高中化学新教材同步必修第一册 第四章 第一节 第二课时　元素周期表　核素(同步讲义)

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第2课时　元素周期表　核素[核心素养发展目标]　1.能从原子结构的角度理解元素周期表的编排原则，能进行元素在周期表中的位置与原子结构之间的相互推导，提升微观探析能力。2.了解元素周期表的发展历程及现行元素周期表的结构，培养严谨、求实的科学态度。3.知道元素、核素、同位素、eq \o\al(A,Z)X的含义，并能比较它们的不同，促进“宏观辨识与微观探析”化学核心素养的发展。一、元素周期表的编排原则与结构1．元素周期表的发展历程2．元素周期表的编排原则(1)原子序数：按照元素在周期表中的顺序给元素编的序号。(2)原子序数＝核电荷数＝质子数＝核外电子数。(3)横行原则：把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。(4)纵列原则：把不同横行中最外层电子数相同的元素，按电子层数递增的顺序由上而下排列。3．元素周期表的结构(1)周期(2)族(3)常见族的别称4.元素周期表方格中的符号的意义(1)一个横行即是一个周期，一个纵列即是一个族(　　)(2)每一周期都是碱金属元素开始，稀有气体元素结束(　　)(3)同周期中元素电子层数一定相同(　　)(4)同族元素的最外层电子数一定等于族序数(　　)(5)0族元素的最外层电子数均为8(　　)(6)元素周期表已发展成一个稳定的形式，它不可能再有新的变化了(　　)答案　(1)×　(2)×　(3)√　(4)×　(5)×　(6)×1．最外层电子数是2的元素一定为第ⅡA族的元素吗？提示　不一定，可能是第ⅡA族，也可能是0族或副族元素。2．(1)在现行周期表中第四、五、六、七周期均有18列，为什么第四、五周期各有18种元素，而第六、七周期各有32种元素？(2)含有元素种类最多的族是哪一族？提示　(1)第六周期ⅢB为镧系，共15种元素；第七周期ⅢB为锕系，共15种元素，比四、五周期多出14种元素。(2)ⅢB共32种元素。3．同周期的第ⅡA、ⅢA元素间原子序数差值可能为多少？并说明原因。提示　第二、三周期差1，第四、五周期差11，原因是中间隔10格过渡元素，第六、七周期差25，原因是中间隔10格过渡元素，且ⅢB一格为15种元素。二、核素　同位素1．元素(1)概念：具有相同质子数(核电荷数)的一类原子的总称。(2)决定元素种类的是质子数。2．核素(1)概念：具有一定数目质子和一定数目中子的一种原子。(2)表示方法——原子符号(3)实例①质子数为19，中子数为20的核素为eq \o\al(39,19)K；②质子数为6，中子数为6的核素为eq \o\al(12,  6)C；③核素eq \o\al(14,  6)C的质子数为6，中子数为8。(4)决定原子(核素)种类的是质子数和中子数。3．同位素(1)概念：质子数相同而中子数不同的同一元素的不同原子互称为同位素(即同一元素的不同核素互称为同位素)。“同位”是指核素的质子数相同，在元素周期表中占有相同的位置。(2)氢元素的三种核素互为同位素(3)同位素的特征①同一种元素的各种同位素的化学性质几乎相同；物理性质略有差异。②在天然存在的某种元素里，不论是游离态还是化合态，同位素相互之间保持一定的比率。(4)常见同位素的用途(同位素与用途之间连线)(1)任何原子都由质子、中子、电子构成(　　)(2)23Na和23Mg互为同位素(　　)(3)同位素原子的化学性质几乎相同，物理性质略有差异(　　)(4)原子的种类大于元素的种类(　　)(5)eq \o\al(2,1)H和eq \o\al(2,1)H＋为同一元素的不同微粒(　　)答案　(1)×　(2)×　(3)√　(4)√　(5)√1．现有下列基本粒子：1H、2H、3H、1H＋、234U、235U、238U、40K、40Ca、Cl2、14N、14C。请回答下列问题：(1)它们分属________种元素，属于氢元素的核素有________种，属于铀元素的核素有________种，互为同位素的原子分别为________、________。(2)质量数相等的粒子有________、________、________。(可不填满，也可补充)答案　(1)7　3　3　1H、2H、3H　234U、235U、238U　(2)1H、1H＋　40K、40Ca　14N、14C解析　本题列出的12种粒子分属H、U、K、Ca、Cl、N、C七种元素，1H和1H＋是同一种核素的不同粒子，1H、2H、3H属于氢元素的三种不同核素，互为同位素，234U、235U、238U属于铀元素的三种不同核素，也互为同位素。2．科学家发现C60后，近年又合成了许多球形分子(富勒烯)，如C50、C70、C120、C540等，它们都是碳元素的______________，因为它们是____________________________。答案　同素异形体　由同一元素形成的不同单质3．氯元素有两种稳定的核素，分别是eq \o\al(35,17)Cl和eq \o\al(37,17)Cl，它们的相对原子质量分别是34.969、36.966，在自然界中的丰度分别是75.77%、24.23%。计算：(1)氯元素的相对原子质量。(2)氯元素的近似相对原子质量。答案　(1)34.969×75.77%＋36.966×24.23%≈35.45。(2)35×75.77%＋37×24.23%≈35.48。(1)一个信息丰富的符号解读eq \o\al(A,Z)Xeq \o\al(n±,b)eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1(A——质量数,Z——核电荷数或质子数,n——离子所带的电荷数,b——化学式中原子的个数))(2)元素、核素、同位素、同素异形体的联系1．(2019·福州月考)下列关于元素周期表的叙述正确的是(　　)A．元素周期表揭示了化学元素间的内在联系，是化学发展史上的重要里程碑之一B．元素所在周期数等于它的电子层数，所在的族序数等于它的最外层电子数C．元素周期表有7个横行即7个周期，18个纵列即18个族D．某种元素的相对原子质量取整数值，就是其原子序数答案　A解析　门捷列夫研制出的元素周期表，不仅揭示了元素间的内在联系和变化规律，也为发现新元素及探究物质的用途提供了依据，其价值非凡，选项A正确；周期数＝电子层数，主族序数＝最外层电子数，对于副族及第Ⅷ族元素，族序数不一定等于相应原子的最外层电子数，选项B错误；元素周期表中的8、9、10三个纵列合在一起叫做第Ⅷ族，故共有16个族，选项C错误；元素的原子序数等于元素的核电荷数或对应原子的质子数，选项D错误。2．(2019·福建上杭六校联考)已知R2－有b个中子，核外有a个电子。表示R的原子符号正确的是(　　)A.eq \o\al(b,a)R B.eq \o\al(a＋b－2,　  a－2)RC.eq \o\al(a＋b＋2,　 a＋2)R D.eq \o\al(a＋b,a＋2)R答案　B解析　模型： R＋2e－―→R2－电子数　a－2　　 a由上述模型可知，R原子核外有(a－2)个电子，则其质子数是(a－2)，又知其核内有b个中子，则R原子的质量数是(a－2＋b)，所以表示R的原子符号为eq \o\al(a＋b－2,　  a－2)R。3．金属钛对人体体液无毒且能与肌肉和骨骼生长在一起，有“生物金属”之称。下列有关eq \o\al(48,22)Ti和eq \o\al(50,22)Ti的说法正确的是(　　)A.eq \o\al(48,22)Ti和eq \o\al(50,22)Ti原子中均含有22个中子B.eq \o\al(48,22)Ti和eq \o\al(50,22)Ti具有相同的质子数C.eq \o\al(48,22)Ti和eq \o\al(50,22)Ti的物理性质相同D.eq \o\al(48,22)Ti和eq \o\al(50,22)Ti为同一种核素答案　B解析　因质量数＝质子数＋中子数，eq \o\al(A,Z)X中的Z表示质子数，A表示质量数，所以eq \o\al(48,22)Ti和eq \o\al(50,22)Ti原子的中子数分别为26、28，故A错误；同位素的化学性质相同，物理性质不同，故C错误；同一种核素是质子数相同、中子数也相同的原子，eq \o\al(48,22)Ti和eq \o\al(50,22)Ti的质子数均为22，而中子数不同，属于不同的核素，故B正确、D错误。4．(2019·吉林省实验中学期中)假设x是第ⅡB族中某元素的原子序数，那么原子序数为x＋1的元素位于(　　)A．第ⅠB族 B．第ⅢB族C．第ⅢA族 D．第ⅡA族答案　C解析　元素周期表共有18个纵列，分为16个族，各族在元素周期表中的排序依次为ⅠA、ⅡA、ⅢB、ⅣB、ⅤB、ⅥB、ⅦB、Ⅷ、ⅠB、ⅡB、ⅢA、ⅣA、ⅤA、ⅥA、ⅦA、0，若x是第ⅡB族中某元素的原子序数，则原子序数为x＋1的元素应位于第ⅢA族。5．A、B、C为短周期元素，在周期表中所处的位置如表所示。A、C两元素的原子核外电子数之和等于B原子的质子数。B原子核内质子数和中子数相等。(1)写出A、B、C三种元素的名称__________________、______________、______________。(2)B位于元素周期表中第________周期________族。(3)C的原子结构示意图为________。答案　(1)氮　硫　氟(2)三　ⅥA(3)A组　基础对点练题组一　元素周期表的结构1．元素周期表揭示了化学元素间的内在联系，下列有关元素周期表的说法不正确的是(　　)A．俄国化学家门捷列夫编制了第一张元素周期表B．周期表中最外层电子数相同的元素都排列在同一列中C．周期表中一共有18列，但只有16个族D．随着人们的认识发展，周期表也在不断地发展变化着答案　B解析　俄国化学家门捷列夫发现了元素周期律，并编制出第一张元素周期表，A正确；原子的最外层电子数相同的元素，不一定为同族元素，如K、Cu的最外层电子数均为1，分别为主族和副族元素，B错误；元素周期表有18个纵列，共有7个主族、7个副族、1个0族、1个第Ⅷ族，只有16个族，C正确；随着人们的认识发展，周期表也在不断地发展变化着，D正确。【考点】　元素周期表【题点】　元素周期表的历史和结构2．(2019·北师大附中高一期中)下列元素中，不属于主族元素的是(　　)A．H B．He C．N D．Cl答案　B解析　H为第一周期ⅠA族元素，故A正确；He为第一周期0族元素，故B错误；N为第二周期ⅤA族元素，故C正确；Cl为第三周期ⅦA族元素，故D正确。【考点】　元素周期表【题点】　元素周期表的特殊区域3．在周期表中，所含元素种类最多的是(　　)A．第Ⅷ族 B．第ⅠA族C．0族 D．第ⅢB族答案　D解析　第ⅢB族包括镧系和锕系，故元素种类最多。【考点】　元素周期表【题点】　元素周期表的特殊区域题组二　同周期、同主族元素的序差规律4．已知A为第ⅡA族元素，B为第ⅢA族元素，它们的原子序数分别为m和n，且A、B为同一周期的元素，下列关系式错误的是(　　)A．n＝m＋1 B．n＝m＋11C．n＝m＋25 D．n＝m＋10答案　D解析　若A、B为第二、三周期元素，n＝m＋1；若A、B为第四、五周期元素，n＝m＋11；若A、B为第六、七周期元素，n＝m＋25，综上分析，答案为D。【考点】　元素周期表的结构【题点】　同周期、同主族元素的序差规律5．如图为元素周期表中前四周期的一部分，若B元素的核电荷数为x，则这五种元素的核电荷数之和为(　　)A．5x＋10 B．5x＋11C．5x＋14 D．5x＋16答案　A解析　由五种元素在周期表中的位置可知，D、B、E分别在周期表的第二、三、四周期，若B元素的核电荷数为x，则A的原子序数为x－1，C的原子序数为x＋1，D的原子序数为x－8，E的原子序数为x＋18，则五种元素的核电荷数之和为x＋(x－1)＋(x＋1)＋(x－8)＋(x＋18)＝5x＋10，答案选A。【考点】　元素周期表的结构【题点】　同周期、同主族元素的序差规律题组三　元素、核素、同位素和同素异形体6．(2019·北京师大附中高一期末)下列各组互为同位素的是(　　)A．O2和O3 B．CO和CO2C．H2O和H2O2 D.eq \o\al(24,12)Mg和eq \o\al(26,12)Mg答案　D解析　O2和O3是氧元素的不同单质，互为同素异形体，不是同位素，故A错误；CO和CO2是碳的两种氧化物，不满足同位素的概念，故B错误；H2O和H2O2是两种化合物，不符合同位素的概念，故C错误；eq \o\al(24,12)Mg和eq \o\al(26,12)Mg都是镁原子，中子数不同，它们是镁元素的不同核素，互为同位素，故D正确。【考点】　元素、核素、同位素的辨析【题点】　元素、核素、同位素的辨析7．下列有关碘­131(eq \o\al(131, 53)I)和碘­127(eq \o\al(127,  53)I)的说法正确的是(　　)A.eq \o\al(131, 53)I和eq \o\al(127,  53)I的中子数相同，是同一种核素B.eq \o\al(131, 53)I和eq \o\al(127,  53)I的质子数相同，互为同位素C.eq \o\al(131,  53)I和eq \o\al(127, 53)I的核外电子数不同D.eq \o\al(131, 53)I有放射性而eq \o\al(127,  53)I无放射性，说明两者化学性质不同答案　B解析　eq \o\al(131, 53)I和eq \o\al(127, 53)I的质子数相同而中子数不同，二者互为同位素，是碘元素的两种核素，A项错误、B项正确；eq \o\al(131,  53)I和eq \o\al(127,  53)I的质子数相同，所以核外电子数相同，C项错误；同位素的化学性质相同，D项错误。【考点】　元素、核素、同位素的概念理解【题点】　元素、核素、同位素的辨析题组四　构成原子的微粒及其数量关系8．钯(Pd)元素的原子序数为46，下列叙述错误的是(　　)A.eq \o\al(102,  46)Pd和eq \o\al(103,  46)Pd互为同位素 B．钯是第五周期元素C．Pd2＋核外有48个电子 D.eq \o\al(108,  46)Pd的原子核内有62个中子答案　C解析　Pd原子核外有46个电子，则Pd2＋核外有44个电子。【考点】　原子的微粒及其数量关系【题点】　原子的微粒及其数量关系9．下列关于原子结构及微粒间的数量关系的说法不正确的是(　　)A．同种元素的原子均有相同的质子数和中子数B．微粒Na＋、Mg2＋、O2－具有相同的电子层结构C．短周期第ⅣA与ⅦA族元素的原子X、Y间构成的化合物的化学式为XY4D.eq \o\al(48,20)Ca2＋的中子数比核外电子数多10答案　A解析　同种元素的不同核素的原子间质子数相同，中子数不相同，如1H、2H和3H质子数都是1，但中子数分别是0、1、2，A错误；微粒Na＋、Mg2＋、O2－核外都是10个电子，即核外都有2个电子层，电子数分别是2和8，B正确；eq \o\al(48,20)Ca2＋的质量数是48，中子数为48－20＝28，核外电子数是18，则中子数比核外电子数多10，D正确。【考点】　原子的微粒及其数量关系【题点】　原子的微粒及其数量关系10．(2019·济宁高一检测)元素周期表中前七周期最多含有的元素种类如表所示：(1)第六、七周期比第四、五周期多了14种元素，其原因是_______________________________。 (2)周期表中第________族所含元素种类最多，第________族元素形成化合物种类最多。(3)请分析周期序数与元素种类的关系，然后预言第八周期最多可能含有的元素种类为________(填序号)。A．18 B．32 C．50 D．64答案　(1)第六、七周期在第ⅢB族中一个空格分别容纳了镧系和锕系，每个系包含了15种元素 (2)ⅢB　ⅣA　(3)C解析　(1)第六、七周期中由于出现了57～71号的镧系元素和89～103号的锕系元素，使元素的种类比前面周期所含元素的种类要多。也正因为如此，致使第ⅢB族所含元素种类最多。(2)已知有机物的种类远远多于无机物，而形成有机物的主要元素是碳，故第ⅣA族元素所形成的化合物种类最多。(3)根据下表可通过分析数据归纳出潜在的规律：可见，规律是2n2(n＝1,2,3……)。由此预测第八周期元素种类应为2×52＝50种。B组　综合强化练1．根据中学化学教材所附元素周期表判断，下列叙述中正确的是(　　)A．L电子层电子数为奇数的所有元素都是非金属元素B．同一主族的两种元素的原子序数之差可能是16、26、36、46C．只有第ⅡA族元素的原子最外层有2个电子D．由左至右第8、9、10三列元素中没有非金属元素答案　D解析　L电子层电子数为奇数，L层未排满，则处于第二周期，Li的L层含有1个电子，但Li是金属元素，A错误；对于处于同一主族不同周期的元素，原子序数相差可能为2、8、18或32等，如0族中第一周期与第三周期的元素相差16；如ⅣA族中第二周期与第四周期的元素相差26；如0族中第三周期与第五周期的元素相差36；但是2、8、18、32的组合不能得到46，B错误；第ⅡA族元素的原子最外层有2个电子，但He及部分过渡元素原子最外层也含有2个电子，C错误；由左至右第8、9、10三列元素为Ⅷ族元素，都是金属元素，D正确。【考点】　元素周期表【题点】　元素周期表的结构2．(2019·云南官渡一中期中)下列对元素周期表说法不正确的是(　　)A．共有7个周期和16个族B．在过渡元素中可以寻找各种优良的催化剂C．如果已知元素的最外层电子数为2，由此不能确定该元素在周期表中的位置D．目前已知发现的第ⅣA族元素为6种，所以该族元素共有6种单质答案　D解析　周期表有7个横行，有7个周期；18个纵列，8、9、10三个纵列为第Ⅷ族，共16个族，分别为7个主族、7个副族、1个0族、1个Ⅷ族，故A正确；优良的催化剂含过渡金属元素，则在过渡元素中可以寻找优良的催化剂，故B正确；已知元素的最外层电子数为2，由此不能判断该元素在周期表中的位置，最外层电子数为2的元素可能是ⅡA族元素、可能是He、可能是第ⅡB族元素等，故C正确；有的元素单质有同素异形体，如C有金刚石、石墨、足球烯等同素异形体，故D错误。【考点】　元素周期表【题点】　元素周期表的结构3．元素A、B、C、D在元素周期表中的位置如下图所示。下列叙述不正确的是(　　)A．C原子比B原子的原子序数大1B．原子结构示意图为的元素，与C位于同一周期C．B的原子与D的原子最外层电子数相等D．原子结构示意图为的元素，与B位于同一主族答案　D解析　根据元素周期表的结构分析题图可知，它的更具体的内容如下所示：B是第一周期的最后一种元素，C是第二周期的第一种元素，则C原子比B原子的原子序数大1，A项正确；原子结构示意图为的元素的原子序数是8，第二周期元素从左到右原子序数为3～10，则原子序数为8的元素与C位于同一周期，B项正确；B是2号元素，原子核外有1个电子层、2个电子，D是12号元素，原子结构示意图为，C项正确；原子结构示意图为的元素是10号元素，也是第二周期的最后一种元素，与B同族，但该族是0族而不是主族，D项不正确。【考点】　元素周期表【题点】　元素周期表的结构4．同位素示踪技术已广泛应用在农业、工业、医学、地质及考古等领域。下列有关叙述正确的是(　　)A．14C与12C是两种不同的元素或核素B．通过化学变化可以实现16O与18O之间的相互转化C．35Cl2与37Cl2互为同素异形体D．铯元素的两种核素中137Cs比133Cs多4个中子答案　D解析　14C与12C是同种元素的不同核素，A错误；16O与18O之间的相互转化实际上是改变原子核的结构，不属于化学变化的范围，B错误；35Cl2与37Cl2都是Cl2的单质，不是同素异形体，C错误；铯元素的两种核素137Cs比133Cs多4个中子，D正确。5．我国的纳米技术基础研究能力已跻身于世界前列，例如曾作为我国两年前十大科技成果之一的就是一种合成纳米材料，化学式为RN。已知该化合物中的Rn＋核外有28个电子。则R元素位于元素周期表的(　　)A．第三周期ⅤA族 B．第四周期ⅢA族C．第五周期ⅢA族 D．第四周期ⅤA族答案　B解析　R元素在化合物RN中的化合价决定于N元素，因Rn＋中R元素显正价，N元素在RN中显－3价，故R元素离子应为R3＋，则R原子含31个电子，其质子数为31，核外电子排布为，所以应为第四周期ⅢA族，故B正确。6．某原子X的核内中子数为N，质量数为A，它与原子2H构成2HmX分子。a g 2HmX所含质子的物质的量是(　　)A.eq \f(aA－N＋m,A＋m) mol B.eq \f(aA－N,A＋m) molC.eq \f(aA－N＋m,A＋2m) mol D.eq \f(aA－N＋m,A) mol答案　C解析　2HmX分子所含的质子数为(A－N＋m)，摩尔质量为(A＋2m)g·mol－1，a g 2HmX所含质子的物质的量为eq \f(aA－N＋m,A＋2m) mol。7．回答下列问题：(1)有下列微粒 eq \o\al(1,1)H、eq \o\al(2,1)H、eq \o\al(3,1)H、14C、14N、16O、35Cl2、37Cl2。①以上8种微粒中共有________种核素，共________种元素。②互为同位素的是________________。③质量数相等的是________和________，中子数相等的是________和________。④eq \o\al(1,1)H、eq \o\al(2,1)H、eq \o\al(3,1)H三种核素构成的氢气的相对分子质量有________种。(2)质量相同的H2O和D2O与足量钠反应，放出的气体在标准状况下的体积之比为________。答案　(1)①6　5　②eq \o\al(1,1)H、eq \o\al(2,1)H、eq \o\al(3,1)H　③14C　14N　14C　16O　④5　(2)10∶9解析　(1)元素是具有相同核电荷数(即质子数)的一类原子的总称；具有一定数目的质子和一定数目的中子的原子称为核素；质子数相同而中子数不同的同一元素的不同核素互称同位素，据此作答。由eq \o\al(1,1)H、eq \o\al(2,1)H、eq \o\al(3,1)H三种核素构成的氢气如下表：由此可知，有6种不同的氢气，但相对分子质量有5种。(2)H2O的摩尔质量为18 g·mol－1，D2O的摩尔质量为20 g·mol－1，根据n＝eq \f(m,M) 知质量相同的H2O和D2O的物质的量之比为10∶9，根据阿伏加德罗定律可知，与足量钠反应，放出的气体在标准状况下的体积之比为10∶9。8．结合元素周期表回答下列问题：(1)表中的实线是元素周期表的部分边界，请在图中用实线补全元素周期表的边界。(2)表中所列元素，属于短周期元素的有______(填字母，下同)，属于主族元素的有______；g元素位于第________周期________族；i元素位于第________周期________族。(3)元素f是第________周期________族元素，请在下边方框中按氦元素的式样写出该元素的原子序数、元素符号、元素名称、相对原子质量。答案　(1)(2)a、b、c、d、e、f、g　a、b、c、d、e、f　三　0　四　ⅡB(3)三　ⅥA　 解析　(1)根据元素周期表的结构知：第一周期有2种元素，第二、三周期各有8种元素，分列于第1、2、13～18列，第四、五、六、七周期为长周期，包括1～18列。由此可画出周期表的边界。(2)画出周期表的边界，对照周期表，很容易找出各元素在周期表中的位置。(3)第三周期ⅥA族元素为硫，原子序数为16，相对原子质量为32。【考点】　元素周期表【题点】　元素周期表个数元素周期表中有18个纵列，共有16个族特点主族元素的族序数＝最外层电子数分类主族共有7个，包括第ⅠA、ⅡA、ⅢA、ⅣA、ⅤA、ⅥA、ⅦA族副族共有7个，包括第ⅠB、ⅡB、ⅢB、ⅣB、ⅤB、ⅥB、ⅦB族Ⅷ族包括第8、9、10三个纵列0族占据元素周期表的第18纵列，最外层电子数为8(He为2)族别名第ⅠA族(除氢外)碱金属元素第ⅦA族卤族元素0族稀有气体元素eq \o\al(1,1)Heq \o\al(2,1)Heq \o\al(3,1)H名称氕氘(重氢)氚(超重氢)符号HDT质子数111中子数012ACB周期数 一 二 三 四 五 六 七元素种类 2 8 8 18 18 32 32周期数一二三四五六七元素种类288181832322×122×222×222×322×322×422×42H2D2T2HDHTDT相对分子质量246345