高中化学人教版 (2019)选择性必修2第二节 原子结构与元素的性质第一课时教学设计及反思

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     三张有重要历史意义的元素周期表

    【科学史】

    1869年，门捷列夫制作了历史上第一张周期表，图1-14是该表的修订版，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”）。主副族和第八族的概念使用至今，但过渡元素的概念不同了。

   1905年，配位化学鼻祖维尔纳制作了一张周期表，如图1-15所示。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，尽管当时锕系和镧系的概念尚未形成，不知道它们有多少种元素。维尔纳周期表前五个周期表相似，但也有差异，如今维尔纳周期表中Be、Mg的位置与现今周期表不同。

    1922年，玻尔获诺贝尔奖时做了题为“原子结构”的报告，其中有一张周期表，如图1-16所示。它是1895年汤姆孙周期表的改进版。在玻尔所作的改进中，特别重要之处是把21-28、39-46等元素用方框框起。这是因为玻尔用原子结构来解释周期系了，他已经认识到，这些框内元素的原子新增加的电子是填入内层轨道的。玻尔已经得知镧后14种元素基原子有4f电子，也用方框框起，而且第六周期为32种元素，但第七周期元素所知甚少。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，它们的价电子数相等。

了解科学史

通过元素周期表的发展史，认识到科学是在不断发展的，培养求真务实、不断进步的科学精神与社会责任感。

讲授新课

第二节 原子结构与元素的性质

第一课时 原子结构与元素周期表

一、元素周期律、元素周期系和元素周期表

1.元素周期律

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。

2.元素周期系

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。

3.元素周期表

元素周期表是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。

注意：

1.元素周期系与元素周期表的关系

    2.原子序数、核电荷数、质子数与核外电子数的关系

      原子序数=核电荷数=质子数=核外电子数

    二、构造原理与元素周期表

    1.元素周期表的结构：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。

（1）周期（七横七周期，三短四长）

（2）核外电子排布与周期的划分

每一周期元素原子的外围电子排布与元素种类

注意：核外电子排布与周期划分的关系

ⅰ 根据构造原理,将能量相近的能级分为一组,按能量由低到高可分为7个能级组,同一能级组内,各能级能量相差较小,各能级组之间能量相差较大。

ⅱ 每一个能级组对应一个周期,且该能级组中最高的能级对应的能层数等于元素的周期序数。

元素形成周期系的根本原因是元素的原子核外电子的排布发生周期性的重复。

（3）根据构造原理得出的核外电子排布与周期中元素种类数的关系

元素周期系中每个周期的元素数,第一周期从1s1开始,以1s2结束,只有两种元素。中间按照构造原理依次排满各能级。其余各周期总是从ns能级开始,以np结束,递增的核电荷数(或电子数)就等于每个周期里的元素数。具体数据如下:

   规律：递增的核电荷数=元素个数

   若以一个方格代表一种元素，每个周期排成一个横排，并按s、p、d、f分段，左侧对齐，可得到如下元素周期表：

【思考与讨论】1950年国际纯粹与应用化学联合会（IUPAC）推荐了一张元素周期表，书末的元素周期表就是参照其新版制作的。

请问：怎样将图1-17变成书末的元素周期表？

（4）族（十八纵行十六族，七主七副一VIII一0）

注意：

1.从第四周期开始的长周期,比短周期多出的元素全部是金属元素,这是因为它们的最外层电子数始终不超过2, 即为ns1~2(Pd例外)。而第六、七周期比第四、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。

2.电子层数=周期序数

3.主族元素族序数=原子最外层电子数

（5）核外电子排布与族的关系

元素周期表中,同族元素价层电子数相同,这是同族元素性质相似的结构基础。

主族元素的价电子为该元素原子的最外层电子。如碱金属元素的基态原子的价电子排布为ns1。元素周期表最右侧稀有气体元素的基态原子,除氦(1s2)外,最外层都是8电子,即ns2np6。

副族元素的价电子与其最外层电子和次外层电子有关(镧系、锕系元素还与次次外层的f电子有关)。如铁元素的价电子排布式为3d64s2。

【再探元素周期表】

问题：

仔细考察书末的元素周期表，你能提出哪些问题？例如：

（1）元素周期表共有几个周期？每个周期各有多少种元素？

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？

（2）元素周期表共有多少个列？各列的价层电子数各为多少？同列元素价层电子数是否相等？元素周期表可分为哪些族？族序有什么规律？

（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（如图1-18）？

回答上述问题和你提出的问题，并整理出你对元素周期表的新认识。

答：（1）现行元素周期表包含118种元素，共有七个周期，每个周期包含的元素数目，分别是按照周期序数一二三四五六七，元素种类数依次为2、8、8、18、18、32、32。第一周期结尾元素(He)原子核外只有2个电子，根据构造原理，其电子排布式为1s2。与该元素同族的其他周期元素Ne、Ar、Kr、Xe、Rn等，原子核外电子数依次增加了8、8、18、18、32。根据构造原理，它们的最外层电子排布通式为ns2np6。所以，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。

（2）元素周期表共有18个列。从左向右，第1~12列中，除第3列中的镧系和锕系以外，其他的价层电子数都等于列数；第13~18列中，除第18列中的氦以外，其他的价层电子数都等于列数减10。除了镧系、锕系和氦以外，同列元素价层电子数相等。元素周期表所划分的族及族序数，从左向右排列如下：IA族、ⅡA族；ⅢB族→ⅦB族；Ⅷ族；IB族、ⅡB族；ⅢA族→ⅦA族；0族。

（3）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),价层电子数较大，得电子相对容易，失电子相对困难。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。

【讨论】

（1）为什么副族元素又称为过渡元素？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。

答：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。过渡元素价层电子数跟它们的族序数的关系是：第ⅢB族到第ⅦB族元素的价层电子数等于它们的族序数；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；第IB族、第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)d1-10ns2(除镧系和锕系)。

（2）按照核外电子排布，可把元素周期表划分成5个区，如图1-19所示。除ds区外，各区的名称来自按构造原理最后填入电子的能级的符号。s区、d区和p区分别有几个列？为什么s区（除氢元素）、 d区和ds区的元素都是金属元素？

答：s区有2列，d区有8列，p区有6列。s区元素的价层电子排布通式为ns1-2,d区元素的价层电子排布通式为(n-1)d1-9ns1-2,ds区元素的价层电子排布通式为(n-1)d10ns2,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(除氢元素外)、d区和ds区的元素都是金属元素。

（3）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。

（4）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排布不符合构造原理？

Cr的价层电子排布式为3d54s1,Cu的价层电子排布式为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。

（5）语言119号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。

119号元素应位于第八周期第IA族，故基态原子最外层电子排布为8s1;周期分别为一、二、三、四、五、六、七，元素种数分别为2x12、2×22、2×22、2×32、2×32、2×42、2×42,以此预测第八周期元素种数为2×52=50(种)。

【思考与讨论】

在元素周期表中，某些主族元素与右下方的主族元素（如图1-20）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。

（1）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。在科学研究中，你对类似对角线规则这样的经验规则有何看法？

（2）以“对角线规则”为关键词，利用互联网搜索有关资料，比较锂和镁、铍和铝、硼和硅三对元素及其化合物性质的相似性。

对角线规则

1.锂和镁

能直接与氮气反应生成氮化物

溶解性，锂的化合物比其他碱金属的盐更难溶于水，与镁盐相似。

2.铍和铝

它们的氢氧化物具有两性；

且都难溶于水，只能溶于强酸和强碱溶液中。

3.硼和硅

硼与硅都能生成挥发性、活泼的氢化物；

它们的卤化物（BF3除外）能水解生成硼酸和硅酸。

【课堂练习】

1.判断正误。

(1)除0族外,短周期元素的最高化合价在数值上都等于该元素所属的族序数 (　　)

(2)除短周期外,其他周期均有18种元素(　　)                                                          

(3)碱金属元素是指第ⅠA族的所有元素 (　　)                                                           

(4)在元素周期表中,所有非金属都位于p区 (　　)                                                      

(5)价电子数与最高化合价相等的元素一定是主族元素(　　)                                  

(6)次外层全充满而最外层有不成对电子的元素一定是主族元素  (　　)               

(7)元素周期表5个区中都有金属元素(　　)                                                              

答案： ×  ×  × × × ×  √

2.下列关于原子核外电子排布与元素在周期表中位置关系的叙述中,正确的是(　　)

A.原子价电子排布为ns2np1~6的元素一定是主族元素

B.基态原子最外电子层的p能级上有5个电子的元素一定是第ⅦA族元素

C.原子的价电子排布为(n-1)d6~8ns2的元素一定位于第ⅢB~ⅦB族

D.基态原子N能层上只有1个电子的元素一定是主族元素

答案： B

3.外围电子构型为3d104s1的元素在周期表中位于(　　)

A.第五周期第ⅠB族

B.第五周期第ⅡB族

C.第四周期第ⅦB族

D.第四周期第ⅠB族

答案： D

4.已知某元素基态原子的价电子排布为(n-1)dansb(a、b均为大于0的正整数),下列有关说法正确的是(　　)

A.该元素一定位于元素周期表中的d区

B.该元素一定位于元素周期表中的ds区

C.该元素的族序数为a+b

D.该元素一定为金属元素

答案： D

5.指出下列元素是主族元素还是副族元素,及其在元素周期表中的位置。

(1)1s22s22p63s2是　　　族元素,位于周期表中第　　周期第　　　族,

属于　　　区元素。 

(2)[Kr]4d105s25p2是　　　族元素,位于周期表中第　　　周期第　　　族,属于　　　区元素。 

(3)[Ar]3d14s2是　　　族元素,位于周期表中第　　周期第　　　族,

属于　　　区元素。 

(4)[Ar]3d104s1是　　　族元素,位于周期表中第　　周期第　　　族,

属于　　　区元素。

答案：（1）主  三  ⅡA  s

（2）主  五  ⅣA  p

（3）副  四  ⅢB  d

（4）副  四  ⅠB  ds

思考交流

归纳总结

思考问题

归纳总结

思考与讨论

认识元素周期律、元素周期系和元素周期表的概念。

通过观察元素周期表和表格数据特点，归纳总结元素周期表的结构，理解核外电子排布与元素周期表中周期与族之间的关系。

通过提问，引发学生思考。

通过主动思考问题，探究元素周期特点。

课堂小结

        原子结构与元素周期表

    一、元素周期律、元素周期系和元素周期表

    1.元素周期律

    2.元素周期系

    3.元素周期表

    二、构造原理与元素周期表

    1.原子的电子排布与周期的划分：周期序数=能层数

    2.原子的电子排布与族的划分

    主族元素：族序数=原子的最外层电子数=价电子数

副族元素：

大多数族序数=（n-1）d+ns的电子数=价电子数                                

    3.原子的电子构型和元素的分区:

      5个区：s区、d区、ds区、p区、f区

板书

  原子结构与元素周期表

    一、元素周期律、元素周期系和元素周期表

    1.元素周期律

    2.元素周期系

    3.元素周期表

    二、构造原理与元素周期表

    1.原子的电子排布与周期的划分：周期序数=能层数

    2.原子的电子排布与族的划分

    主族元素：族序数=原子的最外层电子数=价电子数

副族元素：

大多数族序数=（n-1）d+ns的电子数=价电子数                                

    3.原子的电子构型和元素的分区:

      5个区：s区、d区、ds区、p区、f区