高中化學(xué)選擇性必修二 1.2.1 原子結(jié)構(gòu)與元素的性質(zhì) 第一課時(shí)

1、第一章 原子結(jié)構(gòu)與性質(zhì) 第二節(jié) 原子結(jié)構(gòu)與元素的性質(zhì) 第一課時(shí)新課講解課程學(xué)習(xí)目標(biāo)了解三張有重要?dú)v史意義的周期表，了解元素周期表的發(fā)展歷史。1通過(guò)自主探究元素周期表，理解構(gòu)造原理與元素周期表之間的聯(lián)系。3知道元素周期律、元素周期系和元素周期表的概念。2新課講解導(dǎo)入1869年，門(mén)捷列夫制作了歷史上第一張周期表，圖1-14是該表的修訂版，又稱(chēng)短式周期表。門(mén)捷列夫周期表最重要的特征是從第四周期開(kāi)始每個(gè)周期截成兩截，第1-7族分主副族，第八族稱(chēng)為過(guò)渡元素（第八族是鐵、鈷、鎳等“三素組”）。主副族和第八族的概念使用至今，但過(guò)渡元素的概念不同了?？茖W(xué)史話新課講解1905年，配位化學(xué)鼻祖維爾納制作了一張周期

2、表，如圖1-15所示。維爾納周期表是特長(zhǎng)式周期表，每個(gè)周期一行，各族元素、過(guò)渡金屬、稀有氣體、鑭系和錒系，各有各的位置，同族元素上下對(duì)齊，盡管當(dāng)時(shí)錒系和鑭系的概念尚未形成，不知道它們有多少種元素。維爾納周期表前五個(gè)周期表相似，但也有差異，如今維爾納周期表中Be、Mg的位置與現(xiàn)今周期表不同。HHeLiBeBCNOFNeNaMgAlSiPSClArKCaScTiVCrMnFeCoNiCuZnGaGeAsSeBrKrRbSrYZrNbMoRuRhPdAgCdInSnSbTeIXeCsBaLaCeNdPrSmEuGdTbHoErTmYbTaWOsIrPtAuHgTlPbBiRaLaThUAcPbBiT

3、e圖1-15 維爾納的特長(zhǎng)式周期表新課講解1922年，玻爾獲諾貝爾獎(jiǎng)時(shí)做了題為“原子結(jié)構(gòu)”的報(bào)告，其中有一張周期表，如圖1-16所示。它是1895年湯姆孫周期表的改進(jìn)版。在玻爾所作的改進(jìn)中，特別重要之處是把21-28、39-46等元素用方框框起。這是因?yàn)椴栍迷咏Y(jié)構(gòu)來(lái)解釋周期系了，他已經(jīng)認(rèn)識(shí)到，這些框內(nèi)元素的原子新增加的電子是填入內(nèi)層軌道的。玻爾已經(jīng)得知鑭后14種元素基原子有4f電子，也用方框框起，而且第六周期為32種元素，但第七周期元素所知甚少。玻爾周期表還用直線連接前后周期的相關(guān)元素（同族元素），這是因?yàn)椴栆呀?jīng)知道，它們的價(jià)電子數(shù)相等。圖1-16 玻爾元素周期表新課講解一、元素周期律、

4、元素周期系和元素周期表1.元素周期律1869年，門(mén)捷列夫發(fā)現(xiàn)，按相對(duì)原子質(zhì)量從小到大的順序?qū)⒃嘏帕衅饋?lái)，得到一個(gè)元素序列，并從最輕的元素氫開(kāi)始進(jìn)行編號(hào)，稱(chēng)為原子序數(shù)。這個(gè)序列中的元素性質(zhì)隨著原子序數(shù)遞增發(fā)生周期性的重復(fù)，這一規(guī)律被門(mén)捷列夫稱(chēng)作元素周期律。2.元素周期系1913年，英國(guó)物理學(xué)家莫塞萊證明原子序數(shù)即原子核電荷數(shù)。隨后元素周期律表述為元素的性質(zhì)隨元素原子的核電荷數(shù)遞增發(fā)生周期性遞變。元素的這一按其原子核電荷數(shù)遞增排列的序列稱(chēng)為元素周期系。3.元素周期表元素周期表是呈現(xiàn)元素周期系的表格。元素周期系只有一個(gè)，元素周期表多種多樣。新課講解2.原子序數(shù)、核電荷數(shù)、質(zhì)子數(shù)與核外電子數(shù)的關(guān)系

5、原子序數(shù)=核電荷數(shù)=質(zhì)子數(shù)=核外電子數(shù)注意：1.元素周期系與元素周期表的關(guān)系新課講解二、構(gòu)造原理與元素周期表1.元素周期表的結(jié)構(gòu)：根據(jù)構(gòu)造原理得出的核外電子排布，可以解釋元素周期系的基本結(jié)構(gòu)。（1）周期（七橫七周期，三短四長(zhǎng)）從上到下類(lèi)別各周期原子的電子層數(shù)各周期最多容納的元素種類(lèi)數(shù)第一周期短周期12第二周期28第三周期38第四周期長(zhǎng)周期418第五周期518第六周期632（含鑭系15種元素）第七周期732（含錒系15種元素）新課講解二、構(gòu)造原理與元素周期表（2）核外電子排布與周期的劃分周期外圍電子排布各周期增加的能級(jí)元素種類(lèi)第A族0族最外層最多容納電子數(shù)一1s11s221s2二2s12s22p

6、682s、2p8三3s13s23p683s、3p8四4s14s24p684s、3d、4p18五5s15s25p685s、4d、5p18六6s16s26p686s、4f、5d、6p32七7s17s27p687s、5f、6d、7p32表：每一周期元素原子的外圍電子排布與元素種類(lèi)新課講解注意：核外電子排布與周期劃分的關(guān)系 根據(jù)構(gòu)造原理,將能量相近的能級(jí)分為一組,按能量由低到高可分為7個(gè)能級(jí)組,同一能級(jí)組內(nèi),各能級(jí)能量相差較小,各能級(jí)組之間能量相差較大。 每一個(gè)能級(jí)組對(duì)應(yīng)一個(gè)周期,且該能級(jí)組中最高的能級(jí)對(duì)應(yīng)的能層數(shù)等于元素的周期序數(shù)。元素形成周期系的根本原因是元素的原子核外電子的排布發(fā)生周期性的重復(fù)。

7、新課講解（3）根據(jù)構(gòu)造原理得出的核外電子排布與周期中元素種類(lèi)數(shù)的關(guān)系元素周期系中每個(gè)周期的元素?cái)?shù),第一周期從1s1開(kāi)始,以1s2結(jié)束,只有兩種元素。中間按照構(gòu)造原理依次排滿各能級(jí)。其余各周期總是從ns能級(jí)開(kāi)始,以np結(jié)束,遞增的核電荷數(shù)(或電子數(shù))就等于每個(gè)周期里的元素?cái)?shù)。具體數(shù)據(jù)如下:新課講解周期nsnp電子數(shù)元素?cái)?shù)目一1s12二2s12 2p16三3s12 3p16四4s12 3d110 4p16五5s12 4d110 5p16六6s12 4f114 5d110 6p16七7s12 5f114 6d110 7p162288881818181832323232遞增的核電荷數(shù)=元素個(gè)數(shù)新課講解

8、若以一個(gè)方格代表一種元素，每個(gè)周期排成一個(gè)橫排，并按s、p、d、f分段，左側(cè)對(duì)齊，可得到如下元素周期表：新課講解思考與討論：1950年國(guó)際純粹與應(yīng)用化學(xué)聯(lián)合會(huì)（IUPAC）推薦了一張?jiān)刂芷诒?，?shū)末的元素周期表就是參照其新版制作的。請(qǐng)問(wèn)：怎樣將圖1-17變成書(shū)末的元素周期表？pfdsspsdpfsdpdsppss新課講解（4）族（十八縱行十六族，七主七副一VIII一0） 列數(shù)123456789101112131415161718類(lèi)別主族副族第VIII族副族主族0族名稱(chēng)IAIIAIIIBIVBVBVIBVIIB第VIII族IBIIBIIIAIVAVAVIAVIIA0族注意：1.從第四周期開(kāi)始的長(zhǎng)

9、周期,比短周期多出的元素全部是金屬元素,這是因?yàn)樗鼈兊淖钔鈱与娮訑?shù)始終不超過(guò)2, 即為ns12(Pd例外)。而第六、七周期比第四、五周期多出14個(gè)元素的基態(tài)原子最外層也只有2個(gè)s電子,所以也是金屬元素。2.電子層數(shù)=周期序數(shù)3.主族元素族序數(shù)=原子最外層電子數(shù)新課講解新課講解（5）核外電子排布與族的關(guān)系元素周期表中,同族元素價(jià)層電子數(shù)相同,這是同族元素性質(zhì)相似的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。主族元素的價(jià)電子為該元素原子的最外層電子。如堿金屬元素的基態(tài)原子的價(jià)電子排布為ns1。元素周期表最右側(cè)稀有氣體元素的基態(tài)原子,除氦(1s2)外,最外層都是8電子,即ns2np6。副族元素的價(jià)電子與其最外層電子和次外層電子有關(guān)(

10、鑭系、錒系元素還與次次外層的f電子有關(guān))。如鐵元素的價(jià)電子排布式為3d64s2。新課講解新課講解再探元素周期表問(wèn)題：仔細(xì)考察書(shū)末的元素周期表，你能提出哪些問(wèn)題？例如：（1）元素周期表共有幾個(gè)周期？每個(gè)周期各有多少種元素？為什么第一周期結(jié)尾元素的電子排布跟同族的其他周期元素的不同？（2）元素周期表共有多少個(gè)列？各列的價(jià)層電子數(shù)各為多少？同列元素價(jià)層電子數(shù)是否相等？元素周期表可分為哪些族？族序有什么規(guī)律？（3）為什么在元素周期表中非金屬主要集中在右上角三角區(qū)（如圖1-18）？回答上述問(wèn)題和你提出的問(wèn)題，并整理出你對(duì)元素周期表的新認(rèn)識(shí)。（1）現(xiàn)行元素周期表包含118種元素，共有七個(gè)周期，每個(gè)周期包含

11、的元素?cái)?shù)目，分別是按照周期序數(shù)一二三四五六七，元素種類(lèi)數(shù)依次為2、8、8、18、18、32、32。第一周期結(jié)尾元素(He)原子核外只有2個(gè)電子，根據(jù)構(gòu)造原理，其電子排布式為1s2。與該元素同族的其他周期元素Ne、Ar、Kr、Xe、Rn等，原子核外電子數(shù)依次增加了8、8、18、18、32。根據(jù)構(gòu)造原理，它們的最外層電子排布通式為ns2np6。所以，第一周期結(jié)尾元素的電子排布跟同族的其他周期元素的不同。新課講解新課講解（2）元素周期表共有18個(gè)列。從左向右，第112列中，除第3列中的鑭系和錒系以外，其他的價(jià)層電子數(shù)都等于列數(shù)；第1318列中，除第18列中的氦以外，其他的價(jià)層電子數(shù)都等于列數(shù)減10。

12、除了鑭系、錒系和氦以外，同列元素價(jià)層電子數(shù)相等。元素周期表所劃分的族及族序數(shù)，從左向右排列如下：IA族、A族；B族B族；族；IB族、B族；A族A族；0族。新課講解（3）從原子結(jié)構(gòu)方面來(lái)說(shuō)，元素周期表中右上角三角區(qū)的元素，大多數(shù)的價(jià)層電子排布為ns2np1-6(He除外),價(jià)層電子數(shù)較大，得電子相對(duì)容易，失電子相對(duì)困難。從元素周期表中元素性質(zhì)遞變規(guī)律來(lái)說(shuō)，同周期元素從左到右非金屬性逐漸增強(qiáng)(不包括0族元素),同主族元素從下向上非金屬性逐漸增強(qiáng)。綜上可知，在元素周期表中非金屬主要集中在右上角三角區(qū)內(nèi)。新課講解再探元素周期表討論：（1）為什么副族元素又稱(chēng)為過(guò)渡元素？過(guò)渡元素價(jià)層電子數(shù)跟它們的族序數(shù)有

13、什么關(guān)系？寫(xiě)出它們的價(jià)層電子排布通式。答：副族元素介于s區(qū)元素(主要是金屬元素)和p區(qū)元素(主要是非金屬元素)之間，處于由金屬元素向非金屬元素過(guò)渡的區(qū)域，因此副族元素又稱(chēng)為過(guò)渡元素。過(guò)渡元素價(jià)層電子數(shù)跟它們的族序數(shù)的關(guān)系是：第B族到第B族元素的價(jià)層電子數(shù)等于它們的族序數(shù)；第族有3列元素，其族序數(shù)等于該族的第1列元素的價(jià)層電子數(shù)；第IB族、第B族的族序數(shù)等于它們的最外層電子數(shù)。過(guò)渡元素的價(jià)層電子排布通式為(n-1)d1-10ns2(除鑭系和錒系)。新課講解（2）按照核外電子排布，可把元素周期表劃分成5個(gè)區(qū)，如圖1-19所示。除ds區(qū)外，各區(qū)的名稱(chēng)來(lái)自按構(gòu)造原理最后填入電子的能級(jí)的符號(hào)。s區(qū)、d區(qū)

14、和p區(qū)分別有幾個(gè)列？為什么s區(qū)（除氫元素）、 d區(qū)和ds區(qū)的元素都是金屬元素？答：s區(qū)有2列，d區(qū)有8列，p區(qū)有6列。s區(qū)元素的價(jià)層電子排布通式為ns1-2,d區(qū)元素的價(jià)層電子排布通式為(n-1)d1-9ns1-2,ds區(qū)元素的價(jià)層電子排布通式為(n-1)d10ns2,它們的最外層電子數(shù)均不超過(guò)2,在化學(xué)反應(yīng)中容易失去電子，所以s區(qū)(除氫元素外)、d區(qū)和ds區(qū)的元素都是金屬元素。新課講解（3）處于非金屬與金屬分界線上的元素常被稱(chēng)為半金屬或類(lèi)金屬，為什么？由于元素的金屬性和非金屬性之間并沒(méi)有嚴(yán)格的界限，處于非金屬與金屬分界線上的元素既能表現(xiàn)出一定的非金屬性，又能表現(xiàn)出一定的金屬性，因此這些元素常

15、被稱(chēng)為半金屬或類(lèi)金屬。新課講解（4）在周期表里找出Cr和Cu的價(jià)層電子。它們的電子排布符合構(gòu)造原理嗎？此外還有哪些元素的基態(tài)原子排布不符合構(gòu)造原理？Cr的價(jià)層電子排布式為3d54s1,Cu的價(jià)層電子排布式為3d104s1,不符合構(gòu)造原理(它們的3d軌道達(dá)到半充滿或全充滿結(jié)構(gòu)，是一種能量較低的穩(wěn)定結(jié)構(gòu))。此外，Nb、Mo、Ru、Rh、Pd、Ag、Pt、Au、La、Ce、Gd、Ac、Th、Pa、U、Np、Cm等的基態(tài)原子電子排布均不符合構(gòu)造原理。新課講解（5）語(yǔ)言119號(hào)元素基態(tài)原子最外層電子排布；預(yù)言第八周期有多少種元素。119號(hào)元素應(yīng)位于第八周期第IA族，故基態(tài)原子最外層電子排布為8s1;周期

16、分別為一、二、三、四、五、六、七，元素種數(shù)分別為2x12、222、222、232、232、242、242,以此預(yù)測(cè)第八周期元素種數(shù)為252=50(種)。新課講解思考與討論在元素周期表中，某些主族元素與右下方的主族元素（如圖1-20）的有些性質(zhì)是相似的（如鋰和鎂在過(guò)量的氧氣中燃燒均生成正常氧化物，而不是過(guò)氧化物），這種相似性被稱(chēng)為對(duì)角線規(guī)則。（1）對(duì)角線規(guī)則是從相關(guān)元素及其化合物的許多性質(zhì)中總結(jié)出來(lái)的經(jīng)驗(yàn)規(guī)則，不是定理。在科學(xué)研究中，你對(duì)類(lèi)似對(duì)角線規(guī)則這樣的經(jīng)驗(yàn)規(guī)則有何看法？（2）以“對(duì)角線規(guī)則”為關(guān)鍵詞，利用互聯(lián)網(wǎng)搜索有關(guān)資料，比較鋰和鎂、鈹和鋁、硼和硅三對(duì)元素及其化合物性質(zhì)的相似性。新課講解

17、對(duì)角線規(guī)則1.鋰和鎂能直接與氮?dú)夥磻?yīng)生成氮化物溶解性，鋰的化合物比其他堿金屬的鹽更難溶于水，與鎂鹽相似。2.鈹和鋁它們的氫氧化物具有兩性；且都難溶于水，只能溶于強(qiáng)酸和強(qiáng)堿溶液中。3.硼和硅硼與硅都能生成揮發(fā)性、活潑的氫化物；它們的鹵化物（BF3除外）能水解生成硼酸和硅酸。課堂練習(xí)1.判斷正誤。答案： (1)除0族外,短周期元素的最高化合價(jià)在數(shù)值上都等于該元素所屬的族序數(shù) ()(2)除短周期外,其他周期均有18種元素 ()(3)堿金屬元素是指第A族的所有元素 ()(4)在元素周期表中,所有非金屬都位于p區(qū) ()(5)價(jià)電子數(shù)與最高化合價(jià)相等的元素一定是主族元素 ()(6)次外層全充滿而最外層有不

18、成對(duì)電子的元素一定是主族元素 ()(7)元素周期表5個(gè)區(qū)中都有金屬元素 ()課堂練習(xí)2.下列關(guān)于原子核外電子排布與元素在周期表中位置關(guān)系的敘述中,正確的是()A.原子價(jià)電子排布為ns2np16的元素一定是主族元素B.基態(tài)原子最外電子層的p能級(jí)上有5個(gè)電子的元素一定是第A族元素C.原子的價(jià)電子排布為(n-1)d68ns2的元素一定位于第BB族D.基態(tài)原子N能層上只有1個(gè)電子的元素一定是主族元素答案： B課堂練習(xí)3.外圍電子構(gòu)型為3d104s1的元素在周期表中位于()A.第五周期第B族B.第五周期第B族C.第四周期第B族D.第四周期第B族答案： D課堂練習(xí)4.已知某元素基態(tài)原子的價(jià)電子排布為(n-1)dansb(a、b均為大于0的正整數(shù)),下列有關(guān)說(shuō)法正確的是()A.該元素一定位于元素周期表中的d區(qū)B.該元素一定位于元素周期表中的ds區(qū)C.該元素的族序數(shù)為a+bD.該元素一定為金屬元素答案： D課堂練習(xí)5.指出下列元素是主族元素還是副族元素,及其在元素周期表中的位置。(1)1s22s22p63s2是族元素,位于周期表中第周期第族,屬于區(qū)元素。(2)Kr4d105s25p2是