第四章第一节原子结构与元素周期表 课件 2023-2024学年高一上学期化学人教版（2019）必修第一册

第四章 物质结构 元素周期律 第一节 原子结构与元素周期表 第一课时 原子结构 原子结构模型的演变 一、原子结构 1、原子结构的发展史 (1）1803年 道尔顿（英） 原子是坚实的、微小的、不可再分的实心球体 (2）1904年，英国物理学家汤姆生 汤姆孙原子模型（1904年）：原子是一个平均分布着正电荷的粒子，其中镶嵌着许多电子，中和了正电荷，从而形成了中性原子。 (3）1911年，英国物理学家卢瑟福 卢瑟福原子模型（1911年）：在原子的中心有一个带正电荷的核，它的质量几乎等于原子的全部质量，电子在它的周围沿着不同的轨道运转，就像行星环绕太阳运转一样。 (4）1913年，丹麦科学家玻尔行星轨道的原子结构模型 玻尔原子模型：电子在原子核外空间的一定轨道上绕核做高速圆周运动。 (5）1926年，奥地利物理学家薛定谔等以量子力学为基础提出电子云模型 电子云模型：现代物质结构学说。电子在原子核外很小的空间内做高速运动，其运动规律与一般物体不同，没有确定的轨道。 2. 原子结构 原子 原子核 核外电子 质子 中子 带正电 带正电 不显电性 带负电 不带电 质量数（A）＝质子数（Z）+中子数（N） ±a x± b 电荷数 原子数 质子数（Z） 质量数（A） 化合价 3. 质量数 原子的质量主要集中在　　 　　上，质子和中子的相对质量都近似为1，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，所得的数值即为　 　　　，用符号　　　表示。   原子核 质量数　 A 练一练： （1） 核内的质子数为 ，中子数为 ；核外电子数为 。 （2） 核内的质子数为 ，中子数为 ；核外电子数为 。 （3） 核内的质子数为 ，中子数为 ；核外电子数为 。 注意：电性关系 原子：质子数(Z)＝核外电子数 阴离子(Rn－)：质子数(Z)＝核外电子数－n 阳离子(Rn＋)：质子数(Z)＝核外电子数＋n 8 18 10 8 11 12 10 17 18 课堂练习： 1. 对于Fe、Fe2+、Fe3+三种粒子的判断不正确的是（ ） A. 核电荷数相同 B. 电子数相同 C. 属于同一种元素 D. 质子数相同 2. 和 具有相同的（ ） A. 质量数 B. 质子数 C. 电子数 D. 中子数 B D 3. 质子数和中子数相同的原子A，其阳离子An+核外共有x个电子，则A的质量数为（ ） A. 2（x+n） B. 2（x-n） C. 2x D. n+2 A 二、原子核外的电子排布 1. 电子层 （1）含义：在含有多个电子的原子里，电子分别在 的区域内运动，人们把不同区域简化为 的 壳层，称之为 。 （2）特点 电子在原子核外是分层运动的（又称分层排布），能量低的电子在离核较近的区域运动，能量高的电子在离核较远的区域运动。 能量不同 不连续 电子层 2. 不同电子层的表示及能量关系 各电子层由内到外 电子层序数n 1 2 3 4 5 6 7 电子层符号 ___ ___ ___ ___ ___ ___ ___ 离核远近 由____到____ 能量高低 由 到____ 远 K L M N O P Q 低 高 近 3. 原子核外电子排布的一般规律 （1）能量最低原理： 核外电子总是尽可能的先排布 的电子层上，然后 依次排布在 的电子层上。即按K→L→M→N→……顺序排列。 那么，每个电子层最多可以排布多少个电子呢？ 能量最低 由内向外 能量较高 下表是稀有气体元素原子的电子层排布，从中你能发现什么规律？请思考并回答下列问题。 （1）当K层为最外层时，最多能容纳的电子数是多少？除了K层，其他各层为最外层时，最多能容纳的电子数是多少？ （2）次外层最多容纳的电子数是多少？ （3）你能归纳出第n层最多能容纳的电子数吗？ （4）请你根据所归纳的规律，用原子结构示意图表示核电荷数为1~20号元素原子的核外电子排布。 2 8 18 2n2 下表是稀有气体元素原子的电子层排布，从中你能发现什么规律？请思考并回答下列问题。 （1）原子的核外电子排布规律： ①每层最多容纳 个电子；如K、L、M、N层最多容纳的电子数分别为2、8、18、32。 ②最外层电子数目不超过 个（K层为最外层时不超过 个）； ③次外层电子数目不超过 个； ④倒数第三层电子数目不超过 个。 2n2 8 18 32 2 根据上述规律，写出33号元素的原子结构示意图 课堂练习 1. 某元素的原子核外有三个电子层，M层的电子数是L层电子数的 1/2，则该元素的原子是（ ） A.Li B.Si C.Al D.K 2. 下面关于多电子原子核外电子的运动规律的叙述正确的是（ ） A．核外电子是分层运动的 　　　 B．所有电子在同一区域里运动 C．能量高的电子在离核近的区域运动 D．能量低的电子在离核远的区域绕核旋转 B A 3. 已知A、B、C三种元素的原子中，质子数为A<B<C，且都小于18，A元素的原子最外层电子数是次外层电子数的2倍；B元素的原子核外M层电子数是L层电子数的一半；C元素的原子次外层电子数比最外层电子数多1个。试推断： （1）三种元素的名称和符号：A　　　　,B　　　　,C　　　　。  （2）画出三种元素的原子结构示意图：A　　　　,B　　　　,C　　　　。  碳 C　 硅 Si　 氯 Cl 物质结构 元素周期律 第1节 原子结构与元素周期表 第2课时 元素周期表 核素 第四章 1．元素周期表的发展历程 一、元素周期表 原子序数=核电荷数=质子数=核外电子数 1.按______________递增的顺序从左到右排列 2.将_____________的元素排成一个横行 3.把__________________的元素排成一个纵列 原子的核电荷数 电子层数相同 最外层电子数相同 2．元素周期表的片编排原则 7 16 周期： 个 （共 个横行） 主族： 个 周 期 表 族： 个 （共 个纵行） 副族： 个 第Ⅷ族：（包括 个纵行） 族：1个（稀有气体) 7 7 3 0 7 （IA～VIIA） IB～VIIB、 18 一二 三 周期 周期 四五六七 ( )种元素 短 长 18 18 8 8 2 32 周期 周期 周期 周期 周期 周期 周期 ( )种元素 ( )种元素 ( )种元素 ( )种元素 ( )种元素 ( )种元素 32 3．元素周期表的结构 (1)周期(1个横行作为1个周期） (2)族（纵列） 一列作为1个族 周期序数=电子层数 族序数=最外层电子数 ⅠA 第Ⅷ族 ⅡA ⅢA ⅣA ⅤA ⅥA ⅦA ⅠB ⅡB ⅢB ⅣB ⅤB ⅥB ⅦB 0族 碱金属元素 第ⅠA族，除氢外。 卤族元素 第ⅦA族 填写下表，并思考周期序数与元素的原子核外电子层数之间的关系 周期序数 起止元素 包括元素种数 核外电子层数 1 H～He 2 1 2 3 4 5 6 7 Fr～Og 7 Li～Ne 8 2 Na～Ar 8 3 K～Kr 18 4 Rb～Xe 18 5 Cs～Rn 32 6 32 周期序数=电子层数 短周期 长周期 【思考】元素周期表中的每个方格中，一般都标有元素的基本信息，如原子序数、元素符号、元素名称等等。根据需要，有的周期表格中还标有质量数等信息。 二、核素 同位素 1、元素：我们知道，元素是具有相同核电荷数（或质子数）的同一 类原子的总称。 也就是说，同种元素的原子核中质子数是相同的，但结果证明，同种元素原 子的原子核中，中子数却不相同。 氢元素的原子有三种不同的组成 概念：具有一定数目质子和一定数目中子的一种原子叫做核素， 表示方法--原子符号 例如： 就是氢元素的不同核素，各自为一种核素 2.核素 ZX A A：质量数，Z质子数 3.同位素 概念：质子数相同而中子数不同的同一种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称为同位素。 （即同一元素的不同核素互称同位素） 质子数相同 中子数不同 质子数相同 中子数不同 互为同位素 判断是不是互为同位素的方法。 化学性质几乎相同，物理性质略有差异。 核素1 核素n 同位素 元 素 … 4、同位素的应用 5、同位素特点：物理性质有所不同，化学性质基本相同。 1、作核燃料：作制造核武器的动力性材料（235U） 2、金属探伤：利用γ射线的贯穿本领，可以检查金属内部有没有沙眼和裂纹。 3、射线育种：利用放射性同位素的射线对遗传物质产生影响，提高基因突变频率，从而选育出优良品种。 4、临床治癌：利用放射性同位素的射线杀伤癌细胞或阻止癌细胞分裂。 5、环保治污：利用放射性同位素的射线可消毒灭菌，杀死各种病原体从而能保护环境使其少受污染。 6、同位素的应用 元素 核素 同位素 同素异形体 本质 范畴 特性 决定因素 举例 质子数相同的一类原子 质子数、中子数都一定的原子 质子数相同、中子数不同的核素 同种元素形成的不同单质 同类原子 原子 原子 单质 只有种类，没有个数 化学反应中的最小微粒 化学性质几乎完全相同 元素相同 性质不同 质子数 质子数、中子数 质子数、中子数 组成元素、结构 H、C、O 三种元素 1H 1 1H 2 1H 3 三种核素 1H 1 1H 2 1H 3 互称同位素 O2、O3互为同素异形体 项目 内容 7.元素、核素、同位素和同素异形体的区别 解析：第ⅢB族中包含镧系与锕系元素，共有32种元素，A项正确；元素周期表中共有18个纵行，16个族，B项错误；副族元素全部为金属元素，C项错误；第ⅡA族与第ⅢA族之间隔着7个副族和一个第Ⅷ族(3个纵行)共10个纵行，D项错误。 A 课堂练习 A 课堂练习 C 课堂练习 第1节　原子结构与元素周期表 第四章 第3课时 原子结构与元素性质——碱金属 微信公众号：杨sir化学 最终版可联系购买 第四章　物质结构 元素周期律 一般金属元素最外层电子数≤4，具有金属性； 非金属元素最外层电子数≥4，具有非金属性。 温故求新 Rb 1、碱金属元素单质 碱金属单质 颜色和状态 密度 (g.cm3) 熔点 (℃) 沸点(℃) Li 银白色，柔软 0.534 180.5 1347 Na 银白色，柔软 0.97 97.81 882.9 K 银白色，柔软 0.86 63.65 774 Rb 银白色，柔软 1.532 38.89 688 Cs 略带金属光泽，柔软 1.879 28.40 678.4 最轻的金属，保存在石蜡里 密度反常，比钠的密度小 熔沸点逐渐降低 1、碱金属元素的物理性质的相似性和递变性 碱金属元素的主要物理性质 1、相似性：都比较柔软，银白色 （铯除外） 密度都比较小， 熔点也都比较低， 2、递变性：密度依次增大 （K反常小）； 熔沸点依次降低。 一、 碱 金 属 元 素 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 碱 金 属 元 素 锂 0.152 钠 0.186 钾 0.227 铷 0.248 铯 0.265 Na K Rb Li Cs 3 11 19 37 55 1 1 1 1 1 2 3 4 5 6 +3 222 11 +11 22 88 1 +19 22 8 8 1 +37 2 8 188 8 1 +55 2 8 18 18 8 11 我们把ⅠA 称为碱金属元素，我们为什么要把他们编在一个族呢？请同学们画出碱金属的原子结构示意图，分析碱金属原子结构的共同之处 ？这种内在的联系是什么呢？ 1、碱金属元素结构 (1) 在周期表中，从上到下碱金属元素原子的核电荷数、原子半径的变化有什么特点？ (2) 观察碱金属元素的原子结构示意图，它们的原子核外电子排布有什么特点？从哪一点能够推断出碱金属元素的化学性质具有相似性？ 1.相似性: 2.递变性: 最外层上均有 1 个电子 从Li到Cs 核电荷数 电子层数 原子半径 【实验探究】P94 【问题和预测】 （1）回忆第二章学过的知识，钠有哪些化学性质？ （2）结合锂、钠和钾的原子结构特点，请你预测锂、钾可能具有哪些与钠相似的化学性质。 与O2、水、酸、盐溶液反应 与钠相似。与O2、水、酸、盐溶液反应 38 2、碱金属的化学性质 （1）钠、钾与氧反应对比 Na K 【实验1】碱金属与O2的反应 现象：剧烈燃烧 发出紫色火焰 结论：K比Na反应更快更剧烈 现象：剧烈燃烧 发出黄色火焰 生成淡黄色固体 2Na+O2==Na2O2（过氧化钠，复杂氧化物） K+O2 == KO2 （超氧化钾，复杂氧化物 Rb、Cs燃烧更剧烈，氧化产物更复杂 2Na+O2==Na2O2（过氧化钠，复杂氧化物） K+O2 == KO2 （超氧化钾，复杂氧化物） 钾与氧气反应生成多种氧化物，该反应只是其中一个 4Li +O2==2Li2O （氧化锂） 碱金属元素的化学性质的递变性 单质 与氧气反应 反应程度 Li Na K Rb Cs 更为复杂 K2O、K2O2、KO2 Li2O 更为复杂 Na2O、Na2O2 越来越剧烈 ①与O2的反应 浮、熔、游、响、红 浮、熔、游、响、烧、爆、红 结论：K与水反应可能会轻微爆炸，Li到Cs，与水反应越来越剧烈 2Na+2H2O=2NaOH+H2 ↑ 2K+2H2O=2KOH+H2↑ （2）钠、钾与水的反应对比 2Na + 2H2O ＝ 2NaOH + H2↑ 2K + 2H2O ＝ 2KOH + H2↑ 2Rb+ 2H2O ＝2RbOH + H2↑ 2Cs + 2H2O ＝ 2 CsOH + H2↑ 2Li + 2H2O ＝ 2LiOH + H2↑ 最高价氧化物 对应的水化物 强碱 弱碱 强碱 强碱 强碱 缓慢 浮融游响红 爆炸 轻微爆炸 剧烈爆炸 相似性：都能与O2、H2O反应 递变性：从从Li到Cs，反应越来越剧烈，元素金属性越来越强，单质还原性越来越强，最高价氧化物对应的水化物的碱性越来越强。 ②与水的反应 CsOH的碱性最强。 Li Na K Rb Cs 1.相似性: 都易失电子表现强还原性 化合物中均为+1价 （3）碱金属性质的递变规律及原因 2.递变性: 核电荷数 电子层数 失电子能力 原子半径 化学性质相似 最外层上都只有1个电子 核对最外层电子的引力 从Li到Cs 元素的金属性逐渐增强 单质的还原性逐渐增强 与O2、水等反应更快更剧烈 金属性：指元素失去电子的能力，若越容易失去电子，金属性则越强 元素金属性强弱判断依据： 金属性强弱比较： 1.根据金属活动顺序表 2.与水或酸反应，反应越剧烈，说明金属性越强 3.最高价氧化物对应水化物的碱性，碱性越强，其金属性越强 4.同主族从上到下，金属性增强 (1) 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 1.69 g·L－1(15 ℃) －219.6 －188.1 Cl2 黄绿色气体 3.214 g·L－1(0 ℃) －101 －34.6 Br2 深红棕色液体 3.119 g·cm－3(20 ℃) －7.2 58.78 I2 紫黑色固体 4.93 g·cm－3 113.5 184.4 分析上表可知，从F2到I2，颜色逐渐 ，熔、沸点逐渐 ，密度逐渐 ，水溶性逐渐 。 加深 增大 升高 减小 2、卤族元素 一、结构的相似性与递变性 1、相似性：最外层电子数相同，都为7. 2、递变性：从F到 I，核电荷数逐渐增大，电子层数逐渐增多，原子半径逐渐增大。 根据卤素原子结构， 推测 氟、氯、溴、碘在化学性质上所表现的相似性和递变性？ （2）卤素单质与氢气的反应。 卤素单质 反应条件 化学方程式 产物稳定性 F2 Cl2 Br2 I2 暗处 H2＋F2===2HF 很稳定 光照或点燃 较稳定 加热 不如氯化氢稳定 不断加热 不稳定 从F2到I2，与H2反应所需要的条件逐渐 ， 反应剧烈程度依次 ， 生成气态氢化物的稳定性依次 ， HF>HCl>HBr>HI 卤素的非金属性逐渐 ， 升高 减弱 减弱 减弱 ⇌ 加氯水变橙色， 加CCl4液体分层,下层红棕色 上层无色。 2KBr+Cl2= 2KCl +Br2 加氯水变红棕色， 加CCl4液体分层,下层紫色 上层无色。 2KI + Cl2 = 2KCl + I2 加溴水变褐色，加CCl4液体分层,下层紫色,上层无色。 Br2 + 2KI = 2KBr + I2 (2) 卤素单质间的置换反应(实验4-1) 【实验4-1】 单质 常温下单质颜色和状态 在水中 在CCl4中 Br2 深红棕色液体 黄→橙色 红棕色 (橙红色) I2 紫黑色固体 棕黄→棕褐色 紫(红)色 【拓展】Br2和I2在不同溶剂中的颜色 由上述实验可知，Cl2、Br2、I2 三种卤素单质的氧化性由强到弱的顺序是 ， 相应卤素离子的还原性由强到弱的顺序是 。 Cl2＞Br2＞I2 I－＞Br－＞Cl－ F Cl Br I （2）卤族性质的递变规律及原因 递变性: 核电荷数 电子层数 原子得电子能力减弱 原子半径 核对最外层电子的引力 从F2到I2 元素的非金属性逐渐减弱 单质的氧化性逐渐减弱 非金属性：指元素得到电子的能力，若越容易得电子，非金属性则越强 相似性;(1) 与H2反应：X2＋H2 === (2) 与活泼金属(如Na)反应：2Na＋X2 === (3) 与H2O反应 ① X2＋H2O === (X＝Cl、Br、I)； ② 例外：2F2＋2H2O===4HF＋O2。 2HX 2NaX HX＋HXO 同主族元素从上往下， 电子层数逐渐增多， 原子半径逐渐增大， 失电子能力逐渐增强， 得电子能力逐渐减弱， 所以金属性逐渐增强，非金属性逐渐减弱 （3）周期表中同主族元素的相似性与递变性 非金属性强弱的比较 1.和氢气反应的难易程度，与氢气反应越容易，说明非金属性越强 2.气态氢化物的稳定性：非金属性越强，气态氢化物越稳定 3.最高价氧化物对应水化物的酸性：酸性越强，其非金属性越强。 4.置换反应 溴的特性 深红棕色液体，是常温下唯一呈液态的非金属单质 溴有很强的腐蚀性，会腐蚀橡胶，密闭保存，加水液封 (4)、卤族元素对应单质的特殊性质 碘的特性 紫黑色固体，碘的蒸气呈紫色 易升华，用于分离、提纯碘晶体 碘（I2）单质遇淀粉变蓝色——用于碘、淀粉相互检验 (4)、卤族元素对应单质的特殊性质 实验操作 实验现象 化学方程式   静置后，液体分层，上层接近无色，下层呈_______ ________________________   静置后，液体分层，上层接近无色，下层呈_______ ____________________ 橙色 红棕色 2NaBr＋Cl2===Br2＋2NaCl 2KI＋Cl2===2KCl＋I2 (3) 卤素单质间的置换反应(实验4-1) 【实验4-1】   静置后，液体分层，上层接近无色，下层呈_______ _____________________ 结论 从Cl2→I2氧化性逐渐_____ 褐色 Br2＋2KI===2KBr＋I2 减弱 【实验4-1】 由上述实验可知，Cl2、Br2、I2 三种卤素单质的氧化性由强到弱的顺序是 ， 相应卤素离子的还原性由强到弱的顺序是 。 Cl2＞Br2＞I2 I－＞Br－＞Cl－ 1．随着碱金属元素原子序数的增大，下列递变规律正确的是(　　) A．原子半径逐渐增大 B．碱性逐渐减弱 C．单质熔、沸点逐渐升高 D．单质的氧化性逐渐增强 【课后练习】 A 2．下列关于碱金属的叙述正确的是(　　) A．钾与氧气或水反应比钠的反应剧烈，铷、铯的反应更剧烈 B．碱金属的密度随着原子序数的递增逐渐减小 C．碱金属元素的最高价氧化物对应的水化物的碱性随着原子序数的 递增依次减弱 D．碱金属元素的阳离子的氧化性随着原子序数的递增依次增强 A 57 3．关于铯及其化合物的以下各种说法中不正确的是(　　) A．氢氧化铯是一种强碱，比KOH的碱性强 B．铯与水或酸溶液反应剧烈，都生成氢气 C．Cs的还原性比Na强，故Na＋的氧化性强于Cs＋ D．Al的金属性大于Cs的金属性 【课后练习】 D 4．随着卤族元素原子序数递增，下列说法正确的是( ) A．单质的熔、沸点逐渐降低 B．最高价氧化物对应水化物的酸性逐渐减弱(F除外) C．单质的氧化性逐渐增强 D．气态氢化物的稳定性逐渐增强 B 原子 名称 原子符号(X) 氢元素的原子核 质子数(Z) 中子数(N) 氕 H 1 0 氘 H或D 1 1 氚 H或T 1 2 3．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．副族元素既有金属元素又有非金属元素 D．第ⅡA族与第ⅢA族相邻 解析：eq \o\al(60,27)Co表示质量数是60，质子数是27的一种原子。 eq \o\al(60,27)Co在农业上常用于辐射育种。该原子的质子数是 (　　) A．27　　　 B．33　　　 C．60　　　 D．87 7．同位素eq \o\al(209,83)Bi的原子核内中子数与核外电子数之差是 (　　) A．83 B．126 C．43 D．209 解析：eq \o\al(209,83)Bi的质量数是209，质子数是83，核外电子数等于质子数为83；中子数为209－83＝126，中子数与核外电子数之差是126－83＝43。 H2＋Cl22HCl H2＋Br22HBr H2＋I22HI $$