物质结构　元素周期律
第一章
第二节　元素周期律
第一章
第2课时　元素周期律
第一章
在科学大道上，有一块宝石，它就是元素周期律。拉瓦锡、德贝莱纳、纽兰兹、迈耶尔等人从它身边走过，都把它拿起来看看，然后又把它扔掉。而门捷列夫却吸收前人的经验，苦苦思索仔细研究它，使之散发出本身的光彩，最后他拿着这块宝石，登上了化学的高峰，统一了整个无机化学。
自从门捷列夫制订了元素周期表，人们发现新元素的步伐在逐渐加快。那么世界上究竟有多少元素，元素周期表有没有尽头呢？
门捷列夫的元素周期表形成了一个基本的构架，现在的许多工作是完善它。在元素周期表中，从112号到116号元素的名字都没有得到承认，第113、115、117号三个元素是空白。曾经有学者声称发现了118号元素，但还没有得到国际组织的认同。随着科学技术的进步和新的研究方法的应用，人们很有可能发现新的元素。
那么你知道在这些已经发现的元素中都隐藏了那些规律吗？学完本课时内容，你将明了于心。
●学习目标
1．了解元素的原子结构和元素性质的周期性变化。
2．理解元素周期律的内容和实质。
●新知预习
1．原子结构的周期性变化
(1)元素原子核外电子排布的周期性变化。
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__________的周期性变化(第1周期除外)。
(2)元素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__________的周期性变化。
由1到8
由大到小
2．元素性质的周期性变化
(1)元素主要化合价的周期性变化。
规律：随着原子序数的递增，元素的最高正化合价呈现__________，最低负化合价呈现__________的周期性变化。
＋1→＋7
－4→－1
(2)元素金属性和非金属性的周期性变化。
①钠、镁、铝的金属性的递变规律。
剧烈反应
极为剧烈
强碱
反应迅速，放出氢气
剧烈
中强碱
无明显现象
剧烈
两性氢氧化物
减弱
②硅、磷、硫、氯的非金属性的递变规律。
Cl、S、P、Si
HClO4＞H2SO4＞H3PO4＞H2SiO3
Cl＞S＞P＞Si
减弱
增强
原子序数的递增
元素原子的核外电子排布
原子半径
主要化合价
金属性和非金属性
●自主探究
1．请探究第3周期元素性质是如何递变的？引起这种递变的本质原因是什么？
提示：对于第3周期元素性质是如何递变的探究，可以探究金属钠、镁、铝与水和酸的反应以及它们的氢氧化物的碱性强弱，硅、磷、硫、氯与氢气化合的条件以及它们氢化物的稳定性，它们的最高价含氧酸的酸性强弱，还有氩的特殊稳定性，从而总结出递变规律。
随着元素原子序数的递增，同周期元素原子失电子的能力逐渐减弱，得电子的能力逐渐增强。引起这种变化的本质原因是元素原子结构的规律性变化：同周期元素中，随着原子序数的递增，最外电子层的电子数逐渐增多，同时，核电荷数也依次增加。在这个变化过程中，由于核电荷数的增加，使原子半径逐渐减小，使核对外层电子的吸引力逐渐增强，而结构的这一变化成了决定性质变化的主要影响因素。而到了稀有气体，由于原子的最外电子层已经达到了8个电子的稳定结构，所以，在一般情况下，它不容易得或失电子，而表现相对较稳定的性质。
2．认识同周期元素性质的递变规律时，是选择了第三周期元素为代表来进行探究的，为什么不选择第一、第二周期元素呢？
提示：研究事物的普遍性或递变性的时候，要选择最能体现普遍性的事物去研究，而且研究的个体对象数目不能太少。第一周期元素只有两种，个体数量太少，并且每一种从在整个周期表的位置来看，都占据了两个顶点的位置，很可能更具有其特殊性；
第二周期虽然有八种元素，但金属太少，非金属多，不像第三周期的八种元素那样，有三种典型的金属和四种典型的非金属以及一种稀有气体，构成一个完整的研究体系；加上第二周期的大多数元素是每一个主族原子序数最小的，在周期表中的位置是最上边的，可能还有比第三周期元素更多的特殊性。
元素周期律
●思维导图
1．原子核外电子排布的变化规律
●教材点拨
2．原子半径的变化规律
具体说，可以概括为两点：
①随原子序数的递增，同周期元素的原子半径依次减小。
②随电子层数的递增，同主族元素的原子半径依次增大。
3．元素化合价的变化规律
③F元素只有0价和－1价，没有正化合价，无含氧酸，也无含氧酸盐；氧通常无正化合价(只有与氟化合时才显正价)。
④稀有气体元素通常只有0价；现在发现能跟稀有气体元素反应的只有氟，在稀有气体的氟化物中，稀有气体显正化合价。
5．同主族元素金属性与非金属性的递变规律(以碱金属、卤素为例)
(1)碱金属
(2)卤素
6．元素周期律的内容及实质
(1)内容：元素的性质随着原子序数的递增而呈周期性变化的规律，叫做元素周期律。
(2)实质：元素的性质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。也就是说，由于原子结构的周期性变化，引起了元素性质上的周期性变化，这体现了结构决定性质的规律。
(2014·经典习题选萃)下列关于元素周期律的叙述正确的是(　　)
A．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
B．元素的性质随着原子序数的递增而呈周期性变化
C．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
D．元素性质的周期性变化是指原子核外电子排布的周期性变化、原子半径的周期性变化及元素主要化合价的周期性变化
●典例透析
【解析】　A项错误，随着元素原子序数的递增，原子最外层电子数在第一周期从1到2，而不是从1到8；B项正确，是元素周期律的内容；C项错误，负价一般是从－4到－1，而不是从－7到－1；D项错误；核外电子排布的周期性变化是元素性质周期性变化的根本原因，而不是内容。
【答案】　B
(2014·泰州市姜堰区高一期中)某研究性学习小组设计了一组实验验证元素周期律。
(Ⅰ)甲同学在a、b、c三只烧杯里分别加入50 mL水，再分别滴加几滴酚酞溶液，依次加入大小相近的锂、钠、钾块，观察现象。
甲同学设计实验的目的是________________；反应最剧烈的烧杯是________(填字母)。

(Ⅱ)乙同学设计实验验证非金属元素的非金属性越强，对应的最高价含氧酸的酸性就越强。他设计了下图装置以验证氮、碳、硅元素的非金属性强弱。
乙同学设计的实验可直接证明三种酸的酸性强弱，已知A是强酸，可与铜反应；B是块状固体，打开分液漏斗的活塞后，可看到有大量气泡D产生；烧杯中可观察到白色沉淀C生成。
(1)写出下列物质的化学式：A________、C________、D________。
(2)写出烧杯中发生反应的离子方程式_______________。
(3)丙同学认为乙同学设计的实验不够严谨，应该在B和C之间增加一个洗气装置，该置中应盛放__________(填试剂)。
1．(2014·会昌中学高一月考)下表是部分短周期元素的原子半径及主要化合价，根据表中信息，判断以下叙述正确的是(　　)
●变式训练
A.L2＋与R2－的核外电子数相等
B．M与T形成的化合物既能与强酸反应又能与强酸反应
C．氢化物的稳定性为H2T＜H2R
D．单质与浓度相等的稀盐酸反应的速率为Q＞L
答案：B
点拨：根据表中数据，L和M的化合价不同，原子半径相差较小，可知二者位于同一周期相邻主族。L和Q化合价相同，原子半径相差较大，可知二者位于同一主族相邻周期，Q在第二周期，L在第三周期，L为Mg，Q为Be，M为Al。T只有－2价，而R有－2价和＋6价，知T为O，R为S。Mg2＋与S2－核外电子数不相等，A项不正确；Al2O3既能与强酸反应，又能与强碱反应，B项正确；稳定性H2O>H2S，C项不正确；单质与酸反应的速率Mg>Be，D项不正确。
2．(2014·黄梅一中高一期中)下列有关元素周期表中元素性质的叙述中不正确的是(　　)
A．同主族元素从上到下，金属性逐渐增强
B．主族元素的最高正化合价均等于它所在的主族序数
C．同周期的元素(稀有气体例外)的原子半径越小，越难失去电子
D．元素的非金属性越强，其气态氢化物水溶液的酸性越强
答案：D
点拨：元素的非金属性越强，其最高价氧化物对应的水化物的酸性越强，并不是其气态氢化物水溶液的酸性强弱，D项不正确。
粒子半径大小的比较方法
●思维导图
粒子半径大小的比较——“四同”规律
1．同周期——“序大径小”
(1)规律：同周期，从左往右，原子半径逐渐减小。
(2)举例：第3周期中：r(Na)＞r(Mg)＞r(Al)＞r(Si)＞r(P)＞r(S)＞r(Cl)。
●教材点拨
2．同主族——“序大径大”
(1)规律：同主族，从上到下，原子(或离子)半径逐渐增大。
(2)举例：碱金属：r(Li)＜r(Na)＜r(K)＜r(Rb)＜r(Cs)，r(Li＋)＜r(Na＋)＜r(K＋)＜r(Rb＋)＜r(Cs＋)。
3．同元素
(1)同种元素的原子和离子半径比较——“阴大阳小”。
某原子与其离子半径比较，其阴离子半径大于该原子半径，阳离子半径小于该原子半径。
如：r(Na＋)＜r(Na)；r(Cl－)>r(Cl)。
(2)同种元素不同价态的阳离子半径比较规律——“数大径小”。
带电荷数越多，粒子半径越小。
如：r(Fe3＋)＜r(Fe2＋)＜r(Fe)。
4．同结构——“序大径小”
(1)规律：电子层结构相同的离子，核电荷数越大，离子半径越小。
(2)举例：r(O2－)＞r(F－)＞r(Na＋)＞r(Mg2＋)＞r(Al3＋)。
温馨提示：所带电荷、电子层均不同的离子可选一种离子参照比较。例：比较r(Mg2＋)与r(K＋)可选r(Na＋)为参照，可知r(K＋)＞r(Na＋)＞r(Mg2＋)。
(2014·经典习题选萃)下列各组微粒半径比较，错误的是(　　)
A．Cl－＜Br－＜I－
B．Al3＋＞Mg2＋＞Na＋
C．Rb＞K＞Na
D．P＞S＞O
●典例透析

【解析】　Cl－、Br－、I－最外层电子数相同，Cl－、Br－、I－电子层数依次增多，所以离子半径Cl－＜Br－＜I－，故A正确；Al3＋、Mg2＋、Na＋核外电子排布相同，Al3＋、Mg2＋、Na＋核电荷数依次减小，所以离子半径Al3＋＜Mg2＋＜Na＋，故B错误；Rb、K、Na最外层电子数相同，Rb、K、Na电子层数依次减少，所以原子半径Rb＞K＞Na，故C正确；P、S电子层数相同，核电荷数P＜S，所以原子半径P＞S，S、O最外层电子数相同，电子层数S＞O，所以原子半径S＞O，所以P＞S＞O，故D正确。
【答案】　B
(2014·试题调研)已知短周期元素的离子aA3＋、bB＋、cC2－、dD－都具有相同的电子层结构，则下列叙述中正确的是(　　)
A．原子半径：A＞B＞D＞C
B．原子序数：d＞c＞b＞a
C．离子半径：C2－＞D－＞B＋＞A3＋
D．单质的还原性：A＞B＞D＞C

3．(2014·江西宜春市上高中学高一月考)下列各微粒半径依次增加的是(　　)
A．Cs＋、K＋、Mg2＋、Al3＋
B．F、F－、Cl－、Br－
C．Ca2＋、K＋、Cl－、O2－
D．Al、Al3＋、Mg、K
答案：B
●变式训练
点拨：K＋有三层，Mg2＋有二层，半径K＋>Mg2＋，A项不正确；同一元素的阴离子半径大于其原子，半径FO2－，C项不正确；同一元素的阳离子的半径小于其原子，半径Al>Al3＋，D项不正确。
4．(2014·临沂一中高一期中)已知短周期元素的离子aAm＋、bBn＋、cCm－、dDn－(m＜n)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．原子序数：b＞a＞d＞c
C．离子半径：D＞C＞B＞A
D．a－d＝n＋m
答案：D
1．(2014·江阴市高一期中)19世纪门捷列夫的突出贡献是(　　)
A．提出了原子学说
B．提出了分子学说
C．发现了稀有气体
D．发现了元素周期律
答案：D
2．(2014·灌云县四中高一检测)下列各组元素中，原子半径依次增大的是(　　)
A．I、Br、Cl B．Al、Si、P
C．O、S、Na D．C、N、B
答案：C
点拨：根据同一周期元素原子半径从左到右逐渐减小，同一主族元素原子半径从上到下逐渐增大的规律，I、Br、Cl原子半径逐渐减小，A项不符合题意；Al、Si、P原子半径逐渐减小，B项不符合题意；O、S同主族，半径OS，C项符合题意；C、N、B同一周期，半径B>C>N，D项不符合题意。
3．(2014·玉溪一中高一月考)下列化合物中阴离子半径和阳离子半径之比最大的是(　　)
A．LiI B．NaBr
C．KCl D．CsF
答案：A
点拨：阳离子半径Li＋Br－>Cl－>F－，所以阴离子半径和阳离子半径之比I－/Li＋最大。
4．(2014·江阴市高一期中)下列叙述能肯定金属A比金属B更活泼的是(　　)
A．A原子的最外层电子数比B原子的最外层电子数少
B．A原子的电子层数比B原子多
C．1 mol A从酸中置换出H2比1 mol B多
D．常温下，A能从酸中置换出氢气，而B不能
答案：D
点拨：Na原子最外层电子数比Ca原子最外层电子数少，Na的活泼性不如Ca，A项不正确；Cu原子电子层数比Na原子电子层数多，但活泼性Cu不如Na，B项不正确；1 mol Al比1 mol Na从酸中置换出H2多，但活泼性Al不如Na，C项不正确；比较金属性强弱的方法之一是比较同条件与酸反应置换出H2的难易程度，A能置换出H2而B不能，说明活泼性A强于B，D项正确。
5．(2014·黄梅一中高一期中)下列关于元素性质的有关叙述中不正确的是(　　)
A．S　Cl　O　F的原子半径依次减小
B．Na　Mg　Al　Si的失电子能力依次增强
C．C　N　O　F的气态氢化物的稳定性依次增强
D．Si　P　S　Cl的最高价含氧酸的酸性依次增强
答案：B
点拨：同一周期元素的金属性逐渐减弱，原子失电子能力逐渐减弱，B项不正确。
6．(2014·经典习题选萃)在原子序数为1～18的元素中(用化学用语回答)：
(1)与水反应最剧烈的金属是______________________。
(2)原子半径最大的是____________________________。
(3)无正化合价的元素是__________________________。
(4)气态氢化物水溶液呈碱性的是__________________。
(5)气态氢化物最稳定的是________________________。
(6)最高价氧化物对应水化物的酸性最强的酸是
_______________________________________。
答案：(1)Na　(2)Na　(3)F
(4)NH3　(5)HF　(6)HClO4
点拨：1号～18号的元素中Na的金属性最强，与水反应最剧烈，根据原子半径递变规律可知，Na的原子半径最大；氟元素无正化合价；气态氢化物水溶液呈碱性的是NH3；元素的非金属性越强，气态氢化物就越稳定，即HF，最高价氧化物对应水化物的酸性越强，即HClO4。
尼古丁安逸地“躺”在大脑受体“骨架”中
如果尼古丁像喜欢大脑受体那样爱上肌肉受体，那么只需一根烟就可以让人毙命。如今，科学家终于搞清了这种分子为何如此“挑剔”。尼古丁如果想要与它的受体相互结合，这两种物质之间必须要形成化学键，即分子要携带相反的电荷，同时还要具有受体的结合位点，从而最终形成了一副“骨架”。尽管尼古丁在大脑以及肌肉中的受体几乎是一样的——尼古丁携带一个正电荷，而这两种受体则都携带一个负电荷，但为什么只有大脑受体喜欢尼古丁，而肌肉受体却唯恐避之不及呢？
经过十多年的研究工作，美国帕萨迪纳市加利福尼亚理工学院的化学家Dennis Dougherty 和他的同事终于找到了问题的答案——所有的差别都是由一个简单的氨基酸造成的。在“骨架”的附近，大脑受体具有一个赖氨酸分子，而肌肉受体则具有一个甘氨酸分子。赖氨酸分子改变了大脑受体“骨架”的形状，使它的负电荷能够更加有效地接近尼古丁分子。搞清尼古丁受体家族中的结合交互作用不但能够帮助人们戒烟，同时还可以为老年痴呆症、孤独症、帕金森氏症以及精神分裂症的治疗提供新的方法。