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第一章 原子結(jié)構(gòu)元素周期律
第二節(jié) 元素周期律和元素周期表
1.2.1 元素周期表
核心素養(yǎng)目標(biāo)
宏觀辨識(shí)與微觀探析：
學(xué)生能夠從宏觀上觀察元素性質(zhì)隨原子序數(shù)遞增的周期性變化，如元素原子的最外層電子數(shù)、原子半徑、主要化合價(jià)的變化規(guī)律。同時(shí)，從微觀層面理解這些變化是由原子核外電子排布的周期性變化所導(dǎo)致，建立起宏觀現(xiàn)象與微觀結(jié)構(gòu)之間的聯(lián)系，形成 “結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)” 的化學(xué)觀念。
證據(jù)推理與模型認(rèn)知：
通過分析、處理元素相關(guān)數(shù)據(jù)（如原子半徑、化合價(jià)等），運(yùn)用圖表（柱狀圖、線狀圖等）進(jìn)行數(shù)據(jù)可視化，依據(jù)證據(jù)推理得出元素周期律，構(gòu)建起元素周期律的模型。學(xué)會(huì)運(yùn)用該模型預(yù)測(cè)元素的性質(zhì)，如根據(jù)已知元素的性質(zhì)和位置，推測(cè)未知元素的原子半徑、化合價(jià)及其他化學(xué)性質(zhì)，培養(yǎng)邏輯思維和科學(xué)預(yù)測(cè)能力。
重點(diǎn)
元素周期律的內(nèi)容（包括原子核外電子排布、原子半徑、主要化合價(jià)的周期性變化）；
微粒半徑大小比較的規(guī)律（“四同” 法和 “三看” 法）；
元素化合價(jià)與最外層電子數(shù)的關(guān)系及應(yīng)用。
難點(diǎn)
理解元素周期律的實(shí)質(zhì)（原子核外電子排布呈周期性變化），這涉及到微觀層面的知識(shí)，較為抽象；
應(yīng)用元素周期律分析、預(yù)測(cè)、比較元素的性質(zhì)，如根據(jù)元素在周期表中的位置推斷其性質(zhì)
課前導(dǎo)入
課前導(dǎo)入
物質(zhì)世界盡管豐富多彩、變化無窮，但物質(zhì)都是由元素組成的。人類在長(zhǎng)期的生產(chǎn)活動(dòng)和科學(xué)實(shí)驗(yàn)中，逐漸認(rèn)識(shí)了元素之間的內(nèi)在聯(lián)系和元素性質(zhì)變化的規(guī)律性，并以一定的方式將它們表示出來。
目前，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的元素有 110 多種。在元素周期表中，元素是有序排列的。你是否想過：元素為什么會(huì)按照這樣的順序在元素周期表中排列？它們之間存在著什么關(guān)系？人們是怎樣描述這種關(guān)系的？
現(xiàn)在向你走來的是
北極探險(xiǎn)、
熱氣球旅行狂熱愛好者、
時(shí)尚引領(lǐng)者
——門捷列夫
01
元素性質(zhì)的變化規(guī)律
原子序數(shù)
原子序數(shù)是元素在元素周期表中的序號(hào)，其數(shù)值等于該元素原子核內(nèi)的質(zhì)子數(shù)。
其中不難發(fā)現(xiàn)原子序數(shù)＝質(zhì)子數(shù)＝核電荷數(shù)＝原子的核外電子數(shù)。
下表所列的是部分元素的有關(guān)信息，請(qǐng)將表格補(bǔ)充完整后運(yùn)用作圖的方法對(duì)表中的各項(xiàng)內(nèi)容進(jìn)行比較、分析，尋找其中的規(guī)律
如何構(gòu)建變量關(guān)系模型
研究變量之間的關(guān)系和變化規(guī)律時(shí)，可以借鑒數(shù)學(xué)中研究函數(shù)的思路，尋找自變量和因變量的關(guān)系，具體包括：
1. 確定自變量。本活動(dòng)中，以原子序數(shù)為自變量。
2. 選取因變量，尋找自變量和因變量之間的關(guān)系。
3. 選擇表達(dá)形式，確定用哪種形式呈現(xiàn)變化規(guī)律。人們常常借助柱狀圖或折線圖來表示自變量與因變量之間的關(guān)系。
4. 描述規(guī)律，表達(dá)自變量和因變量之間的關(guān)系。例如，可用“隨著溫度的升高，硝酸鉀的溶解度增大”來描述溫度與硝酸鉀的溶解度之間的關(guān)系，其中，溫度是自變量，硝酸鉀的溶解度是因變量。
元素
符號(hào) 元素
名稱 原子
序數(shù) 核電
荷數(shù) 電子
層數(shù) 原子最外層電子數(shù) 原子半
徑/nm 相對(duì)原
子質(zhì)量 最高化合價(jià)和最低化合價(jià)(常見)
H 氫 1 1 1 1 0.030 1.008 +1
He 氦 2 2 1 2 — 4.003 0
Li 鋰 3 3 2 1 0.152 6.941 +1
Be 鈹 4 4 2 2 0.111 9.012 +2
B 硼 5 5 2 3 0.086 10.81 +3
C 碳 6 6 2 4 0.077 12.01 +4,-4
N 氮 7 7 2 5 0.070 14.01 +5,-3
0 氧 8 8 2 6 0.066 16.00 -2
F 氟 9 9 2 7 0.064 19.00 -1
Ne 氖 10 10 2 8 — 20.18 0
元素
符號(hào) 元素
名稱 原子
序數(shù) 核電
荷數(shù) 電子
層數(shù) 原子最外層電子數(shù) 原子半
徑/nm 相對(duì)原
子質(zhì)量 最高化合價(jià)和最低化合價(jià)(常見)
Na 鈉 11 11 3 1 0.186 22.99 +1
Mg 鎂 12 12 3 2 0.160 24.31 +2
Al 鋁 13 13 3 3 0.143 26.98 +3
Si 硅 14 14 3 4 0.117 28.09 +4,-4
P 磷 15 15 3 5 0.110 30.97 +5,-3
S 硫 16 16 3 6 0.106 32.06 +6,-2
Cl 氯 17 17 3 7 0.099 35.45 +7,-1
Ar 氬 18 18 3 8 — 39.95 0
最外層電子數(shù)變化規(guī)律
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(shí)的最外層電子數(shù)
1～2 1 1―→2 2
3～10 2 1―→8 8
11～18 3 1―→8 8
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)從1到8的周期性變化（第一周期元素除外） 原子半徑的變化規(guī)律
原子序數(shù) 原子半徑的變化
3～9 0.152 nm―→0.064 nm 大―→小
11～17 0.186 nm―→0.099 nm 大―→小
結(jié)論：隨著原子序數(shù)的遞增，元素的原子半徑呈現(xiàn)由大到小的周期性變化（稀有氣體元素除外） 原子半徑的變化規(guī)律
原子序數(shù) 化合價(jià)的變化(常見)
1～2 ＋1(H)―→0(He)
3～10 最高正價(jià)：＋1―→＋5 (O無最高正價(jià)、F無正價(jià))
最低負(fù)價(jià)：－4―→－1 Ne：0
11～18 最高正價(jià)：＋1―→＋7
最低負(fù)價(jià)：－4―→－1 Ar：0
結(jié)論：隨著原子序數(shù)的遞增，元素的最高化合價(jià)呈現(xiàn)從+1到+7（O、F除外）、最低化合價(jià)呈現(xiàn)從-4到-1（H除外）的周期性變化 元素最高價(jià)與最低價(jià)的關(guān)系
(1)一般，元素最高正化合價(jià)＝最外層電子數(shù)(O、F除外)；
最低負(fù)化合價(jià)＝最外層電子數(shù)－8； |最高正化合價(jià)|＋|最低負(fù)化合價(jià)|＝8。
(2)常見元素化合價(jià)的特點(diǎn)
①H元素：＋1、－1、0價(jià)，如H2O、NaH、H2。
②F元素：－1、0價(jià)，如NaF、F2，氟元素?zé)o正價(jià)。
③O元素：常見有－2、－1、0價(jià)，如CaO、Na2O2、O2，氧元素?zé)o最高正價(jià)。
④金屬元素只有正價(jià)。
⑤非金屬元素既有正價(jià)又有負(fù)價(jià)(F和稀有氣體元素除外)。
02
微粒半徑大小判斷
影響微粒半徑的因素有：電子層數(shù)、核電荷數(shù)、核外電子數(shù)。
一般地，電子層數(shù)越多，微粒半徑越大；
電子層數(shù)相同時(shí)，核電荷數(shù)越大，原子核對(duì)外層電子的吸引力越大，半徑越?。?br/>當(dāng)電子層數(shù)、核電荷數(shù)相同時(shí)，核外電子數(shù)越多，電子之間的斥力使半徑趨于增大，故當(dāng)電子層數(shù)、核電荷數(shù)相同時(shí)，核外電子數(shù)越多，半徑越大。在比較微粒半徑時(shí)，一般先看電子層數(shù)，再看核電荷數(shù)，后看核外電子數(shù)。
微粒半徑大小判斷
◆一看電子層數(shù)：
電子層數(shù)不同、最外層電子數(shù)相同時(shí)，電子層數(shù)越多，半徑越大；如r(F)◆二看核電荷數(shù)：
電子層數(shù)相同時(shí)，核電荷數(shù)越大，半徑越小；如r(Na)>r(Mg)>r(Al)>r(S)>r(Cl)，r(S2－)>r(Cl－)>r(K＋)>r(Ca2＋)。
◆三看核外電子數(shù)：
核電荷數(shù)相同時(shí)，電子數(shù)越多，半徑越大；如r(Na＋)r(Cl)。
微粒半徑大小判斷
微粒半徑大小的規(guī)律
(1)電子層數(shù)相同時(shí)，最外層電子數(shù)越多，原子半徑越小。
(2)最外層電子數(shù)相同時(shí)，電子層數(shù)越多，原子半徑越大。
(3)同種元素的微粒半徑比較，核外電子數(shù)越多，微粒半徑越大。
①陽離子半徑小于相應(yīng)原子半徑，如r(Na＋)＜r(Na)。
②陰離子半徑大于相應(yīng)原子半徑，如r(Cl－)＞r(Cl)。
③不同價(jià)態(tài)的離子，價(jià)態(tài)越高，離子半徑越小，如r(Fe2＋)＞r(Fe3＋)。
(4)電子層結(jié)構(gòu)相同的不同粒子，核電荷數(shù)越大，半徑越小，如r(O2－)＞r(F－)＞r(Na＋)＞r(Mg2＋)＞r(Al3＋)。
03
元素周期律
通過探究可以發(fā)現(xiàn)，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、元素的化合價(jià)等均呈現(xiàn)周期性變化。
在大量科學(xué)研究的基礎(chǔ)上，人們歸納出一條規(guī)律：元素的性質(zhì)隨著元素原子序數(shù)的遞增而呈周期性變化，這個(gè)規(guī)律叫作元素周期律。元素性質(zhì)的周期性變化是元素原子核外電子排布周期性變化的必然結(jié)果。
元素周期律的發(fā)現(xiàn)是 19 世紀(jì)化學(xué)科學(xué)的重要成就之一，它大大加深了人們對(duì)物質(zhì)世界的認(rèn)識(shí)，指導(dǎo)著人們開展諸如預(yù)測(cè)元素及其化合物的性質(zhì)、尋找或合成具有特殊性質(zhì)的新物質(zhì)等科學(xué)研究工作。元素周期律有力地推動(dòng)著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展。
元素周期律概述
人類對(duì)元素周期律的認(rèn)識(shí)
人類對(duì)元素周期律的認(rèn)識(shí)經(jīng)歷了一個(gè)漫長(zhǎng)的過程。自道爾頓提出原子論和原子量（現(xiàn)稱相對(duì)原子質(zhì)量）概念之后，測(cè)定各種元素原子量的工作進(jìn)展迅速。到 19 世紀(jì)中葉，人們已經(jīng)獲得了 60 多種元素的原子量數(shù)據(jù)。以此為基礎(chǔ)，科學(xué)家開始研究原子量與元素性質(zhì)之間的關(guān)系。俄國科學(xué)家門捷列夫和德國科學(xué)家邁爾等根據(jù)原子量的大小對(duì)元素進(jìn)行分類排列時(shí)，發(fā)現(xiàn)元素性質(zhì)隨著原子量的遞增呈現(xiàn)明顯的周期性變化。這就是人們對(duì)元素周期律的早期認(rèn)識(shí)。
俄國科學(xué)家　門捷列夫
人類對(duì)元素周期律的認(rèn)識(shí)
后來，英國物理學(xué)家莫斯萊（H.Moseley）應(yīng)用 X 射線測(cè)定了原子核所帶正電荷的數(shù)目，指出元素原子的核電荷數(shù)是元素的根本特征，原子序數(shù)是根據(jù)元素原子的核電荷數(shù)確定的。
這樣，元素周期律的確立就有了更科學(xué)的基礎(chǔ)。
直到 20 世紀(jì) 30 年代，科學(xué)家弄清了各元素原子的核外電子排布之后，才實(shí)現(xiàn)了對(duì)元素周期律實(shí)質(zhì)的認(rèn)識(shí)。現(xiàn)在人們已經(jīng)知道，元素在元素周期表中的位置與原子的核外電子排布密切相關(guān)。
04
課堂小結(jié)
05
課堂練習(xí)
1．根據(jù)原子結(jié)構(gòu)及元素周期律的知識(shí)，下列推斷正確的是(　　)
A． 3517Cl與3717Cl得電子能力不相同
B．同主族元素含氧酸的酸性隨核電荷數(shù)的增加而減弱
C．同周期元素( 0族元素除外)從左到右，原子半徑逐漸減小
D．若M+和R2－的核外電子層結(jié)構(gòu)相同，則原子序數(shù)R＞M
C
2．下列有關(guān)原子半徑的比較不正確的是（ ）
A．r(Na)>r(Mg)>r(Al)
B．r(N)C．r(Si)>r(N)>r(O)
D．r(Al)>r(F)>r(S)
D
3．有關(guān)原子結(jié)構(gòu)的說法正確的是
A．1~18號(hào)元素，原子的最外層電子數(shù)重復(fù)出現(xiàn)由1~8的周期性變化
B．3~9號(hào)、11~17號(hào)元素隨著核電荷數(shù)的遞增，原子半徑呈現(xiàn)由大到小的周期性變化
C．原子的核電荷數(shù)越多，原子半徑越大
D．原子核外電子數(shù)越多，原子半徑越大
B
4．下列說法中正確的是
A．元素性質(zhì)的周期性變化是指原子半徑、元素的主要化合價(jià)及原子核外電子排布的周期性變化
B．元素的最高正化合價(jià)與元素原子核外電子排布有關(guān)
C．從Li→F，Na→Cl，元素最高正化合價(jià)均呈現(xiàn)+1價(jià)→+7價(jià)的變化
D．電子層數(shù)相同的原子核外電子排布，其最外層電子數(shù)均從1個(gè)到8個(gè)呈現(xiàn)周期性變化
B
Thanks
好好學(xué)習(xí)天天向上

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