4.1原子结构与元素周期表++课件++【知识精研+拓展延伸】高一上学期化学人教版（2019）必修第一册+

第四章

物质结构

元素周期律第一节原子结构与元素周期表一、原子结构【知识回顾】原子是由什么组成的？1、原子结构模型的演变道尔顿模型（1803年）：原子是构成物质的基本粒子，它们是坚实的、不可再分的实心球。“实心球”模型古希腊哲学家德谟克利特物质是由不可分割的微粒（原子）构成的原子结构模型的演变汤姆孙汤姆孙原子模型：葡萄干面包式汤姆生的“葡萄干面包式”原子结构模型1897年英国物理学家汤姆生发现了原子中存在电子，并用实验方法测出了电子的质量。他推测这种粒子均匀地嵌在云状的正电荷球体中。卢瑟福的带核原子结构模型1909年英国物理学家卢瑟福根据α粒子散射现象，提出了带核的原子结构模型。推测原子中心存在原子核，带正电，电子带负电，在其周围高速运行，就像行星围绕太阳运转一样。金箔探测屏ɑ粒子发生器狭缝玻尔的轨道原子结构模型1913年丹麦物理学家玻尔指出：原子核外，电子在一系列稳定的轨道上运动，每个轨道都具有一个确定的能量值；核外电子在这些稳定的轨道上运动时，既不放出能量，也不吸收能量。

20世纪初（1926-1935年）科学家提出，原子核外电子的运动不遵循经典力学的原理，必须用量子力学模型描述核外电子的运动。即现代量子力学模型（电子云模型）。现代电子云模型高速运动，接近光速；没有确定的轨迹，不能同时准确地测定电子在某一时刻所处的位置和运动速度，也不能描绘出它的运动轨迹。只能用统计的观点指出它在原子核外空间某处出现机会的多少。用“电子云”形象地描述核外电子的运动。1234原子核外电子如何运动？2、原子核外电子的排布【思考】在多电子原子里，每个电子具有的能量是否都相同？电子是如何排布的？

在含有多个电子的原子里，电子分别在能量不同的区域内运动，人们把不同区域简化为不连续的壳层，称之为电子层。（有人把这种电子层模型比拟为洋葱式结构）电子层数n=1，2，3，4，5，6，7表示从内到外的电子层。KLMNOPQ在多电子原子中，电子的能量是不相同的。在离核较近的区域内运动的电子能量较低，在离核较远的区域内运动的电子能量较高。由于原子中的电子是处在原子核的引力场中，电子总是从内层排起，当一层充满后再填充下一层。那么，每个电子层最多可以排布多少个电子呢?结论：电子由低能量排向高能量当一层充满后再填充下一层下表是稀有气体元素原子的电子层排布，你能发现什么规律?核电荷数元素名称元素符号各电子层的电子数KLMNOP2氦He210氖Ne2818氩Ar28836氪Kr2818854氙Xe281818886氡Rn281832188思考·讨论（1）当K层为最外层时，最多能容纳的电子数是多少？除了K层，其他各层为最外层时，最多能容纳的电子数是多少？当K层为最外层时，最多能容纳2个电子数。除了K层，其他各层为最外层时，最多能容纳8个电子数。（2）次外层最多容纳的电子数是多少？次外层最多容纳18个电子数。（3）你能归纳出第n层最多能容纳的电子数吗？第n层最多能容纳2n2电子数（1）电子总是先排布能量较低的电子层。原子核外第n层最多能容纳的电子数为2n2。（2）最外层电子数不超过8个（K层为最外层只有2个），次外层电子数最多18个，倒数第三层电子数最多32个。（3）原子最外电子层有8个电子（最外层为K层时，最多只有2个电子）的结构是相对稳定的结构。原子核外电子排布规律原子的质量主要集中在原子核上，质子和中子的相对质量都近似为1，如果忽略电子的质量，将核内所有质子和中子的相对质量取近似整数值相加，所得的数值叫做质量数。

质量数（A）=质子数（Z）+中子数（N）质量数原子的表示方法原子符号：ZXA代表一个质量数为A，质子数为Z的原子a——代表质量数；b——代表核电荷数；c——代表离子的价态；d——原子个数n——元素化合价abcdn各代表什么?abXc+d+n常见的“10电子微粒”和“18电子微粒”【思考】如何根据所含微粒（质子、中子或电子）确定一种元素或一种原子？为什么图中H的质量数有3个呢？质量数H1氢1.008123思考·讨论

元素是具有相同质子数（核电荷数）的一类原子的总称。

同种元素原子的原子核中质子数是相同的，中子数不一定相同。氢元素的原子核原子名称质子数（Z）中子数（N）10氕（pie）11氘（dao）12氚（chuan）氢元素的不同核素把具有一定数目质子和一定数目中子的一种原子叫做核素H11H12H13各为一种核素二、核素质子数相同而中子数不同的同一元素的不同原子互称为同位素即：质子数相同的不同原子互称为同位素H11H12H13互为同位素天然存在的同位素，相互间保持着一定的比率。元素的相对原子质量，就是按照该元素各种核素所占的一定百分比计算出来的平均值。同位素常见元素的同位素及其用途

放射性同位素用于育种、治疗恶性肿瘤(1)原子质量(2)相对原子质量(原子量)

(3)原子质量数(4)同位素原子量(5)元素的相对原子质量(即平均原子量)(6)元素的近似相对原子质量几对相关概念Cl元素相对原子质量=M1×a1

+M2×a2=34.969×75.77%+36.966×24.23%=35.453

例：Cl元素相对原子质量的计算同位素同位素的相对原子质量(Mi)丰度(ai)原子百分含量34.96975.77%36.96624.23%Cl元素近似相对原子质量=A1×a1

+A2×a2=35×75.77%+37×24.23%=35.48535×75%+37×25%=35.5(进一步对丰度作近似处理)M(R)＝R1×a1％+R2×a2％＋…

其中R1、R2…为各核素的相对原子质量

a1％、a2％…为各核素的原子个数百分数元素的相对原子质量M(R)：各种天然核素的相对原子质量与其原子个数百分含量（丰度）乘积的代数和。如果用各核素的质量数A1、A2……代替其相对原子质量，计算得到的是元素的近似相对原子质量。科学史话元素周期表的发展1789年，拉瓦锡在《化学概要》中提出第一个元素分类表，此后，人们对元素体系的研究不断深入。1829年，德国化学家德贝赖纳提出了“三素组”的概念，对于探寻元素性质的规律具有启发性。1867年，俄国化学家门捷列夫在研究中开始触及到元素进行分类。1905年，瑞士化学家维尔纳制成了现代形式的元素周期表。1913年，英国物理学家莫塞莱发现并证明了周期表元素的原子序数等于原子的核电荷数。门捷列夫1869年第1张元素周期表Ti =50Zr=90?=100V =51Nb=94Ta=182Cr =52Mo=96W=186Mn=55Rh=104.4Pt=197.4Fe =56Ru=104.4Ir=198Ni=Co =59Pd=106.6Os=199H=1Cu=63.4Ag=108Hg=200Be=9.4Mg=24Zn=65.2Cd=112B=11Al=27.4? =68U=116Au=197?C=12Si=28? =70Sn=118N=14P=31As=75Sb=122Bi=210?O=16S=32Se=79.4Te=128?F=19Cl=35.5Br =80I=127Li=?

Na=23K=39Rb=85.4Cs=133Tl=204Ca=40Sr=87.6Ba=137Pb=207?=45Ce=92?Er=56La=94?Yt=60Di=95?In=75.6Th=118?相对原子质量门捷列夫1869年第1张元素周期表三、元素周期表短周期长周期主族（7个）副族（7个用B）副族：第VIII族零族周期三短四长；七主八副一零族。(1)横行原则：把

相同的元素，按

的顺序从左到右排列。(2)纵行原则：把不同横行中

相同的元素，按

的顺序由上而下排列。(3)原子序数：按照元素

给元素编的序号。(4)原子序数与元素的原子结构之间的关系：原子序数＝

＝

＝

。电子层数目在周期表中的顺序最外层电子数核电荷数原子序数递增质子数电子层数递增核外电子数元素周期表的编排原则周期元素周期表有7个横行，每个横行叫做一个周期；其中，第一、二、三周期称为短周期，其他周期均为长周期。每一周期中元素的电子层数相同，从左到右原子序数递增，周期的序数等于该周期元素所具有的电子层数。即：周期的序数=电子层数1、主族：由短周期元素和长周期元素共同构成的族。表示方法：用罗马数字表示的族序数，在族序数后面标记字母

“A”；如：ⅠA、ⅡA、ⅢA、…2、副族：完全由长周期元素构成的族。表示方法：用罗马数字表示的族序数，在族序数后面标记字母

“B”字。如ⅠB、ⅡB、ⅢB、…

第VⅢ族：（“八、九、十”三个纵行）3、0族：最外层电子数为8的元素化学性质不活泼，通常很难与其他物质发生化学反应，把它们的化合价定为0，因而叫做0族。族1.A为第ⅡA族元素，B为第ⅢA族元素，其原子序数分别为m和n，且A、B为同一周期的元素。若A、B为第二、三周期元素，n＝m＋1；若A、B为第四、五周期元素，n＝m＋11；若A、B为第六、七周期元素，n＝m＋25。2.A、B为相邻两周期，同一主族的元素，若A、B为第ⅠA、ⅡA元素，则原子序数分别相差：2、8、8、18、18、32；若A、B为第ⅢA-ⅦA元素，则原子序数分别相差：8、8、18、18、32、32。同周期、同主族元素的序差规律3.每周期元素种类：2、8、8、18、18、32、32；稀有气体原子序数：2、10、18、36、54、86、118。LiNaKRbCsFr四、原子结构与元素的性质FClBrIAt碱金属是一类化学性质非常活泼的金属，在自然界中都以化合态存在。1、碱金属元素

思考与讨论（1）在周期表中，从上到下碱金属元素原子的核电荷数、原子半径的变化有什么特点？（2）观察碱金属元素的原子结构示意图，它们的原子核外电子排布有什么特点？从哪一点能够推断出碱金属元素的化学性质具有相似性。从上到下核电荷数逐渐增大，原子半径逐渐增大。最外层电子数相同，都为1，并且电子层数逐渐增大。最外层电子数相同。【问题和预测】（1）回忆第二章学过的知识，钠有哪些化学性质？（2）结合锂、钠和钾的原子结构特点，请你预测锂、钾可能具有哪些与钠相似的化学性质？钠可以和O2、H2O发生反应都能与O2和H2O反应碱金属与O2的反应K比Na反应更快更剧烈NaK【实验现象】剧烈燃烧发出黄色火焰生成淡黄色固体【实验现象】剧烈燃烧发出紫色火焰生成黄色固体NaK探究

碱金属化学性质的比较4Li+2O2==2Li2O（氧化锂，普通氧化物）2Na+O2==Na2O2（过氧化钠，复杂氧化物）K+O2==KO2

（超氧化钾，复杂氧化物）钾与氧气反应生成多种氧化物，该反应只是其中一个金属的活泼性：K大于Na浮、熔、游、响、红

浮、熔、游、响、烧、爆、红NaKK比Na反应更剧烈2K+2H2O==2KOH+H2↑2Na+2H2O==2NaOH+H2

↑结论与水反应剧烈程度：K＞Na；金属的活泼性：K大于＞Na碱金属与H2O的反应相似性:最外层电子数都是1容易失去1个电子(似金属钠,与O2、水、酸、盐溶液反应)递变性:从Li→Cs核电荷数增加电子层数逐渐增多原子半径逐渐增大失电子能力逐渐增强元素的金属性逐渐增强单质的还原性逐渐增强与O2、H2O等反应更快更剧烈核对最外层电子的引力逐渐减弱分析和结论

碱金属化学性质的相似性和递变性与原子结构的关系碱金属物理性质比较碱金属单质颜色和状态密度(g.cm3)熔点(℃)沸点(℃)Li银白色，柔软0.534180.51347Na银白色，柔软0.9797.81882.9K银白色，柔软0.8663.65774Rb银白色，柔软1.53238.89688Cs略带金属光泽，柔软1.87928.40678.4密度增大熔点降低沸点降低保存在煤油中保存在石蜡中

比较柔软，有延展性；密度都比较小，熔点也都比较低，导热性和导电性都很好，如液态钠可用作核反应堆的传热介质。1、根据金属单质与水或者与酸反应置换出氢的难易程度。置换出氢越容易，则金属性越强。2、根据金属元素最高价氧化物对应水化物碱性强弱。碱性越强，则原金属元素的金属性越强。3、可以根据对应阳离子的氧化性强弱判断。金属阳离子氧化性越弱，则元素金属性越强。

元素金属性强弱判断的依据2Br2I2Cl22、卤族元素

在元素周期表中，与氯元素处于同一纵行——第VIIA族的元素氟(F)、氯(Cl)、溴(Br)、碘(I)、砹(At)都能与Na、K、Ca、Mg等金属化合成盐，所以统称为卤素(成盐元素之意)。它们在自然界中都以化合态存在。卤素单质颜色（常态）密度熔点（℃）沸点（℃）F2淡黄绿色（气体）1.69g/L（15℃）-219.6-188.1Cl2黄绿色（气体）3.214g/L（0℃）-101-34.6Br2深红棕色（液体）3.119g/cm3（20℃）-7.258.78I2紫黑色（固体）4.93g/cm3113.5184.4密度增大熔沸点升高物理性质相似性：均有颜色，密度小，熔沸点低。递变性：由F2→I2，气态→固态，颜色加深，密度增大，熔沸点升高。结合下表，推测卤族元素的原子结构和性质有什么相似性和递变性？元素名称元素符号核电荷数原子结构示意图最外层电子数电子层数原子半径(nm)氟0.071氯0.099溴0.114碘0.133FClBrI917355377772345根据卤素的原子结构，请你试着推测氟、氣、溴、碘在化学性质上表现出的相似性和递变性。FClBrI结构相似：最外层电子数都是7递变：核电荷数(Z)增加，电子层数(n)增多，原子半径(r)增大。得电子能力逐渐减弱单质氧化性逐渐减弱与H2、水等反应越来越难化学性质

相似性:容易得到1个电子

强氧化性(似Cl2，与金属、H2、水、碱、卤化物反应)(1)X2与金属单质反应

通式：

X2+金属

金属卤化物

2Na+Cl2=2NaCl2Na+Br2=2NaBr2Na+I2=2NaI特殊：

I2与变价金属生成低价盐

Fe+I2=FeI22Cu+I2=2CuI化学性质相同:I2+H2O===HI+HIO不同:2F2+2H2O===4HF+O2Cl2+H2O

===HCl+HClOBr2+H2O===HBr+HBrO(2)卤素单质与水反应(3)卤素单质与氢气反应H2+F2=2HF在暗处能剧烈化合并发生爆炸，生成的氟化氢很稳定H2+Cl2=====2HCl光照或点燃发生反应，生成的氯化氢较稳定H2+Br2===2HBr加热至一定温度才能反应，生成的溴化氢不如氯化氢稳定不断加热才能缓慢反应；碘化氢不稳定，在同一条件下同时分解为H2和I2，是可逆反应光照或点燃相似性：与氢气反应生成相应的氢化物：_________________递变性：规律：F2Cl2Br2I2

与氢气反应难易程度：依次___________与氢气反应剧烈程度：依次______________生成氢化物的稳定性：依次_________________________卤素的