第05讲 原子结构与元素周期表（讲义全国适用） （原卷版）

1/2第05讲原子结构与元素周期表内容概览学考要求速览明确考试范围与核心要求必备知识梳理系统整理学科框架与知识高频考点精讲破译重点内容及解题思路考点一原子的构成考点二原子核外电子排布考点三元素周期表考点四元素周期律实战能力训练模拟实战，提升解题技能1.了解原子结构与元素性质的关系。1.知道周期与族的概念，能描述元素周期表的结构，理解元素周期表结构与原子结构的关系。2.规范表达1～18号元素在周期表中的位置。3.依据元素周期表及元素周期律判断有关物质的性质。一、原子的构成1．构成原子的微粒及其性质原子eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(原子核\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(质子：相对质量近似为1，带1个单位正电荷,中子：相对质量近似为1，不带电)),核外电子：带1个单位负电荷，质量很小可忽略不计))2．质量数(1)概念：将原子核内所有和的相对质量取近似，所得的数值叫做质量数，常用表示。(2)构成原子的粒子间的两个关系①质量数(A)＝＋。②质子数＝核电荷数＝。【问题1】原子的质量数是否就是原子的相对原子质量？请举例说明。3．原子的表示方法原子质子数(Z)中子数(N)表示方法F910Na1112Al1314【问题2】填写下列表格并思考离子的核外电子数、质子数、电荷数之间的关系。粒子符号质子数(Z)质量数(A)中子数(N)电荷数核外电子数eq\o\al(23,11)Na＋1123eq\o\al(37,17)Cl－1737【结论】阳离子中核外电子数＝－；阴离子中核外电子数＝＋。【温馨提示】(1)一个信息丰富的符号解读eq\o\al(A,Z)Xeq\o\al(n±,b)eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(A——质量数,Z——核电荷数或质子数,n——离子所带的电荷数,b——化学式中原子的个数))(2)粒子中的电性关系①分子或原子：质子数＝核外电子数②阳离子Xn＋：质子数＝核外电子数＋n③阴离子Xn－：质子数＝核外电子数－n二、原子核外电子排布1．电子层(1)概念：在含有多个电子的原子里，电子分别在的区域内运动。我们把不同的区域简化为，也称作电子层。如图为电子层模型示意图：(2)不同电子层的表示及能量关系各电子层由内到外电子层数1234567字母代号离核远近由到能量高低由到2.电子分层排布阅读教材思考与讨论中稀有气体元素原子的电子层排布规律(1)能量最低原理核外电子总是优先排布在能量最低的电子层里，然后再由里往外排布在能量逐步升高的电子层里，即按K→L→M→N……顺序排列。(2)电子层最多容纳的电子数①第n层最多容纳个电子。如K、L、M、N层最多容纳的电子数分别为、、、。②最外层电子数目最多不能超过个(K层为最外层时不能超过个)。③次外层最多能容纳的电子数不超过个。3．核外电子排布的表示方法——原子结构示意图(1)钠的原子结构示意图(2)画出下列原子或离子的结构示意图①S：，S2－：；②Ca：，Ca2＋：。【问题】M层最多可容纳18个电子，为什么钾原子的核外电子排布不是而是？【温馨提示】(1)从两个角度看核外电子排布规律(2)核外电子排布的规律是互相联系的，不能孤立地理解。如钙原子由于受最外层电子数不超过8个的限制，其原子结构示意图为而不是。(3)通常把最外层有8个电子(外层为K层时，只有2个电子)的结构，称为相对稳定结构。三、元素周期表1．发展历程2．元素周期表的编排原则(1)周期：把相同的元素，按的顺序从左到右排成的横行。(2)族：把不同横行中相同的元素，按的顺序从上而下排成的纵列。3．元素周期表的结构(1)周期(7个横行，7个周期)短周期长周期周期序数1234567元素种数(2)族(18个纵列，16个族)主族列121314151617族ⅠAⅡAⅢAⅣAⅤAⅥAⅦA副族列345671112族ⅢBⅣBⅤBⅥBⅦBⅠBⅡBⅧ族：第、、列，共3个纵列0族第纵列4．族的分类16个族分为7个主族、7个副族、1个第Ⅷ族和1个0族。5．常见族的别称族别名第ⅠA族(除氢外)碱金属元素第ⅦA族卤族元素0族稀有气体元素6．元素周期表中的方格中各符号的意义7．元素周期表记忆口诀横行叫周期，现有一至七；三四分长短，四长副族现；竖行称作族，总共十六族；Ⅷ族最特殊，三列是一族；二三分主副，先主后副族；镧锕各十五，均属ⅢB族。【温馨提示】(1)过渡元素：元素周期表中第ⅢB族到第ⅡB族为过渡元素，这些元素都是金属元素，所以又称它们为过渡金属。(2)镧系元素：元素周期表第六周期第ⅢB族中，从57号元素镧到71号元素镥共有15种元素，统称为镧系元素，它们的化学性质相似。(3)锕系元素：元素周期表第七周期第ⅢB族中，从89号元素锕到103号元素铹共有15种元素，统称为锕系元素，它们的化学性质相似。(4)113～118号元素的中文名称依次为、、镆、、、。四、核素同位素1．核素(1)概念：具有一定数目和一定数目的一种原子。(2)实例①氢元素的三种核素原子符号(eq\o\al(A,Z)X)原子名称氢元素的原子核质子数(Z)中子数(N)eq\o\al(1,1)H氕eq\o\al(2,1)H或D氘eq\o\al(3,1)H或T氚②氧元素的三种核素：eq\o\al(16,8)O、和eq\o\al(18,8)O。③碳元素的三种核素：eq\o\al(12,6)C、eq\o\al(13,6)C和eq\o\al(14,6)C。④铀元素有eq\o\al(234,92)U、eq\o\al(235,92)U、eq\o\al(238,92)U等核素。2．同位素(1)概念质子数相同而不同的同一元素的不同原子互为同位素(即同一元素的不同核素互为同位素)。(2)性质①同一元素的各同位素虽然质量数不同，但它们的化学性质基本相同。②天然存在的同位素，相互间保持一定的比率。(3)用途①考古时利用eq\o\al(14,6)C测定一些文物的年代。②eq\o\al(2,1)H和eq\o\al(3,1)H用于制造氢弹。③利用放射性同位素释放的射线育种、给金属探伤、诊断和治疗疾病等。【温馨提示】(1)“核素”属于微观概念，核素界定的是一种原子，它由质子数和中子数共同确定，即原子核内质子数相同、中子数也相同的原子才是同一种核素，如eq\o\al(1,1)H、eq\o\al(2,1)H、eq\o\al(3,1)H、eq\o\al(12,6)C、eq\o\al(13,6)C、eq\o\al(14,6)C各为一种核素。(2)同一元素的不同核素，中子数不同，质量数不同，物理性质略有不同，但化学性质几乎相同。(3)“同位”指核素的质子数相同，在元素周期表中占有相同的位置，如eq\o\al(6,3)Li与eq\o\al(7,3)Li互为同位素，而40K和40Ca不互为同位素。五、碱金属元素的原子结构及特点1．元素符号与原子结构示意图2．原子结构特点①相似性：最外层电子数都是。②递变性：从Li→Cs，逐渐增加，电子层数逐渐增多，原子半径逐渐增大。【温馨提示】原子最外层电子数特点得失电子情况化学性质稀有气体元素都为8(氦为2)不易金属元素一般4易非金属元素一般4易由上表可知，原子结构决定元素的。六、碱金属单质的化学性质1．钠、钾与氧气反应的比较实验装置实验现象钠(或钾)受热后先熔化，然后与氧气剧烈反应，钠产生黄色火焰【钾产生紫色火焰(透过蓝色钴玻璃观察)，钾反应更剧烈】化学方程式(钾与氧气反应生成多种氧化物，在中学阶段不作介绍)实验结论金属的活泼性：2．钠、钾与水反应的比较反应钠与水的反应钾与水的反应操作在烧杯中加入一些水，滴入几滴酚酞溶液。切取一块绿豆大的钠或钾，用镊子夹取并投入水中现象相同点：金属浮在水面上；熔成闪亮的小球；小球四处游动；发出“嘶嘶”的响声；反应后的溶液呈红色不同点：钾与水的反应有轻微爆炸声或着火燃烧化学方程式2Na＋2H2O=2NaOH＋H2↑结论与水反应剧烈程度：；金属的活泼性：3．碱金属元素的化学性质与原子结构之间的关系从Li→Cs，随着核电荷数增加，电子层数逐渐增多→原子半径逐渐增大→原子核对最外层电子的引力逐渐减弱→元素的原子失电子能力逐渐→元素的金属性逐渐。【温馨提示】(1)碱金属还原性最强的是Cs，还原性最弱的是Li。(2)由于Li、Na、K都能与O2和H2O反应，故实验室中Na、K保存在煤油中，Li(密度比煤油的小)常保存在液体石蜡中。(3)碱金属单质与盐溶液反应时，可以看作碱金属单质先与H2O反应生成碱和H2，而非直接与盐发生置换反应。七、碱金属单质的物理性质元素Li、Na、K、Rb、Cs(原子序数增大)相同点除铯外，其余都呈色，它们都比较软，有延展性，密度较小，熔点较，导电、导热性强递变规律密度逐渐(钠、钾反常)熔、沸点逐渐个性特点①铯略带金属光泽；②锂的密度比煤油的小；③钠的密度比钾大八、卤族元素卤族元素简称卤素，包括(填名称及符号)、、、和砹(At)、(Ts)。1．卤素单质的物理性质F2Cl2Br2I2颜色、状态色(气体)色(气体)色(液体)色(固体)密度逐渐增大熔、沸点逐渐升高2.原子结构特点(F→I)(1)相似性：最外层电子数均为。(2)递变性：电子层数逐渐，原子半径逐渐。【温馨提示】卤族元素的原子结构与化学性质的关系九、卤族元素的相似性与递变性1．卤素单质的化学性质(1)卤素单质与氢气的反应卤素单质反应条件化学方程式产物稳定性F2暗处很稳定Cl2光照或点燃较稳定Br2加热不如氯化氢稳定I2不断加热不稳定结论从F2到I2，与H2反应所需要的条件逐渐，反应剧烈程度依次，生成气态氢化物的稳定性依次(2)卤素单质间的置换反应——比较卤素单质氧化性实验操作实验现象化学方程式静置后，液体呈橙色静置后，液体呈红棕色静置后，液体呈褐色结论Cl2→I2氧化性逐渐，相应卤素离子还原性逐渐2．卤素性质的递变规律及原因从F→I，电子层数逐渐增多，原子半径逐渐增大，原子核对最外层电子的引力逐渐，原子得电子能力逐渐，非金属性逐渐。3．周期表中同主族元素的相似性与递变性在周期表中，同主族元素从上到下，电子层数增多，原子半径逐渐，失电子能力逐渐，得电子能力逐渐，所以金属性逐渐，非金属性逐渐。【温馨提示】卤素单质的特殊性(1)Cl2易液化，Br2易挥发，I2易升华。(2)常温下呈液态的非金属单质是Br2，淀粉溶液遇I2变蓝。(3)活泼的卤素单质能置换出较不活泼的卤素单质，但F2不能从NaCl溶液中置换出Cl2，原因是2F2＋2H2O=4HF＋O2。考点一原子的构成【典型例题】【例1】（2025高一下·浙江·学业考试）下列说法不正确的是A．和互为同位素 B．金刚石与石墨素互为同素异形体C．和互为同系物 D．与互为同分异构体【即时演练】1．（2025高一下·广东·学业考试）硫同位素分析是研究地球和太阳系演化过程的重要手段。的原子核内中子数为A．8 B．16 C．19 D．352．（2024高一下·广东·学业考试）我国科研人员进行了核素的合成研究，该核素A．质子数为204 B．质量数为89 C．中子数为115 D．核外电子数为2043．（2025高一下·湖南·学业考试）钚(Pu)可用于制作同位素电池，广泛应用于宇宙飞船、人造卫星、极地气象站等的能源。下列关于的说法正确的是A．质量数为332 B．原子序数为144C．质子数为94 D．中子数为238考点二原子核外电子排布【典型例题】【例1】（2024高一下·天津红桥·学业考试）某元素R的原子结构示意图为，下列关于该原子的说法正确的是A．原子在化学反应中易得到7个电子B．元素位于周期表中第三周期C．属于金属元素D．最高价氧化物化学式为R7O2【即时演练】1．（2025高一上·云南玉溪·学业考试）化学用语是学习化学的重要工具。下列化学用语表示不正确的是A．质量数为14的原子： B．甲烷的球棍模型：C．硫原子的结构示意图： D．聚乙烯的结构简式：2．某元素R的阴离子Rn-核外有x个电子，该元素的质量数为A，则该元素原子核内的中子数A．A-x-n B．A-x+n C．A+x-n D．A+x+n3．（2024高一下·北京·学业考试）某元素原子的结构示意图为，由此得到的结论不正确的是A．该原子有3个电子层 B．该元素属于金属元素C．该元素属于短周期元素 D．该元素的最高正化合价为+6考点三元素周期表【典型例题】【例1】（2025高一下·浙江绍兴·学业考试）X、Y、Z、W、Q是五种短周期元素，它们在周期表中位置如图所示，且他们的最外层电子数之和为28，下列说法不正确的是A．X、Y、Z三种元素的原子半径依次减小B．Y的最简单氢化物能与其最高价氧化物对应水化物发生反应C．W的氧化物对应水化物为强酸D．Q与Z可以形成QZ2，用于自来水的杀菌消毒【即时演练】1．（2023高一上·陕西·学业考试）如图是元素周期表中的一个方格，对方格中元素基本信息的表述错误的是A．①表示质量数B．②表示元素符号C．③表示元素名称D．④表示相对原子质量2．（2025高一下·浙江·学业考试）A、B、C、D四种短周期主族元素，其相对位置如图所示，C原子M层的电子数是K层的两倍，A、B、C、D原子的原子序数总和为47。下列说法不正确的是A．最高化合价：C＜A B．D的最高价氧化物对应的水化物酸性比C的强C．C元素在自然界中主要以游离态的形式存在 D．A与D能形成可溶于苯的AD33．（2024高一下·天津·学业考试）元素周期表中某区域的一些元素多用于制造半导体材料，它们是A．过渡元素 B．稀有气体元素C．右上方区域的非金属元素 D．金属与非金属元素分界线附近的元素考点四元素周期律【典型例题】【例1】（2025高一下·宁夏吴忠·学业考试）X、Y、Z、W是短周期主族元素，它们的原子序数依次增大。X原子最外层电子数是次外层的2倍，Y是地壳中含量最多的元素，Y原子最外层电子数是Z原子最外层电子数的2倍，W与Y同主族。下列说法正确的是A．X形成的单质只有一种B．原子半径：r(W)>r(Z)>r(Y)>r(X)C．常温下，Z单质及其氧化物均不能溶于NaOH溶液中D．Y简单气态氢化物的热稳定性比W的强【即时演练】1．（2025高一下·浙江·学业考试）根据元素周期律，下列说法不正确的是A．离子半径： B．碱性：C．氧化性： D．酸性：2．（2025高一下·浙江·学业考试）下列事实不能说明元素的金属性或非金属性相对强弱的是选项事实推论A与冷水反应，K比剧烈金属性：B的碱性强于金属性：C与溶液反应生成非金属性：D与加热至一定温度发生反应、与需要不断加热才能缓慢反应非金属性：A．A B．B C．C D．D3．（2025高一下·浙江·学业考试）短周期元素W、X、Y和Z在周期表中的相对位置如表所示，这四种元素原子的最外层电子数之和为20，其中W原子L层电子数是K层的2倍。下列说法不正确的是A．单质的氧化性：W<Z B．最高价氧化物对应水化物的酸性：Y<ZC．W与氢元素组成的化合物在常温下可能是固体 D．Y与X形成的化合物Y2X3可溶于水1．（2024高一下·海南·学业考试）俄国著名化学家门捷列夫的突出成就是A．发现元素周期律 B．提出元素的概念 C．提出原子学说 D．提出分子学说2．（2025高一下·新疆·学业考试）氧元素有三种核素，其中O的中子数为A．26 B．18 C．10 D．83．（2025高一下·浙江绍兴·学业考试）下列说法正确的是A．1H和2H互为同位素B．和互为同系物C．SO2和SO3互为同素异形体D．CH3COOCH2CH3和CH3CH2OOCCH3互为同分异构体4．（2025高一下·广东肇庆·学业考试）考古工作者利用对文物进行年代的测定，下列关于的叙述正确的是A．质量数为14 B．中子数为14C．核外电子数为14 D．质子数为145．（2024高一下·浙江温州·学业考试）短周期元素X、Y、Z、M在周期表中的位置如图所示，已知Y的原子序数是X的2倍。下列说法正确的是XMYZA．元素的最高正价：X>M B．氢化物的稳定性：Y>XC．离子半径：Z>Y D．M的最高价氧化物的水化物是中强酸6．（2023高一下·北京·学业考试）某元素的原子结构示意图为。下列关于该元素的说法中，不正确的是A．元素符号是P B．属于短周期元素 C．非金属性比硫的强 D．最高正化合价是价7．（2023高一·辽宁鞍山·学业考试）下表是元素周期表的一部分，①~⑥代表6种短周期主族元素，已知③与氢元素能组成日常生活中常见的化合物。①②③④⑤⑥②元素和③元素形成的氢化物，其稳定性的强弱顺序为A．②大于③ B．②小于③ C．②等于③ D．不确定8．（2023高一·四川·学业考试）铼可用于制造航空发动机的核心部件。铼元素在周期表中的信息如图所示。下列有关该元素说法错误的是

A．属于金属元素 B．元素符号为ReC．质子数为75 D．相对原子质量为186.2g9．（2025高一下·广东·学业考试）北斗导航卫星使用高精度星载铷(Rb)原子钟。Rb位于元素周期表第五周期第IA族，关于其性质的推测不合理的是A．可与O2反应 B．可与H2O反应 C．可与Cl2反应 D．金属性：K＞Rb10．（2025高一下·浙江·学业考试）下列实验装置的有关解释和说法错误的是A．挥发出的盐酸会影响实验，不能用装置①比较C和Si元素的非金属性强弱B．加入对应的试剂后，两试管中的浑浊消失，证明了Al既有金属性又有非金属性C．用装置③进行氨的实验室制法，其中气体的发生装置无误，收集装置有误D．在实验室中模仿侯氏制碱法，可以用原理类似的装置④制取碳酸氢钠11．（2025高一下·浙江·学业考试）X、Y、Z、W是原子序数依次增大的短周期主族元素，X形成的单质是相同条件下密度最小的气体，Y与W同主族，Y的L层电子数为K层电子数的三倍，Z是地壳中含量最多的金属元素。下列说法不正确的是A．原子半径大小关系：B．Z的最高价氧化物为两性氧化物C．Y、W形成的简单氢化物热稳定性：D．X、Y可形成化合物12．（2025高一·上海·学业考试）下列关于锂元素的说法正确的是A．位于第三周期IA族 B．溶液呈碱性C．金属性： D．离子半径：13．（2024高一下·山东·学业考试）已知X、Y两种短周期元素，其最高价氧化物对应水化物的酸性强弱为，则下列判断正确的是A．原子半径 B．元素非金属性C．单质的氧化性 D．简单阴离子的还原性14．（2024高一下·陕西·学业考试）下列事实不能用元素周期律知识解释的是A．氧化性： B．酸性：C．稳定性： D．碱性：15．（2025高一下·广东·学业考试）敦煌莫高窟的壁画是中华民族的瑰宝，了解壁画颜料的成分对保护壁画有重要意义。研究表明：石绿、青金石、方解石、石英、朱砂、铁红、雌黄等都是壁画颜料的重要成分。组成上述物质的部分元素在周期表中的位置如下所示：(1)下列物质的主要成分属于共价化合物的有_______。A．铁红(Fe2O3) B．方解石(CaCO3)C．石英(SiO2) D．石绿[Cu2(OH)2CO3](2)“螺青点出莫山色，石绿染成春浦潮。”石绿中的元素位于元素周期表_______。A．第三周期第VIB族 B．第三周期第IB族C．第三周期第11列 D．第四周期第11列(3)壁画黄色颜料中常含有雌黄(As2S3)。下列说法正确的有_______。A．As为第VA族元素 B．非金