4.2.1元素性质的周期性变化规律 导学案 2024-2025学年高一上学期化学人教版（2019）必修第一册

4.2.1元素性质的周期性变化规律 【课程目标】　 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。 夯基提能·一遍过>>>自学·探究.提升 知识点一　核外电子排布、原子半径和主要化合价的变化 1．原子核外电子排布的周期性变化 以原子序数为1～18的元素为例，探究原子最外层电子数的变化，图示如下。 规律：短周期元素性质的递变规律指同一周期主族元素之间的变化规律，不包括稀有气体元素同周期元素随着原子序数的递增，元素原子的最外层电子排布呈现由一个到稳定结构的周期性变化(第一周期除外)。只有K层的原子，2个电子为稳定结构，除此之外8个电子为稳定结构　　　 2．原子半径的周期性变化 以第二、三周期元素为例，探究元素的原子半径的变化，图示如下。 规律：同周期元素随着原子序数的递增，元素原子半径呈现逐渐________的周期性变化。 【师说·助学1】　为什么同周期元素的原子半径会随着原子序数的递增而逐渐减小呢？ 3．元素化合价的周期性变化 以原子序数为1～18的元素为例，探究元素化合价的变化，图示如下。 规律：随着原子序数的递增，元素的化合价呈________________变化，即每周期，最高正价为＋1→＋7(O无最高正价、F无正价) 第一周期元素最高正价为＋1→0变化，负价为________。 【师说·助学2】　主族元素的最高化合价等于其族序数，这句话对吗？为什么？ 即学即练 1．正误判断，错误的说明原因。 (1)第二周期元素从左至右，最高正价从＋1价递增到＋7价：____________________。 (2)原子半径最小的元素是氢元素：__________________________。 (3)主族元素的最低负价等于其族序数－8：__________________________。 2．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 3．下列各组元素性质或原子结构递变情况错误的是(　　) 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升高 C．N、O、F最高正化合价依次增大 D．Na、K、Rb的电子层数依次增多 知识点二　同周期元素金属性和非金属性的递变规律 教材探究——第三周期元素性质的递变 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________，失电子的能力依次________，得电子的能力依次________，它们的金属性依次________，非金属性依次________。 2．探究金属性的递变规律 (1)Na、Mg元素金属性强弱比较 实验原理 金属与水反应置换出H2的难易程度 实验操作 Mg与H2O的反应看不到Mg(OH)2沉淀，且产生气泡较少，通过酚酞变色来确定Mg(OH)2的生成 实验现象 镁条表面附着少量气泡 有气泡产生，溶液变成浅红色 化学反应 － ________________________________________________________ 实验结论 Na与水反应置换H2比Mg________，金属性：________ (2)Mg、Al元素金属性强弱比较 已知元素的最高价氧化物对应水化物的碱性越强，元素的金属性越强。 原理 元素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 Al(OH)3可溶于NaOH溶液，不溶于氨水 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 试管中的离子方程式 A：______________________ B：______________________ C：___________________________ D：___________________________ 结论：Al(OH)3是两性氢氧化物，其碱性弱于(中强碱)，更弱于NaOH(强碱)，则金属性：____________。 3．探究非金属性的递变规律 已知元素最高价氧化物对应水化物的酸性越强，元素非金属性越强。 信息获取 判断依据 Si P S Cl 与氢气化合 高温 磷蒸气与氢气反应 加热 光照或点燃 由易到难的顺序是________________ 最高价氧化物对应水化物的酸性强弱 H2SiO3弱酸 不溶于水的酸，酸性比碳酸弱 H3PO4中强酸 H2SO4强酸 HClO4强酸(酸性比H2SO4强) 最高价含氧酸中酸性最强 酸性：____________________________ 结论：随着原子序数的递增，同周期的Si、P、S、Cl得电子的能力________，非金属性________。 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。 (2)实质：元素性质的周期性变化是元素原子的__________________周期性变化的必然结果。 【师说·助学】　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。 即学即练 1．正误判断，错误的说明原因。 (1)第三周期元素中，最高价氧化物对应水化物的酸性最强的为H2SO4：________________。 (2)Al(OH)3是两性氢氧化物，与氨水、盐酸均可反应：________________。 (3)盐酸可以与Na2CO3溶液反应生成CO2，可由此推出非金属性：Cl>C：________________。 2．[2024·广东佛山高一期末]下列事实不能说明氯的非金属性强于硫的是(　　) A．酸性：HClO3>H2SO3 B．稳定性：HCl>H2S C．3Cl2＋2Fe2FeCl3和S＋FeFeS D．Cl2＋H2S===S↓＋2HCl 3．设元素为R，将R的气态氢化物、最高价氧化物、最高价氧化物对应水化物的化学式填入下表。 ⅣA ⅤA ⅥA ⅦA 氢化物 ______ ______ ______ ______ 最高价氧化物 ______ ______ ______ ______ 最高价氧化物 对应水化物 ______ ______ ______ ______ 素养落实·重拓展>>合作·探究.分享 题型一 粒子半径大小比较方法 例1 试比较下列微粒的半径大小(填“＞”“＜”或“＝”)。 (1)Na____________Mg____________Cl。 (2)Li________________Na________________K。 (3)Na＋____________Mg2＋____________Al3＋。 (4)F－____________Cl－____________Br－。 (5)Cl－______________O2－______________Na＋________________Mg2＋。 (6)Fe2＋________________Fe3＋。 状元随笔　 “三看法”比较微粒半径的大小 一看层，层多径大； 二看核，层同核多径小； 三看电子，层同核同电子多径大，如Cl－>Cl、。 【变式演练】 1．已知aAn＋、bB(n＋1)＋、cCn－、dD(n＋1)－是具有相同的电子层结构的离子，关于A、B、C、D四种元素的叙述正确的是(　　) A．离子半径：A>B>C>D B．原子序数：b>a>c>d C．原子半径：D>C>B>A D．四种元素一定属于短周期元素 题型二 主族元素主要化合价的确定方法 例2 X元素最高价氧化物对应水化物为H3XO4，则它对应气态氢化物为(　　) A．HX B．H2X C．XH4 D．XH3 状元随笔　 (1)最高正价＝主族序数＝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的最高价为＋1，最低价为－1；O无最高正价；F无正化合价。 【变式演练】———————————你学会了吗？ 2．[2024·广东四会高一期末]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 题型三 元素周期律 例3 已知33As、35Br位于同一周期。下列关系正确的是(　　) A．原子半径：As>Cl>P B．热稳定性：HCl>AsH3>HBr C．还原性：As3－>S2－>Cl－ D．酸性：H3AsO4>H2SO4>H3PO4 【变式演练】 3．[2024·北京昌平高一期末]根据元素在周期表中的位置判断，下列正确的是(　　) A．金属性：Na>K B．非金属性：S>Cl C．酸性：H3PO4>HNO3 D．碱性：KOH>Mg(OH)2 4．[2024·重庆合川太和中学高一期末]X、Y、Z三种元素的电子层数相同，它们的最高价氧化物分别为酸性氧化物、碱性氧化物和两性氧化物，则三种元素的原子序数的大小顺序是(　　) A．X>Y>Z B．Y>Z>X C．X>Z>Y D．Z>X>Y 夯基提能·一遍过 知识点一 2．减小 [师说·助学1]　 答案：同一周期元素的原子电子层数相同，随着核电荷数的递增，原子核对核外电子的吸引力逐渐增强，故原子半径逐渐减小。 3．周期性　－4→－1 [师说·助学2]　 答案：不对。主族元素形成最高化合价时，失去(或偏移)最外层的全部电子达到稳定结构，但O、F元素因原子半径很小，非金属性很强，所以在反应中不能失去(或偏移)最外层的全部电子，故O元素没有最高正化合价、F元素无正价。 即学即练 1．答案：(1)错误。O无最高正化合价，F无正化合价。 (2)正确。 (3)错误。H元素不符合。 2．答案：B 3．答案：C 知识点二 1．减小　减弱　增强　减弱　增强 2．(1)Mg＋2H2OMg(OH)2＋H2↑ 容易　Na>Mg (2)Al(OH)3＋3H＋===Al3＋＋3H2O Al(OH)3＋OH－===[Al(OH)4]－ Mg(OH)2＋2H＋===Mg2＋＋2H2O 不反应 Na>Mg>Al 3．Cl、S、P、Si　HClO4＞H2SO4＞H3PO4＞H2SiO3　增强　增强 4．(2)核外电子排布 [师说·助学]　 答案：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，随着核电荷数的增加，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。 即学即练 1．答案：(1)错误。酸性最强的为HClO4。 (2)错误。Al(OH)3是两性氢氧化物，与盐酸可反应，但与氨水不反应。 (3)错误。盐酸不是Cl元素的最高价氧化物对应水化物，无法比较Cl、C的非金属性。 2．解析：HClO3和H2SO3不是最高价氧化物的水化物，故A不能说明氯的非金属性强于硫；氢化物越稳定，元素非金属性越强，故B能说明氯的非金属性强于硫；Cl2可将Fe氧化为＋3价，而S只能将Fe氧化为＋2价，故C能说明氯的非金属性强于硫；Cl2置换S，故D能说明氯的非金属性强于硫。 答案：A 3．答案： ⅣA ⅤA ⅥA ⅦA 氢化物 RH4 RH3 H2R HR 最高价氧化物 RO2 R2O5 RO3 R2O7 最高价氧化物 对应水化物 H2RO3或H4RO4 H3RO4或HRO3 H2RO4 HRO4 素养落实·重拓展 例1　答案：(1)>　>　(2)<　<　(3)>　>　(4)<　<　(5)>　>　>　(6)> 变式演练 1．解析：由于四种离子具有相同的电子层结构，可以推知四种元素在周期表中的位置关系如图。 …… D C A B …… 原子序数b>a>c>d，B正确；具有相同电子层结构的离子，核电荷数越大，离子半径越小，A错误；原子半径A>B>D>C，C错误；A和B可以为第四周期元素，D错误。 答案：B 例2　解析：X元素最高价氧化物对应水化物的化学式为H3XO4，根据化合物中正负化合价之和为0，则X的最高价为＋5价，最低价为－3价，X对应的气态氢化物为XH3。 答案：D 变式演练 2．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。 答案：C 例3　解析：As与P同主族，P与Cl同周期，原子半径As>P>Cl，A项错误；Cl与Br同主族，As与Br同周期，热稳定性HCl>HBr>AsH3，B项错误；元素非金属性越强，其阴离子的还原性越弱，即离子的还原性As3－>S2－>Cl－，C项正确；非金属性越强，最高价氧化物对应水化物的酸性越强，所以酸性强弱为H2SO4>H3PO4>H3AsO4，D项错误。 答案：C 变式演练 3．解析：同主族自上而下金属性逐渐增强，A错误；同周期从左到右非金属性逐渐增强，同主族自下而上，最高价氧化物对应水化物的酸性逐渐增强，B、C错误；由同主族元素的最高价氧化物的水化物碱性递变规律可得KOH>NaOH，由同周期元素的最高价氧化物的水化物碱性递变规律可得NaOH>Mg(OH)2，则碱性KOH>Mg(OH)2，D正确。 答案：D 4．解析：大多数金属氧化物属于碱性氧化物，大多数非金属氧化物属于酸性氧化物，电子层数相同的元素从左到右按照先金属、后非金属的顺序排列。即最高价氧化物从左向右依次是碱性氧化物、两性氧化物、酸性氧化物，所以X的原子序数最大，Y的原子序数最小。 答案：C 学科网（北京）股份有限公司 $$