資源簡介

(共32張PPT)
專題5 微觀結構與物質的多樣性
第一單元元素周期律和元素周期表
5.1.1元素周期律
課前導入
同學們，在化學的歷史長河中，有一位偉大的科學家門捷列夫。據說，他在研究元素的過程中遇到了巨大的困難，很多規律都難以捉摸。有一天晚上，他疲憊地入睡了，在夢中他看到了一張神奇的表格，所有的元素都整齊有序地排列在上面，它們的性質隨著排列呈現出一種奇妙的規律。當他醒來后，立刻將夢中的表格記錄下來，經過不斷地完善，就有了我們現在非常重要的元素周期表。今天，就讓我們一起走進元素周期律的奇妙世界，去探索元素之間隱藏的秘密。
原子序數
隨著人們對原子內部結構的深入認識，化學家嘗試將元素的宏觀性質與原子的微觀結構之間建立聯系，研究元素的性質與核電荷數之間的關系。為了方便研究，化學家按照核電荷數由小到大的順序給元素依次編號，這種編號叫作原子序數（atomic number）。元素的原子序數在數值上等于該元素原子的核電荷數。
最外層電子數遞變規律
分析原子序數為1~18號的元素原子核外電子排布可以發現，隨著元素核電荷數的遞增，除H、He外，元素原子最外層電子數重復出現從1遞增到8的變化
分析原子半徑遞變規律
下表是原子序數為3~9號和11~17號元素的原子半徑數值。請同學們討論，隨著元素核電荷數的遞增，元素的原子半徑有怎樣的變化規律？
3~9號和11~17號元素的原子半徑 3~9號元素 3Li鋰 4Be鈹 5B硼 6C碳 7N氮 80氧 9F氟
原子半徑/pm 152 111 88 77 70 66 64
11~17號元素 11Na鈉
12Mg鎂
13Al鋁
14Si硅 15P磷
16S硫 17Cl氯
原子半徑/pm 186 160 143 117 110 104 99
注：1 pm=10- m。 分析原子半徑遞變規律
1. 以元素原子核外最外層電子數為橫坐標，原子半徑為縱坐標，在下面的坐標系中表示出3~9號元素、11~17號元素原子的最外層電子數和原子半徑所對應的點，并把這兩組點分別用光滑的曲線連接起來。
分析原子半徑遞變規律
分析原子半徑遞變規律
分析原子半徑遞變規律
通過上述分析我們可以發現，隨著核電荷數的遞增，元素的原子半徑呈現周期性變化，原子序數為3~9號和11~17號元素的原子半徑分別依次遞減。
由此可知，在元素周期表內，從上到下原子半徑依次遞增從左到右原子半徑依次遞減（稀有氣體除外）
分析原子半徑遞變規律
【思考】3-9號元素和11-17號元素的原子半徑為什么會逐漸減小？
在同一周期中，從左到右原子序數遞增，核電荷數也隨之增加。核電荷數增多，原子核帶的正電荷增多，對核外電子的吸引力就增強。電子被更緊密地吸引在原子核周圍，使得電子云向原子核收縮，從而導致原子半徑減小。
同一周期的元素電子層數是相同的。電子層數沒有增加這一因素來增大原子半徑，而只有核電荷數增加使原子核對電子吸引增強這一因素起主導作用，所以原子半徑從左到右逐漸減小。
分析元素化合價遞變規律
給出了原子序數為1~18號元素的最高化合價和最低化合價，請你以原子序數為橫坐標，元素的最高化合價和最低化合價為縱坐標，用不同顏色的筆畫出折線圖，探索元素的最高和最低化合價隨核電荷數變化的規律。
1~18號元素最高化合價和最低化合價 1~9號元素 H He Li Be B C N 0 F
最高和最低
化合價 +1 0 +1 +2 +3 +4 +5
-4 -3 -2 -1
10~18號元素 Ne Na Mg Al Si P S Cl Ar
最高和最低
化合價 0 +1 +2 +3 +4 +5 +6 +7 0
-4 -3 -2 -1
分析元素化合價遞變規律
分析元素化合價遞變規律
同一周期：
最高正化合價：從左至右，最高正化合價呈遞增趨勢（從 + 1 價遞增到 +7 價，第一周期除外），但第二周期的 O、F 元素比較特殊，O 無最高正價，F 無正價（OF 等特殊物質除外）。這是因為同一周期從左到右原子序數遞增，核電荷數增多，原子核對最外層電子的吸引力增強，使電子更傾向于失去，從而導致正化合價升高。
最低負化合價：從左至右，最低負化合價也呈遞增趨勢（從 -4 價遞增到 -1 價，第一周期除外）。金屬元素一般無負化合價，所以負化合價的遞變是從 ⅣA 族開始的。這是由于隨著原子序數增加，原子得電子能力逐漸增強，更容易獲得電子形成負化合價，且負化合價的數值逐漸增大。
分析元素化合價遞變規律
同一主族：
最高正化合價：從上至下，最高正化合價基本相同，均等于該元素所在的族序數（O、F 除外）。這是因為主族元素的最外層電子數相同，其失去電子形成最高正化合價的能力相似。
特殊情況：對于某些元素，在不同化合物中可能呈現多種化合價，例如氮元素，有 -3、+2、+3、+4、+5 等多種化合價；鐵元素有 +2、+3 等化合價。
分析元素化合價遞變規律
元素的最高化合價和最低化合價的數值與原子最外層電子數有哪些關系？
元素最高價的絕對值與最低價的絕對值的和為 8（僅限除 O、F 的非金屬元素）。即對于除 O、F 外的非金屬元素，其最高正化合價與最低負化合價之間存在這樣的數量關系
判斷元素的金屬性與非金屬性強弱
人們在長期的研究中發現，元素單質和化合物的某些性
質有助于判斷元素的金屬性、非金屬性強弱。通常情況下，元
素原子失電子能力越強，元素的金屬性越強，它的單質越容易
從水或酸中置換出氫，該元素最高價氧化物的水化物的堿性越
強；元素原子得電子能力越強，元素的非金屬性越強，它的單
質越容易與氫氣反應形成氣態氫化物，氣態氫化物的熱穩定性
越強，該元素最高價氧化物的水化物的酸性越強。
鈉、鎂、鋁性質的遞變
進行下列實驗，探究鈉、鎂、鋁元素的金屬性強弱，把實驗現象記錄在表中。
【實驗1】切取綠豆大小的一小塊金屬鈉，用濾紙吸干其表面的煤油。在一只250 mL燒杯中加入少量的水，在水中滴加兩滴酚酞溶液，將金屬鈉投入燒杯中，觀察并記錄實驗現象。
【實驗2】在兩支試管中，分別放入已用砂紙打磨除去氧化膜的一小段鎂條和一小塊鋁片，向試管中加入適量的水，再向水中滴加兩滴酚酞溶液，觀察實驗現象。然后加熱試管，觀察并記錄實驗現象。
【實驗3】在兩支試管中，分別放入已用砂紙打磨除去氧化膜的一小段鎂條和一小塊鋁片，再向試管中各加入2 mL 2 mol·L-1鹽酸，觀察并記錄實驗現象。
實驗 Na Mg Al
與水的反應 與冷水的反應 與冷水劇烈反應，溶液呈紅色 Na+H2O=NaOH+H2↑ 與冷水反應不明顯， 無明顯現象
與熱水的反應 —— 加熱反應較劇烈，溶液呈淺紅色 Mg+2H2O=Mg（OH）2+H2↑ 無明顯現象
與鹽酸的反應 —— 劇烈反應，產生氣泡快 Mg+2HCl=MgCl2+H2↑ 產生氣泡較快
2Al+6HCl=2AlCl3+3H2↑
鈉、鎂、鋁金屬性強弱的順序是鈉＞鎂＞鋁
元素金屬性遞變規律
從上述實驗可以得出，鈉、鎂、鋁三種金屬單質與水或酸反應的劇烈程度逐漸減弱，說明鈉、鎂、鋁元素的金屬性依次減弱。這是因為當元素原子的核外電子層數相同時，隨著核電荷數的遞增，原子半徑逐漸減小（稀有氣體元素除外），原子失電子能力逐漸減弱，所以金屬性逐漸減弱。
元素非金屬性遞變規律
閱讀并分析下表，根據硅、磷、硫、氯元素的氣態氫化物的形成條件和熱穩定性，探究硅、磷、硫、氯元素的非金屬性強弱。
硅、磷、硫、氯的氣態氫化物 元素 14Si 15P 16S 17Cl
單質與氫氣
的反應條件 高溫下反應 磷蒸氣與氫氣能反應 加熱時反應 光照或點燃時發生爆炸而化合
氣態氫化物
的化學式 SiH PH H2S HCl
氣態氫化物
的熱穩定性 不穩定 不穩定 受熱分解 穩定
元素非金屬性遞變規律
從表可以看出，按硅、磷、硫、氯元素的順序，它們的單質與氫氣反應的條件逐漸變得容易，而反應得到的氣態氫化物的熱穩定性逐漸增強，可見這四種元素的非金屬性依次增強。這是因為當元素原子的核外電子層數相同時，隨著核電荷數的遞增，原子半徑逐漸減小（稀有氣體元素除外），原子得電子能力逐漸增強，所以非金屬性逐漸增強。
最高價氧化物的水化物的酸性和堿性強弱
閱讀并分析下表，根據11~17號元素最高價氧化物的水化物的酸堿性強弱，探究元素的金屬性和非金屬性的強弱變化規律。
11~17號元素最高價氧化物的水化物 元素 11Na 12Mg 13Al 14Si 15P 16S 17Cl
化學式 NaOH Mg(OH)2 Al(OH)3 H4SiO4 H3PO4 H2SO4 HClO
酸堿性強弱 強堿 中強堿 弱酸 中強酸 強酸 酸性更強
最高價氧化物的水化物的酸性和堿性強弱
1.從上表分析可知，11~17號元素最高價氧化物的水化物的
酸堿性強弱的變化規律是__________________________________
；11~17號元素的金屬性和非金屬性強弱的變化規律是__________________________________________。
2. 根據11~17號元素最高價氧化物的水化物的酸堿性強弱的變化規律，預測Al(OH)3可能具有的性質是_________________。
堿性逐漸減弱，酸性逐漸增強
金屬性逐漸減弱，非金屬性逐漸增強
既有酸性又有堿性
探究Al(OH)3的性質
在兩支潔凈的試管中分別加入2~3 mL 2 mol·L-1氯化鋁溶液，逐滴加入6 mol·L-1氨水，生成白色膠狀物質，繼續滴加氨水直到不再產生沉淀為止，即制得Al(OH)3沉淀。然后向一支試管中滴加6.0 mol·L-1
鹽酸，向另一支試管中滴加 6.0 mol·L-1NaOH溶液。邊滴加邊振蕩，記錄你觀察到的現象：
探究Al(OH)3的性質
可以觀察到兩支試管中的白色沉淀均逐漸溶解。
實驗表明，Al(OH)3既能與鹽酸反應，又能與氫氧化鈉溶液反應，它是兩性氫氧化物。
Al(OH)3 + 3HCl = AlCl3 + 3H2O
Al(OH)3 + NaOH = NaAlO2 + 2H2O
元素周期律
更多的研究表明，隨著元素核電荷數的遞增，元素的原子半徑（稀有氣體元素除外）、元素的主要化合價（最高化合價和最低化價）、元素的金屬性和非金屬性均呈現周期性變化。
元素的性質隨著元素核電荷數的遞增呈周期性變化的規律叫作元素周期律（periodic law of the elements）。
元素周期律是元素原子核外電子排布隨著元素核電荷數的遞增發生周期性變化的必然結果，揭示了元素之間的內在關系。
1.下列事實不能作為實驗判斷依據的是( )
A.鈉和鎂分別與冷水反應，判斷金屬活動性強弱:Na>Mg
B.鐵投人CuSO4溶液中，能置換出銅，鈉投入CuSO4溶液中不能置換出銅，判斷鈉與鐵的金屬活動性強弱:Fe>Na
C.酸性H2CO3C
D.F2與Cl2分別與H2反應，判斷氟與氯的非金屬性強弱:F>Cl
B
課堂練習
2.下列根據事實得出的元素金屬性或非金屬性相對強弱的推論錯誤的是（ ）
選項 事實 推論
A 與冷水反應，Na比Mg劇烈 金屬性:Na>Mg
B Ca(OH)2的堿性強于Mg(OH)2 金屬性:Ca>Mg
C SO2與NaHCO3溶液反應生成CO2性 非金屬:S>C
D 一定條件下，等物質的量的Br2(g)、I2(g)、H2(g)在同一容器中反應，最終生成的HBr的量多于HI的 非金屬性:Br>I
C
課堂練習
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