第四章第一节原子结构与元素周期表 课件2024-2025学年人教版（2019）高中化学必修第一册

第四章 物质结构 元素周期律 4.1 原子结构与元素周期表 4.1.1 原子结构与核素 教学目标： 1.知道原子的结构及构成原子的微粒间的关系；根据原子核外电子的排布规律，能画出1-20号元素的原子结构示意图 2.知道质量数和 X的含义，知道元素、核素、同位素的含义 A Z 质量数（A）= 质子数（Z）+ 中子数（N）≈ 相对原子质量 原子核 核外电子 质子 中子 原子 X A Z （Z个） （带正电） （A - Z个） （不带电） （带负电） 一、原子的构成 1.原子的构成 原子的质量主要集中在原子核上，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.质量数 3. 构成原子的微粒间的两个关系 ①质量数（A）= 质子数（Z）+ 中子数（N） ②质子数＝核外电子数＝核电荷数＝原子序数 一、原子的构成 你知道原子结构模型的历史演变吗 1．电子层 二、原子的核外电子排布 在含有多个电子的原子里，电子分别在能量不同的区域内运动。我们把不同的区域简化为不连续的壳层，也称作电子层（有人把这种电子层模型比拟为洋葱式结构）。 序数 1 2 3 4 5 6 7 符号 K L M N O P Q 离核距离： 近 ——→ 远 电子能量： 低 ——→ 高 2．电子层的表示方法及能量关系 二、原子的核外电子排布 3．核外电子的排布规律 元素 各电子层的电子数 K L M N O P 2He（氦） 2           10Ne（氖） 2 8         18Ar（氩） 2 8 8       36Kr（氪） 2 8 18 8     54Xe（氙） 2 8 18 18 8   86Rn（氡） 2 8 18 32 18 8 思考与讨论 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?请思考并讨论下列问题。 （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? ① 各电子层最多容纳_______个电子 ② 最外层电子数不超过_____个（K层为最外层时不超过______个） ③ 次外层电子数不超过_____个（当K层为次外层时不超过___个，当L层为次外层时不超过___个） ④ 倒数第三层电子数不超过______个 相互独立又相互统一 2n2 8 2 18 2 8 32 二、原子的核外电子排布 3．核外电子的排布规律 由于原子中的电子是处在原子核的引力场中，电子按照能量由低到高的顺序依次排布，一般总是先从内层排起，当一层充满后再填充下一层。 (1)能量规律 (2)数量规律 +11 2 8 1 原子核 质子数或核电荷数 电子层 各层的电子数 钠的原子结构示意图 二、原子的核外电子排布 4．核外电子的排布的表示方法——原子结构示意图 （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。 氢元素的原子核 原子名称 原子符号( X ) 质子数(Z) 中子数(N) 1 0 氕 1 1 氘 或D 1 2 氚 或T 三、核素和同位素 1. 核素 （1）元素：具有相同核电荷数（即核内质子数）的同一类原子的总称。 （2）核素：具有一定数目的质子和一定数目的中子的一种原子叫核素。 A Z X 表示质子数为Z，质量数为A的X原子。 A Z 2. 同位素 (1)概念：质子数相同而中子数不同的同一元素的不同原子互称为同位素。如：1H，2H，3H互为同位素。 三、核素和同位素 “同位”是指核素的质子数相同，在元素周期表中占有相同的位置。同一元素的不同核素的中子数不同，质量数也不相同。 (2) 特点： ①同一元素的各种同位素的化学性质几乎相同，物理性质略有差异。 ②天然存在的同位素相互间保持一定的比率。 (3)同位素的应用 ① 、用于制造氢弹； ② 用于制造原子弹、核发电； 三、核素和同位素 ③ 考古时利用测定一些文物的年代； 三、核素和同位素 ④利用放射性同位素释放的射线育种、给金属探伤、治疗恶性肿瘤等。 三、核素和同位素 3. 符号 中各个字母的含义 X A Z m± n ±c 元素化合价 微粒所带电荷数 原子个数 质子数 质量数 三、核素和同位素 三、核素和同位素 4. 相对原子质量的计算 ⑴ 原子的相对原子质量 Ar＝ 核素（原子）的质量 质量的1/12 例：已知一个的质量为2.657 ×10-26 kg ，一个的质量为1.993 ×10-26 kg,求的相对原子质量？ 16 8O 的相对原子质量＝ ＝15.998 2.657 ×10-26 kg 1.993 ×10-26 kg×1/12 解： 三、核素和同位素 (2)元素的相对原子质量 元素的相对原子质量，是按该元素所含各种天然、稳定核素所占的一定百分比计算出来的平均值。 Ar= Ar1 × a1% +Ar2 × a2% +……+Arn × an% Ar 表示某元素的相对原子质量 Ar1、 Ar2、 Arn 表示元素的各种核素的相对原子质量 a1% 、a2%、 an% 表示 各种核素的原子百分数（同位素丰度）或 物质的量分数。 三、核素和同位素 例题：已知氯元素有两种天然同位素，并测得以下数据： 解： 氯元素的相对原子质量 =34.969×75.77%+36.966×24.23% ≈35.45 元素符号 同位素相对原子质量 在自然界各同位素原子百分数 34.969 75.77% 36.966 24.23% 三、核素和同位素 5.元素、核素、同位素的关系 元素 互为同位素 互为同位素 互为同位素 核素1 核素3 核素2 知识点都掌握了吗？来做几道题检测下~ 题型一：原子符号中各数字的含义及数量关系 【例1】近日，中国科学院获得了全球第一条季节性河水钡同位素 Ba变化曲线，填补了同位素陆表系统循环研究的空白。下列说法正确的是 A． Ba读作钡56 B． Ba的中子数为82 C． Ba2+的电子数为136 D．钡元素的质量数为138 138 56 138 56 138 56 138 56 答案：B 题型二：相同电子层结构 【例2】若aAn＋与bB2-两种离子的核外电子层结构相同，则a的数值为 A．b＋n＋2 B．b＋n－2 C．b－n－2 D．b－n＋2 答案：A 题型三：核外电子的排布规律 【例3】两种元素原子X和Y，X原子的M层比Y原子的M层少3个电子，Y原子的L层电子数恰好是X原子L层电子数的两倍，则X、Y分别是 A．硅原子和钠原子 B．硼原子和氮原子 C．氮原子和碳原子 D．碳原子和铝原子 答案：D 4.1.2 元素周期表 教学目标： 1.通过了解元素周期表的结构。 2.认识原子结构与元素在周期表中位置间的关系。 1869年门捷列夫的第一张周期表手稿 Ti=50 Zr=90 ？=180 V=51 Nb=94 Ta=182 Cr=52 Mo=96 W=186 Mn=55 Rh=104.4 Pt=197.44 Fe=56 Ru=104.4 Ir=198 Ni=Co=59 Pd=106.6 Os=199 H=1 Cu=63.4 Ag=108 Hg=200 Be=9.4 Mg=24 Zn=65.2 Cd=112 B=11 Al=27.4 ?=68 Ur=116 Au=197? C=12 Si=28 ?=70 Sn=118 N=14 P=31 As=75 Sb=122 Bi=210 O=16 S=32 Se=79.4 Te=128? F=19 Cl=35.5 Br=80 I=127 Li=7 Na=23 K=39 Rb=85.4 Cs=133 Tl=204 Ca=40 Sr=87.6 Ba=137 Pb=207 ?=45 Ce=92 ?Er=56 La=94 ?Yt=66 Di=95 In=75 Th=118? 门捷列夫的第一张周期表 1871年门捷列夫的第二张周期表  诞生 依据 意义 1869年，俄国化学家____________编制出第一张元素周期表 按相对原子质量由小到大排列，将化学性质相似的元素放在同一纵列 揭示了元素间的内在联系，成为化学发展史上的重要里程碑之一 发展 元素周期表中为未知元素留下的空位先后被填满 现行 编排依据：相对原子质量 → ___________，形成现行的元素周期表 门捷列夫 核电荷数 一、元素周期表的发展历程 你知道周期表里118种元素的发现顺序吗？ 整体：元素周期表有 7 个横行，18 个纵列。 周期：每一个横行叫做一个周期，周期序数从上到下分别用1、2、3、4、5、6、7标记。 族：每一个纵列叫做一个族（8、9、10三个纵列共同组成第VIII族）。 二、元素周期表的结构 16个族 （18纵行） 主族：由短周期和长周期元素共同构成的族，共7个。 其族序数从左到右用ⅠA、ⅡA、 ⅢA、ⅣA、ⅤA、ⅥA、ⅦA表示。 副族：完全由长周期元素构成的族，共7个。 其族序数从左到右用ⅢB、ⅣB、ⅤB、ⅥB、ⅦB、ⅠB、ⅡB 表示。 第VIII族：1个（8、9、10三个纵行） 0族：1个（稀有气体） 周期 （7个） 族 （16个） 短周期 长周期 第 1 周期 第 2 周期 第 6 周期 第 3 周期 第 5 周期 第 4 周期 第 7 周期 —— 2 种 —— 8 种 —— 8 种 —— 18 种 —— 18 种 —— 32 种 —— 32 种 主族 副族 第VIII族 0 族 共 7 个主族，包括短周期和长周期元素 共 7 个副族，只包括在长周期中 包括第8、9、10 纵行 稀有气体元素 元素周期表 三、元素周期表的编排原则 1. 周期数 = _____________________； 2. 主族序数 = ___________________。 电子层数 最外层电子数 副族元素的编排原则比较复杂，高二再学 3.原子序数：根据元素在周期表中顺序的编号。 原子序数＝核电荷数＝质子数＝核外电子数 判断元素在周期表中的位置 判断O、He、Al、17号元素在周期表中的位置。 1. 每个方格中的信息 6 C 碳 12.01 元素符号 元素名称 相对原子质量 原子序数 四、元素周期表的信息 2. 金属元素与非金属元素 金属元素与非金属元素的分界线上方为金属元素，下方为非金属元素 四、元素周期表的信息 3. 过渡金属 从第IIIB族第IIB族10个纵列共六十多种元素，过渡元素都是金属元素 四、元素周期表的信息 4. 镧系与锕系 ①镧系元素：元素周期表第六周期中，57号元素镧到71号元素镥共15种元素 ②锕系元素：元素周期表第七周期中，89号元素锕到103号元素铹共15种元素 四、元素周期表的信息 第IVA族——碳族 第VA族——氮族 第VIA族——氧族 第IA族（除氢）：碱金属 0族：稀有气体 第IIA族：碱土金属 第VIIA族——卤族 5.一些族的名称 四、元素周期表的信息 立式周期表 螺旋型周期表 塔型元素周期表 元素周期表 —— 性质版 元素周期表 —— 远景版 长式元素周期表 判断第52号元素在周期表中的位置 此时需要用到“0族定位法” 判断元素在周期表中的位置 1. 同主族元素的原子序数差的关系 族序数 两元素的原子序数差值 第IA、IIA族（过渡元素左侧） ______________的元素种数 第IIIA ~ VIIA族（过渡元素右侧） ______________的元素种数 上一周期 下一周期 六、元素周期表中的原子序数差值问题 2. 同周期相邻主族元素的原子序数差的关系 （1）同周期相邻主族元素的原子序数之差一般为1 （2）同周期第ⅡA族和第ⅢA族元素原子序数的差值取决于它们所在的周期数： 周期数 第二或第三周期 第四或第五周期 第六或第七周期 差值 1 11 25 知识点都掌握了吗？来做几道题检测下~ 题型一：元素在周期表中位置的判断（编排原则） 【例1】以SiC，AlN，ZnSe等宽禁带半导体材料为代表的第三代半导体材料是当前的研究热点。上述物质涉及的元素中属于主族元素的有 A．5个 B．4个 C．3个 D．2个 A 【例2】81号元素所在周期和族是(　　) A．第六周期ⅣA族 B．第六周期ⅢB族 C．第七周期0族 D．第六周期ⅢA族 D 题型二：元素在周期表中位置的判断（0族定位法） 【例3】下列个表是元素周期表中的一部分，表中数字表示的是原子序号与其在周期表中的位置相符合的是 D 题型三：同主族元素原子序数差值的判断 4.1.3 碱金属元素 教学目标 1.了解碱金属在周期表中的位置及原子结构特点。 2.以碱金属元素为例，通过探究认识同主族元素性质的递变规律，并能用原子结构理论初步加以解释。 碱金属元素为第ⅠA族（除氢）的元素。包括锂（Li）、钠（Na）、钾 （K）、铷（Rb）、铯（Cs），钫（Fr），其中钫为放射性元素。 一、碱金属元素概述 锂（Li） 钠（Na） 钾（K） 铷（Rb） 铯（Cs） 碱金属 颜色 状态 密度/g·cm-3 熔点/℃ 沸点/℃ 锂 银白色 柔软 0.534 180.5 1347 钠 0.97 97.81 882.9 钾 0.86 63.65 774 铷 1.532 38.89 688 铯 略带金色光泽 1.879 28.40 678.4 1. 相似性 碱金属单质都有______色的金属光泽（但____略带金色光泽）、硬度小、有延展性，密度小、熔沸点较低，导电、导热性良好。 液态钠钾合金可做原子反应堆的导热剂。 银白 铯 二、碱金属物理性质 碱金属 颜色 状态 密度/g·cm-3 熔点/℃ 沸点/℃ 锂 银白色 柔软 0.534 180.5 1347 钠 0.97 97.81 882.9 钾 0.86 63.65 774 铷 1.532 38.89 688 铯 略带金色光泽 1.879 28.40 678.4 2. 递变性 随着核电荷数的增加，单质的熔点和沸点逐渐______，密度逐渐______，（但ρK___ρNa），且Li、Na、K的密度_____1，Rb、Cs的密度_____1。 降低 增大 ＜ ＜ ＞ 二、碱金属物理性质 族 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 Li 3           2 0.152 钠 Na 11 3 0.186 钾 K 19 4 0.227 铷 Rb 37 5 0.248 铯 Cs 55 6 0.265 1 二、碱金属原子结构 2. 相似性 碱金属元素原子的最外层都有_____个电子，很容易_______，最高正价为_____价，最高价氧化物对应的水化物均为_____碱，是典型的活泼金属元素。 3. 递变性 随着核电荷数的增加，碱金属元素原子的电子层数逐渐_______，原子半径逐渐______。 1 失去 +1 强 增多 增大 二、碱金属原子结构 还记得金属钠与氧气的反应现象、方程式吗？ 同为碱金属，其他单质与氧气反应，现象如何？ 三、碱金属与氧气的反应 【实验结论】 随着核电荷数的增加，碱金属与O2反应越来越_____，产物越来越_______。 碱金属 现象及产物 化学方程式 Li 不如Na剧烈，生成Li2O 4Li + O2 ==== 2Li2O Na 剧烈燃烧，生成Na2O2 2Na + O2 ==== Na2O2 K 燃烧比Na剧烈，生成复杂的氧化物 K + O2 ==== KO2（超氧化钾） Rb 燃烧反应更剧烈，生成更复杂氧化物   Cs 燃烧反应更剧烈，生成更复杂氧化物 剧烈 复杂 还记得金属钠与水的反应现象、方程式吗？ 同为碱金属，其他单质与水反应，现象如何？ 四、碱金属与水的反应 【实验结论】碱金属都能与水反应，反应的通式为2R + 2H2O===2ROH + H2↑ 随着核电荷数的增加，碱金属与水反应越来越______，生成的ROH（最高价氧化物对应的水化物）的碱性越来越______。 碱金属 现象及产物 化学方程式 Li 反应较慢，生成H2 2Li + 2H2O === 2LiOH + H2↑ Na 反应剧烈，生成H2 2Na + 2H2O === 2NaOH + H2↑ K 反应剧烈，轻微爆炸，生成H2 2K + 2H2O === 2KOH + H2↑ Rb 遇水立即燃烧，爆炸，生成H2   Cs 遇水立即燃烧，爆炸，生成H2 剧烈 强 五、碱金属化学性质递变性的微观解释 核电荷数增加 ↓ 电子层数增加 ↓ 对电子引力降低 ↓ 越容易失去电子 ↓ 元素的金属性增强 ↓ 单质的还原性增强 结构决定性质 知识点都掌握了吗？来做几道题检测下~ 【例1】下列不属于碱金属单质的通性的是 A．硬度小、密度小 B．熔点较低 C．焰色反应相同 D．导热、导电性能强 C 题型一：碱金属的物理性质 【变2-1】(2021·浙江高一期中)下列关于碱金属的描述正确的是(　　) A．碱金属都可以保存在煤油中 B．碱金属元素的单质硬度小、密度小、熔点低 C．在空气中加热均可生成多种氧化物 D．碱金属与水反应，均漂浮在水面上 B 题型二：碱金属的化学性质 【例3】（2020·浙江·高三月考）钾、铷、铯在过量的氧气中燃烧均生成黄色的超氧化物(如KO2)。 下列说法不正确的是（ ） A．在450℃ 、15MPa 的压力下， Na 与 O2反应也能够得纯净的 NaO2，常温下Na2O2的稳定性比 NaO2好 B．CsO2具有强氧化性，能与水反应生成O2，其中水作还原剂 C．4KO2+2CO2= 2K2CO3+3O2，因此可用来作氧气源 D．KO2与水反应后的溶液呈强碱性 B 题型三：推测碱金属的性质 4.1.4 卤族元素 族 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 卤族元素 氟           随着核电荷数的增加，原子半径逐渐______ 氯 溴 碘 7 增大 F Cl Br I 9 17 35 53 2 3 4 5 一、卤族元素概述 1. 定义 卤族元素为第VIIA族的元素，包括氟(F)、氯(Cl)、溴(Br)、碘(I)、砹(At)。 2. 相似性与递变性 ① 相似性： 最外层电子数都是_____，容易______一个电子。 ② 递变性： 随着核电荷数逐渐增大，电子层数逐渐_______，原子半径逐渐________。 7 得到 增多 增大 二、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(15 ℃) －219.6 －188.1 Cl2 黄绿色气体 3.214 g/L(0 ℃) －101 －34.6 Br2 深红棕色液体 3.119 g/cm3(20 ℃) －7.2 58.78 I2 紫黑色固体 4.93 g/cm3 113.5 184.4 卤素单质的物理性质 1. 相似性 都有颜色，有毒，在水中溶解度不大。 2. 递变性 随着核电荷数逐渐增大，颜色逐渐加深，熔、沸点逐渐______，密度逐渐______。 升高 增大 三、卤素单质的化学性质 1.与氢气反应 ①反应难易：_______________ ②剧烈程度：________________ ③氢化物稳定性：___________ ④非金属性强弱：____________ 反应条件 化学方程式 产物稳定性 F2 暗处（爆炸） H2＋F2===2HF 很稳定 Cl2 光照或点燃 H2＋Cl2 ====== 2HCl 较稳定 Br2 加热 H2＋Br2 === 2HBr 不如氯化氢稳定 I2 不断加热 H2＋I2 2HI 不稳定 越来越困难 越来越不剧烈 越来越不稳定 越来越弱 橙 Cl2＋2KBr===2KCl＋Br2 棕褐 Cl2＋2KI===2KCl＋I2 棕黄 Br2＋2KI===2KBr＋I2 Cl2＞Br2＞I2 I－＞Br－＞Cl－ 实验操作 实验现象 化学方程式 将少量氯水滴入盛有 KBr 溶 液的试管中，用力振荡试管 无色变_____色   将少量氯水滴入盛有 KI 溶 液的试管中，用力振荡试管 无色变_____色   将少量溴水滴入盛有 KI 溶 液的试管中，用力振荡试管 无色变_____色   实验结论 ①卤素单质的氧化性顺序由强到弱依次是：____________________ ②卤素离子的还原性顺序由强到弱依次是：____________________ 2. 卤素单质间的置换反应 碘水的颜色，随浓度变化而变化 四、卤素化学性质递变性的微观解释 核电荷数减少 ↓ 电子层数减少 ↓ 对电子引力增强 ↓ 越容易得到电子 ↓ 元素的非金属性增强 ↓ 单质的氧化性增强 结构决定性质 五、元素非金属性强弱的判断方法 1. 与H2化合越_______，非金属性越强。 2. 与H2生成的气态氢化物越_______，非金属性越强。 3. _______氧化物对应水化物的酸性越_____，非金属性越强。 4. 单质氧化性越______或阴离子还原性越______，非金属性越强。 容易 稳定 最高价 强 强 弱 题型一：卤素单质及化合物的性质 【例1】（2021·甘肃·民勤县第四中学高一期中）下列关于卤素(用X表示)的叙述中，正确的是 A．卤素单质都可与水反应生成相应的无氧酸和含氧酸 B．HX的热稳定性随卤素核电荷数增加而增强 C．卤素单质的颜色随相对分子质量增大而加深 D．X-的还原性依次为F->Cl->Br->I- C 【例6】（2021·全国·高一专题练习）氯化碘（ICl）的化学性质跟氯气相似，预计它跟水反应的最初生成物是 A．HI和HClO B．HCl和HIO C．HClO3和HIO D．HClO和HIO B 题型三：类卤化合物 / 拟卤素的性质 Lavf58.20.100 Bilibili VXCode Swarm Transcoder v0.6.37 $$