内容正文:
《暑假先修|高一化学自学提升讲义》 麦子化学
《暑假先修|高一化学自学提升讲义》
第6讲 物质结构衔接-----原子结构与元素周期规律
【学习目标】
1.复习原子构成、核外分层排布、离子形成、前 20 号元素书写;
2.分清元素、核素、同位素概念,看懂元素周期表基本结构;
3.掌握同主族、同周期元素金属性、非金属性递变规律;
4.能根据原子结构简单推断元素性质,建立 “结构 — 性质” 核心化学思维。
【旧知回顾】
一、构成物质的微粒
1.构成物质的微粒
微粒
分子
原子
离子
定义
保持由分子构成的物质的化学性质的最小粒子
化学变化中的最小粒子
带电的原子或原子团
是否再分
化学变化中可以再分
化学变化中不能再分
原子团在某些化学变化中可以再分
物质举例
水、二氧化碳、氧气、甲烷、氯化氢等
铁、金刚石、氦气、硅等
氯化钠、氧化镁、硫酸铜、氢氧化钠等
电性
不显电性
不显电性
阳离子带正电,阴离子带负电
特征
①质量、体积都很小;②都在不停地运动,温度越高,运动越快;③微粒间都有间隔;④同种分子的化学性质相同,不同种分子的化学性质不同
2.原子
(1)原子的构成。
原子
原子中的数量关系:核电荷数=质子数=核外电子数
(2)原子结构示意图。
(3)最外层电子数的应用
3.离子
(1)分类
(2)离子符号的意义。
表示粒子的个数、种类及所带电荷,如2Fe3+,“2”表示两个铁离子,“3+”表示一个铁离子带3个单位的正电荷。
5.相对原子质量
(1)计算公式:相对原子质量=(单位为1,通常省略)。
(2)近似计算式:相对原子质量≈质子数+中子数。
二、元素与元素周期表
1.元素的概念:具有相同质子数(即核电荷数)的一类原子的总称。
2.地壳中含量:含量居前四位的元素分别是O、Si、Al、Fe(填元素符号,下同),其中含量最多的金属元素是Al,形成化合物种类最多的元素是C。
3.元素符号
(1)书写:①由一个字母表示的元素符号要大写,如氧元素的符号为O。
②由两个字母表示的元素符号,第一个字母要大写,第二个字母要小写,如铜元素的符号为Cu。
(2)意义:①宏观上,表示一种元素。②微观上,表示该元素的一个原子。
当元素符号的前面有数字时,该符号只有微观意义。如O:表示氧元素或一个氧原子;2O:表示两个氧原子。
4.元素周期表
(1)1869年,俄国化学家门捷列夫最早发现元素周期律并编制了第一张元素周期表。
(2)原子序数:元素周期表按元素原子的核电荷数递增的顺序给元素编的号,且原子序数=质子数=核电荷数=原子核外电子数。
(3)横行(周期):共有7个横行,每一个横行叫做一个周期,即7个周期。同一周期元素原子的核外电子层数相同,一般最外层电子数从左向右依次递增。
(4)纵列(族):共有18个纵列,每一个纵列叫做一个族(其中8、9、10三个纵列共同组成一个族),共有16个族。同一族的元素的原子具有相同的最外层电子数(氦除外),因此同一族的元素化学性质相似。
(5)每一格:在元素周期表中,每一种元素均占据一格。
如
【新知梳理】
一、原子核外电子排布
1.电子层的含义
多电子原子里,电子分别在能量不同的区域内运动,人们把不同的区域简化为不连续的壳层,也称作电子层。
2.电子层表示方法
电子层n
1
2
3
4
5
6
7
字母
K
L
M
N
O
P
Q
3.电子的能量与运动区域
(1)在离核较近的区域内运动的电子能量较低。
(2)在离核较远的区域内运动的电子能量较高。
(3)离核最近的电子层是K层,该电子层上的电子的能量最低。
4.原子核外电子的排布规律
(1)电子一般总是先从内层排起,当一层充满后再填充下一层。
(2)原子核外第n层最多容纳2n2个电子。
(3)原子最外层电子数最多只有8个(K层为最外层时最多只有2个)。
二、元素周期表的结构
1.元素周期表的结构
(1)主族元素的族序数=原子的最外层电子数,同一主族元素的原子最外层电子数相同,且自上而下电子层数递增。
(2)稀有气体元素因为性质稳定,有稳定的电子层结构,化合价定为0,因此称为0族元素。
(3)过渡元素:元素周期表中从第ⅢB族到第ⅡB族共10个纵列,包括全部副族元素,共68种元素,全部为金属元素。
(4)由于镧系(表示原子序数57~71的15种元素)和锕系(表示原子序数89~103的15种元素)位于第3列,所以元素种类最多的族是第ⅢB族。
2.元素周期表记忆口诀
横行叫周期,现有一至七;
竖列称作族,总共十六族;
Ⅷ族最特殊,三列是一族;
镧锕各十五,均属ⅢB族。
三、碱金属元素
1.元素的性质
(1)金属性
金属元素的原子最外层电子一般少于4个,在化学反应中容易失去电子,具有金属性。
(2)非金属性
非金属元素的原子最外层电子一般多于4个,在化学反应中容易得到电子,具有非金属性。
2.碱金属元素的原子结构
元素
元素
符号
原子结构示意图
原子半径/nm
结论
锂
Li
0.152
①碱金属元素原子的最外层电子数都是 1;
②从Li→Cs,核电荷数逐渐增大,原子半径逐渐增大
钠
Na
0.186
钾
K
0.227
铷
Rb
0.248
铯
Cs
0.265
3.碱金属单质的物理性质
锂
钠
钾
铷
铯
颜色
银白色
略带金
色光泽
密度
ρ(Li)<ρ(K)<ρ(Na)<ρ(水)
ρ(水)<ρ(Rb)<ρ(Cs)
熔、沸点
从Li→Cs,单质的熔、沸点逐渐降低
四、卤族元素
1.卤族元素的原子结构及其特点
卤族元素包括F、Cl、Br、I、At,前4种元素的原子结构示意图依次是:
F、Cl、Br、
原子结构特点如下:
(1)相似性:最外层电子数都是7。
(2)递变性:F→I,核电荷数依次增大,电子层数依次增多,原子半径逐渐增大。
2.卤素单质的物理性质
F2
Cl2
Br2
I2
颜色、状态
淡黄绿色气体
黄绿色气体
深红棕色液体
紫黑色固体
密度
逐渐增大
熔、沸点
逐渐升高
溶解性
在水中溶解度小(F2与H2O反应),在有机溶剂中溶解度大
3.卤素单质的化学性质
(1)卤素单质(X2)与H2的反应
①X2与H2反应的比较
反应条件
产物稳定性
化学方程式
F2
暗处
很稳定
H2+F22HF
Cl2
光照或
点燃
较稳定
H2+Cl22HCl
Br2
加热
稳定性差
H2+Br22HBr
I2
不断加热
不稳定
H2+I22HI
②结论
a.从F2到I2,与H2反应的难易程度:逐渐 变难 ;
b.从F2到I2,生成氢化物的稳定性:逐渐 减弱 。
(2)卤素单质间的置换反应
实验操作
反应现象
离子方程式
振荡静置后,液体分层,上层接近无色,下层呈橙红色
Cl2+2Br-
Br2+2Cl-
振荡静置后,液体分层,上层接近无色,下层呈紫红色
Cl2+2I-I2+2Cl-
振荡静置后,液体分层,上层接近无色,下层呈紫红色
Br2+2I-I2+2Br-
实验结论
从以上三个实验可知,Cl2、Br2、I2的氧化性逐渐减弱
四、同周期、同主族元素性质的递变规律
同周期(从左到右,稀有气体除外)
同主族(自上而下)
元素主要化合价
最高价:+1价→+7价(O、F除外);最低价:-4价→-1价;最低价=主族序数-8(H除外)
最高价相同(O、F除外);最低价相同;最高价=族序数(O、F除外)
原子半径
逐渐减小
逐渐增大
金属性
逐渐减弱
逐渐增强
非金属性
逐渐增强
逐渐减弱
最高价氧化物对应水化物的酸、碱性
碱性逐渐减弱
酸性逐渐增强
碱性逐渐增强
酸性逐渐减弱
形成气态氢化物的难易
由难到易
由易到难
简单气态氢化物的稳定性
逐渐增强
逐渐减弱
【典例精讲】
【例1】如图为铝原子结构示意图。下列有关铝原子的说法正确的是( )
A.图中“+”表示铝原子带正电
B.铝原子的质量主要集中在核外13个电子上
C.铝原子在化学反应中易得到电子
D.铝原子核外有3个电子层
【答案】D
【解析】图中“+”表示原子核带正电,故A错误;由于电子质量很小,铝原子的质量主要集中在原子核上,故B错误;由铝原子结构示意图可知,铝原子核外有3个电子层,铝原子的最外层电子数为3,小于4,在化学反应中易失去3个电子形成阳离子,故C错误、D正确。
【例2】某些含氟化合物有利于保护牙齿。氟在元素周期表中的信息如图所示,下列有关说法正确的是( )
A.氟属于金属元素 B.氟的相对原子质量为9
C.氟单质在常温常压下为气体 D.氟原子失去1个电子形成F-
【答案】C
【解析】氟属于非金属元素,故A错误;氟的相对原子质量为19.00,故B错误;氟的原子核外电子数为9,核外有2个电子层,第一层上有2个电子,最外层上有7个电子,氟原子易得到1个电子形成F-,故D错误。
【例3】布洛芬(C13H18O2)是常见的消炎止痛药。下列关于布洛芬的说法正确的是( )
A.属于氧化物
B.由33个原子构成
C.C、H、O三种元素的质量比为13∶18∶2
D.碳元素的质量分数为×100%
【答案】D
【解析】由化学式可知,布洛芬是由碳、氢、氧三种元素组成的,不属于氧化物,故A不正确;布洛芬是由布洛芬分子构成的,一个布洛芬分子由13+18+2=33个原子构成,故B不正确;由化学式可知,布洛芬中C、H、O三种元素的质量比为(12×13)∶(1×18)∶(16×2)=78∶9∶16,故C不正确。
【例4】下列关于核外电子排布的说法不正确的是( )
A.第二电子层最多容纳的电子数为8
B.次外层最多可容纳的电子数为18
C.最多可容纳2个电子的电子层一定是第一电子层
D.最多可容纳8个电子的电子层一定是第二电子层
【答案】D
【解析】根据核外电子排布规律可知,第二电子层最多可容纳的电子数为8,A正确;次外层最多可容纳的电子数为18,B正确;最多可容纳2个电子的电子层一定是第一电子层,即K层,C正确;由于最外层电子数不超过8,因此最多可容纳8个电子的电子层不一定是第二电子层,D错误。
【例5】A、B两种元素,A的原子序数为a,如果A和B同在第ⅣA族,当B的周期数大于A的周期数时,B的原子序数不可能为( )
A.a+2 B.a+8
C.a+26 D.a+18
【答案】A
【解析】元素A、B同在第ⅣA族,A的原子序数为a,B的周期数大于A的周期数时,A、B原子序数之差恰好为A、B相差周期的元素种类数之和,则B的原子序数可能为a+8、a+8+18、a+18、a+8+18+18、a+18+18等,不可能为a+2。
【例6】X、Y、Z均为短周期元素,它们在周期表中的相对位置如图所示。已知X、Y、Z三种元素的质子数之和为40,则X、Y、Z分别是( )
X
Y
Z
A.N、S、Cl B.B、Si、P
C.C、P、S D.Be、Al、Si
【答案】A
【解析】由短周期元素X、Y、Z在周期表中的相对位置可知X位于第二周期,Y、Z位于第三周期,设X的原子序数为a,则Y、Z的原子序数分别为a+9、a+10,由题意得:a+(a+9)+(a+10)=40,解得a=7,故X、Y、Z分别为N、S、Cl。
【例7】以下关于锂、钠、钾、铷、铯的叙述不正确的是( )
①原子结构的相同点是最外层电子数相同,都为1
②单质熔点最高的是铯 ③与O2反应均可得到多种氧化物 ④单质的密度依次增大,均要保存在煤油中 ⑤单质的还原性依次增强 ⑥对应离子的氧化性依次增强
A.①③⑤ B.②④⑥ C.②③④⑥ D.①⑤
【答案】C
【解析】锂、钠、钾、铷、铯均为第ⅠA族元素,原子的最外层都有一个电子,①正确;碱金属单质的熔、沸点随着原子序数的增加而降低,所以单质熔点最低的是铯,②错误;Li与O2反应只能得到Li2O,③错误;碱金属单质的密度随着原子序数的增加而增大,但K反常,且Li的密度比煤油小,不能保存在煤油中,应该保存在石蜡中,④错误;碱金属元素随原子序数的增加,原子半径逐渐增大,失电子能力逐渐增强,所以其单质的还原性依次增强,它们对应离子的氧化性依次减弱,⑤正确,⑥错误。
【例8】X、Y、Z、M、R、Q是短周期主族元素,部分信息如下表所示:
元素代号
X
Y
Z
M
R
Q
原子半径/nm
0.186
0.074
0.099
0.143
主要化
合价
+1
+4、-4
-2
+7、
-1
+3
其他
阳离子核外无电子
单质常用作半
导体材料
焰色反应
呈黄色
(1)R在元素周期表中的位置是 。
(2)Y与R相比,非金属性较强的是 (用元素符号表示),下列事实能证明这一结论的是 (填字母)。
a.常温下Y的单质呈固态,R的单质呈气态
b.热稳定性: XR>YX4
c.Y与R形成的化合物中Y呈正价
(3) 根据表中数据推测,Y的原子半径的最小范围是 。
【答案】(1)第三周期ⅦA族
(2)Cl bc
(3)大于0.099 nm 且小于0.143 nm
【解析】X、Y、Z、M、R、Q是短周期主族元素,X的阳离子核外无电子,则X为H元素。Y的化合价主要为-4、+4,且单质常用作半导体材料,则Y为Si元素。Z的焰色反应呈黄色,则Z为Na元素。R的主要化合价为-1、+7,则R为Cl元素,位于第三周期ⅦA族。Q的主要化合价为+3价,原子半径:Q>Cl,则Q为Al元素,不可能为B元素,因为B的原子半径比Cl的小。M的主要化合价为-2,为ⅥA族元素,原子半径:M<Cl,则M为O元素。Y为Si元素,R为Cl元素,同周期元素自左而右,非金属性逐渐增强,所以非金属性:Si<Cl。常温下Y的单质呈固态,R的单质呈气态,状态不能说明元素的非金属性强弱,故a错误;非金属性越强,其简单气态氢化物越稳定,热稳定性:XR>YX4,说明R的非金属性强,故b正确;Y与R形成的化合物中Y呈正价,说明R吸引电子的能力强,R的非金属性强,故c正确。Y为Si元素,同周期元素自左而右,原子半径逐渐减小,所以原子半径:Al>Si>Cl,即Si的原子半径大于 0.099 nm 小于0.143 nm。
【重难突破】
1.化学符号周围数字的含义
2.具有特定电子总数的粒子
具有10电子、18电子的微粒有很多种,可以是分子、原子,也可以是离子;可以是单核微粒,也可以是多核微粒。
(1)10电子微粒
(2)18电子微粒
3.根据核外电子排布特点进行元素(1~18号)推断
(1)原子核中无中子的原子:H。
(2)最外层只有一个电子的原子:H、Li、Na。
(3)最外层有两个电子的原子:Be、Mg、He。
(4)最外层电子数等于次外层电子数的原子:Be、Ar。
(5)最外层电子数是次外层电子数两倍的原子是C;三倍的是O;四倍的是Ne。
(6)电子层数与最外层电子数相等的原子:H、Be、Al。
(7)电子总数为最外层电子数2倍的原子:Be。
(8)次外层电子数是最外层电子数2倍的原子:Li、Si。
(9)内层电子数是最外层电子数2倍的原子:Li、P。
4.元素的位置与原子结构的互相推断
本方法常用于确定原子序数≤20的元素。
(1)三个等式
①周期序数=电子层数
②主族序数=最外层电子数
③原子序数=核电荷数=质子数=核外电子数
(2)实例
①X元素是第三周期第ⅠA族元素,则该元素原子有3个电子层,最外层电子数是1,即为钠元素。
②Y元素的原子序数是16,则该元素的原子结构示意图是,其在周期表中的位置是第三周期第ⅥA族。
5.根据原子序数确定元素在周期表中位置的方法——0族定位法
(1)0族元素的周期序数和原子序数
0族元素
He
Ne
Ar
Kr
Xe
Rn
Og
周期序数
一
二
三
四
五
六
七
原子序数
2
10
18
36
54
86
118
(2)方法
①比大小定周期:比较该元素的原子序数与0族元素的原子序数大小,找出与其相邻近的0族元素,那么该元素就和原子序数大的0族元素处于同一周期。如64号元素,54<64<86,其应在第六周期。
②求差值定族数
a.若某元素的原子序数比相邻近的0族元素多1或2,则该元素应处在0族元素所在周期的下一个周期的第ⅠA族或第ⅡA族。如88号元素,88-86=2,则其应在第七周期第ⅡA族。
b.若某元素的原子序数比相邻近的0族元素少1~5时,则该元素应处在0族元素所在周期的第ⅦA~第ⅢA族。如84号元素,86-84=2,应在第六周期第ⅥA族。
6.从原子结构角度认识碱金属元素性质的递变规律
7.从原子结构角度认识卤族元素性质的递变规律
8.同主族元素的原子结构与性质的关系
9.元素金属性、非金属性强弱的比较方法
金属性比较
本质
原子越易失去电子,金属性越强
判断
依据
①在金属活动性顺序中位置越靠前,金属性越强
②单质与水或非氧化性酸反应越剧烈,金属性越强
③单质还原性越强,离子氧化性越弱,金属性越强
④最高价氧化物对应水化物的碱性越强,金属性越强
⑤若Xn++YX+Ym+,则Y金属性比X强
非金属性比较
本质
原子越易得到电子,非金属性越强
判断
依据
①与H2化合越容易,气态氢化物越稳定,非金属性越强
②单质氧化性越强,阴离子还原性越弱,非金属性越强
③最高价氧化物对应水化物的酸性越强,非金属性越强
④An-+BBm-+A,则B非金属性比A强
【基础巩固练】
1.U常用于核裂变反应。下列关于U的叙述正确的是( )
A.质子数为235
B.核外电子数为143
C.核电荷数为235
D.中子数为143
【答案】D
【解析】U质子数为92,核外电子数=质子数=核电荷数,中子数为235-92=143,选D。
2.稀土被称为“工业黄金”和“新材料之母”,其中钇(Y)是稀土元素的代表。下列关于Y的说法,不正确的是( )
A.质子数为39 B.质量数为128
C.中子数为50 D.核外电子数为39
【答案】B
【解析】由原子符号可知,钇原子的质子数为39,质量数为89,故A正确、B错误;中子数=质量数-质子数=89-39=50,故C正确;原子的核外电子数=核内质子数=39,故D正确。
3.下列说法错误的是( )
A.这三种都是金属 B.硅的相对原子质量是28.09
C.钛的核外电子数为22 D.锑的原子序数为51
【答案】A
【解析】硅带“石”字旁,属于固态非金属元素;钛、锑属于金属元素,故A错误。
4.某粒子(原子或离子)的结构示意图如图所示,下列说法错误的是( )
A.若n=8,则该粒子所对应元素的符号一定为Ar
B.若该粒子带两个单位负电荷,且n=8,则该粒子的符号为S2-
C.若m-n<10,则该粒子是一个阴离子
D.若m-n=10,则该粒子一定是原子
【答案】A
【解析】若n=8,则该粒子所对应元素的符号不一定为Ar,可能是K+、Ca2+等,故A错误;若该粒子带两个单位负电荷,且n=8,说明原子的最外层电子数为6,是硫元素原子形成的阴离子,则该粒子的符号为S2-,故B正确;若m-n<10,说明核电荷数小于核外电子数,则该粒子是一个阴离子,故C正确;若m-n=10,说明核电荷数等于核外电子数,则该粒子一定是原子,故D正确。
5.氮及其化合物的“价类二维图”如图所示,正确的是( )
A.A点对应的物质是氧气
B.B点对应物质的化学式是N2O
C.D点对应物质的化学式是N2O5
D.E点对应物质的化学式可以是KNO3
【答案】D
【解析】A点氮元素的化合价为0,则对应的物质是氮气,A错误;B点氮元素的化合价为+2价,则对应的氧化物为NO,B错误;D点氮元素的化合价为+5价,则对应的酸是HNO3,C错误;E点对应氮元素的化合价为+5价,则对应的盐可以是KNO3,D正确。
6.关于下列符号或图示的说法正确的是( )
①2H ②Al3+ ③ ④
A.①表示2个氢分子 B.由④可知铕的原子序数为63
C.③表示镁原子的结构示意图 D.②表示铝元素的化合价为+3价
【答案】B
【解析】2H表示2个氢原子,故A错误;④中左上角位置的数字表示的是该元素的原子序数,故B正确;镁原子结构示意图应为,③表示的是镁离子的结构示意图,故C错误;化合价应该标在元素符号的正上方且正负号在数字前,Al3+表示一个铝离子带3个单位的正电荷,故D错误。
7.建立宏观和微观之间的联系是化学学科独特的一种思维方式。对下列宏观事实的微观解释错误的是( )
A.蔗糖放入水中溶解——蔗糖分子能分解
B.金刚石很硬,石墨很软——碳原子的排列方式不同
C.氧气和液氧都能支持燃烧——物质的分子相同,化学性质相同
D.6 000 L氧气加压后装入容积为40 L的钢瓶中——加压时,分子之间的间隔变小
【答案】A
【解析】蔗糖放入水中溶解,是因为分子是在不断地运动的,蔗糖分子运动到水分子中间去了,蔗糖分子本身没有变化,故A错误;6 000 L氧气能装入40 L的钢瓶中,是因为氧分子之间有间隔,加压后,氧分子间的间隔减小,氧气的体积变小,故D正确。
8.核电荷数小于18的元素X,其原子核外电子层数为a,最外层电子数为2a+1。下列有关元素X的说法中,不正确的是( )
A.元素X的原子核内质子数可能为2a2-1
B.元素X形成的单质既具有氧化性又具有还原性
C.元素X形成的简单离子,各电子层的电子数均达到2n2个(n表示电子层数)
D.由元素X形成的某些化合物,可能具有杀菌消毒的作用
【答案】C
【解析】核电荷数小于18的元素X,其原子核外电子层数为a,最外层电子数为2a+1,2a+1≤8,则a≤3.5,讨论:当a=1时,最外层电子数为3,不符合核外电子排布规律;当a=2时,最外层电子数为5,则X的核电荷数为7,此时X是N;当a=3时,最外层电子数为7,则X的核电荷数为17,X是Cl。X的质子数可能为7或17,符合2a2-1,A正确;N2和Cl2中元素均显0价,处于中间价态,故二者具有氧化性和还原性,B正确;若X为Cl, Cl-的最外层有8个电子,不符合2n2,C错误;若X是Cl,Cl元素形成的化合物,如HClO、ClO2等都有强氧化性,具有杀菌消毒作用,D正确。
9.已知A、B、C、D四种元素的核电荷数依次增大,A原子最外层电子数是次外层电子数的2倍;B元素在地壳中含量最多;C原子最外层电子数与B原子最外层电子数相等,且C原子比B原子多一个电子层;D原子与C原子具有相同的电子层数,且D原子内层电子总数比最外层电子数多3。试回答下列问题:
(1)写出四种元素的名称:A________;B____________;C____________;D____________。
(2)B原子的结构示意图为________。
(3)C的阴离子的结构示意图为________。
【答案】(1)碳 氧 硫 氯 (2) (3)
【解析】(1)B元素在地壳中含量最多,则B为氧元素;C原子最外层电子数与B原子最外层电子数相等,且C原子比B原子多一个电子层,则C为硫元素;A原子最外层电子数是次外层电子数的2倍,其原子序数小于氧,则A有2个电子层,最外层有4个电子,A为碳元素;D原子与C原子具有相同的电子层数,且D原子内层电子总数比最外层电子数多3,则D原子最外层含有的电子数为10-3=7,则D为氯元素。
10.新型高导热镁合金常用作电动汽车和消费电子产品的散热器。请根据图回答有关问题。
(1)由图1可知,镁元素的相对原子质量为________。镁元素位于第________周期。
(2)图2为镁离子的结构示意图,则x的数值为________。镁离子的符号表示为________。
(3)以化合价为纵坐标、物质类别为横坐标所绘制的图叫价类二维图。图3为镁的价类二维图,B处的物质类别是________。MgO中镁元素与氧元素的质量比为__________(填最简整数比)。
(4)价类二维图中的物质在一定条件下可以相互转化,例如金属镁和水在一定条件下发生反应可以生成A和氢气,则该反应的化学方程式为__________________________。
【答案】(1)24.31 三 (2)12 Mg2+ (3)盐 3∶2 (4)Mg+2H2OMg(OH)2+H2↑
【解析】(1)镁原子的结构示意图为,电子层数与元素的周期数相等,故镁元素位于第三周期。(2)离子结构示意图中圆圈中的数字表示质子数,镁原子在形成离子时质子数不发生改变,故x=12;镁原子失去两个电子后形成镁离子,镁离子的符号表示为Mg2+。(3)根据图示可知,B处对应的物质为碳酸镁,是由镁离子与碳酸根离子构成的化合物,属于盐类;根据化学式中各元素的质量比可知,MgO中镁元素与氧元素的质量比为24∶16=3∶2。(4)根据题目信息可知,A为镁离子与氢氧根离子构成的碱,故A为氢氧化镁,镁和水在一定条件下反应生成氢氧化镁和氢气。
【拓展提升练】
11.已知X、Y、Z三种主族元素在元素周期表中的位置如图所示。设X的原子序数为a,下列说法不正确的是( )
Y
X
Z
A.Y与Z的原子序数之和可能为2a
B.Y的原子序数可能为a-17
C.Z的原子序数可能为a+31
D.X、Y、Z一定均为短周期元素
【答案】D
【解析】X、Y、Z为主族元素,Y一定不在第一周期,X、Y、Z均可能为长周期元素,D错误;若Y、X、Z分别位于第三、四、五周期,则Y的原子序数为a-17,Z的原子序数为a+17,Y与Z的原子序数之和为2a,A、B正确;若Y、X、Z分别位于第四、五、六周期,Z的原子序数可能为a+31,C正确。
12.关于元素周期表的下列说法正确的是( )
A.原子序数之差为2的两种元素不可能位于同一主族
B.元素周期表中只有第二列元素原子的最外层电子数为2
C.W2+核外有36个电子,则元素W位于第四周期ⅡA族
D.若某ⅡA族元素原子序数为x,那么ⅢA族原子序数可能为x+25
【答案】D
【解析】H、Li元素位于同一主族,A错误;0族的氦元素原子的最外层电子数为2,B错误;W2+核外有36个电子,则元素W原子有38个电子,为38号元素锶,位于第五周期ⅡA族,C错误;若某ⅡA族元素原子序数为x,若为第六、七周期的元素,则ⅢA族原子序数可能为x+25,D正确。
13.如图所示是氯气的制备以及氯、溴、碘的非金属性比较实验,充分反应一段时间后,打开装置D的旋塞,将装置D中少量溶液加入装置E中,振荡,观察实验现象,下列说法正确的是( )
A.装置F中的Na2SO3溶液能吸收Cl2,进行尾气处理
B.装置B中可盛放水吸收氯气中的HCl气体
C.装置E下层呈现紫红色
D.装置E中有机试剂层呈现紫红色,能说明非金属性:Br>I
【答案】A
【解析】A项,F中发生Cl2+S+H2O2Cl-+S+2H+,吸收多余Cl2,正确;B项,Cl2能与水反应生成HClO和HCl,所以不能用水吸收Cl2中的杂质,错误;C项,苯的密度比水的小,应在上层,所以装置E上层呈现紫红色,错误;D项,溴单质能和碘化钾反应生成碘单质,但过量的Cl2也会氧化碘离子生成碘单质,造成干扰,所以不能证明非金属性:Br>I,错误。
14.借助碱金属和卤族元素的递变性分析下面的推断,其中不正确的是( )
A.已知Ca是第四周期第ⅡA族的元素,故 Ca(OH)2的碱性比Mg(OH)2的碱性强
B.已知As是第四周期第ⅤA族的元素,故AsH3的稳定性比NH3的稳定性弱
C.已知Cs的原子半径比Na的原子半径大,故Cs与水反应不如Na与水反应剧烈
D.已知Cl的核电荷数比F的核电荷数多,故Cl的原子半径比F的原子半径大
【答案】C
【解析】元素的金属性越强,则其最高价氧化物对应水化物的碱性越强,则Ca(OH)2的碱性比Mg(OH)2的碱性强,A正确;非金属性越强,对应氢化物越稳定,则AsH3的稳定性比NH3的稳定性弱,B正确;金属性越强,与水反应越剧烈,则Cs与水反应比Na与水反应剧烈,C错误。
15.根据部分短周期元素的信息回答问题。
元素
元素信息
A
第三周期第ⅥA族
B
族序数是周期数的3倍
C
原子序数是11
D
D3+与Ne的电子数相同
(1)A、B的元素符号分别为 、 ,C、D 的元素名称分别为 、 。
(2)写出B、C的单质在加热时反应的化学方程式:
。
(3)从原子结构的角度分析,A原子与B原子的 相同,C原子与D原子的 相同。
【答案】(1)S O 钠 铝
(2)2Na+O2Na2O2
(3)最外层电子数 电子层数
【解析】短周期是第一、二、三周期,由周期数=电子层数、主族序数=最外层电子数、原子序数=核电荷数=核外电子数等,可推出A是硫,B是氧,C是钠;根据D3+与Ne的电子数相同,可得出D为铝。钠与氧气在加热时反应生成过氧化钠。
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《暑假先修|高一化学自学提升讲义》 麦子化学
《暑假先修|高一化学自学提升讲义》
第6讲 物质结构衔接-----原子结构与元素周期规律
【学习目标】
1.复习原子构成、核外分层排布、离子形成、前 20 号元素书写;
2.分清元素、核素、同位素概念,看懂元素周期表基本结构;
3.掌握同主族、同周期元素金属性、非金属性递变规律;
4.能根据原子结构简单推断元素性质,建立 “结构 — 性质” 核心化学思维。
【旧知回顾】
一、构成物质的微粒
1.构成物质的微粒
微粒
分子
原子
离子
定义
保持由分子构成的物质的 的最小粒子
中的最小粒子
带电的原子或原子团
是否再分
化学变化中可以再分
化学变化中 再分
原子团在某些化学变化中可以再分
物质举例
水、二氧化碳、氧气、甲烷、氯化氢等
铁、金刚石、氦气、硅等
氯化钠、氧化镁、硫酸铜、氢氧化钠等
电性
不显电性
不显电性
阳离子带 电,阴离子带 电
特征
①质量、体积都很 ;②都在不停地 ,温度越高,运动越快;③微粒间都有 ;④同种分子的化学性质相同,不同种分子的化学性质不同
2.原子
(1)原子的构成。
原子
原子中的数量关系:核电荷数=质子数=核外电子数
(2)原子结构示意图。
(3)最外层电子数的应用
3.离子
(1)分类
(2)离子符号的意义。
表示粒子的个数、种类及所带电荷,如2Fe3+,“2”表示 ,“3+”表示 。
5.相对原子质量
(1)计算公式:相对原子质量=(单位为1,通常省略)。
(2)近似计算式:相对原子质量≈ + 。
二、元素与元素周期表
1.元素的概念:具有相同 (即核电荷数)的一类原子的总称。
2.地壳中含量:含量居前四位的元素分别是 、 、 、 (填元素符号,下同),其中含量最多的金属元素是 ,形成化合物种类最多的元素是 。
3.元素符号
(1)书写:①由一个字母表示的元素符号要 ,如氧元素的符号为 。
②由两个字母表示的元素符号,第一个字母要 ,第二个字母要 ,如铜元素的符号为 。
(2)意义:①宏观上,表示 。②微观上,表示该元素的一个原子。
当元素符号的前面有数字时,该符号只有微观意义。如O:表示 或 ;2O:表示 子。
4.元素周期表
(1)1869年,俄国化学家 最早发现元素周期律并编制了第一张元素周期表。
(2)原子序数:元素周期表按元素原子的 递增的顺序给元素编的号,且原子序数= = = 。
(3)横行(周期):共有 个横行,每一个横行叫做一个 ,即 个周期。同一周期元素原子的核外
相同,一般最外层电子数从左向右依次递增。
(4)纵列(族):共有 个纵列,每一个纵列叫做一个 (其中8、9、10三个纵列共同组成一个族),共有 个族。同一族的元素的原子具有相同的 (氦除外),因此同一族的元素化学性质 。
(5)每一格:在元素周期表中,每一种元素均占据一格。
如
【新知梳理】
一、原子核外电子排布
1.电子层的含义
多电子原子里,电子分别在 的区域内运动,人们把不同的区域简化为 ,也称作电子层。
2.电子层表示方法
电子层n
1
2
3
4
5
6
7
字母
3.电子的能量与运动区域
(1)在离核较近的区域内运动的电子能量 。
(2)在离核较远的区域内运动的电子能量 。
(3)离核最近的电子层是 层,该电子层上的电子的能量 。
4.原子核外电子的排布规律
(1)电子一般总是先从 排起,当一层 后再填充下一层。
(2)原子核外第n层最多容纳 个电子。
(3)原子最外层电子数最多只有 个(K层为最外层时最多只有 个)。
二、元素周期表的结构
1.元素周期表的结构
(1)主族元素的族序数=原子的最外层电子数,同一主族元素的原子最外层电子数相同,且自上而下电子层数递增。
(2)稀有气体元素因为性质稳定,有稳定的电子层结构,化合价定为0,因此称为0族元素。
(3)过渡元素:元素周期表中从第ⅢB族到第ⅡB族共10个纵列,包括全部副族元素,共68种元素,全部为金属元素。
(4)由于镧系(表示原子序数57~71的15种元素)和锕系(表示原子序数89~103的15种元素)位于第3列,所以元素种类最多的族是第ⅢB族。
2.元素周期表记忆口诀
横行叫周期,现有一至七;
竖列称作族,总共十六族;
Ⅷ族最特殊,三列是一族;
镧锕各十五,均属ⅢB族。
三、碱金属元素
1.元素的性质
(1)金属性
金属元素的原子最外层电子一般少于 个,在化学反应中容易 电子,具有金属性。
(2)非金属性
非金属元素的原子最外层电子一般多于 个,在化学反应中容易 电子,具有非金属性。
2.碱金属元素的原子结构
元素
元素
符号
原子结构示意图
原子半径/nm
结论
锂
Li
0.152
①碱金属元素原子的最外层电子数都是 ;
②从Li→Cs,核电荷数逐渐 ,原子半径逐渐
钠
Na
0.186
钾
K
0.227
铷
0.248
铯
0.265
3.碱金属单质的物理性质
锂
钠
钾
铷
铯
颜色
银白色
略带金
色光泽
密度
ρ(Li)<ρ(K)<ρ(Na)<ρ(水)
ρ(水)<ρ(Rb)<ρ(Cs)
熔、沸点
从Li→Cs,单质的熔、沸点逐渐
四、卤族元素
1.卤族元素的原子结构及其特点
卤族元素包括F、Cl、Br、I、At,前4种元素的原子结构示意图依次是:
F、Cl、Br、
原子结构特点如下:
(1)相似性:最外层电子数都是 。
(2)递变性:F→I,核电荷数依次 ,电子层数依次增多,原子半径逐渐 。
2.卤素单质的物理性质
F2
Cl2
Br2
I2
颜色、状态
色气体
色气体
色液体
色固体
密度
逐渐
熔、沸点
逐渐
溶解性
在水中溶解度小(F2与H2O反应),在有机溶剂中溶解度大
3.卤素单质的化学性质
(1)卤素单质(X2)与H2的反应
①X2与H2反应的比较
反应条件
产物稳定性
化学方程式
F2
暗处
很稳定
Cl2
光照或
点燃
较
Br2
加热
稳定性差
I2
不断加热
不
②结论
a.从F2到I2,与H2反应的难易程度:逐渐 变难 ;
b.从F2到I2,生成氢化物的稳定性:逐渐 减弱 。
(2)卤素单质间的置换反应
实验操作
反应现象
离子方程式
振荡静置后,液体 ,上层接近无色,下层呈
Cl2+2Br-
Br2+2Cl-
振荡静置后,液体 ,上层接近无色,下层呈
振荡静置后,液体 ,上层接近无色,下层呈
实验结论
从以上三个实验可知,Cl2、Br2、I2的氧化性逐渐
四、同周期、同主族元素性质的递变规律
同周期(从左到右,稀有气体除外)
同主族(自上而下)
元素主要化合价
最高价:+1价→+7价(O、F除外);最低价:-4价→-1价;最低价=主族序数-8(H除外)
最高价相同(O、F除外);最低价相同;最高价=族序数(O、F除外)
原子半径
逐渐减小
逐渐增大
金属性
逐渐减弱
逐渐增强
非金属性
逐渐增强
逐渐减弱
最高价氧化物对应水化物的酸、碱性
碱性逐渐减弱
酸性逐渐增强
碱性逐渐增强
酸性逐渐减弱
形成气态氢化物的难易
由难到易
由易到难
简单气态氢化物的稳定性
逐渐增强
逐渐减弱
【典例精讲】
【例1】如图为铝原子结构示意图。下列有关铝原子的说法正确的是( )
A.图中“+”表示铝原子带正电
B.铝原子的质量主要集中在核外13个电子上
C.铝原子在化学反应中易得到电子
D.铝原子核外有3个电子层
【例2】某些含氟化合物有利于保护牙齿。氟在元素周期表中的信息如图所示,下列有关说法正确的是( )
A.氟属于金属元素 B.氟的相对原子质量为9
C.氟单质在常温常压下为气体 D.氟原子失去1个电子形成F-
【例3】布洛芬(C13H18O2)是常见的消炎止痛药。下列关于布洛芬的说法正确的是( )
A.属于氧化物
B.由33个原子构成
C.C、H、O三种元素的质量比为13∶18∶2
D.碳元素的质量分数为×100%
【例4】下列关于核外电子排布的说法不正确的是( )
A.第二电子层最多容纳的电子数为8
B.次外层最多可容纳的电子数为18
C.最多可容纳2个电子的电子层一定是第一电子层
D.最多可容纳8个电子的电子层一定是第二电子层
【例5】A、B两种元素,A的原子序数为a,如果A和B同在第ⅣA族,当B的周期数大于A的周期数时,B的原子序数不可能为( )
A.a+2 B.a+8
C.a+26 D.a+18
【例6】X、Y、Z均为短周期元素,它们在周期表中的相对位置如图所示。已知X、Y、Z三种元素的质子数之和为40,则X、Y、Z分别是( )
X
Y
Z
A.N、S、Cl B.B、Si、P
C.C、P、S D.Be、Al、Si
【例7】以下关于锂、钠、钾、铷、铯的叙述不正确的是( )
①原子结构的相同点是最外层电子数相同,都为1
②单质熔点最高的是铯 ③与O2反应均可得到多种氧化物 ④单质的密度依次增大,均要保存在煤油中 ⑤单质的还原性依次增强 ⑥对应离子的氧化性依次增强
A.①③⑤ B.②④⑥ C.②③④⑥ D.①⑤
【例8】X、Y、Z、M、R、Q是短周期主族元素,部分信息如下表所示:
元素代号
X
Y
Z
M
R
Q
原子半径/nm
0.186
0.074
0.099
0.143
主要化
合价
+1
+4、-4
-2
+7、
-1
+3
其他
阳离子核外无电子
单质常用作半
导体材料
焰色反应
呈黄色
(1)R在元素周期表中的位置是 。
(2)Y与R相比,非金属性较强的是 (用元素符号表示),下列事实能证明这一结论的是 (填字母)。
a.常温下Y的单质呈固态,R的单质呈气态
b.热稳定性: XR>YX4
c.Y与R形成的化合物中Y呈正价
(3) 根据表中数据推测,Y的原子半径的最小范围是 。
【重难突破】
1.化学符号周围数字的含义
2.具有特定电子总数的粒子
具有10电子、18电子的微粒有很多种,可以是分子、原子,也可以是离子;可以是单核微粒,也可以是多核微粒。
(1)10电子微粒
(2)18电子微粒
3.根据核外电子排布特点进行元素(1~18号)推断
(1)原子核中无中子的原子:H。
(2)最外层只有一个电子的原子:H、Li、Na。
(3)最外层有两个电子的原子:Be、Mg、He。
(4)最外层电子数等于次外层电子数的原子:Be、Ar。
(5)最外层电子数是次外层电子数两倍的原子是C;三倍的是O;四倍的是Ne。
(6)电子层数与最外层电子数相等的原子:H、Be、Al。
(7)电子总数为最外层电子数2倍的原子:Be。
(8)次外层电子数是最外层电子数2倍的原子:Li、Si。
(9)内层电子数是最外层电子数2倍的原子:Li、P。
4.元素的位置与原子结构的互相推断
本方法常用于确定原子序数≤20的元素。
(1)三个等式
①周期序数=电子层数
②主族序数=最外层电子数
③原子序数=核电荷数=质子数=核外电子数
(2)实例
①X元素是第三周期第ⅠA族元素,则该元素原子有3个电子层,最外层电子数是1,即为钠元素。
②Y元素的原子序数是16,则该元素的原子结构示意图是,其在周期表中的位置是第三周期第ⅥA族。
5.根据原子序数确定元素在周期表中位置的方法——0族定位法
(1)0族元素的周期序数和原子序数
0族元素
He
Ne
Ar
Kr
Xe
Rn
Og
周期序数
一
二
三
四
五
六
七
原子序数
2
10
18
36
54
86
118
(2)方法
①比大小定周期:比较该元素的原子序数与0族元素的原子序数大小,找出与其相邻近的0族元素,那么该元素就和原子序数大的0族元素处于同一周期。如64号元素,54<64<86,其应在第六周期。
②求差值定族数
a.若某元素的原子序数比相邻近的0族元素多1或2,则该元素应处在0族元素所在周期的下一个周期的第ⅠA族或第ⅡA族。如88号元素,88-86=2,则其应在第七周期第ⅡA族。
b.若某元素的原子序数比相邻近的0族元素少1~5时,则该元素应处在0族元素所在周期的第ⅦA~第ⅢA族。如84号元素,86-84=2,应在第六周期第ⅥA族。
6.从原子结构角度认识碱金属元素性质的递变规律
7.从原子结构角度认识卤族元素性质的递变规律
8.同主族元素的原子结构与性质的关系
9.元素金属性、非金属性强弱的比较方法
金属性比较
本质
原子越易失去电子,金属性越强
判断
依据
①在金属活动性顺序中位置越靠前,金属性越强
②单质与水或非氧化性酸反应越剧烈,金属性越强
③单质还原性越强,离子氧化性越弱,金属性越强
④最高价氧化物对应水化物的碱性越强,金属性越强
⑤若Xn++YX+Ym+,则Y金属性比X强
非金属性比较
本质
原子越易得到电子,非金属性越强
判断
依据
①与H2化合越容易,气态氢化物越稳定,非金属性越强
②单质氧化性越强,阴离子还原性越弱,非金属性越强
③最高价氧化物对应水化物的酸性越强,非金属性越强
④An-+BBm-+A,则B非金属性比A强
【基础巩固练】
1.U常用于核裂变反应。下列关于U的叙述正确的是( )
A.质子数为235
B.核外电子数为143
C.核电荷数为235
D.中子数为143
2.稀土被称为“工业黄金”和“新材料之母”,其中钇(Y)是稀土元素的代表。下列关于Y的说法,不正确的是( )
A.质子数为39 B.质量数为128
C.中子数为50 D.核外电子数为39
3.下列说法错误的是( )
A.这三种都是金属 B.硅的相对原子质量是28.09
C.钛的核外电子数为22 D.锑的原子序数为51
4.某粒子(原子或离子)的结构示意图如图所示,下列说法错误的是( )
A.若n=8,则该粒子所对应元素的符号一定为Ar
B.若该粒子带两个单位负电荷,且n=8,则该粒子的符号为S2-
C.若m-n<10,则该粒子是一个阴离子
D.若m-n=10,则该粒子一定是原子
5.氮及其化合物的“价类二维图”如图所示,正确的是( )
A.A点对应的物质是氧气
B.B点对应物质的化学式是N2O
C.D点对应物质的化学式是N2O5
D.E点对应物质的化学式可以是KNO3
6.关于下列符号或图示的说法正确的是( )
①2H ②Al3+ ③ ④
A.①表示2个氢分子 B.由④可知铕的原子序数为63
C.③表示镁原子的结构示意图 D.②表示铝元素的化合价为+3价
7.建立宏观和微观之间的联系是化学学科独特的一种思维方式。对下列宏观事实的微观解释错误的是( )
A.蔗糖放入水中溶解——蔗糖分子能分解
B.金刚石很硬,石墨很软——碳原子的排列方式不同
C.氧气和液氧都能支持燃烧——物质的分子相同,化学性质相同
D.6 000 L氧气加压后装入容积为40 L的钢瓶中——加压时,分子之间的间隔变小
8.核电荷数小于18的元素X,其原子核外电子层数为a,最外层电子数为2a+1。下列有关元素X的说法中,不正确的是( )
A.元素X的原子核内质子数可能为2a2-1
B.元素X形成的单质既具有氧化性又具有还原性
C.元素X形成的简单离子,各电子层的电子数均达到2n2个(n表示电子层数)
D.由元素X形成的某些化合物,可能具有杀菌消毒的作用
9.已知A、B、C、D四种元素的核电荷数依次增大,A原子最外层电子数是次外层电子数的2倍;B元素在地壳中含量最多;C原子最外层电子数与B原子最外层电子数相等,且C原子比B原子多一个电子层;D原子与C原子具有相同的电子层数,且D原子内层电子总数比最外层电子数多3。试回答下列问题:
(1)写出四种元素的名称:A________;B____________;C____________;D____________。
(2)B原子的结构示意图为________。
(3)C的阴离子的结构示意图为________。
10.新型高导热镁合金常用作电动汽车和消费电子产品的散热器。请根据图回答有关问题。
(1)由图1可知,镁元素的相对原子质量为________。镁元素位于第________周期。
(2)图2为镁离子的结构示意图,则x的数值为________。镁离子的符号表示为________。
(3)以化合价为纵坐标、物质类别为横坐标所绘制的图叫价类二维图。图3为镁的价类二维图,B处的物质类别是________。MgO中镁元素与氧元素的质量比为__________(填最简整数比)。
(4)价类二维图中的物质在一定条件下可以相互转化,例如金属镁和水在一定条件下发生反应可以生成A和氢气,则该反应的化学方程式为__________________________。
【拓展提升练】
11.已知X、Y、Z三种主族元素在元素周期表中的位置如图所示。设X的原子序数为a,下列说法不正确的是( )
Y
X
Z
A.Y与Z的原子序数之和可能为2a
B.Y的原子序数可能为a-17
C.Z的原子序数可能为a+31
D.X、Y、Z一定均为短周期元素
12.关于元素周期表的下列说法正确的是( )
A.原子序数之差为2的两种元素不可能位于同一主族
B.元素周期表中只有第二列元素原子的最外层电子数为2
C.W2+核外有36个电子,则元素W位于第四周期ⅡA族
D.若某ⅡA族元素原子序数为x,那么ⅢA族原子序数可能为x+25
13.如图所示是氯气的制备以及氯、溴、碘的非金属性比较实验,充分反应一段时间后,打开装置D的旋塞,将装置D中少量溶液加入装置E中,振荡,观察实验现象,下列说法正确的是( )
A.装置F中的Na2SO3溶液能吸收Cl2,进行尾气处理
B.装置B中可盛放水吸收氯气中的HCl气体
C.装置E下层呈现紫红色
D.装置E中有机试剂层呈现紫红色,能说明非金属性:Br>I
14.借助碱金属和卤族元素的递变性分析下面的推断,其中不正确的是( )
A.已知Ca是第四周期第ⅡA族的元素,故 Ca(OH)2的碱性比Mg(OH)2的碱性强
B.已知As是第四周期第ⅤA族的元素,故AsH3的稳定性比NH3的稳定性弱
C.已知Cs的原子半径比Na的原子半径大,故Cs与水反应不如Na与水反应剧烈
D.已知Cl的核电荷数比F的核电荷数多,故Cl的原子半径比F的原子半径大
15.根据部分短周期元素的信息回答问题。
元素
元素信息
A
第三周期第ⅥA族
B
族序数是周期数的3倍
C
原子序数是11
D
D3+与Ne的电子数相同
(1)A、B的元素符号分别为 、 ,C、D 的元素名称分别为 、 。
(2)写出B、C的单质在加热时反应的化学方程式:
。
(3)从原子结构的角度分析,A原子与B原子的 相同,C原子与D原子的 相同。
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