1.2.1原子结构与元素周期表 课件 2024-2025学年高二下学期化学人教版（2019）选择性必修2

人教版 选择性必修2 第一章 第二节 第1课时 原子结构与元素周期表 1869年 门捷列夫元素周期表 按相对原子质量排序 元素周期律、元素周期系和元素周期表 按相对原子质量从小到大的顺序将元素排列起来，得到一个元素序列，并从最轻的元素氢开始进行编号，称为原子序数。 1869年，门捷列夫发现，元素的性质随着元素原子序数的递增而呈周期性变化，这个规律叫作元素周期律。 门捷列夫 原子序数 核电荷数 = 元素周期律为元素的性质随着元素核电荷数的递增而呈周期性变化。 我们把元素按照其原子核电荷数递增排列的序列称为元素周期系。 莫塞莱 = 质子数 = 核外电子数 元素周期律、元素周期系和元素周期表 1869年 门捷列夫元素周期表 按相对原子质量排序 元素周期律、元素周期系和元素周期表 第四周期开始每个周期截成两截 元素周期律、元素周期系和元素周期表 前五个周期元素种类被完全确定 1905年 维尔纳的特长式元素周期表 1922年 玻尔元素周期表 元素周期律、元素周期系和元素周期表 镧系 不完全 新增电子填入内层轨道 用原子结构解释元素周期表 构造原理与元素周期表 问题1：回忆并书写1-36号元素的基态原子的价层电子排布式 1s1 1s2 2s1 2s2 2s2 2p1 2s2 2p2 2s2 2p3 2s2 2p4 2s2 2p5 2s2 2p6 3s1 3s2 3s2 3p1 3s2 3p2 3s2 3p3 3s2 3p4 3s2 3p5 3s2 3p6 4s1 4s2 3d14s2 3d24s2 3d34s2 3d44s2 3d54s2 3d64s2 3d74s2 3d84s2 3d94s2 3d104s2 4s2 4p1 4s2 4p2 4s2 4p3 4s2 4p4 4s2 4p5 4s2 4p6 3d54s1 3d104s1 Cr Cu 构造原理与元素周期表 1s 2s 3s 4s 5s 6s 7s 2p 3p 4p 5p 6p 7p 3d 4d 5d 6d 4f 5f 2 8 8 18 18 32 32 2 14 10 6 问题2：原子的核外电子排布与周期的划分有什么关系？ 构造原理与元素周期表 问题2：原子的核外电子排布与周期的划分有什么关系？ 根据构造原理得出的核外电子排布，可以解释元素周期系的基本结构。例如：第一周期从 开始，以 结束；其余各周期总是从 能级开始，以 能级结束，其间递增的核电荷数(或电子数)就等于每个周期里的元素数。 1s1 1s2 ns np 周期 元素数 1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 5s 4d 5p 4f 5d 6p 6s 5f 6d 7p 7s …… 一 二 三 四 五 六 七 2 8 8 18 18 32 32 构造原理与元素周期表 问题2：原子的核外电子排布与周期的划分有什么关系？ 周期 元素数 1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 5s 4d 5p 4f 5d 6p 6s 5f 6d 7p 7s …… 一 二 三 四 五 六 七 2 8 8 18 18 32 32 周期数＝最外层电子所在轨道所处的电子层数 元素种数 七个能级组 分别对应 七个周期 能级组最多容纳电子数 等于 本周期所包含的 能量相近的合并成一组，称为能级组，能级组之间能量相差较大而能级组之内能量相差很小，共七个能级组，也就形成了7个周期。 构造原理与元素周期表 思考：预言第八周期有多少种元素？ 周期 元素数 1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 5s 4d 5p 4f 5d 6p 6s 5f 6d 7p 7s …… 一 二 三 四 五 六 七 2 8 8 18 18 32 32 价层电子填入的能级顺序： 8s → 5g → 6f → 7d → 8p 元素个数为 2 + 18 + 14 + 10 + 6 = 50 种 问题3：若以一个方格代表一种元素，每个周期排一横排，并按s、p、d、f分段，左侧对齐，可以得到如下元素周期表，怎样将该表变成书末的元素周期表？ 构造原理与元素周期表 p f d s s p s d p f s d p d s p p s s 构造原理与元素周期表 s s s s s s s p p p p p p d d d d s 0 第18列 第8、9、10列 Ⅷ s s s s s s 镧系 锕系 f f ⅠA ⅡA ⅢA ⅤA ⅣA ⅥA ⅦA ⅠB ⅡB ⅢB ⅣB ⅥB ⅦB ⅤB 族 18列 周期 7行 演变为： 第一周期 第二周期 第三周期 第四周期 第五周期 第六周期 第七周期 2 种 8 种 8 种 18种 18种 32种 32种 0族 主族 主族 副族 副族 第VIII族 过渡元素 再探周期表 同族元素价电子数与族序数有何关系？ 构造原理与元素周期表 问题4：原子的核外电子排布与族的划分有什么关系？ 1s1 2s1 3s1 4s1 5s1 6s1 7s1 2s2 3s2 4s2 5s2 6s2 7s2 2s22p1 3s23p1 4s24p1 5s25p1 6s26p1 2s22p2 3s23p2 4s24p2 5s25p2 6s26p2 2s22p3 3s23p3 4s24p3 5s25p3 6s26p3 2s22p4 3s23p4 4s24p4 5s25p4 6s26p4 2s22p5 3s23p5 4s24p5 5s25p5 6s26p5 2s22p6 3s23p6 4s24p6 5s25p6 6s26p6 1s2 3d14s2 4d15s2 3d24s2 3d34s2 3d54s1 3d54s2 3d64s2 3d74s2 3d84s2 3d104s1 3d104s2 4d55s1 5d26s2 镧系 5d66s2 4d75s1 5d76s2 4d85s1 5d96s1 4d10 5d106s1 4d105s1 4d105s2 5d106s2 6d27s2 锕系 5d46s2 4d55s2 4d45s1 4d25s2 5d36s2 5d56s2 6d37s2 镧系 锕系 5d16s2 6d17s2 4f15d16s2 4f46s2 4f36s2 4f56s2 4f76s2 4f66s2 4f75d16s2 4f106s2 4f96s2 4f146s2 4f136s2 4f126s2 4f116s2 4f145d16s2 6d27s2 4f25d16s2 4f35d16s2 6d77s2 6d67s2 4f75d16s2 6d97s2 6d117s2 6d127s2 6d137s2 6d147s2 6d107s2 4f45d16s2 4f145d16s2 IA VA IVA IIIA IIB IB IVB IIIB VB VIB VIIB VIIA VIA 0 VIII IIA ns2np5 ns1 ns2 ns2np1 列数 1 2 13 14 15 16 17 族序数 ⅠA ⅡA ⅢA ⅣA ⅤA ⅥA ⅦA 价层电子 排布式 ____ ____ ____ ____ _______ ______ ________ 价层电子数 ____ ____ ____ ____ ____ ____ ____ 结论：同主族元素原子的价层电子排布完全相同，价层电子全部排布在ns或 ns 、np轨道上。价层电子数 = 族序数 ns1 ns2 ns2np1 ns2np2 ns2np3 ns2np4 ns2np5 2 4 5 6 7 3 1 主族元素的价层电子排布式、价层电子数 构造原理与元素周期表 问题4：原子的核外电子排布与族的划分有什么关系？ 构造原理与元素周期表 1s1 2s1 3s1 4s1 5s1 6s1 7s1 2s2 3s2 4s2 5s2 6s2 7s2 2s22p1 3s23p1 4s24p1 5s25p1 6s26p1 2s22p2 3s23p2 4s24p2 5s25p2 6s26p2 2s22p3 3s23p3 4s24p3 5s25p3 6s26p3 2s22p4 3s23p4 4s24p4 5s25p4 6s26p4 2s22p5 3s23p5 4s24p5 5s25p5 6s26p5 2s22p6 3s23p6 4s24p6 5s25p6 6s26p6 1s2 3d14s2 4d15s2 3d24s2 3d34s2 3d54s1 3d54s2 3d64s2 3d74s2 3d84s2 3d104s1 3d104s2 4d55s1 5d26s2 镧系 5d66s2 4d75s1 5d76s2 4d85s1 5d96s1 4d10 5d106s1 4d105s1 4d105s2 5d106s2 6d27s2 锕系 5d46s2 4d55s2 4d45s1 4d25s2 5d36s2 5d56s2 6d37s2 镧系 锕系 5d16s2 6d17s2 4f15d16s2 4f46s2 4f36s2 4f56s2 4f76s2 4f66s2 4f75d16s2 4f106s2 4f96s2 4f146s2 4f136s2 4f126s2 4f116s2 4f145d16s2 6d27s2 4f25d16s2 4f35d16s2 6d77s2 6d67s2 4f75d16s2 6d97s2 6d117s2 6d127s2 6d137s2 6d147s2 6d107s2 4f45d16s2 4f145d16s2 IA IIA VA IVA IIIA IIB IB VIII IVB IIIB VB VIB VIIB VIIA VIA 0 问题4：原子的核外电子排布与族的划分有什么关系？ 构造原理与元素周期表 问题4：原子的核外电子排布与族的划分有什么关系？ 副族元素的价层电子排布式、价层电子数(以第四周期为例)： 列数 3 4 5 6 7 11 12 副族元素 21Sc 22Ti 23V 24Cr 25Mn 29Cu 30Zn 族序数 ____ ____ ____ ____ ____ ____ ____ 价层电子 排布式 _____ _____ _____ _____ _____ ______ ______ 价层 电子数 ____ ____ ____ ____ ____ ____ ____ 结论： 副族元素同一纵列原子的价层电子排布基本相同，价层电子排布为(n－1)d1～10ns1～2。ⅢB-ⅦB：价层电子数=族序数，ⅠB-ⅡB：族序数=最外层电子数 ⅢB ⅣB ⅤB ⅥB ⅦB ⅠB ⅡB 3d104s1 3d34s2 3d54s1 3d54s2 3d24s2 3d14s2 3d104s2 3 4 7 5 6 11 12 构造原理与元素周期表 1s1 2s1 3s1 4s1 5s1 6s1 7s1 2s2 3s2 4s2 5s2 6s2 7s2 2s22p1 3s23p1 4s24p1 5s25p1 6s26p1 2s22p2 3s23p2 4s24p2 5s25p2 6s26p2 2s22p3 3s23p3 4s24p3 5s25p3 6s26p3 2s22p4 3s23p4 4s24p4 5s25p4 6s26p4 2s22p5 3s23p5 4s24p5 5s25p5 6s26p5 2s22p6 3s23p6 4s24p6 5s25p6 6s26p6 1s2 3d14s2 4d15s2 3d24s2 3d34s2 3d54s1 3d54s2 3d64s2 3d74s2 3d84s2 3d104s1 3d104s2 4d55s1 5d26s2 镧系 5d66s2 4d75s1 5d76s2 4d85s1 5d96s1 4d10 5d106s1 4d105s1 4d105s2 5d106s2 6d27s2 锕系 5d46s2 4d55s2 4d45s1 4d25s2 5d36s2 5d56s2 6d37s2 镧系 锕系 5d16s2 6d17s2 4f15d16s2 4f46s2 4f36s2 4f56s2 4f76s2 4f66s2 4f75d16s2 4f106s2 4f96s2 4f146s2 4f136s2 4f126s2 4f116s2 4f145d16s2 6d27s2 4f25d16s2 4f35d16s2 6d77s2 6d67s2 4f75d16s2 6d97s2 6d117s2 6d127s2 6d137s2 6d147s2 6d107s2 4f45d16s2 4f145d16s2 IA VA IVA IIIA IIB IB IVB IIIB VB VIB VIIB VIIA VIA 0 VIII IIA 问题4：原子的核外电子排布与族的划分有什么关系？ 价层电子：(n-1)d6~8ns2 三个纵行(8、9、10），位于Ⅶ B 与ⅠB中间 稀有气体元素 价层电子：ns2或ns2np6 不一定相同，如过渡元素中的镧系元素和锕系元素就不相同，在第Ⅷ族中部分元素的价电子排布也不相同。 构造原理与元素周期表 思考：同一族元素的价电子排布一定相同吗？ 原子结构与元素周期表的分区 按核外电子排布，可把周期表里的元素划分为 5 个区，分别为s区、d区、p区、ds区、f区。除ds区外，各区的名称来自按构造原理最后填入的电子的能级的符号。 ⅠA 0 ⅡA ⅢA ⅣA ⅤA ⅥA ⅦA ⅢB ⅣB ⅤB ⅥB ⅦB Ⅷ ⅠB ⅡB 1s1 1s2 2s1 3s1 4s1 2s2 3s2 4s2 2s22p1 3s23p1 4s24p1 2s22p2 3s23p2 4s24p2 2s22p3 3s23p3 4s24p3 2s22p4 3s23p4 4s24p4 2s22p5 3s23p5 4s24p5 2s22p6 3s23p6 4s24p6 s p ns1 ns2 ns2np5 ns2np1 ns2np6 d ds f 电子填充的最后一个能级是p能级 电子填充的最后一个能级是d能级 f 电子填充的最后一个能级是f能级 电子填充的最后一个能级是s能级 例外 原子结构与元素周期表的分区 原子结构与元素周期表的分区 d s p ds f 除H外，其余为活泼金属 除H外，所有非金属元素都在p区 均为金属元素，性质相似 均为金属元素 均为金属元素，结构相似 【练习】下列各元素是主族元素还是副族元素？位于周期表的第几周期和哪个族？属于哪个区？（课本29页第9题） （1）1s22s22p63s23p5 （2）[Kr]4d105s25p2 （3）[Ar]3d34s2 （4）[Ar]3d104s1 （5）[Ar]4s1 主族 主族 副族 主族 副族 第三周期第ⅦA族 p区 第五周期第ⅣA族 p区 第四周期第ⅤB族 d区 第四周期第ⅠB族 ds区 第四周期第ⅠA族 s区 原子结构与元素周期表的分区 【深度思考】 1.s区、d区、ds区、 p区分别有几个列？ s区有2列，d区有8列， ds区有2列、 p区有6列。 2.为什么s区(H除外)、d区、ds区的元素都是金属元素？ s区的最外层电子数为1～2个，容易失去电子（H除外），所以都是金属元素； d区和ds区的最外层电子数始终不超过2，即为ns1-2（Pd例外）。而第六、第七周期比第四、第五周期多出14个元素的基态原子最外层也只有2个s电子，所以也是金属元素。 【深度思考】 3.为什么在元素周期表中非金属主要集中在右上角三角区内？ 右上角三角区的p区元素，能层数少，容易得到电子达到相对稳定结构，呈现非金属性，属于非金属元素。 【深度思考】 4.处于非金属与金属分界线上的元素常被称为半金属或类金属，为什么？ 处于非金属与金属分界线上的元素既能表现出一定的非金属性，又能表现出一定的金属性，因此这些元素常被称为半金属或类金属。 【深度思考】 【深度思考】 5.为什么副族元素又称为过渡元素？ 由于副族元素是从典型的金属元素过渡到非金属元素的中间元素，因而又被称为过渡元素。 6. Cr和Cu的价层电子排布符合构造原理么？还有哪些不符合？ Nb、Mo、Ru、Pd、Ag、Pt、Au等 【深度思考】 8.已知Se的价层电子排布式为4s24p4，请分析Se元素所在的周期、族、分区、最高/最低化合价 7.预言119号元素基态原子核外电子排布式、价层电子排布式，并预测其位置、分区、最高化合价 第四周期、第ⅥA族、p区、最高化合价+6/最低化合价-2 [Og]8s1、8s1、第八周期第ⅠA族、s区、最高化合价+1 【深度思考】 练习2：仔细观察元素周期表片段，回答下列问题： (1)Fe处于周期表中的哪个区?Fe2+、Fe3+的电子排布式怎样书写?两种离子更稳定的是哪种?为什么? Fe位于d区。 Fe2+、Fe3+的电子排布式分别为1s22s22p63s23p63d6、1s22s22p63s23p63d5。 由离子的电子排布式可知Fe3+的3d轨道“半充满”,其稳定性强于Fe2+。 该元素位于ds区,为Zn (2)某元素原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s2，据此判断该元素位于周期表中的哪个区?是何种元素? 元素的对角线规则 (1)在元素周期表中，某些主族元素与右下方的主族元素(如图)的有些性质是相似的(如锂和镁在过量的氧气中燃烧均生成正常氧化物，而不是过氧化物)，这种相似性被称为对角线规则。 (2)处于“对角线”位置的元素，它们的性质具有相似性。 元素 Li Na Be Mg 沸点/℃ 1 341 881.4 2 467 1 100 对角线规则 P22 (3)性质的相似性： 实例分析： ①锂和镁的相似性 a.锂与镁的沸点较为接近： b.锂和镁在氧气中燃烧时只生成对应的氧化物. c.锂和镁与水的反应都十分缓慢，并且生成的氢氧化物难溶于水，附着于金属表面阻碍反应的进行。 d.锂和镁都能直接与氮气反应: 4Li＋O2 2Li2O 3Mg＋N2 Mg3N2 6Li + N2 2Li3N 2Mg＋O2 2MgO e.在碱金属的氟化物、碳酸盐和磷酸盐中，只有锂盐是难溶于水的， 相应的镁盐也难溶于水 Al(OH)3＋3HCl=AlCl3＋3H2O， Al(OH)3＋NaOH=NaAlO2＋2H2O Be(OH)2＋2HCl=BeCl2＋2H2O， Be(OH)2＋2NaOH=Na2BeO2＋2H2O 对角线规则 P22 (3)性质的相似性： 实例分析： ②铍和铝的相似性 a.二者的单质、氧化物和氢氧化物都既能溶于强酸又能溶于强碱溶液： b. 二者的氧化物Al2O3和BeO的熔点和硬度都很高。 d. BeCl2和AlCl3都是共价化合物，易升华。 c. 常温下，铍在浓硝酸中也发生钝化。 2Al＋2NaOH＋2H2O=2NaAlO2＋3H2↑ Be＋2NaOH = Na2BeO2＋ H2↑ c. 硼烷(BH3)和硅烷(SiH4)的稳定性都比较差，且都易水解。 对角线规则 P22 (3)性质的相似性： 实例分析： ③硼和硅的相似性 a. 自然界中B与Si均以化合物的形式存在。 b. B与Si的单质都易与强碱反应，且不与稀酸反应： Si＋2NaOH＋H2O=Na2SiO3＋2H2↑ 2B＋2NaOH＋2H2O =2NaBO2＋3H2↑ d. 硼和硅的卤化物的熔、沸点比较低，易挥发，易水解。 根据对角线规则，思考以下问题： 金属锂在氧气中燃烧的产物是什么？ 金属铍能否溶于氢氧化钠溶液中？ 硼酸和碳酸，谁的酸性强？ 4Li＋O2 2Li2O Be＋2NaOH = Na2BeO2＋ H2↑ 根据周期律知识，硼的非金属性比碳弱 酸性：硼酸＜碳酸 $$