1.2.1 元素周期律（Word导学案）-【步步高】2023-2024学年高一化学必修第二册学习笔记（鲁科版2019，京粤闽皖豫宁陕）

第2节　元素周期律和元素周期表 第1课时　元素周期律 [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.学会运用变量关系模型分析处理数据，总结认识元素性质的变化规律，构建比较微粒半径大小的思维模型，促进“证据推理与模型认知”化学学科核心素养的发展。 一、元素周期律 1．元素性质变化规律的研究方法 (1)原子序数的概念 原子序数是元素在元素周期表中的序号。 原子序数＝核电荷数＝质子数＝核外电子数。 (2)构建变量关系模型 ①确定自变量：研究元素周期律以原子序数为自变量。 ②选取因变量：如原子最外层电子数、原子半径、主要化合价等。 ③选择表达形式：用柱状图或折线图表示自变量与因变量间的关系。 ④正确描述规律。 2．1～18号元素原子结构及性质的变化规律 (1)原子最外层电子数的变化规律 以元素的原子序数为横轴，元素原子的最外层电子排布为纵轴，绘制柱状图如下： 数据分析 规律 随着原子序数的递增，元素原子的最外层电子排布呈现由1到8的周期性变化(1～2号元素除外) (2)原子半径的变化规律(稀有气体除外) 以元素的原子序数为横轴，元素的原子半径为纵轴，绘制折线图如下： 数据分析 规律 随着核电荷数的递增，元素的原子半径呈现由大到小的周期性变化 思考1　对于电子层数相同的原子，如原子序数3到9,11到17。为什么原子序数越大的原子的半径越小？ 提示　原子核带正电荷，核电荷数越多，原子核对核外电子的引力越大，则原子的半径越小。 (3)元素主要化合价的变化规律 以元素的原子序数为横轴，元素的最高正化合价或最低负化合价为纵轴，绘制折线图如图所示： 数据分析 规律 随着核电荷数的递增，元素的最高正化合价呈现＋1到＋7(氧、氟除外)价、最低负化合价呈现－4到－1价的周期性变化 思考2　对于1～18号元素： (1)写出元素的最高化合价与最外层电子数的关系。 提示　元素的最高化合价＝最外层电子数(O、F及稀有气体元素除外) (2)写出非金属元素的最高化合价与最低化合价的关系并说明理由。 提示　元素的最高化合价＋|元素的最低化合价|＝8(H、O、F除外)。非金属元素的最高化合价等于原子所能失去或偏移的最外层电子数；而它的最低化合价等于使原子达到电子稳定结构所需得到的电子数。 通过探究可以发现，随着原子序数的递增，元素原子的最外层电子数、原子半径(稀有气体元素除外)、元素的主要化合价(最高化合价和最低化合价)等均呈现周期性变化。 3．元素周期律 (1)概念 元素的性质随着元素原子序数的递增呈现周期性变化的规律叫作元素周期律。 (2)实质 元素性质的周期性变化是元素原子核外电子排布周期性变化的必然结果。 元素的主要化合价与最外层电子数的关系 (1)主族元素最高正化合价＝最外层电子数(O、F除外)。 (2)非金属元素最低负化合价＝最外层电子数－8(H除外)。 (3)元素最高正化合价＋|元素最低负化合价|＝8(H、O、F除外)。 (4)金属元素没有负化合价。 1．判断正误 (1)随着元素原子序数的递增，元素的最高正价从＋1到＋7，最低负价从－7到－1重复出现(　　) (2)元素的性质随着相对原子质量的递增呈现周期性变化(　　) (3)元素的性质随着原子序数的递增呈周期性变化的根本原因是原子核外电子排布呈周期性变化(　　) (4)H、C、Si元素的最高正化合价与最低负化合价代数和均为0(　　) (5)原子序数为15的元素最高化合价为＋5，最低化合价为－3(　　) 答案　(1)×　(2)×　(3)√　(4)√　(5)√ 2．(2023·南通高一期中)下列说法错误的是(　　) A．Li、Be、B原子的最外层电子数依次增加 B．P、S、Cl元素的最高正化合价依次升高 C．B、C、N、O、F的原子半径依次增大 D．P、S、Cl元素的最低负化合价的绝对值依次减小 答案　C 解析　Li、Be、B原子的最外层电子数依次为1、2、3，A项正确；P、S、Cl元素的最高正化合价依次为＋5、＋6、＋7，B项正确；B、C、N、O、F的原子半径依次减小，C项错误；P、S、Cl元素的最低负化合价依次为－3、－2、－1，D项正确。 3．已知下列原子的半径： 原子 N S O Si 半径r/10－10 m 0.70 1.06 0.66 1.17 根据以上数据，P原子的半径可能是(　　) A．1.10×10－10 m B．0.80×10－10 m C．1.20×10－10 m D．0.70×10－10 m 答案　A 解析　根据原子半径的变化规律应为r(Si)＞r(P)＞r(S)，故选A。 4．(2022·山东泰安高一月考)某短周期元素最高正价与最低负价的绝对值之差为4，该元素的离子与跟其核外电子排布相同的离子形成的化合物是(　　) A．K2S B．MgO C．MgS D．NaF 答案　A 解析　设该元素最高正价为x，则其最低负价的绝对值数值为(8－x)，则x－(8－x)＝4，解得x＝6，即该元素最高正价为＋6，应为S元素，硫离子核外有18个电子，与其核外电子排布相同的另一离子也应含有18个电子，可为K＋，则A符合。 二、微粒半径大小的比较 微粒半径大小主要是由电子层数、核电荷数和核外电子数决定的。 1．电子层数相同——“序大径小”(稀有气体元素除外) 电子层数相同的元素，随着原子序数的递增，原子半径逐渐减小。例：r(Na)>r(Mg)>r(Al) >r(Si)>r(P)>r(S)>r(Cl)。 2．最外层电子数相同——“序大径大” 最外层电子数相同，电子层数越多，原子半径越大，相应的离子半径也越大。例：r(Li)<r(Na) <r(K)<r(Rb)<r(Cs)；r(Li＋)<r(Na＋)<r(K＋)<r(Rb＋)<r(Cs＋)。 3．同元素 同种元素的粒子——电子数越多，粒子半径越大。例：r(Na＋)<r(Na)；r(Cl－)>r(Cl)；r(Fe3＋)< r(Fe2＋)<r(Fe)。 4．同结构——“序大径小” 电子层结构相同的离子，核电荷数越大，离子半径越小。例：r(O2－)>r(F－)>r(Na＋)>r(Mg2＋)> r(Al3＋)。 1．下列原子半径最大的是(　　) A．N B．O C．Na D．Cl 答案　C 解析　钠元素与氯元素电子层数相同，原子序数：Na＜Cl，原子半径：Na＞Cl；氮元素与氧元素电子层数相同，原子序数：N＜O，原子半径：N＞O，而Na和Cl的电子层数比N和O多，故Na的原子半径最大。 2．下列4种微粒中，半径按由大到小的顺序排列的是(　　) ①　②　③　④ A．①＞②＞③＞④ B．③＞④＞①＞② C．③＞①＞②＞④ D．①＞②＞④＞③ 答案　C 解析　①～④依次为S、Cl、S2－、F。①②相比半径：①＞②；①③相比半径：①＜③；②④相比半径：②＞④；故半径：③＞①＞②＞④。 3．试比较下列微粒半径大小(填“＞”“＜”或“＝”)。 (1)Mg______Ca______K。 (2)P______S______Cl。 (3)Fe3＋______Fe2＋______Fe。 (4)P3－______S2－______Cl－______Na＋______Mg2＋______Al3＋。 答案　(1)＜　＜　(2)＞　＞　(3)＜　＜　(4)＞　＞　＞　＞　＞ 4．(1)已知An＋、B(n＋1)＋、Cn－、D(n＋1)－都具有相同的电子层结构，则A、B、C、D的离子半径由大到小的顺序是__________________，原子序数由大到小的顺序是__________________。 (2)原子序数小于20的X元素能形成H2X和XO2两种化合物，该元素的原子序数为________，最高价氧化物对应的水化物的化学式为________。 答案　(1)D(n＋1)－＞Cn－＞An＋＞B(n＋1)＋　B＞A＞C＞D　(2)16　H2SO4 解析　(1)当微粒具有相同电子层结构时，核电荷数越大，原子核对最外层电子的吸引力就越大，其微粒半径就越小。设An＋、B(n＋1)＋、Cn－、D(n＋1)－含有电子数为x，则四种粒子对应的质子数分别为x＋n、x＋(n＋1)、x－n、x－(n＋1)，故离子半径由大到小的顺序为D(n＋1)－> Cn－>An＋>B(n＋1)＋。 (2)X元素在H2X中呈－2价，在XO2中呈＋4价，按－2价分析，该元素的最高正化合价为＋6价，则该元素原子最外层应有6个电子，原子序数小于20的元素中只有原子序数为16的元素原子才满足此条件。 主族元素的原子或离子半径大小的比较可总结为“三看”： (1)首先看层(即电子层数)，层少半径小[少数除外，如r(Li)>r(P)]。 (2)层同看核(即核电荷数)，核大半径小。 (3)核同看价(即化合价)，价高半径小。 题组一　元素周期律及其实质 1．(2023·杭州高一月考)元素的性质随着原子序数的递增呈现周期性变化的根本原因是(　　) A．元素相对原子质量的递增，量变引起质变 B．元素的金属性和非金属性呈周期性变化 C．元素原子核外电子排布呈周期性变化 D．元素化合价呈周期性变化 答案　C 解析　因结构决定性质，相对原子质量的递增与元素性质的变化没有必然的联系，选项A错误；因元素的金属性和非金属性属于元素的性质，元素的化合价也属于元素的性质，均不能解释元素性质的周期性变化，选项B、D错误；因元素原子的核外电子排布随原子序数的递增而呈现周期性变化，则引起元素性质的周期性变化，选项C正确。 2．(2023·滕州高一检测)如图表示1～18号元素(原子)的结构或性质随核电荷数递增的变化。无法由该图中曲线获知的是(　　) A．电子层数 B．原子半径 C．最高化合价 D．最外层电子数 答案　B 解析　同周期元素从左到右，原子半径依次减小，所以由该图中曲线无法获知的是原子半径，故选B。 3．下列各组元素性质递变情况不正确的是(　　) A．N、P、F的原子半径依次增大 B．B、C、N原子的最外层电子数依次增多 C．Na、K、Rb的金属性依次增强 D．P、S、Cl元素的得电子能力依次增强 答案　A 解析　F的原子半径比N、P的原子半径小，A错误；B、C、N原子的最外层电子数分别为3、4、5，B正确；Na、K、Rb位于元素周期表中的同一主族，从上到下元素金属性依次增强，C正确；P、S、Cl原子的电子层数相同，最外层电子数分别为5、6、7，则P、S、Cl元素的得电子能力依次增强，D正确。 4．下列说法正确的是(　　) A．非金属元素的最高化合价不超过该元素的最外层电子数 B．非金属元素的最低负化合价的绝对值等于该元素原子的最外层电子数 C．最外层有2个电子的原子都是金属原子 D．氟原子最外层有7个电子，最高化合价为＋7价 答案　A 解析　B项，非金属元素的最低负化合价的绝对值等于8－该元素原子的最外层电子数；C项，氦(He)的最外层电子数为2，是稀有气体原子；D项，氟元素无正化合价。 题组二　微粒半径大小比较 5．下列粒子半径大小的比较正确的是(　　) A．Al3＋＜O2－ B．Cl－＞Br－ C．Mg＜Al D．K＜Na 答案　A 解析　Al3＋、O2－两种微粒的核外电子排布相同，核电荷数越大，离子半径越小，所以粒子半径：Al3＋＜O2－，A正确；Cl－有三个电子层，Br－有四个电子层，最外层电子数相同时，电子层数越多，半径越大，所以粒子半径：Cl－＜Br－，B错误；电子层数相同，核电荷数越大，原子半径越小，所以粒子半径：Mg＞Al，C错误；最外层电子数相同时，电子层数越多，原子半径越大，所以粒子半径：K＞Na，D错误。 6．下列各组微粒半径大小比较中，不正确的是(　　) A．r(K)＞r(Na)＞r(Li) B．r(Mg2＋)＞r(Na＋)＞r(F－) C．r(Na＋)＞r(Mg2＋)＞r(Al3＋) D．r(Cl－)＞r(F－)＞r(F) 答案　B 解析　r(F－)＞r(Na＋)＞r(Mg2＋)，选项B不正确。 7．下列各组微粒半径大小的比较错误的是(　　) A．Ca>Mg>Be B．Na＋>Mg2＋>O2－ C．P>S>O D．Cl－<Br－<I－ 答案　B 8．已知下表是几种常见元素的原子半径数据： 元素 C O Na Mg Si 原子半径/nm 0.077 0.066 0.186 0.160 0.117 下列说法正确的是(　　) A．随着核电荷数的增加，原子半径逐渐增大 B．元素F的原子半径在0.066～0.186 nm之间 C．最外层电子数相同的元素，电子层数越多，原子半径越大 D．Mg2＋的半径大于Mg的半径 答案　C 解析　核外电子层数相同的元素原子，核电荷数越大，原子半径越小，A项错误；F的原子半径比O的小，即小于0.066 nm，B项错误；Mg2＋的半径小于Mg的半径，D项错误。 9．如图所示是部分1～18号元素的原子半径与原子序数的关系。则下列说法正确的是(　　) A．X、Y的原子序数分别为6、7 B．Z为金属元素，M、N为非金属元素 C．X的单质与Z的单质不能发生化学反应 D．Y、R的最外层电子数相等 答案　D 解析　根据图中原子半径随原子序数的变化规律可推知X、Y、Z、M、N、R分别为O、F、Na、Al、Si、Cl。O、F的原子序数分别为8、9，A项错误；Al是金属元素，B项错误；O2与Na可发生化学反应，C项错误；F、Cl的最外层电子数均为7，D项正确。 10．如图是部分1～18号元素化合价与原子序数的关系图，下列说法正确的是(　　) A．原子半径：Z＞Y＞X B．离子半径：Z＞Y＞X C．元素R的最高化合价和最低化合价代数和为6 D．Y和W最高价氧化物对应的水化物不能相互反应 答案　C 解析　分析可知X为O，Y为Na，Z为Al，W为S，R为Cl。一般电子层数越多，原子半径越大，故O原子半径最小，电子层数相同时，原子序数越大，半径越小，则原子半径：Na＞Al＞O，A项错误；Na、O、Al形成的离子核外电子排布相同，核电荷数越大，半径越小，故离子半径：O2－＞Na＋＞Al3＋，B项错误；Na与S的最高价氧化物对应的水化物分别为NaOH、H2SO4，两者能够发生反应，D项错误。 11．(2023·广州质检)已知X元素的阳离子和Y元素的阴离子具有与氩原子相同的电子层结构，则下列叙述正确的是(　　) A．X的原子序数比Y的小 B．X原子的最外层电子数比Y的多 C．X的原子半径比Y的大 D．X元素的最高正化合价比Y的大 答案　C 解析　X元素可能为钾元素，Y元素可能为氯元素，则钾的原子序数、原子半径均大于氯，最外层电子数、最高正化合价氯大于钾。 12．已知1～20号元素的离子aA2＋、bB＋、cC2－、dD－都具有相同的电子层结构，则下列叙述正确的是(　　) A．原子半径：A>B>C>D B．离子半径：C2－>D－>B＋>A2＋ C．原子序数：d>c>b>a D．原子最外层电子数：A>B>D>C 答案　B 解析　aA2＋、bB＋、cC2－、dD－的电子层结构相同，即核外电子数相同，根据离子所带电荷，推知原子核外电子层数为A＝B>C＝D，原子序数为a>b>d>c，原子最外层电子数为B<A<C<D；当电子层数相同时，核电荷数越大，原子半径越小，结合电子层数和原子序数大小关系，推知原子半径为B>A>C>D；当电子层结构相同时，核电荷数越大，离子半径越小，推知离子半径为C2－>D－>B＋>A2＋。 13．(2022·泰安高一检测)绿矾的主要成分为FeSO4·7H2O，其组成元素中有S、O、H三种非金属元素。 (1)写出这三种非金属元素的原子序数： S________，O________，H________。 (2)O元素原子核外有________个电子层，最外层有________个电子。 (3)S元素的最高正价为________，最低负价为_______________。 (4)S、O、H三种元素原子半径大小关系为________________。 答案　(1)16　8　1　(2)2　6　(3)＋6价　－2价　4)r(S)>r(O)>r(H) 解析　S、O、H三种元素的原子结构示意图分别为、、，由此可以看出O元素的原子核外有8个电子，2个电子层，最外层有6个电子；S元素原子的最外层有6个电子，因此其最高正价为＋6价，最低负价为－2价；三种原子的电子层数不同，半径大小为r(S)>r(O)>r(H)。 14．A、B、C、D四种元素原子的核电荷数依次增加，它们的简单离子的电子层数相同且最外层电子数均为8。A元素原子的第二层电子数与第一、第三层电子数之和相等，D元素原子的第一、第二层电子数之和等于电子总数的一半。试回答下列问题： (1)四种元素的符号依次是A________，B______，C______，D______；它们的原子半径由大到小的顺序是______________________。 (2)试写出四种元素的离子结构示意图：A______________，B______________，C____________，D__________。它们的离子半径由大到小的顺序是____________________(用离子符号表示)。 (3)分别写出四种元素的最高价氧化物对应水化物的化学式：__________________________。 (4)分别写出A、B两元素的气态氢化物的化学式：________________________。 答案　(1)S　Cl　K　Ca　K＞Ca＞S＞Cl (2)　　　　S2－＞Cl－＞K＋＞Ca2＋　(3)H2SO4、HClO4、KOH、Ca(OH)2　(4)H2S、HCl 解析　A元素原子的第二层电子数与第一、第三层电子数之和相等，所以A元素原子的核电荷数为2×8＝16，A为硫元素；D元素原子的第一、第二层电子数之和等于其电子总数的一半，所以D元素原子的核电荷数是(2＋8)×2＝20，D为钙元素；根据A、B、C、D元素原子的核电荷数依次增大，并都能形成离子，可得B为氯元素，C为钾元素。 15．(2023·宁波检测)根据下表中部分1～18号元素的原子半径及主要化合价，回答下列问题： 元素代号 A B C D E F G 原子半径/nm 0.186 0.160 0.111 0.143 0.106 0.099 0.064 主要化合价 ＋1 ＋2 ＋2 ＋3 ＋6、－2 －1 －1 (1)A、B、G的简单离子的半径大小顺序为________(用离子符号表示)。 (2)A2O2与水反应的化学方程式为____________________________________。 (3)F的单质与E的简单氢化物在水中反应的离子方程式为________________________。 (4)将等质量的A、B、D的单质与足量相同浓度的盐酸反应，在相同状况下，置换出氢气最多的是________(填化学式)。 答案　(1)F－>Na＋>Mg2＋　(2)2Na2O2＋2H2O===4NaOH＋O2↑　(3)Cl2＋H2S===2H＋＋2Cl－＋S↓　(4)Al 解析　B、C的主要化合价均为＋2价，且原子半径：B>C，且均为1～18号元素，故B为Mg，C为Be；A的主要化合价为＋1价，且原子半径：A>Mg，则A为Na；D的主要化合价为＋3价，且原子半径：Mg>D>Be，则D为Al；E有＋6价和－2价，则E为S；F、G都为－1价，且原子半径：F>G，则F为Cl、G为F。 (1)对于核外电子排布相同的离子，核电荷数越大，离子半径越小。(4)假设钠、镁、铝的质量均为x g，盐酸过量，则三种金属是完全反应的。由三者与盐酸反应的化学方程式可知，23 g钠生成1 g氢气，则x g钠生成 g氢气；24 g镁生成2 g氢气，则x g镁生成 g氢气；27 g铝生成3 g氢气，则x g铝生成 g氢气，故等质量的三种金属置换出氢气最多的是铝。 学科网（北京）股份有限公司 $$