人教版(2019)高中化学 必修一 学案 4.1原子结构与元素周期表

原子结构与元素周期表【学习目标与素养】1．微观探析：认识原子结构。了解原子核外电子的排布。2．宏观辨识与微观探析：能够正确书写1～20号元素的原子结构示意图。知道元素、核素的含义。认识原子结构以及元素在元素周期表中位置的关系。知道元素周期表的结构。体会元素周期表在学习元素及其化合物知识及科学研究中的重要作用。通过碱金属、卤素原子的结构特点，认识原子结构与元素性质的关系。3．变化观念：能初步运用原子结构理论解释碱金属、卤素性质的相似性和递变性。【学习重难点】了解原子核外的电子排布；知道元素周期表的结构；知道元素、核素、同位素的含义。认识碱金属元素、卤族元素的性质与其在元素周期表中位置的关系；以碱金属元素和卤族元素为例，了解同主族元素性质的递变规律。【学习过程】【第一课时】（一）基础知识填充一、原子的构成1．构成质子相对质量近似为1，带1个单位正电荷）原子核中子（相对质量近似为1，不带电）（1）原子核外电子带1个单位负电荷（2）关系：原子序数＝核电荷数＝质子数＝核外电子数（电中性原子中）。2．质量数（1）概念：质子和中子的相对质量都近似为1，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，所得的数值叫作质量数。（2）关系：质量数（A）＝质子数（Z）＋中子数（N）。二、核外电子排布1．电子层-1-/27（1）概念：在多电子原子里，把电子运动的能量不同的区域简化为不连续的壳层，称作电子层。（2）不同电子层的表示及能量关系电子层数123各电子层由内到外4567字母代号KLMNOPQ离核远近由近到远能量高低由低到高2．电子分层排布（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2n2个电子。如K、L、M、N层最多容纳电子数分别为2、8、18、32。②最外层电子数目最多不能超过8个（K层为最外层时不能超过2个）。③次外层最多能容纳的电子数不超过18个。3．（1）原子（离子）结构的表示方法，如下所示（2）原子结构示意图中，核内质子数等于核外电子数，而离子结构示意图中，二者则不相等。如：-2-/27阳离子：核外电子数小于核电荷数。阴离子：核外电子数大于核电荷数。微点拨：①电子层实质上是一个“区域”，或者说是一个“空间范围”，它与宏观上层的含义完全不同。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（二）自学检测1．判断正误（正确的打“√”，错误的打“×”）（1）所有原子都由质子、中子和核外电子构成（），而不应该是。（2）某种氯原子的中子数是18，则其质量数是35，核外电子数是17。（）（3）锂的原子结构示意图是。（）（4）某原子M层电子数为L层电子数的4倍。（）答案：（1）×（2）√（3）×（4）×2．下列各原子结构示意图中所表示的核外电子排布正确的是（）答案：C解析：A项不符合能量最低原理，应该先排满K层再排L层；B项不符合各层最多排2n2个电子，K层最多排2个电子；D项不符合最外层最多只能排8个电子。3．（1）A元素原子的核电荷数为8，其原子核内的质子数为______，该元素原子的二价阴离子中，核外电子数为______。（2）B元素原子的一价阳离子的核外有18个电子，质量数为40，该元素原子的原子核内中子数为________。解析：（1）核电荷数＝质子数，阴离子的核外电子数＝质子数＋所带电荷数＝10。（2）B元素质子数是18＋1＝19，质量数为40，该元素原子的中子数为40－19＝21。答案：（1）8；10（2）21（三）重难点突破-3-/27重难点1：原子核外电子排布规律的应用1．确定元素的种类根据原子核外电子排布的某些特点可以确定元素的种类，注意1～20号元素原子结构的特殊关系。特殊关系最外层电子数等于次外层电子数的一半最外层电子数等于次外层电子数最外层电子数等于次外层电子数的2倍最外层电子数等于次外层电子数的3倍最外层电子数等于次外层电子数的4倍最外层电子数等于电子层数最外层有1个电子最外层有2个电子元素Li、SiBe、ArCONeH、Be、AlH、Li、Na、KHe、Be、Mg、Ca内层电子数之和是最外层电子数2倍的元素Li、P电子总数为最外层电子数2倍的元素2．推断元素的性质元素稀有气体元素金属元素非金属元素最外层电子数8（He为2）得失电子能力化学性质一般不易得失较稳定，一般不参与化电子易失电子学反应金属性主要化合价Be－只有正价，一般是＋1→＋3既有正价又有负价＜4≥4易得电子非金属性特别提醒：通常把最外层有8个电子（K层为最外层时电子数是2个）的结构，称为相对稳定结构。稀有气体的原子就是上述结构，一般不与其他物质发生化学反应。当元素的原子最外层电子数小于8（K层小于2）时是不稳定结构。在化学反应中，不稳定结构总是通过各种方式如得失电子、共用电子等趋向达到相对稳定结构。重难点2：“10电子”“18电子”的等电子粒子1．利用元素排布寻找“10电子”微粒的方法-4-/272．利用元素排布寻找“18电子”微粒的方法3．与OH－具有相同质子数和电子数的粒子是（）A．H2OB．F－C．Na＋D．NH3答案：B解析：OH－具有9个质子，10个电子；H2O具有10个质子，10个电子；F－具有9个质子，10个电子；Na＋具有11个质子，10个电子；NH3具有10个质子，10个电子。4．用A＋、B－、C2－、D、E、F和G分别表示含有18个电子的七种微粒（离子或分子），请回答：-5-/27（1）A元素是________，B元素是________，C元素是________（用元素符号表示）。（2）D是由两种元素组成的双原子分子，其分子式是________。解析：常见的18e－微粒有：阳离子：K＋、Ca2＋；阴离子：P3－、S2－、HS－、Cl－；分子有Ar、HCl、H2S、PH3、SiH4、F2、H2O2等。结合题目所给条件可确定答案。答案：（1）K；Cl；S（2）HCl【第二课时】（一）基础知识填充一、元素周期表的编排原则1．元素周期表的出现与演变2．原子序数（1）含义：按照元素在周期表中的顺序给元素的编号。（2）原子序数与原子结构的关系：原子序数＝核电荷数＝质子数＝核外电子数。二、元素周期表的结构1．编排原则2．元素周期表的结构-6-/273．常见族的别称族别名第ⅠA族（除氢外）碱金属元素第ⅦA0族4．元素周期表中的方格中的符号的意义卤族元素稀有气体元素思考：（1）元素周期表中所含元素种类最多的族是哪一族？提示：ⅢB族。（2）最外层电子数是2的元素都是第ⅡA族吗？提示：不一定，0族的He原子最外层也是两个电子。三、核素-7-/271．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。如12C、13C、14C就是碳元素的三种不同核素。2．同位素（1）定义：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。即同一元素的不同核素之间互为同位素，如三种核素均是氢元素的同位素。（2）实例——氢元素的同位素：1H、2H、3H氢元素的原子核质子数（Z）中子数（N）111（3）同位素的特征①同一种元素的各种同位素的化学性质几乎完全相同；物理性质略有差异。②在天然存在的某种元素里，不论是游离态还是化合态，同位素相互之间保持一定的比率，即各种同位素所占的原子个数百分比是相同的。（4）同位素的用途①146C在考古工作中用于测定文物的年代。3②21H、1H用于制造氢弹。原子名称氕氘氚原子符号（AZX）11H21H31H012或D或T③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。14思考：（1）146C与7N的质量数相等，是否互为同位素？14提示：质子数相同，中子数不同的同一元素的不同原子互称为同位素。146C与7N的质量数相等，但质子数分别为6和7，属于不同的元素，故不是同位素。（2）核素种类与质子数、中子数和质量数有何关系？提示：核素是具有一定数目质子和一定数目中子的一种原子，因此核素种类由质子数、中子数共同决定。质量数＝质子数＋中子数，故不同的核素也可能具有相同的质量数，如146C和147N，故核素种类与质量数无直接关系。（3）结合核外电子排布讨论：互称同位素的不同核素为什么具有几乎完全相同的化学性质？提示：同种元素的不同核素核内质子数相同，具有完全相同的核外电子排布，因此化学性质几乎完全相同。-8-/27（二）自学检测1．判断正误（正确的打“√”，错误的打“×”）（1）现行元素周期表的编排依据是相对原子质量（）（2）一个横行即是一个周期，一个纵列即是一个族（）（3）最外层电子数相同的元素一定是同族元素（）（4）每一周期都是碱金属元素开始，稀有气体元素结束（）答案：（1）×（2）×（3）×（4）×2．下列有关钯原子（10646Pd）的说法错误的是（）A．原子序数为46B．质子数为46C．电子数为46D．中子数为46答案：D解析：由10646Pd可知，钯的原子序数为46，核外电子数＝原子序数＝质子数＝46；核内中子数为106－46＝60，D选项错误。1423247143．在63Li、7N、11Na、12Mg、3Li、6C中：（1）________和________互为同位素。（2）________和________质量数相等，但不能互称同位素。（3）________和________的中子数相等，但质子数不相等，所以不是同一种元素。7解析：质子数相同，中子数不同的同一元素的不同原子互称为同位素，故63Li与3Li互为同142324位素；147N与6C质量数相等，但因质子数不同，不能互称同位素；11Na和12Mg的中子数均是12，但质子数不相等，所以不是同一种元素。7答案：（1）63Li；3Li14（2）147N；6C24（3）2311Na；12Mg（三）重难点突破重难点1：认识元素周期表1．元素周期表的结构-9-/27（1）记忆口诀横行叫周期，现有一至七，四长三个短，第七已排满。纵列称为族，共有十六族，一八依次现①，一零再一遍②。一纵一个族，Ⅷ族搞特殊，三纵算一族，占去8、9、10。镧系与锕系，蜗居不如意，十五挤着住，都属ⅢB族。说明：①指ⅠA、ⅡA、ⅢB、ⅣB、ⅤB、ⅥB、ⅦB、Ⅷ；②指ⅠB、ⅡB、ⅢA、ⅣA、ⅤA、ⅥA、ⅦA、0。（2）列序数与族序数的关系①列序数＜8，主族和副族的族序数＝列序数；②列序数＝8或9或10，为第Ⅷ族；③列序数＞10，主族和副族的族序数＝列序数－10（0族除外）。（3）过渡元素元素周期表中从ⅢB到ⅡB共10个纵列，包括了第Ⅷ族和全部副族元素，共60多种元素，全部为金属元素，统称为过渡元素。2．元素原子序数差的确定方法（1）同周期第ⅡA族和第ⅢA族元素原子序数差-10-/27（2）同主族相邻两元素原子序数的差的情况①若为ⅠA、ⅡA族元素，则原子序数的差等于上周期元素所在周期的元素种类数。②若为ⅢA族至0族元素，则原子序数的差等于下周期元素所在周期的元素种类数。典例：1869年，俄国化学家门捷列夫制作出了第一张元素周期表，揭示了化学元素间的内在联系，成为化学史上的重要里程碑之一。下列有关元素周期表的说法正确的是（）A．元素周期表含元素最多的族是第ⅢB族B．元素周期表有18个族C．第ⅠA族的元素全部是金属元素D．短周期是指第一、二、三、四周期答案：A解析：第ⅢB族中包含锕系与镧系元素，共有32种元素，A项正确；元素周期表中共有18个纵列，16个族，B项错误；第ⅠA族中H为非金属元素，C项错误；短周期包括第一、二、三周期，D项错误。重难点2：元素、核素、同位素、同素异形体的区别和联系1．区别名称内容项目本质范畴质子数相同的一类原子的总称同类原子质子数、中子数都一定的原子原子-11-/27元素核素同位素同素异形体质子数相同、中子数不同的核素原子同种元素形成的不同单质单质特性决定因素举例2．联系只有种类，没有个数质子数H、C、O三种元素化学反应中的最小微粒化