巨人化学高一寒假第十讲元素周期表与原子结构教案-程智利

1、第十讲 元素周期表与原子结构教学目标：1.知道原子的构成2.了解核素和同位素的概念3.了解碱金属元素的原子结构和元素性质的递变性和相似性4.了解卤族元素的原子结构和元素性质的递变性和相似性教学重点：1. 知道原子的构成2. 了解碱金属元素和卤族元素的原子结构和元素性质的递变性和相似性教学难点1.了解碱金属元素和卤族元素的原子结构和元素性质的递变性和相似性教学过程：1 原子结构1.原子的构成 同学们，我们在初中已经学习到了原子的基本概念，请同学们回答我，原子是由什么构成的？对，很好，原子是由原子核和核外电子构成。原子是一种体积和质量都很小很小的微粒，是构成物质的基本粒子，它包含了原子核和核外电子

2、。其中，原子核所占体积约原子体积的几千万分之一，但是其质量却几乎等于整个原子的质量，因此原子核具有体积小，质量大的特点。原子核可以再细分为质子和中子。不同的元素含有不同的质子，比如说含6个质子数的原子属于碳元素，而含8个质子数的原子就属于另一种元素氧，因此质子的数目就决定着元素的种类。质子带一个单位正电荷，其相对原子质量约等于1，一个原子所含的质子数目可用符号Z来表示。质子的数目Z就等于原子的核电荷数（原子核所带的电荷数），也等于原子序数。 含有相同质子数（同种元素）的原子所含的中子数目并不一定相同，比如同样是氢元素，由于其中子数可能为0，1，2，那么会构成相同元素的不同原子，分别称之为氕、氘

3、、氚，因此中子的数目决定了原子种类。中子显电中性，其相对原子质量和质子一样，也近似等于1。我们将质子数目和中子数目之和称之为原子的质量数，给为A，因此，中子数目可以表示为A-Z。 说完了原子核，我们再来谈谈核外电子。前面我们讲某种元素的性质的时候，总会去先分析原子的核外电子排布，比如说稀有气体核外电子达到稳定结构，所以其化学性质很稳定， 而钠元素的最外层电子数为1，容易失去电子，所以化学性质很活泼。因此核外电子决定着原子的化学性质。 电子带1各单位的负电荷，相对原子质量约为质子的1/1836。原子所带电子的数目等于质子数。 在原子中，我们可以发现有如下的一些等量关系：首先是原子核内所带电荷数也

4、就是核电荷数就等于核内质子数，由于整个原子是电中性的，所以核内质子数也等于核外电子数。如果仔细观察原子的质子数和原子序数，我们发现这两者也是相等的，所以在原子中有如下的等量关系核电荷数=质子数=核外电子数=原子序数。此外我们把原子中的质子数与中子数的和称之为质量数，所以第二个等量关系式是质子数(Z)+ 中子数(N)=质量数(A)=核素的近似相对原子质量。关于原子的构成和相关知识可以总结如下：2. 元素、核素、同位素 科学研究证明，同种元素原子的原子核中，中子数不同。如组成氢元素的氢原子，就有以下三种：1H、2H和3H ，我们把具有一定数目的质子和一定数目的中子的一种原子称为核素。一种原子即为一

5、种核素。刚才所提到的1H、2H和3H就均是氢元素的一种核素，而他们相互之间就互称为同位素， 又例如160、17O、18O是氧元素的三种核素，互为同位素。 根据同位素的定义，我们来看看同位素有那些特点？在这里我们总结为三同和三不同。因为同位素是同一种元素，所以核内质子数相同，最外层电子数也相同，故三同指的是：同一元素、质子数相同、化学性质相同。所谓的三不同指的是同位素之间的中子数不同、而质量数为质子数与中子数的和，所以质量数也不同；同位素原子质量的质量数不同，会导致其密度等物理性质也不尽相同。总而言之，同位素是属于同一种元素的不同种原子。既然同一种元素有多种核素，而各种核素的质量数不一样，有大有

6、小，那么我们平时是如何确定某一种元素的近似相对原子质量的呢？经过科学研究发现，在自然界存在的某种元素，不论是游离态还是化合态，其各种核素所占的原子百分比一般是不变的。我们平常所说的某种元素的相对原子质量，是按各种天然同位素原子所占的一定百分比算出来的平均值。比如氯元素有两种同位素35Cl、37Cl，此两种核素在自然界的的丰度为75%和25%，所以其近似相对原子质量为35*75%+37*25%=35.5。3. 原子核外电子的排布规律首先请同学们写下H、He、Li、C、O、Ne、Na、Si、Ar、Ca的原子核外电子排布。我们发现核外电子是分层排布的，从里层到外层，我们将电子层数依次标记为K、L、M

7、、N、O、P、Q。电子总是尽量先排布在能量最低的电子层里。第1层（K层）最多可以排2个电子，第2层最多可以排8个电子，第3层最多可以排18个电子n电子层最多可以容纳的电子数是2n2；最外层电子数不超过8个（K层最外层不超过2个），次外层不超过18个，倒数第三层不超过32个。关于原子核外电子的排布，我提醒大家注意如下几点：根据化学上电子排布的最低能量原理，电子总是尽先排布在能量最里面的电子层里；待最里层的电子排布满了再往外电子层排布。那么怎么样才能确定里面的电子层排布满了呢？这里有一个原则每一个电子层最多容纳的电子数是 2n2 ，其中的n指的是电子层数，比如第一层最多排2个电子，第二层最多排8个

8、电子，第三层最多排18个电子，以此类推。我们发现Ca原子的第三层并没有排18个电子，只排了8个电子，而在最外层又排了2个电子，这是为什么呢？为什么第三层还没有排满就往第四层上排布了电子呢？这是因为我要交代的第三条原则，也就是最外层电子数不超过8个（K层为最外层不超过2个），次外层不超过18个，倒数第三层电子数不超过32个。关于电子层数，电子层符号和最多容纳电子数可以参见下表：电子层数1234N电子层符号KLMN最多容纳电子数2818322n2二原子结构与元素性质1.碱金属元素原子结构与元素性质刚刚我们讲到原子核外电子的排布规律，我们知道，我们元素周期表是将最外层电子数相同的元素放在同一族中，而

9、由于最外层电子数往往决定着元素的化学性质，所以我们可以想象得到，这些位于同一族的元素在性质上必有某种相似性和递变性，接下来我们先来探究位于第一主族的碱金属元素的性质相似性和递变性。我们把锂(Li)、钠(Na)、钾(K)、铷(Rb)、铯(Cs)、钫(Fr)这六种金属称之为碱金属。从碱金属物理性质来看，碱金属都呈银白色固体，具有硬度小、密度小（轻金属）、熔点低、易导热、导电、有延展性等相似的性质；同时碱金属的密度逐渐增大（K反常）、熔点沸点逐渐降低，物理性质表现出一定地递变性。碱金属的最外层电子数均为1，而最外层电子数依次为3,11,19,37,55,87，电子层数逐渐增多，原子核对核外电子的吸引

10、力减弱，因此原子半径依次变大，元素失电子能力越来越强，元素所表现出的金属性越来越强。从碱金属对应的氧化物来看，金属锂在燃烧的条件下生成氧化锂，钠可以与氧化合形成氧化钠或者过氧化钠，而钾元素可以和氧化合形成氧化钾，过氧化钾，超氧化钾，至于铷(Rb)、铯(Cs)、钫(Fr)这三种元素则可以和氧化合形成多种复杂的氧化物。因此也可以看出锂(Li)、钠(Na)、钾(K)、铷(Rb)、铯(Cs)、钫(Fr)这六种碱金属的金属性越来越强。从碱金属对应氧化物的水化物来看， LiOH< NaOH<KOH<RbOH<CsOH< FrOH，元素的金属性越强 ，其最高价氧化物对应水化物的

11、碱性越强。 2.卤族元素原子结构与元素性质同样的，我们来看看卤族元素性质的相似性和递变性。卤族元素包括氟F、氯Cl、溴Br、碘I、砹At这五种元素，其中砹是放射性元素，我们在此不作研究。从卤族元素对应单质的物理性质来看，氟气的颜色是淡黄绿色的，氯气是黄绿色气体，而溴单质在常温下是深红棕色液体，碘单质是紫黑色固体，颜色在逐步加深，单质的状态逐步由气态过渡到固态。它们的密度按F2、Cl2、Br2、I2顺序密度逐渐增大，熔沸点按F2、Cl2、Br2、I2顺序熔沸点逐渐大，在溶解性方面，Cl2、Br2、I2在水中溶解度不大，易溶于CCl4、C6H6等有机溶剂。从原子结构上看，卤族元素的原子最外层都是7

12、个电子，原子半径都是同周期中最小的，随着核电荷数增多，电子层数逐渐增多，原子半径逐渐增大。卤族元素的单质氧化性按F2、Cl2、Br2、I2顺序氧化性逐渐减弱，单质与氢气的化合能力越来越难。F2与水剧烈反应放O2，Cl2、Br2、I2与水反应生成HX和HXO，Cl2、Br2、I2易与碱发生歧化反应生成卤化物和次卤酸盐或卤酸盐。我们再来讨论下卤族元素的氢化物的性质，由于从氟原子到碘原子，卤族元素的原子半径逐渐增大，核内质子对核外电子的吸引力逐渐减弱，原子得电子能力减弱，对应的阴离子还原性增强，所以按HF、HCl、HBr、HI顺序卤族元素的氢化物稳定性逐渐减弱，水溶液酸性逐渐增强，还原性逐渐增强。从

13、卤化银的性质来看，AgF白色，AgCl白色，AgBr淡黄色，AgI黄色AgF可溶于水，AgCl、AgBr、AgI不溶于水也不溶于稀HNO3。在这也说明了卤族元素有雨原子结构的相似和递变，其卤化物的性质也呈现出相似性和递变性。3.原子结构与元素性质 通过比较碱金属和金属单质与氧气、水的反应，以及卤素单质与氢气的反应，我们可以看出，元素性质与原子结构有着密切的关系，主要与原子河外电子排布，特别是最外层电子数有关。原子结构相似的一族元素，它们在化学性质上表现出相似性和递变性。在元素周期表中，同主族从上到下，随着核电核数的增加，电子层数逐渐增多，原子核对最外层电子的引力逐渐减弱，原子得电子的能力减弱，

14、失电子的能力增强，即非金属性逐渐减弱，金属性逐渐增强。 原子结构决定元素性质，元素性质反映原子结构。正是由于同主族原子结构的相似性和递变性，从而决定了同主族元素性质的相似性和递变性。例题精炼【例1】 （核磁共振）可以用于含碳化合物的结构分析， 表示的碳原子是（ ）A核外有13个电子，其中6个参与成键B核内有6个质子，核外有7个电子C质量数为13，原子序数为6，核内有7个质子D质量数为13，原子序数为6，核内有7个中子 【分析】选D . 是的一种同位素，同位素之间的化学性质几乎完全相似， 的含义是表示质子数是6，质量数为13的1个碳原子，中子数为7，核外有6个电子，原子结构示意图为。【例2】下列

15、说法正确的是（   ）A同一元素各核素的质量数不同，但它们的化学性质几乎完全相同B任何元素的原子都是由核外电子和核内中子、质子组成的C钠原子失去一个电子后，它的电子数与氖原子相同，所以变成氖原子D 、 、 的质量数相同，所以它们是互为同位素 【分析】选A. B项不正确，例如H原子中就不含中子；钠原子失去一个电子后变为钠离子，C项错误;同位素是指质子数相同中子数不同的同种元素之间的互称，Ar和Ca不是同一种元素，故它们不是同位素。【例3】X和Y的原子序数都小于18，两者都能组合化合物X2Y3，已知X的原子序数为n，则Y的原子序数不可能是（ D ）A n+11 Bn5 Cn+3

16、 Dn6 【分析】根据化合物的组成，可以推断X的化合价为+3，Y的化合价为-2，进一步推测X可以为B，Al，Y可以为O或S，所以Y的原子序数不可能为-6.【例4】下表是元素周期表的一部分，回答下列有关问题：（1）写出下列元素符号：  N     ，   F   ，    S    ， 11   Ca   。（2）在这些元素中，最活泼的金属元素是  K

17、0;  ，最活泼的非金属元素是   F    ，最不活泼的元素是   Ar     。（3）在这些元素的最高价氧化物对应水化物中，酸性最强的是   HClO4       ，碱性最强的是   KOH       ，呈两性的氢氧化物是  Al（OH）3 

18、;        ，写出三者之间相互反应的化学方程式。（4）在这些元素中，原子半径最小的是         ，原子半径最大的是         。【例5】（全国II卷理综，9，6分）某元素只存在两种天然同位素，且在自然界它们的含量相近，其相对原子质量为152.0，原子核外的电子数为63.下列叙述中错误的是 ( )A.它是副族元素 B.它是第六周期元素 C.它的原子核内

19、有63个质子 D.它的一种同位素的核内有89个中子 【分析】答案：D.（排除法）相对原子质量为152.0，近似认为该元素的平均质量数为152，质子数为63，平均中子数为89，该元素只存在两种天然同位素，且在自然界它们的含量相近，两种同位素分子的中子数一个比89多，一个比89少，二者与89的差值的绝对值相等，D错。要点1：质量数等于质子数和中子数之和。要点2：两种同位素原子的质量数与平均值比较，越接近平均数的原子其原子个数百分比（丰度）越大。【例6】（广东化学，1，3分）我国稀土资源丰富。下列有关稀土元素与的说法正确的是 A.与互为同位素 B. 与的质量数相同 C. 与是同一种核素 D. 与的核

20、外电子数和中子数均为62 【分析】 答案：A. 质子数相同，中子数不同的核素称为同位素，具有一定数目质子数和中子数的原子称为核素。与质量数不同，B错；与是不同核素，C错；与的中子数不同， D错。要点1：核素（X）：具有一定数目质子数(Z)和中子数(N=A-Z)的原子称为核素。要点2：同位素：质子数（左下角Z）相同，质量数（左上角A）不同的同一元素的不同核素互称同位素。要点3：核素的量的关系：质量数（左上角A）=质子数（左下角Z）+中子数(N)。【例7】（江苏化学，2，3分）下列有关化学用语使用正确的是A. 硫原子的原子结构示意图： BNH4Cl的电子式：C原子核内有10个中子的氧原子 D对氯甲苯的结构简式：286+16【分析】答案：CA项：硫原子的原子结构示意图应为 ,所以A项错误，B项：是由 离子构成，由于是阴离子，必须写出电子式 ；C项：表示质量数为18，质子数为8的氧原子，所以该原子核内有10个中子，D项：该结构简式是邻氯甲苯，因为氯原子和甲基的位置在相邻的碳原子上，对氯甲苯中的氯原子和甲基的位