4.1 原子结构与元素周期表 课件 2024-2025学年高一上学期化学人教版（2019）必修第一册

五、物质结构 元素周期律 1.了解原子的组成，了解元素、同位素、质量数和原子序数的概念； 2.了解原子核外电子的排布规律，能正确书写原子结构示意图（1-18号元素）； 3.了解原子结构和元素性质的关系； 4.了解元素周期表的结构，能运用元素周期律，认识主族元素的性质递变规律； 5.了解化学键的概念，了解离子键和共价键的概念；能判断化合物的价键类型。 7.了解离子化合物和共价化合物； 8.了解极性键和非极性键的概念。 第一节 原子结构 一、原子的构成 原子序数： 把已发现的112种元素按核电荷数（质子数）由小到大依次递增的顺序排列起来，得到的顺序号就称为原子序数。 原子序数＝核电荷数＝质子数＝核外电子数 质量数（A）＝质子数（Z）＋中子数（N） X A Z c+ d AZcd分别代表什么？ 质量数 质子数 离子价态 原子个数 二、同位素 同位素：质子数相同而中子数不同的同一元素的原子互称为同位素。 几乎所有的元素都有同位素，它们的化学性质相同 元素：具有相同质子数（核电荷数）的同一类原子的总称。 氢元素的3种原子构成示意图 氕（pie） 氘（dao） 氚（chuan） H D T 氢 重氢 超重氢 练习： 1.下列各组中属于同位素关系的是 （ ） A. 与 B.T2O与H2O C. 与 D.金刚石与石墨 2. 请比较题中前后两个数值的相对大小：188O和168O原子的核外电子 ( ) A.大于 B.小于 C.等于 D.不能肯定 3. 下列微粒中，①18O；②12C；③26Mg；④40K；⑤40Ca，中子数和质子数相等的是( ) A.①② B.②⑤ C.只有④ D.③④ 6.所有氢原子的原子核都是由1个质子组成的。（ ） 7.人们已经知道了110多种元素，每种元素都只有一种原子，所以人们也就知道了110多种原子。（ ） 4．146C的放射性可用于考古断代，根据测定出土文物标本中的146C含量，就可以推算出文物的年代。146C的中子数是 。 5．在3517Cl原子中含有 个质子， 个中子；它的原子结构示意图为 。 第二节 原子核外电子排布 1.核外电子的特点 （1）在化学反应中，原子核并不发生变化，发生变化的只有原子核外的电子 （2）电子决定物质的化学性质 （3）电子绕原子核进行高速旋转运动，速度1.5*108m/s，接近光速，运动无规律 （4）一个电子带一个单位的负电荷 （5）电子质量非常的小 2.核外电子排布规律 （1）电子排布特点 （1）在含有多个电子的原子中，电子的能量不同 （2）能量低的电子在离核近的区域运动 （3）能量高的电子在离核远的区域运动 （4）把电子看作是在能量不同的电子层上运动 （5）离核最近的叫第一层，稍微远的叫第二层，以此类推 （6）电子层用n表示，总共有七层 电子层（n）： 一（能量最低） 二 三 四 五 六 七 对应表示符号： K L M N O P Q N M L K 原子核 每一层最多容纳的电子数为2n2 电子总是尽先排布在能量最低的电子层里，再由里往外 2→ 8 → 32→ 18→ 2n2 最外层电子数不超过8个电子（当第一层为最外层时，不超过2个） 次外层不超过18个电子，倒数第三层不超过32个 （2）核外电子排布规律 （3）原子的结构示意图 如钠原子的结构示意图： 原子核 核内质子数或核电荷数 粒子符号 M层电子数 电子层 1-18号元素原子结构示意图 第三节　元素周期律 有些元素的性质相似，有些又很不相同。 元素之间有什么相互联系和内部规律？ 2 3 1→8 1→8 0.186nm 0.099nm 大 小 +1 +7 -4 -1 0 元素金属性递变规律探究 Na、Mg、Al金属性递变规律？ 金属活动性顺序表:Na>Mg>Al 元素金属性强弱的依据 ①元素单质越容易从水或酸中置换出氢气,金属性越强。 ②元素最高价氧化物对应的水化物碱性越强,金属性越强。 ①元素单质越容易从水或酸中置换出氢气,金属性越强。 由实验视频及实验现象可知，从水或酸中置换出氢气，钠最容易，镁次之，铝相比镁而言比较缓慢。可以推出金属性： Na Mg Al ②元素最高价氧化物对应的水化物碱性越强,金属性越强。 资料：大量实验证明：NaOH是强碱，Mg(OH)2是中强碱，Al(OH)3是两性氢氧化物，由此可以得出金属性： Na Mg Al 元素非金属性递变规律探究 元素非金属性强弱依据 ②非金属单质与氢气反应越容易，元素的非金属性越强 ③气态氢化物越稳定对应元素的非金属性越强 ①最高价氧化物对应的水化物--最高价含氧酸的酸性越强对应元素的非金属性越强 资料1： 原子序数 14 15 16 17 元素符号 Si P S Cl 最高价氧化物对应水化物的酸性 H2SiO3 弱酸 H3PO4中强酸 H2SO4强酸 HClO4强酸 酸性比硫酸强 酸性： H4SiO4 < H3PO4 < H2SO4< HClO4 资料2： 由资料1、2可推出非金属性： Si < P < S < Cl 原子序数 15 16 17 元素符号 P S Cl 单质与H2化合的难易 气态氢化物的稳定性 光照或点燃，反应剧烈 磷蒸气 加热 PH3不稳定 稳定 HCl H2S在较高温度下分解 同周期主族元素金属性、非金属性递变规律 Na Mg Al Si P S Cl 金属性逐渐减弱，非金属性逐渐增强 解释： 同周期元素，电子层数相同，从左至右，核电荷数依次增多，原子半径逐渐减小，失电子能力逐渐减弱，得电子能力逐渐增强。 其它周期主族元素具有同样的规律，为什么？ 元素周期律 每隔一定数目的元素后，就重复出现相似的变化趋势，这种规律，叫做周期性变化。 元素的性质随着原子序数的递增而呈周期性变化。这个规律叫做元素周期律。 元素周期律的发现证明： 元素与元素之间有一定的联系，世间万物之间有一定的内部联系 思考：这些元素之间存在哪些规律？ 第四节 元素周期表 1869年，俄国化学家门捷列夫将元素按照相对原子质量由小到大依次排列，通过分类归纳，制出了第一张元素周期表，揭示了化学元素间的内在联系，使其构成了一个完整的体系，成为化学发展史上重要的里程碑之一。 1869年2月 门捷列夫(俄)的第一张周期表  1871年门捷列夫(俄)的第二张周期表  立式周期表 螺旋式 环式 放射式 层式 透视式 展示电子排布的周期表 元素周期表 —— 远景版 元素周期表 —— 塔型 常用长式元素周期表 元素周期表 —— 性质版 最新的周期表  118种元素 原子序数 (1)含义：按照元素在周期表中的顺序给元素编号。 (2)原子序数与原子结构的关系： 原子序数＝核电荷数＝ 数＝ 数 元素周期表中元素相关信息 质子 核外电子 元素周期表编排原则 2.把电子层数相同的元素按原子序数递增的顺序由左到右排成一个横排。 3.把不同横行中最外层电子数相同的元素按电子层数递增的顺序由上到下排成纵行。 1.目前已知112种元素，分成金属元素（90种）和非金属元素（22种） 元素周期表中的横行叫做周期： 具有相同电子层数，按照原子序数递增的顺序排列的一系列元素，称为一个周期。 有7个横行，共有7个周期，各周期的顺序称为周期序数。 周期序数=该周期元素原子的电子层数 元素周期表的结构 短周期 长周期 周期的序数=该周期元素具有的电子层数 不完全周期 周期 短周期 长周期 第1周期：2 种元素 第2周期：8 种元素 第3周期：8 种元素 第4周期：18 种元素 第5周期：18 种元素 第6周期：32 种元素 第7周期：26种元素 (镧系元素) (锕系元素) 周期序数 = 电子层数 （横行） 三长三短一不全 不完全周期 它们分别位于第几周期？为什么？ 【课堂练习】 元素周期表中的纵行叫做族 主族 主族 副族 0族 第八族 副族 过渡金属 族： 主族序数＝最外层电子数 将不同横行中最外层电子数相同的元素按电子层数递增的顺序由上到下排成纵行 （除第8、9、10三个纵行叫做第Ⅷ族外，其余每个纵行为一族）。 族 （纵行） 主族： 副族： ⅠA , ⅡA , ⅢA , ⅣA ,ⅤA , ⅥA , ⅦA 第Ⅷ族： 稀有气体元素 0族： 共七个主族，用罗马数字表示 ⅠB , ⅡB , ⅢB , ⅣB ,ⅤB , ⅥB , ⅦB 共七个副族 三个纵行(8、9、10），位于Ⅶ B 与ⅠB中间 主族序数=最外层电子数 七主七副零八族 元素周期表的结构小结 1.元素周期表中的横行叫做周期 共有7个周期，三长三短一不全 每一周期中元素的电子层数相同 周期的序数=该周期具有的电子层数 2.元素周期表中的纵行称为族 共有18个纵行，七主七副零八族 每族元素的最外层电子数相同 主族序数=最外层电子数 3.在族序数后标A的是主族，标B的是副族 稀有气体元素所在的族叫0族 第8、9、10纵行合为第八族 短周期 长周期 主族 主族 副族 副族 第VIII族 0族 碱金属元素 碱土金属元素 卤族元素 周期数=电子层数 主族序数=最外层电子数 填空 【课堂练习】 二、元素的性质与原子结构的关系 1.原子结构与元素的金属性和非金属性 金属元素的原子：最外层电子数一般少于4个，比较容易失去电子，显正化合价，如Na Fe Cu 非金属元素的原子：最外层电子数一般多于4个，比较容易得到电子，显负化合价，如H O N 元素的金属性：元素的原子失去电子显正价的能力 元素的非金属性：元素的原子得到电子显负价的能力 以NaCl为例子 Na容易失去一个电子变成Na+，显金属性 Cl容易得到一个电子变成Cl-，显非金属性 金属性与非金属性的强弱变化 在同一个周期中，各元素的电子层数相同，从左往右，元素的核电荷数递增，原子半径逐渐减小，原子核对最外层电子的吸引力逐渐增大，原子失去电子的能力逐渐减弱，元素的金属性逐渐减弱，得到电子的能力逐渐增强，元素的非金属性逐渐增强。 稀有气体非常稳定，不表现出金属性和非金属性。 举例： Na容易失去电子 Cl容易得到电子 同周期主族元素金属性、非金属性递变规律 Na Mg Al Si P S Cl 金属性逐渐减弱，非金属性逐渐增强 解释： 同周期元素，电子层数相同，从左至右，核电荷数依次增多，原子半径逐渐减小，失电子能力逐渐减弱，得电子能力逐渐增强。 其它周期主族元素具有同样的规律，为什么？ （1）由Li→Cs,与O2反应越来越剧烈,产物越来越复杂。 （2）由Li→Cs,与H2O反应越来越剧烈。 （3）最高价氧化物对应水化物的碱性：LiOH<NaOH<KOH<RbOH<CsOH。 结论：Li→Cs金属性逐渐增强 碱金属元素的递变性 结论： （1）反应条件：F2 Cl2，由易变难 （2）氢化物稳定性：HF>HCl>HBr>HI （3）单质氧化性：F2>Cl2>Br2>I2 卤族元素的递变性 同主族：元素金属性、非金属性的递变 Li Na K Rb Cs Fr F Cl Br I At IA ⅦA 金属性增强 非金属性减弱 金属性与非金属性的强弱变化 在同一主族元素中，从上到下，原子的电子层数逐渐增多，原子半径逐渐增大，原子核对最外层电子吸引力减小，核电荷数增加，吸引力增大，但原子半径的影响占主要作用，失去电子的能力逐渐增强，元素的金属性逐渐增加，得到电子的能力逐渐减弱，元素的非金属性逐渐减弱。 副族和第八族元素都是金属元素，其化学性质变化比较复杂，不做研究。 非金属区 金属区 既表现出金属性,又表现出非金属性。 周期表的左下方是 性最强的元素，是 元素(放射性元素除外)；右上方是 性最强的元素，是 元素；最后一个纵行是 元素。 金属 铯 非金属 氟 0族 元素的性质 元素周期表 （位置） 原子结构 族 周期 原子核 核外电子 7个主族A 7个副族B 1个第VIII族 1个零族 3个短周期 4个长周期 质子（元素） 中子（同位素） 原子半径 元素化合价 金属性 非金属性 原子核外电子排布 主族 IA IIA IIIA IVA VA VIA VIIA 周期 1 2 3 4 5 6 7 B As Te Si Sb Po Ge Al Be 金属 非金属 Li Na K Rr Cs At F Cl Br I 1 核外电子层数依次 增多 2 原子半径逐渐 增大 3 元素金属性逐渐 增强 1 核外电子层数依次 2 原子半径逐渐 3 元素 非金属性逐渐 减少 减小 增强 1 最外层电子数依次 2 原子半径逐渐 3 非金属性逐渐 增多 减小 增强 1 2 3 最外层电子数依次 原子半径逐渐 金属性逐渐 减少 增大 增强 原子半径减小，得电子能力增强，元素非金属性增强 原子半径增大、失电子能力增强、元素金属性增强 选词填空 选词填空 Na Mg Al Si P S Cl 2.原子结构与化合价 元素的化合价与原子的电子层结构有密切关系，特别是与最外电子层上的电子数目有关。 除稀有气体外，元素原子的最外层电子，叫做价电子。有些还与次外层或倒数第三层电子有关。 价电子的数目决定元素的化合价。 在周期表中，主族元素的化合价由原子最外层电子数决定。 主族元素的最高正化合价等于最外层电子数。 主族元素的最高负化合价等于最外层电子层达到8个电子稳定结构所需要得到的电子数。 稀有气体元素原子的最外电子层由8个电子，达到饱和，形成稳定结构，很难失去或得到电子，化合价为0。 三、元素周期表的应用 1.元素周期表为发展现代物质结构理论提供了客观依据。 2.在自然科学方面，能预测和合成新元素等。 3.在现代医学、营养和生产各领域中的某些应用： 农药-氟、氯、硫、磷、砷 半导体材料-金属与非金属分界线附近 催化剂选择-过渡元素 合金材料制取-过渡元素 矿物的寻找 微量元素 3D元素周期表 寻找制取农药的元素 。 如：F、Cl、S、P、As等 寻找制取农药的元素 在周期表中_____________________，可以找到半导体材料。如Si、Ge 金属与非金属分界线附近 寻找半导体材料 在__________中寻找催化剂和耐高温、耐腐蚀的合金材料。 过渡元素 钯铂铑合金催化剂 Fe、Ni、Pt、Pd、Rh 寻找催化剂、耐高温、耐腐蚀的合金材料 ②最外层电子数、原子半径 决定 原子得失电子能力 ③同主族：相似性、递变性 同周期：递变性 ①原子序数＝核电荷数＝质子数 周期序数＝电子层数 主族序数＝最外层电子数 【小结】元素的位、构、性关系 结构 位置 性质 （1）化学性质最不活泼的元素是 。金属性最强的元素是 ，最容易与水反应的金属单质 ；非金属性最强的元素是 ，最容易与水反应的非金属单质是 ，最容易与H2反应的单质是 。 （2）Mg的原子结构示意图 ； Si的原子结构示意图 ； S的原子结构示意图 ； Cl的原子结构示意图 ； （3）N与O中，原子半径较大的是 。 C与O中，原子半径较小的是 ； K与Na中，原子半径较大的是 ； S与O中，原子半径较小的是 ； Na与Mg中，原子半径较大的是 ； S与F中，原子半径较大的是 。 第五节 化学键 思考：原子间为什么能相互结合？ H2 O2 Fe H2O NaCl 元素的原子在通常情况下，不是单独存在的（稀有气体元素的原子除外），而是同种原子或与其他原子结合，形成单质或化合物。 已知的112种元素，相互组成几百万种形形色色的物质。 物质由离子、分子或者原子构成，分子由原子构成。 化学键 离子键 形成离子化合物 NaCl 共价键 极性键 H2O 非极性键 H2 、O2 金属键 Fe 原子与原子之间有一种作用力，将原子聚集起来。 化学上把分子中直接相邻的两个或多个原子之间强烈的相互作用，称为化学键。 1.离子键 稀有气体化学性质非常稳定，它的原子结构最外层电子数为8个，已经达到饱和状态，在化学反应中难以得失电子，这种结构称为8电子稳定结构。 其他不具有这种稳定结构的原子，在化学反应中，都有使各自的最外层电子数达到8电子稳定结构的趋势。 不稳定 稳定 不稳定 稳定 e- 例如：2Na+Cl2=2NaCl的反应过程 在氯化钠中Na+和Cl- 间存在哪些作用力？ 1、Na+和Cl-阴、阳离子间的相互吸引作用; 2、电子与电子、原子核与原子核间的相互排斥作用。 离子键的特点 2.成键粒子：阴、阳离子 4.成键条件：活泼金属元素(ⅠA，ⅡA)和活泼非金属元素(ⅥA，ⅦA) 1.定义：阴阳离子之间通过静电作用所形成的化学键 3.成键方式：得失电子形成阴、阳离子 5.成键本质：静电作用（静电吸引和静电排斥的平衡） 离子化合物：通过离子键而形成的化合物 （1）活泼金属与活泼非金属形成的化合物； （2）强碱； （3）金属氧化物； （4）大部分盐； 注意：（1）酸都不是离子化合物； （2）不是所有的金属元素和非金属构成的都是离子化合物； （3）所有的铵盐都是离子化合物； 特殊：AlCl3（共价化合物） NH4X（离子化合物） 1.下列物质含有离子键的是（） A．N02 B．KC1 C．HCl D．H20 2.下列物质属于离子化合物的是（） A．H2O B．HCl C．MgCl2 D．CCl4 课堂练习 在化学反应中，一般是原子的最外层电子发生变化，为简便起见，我们在元素符号周围用小黑点或X表示原子的最外层电子，这种表示式子称为电子式。 离子化合物形成过程—用电子式表示 书写离子化合物的电子式 CaCl2 Na2S KCl 2.共价键 氢气分子由两个氢原子结合而成，两个氢原子互相靠近形成氢气分子时，由于两个氢原子核对电子的吸引作用力相等，电子无法从一个氢原子转移到另一个氢原子上，而是两个氢原子各提供1个电子，两个氢原子之间共用一对电子，形成共用电子对，使每个氢原子都具有稳定结构。 当两个氢原子靠近到一定程度时，共用电子对与两个原子核的吸引作用和两个带正电荷的原子核之间的相斥作用达到平衡，形成稳定的氢分子。 同种或不同种非金属元素之间一般能形成共价键。 （1）定义：原子间通过共用电子对而形成的化学键。 2.共价键 （2）共价化合物：通过共价键结合的化合物 H2、N2、HCl、H2O、H2S、CH4 CCl4、CO2、NH3、Cl2、H2O2 H－H N三N H－Cl H－O－H H－F （1）电子式： （2）结构式：用一根短线表示一对共用电子对 3.共价键的表示方法 （3）共价化合物的电子式表示 分子 电子式 结构式 Cl2 CO2 HClO CH4 H2O2 书写共价化合物的电子式 H2 Cl2 H2S （4）极性键和非极性键： 氢分子由两个氢原子构成，两个氢原子共用一对电子对，两个氢原子吸引电子的能力一样，共用电子对不偏向任何一个原子。 这种共用电子对没有偏向的共价键简称非极性键。 在非金属单质分子中，同种元素原子之间形成的共价键是非极性键。如：H2 F2 Cl2 O2 N2等。 氯化氢HCl由氢原子与氯原子构成，氢原子和氯原子吸引电子的能力不同，氯原子吸引电子的能力比氢原子大，共用电子对偏向氯原子，使氯原子相对显负电性，氢原子相对显正电性。 这种共用电子对由偏向的共价键简称极性键。 在化合物中，不同种非金属原子之间形成的共价键都是极性键。如HCl NH3 H2O CO2 CH4等 共用电子对不偏移，成键原子不显电性 ★非极性（共价）键：同种元素的原子间形成的共价键。（A-A） H﹣H H﹣Cl H－O ★极性（共价）键：不同种元素的原子间形成的共价键。(A-B) 共价键的分类 共用电子对偏向氯原子，氯原子带部分负电荷，氢原子带部分正电荷。 共用电子对偏移，成键原子显电性 Cl-Cl mp4creator 1.6.1d mp4creator 1.6.1d Lavf57.62.100 Lavf57.62.100 Lavf57.62.100 Lavf57.62.100 Lavf57.83.100 Multimedia Cloud Transcode (cloud.baidu.com) Lavf58.20.100 Lavf57.62.100 Lavf57.62.100 $$