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第二节　元素周期律
第1课时　元素性质的周期性变化规律
[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、1～18号元素性质的周期性变化规律
观察教材P101表4-5，填写下列表格。
1．原子最外层电子排布变化规律
周期序号 原子序数 电子层数 最外层电子数 结论
第一周期 1→2 1 1→2 同周期由左向右，元素的原子最外层电子数逐渐增加(1→8，第一周期除外)
第二周期 3→10 2 1→8
第三周期 11→18 3 1→8
规律：同周期中，随着原子序数的递增，元素原子的核外电子排布呈现周期性变化
2.原子半径的变化规律(稀有气体除外)
周期序号 原子序数 原子半径/nm 结论
第一周期 1 0.037 同周期由左向右元素的原子半径逐渐减小(不包括稀有气体)
第二周期 3→9 0.152→0.071大→小
第三周期 11→17 0.186→0.099大→小
规律：同周期中，随着原子序数的递增，元素的原子半径呈现周期性变化
3.元素的主要化合价
周期序号 原子序数 主要化合价 结论
第一周期 1→2 ＋1→0 ①同周期由左向右，元素的最高正价逐渐升高(＋1→＋7，O和F无最高正价)； ②元素的最低负价由第ⅣA族的－4价逐渐升高至第ⅦA族的－1价； ③最高正价＋|最低负价|＝8
第二周期 3→9 最高价＋1→＋5(不含O、F) 最低价－4→－1
第三周期 11→17 最高价＋1→＋7 最低价－4→－1
规律：同周期中，随着原子序数的递增，元素的主要化合价呈现周期性变化
(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)同周期元素最外层电子数都是从1递增到8(　　)
(4)氢元素除了有＋1价外，也可以有－1价，如NaH(　　)
(5)第三周期原子半径最大的元素为氩(　　)
答案　(1)×　(2)√　(3)×　(4)√　(5)×
(1)同周期元素随核电荷数增加原子半径是怎样变化的？
(2)电子层数多的元素原子半径一定大于电子层数少的元素吗？
提示　(1)同周期元素电子层数相同，从左到右，核电荷数依次增多，即原子核所带正电荷增多，原子核对核外电子吸引力增大，原子半径逐渐减小。
(2)不一定，如第二周期的Li元素比第三周期的S、Cl等元素原子的半径大，应综合分析电子层数和核电荷数的影响。
1．主族元素主要化合价的确定方法
(1)最高正价＝主族的序号＝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最高价为＋1，最低价为－1；O无最高正价；F无正化合价。
2．最简单氢化物及其最高价氧化物对应的水化物
ⅣA ⅤA ⅥA ⅦA
氢化物 RH4 RH3 H2R HR
最高价氧化物对应的水化物 H2RO3或H4RO4 H3RO4或HRO3 H2RO4 HRO4
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
原理 金属与水反应置换出H2的难易程度
操作
现象 镁条表面附着少量气泡 剧烈反应，溶液变成浅红色
化学反应 － Mg＋2H2OMg(OH)2＋H2↑
结论 结合Na与水的反应的现象，Na与水反应置换H2比Mg容易，则金属性：Na>Mg
(2)Mg、Al元素金属性强弱比较
原理 金属的最高价氧化物对应水化物的碱性强弱
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－===AlO＋2H2O 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
结论：金属性递变规律
同周期中，从左到右，元素的金属性逐渐减弱。
3．信息获取：非金属性的递变规律
Si P S Cl
最高价氧化物对应水化物的酸性 H2SiO3弱酸 H3PO4中强酸 H2SO4强酸 HClO4强酸
酸性：HClO4＞H2SO4＞H3PO4＞H2SiO3
结论 同周期中，从左到右，元素的非金属性逐渐增强
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。元素的原子半径、化合价、金属性与非金属性都属于元素的性质。
(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。
(1)Al(OH)3是两性氢氧化物，与氨水、盐酸均可反应(　　)
(2)盐酸可以与Na2CO3溶液反应生成CO2，可由此推出非金属性：Cl>C(　　)
(3)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(　　)
(4)第二周期主族元素从左至右金属性逐渐减弱，非金属性逐渐增强(　　)
(5)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)×
1．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。
2．在第三周期元素中，除稀有气体元素外：
(1)原子半径最小的元素是____(填元素符号，下同)。
(2)金属性最强的元素是________。
(3)最高价氧化物对应水化物的酸性最强的是__________(填化学式，下同)。
(4)最不稳定的气态氢化物是________。
(5)最高价氧化物对应水化物的碱性最强的是________。
(6)氧化物中具有两性的是________。
提示　(1)Cl　(2)Na　(3)HClO4　(4)SiH4　(5)NaOH　(6)Al2O3
1．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。
2．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
3．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，解得x＝6，y＝－2，因此该原子的最外层电子数为6。
4．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)。
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
(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)。
(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________________(填化学式)。
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：S(4)上述七种元素的非金属性最强的为Cl元素，则最高价氧化物对应水化物的酸性最强的是HClO4。
题组一　1～18号元素性质的周期性变化规律
1．下列说法正确的是(　　)
A．随着元素原子序数的递增，P、S、Cl、Ar的最高正化合价依次升高
B．随着元素原子序数的递增，Na、Mg、Al、Si的最低负化合价依次降低
C．原子序数为15的元素最高化合价为＋3
D．随着原子序数的递增，第三周期主族元素的最高正化合价依次升高
答案　D
解析　A项，P、S、Cl的最高正化合价依次升高，但是Ar为稀有气体，主要化合价为0，没有正化合价，错误；C项，P的最高化合价为＋5，错误；D项，第三周期主族元素从Na到Cl的最高正化合价从＋1到＋7，依次升高，正确。
2．某元素M的气态氢化物的化学式为MH3，则M的最高价氧化物为(　　)
A．MO B．M2O3
C．MO2 D．M2O5
答案　D
解析　元素M的气态氢化物的化学式为MH3，则M的化合价为－3，原子最外电子层应有5个电子，则最高正化合价为＋5，对应的最高价氧化物为M2O5。
3．五种短周期元素X、Y、Z、M、W的原子序数与其常见化合价的关系如图所示，下列叙述正确的是(　　)
A．元素X可能为氢或锂
B．原子半径：r(Y)＞r(M)
C．Z的最高价氧化物对应的水化物不能溶解在氢氧化钾溶液中
D．H3MO4的酸性比HWO4的强
答案　A
解析　X的常见化合价为＋1，其原子序数小于其他四种元素，则元素X可能为H或Li；Z的常见化合价为＋3，M的常见化合价为－3，原子序数：M＞Z，则M为P；W的常见化合价为－1，其原子序数最大，则W为Cl。元素X可能为H或Li，A项正确；N和P为同主族元素，电子层数越多，原子半径越大，则原子半径：r(N)＜r(P)，B项错误；Al(OH)3为两性氢氧化物，能溶解在KOH溶液中，C项错误；非金属性：P＜Cl，故它们的最高价氧化物对应的水化物的酸性：H3PO4＜HClO4，D项错误。
题组二　元素周期律
4．元素性质呈周期性变化的决定因素是(　　)
A．元素原子半径大小呈周期性变化
B．元素相对原子质量依次增大
C．元素原子核外电子排布呈周期性变化
D．元素的最高正化合价呈周期性变化
答案　C
解析　结构决定性质，即原子的核外电子排布尤其是最外层电子排布决定了元素的性质，C项正确。
5．下列关于元素周期律的叙述正确的是(　　)
A．随着元素原子序数的递增，原子最外层电子数总是从1→8重复出现
B．元素的性质随着原子序数的递增而呈周期性变化
C．随着元素原子序数的递增，元素的最高化合价从＋1→＋7(O、F除外)，最低化合价从－7→－1重复出现
D．元素性质的周期性变化是指原子核外电子排布的周期性变化、原子半径的周期性变化及元素主要化合价的周期性变化
答案　B
解析　A项，只有一个电子层时最外层电子数是从1→2；C项，最低化合价从－4→－1重复出现；D项，不包括核外电子排布的周期性变化。
6．物质的性质与元素的金属性或非金属性密切相关，能根据元素的金属性或非金属性判断下列结论正确的是(　　)
①原子半径：Al＞Cl＞S　②氢化物稳定性：HF＞H2S＞PH3　③离子的还原性：Cl－＞Br－＞I－　④单质的氧化性：Cl2＞S＞Si　⑤酸性：H2SO4＞HClO　⑥碱性：KOH＞NaOH＞Mg(OH)2
A．①④⑤ B．③⑥
C．②④⑥ D．①③④
答案　C
解析　①同周期主族元素，原子半径随着原子序数的增大而逐渐减小，则原子半径：Al＞S＞Cl，错误；②元素的非金属性越强，其氢化物的稳定性越强，非金属性：F＞S＞P，则氢化物的稳定性：HF＞H2S＞PH3，正确；③元素的非金属性越弱，其简单阴离子的还原性越强，非金属性：Cl＞Br＞I，则还原性：I－＞Br－＞Cl－，错误；④元素的非金属性越强，其单质的氧化性越强，非金属性：Cl＞S＞Si，则单质的氧化性：Cl2＞S＞Si，正确；⑤H2SO4是强酸、HClO是弱酸，则酸性：H2SO4＞HClO，但是HClO不是氯元素的最高价氧化物对应的水化物，所以不能根据元素非金属性的强弱判断，错误；⑥元素的金属性越强，其最高价氧化物对应的水化物的碱性越强，金属性：K＞Na＞Mg，所以碱性：KOH＞NaOH＞Mg(OH)2，正确。
7．下列关于元素金属性和非金属性强弱比较的说法不正确的是(　　)
A．将大理石加入稀盐酸中，能产生CO2气体，说明Cl的非金属性强于C
B．Si与H2化合所需温度远高于S与H2化合所需温度，说明S的非金属强于Si
C．Na与冷水能发生反应，而Mg与冷水反应缓慢，说明Na的金属性强于Mg
D．铁投入CuSO4溶液中，能置换出铜，能判断铁比铜的金属活动性强
答案　A
解析　C、Cl非金属性强弱的判断可通过比较它们最高价氧化物对应的水化物的酸性：酸性越强其非金属性越强，而盐酸是无氧酸，所以不能判断C、Cl非金属性的强弱，A错误。
8．根据元素周期律判断，下列说法不正确的是(　　)
A．铍(Be)原子失电子能力比Ca弱
B．K与水反应比Mg与水反应剧烈
C．HCl的稳定性强于HBr
D．硼酸(H3BO3)的酸性强于H2SO4
答案　D
9．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/pm 160 143 70 66
主要化合价 ＋2 ＋3 ＋5、＋3、－3 －2
下列叙述正确的是(　　)
A．X、Y元素的金属性：XB．Z元素的气态氢化物是弱碱
C．Y的最高价氧化物对应的水化物能溶于稀氨水
D．一定条件下，W单质可以将Z单质从其氢化物中置换出来
答案　D
10．下表是部分短周期元素的原子半径及其主要化合价，根据表中信息，判断以下说法正确的是(　　)
元素代号 L M Q R T
原子半径/nm 0.160 0.143 0.089 0.102 0.074
主要化合价 ＋2 ＋3 ＋2 ＋6、－2 －2
A. L2＋与R2－的核外电子数相等
B．M与T形成的化合物既能与强酸反应又能与强碱反应
C．氢化物的稳定性：H2TD．单质与同浓度的稀盐酸反应的速率：Q>L
答案　B
解析　根据表格数据可知 L是Mg，M是Al，Q是Be，R是S，T是O。Mg2＋与S2－的核外电子数分别是10和18，不相等，A错误；氧化铝是两性氧化物，既能与强酸反应又能与强碱反应，B正确；元素的非金属性：O>S，元素的非金属性越强，其气态氢化物的稳定性就越强，所以氢化物的稳定性：H2O>H2S，C错误；由于Mg的金属性强于Be，所以单质与浓度相等的稀盐酸反应的速率：Be11．(2022·湖南岳阳高一月考)下图分别表示元素的某种性质与核电荷数的关系(X为核电荷数，Y为元素的有关结构或性质)，下列说法正确的是(　　)
A．A图表示O2－、F－、Na＋、Mg2＋、Al3＋的离子半径变化规律
B．B图表示卤族元素的电子层数
C．C图表示碱金属单质密度的变化规律
D．D图表示第三周期五种主族元素的最高化合价
答案　C
解析　O2－、F－、Na＋、Mg2＋、Al3＋是电子层结构相同的离子，核外电子排布都是2、8，对于电子层结构相同的离子，核电荷数越大，离子半径就越小，A错误；碱金属单质的密度呈增大趋势，只有钾的密度比相邻Na元素的小，C正确；同一周期主族元素的最外层电子数由左向右逐渐增多，元素的最高化合价与元素原子的最外层电子数相同，也是从左向右逐渐升高，D错误。
12．如图是部分短周期元素化合价与原子序数的关系图，下列说法不正确的是(　　)
A．气态氢化物的稳定性：R>W
B．X与Y可以形成原子个数比为1∶1和1∶2的两种化合物
C．由X、Y、Z、W、R五种元素形成的简单离子中半径最小的是X2－
D．Y和Z两者最高价氧化物对应的水化物能相互反应
答案　C
13．运用元素周期律分析，下列说法错误的是(　　)
A．Ra是第七周期第ⅡA族元素，Ra(OH)2的碱性比Mg(OH)2的碱性强
B．As是第四周期第ⅤA族元素，AsH3的还原性比NH3的还原性弱
C．Cs的原子半径比Na的原子半径大，Cs与水反应比Na与水反应更剧烈
D．Cl的核电荷数比Al的核电荷数多，Cl的原子半径比Al的原子半径小
答案　B
14．短周期元素甲、乙、丙、丁、戊、己、庚在周期表中的相对位置如图(甲不一定在丁、庚的连线上)，戊、己分别是空气、地壳中含量最多的元素。下列判断正确的是(　　)
A．甲一定是金属元素
B．气态氢化物的稳定性：庚>己>戊
C．乙、丙、丁的最高价氧化物对应的水化物可以相互反应
D．庚的最高价氧化物对应的水化物酸性最强
答案　B
15．A、B、C、D、E、F是原子序数依次增大的前20号主族元素，A的最高正价与最低负价的代数和为零，B与氢元素可形成离子化合物BH，C的最外层电子数等于其电子层数，D的最外层电子数是K层电子数的3倍，E－和F＋离子具有相同的电子层结构。下列说法不正确的是(　　)
A．单质的熔点：BB．金属性：F>B>C
C．非金属性：AD．离子半径：E－>F＋
答案　A
解析　A、B、C、D、E、F是原子序数依次增大的前20号主族元素，A的最高正价与最低负价的代数和为零，A是H或C元素；B与氢元素可形成离子化合物BH，B为＋1价，B是Li或Na元素；C的最外层电子数等于其电子层数，C是Be或Al元素；D的最外层电子数是K层电子数的3倍，D是O或S元素；E－和F＋离子具有相同的电子层结构，E是F或Cl元素、F是Na或K元素。单质的熔点：F16．某同学在研究元素性质递变规律实验时，自己设计了一套实验方案，并记录了有关的实验现象(见下表，表中的“实验方案”与“实验现象”前后不一定是对应关系)。
实验方案 实验现象
①将镁条用砂纸打磨后，放入试管中，加入少量水后，加热至水沸腾；再向溶液中滴酚酞溶液 A.浮在水面上，熔成小球，四处游动，发出“嘶嘶”声，随之消失，溶液变成红色
②向新制的Na2S溶液中滴加新制的氯水 B.有气体产生，溶液变成浅红色
③将一小块金属钠放入滴加酚酞溶液的冷水中 C.剧烈反应，迅速产生大量无色气体
④将镁条投入稀盐酸中 D.反应不十分剧烈，产生无色气体
⑤将铝条投入稀盐酸中 E.生成白色胶状沉淀，继而沉淀消失
⑥向AlCl3溶液中滴加NaOH溶液至过量 F.生成淡黄色沉淀
请你帮助该同学整理并完成实验报告。
(1)实验目的：研究________元素性质递变规律。
(2)实验用品
试剂：金属钠、镁条、铝条、稀盐酸、新制氯水、新制的Na2S溶液、AlCl3溶液、NaOH溶液、酚酞溶液等。
仪器：________、________、________、__________、试管夹、胶头滴管、镊子、小刀、玻璃片、砂纸、火柴等。
(3)实验内容：(填写与实验步骤对应的实验现象的编号和①②的化学方程式及此实验的结论)
实验内容 ① ② ③ ④ ⑤ ⑥
实验现象(填A～F)
①：________________________________________________________________________；
②：________________________________________________________________________；
此实验的结论：_________________________________________________________________。
(4)请用原子结构的知识简单解释上述实验结论：_____________________________________。
答案　(1)同周期　(2)试管　酒精灯　滤纸　烧杯　(3)B　F　A　C　D　E　Mg＋2H2OMg(OH)2＋H2↑　Cl2＋Na2S===S↓＋2NaCl　随着原子序数的递增，同周期元素从左到右金属性逐渐减弱，非金属性逐渐增强
(4)同周期元素从左到右，原子半径逐渐减小，原子核对外层电子的束缚能力增强，原子得电子能力逐渐增强，失电子能力逐渐减弱

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