N还是P，原子序数都是X>Y>Z，故A正确；Z元素不确定，故B错误；X是Cl元素，它的含氧酸可以是HClO，可以是HClO3，还可以是HClO4，其中HClO是弱酸，故C错误；S的一种同素异形体不具有漂白能力，故D错误。
6．D
解析：据短周期元素在周期表中的位置可知A、B、C、D分别是F、Na、Mg、Si元素。F原子最外层有7个电子，但无正价，A项错误；Si的单质为原子晶体，在四种单质中熔点最高，B项错误；A、C离子分别是F－、Mg2＋，它们的电子排布相同，F－核电荷数较小，其半径较大，C项错误；Na、Mg同周期，从左向右，金属性逐渐减弱，D项正确。
7．B
解析：短周期元素X、Y、Z、W的原子序数依次增大，Z的单质能溶于W的最高价氧化物对应的水化物的稀溶液中，不溶于其浓溶液中，说明Z为Al元素，W为S元素，因为铝在常温下能溶于稀硫酸，在浓硫酸中发生钝化；X和W为同主族元素，则X为O元素；甲是元素X的氢化物，其稀溶液可用于伤口消毒，则甲为H2O2；常温下0.1 mol·L－1丙溶液的pH＝13，则丙为强碱，说明X、Y、Z、W四种元素中有一种元素的氢氧化物为强碱，则Y为Na元素，则丙为NaOH；由于这四种元素中的一种或几种组成的物质存在甲＋乙→丙＋W的转化关系，且乙为一种二元化合物，则乙为Na2S。X和Y能形成氧化钠、过氧化钠，X和W能形成二氧化硫、三氧化硫，故A正确；通过分析可知，乙为硫化钠，硫化钠是只含离子键的离子化合物，丙为氢氧化钠，氢氧化钠是既含离子键又含共价键的离子化合物，故B错误；W的离子核外电子层数最多，离子半径最大，X、Y、Z的离子具有相同的电子层结构，因为核外电子层数相同时，核电荷数越大半径越小，Z的核电荷数最大，离子半径最小，故C正确；X和W为同主族元素，非金属性X>W，因为非金属性越强，气体氢化物越稳定，则气态氢化物的稳定性X>W，故D正确。
8．C　
解析：选几种短周期元素的原子半径及主要化合价如表:Y有+6、-2价，则Y为S元素，X元素的原子半径比S大，元素主要化合价为+3价，则X是Al元素，W元素的化合价为-2价，则W为O元素，Z的原子半径比O稍大，元素主要化合价为+5、3 价，则Z是N元素，然后根据元素周期律及物质的性质分析解答。
9．C　
解析： W元素的单质为淡黄色固体，W是S元素；25 ℃时，0.010 mol·L－1 Y的最高价氧化物对应水化物溶液的pH＝12，则Y是Na元素；0.010 mol·L－1的X的最高价氧化物对应水化物溶液的pH＝2，X、Z是同族元素，0.010 mol·L－1的Z的最高价氧化物对应水化物溶液的pH范围为2PH3，B错误；简单离子的电子层数越多，半径越大，所以简单离子半径：S2－>Na＋，C正确；Na与S形成的化合物Na2S中不含共价键，D错误。
10．D　
解析：由短周期元素R、X、Y、Z的原子序数依次增大，X原子最外层电子数等于电子层数的2倍，知X为C；R、Y、Z组成化合物M，M和熟石灰共热生成N、有刺激性气味气体H和液态化合物I(常温常压)，N是一种常用的干燥剂知M为NH4Cl，N为CaCl2，由此知R为H、Y为N、Z为Cl。C的氢化物有很多，如C2H4能使酸性高锰酸钾溶液褪色，故A错误；Cl的氧化物对应水化物有多种酸，如HClO为弱酸，N的氧化物对应水化物可以是HNO3为强酸，且酸性HNO3>HClO，故B错误；N的气态氢化物是NH3，Cl的单质为Cl2，两者相遇有白烟生成，故C错误；气体H为NH3，N为CaCl2，两者会发生反应，所以不能用干燥剂CaCl2进行干燥，故D正确。
二、教学建议
1．本节课内容重在元素性质递变规律的掌握，建议教师让学生自主复习，通过归纳、分析、对比，掌握相关知识。
2．本节课内容和选修三对应部分有较多联系，可结合选修三部分补充。
3．教师在教学中以引导和提领要点重点为主，切实转变教与学的方式。
三、情境素材
1．元素周期表的意义
元素周期表的意义重大，科学家正是用此来寻找新型元素及化合物。
2015年12月31日美国《科学新闻》双周刊网站发表了题为《四种元素在元素周期表上获得永久席位》的报道。国际纯粹与应用化学联合会(IUPAC)宣布俄罗斯和美国的研究团队已获得充分的证据，证明其发现了115、117和 118号元素。此外，该联合会已认可日本理化学研究所的科研人员发现了113号元素。两个研究团队通过让质量较轻的核子相互撞击，并跟踪其后产生的放射性超重元素的衰变情况，合成了上述四种元素。IUPAC执行理事林恩·瑟比说，有关确认新元素的报告将于2016年初公布。官方对这些元素的认可意味着它们的发现者有权为其命名并设计符号。113号元素将成为首个由亚洲人发现并命名的元素，于2016年6月正式命名为Nihonium，符号Nh。
元素周期律和周期表，揭示了元素之间的内在联系，反映了元素性质与它的原子结构的关系，在哲学、自然科学、生产实践各方面，都有重要意义。
(1)在哲学方面，元素周期律揭示了元素原子核电荷数递增引起元素性质发生周期性变化的事实，从自然科学上有力地论证了事物变化的量变引起质变的规律性。元素周期表是周期律的具体表现形式，它把元素纳入一个系统内，反映了元素间的内在联系，打破了曾经认为元素是互相孤立的形而上学观点。通过元素周期律和周期表的学习，可以加深对物质世界对立统一规律的认识。
(2)在自然科学方面，周期表为发展物质结构理论提供了客观依据。原子的电子层结构与元素周期表有密切关系，周期表为发展过渡元素结构，镧系和锕系结构理论，甚至为指导新元素的合成，预测新元素的结构和性质都提供了线索。元素周期律和周期表在自然科学的许多部门，首先是化学、物理学、生物学、地球化学等方面，都是重要的工具。

展开更多......

收起↑