第一节元素周期律（同步课件）《无机化学》（化学工业出版社）同步精品课堂

第二章 元素周期律和元素周期表 第一节元素周期律 专题复习讲练测 《无机化学》化学工业出版社 1 ç 目录 元素周期律 核外电子排布的周期性变化 原子半径的周期性变化 元素化合价的周期性变化 结论 ç 课程导入 欢迎回到化学的奇妙世界！今天我们将一起踏上一段探索元素奥秘的旅程。在此之前，让我们暂时把书本合上，用几分钟的时间来思考一个问题：为什么自然界中的元素不是随机排列的，而是按照一定的顺序和规律排列呢？这个问题背后隐藏着怎样的科学原理？ 在历史的长河中，科学家们不断地观察、实验，最终发现了一种描述元素之间内在联系的规律——这就是我们今天要学习的内容，元素周期律。这个定律不仅揭示了元素的基本性质，还预测了未知元素的存在及其可能的性质。想象一下，如果我们能够掌握这一自然规律，是不是就能预见未来科学的发展方向，甚至为创造新物质提供灵感呢？ ç 课程导入 接下来，我们将通过学习元素的原子结构、电子排布以及它们之间的周期性变化，来揭开元素周期律的神秘面纱。这不仅仅是对化学知识的学习，更是对我们认识世界的一种方式。当我们理解了这些基本规律后，我们就能够更深入地了解物质的本质，从而在科学研究和日常生活中更加得心应手。 所以，请调整好你的坐姿，准备好笔记本和笔，我们一起进入元素周期律的殿堂吧！今天，你将会发现一个由原子组成的宇宙是如何按照严格的规则运行的。现在，让我们一起翻开第二章的第一页，开始我们的化学探险之旅吧！ 元素周期律 原子序数从 1～2 号元素，即从氢到氦，有一个电子层，电子数由 1 增到 2。达到稳定结构。 对18号以后的元素继续研究下去，同样可以发现会重复出现最外层电子数从 1 增加到 8 的情况。 原子序数从3～10号元素，即从锂到氖，有两个电子层，最外层电子数从1 增加到8，达到稳定结构。 原子序数从 11～18号元素，即从钠到氩，有三个电子层，最外层电子数从 1 增加到8， 达到稳定结构。 核外电子排布的周期性变化 原子序数从 11～17 号元素，原子半径逐渐减小。 原子半径的周期性变化 原子序数从3～9号元素，原子半径逐渐减小。 对18号以后的元素继续研究下去，同样可以发现，随着原子序数的递增，元素原子半径发生周期性的变化。 ç 原子序数从 11～20号元素在极大程度上重复着从 3～10号元素所表现出的化合价的变化，即正价从+1 （Na）逐渐递增到+7 （C1），以稀有气体零价结束，从中部元素开始有负价,负价从-4 (Si)递变到-1 (Cl)。 对18号以后的元素的化合价的研究不够充分，但根据已知数据也可以推断出随着原子序数的递增，元素的化合价发生周期性的变化。 元素化合价的周期性变化 核外电子排布的周期性变化 原子序数1～2的电子排布规律 原子序数1 氢（H）元素只有一个电子，位于1s轨道上，其核外电子排布为1s1。 原子序数2 氦（He）元素有两个电子，均位于1s轨道上，其核外电子排布为1s2。 原子序数1～2的电子排布规律 从氢到氦，核外电子排布从1s1变为1s2，最外层电子数从1增加到2，达到稳定结构。 原子序数3～10的电子排布规律 原子序数3 锂（Li）元素有三个电子，位于2s和2p轨道上，其核外电子排布为2s1 2p0。 原子序数4 铍（Be）元素有四个电子，均位于2s和2p轨道上，其核外电子排布为2s2 2p0。 原子序数5 硼（B）元素有五个电子，位于2s和2p轨道上，其核外电子排布为2s2 2p1。 碳（C）元素有六个电子，均位于2s和2p轨道上，其核外电子排布为2s2 2p2。 原子序数6 原子序数7 原子序数8 氮（N）元素有七个电子，位于2s、2p和2d轨道上，其核外电子排布为2s2 2p3。 氧（O）元素有八个电子，均位于2s、2p和2d轨道上，其核外电子排布为2s2 2p4。 原子序数3～10的电子排布规律 氟（F）元素有九个电子，位于2s、2p和2d轨道上，其核外电子排布为2s2 2p5。 原子序数9 氖（Ne）元素有十个电子，均位于2s、2p和2d轨道上，其核外电子排布为2s2 2p6。 原子序数10 从锂到氖，核外电子排布从2s1 2p0变为2s2 2p6，最外层电子数从1增加到8，达到稳定结构。 原子序数3～10的电子排布规律 原子序数3～10的电子排布规律 原子序数11～18的电子排布规律 原子序数11 钠（Na）元素有十一个电子，位于3s和3p轨道上，其核外电子排布为3s1 3p0。 原子序数12 镁（Mg）元素有十二个电子，均位于3s和3p轨道上，其核外电子排布为3s2 3p0。 原子序数13 铝（Al）元素有十三个电子，位于3s、3p和3d轨道上，其核外电子排布为3s2 3p1。 原子序数11～18的电子排布规律 原子序数14 硅（Si）元素有十四个电子，均位于3s、3p和3d轨道上，其核外电子排布为3s2 3p2。 原子序数15 磷（P）元素有十五个电子，位于3s、3p和3d轨道上，其核外电子排布为3s2 3p3。 原子序数16 硫（S）元素有十六个电子，均位于3s、3p和3d轨道上，其核外电子排布为3s2 3p4。 原子序数11～18的电子排布规律 原子序数17 氯（Cl）元素有十七个电子，位于3s、3p和3d轨道上，其核外电子排布为3s2 3p5。 原子序数18 氩（Ar）元素有十八个电子，均位于3s、3p和3d轨道上，其核外电子排布为3s2 3p6。 原子序数11～18的电子排布规律 从钠到氩，核外电子排布从3s1 3p0变为3s2 3p6，最外层电子数从1增加到8，达到稳定结构。 原子半径的周期性变化 原子半径的变化规律与元素的性质密切相关。例如，随着原子半径的减小，元素的金属性逐渐减弱，非金属性逐渐增强。 原子序数3～9的原子半径变化规律 原子序数从3到9的元素包括锂、铍、硼、碳、氮、氧和氟。这些元素在周期表中位于第二周期，它们的原子半径随着原子序数的增加而逐渐减小。 原子半径的变化规律也可以用于预测元素的性质。例如，根据原子半径的变化规律，可以预测随着原子序数的增加，元素原子半径会逐渐减小，从而推断出该元素的某些性质，如化学反应性、电子结构等。 ç 原子序数从11到17的元素包括钠、镁、铝、硅、磷、硫和氯。这些元素在周期表中位于第三周期，它们的原子半径随着原子序数的增加而逐渐减小。 原子序数11～17的原子半径变化规律 ç 原子序数从18开始，元素进入第四周期。这一周期中的元素包括钾、钙、钪、钛、钒、铬、锰等。这些元素的原子半径随着原子序数的增加而逐渐减小。 原子序数18以后的原子半径变化规律 元素化合价的周期性变化 ç 1 2 3 钠元素的原子序数为11，其最高价为+1价，最低价为-1价。随着原子序数的增加，最高价和最低价逐渐增加。 钠元素 镁元素的原子序数为12，其最高价为+2价，最低价为-2价。随着原子序数的增加，最高价和最低价逐渐增加。 镁元素 铝元素的原子序数为13，其最高价为+3价，最低价为-3价。随着原子序数的增加，最高价和最低价逐渐增加。 铝元素 原子序数11～20的化合价变化规律 ç 03 钪元素 钪元素的原子序数为21，其最高价为+3价，最低价为-3价。随着原子序数的增加，最高价和最低价逐渐增加。 01 钾元素 钾元素的原子序数为19，其最高价为+1价，最低价为-1价。随着原子序数的增加，最高价和最低价逐渐增加。 02 钙元素 钙元素的原子序数为20，其最高价为+2价，最低价为-2价。随着原子序数的增加，最高价和最低价逐渐增加。 原子序数18以后的化合价变化规律 随着原子序数的增加，金属元素的最高价逐渐增加，而最低价逐渐降低。 金属元素 随着原子序数的增加，非金属元素的最高价逐渐增加，而最低价逐渐升高。 非金属元素 稀有气体元素的原子序数为18以后，其最高价为0价，最低价为-1价。随着原子序数的增加，最高价和最低价逐渐增加。 稀有气体元素 典型金属元素和非金属元素的周期性变化 结论 ç 预测元素性质 元素周期律可以帮助人们预测未知元素的性质，例如通过已知的溴和碘的性质来预测它们的后续元素——砹的性质。 解释化学反应 元素周期律可以解释化学反应，例如为什么镁比铝更活泼，因为镁的原子半径较大，更容易失去电子。 指导科学研究和生产 元素周期律在科学研究和生产中具有广泛的应用，例如制造半导体材料、催化剂、药物等。 元素周期律的重要性 ç 核外电子排布 元素周期律的一个重要规律是核外电子排布的周期性变化。从1号元素到18号元素，原子最外层电子数依次出现从1增加到8的周期性变化。 原子半径 原子半径也呈现出周期性变化。在元素周期表中，如果以稀有气体元素为界，可以发现原子序数从3到9号元素，以及从11到17号元素的原子半径逐渐减小。 元素化合价 元素化合价也呈现出周期性变化。在元素周期表中，从11号元素到20号元素，元素的最高价和最低价周期性重复出现，正价从+1逐渐递增到+7，以稀有气体零价结束，从中部元素开始有负价，负价从-4递变到-1。 核外电子排布、原子半径、元素化合价的变化规律 ç 通过元素周期律，人们可以预测新元素的性质。例如，根据已知的元素性质，人们可以预测铯、铱和铒等元素的性质。 预测新元素性质 通过元素周期律，人们可以更好地理解化学反应。例如，人们可以解释为什么某些元素在化学反应中表现出特定的性质或反应活性。 理解化学反应 元素周期律在科学研究和生产中具有广泛的应用。例如，人们可以利用元素周期律来制造半导体材料、催化剂、药物等。 指导科学研究和生产 对未来元素性质预测的影响 ç 师生互动 教师引导或提问： 同学们，我们已经知道元素周期律揭示了元素之间的内在联系和变化规律。那么，谁能告诉我，当我们按照原子序数（核电荷数）从小到大排列元素时，元素的最外层电子数是如何变化的呢？ 学生1： 根据我们之前的学习，当原子序数从1～2号元素（氢到氦）时，只有一个电子层，最外层电子数从1增加到2；而3～10号元素（锂到氖）有两个电子层，最外层电子数从1增加到8；11～18号元素（钠到氩）有三个电子层，最外层电子数也是从1增加到8。 教师引导提问： 很好！接下来，关于原子半径的变化规律，你能描述一下在哪个区间内原子半径是逐渐减小的吗？还有，哪些元素之后会观察到原子半径的周期性变化？ ç 师生互动 学生2： 对于原子半径的变化，从3号到9号元素（即硼到氟），以及从11号到17号元素（即钠到氯），原子半径是逐渐减小的。而对于18号以后的元素，随着原子序数的递增，原子半径会发生周期性的变化。 教师引导提问： 非常棒！现在我们来讨论一下化合价的问题。根据我们之前学习的图2—2，你能总结出从11号到20号元素主要有哪些化合价吗？并且，这些化合价与之前3到10号元素的化合价有什么相似之处？ 学生3： 从11号到20号元素的主要化合价范围是从+1（钠Na）逐渐增加到+7（氯Cl），并以稀有气体零价结束。同时，从中部元素开始有负价，负价的范围是从-4（硅Si）递变到-1（氯Cl）。这与3到10号元素的主要正价从+1递增到+7的趋势相似。 有机化合物是指含有哪些元素的化合物？ A. 碳、氢有机化合物是指含有哪些元素的化合物？ A. 碳、氢 课内练习 1. 根据元素周期律，以下哪个陈述是正确的？ A. 原子序数从3到9号元素，原子半径逐渐增大。 B. 原子序数从11到20号元素，化合价主要在+1至+7之间变化。 C. 原子序数从18号以后的元素，最外层电子数不会超过8。 D. 原子序数从11到20号元素，不存在负价元素。 有机化合物是指含有哪些元素的化合物？ A. 碳、氢有机化合物是指含有哪些元素的化合物？ A. 碳、氢 课内练习 【答案】B 【解析】A. 原子序数从3到9号元素，原子半径逐渐增大。 这个选项是错误的，因为根据文档内容，原子序数从3～9号元素，原子半径逐渐减小。 B. 原子序数从11到20号元素，化合价主要在+1至+7之间变化。 这个选项是正确的，因为文档中提到原子序数从11～20号元素在极大程度上重复着从3～10号元素所表现出的化合价的变化，即正价从+1（Na）逐渐递增到+7（Cl），以稀有气体零价结束。 C. 原子序数从18号以后的元素，最外层电子数不会超过8。 这个选项是错误的，因为文档中没有提到原子序数超过18的元素的最外层电子数不能超过8。实际上，对于所有元素来说，最外层电子数都可以达到8或更多。 D. 原子序数从11到20号元素，不存在负价元素。 这个选项也是错误的，因为文档中提到了从中部元素开始有负价，如负价从-4 (Si)递变到-1 (Cl)。 有机化合物是指含有哪些元素的化合物？ A. 碳、氢有机化合物是指含有哪些元素的化合物？ A. 碳、氢 课内练习 2. 关于氢键的形成，以下说法正确的是？ A. 氢键仅存在于离子化合物中。 B. 氢键形成于电负性大、半径小的原子与氢原子之间。 C. 氢键仅在气态物质中存在。 D. 所有类型的原子都可以形成氢键。 有机化合物是指含有哪些元素的化合物？ A. 碳、氢有机化合物是指含有哪些元素的化合物？ A. 碳、氢 课内练习 【答案】B 【解析】A. 氢键仅存在于离子化合物中。 这个选项是错误的，因为氢键不仅存在于离子化合物中（如盐类溶液），也存在于共价化合物中（如水、氨等）。 B. 氢键形成于电负性大、半径小的原子与氢原子之间。 这个选项是正确的，因为文档中提到氢键是氢原子与电负性大、半径小的原子X（氟、氧、氮等）之间形成的相互作用。 C. 氢键仅在气态物质中存在。 这个选项是错误的，因为文档中提到氢键通常是物质在液态时形成的，但形成后有时也能继续存在于某些晶态甚至气态物质之中。 D. 所有类型的原子都可以形成氢键。 这个选项也是错误的，因为并非所有类型的原子都能形成氢键，只有特定的电负性大、半径小的原子才能形成氢键。 有机化合物是指含有哪些元素的化合物？ A. 碳、氢有机化合物是指含有哪些元素的化合物？ A. 碳、氢 课内练习 3. 对于极性分子和非极性分子的描述，以下哪项是正确的？ A. 所有含非极性键的分子都是极性的。 B. 含有极性键的分子一定是极性的。 C. 含有非极性键的分子不一定是非极性的。 D. 所有分子都是非极性的。 有机化合物是指含有哪些元素的化合物？ A. 碳、氢有机化合物是指含有哪些元素的化合物？ A. 碳、氢 课内练习 【答案】C 【解析】A. 所有含非极性键的分子都是极性的。 这个选项是错误的，因为即使含有非极性键的分子，如果整个分子的电荷分布是均匀的、对称的，那么它就是非极性的。例如H2和O2。 B. 含有极性键的分子一定是极性的。 这个选项也是错误的，因为如果一个分子中的极性键是对称分布的，那么整个分子可以是非极性的。例如甲烷CH4是非极性的。 C. 含有非极性键的分子不一定是非极性的。 这个选项是正确的，因为分子的整体电荷分布是否均匀和对称决定了分子是极性还是非极性的。例如乙烯C2H4是线性对称结构，属于非极性分子。 D. 所有分子都是非极性的。 这个选项是错误的，因为不是所有分子都是非极性的；很多有机分子和无机分子都具有明显的极性特征。 有机化合物是指含有哪些元素的化合物？ A. 碳、氢有机化合物是指含有哪些元素的化合物？ A. 碳、氢 课内练习 4. 在液态、固态和气态的HF中都存在哪种分子间作用力？ A. 范德华力。 B. 金属键。 C. 离子键。 D. 氢键。 有机化合物是指含有哪些元素的化合物？ A. 碳、氢有机化合物是指含有哪些元素的化合物？ A. 碳、氢 课内练习 【答案】D 【解析】A. 范德华力。 这个选项是错误的，因为虽然范德华力存在于HF分子之间，但题目强调的是“在液态、固态和气态的HF中都存在”的作用力类型。范德华力并不适用于描述HF的所有状态。 B. 金属键。 这个选项也是错误的，因为金属键是指金属原子之间的化学键，而HF是由氢和氟组成的共价化合物，不涉及金属键。 C. 离子键。 这个选项同样错误，因为HF由共价键连接的氢和氟组成，不是离子化合物，因此不含离子键。 D. 氢键。 这个选项是正确的，因为文档中提到氢键通常在液态时形成，并且能够存在于某些晶态甚至气态物质之中（包括HF的气态、液态和固态），影响物质的某些性质。因此，在液态、固态和气态的HF中都存在氢键作用力。 有机化合物是指含有哪些元素的化合物？ A. 碳、氢有机化合物是指含有哪些元素的化合物？ A. 碳、氢 课内练习 5. CO2分子属于哪一类？ A. 极性分子。 B. 非极性分子。 C. 既含极性键又含非极性键的极性分子。 D. 既含极性键又含非极性键的非极性分子。 有机化合物是指含有哪些元素的化合物？ A. 碳、氢有机化合物是指含有哪些元素的化合物？ A. 碳、氢 课内练习 【答案】B 【解析】A. 极性分子。 这个选项是错误的，因为CO2分子中只含有非极性键（C=O），整个分子是对称的，电荷分布均匀，因此是非极性的。 B. 非极性分子。 这个选项是正确的，因为虽然CO2分子中含有一个极性键（C=O），但由于分子的结构是线性对称的，电荷分布是均匀的，所以整个分子是非极性的。 C. 既含极性键又含非极性键的极性分子。 这个选项是错误的，因为即使分子中含有极性键和一些非极性键，但只要整体结构对称，电荷分布均匀，该分子就被视为非极性的。 D. 既含极性键又含非极性键的非极性分子。 这个选项也是错误的，它错误地假设了即使存在极性键和非极性键的混合，只要分子结构不对称或电荷分布不均匀，分子就是极性的。然而，对于CO2来说，由于其线性对称结构，使得整体上是非极性的。 ç 总结思考 在本节课中，我们探讨了元素周期律和分子间作用力的基本概念，特别是范德华力和氢键。我们学习了如何根据原子序数预测元素的最外层电子数、原子半径以及化合价的变化规律。通过分析极性分子和非极性分子的区别，我们加深了对分子结构与其物理化学性质的理解。 特别地，我们讨论了CO2分子的分类问题，明确了尽管它含有一个极性键（C=O），但由于其线性对称的结构，导致整个分子是非极性的。这个例子强调了在考虑分子性质时，不能仅仅关注局部的化学键类型，还要综合考虑整体的分子结构。 通过本节课的学习，希望大家能够更加熟练地运用元素周期律来分析和预测元素及其化合物的性质，同时对分子结构与性质之间的关系有了更深刻的理解。 ç 作业布置 复习题：回顾今天课堂上讨论的内容，特别是关于范德华力、氢键以及极性分子和非极性分子的概念，并总结它们在物质性质预测中的应用。 应用题：选择一种日常生活中常见的物质（如水、酒精或食盐），分析其分子结构，并解释这些分子结构如何决定了它的一些物理性质（比如沸点、溶解度等）。 实验设计：设计一个简单的实验来展示氢键的形成。请描述实验步骤、所需材料以及预期结果。 思考题：考虑气候变化和环境保护的问题，研究并撰写一篇论文，探讨元素周期律和分子结构知识如何帮助我们更好地理解和应对全球变暖问题。 小组讨论：准备一个小组报告，讨论不同类型分子（如极性分子和非极性分子）在药物设计、催化剂设计以及生物大分子功能中的作用和重要性。 感谢观看 $$