【化学课件】元素周期律探索课件

元素周期律探索学习目标1掌握元素周期律基本规2理解周期表结构律熟练掌握元素周期表的整理解元素性质随原子序数体布局，能够准确定位元递增而呈现的周期性变化素在周期表中的位置，理规律，掌握周期和族的概解主族与副族的区别念及其内在联系认识周期律在生活与科研中的应用元素周期律概念周期性变化规律原子结构基础元素的物理性质和化学性质随周期性变化的根本原因在于原着原子序数的递增而呈现明显子核外电子排布的周期性重的周期性变化特征这种变化复随着原子序数增加，电子不是随机的，而是有规律可循层结构发生有规律的变化的性质关联性元素的金属性、非金属性、原子半径、电离能等重要性质都遵循这一周期性变化规律，形成了系统的理论框架元素周期表简介1年首次发表1869俄国化学家门捷列夫根据元素的相对原子质量和化学性质，首次系统地排列出元素周期表2不断完善发展随着新元素的发现和原子结构理论的发展，周期表结构不断得到完善和修正3现代周期表目前已发现种元素全部被收录在周期表中，形成了完整118的元素分类体系元素周期表结构概览个周期结构个族分类718周期表共有个横行，称为周期每个周期代表一个电子周期表共有个竖列，称为族其中族和族为主7181-213-18层，从第周期的个元素到第周期的个元素，体现了电族，族为副族同族元素具有相似的化学性质和电子构127323-12子层数的逐步增加型周期与族的定义周期的本质元素的周期数等于其原子的电子层数例如，第三周期的所有元素原子都有个电子层3族的特征同族元素的最外层电子数相同或相近，这决定了它们具有相似的化学性质和反应特征规律性体现周期和族的划分反映了原子结构的内在规律，是理解元素性质变化的重要工具元素在周期表中的定位方法原子序数确定位置每个元素的原子序数在周期表中都有唯一的位置，原子序数等于核内质子数，也等于核外电子数通过原子序数可以准确找到元素在周期表中的具体位置主族元素规律主族元素的最外层电子数等于主族序数例如，第Ⅰ族元素最A外层都有个电子，第Ⅶ族元素最外层都有个电子1A7电子构型预测掌握了元素在周期表中的位置，就能预测其电子构型、化学性质和可能的化合价，这是化学学习的重要技能原子序数及原子结构关系电子排布中性原子的电子数等于质子数，电子按能级顺序排布在各个轨道中质子数关系原子序数等于原子核内质子数，这是元素身份的根本标识周期性体现电子排布的周期性重复是元素性质呈现周期性变化的根本原因门捷列夫的贡献预测未知元素成功预测了钪、镓、锗等元素的存在和性质性质规律总结根据元素性质和相对原子质量发现变化规律系统化排列首次将已知元素按规律系统排列成表格门捷列夫不仅创建了周期表，更重要的是他发现了元素性质的周期性规律他勇敢地为尚未发现的元素留下空位，并准确预测了它们的性质，这种科学预见性体现了理论的强大威力当钪、镓、锗相继被发现时，它们的性质与门捷列夫的预测高度吻合，验证了周期律的正确性现代元素周期表完善摩斯莱的贡献英国科学家摩斯莱通过射线光谱研究，提出了原子序数概X念，将元素按原子序数而非相对原子质量排列，解决了周期表中的矛盾稀有气体归类随着氦、氖、氩等稀有气体的发现，在周期表中增设了第ⅧA族，完善了周期表的结构体系氢元素定位对氢元素在周期表中的位置进行了合理调整，现在普遍将氢放在第Ⅰ族的特殊位置A元素周期律的本质电子层结构周期性重复原子核外电子按层排布，每层能容纳随着电子数增加，电子层结构呈现周的电子数有限期性重复性质关联规律体现电子结构决定元素的化学性质和物理性质变化反映了原子结构的内在规律性质横向（周期）元素性质变化金属性递减从左到右金属性逐渐减弱原子半径减小核电荷增加，原子半径逐渐减小非金属性增强从左到右非金属性逐渐增强电离能增大失去电子变得越来越困难纵向（族）元素性质变化原子半径增大从上往下电子层数增加，原子半径逐渐增大金属性变化主族元素从上往下金属性逐渐增强电离能递减失去最外层电子变得越来越容易主族与副族元素区别主族元素特征副族元素特征主族元素包括第Ⅰ至Ⅷ族，其最外层电子分布在轨道或副族元素包括第Ⅲ至Ⅷ族，其特征是轨道或轨道正在填A As pB Bd f轨道中这些元素的化学性质主要由最外层电子数决定，表充电子这些元素多为过渡金属，具有变价性、络合性、催现出明显的周期性变化规律主族元素在化学反应中容易得化性等特殊性质它们的化学性质变化相对平缓，金属性普失电子形成离子化合物遍较强元素周期表块区分26区元素区元素s p包括ⅠA和ⅡA族，最外层为s轨道包括ⅢA至ⅧA族，最外层为p轨道1014区元素区元素d f包括ⅢB至ⅧB族，d轨道正在填充镧系和锕系元素，f轨道正在填充常见主族元素举例主族元素中最具代表性的包括第Ⅰ族的碱金属元素、第Ⅶ族的卤素元素和第Ⅷ族的稀有气体元素这些元素族群各自具有鲜A A A明的性质特征，体现了周期律的重要规律通过对比研究这些典型元素族，我们能够更好地理解元素性质的周期性变化碱金属元素族特点极强金属性与水剧烈反应焰色反应特征碱金属是金属性最强的一族元所有碱金属都能与水发生剧烈反各种碱金属在火焰中呈现特征颜素，最外层只有个电子，极易应，生成对应的氢氧化物和氢色锂红色、钠黄色、钾紫色，1失去电子形成价阳离子气，反应越来越剧烈这是定性检验的重要方法+1卤素元素族特点强氧化性卤素原子最外层有7个电子，容易得到1个电子达到稳定结构，表现出强烈的氧化性形成盐类化合物卤素与金属反应生成盐类化合物，如氯化钠、溴化钾等，这也是卤素名称的由来氧化性递减从氟到碘，卤素单质的氧化性逐渐减弱，氟是氧化性最强的非金属单质置换反应规律氧化性强的卤素能够从化合物中置换出氧化性弱的卤素，体现了氧化性强弱顺序稀有气体的性质满电子层结构化学性质极不活泼单原子分子稀有气体原子的最外层由于电子层结构稳定，稀有气体在自然状态下电子数为8（氦为2），稀有气体在常温常压下以单原子分子形式存在，形成稳定的满电子层结几乎不与任何物质发生不形成双原子或多原子构，这是其化学惰性的化学反应，被称为惰性分子根本原因气体特殊应用价值正是由于其惰性，稀有气体在保护焊接、填充灯泡、深海潜水等领域有重要应用金属与非金属分界线金属性非金属性的判定/金属性最强铯非金属性最强氟Cs F铯位于周期表的左下角，是金属性最强的元素它的原子半氟位于周期表的右上角，是非金属性最强的元素它具有最径最大，最外层电子距离原子核最远，最容易失去电子铯强的电负性和氧化性，能够与几乎所有元素化合氟原子半与水的反应极其剧烈，甚至能在冰面上发生爆炸性反应这径小，核电荷数大，对电子的吸引能力极强，这使得氟成为体现了周期表中位置与性质的对应关系最活泼的非金属元素原子半径的变化趋势周期内从左到右原子半径逐渐减小，因为核电荷增加族内从上到下原子半径逐渐增大，因为电子层数增加核电荷与电子层的平衡半径变化反映了核电荷与电子层数的综合影响电离能变化规律电负性变化规律氟最强电负性电负性值，吸引电子能力最强

4.0周期内递增从左到右电负性逐渐增大族内递减从上到下电负性逐渐减小化学键类型判断电负性差值决定化学键的极性强弱化合价推算法则最高正价规律最低负价计算主族元素的最高正价数值等于非金属主族元素的最低负价等其族序数例如，第Ⅴ族的于族序数减去如第Ⅶ族卤A8A氮、磷元素最高正价为价素的最低负价为价，第+57-8=-1但氧和氟是例外，氧的最高正Ⅵ族氧族元素最低负价为A6-价为价，氟只有价价+6-18=-2化合价变化范围元素的化合价在最高正价和最低负价之间变化，体现了元素得失电子的能力中间价态通常在化学反应中表现出歧化或归中的特性典型元素化合价案例钠元素Na第Ⅰ族元素，最外层个电子，在化合物中只能失去个电A11子，因此只有价这一种化合价如、、+1NaCl Na₂O NaOH等化合物氯元素Cl第Ⅶ族元素，可表现出、、、、等多种价态A-1+1+3+5+7在中为价，在中为价，在中为价NaCl-1HClO+1HClO₄+7价态变化意义元素价态的多样性反映了其电子得失的灵活性，这是理解化学反应机理和预测反应产物的重要依据特殊元素原子电子结构例外/氢元素特殊性氢是唯一没有中子的元素（普通氢），原子序数为1，结构最简单氢既可以失去电子形成H⁺，也可以得到电子形成H⁻离子铜铬电子排布异常铜原子电子排布为[Ar]3d¹⁰4s¹而非[Ar]3d⁹4s²，铬原子为[Ar]3d⁵4s¹而非[Ar]3d⁴4s²，这是由于半满和全满结构更稳定稳定性优先原则这些例外情况体现了电子排布遵循能量最低和稳定性最高的原则，而不是机械地按照能级顺序填充元素周期律与原子反应性金属易失电子非金属易得电子金属元素最外层电子数少，容易失去非金属元素最外层电子数多，容易得电子形成阳离子到电子形成阴离子化学键形成电子转移平衡电子转移或共享导致化学键的形成，化学反应中电子得失数目必须平衡，构成化合物遵循电荷守恒金属性和非金属性变化渐变性特征元素性质的变化不是突变的，而是渐进的，体现了量变到质变的规律过渡元素特殊性区过渡元素金属性变化缓慢，性质相对稳定，具有特殊的化学性质d性质连续性3相邻元素性质相近，为材料设计和元素替代提供了理论依据金属活泼性顺序实验案例实验现象对比生活应用实例钠与水反应产生大量气泡，钠球在水面快速移动并可能燃根据金属活泼性顺序，我们可以解释生活中的现象为什么烧；钾的反应更加剧烈，常伴有紫色火焰；镁与冷水反应缓铁制品容易生锈而金制品不会；为什么可以用锌来保护铁免慢，与热水反应较快；铝表面有氧化膜保护，需要特殊处理受腐蚀；为什么铝制品虽然活泼但却耐腐蚀这些都与金属才能与水反应活泼性顺序密切相关卤素单质氧化性顺序氧化性强弱顺序卤素单质的氧化性顺序为这个顺序与原子半径、电负F₂Cl₂Br₂I₂性变化规律一致，原子半径越小，得电子能力越强，氧化性就越强置换反应验证氯气通入溴化钾溶液中，溶液变为橙色，证明生成了溴单质；氯气通入碘化钾溶液中，溶液变为深棕色，证明生成了碘单质这些实验证实了氧化性强弱顺序工业应用意义利用卤素氧化性差异，可以从海水中提取溴，从海带中提取碘这种方法经济实用，体现了化学原理在工业生产中的重要应用价值稀有气体用途举例氦气深潜应用氦气密度小，在高压下溶解度低，不会产生氮醉现象，因此被用于深海潜水的呼吸混合气体中，保障潜水员安全氩气保护焊氩气化学性质稳定，用作保护焊接时的保护气体，防止金属在高温下被氧化，确保焊接质量氖气发光应用氖气在放电时发出特征的橙红色光，被广泛用于制作霓虹灯和指示灯，具有节能环保的优点元素周期律应用预测性——门捷列夫预测未来探索方向1869年预测了钪、镓、锗的存在，并准确描述了它们的性质，后来这理论预测第

119、120号元素可能具有相对稳定的同位素，为未来的元素些元素相继被发现，性质与预测高度吻合合成研究指明了方向2现代超重元素利用周期律理论，科学家成功合成了第113-118号等超重元素，验证了周期律在极端条件下的适用性元素周期律在新材料中的应用半导体材料新能源材料合金设计硅和锗位于周期表第Ⅳ族，具锂离子电池利用锂的轻质和高电根据周期律预测元素间的相容性A有个价电子，是重要的半导体化学活性；钠离子电池利用钠的和性质互补性，设计出具有特殊4材料通过掺杂其他元素可以调储量丰富；镁电池利用镁的二价性能的合金材料，如钛合金、镍节导电性，制造各种电子器件特性，这些都基于元素的周期性基合金等质元素周期律与环境保护重金属污染识别根据周期律，重金属如汞、铅、镉等具有相似的化学性质，容易在生物体内累积，造成慢性中毒治理元素选择利用某些元素的特殊性质进行污染治理，如用活性炭吸附有机污染物，用硫化物沉淀重金属离子稀有金属回收基于元素性质差异设计分离工艺，从废料中回收稀土元素、贵金属等，实现资源循环利用绿色替代方案寻找毒性更小的元素替代有害元素，如用无铅焊料替代含铅焊料，用水性涂料替代含汞涂料元素周期律与生物元素碳元素氢氧元素第Ⅳ族，形成四价共价键构成水分子和氢键A•有机物骨架元素•维持生命活动•生物大分子基础•蛋白质结构稳定硫元素氮磷元素蛋白质二硫键形成核酸和蛋白质组成•维持蛋白质结构•遗传信息载体•酶活性中心组成•能量传递介质核素与稳定性非金属单质特殊导电性石墨的导电机理硅的半导体特性石墨是碳元素的一种同素异形体，具有层状结构每个碳原硅位于第Ⅳ族，纯硅在低温下几乎不导电，但随着温度升A子与相邻的三个碳原子形成共价键，剩余的一个电子在整个高导电性增强通过掺入少量第Ⅲ族或第Ⅴ族元素，可以AA石墨层内自由移动，形成离域电子云，使石墨具有良好的制成型或型半导体，这种可调控的导电性使硅成为电子工πp n导电性这是非金属单质中的特殊例子业的基础材料非金属氧化物特殊性质一氧化氮性质一氧化碳特性NO CO是氮的氧化物，但不是酸是碳的氧化物，但既不是NO CO性氧化物它不能与水直接反酸性氧化物也不是碱性氧化应生成酸，也不能与碱反应生物，而是中性氧化物它不与成盐在常温下是无色气酸、碱反应，但具有强还原NO体，遇空气迅速氧化成红棕色性，常用于冶金工业还原金属的氧化物NO₂反常现象分析这些例外情况说明元素化合物的性质不能仅从周期表位置简单推断，还需要考虑具体的分子结构、化学键类型和电子分布等因素元素化合价的特殊例子氟的唯一价态氟只有价，是电负性最强的元素-1氧的多种价态在中为价，在中为价H₂O₂-1OF₂+2特殊性原因电负性和分子结构决定价态表现规律中的例外体现了化学规律的复杂性和特殊性第三周期元素的丰富性第三周期包含8种元素，从金属钠到稀有气体氩，展现了元素性质的完整过渡这个周期包含了典型的金属元素、半金属元素、非金属元素和稀有气体，是研究元素周期律最理想的实例通过学习第三周期元素，我们可以清晰地观察到原子结构变化对元素性质的影响规律元素周期律与科技前沿1号元素的合成118Og年首次合成，年正式命名为这个超重20022016Oganesson元素极不稳定，半衰期只有毫秒级，但其成功合成验证了周期律在极端条件下的适用性稳定岛理论理论预测在质子数、和中子数附近可能存在相对稳114126184定的超重核素，这为未来合成更稳定的超重元素提供了理论指导元素命名规则国际纯粹与应用化学联合会制定了严格的新元素命名规则，新元素必须经过独立实验室验证才能获得正式名称和符号化学思维训练题1确定元素的身份A原子序数为的元素是铝根据原子序数等于质子数的规律，该13Al元素原子核内有个质子，核外有个电子1313判断周期与族铝的电子排布为，有个电子层，因此位于第周1s²2s²2p⁶3s²3p¹33期最外层有个电子，属于第Ⅲ族3A推测化学性质铝是活泼金属，易失去最外层个电子形成⁺离子它具3Al³有良好的导电性、导热性和延展性，表面易形成致密的氧化膜而耐腐蚀化学思维训练题2等电子条件分析氯离子⁻的电子数为个Cl1817+1=18阳离子电子数计算设该元素为，形成的阳离子为，电子数也是个X X^n+18原子序数确定的原子序数，可能是⁺、⁺、⁺等X=18+n K19Ca²20Sc³21化学专题探究案例主族元素工业应用副族元素科研价值主族元素由于电子构型简单，化学性质相对单一但明确，在副族元素过渡金属具有变价性、络合性和催化性等特殊性工业中常用作原料和试剂如氯气用于制备漂白粉、聚氯乙质，在科研中应用广泛如钛合金用于航空航天；铂、钯用烯；硫酸广泛用于化工生产；硅用于制造半导体器件和玻璃作催化剂；稀土元素用于制造高性能磁性材料副族元素的材料主族元素的应用主要基于其典型的化学反应电子使其具有独特的光学、磁学和催化性质d生活中的元素周期律实例药物元素选择维生素C含有碳、氢、氧元素，体现了生物活性分子对轻元素的偏好抗生素中的氮、硫元素发挥着关键的药理作用，这些都与元素的化学性质密切相关食品添加剂食用色素多含有过渡金属元素，利用其络合性质产生特定颜色防腐剂常含卤素元素，利用其强氧化性抑制细菌生长这些应用都基于元素的周期性质电池材料分析锂电池利用锂的低电极电位和轻质特性；镍氢电池利用镍的变价性质；铅酸电池利用铅的化学稳定性不同电池类型的选择体现了对元素性质的精确应用。