续表 最高正化合价或 +4 +2 +5 +3 最低负化合价 3 原子序数 12 3铝 14 15 16 17 18 元素名称 钠镁 硅 磷 硫 氯氩 元素符号 核外电子排布 原子半径 0.1860.1600.1430.1170.1100.1020.099 nn 最高正化合价或 +4 +6 +7 最低负化合价 +1+2 +5 +3 2.观察上面的表格,思考并讨论:随着原子序数的递增,元素原子的核外电子层排 布、元素的原子半径和元素的化合价各呈现什么规律性的变化? 原子半径的变化 原子序数电子层数最外层电子数 最高或最低化合价的变化 (不考虑稀有气体元素 1~2 +1 0.152mm→0.071mm+1 3~10 大一小 1→0 11~18 结论: 通过上面的讨论我们知道,随着原子序数的递增,元素原子的电子层排布、原子半径 和化合价都呈现周期性的变化。那么,元素的金属性和非金属性是否也随原子序数的变化 呈现周期性变化呢?我们通过第三周期元素的一些化学性质来探讨这一问题 制学捅究 1.实验: (1)取一小段镁带,用砂纸除去表面的氧化膜,放入试管中。向试管中加入2ml水 并滴入2滴酚酞溶液。观察现象。过一会儿加热试管至水沸腾。观察现象 现象 化学方程式 第二节元素周期律15
(2)取一小段镁带和一小片铝,用砂纸磨去它们表面的氧化膜,分别放入两支试管, 再各加入2m.lmo/L盐酸。观察发生的现象。 M g 现象 化学方程式 2.讨论: (1)回忆钠与水反应的现象,比较钠和镁与水反应的难易程度。 (2)比较镁和铝与盐酸反应的难易程度。 (3)比较钠、镁、铝的最高价氧化物对应的水化物(氢氧化物)碱性强弱。 Mg 与冷水反应: 与冷水反应缓慢,与酸反应: 单质与水(或 与沸水反应迅速,放 酸)反应 出氢气;与酸反应剧 烈,放出氢气 最高价氧化物 NaOH 对应的水化物 Mg(OH)2 Al(OH)3 碱性强弱 中强碱 (4)通过以上实验和讨论,你能推断出钠、镁、铝的金属性强弱吗? Na Mg Al 金属性逐渐」 3.阅读: P 单质与氢气反应的 磷蒸气与氢 光照或点燃时发生爆 条件 高温 气能反应 加热 炸而化合 最高价氧化物对应 HCIO 的水化物(含氧酸)HSO H,PO H2SO 酸性强弱 弱酸 中强酸 强酸 强酸(比H2SO4酸性 强) 4.通过以上对第三周期元素性质的比较,我们可以得出的结论: Na Mg Al Si P s CI 金属性逐渐 非金属性逐渐 对其他周期元素性质进行研究,也可以得到类似的结论。 通过大量事实,人们归纳出一条规律:元素的性质随着原子序数的递增而呈周期性 的变化。这一规律叫做元素周期律。 16第一章物质结构元素周期律
、元素周期表和元素周期律的应用 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。在有了元素周期律以后,我们可以根据元素在元素周期律 周期表中的位置推测其原子结构和性质,也可以根据元素 periodic law of elements 的原子结构推测它在周期表中的位置 我们可以在周期表中给金属元素和非金属元素分区。如图1-9所示,虚线左面是金属 元素,虚线右面是非金属元素,最右一个纵行是稀有气体元素。由于元素的金属性与非金 属性之间并没有严格的界线,位于分界线附近的元素既能表现出一定的金属性,又能表现 出一定的非金属性。在周期表中,主族元素从上到下、从左到右,元素的金属性和非金属 性存在着一定的递变规律。 族 IAⅡAⅢAⅣAVAⅥAⅦA 期 非金属性逐渐增强 B Al: Si 非金属 属有 性逐渐增强 性气 逐体 金属Sb:Te 渐元 增素 6 7 金属性逐渐增强 图1-9元素金属性和非金属性的递变 学与向 什么元素的金属性最强?什么元素的非金属性最强?它们分别位于元素周期表中的什 么位置? 元素的化合价与元素在周期表中的位置有一定的关系。例如: 1.主族元素的最高正化合价等于它所处的族序数,因为族序数与最外层电子(价电 子①)数相同 ①元素的化合价与原子的最外层电子数有密切的关系,所以,元素原子的最外电子层中的电子也叫价电子。有些 元素的化合价与原子的次外层或倒数第三层的部分电子有关,这部分电子也叫价电子 第二节元素周期律17
°资料卡片 2.非金属元素的最高正化合价,等于原子所能失去 或偏移的最外层电子数,而它的负化合价则等于使原子达 门捷列夫在研完元素周到8电子稳定结构所需得到的电子数。所以,非金属元素 期表时,科学地预言了11种的最高正化合价和它的负化合价的绝对值之和等于8 尚未发现的元素,为它们在 元素周期表是元素周期律的具体表现形式,是学习化 周期表中留下空位,例如,学的一种重要工具。过去,门捷列夫曾用周期律预言未知 他认为在铝的下方有一个与 元素并得到了证实。此后,科学家在周期律和周期表的指 铝类似的元素“类铝”,并预 测了它的性质。1875年,法 导下,对元素性质进行了系统研究,并为新元素的发现及 国化学家发现了这种元素, 预测它们的原子结构和性质提供了线索 将它命名为镓。镓的性质与 元素周期表和元素周期律对于其他与化学相关的科 门捷列夫推测的一样。 学技术也有指导作用。例如,在周期表中金属与非金属 门捷列夫还预言了错的的分界处,可以找到半导体材料,如硅、锗等,半导体 存在和性质,多年后也得到器件的研制正是开始于锗,后来发展到研制与它同族的 了证实。 硅。又如,农药由含砷的有机物发展成为对人畜毒性较 预测低的含磷有机物等,通常制造的农药,所含有的氟、 相对原子质量72 72.6 氯、硫、磷等在周期表中的位置靠近,在一定的区域 密度/(g·cm3)5.55.32 内。人们还在过渡元素中寻找催化剂和耐高温、耐腐蚀 氧化物 MO GO 的合金材料。 氧化物密度4.74.72 由于在周期表中位置靠近的元素性质相近,在周期表 氯化物 MCl Gel 氯化物熔点<100℃84℃ 定区域内寻找元素,发现物质的新用途被视为一种相当 有效的方法。 稻学视野 人造元素 元素周期表都是从氢开始的(曾有从原子序数为0的中子开始的建议),所以把H的 原子序数定为1,已成为不需更改的事实。那么,元素周期表中的元素种类是否有限呢? 理论物理学家对此已有多种估计,而对于崇尚实验的实验物理学家和化学家来说,从未放 弃过人造元素的努力 人造元素的关键是用某种元素的原子核作为“炮弹”来轰击另一种元素的原子核,当 它的能量足以“击穿”原子核的“坚壳”并熔合成新核时,质子数改变,新元素也就产生 了。质子数的改变严格地遵从加法规则,如用硼(原子序数为5)轰击铜(原子序数为98) 得到103号元素铹(1961年);用铬(原子序数为24)轰击铅(原子序数为82)得到106号元 素镱(1974年)。元素周期表成了核物理学家手中的一张十分特殊的加法表。不过,实现 核反应远非做加法那样轻而易举,要有昂貴的特殊实验装置(如回旋加速器)和高超的实验 技术。设想与实际之间的差别如此之大,正是事物的两个方面,也正是科学引人入胜 之处。 18第一章物质结构元素周期律
习图 1.元素周期表的第三周期元素,从左到右,原子半径逐渐 ;元素的金属性逐渐 非金属性逐渐。该周期元素中,除稀有气体外,原子半径最大的是 最高价氧化物对应的水化物碱性最强的是 最高价氧化物对应的水化物呈两性的是 最高价氧化物对应的水化物酸性最强的是 2.元素周期表中某区域的一些元素多用于制造半导体材料,它们是() A.左、下方区域的金属元素 B.金属元素和非金属元素分界线附近的元素 C.右、上方区域的非金属元素 D.稀有气体元素 3.根据元素周期表和元素周期律分析下面的推断,其中错误的是() A.铍(Be)的原子失电子能力比镁弱 B.砹(At)的氢化物不稳定 C.硒(Se)化氢比硫化氢稳定 D.氢氧化锶[Sr(OH)2]比氢氧化钙的碱性强 4.比较下列各组中两种元素金属性或非金属性的强弱。 (1)Na、K(2)B、Al(3)P、Cl (5)0、S 5.根据元素在周期表中的位置,判断下列各组化合物的水溶液的酸、碱性的强弱。 (1)H3PO和HNO(2)KOH和Mg(OH)2(3)A(OH)3和Mg(OH)2 6.钫是人工合成的金属元素。根据它在元素周期表中的位置,你能推测出它的一些性质吗? 如颜色、状态、与水反应的剧烈程度、金属性强弱等。 7.镁和钙是第IA族元素。 (1)镁和钙都能与水反应产生氢气,镁反应缓慢,钙则反应较快。请推测同主族的铍和钡与 水反应的剧烈程度。 (2)钙在空气中会与氧气发生缓慢的反应,所以要把钙保存在密封的容器内。你认为钡应如 何保存? 8.已知元素X、Y、Z、W的原子序数分别为6、8、11、13,请回答: (1)它们各是什么元素? (2)不看周期表,你如何来推断它们在周期表中的位置(周期和族)? (3)写出单质X、Z、W分别与单质Y反应的化学方程式。 9.某同学阅读课外资料时,看到了下列有关锗、锡、铅3种元素性质的描述: (1)锗、锡在空气中不反应,铅在空气中表面生成一层氧化铅; (2)锗与盐酸不反应,锡与盐酸反应,铅与盐酸反应但因生成的PbCl2微溶而使反应中止; (3)锗、锡、铅的+4价氢氧化物的碱性强弱顺序: Ge(OH) <Sn(OH),<Pb(OH). 请查找锗、锡、铅3种元素在元素周期表中的位置,并解释产生上述性质变化的原因。 第二节元素周期律19