人教版化学必修2 第1章 第2节 元素周期律.docx
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人教版化学必修2第1章第2节元素周期律
第1课时 原子核外电子的排布 元素周期律
1．了解原子核外电子的能量高低与分层排布的关系，了解核外电子分层排布规律。
2．了解元素的原子结构和元素性质的周期性变化，理解元素周期律的内容和实质。
1．电子层：
电子层的划分标准是电子能量的高低及离核的远近。
离核最近的电子层为K层，该层上电子的能量最低，电子层数越多，电子离核越远，电子能量越高。
2．同一周期，自左向右，元素的金属性逐渐减弱，非金属性逐渐增强。
元素最高价氧化物对应水化物的碱性逐渐减弱，酸性逐渐增强，气态氢化物的稳定性逐渐增强。
3．同一主族，自上而下，元素的金属性逐渐增强，非金属性逐渐减弱。
元素最高价氧化物对应水化物的碱性逐渐增强，酸性逐渐减弱，气态氢化物的稳定性逐渐减弱。
4．元素周期律是指元素的性质随着原子序数的递增而呈现周期性变化。
[新知探究]
1．电子层
（1）概念
在多电子原子里，电子运动的能量不同的区域简化为不连续的壳层，称作电子层。
2．不同电子层的表示及能量关系
3.原子核外电子的排布规律
[问题讨论]
（1）分析惰性气体元素原子电子层排布，讨论总结核外电子排布规律。
①核外电子总是先排布在能量最低的电子层，然后由里向外从能量低的电子层逐步向能量高的电子层排布（即排满K层再排L层，排满L层才排M层）。
②各电子层最多容纳的电子数是2n2个（n表示电子层）。
③最外层电子数不超过8个（K层是最外层时，最多不超过2个）；次外层电子数不超过18个，倒数第三层不超过32个。
④以上规律是相互联系的，不能孤立地机械地套用。
（2）惰性气体的化学性质不活泼，一般不易与其他物质发生化学反应。
这与惰性气体的最外层电子数有什么关系？
提示：
最外层8个电子（K层为最外层时为2个电子）的结构，为相对稳定结构。
（3）依据钠原子和氯原子的结构示意图分析，在发生化学反应时，它们的最外层电子分别发生怎样的变化？
提示：
Na：
；Cl：
钠原子失去1个电子，氯原子得到1个电子。
[名师点拨]
1．最外层8个电子（K层为最外层时为2个电子）的结构，称为相对稳定结构。
当元素原子的最外层电子数小于8（K层小于2）时，是不稳定结构。
在化学反应中，具有不稳定结构的原子，总是“想方设法”通过各种方式（得或失电子）使其结构趋于稳定。
2．原子结构示意图
（1）圆圈和圆圈内的符号及数字表示原子核及核内质子数。
（2）弧线表示电子层。
（3）弧线上的数字表示该电子层上的电子数，如
3．离子结构示意图
（1）当主族中的金属元素的原子失去最外层所有电子变为离子时，电子层数减少一层，形成与上一周期稀有气体元素原子相同的电子层结构。
如Na：
（2）非金属元素的原子得电子形成简单离子时，形成和同周期的稀有气体元素原子相同的电子层结构。
如Cl
4．质子数与核外电子数的关系
原子：
质子数＝核外电子数
阳离子：
质子数＝核外电子数＋离子所带电荷数
阴离子：
质子数＝核外电子数－离子所带电荷数
[对点演练]
1．判断正误（正确的打“√”，错误的打“×”）。
（1）多电子原子中，在离核较近的区域内运动的电子能量较高。
（ ）
（2）稀有气体元素的原子最外层都排有8个电子。
（ ）
（3）M层为最外层时容纳的最多电子数不超过8个。
（ ）
（4）原子核外各电子层容纳的电子数为2n2个。
（ ）
答案：
（1）×
（2）× （3）√ （4）×
2．下列说法中肯定错误的是（ ）
A．某原子K层上只有一个电子
B．某原子M层上电子数为L层上电子数的4倍
C．某离子M层上和L层上电子数均为K层上电子数的4倍
D．某离子的核电荷数与最外电子层上的电子数相等
解析：
选B K层、L层、M层上最多能容纳的电子数分别为2、8、18。
K层上可排1个电子，也可排2个电子，所以A项有可能；当M层上排有电子时，L层已经排满电子，即排了8个电子，而M层最多可以排18个电子，所以B项不可能；符合“某离子M层上和L层上电子数均为K层上电子数的4倍”的离子可以是S2－、Cl－、K＋、Ca2＋等，所以C项有可能；对D项来说，最外电子层上的电子数可为2或8，核电荷数和最外层电子数均为2的只有He，不符合条件，核电荷数和最外层电子数均为8的为O2－，所以D项有可能。
[新知探究]
1．元素原子核外电子排布的周期性变化
根据1～18号元素的核外电子排布找出规律，完成下表。
原子序数
电子层数
最外层电子数
1～2
1
1～2
3～10
2
1～8
11～18
3
1～8
规律：
同周期元素随着原子序数的递增，每隔一定数目的元素，会重复出现最外层电子从1个递增到8个的情况（K层由1到2），即原子核外电子排布呈现周期性的变化。
2．原子半径的周期性变化
规律：
随着原子序数的递增，元素的原子半径呈现由大到小的周期性变化。
3．元素主要化合价的变化规律
周期序数
原子序数
化合价（最高价、最低价）的变化
1
1～2
＋1→0
2
3～10
最高正价：
＋1→＋5，
最低负价：
－4→－1
3
11～18
最高正价：
＋1→＋7，
最低负价：
－4→－1
规律：
随着原子序数的递增，元素的主要化合价呈现周期性变化，即同一周期元素的最高正化合价呈现＋1→＋7，最低负化合价呈现－4→－1的周期性变化。
[注意] 氧元素无最高正价，氟元素无正价。
[名师点拨]
粒子半径大小的比较
影响粒子半径大小的因素有：
①电子层数的多少；②原子核对核外电子的吸引力的大小；③核外电子的多少。
（1）原子
①同一周期，从左到右，核电荷数依次增大，原子半径依次减小。
如r（Na）＞r（Mg）＞r（Al）＞r（Si）＞r（P）＞r（S）＞r（Cl）。
②同一主族，自上而下，电子层数依次增多，原子半径依次增大。
如r（Li）＜r（Na）＜r（K）＜r（Rb）＜r（Cs）。
（2）离子
①同一主族，自上而下，电子层数依次增多，离子半径依次增大。
如r（Li＋）＜r（Na＋）＜r（K＋）＜r（Rb＋）＜r（Cs＋）。
②具有相同电子层结构的离子，随核电荷数的增大，原子半径减小。
如r（S2－）＞r（Cl－）＞r（K＋）＞r（Ca2＋）。
（3）同一元素的不同粒子
核外电子数越多，半径越大。
①阳离子：
r（原子）＞r（阳离子）。
如r（Na）＞r（Na＋）。
②阴离子：
r（原子）＜r（阴离子）。
如r（Cl）＜r（Cl－）。
③多种价态的离子：
价态越高，半径越小。
如r（Fe）＞r（Fe2＋）＞r（Fe3＋）。
[对点演练]
3．从原子序数11依次增加到17，下列所述递变关系错误的是（ ）
A．原子电子层数不变
B．原子半径逐渐增大
C．最高正价数值逐渐增大
D．从硅到氯负价从－4→－1
解析：
选B 从原子序数11依次增加到17，各原子的原子半径逐渐减小，B选项错误。
4．下列各组元素中，按从左到右的顺序，原子序数递增、元素的最高正化合价也递增的是（ ）
A．C、N、O、F B．Na、Be、B、C
C．P、S、Cl、ArD．Na、Mg、Al、Si
解析：
选D A项和C项原子序数递增，而A项中F无正价，C项中Ar化合价为0价；B项中的原子序数不完全呈递增性变化；D项中原子序数和最高正化合价均呈递增趋势。
[新知探究]
1．钠、镁、铝金属性强弱比较
阅读下列资料内容，思考问题。
Na
Mg
Al
物质与水（或与酸反应）
与冷水剧烈反应，放出氢气
与冷水反应缓慢，与沸水反应迅速，放出氢气；与酸反应剧烈，放出氢气
与酸反应，放出氢气，但不如Mg反应剧烈
续表
Na
Mg
Al
最高价氧化物对应的水化物的碱性强弱
NaOH强碱
Mg（OH）2中强碱
Al（OH）3弱碱
（1）钠、镁、铝置换出水（或酸）中的氢时，由易到难的顺序是Na＞Mg＞Al。
（2）钠、镁、铝的最高价氧化物对应的水化物的碱性由强到弱的顺序为NaOH＞Mg（OH）2＞Al（OH）3。
（3）钠、镁、铝的金属性由强到弱的顺序为Na＞Mg＞Al。
2．硅、磷、硫、氯非金属性强弱比较
阅读下列资料内容，思考问题。
元素
Si
P
S
Cl
最高价氧化物
的化学式
SiO2
P2O5
SO3
Cl2O7
最高价氧化
物对应水化物
的化学式及酸性
H2SiO3
弱酸
H3PO4
中强酸
H2SO4
强酸
HClO4
酸性比
H2SO4强
单质与H2
反应的条件
高温
磷蒸气
与H2
能反应
加热
光照
或点燃
氢化物的稳定性
不稳定
受热
分解
受热
分解
稳定
（1）硅、磷、硫、氯单质与氢气化合时条件由易到难的顺序为Cl>S>P>Si。
（2）硅、磷、硫、氯最高价氧化物对应水化物的酸性由强到弱的顺序为HClO4>H2SO4>H3PO4>H2SiO3。
（3）硅、磷、硫、氯元素非金属性由强到弱的顺序为Cl>S>P>Si。
[名师点拨]
随着原子序数的递增，元素的金属性、非金属性呈现周期性的变化。
同周期从左到右，元素的金属性逐渐减弱，非金属性逐渐增强。
3．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变化。
（2）实质：
元素性质的周期性变化是原子核外电子排布周期性变化的必然结果。
[对点演练]
5．电子层数相同的三种元素X、Y、Z，它们的最高价氧化物对应水化物的酸性由强到弱的顺序为HXO4>H2YO4>H3ZO4，下列判断错误的是（ ）
A．原子半径X>Y>Z
B．气态氢化物稳定性X>Y>Z
C．元素原子得电子能力X>Y>Z
D．单质与氢气反应由易到难X>Y>Z
解析：
选A 三种元素的电子层结构相同，说明它们是同一周期元素，因为“它们最高价氧化物对应水化物的酸性由强到弱顺序为HXO4>H2YO4>H3ZO4”，故非金属性X>Y>Z，原子序数X>Y>Z，故原子半径Z>Y>X，A选项错误。
6．在第三周期元素中，除稀有气体元素外：
（1）原子半径最小的元素是________（填元素符号）。
（2）金属性最强的元素是________（填元素符号）。
（3）最高价氧化物对应水化物酸性最强的是________（用化学式回答，下同）。
（4）最不稳定的气态氢化物是________。
（5）最高价氧化物对应水化物碱性最强的是________。
（6）氧化物中具有两性的是________。
解析：
（1）第三周期元素从左到右原子半径逐渐减小，原子半径最小的是Cl。
（2）金属性最强的在最左边，应为Na。
（3）非金属性最强的元素，其最高价氧化物对应水化物的酸性最强，氯的非金属性最强，其对应的酸是HClO4。
（4）非金属性最弱的元素Si的气态氢化物最不稳定。
（5）金属性最强的Na对应的NaOH的碱性最强。
（6）铝的氧化物Al2O3具有两性。
答案：
（1）Cl
（2）Na （3）HClO4 （4）SiH4 （5）NaOH（6）Al2O3
1．下列叙述正确的是（ ）
A．电子的能量越低，运动区域离核越远
B．核外电子的分层排布即是核外电子的分层运动
C．稀有气体元素原子的最外层都排有8个电子
D．当M层是最外层时，最多可排布18个电子
解析：
选B 电子能量越低，运动区域离核越近，A错误；电子的分层排布即是电子分层运动，B正确；稀有气体元素中He的原子最外层只有2个电子，C错误；M层为最外层时，最多只能排8个电子，D错误。
2．下列原子结构示意图正确的是（ ）
解析：
选C A项中核外电子数小于核电荷数，应是K＋的结构示意图；B项中最外层超过8个电子，而该层最多只能容纳8个电子；D项中违背了电子通常先排布在能量较低的电子层的原则。
3．下列关于元素周期律的叙述正确的是（ ）
①随着元素原子序数的递增，原子最外层电子数总是从1到8重复出现 ②元素的性质随着原子序数的递增而呈周期性变化 ③随着元素原子序数的递增，元素的最高正价从＋1到＋7，负价从－7到－1重复出现 ④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
A．①③ B．②④ C．①④ D．②③
解析：
选B 第一周期元素原子最外层电子数是从1到2，①不正确；③中F元素无＋7价，而负价是从－4→－1价的重复出现，③不正确。
4．X、Y两元素是同周期的非金属元素，如果X原子半径比Y的大，下面说法正确的是（ ）
A．最高价氧化物对应水化物的酸性，X的比Y的强
B．X的非金属性比Y的强
C．X的阴离子比Y的阴离子还原性强
D．X的气态氢化物比Y的稳定
解析：
选C X原子半径比Y的大，说明X在Y的左边，原子序数X比Y小，X的非金属性比Y的弱，因此最高价氧化物对应水化物的酸性X比Y的弱，X的阴离子比Y的阴离子还原性强，X的气态氢化物不如Y的稳定。
5．短周期金属元素甲～戊在元素周期表中的相对位置如表所示：
下列判断正确的是（ ）
甲
乙
丙
丁
戊
A．原子半径：
丙<丁<戊
B．金属性：
甲>丙
C．氢氧化物碱性：
丙>丁>戊
D．最外层电子数：
甲>乙
解析：
选C 根据元素周期可知，同周期元素自左向右，原子半径逐渐减小，最外层电子数逐渐增多，A、D两项错误；最高价氧化物对应的水化物碱性逐渐减弱，C项正确；同主族元素自上而下，金属性逐渐增强，B项错误。
6．原子序数为11～17号的元素，随核电荷数的递增，以下各项内容的变化是[填“增大（强）”、“减小（弱）”或“相同（不变）”]。
（1）各元素的原子半径依次________，其原因是_________________。
（2）各元素原子的电子层数________，最外层电子数依次________。
（3）元素的金属性逐渐________，而非金属性逐渐________，元素失电子能力逐渐________，得电子能力逐渐________________。
解析：
原子序数为11～17号的元素，在元素周期表中位于第三周期，根据同周期元素的原子结构和性质的变化，可解答本题。
答案：
（1）减小 电子层数相同时，随核电荷数增大，原子核对最外层电子的吸引力增大，因此原子半径减小
（2）相同 增大 （3）减弱 增强 减弱 增强
第2课时 元素周期表和元素周期律的应用
1．了解元素周期表中金属元素、非金属元素的简单分区。
2．理解元素周期表与元素周期律的关系。
3．体会元素周期表和元素周期律在科学研究和工农业生产中的指导意义。
1．金属元素与非金属元素的分区
（1）金属与非金属分界线处的元素有Al、Ge、Sb、Po、B、Si、As、Te、At。
（2）在金属和非金属分界线附近的元素既有金属性，又有非金属性。
2．元素化合价与元素在元素周期表中的位置关系
（1）周期序数＝电子层数。
（2）最高正价＝最外层电子数＝主族序数＝8－|最低负价|（其中，F无正价，O无最高正价）。
（3）最低负价＝主族序数－8。
3．元素周期表和元素周期律的应用
（1）在金属与非金属分界处寻找半导体材料。
（2）在过渡元素中寻找催化剂和耐高温、耐腐蚀的合金材料。
（3）在周期表的右上角寻找制取农药的元素。
[新知探究]
1．填写图中序号所示内容：
①增强 ②减弱 ③增强 ④增强 ⑤Al ⑥Si ⑦金属 ⑧非金属
2．什么元素的金属性最强？
什么元素的非金属性最强？
它们分别处于元素周期表什么位置？
提示：
铯（钫是放射性元素，不能稳定存在），第六周期第ⅠA族；氟，第七周期第ⅦA族。
3．位于分界线附近的元素显金属性还是非金属性？
提示：
处于分界线附近的元素既表现金属性又表现非金属性。
[名师点拨]
1．周期表中分界线附近元素的性质
既能表现出一定的金属性，又能表现出一定的非金属性。
2．主族元素金属性和非金属性的递变
（1）同一主族，从上到下，金属性逐渐增强，非金属性逐渐减弱。
（2）同一周期，从左到右，金属性逐渐减弱，非金属性逐渐增强。
[对点演练]
1．根据元素所在元素周期表的位置，判断下列元素都能作为半导体材料的是（ ）
A．Si、K B．C、Si
C．Si、GeD．As、Se
解析：
选C 在元素周期表中，在金属与非金属的分界处可以找到半导体材料，如Si、Ge为典型的半导体材料。
2．已知原子序数依次增大的A，B，C，D，E，五种元素位于同一周期，正确的是（ ）
A．若D的最高价氧化物对应的水化物是强酸，则E一定是活泼非金属
B．若A的最高价氧化物对应的水化物是强碱，则C一定是活泼金属
C．若C是非金属元素，则D一定也是非金属元素
D．若B是金属元素，则C一定也是金属元素
解析：
选C A项，如D是Cl，E是Ar；B项，若A的最高价氧化物的水化物是强碱，则A的金属性强，而C的金属性比A弱，所以不能确定C一定是活泼金属；D项，如B是Al，C是Si。
[新知探究]
1．最高正价等于原子所能失去或偏移的最外层电子数（氧、氟除外）。
2．最低负价等于使它达到8电子稳定结构需要得到的电子数。
3．周期序数与原子结构之间的关系是周期序数＝原子核外电子层数。
4．主族序数、原子结构、元素最高正价间的关系是主族序数＝原子核外最外层电子数＝元素最高正价（氧、氟除外）。
5．非金属元素最低负价与主族序数间的关系是最低负价＝主族序数－8。
[对点演练]
3．某元素X的最高价氧化物的水化物的化学式为HXO4，则X的气态氢化物的化学式为（ ）
A．HX B．H2X C．XH3 D．XH4
解析：
选A 元素X的最高价氧化物的水化物的化学式为HXO4，所以X的最高正价是＋7价，最低负价为－1价，X的气态氢化物的化学式为HX。
[新知探究]
1．元素周期表和元素周期律是学习和研究化学的重要工具：
（1）由元素在周期表中的位置，可确定其结构。
如铅（Pb）位于第六周期第ⅣA族，则可推知铅（Pb）有6个电子层，最外层电子数为4个。
（2）由元素的位置比较元素的性质递变。
如同主族元素性质的比较，同周期元素性质的比较。
2．根据元素的原子结构推测它在周期表中的位置。
3．指导新元素的发现及预测它们的原子结构和性质。
4．指导其他与化学相关的科学技术。
[名师点拨]
“位、构、性”三者的关系
（1）原子结构
元素在周期表中的位置：
结构
位置
（2）原子结构
元素的化学性质
结构
性质
（3）位置
原子结构和元素性质
[对点演练]
4．W、X、Y、Z四种短周期元素在元素周期表中的相对位置如图所示，W的气态氢化物可与其最高价含氧酸反应生成离子化合物，由此可知（ ）
A．X、Y、Z中最简单氢化物稳定性最弱的是Y
B．Z元素氧化物对应水化物的酸性一定强于Y
C．X元素形成的单核阴离子还原性大于Y
D．Z元素单质在化学反应中只表现氧化性
解析：
选A W的气态氢化物可与其最高价含氧酸形成离子化合物，故其气态氢化物具有碱性，为NH3，故W为N，根据四种元素在周期表中的位置关系，可推知X为O，Y为S，Z为Cl。
元素非金属性越强，气态氢化物越稳定，四种元素中，硫元素的非金属性最弱，故稳定性最弱的氢化物为H2S，A项正确；氯元素对应的氧化物的水化物有多种，如HClO、HClO4等，硫元素的氧化物的水化物也有多种，可能为H2SO4、H2SO3等，其酸性HClO4＞H2SO4＞H2SO3＞HClO，B项错误；硫元素的非金属性小于氧元素，故还原性O2－＜S2－，C项错误；Cl2中氯元素化合价为中间价态，可以表现出氧化性和还原性，D项错误。
1．下列说法中正确的是（ ）
A．非金属元素呈现的最高化合价不超过该元素原子的最外层电子数
B．非金属元素呈现的最低化合价，其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．最外层有5个电子的原子都是非金属原子
解析：
选A 非金属元素呈现的最低化合价的绝对值等于8－最外层电子数，B错误；最外层有2个电子的原子中有He，它不是金属原子，C错误；最外层有5个电子的原子中有Sb、Bi，是金属原子，D错误。
2．元素在周期表中的位置，反映了元素的原子结构和元素的性质。
下列说法正确的是（ ）
A．同一元素不可能既表现金属性，又表现非金属性
B．第三周期元素的最高正化合价等于它所处的主族序数
C．短周期元素形成离子后，最外层都达到8电子稳定结构
D．同一主族的元素的原子，最外层电子数相同，化学性质完全相同
解析：
选B 第三周期的Al元素，既有金属性，又有非金属性，故A错误；H＋最外层无电子，Li＋最外层有2个电子，因此并非所有的短周期元素原子形成离子后，最外层都达到8电子稳定结构，故C错误；同主族元素的原子，化学性质有相似性，但并不完全相同；故D错误。
3．某主族元素R的最高正价与最低负价的代数和为4，由此可以判断（ ）
A．R一定是第四周期元素
B．R一定是ⅣA族元素
C．R的气态氢化物比同周期其他元素气态氢化物稳定
D．R的气态氢化物化学式为H2R
解析：
选D 主族元素R的最高正价为＋x，最低负价为x－8，则x＋x－8＝4解得x＝6，因此R元素位于元素周期表中的第ⅥA族，其气态氢化物的化学式为H2R。
4．（2014·广东高考改编）甲～辛等元素在周期表中的相对位置如表。
甲与戊的原子序数相差3，戊的一种单质是自然界硬度最大的物质，丁与辛属同周期元素。
下列判断不正确的是（ ）
A．金属性：
甲>乙>丁
B．原子半径：
辛>己>戊
C．丙与庚的原子核外电子数相差13
D．单质己可作半导体材料
解析：
选A 由戊的一种单质是自然界硬度最大的物质，知戊为C，甲与戊的原子序数相差3，故甲为Li。
甲、乙、丙同主族，则乙为Na，丙为K，丁为Ca，金属性：
乙>甲，A错误；根据电子层数越多，原子半径越大，电子层数相同时，核电荷数越大，原子半径越小，得原子半径：
辛>己>戊，B正确；丙、庚同属第四周期，第四周期有10种过渡元素，甲与戊的原子序数相差3，故丙与庚的原子核外电子数相差13，C正确；己为硅元素，单质硅可作为半导体材料，D正确。
5．（2016·青岛高一检测）关于短周期的两种元素组成的化合物XY3，下列说法错误的是（ ）
A．X和Y可能位于同一周期，也可能位于不同周期
B．X可能是金属，也可能是非金属
C．X和Y一定位于不同主族
D．化合物XY3溶于水，溶液可能显碱性
解析：
选C 如果X为＋3价，为第ⅢA族元素，则Y为第ⅦA族元素，如果X为－3价，为第ⅤA族元素，则Y可以为第ⅠA族氢元素；如果X为＋6价，为第ⅥA族元素S，则Y可以为第ⅥA族元素O。
6．根据元素周期表1～20号元素的性质和递变规律，回答下列问题。
（1）属于金属元素的有________种，金属性最强的元素与氧反应生成的化合物________（填两种化合物的化学式）。
（2）最高正化合价最高的元素是________，其最高正化合价为________。
（3）单质既能与HCl反应，又能与NaOH反应的是________，其最高价氧化物对应水化物具有________（填“酸性”、“碱性”或“两性”）。
（4）第三周期中，原子半径最大的是（稀有气体元素除外）________。
（5）推测Si、N最简单氢化物的稳定性________大于________（填化学式）。
解析：
（1）前20号元素中，属于金属元素的共有7种，其中金属性最强的元素是钾，钾与氧
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