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

原子结构与元素周期表 原子结构： 原子 电子 中子 质子 （不带电） 原子核 核外电子 质子 中子 { { 带正电荷 (带负电荷) 不带电 （带正电荷） 核电荷数=质子数=核外电子数=原子序数 构成原子的粒子 电子 质子 中子 质量/kg 9.109×10－31 1.673×10－27 1.675×10－27 相对质量 1/1836 （电子与质子质量之比） 1.007 1.008 近似等于1 质量数： 思考：从表格得出原子的质量主要取决于哪种微粒？ 原子 原子核 核外电子 质子 中子 质量数（A）= 质子数（Z）+ 中子数（N） （1）定义： 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，所得的数值叫做质量数。 （2）关系式： （3）原子符号： ZX A 原子 质子数 （Z） 中子数 （N） 质量数 （A） 相对原子质量 F 10 18．998 Na 12 22．990 Al 14 26．982 19 23 27 9 13 11 原子的相对原子质量近似等于其质量数。 练一练： 1、氧原子 ，它的中子数是____,核外电子数是_____。 8 3、Al3+核外电子数是10，中子数为14，质量数是_____。 8 X A Z 某原子： X A Z n+ X A Z n- 某阳离子： 某阴离子： 核外电子数= 核外电子数= 核外电子数= 中子数(N)= Z－n Z＋n 中的质子数是______，中子数是______， 核外电子数是______，质量数是______。 16 34 S2－ 2、 16 18 18 34 27 Z A-Z 原子符号 质子数 中子数 原子名称 　　H 氕 　　H 氘（重氢) 　　H 氚(超重氢) ① ② ③ １ ０ １ １ １ ２ 这三种微粒是同一种原子吗？是同一种元素吗？ 元素、核素、同位素： 1、元素：具有相同核电荷数（质子数）的一类原子的总称。 同种元素原子的原子核中质子数相同，但中子数不一定相同。 元素符号 原子符号 原子名称 质子数 中子数 质量数 H H或H 氕 H或D 氘(重氢) H或T 氚(超重氢) 1 1 1 0 1 2 1 2 3 1 1 2 1 3 1 2、核素：把具有一定数目质子和一定数目中子的一种原子称核素。 （一种核素就是一种原子） 表示核素要用原子符号：AX Z 碳元素的各种核素：12C、13C、14C ；        氧元素的各种核素：16O、17O、18O ；        铀元素的各种核素：234U、235U 、 238U 。 注意： ①元素的种类由质子数决定，与中子数、核外电子数无关； ②核素种类由质子数和中子数共同决定，与核外电子数无关。 3、同位素：质子数同而中子数不同的同一元素的不同原子。 即同一元素的不同核素之间互称为同位素。 U: 92U 92U 92U H: 1H 1H 1H C: 6C 6C 6C O: 8O 8O 8O Cl: 17Cl 17Cl 1 2 3 12 13 14 16 17 18 35 37 234 235 238 “同位”是指质子数相同，周期表中位置相同，核素是指单个原子而言，而同位素是指核素之间的关系。 特点： （1）天然存在的同位素（游离态或化合态），相互间保持一定的比率。如氯元素有两种同位素，35Cl占75.77%、37Cl占24.23% （2）同一元素的同位素，化学性质基本相同(如化学反应和离子的形成)，物理性质有差异(如熔点和沸点)。 元素 互为同位素 核素 1 核素 2 … 核素 n 核素 3 元素、核素和同位素间的相互关系如图： 1、以下为同位素的是（ ） A. D2和H2 B. CO和CO2 C. 金刚石和石墨 D. 和 2、下列叙述正确的是（ ） A. 所有元素的原子核均由质子和中子构成 B. 是一种同位素 C. 铀有三种同位素，即有三种铀原子 D. 核素就是元素 35 17Cl 37 17Cl 3 1H D C 3. 16O、18O、O2-、O2、O3表示（ ） A、氧的五种同素异形体 B、五种氧元素 C、氧元素的五种不同微粒 D、氧的五种同位素 4. 只含有一种元素的物质不可能是（ ） A、混合物 B、化合物 C、纯净物 D、单质 C B 据报道，上海某医院正在研究用放射性的一种碘 治疗肿瘤。该碘原子的核内中子数与核外电子数之差是( ) I 125 53 A、72 B、19 C、53 D、125 6. 某粒子用 表示，下列关于该粒子的叙述正确的是( ) A Z Rn+ A、所含质子数=A－n B、所含中子数=A－Z C、所含电子数=Z+n D、质量数=Z+A B B 核外电子排布： 1.电子层 电子层(n) 1 2 3 4 5 6 7 字母表示 离核远近 能量 K L M N O P Q 低 高 近 远 定义：含多个电子的原子里，电子分别在能量不同区域内运动。把不同的区域简化为不连续的壳层，也称作电子层。 表示方法： 核外电子排布规律： 核电 荷数 元素 名称 元素 符号 各电子层的电子数 K L M N O P 2 氦 He 2 10 氖 Ne 2 8 18 氩 Ar 2 8 8 36 氪 Kr 2 8 18 8 54 氙 Xe 2 8 18 18 8 86 氡 Rn 2 8 18 32 18 8 （1）K为最外层时最多容纳2个电子，其余层为最外层时最多容纳8个电子。 （2）次外层最多容纳18个电子。 （3）第n层最多容纳2n2个电子。 1、某元素原子核外有3个电子层，最外层5个电子，该原子核内的质子数为 （ ） A、14 B、15 C、16 D、17 2、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 B B 练一练： Na +11 2 8 1 元素符号 原子核 核内质子数 电子层 电子层上的电子数 小圆圈表示原子核，圆圈内数字表示核内质子数，弧线表示各电子层，弧线上数字表示该电子层上的电子数。如钠原子的结构示意图： 原子结构示意图： 核外电子排布的表示方法——结构示意图 练一练： 1、用原子结构示意图表示1～20号元素的核外电子排布 2、写出下列元素原子的原子结构示意图： 35号元素 3、判断下列示意图是否正确？为什么？ A、 B、 C、 D、 +19 2 8 9 +12 2 10 +3 1 2 +54 2 8 18 20 6 最外层电子不超过8个 最外层电子不超过8个 电子总是尽先排布在能量较低的电子层每层最多容纳2n2 次外层不超过18个 离子结构示意图：与原子结构示意图写法相同，但原子结构示意图中，核内质子数等于核外电子数；离子结构示意图中，二者不相等。 Mg2＋： 　　 Cl－： 元素的性质与元素的原子核外电子排布的关系： （1）稀有气体的不活泼性：稀有气体元素的原子最外层有 个电子 （氦是 个），处于稳定结构，化学性质 ，一般不跟其他物质反应。 （2）非金属性与金属性(一般规律)： 最外层电子数 得失电子趋势 元素的性质 金属元素 非金属元素 8 2 稳定 ＜4 ＞4 较易失 较易得 金属性 非金属性 核外有10个电子的粒子： 分子： 阳离子： 阴离子： CH4、NH3、H2O、HF、Ne NH4+、H3O+、Na+、Mg2+、Al 3+ O2- 、F- 、OH- （1）原子中无中子的原子： （2）最外层电子数是次外层电子数的一半元素： （3）最外层电子数等于次外层电子数的元素： （4）最外层电子数是次外层电子数2倍的元素： （5）最外层电子数是次外层电子数3倍的元素： （6）最外层电子数是次外层电子数4倍的元素： （7）最外层电子数等于电子层数的元素： 1H 1 Be、Ar C O Ne H、Be、Al 1至18号元素原子结构的几个特殊关系。 Li、Si 与氩原子电子层结构相同的阳离子是： 与氩原子电子层结构相同的阴离子是： K+、Ca 2+ S2- 、Cl- 1至20号元素中， 元素周期表： 门捷列夫 相对原子质量 相对原子质量 核电荷数 原子序数=核电荷数=质子数=核外电子数 每一横行电子层数相同；每一纵行最外层电子数相同（除稀有气体元素） 编排原则： （1）按原子序数递增的顺序从左到右排列。 （2）将电子层数相同的元素排列成一个横行，即周期。 （3）把最外层电子数相同的元素按电子层数递增的顺序从上到下排成纵行，即族。 周期 序数 1 2 3 4 5 6 7 短周期 长周期 2 10 18 36 54 86 118 每周期最后一元素的原子序数 32 32 15 15 元素 种数 2 8 8 18 18 中物理 周期序数=电子层数 Ar Cl S P Si Al Mg Na 3 周期 +11 2 8 1 +12 2 8 2 +17 2 8 7 +15 2 8 5 +13 2 8 3 +14 2 8 4 +16 2 8 6 +18 2 8 8 第二周期 第四周期 第三周期 元素周期表的结构： 周期 短周期 长周期 第一周期：2种元素 第二周期：8种元素 第三周期：8种元素 第四周期：18种元素 第五周期：18种元素 第六周期：32种元素 第七周期：32种元素 (镧系) (锕系) 周期序数 = 电子层数 （横行） （1）横行— 周期（7个） 超铀元素：92号元素铀以后的元素。 110 109 108 78 77 76 46 45 44 28 27 26 112 111 107 106 105 104 89-103 80 79 75 74 73 72 57-71 48 47 43 42 41 40 39 30 29 25 24 23 22 21 88 87 56 55 38 37 20 19 12 11 4 3 1 7 6 5 4 18 8 2 M L k 3 8 2 L K 2 2 K 1 IA IIA IIIA IVA V A VIA VIIA 0 IIIB IVB VB VIB VIIB VIII IB II B 主族 副族 第八族 零族 族 85 84 83 82 81 53 52 51 50 49 35 34 33 32 31 17 16 15 14 13 9 8 7 6 5 113 115 114 116 117 86 54 36 18 10 2 118 +11 2 8 1 +1 1 +19 2 8 8 1 +37 2 8 18 8 1 +55 2 8 18 18 8 1 +87 2 8 18 32 18 8 1 +3 2 1 +12 2 8 2 +20 2 8 8 2 +38 2 8 18 8 2 +56 2 8 18 18 8 2 +88 2 8 18 32 18 8 2 +4 2 2 +13 2 8 3 +31 2 8 18 3 +49 2 8 18 18 3 +81 2 8 18 32 18 3 +5 2 3 Li Na Fr K Rb Cs H ⅠA ⅡA ⅢA 主族序数= 主族元素最外层电子数 第ⅠA族（除氢外）： 第ⅦA族： 0族： 碱金属元素 卤族元素 稀有气体元素 常见族的别名： 主族 副族 第Ⅷ族 副族 主族 0族 列序数 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 族序数 ⅠA ⅡA ⅢB ⅣB ⅤB ⅥB ⅦB Ⅷ ⅠB ⅡB ⅢA ⅣA ⅤA ⅥA ⅦA 0 （2）族的分类 由稀有气体元素构成（1个） 0族： 由8、9、10三个纵行构成（1个） 第Ⅷ族： 由长周期元素构成（7个） 副族： 由短周期元素和长周期元素共同构成（7个） 主族： 族 表示方法：ⅠB 、ⅡB 、ⅢB 、ⅣB 、ⅤB、 ⅥB、 ⅦB 表示方法：ⅠA 、ⅡA 、ⅢA 、ⅣA 、ⅤA、 ⅥA、 ⅦA 主族序数 = 原子最外层电子数 过渡元素 18个纵行16个族 由长周期元素构成 由短周期元素和长周期元素共同构成 小结： 7横，18纵； 1.元素周期表的结构： 三短四长； 七主七副一零一八。 2.原子结构与表中位置的关系： ①周期序数＝电子层数 ②主族序数＝最外层电子数 主族元素在周期表中的位置取决于该元素的（ ） A.相对原子质量和核外电子数 B.电子层数和最外层电子数 C.相对原子质量的最外层电子数 D.电子层数的次外层电子数 B 第三周期第VIIA族 思考：Cl的位置的描述： Cl 第七主族 VII族 VIIA族 第III周期 第三周期 第3周期 课堂练习： 1、已知某主族元素的原子结构示意图如下，判断其位于第几周期？第几族？ X +53 2 8 18 18 7 第三周期第IA族 第五周期第VIIA族 2、推算原子序数为6、13、34、53、88的元素在周期表中的位置。 周期 一 二 三 四 五 六 七 原子序数 2 10 18 36 54 86 118 第6号元素：第二周期第ⅣA 族。 第13号元素：第三周期第ⅢA 族。 第34号元素：36-34=2 第四周期第ⅥA 族。 第53号元素：54-53=1 第五周期第ⅦA 族。 第88号元素：88-86=2 第七周期第ⅡA 族。 3、下列各图为元素周期表的一部分，表中的数字为原子序数，其中M为37的是(　　) C M元素37-36=1 第五周期第IA 族。 38 元素的性质与原子结构： 一、碱金属元素 元素名称 元素符号 核电荷数 颜色和状态 密度 g/cm3 熔点 OC 沸点 OC 锂 Li 3 银白色，柔软 0.534 180.5 1347 钠 Na 11 银白色，柔软 0.97 97.81 882.9 钾 K 19 银白色，柔软 0.86 63.65 774 铷 Rb 37 银白色，柔软 1.532 38.89 688 铯 Cs 55 略带金色光泽， 柔软 1.879 28.40 678.4 物理性质的规律： (1)颜色和状态： 铯略带金色、其它均为银白色，固体，质柔软 (2)密度： 逐渐增大（自上而下） K<Na (3)熔沸点： 逐渐降低（自上而下） 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 Li Na K Rb Cs 3 11 19 37 55 1 1 1 1 1 2 3 4 5 6 + 3 2 1 +11 2 8 1 +19 2 8 8 1 +37 2 8 18 8 1 +55 2 8 18 18 8 1 （1）从Li到Cs，碱金属元素的原子核电荷数依次增大，原子结构中电子层数依次增多，原子半径依次增大。 （2）最外层电子数相同，都为1个。化学反应中易失去1个电子，形成+1价的阳离子，单质体现还原性。 2Na+O2 = Na2O2 钠与氧气：剧烈燃烧，火焰呈黄色，生成淡黄色固体。 钾与氧气：燃烧更剧烈，火焰呈紫色。 2K + O2 = K2O2 (过氧化钾) K + O2 = KO2 (超氧化钾) 与水反应 　在水面上、 　 成银白色小球、在水面上四处 　 、滴入酚酞溶液呈 色 　 在水面上、　成银白色、在水面上四处　 、滴入酚酞溶液呈　 色，有微弱爆炸 钠 钾 浮 熔 游动 红 浮 熔 游动 红 2Na + 2H2O = 2NaOH + H2 ↑ Na与K比较 理论分析： 实验证明： 相同点：都容易被氧化（燃烧），可以和水剧烈反应。 递变性：和氧气反应K比Na剧烈，产物更复杂；和水反应K更加剧烈，甚至爆炸。 相同点：都易失去电子，表现强还原性。 递变性：钾比钠更易于失去电子，更活泼。 锂与水会反应，但比Na与水的反应缓慢。 碱金属单质化学性质 与非金属的反应（以O2为例） 元素 条件 现象 产物 结论 Li Na 加热 燃烧，剧烈 Na2O2 K 稍加热 燃烧，更剧烈 更复杂的氧化物 Rb Cs 从Li—Cs，随电子层数的递增，还原性（金属性）逐渐增强。 加热 燃烧，较不剧烈 Li2O 接触空气不加热 剧烈 更复杂的氧化物 接触空气不加热 剧烈 更复杂的氧化物 元素 现象 产物 结论 Li Na 剧烈反应，有“浮、熔、游、红、鸣”现象 K Rb Cs 从Li—Cs，随电子层数递增，还原性（金属性）逐渐增强。 会反应，比Na缓慢 遇水燃烧，甚至爆炸 对应的碱和氢气 更剧烈，气体会燃烧，轻微爆炸 与水反应 逐渐剧烈 2Li + 2H2O = 2LiOH + H2 ↑（较慢） 2Na + 2H2O = 2NaOH + H2 ↑（剧烈） 2K + 2H2O = 2KOH + H2 ↑（很剧烈） 产物碱性： LiOH ＜NaOH ＜KOH ＜ RbOH ＜ CsOH （1）锂电池是一种高能电池； 锂是优质的高能燃料（用于宇宙飞船、人造卫星和超声速飞机）；有机化学中重要的催化剂。 （4）铷铯主要用于制备光电管、真空管。铯原子钟是目前最准确的计时仪器。 （3）钾的化合物可做钾肥。硝酸钾还用于做火药。 碱金属元素的用途： （2）液态钠可作为核反应堆的传热介质。 小结：元素金属性强弱可从单质与水（或酸）反应置换出氢的难易程度，及它们的最高价氧化物对应的水化物即氢氧化物的碱性来判断。（P101） 练习： 1、碱金属钫(Fr)具有放射性，它是碱金属元素中最重的元素，下列预言错误的是（ ） Ａ.在碱金属中它具有最大的原子半径 Ｂ.它的氢氧化物化学式为FrOH,是一种极强的碱 C.钫在空气中燃烧时,只生成Fr2O D.它能跟水反应生成相应的碱和氢气,由于反应剧烈而发生爆炸 Ｃ 2.下列关于钾、钠、铷、铯的说法中，不正确的是( ) A.原子半径随核电荷数的增大而增大 B.单质的密度均小于1 C.其氢氧化物中，碱性最强的CsOH D.氧化能力最强的是钠离子 B 单质的还原性：Na < K < Rb < Cs 离子的氧化性：Na+ > K+ > Rb+ > Cs+ 二、卤素元素： 氟 氯 溴 碘 1、卤素的原子结构： 砹 At ＋85 2 8 18 32 18 7 单质 颜色状态（常态） 密度 熔点℃ 沸点℃ 溶解度（100g水中） F2 淡黄绿色气体 1.69g/L（15。C） -219.6 -188.1 与水反应 Cl2 黄绿色气体 3.124g/L（0。C） -101 -34.6 226 cm3 Br2 深红棕色液体 3.119g/ cm3 （20。C） -7.2 58.78 4.16g I2 紫黑色固体 4.93g/cm3 113.5 184.4 0.029g ２、卤素单质的物理性质： 颜色：浅→深 状态：气→液→固 密度：小→大 熔沸点：低→高 在水中溶解性：大→小 物理性质的递变性： 想一想：卤素原子结构有何相似点和不同点？由此推测它们化学性质有何相似性和递变性？ 最外层7个电子 易得一个电子，氧化性 核电荷数递增 电子层数递增 原子半径依次增大 得电子能力逐渐减弱 原子结构 性质 决定 氧化性逐渐减弱 名称 反应条件 方程式 氢化物稳定性 F2 冷暗处爆炸 H2+F2==2HF HF很稳定 Cl2 光照或点燃 H2+Cl2==2HCl HCl稳定 结论：F Cl Br I 随核电荷数的增多，原子半径的增大， HF > HCl > HBr > HI I2 高温、持续加热 缓慢进行 H2+I2==2HI HI 很不稳定 Br2 高温 H2+Br2==2HBr HBr较不稳定 ３、卤素单质的化学性质 F2 >Cl2> Br2> I 2 F > Cl > Br > I （1) 卤素与氢气的反应： 点燃或光照 F2 Cl2 Br2的氧化性强，能把可变化合价的金属氧化成高价的金属卤化物，I2 的氧化能力最弱，跟铁反应只生成FeI2。 Br2+2Na=2NaBr 3Br2+2Fe=2FeBr3 注意 I2 + Fe = FeI2 （2)与金属反应： 2Na+Cl2 2NaCl 点燃 点燃 2Fe+3Cl2 2FeCl3 Cu+Cl2 CuCl2 点燃 （3）卤素与水反应： Br2＋ H2O == HBr＋HBrO 反应越来越难发生 2F2＋2H2O == 4HF＋O2 （特例） I2 ＋H2O == HI＋HIO 通式：X2 ＋ H2O == HX＋HXO （ X: Cl、Br、I ） 小结： 卤素原子结构的相似性，决定了单质化学性质的相似性。 与金属反应，生成卤化物。 与氢气反应，生成卤化氢。 与水反应，生成卤化氢和次卤酸。 卤素原子结构的差异性，决定了单质化学性质的差异性和递变性。 与氢反应的能力渐弱； 氢化物的稳定性渐弱； 与水反应的能力渐弱。 特性： 碘易升华；碘遇淀粉显蓝色。 氟元素无正价，无含氧酸；HF是弱酸，HCl、HBr、HI是强酸。 元素非金属性强弱可从单质与氢气反应生成气态氢化物的难易程度及氢化物的稳定程度，或其最高价氧化物对应的水化物即最高价含氧酸的酸性强弱来判断。（P103） 溴单质在常温下是唯一一种液态非金属单质。 酸性HClO4>HBrO4>HIO4 （4）卤素单质间的置换反应： 溶液由无色变为棕黄色 溶液由无色变为棕黄色 Cl2 ＋2I－ = 2Cl－ ＋ I2 Cl2 ＋2Br－ = 2Cl－＋ Br2 Br2 ＋2I－ =２Br－＋ I2 溶液由无色变为橙黄色 实验4-1： 在元素周期表中，同主族元素性质具有一定的相似性和递变性。 同主族元素，从上到下： 原子半径逐渐 ， 失电子能力逐渐 ， 得电子能力逐渐 ， 金属性逐渐 ， 非金属性逐渐 。 增大 增强 减弱 增强 减弱 小结： 练习： 1、砹(At)是卤族元素中位于碘后面的元素，试推测砹和砹的化合物最不可能具备性质（ ） A.砹易溶于某些有机溶剂 B.砹化氢很稳定不易分解 C.砹是有色气体 D.砹化银不溶于水或稀HNO3 ＢＣ AgI > AgBr > AgCl >> AgF（易溶） F的化合物跟其他卤素差别比较大，最明显的就是AgF 2、下列各组物质性质的比较中，正确的是(　　) A．还原性：HF>HCl>HBr>HI B．稳定性：HF<HCl<HBr<HI C．与水反应由易到难：Cl2>Br2>I2>F2 D．氧化性：F2＞Cl2＞Br2＞I2 D 还原性：HI>HBr>HCl>HF，A错误； 稳定性：HF>HCl> HBr>HI，B错误。 3、下列用于判断金属性或非金属性强弱的说法不合理的是(　　) A．卤素单质Cl2、Br2、I2的氧化性强弱 B．气态氢化物 NH3、H2O、HF的稳定性 C．碱金属单质 Li、Na、K 与水反应的剧烈程度 D．1 mol Na、Mg、Al 分别与足量盐酸反应时失去电子数的多少 D 卤素元素中，单质氧化性越弱，对应元素的非金属性越弱，A正确； 气态氢化物NH3、H2O、HF的稳定性越强，非金属性越强，B正确； 金属单质与水反应越剧烈，对应元素金属性越强，C正确； 金属性强弱与失去电子的能力有关，与失去电子数目无关，D错误。 A．INCLUDEPICTURE "新建文件夹/W2A.TIF" \* MERGEFORMAT" 　　　 B． C． D． Cl2＋H2OHCl＋HClO $$