第4章 第1节 原子结构与元素周期表-【一本】高中化学知识大盘点

第四章 物质结构 元素周期律 1.认识原子结构、元素性质与元素在元素周期表中的位置关系。知道元素、核素的含义，了 课 解原子核外电子的排布。认识原子结构、元素性质呈周期性变化的规律。知道元素周期表 标 的结构，了解同周期和同主族元素性质的递变规律。 要 2.认识构成物质的微粒之间存在的相互作用，认识离子键和共价键的形成，通过研究粒子间的 点 相互作用，认识化学反应的本质。认识化学键的断裂和形成是化学反应中物质变化的实质 及能量变化的主要原因。 思维导图 原子核：质子和中子 原子的构成 核外电子 质量数=质子数+中子数 质量数 质量数、 原子 表示方法 X一元素符号 结构 质子数 按能量由低到高分层排布 每层最多能容纳的电子数为2n 规律 次外层电子数最多不超过18个 原子核外 最外层电子数最多不超过8个(K层不超过2个) 电子排布 原子结构 电子层由内到外依次用K、L、M、N、O、P、Q表示 示意图 同种元素 单质 元素、核素、 形成 同位素 关系 互为同位素 互为同素异形体 周 IA IIA ⅢA IVA VA VIA VIA 0 无素周期律 物质结构 1 非金属性逐渐增强 原子序数 2 元素 B 编排原则 属性逐渐增 Al Si 非金属 周期表 Ge:As 金属性逐 元素周期表的结构 5 Sb Te 渐增 稀有气体元素 金属 6 Po At 金属性逐渐增强 原子半径 主要化合价 元素周期律 同周期、同主族元素性 质的相似性与递变性 元素的金属性、非金属性 最高价氧化物对应的水化物的酸性或碱性 非金属气态氢化物的形成与稳定性 离子键一 带相反电荷离子之间的相互作用，形成离子化合物 化学键 关系一 原子间通过共用电子对所形成的相互作用，形成共价化合物 电子式、结构式的书写 ●064e 第一节 原子结构与元素周期表年9考 必备知识 修第 知识点1原子结构 册 1.原子的构成 珍初高衔接 第 质子 →决定元素种类 原子的构成示意图 四章 原子核 决定质量数 1051014m 原子 中子 ·在质子数确定后决定原子种类 核外电子不是所有原子都有中子 电子 原子核 物质结构 约1010m 2.质量数◆重点 (1)定义：原子的质量主要集中在原子核上，质子和中子的相 元素周期 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 ◆知识拓展 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。 化合价。 徽粒所带 电荷数 (2)关系：质量数(A)=质子数(Z)十中子数(N) 1个该微粒 (3)表示方法 中所含原子 元素符号的个数 质量数 m X一元素符号 学以致用 质子数 中子数为146、质子数 如℃表示C的质量数为12，质子数为6，则其中子数为12一6=6。 为92的铀原子(U)表 3.微粒之间的数量关系 示为1U。(×) (1)原子(X):核电荷数=质子数=核外电子数。 ◆特别提醒 (2)阳离子(2Xm+):质子数=核外电子数十电荷数。 ①常见的“2电子”粒子 (3)阴离子(2Xm):质子数=核外电子数一电荷数。 H-He一Lit一Be2 知识点2原子核外电子排布 1.电子层电子层并不真实存在，是假想模型 ②常见的“10电子”粒子 (1)定义：在含有多个电子的原子里，电子分别在能量不同的 Al 区域内运动。我们把不同的区域简化为不连续的壳层，也称 Mg 作电子层。 0 (2)表示方法 Ne 电子层(n) 1 2 3 5 6 7 HF→F 字母表示 K L M N P HO-H2O→OH→O2 离核远近 由近到远 NHg←NH,→NH→N 能量高低 由低到高 CHa ●065● 2.原子核外电子排布的一般规律 ③常见的“18电子”粒子 能量 核外电子总是尽可能先排布在能量较低 规律 的电子层上，然后从内到外排布在能量 一低) Ca2 逐渐升高的电子层上 修第 核外电子 H2O2 排布规律 原子核外第n层最多能容纳的电子数为2n2 最外层最多能容纳的电子数为8，K层为最 册 OFzAr →NH4→C,H 数目 外层时，最多能容纳的电子数为2 规律 四最多 HCI→CI 次外层最多能容纳的电子数为18 第 倒数第三层最多能容纳的电子数为32 HS→HS →S2 3.原子结构的表示方法（以钠原子为例） PH3 原子核的电性 物质结构 SiH 原子核 电子层上的电子数 ◆知识拓展 原子结构模型的演变 核电荷数 电子层 壽 道尔顿模型→汤姆孙原 知识点3元素周期表 子模型→卢瑟福原子模 1.元素周期表的发展历程 型→玻尔原子模型→电 诞生1869年，俄国化学家门捷列夫首制 子云模型。 元 编制，将元素按照相对原子质量由小到大依次排列， 素 并将化学性质相似的元素放在一起 期 意义揭示了化学元素间的联系 表 演变未知元素留下的空位先后被填满 现行，元素的排序依据由相对原子质量改为原子的 核电荷数 四珍巧学妙记 2.原子序数 元素周期表记忆口诀 (1)含义：按照元素在周期表中的顺序给元素编号，得到原子 横行叫周期，现有一至七； 序数。 四长三个短，第七已排满。 (2)原子序数与原子结构的关系 原子序数=核电荷数=质子数=核外电子数 纵列称为族，共有十六族； 3.元素周期表的编排原则 一八依次现，一零再一遍” 一纵一个族，Ⅷ族搞特殊； 横行 电子层数目相同的元素，按原子序数 递增的顺序从左到右排列 三纵算一族，占去八九十。 纵列 最外层电子数相同的元素，按电子层数 镧系与钢系，蜗居不如意； 递增的顺序由上到下排列 十五挤着住，都属B族。 4.元素周期表的结构 重难点 脑中有表：七主七副七周期， 零族八族镧锕系 说明：①指IA、ⅡA、 金属元素非金属元素 ⅢB、VB、VB、IB 全是金属元素 全是非金属元素 元素 0种数 IB、Ⅷ； 8、9、10三列 IIA IVA VA VIAVIA 3 ②指IB、ⅡB、ⅢA、 IIIB IVB VBVIB VIIB 88 期 IVA、VA、IA、IA、0。 1882 长周期 ●066● (1)周期（元素周期表有7个横行，7个周期） ◆易混易错 周期 电子 元素 原子序 0族元素原 周期名称 规律 ①书写元素在周期表中 分类 层数 种数 数范围 子序数 的位置时，一般先写周 必 第一周期 1 2 12 2 短 ①同周期 期后写族。 修第 第二周期 周 2 8 3~10 2+8=10 元素原子 ②周期序数一般用汉字 第三周期 期 册 3 8 11~18 10+8=18 序数从左 表示，族序数用罗马数 到右依次 第四周期 4 18 19~36 字表示。 18+18=36 增大； ③用“A”“B”分别表示 四 第五周期 5 18 37~54 36+18=54 周 ②周期序 主族、副族，如第ⅡA族 第六周期 6 32 55~86 54+32=86 数=电子 (),第IA主族(X), 第七周期 32 87118 86+32=118 层数 第Ⅱ主族(X)。 质结构 (2)族（元素周期表有18个纵列，16个族） ④注意“第Ⅷ族”不是 ①主族序数=最外层电子数。 “第ⅧB族”。 素周 ②分类 m 到学以致用 共7个，在族序数后标A,如元素周期 主族 表中第16纵列为第VIA族 根据每周期含有的元素 共7个，在族序数后标B,如元素周期 种数或0族元素的原子 副族 表中第3纵列为第ⅢB族 序数，推测并写出下列元 第Ⅷ族 1个，由元素周期表中第8、9、10三个纵 素在周期表中的位置： 列共同组成 ①（辽宁卷节选）24号 0族 1个，在元素周期表中第18纵列，最外 Cr 层电子数为8(He为2) ②（湖北卷节选）27号 ③元素周期表中纵列与族序数的对应关系 Co 列序数 1 2 3 4 5 6 7 8、9、10 ③35号Br 族序数 IA IAⅢBNB VB VIB VIB Ⅷ ④56号Ba 列序数11 12131415 16 17 18 族序数IBⅡBⅢA IA VA VIA VIA 答案：①第四周期第VIB族 0 ②第四周期第Ⅷ族 ④过渡元素：元素周期表中从第ⅢB族到第ⅡB族共10个纵 ③第四周期第IA族 列的元素，包括第Ⅷ族和全部副族的元素，共60多种，全部为 ④第六周期第ⅡA族 金属元素，统称为过渡元素。 ◆特别提醒 ⑤镧系元素和锕系元素：镧系元素位于第六周期第ⅢB族，共 同周期的第ⅡA族元素 含15种元素；锕系元素位于第七周期第ⅢB族，共含15种元 与第ⅢA族元素的原子 素，这些元素的电子层结构和性质都十分相似。 序数关系： ⑥常见族的元素的特别名称 周期 IA族 IA族 元素所在的族 特别名称 n n+1 第IA族 碱金属元素（除了氢） 四、五 n+11 第ⅡA族 碱土金属元素 第IA族 卤族元素 六、七 n+25 0族 稀有气体元素 ●067。 知识点4核素 1.元素：具有相同质子数（核电荷数）的一类原子的总称，如氢 元素。 修第 2.核素：具有一定数目质子和一定数目中子的一种原子，如氢元 今特别提醒 素的三种核素。见下表： 册 质子数相同的原子属于 原子 数量关系示 氢元素的原子核 同一种元素，但质子数 原子符号(X) 四 名称 意图 质子数(Z)中子数(N) 相同的原子不一定是同 一种原子。 氕 物 H 0 或易混易错 (pie) 质 烟 ①同位素的化学性质几 氘 H或D 乎完全相同。 (dao) 8 素 ②同素异形体之间的转 氘 化是化学变化，但同位 H或T 2 (chuan) 素之间的转化不是化学 变化，是核反应。 3.同位素 重点 ◆知识拓展 (1)定义：质子数相同而中子数不同的同一元素的不同原子互 核反应 称为同位素（即同一元素的不同核素互称为同位素），如H、 核反应是微观粒子与原 H(D)和H(T)互为同位素。同位素在元素周期表中占有相 子核相互作用，使核的 同的位置。属于同种元素 状态或结构发生变化的 (2)分类：稳定同位素与放射性同位素。 过程。在核反应中遵循 (3)用途 质量数守恒、电荷数守 ①℃用于考古时文物年代的测定； 恒。核反应不是化 ②U用于制造原子弹； 学变化。 ③H和H用于制造氢弹； ◆知识拓展 ④利用放射性同位素释放的射线育种、给金属探伤、诊断和治 元素的相对原子质量 疗疾病等； 天然存在的同位素，相 ⑤用于示踪原子研究化学反应历程。 互间保持一定的比例， 4.同位素及同素异形体的辨析 重点 元素的相对原子质量是 按照该元素各种核素的 项目 同位素 同素异形体 相对原子质量分别与其 质子数相同、中子数不同 本质 同种元素形成的不同单质 在自然界里的丰度（某 的核素 种核素在这种元素的所 研究对象 原子 单质 有天然核素中所占的比 特性 化学性质几乎相同 组成元素相同、性质不同 例)的乘积之和。 决定因素 质子数、中子数 组成元素、结构 举例 H、H和H互为同位素 02与O3互为同素异形体 ●068● 5.元素、核素、同位素及同素异形体的联系 同种元素 单质 ® 核素 核素 核素 形成 单质 单质 单质 学以致用 2 n ①Cl与留C1得电子能 互为同位素 互为同素异形体 力相同。(/) 修第 知识点5碱金属元素 重难点 ②H2与H2互为同素 册 异形体。(X) 1.碱金属元素的原子结构特点 第 ® 元素 元素 核电 原子结构示 最外层 电子 原子半径/ 初高衔接 章 名称 符号 荷数 意图 电子数 层数 nm 元素的性质 最外层电子数 锂 Li 3 1 2 0.152 一般少于4个 物质结构 金属 元素 化学反应中容易 钠 Na 11 02】 0.186 失去电子，表现 金属性 最外层电子数 素周期律 钾 K 19 19288 0.227 一般多于4个 非金属」 元素 化学反应中容 人易得到电子， 表现非金属性 铷 Rb 37 29 +3 5 0.248 铯 Cs 55 +552818188 6 0.265 总结： 原子结 相同点一最外层电子数都为1 Li→Cs,核电荷数逐渐增加，电子 递变规律 层数逐渐增多，原子半径逐渐增大 2.碱金属单质的化学性质 (1)钠、钾与氧气的反应 金属 实验操作 实验现象 实验结论 剧烈燃烧，发出黄 ①2Na+O2 4 ◆特别提醒 钠 色火焰，生成淡黄 NaO2,K与O2反应 钠 ①碱金属元素中只有Li 色（或黄色）固体 (或钾) 镊子 有KO2、KO2等生成； 与O2反应的产物为一 坩埚 泥三角 ②K与O2反应的剧 比钠的燃烧剧烈， 种（即Li2O),其他碱金 脚架 烈程度大于Na的； 透过蓝色钴玻璃 属元素与O2反应的产 钾 ③K的活泼性大于 可观察到火焰呈 物至少有两种。 Na的 紫色 ●069。 (2)钠、钾与H2O的反应 ②碱金属元素的最高价 金属 钠 钾 氧化物对应的水化物中 修第 只有LOH微溶，其他 酚酞 酚酞 均为易溶于水的强碱。 实验操作 0 效 钠 道学以致用 四 思考：从结构决定性质 ①金属浮在水面上；②金属熔化成闪亮的小球； 的角度分析碱金属元素 实验 共同点 ③小球四处游动；④发出“嘶嘶”的响声；⑤反应 物 在化学性质上表现出相 现象 后溶液变红 质 似性和递变性的原因。 不同点 钾与水的反应比钠与水的反应更剧烈 构 提示： 元 2Na+2H2O-2NaOH+H2个 ①相似性：同主族；元素 周 2K+2H2O—2KOH+H2↑ 原子的最外层电子数都 实验结论 K与H2O反应的剧烈程度大于Na的 是1；易失电子，具有强 K的金属活动性大于Na的 还原性。 ②递变性：从上到下，元 3.碱金属单质化学性质的相似性和递变性 素原子的电子层数逐渐 (1)相似性(R代表碱金属单质) ,结构相似，性质相似 增多，原子半径逐渐增 +02 氧化物，如Li,0、Na,0等 大，原子核对最外层电 +C12 氯化物，如NaCI、KCI等 子的引力逐渐减弱，原 R +H,O 子失去最外层电子的能 通式：2R+2H,O2ROH+H 力逐渐增强，表现为金 +非氧化性强酸 通式：2R+2H一2R*+Ht 属性逐渐增强。 (2)递变性 结构递变，性质递变 回◆知识拓展 Li Na K RbCs单质的还原性逐渐增强 判断元素金属性强弱的 Li Na'K Rb'Cs"离子的氧化性逐渐减弱 方法 具体情况如下： ①根据金属与H20或 酸反应的难易或剧烈程 物质的性质 递变规律(Li→Cs) 度判断。 ①反应越来越剧烈；②产物越来越复杂，Li转 ②根据最高价氧化物对 与氧气的反应化为Li2O,Na转化为Na2O和Na2O2,K、Rb、 应的水化物的碱性强弱 单 Cs的反应产物较复杂 判断。 反应越来越剧烈：Na与水剧烈反应；K与水反 与水的反应 应能发生轻微爆炸；Rb、Cs遇水会立即燃烧甚 ③利用置换反应判断。 至发生爆炸 最高价氧化物对 LiOH<NaOH<KOH<RbOH<CsOH 应的水化物的 如Na的最高价氧化物为Na,O,最高价氧化物 碱性 对应的水化物为NaOH 。070● 4.碱金属单质的物理性质(Li→Cs) 相同点 除铯外，都是银白色固体，密度较小， ◆特别提醒 硬度较小，熔点较低 Na、K通常保存在煤油 递变性密度有增大的趋势，熔、沸点逐渐降低 或石蜡油中，但Li通常 特性 密度：K<Na,铯略带金色光泽 修第 用石蜡密封。 知识点6卤族元素◆一 重难点 ◆知识拓展 册 1.卤素的原子结构特点 第ⅡA族元素(Be、Mg、 第 Ca、Sr、Ba)的物理性质 +3528187 章 +532818187 ①相似性：在自然界中 氟(F) 氯(C) 溴(Br) 碘(I) 以化合态形式存在；金 属单质呈亮白色；具有 物质结构 决定 氧化性 原子最外层都含有7个电子 相似性 易得电子 表现 良好的导电性 化合价为-1 卤 ②递变性：硫酸盐的溶 素 原子半径逐渐增大 解度逐渐减小，氢氧化 素周期 决定 F→1电子层数依次增多 元素原子得电子能力逐渐减弱 递变性 物的溶解度逐渐增大。 非金属性（或氧化性）逐渐减溺 ◆知识拓展 2.卤素单质的物理性质 卤素单质在不同溶剂中 淡黄绿色气体一F2 的颜色（溶液的颜色随浓 黄绿色气体一C12一 卤 密度有增大 颜色素递变 随原子序 的趋势 度大小不同而略有变化) 深红棕色液体一Br2 状态 规律 数递增 质 熔、沸点逐 物质 水 CCL 紫黑色固体一1， 渐升高 C2浅黄绿色 黄绿色 3.卤素单质的化学性质 Br2 橙（黄）色橙（红）色 (1)卤素单质间的置换反应 棕黄色 紫色 实验操作 实验现象 化学方程式 结论 ◆特别提醒 振荡静置 ①C2易液化，Br2易挥 氯水 日KBr溶液 后，溶液 Cl2 +2KBr Br2+2KCI 发，12易升华。 呈橙色 ②常温下呈液态的非金 属单质是Br2,淀粉遇L2 氯水 振荡静置 C2→2：氧 变蓝色。 日KI溶液 后，溶液 Cl2+2KI-I2+2KCI 化性逐渐 呈棕黄色 减弱 溴水 振荡静置 日KI溶液 后，溶液 Br2+2KI—L2+2KBr 呈棕黄色 。071。 (2)与氢气的反应 ◆特别提醒 卤素单质 F2 Cl2 Br2 卤素单质间能发生置换 反应条件 暗处 光照或点燃 加热 不断加热 必修第 反应，但F2除外，F2极 产物的稳 不如HC不稳定、易 很稳定 较稳定 易与溶液中的水发生反 定性 稳定 分解 册 F2→2：与H2的反应越来越难，生成的氢化物的稳定 应：2F2+2H20 结论 性逐渐减弱 第 4HF+O2。 4.卤素单质的相似性和递变性 (1)相似性 与氢气的反应：X2+H2一2HX 物质结构 单质X2 与水的反应：如X2+H,O -HX+HXO 卤素 (X=CI、Br、D ◆知识拓展 素周期律 判断元素非金属性 化合物 最高价氧化物对应的水化物（氟除外）都为强酸 强弱的方法 氟无正价、无含氧酸 ①根据与H2化合的难 (2)递变性 F2 Cl Br2 易或剧烈程度判断。 单质的氧化性逐渐减弱 ②根据最高价氧化物对 F Br 离子的还原性逐渐增强 应的水化物的酸性 具体情况如下： 判断。 物质的性质 递变规律(F2→2) ③根据氢化物的稳定性 单质与H2的反应 反应越来越难 或还原性强弱判断。 稳定性 逐渐减弱 气态氢化物 ④利用置换反应判断。 还原性 逐渐增强 最高价氧化物对应的水化物（氟除外）的酸性 逐渐减弱 如C1的最高价氧化物为Cl2O,其对应的水化物为HCIO4 知识点7同主族元素性质的递变规律◆ 重难点 ◆知识拓展 项目 同主族（上→下） 同主族元素金属性 核电荷数 逐渐增大 和非金属性的递变性 原子 电子层数 逐渐增多 结构 原子半径 逐渐增大 离子半径 逐渐增大 相同，最高正化合价=主族序数 非金属性逐渐减弱 化合价 属性逐渐增强 (O、F除外) 元素的金属性和非金 金属性逐渐增强，非金属性逐渐 属性 减弱 性质 离子的氧化性、还 阳离子的氧化性逐渐减弱，阴离子 原性 的还原性逐渐增强 氢化物的稳定性 逐渐减弱 最高价氧化物对应的 碱性逐渐增强，酸性逐渐减弱 水化物的酸碱性 ●072e 高频考点 必 考点1原子结构与核素 5年49考 C.0、0可用作示踪原子研究化学反应 第 例1（高考组合）设NA为阿伏加德 历程 册 罗常数的值，下列说法正确的是 D.自然界中不存在O2、O2分子是因为它 第 () 们所含的化学键不稳定 A.(辽宁卷节选)1.8g180中含有的中子数 解析根据质量数守恒可知，8X为He,Y为 章 为NA 质量数为18，质子数为8 He,则X的中子数为4，A错误；X与Y的 物 B.(全国甲卷节选)25℃和101kPa时，28L 质子数相同，中子数不同，互为同位素，B正 结 氢气中质子的数目为2.5NA 确；0与0的半衰期很短，不适合用作示 元 C.(浙江卷节选)1.8g重水(D2O)中所含质 素 踪原子研究化学反应历程，C错误；自然界中 子数为NA 期 不存在8○2与02是因为80与0的半衰期 D.(海南卷节选)0.1mol”A1过中含有的电 很短，很容易发生核反应，转化为其他原子， 子数为1.3NA在离子中，电子数≠核电荷数 D错误。故选B。 解析180的中子数为10，则1.8g180中含有 规律方法核反应方程分析思路 的中子数为18g:3品×10×Nm (1)质量数守恒：各微粒左上角数字之和在核 NA,A正确；25℃和101kPa不是标准状况， 反应前后相等。 不能用22.4L·mol1来计算氢气的物质的 (2)核电荷数守恒：各微粒左下角数字之和（荷 量，B错误；1.8g重水(D2O)的物质的量为 电荷数)在核反应前后相等。 1.8g (16+2X2)g·mol=0.09mol,所含质子 考点3元素周期表的结构 5年7考 数为0.9NA,C错误；1个”A13+中含有的电子 例3（北京卷）38Sr(锶)的7Sr、6Sr稳 数为10，故0.1mol7A13+中含有的电子数为 定同位素在同一地域土壤中87Sr/sS NA,D错误。故选A。 的值不变。土壤生物中87Sr/8sSr的值 核反应方程的简单 考点2分析 5年4考 与土壤中87Sr/sSr的值有效相关。测定土壤生 例2（山东卷)0、0的半衰期很 物中7Sr/sSr的值可进行产地溯源。下列说法 短，在自然界中不能稳定存在。人 不正确的是 () 工合成方式如下：O十He→ ASr位于元素周期表中第六周期第ⅡA族 1O+X;1O+He→O十mY。下列说法正 B.可用质谱法区分87Sr和86Sr 确的是 C.87Sr和86Sr含有的中子数分别为49和48 A.X的中子数为2 D.同一地域产出的同种土壤生物中87Sr/86Sr B.X、Y互为同位素 的值相同 ●0730