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第二節(jié) 元素周期律
1865年，英國化學(xué)家紐蘭茲把當(dāng)時已知的元素按相對原子質(zhì)量大小的順序進(jìn)行排列，發(fā)現(xiàn)無論從哪一種元素算起，每到第八種元素就和第一種元素的性質(zhì)相近，很像音樂上的八度音循環(huán)，他干脆把元素的這
種周期性叫做：“八音律”，并畫出了標(biāo)示元素關(guān)系的“八音律”
表。但是，條件限制了他作進(jìn)一步的探索，因為當(dāng)時相對原子質(zhì)量的測定值有錯誤，而且他也沒有考慮到還有尚未發(fā)現(xiàn)的元素，只是機械地按相對原子質(zhì)量大小將元素排列起來，所以他沒能揭示出元素之間的內(nèi)在規(guī)律。紐蘭茲已經(jīng)下意識地摸到了“真理女神”的裙角，差點就揭示元素周期律了，一個偉大的發(fā)現(xiàn)與他擦肩而過！
那么，在現(xiàn)行元素周期表中一百多種元素之間的內(nèi)在規(guī)律是什么呢？
一.元素性質(zhì)的周期性變化規(guī)律
通過對堿金屬、鹵素的原子結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的研究，我們已經(jīng)知道元素周期表中同主族元素的性質(zhì)有著相似性和遞變性。那么，周期表中同周期元素的性質(zhì)有什么變化規(guī)律呢？
3—10號元素，從Li 到Ne有2個電子層，隨原子序數(shù)的增大，最外層電子數(shù)目由1個增加到8個，而達(dá)到穩(wěn)定結(jié)構(gòu)
11—18號元素，從Na 到Ar有3個電子層，隨原子序數(shù)的增大，最外層電子數(shù)目由1個增加到8個，而達(dá)到穩(wěn)定結(jié)構(gòu)
1～18號元素原子核外電子排布情況
1—2號元素，從H到He只有1個電子層，最外層電子數(shù)目由1個增加到到2個，而達(dá)到穩(wěn)定結(jié)構(gòu)
原子序數(shù) 電子層數(shù) 最外層電子數(shù) 達(dá)到穩(wěn)定結(jié)構(gòu)時的最外層電子數(shù)
1～2
3～10
11～18
結(jié)論：隨著原子序數(shù)的遞增，元素原子的最外層電子排布呈現(xiàn)由1個逐漸增加到8個的 變化(第一周期除外)。
1
2
3
1
2
1
8
1
8
8
8
2
周期性
隨核電荷數(shù)的遞增，元素原子最外層電子排布呈周期性變化。即：隨著核電荷數(shù)的遞增，最外層電子數(shù)重復(fù)出現(xiàn)從1個逐漸遞增到8個（達(dá)到穩(wěn)定結(jié)構(gòu))。
結(jié)論
原子半徑的變化規(guī)律：
原子半徑逐漸減小
原子半徑逐漸減小
同周期由左向右元素的原子半徑逐漸減小（不包括稀有氣體）
核電荷數(shù)增多，吸引力增大
原子半徑的周期性變化
元素原子半徑的周期性變化
結(jié)論:同周期元素隨著原子序數(shù)的遞增,元素原子半徑呈現(xiàn)__________的周期性變化。
由大到小
原子半徑逐漸增大
原子半徑逐漸減小
H是半徑最小的原子
短周期主族元素中，原子半徑最大的是哪種元素？
Na
原子序數(shù) 原子半徑的變化
3～10
11～17
結(jié)論：隨著原子序數(shù)的遞增，元素原子半徑呈現(xiàn) 變化。
逐漸減小
逐漸減小
周期性
稀有氣體半徑測定方法不同，故不做比較。
隨著核電荷數(shù)的遞增，元素原子半徑呈現(xiàn)周期性變化，即：隨著核電荷數(shù)的遞增，半徑重復(fù)出現(xiàn)從大到小的變化(稀有氣體原子半徑暫不研究)。
結(jié)論
元素化合價的變化規(guī)律：
最高正價：+1→+5，負(fù)價：-4 →-1
最高正價：+1→+7，負(fù)價：-4 →-1
同周期由左向右元素的最高正價逐漸升高（+1→+7，O和F無最高正價）；元素的最低負(fù)價由ⅣA族的-4價逐漸升高至ⅦA族的-1價
元素化合價的周期性變化
+1
+2
+3
+4
+5
- 4
- 3
- 2
- 1
- 3
- 2
- 3
- 2
- 3
- 4
- 1
- 2
- 3
+5
+4
+3
+1
+2
+6
+7
最高正價
最低負(fù)價
化合價
結(jié)論：隨著原子序數(shù)的遞增，元素的化合價大體上呈現(xiàn)最高正價由 +1、+2、+3……+7，最低負(fù)價由-4……-1，最后歸到0價的周期性變化的規(guī)律。
原子序數(shù) 最高正價 最低負(fù)價 特例
1～2
3～10
11～18
結(jié)論：隨著原子序數(shù)的遞增，元素的化合價呈現(xiàn) 變化。
1
０
＋1
＋５
F、O
周期性
－４
－１
０
＋1
＋７
－４
－１
０
1-18號元素（除稀有氣體），隨著核電荷數(shù)的遞增，元素的主要化合價呈現(xiàn)出周期性變化。即：隨著核電荷數(shù)的遞增，最高正價重復(fù)出現(xiàn)從+1價逐漸遞增到+7價；最低負(fù)價從-4價逐漸遞變到-1價。
結(jié)論
常見元素化合價的一般規(guī)律
①1~20號元素中，除了O、F外，
最高正價=最外層電子數(shù)；
最低負(fù)價與最高正價的關(guān)系為：
最高正價 + ︱最低負(fù)價︱= 8
｛
②金屬元素?zé)o負(fù)價（除零價外，在化學(xué)反應(yīng)中只顯正價）；既有正價又有負(fù)價的元素一定是非金屬元素；
③氟元素?zé)o正價，氧元素?zé)o最高正價 。
原子序數(shù) 電子層數(shù) 最外層電子數(shù) 原子半徑的變化（不考慮稀有氣體元素） 最高或最低化合價的變化
1～2 ———
3～10
11～18
結(jié)論
1
2
3
1
2
1
8
1
8
大→小
+1 →0
+1→ +5
- 4→ - 1→ 0
隨著原子序數(shù)的遞增，元素原子的最外層電子數(shù)、原子半徑、化合價呈現(xiàn)周期性變化。
（一）核外電子排布、原子半徑和元素化合價的變化
大→小
+1→ +7
- 4→ - 1→ 0
通過上面的討論我們知道，隨著原子序數(shù)的遞增，元素原子的外電子排布、原子半徑和化合價都呈周期性的變化。那么，元素的金屬性和非金屬性是否也隨著原子序數(shù)的遞增而呈現(xiàn)周期性變化？我們通過第三周期元素的一些化學(xué)性質(zhì)來探討這一問題。
金屬性與非金屬性的強弱判斷
判斷依據(jù)
金屬性
非金屬性
金屬單質(zhì)與水或酸反應(yīng)置換出H2的難易
金屬氧化物對應(yīng)的水化物堿性強弱
非金屬單質(zhì)與H2化合的難易及氣態(tài)氫化物的穩(wěn)定性
最高價氧化物對應(yīng)的水化物（最高價含氧酸）的酸性強弱
（二）第三周期元素金屬性、非金屬性的變化規(guī)律
1．鈉、鎂、鋁的金屬性強弱
(1)鈉、鎂與水的反應(yīng)
實驗操作 實驗現(xiàn)象 實驗結(jié)論及化學(xué)方程式
鈉熔成小球，浮于水面，四處游動，有“嘶嘶”的響聲，向反應(yīng)完后的溶液加酚酞，溶液變紅 鈉與冷水反應(yīng)劇烈。化學(xué)方程式為
2Na＋2H2O==2NaOH＋H2↑
＞
實驗操作 實驗現(xiàn)象 實驗結(jié)論及化學(xué)方程式
加熱前，鎂條表面附著了少量無色氣泡，加熱至沸騰后，有較多的無色氣泡冒出，溶液變?yōu)榉奂t色 鎂與冷水幾乎不反應(yīng)，能與熱水反應(yīng)。化學(xué)方程式為
結(jié)論：金屬性Na_____Mg
Mg＋2H2O△(=====)H2↑＋Mg(OH)2↓
(2)氫氧化鋁、氫氧化鎂分別和鹽酸、氫氧化鈉的反應(yīng)
實驗操作 實驗現(xiàn)象及離子方程式
①向試管加入2mL1mol/LAlCl3溶液，然后滴加氨水，直到不再產(chǎn)生白色絮狀A(yù)l(OH)3沉淀為止。將Al(OH)3沉淀分裝在兩支試管中 向一支試管中滴加2mol/L鹽酸，邊滴加邊振蕩 白色沉淀溶解，溶液變澄清。離子方程式為
向另一支試管中滴加2mol/L氫氧化鈉溶液，邊滴加邊振蕩 白色沉淀溶解，溶液變澄清。離子方程式為
Al(OH)3＋3H＋===Al3＋＋3H2O
Al(OH)3＋OH－===AlO2－＋2H2O
＞
＞
實驗操作 實驗現(xiàn)象及離子方程式
②向試管加入2mL1mol/LMgCl2溶液，然后滴加氨水，直到不再產(chǎn)生白色Mg(OH)2沉淀為止。將Mg(OH)2沉淀分裝在兩支試管中 向一支試管中滴加2mol/L鹽酸，邊滴加邊振蕩 白色沉淀溶解，溶液變澄清。離子方程式為
向另一支試管中滴加2mol/L氫氧化鈉溶液，邊滴加邊振蕩 白色沉淀不溶解
結(jié)論：a.NaOH是強堿，Mg(OH)2是中強堿，Al(OH)3是兩性氫氧化物；b.金屬性：Na_____Mg_____Al
Mg(OH)2＋2H＋===Mg2＋＋2H2O
氫氧化鋁的兩性
氫氧化鋁既能與酸反應(yīng)生成鹽和水,又能與強堿溶液反應(yīng)生成鹽和水,Al(OH)3為兩性氫氧化物。反應(yīng)的離子方程式分別為Al(OH)3+3H+=Al3++3H2O、Al(OH)3+OH-=Al +2H2O。
金屬元素性質(zhì) Na Mg Al
單質(zhì)和水（或酸）
的反應(yīng)情況
最高價氧化物對應(yīng)水化物堿性
跟冷水劇
烈反應(yīng)
NaOH
強堿
跟沸水反應(yīng)放H2；跟酸劇烈反應(yīng)放H2
Mg(OH)2
中強堿
跟酸較為迅速反應(yīng)放H2
Al(OH)3
兩性
氫氧化物
結(jié)論：金屬性 Na>Mg>Al
結(jié)論：電子層數(shù)相同的原子，隨著原子序數(shù)的增加金屬性減弱。
結(jié)論:Si、P、S、Cl的非金屬性逐漸增強。
第三周期元素的金屬性、非金屬性遞變規(guī)律
根據(jù)實驗，可得出第三周期元素金屬性、非金屬性的遞變規(guī)律:
Na Mg Al Si P S Cl
金屬性逐漸減弱，非金屬性逐漸增強
用結(jié)構(gòu)觀點解釋：
原子半徑減小
原子失電子能力逐漸減弱，得電子能力逐漸增強
同周期元素 從左到右
原子核對最外層電子的吸引力增強
對其他周期主族元素進(jìn)行同樣的研究，一般情況下也會得出類似的結(jié)論。在同一周期中，各元素的原子核外電子層數(shù)雖然相同，但從左到右，核電荷數(shù)依次增多，原子半徑逐漸減小，失電子能力逐漸減弱，得電子能力逐漸增強。因此，金屬性逐漸減弱，非金屬性逐漸增強。元素的金屬性和非金屬性隨著原子序數(shù)的遞增而呈周期性的變化
元素的性質(zhì)隨著原子序數(shù)的遞增而呈現(xiàn)周期性的變化。這個規(guī)律就是元素周期律。
【總結(jié)升華】
元素周期律
(1)內(nèi)容:元素的性質(zhì)隨著原子序數(shù)的遞增而 ________________。
(2)實質(zhì):元素性質(zhì)的周期性變化是 _____________________周期性變化的必然結(jié)果。
呈周期性的變化
元素原子核外電子排布
同周期、同主族元素原子結(jié)構(gòu)及性質(zhì)的遞變規(guī)律
(1)電子層數(shù)相同(同周期)時,核電荷數(shù)越大,原子核對外層電子的引力越大,原子半徑越小(稀有氣體元素原子除外),失電子能力減弱,而得電子能力增強,故隨核電荷數(shù)的遞增,金屬性逐漸減弱,非金屬性逐漸增強。
(2)最外層電子數(shù)相同(同主族)時,電子層數(shù)越多,原子半徑越大,原子核對最外層電子的引力越小,越易失電子,元素的金屬性越強,非金屬性越弱。
元素周期表中元素性質(zhì)遞變規(guī)律
內(nèi) 容 同周期元素（從左到右） 同主族元素（從上到下）
電子層數(shù)
最外層電子數(shù)
原子半徑
元素主要化合價
金屬性、非金屬性
得失電子能力
單質(zhì)氧化性與還原性
最高價氧化物對應(yīng)
水化物的酸堿性
氣態(tài)氫化物的生成與穩(wěn)定性
相同
增多
從1-2 或 1-8
相同
從大到小
從小到大
+1 ～+7或-4 ～ -1
相同
金減弱,
金增強,
非金增強
非金減弱
失減弱，得增強
失增強，得減弱
還減弱，氧增強
還增強，氧減弱
堿性逐漸減弱，酸性逐漸增強
堿性逐漸增強，酸性逐漸減弱
生成由難漸易，
穩(wěn)定性逐漸增強
生成由易漸難，穩(wěn)定性逐漸減弱
1.判斷正誤(正確的打“√”,錯誤的打“×”)。
(1)同周期元素,從左到右,原子半徑逐漸減小,離子半徑也逐漸減小。 (　　)
(2)第二周期元素從左到右,最高正價從+1遞增到+7。 (　　)
(3)元素的原子得電子越多,非金屬性越強;失電子越多,金屬性越強。 (　　)
(4)Al(OH)3為兩性氫氧化物,與氨水、鹽酸均可反應(yīng)。 (　　)
(5)AlCl3溶液中加足量氨水可生成Al(OH)3沉淀。 (　　)
(6)元素的氧化物的水化物酸性越強,非金屬性越強;堿性越強,金屬性越強。 (　　)
(7)第二周期非金屬元素的氣態(tài)氫化物溶于水后,水溶液均為酸性。 (　　)
×
×
×
×
√
×
×
2.根據(jù)元素周期律比較下列各組性質(zhì)。
(1)金屬性:K　　　Na　　　Mg,
非金屬性:F　　　O　　　S。
(2)堿性:Mg(OH)2　　　Ca(OH)2　　　KOH。
(3)酸性:HClO4　　　H2SO4　　　HClO。
(4)熱穩(wěn)定性:CH4　　　NH3　　　H2O。
>
>
>
>
<
<
>
　>
<
<
3.下列性質(zhì)的遞變關(guān)系正確的是(　　)
A.氫化物的穩(wěn)定性:NH3>H2O>HF
B.堿性:NaOH>KOH>Mg(OH)2
C.原子半徑:SiD.最高正價:Cl>Si>Al>Na
解析氫化物的穩(wěn)定性:NH3NaOH>Mg(OH)2,B項錯誤;原子半徑:Si>P>S>Cl,C項錯誤。
D
課堂小結(jié)
1. 從原子序數(shù)11依次增加到17，下列所敘遞變關(guān)系錯誤的是( )
A.電子層數(shù)逐漸增多 B.原子半徑逐漸增大
C.最高正價數(shù)值逐漸增 D.從硅到氯負(fù)價從-4到-1
2. 原子半徑由小到大，且最高正價依次降低的（ ）
A. Al,Mg,Na B. N,O,F
C. Ar,Cl,S D. l,P,Si
AB
A
3.R元素的最高價氧化物對應(yīng)的水化物化學(xué)式是HnRO2n+2，則R元素原子的最外層電子數(shù)為( ) A、4 B、5 C、6 D、7
D
4 某元素的氣態(tài)氫化物的符合通式RH4，且氫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為25%則R的最高價氧化物的化學(xué)式是 （ ）
A. CO B. CO2 C. MgO D. SO2
B
5.用1~18號元素及其形成化合物的化學(xué)式填空。
(1)原子半徑最小的元素是　　　。
(2)除稀有氣體元素外,原子半徑最大的元素是　　　,它的原子結(jié)構(gòu)示意圖是　　　。
(3)與水反應(yīng)最劇烈的金屬是　　　。
(4)最高價氧化物對應(yīng)水化物中堿性最強的是　　　。
(5)氣態(tài)氫化物的水溶液呈堿性的元素是　　　。
(6)最穩(wěn)定的氣態(tài)氫化物是　　　。
(7)金屬性最強的元素是　　　,非金屬性最強的元素是　　　。
(8)最高價氧化物對應(yīng)水化物中酸性最強的是　　　。
答案(1)H　(2)Na (3)Na　(4)NaOH
(5)N　(6)HF　(7)Na　F　(8)HClO4
解析本題是全方位考查對前18號元素的性質(zhì)及原子結(jié)構(gòu)的掌握程度,并熟練運用元素周期律對相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行推斷。

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