1.2.1原子結(jié)構(gòu)與元素周期表（導(dǎo)學(xué)案）高二化學(xué)（人教版2019選修第二冊）

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)第一課時原子結(jié)構(gòu)與元素周期表【學(xué)習(xí)目標(biāo)】1.知道元素周期表中分區(qū)、周期和族的元素原子核外電子排布特征，了解元素周期表的應(yīng)用價值2.能從原子價電子數(shù)目和價電子排布的角度解釋元素周期表的分區(qū)、周期和族的劃分【學(xué)習(xí)重點】元素的原子結(jié)構(gòu)與元素周期表結(jié)構(gòu)的關(guān)系【學(xué)習(xí)難點】元素周期表的分區(qū)【課前預(yù)習(xí)】舊知回顧：1、填寫下面關(guān)于周期的表格：2、填寫下面關(guān)于族的表格：新知預(yù)習(xí)：1、元素周期系：元素的這一按其原子核電荷數(shù)遞增排列的序列稱為元素周期系2、元素數(shù)的確定方法：從ns能級開始以np結(jié)束遞增的核電荷數(shù)(或電子數(shù))就等于每個周期里的元素數(shù)3、按照電子排布對元素周期表進(jìn)行分區(qū)可以分為哪些區(qū)：s、p、d、ds、f共5個區(qū)4、對角線規(guī)則：在元素周期表中，某些主族元素與右下方的主族元素的有些性質(zhì)是相似的，這種相似性被稱為對角線規(guī)則【課中探究】情景導(dǎo)入：播放元素周期表背誦視頻，導(dǎo)入新課。一、元素周期律、元素周期系和元素周期表任務(wù)一、探究元素周期律、元素周期系和元素周期表的含義及關(guān)系【學(xué)生活動】閱讀教材P18第1自然段，回答下列問題：1、元素周期律的含義？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，這一規(guī)律叫做元素周期律2、元素周期系的含義？元素的這一按其原子核電荷數(shù)遞增排列的序列稱為元素周期系3、元素周期表的含義？元素周期表是呈現(xiàn)元素周期系的表格4、元素周期表和元素周期系的關(guān)系？元素周期系只有一個，元素周期表多種多樣【對應(yīng)訓(xùn)練】下列敘述不正確的是（）A.門捷列夫元素周期表按相對原子質(zhì)量從小到大的順序?qū)⒃嘏帕衅饋鞡.元素周期律是元素性質(zhì)隨著原子序數(shù)遞增發(fā)生周期性重復(fù)的規(guī)律C.元素周期表是呈現(xiàn)元素周期系的表格D.元素周期表和元素周期系均只有一個【答案】D【解析】元素周期表多種多樣，元素周期系只有一個，D項錯誤。二、構(gòu)造原理與元素周期表【復(fù)習(xí)提問】請同學(xué)們分組討論，回顧元素周期表的結(jié)構(gòu)，將課前預(yù)習(xí)中所填的表格展示出來，并回答相關(guān)問題1、電子層數(shù)與周期序數(shù)的關(guān)系？電子層數(shù)=周期序數(shù)2、主族元素族序數(shù)、主族元素的價電子數(shù)、主族元素的最高化合價、原子最外層電子數(shù)四者之間的關(guān)系？主族元素族序數(shù)=主族元素的價電子數(shù)=主族元素的最高化合價（O、F除外）=原子最外層電子數(shù)任務(wù)二、用構(gòu)造原理解釋元素周期系的基本結(jié)構(gòu)【學(xué)生活動】閱讀教材P20第1自然段，回答下列問題：1、各周期從ns能級開始、以np能級結(jié)束(第一周期從1s1能級開始，以從1s2能級結(jié)束),中間按照構(gòu)造原理依次排滿各能級。2、元素數(shù)的確定方法：從ns能級開始以np結(jié)束遞增的核電荷數(shù)(或電子數(shù))就等于每個周期里的元素數(shù)任務(wù)三、結(jié)合構(gòu)造原理填寫下列關(guān)于周期表的表格【學(xué)生活動】小組合作探究，閱讀教材P20第3、4自然段并結(jié)合書后元素周期表，回答下列表格：【對應(yīng)訓(xùn)練1】CCTV1《焦點訪談》欄目中曾報道“鉈中毒事件”,鉈的相關(guān)信息如圖所示。下列有關(guān)卡片信息解讀不正確的是（）A.鉈的元素符號為TlB.鉈的相對原子質(zhì)量為204.4g/molC.鉈位于第六周期第ⅢA族D.鉈原子的質(zhì)子數(shù)為81【答案】B【解析】A鉈的元素符號為Tl，A正確；B相對原子質(zhì)量是一個比值，沒有單位，B錯誤；C.根據(jù)鉈的最外層電子排布是6s26p1可知Tl位于第六周期第IIIA族，C正確；D.鉈原子的質(zhì)子數(shù)為81，D正確。【對應(yīng)訓(xùn)練2】下列對元素周期表的認(rèn)識正確的是（）A.有9行7個周期B.有16列16個族C.有三個短周期四個長周期D.非金屬元素存在于主族與副族中【答案】C【解析】7行7周期，A錯誤；18列16個族，B錯誤；副族沒有非金屬元素?！緦?yīng)訓(xùn)練3】價電子排布式為4s24p1的元素，在周期表中的位置是（）A.第四周期第IA族B.第四周期第ⅢA族C.第五周期第IA族D.第五周期第ⅢA族【答案】B【解析】某基態(tài)原子的價電子排布式為4s24p1,該元素原子序數(shù)=2+8+18+3=31,為Ga元素，位于第四周期第ⅢA族，故合理選項是B。任務(wù)四、探究按照電子排布對元素周期表進(jìn)行分區(qū)【學(xué)生活動】閱讀教材P21探究“討論”中的（2）和書下注解，結(jié)合書后元素周期表的內(nèi)容，小組討論合作，填寫下列表格：【對應(yīng)訓(xùn)練1】下列各元素是主族元素還是副族元素?位于周期表中的第幾周期和哪個族?屬于哪個區(qū)?(1)1s22s22p63s23p5(2)[Kr]4d105s25p2(3)[Ar]3d34s2(4)[Ar]3d104s1(5)[Ar]4s1【答案】(1)第三周期第VIIA族P區(qū)(2)第五周期第IVA族P區(qū)(3)第四周期第VB族d區(qū)(4)第四周期第IB族ds區(qū)(5)第四周期第IA族s區(qū)【解析】(1)最后一個電子填充在s軌道，屬于s區(qū)，主族元素。族序數(shù)=ns的電子數(shù)，即族序數(shù)為2,位于第三周期第ⅡA族。(2)最后一個電子填充在p軌道，屬于p區(qū)，主族元素。族序數(shù)=(ns+np)的電子數(shù)，即族序數(shù)為2+2=4,位于第五周期第IVA族。(3)最后一個電子填充在d軌道，且小于10,屬于d區(qū)，副族元素。族序數(shù)=[(n1)d+ns]的電子數(shù)，即族序數(shù)為1+2=3,位于第四周期第ⅢB族。(4)最后一個電子填充在s軌道，且(n1)d軌道電子數(shù)等于10,屬于ds區(qū)，副族元素。族序數(shù)=ns的電子數(shù)，即族序數(shù)為1,位于第四周期第IB族?！緦?yīng)訓(xùn)練2】（多選）關(guān)于元素周期表中元素的分區(qū)，下列說法正確的是（）A.元素周期表的d區(qū)全部是副族元素B.元素周期表的d區(qū)包含所有的過渡元素C.過渡元素包括d區(qū)、f區(qū)、ds區(qū)的元素D.ds區(qū)元素不都是副族元素【答案】AC【解析】d區(qū)包括ⅢB~ⅦB族(系和錒系除外)元素和Ⅷ族元素，ds區(qū)包括IB族和ⅡB族元素，過渡元素包括所有的副族元素和Ⅷ族元素，即包括了d區(qū)、f區(qū)、ds區(qū)的元素，故B項錯誤，AC項正確。任務(wù)五、探究按照金屬和非金屬元素對元素周期表進(jìn)行分區(qū)【學(xué)生活動】結(jié)合教材P21圖118及書后元素周期表，回答下列問題：1、金屬和非金屬元素的分界線在哪里？沿著周期表中硼、硅、砷、碲、砹、與鋁、鍺、銻、釙、之間畫一條線，線的左邊是金屬元素(氫除外),線的右邊是非金屬元素2、非金屬元素主要集中在哪里？非金屬元素要集中在元素周期表右上角的三角區(qū)內(nèi)3、金屬鋁具有哪些區(qū)別于其他金屬的化學(xué)性質(zhì)？金屬鋁可以與氫氧化鈉溶液反應(yīng)4、單質(zhì)硅都有哪些用途？計算機(jī)芯片、太陽能電池、半導(dǎo)體材料任務(wù)六、了解對角線規(guī)則【學(xué)生活動】閱讀教材P22思考與討論，了解對角線規(guī)則【對應(yīng)訓(xùn)練1】下列說法中正確的是（）A.所有金屬元素都分布在d區(qū)和ds區(qū)B.元素周期表中ⅢB族到ⅡB族10個縱列的元素都是金屬元素C.ns電子的能量不一定高于(n1)p電子的能量D.電子排布式(21Sc)1s22s22p63s23p63d3違反了洪特規(guī)則【答案】B【解析】主族元素中也含有金屬元素，故A錯誤；C項中，ns電子的能量一定高于(n1)p電子的能量，故C錯誤；D選項違反了能量最低原理，故D錯誤?！緦?yīng)訓(xùn)練2】下列有關(guān)元素周期表的說法正確的是（）A.Li是最活潑金屬，F(xiàn)是最活潑非金屬B.在周期表中金屬與非金屬的分界處，可找到作催化劑的材料C.元素周期表有7個主族，7個副族，1個0族，1個第Ⅷ族，共16縱行D.同一周期(第一周期除外)的元素，從左到右由金屬元素逐漸過渡到稀有氣體元素【答案】D【解析】A.最活潑的金屬是Cs,最活潑的非金屬是F,A錯誤；B.元素周期表中，在金屬與非金屬的分界線附近的元素既有金屬的性質(zhì)又有非金屬的性質(zhì)，能作半導(dǎo)體材料，而在過渡元素區(qū)可找到作催化劑的材料，B錯誤；C.元素周期表共有18縱行，其中7個主族，7個副族，1個0族，1個第Ⅷ族，一個第Ⅷ族占三個縱行，C錯誤；D.同一周期(第一周期除外)的元素，從左到右由金屬元素逐漸過渡到稀有氣體元素，D正確?！舅伎寂c討論】1950年國際純粹與應(yīng)用化學(xué)聯(lián)合會(IUPAC)推薦了一張元素周期表，書末的元素周期表就是參照其新版制作的。請問：怎樣將圖117變成書末的元素周期表？答：將圖117中第二到第七周期的所有p區(qū)與p區(qū)上下對齊(即第二到第五周期的p區(qū)右移，與第六、七周期的p區(qū)對齊)、d區(qū)與d區(qū)上下對齊(即第四、五周期的d區(qū)右移，與第六、七周期的d區(qū)對齊),第六、七周期的f區(qū)與f區(qū)上下對齊，且單列為兩行放在主表的下方(即鑭系和錒系),確保每列的價層電子數(shù)相同，再將電子排布式為1s2的He移到第一行最右邊，即可得到書末的元素周期表。【探究】(1)元素周期表共有幾個周期？每個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？答：現(xiàn)行元素周期表包含118種元素，共有七個周期，每個周期包含的元素數(shù)目，分別是按照周期序數(shù)一二三四五六七，元素種類數(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?！咎骄俊?2)元素周期表共有多少個列？各列的價層電子數(shù)各為多少？同列元素價層電子數(shù)是否相等？元素周期表可分為哪些族？族序有什么規(guī)律？答：元素周期表共有18個列。從左向右，第1~12列中，除第3列中的鑭系和錒系以外，其他的價層電子數(shù)都等于列數(shù)；第13~18列中，除第18列中的氦以外，其他的價層電子數(shù)都等于列數(shù)減10。除了鑭系、錒系和氦以外，同列元素價層電子數(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、ⅡA族；ⅢB族→ⅦB族；Ⅷ族；IB族、ⅡB族；ⅢA族→ⅦA族；0族。【探究】(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)內(nèi)（如圖118）？答：從原子結(jié)構(gòu)方面來說，元素周期表中右上角三角區(qū)的元素，大多數(shù)的價層電子排布為ns2np16(He除外),價層電子數(shù)較大，得電子相對容易，失電子相對困難。從元素周期表中元素性質(zhì)遞變規(guī)律來說，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)?！居懻摗?1)為什么副族元素又稱為過渡元素？過渡元素價層電子數(shù)跟它們的族序數(shù)有什么關(guān)系？寫出它們的價層電子排布通式答：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渡的區(qū)域，因此副族元素又稱為過渡元素。過渡元素價層電子數(shù)跟它們的族序數(shù)的關(guān)系是：第ⅢB族到第ⅦB族元素的價層電子數(shù)等于它們的族序數(shù)；第Ⅷ族有3列元素，其族序數(shù)等于該族的第1列元素的價層電子數(shù)；第IB族、第ⅡB族的族序數(shù)等于它們的最外層電子數(shù)。過渡元素的價層電子排布通式為(n1)d110ns12(除鑭系和錒系)?！居懻摗?2)按照核外電子排布，可把元素周期表劃分成5個區(qū)，如圖119所示。除ds區(qū)外，各區(qū)的名稱來自按構(gòu)造原理最后填入電子的能級的符號。s區(qū)、d區(qū)和p區(qū)分別有幾個列？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)元素的價層電子排布通式為ns12,d區(qū)元素的價層電子排布通式為(n1)d19ns12,ds區(qū)元素的價層電子排布通式為(n1)d10ns12,它們的最外層電子數(shù)均不超過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。【討論】(3)處于非金屬與金屬分界線附近的元素常被稱為半金屬或類金屬，為什么？答：由于元素的金屬性和非金屬性之間并沒有嚴(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，因此這些元素常被稱為半金屬或類金屬?！居懻摗?4)在周期表里找出Cr和Cu的價層電子。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)原子電子排布不符合構(gòu)造原理？答：Cr的價層電子排布式為3d54s1,Cu的價層電子排布式為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?！居懻摗?5)預(yù)言119號元素基態(tài)原子最外層電子排布；預(yù)言第八周期有多少種元素。答：119號元素應(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;周期分別為一、二、三、四、五、六、七，元素種數(shù)分別為2×12、2×22、2×22、2×32、2×32、2×42、2×42,以此預(yù)測第八周期元素種數(shù)為2×52=50(種)?！菊n后鞏固】1.（易）元素周期表中鉍元素的數(shù)據(jù)見右圖，下列說法中，正確的是（）A.鉍元素的質(zhì)量數(shù)是209.0B.鉍原子的價層電子排布是6s26p3C.鉍原子的6p能級有一個未成對電子D鉍原子的最外層有5個能量相同的電子【答案】B【解析】Bi元素的相對原子質(zhì)量為209.0，A錯誤；鉍原子的價層電子排布為6s26p3,6p軌道的3個電子排布在3個不同的原子軌道，故有3個未成對電子，B正確，C錯誤；鉍原子最外層有5個電子，6s軌道和6p軌道上電子的能量不同，D錯誤。2.（易）下列說法中，正確的是（）A.所有非金屬元素都分布在p區(qū)B.最外層電子數(shù)為2的元素都分布在s區(qū)C.元素周期表中從第ⅢB族到第ⅡB族的10個縱列的元素都是金屬元素D.第四周期的金屬元素從左到右，元素的金屬性依次減弱【答案】C【解析】除H元素外，其余非金屬元素都分布在p區(qū)，H元素處于s區(qū)，A錯誤；最外層電子數(shù)為2的元素不一定分布在s區(qū)，如He在p區(qū)，Zn等過渡金屬元素在ds區(qū)，B錯誤；第四周期主族金屬元素從左到右，金屬性依次減弱，但中間的過渡金屬元素則不一定，D錯誤。3.（易）下列關(guān)于金屬鉻的敘述中不正確的是（）A.鉻元素在周期表中處于第四周期第ⅥB族B.鉻原子的外圍電子排布為3d44s2C.鉻原子中，質(zhì)子數(shù)為24D.鉻元素位于元素周期表的d區(qū)，是過渡元素【答案】B【解析】鉻原子的外圍電子排布為3d54s1,B錯誤。4.（易）(不定項)鋰原子比鎂原子少1個電子層，最外層電子數(shù)也比鎂原子少1,在周期表中鋰和鎂的位置存在“對角線”關(guān)系，存在“對角線”關(guān)系的元素性質(zhì)有相似性。下列關(guān)于鋰的判斷可能正確的是（）A.Li能在空氣中燃燒B.Li2O熔點較低C.Li2CO3易溶于水D.LiOH受熱時易分解【答案】AD【解析】A.Li與Mg的性質(zhì)相似，可以在空氣中燃燒生成Li2O,故A正確；B.MgO熔點很高，可以用作耐火材料，而MgO、Li2O都屬于離子化合物，其熔點也應(yīng)很高，故B錯誤；C.碳酸鎂微溶于水，Li2CO3與碳酸鎂性質(zhì)相似，不易溶于水，故C錯誤；D.LiOH與Mg(OH)2性質(zhì)相似，Mg(OH)2受熱易分解，所以LiOH受熱也易分解為氧化鋰與水，故D正確。5.（中）（不定項）關(guān)于周期表中各區(qū)元素的原子結(jié)構(gòu)及性質(zhì)的敘述正確的是（）A.s區(qū)元素最外層電子數(shù)為1~2個，既有金屬元素，也有非金屬元素B.金屬元素全在d區(qū)、ds區(qū)C.p區(qū)元素最外層電子數(shù)為1~6個，既有金屬元素，也有非金屬元素D.過渡元素指d區(qū)和ds區(qū)元素，最外層電子數(shù)為1~2個，均為金屬元素【答案】AD【解析】A中s區(qū)元素最外層電子數(shù)為1~2個，主要是金屬元素，也有非金屬元素，如氫；B中，金屬元素在s和p區(qū)也存在；C中，p區(qū)元素最外層電子數(shù)從3開始；AD正確。6.（中）下列敘述正確的是（）A.可能存在基態(tài)核外電子排布為1s22s22p63s23p64s24p1的原子B.在氫原子的電子云圖中，小黑點的疏密程度表示電子在該區(qū)域出現(xiàn)的概率密度C.當(dāng)電子排布在同一能級的不同軌道時，總是優(yōu)先單獨占據(jù)一個軌道，而且自旋方向相反D.1個原子軌道里最多只能容納2個電子，而且自旋方向相同【答案】B【解析】A中原子的核外電子排布應(yīng)該為1s22s22p63s23p63d14s2;當(dāng)電子排布在同一能級的不同軌道時，總優(yōu)先單獨占據(jù)一個軌道，而且自旋方向相同；一個原子軌道里最多只能容納2個電子，且自旋方向相反，所以A、C、D錯誤。7.（中）下列各組中的X和Y兩種微粒，化學(xué)性質(zhì)一定相似的是()A.結(jié)構(gòu)示意圖：X為，Y為B.X原子的核外電子排布式為1s2,Y原子的核外電子排布式為1s22s2C.X原子的2p能級上有3個電子，Y原子的3p能級上有3個電子D.X原子核外M層上僅有2個電子，Y原子核外N層上僅有2個電子【答案】C【解析】A.是Ne,屬于稀有氣體，性質(zhì)穩(wěn)定，Y是鈉離子，較穩(wěn)定，但是具有一定的氧化性，二者化學(xué)性質(zhì)不相似，故A錯誤；B.X原子為He,性質(zhì)穩(wěn)定，Y原子為Be,性質(zhì)較為活潑，二者化學(xué)性質(zhì)不相似，故B錯誤；C.X原子為N,Y原子為P,二者位于同一主族，最外層電子數(shù)相同，化學(xué)性質(zhì)相似，故C正確；D.X原子為Mg,Y原子可能為Ca、Sc、Ti等，二者化學(xué)性質(zhì)不一定相似，故D錯誤。8.（難）(不定項)有關(guān)元素X、Y、Z、W的信息如下：元素信息X所在主族序數(shù)與所在周期序數(shù)之差為4Y最高價氧化物對應(yīng)的水化物為強(qiáng)電解質(zhì)，能電離出電子數(shù)相等的陰、陽離子Z單質(zhì)是生活中常見的物質(zhì)，其制品在潮濕空氣中易被腐蝕或損壞W基態(tài)原子核外5個能級上有電子，且最后的能級上只有1個電子下列說法不正確的是（）A.原子半徑：Y>W>XB.Z3+的最外層電子排布式為3s23p63d5C.Y的單質(zhì)在X2氣體中燃燒，所得生成物的陰、陽離子個數(shù)比為1:1D.W的單質(zhì)能溶于Y的最高價氧化物的水化物的水溶液中，若反應(yīng)中轉(zhuǎn)移0.3mol電子，則消耗氧化劑1.8g【答案】CD【解析】X所在主族序數(shù)與所在周期序數(shù)之差為4,則在第2周期時，在第ⅥA族，即X為O元素，在第3周期時，在第ⅦA族，即X為Cl元素；Y的最高價氧化物對應(yīng)的水化物為強(qiáng)電解質(zhì)，且能電離出電子數(shù)相等的陰、陽離子，即NaOH=Na++OH,所以Y為Na元素；Z的單質(zhì)是生活中常見的物質(zhì)，其制品在潮濕空氣中易被腐蝕或損壞，則Z為Fe元素；W基態(tài)原子核外5個能級上有電子，且最后的能級上只有一個電子，即1s22s22p63s23p1,則W為Al。A.電子層數(shù)越多，半徑越大，電子層數(shù)相同，原子序數(shù)越大，半徑越小，原子半徑：Y>W>X,故A正確；B.鐵為26號元素，Z3+的最外層電子排布式為3s23p63d5,故B正確；C.鈉的單質(zhì)在氧氣或氯氣中燃燒，所得生成物為過氧化鈉或氯化鈉，其中過氧化鈉的陰、陽離子個數(shù)比為1:2,故C錯誤；D.W的單質(zhì)能溶于Y的最高價氧化物的水化物的水溶液中，2Al+2NaOH+