高中化学人教版 (2019)必修 第一册第四章 物质结构 元素周期律第二节 元素周期律第2课时学案及答案

第2课时　元素周期表　核素

新课情境呈现

1869年以前，科学家已经陆续发现了63种元素，这些元素之间似乎没有任何联系，好像互不相干。

俄国科学家门捷列夫(Dmitry Ivanovich Mendeleev,1834～1907)在前人工作的基础上，对元素及其性质进行了系统的研究，他将当时已知的63种元素依据相对原子质量大小规律进行排列，制成的表格成为现代元素周期表的雏形。利用周期表，门捷列夫成功预测了当时尚未发现的元素(镓、钪、锗)。

1913年英国科学家莫色勒利用阴极射线撞击金属产生X射线，发现原子序数越大，X射线的频率就越高，因此他认为原子核的正电荷数决定了元素的化学性质，并把元素依照核内正电荷数(即质子数)排列，经过多年修订后才成为当代的元素周期表。

随着人们对元素地进一步认识，元素周期表得到了完善，现在元素周期表已经成为人们研究化学、研究物质的一个必备的工具。

在化学学科领域中使用的元素周期表提供的信息更突出了元素的原子结构信息。

让我们走进教材，充分认识元素周期表和核素。

课前素能奠基

知识回顾　　

1．元素是指原子核内__质子数(核电荷数)__相同的一类原子的总称。

2．原子一般由__质子__、__中子__和__核外电子__构成，其中__质子__数等于__核外电子__数。

3．碳原子、氯原子中的质子数分别为__6__、__17__，Na＋、Cl－中的电子数分别为__10__、__18__。

4．金刚石和石墨、O2和O3互为__同素异形体__。

新知预习　　

一、元素周期表的编排原则

1．元素周期表的出现与演变

2．原子序数

(1)含义：按照元素在周期表中的顺序给元素的编号。

(2)原子序数与原子结构的关系：

原子序数＝核电荷数＝__质子数__＝__原子核外电子数__。

二、元素周期表的结构

1．编排原则

2．元素周期表的结构

3．常见族的别称

4．元素周期表中的方格中的符号的意义

三、核素

1．核素

把具有一定数目__质子__和一定数目__中子__的一种原子叫做核素。如12C、13C、14C就是碳元素的三种不同核素。

2．同位素

(1)定义：__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，如H、H和H三种核素均是氢元素的同位素。

(2)实例——氢元素的同位素：1H、2H、3H

(3)同位素的特征

①同一种元素的各种同位素的化学性质__几乎完全相同__；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__，即各种同位素所占的__原子个数百分比__是相同的。

(4)同位素的用途

①C在考古工作中用于测定文物的年代。

②H、H用于制造__氢弹__。

③利用放射性同位素释放的射线育种、__给金属探伤__、诊断和治疗疾病等。

点拨：①H原子中不含中子。

②核素的种类由质子数、中子数共同决定。

应用体验　　

1．U是重要的核工业原料，在自然界的丰度很低。U的浓缩一直为国际社会所关注。下列有关U的说法中正确的是(　C　)

A．U原子核中含有92个中子

B．U原子核外有143个电子

C．U与U互为同位素

D．U核外有146个电子

解析：U有92个电子，143个中子，U有92个电子，146个中子，U和U互为同位素，故选C。

2．下列说法正确的是(　A　)

A．元素周期表中元素排序的依据是原子的核电荷数

B．元素周期表有十六个纵列，也就是十六个族

C．原子的最外层电子数相同的元素，一定属于同一族

D．电子层数相同的粒子，对应元素一定属于同一周期

解析：元素周期表有18个纵行，B项错；原子的最外层电子数相同的元素不一定在同一族，如He和Be，C项错误；电子层数相同的原子，一定属同一周期，D项错误，故选A。

3.15号元素P在周期表中的位置为(　D　)

A．第二周期第ⅤA族　　　　 B．第二周期第ⅥA族

C．第三周期第ⅥA族　　　　 D．第三周期第ⅤA族

解析：画出15号元素的原子结构示意图，即可确定P元素在周期表中的位置为第三周期第ⅤA族。

要点归纳　　

课堂素能探究

知识点　元素周期表的结构及简单应用

问题探究：1869年，俄国化学家门捷列夫给元素设计并建造了个新家——元素周期表，具有相同电子层数的元素被分在了同一个楼层上(同周期)，具有相似性质的一个家族(同族)的元素分在了同一个单元。你瞧，元素们正在忙忙碌碌、高高兴兴地搬进新家呢！

1．形成化合物的种类最多的元素是哪一族？

2．Fe最外层有2个电子，一定位于第ⅡA族吗？

探究提示：1．第ⅣA族。第ⅣA族中的碳元素形成的化合物的种类最多。

2．第ⅡA族的元素最外层一定有2个电子，但最外层有2个电子的元素不一定位于第ⅡA族。Fe属于过渡元素。

知识归纳总结：

1．强化记忆元素周期表的结构

(1)记忆口诀

横行叫周期，现有一至七，四长三个短，第七已排满。纵列称为族，共有十六族，一八依次现，一零再一遍。一纵一个族，Ⅷ族搞特殊，三纵算一族，占去8、9、10。镧系与锕系，蜗居不如意，十五挤着住，都属ⅢB族。

(2)列序数与族序数的关系

①列序数<8，主族和副族的族序数＝列序数；

②列序数＝8或9或10，为第Ⅷ族；

③列序数>10，主族和副族的族序数＝列序数－10(0族除外)。

(3)过渡元素

元素周期表中从ⅢB到ⅡB共10个纵行，包括了第Ⅷ族和全部副族元素，共60多种元素，全部为金属元素，统称为过渡元素。

2．元素周期表的简单应用——元素推断

(1)利用元素的位置与原子结构的关系推断。

本方法常用于确定原子序数小于18的元素。

①应用关系。

等式一：周期序数＝电子层数

等式二：主族序数＝最外层电子数

等式三：原子序数＝核电荷数＝质子数＝核外电子数

②实例。

(ⅰ)X元素是第二周期第ⅠA族元素，则该元素原子有两个电子层，最外层电子数是1，即为锂元素。

(ⅱ)Y元素的原子序数是15，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ⅤA族。

(2)利用短周期中族序数与周期数的关系推断。

(3)利用离子电子层结构相同的“阴上阳下”推断具有相同电子层结构的离子，如aX(n＋1)＋、bYn＋、cZ(n＋1)－、dMn－的电子层结构相同，在周期表中位置关系为

则它们的原子序数关系为：a>b>d>c。

3．据原子序数确定元素位置的方法——稀有气体定位法

(1)比大小定周期

比较该元素的原子序数与0族元素的序数大小，找出与其相邻近的0族元素，那么该元素就和序数大的0族元素处于同一周期。

(2)求差值定族数

①若某元素原子序数比相应的0族元素多1或2，则该元素应处在该0族元素所在周期的下一个周期的ⅠA族或ⅡA族。

②若比相应的0族元素少1～5时，则应处在同周期的ⅢA～ⅦA族。

③若差为其他数，则由相应差数找出相应的族。

点拨：同周期相邻ⅡA、ⅢA族元素的原子序数相差1、11或25。在第2、3周期中第ⅡA族、第ⅢA族元素的原子序数差1，在第4、5周期中因第ⅡA族、第ⅢA族间存在10种过渡元素，故元素的原子序数差11；第6、7周期中因第ⅡA族、第ⅢA族间的过渡元素中存在镧系、锕系，故元素的原子序数差25。

典例1　元素周期表中相邻的元素常见“楼梯关系”。如图是短周期元素X、Y、Z在周期表中的位置关系，据此回答下列问题：

(1)X元素形成单质的分子式是__He__。

(2)Y元素在元素周期表中的位置为__第2周期第ⅦA族__。

(3)Z的原子结构示意图为____，写出单质Z与钠反应的化学方程式：__2Na＋SNa2S__。

解析：X、Y、Z为短周期元素，且分别属于3个不同的周期，故X为第1周期0族的He，Y为第2周期第ⅦA族的F，Z为第3周期第ⅥA族的S。

〔素养应用1〕

短周期元素A、B、C在周期表中的位置如图所示。已知B、C两元素的原子序数之和是A元素的4倍，则A、B、C是(　C　)

A．Be、Na、Al　　　　 B．B、Mg、Si

C．O、P、Cl　　　　 D．C、Al、P

解析：短周期元素A、B、C，设A的原子序数为m，则B、C的原子序数分别为m＋8－1和m＋8＋1，由题意知(m＋8－1)＋(m＋8＋1)＝4m，则m＝8，故选C。

知识点　原子结构与微粒数目间的关系“四同”概念比较

问题探究：

1．质子数相同而中子数不同的微粒一定是同位素吗？

2．同位素在周期表中位于同一位置，那么在周期表中位于同一位置的元素一定为同位素吗？

探究提示：1．不一定，如Ne和H2O中质子数相同，中子数不同，但二者不是同位素。

2．不一定。因为同位素的质子数(原子序数)相同，所以在周期表中位于同一位置；但在周期表中位于同一位置的镧系和锕系元素，因其质子数不同，不属于同种元素，不属于同位素。

知识归纳总结：

1．原子的构成微粒及作用

2．原子的构成微粒间的数目关系

(1)电中性原子

(2)带电原子——离子的电子数目计算

3．微粒的符号表示

质量数质子数元素化合价离子所带电荷数原子个数

4．元素、核素、同位素和同素异形体的区别和联系：

(1)区别

(2)联系

2．同位素的“六同三不同”

←――→

点拨：同位素、同素异形体的判断和理解

(1)同种元素可以有多种不同的核素，即可存在不同的原子，所以元素的种类数远小于原子的种类数。

(2)1H2、1HD是由氢元素的不同同位素形成的氢气单质，既不属于同位素，也不属于同素异形体。

(3)判断某微粒是同位素还是同素异形体，关键是要确定微粒的类别。只有原子才可能是同位素，单质才可能是同素异形体。

典例2　A元素的原子最外层电子数是a，次外层电子数是b；B元素的原子M层电子数是(a－b)，L层电子数是(a＋b)，则A、B两元素形成化合物的化学式最可能表示为(　B　)

A．B3A2　　　　 B．BA2

C．A3B2　　　　 D．AB2

解析：因为B的L层电子数为(a＋b)且有M层，所以a＋b＝8，又因A原子最外层电子数为a，次外层电子数为b，且满足a＋b＝8，所以A原子有两个电子层，且K层为2个电子，L层为6个电子，所以a＝6，b＝2。进而推知B的各电子层上的电子数分别为2、8、4。即A为O，B为Si。A、B两元素形成化合物的化学式最可能为SiO2。

〔素养应用2〕据报道，放射性同位素钬Ho可有效治疗肝癌。该同位素原子核内的中子数与核外电子数之差是(　A　)

A．32　　　　 B．67　　　　

C．99　　　　 D．166

解析：Ho的核外电子数为67，中子数为166－67＝99，中子数与核外电子数之差为99－67＝32。

名师博客呈现

元素周期表小结：

(1)元素所在周期序数＝原子的电子层数；元素所在主族序数＝原子的最外层电子数。

(2)族包括四种类型：主族、副族、0族和第Ⅷ族。主族元素在族序数后面加字母A，如第ⅠA族；副族元素在族序数后面加字母B，如第ⅡB族。

(3)元素在周期表中的位置包括所在周期和族，二者缺一不可，如硫元素在元素周期表中位于第三周期第ⅥA族。

(4)稀有气体的原子最外层达到8电子(He为2)稳定状态，化学性质相对稳定，通常很难与其他物质发生化学反应，把它们的化合价定为0，因而叫做0族。

(5)元素周期表中从第ⅢB族到第ⅡB族，其中包括了第Ⅷ族，共10个纵列，全部是金属元素，统称为过渡元素。

(6)为了使元素周期表的结构美观，分别将第六、七周期的各15种元素统称为镧系元素(57～71号)、锕系元素(89～103号)，镧系元素和锕系元素各占一格，并在元素周期表的下方单独列出。

(7)有些族的元素存在别称，如除氢外的第ⅠA族：碱金属元素；第ⅦA族：卤族元素；0族：稀有气体元素。

〔即时训练〕

2018年9月27日，中国化学会发布IUPAC化学元素周期表(中文版)。如图是元素周期表的一部分，已知两块阴影中间的3列属于同一族。有关阴影部分的元素，下列说法正确的是(　B　)

A．都是主族元素

B．都是副族元素

C．有5种副族元素和2种主族元素

D．有5种主族元素和2种副族元素

解析：阴影部分在ⅡA与ⅢA族之间，被第Ⅷ族隔开，为副族元素，故B正确。

课堂达标验收

1．玉兔二号，嫦娥四号任务月球车，于2019年1月3日22时22分完成与嫦娥四号着陆器的分离，驶抵月球表面。首次实现月球背面着陆，成为中国航天事业发展的又一座里程碑。月球车一般用Pu作为热源材料。

下列关于Pu的说法正确的是(　D　)

A．Pu与U互为同位素

B．Pu与Pu互为同素异形体

C．Pu与U具有完全相同的化学性质

D．Pu与Pu具有相同的最外层电子数

解析：A项，Pu与U的质子数不同，不能互称为同位素，A项错误；Pu与Pu互为同位素，B项错误；Pu与U不属于同种元素，化学性质不同，C项错误；Pu与Pu为同种元素，核外电子排布相同，最外层电子数相同，D项正确。

2．(2021·汉口高一检测)下列关于现行元素周期表的说法正确的是(　C　)

A．元素周期表目前共有8个周期

B．元素周期表中共有18个族，其中有主族、副族、0族和第Ⅷ族

C．元素周期表中第1、2、3周期为短周期

D．元素周期表中第ⅠA族全部是金属元素

解析：A项，元素周期表目前共有7个周期，故A错误；B项，元素周期表中共有16个族，故B错误；C项，元素周期表中第1、2、3周期为短周期，C正确；D项，元素周期表中第ⅠA族中H是非金属元素，故D错误。

3．Ⅰ.在一百多年前，铝被称为“银色的金子”，比黄金还要贵。法国皇帝拿破仑三世为了显示其阔绰，将他的军旗旄头上的银鹰换成了铝鹰，逢盛大国宴，他拿出珍藏的铝质餐具，在宾客面前炫耀一番，就像国宝一样。俄国化学家门捷列夫，当他闻名世界的时候，曾经接受过英国化学学会的崇高奖赏——一只貌似平凡的铝杯。

(1)请指出铝元素在周期表中的位置__第三周期第ⅢA族__。

(2)写出下列信息表示的含义。

Ⅱ.推算原子序数为34、53、88的元素在周期表中的位置。

解析：Ⅰ.铝的原子序数为13，有3个电子层，最外层电子数为3，位于第三周期第ⅢA族。

Ⅱ.34号元素比Kr(36)少2个电子，共有4个电子层，最外层电子数为6，位于第四周期第ⅥA族；53号元素比Xe(54)少1个电子，共有5个电子层，最外层电子数为7，位于第五周期第ⅦA族；88号元素比Rn(86)多2个电子，共有7个电子层，最外层电子数为2，位于第七周期第ⅡA族。