鲁科版高中化学必修第二册第1章第2节新知探究课3元素周期律学案

第2节元素周期律和元素周期表
新知探究课3元素周期律
1．会书写1～20号元素原子核外电子排布，能分析核外电子排布、原子半径、主要化合价的递变规律，从宏观、微观相结合的角度认识元素周期律，形成“宏观辨识与微观探析”的化学学科核心素养。

2．通过分析核外电子排布、原子半径及元素主要化合价的变化规律，建立证据意识，培养“证据推理与模型认知”的化学学科核心素养。

一、元素性质的变化规律
1．原子序数
(1)含义：元素在元素周期表中的序号。

(2)与其他量的关系
对于原子而言：原子序数＝核电荷数＝质子数＝核外电子数。

2．原子核外最外层电子数的变化规律
原子序数最外层电子数
1～21→2
3～101→8
11～181→8
结论：随着原子序数的递增，元素原子的最外层电子数呈现周期性变化
原子序数原子半径的变化规律
3～9大→小
11～17大→小
结论：随着原子序数的递增，元素原子的原子半径呈现周期性变化
原子序数元素主要化合价
1～2＋1→0
3～10＋1→＋5、－4→－1→0
11～18＋1→＋7、－4→－1→0结论：随着原子序数的递增，元素的主要化合价呈现周期性变化
(正确的打“√”，错误的打“×”)。

(1)原子序数相同的原子是同一种原子。

()
(2)原子最外层上的电子数随原子序数的递增从1～8呈周期性变化(第1周期除外)。

()
(3)电子层数相同的原子的半径随着原子序数的递增逐渐增大。

()
(4)电子层数相同的元素原子的最低价总是从－7→－1逐渐升高。

() [答案](1)×(2)√(3)×(4)×
二、元素周期律
1．内容：元素的性质随着元素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元素原子核外电子排布周期性变化的必然结果。

(1)元素的性质主要指________和______________等。

元素的其他性质，如金属性、非金属性等也随之发生周期性变化。

(2)元素周期律体现了________(核外电子排布)决定元素的性质；元素的性质反映了元素的________。

[答案](1)原子半径元素的化合价(2)原子结构原子结构
元素的主要化合价
硒鼓，也称感光鼓，是打印机中很重要的组成部分，决定了打印质量的好坏。

硒鼓中用到的感光材料含有元素硒。

1．判断硒元素的最高正化合价和最低负化合价分别是多少？
提示：＋6价和－2价。

根据硒的原子结构示意图可以知其原子的最外层电子数为6，因此最高正化合价＝最外层电子数＝＋6，最低负化合价＝最外层电子数－8＝6－8＝－2。

2．分析1～18号元素的最高正化合价与最低负化合价的绝对值之差为6的元素是什么？
提示：最高正化合价＝原子最外层电子数，最高正化合价＋最低负化合价的绝对值＝8。

最高正化合价与最低负化合价的绝对值之差是6的元素为Cl。

3．金属元素有负化合价吗？它们能否形成简单阴离子？
提示：金属元素无负化合价，所以不能形成简单阴离子。

1．元素的主要化合价与最外层电子数的关系
(1)主族元素最高正化合价＝最外层电子数(O、F除外)。

(2)最低负化合价＝最外层电子数－8。

(3)最高正化合价＋|最低负化合价|＝8(H、O、F除外)。

2．常见元素化合价的特点
(1)氢元素：＋1价、－1价、0价，如H2O、NaH、H2。

(2)氟元素：－1价、0价，如NaF、F2，氟无正价。

(3)氧元素：－2价、－1价、0价，如CaO、Na2O2、O2，氧无最高正价。

(4)金属元素没有负价。

(5)非金属元素既有正价又有负价(F除外)。

1．X元素最高价氧化物对应的水化物为H3XO4，则它对应的气态氢化物为() A．HX B．H2X C．XH4D．XH3
D[X元素最高价氧化物对应的水化物为H3XO4，说明X的最高价为＋5，则其最低负价为5－8＝－3，氢化物的化学式是XH3。

]
2．下列各组元素中，按最高化合价递增顺序排列的是()
A．C、N、F B．Na、Mg、Al
C．F、Cl、Br D．Cl、S、P
B[F无正价，且Cl、Br最高正价均为＋7，故A、C错误；Cl、S、P最高正
价为＋7、＋6、＋5，故D 错误。

]
3．某短周期元素的最高正价与最低负价的代数和为4，则该元素原子的最外层电子数为( )
A ．4
B ．5
C ．6
D ．7 C [设该元素的最高正价为x ，最低负价为y ，则{x +y =4，x +|y |=8
，解得x ＝6，y ＝－2，因此该原子的最外层电子数为6，故选C 。

] 微粒半径的大小比较
原子半径是原子的一个重要结构参数，它与原子、分子的物理性质和化学性质密切相关，在许多领域都有广泛的应用。

1．Na 、Al 原子半径如何比较？
提示：二者电子层数相同，由于Al 核电荷数大，吸引电子能力强，故半径Na ＞Al 。

2．F 、Cl 原子半径如何比较？
提示：二者最外层电子数相同，由于Cl 电子层数多，故半径F ＜Cl 。

3．Na ＋、O 2-的离子半径如何比较？
提示：二者电子层结构完全相同，由于核电荷数Na ＋大，故半径Na ＋＜O 2-。

微粒半径大小主要是由电子层数、核电荷数和核外电子数决定的。

1．电子层数相同的微粒——“序大径小”(稀有气体元素除外)
电子层数相同的元素，随着原子序数的递增，原子半径逐渐减小。

例： r (Na)>r (Mg)>r (A1)>r (Si)>r (P)>r (S)>r (Cl)。

2．电子层数不同，最外层电子数相同的微粒——“序大径大”
最外层电子数相同，电子层数越多，原子半径越增大。

例：
r (Li)<r (Na)<r (K)<r (Rb)<r (Cs)，r (Li ＋)<r (Na ＋)<r (K ＋)<r (Rb ＋)<r (Cs ＋)。

3．同元素的不同微粒
同种元素的微粒——电子数越多，微粒半径越大。

例：
r(Na＋)<r(Na)；r(Cl－)>r(Cl)；
r(Fe3+)<r(Fe2+)<r(Fe)。

4．电子层结构完全相同的微粒——“序大径小”
电子层结构相同的离子，核电荷数越大，离子半径越小。

例：
r(O2-)>r(F－)>r(Na＋)>r(Mg2+)>r(Al3+)。

1．下列各组元素中，原子半径依次增大的是()
A．I、Br、F B．Li、K、Na
C．O、S、Al D．Li、F、Cl
C[I、Br、F为同主族元素，原子序数逐渐减小，所以原子半径应逐渐减小，A错误。

Li、K、Na为同主族元素，原子半径由小到大的顺序为Li<Na<K，B 错误。

O、S为同主族元素，原子序数逐渐增大，原子半径O<S；S、Al为同周期元素，原子序数逐渐减小，原子半径逐渐增大，即S<Al，所以原子半径O<S<Al，C正确。

Li、F为同周期元素，原子序数逐渐增大，原子半径逐渐减小，即Li>F，Li的电子层数小于Cl，则原子半径Li<Cl，所以原子半径Cl>Li>F，D错误。

] 2．下列微粒半径之比大于1的是()
A．r(Mg)
r(Ca)B．r(O
2−)
r(Na+)
C．r(S)
r(Si)D．r(Cl)
r(Cl−)
B[电子层结构相同的离子，核电荷数越小，离子半径越大，离子半径r(O2-)>r(Na＋)，则有r(O2−)
r(Na+)
>1。

]
3．微粒半径大小比较正确的是()
A．Na＋<Mg2+<Al3+<O2-
B．S2->Cl－>Na＋>Al3+
C．Na<Mg<Al<S
D．Cs<Rb<K<Na
B[A项中四种离子核外电子数相同，核电荷数越多，半径越小，即Al3+<Mg2+<Na＋<O2-，错误：S2-、Cl－比Na＋、Al3+多一个电子层，则S2-、Cl－半径比Na＋、Al3+大，而半径：S2->Cl－，Na＋>Al3+，则微粒半径：S2->Cl－>Na＋>Al3+，B项正确；Na、Mg、Al、S的半径依次减小，C项错误；Na、K、Rb、Cs最外
层电子数相同，电子层数依次增多，半径依次增大，D项错误。

]
(1)微粒半径比较要三看：首先看层，层少半径小；同层看核，核大半径小；同核看价，价高半径小。

(2)核电荷数、电子层数、电子数皆不相同的微粒。

选择一种参照微粒进行比较，如比较r(K＋)与r(Mg2+)，可选择Na＋为参照：r(K ＋)>r(Na＋)>r(Mg2+)
原子半径的测定方法
测定原子半径的方法很多。

常用的一种方法是根据固态单质的密度算出 1 mol原子的体积，再除以阿伏加德罗常数，得到一个原子在固态单质中平均占有的体积，进而得到其原子半径。

另一种更常用的方法是，指定化合物中两个相邻原子的核间距为两个原子的半径之和，再通过实验来测定分子或固体中原子的核间距，从而求得相关原子的原子半径。

有关书籍和手册上提供的原子半径通常是用这种方法测定的。

(1)随着原子序数的递增，元素原子的最外层电子排布、原子半径、元素化合价等均呈现周期性变化。

(2)元素原子的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。

(3)影响微粒半径的因素：电子层数、核电荷数、核外电子数。

(4)主族元素的最高正化合价＝最外层电子数(O、F除外)，最低负化合价＝最外层电子数－8。

1．下列各组元素性质或原子结构递变情况错误的是()
A．Li、Be、B原子最外层电子数依次增多
B．P、S、Cl元素最高正化合价依次升高
C．N、O、F原子半径依次增大
D．Na、Mg、Al的最外层电子数依次增多
C[N、O、F三种原子具有相同的电子层数，随着原子序数的递增，原子核对核外电子吸引力越大，故原子半径依次减小。

]
2．元素X形成的离子与钙离子的核外电子排布相同，且X的离子半径小于负二价硫离子的半径。

X元素可能为()
A．Al B．P C．Ar D．K
D[由X形成的离子与Ca2+核外电子排布相同，可排除Al、Ar；由X的离子半径小于S2-的半径，可排除P(半径：P3->S2-)。

]
3．某元素R的最高正价与最低负价的绝对值之差为2，其气态氢化物中含氢的质量分数为8.8%，试推断该元素是()
A．N B．P
C．S D．O
B[由题意知，①最高正价－|最低负价|＝2，②最高正价＋|最低负价|＝8，将(②式－①式)并化简可得|最低负价|＝3，该元素的最低负价为－3价，则元素R的
×100%＝8.8%，则气态氢化物的化学式是RH3，氢元素的质量分数为1×3
A r(R)+1×3
A r(R)≈31，即R是磷元素。

]
4．X元素的阳离子和Y元素的阴离子具有与氩原子相同的电子层结构，下列叙述正确的是()
A．Y原子序数比X的大
B．X原子最外层电子数比Y的多
C．X的原子半径比Y的大
D ．X 元素的最高化合价比Y 的大
C [X n ＋、Y m －与Ar 具有相同的电子层结构，其原子序数：X>Ar>Y ，A 项错误；X 原子最外层电子数比Y 的少，B 项错误；X 的原子半径比Y 的大，C 项正确；X 元素的最高化合价比Y 的小，
D 项错误。

]
5．有下列四种微粒：
① 818O ②1123Na ③1224Mg ④ 714N
(1)按原子半径由大到小的顺序排列为____________________________________ (只填序号，下同)。

(2)按离子半径由大到小的顺序排列为__________________________________。

(3)微粒中质子数小于中子数的是______________。

(4)能形成X 2Y 2型化合物的是______________。

(5)通常情况下，化合价有0价、正价和负价的是________。

[解析] 1123Na 与 1224Mg 具有相同的电子层数，最外层电子数分别为1、2、 818O 与
714N 具有相同的电子层数，最外层电子数分别为6、5；原子半径大小顺序为
1123Na >1224Mg > 714N > 818O 。

四种离子Na +、Mg 2+、N 3-和O 2-核外电子排布相同，半径大小顺序为r (Mg 2+)<r (Na +)<r (O 2-)<r (N 3-)。

四种核素质子数和中子数分别
是 818O →8、10； 1123Na →11、12； 1224Mg →12、12； 714N →7、7。

通常情况下O
元素不显正价，Na 、Mg 不显负价，只有N 元素有0价、正价和负价。

[答案] (1)②③④① (2)④①②③ (3)①② (4)①② (5)④
新知探究课固基练(三) 元素周期律
1．元素性质呈现周期性变化的根本原因是( )
A ．元素的相对原子质量逐渐增大
B ．核外电子排布呈周期性变化
C ．核电荷数逐渐增大
D ．元素化合价呈周期性变化
B [原子的核外电子排布随原子序数的递增而呈现周期性变化，是引起元素性质的周期性变化的根本原因，故B 正确。

]
2．原子序数3～10的元素，随着核电荷数的递增而逐渐增大的是( )
A．电子层数B．电子数
C．原子半径D．化合价
B[原子序数3～10的元素，原子的电子层数都为两层，A错误；除了10号稀有气体元素原子，3～9号元素原子的核电荷数越大，原子半径越小，C错误；因氧无最高正价、氟无正价，D错误。

]
3．下列微粒半径的比较中，正确的是()
A．r(Na＋)>r(Na)B．r(Cl－)>r(Cl)
C．r(Ca2+)>r(Cl－)D．r(Mg)>r(Na)
B[同一种元素：r阳离子<r原子<r阴离子，A项错误，B项正确；Ca2+和Cl－核外电子排布相同，因原子序数Ca>Cl，则半径r(Ca2+)<r(Cl－)，C项错误；Na和Mg两种原子的核外电子层数相同，因原子序数Mg>Na，故半径r(Mg)<r(Na)，D项错误。

]
4．已知下列元素的原子半径：
A．0.80×10-10 m B．1.10×10-10 m
C．1.20×10-10 m D．0.70×10-10 m
B[Si、P、S三种元素位于同一周期，原子半径Si>P>S，故磷的原子半径在1.06×10-10～1.17×10-10 m之间，所以B项正确。

]
5．下列递变情况中，正确的是()
A．Na、Mg、Al原子的最外层电子数依次减少
B．Si、P、S元素的最高正价依次降低
C．C、N、O的原子半径依次增大
D．Li、Na、K的核外电子层数依次增加
D[A项，Na、Mg、Al原子的最外层电子数依次增多；B项，Si＋4、P＋5、S ＋6元素的最高正价依次升高；C项，原子半径：C>N>O。

]
6．如图为一些元素原子半径规律性变化的示意图。

由此图不能得出的下列结论是(不考虑稀有气体元素)()
A．当电子层数相同时，核电荷数越小，原子半径越大
B．当最外层电子数相同时，质子数越多，原子半径越大
C．r(F－)<r(Cl－)<r(Br－)<r(I－)，r(K＋)>r(Na＋)>r(Mg2+)>r(Al3+)
D．原子电子层数越多，对应的原子半径越大
D[由题图可知，当电子层数相同时，核电荷数越小，原子半径越大，A项正确；当最外层电子数相同时，质子数越多，原子半径越大，B项正确；当最外层电子数相同时，质子数越多，离子半径越大，则r(F－)<r(Cl－)<r(Br－)<r(I－)，r(K＋)>r(Na ＋)，Na＋、Mg2+、Al3+核外电子数都是10，核电荷数越大，则离子半径越小，r(Na ＋)>r(Mg2+)>r(Al3+)，C项正确；没有说明最外层电子数是否相同，则原子电子层数越多，对应的原子半径不一定越大，如Li的半径大于Al，D项错误。

] 7．下列4种微粒中，半径按由大到小的顺序排列的是()
A．①＞②＞③＞④
B．③＞④＞①＞②
C．③＞①＞②＞④
D．①＞②＞④＞③
C[①为S，②为Cl，③为S2-，④为F。

①②电子层数相同，核电荷数越大半径越小，故原子半径：S>Cl；①③核电荷数相同，电子数越多半径越大，故半径：S2->S；②④最外层电子数相同，电子层数越多半径越大，故原子半径：Cl>F。

] 8．某元素R的最高价氧化物对应的水化物是H n RO2n－2，则元素R在其气态氢化物中的化合价是()
A．3n－10B．12－3n
C．3n－4D．3n－12
D[元素R在其最高价氧化物对应的水化物中显正价，而在其氢化物中显负价。

设R的最高化合价为＋x，由化合物中正、负化合价代数和为0，列式：(＋1)·n ＋x＋(－2)·(2n－2)＝0，解得x＝3n－4。

因为元素的最高化合价＋|最低化合价|＝8，所以氢化物中元素R的化合价为－[8－(3n－4)]＝3n－12。

]
9．11～18号元素中：
(1)原子半径最小的元素是________(填元素符号，下同)，最高正化合价与最低负化合价绝对值之差为4的元素是________。

(2)与水反应能生成具有漂白性物质的是________元素的单质，反应的化学方程式是_________________________________________________________________ ___________________________________________________________________。

(3)元素A原子获得2个电子，元素B原子失去1个电子后形成的离子最外层都达到8电子稳定结构。

比较A2-与B＋的半径大小：____________(用离子符号表示)，A和B形成的化合物的化学式为____________。

(4)写出和Ar核外电子排布相同的两种常见阴离子的半径由大到小的顺序：___________________________________________________________________。

[解析](1)电子层数相同，原子序数越大，原子半径越小，所以Cl的原子半径最小；若最高正价为x，则最低负价为x－8，由x－|x－8|＝4，得x＝6，该元素为S。

(2)氯气能与水反应生成具有漂白性的物质，Cl2＋H2O===HCl＋HClO，HClO具有漂白作用。

(3)A2-为S2-，B＋为Na＋，一般电子层数越多，离子半径越大，所以离子半径：S2->Na＋，A和B形成的化合物为Na2S。

(4)Ar原子的电子层结构与同周期的非金属元素形成的阴离子的电子层结构相同，与下一周期的金属元素形成的阳离子的电子层结构相同。

和Ar核外电子排布相同的两种常见阴离子为S2-、Cl－。

电子层数相同的离子，核电荷数越大，离子半径越小，即离子半径大小顺序为S2->Cl－。

[答案](1)Cl S(2)Cl Cl2＋H2O===HCl＋HClO(3)S2->Na＋Na2S (4)S2->Cl－
10．原子序数小于20的X元素能形成H2X和XO2两种化合物，该元素的原子序数是()
A．13B．14C．15D．16
D[X元素在H2X中呈－2价，在XO2中呈＋4价，一般在氢化物中呈现最低负价，该元素的最高正价为＋6，即最外层电子数为6，只有原子序数为16时符合条件。

]
11．(素养题)如图是部分1～18号元素化合价与原子序数的关系图，下列说法正确的是()
A．原子半径：Z>Y>X
B．离子半径：Z>Y>X
C．元素R的最高正价和最低负价的代数和为8
D．Y和W的最高价氧化物对应的水化物可发生反应
D[根据随原子序数递增化合价变化特点分析知X为O，Y为Na，Z为Al，W 为S，R为Cl。

一般电子层数越多半径越大，故O原子半径最小，电子层数相同时，原子序数越大，半径越小，则原子半径：Na>Al，即原子半径：Na>Al>O，A项错误；Na、O、Al形成的离子核外电子排布相同，核电荷数越大，半径越小，故离子半径：O2->Na＋>Al3+，B项错误；Cl的最高正价和最低负价的代数和为6，C项错误；Na与S的最高价氧化物对应的水化物分别为NaOH、H2SO4，两者能发生中和反应，D项正确。

]
12．下列有关叙述正确的是()
A．B、C、N、O、F原子半径依次增大
B．元素周期律的实质是元素原子最外层电子排布呈周期性变化
C．C、N、O、F最高化合价依次递增
D．某元素R的最高价氧化物化学式为R2O5，又知R的气态氢化物中含氢的质
量分数为8.8%，则R的相对原子质量为28
B[B、C、N、O、F的原子半径依次减小，A项不正确；O没有最高正化合价、F没有正化合价，C项不正确；某元素最高价氧化物的化学式为R2O5，则R为＋5价，其最低化合价应为－3价，其形成的气态氢化物为RH3，根据已知，
1×3
×100%＝8.8%，解得A r(R)≈31，D项不正确。

]
A r(R)+1×3
13．已知1～20号元素的离子a A2+、b B＋、c C2-、d D－都具有相同的电子层结构，则下列叙述错误的是()
A．原子半径：A>B>C>D
B．离子半径：C2->D－>B＋>A2+
C．原子序数：a>b>d>c
D．原子最外层电子数：D>C>A>B
A[原子序数＝核电荷数＝原子核外电子数，a A2+、b B＋、c C2-、d D－的电子层结构相同，即核外电子数相同，根据离子电荷数的多少及正负，推知原子电子层数：A＝B>C＝D，原子序数：a>b>d>c，原子最外层电子数：D>C>A>B。

当电子层数相同时，核电荷数越多，原子半径越小，结合电子层数：A＝B>C＝D，所以原子半径：B>A>C>D。

当电子层结构相同时，核电荷数越多，离子半径越小，推知离子半径：C2->D－>B＋>A2+。

]
14．(1)下表是部分前18号元素的原子半径及主要化合价：
②比较下列微粒的半径大小：Q________T，M3+________L2+。

(2)某种融雪剂主要成分为XY2，X、Y均为周期表中前20号元素，其阳离子和阴离子的电子层结构相同，且1 mol XY2含有54 mol电子。

该融雪剂主要成分的化学式为________。

[解析](1)根据主要化合价可知，L、Q最外层有2个电子，根据原子半径特点，Q是Be，L是Mg，M是Al；T只有－2价，是O，则R为S。

Be、O电子层数相同，核电荷数：Be<O，原子半径：Be>O。

Al3+、Mg2+具有相同的电子层结
构，核电荷数越大，离子半径越小，故离子半径：Al3+<Mg2+。

(2)XY2中每1 mol离子有电子：54 mol×1
＝18 mol，又结合化学式可判断化合
3
物中X显＋2价，是Ca，Y显－1价，是Cl，则XY2是CaCl2。

[答案](1)①镁硫②><(2)CaCl2
15．有A、B、C、D、E五种元素，它们的原子序数按E、C、D、A、B依次增大，E原子最外层有4个电子；A－与B＋的核外电子排布相同；D的气态氢化物的化学式为H2D，最高价氧化物中D的质量分数为40%，且D原子核内质子数和中子数相等；C的原子序数比D少9，比B少12，其气态氢化物中氢元素的质量分数约为17.65%。

(1)写出五种元素的符号：A__________，B____________，C________，D________，E________。

(2)画出A－、B＋的结构示意图：____________，____________。

(3)A、D最高价氧化物对应的水化物的化学式分别为________、________。

(4)写出E的最高价氧化物与过量的B的最高价氧化物对应的水化物反应的离子方程式：_____________________________________________________________ ___________________________________________________________________。

(5)写出B、C最高价氧化物对应的水化物之间相互反应的化学方程式：___________________________________________________________________
___________________________________________________________________。

[解析]D的气态氢化物的化学式为H2D，最高价氧化物中D的质量分数为40%，可推出D的相对原子质量为32，从而推出D为S元素；C原子序数比D少9，比B少12，则C为N元素，B为K元素；A－与B＋核外电子排布相同，则A为Cl元素；E原子最外层有4个电子，且原子序数按E、C、D、A、B依次增大，则E为C元素。

[答案](1)Cl K N S C(2)(3)HClO4H2SO4 (4)CO2＋2OH－===C O32−＋H2O(5)KOH＋HNO3===KNO3＋H2O。