人教版 (2019)必修 第一册第一节 原子结构与元素周期表学案

这是一份人教版 (2019)必修 第一册第一节 原子结构与元素周期表学案，共13页。学案主要包含了学习目标，基础知识，考点剖析等内容，欢迎下载使用。

第一节 原子结构与化学周期表
【学习目标】
1.了解原子核外电子排布规律，能根据原子的结构特征确定元素。
2.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。
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、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。
4.知道碱金属元素、卤族元素的结构和性质，能从原子结构角度解释同主族元素性质的递变规律，形成“结构决定性质”的观念，强化“宏观辨识与微观探析”的学科核心素养。
【基础知识】
一、原子结构
1、原子的构成
原子由原子核和核外电子组成（原子核包括质子和中子），质子带 正电 ，电子带 负电 ，中子中立 不带电 。
2、质量数
（1）概念：将核内所有 质子 和 中子 的相对质量取近似整数值相加，所得的数值。
（2）构成原子的粒子间的两个关系
①质量数(A)＝ 质子数(Z) ＋ 中子数(N)
②质子数＝ 核电荷数 ＝核外电子数
3、原子的表示方法

如作为相对原子质量标准的C表示质子数为 6 ，质量数为 12 的碳原子。
4、粒子符号()中各数字的含义

5、原子核外电子排布的表示方法
（1）原子结构示意图
用小圆圈和圆圈内的符号及数字表示 原子核 及 核内质子数 ，弧线表示各电子层，弧线上的数字表示该电子层上的电子数。以钠原子为例：

（2）离子结构示意图
①金属元素原子失去最外层所有电子变为离子时，电子层数减少一层，形成与上一周期的稀有气体元素原子相同的电子层结构(电子层数相同，每层上所排的电子数也相同)。如 Mg ：→ Mg2＋ ：。
②非金属元素的原子得电子形成简单离子时，形成和同周期的稀有气体元素原子相同的电子层结构。
如 F ：→ F－ ：。 Na＋ 与稀有气体Ne的核外电子排布相同； Cl－ 与稀有气体Ar的核外电子排布相同。

二、元素在周期表
1、周期的分类与包含元素
类别
周期序数
行序数
核外电子层数
包含元素种数
起止元素
短周期
1
1
1
2
H～He
2
2
2
8
Li～Ne
3
3
3
8
Na～Ar
长周期
4
4
4
18
K～Kr
5
5
5
18
Rb～Xe
6
6
6
32
Cs～Rn
7
7
7
32
Fr～Og
2、族的分类
16个族分为 7 个主族、 7 个副族、1个第 Ⅷ 族和1个 0 族。
3、元素周期表中的方格中各符号的意义

注：元素周期表记忆口诀
横行叫周期，现有一至七；
三四分长短，四长副族现；
竖行称作族，总共十六族；
Ⅷ族最特殊，三列是一族；
二三分主副，先主后副族；
镧锕各十五，均属ⅢB族。
三、核素
1、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）实例
①氢元素的三种核素
原子符号
(X)
原子名称
氢元素的原子核
质子数(Z)
中子数(N)
H
氕


H或D
氘


H或T
氚


②氧元素的三种核素：O、 O 和O。
③碳元素的三种核素：C、C和 C 。
④铀元素有U、U、U等核素。
2、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为同位素。
（2）性质
①同一元素的各同位素虽然 质量数 不同，但它们的化学性质基本相同。
②天然存在的同位素，相互间保持一定的比率。
（3）用途
①考古时利用 C 测定一些文物的年代。
②H和 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。
3、“四素”的区别
名称
内容
项目
元素
核素
同位素
同素异形体
本质
质子数 相同的一类原子的总称
质子数、中子数都一定的原子
质子数相同、中子数 不同的核素
同种元素形成的不同 单质
范畴
同类原子
原子
原子
单质
特性
只有种类，没有个数
化学反应中的最小微粒
化学性质几乎完全相同 ，物理性质不同
元素相同，性质不同
决定因素
质子数
质子数、中子数
质子数、中子数
组成元素、结构
举例
H、C、O三种元素
C、C、C三种
核素
C、C、C互为同
位素
O2与O3
互为同素异形体


四、原子结构与元素的性质
（一）碱金属元素
1、钠、钾与氧气反应的实验
比较项目
钠
钾
实验
操作


实验
现象
先熔化成小球，后燃烧，反应剧烈，火焰呈黄色，生成 淡黄色 固体
先熔化成小球，后燃烧，反应比钠更剧烈，火焰呈 紫色
实验原理
(化学方程式)
2Na＋O2Na2O2
K＋O2KO2 (超氧化钾)
结论
金属活泼性：钾>钠
（1）总结：相同条件下，碱金属从Li到Cs，与 O2 反应越来越剧烈， 产物 越来越复杂，说明金属越来越 活泼 。
（2）结论为与水反应的剧烈程度： K>Na ；金属活泼性： K>Na 。
2、元素金属性强弱的判断依据
依据
结论
根据单质与水(或酸)反应置换出 氢气 的难易程度
越易者金属性越强
根据最高价氧化物对应水化物的 碱性强弱
碱性越强者金属性越强
根据金属之间的置换反应
活动性强 的金属能把活动性弱的金属从其 盐溶液中置换出来

（二）卤族元素
1、卤素单质的主要物理性质
卤素单质
颜色和状态
密度
熔点/℃
沸点/℃
F2
淡黄绿色 气体
1.69 g/L(15 ℃)
－219.6
－188.1
Cl2
黄绿色 气体
3.214 g/L(0 ℃)
－101
－34.6
Br2
深红棕色 液体
3.119 g/cm3(20 ℃)
－7.2
58.78
I2
紫黑色 固体
4.93 g/cm3
113.5
184.4
分析上表可知，从F2到I2，颜色逐渐加深，熔、沸点逐渐升高，密度逐渐增大。
2、卤素单质的化学性质
（1）卤素单质(X2)与H2的反应
①X2与H2反应的比较

反应条件
产物稳定性
化学方程式
F2
暗处
很稳定
H2＋F2===2HF
Cl2
光照或点燃
较 稳定
H2＋Cl2 2HCl
Br2
加热
稳定性差
H2＋Br22HBr
I2
不断加热
不 稳定
H2＋I22HI
②结论
a．从F2到I2，与H2反应的难易程度：逐渐变难；
b．从F2到I2，生成氢化物的稳定性：逐渐减弱。
（2）卤素单质间的置换反应
实验操作
反应现象
离子方程式

振荡静置后，液体 分层 ，上层接近无色，下层呈 橙红色
Cl2＋2Br－===Br2＋2Cl－

振荡静置后，液体 分层 ，上层接近无色，下层呈 紫红色
Cl2＋2I－===I2＋2Cl－

振荡静置后，液体 分层 ，上层接近无色，下层呈 紫红色
Br2＋2I－===I2＋2Br－
实验结论
从以上三个实验可知，Cl2、Br2、I2的氧化性逐渐减弱
（3）卤素单质物理性质的记忆口诀
氯气黄绿色，溴液深红棕，碘是紫黑固。氯易液化，溴易挥发，碘易升华。
3、卤族单质化学性质的相似性和递变性
（1）相似性

（2）递变性

（3）特殊性
①溴是常温常压下唯一的液态的 非金属单质 。
②卤素单质都有 毒 ，溴有很强的 腐蚀性 ，保存液溴时要加一些水进行“水封”，碘单质遇淀粉溶液变 蓝色 （检验I2）。
③Cl2、Br2、I2易溶于 有机溶剂 （如苯、CCl4、汽油等）。
④F无正化合价。
【考点剖析】
考点一　电子排布规律及各微粒间量的关系
1．不符合原子核外电子排布基本规律的是(　　)
A．核外电子总是优先排在能量最低的电子层上
B．K层是能量最低的电子层
C．N电子层为次外层时，最多可容纳的电子数为18
D．各电子层(n)最多可容纳的电子数为n2
答案　D
解析　K层离核最近，能量最低，B正确；次外层电子数不超过18，C正确；各电子层最多容纳的电子数为2n2，D错误。
2．原子的质量主要由原子核决定。已知质量数为A的某阳离子Rn＋，核外有X个电子，则核内中子数为(　　)
A．A－X B．A－X－n
C．A－X＋n D．A＋X－n
答案　B
解析　Rn＋核外有X个电子，故R原子内质子数为X＋n，故R核内中子数为A－X－n，故选B项。
考点二　原子(或离子)结构示意图
3．下列微粒结构示意图中，表示钠离子的是(　　)
A. B.
C. D.
答案　D
解析　钠离子核内有11个质子，核外有10个电子，其离子结构示意图为，故答案为D。
4．据科学家预测，月球的土壤中吸附着百万吨的氦(He­3)，其原子核中质子数为2、中子数为1。下列关于氦(He­3)元素的说法正确的是(　　)
A．原子核外电子数为3
B．相对原子质量为2
C．原子结构示意图为
D．该元素原子的核电荷数为1
答案　C
5．某元素原子的结构示意图为，由此得到的结论不正确的是(　　)
A．该原子有3个电子层
B．该元素属于金属元素
C．该原子在化学反应中易得2个电子
D．该元素的最高正化合价为＋6
答案　B
解析　由该元素的原子结构示意图可知：该原子核外有3个电子层，选项A正确；最外层电子数是6，大于4，为非金属元素，在化学反应中易得到2个电子而形成阴离子，选项B不正确、C正确；最外层电子数是6，最高正化合价为＋6，选项D正确。
6．下列结构示意图所代表的微粒中，最难发生化学反应的是(　　)

答案　A
解析　A项表示的是Ne原子，B项表示的是Al3＋，C项表示的是Cl－，D项表示的是S2－。Ne是稀有气体元素，它及其他的稀有气体原子具有非常稳定的电子层结构，极难发生化学反应。
考点三　利用核外电子排布规律进行元素推断
7．某元素的原子核外有三个电子层，M层的电子数是L层电子数的，则该元素的符号是(　　)
A．Li B．Si C．Al D．K
答案　B
解析　根据原子核外电子的排布规律可知，K层排满2个电子后再排L层，L层需排满8个电子后再排M层，M层的电子数是L层电子数的，即M层电子数为4，则该元素的核外电子数是2＋8＋4＝14，即原子序数为14，该元素是Si元素。
8．核电荷数为16的元素和核电荷数为4的元素的原子相比较，下列数据前者是后者4倍的是(　　)
①电子数　②最外层电子数　③电子层数　④次外层电子数
A．①④ B．①③④ C．①②④ D．①②③④
答案　A
解析　核电荷数为16的元素和核电荷数为4的元素的原子的电子数分别是16和4，最外层电子数分别是6和2，电子层数分别是3和2，次外层电子数分别为8和2，A项正确。
9．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(　　)
A．B3A2 B．BA2
C．A3B2 D．AB2
答案　B
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。
考点四　元素周期表的结构
10．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。
11．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。
12．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。
考点五　同周期、同主族元素的序差规律
13．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＋11
C．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。
14．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＋11
C．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。
考点六　元素、核素、同位素和同素异形体
15. 下列各组互为同位素的是(　　)
A．O2和O3 B．CO和CO2
C．H2O和H2O2 D.Mg和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；Mg和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。
16．下列有关碘­131(I)和碘­127(I)的说法正确的是(　　)
A.I和I的中子数相同，是同一种核素
B.I和I的质子数相同，互为同位素
C.I和I的核外电子数不同
D.I有放射性而I无放射性，说明两者化学性质不同
答案　B
解析　I和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；I和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。
考点七　构成原子的微粒及其数量关系
17．钯(Pd)元素的原子序数为46，下列叙述错误的是(　　)
A.Pd和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.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。
18．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XY4
D.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；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。
19．元素周期表中前七周期最多含有的元素种类如表所示：
周期数 一 二 三 四 五 六 七
元素种类 2 8 8 18 18 32 32

(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：
周期数
一
二
三
四
五
六
七
元素种类
2
8
8
18
18
32
32
2×12
2×22
2×22
2×32
2×32
2×42
2×42

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。
考点八　碱金属元素
20．钾的下列性质与少量的钾保存在煤油中无关的是(　　)
A．单质钾的密度比煤油大
B．可用小刀片切割金属钾
C．钾易与空气反应
D．单质钾的还原性很强
答案　B
解析　钾沉在煤油中说明其密度比煤油大，A项有关；可用小刀片切割金属钾，说明钾的硬度较小，B项无关；钾保存在煤油中是为了防止其与空气中的氧气、水蒸气等反应，C、D项有关。
21．钾和钠的化学性质相似，下列说法能较好地解释这个事实的是(　　)
A．原子最外层电子数相同
B．都是金属元素
C．原子半径相差不大
D．最高化合价相同
答案　A
解析　结构决定性质，影响金属化学性质的主要因素是其原子核外电子排布情况，尤其是最外层电子数。钾原子和钠原子的最外层电子数均为1，故对应单质的化学性质相似。
22．下列关于碱金属的叙述错误的是(　　)
A．它们都能在空气中燃烧生成M2O(M指碱金属元素)
B．它们都能与水反应生成氢气和碱
C．随核电荷数的递增，它们所形成的阳离子的氧化性依次减弱
D．碱金属中密度最小的是锂
答案　A
解析　Na在空气中燃烧生成过氧化钠，K在空气中燃烧生成超氧化钾，A项错误；碱金属与水反应的产物均是碱和氢气，只是剧烈程度不同，B项正确；随着核电荷数的递增，碱金属元素所形成阳离子的氧化性逐渐减弱，C项正确；随着原子序数的递增，碱金属的密度呈增大趋势(K反常)，密度最小的是锂，D项正确。
23．下列叙述正确的是(　　)
A．碱金属性质相似，均为银白色(铯除外)的柔软金属，密度都比较小
B．碱金属单质在空气中燃烧生成的都是过氧化物
C．碱金属单质的熔、沸点随原子序数的增加而升高
D．Li、Na、K都可以保存在煤油中
答案　A
解析　碱金属性质相似，均为银白色(铯除外)的柔软金属，密度都比较小，A正确；碱金属单质在空气中燃烧，生成物并不全是过氧化物，如锂只生成氧化物，而钾还能生成比过氧化物更复杂的超氧化物，B不正确；碱金属单质的熔、沸点随原子序数的增加而降低，C不正确；Na、K都可以保存在煤油中，Li的密度更小，要保存在石蜡中，D不正确。
考点九　卤族元素
24．某原子的结构示意图为，下列关于该原子的说法不正确的是(　　)
A．核电荷数为17
B．核外有3个电子层
C．属于非金属元素原子
D．在化学反应中容易失去1个电子
答案　D
解析　根据原子结构示意图可知核电荷数是17，A项正确；核外有3个电子层，B项正确；该元素是氯元素，属于非金属元素，C项正确；最外层电子数是7，在化学反应中容易得到1个电子达到8电子稳定结构，D项错误。
25．下列各组物质性质比较的表示中，正确的是(　　)
A．还原性：HF>HCl>HBr>HI
B．稳定性：HF C．与水反应由易到难：Cl2>Br2>I2>F2
D．密度：F2 答案　 D
解析　A项应为HI>HBr>HCl>HF；B项应为HF>HCl>HBr>HI；C项应为F2>Cl2>Br2>I2。
26．随着卤族元素原子半径的增大，下列递变规律正确的是(　　)
A．单质的熔点逐渐降低
B．卤素离子的还原性逐渐增强
C．气态氢化物的稳定性逐渐增强
D．单质的氧化性逐渐增强
答案　B
27．(1)常见卤素氢化物中最不稳定的是__________(写化学式)。
(2)下列单质的熔、沸点随原子序数递增而升高的是_______________________(填字母，下同)。
A．碱金属元素 B．卤族元素
(3)下列反应中，更剧烈的是__________。
A．钠与水反应 B．钾与水反应
(4)取下列溶液分装于两试管中，再分别依次加入少量氯水和少量四氯化碳，用力振荡、静置后，四氯化碳层显紫红色的是__________。
A．溴化钠溶液 B．碘化钾溶液
答案　(1)HI　(2)B　(3)B　(4)B
解析　常见卤素中碘元素的非金属性最弱，氢化物最不稳定的是HI；碱金属元素的单质熔、沸点随原子序数的递增而降低，卤素单质熔、沸点随原子序数的递增而升高；钾比钠活泼，与水反应更剧烈；氯水与NaBr、KI溶液分别生成Br2、I2，而二者的四氯化碳溶液分别为橙红色、紫红色。