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第四章
物质结构　元素周期律和氯
第一节　原子结构与元素周期表
课题2　元素周期表
内容索引
学习目标
活动方案
课堂反馈
学 习 目 标
1．知道元素周期表的结构。
2．知道原子结构与元素周期表的关系。
3．掌握碱金属和卤族元素性质的相似性和递变性。
活 动 方 案
活动一：探究元素周期表的结构
1．阅读下面的材料，追寻元素周期表发现的踪迹。
门捷列夫为研究元素性质的规律，把每种元素的主要性质和相对原子质量写在一张张卡片上，对已知的几十种元素反复进行排列，比较其性质，探索其联系。1869年3月他发表论文指出“按元素相对原子质量大小排列起来，元素性质明显呈现周期性”，并将已发现的63种元素排出一张元素周期表。
门捷列夫应用元素周期表修正了铟、铀、钍等9种元素的原子量；他还预言了三种新元素及其特性，并暂时取名为类铝、类硼、类硅，后来的发现证明这些新元素的性质与门捷列夫的预言惊人相符，元素周期表的正确性由此得到了肯定。随着原子结构的奥秘被揭示后，元素周期表中元素的排序依据由相对原子质量改为原子的核电荷数，周期表也逐渐演变成我们熟悉的现代元素周期表。
(1)门捷列夫编制的元素周期表的排序依据是什么？他预言新元素存在及其特性的依据是什么？
【答案】 相对原子质量。元素周期表。
(2)现代元素周期表的排序依据是什么？为何现代元素周期表不再沿用门捷列夫的依据排序？
【答案】 原子的核电荷数。同一元素存在相对原子质量不同的核素(即同位素)，不同元素的相对原子质量也可能相同。
2．仔细观察元素周期表，探究下列问题。
(1)填写下表并分析周期序数与原子核外电子层数之间的关系。
周期序数 1 2 3 4 5 6 7
起止元素 H～He Fr～Og
元素种类 2
核外电子层数 1 7
周期分类 短周期 长周期
Li～Ne　
Na～Ar　
K～Kr　
Rb～Xe　
Cs～Rn　
8　
8　
18　
18　
32　
32　
2　
3　
4　
5　
6　
短周期　
短周期　
长周期　
长周期　
长周期　
【答案】 周期序数＝核外电子层数
(2)元素周期表共有多少个纵行？多少个族？这些族包括哪些类型，怎么表示？写出这些族从左往右的排列顺序。
【答案】 共有18个纵行，16个族；包括7个主族、7个副族、1个Ⅷ族、1个0族。这些族从左往右排列顺序为ⅠA、ⅡA、ⅢB、ⅣB、ⅤB、ⅥB、ⅦB、Ⅷ、ⅠB、ⅡB、ⅢA、ⅣA、ⅤA、ⅥA、ⅦA、0族。
(3)根据元素的原子结构示意图，分析元素原子结构与元素在元素周期表中位置的关系。
【答案】 最外层电子数等于主族序数，核外电子层数等于周期序数。
活动二：探究原子结构与元素性质的关系
1．探究碱金属元素性质的变化规律。
(1)阅读下表，寻找碱金属元素的核外电子的排布、原子半径和物理性质的变化规律。
族 元素 名称 原子结构示意图 原子半径/nm 颜色 密度/(g·cm－3) 熔点/℃ 沸点/℃
碱金属元素 锂 0.152 银白色 0.534 180.5 1 347
钠 0.186 银白色 0.97 97.81 882.9
族 元素 名称 原子结构示意图 原子半径/nm 颜色 密度/(g·cm－3) 熔点/℃ 沸点/℃
碱金属元素 钾 0.227 银白色 0.86 63.65 774
铷 0.248 银白色 1.532 38.89 688
铯 0.265 略带金色光泽 1.879 28.40 678.4
【答案】 从上往下，最外层电子数均为1，电子层数逐渐增多，原子半径逐渐增大，都具有金属光泽，密度呈现逐渐增大的趋势，熔、沸点逐渐降低。
(2)结合锂、钠和钾的原子结构特点，请你预测铷、铯可能有哪些性质？
【答案】 铷、铯具有很强的还原性，能与H2O、O2、Cl2等发生反应。
(3)观察钾与氧气、水反应的视频，写出钾与水反应的化学方程式。对比钠与氧气、水反应的实验现象，哪个反应更剧烈，并从原子结构上解释原因。
【答案】 2K＋2H2O===2KOH＋H2↑。钾与O2、H2O反应更剧烈，因为钾的核外电子层数多于钠，原子核对最外层电子的吸引力小，易失去最外层电子。
(4)元素的金属性强弱可以从单质与水(或酸)反应置换出氢的难易程度，以及它们的最高价氧化物对应的水化物——氢氧化物的碱性强弱来判断。预测碱金属从锂到铯的金属性强弱。
【答案】 从上往下，碱金属的金属性逐渐增强；从上往下，随着核电荷数的增加，碱金属元素原子的电子层数逐渐增多，原子半径逐渐增大，原子核对最外层电子的吸引力逐渐减弱，原子失去最外层电子的能力逐渐增强，金属性逐渐增强。
2．探究卤族元素性质的变化规律。
(1)阅读下表，寻找卤族元素的核外电子的排布、物理性质的变化规律。
族 元素名称 原子结构示意图 单质的颜色、状态 密度 熔点/℃ 沸点/℃
卤族元素 氟 淡黄绿色 气体 1.69 g·L－1 (15 ℃) －219.6 －188.1
氯 黄绿色气体 3.214 g·L－1 (0 ℃) －101 －34.6
族 元素名称 原子结构示意图 单质的颜色、状态 密度 熔点/℃ 沸点/℃
卤族元素 溴 深红棕色 液体 3.119 g·cm－3 (20 ℃) －7.2 58.78
碘 紫黑色固体 4.93 g·cm－3 113.5 184.4
【答案】 卤族元素均有颜色，且颜色逐渐加深，密度呈逐渐增大的趋势，熔、沸点逐渐增大。
(2)预测卤素原子半径的变化规律，推测卤素化学性质的相似性和递变性。
【答案】 卤素原子半径从上往下依次增大。最外层为7个电子，卤素均可得到一个电子，但随着电子层数的增加，得电子能力逐渐减弱。
(3)元素的非金属性强弱可以从其最高价氧化物对应的水化物的酸性强弱，或与氢气生成气态氢化物的难易以及氢化物的稳定性来判断。下表为卤素单质与氢气的反应及氢化物的稳定情况。
①推测卤族元素的非金属性的变化规律。
【答案】 卤族元素的非金属性从上到下逐渐减弱，氟＞氯＞溴＞碘。
②用右图装置完成下列实验，观察现象并填写表格。
实验步骤 实验现象 离子方程式
实验一 在点滴板的3个孔穴中分别滴入3滴NaBr溶液、NaI溶液和新制氯水，然后向NaBr溶液和NaI溶液中各滴入3滴新制氯水，并将反应后的颜色与氯水的颜色进行比较
向NaBr和NaI溶液中滴入新制氯水后颜色加深，变为橙色和棕色
2Br－＋Cl2=== Br2＋2Cl－、2I－＋Cl2===I2＋2Cl－
实验步骤 实验现象 离子方程式
实验二 在点滴板的两个孔穴中分别滴入3滴NaI溶液和溴水，然后向NaI溶液中滴入3滴溴水，并将反应后的颜色与溴水的颜色进行比较
卤素单质氧化性的强弱 NaI溶液中滴入溴水后颜色加深，变为棕色
2I－＋Br2===I2＋2Br－
Cl2＞Br2＞I2　
③结合卤族元素的原子结构特点，解释卤族元素的非金属性(单质的氧化性)呈现这种变化规律的原因。
【答案】 卤族元素从上到下非金属性逐渐减弱；从上到下原子核外电子层数依次增多，原子半径逐渐增大，得电子能力逐渐减弱，非金属性逐渐减弱。
活动三：概括原子结构与元素性质的关系
根据碱金属和卤族元素的原子结构和性质的变化规律，概括同主族元素的结构特点和性质的变化规律。
【答案】 同一主族从上到下，电子层数递增，最外层电子数相同；同一主族元素从上到下，金属性增强，非金属性减弱。
课 堂 反 馈
1．下列关于元素周期表的叙述正确的是 (　　)
A．元素周期表是按各元素的相对原子质量递增的顺序从左到右排列的
B．同族元素的最外层电子数一定相同
C．同周期元素的电子层数相同
D．每一周期的元素都是从碱金属开始，以稀有气体结束
1
C　
2．在含有NaBr和NaI的溶液中通入足量的Cl2，然后把溶液蒸干并将剩余残渣灼烧，最后留下的物质是 (　　)
A．NaCl和NaBr的混合物 B．NaCl和I2
C．NaCl D．NaCl、Br2和I2
2
C　
3．2019年诺贝尔化学奖授予John Goodenough教授、Stanley Whittingham教授以及吉野彰博士，以表彰他们在锂离子电池研发领域作出的贡献。已知金属锂的化学性质与金属钠相似；金属锂的密度是0.534 g·cm－3、煤油的密度是0.80 g·cm－3，下列有关金属锂的说法不正确的是 (　　)
A．自然界中不存在锂单质
B．在盛有煤油和水的烧杯中投入金属锂，金属锂在水层和煤油界面处发生反应
C．金属锂可能与氧气、氯气、盐酸发生反应
D．金属锂与金属钠的性质有相似又有不同，体现了分类法和比较法在研究物质性质时的应用
3
B　
4．下列有14种元素：K、Th、U、O、Si、Mg、Al、Ca、Fe、Ti、Na、Mn、Cr、Gd，其中属于短周期的元素有 (　　)
A．4种 B．5种
C．6种 D．7种
4
B　
5．下列关于碱金属按Li、Na、K、Rb、Cs的顺序叙述中，不正确的是 (　　)
A．碱金属元素原子最外层都只有1个电子，化学反应中易失去电子表现出强还原性
B．单质的熔点和沸点递减
C．单质都能与水反应生成碱，都能在空气中燃烧生成过氧化物
D．原子半径逐渐增大，单质与水反应的剧烈程度逐渐增强
5
C　
6．随着卤素原子半径的增大，下列递变规律正确的是 (　　)
A．单质的熔、沸点逐渐降低
B．卤素离子的还原性逐渐增强
C．非金属性逐渐增强
D．单质的氧化性逐渐增强
6
B　
7．短周期元素X、Y、Z在元素周期表中的位置如图所示，回答下列问题。
(1)元素X单质分子是________(填化学式)。
(2)Y位于元素周期表中的第______周期第________族。
7
He　
二　
ⅦA　
8．元素周期表是学习和研究化学的重要工具。根据下表回答下列问题。
8
8
(1)地壳中含量最多的金属元素的原子序数是______。
(2)根据上表规律可知，表中X为______(填元素符号)。
(4)若元素Cl的一种核素中含18个中子，写出该核素的符号：_______。
13　
S　
K＋　
9．据短周期元素的信息回答问题。
9
元素信息
A 第三周期第ⅥA族
B 族序数是周期数的3倍
C 原子序数是11
D D3＋与Ne核外电子数相同
9
(1)写出A、B的元素符号：______、______，元素C、元素D的名称依次为______、______。
(2)写出单质B、单质C在加热时发生反应的化学方程式：
_____________________。
(3)从原子结构的角度分析，A与B的________________相同，C与D的____________相同。
S　
O　
钠　
铝　
最外层电子数　
电子层数　
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