1.2 原子结构与元素的性质 第1课时（培优课件）化学人教版选择性必修2

第二节 原子结构与元 素的性质 人教版选择性必修二 高效培优系列 第一章 原子结构与性质 第1课时 原子结构与元素周期表 01 原子结构与周期的划分 元素周期系的形成 原子结构与族的划分 03 02 知识导航 04 元素周期表的分区与应用 目标立纲 1. 掌握元素周期系的形成过程，理解原子序数与元素在周期表中位置的对应关系。 2. 理解周期数与电子层数、主族序数与最外层电子数的对应规律。 3. 认识 s / p / d / ds / f 五个分区，能依据价电子排布确定元素所在区域。 知识目标 1.宏观辨识与微观探析：从核外电子排布的周期性变化，认识元素周期表编排的微观本质。 2.证据推理与模型认知：依据原子结构证据，推理元素在周期表中的位置，建立「位置—结构」模型。 3.科学态度与社会责任：体会元素周期表对科学研究和生产实践的指导价值。 素养目标 情境启思 一副扑克牌的「排位密码」 整理扑克牌时，我们会先按花色分成 4 组，再在每个花色里按数字从小到大排队——乱糟糟的 54 张牌立刻变得井井有条。 化学家面对的困难大得多：100 多种元素的性质各不相同，它们之间是否也存在某种「隐藏的排队规则」？ 思考与讨论 1. 排队的前提是找到「关键字」——你觉得元素排序的 依据可能是什么？ 2. 如果按相对原子质量排队，会遇到什么麻烦？ 情境启思 为「未知元素」提前留座 1869 年，门捷列夫把 63 种已知元素的性质写在卡片上反复排布，他坚信排列中出现的空位意味着尚未发现的元素。 他大胆预言：空位元素「类铝」的原子量约为 68、密度约 5.9 g/cm³、能与酸缓慢反应。四年后，法国化学家布瓦博德朗在锌矿中发现了新元素镓——测得密度 4.7，最初与预言不符；提纯后重测为 5.94，与预言惊人吻合。 引入思考 门捷列夫当时连镓的原子都没见过，凭什么能预言它的性质？这张「神表格」到底按什么规则排出来的？ 元素周期系的形成 01 知识精研 一、元素周期系的形成历程 1869 年 门捷列夫周期表 奠定骨架 按相对原子质量由小到大排列，把性质相似的元素放在同一列；大胆留下空位预言未知元素。 1913 年 莫塞莱的修正 改用序数 通过 X 射线实验发现：元素的真正「身份证」是核电荷数——原子序数，而非原子量。 现代 现代元素周期表 最终形态 按原子序数由小到大排列，共容纳 118 种元素，原子序数 = 核电荷数 = 质子数。 结论：元素周期系按原子序数递增的顺序编排，原子序数由原子核内的质子数决定 ——这才是元素真正的「排队关键字」。 知识精研 二、原子序数与原子结构的关系 原子序数 ＝ 核电荷数 ＝ 质子数 ＝ 中性原子的核外电子数 电中性原子与简单离子的换算 原子 质子数 ＝ 核外电子数 如 Na：11 ＝ 11 阳离子 质子数 ＞ 核外电子数 如 Na⁺：11 ＞ 10 阴离子 质子数 ＜ 核外电子数 如 Cl⁻：17 ＜ 18 误区警戒 离子是原子得失电子的结果，质子数并不改变 ——「变的是电子，不是身份」。 情境链接 身份证式的「核内编号」 我们的身份证号一旦确定，年龄、籍贯等信息随之固定。元素也一样：只要核内质子数确定，它就是独一无二的元素。 我国克山病高发区土壤缺硒（34 号元素），当地通过补硒盐防控心肌疾病——检测的正是「34 号身份证」对应的这种元素。 知识精研 三、周期系形成的微观本质：排布的周期性 随原子序数递增，原子最外能级组的电子排布重复出现 ns¹ → ns²np⁶ 的循环—— 这种周期性变化，正是元素周期系形成的根本原因。 原子序数区间 1 ~ 2 3 ~ 10 11 ~ 18 19 ~ 36 37 ~ 54 55 ~ 86 最外层电子排布 1s¹→1s² 2s¹→2s²2p⁶ 3s¹→3s²3p⁶ 4s¹→4s²3d¹⁰4p⁶ 5s¹→5s²4d¹⁰5p⁶ 6s¹→6s²4f¹⁴5d¹⁰6p⁶ 最外层电子数 1 → 2 1 → 8 1 → 8 1 → 8 1 → 8 1 → 8 重复的「节奏」 2 个一轮 8 个一轮 8 个一轮 18 个一轮 18 个一轮 思考与讨论：为什么重复节奏是 2、8、18，而不是整齐的 8？提示——想想每一能级组里新增了什么能级（s、p、d、f）。 生活类比：就像钟表「时、分、秒」三根指针各自转完一圈才复位一次，电子也是填满一组能级后，新一轮排布才重新开始。 析典破难 A 【例1】某元素的一种同位素 R 的阴离子 Rⁿ⁻ 核外共有 x 个电子，R 的质量数为 A，则 R 原子核内的中子数为 A. A − x + n B. A − x − n C. A + x + n D. A − n + x 破题切入点 抓住两条主线：① 阴离子的电子数 = 质子数 + 电荷数； ② 中子数 = 质量数 − 质子数。 先求质子数，再求中子数。 析典破难 粒子等量关系四件套： ① 中性原子：Z ＝ 电子数 ② 阳离子：电子数 ＝ Z − 电荷数 ③ 阴离子：电子数 ＝ Z + 电荷数 ④ 中子数 ＝ A − Z 方法总结 析典破难 B 【例2】下列关于三张重要周期表的说法错误的是 A．门捷列夫周期表是最早的元素周期表 B．维尔纳周期表确定了所有周期的元素种类 C．玻尔周期表用原子结构解释周期系 D．三张周期表都对元素周期表的发展有重要贡献 原子结构与周期的划分 02 知识精研 一、周期的划分 周期数 ＝ 原子的电子层数 「三短 · 四长 」 第 1~3 周期为短周期；第 4~7周期为长周期。 同一周期元素原子的电子层数相同，最外层电子数从 1 递增到 8（第一周期到 2）。 误区警戒：周期数只看电子层数，与最外层电子数无关——「住几层楼，就是第几周期」。 七个周期 · 元素数目阶梯（条长 ∝ 元素数） 第1周期 2 第2周期 8 第3周期 8 第4周期 18 第5周期 18 第6周期 32（含镧系 15 种） 第7周期 32（含锕系 15 种） 知识精研 二、各周期元素数目由对应能级组决定 周期 对应能级组 可容纳电子数 元素数目 第一周期 1s 2 2 第二周期 2s 2p 8 8 第三周期 3s 3p 8 8 第四周期 4s 3d 4p 18 18 第五周期 5s 4d 5p 18 18 第六周期 6s 4f 5d 6p 32 32 第七周期 7s 5f 6d 7p 32 32 规律：某周期元素数目 ＝ 该周期元素原子最外能级组 各能级可容纳的电子总数。 情境链接 · 为什么 18、32 会「突然跳档」？ 由于能级交错（E(ns) ＜ E(n−2)f ＜ E(n−1)d ＜ E(np)），从第四周期起，d、f 能级「插队」进入最外能级组，每插进一个能级，周期容量就多一截——18 和 32 正是这么来的。 引入思考 超市货架的容量由货架长度决定，周期表的「货架长度」由什么决定？为什么第 1、2、3 周期是短周期，第 4 周期起变成长周期？ 知识精研 三、 镧系与锕系：被「折叠」的两行元素 为什么单独摆放？ 镧系元素（57~71 号，共 15 种）和锕系元素（89~103 号，共 15 种）的电子依次填入倒数第三层的 4f、5f 能级，电子层数和最外层电子数几乎不变，性质极为相似。若按原子序数平铺，周期表将宽得放不下——于是把它们各抽出来排成两行，挂在表下方。 镧系：57~71 号 占第 6 周期第 ⅢB 族 1 格 锕系：89~103 号 占第 7 周期第 ⅢB 族 1 格 误区警戒：镧系、锕系各算 1 格但各含 15 种元素——数第 6 周期元素数目时别漏掉镧系的 15 位「成员」。 情境链接：我国稀土储量世界第一。稀土元素多为镧系成员，是 LED 荧光粉、永磁体、新能源汽车电机的关键材料——这「被折叠的一行」撑起了大国科技。 知识精研 四、元素定位 第 1 步 记住「分界线」原子序数 2 · 10 · 18 · 36 · 54 · 86 分别是 1~6 周期的结尾，像 6 条「楼层分界线」。 第 2 步 看原子序数落在哪个区间 如 50 号：36 ＜ 50 ≤ 54，落在第 4 与第 6 条分界线之间。 第 3 步 定周期、算族位 50 号在第 5 周期；差值 50 − 54 ＝ −4，从尾部倒数为第 ⅣA 族（或差值 50 − 36 ＝ 14，跳过 d 区换算）。 思考与讨论：同桌互出一组原子序数（如 34、53、82、88），限时 1 分钟，用「三步法」说出对方元素所在的周期，比一比谁更快。 参考答案 34 号硒 Se：第 4 周期； 53 号碘 I：第 5 周期； 82 号铅 Pb：第 6 周期； 88 号镭 Ra：第 7 周期。 析典破难 A 【例3】下列关于元素周期表周期结构的叙述中，正确的是 A. 第 3 周期有 8 种元素，第 4 周期有 18 种元素 B. 每个短周期都含有 8 种元素 C. 第 6 周期共有 18 种元素，其中包括 15 种镧系元素 D. 第 7 周期是已填满的 32 种元素的完全周期 破题切入点 把各周期元素数目「2、8、8、18、18、32、26」当作判断标尺，逐项核对—— 尤其是镧系锕系「1 格 15 种」的特殊计数方式。 析典破难 1.周期元素数口诀： 「2、8、8，然后 18 两个，32 两个收尾」； 镧系锕系「占一格、藏十五」，数数时必须单独算。 2.易错提醒：「格数」与「元素数」是两个概念——第 6 周期占 18 格，却装着 32 种元素。 方法总结 析典破难 六 【例4】原子序数83的元素位于元素周期表的第 周期。 析典破难 1.周期元素数口诀： 「2、8、8，然后 18 两个，32 两个收尾」； 镧系锕系「占一格、藏十五」，数数时必须单独算。 2.易错提醒：「格数」与「元素数」是两个概念——第 6 周期占 18 格，却装着 32 种元素。 方法总结 原子结构与族的划分 03 知识精研 一、族序数划分 周期表共 18 列，划分为 7 个主族 + 7 个副族 + 第Ⅷ族 + 0 族，共 16 个族 第 1~2 列 ⅠA ⅡA 主族 第 3~12 列：ⅢB ~ ⅦB 副族 · 第Ⅷ族（3 列）· ⅠB ⅡB 副族 第 13~17 列 ⅢA ~ ⅦA 主族 第 18 列：0 族 主族（A）：由短周期和长周期元素共同构成的族；副族（B）：完全由长周期元素构成的族。 误区警戒：第Ⅷ族占 3 个纵列（9 种元素一列区），却是「1 个族」；16 个族 ≠ 16 列。 记忆锚点：主族共 7 个（ⅠA~ⅦA），副族也是 7 个（ⅠB~ⅦB），加上Ⅷ族、0 族凑齐 16。 知识精研 二、族序数与电子数的关系 主族序数 ＝ 最外层电子数 最高正价 ＝ 主族序数（O、F 例外） 最低负价 ＝ 主族序数 − 8 对照实例 Na：2, 8, 1 最外层 1 个电子 → ⅠA 族，最高价 +1 C：2, 4 最外层 4 个电子 → ⅣA 族，＋4 / −4 Cl：2, 8, 7 最外层 7 个电子 → ⅦA 族，＋7 / −1 误区警戒 H 只有 1 个电子却属 ⅠA 族；He 最外层 2 个电子却在 0 族——「数最外层定族」只适用于主族，特例要单独记。 情境链接 · 最外层电子是「化学性格指纹」 同一家族（同主族）的元素性格相似：ⅠA 族的 Na、K 遇水都会剧烈反应，ⅦA 族的 Cl、Br、I 都能让淀粉碘化钾试纸变蓝。原因只有一个——它们的「性格指纹」（最外层电子数）完全相同。 引入思考 焰色试验里钠呈黄色、钾呈紫色，但它们化学性质却很相似。决定「相似」的是什么？决定「差异」的又是什么？ 知识精研 三、0 族元素：稳定结构的「独居贵族」 结构与性质 0 族元素（He、Ne、Ar、Kr、Xe、Rn）最外层已达稳定结构——He 为 2 电子、其余为 8 电子，既不易失电子也不易得电子，化学性质极不活泼，常以单原子分子形式存在。 引入思考 · 「惰性」神话的破灭 1962 年，英国化学家巴特利特利用 O₂ 与 PtF₆ 反应的类比，大胆合成出第一种稀有气体化合物 XePtF₆，「惰性气体」从此改名为「稀有气体」。绝对的「惰性」并不存在，稳定性只是程度问题。 情境链接：霓虹灯中封入氖气发红光、氩气保护焊接、氙气做汽车大灯、氦气填充飞艇——「不合群」正是它们被委以重任的原因。 知识精研 四、副族与过渡元素：周期表的「多面手」 副族（ⅢB~ⅦB、ⅠB、ⅡB）与第Ⅷ族元素统称过渡元素，即过渡金属。 价电子与「多面手」性格 副族元素的价电子除最外层 s 电子外，还包括次外层的 d 电子（镧系锕系还涉及倒数第三层 f 电子）。可参与成键的电子多、能级相近，因此： 变价多 Fe 有 +2、+3 价，Mn 有 +2 ~ +7 价 颜色美 Cu²⁺ 溶液呈蓝色、Cr₂O₇²⁻ 呈橙色 催化强 Fe 合成氨、Pt 汽车尾气三效催化 情境链接 · 从锅到车的过渡金属 家里的不锈钢锅靠 Fe、Cr、Ni「抱团」防锈；汽车排气管里的三效催化剂用 Pt、Pd、Rh 把有害气体转化为无害物——这些「中间地带」的金属，撑起了现代工业的骨架。 思考与讨论 主族元素的化合价通常「一个萝卜一个坑」，为什么过渡元素却动辄五六种价态？试着从「d 电子能否参与成键」的角度和同桌讨论。 析典破难 C 【例5】下列关于ⅡA族元素的说法中，不正确的是 A．元素的主要化合价都是+2价 B．元素的单质都呈亮白色 C．有的元素的单质可在自然界中稳定存在 D．其中包括被誉为“国防金属”的元素 析典破难 C 【例6】X、Y、Z、W 为原子序数依次增大的短周期主族元素，满足： ① X 原子核外只有 1 个电子； ② Y 的最高价氧化物对应的水化物既能与盐酸反应，又能与 NaOH 溶液反应； ③ Z 与 Y 同周期，其单质是良好的半导体材料； ④ W 是第 ⅦA 族中电子层数最多的短周期元素。 （1）写出四种元素的名称与符号； （2）指出 W 在元素周期表中的位置； （3）写出 ② 中水化物分别与盐酸、NaOH 反应的化学方程式。 析典破难 线索 推理过程 结论 ① 核外仅 1 个电子，即 1s¹ X：氢（H） ② 既能与酸又能与强碱反应的水化物是两性氢氧化物 Al(OH)₃ Y：铝（Al） ③ 与 Al 同周期（第 3 周期），单质作半导体 → 晶体硅 Z：硅（Si） ④ ⅦA 族短周期中层数最多（3 层） W：氯（Cl） （2）W（Cl）位于第 3 周期 ⅦA 族； （3）Al(OH)₃ + 3HCl ＝ AlCl₃ + 3H₂O Al(OH)₃ + NaOH ＝ NaAl(OH)4 析典破难 结构推断四把钥匙： ① 最外层电子数与层数关系； ② 特征化合物（两性 Al(OH)₃、最强酸 HClO₄）； ③ 特征单质（半导体 Si）； ④ 序数排序约束排除矛盾项。 方法总结 元素周期表的分区与应用 04 知识精研 一、按价电子「居住地」划分五个街区 分区 价电子构型 所含族 代表元素 s 区 ns¹⁻² ⅠA、ⅡA（含 He） H、Na、Mg、Ca p 区 ns²np¹⁻⁶ ⅢA~ⅦA、0 族（He 除外） C、N、O、Al、Cl、Ne d 区 (n−1)d¹⁻¹⁰ ns¹⁻²（个别 ns⁰） ⅢB~ⅦB、第Ⅷ族 Sc、Ti、Fe、Ni ds 区 (n−1)d¹⁰ ns¹⁻² ⅠB、ⅡB Cu、Ag、Zn、Hg f 区 (n−2)f⁰⁻¹⁴（最后填入） 镧系、锕系 Ce、Nd、U 思考与讨论：分区看的是「最后一个电子住进哪个能级」——这正是构造原理在周期表上留下的脚印。 易混提醒：Cu（3d¹⁰4s¹）属于 ds 区而非 d 区；He 属 s 区却在 0 族——「住址」与「户籍」要分开看。 知识精研 二、金属与非金属的「地图分布」 知识精研 二、金属与非金属的「地图分布」 知识精研 三、在周期表的「街区」里定向寻宝 同主族元素性质相似，这意味着周期表不只是「户口簿」，更是一张指导科学研究的寻宝地图——想找什么性质的材料，就到对应街区去翻找。 情境链接：科学家曾沿第 ⅦA 族定向筛查，发现氟化物兼具高效与低毒，推动了含氟农药和制冷剂的开发；计算机芯片的硅、锗，同样是从分界线「街区」里优选出的居民。 析典破难 C 【例7】下列说法中正确的是 A．所有非金属元素都分布在p区 B．最外层电子数为2的元素都分布在s区 C．元素周期表中第ⅢB族到第ⅡB族10个纵行的元素都是金属元素 D．同一主族元素从上到下，金属性逐渐减弱 析典破难 D 【例8】下列基态原子的价电子排布与其在周期表中的分区、族位对应关系错误的是 A. 3s²3p⁵ —— p 区、ⅦA 族 B. 3d¹⁰4s¹ —— ds 区、ⅠB 族 C. 4s¹ —— s 区、ⅠA 族 D. 3d⁵4s² —— ds 区、ⅦB 族 破题切入点 由价电子能级符号的最大 n 值定周期；价电子总数定主族序数或副族族位；最后看「最后填入的能级」定分区——d 区与 ds 区的边界就在「d 轨道是否已满」。 析典破难 1.由价电子排布定位三步： ① 最大 n → 周期； ② 价电子总数 → 族位； ③ 最后填入的能级 → 分区。 d 未满 = d 区，d 全满只余 s = ds 区。 2.半充满陷阱：Cr 是 3d⁵4s¹、Cu 是 3d¹⁰4s¹——先按构造原理写排布，再用洪特规则特例修正。 方法总结 知识融通 原子结构与元素的性质 元素周期系 周期划分 族划分 按原子序数递增排列； 原子序数＝质子数； 外层排布周期性重复是形成本质。 7 个周期，周期数＝电子层数； 元素数 2、8、8、18、18、32、26； 镧系锕系各占 1 格。 7 主 + 7 副 + Ⅷ + 0 共 16 族； 主族序数＝最外层电子数； 0 族最外层稳定结构。 分区 s、p、d、ds、f 五区按价电子构型划分； 「位—构—性」互推指导材料搜寻。 能力跃迁 D 1.下列说法正确的是 A．失电子难的元素得电子一定容易 B．电离能越大的元素电负性一定越小 C．最外层电子排布为ns2的元素一定位于s区 D．不同能层的s轨道的空间取向均相同 能力跃迁 D 2.下列关于元素周期表和周期律的说法中，正确的是 A．所有非金属元素都分布在区 B．每一周期都是以碱金属元素开始，稀有气体元素结束 C．第ⅦA族元素从上到下，氢化物的热稳定性和还原性均依次减弱 D．除第一周期外，其他周期元素，从左到右由金属逐渐过渡到非金属 能力跃迁 B 3.下列说法中，正确的是 A．s区元素全部是金属元素 B．ns2np4属于p区主族元素 C．金属元素的外围电子数一定小于4 D．第ⅦA族元素从上到下，非金属性依次增强 能力跃迁 C 4.已知某元素+3价离子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d3，该元素在周期表中的位置和区域是 A．第三周期第ⅥB族；p区 B．第三周期第ⅢB族；d区 C．第四周期第ⅥB族；d区 D．第四周期第ⅡB族；ds区 能力跃迁 D 5.下列关于元素在元素周期表中的位置以及元素原子的价层电子排布特点的有关叙述正确的是 A．价电子排布为5s25p4的元素位于第五周期第ⅣA族，是p区元素 B．氧元素的基态原子中，2p能级为半充满，属于p区元素 C．最外层电子排布式为4s1，一定属于第IA族 D．Cu位于元素周期表中第四周期第IB族，属于ds区元素 感谢观看 人教版选择性必修二 高效培优系列 分层精准培优，助力全面提升 $