（人教版）新高一化学暑假衔接第16讲 原子结构和元素周期表（学生版+教师版）讲义

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1.认识原子结构，理解构成原子微粒间的关系。
2.了解原子核外电子的排布规律，能画出1～20号元素的原子结构示意图。
3.知道元素、核素和同位素的涵义及其关系，了解常见核素的应用。
4 .知道核外电子能量高低与分层排布的关系。
一、原子的构成源
1．构成原子的微粒
【温馨提示】原子核的构成一定有质子，有质子的微粒不一定有中子，如1H；有质子的微粒不一定有电子，如H+。
2．微粒的核电荷数、质子数和核外电子数的关系：
(1)原子呈电中性→核电荷数＝质子数＝核外电子数。
(2)阳离子带正电荷→核电荷数＝质子数＝核外电子数＋离子的电荷数。
(3)阴离子带负电荷→核电荷数＝质子数＝核外电子数－离子的电荷数。
3．质量数
电子的质量远远小于质子和中子，原子的质量主要集中在原子核上，质子和中子的相对质量都近似等于1，若忽略电子的质量，则有质量数(A)＝质子数(Z)＋中子数(N)。
4．原子构成的表示方法
一般用符号eq \\al(A,Z)X表示，X用元素符号表示，A表示质量数，Z表示质子数。
二、核外电子的排布
1．核外电子分层排布
(1)依据：含多个电子的原子里，电子的能量不同，运动区域离核的远近不同。
(2)电子层与电子能量的关系
2.核外电子排布规律
（1）完成下列表格：
（2）观察分析上表，元素原子核外电子排布的规律特点：①原子核外电子分层排布；②K层最多容纳电子数为2；③L层最多排8个电子；④最外层电子数不超过8个等。
【归纳总结】(1)核外电子总是先排布在能量最低的电子层，然后由里向外，依次排布在能量逐步升高的电子层；
(2)原子核外各电子层最多容纳2n2个电子；
(3)原子最外层电子数不能超过8个(K层为最外层时不能超过2个)；
(4)原子核外次外层电子数不超过18个(当K层或L层为次外层时分别为2个和8个)；
(5)倒数第三层电子最多不超过32个。
3.电子层的表示方法
(1)钠原子的结构示意图如下，请注明其意义：
(2)原子结构示意图中，核内质子数等于核外电子数，而离子结构示意图中，二者则不相等。如：
Na＋；Cl－。
阳离子：核外电子数小于核电荷数。
阴离子：核外电子数大于核电荷数。
【温馨提示】(1)核外电子排布的几条规律之间既相互独立又相互统一，不能孤立地应用其中一条。如当M层不是最外层时，最多排布的电子数为2×32＝18个；而当它是最外层时，则最多只能排布8个电子。
(2)注意看清是“最外层电子数”“次外层电子数”还是“内层电子数”。
(3)最外层电子数为次外层电子数的2倍以上时，次外层一定是K层。
(4)注意原子结构示意图与离子结构示意图的区别。
(5)核外电子排布的规律是互相联系的，不能孤立地理解。如钙原子由于受最外层电子数不超过8个的限制。其原子结构示意图为，而不是。
三、元素周期表编排与结构
1．发展历程
2．编排原则
(1)周期：把电子层数相同的元素，按原子序数递增的顺序，从左至右排成的横行。
(2)族：把最外层电子数相同的元素，按电子层数递增的顺序，从上至下排成的纵行。
3．结构
(1)周期(7个横行→7个周期)
(2)族(18个纵行→16个族→7主7副1零1Ⅷ族)
(3)同周期相邻主族元素的原子序数之差。
4. 元素周期表的表现特征
（1）元素信息——以铁元素为例说明。
（2）元素周期表的特殊位置
①过渡元素：元素周期表中从ⅢB族到ⅡB族10列元素，都是金属元素。
②镧系：元素周期表第六周期第ⅢB族中，从57号元素到71号元素共15种元素。
③锕系：元素周期表第七周期第ⅢB族中，从89号元素到103号元素共15种元素。
【拓展】几种常见的相对原子质量
1．原子的相对原子质量
(1)含义：就是一种核素的一个原子的实际质量与一个12C原子质量的eq \f(1,12)的比值。
(2)计算公式：原子的相对原子质量＝eq \f(一个原子的质量,一个12C原子质量×\f(1,12))。
2．原子的近似相对原子质量＝质量数
3．元素的相对原子质量
(1)含义：就是按照该元素的各种同位素的相对原子质量和它们所占的原子个数百分比计算出来的平均值。
②计算公式Mr＝A·a%＋B·b%＋C·c%＋……
其中A、B、C分别为该元素的各种同位素的相对原子质量，a%、b%、c%分别为自然界中该元素的各种同位素所占的原子个数百分比。
4．元素的近似相对原子质量
就是按照该元素的各种同位素的质量数和它们所占的原子个数百分比计算出来的平均值。
四、核素和同位素
1．元素：具有相同质子数(或核电荷数)的同一类原子的总称，其种类由原子核内的质子数决定的，如H、C、N三种元素。
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，其种类由质子数、中子数决定，如eq \\al(12, 6)C、eq \\al(14, 7)N、eq \\al(2,1)H三种核素。
(2)几种重要核素的用途：eq \\al(14, 6)C在考古工作中用于测定文物的年代；eq \\al(235, 92)U用于制造原子弹、核发电；eq \\al(2,1)H、eq \\al(3,1)H用于制造氢弹；放射性同位素释放的射线用于育种、给金属探伤、诊断和治疗疾病等。
3．同位素
(1)概念：质子数相同，而中子数不同的同一种元素的不同核素互称为同位素，元素的同位素由中子数决定。
(2)元素、核素和同位素的联系
(3)常见元素的同位素
(4)特点
①同位素有天然存在的，也有人工制造的，有放射性的，也有非放射性的。
②天然存在的同位素相互间保持一定的比例。
③同位素的物理性质不同，化学性质几乎相同。
【温馨提示】
(1)同种元素，可以有若干种不同的核素，即核素种类远大于元素种类。
(2)同位素的研究对象是核素，因此分子之间、离子之间不可能互称为同位素。
(3)一种元素可以有多种核素，也可能只有一种核素，有多少种核素就有多少种原子。
(4)质子数相同而中子数不同的同一种元素的不同核素互为同位素，不指具体原子。
(5)不同核素之间的转化属于核反应，不属于化学反应。
五、碱金属元素
1．原子结构特点
2．相似性
(1)化学性质
最外层都有1个电子→易失去1个电子→单质具有强还原性，都以化合态存在
①碱金属单质都能与氧气等非金属单质反应。
②碱金属单质都能与水反应，其通式为2R＋2H2O===2ROH＋H2↑。
(2)物理性质
银白色金属(Cs略带金色光泽)，质地较软，有延展性，密度较小，熔点较低，电和热的良导体。
3．递变性(Li→Cs)
(1)化学性质
①
②与O2的反应的程度越来越剧烈。
③与H2O的反应越来越剧烈，如K与H2O反应可能会发生轻微爆炸，Rb与Cs遇水发生剧烈爆炸。
④最高价氧化物对应水化物的碱性逐渐增强，CsOH的碱性最强_。
(2)物理性质
密度逐渐增大(K反常)，熔沸点逐渐降低_。
4．特殊性
(1)Na、K通常保存在煤油中，Li通常用石蜡密封。
(2)碱金属元素的氢氧化物中只有LiOH微溶，其他均为易溶于水的强碱。
(3)碱金属元素从Li到Cs，密度逐渐增大，但K的密度小于Na。
5．元素金属性强弱的判断标准
六、卤族元素
1．原子结构
2．卤族元素性质的相似性
3．卤族元素性质的递变性
(1)物理性质递变
(2)化学性质的递变
4．氯、溴、碘单质间的置换
5．元素非金属性强弱的判断标准
考点一：核外电子排布规律
【例1】某元素原子的最外层电子数是次外层的m倍(m为大于1的整数)，则该原子的核外电子总数为( )
A.2mB.2m＋10
C.2m＋2 D.m＋2
【答案】C
【解析】按照原子核外电子排布的一般规律，最外层电子数不超过8个，最外层电子数是次外层的m倍，所以次外层电子数_______(填原子符号)。
(6)元素⑧的单质是一种_______色、有刺激性气味的气体。
(7)写出元素⑧的单质与水反应的化学方程式：_______。
(8)写出实验室制取元素⑧的单质的离子方程式：_______。
【答案】(1) 二 IVA
(2)N
(3)
(4)NaOH
(5) S Cl
(6)黄绿
(7)Cl2+H2O=HCl+HClO
(8)MnO2+4+ Cl-Mn2++ Cl2+ 2H2O
【分析】根据元素在周期表中的位置，①是C元素；②是N元素；③是Na元素；④是Mg元素；⑤是Al元素；⑥是Si元素；⑦是S元素；⑧是Cl元素。
【详解】（1）①是C元素，位于元素周期表的第二周期第IVA族；
（2）②是氮元素，元素符号为N；
（3）④是Mg元素，Mg是12号元素，原子核外有3个电子层，最外层有2个电子，原子结构示意图为；
（4）同周期元素从左到右金属性减弱，最高价氧化物对应水化物的碱性减弱，元素Na和Al的最高价氧化物对应的水化物中碱性较强的是NaOH。
（5）同周期元素从左到右，半径依次减小，原子半径大小S >Cl。
（6）元素⑧的单质是氯气，氯气是一种黄绿色、有刺激性气味的气体；
（7）Cl2与水反应生成盐酸和次氯酸，反应的化学方程式为Cl2+H2O=HCl+HClO；
（8）实验室用二氧化锰和浓盐酸在加热条件下制备氯气，反应的离子方程式为MnO2+4+ Cl-Mn2++ Cl2+ 2H2O。
10．（2022春·北京东城·高一统考期末）我国地大物博，资源非常丰富，从海水资源获取某些物质的流程示意图如下。
(1)氯化钠是海水中含量较多的物质，在生产生活中有着广泛的用途。
①生活中用氯化钠腌渍食物，食盐的作用是_______(填字母序号)。
a.着色剂 b.防腐剂 c.膨松剂 d.营养强化剂
②粗盐中还含有泥沙、CaCl2、MgCl2以及可溶性硫酸盐等杂质，可以依次通过溶解、过滤、_______(选填字母序号；所加试剂均过量)、结晶等一系列流程得到精盐。
a.加入Na2CO3溶液→加入NaOH溶液→加入BaCl2溶液→过滤→加入稀盐酸
b.加入NaOH溶液→加入BaCl2溶液→加入Na2CO3溶液→加入稀盐酸→过滤
c.加入BaCl2溶液→加入Na2CO3溶液→加入NaOH溶液→过滤→加入稀盐酸
③检验精盐中硫酸根是否除尽的方法是_______(简述操作、现象及结论)。
④得到的精盐可用于冶炼金属钠，该反应的化学方程式是_______。
(2)工业上常用的一种海水提溴技术称为“吹出法“。
①图中虚线框内流程的主要目的是_______。
②图中虚线框内流程也可用替代，请写出Br2与Na2CO3反应的化学方程式_______。
(3)已知苦卤的主要成分如下：
理论上，1L苦卤最多可得到Mg(OH)2的质量为_______g。
【答案】(1) b c 取上层清液于试管中，先滴入稀盐酸，后滴入氯化钡溶液，若无白色沉淀生成，则说明硫酸根已除尽，若有白色沉淀，则说明硫酸根离子没有除尽 2NaCl(熔融)2Na+Cl2↑
(2) 富集溴元素 3Br2+3Na2CO3=NaBrO3+5NaBr+3CO2↑
(3)69.6
【分析】食盐有防腐的作用；Na2CO3溶液的加入必须在BaCl2溶液之后，加HCl溶液之前必须先过滤；硫酸根离子与钡离子反应生成不溶于酸的白色沉淀；工业上通过电解熔融的NaCl来冶炼金属钠，以此解题。
（1）
①生活中用氯化钠腌渍食物，是因为食盐有防腐的作用，故答案为：b；
②碳酸钠不仅可以除去钙离子，还可以除去过量的钡离子，故Na2CO3溶液的加入必须在BaCl2溶液之后，形成的沉淀中含有碳酸钙和碳酸钡，故加HCl溶液之前必须先过滤，故正确的顺序是c，故答案为：c；
③硫酸根离子与钡离子反应生成不溶于酸的白色沉淀，检验精盐中硫酸根是否除尽的方法是：取上层清液于试管中，先滴入稀盐酸，后滴入氯化钡溶液，若无白色沉淀生成，则说明硫酸根已除尽，故答案为：取上层清液于试管中，先滴入稀盐酸，后滴入氯化钡溶液，若无白色沉淀生成，则说明硫酸根已除尽，若有白色沉淀，则说明硫酸根离子没有除尽；
④电解熔融的氯化钠可以得到氯气和单质钠，电解方程式为：2NaCl(熔融)2Na+Cl2↑；
（2）①因溴易挥发，溶液中通入热空气可以使溴挥发出来，起初有溴最终也有溴，所以这一步为溴的富集，故答案为：富集溴元素；
②Br2与Na2CO3反应生成Na2BrO3、NaBr和CO2，Br元素部分由0价升高到+5价，另一部分从0价降低到-1价，则生成的Na2BrO3与NaBr的物质的量之比为1:5，所以配平方程式为：3Br2+3Na2CO3=NaBrO3+5NaBr+3CO2↑；
（3）理论上，1L苦卤中含镁离子的质量，物质的量，根据镁元素守恒计算，最多可得到Mg(OH)2的质量。构成原子
的粒子
原子核
电子
质子
中子
电性和电量
1个质子带1个单位的正电荷
不带电显中性
1个电子带1个单位的负电荷
质量/kg
1.673×10－27
1.675×10－27
9.109×10－31
相对质量
1.007≈1
1.008≈1
1/1 836
电子层序数
1
2
3
4
5
6
7
电子层符号
K
L
M
N
O
P
Q
电子离核距离
由近及远
电子能量
由低到高
核电荷数
元素名称
元素符号
各电子层的电子数
K
L
M
N
1
氢
H
1
8
氧
O
2
6
11
钠
Na
2
8
1
17
氯
Cl
2
8
7
18
氩
Ar
2
8
8
19
钾
K
2
8
8
1
周期分类
短周期
长周期
周期序数
1
2
3
4
5
6
7
元素种类
2
8
8
18
18
32
32
周期序数与原子结构的关系
周期序数＝原子电子层数
族
主族
0族
副族
Ⅷ族
构成周期
由长周期元素和短周期元素共同构成
仅由长周期元素构成
列序
1，2，13～17
18
3～7，11，12
8，9，10
族序数
ⅠA，ⅡA，ⅢA，ⅣA，ⅤA，ⅥA，ⅦA
0
ⅢB，ⅣB，ⅤB，ⅥB，ⅦB，ⅠB，ⅡB
Ⅷ
族序数与原
子结构关系
主族序数＝原子最外层电子数
常见族
的别称
第ⅠA族(除氢)：碱金属元素；第ⅦA族：卤族元素；0族：稀有气体元素
周期
ⅡA
ⅢA
2、3
n
n＋1
4、5
n
n＋11
6、7
n
n＋25
氢
eq \\al(1,1)H、eq \\al(2,1)H(D)、eq \\al(3,1)H(T)
eq \\al(2,1)H(D)、eq \\al(3,1)H(T)用于制氢弹
氧
eq \\al(16, 8)O、eq \\al(17, 8)O、eq \\al(18, 8)O
eq \\al(18, 8)O用于示踪原子
碳
eq \\al(12, 6)C、eq \\al(13, 6)C、eq \\al(14, 6)C
eq \\al(14, 6)C用于考古断代
铀
eq \\al(234, 92)U、eq \\al(235, 92)U、eq \\al(236, 92)U
eq \\al(235, 92)U核燃料
元素
核电
荷数
原子结构
示意图
最外层
电子数
电子
层数
原子半
径/nm
锂(Li)
3
1
2
0.152
钠(Na)
11
3
0.186
钾(K)
19
4
0.227
铷(Rb)
37
5
0.248
铯(Cs)
55
6
0.265
金属性比较
本质
原子越易失电子，金属性越强(与原子失电子数目无关)
判断方法
①在金属活动性顺序表中越靠前，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单质还原性越强或阳离子氧化性越弱，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＋＋Y―→X＋Ym＋，则Y比X的金属性强
⑥元素在周期表中的位置：左边或下方元素的金属性强
元素
核电荷数
原子结构示意图
最外层电子数
电子层数
原子半径
氟(F)
9
7
2
从上到下
由小到大
氯(Cl)
17
3
溴(Br)
35
4
碘(I)
53
5
气体
物理性质
Cl2
黄绿色有刺激性气味的有毒气体，能溶于水(1:2)，易液化，密度比空气大
Br2
深红棕色液体，易挥发，有刺激性气味，有毒，在水中溶解度不大，但在有机溶剂中溶解度较大，储存时要加水，水封，以防止挥发
I2
紫黑色固体，有光泽，易升华，在水中溶解度不大，但在有机溶剂中溶解度较大
实验内容
操作方法
实验现象
化学方程式
氯置换溴
将少量氯水滴入盛有KBr溶液的试管中，用力振荡试管
无色变橙色
Cl2＋2KBr===2KCl＋Br2
氯置换碘
将少量氯水滴入盛有KI溶液的试管中，用力振荡试管
无色变棕褐色
Cl2＋2KI===2KCl＋I2
溴置换碘
将少量溴水滴入盛有KI溶液的试管中，用力振荡试管
无色变棕褐色
Br2＋2KI===2KBr＋I2
结论
氯能从可溶的溴化物和碘化物水溶液中置换出溴和碘，溴能置换出碘，即氯比溴和碘活泼，溴比碘活泼，即氯、溴、碘单质的氧化性强弱为Cl2>Br2>I2
非金属性比较
本质
原子越易得电子，非金属性越强(与原子得电子数目无关)
判断方法
①与H2化合越容易，气态氢化物越稳定，非金属性越强
②单质氧化性越强或阴离子还原性越弱，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
④元素在周期表中的位置：右边或上方元素的非金属性强
族
周期
IA
0
1
IIA
IIIA
IVA
VA
VIA
VIIA
2
①
②
3
③
④
⑤
⑥
⑦
⑧
离子
Na+
Mg2+
Cl-
SO
浓度/(g·L-1)
63.7
28.8
144.6
46.4