任務(wù)1.1　認(rèn)識(shí)元素性質(zhì)和原子結(jié)構(gòu)

1.1.1　任務(wù)書

通過技能訓(xùn)練操作任務(wù)中物質(zhì)的化學(xué)反應(yīng)，了解同周期、同主族元素化學(xué)性質(zhì)變化的遞變規(guī)律，理解元素周期表和元素周期律。并會(huì)根據(jù)元素原子核外電子的分布、原子結(jié)構(gòu)，理解元素的化學(xué)性質(zhì)。

1.1.2　技能訓(xùn)練和解析　同周期元素化學(xué)性質(zhì)的認(rèn)識(shí)實(shí)踐

1.任務(wù)原理

（1）金屬與水反應(yīng)

2Na+2H2O2NaOH+H2↑

（2）金屬與酸反應(yīng)

Mg+2HClMgCl2+H2↑

2Al+6HCl2AlCl3+3H2↑

（3）金屬氧化物對應(yīng)水化物的堿性比較

MgCl2+2NaOHMg（OH）2↓+2NaCl

AlCl3+3NaOHAl（OH）3↓+3NaCl

Al（OH）3+NaOHNaAlO2+2H2O

（4）硫與氯的非金屬性比較

Cl2+H2SS↓+2HCl

2.任務(wù)材料

注：學(xué)生實(shí)驗(yàn)前檢查儀器、試劑、樣品是否準(zhǔn)備齊全，在“準(zhǔn)備情況”中打“√”。本書后續(xù)設(shè)計(jì)亦如此。

3.任務(wù)操作

（1）金屬與水反應(yīng)

如圖1-1所示進(jìn)行任務(wù)操作，將數(shù)據(jù)填入表1-1中。

①用鑷子取出一小塊金屬鈉，用濾紙吸干表面的煤油，將鈉放在玻璃片上，用小刀切下大米粒大小的一塊金屬鈉，放入盛有50mL水的燒杯中，加入2滴酚酞試液，觀察現(xiàn)象。

②取一小段鎂帶，用砂紙去除表面的氧化膜，放入盛有3mL水的試管中，滴入2滴酚酞試液，觀察現(xiàn)象。

③取一小段鋁帶，用砂紙去除表面的氧化膜，再浸入氫氧化鈉溶液中，以除去表面的氧化鋁，用蒸餾水沖刷干凈，立即放入盛有3mL水的試管中，滴入2滴酚酞試液，觀察現(xiàn)象。

④對操作現(xiàn)象不明顯的，加熱后再觀察現(xiàn)象。

（2）金屬與酸反應(yīng)

如圖1-2所示進(jìn)行兩個(gè)任務(wù)操作，將數(shù)據(jù)填入表1-2中。

①取一小段鋁帶（用砂紙去除表面的氧化膜），放入2mL5％ HCl溶液的試管中，觀察現(xiàn)象。

②取一小段鎂帶（用砂紙去除表面的氧化膜），放入2mL5％ HCl溶液的試管中，觀察現(xiàn)象。

（3）金屬氯化物對應(yīng)水化物的堿性比較

如圖1-3所示進(jìn)行兩個(gè)任務(wù)操作，將數(shù)據(jù)填入表1-3中。

（4）硫與氯非金屬性比較

如圖1-4進(jìn)行任務(wù)操作，向試管中加入約3mL氫硫酸，然后滴入氯水，觀察現(xiàn)象，將數(shù)據(jù)填入表1-4中。

①在盛有3mL氯化鎂溶液的試管中，逐滴滴入過量的氫氧化鈉溶液，觀察現(xiàn)象。

②在盛有3mL氯化鋁溶液的試管中，逐滴滴入過量的氫氧化鈉溶液，觀察現(xiàn)象。

4.記錄與報(bào)告單

（1）現(xiàn)象記錄

（2）操作結(jié)論

①通過金屬與水反應(yīng)，得出金屬性強(qiáng)弱順序?yàn)椋篲_______。

②通過金屬與酸反應(yīng)，得出金屬性強(qiáng)弱順序?yàn)椋篲_______。

③通過金屬氯化物對應(yīng)水化物的堿性比較，得出鎂、鋁氯化物對應(yīng)水化物Mg（OH）2與Al（OH）3的堿性，Al（OH）3具有兩性，證明金屬性強(qiáng)弱順序?yàn)椋篲_______。

④通過硫與氯非金屬性比較，得出氯水中的單質(zhì)氯置換出硫化氫中的硫，非金屬性強(qiáng)弱順序?yàn)椋篲_______。

根據(jù)以上幾個(gè)操作，得出金屬性強(qiáng)弱順序?yàn)椋篲_______，非金屬性強(qiáng)弱順序?yàn)椋篲_______。從而可以推出第三周期元素按原子序數(shù)增加，金屬性逐漸________，非金屬性逐漸________，進(jìn)一步得出在同一周期中，隨原子序數(shù)增加，原子半徑逐漸________，失電子能力逐漸________，得電子能力逐漸________，金屬性________，非金屬性逐漸________。

5.問題與思考

用（2）金屬與酸反應(yīng)同樣的步驟，以3mol/L的氫氧化鈉溶液代替鹽酸做實(shí)驗(yàn)，觀察現(xiàn)象，得出什么樣的結(jié)論？

1.1.3　技能訓(xùn)練和解析　同主族元素化學(xué)性質(zhì)的認(rèn)識(shí)實(shí)踐

1.任務(wù)原理

Cl2+2NaBr2NaCl+Br2

Cl2+2NaI2NaCl+I2

Br2+2NaI2NaBr+I2

2.任務(wù)材料

3.任務(wù)操作

①碘化鈉（鉀）試紙的制備：取純水50mL，加入碘化鈉（鉀）和碳酸鈉各1g，攪拌溶解后，將濾紙條浸入，浸透后取出，晾干備用。

②溴化鈉（鉀）試紙的制備：取純水50mL，加入溴化鈉（鉀）和碳酸鈉各1g，攪拌溶解后，將濾紙條浸入，浸透后取出，晾干備用。

③取一小試管，加入3mL氯水，取溴化鈉濾紙條，蓋住試管口，觀察現(xiàn)象。

④再用碘化鈉濾紙條，重復(fù)上述操作，觀察現(xiàn)象。

⑤利用溴的黃色斑與碘化鈉濾紙條重合，觀察現(xiàn)象。

⑥利用碘的紫色斑與溴化鈉濾紙條重合，觀察現(xiàn)象。

將本任務(wù)操作的數(shù)據(jù)填入表1-5中。

4.記錄與報(bào)告單

操作結(jié)論：

步驟③操作，說明氯從溴化鈉中置換出溴，非金屬性強(qiáng)弱順序?yàn)椋篲_______。

步驟④操作，說明氯從碘化鈉中置換出碘，非金屬性強(qiáng)弱順序?yàn)椋篲_______。

步驟⑤操作，說明溴從碘化鈉中置換出碘，非金屬性強(qiáng)弱順序?yàn)椋篲_______。

步驟⑥操作，說明碘________從溴化鈉中置換出溴。

根據(jù)以上幾個(gè)操作，得出非金屬性強(qiáng)弱順序?yàn)椋篲_______，金屬性強(qiáng)弱順序?yàn)椋篲_______。從而可以推出第七主族元素按原子序數(shù)增加，非金屬性逐漸________，金屬性逐漸________，進(jìn)一步得出在同一主族中，隨原子序數(shù)增加，原子半徑逐漸________，失電子能力逐漸________，得電子能力逐漸________，金屬性逐漸________，非金屬性逐漸________。

5.問題與思考

（1）請用原子結(jié)構(gòu)的知識(shí)解釋操作中得出的結(jié)論________。

（2）自行完成操作：在3支試管中，分別加入少量氯化鈉、溴化鈉和碘化鉀晶體，各加入少量蒸餾水，使其溶解。然后分別加入1mL氯水，觀察顏色變化分別為________。另取3支試管，用溴水代替氯水，做同樣操作。又得到何結(jié)論？________。

1.1.4　知識(shí)寶庫　原子結(jié)構(gòu)

1.元素與原子

（1）原子

原子是物質(zhì)發(fā)生一般化學(xué)反應(yīng)時(shí)的最小微粒。原子是由原子核和核外運(yùn)動(dòng)的電子組成的。原子核是由帶正電荷的質(zhì)子和電中性的中子組成，原子不顯電性是因?yàn)樵雍撕馁|(zhì)子數(shù)與核外電子數(shù)相等。

（2）元素

元素是指具有相同核電荷數(shù)的同一類原子。

元素的原子序數(shù)是指將元素按核電荷數(shù)從小到大順序編號(hào)。

原子序數(shù)=核電荷數(shù)=核內(nèi)質(zhì)子數(shù)=核外電子數(shù)

同位素是指具有相同數(shù)目的質(zhì)子和不同數(shù)目的中子的同一種元素的原子。如碳元素有、和三種同位素。

2.原子結(jié)構(gòu)

在一般化學(xué)反應(yīng)中，原子核是不發(fā)生變化的，核外電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生變化。因此，核外電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和電子層結(jié)構(gòu)，成為原子結(jié)構(gòu)的重要問題之一。

（1）原子核外電子分布

氫原子核外只有一個(gè)電子，其他元素的原子都含有兩個(gè)或兩個(gè)以上電子屬于多電子體系。核外電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)遵循一定的規(guī)律。一般情況下，原子核外電子是分層的［因?yàn)殡娮涌偸潜M可能優(yōu)先占據(jù)能量低的原子軌道（能量最低原理），除非能量低的軌道容不下時(shí)，電子才會(huì)到離核遠(yuǎn)的軌道運(yùn)動(dòng)］，用n標(biāo)記電子層的序號(hào)，n取值為1、2、3、4、5、6、7，又稱為K、L、M、N、O、P、Q層。電子層離核從近到遠(yuǎn)，能量由低至高，每層最多可容納的電子數(shù)為2n2，但若電子層是原子的最外電子層，則最多容納8個(gè)電子，次外電子層只能容納18個(gè)電子。

每個(gè)電子層可能容納的最多電子數(shù)如表1-6所示。

（2）原子結(jié)構(gòu)示意圖

原子結(jié)構(gòu)示意圖中，原子核用圓圈代表，圓圈內(nèi)表示出元素的核電荷數(shù)，斷開的半圓弧線代表原子的核外電子層，弧線的斷開處數(shù)字為該層的電子數(shù)，如碳原子結(jié)構(gòu)見圖1-5。

1～20號(hào)元素原子結(jié)構(gòu)見圖1-6。

從圖1-6可見，核外電子的排布有以下規(guī)律。

第一個(gè)電子層只能容納2個(gè)電子，決定了1、2號(hào)元素是這種電子層排布；

第二個(gè)電子層可容納8個(gè)電子，有8種元素具有K、L兩個(gè)電子層；

第三個(gè)電子層可容納18個(gè)電子，但因其是這些元素的最外電子層，所以最多只容納8個(gè)電子，也只有8種元素具有K、L、M三個(gè)電子層；

有相同電子層的元素，按原子序數(shù)遞增順序排在一行；

最外層有相同電子數(shù)的元素，按電子層的遞增順序排在一列。

（3）電子式

在化學(xué)反應(yīng)中起決定作用的，基本上是原子最外層（原子序數(shù)更大的元素還有次外層）的電子。因此，可用電子式來表達(dá)對原子、離子和化學(xué)反應(yīng)的認(rèn)識(shí)。

電子式是在元素符號(hào)周圍用小黑點(diǎn)（或小叉）來表示最外層電子數(shù)的式子。

例如，用電子式表示原子：

用電子式表示離子：

用電子式表示單質(zhì)分子：

用電子式表示共價(jià)化合物：

3.元素周期表和元素周期律

（1）元素周期表

元素周期律是指元素及其化合物性質(zhì)隨原子序數(shù)遞增出現(xiàn)周期性變化的規(guī)律。

元素周期表是將元素周期律用表的形式表示，如圖1-7所示。

①周期　周期是具有相同電子層數(shù)，按原子序數(shù)遞增順序排成一個(gè)橫行。周期表中共有七個(gè)周期。

②族　族是把具有相同的最外層及次外層電子數(shù)，按電子層數(shù)遞增順序，由上至下排列成的縱列。元素周期表中共有18個(gè)縱列。每個(gè)縱列的元素分別構(gòu)成一個(gè)族（第8、第9、第10三個(gè)縱列歸為一個(gè)族，即第ⅧB族），包括八個(gè)A族（我國將A族也稱為主族）和八個(gè)B族（我國將B族也稱為副族）。主族用ⅠA、ⅡA、ⅢA、ⅣA、ⅤA、ⅥA、ⅦA、ⅧA表示。副族用ⅠB、ⅡB、ⅢB、ⅣB、ⅤB、ⅥB、ⅦB、ⅧB表示。

周期表的下面還有兩橫行各含有15個(gè)元素，性質(zhì)很相似，分別叫“鑭系元素”和“錒系元素”。鑭系和錒系在表中分別只占一個(gè)小格。

元素在周期表中的位置與原子結(jié)構(gòu)、化合價(jià)存在如下關(guān)系：

　　　　　　核外電子層數(shù)=周期序數(shù)

　　　　　　主族元素的最外層電子數(shù)=族序數(shù)=最高正化合價(jià)數(shù)

　　　　　　非金屬元素的負(fù)價(jià)數(shù)=8-族序數(shù)

（2）元素周期律

①元素原子性質(zhì)的周期性　原子半徑、解離能和電負(fù)性隨原子序數(shù)的遞增呈現(xiàn)周期性變化。

同一周期中，隨著核電荷數(shù)增加，原子核對核外電子吸引力增大，因此原子半徑減小（稀有氣體除外）；吸引力增大，失去核外的一個(gè)電子所需要消耗的能量增大，所以解離能增大。

同一主族，因電子層數(shù)增加，原子半徑增大，原子核對最外層的電子的吸引力減小，所以，解離能、電負(fù)性隨電子層的增加而減小。

②元素化學(xué)性質(zhì)的遞變規(guī)律　元素的金屬性、非金屬性、最高正價(jià)化合物、氧化物和氧化物的水化物等性質(zhì)隨原子序數(shù)的遞增發(fā)生周期性變化。

在同一周期，隨原子序數(shù)增加，原子半徑逐漸減小，失電子能力逐漸減弱，得電子能力逐漸增強(qiáng)，金屬性減弱，非金屬性逐漸增強(qiáng)。氧化物從堿性減弱到酸性逐漸增強(qiáng)，對應(yīng)的氧化物的水化物的酸堿性，從強(qiáng)堿逐漸減弱成兩性，再逐漸變成弱酸或強(qiáng)酸。這個(gè)漸變過程在每一個(gè)新周期重復(fù)出現(xiàn)。

在同一主族，隨原子序數(shù)增加，原子半徑逐漸增加，失電子能力逐漸增強(qiáng)，得電子能力逐漸減弱，金屬性逐漸增強(qiáng)，非金屬性逐漸減弱。氧化物的水化物酸性減弱，堿性逐漸增強(qiáng)。

上述周期性是主要變化趨勢，其中某些具體性質(zhì)有起伏波動(dòng)。