4.1 原子结构与元素周期表-【新课程能力培养】2024-2025学年高中化学必修第一册学习手册（人教版）

学 高中化学必修第一册 （人教版） 学 习 目 标 1． 知道构成原子的微粒及微粒之间的关系。 2． 能根据原子核外电子的排布规律， 画出 1~20 号元素的原子结构示意图。 3． 知道元素周期表的结构， 能根据原子的结 构判断元素在周期表中的位置。 4． 知道质量数、 A Z X 、 核素、 同位素的含义。 5． 掌握并能解释 ⅠA 和 ⅦA 元素性质的递变 规律。 知 识 梳 理 知识点 1 原子结构 1. 原子的组成 （ 1 ） 原子由原子核和核外电子构成。 （ 2 ） 原子核由质子和中子构成。 （ 3 ） 原子的质量集中在原子核上。 2. 质量数 （ 1 ） 质子的相对质量为 1.007 。 （ 2 ） 中子的相对质量为 1.008 。 （ 3 ） 电子的相对质量为 1.007 1836 。 （ 4 ） 质量数： 将原子核内所有的质子和中子 的相对质量取近似整数值相加， 所得的 数值， 符号 A 。 （ 5 ） 质量数（ A ） = 质子数（ Z ） + 中子数（ N ）。 3. 原子组成的表示—— A Z X （ 1 ） X ： 元素符号。 （ 2 ） A ： 质量数； Z ： 质子数。 （ 3 ） 表示质子数为 Z ， 质量数为 A 的某元素 原子。 4. 原子核外电子的排布规律 （ 1 ） 多电子原子中， 核外电子分别在不同能 量的区域运动， 每一个区域称为一个电 子层。 （ 2 ） 离原子核最近的电子层为第一层， 能量 最低， 离原子核最远的电子层能量最高。 （ 3 ） 电子层序数与符号的关系 第一节 原子结构与元素周期表 第四章 物质结构 元素周期律 温馨提示 原子核半径小于原子半径的万分之 一， 体积占原子体积的几千亿分之一。 温馨提示 虽然质量数等于质子数和中子数之 和， 但是质量数代表的是原子的相对质 量的整数值。 电子层序数 （ n ） 1 2 3 4 5 6 7 电子层符号 K L M N O P Q 70 学 第四章 物质结构 元素周期律 （ 4 ） 核外电子排布规律 ① 每层最多容纳 2n 2 个电子。 ② 最外层最容纳 8 个电子 （ K 层为 2 个）。 ③ 次外层最多容纳 18 个电子 （ K 层为 2 个， L 层为 8 个）。 ④ 电子排布时优先排布能量低的电子层。 知识点 2 元素周期表 1. 原子序数 按照元素在周期表中的顺序给元素所编 的序号。 原子序数 = 核电荷数 = 质子数 = 核外电 子数。 2. 元素周期表的结构 （ 1 ） 周期 ① 周期表中的一个横行为一个周期。 ② 周期表共有 7 个横行， 即 7 个周期。 ③ 周期的分类 1 、 2 、 3 周期元素较少， 称为短周期； 4~7 周期， 元素较多， 称为长周期。 ④ 同一周期中的元素电子层数相同。 （ 2 ） 族 ① 周期表中 18 列分为 16 个族。 ② 同主族元素最外层电子数相同。 ③ 主族族序数 = 最外层电子数。 （ 3 ） 副族又称过渡元素、 过渡金属 知识点 3 核素与同位素 1. 核素 具有一定数目质子和一定数目中子的一 种原子。 2. 同位素 （ 1 ） 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。 （ 2 ） 互为同位素的原子质子数相同， 质量数 不同。 （ 3 ） 天然同位素的含量保持一定。 （ 4 ） 同位素的应用 制氢弹、 考古、 育种、 金属探伤、 诊断 和治疗疾病。 3. 元素的相对原子质量 元素的相对原子质量 （周期表中的相对 原子质量） 是该元素各种核素所占百分比计 算的平均值。 计算方法： 各种天然同位素原子的相对原子质量 （ M i ） 与该同位素所占原子个数百分比 （丰 度） （ a i % ） 的乘积之和 ［ n i=1 移 （ M i · a i % ）］。 知识点 4 原子结构与元素的性质 1. 金属性与非金属性 金属性： 化学反应中， 金属元素失电子 温馨提示 表达元素在周期表中的位置时， 周 期序数可以用汉字数字表示， 也可以用 阿拉伯数字表示， 但族序数只能用罗马 数字加 A 或 B 表示。 如 Ga 位于 “第四 周期 ⅢA 族”。 族名称 族符号 族序数 表中位置 （列） 主族 A ⅠA~ⅦA 1 ， 2 ， 13~17 副族 B ⅢB~ⅦB ， ⅠB~ⅡB 3~7 ， 11~12 Ⅷ Ⅷ 8~10 0 族 0 0 18 71 学 高中化学必修第一册 （人教版） 的能力。 非金属性： 化学反应中， 非金属元素得 电子的能力。 2. 碱金属元素 （ 1 ） 碱金属元素的组成 ⅠA 族除 H 元素外的所有金属元素。 （ 2 ） 碱金属元素的结构特征 ① 最外层电子数相等， 均为 1 。 ② 随电子层数的递增， 原子半径递增。 （ 3 ） 碱金属元素单质的物理性质及其递变 ① 相似性： 银白色柔软金属 （铯略带金色）， 都有延展性， 都是电和热的良导体， 熔点 都较低。 ② 递变性： 随原子序数递增， 单质密度呈增 大趋势 （ K 反常）， 熔、 沸点依次降低。 （ 4 ） 碱金属元素单质和化学性质及其递变 ① 与 O 2 反应 ② 与水反应 2M+2H 2 O 2MOH+H 2 ↑ MOH 都是强碱。 ③Li 、 Na 、 K 浮于水面 ， 燃成小球 ， K 燃 烧， Rb 、 Cs 爆炸。 结论： ① 同主族， 随电子层数递增， 原子 半径递增， 金属性递增。 ② 同主族金属单质随原子序数递增， 熔、 沸点递减， 密度增大。 3. 卤族元素 （ 1 ） 卤族元素的组成 ⅦA 族所有元素。 （ 2 ） 卤族元素的结构特征 ① 最外层电子数相等， 均为 7 。 ② 随电子层数的递增， 原子半径递增。 （ 3 ） 卤族元素单质的物理性质及其递变 ① 相似性： 均为有色、 有毒物质。 ② 递变性： 随原子序数递增， 单质颜色依次 加深； 状态由气态经液态转变为固态； 密 度逐渐增大； 熔、 沸点依次增大。 （ 4 ） 卤族元素单质的化学性质及其递变 ① 与 H 2 反应 ② 卤素间的置换 2NaBr+Cl 2 2NaCl+Br 2 2KI+Br 2 2KBr+I 2 从 Cl 2 →I 2 排在前面的能从后面盐溶液 中置换出卤素单质。 结论： ① 从 F→I ， 随电子层数递增， 原子 半径递增， 非金属性递减。 ② 同主族非金属单质随电子层数递 增， 熔、 沸点递增， 密度增大。 反应方程式 现象 Li 4Li+O 2 △ 2Li 2 O 燃烧， 紫红色火焰 Na 4Na+O 2 2Na 2 O （白） 银白色， 光泽变暗 2Na+O 2 △ 2Na 2 O 2 （淡黄） 燃烧， 明亮、 黄色 火焰 K K+O 2 △ KO 2 燃烧， 紫色火焰 焰焰焰焰焰焰焰焰焰焰焰焰焰焰焰焰焰焰焰焰% 焰 焰 焰 焰 焰 % 焰焰焰焰焰焰焰焰焰焰焰焰焰焰焰焰焰焰焰焰% 焰 焰 焰 焰 焰 % 焰焰焰焰焰焰焰焰焰焰焰焰焰焰焰焰焰焰焰焰% 焰 焰 焰 % 焰焰焰焰焰焰焰焰焰焰焰焰焰焰焰焰焰焰焰焰% 焰 焰 焰 % 反应方程式 F 2 H 2 +F 2 2HF H 2 +Cl 2 光照或点燃 2HCl H 2 +Br 2 △ 2HBr I 2 H 2 +I 2 △ 2HI Cl 2 Br 2 现象 HX 暗处， 混合爆炸 很稳定 混合， 光照爆炸 稳定 加热才能反应 较稳定 加热反应 同时分解 不稳定 焰焰焰焰焰焰焰焰焰焰焰焰焰焰焰焰焰焰焰焰% 焰 焰 焰 焰 焰 焰 焰 焰 焰 % 焰焰焰焰焰焰焰焰焰焰焰焰焰焰焰焰焰焰焰焰% 焰 焰 焰 焰 焰 焰 焰 焰 焰 % 72 学 第四章 物质结构 元素周期律 【归纳总结】 原子结构与元素周期表 要 点 精 析 要点 1 原子的结构与组成 典例 1 下列说法正确的是 （ ） A. 原子核的密度比原子的密度大 B. 同种元素的原子的各种性质和质量 都相同 C. 任何原子的原子核都由质子和中子 构成 D. 电子的质量与质子的质量之比为 1 ∶ 1.007 解析 原子核的体积为原子体积的几千 亿分之一， 电子的质量为质子质量的 1 1836 ， 原子的质量集中在原子核上。 电子核的密度 远大于原子， 故 A 正确， D 错误； 同种元素 可能有多个核素， 同位素原子的质量是不同 的 ， 故 B 错误 ； 1 1 H 原子没有中子 ， 故 C 错误。 答案 A 要点 2 “质量数” “质子数” “中子 数” 的认识与辨析 典例 2 符号 35 17 Cl 中左上角的 “ 35 ” 代 表 （ ） A. 元素的质量数 B. 同位素的质量数 C. 元素的平均相对原子质量 D. 元素的近似相对原子质量 解析 元素符号左上标表示的是原子的 质量数。 原子有质量数， 元素没有质量数， 质量数可以代表原子的相对原子质量 （近似 整数值）， 不能表示元素的相对原子质量。 温馨提示 ① 金属性的强弱， 可以通过金属单质 与水或酸反应生成氢气的难易程度来判 断： 越容易产生氢气或反应越剧烈， 金属 性越强。 也可以通过金属元素的最高价氧 化物对应水化物——氢氧化物的碱性强弱 来判断： 碱性越强， 金属性越强。 ② 非金属性的强弱， 可以通过非金 属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性来判断： 越容 易反应或氢化物越稳定， 非金属性越强。 也可以通过非金属元素的最高价氧化物 对应水化物——最高价含氧酸的酸性强 弱来判断： 酸性越强， 非金属性越强。 决定元素种类 决定原子种类 质子 中子 同位素 核素 原 子 核 决定元素化学性质 排布有规律 表示方法 结构示意图 核 外 电 子 原 子 结 构 A Z X 结构决定位置 元 素 周 期 表 主族 族 ⅠA~ⅦA 副族 ⅠB~ⅦB Ⅷ 0 族 18 列 18 纵列 1~3 周期 4~7 周期 短周期 长周期 周 期 7 横行 区 金属、 非金属、 稀有气体 形 式 结 构 电子层数相同 主族最外层电子数相同 横行 纵列 73 学 高中化学必修第一册 （人教版） 答案 B 变式训练 1 铀的一种核素 235 92 U ， 这里的 “ 235 ” 表示 的是 （ ） A． 质子数 B． 中子数 C． 电子数 D． 质量数 要点 3 对 “核素” “同位素” 的认识 与理解 典例 3 对于 6 3 Li 、 14 7 N 、 23 11 Na 、 24 12 Mg 、 7 3 Li 、 14 6 C 几种微粒： （ 1 ） 上述微粒一共是 种核素。 （ 2 ） 和 互为同位素。 （ 3 ） 和 的质量数相 等， 但不能互称为同位素。 （ 4 ） 和 的中子数相 等， 但质子数不等， 所以不是同一种元素。 解析 具有一定数目质子和一定数目中 子的一种原子就是一种核素。 质子数相同， 而中子数不同的原子才互称为同位素。 质子 数相同， 则元素种类相同。 答案 （ 1 ） 6 （ ２ ） 6 3 Li 7 3 Li （ ３ ） 14 7 N 14 6 C （ ４ ） 23 11 Na 24 12 Mg 变式训练 2 有下列 6 种原子 ： 16 O 、 17 O 、 18 O 、 1 1 H 、 2 1 H 、 3 1 H 。 （ 1 ） 元素种类有 种。 （ 2 ） 有 种核素。 （ 3 ） 其中互为同位素的是 。 （ 4 ） 这些原子可以构成水分子， 其种类 有 种。 要点 4 有关核外电子排布规律的认识 与理解 典例 4 下列对含有多个电子的原子叙 述不正确的是 （ ） A. 核外所有电子所具有的能量相同 B. 核外电子是分层运动的 C. 能量高的电子在离核远的区域运动 D. 有些电子是在同一层上运动的 解析 多电子原子中， 核外电子分别在 能量不同的区域内运动， 按照能量由低到高、 从里到外分为 K 、 L 、 M 、 N 、 O 、 P 、 Q 等 7 个电子层。 在离核最近的 K 层内运动的电子 能量最低， 离核最远的 Q 层内运动的电子能 量最高。 每层最多容纳的电子数为 2n 2 个。 答案 A 变式训练 3 下列结构示意图中， 符合核外电子排布 规律的是 （ ） A. 1 3 + ？ B. 2 9 1 + ？ C. 2 7 + ？ D. 3 4 + ？ 要点 5 了解元素周期表的形成， 认识 元素周期表的结构 典例 5 下列说法中正确的是 （ ） A. 同族元素的最外层电子数一定相同 B. 最外层电子数相同的元素都是同一族 C. 周期表是按相对原子质量逐渐增大 的顺序从左到右排列的 74 学 第四章 物质结构 元素周期律 D. 同周期元素的电子层数相同 解析 门捷列夫在构建周期表的初期是 按照元素相对原子质量由小到大给元素排序 的， 但发展到今天的元素周期表不再是按照 相对原子质量的大小排序， 而是按照核电荷 数由小到大的顺序排列的。 每一周期的元素 电子层数相同， 每一列的元素最外层电子数 基本相同， 有些是不同的， 如 0 族元素 He 最外层只有 2 个电子， 而其他元素最外层都 有 8 个电子。 又如 Ⅷ 族在周期表中占三列， 同族元素最外层电子数不都相同。 答案 D 变式训练 4 若把元素周期表原先的主、 副族及族号 取消， 由左至右改为 18 列， 如碱金属元素 为第 1 列， 稀有气体元素为第 18 列。 按此 规定， 下列说法错误的是 （ ） A． 同周期 ⅡA 和 ⅢA 两族元素的原子 序数之差为 1 B． 第 3 列元素种类最多， 第 14 列元素 形成的化合物种数最多 C． 过渡元素包括七个副族和 Ⅷ 族元素 D． 第 15 列元素的氢化物组成通式为 RH 3 要点 6 根据元素在周期表中的位置与 原子结构的关系推断元素 典例 6 A 、 B 、 C 是周期表中相邻的三 种元素， 其中 A 、 B 同周期， B 、 C 同主族。 此三种元素原子最外层电子数之和为 17 ， 质子数之和为 31 ， 则三种元素的元素符号 分别是 A ： ， B ： ， C ： 。 解析 原子数之和为 31 ， 即三种元素 核外电子总数为 31 ， 减去最外层电子数 17 ， 再减去第一层电子数 2×3 ， 等于 8 ， 则有一 个元素在第三周期， 另两个元素在第二周 期， 即 A 、 B 位于第二周期， C 位于第三周 期。 17/3=5 …… 2 ， 说明有一个元素最外层 电子数为 5 ， 另两个元素最外层电子数为 6 ， 即 A 位于 ⅤA 族， B 、 C 位于 ⅥA 族。 答案 N O S 变式训练 5 已知 X 元素原子的 K 、 L 层的电子数之 和比 L 、 M 层的电子数之和多 1 个电子。 Y 元素的原子最外层电子数比内层电子数少 3 个。 Z 元素核外有 3 个电子层， 最外层有 3 个电子。 W 元素最高化合价是最低化合价绝 对值的 3 倍， 它在最高价氧化物中的质量分 数为 40% 。 则四种元素分别是 X ： ， Y ： ， Z ： ， W ： 。 要点 7 碱金属元素性质的共性、 递变 性与个性 1. 共性 最外层 1 个电子， 均为银白色 （ Cs 略 带金色） 金属， 质软， 电和热的良导体。 与 水反应均生成强碱和氢气。 2. 递变性 （ 1 ） 随原子序数的递增， 原子半径递增。 （ 2 ） 随原子序数的递增， 单质熔、 沸点 递减， 密度递增 （钾反常）。 （ 3 ） 随原子序数的递增 ， 单质还原性 递增。 ① 与氧气反应， 产物越来越复杂。 ② 与水或酸反应越来越剧烈。 75 学 高中化学必修第一册 （人教版） ③ 氢氧化物的碱性越来越强。 3. 个性 （ 1 ） 锂只有氧化物， 用液态石蜡封存。 （ 2 ） 钠、 钾用煤油保存， 液态钠用于核 反应堆的传热介质。 典例 7 下列关于碱金属元素性质的递 变性叙述正确的是 （ ） A. 单质的熔、 沸点随原子序数的增加 而升高 B. 单质的密度随原子序数的增加而依 次减小 C. 还原性随原子电子层数的增加而减小 D. 原子半径： Li<Na<K<Rb<Cs 解析 同族元素随电子层数的增加， 原 子半径增大， 原子核对核外电子的吸引能力 减小， 作为金属则还原性增强。 碱金属单质 的熔、 沸点随原子序数的增加而减小， 密度 呈递增趋势， 但 K 的密度反常， 小于 Na 的 密度。 答案 D 要点 8 卤族元素性质的共性、 递变性 与个性 1. 共性 最外层 7 个电子， 单质均有色、 有毒。 均能与金属、 氢气、 水、 碱反应。 2. 递变性 （ 1 ） 随原子序数的递增， 原子半径递增。 （ 2 ） 随原子序数的递增， 单质熔、 沸点 递增， 密度递增。 （ 3 ） 随原子序数的递增， 氧化性递减。 ① 单质与氢气反应越来越难。 ② 卤化氢稳定性递减。 ③ 最高价氧化物对应水化物的酸性递减。 ④ 原子序数小的元素单质可以把原子序 数大的元素从其水溶液中置换出来 （氟除外）。 3. 个性 （ 1 ） 氟没有正价， 不能从卤素的水溶液 中置换出卤素单质。 （ 2 ） 溴极易挥发， 具有强烈的腐蚀性， 能腐蚀橡胶。 典例 8 随着卤素原子半径的增大， 下 列递变规律正确的是 （ ） A. 单质熔、 沸点逐渐降低 B. 卤素离子的还原性逐渐增强 C. 气态氢化物的稳定性逐渐增强 D. 单质的氧化性逐渐增强 解析 同族元素随电子层数的增加， 原 子半径增大， 原子核对核外电子的吸引能力 减小， 作为非金属则非金属性减弱， 气态氢 化物稳定性降低， 离子的还原性增强。 卤族 元素单质随原子序数的增加而熔、 沸点增 加， 密度增大。 答案 B 要点 9 同族元素的金属性和非金属性 强弱的比较和判断 1. 规律 随原子序数的递增， 金属性递增， 非金 属性递减。 2. 金属性判断 （ 1 ） 与水或酸反应生成氢气的难易程 度： 越容易发生， 金属性越强。 （ 2 ） 最高价氧化物对应水化物的碱性强 弱： 碱性越强， 金属性越强。 （ 3 ） 置换反应： 金属性强的金属可置换 76 学 第四章 物质结构 元素周期律 学 习 目 标 1． 知道原子核外电子排布、 元素最高价和最 低价、 原子半径随元素原子序数的递增而 呈现的周期性变化规律。 2． 掌握第三周期元素金属性、 非金属性随原 子序数递增而呈现的递变规律。 3． 能根据 “位置—结构—性质” 之间的关系 认识元素性质并由此推断元素及其性质。 知 识 梳 理 知识点 1 元素性质的周期性变化规律 1. 核外电子排布的周期性递变规律 （ 1 ） 同周期元素最外层电子排布递变规律 每隔一定数目的元素， 原子的最外层电 第二节 元素周期律 金属性弱的金属。 （ 4 ） 同主族金属元素， 原子序数越大， 金属性越强。 3. 非金属性判断 （ 1 ） 与氢气反应的难易程度： 越容易发 生反应， 非金属性越强。 （ 2 ） 最高价氧化物对应水化物的酸性强 弱： 酸性越强， 非金属性越强。 （ 3 ） 置换反应： 非金属性强的非金属可 置换非金属性弱的非金属。 （ 4 ） 同主族金属元素， 原子序数越小， 非金属性越强。 （ 5 ） 气态氢化物的稳定性越强， 非金属 性越强。 典例 9 X 、 Y 是两种 ⅦA 族元素。 下 列叙述能说明 X 的非金属性比 Y 强的是 （ ） A. X 原子的电子层数比 Y 原子的电子 层数多 B. X 的氢化物的沸点比 Y 的氢化物的 沸点低 C. X 的气态氢化物比 Y 的气态氢化物 稳定 D. Y 的单质能将 X 从 NaX 的溶液中置 换出来 解析 同族元素随电子层数的增加， 金 属性增强， 非金属性减弱。 非金属性越强， 越容易与氢气化合， 气态氢化物的稳定性越 强， 最高价氧化物对应水化物 （即最高价含 氧酸） 酸性越强， 一般而言单质的氧化性越 强； 金属性越强， 越容易与水或酸反应放出 氢气， 最高价氧化物对应水化物 （即最高价 氢氧化物） 碱性越强， 单质的还原性越强。 作为非金属气态氢化物 ， NH 3 、 H 2 O 、 HF 的熔、 沸点均大于同主族其他元素的气态氢 化物。 答案 C 变式训练答案 1. D 2. （ 1 ） 2 （ ２ ） ６ （ ３ ） １６ Ｏ 、 17 O 、 18 O 互为 同位素， 1 1 H 、 2 1 H 、 3 1 H 互为同位素 （ 4 ） 18 3. C ４. Ａ ５. Ｎa Cl Al S 77