第四单元第一节原子结构与元素周期表知识总结2022-2023学年上学期高一化学人教版（2019）必修第一册

、物质结构元素周期表原子结构1．原子的构成（注：碳12质量的1/12等于1.66×10-27kg）质量/kg相对质量电量作用原子原子核质子1.6726×10-271.007+1质子数决定元素种类中子1.6749×10-271.0080质子数和中子数决定核素种类核外电子9.109×10-311/1836-1核外电子排布决定化学性质AZX的含义：代表一个质量数为A、质子数为Z的原子。2．原子微粒间的数量关系：①质量数(A)＝质子数(Z)+中子数(N)②中性原子：核电荷数＝质子数＝核外电子数③阳离子：质子数=核电荷数=核外电子数+离子电荷数④阴离子：质子数=核电荷数=核外电子数-离子电荷数3．粒子的结构示意图(1)表示方法结构示意图是用小圆圈和圆圈内的符号及数字表示原子核及核内质子数，弧线表示各电子层，弧线上的数字表示该电子层上的电子数。如：(2)原子结构示意图和离子结构示意图的比较结构示意图包括原子结构示意图和离子结构示意图。原子结构示意图中，核内质子数等于核外电子数；离子结构示意图中，二者则不相等，其差值均为离子所带电荷的数值。例如：4、原子核外电子的排布多电子的原子中，电子的能量是不相同的，所以它们通常运动的区域离原子核也远近不同，也就有了核外电子的分层排布，也就有了核外电子的排布规律。（1）电子层原子是由原子核和核外电子构成的。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。我们就把不同的区域简化为不连续的壳层，也称作电子层。具体情况如下表：电子层的代号n电子层的序号1234567电子层的符号KLMNOPQ离原子核的距离电子层的能量

5．核外电子的排布规律经过大量的科学实验和理论分析，我们得知核外电子的排布遵循以下规律：（1）核外电子是分层排布的，并且电子总是尽先排布在能量最低的电子层里，然后由里及外排布在能量稍高的电子层里。即排满K层再排L层，排满L层再排M层。（2）每一电子层里最多容纳电子数为2n2。即第一电子层最多容纳2个，第二电子层最多容纳8个，第三电子层最多容纳18个……（3）最外层电子数不超过8个（K为最外层时不超过2个）。（4）次外层电子数不超过18个，倒数第3层电子数不超过32个。说明：要弄清楚以上排布规律的原因，还需要学习更多更有趣的知识，这部分知识在化学选修三《物质结构与性质》。注意：①以上几点是相互联系的，不能孤立地理解，必须同时满足各项要求。②上述为核外电子排布的初步知识，只能解释1～18号元素的结构问题，若要解释更多问题，有待进一步学习核外电子排布所遵循的其他规律。③最外层电子数排满8个(He为2个)形成稳定结构，不易得失电子，化学性质稳定。④最外层电子较少的(<4)，一般易失去电子达到稳定结构，表现出金属性；最外层电子较多的(>4)，一般易得电子或通过形成共用电子对形成稳定结构，表现出非金属性。3．1～18号元素原子的结构特征(1)最外层电子数为1的原子有H、Li、Na。(2)最外层电子数为2的原子有He、Be、Mg。(3)最外层电子数跟次外层电子数相等的原子有Be、Ar。(4)最外层电子数是次外层电子数2倍的原子是C。(5)最外层电子数是次外层电子数3倍的原子是O。(6)最外层电子数是次外层电子数4倍的原子是Ne。(7)次外层电子数是最外层电子数2倍的原子有Li、Si。(8)内层电子总数是最外层电子数2倍的原子有Li、P。(9)电子层数跟最外层电子数相等的原子有H、Be、Al。(10)电子层数是最外层电子数2倍的原子是Li。(11)最外层电子数是电子层数2倍的原子有He、C、S。(12)最外层电子数是电子层数3倍的原子是O。例题1：据报道，某些建筑材料会产生放射性同位素氡22286Rn，从而对人体产生危害。该同位素原子的中子数和质子数之差为()A．136B．50C．86D．222练习1双选X元素的阳离子和Y元素的阴离子具有与氩原子相同的电子层结构，则下列叙述正确的是（）A．X的原子序数比Y的小B．X原子的最外层电子数比Y的多C．X的原子半径比Y的大D．X元素的最高正价比Y的小练习2：某粒子结构示意图为，若该粒子为离子，则它所带的电荷数可能为()①8－n②n－8③10－n④n－10A．①②B．①③C．③④D．②④例2：下列说法中肯定错误的是()A．某原子K层上只有一个电子B．某原子M层上电子数为L层上电子数的4倍C．某离子M层上和L层上电子数均为K层上电子数的4倍D．某离子的核电荷数与最外电子层上的电子数相等练习1：A、B两种原子，A原子M层比B原子M层少3个电子，B原子L层电子数恰好是A原子L层的两倍，则A元素是（）A.OB.SiC.CD.Mg练习2：甲、乙两元素原子的L层电子数都是其它层电子数总数的2倍，下列推断正确的是（）A．甲与乙处于同一周期B．甲与乙处于同一主族C．甲与乙的原子序数之和为奇数D．甲与乙的原子序数之和为偶数例3：按原子半径增大的顺序排列的一组是（）A、Be、N、FB、Mg、Si、CC、Na、Mg、CaD、Cl、S、P练习1：下列元素原子半径最大的是（）A、LiB、FC、NaD、Cl练习2：微粒半径由大到小排列的是A.P3-，S2-，Cl-B.Cl-，S2-，O2-C.Ca，Mg，NaD.K+、Cl-，S2-练习3：X和Y两元素的阳离子具有相同的电子层结构，X元素的阳离子半径大于Y元素的阳离子半径，Z和Y两元素的原子核外电子层数相同，Z元素的原子半径小于Y元素的原子半径。X、Y、Z三种元素原子序数的关系是（）A．X＞Y＞ZB．Y＞X＞ZC．Z＞Y＞XD.X＞Z＞Y二、元素周期表1．门捷列夫制作第一张元素周期表的依据（1）将元素按照相对原子质量由小到大依次排列。（2）将化学性质相似的元素放在一个纵行。注意：①门捷列夫（1834—1907，俄国化学家）是元素周期表的创始人。它所制作的元素周期表，揭示了化学元素间的内在联系，使其构成了一个完整的体系，成为化学发展史上的重要里程碑之一。②随着科学发展，人们逐渐认识到门捷列夫给周期表中元素排序的依据存在缺陷，真正科学的依据是元素原子的核电荷数（即质子数）。2．原子序数按照元素在周期表中的顺序给元素所编的序号为原子序数。原子序数=核电荷数＝核内质子数＝核外电子数（原子中）注意：存在上述关系的是原子而不是离子，因为离子是原子失去或得到电子而形成的，所以在离子中：核外电子数＝质子数加上或减去离子的电荷数。3．现在的元素周期表的科学编排原则（1）将电子层数相同的元素按原子序数递增的顺序从左到右排成一横行，称为周期； （2）把最外层电子数相同（氦除外）的元素按电子层数递增的顺序从上到下排成纵行，称为族。二、元素周期表的结构1.周期周期短周期长周期一二三四五六七对应行数1234567所含元素种数28818183232每周期0族元素原子序数210183654861182.族族主族副族Ⅷ族0族族数7711族序号ⅠAⅡAⅢAⅣAⅤAⅥAⅦAⅢBⅣBⅤBⅥBⅦBⅠBⅡBⅧ0列序号1213141516173456711128\9\1018注意：（1）周期：元素周期表有7个横行，也就是7个周期。前三周期叫短周期，后四个周期叫长周期。（2）族：常见的元素周期表共有18个纵行，从左到右分别叫第1纵行、第2纵行……第18个纵行。把其中的第8、9、10三个纵行称为Ⅷ族，其余每一个纵行各称为一族，分为七个主族、七个副族和一个0族，共16个族。族序数用罗马数字表示，主族用A、副族用B，并标在族序数的后边。如ⅠA、ⅡA、ⅢA……ⅠB、ⅡB、ⅢB……（3）第18纵行的氦最外层有2个电子，其它元素原子的最外层都有8个电子，它们都已达到稳定结构，化学性质不活泼，化合价都定为0价，因而叫做0族。（4）元素周期表中从第ⅢB族到第ⅡB族共10个纵行，包括了第Ⅷ族和全部副族，共60多种元素，全部为金属元素，统称为过渡元素。（5）在周期表中根据组成元素的性质，有些族还有一些特别的名称。例如：第ⅠA族：碱金属元素；第ⅡA族：碱土金属元素；第ⅣA族：碳族元素；第ⅤA族：氮族元素；第ⅥA族：氧族元素；第ⅦA族：卤族元素；0族：稀有气体元素。（6）第六周期的镧系元素、第七周期的锕系元素分别包含15种元素，为了使元素周期表的结构紧凑，放在第ⅢB族；但实际上每种元素都占有元素周期表的一格，所以另外列出，放在元素周期表的下方。3.周期表与原子结构的关系（1）周期序数＝电子层数（2）族序数＝最外层电子数（对主族而言）（3）原子序数=质子数例:4：下列叙述中正确的是（）A.除0族元素外，短周期元素的最高化合价在数值上都等于该元素所属的族序数B.除短周期外，其他周期均有18种元素C.副族元素中没有非金属元素D.碱金属元素是指第ⅠA族的所有元素练习1：在元素周期表中，第三、四、五、六周期所含元素种数分别是（）A.8、18、32、32B.8、8、18、18C.8、18、18、32D.18、18、32、32练习2：短周期元素中非金属元素共有（）A.9种B.10种C.12种D.13种例5：在现有的元素周期表中，同一周期的ⅡA、ⅢA族两种元素的原子序数之差不可能是（）A．1B．11C．18D．25练习1：国际无机化学命名委员会在1989年做出决定，建议把长式元素周期表原先的主副族及族号取消，由左至右改为18列。如碱金属元素为第1例，稀有气体元素为第18列。据此规定，下列说法错误的是（）A．第9列元素中没有非金属元素B．只有第2列元素原子最外层有2个电子C．第1列和第17列元素的单质熔沸点变化趋势相反D．在所有列中，第3列的元素种类最多练习2：甲、乙是周期表中同一主族相邻的两种元素，若甲的原子序数为x，则乙的原子序数不可能为（）A．x+2B．x+4C．x+8D．x+18

练习3：已知A、B是元素周期表中同主族相邻两元素，A、B所在周期分别有m、n种元素。若A的原子序数为x，则B的原子序数可能为（）①x+m②x―m③x+n④x―nA．①③B．①④C．②③D．①②③④例6：114号元素（289Uuq）是由设在杜布纳的核研究联合研究所的科学家1998年用钙轰击钚获得，是迄今为止已知的最稳定同位素，半衰期达30秒，相比之下，是超铀元素中异乎寻常的长寿核素，似乎正在证实稳定岛理论的预言。下列关于该元素的说法中不正确的是（）A.该元素为放射性元素B.该元素属于过渡元素C.该元素位于第七周期ⅣA族D.该元素的主要化合价有+4、+2练习1：元素周期表是一座开放的“元素大厦”，元素大厦尚未客满。请你在元素大厦中为119号元素安排好它的房间（）A.第八周期第IA族B.第七周期第ⅦA族C.第七周期第0族D.第六周期第ⅡA族练习2：下列各组中的元素用原子序数表示，其中都属于主族的一组元素是（）A.14、24、34B.26、31、35C.5、15、20D.11、17、18三、核素1．质量数：如果忽略电子的质量，将原子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。注意：（1）1个电子的质量约为1个质子质量的1/1836，所以原子的质量主要集中在原子核上。（2）1个质子的相对质量为1.007，1个中子的相对质量为1.008，其近似整数值均为1。（3）质量数的表达式：质量数（A）＝质子数（Z）+中子数（N）（4）元素是具有相同核电荷数（质子数）的同一类原子的总称。（5）精确的测定结果证明，同种元素的原子的原子核内，质子数相同，中子数不一定相同。（6）是原子符号，其意义为：表示一个质量数为A、质子数为Z的X原子。2．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。注意：（1）核素概念的外延为原子，这里的原子泛指导电呈电中性的原子和带有电荷的简单阴、阳离子。如与为同一种核素。（2）绝大多数的元素都包含多种核素。（3）有的核素在自然界中稳定存在，而有的核素具有放射性而不能在自然界中稳定存在。3．同位素：质子数相同而中子数不相同的同一元素的不同原子互称为同位素。注意：（1）同一元素的不同核素互称为同位素。如、、都是氢的同位素，见下表：氢元素的原子核质量数（A）原子名称原子符号应用质子数（Z）中子数（N）101氕——112氘或D用于制造氢弹123氚或T（2）“同位”即指核素的质子数相同，在元素周期表中占有相同的位置。（3）许多元素都有同位素，如、、是氧的同位素。（4）同位素中，有些具有放射性，称为放射性同位素。如就是碳的放射性同位素。（5）同位素中，有的是天然的，有的是人造的。如元素周期表中原子序数为112号的元素的各同位素都是人造的。（6）天然稳定存在的同位素，相互间保持一定的比率。（7）同位素的化学性质几乎相同，其原因是同位素的质子数相同，原子核外电子排布相同。（8）元素的相对原子质量，就是按照该元素各核素原子所占的一定百分比算出的平均值。（9）同位素的应用：在日常生活中，工农业生产和科学研究中有着重要的用途。如考古时利用测定一些文物的年代，和用于制造氢弹，利用放射性同位素释放的射线育种、治疗癌症和肿瘤等。例7：根据原子结构及元素周期律的知识，下列推断正确的是（）A.Cl2与Cl2氧化能力相近，二者互为同位素B.Se与Se所含质子数相同，中子数不同C.同主族元素形成的含氧酸的酸性随核电荷数的增加而减弱D.同周期主族元素形成的简单离子半径随核电荷数的增大而减小练习1：下列关于12C和13C说法正确的是（）A．两者互为同位素B．两者互为同素异形体C．两者属于同一种核素D．两者属于不同的元素练习234Se是人体必需微量元素，克山病就是由于人体内硒缺乏引起的。下列关于78Se和80Se的说法正确的是（）A.78Se和80Se互为同素异形体B.78Se和80Se互为同位素C.78Se和80Se分别含有44和46个质子D.78Se和80Se都含有34个中子四、元素的性质与原子结构应用元素周期表，以典型金属元素族（碱金属）和典型非金属元素族（卤族元素）为例，运用理论探究和实验探究的方法，达到掌握元素的性质与原子结构关系的目的。重点掌握元素周期表中同一主族元素的相似性和递变性。1．碱金属元素查阅元素周期表和课本，我们可得到碱金属元素的有关信息如下表：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锂Li3120.152钠Na11130.186钾K19140.227铷Rb37150.248铯Cs55160.265注意：（1）碱金属元素原子结构的特点：①相同点：碱金属元素原子的最外层都有1个电子，②不同点：碱金属元素原子的核电荷数和电子层数各不相同。（2）碱金属元素性质的相似性和递变性①相似性：由于碱金属元素原子最外层都只有一个电子，所以都容易失去最外层电子，都表现出很强的金属性，化合价都是+1价。②递变性：随着核电荷数的递增，碱金属元素原子的电子层数逐渐增多，原子半径逐渐增大，原子核对最外层电子的吸引力逐渐减弱，失电子能力逐渐增强，故从锂到铯，金属性逐渐增强。注：元素金属性强弱可以从其单质与水（或酸）反应置换出氢的难易程度，以及它们的最高价氧化物的水化物——氢氧化物的碱性强弱来比较。（3）碱金属单质的性质①化学性质：碱金属单质都能与氧气等非金属单质反应，生成对应的金属氧化物等化合物；都能与水反应，生成对应的金属氢氧化物和氢气；并且随着核电荷数的递增，碱金属单质与氧气、水等物质的反应越来越剧烈。4Li+O22Li2O2Na+O2Na2O22Na+2H2O==2NaOH+H2↑2K+2H2O==2KOH+H2↑实验探究：对比钾、钠与氧气、水的反应实验内容现象结论或解释与氧气反应钠在空气中燃烧钠开始熔化成闪亮的小球，着火燃烧，产生黄色火焰，生成淡黄色固体化学方程式：2Na+O2Na2O2钾在空气中燃烧钾开始熔化成闪亮的小球，剧烈反应，生成橙黄色固体化学方程式：K+O2KO2（超氧化钾）碱金属与水反应钠与水的反应钠块浮在水面，熔化成闪亮小球，四处游动嘶嘶作响，最后消失化学方程式：2Na+2H2O==2NaOH+H2↑钾与水的反应钾块浮在水面，熔成闪亮的小球，四处游动，嘶嘶作响，甚至轻微爆炸，最后消失化学方程式：2K+2H2O==2KOH+H2↑实验中的注意事项：a．钠、钾在实验室中都保存在煤油中，所以取用剩余的金属块可放回原试剂瓶中，并且使用前要用滤纸把表面煤油吸干。b．对钠、钾的用量要控制；特别是钾的用量以绿豆粒大小为宜。否则容易发生爆炸危险。c．对碱金属与水反应后的溶液，可用酚酞试液检验生成的碱。②物理性质碱金属单质颜色和状态密度／g·cm－3熔点／℃沸点／℃锂（Li）银白色、柔软0.534180.51347钠（Na）银白色、柔软0.9797.81882.9钾（K）银白色、柔软0.8663.65774铷（Rb）银白色、柔软1.53238.89688铯（Cs）略带金属光泽、柔软1.87928.40678.4注意：相似性：除铯外，其余都呈银白色；都比较柔软；有延展性；导电性和导热性也都很好；碱金属的密度都比较小，熔点也都比较低。递变性：随着核电荷数的递增，碱金属单质的密度依次增大（钾除外）；熔沸点逐渐降低。2．卤族元素（1）原子结构的特点注意：①相同点：最外层电子数都是7个。②不同点：核电荷数和电子层数不同。（2）卤族元素性质的相似性和递变性①相似性：最外层电子数都是7个，化学反应中都容易得到1个电子，都表现很强的非金属性，其化合价均为－1价。②递变性：随着核电荷数和电子层的增加，原子半径逐渐增大，原子核对最外层电子的吸引力逐渐减弱，元素原子的得电子能力逐渐减弱，元素的非金属性逐渐减弱。卤素单质的氧化性逐渐减弱。注：元素的非金属性强弱可以从其最高价氧化物的水化物的酸性强弱，或单质与氢气生成气态氢化物的难易程度以及氢化物的稳定性来推断。（3）卤素单质的物理性质卤素单质颜色和状态密度熔点／℃沸点／℃F2淡黄绿色气体1.69g/L（15℃）－219.6－188.1Cl2黄绿色气体3.215g/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注意：随着核电荷数的递增，卤素单质的颜色逐渐加深；状态由气→液→固；密度逐渐增大；熔沸点都较低，且逐渐升高。（3）卤素单质的化学性质①卤素单质与氢气反应F2＋H2＝2HF在暗处能剧烈化合并发生爆炸，生成的氟化氢很稳定Cl2＋H22HCl光照或点燃发生反应，生成氯化氢较稳定Br2＋H22HBr加热至一定温度才能反应，生成的溴化氢较稳定I2＋H22HI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，是可逆反应注意：随着核电荷数的增多，卤素单质（F2、Cl2、Br2、I2）与氢气反应的剧烈程度逐渐减弱，生成的氢化物的稳定性逐渐减弱：HF>HCl>HBr>HI；元素的非金属性逐渐减弱：F>Cl>Br>I。②卤素单质间的置换反应实验探究：对比卤素单质（Cl2、Br2、I2）的氧化性强弱实验内容将少量氯水分别加入盛有NaBr溶液和KI溶液的试管中，用力振荡后加入少量四氯化碳，振荡、静置。将少量溴水加入盛有KI溶液的试管中，用力振荡后加入少量四氯化碳，振荡、静置。现象静置后，液体均分为两层。上层液体均呈无色，下层液体分别呈橙色、紫色。静置后，