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选择性必修2

第一章 原子结构与性质 第二节 原子结构与元素的性质　 第1课时 原子结构与元素周期表 人教版·化学·选择性必修2 授课人：李丽萍 2025/8/15 学习目标 熟知原子结构与元素周期表的关系，进一步熟悉元素周期表的结构。 能从原子价层电子数目和价层电子排布的角度解释元素周期表的分区、周期和族的划分。 能列举元素周期律(表)的应用。 素养目标 通过认识三张周期表的研究过程，培养学生“科学探究与科学精神”的学科素养。 通过原子结构和元素在周期表中的位置分析其他元素的位置及性质，培养学生“证据推理和模型认知”的学科素养。 1869年，门捷列夫发现，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。这个序列中的元素性质随着原子序数递增发生周期性的重复，这一规律被门捷列夫称作元素周期律。 1913年，英国物理学家莫塞莱证明原子序数即原子核电荷数。随后元素周期律表述为元素的性质随元素原子的核电荷数递增发生周期性递变。元素的这一按其原子核电荷数递增排列的序列称为元素周期系。 一、原子结构与元素周期表 P18 门捷列夫 莫塞莱 1. 元素周期律、元素周期系和元素周期表 元素周期律 元素的性质随元素原子的核电荷数递增发生周期性递变 元素周期系 元素按其原子核电荷数递增排列的序列 元素周期表 呈现元素周期系的表格。 元素周期系只有一个，元素周期表多种多样。 一、原子结构与元素周期表 指导 体现 元素 周期系 元素 周期律 元素 周期表 1869年，门捷列夫制作了历史上第一张周期表，又称短式周期表。门捷列夫周期表最重要的特征是从第四周期开始每个周期截成两截，第1 ~ 7族分主副族，第八族称为过渡元素（第八族是铁、钴、镍等“三素组”）。 （1）门捷列夫周期表——短式周期表 2. 三张有重要历史意义的元素周期表 门捷列夫 两行 第八族 编排的依据： 原子序数是相对原子质量大小的顺序序列 维尔纳 （2）维尔纳周期表——特长式周期表 确定了前五周期的元素种类 Be、Mg的位置与现今周期表不同 1905年，配位化学鼻祖维尔纳制作了一张周期表，维尔纳周期表是特长式周期表，每个周期一行，各族元素、过渡金属、稀有气体、镧系和锕系，各有各的位置，同族元素上下对齐，维尔纳周期表前五个周期的元素种类被完全确定——2、8、8、18、18，但第六、第七周期因镧系和锕系元素种类未知而未定。 波尔 玻尔已经开始用原子结构来解释元素周期系，他把21-28、39-46等元素用方框框起来，因为这些框内元素的原子新增的电子是填入内层轨道的。 玻尔周期表还用直线连接前后周期的相关元素（同族元素），这是因为玻尔已经知道，他们的价电子数相等。 （3）玻尔元素周期表 形形色色的元素周期表 现行元素周期表 周 期 表 7个横行(7个周期) 18个纵行(16个族) 3个短周期 4个长周期 (2、8、8) 7个主族 (IA～VIIA） 零族: 稀有气体元素 (18、18、32、32) 8个副族 VIII族 (Fe、Co、Ni 3个纵行) (ⅠB～ⅦB) 元素非金属性逐渐增强 元素金属性逐渐增强 元 素 非 金 属 性 逐 渐 增 强 元 素 金 属 性 逐 渐 增 强 元素非金属性逐渐增强 元素金属性逐渐增强 非金属性最强(F) 金属性 最强(Cs) 周期序数 起止元素 包括元素种数 核外电子层数 1 H~He 2 1 2 3 4 5 6 7 Fr~Og 7 通过必修阶段的学习，我们已经知道周期序数=______________。 电子层数 如何从原子结构的角度解释每一周期包括的元素种数？如何从原子结构角度解释族（特别是副族）的划分依据？ Li~Ne Na~Ar K~Kr Rb~Xe Cs~Rn 8 8 18 18 32 32 2 3 4 5 6 1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p 4d 4f 5s 5p 5d 5f 6s 6p 6d 7s 7p K L M N O P Q 美国化学家鲍林和鲍林能级图 3. 构造原理与元素周期表 周期 ns → np 电子数目 元素数 一 二 三 四 五 六 七 1s 2s→2p 3s→3p 4s→3d→4p 5s→4d→5p 6s→4f→5d→6p 7s→5f→6d→7p 2 8 8 18 18 32 32 2 8 8 18 18 32 32 第一周期从1s1开始，以1s2结束。其余各周期总是从ns能级开始，以np结束。从ns能级开始，递增的核电荷数（或电子数）= 元素个数 根据构造原理思考，每个周期各包含多少种元素？为什么？ (1) 原子结构与元素周期表的关系 【思考与讨论】若以一个方格代表一种元素，每个周期排一个横排，并按s、p、d、f分段，左侧对齐，可得到如下元素周期表。请问怎么样将下述元素周期表变成书末的元素周期表？ s s s s s s s p p p p p p d d d d f f s ⅠA 0 ⅡA ⅢA ⅣA ⅤA ⅥA ⅦA ⅢB ⅣB ⅤB ⅥB ⅦB Ⅷ ⅠB ⅡB s d ds p f ns1 ns2 ns2np1 ns2np5 ns2np6 (n-1)d1~10ns1~2(Pd、除镧系和锕系） (n-1)d10ns1~2 过渡金属(n-1)d1~10ns1~2(除Pd、镧系和锕系） 电子填充的最后一个能级是s能级 电子填充的最后一个能级是d能级 电子填充的最后一个能级是p能级 先填满了(n-1)d能级而后填充ns能级 (2) 每族元素的价电子排布特点 镧系和锕系：(n-2)f 0~14(n-1)d0~2ns2 主族元素的价层电子排布式ns1~2、ns2np1~5 主族元素的价层电子数 = 族序数 ⅢB →ⅦB，价层电子数 = 族序数 ⅠB → ⅡB，ns电子数 = 族序数 (2) 每族元素的价电子排布特点 0族：ns2np6(其中He为1s2) 过渡元素(副族)：(n－1)d1～10ns1～2(Pd、镧系和锕系元素除外) ※ 镧系和锕系：(n-2)f 0~14(n-1)d0~2ns2 (3) 元素周期表的分区 按照最后一个电子排入的能级不同（除ds区）， 可把元素周期表划分成5个区 由于第11列铜、银、金按构造原理进行电子排布时，电子排布式中最后两个能级的电子排布应该为(n-1)d9ns2，而事实上却是(n-1)d10ns1，可理解为先填满了(n-1)d能级而后填ns能级，故称为ds区。 根据原子结构特征判断元素在元素周期表中的位置 电子排布式 周期： 周期序数=能层数 族： 价层电子排布式 元素分区 族 价层电子排布式 元素分区 包含元素 ns1~2 s 区 ⅠA~ⅡA 价层电子数=族序数 (n-1)d1~10ns1~2 d 区 ⅢB~ⅦB、Ⅷ 价层电子数=族序数（Ⅷ第一列元素） (n-1)d10ns1~2 ds 区 ⅠB~ⅡB ns电子数=族序数 ns2np1~6 p 区 ⅢA~ⅦA、0族 价层电子数=族序数（0族除外） (n-2)f 0~14(n-1)d0~2ns2 f 区 镧系和锕系 方法规律 4.对角线规则 在元素周期表中,某些主族元素与右下方的主族元素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 对角线规则是从相关元素及其化合物的许多性质中总结出来的经验规则,不是定理。 （1） 锂和镁的相似性 元素 Li Na Be Mg 沸点/℃ 1 341 881.4 2 467 1 100 ②锂和镁在氧气中燃烧时只生成对应的氧化物，并且Li2O和MgO与水反应都十分缓慢。 ③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。④锂和镁都能直接与氮气反应生成相应的氮化物Li3N和Mg3N2。 ①锂与镁的沸点较为接近： ①铍与铝都可与酸、碱反应放出氢气，并且铍在浓硝酸中也发生钝化。 ②二者的氧化物和氢氧化物都既能溶于强酸又能溶于强碱溶液： Al(OH)3+3HCl =AlCl3+3H2O，Al(OH)3+NaOH=Na[Al(OH)4 ] Be(OH)2+2HCl=BeCl2+2H2O，Be(OH)2+2NaOH=Na2BeO2+2H2O ③二者的氧化物Al2O3和BeO的熔点和硬度都很高。 ④BeCl2和AlCl3都是共价化合物，易升华。 （2）铍和铝的相似性 ①自然界中B与Si均以化合物的形式存在。 ②B与Si的单质都易与强碱反应，且不与稀酸反应： 2B+2KOH+2H2O=2KBO2+3H2↑，Si+2KOH+H2O=K2SiO3+2H2↑。 ③硼烷和硅烷的稳定性都比较差，且都易水解。 ④硼和硅的卤化物的熔、沸点比较低，易挥发，易水解。 (3)硼和硅的相似性 二、再探元素周期表 版权归属于微信公众号：杨sir化学 侵权必究 1. 为什么元素周期系中周期的发展不是单调的？试用构造原理加以解释。 元素周期表的周期不是单调的，每一周期里元素的数目并不一样多，而是随周期序数的递增逐渐增多；同时，金属元素的数目也逐渐增多。元素周期系周期性发展就像螺壳上的螺旋。 思考与交流 版权归属于微信公众号：杨sir化学 侵权必究 周期 价层电子排布 对应能级组 对应能级组 电子最大容量 周期中所含 元素的数目 ⅠA 0 一 1s1 1s2 1s 2 2 二 2s1 2s22p6 2s、2p 8 8 三 3s1 3s23p6 3s、3p 8 8 四 4s1 4s24p6 4s、3d、4p 18 18 五 5s1 5s25p6 5s、4d、5p 18 18 六 6s1 6s26p6 6s、4f、5d、6p 32 32 七 7s1 7s27p6 7s、5f、6d、7p 32 32 2. 元素周期表共有几个周期？每个周期各有多少种元素？ 3. 周期序数与能层序数是否相等？ 思考与交流 版权归属于微信公众号：杨sir化学 侵权必究 4. 为什么第一周期结尾元素的电子排布跟同族的其他周期元素的不同？ 周期 0族 原子核外 电子数增加 最外层电子 排布通式 一 He 1s2 二 Ne 8 ns2np6 三 Ar 8 四 Kr 18 五 Xe 18 六 Rn 32 七 Og 32 思考与交流 版权归属于微信公众号：杨sir化学 侵权必究 ⅠA 0 ⅡA ⅢA ⅣA ⅤA ⅥA ⅦA ⅢB ⅣB ⅤB ⅥB ⅦB Ⅷ ⅠB ⅡB 5. 元素周期表共有多少列？各列的价层电子数为多少？同列价层电子数是否相等？ 列数 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 价层电子数 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 列数-10 第1~12列中的镧系和锕系除外 除外 除镧系、锕系和氦以外，同列元素价层电子数相等 思考与交流 版权归属于微信公众号：杨sir化学 侵权必究 ⅠA 0 ⅡA ⅢA ⅣA ⅤA ⅥA ⅦA ⅢB ⅣB ⅤB ⅥB ⅦB Ⅷ ⅠB ⅡB 6. 元素周期表可分为哪些族？族序有什么规律？ 元素周期表可分为A族、B族、Ⅷ族和0族。 ⅠA族、ⅡA族、ⅢB族→ⅦB族、Ⅷ族、ⅠB族、ⅡB族、ⅢA族→ⅦA族和0族。 思考与交流 版权归属于微信公众号：杨sir化学 侵权必究 族的划分与原子的价电子数目和价电子排布密切相关。一般来说，同族元素原子的价电子数目相同。 主族元素：主族元素族序数＝价电子数， 价电子排布：ns1~2或ns2np1~5 过渡元素：ⅠB~ⅡB族序数＝ns电子数， ⅢB~ⅦB族序数＝价电子数； 价电子排布：(n－1)d1~10ns1~2。 族序数 价电子构型 ⅢB (n－1)d1ns2 ⅣB (n－1)d2ns2 …… …… ⅦB (n－1)d5ns2 Ⅷ (n－1)d6～9ns1～2(钯除外) ⅠB (n－1)d10ns1 ⅡB (n－1)d10ns2 稀有气体的价电子排布式为1s2或ns2np6。 7. 原子的核外电子排布与族的划分有什么关系？ 思考与交流 版权归属于微信公众号：杨sir化学 侵权必究 ⅠA 0 ⅡA ⅢA ⅣA ⅤA ⅥA ⅦA ⅢB ⅣB ⅤB ⅥB ⅦB Ⅷ ⅠB ⅡB 8. 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？ 从原子结构方面来说，元素周期表中右上角三角区的元素，大多数的价层电子排布为ns2np1~6 (He除外) 。价层电子数较多，得电子相对容易，失去电子相对较困难。从元素周期表中元素性质递变规律来说，同周期元素从左到右非金属性逐渐增强（不包括0族元素），同主族元素从下向上非金属性逐渐增强。 综上可知，在元素周期表中非金属主要集中在右上角三角区内。 思考与交流 版权归属于微信公众号：杨sir化学 侵权必究 ⅠA 0 ⅡA ⅢA ⅣA ⅤA ⅥA ⅦA ⅢB ⅣB ⅤB ⅥB ⅦB Ⅷ ⅠB ⅡB 9. 为什么副族元素又称为过渡元素？ 副族元素介于s区元素(主要是金属元素)和p区元素(主要是非金属元素)之间，处于由金属元素向非金属元素过渡的区域，因此副族元素又称为过渡元素。 思考与交流 版权归属于微信公众号：杨sir化学 侵权必究 ⅠA 0 ⅡA ⅢA ⅣA ⅤA ⅥA ⅦA ⅢB ⅣB ⅤB ⅥB ⅦB Ⅷ ⅠB ⅡB 10. 过渡元素价层电子数跟它们的族序数有什么关系？写出它们的价层电子排布通式。 ⅢB~ⅦB族元素的价层电子数=族序数；第Ⅷ族有3列元素，其族序数等于该族的第1列元素的价层电子数；ⅠB族、ⅡB族的族序数等于它们的最外层电子数。 过渡元素的价层电子排布通式为(n-1)d1~9ns1~2(Pd、镧系和锕系除外)。 思考与交流 版权归属于微信公众号：杨sir化学 侵权必究 ⅠA 0 ⅡA ⅢA ⅣA ⅤA ⅥA ⅦA ⅢB ⅣB ⅤB ⅥB ⅦB Ⅷ ⅠB ⅡB s d ds p f 11. s区、d区和p区分别有几列？为什么s区(除H元素外)、d区和ds区的元素都是金属元素？ s区有2列，d区有8列，p区有6列。 s区元素价层电子排布通式为ns1~2，d区元素价层电子排布通式为(n-1)d1~9ns1~2(Pd除外)，ds区元素价层电子排布通式为(n-1)d10ns1~2 ，它们的最外层电子数均不超过2，在化学反应中容易失去电子，所以s区(除H元素外)、 d区和ds区的元素都是金属元素。 思考与交流 版权归属于微信公众号：杨sir化学 侵权必究 ⅠA 0 ⅡA ⅢA ⅣA ⅤA ⅥA ⅦA ⅢB ⅣB ⅤB ⅥB ⅦB Ⅷ ⅠB ⅡB 12. 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？ 由于元素的金属性和非金属性之间并没有严格的界限，处于非金属和金属分界线上的元素既能表现出一定的金属性，又能表现出一定的非金属性，因此常被称为半金属或类金属。 思考与交流 版权归属于微信公众号：杨sir化学 侵权必究 13. 在周期表里找出Cr和Cu的价层电子。它们的电子排布符合构造原理吗?此外还有哪些元素的基态原子电子排布不符合构造原理? Cr：3d54s1，Cu：3d104s1不符合构造原理。(它们的3d轨道达到半充满或全充满结构，是一种能量较低的稳定结构）。 此外，Nb、Mo、Ru、Rh、Pd、Ag、Pt、Au、La、Ce、Gd、Ac、Th、Pa、U、Np、Cm等的基态原子电子排布均不符合构造原理。 思考与交流 版权归属于微信公众号：杨sir化学 侵权必究 119元素基态原子最外层电子排布8s1；第八周期有50种元素。 14. 预言119元素基态原子最外层电子排布；预言第八周期有多少种元素。 8s→5g→6f→7d→8p 2 + 18 +14 + 10 + 6=50 思考与交流 版权归属于微信公众号：杨sir化学 侵权必究 原子结构与元素周期表 电子排布与周期 电子排布与族 电子排布与元素分区 排满=0族 ⅠA~ⅦA; ⅢB~ⅦB=价层电子数 s区：ⅠA~ⅡA d区：ⅢB~ⅦB、Ⅷ ds区：ⅠB~ⅡB p区： ⅢA~ⅦA f区：镧系和锕系 ⅠB~ⅡB = ns电子数 周期序数=能层数 【本节小结】 结构 位置 决定 体现 谢谢聆听 $$