巨人化學(xué)高一寒假第十講元素周期表與原子結(jié)構(gòu)教案-程智利

1、第十講 元素周期表與原子結(jié)構(gòu)教學(xué)目標(biāo)：1.知道原子的構(gòu)成2.了解核素和同位素的概念3.了解堿金屬元素的原子結(jié)構(gòu)和元素性質(zhì)的遞變性和相似性4.了解鹵族元素的原子結(jié)構(gòu)和元素性質(zhì)的遞變性和相似性教學(xué)重點(diǎn)：1. 知道原子的構(gòu)成2. 了解堿金屬元素和鹵族元素的原子結(jié)構(gòu)和元素性質(zhì)的遞變性和相似性教學(xué)難點(diǎn)1.了解堿金屬元素和鹵族元素的原子結(jié)構(gòu)和元素性質(zhì)的遞變性和相似性教學(xué)過程：1 原子結(jié)構(gòu)1.原子的構(gòu)成 同學(xué)們，我們在初中已經(jīng)學(xué)習(xí)到了原子的基本概念，請同學(xué)們回答我，原子是由什么構(gòu)成的？對，很好，原子是由原子核和核外電子構(gòu)成。原子是一種體積和質(zhì)量都很小很小的微粒，是構(gòu)成物質(zhì)的基本粒子，它包含了原子核和核外電子

2、。其中，原子核所占體積約原子體積的幾千萬分之一，但是其質(zhì)量卻幾乎等于整個(gè)原子的質(zhì)量，因此原子核具有體積小，質(zhì)量大的特點(diǎn)。原子核可以再細(xì)分為質(zhì)子和中子。不同的元素含有不同的質(zhì)子，比如說含6個(gè)質(zhì)子數(shù)的原子屬于碳元素，而含8個(gè)質(zhì)子數(shù)的原子就屬于另一種元素氧，因此質(zhì)子的數(shù)目就決定著元素的種類。質(zhì)子帶一個(gè)單位正電荷，其相對原子質(zhì)量約等于1，一個(gè)原子所含的質(zhì)子數(shù)目可用符號Z來表示。質(zhì)子的數(shù)目Z就等于原子的核電荷數(shù)（原子核所帶的電荷數(shù)），也等于原子序數(shù)。 含有相同質(zhì)子數(shù)（同種元素）的原子所含的中子數(shù)目并不一定相同，比如同樣是氫元素，由于其中子數(shù)可能為0，1，2，那么會(huì)構(gòu)成相同元素的不同原子，分別稱之為氕、氘

3、、氚，因此中子的數(shù)目決定了原子種類。中子顯電中性，其相對原子質(zhì)量和質(zhì)子一樣，也近似等于1。我們將質(zhì)子數(shù)目和中子數(shù)目之和稱之為原子的質(zhì)量數(shù)，給為A，因此，中子數(shù)目可以表示為A-Z。 說完了原子核，我們再來談?wù)労送怆娮印Ｇ懊嫖覀冎v某種元素的性質(zhì)的時(shí)候，總會(huì)去先分析原子的核外電子排布，比如說稀有氣體核外電子達(dá)到穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，所以其化學(xué)性質(zhì)很穩(wěn)定， 而鈉元素的最外層電子數(shù)為1，容易失去電子，所以化學(xué)性質(zhì)很活潑。因此核外電子決定著原子的化學(xué)性質(zhì)。 電子帶1各單位的負(fù)電荷，相對原子質(zhì)量約為質(zhì)子的1/1836。原子所帶電子的數(shù)目等于質(zhì)子數(shù)。 在原子中，我們可以發(fā)現(xiàn)有如下的一些等量關(guān)系：首先是原子核內(nèi)所帶電荷數(shù)也

4、就是核電荷數(shù)就等于核內(nèi)質(zhì)子數(shù)，由于整個(gè)原子是電中性的，所以核內(nèi)質(zhì)子數(shù)也等于核外電子數(shù)。如果仔細(xì)觀察原子的質(zhì)子數(shù)和原子序數(shù)，我們發(fā)現(xiàn)這兩者也是相等的，所以在原子中有如下的等量關(guān)系核電荷數(shù)=質(zhì)子數(shù)=核外電子數(shù)=原子序數(shù)。此外我們把原子中的質(zhì)子數(shù)與中子數(shù)的和稱之為質(zhì)量數(shù)，所以第二個(gè)等量關(guān)系式是質(zhì)子數(shù)(Z)+ 中子數(shù)(N)=質(zhì)量數(shù)(A)=核素的近似相對原子質(zhì)量。關(guān)于原子的構(gòu)成和相關(guān)知識可以總結(jié)如下：2. 元素、核素、同位素 科學(xué)研究證明，同種元素原子的原子核中，中子數(shù)不同。如組成氫元素的氫原子，就有以下三種：1H、2H和3H ，我們把具有一定數(shù)目的質(zhì)子和一定數(shù)目的中子的一種原子稱為核素。一種原子即為一

5、種核素。剛才所提到的1H、2H和3H就均是氫元素的一種核素，而他們相互之間就互稱為同位素， 又例如160、17O、18O是氧元素的三種核素，互為同位素。 根據(jù)同位素的定義，我們來看看同位素有那些特點(diǎn)？在這里我們總結(jié)為三同和三不同。因?yàn)橥凰厥峭环N元素，所以核內(nèi)質(zhì)子數(shù)相同，最外層電子數(shù)也相同，故三同指的是：同一元素、質(zhì)子數(shù)相同、化學(xué)性質(zhì)相同。所謂的三不同指的是同位素之間的中子數(shù)不同、而質(zhì)量數(shù)為質(zhì)子數(shù)與中子數(shù)的和，所以質(zhì)量數(shù)也不同；同位素原子質(zhì)量的質(zhì)量數(shù)不同，會(huì)導(dǎo)致其密度等物理性質(zhì)也不盡相同?？偠灾?，同位素是屬于同一種元素的不同種原子。既然同一種元素有多種核素，而各種核素的質(zhì)量數(shù)不一樣，有大有

6、小，那么我們平時(shí)是如何確定某一種元素的近似相對原子質(zhì)量的呢？經(jīng)過科學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，在自然界存在的某種元素，不論是游離態(tài)還是化合態(tài)，其各種核素所占的原子百分比一般是不變的。我們平常所說的某種元素的相對原子質(zhì)量，是按各種天然同位素原子所占的一定百分比算出來的平均值。比如氯元素有兩種同位素35Cl、37Cl，此兩種核素在自然界的的豐度為75%和25%，所以其近似相對原子質(zhì)量為35*75%+37*25%=35.5。3. 原子核外電子的排布規(guī)律首先請同學(xué)們寫下H、He、Li、C、O、Ne、Na、Si、Ar、Ca的原子核外電子排布。我們發(fā)現(xiàn)核外電子是分層排布的，從里層到外層，我們將電子層數(shù)依次標(biāo)記為K、L、M

7、、N、O、P、Q。電子總是盡量先排布在能量最低的電子層里。第1層（K層）最多可以排2個(gè)電子，第2層最多可以排8個(gè)電子，第3層最多可以排18個(gè)電子n電子層最多可以容納的電子數(shù)是2n2；最外層電子數(shù)不超過8個(gè)（K層最外層不超過2個(gè)），次外層不超過18個(gè)，倒數(shù)第三層不超過32個(gè)。關(guān)于原子核外電子的排布，我提醒大家注意如下幾點(diǎn)：根據(jù)化學(xué)上電子排布的最低能量原理，電子總是盡先排布在能量最里面的電子層里；待最里層的電子排布滿了再往外電子層排布。那么怎么樣才能確定里面的電子層排布滿了呢？這里有一個(gè)原則每一個(gè)電子層最多容納的電子數(shù)是 2n2 ，其中的n指的是電子層數(shù)，比如第一層最多排2個(gè)電子，第二層最多排8個(gè)

8、電子，第三層最多排18個(gè)電子，以此類推。我們發(fā)現(xiàn)Ca原子的第三層并沒有排18個(gè)電子，只排了8個(gè)電子，而在最外層又排了2個(gè)電子，這是為什么呢？為什么第三層還沒有排滿就往第四層上排布了電子呢？這是因?yàn)槲乙淮牡谌龡l原則，也就是最外層電子數(shù)不超過8個(gè)（K層為最外層不超過2個(gè)），次外層不超過18個(gè)，倒數(shù)第三層電子數(shù)不超過32個(gè)。關(guān)于電子層數(shù)，電子層符號和最多容納電子數(shù)可以參見下表：電子層數(shù)1234N電子層符號KLMN最多容納電子數(shù)2818322n2二原子結(jié)構(gòu)與元素性質(zhì)1.堿金屬元素原子結(jié)構(gòu)與元素性質(zhì)剛剛我們講到原子核外電子的排布規(guī)律，我們知道，我們元素周期表是將最外層電子數(shù)相同的元素放在同一族中，而

9、由于最外層電子數(shù)往往決定著元素的化學(xué)性質(zhì)，所以我們可以想象得到，這些位于同一族的元素在性質(zhì)上必有某種相似性和遞變性，接下來我們先來探究位于第一主族的堿金屬元素的性質(zhì)相似性和遞變性。我們把鋰(Li)、鈉(Na)、鉀(K)、銣(Rb)、銫(Cs)、鈁(Fr)這六種金屬稱之為堿金屬。從堿金屬物理性質(zhì)來看，堿金屬都呈銀白色固體，具有硬度小、密度?。ㄝp金屬）、熔點(diǎn)低、易導(dǎo)熱、導(dǎo)電、有延展性等相似的性質(zhì)；同時(shí)堿金屬的密度逐漸增大（K反常）、熔點(diǎn)沸點(diǎn)逐漸降低，物理性質(zhì)表現(xiàn)出一定地遞變性。堿金屬的最外層電子數(shù)均為1，而最外層電子數(shù)依次為3,11,19,37,55,87，電子層數(shù)逐漸增多，原子核對核外電子的吸引

10、力減弱，因此原子半徑依次變大，元素失電子能力越來越強(qiáng)，元素所表現(xiàn)出的金屬性越來越強(qiáng)。從堿金屬對應(yīng)的氧化物來看，金屬鋰在燃燒的條件下生成氧化鋰，鈉可以與氧化合形成氧化鈉或者過氧化鈉，而鉀元素可以和氧化合形成氧化鉀，過氧化鉀，超氧化鉀，至于銣(Rb)、銫(Cs)、鈁(Fr)這三種元素則可以和氧化合形成多種復(fù)雜的氧化物。因此也可以看出鋰(Li)、鈉(Na)、鉀(K)、銣(Rb)、銫(Cs)、鈁(Fr)這六種堿金屬的金屬性越來越強(qiáng)。從堿金屬對應(yīng)氧化物的水化物來看， LiOH< NaOH<KOH<RbOH<CsOH< FrOH，元素的金屬性越強(qiáng) ，其最高價(jià)氧化物對應(yīng)水化物的

11、堿性越強(qiáng)。 2.鹵族元素原子結(jié)構(gòu)與元素性質(zhì)同樣的，我們來看看鹵族元素性質(zhì)的相似性和遞變性。鹵族元素包括氟F、氯Cl、溴Br、碘I、砹At這五種元素，其中砹是放射性元素，我們在此不作研究。從鹵族元素對應(yīng)單質(zhì)的物理性質(zhì)來看，氟氣的顏色是淡黃綠色的，氯氣是黃綠色氣體，而溴單質(zhì)在常溫下是深紅棕色液體，碘單質(zhì)是紫黑色固體，顏色在逐步加深，單質(zhì)的狀態(tài)逐步由氣態(tài)過渡到固態(tài)。它們的密度按F2、Cl2、Br2、I2順序密度逐漸增大，熔沸點(diǎn)按F2、Cl2、Br2、I2順序熔沸點(diǎn)逐漸大，在溶解性方面，Cl2、Br2、I2在水中溶解度不大，易溶于CCl4、C6H6等有機(jī)溶劑。從原子結(jié)構(gòu)上看，鹵族元素的原子最外層都是7

12、個(gè)電子，原子半徑都是同周期中最小的，隨著核電荷數(shù)增多，電子層數(shù)逐漸增多，原子半徑逐漸增大。鹵族元素的單質(zhì)氧化性按F2、Cl2、Br2、I2順序氧化性逐漸減弱，單質(zhì)與氫氣的化合能力越來越難。F2與水劇烈反應(yīng)放O2，Cl2、Br2、I2與水反應(yīng)生成HX和HXO，Cl2、Br2、I2易與堿發(fā)生歧化反應(yīng)生成鹵化物和次鹵酸鹽或鹵酸鹽。我們再來討論下鹵族元素的氫化物的性質(zhì)，由于從氟原子到碘原子，鹵族元素的原子半徑逐漸增大，核內(nèi)質(zhì)子對核外電子的吸引力逐漸減弱，原子得電子能力減弱，對應(yīng)的陰離子還原性增強(qiáng)，所以按HF、HCl、HBr、HI順序鹵族元素的氫化物穩(wěn)定性逐漸減弱，水溶液酸性逐漸增強(qiáng)，還原性逐漸增強(qiáng)。從

13、鹵化銀的性質(zhì)來看，AgF白色，AgCl白色，AgBr淡黃色，AgI黃色AgF可溶于水，AgCl、AgBr、AgI不溶于水也不溶于稀HNO3。在這也說明了鹵族元素有雨原子結(jié)構(gòu)的相似和遞變，其鹵化物的性質(zhì)也呈現(xiàn)出相似性和遞變性。3.原子結(jié)構(gòu)與元素性質(zhì) 通過比較堿金屬和金屬單質(zhì)與氧氣、水的反應(yīng)，以及鹵素單質(zhì)與氫氣的反應(yīng)，我們可以看出，元素性質(zhì)與原子結(jié)構(gòu)有著密切的關(guān)系，主要與原子河外電子排布，特別是最外層電子數(shù)有關(guān)。原子結(jié)構(gòu)相似的一族元素，它們在化學(xué)性質(zhì)上表現(xiàn)出相似性和遞變性。在元素周期表中，同主族從上到下，隨著核電核數(shù)的增加，電子層數(shù)逐漸增多，原子核對最外層電子的引力逐漸減弱，原子得電子的能力減弱，

14、失電子的能力增強(qiáng)，即非金屬性逐漸減弱，金屬性逐漸增強(qiáng)。 原子結(jié)構(gòu)決定元素性質(zhì)，元素性質(zhì)反映原子結(jié)構(gòu)。正是由于同主族原子結(jié)構(gòu)的相似性和遞變性，從而決定了同主族元素性質(zhì)的相似性和遞變性。例題精煉【例1】 （核磁共振）可以用于含碳化合物的結(jié)構(gòu)分析， 表示的碳原子是（ ）A核外有13個(gè)電子，其中6個(gè)參與成鍵B核內(nèi)有6個(gè)質(zhì)子，核外有7個(gè)電子C質(zhì)量數(shù)為13，原子序數(shù)為6，核內(nèi)有7個(gè)質(zhì)子D質(zhì)量數(shù)為13，原子序數(shù)為6，核內(nèi)有7個(gè)中子 【分析】選D . 是的一種同位素，同位素之間的化學(xué)性質(zhì)幾乎完全相似， 的含義是表示質(zhì)子數(shù)是6，質(zhì)量數(shù)為13的1個(gè)碳原子，中子數(shù)為7，核外有6個(gè)電子，原子結(jié)構(gòu)示意圖為。【例2】下列

15、說法正確的是（   ）A同一元素各核素的質(zhì)量數(shù)不同，但它們的化學(xué)性質(zhì)幾乎完全相同B任何元素的原子都是由核外電子和核內(nèi)中子、質(zhì)子組成的C鈉原子失去一個(gè)電子后，它的電子數(shù)與氖原子相同，所以變成氖原子D 、 、 的質(zhì)量數(shù)相同，所以它們是互為同位素 【分析】選A. B項(xiàng)不正確，例如H原子中就不含中子；鈉原子失去一個(gè)電子后變?yōu)殁c離子，C項(xiàng)錯(cuò)誤;同位素是指質(zhì)子數(shù)相同中子數(shù)不同的同種元素之間的互稱，Ar和Ca不是同一種元素，故它們不是同位素?！纠?】X和Y的原子序數(shù)都小于18，兩者都能組合化合物X2Y3，已知X的原子序數(shù)為n，則Y的原子序數(shù)不可能是（ D ）A n+11 Bn5 Cn+3

16、 Dn6 【分析】根據(jù)化合物的組成，可以推斷X的化合價(jià)為+3，Y的化合價(jià)為-2，進(jìn)一步推測X可以為B，Al，Y可以為O或S，所以Y的原子序數(shù)不可能為-6.【例4】下表是元素周期表的一部分，回答下列有關(guān)問題：（1）寫出下列元素符號：  N     ，   F   ，    S    ， 11   Ca   。（2）在這些元素中，最活潑的金屬元素是  K

17、0;  ，最活潑的非金屬元素是   F    ，最不活潑的元素是   Ar     。（3）在這些元素的最高價(jià)氧化物對應(yīng)水化物中，酸性最強(qiáng)的是   HClO4       ，堿性最強(qiáng)的是   KOH       ，呈兩性的氫氧化物是  Al（OH）3 

18、;        ，寫出三者之間相互反應(yīng)的化學(xué)方程式。（4）在這些元素中，原子半徑最小的是         ，原子半徑最大的是         。【例5】（全國II卷理綜，9，6分）某元素只存在兩種天然同位素，且在自然界它們的含量相近，其相對原子質(zhì)量為152.0，原子核外的電子數(shù)為63.下列敘述中錯(cuò)誤的是 ( )A.它是副族元素 B.它是第六周期元素 C.它的原子核內(nèi)

19、有63個(gè)質(zhì)子 D.它的一種同位素的核內(nèi)有89個(gè)中子 【分析】答案：D.（排除法）相對原子質(zhì)量為152.0，近似認(rèn)為該元素的平均質(zhì)量數(shù)為152，質(zhì)子數(shù)為63，平均中子數(shù)為89，該元素只存在兩種天然同位素，且在自然界它們的含量相近，兩種同位素分子的中子數(shù)一個(gè)比89多，一個(gè)比89少，二者與89的差值的絕對值相等，D錯(cuò)。要點(diǎn)1：質(zhì)量數(shù)等于質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)之和。要點(diǎn)2：兩種同位素原子的質(zhì)量數(shù)與平均值比較，越接近平均數(shù)的原子其原子個(gè)數(shù)百分比（豐度）越大?！纠?】（廣東化學(xué)，1，3分）我國稀土資源豐富。下列有關(guān)稀土元素與的說法正確的是 A.與互為同位素 B. 與的質(zhì)量數(shù)相同 C. 與是同一種核素 D. 與的核

20、外電子數(shù)和中子數(shù)均為62 【分析】 答案：A. 質(zhì)子數(shù)相同，中子數(shù)不同的核素稱為同位素，具有一定數(shù)目質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)的原子稱為核素。與質(zhì)量數(shù)不同，B錯(cuò)；與是不同核素，C錯(cuò)；與的中子數(shù)不同， D錯(cuò)。要點(diǎn)1：核素（X）：具有一定數(shù)目質(zhì)子數(shù)(Z)和中子數(shù)(N=A-Z)的原子稱為核素。要點(diǎn)2：同位素：質(zhì)子數(shù)（左下角Z）相同，質(zhì)量數(shù)（左上角A）不同的同一元素的不同核素互稱同位素。要點(diǎn)3：核素的量的關(guān)系：質(zhì)量數(shù)（左上角A）=質(zhì)子數(shù)（左下角Z）+中子數(shù)(N)?！纠?】（江蘇化學(xué)，2，3分）下列有關(guān)化學(xué)用語使用正確的是A. 硫原子的原子結(jié)構(gòu)示意圖： BNH4Cl的電子式：C原子核內(nèi)有10個(gè)中子的氧原子 D對氯甲苯的結(jié)構(gòu)簡式：286+16【分析】答案：CA項(xiàng)：硫原子的原子結(jié)構(gòu)示意圖應(yīng)為 ,所以A項(xiàng)錯(cuò)誤，B項(xiàng)：是由 離子構(gòu)成，由于是陰離子，必須寫出電子式 ；C項(xiàng)：表示質(zhì)量數(shù)為18，質(zhì)子數(shù)為8的氧原子，所以該原子核內(nèi)有10個(gè)中子，D項(xiàng)：該結(jié)構(gòu)簡式是鄰氯甲苯，因?yàn)槁仍雍图谆奈恢迷谙噜彽奶荚由希瑢β燃妆街械穆仍雍图谆奈?/p>