元素周期律講義 高二化學(xué)滬科版（2020）選擇性必修2

《元素周期律》講義同學(xué)們好，咱們今天要講的是高中滬科版（2020）選擇性必修2物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)里第1章原子結(jié)構(gòu)與性質(zhì)中的1.3元素周期律。這元素周期律啊，就像是化學(xué)元素世界里的一套規(guī)則，它可有趣了呢。咱先來講講元素周期律是怎么被發(fā)現(xiàn)的。在很久很久以前，化學(xué)家們就像探險家一樣，在化學(xué)元素的大森林里到處摸索。那時候他們發(fā)現(xiàn)了好多元素，但是這些元素就像一盤散沙，沒有什么規(guī)律可言。我給你們講個真實的事情啊。就像我小時候玩拼圖，剛開始的時候那些拼圖碎片到處都是，根本不知道怎么拼在一起。化學(xué)家們面對這些元素的時候也是這種感覺，每個元素都有自己獨特的性質(zhì)，有的能和這個反應(yīng)，有的能和那個反應(yīng)，可亂套了。不過呢，有一些聰明的化學(xué)家就開始尋找這些元素之間的聯(lián)系。其中有一位特別厲害的化學(xué)家叫門捷列夫。他就像一個超級偵探一樣，特別善于觀察。他發(fā)現(xiàn)如果按照原子量（當(dāng)時還不知道原子序數(shù)呢）的大小來排列這些元素，就會發(fā)現(xiàn)一些有趣的規(guī)律。比如說，他發(fā)現(xiàn)元素的化學(xué)性質(zhì)好像是周期性變化的。這就好比我們的一周七天，周而復(fù)始。他發(fā)現(xiàn)一些元素在這個周期里，每隔一定的元素個數(shù)，就會出現(xiàn)性質(zhì)相似的元素。就像我們在日歷上，每隔7天就是一個相同的星期幾。那元素周期律到底說的是啥呢？簡單來說，元素周期律就是元素的性質(zhì)隨著原子序數(shù)（也就是原子核里質(zhì)子數(shù)的多少）的遞增而呈現(xiàn)周期性變化的規(guī)律。這里面的性質(zhì)包括好多方面呢，像原子半徑、化合價、金屬性和非金屬性等等。咱們先來說說原子半徑。原子半徑就像每個原子的小地盤一樣。從元素周期表的左邊到右邊，原子半徑是逐漸減小的。這就好比我們在排隊，從左到右，大家都擠得越來越緊，地盤就越來越小了。為啥會這樣呢？這是因為隨著原子序數(shù)的增加，原子核里的質(zhì)子數(shù)增多了，對核外電子的吸引力就變強(qiáng)了，就像一個大磁鐵一樣，把電子吸得更近了，所以原子半徑就變小了。我給你們舉個例子。鈉原子和氯原子，鈉在元素周期表的左邊，氯在右邊。鈉原子的半徑就比氯原子的大。這就像兩個小朋友，鈉小朋友比較胖（原子半徑大），因為他自己對身邊的東西吸引力沒那么強(qiáng)，而氯小朋友比較瘦（原子半徑?。?，因為他有更強(qiáng)的吸引力把自己縮得更緊。再說說化合價?；蟽r就像元素的一種“社交能力”，它決定了這個元素能和其他元素怎么結(jié)合。在元素周期表中，主族元素的最高正化合價一般等于它的族序數(shù)。比如說，第一主族的鈉元素，它的最高正化合價就是+1價。這就像鈉這個小朋友在化學(xué)的社交場合里，最多能拿出1個電子來和別人交朋友（形成化學(xué)鍵）。然后是金屬性和非金屬性。金屬性強(qiáng)的元素就像一個大力士，容易失去電子。比如說鉀元素，它的金屬性很強(qiáng)，就像一個很豪爽的大力士，很容易把自己的電子送出去。而非金屬性強(qiáng)的元素就像一個小氣鬼，特別想得到電子。像氟元素，它的非金屬性最強(qiáng)，就像一個超級小氣鬼，特別渴望得到電子。從元素周期表的左下方到右上方，金屬性逐漸減弱，非金屬性逐漸增強(qiáng)。這就像一個從野蠻到文明的過渡。左下方的元素就像一群比較野蠻的家伙，只想著把自己的東西扔出去（失去電子），而右上方的元素就像一群文明的家伙，想著從別人那里得到東西（得到電子）。那元素周期律有啥用呢？用處可大了去了。比如說在預(yù)測新元素方面。在門捷列夫那個時代，他根據(jù)元素周期律預(yù)測了一些還沒有被發(fā)現(xiàn)的元素的性質(zhì)。這就像我們根據(jù)一些規(guī)律去猜還沒出現(xiàn)的東西一樣。他預(yù)測了一種元素叫“類鋁”，后來真的發(fā)現(xiàn)了這種元素，也就是鎵。這就好比我們根據(jù)一些線索去猜寶藏在哪里，結(jié)果真的找到了寶藏。在學(xué)習(xí)化學(xué)知識的時候，元素周期律也能幫我們大忙。我們可以根據(jù)元素在周期表中的位置，大概知道它的性質(zhì)。就像我們知道一個人住在哪個小區(qū)，就能大概知道他的一些生活習(xí)慣一樣。比如我們知道硫元素在第三周期、第六主族，我們就能大概推測出它的化合價可能有-2、+4、+6價，它的非金屬性比較強(qiáng)，原子半徑在同周期里處于中間位置等等。在實際的化工生產(chǎn)中，元素周期律也起到了重要的作用。比如說在尋找合適的催化劑的時候。我們知道某些金屬元素具有相似的化學(xué)性質(zhì)，那我們就可以在這些相似的元素里去尋找可能適合做催化劑的元素。這就像我們在一群有相似特點的人里找一個適合做某個工作的人一樣。再講講元素周期表的分區(qū)。元素周期表可以分為s區(qū)、p區(qū)、d區(qū)、f區(qū)。s區(qū)元素主要是第一和第二主族的元素。這些元素的原子最外層電子都是在s軌道上。s區(qū)的元素就像一群簡單直接的小伙伴，它們的化學(xué)性質(zhì)比較相似，都比較活潑，容易失去電子。就像鈉和鉀，都是s區(qū)元素，它們都很容易失去最外層的一個電子，表現(xiàn)出很強(qiáng)的金屬性。p區(qū)元素包括從第三主族到第八主族（除了氦）的元素。p區(qū)元素的化學(xué)性質(zhì)就比較多樣化了。這里面既有像鋁這樣的金屬元素，也有像氯、氧這樣的非金屬元素。就像一個大雜燴，啥樣的都有。p區(qū)元素的化合價也比較復(fù)雜，因為它們的最外層電子在p軌道上，有更多的變化可能性。d區(qū)元素呢，就是過渡元素。這些元素就像一群神秘的家伙。它們的性質(zhì)比較特殊，往往有多種化合價。比如說鐵元素，它有+2價和+3價等多種化合價。d區(qū)元素的原子結(jié)構(gòu)也比較復(fù)雜，它們的d軌道電子在化學(xué)反應(yīng)中也會參與進(jìn)來，這就使得它們的化學(xué)性質(zhì)變得很有趣。就像一個有很多技能的人，在不同的情況下能展現(xiàn)出不同的能力。f區(qū)元素就更神秘了。它們是鑭系和錒系元素。這些元素的原子最外層和次外層電子結(jié)構(gòu)都比較復(fù)雜。f區(qū)元素在一些特殊的領(lǐng)域有著重要的應(yīng)用，比如說在核工業(yè)中。咱們再深入講講元素周期律里的一些細(xì)節(jié)。比如說，原子半徑在同一族里的變化規(guī)律。在同一主族里，從上到下原子半徑是逐漸增大的。這就好比一個家族里，爺爺輩的地盤（原子半徑）比孫子輩的大。為啥呢？因為隨著原子序數(shù)的增加，電子層數(shù)增多了。每增加一層電子，原子就像穿了一層更厚的衣服，半徑自然就變大了。再看化合價的一些特殊情況。雖然我們說主族元素的最高正化合價一般等于族序數(shù)，但也有一些特殊的元素。比如說氧元素，它的最高正化合價不是+6價，而是+2價。這就像在一個規(guī)則里，總有一些調(diào)皮搗蛋的例外。金屬性和非金屬性在同一周期里的遞變也有一些小細(xì)節(jié)。雖然總體趨勢是從左到右金屬性減弱，非金屬性增強(qiáng)，但在一些相鄰元素之間的變化并不是那么明顯。就像從冬天到春天，溫度是逐漸升高的，但有時候會有一些倒春寒，讓你感覺冬天又回來了一點。在學(xué)習(xí)元素周期律的時候，有些地方是比較難理解的，這就是咱們這節(jié)課的難點。一個難點就是原子半徑的影響因素。我們知道質(zhì)子數(shù)增多會使原子半徑減小，電子層數(shù)增多會使原子半徑增大。但是在一些情況下，要準(zhǔn)確判斷原子半徑的大小，就需要綜合考慮這兩個因素。比如說，鋰原子和鎂原子，鋰原子的電子層數(shù)少，但是鎂原子的質(zhì)子數(shù)多，這時候要判斷它們原子半徑的大小就有點麻煩了。還有一個難點就是元素周期律里的一些特殊情況，像剛才說的氧元素化合價的特殊情況。這些特殊情況容易讓我們在記憶和理解的時候產(chǎn)生混淆。我們要特別注意這些特殊情況，不能一概而論。為了更好地掌握元素周期律，我們可以做一些練習(xí)題。比如說，給你幾個元素，讓你比較它們原子半徑的大小、化合價的情況或者金屬性和非金屬性的強(qiáng)弱。通過做這些練習(xí)題，我們就能更好地理解元素周期律的內(nèi)涵。同學(xué)們，元素周期律就像一把神奇的鑰匙，能打開化學(xué)元素世界里好多秘密的大門。我們要好好掌握這個規(guī)律，這樣在化學(xué)的海洋里就能暢游得更輕松啦。咱們再來講講元素周期律在生活中的一些體現(xiàn)。就拿我們常見的電池來說吧。電池里有正極和負(fù)極，正極和負(fù)極的材料選擇就和元素周期律有關(guān)。一般來說，我們會選擇金屬性比較強(qiáng)的元素做負(fù)極，因為它容易失去電子。比如說鋅錳電池，鋅的金屬性比較強(qiáng)，就被用作負(fù)極。而正極材料的選擇也會考慮到元素的氧化性等性質(zhì)，這也和元素周期律脫不了干系。還有我們生活中的金屬材料。像鋁合金，鋁是一種比較活潑的金屬，但是它和其他元素形成合金后，性質(zhì)就發(fā)生了改變。這是因為在合金中，不同元素之間的原子相互作用，這也和元素周期律里的原子結(jié)構(gòu)和性質(zhì)相關(guān)。在農(nóng)業(yè)方面，元素周期律也有應(yīng)用。比如說一些微量元素對植物的生長很重要。像硼元素，它在植物的花粉管生長等方面有著重要的作用。我們根據(jù)元素周期律可以知道硼元素的一些化學(xué)性質(zhì)，從而更好地研究如何讓植物吸收硼元素，促進(jìn)植物的生長。同學(xué)們，通過這節(jié)課的學(xué)習(xí)，我們對元素周期律有了比較全面的了解