高中化学第一节 原子结构与元素周期表优秀第1课时教案

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第1课时 原子结构 元素周期表 核素








原子结构





1．原子的构成


原子eq \b\lc\{(\a\vs4\al\c1(原子核\b\lc\{(\a\vs4\al\c1(质子：相对质量近似为1，带1个单位正电荷,中子：相对质量近似为1，不带电)),核外电子：带1个单位负电荷))


2．质量数


(1)概念：如果忽略电子的质量，将核内所有质子和中子的相对质量取近似整数值相加，所得的数值叫作质量数，常用A表示。


(2)质量关系：质量数(A)＝质子数(Z)＋中子数(N)。


3．电子层


(1)含义：在含有多个电子的原子里，电子分别在能量不同的区域内运动，我们把不同的区域简化为不连续的壳层，称作电子层。


(2)表示方法





4.电子分层排布的规律


(1)电子一般总是先从内层排起，当一层充满后再填充下一层。


(2)原子核外第n层最多能容纳2n2个电子。


(3)无论原子有几个电子层，其最外层中的电子数最多只有8个(K层只有2个)，次外层中的电子数最多有18个。





1．原子、分子、离子中微粒间的数量关系


(1)电中性微粒(分子或原子)：质子数＝核外电子数。


(2)阳离子Xm＋：质子数＝核外电子数＋m。


(3)阴离子Xm－：质子数＝核外电子数－m。


2．1～18号元素原子结构的特殊关系








1．已知R原子有b个中子，R2＋核外有a个电子。则R原子的质量数为( )


A．bB．a＋b－2


C．a＋b＋2D．a＋b


解析：选C。R2＋核外有a个电子，则R原子的质子数为a＋2，质量数为a＋b＋2。


2．下面关于多电子原子的核外电子的运动规律的叙述正确的是( )


①核外电子是分层运动的


②所有电子在同一区域里运动


③能量高的电子在离核近的区域内运动


④能量低的电子在离核近的区域内运动


A．①④B．②③


C．①③D．②④


解析：选A。原子的核外电子是分层运动的，能量越低离核越近，能量越高离核越远。


3．某1～18号元素的原子最外层电子数是次外层电子数的3倍，那么该原子( )


A．有3个电子层B．有2个电子层


C．最外层电子数是8D．核电荷数是10


解析：选B。第一层排满为2个电子，第二层排满为8个电子，第三层为最外层时，最多排8个电子，若该原子有3个电子层，依题意可知最外层(第3层)要排24个电子，这不可能，则该原子只有2个电子层，第一层为2个电子，第二层为6个电子。


元素周期表





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。


原子序数＝核电荷数＝质子数＝核外电子数。


(2)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。


(3)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(元素周期表有7个横行，7个周期)


①周期序数＝电子层数。


②短周期：第一、二、三周期，每周期所含元素种类数分别为2、8、8。


③长周期：第四、五、六、七周期，每周期所含元素种类数分别为18、18、32、32。


(2)族(元素周期表有18个纵列，16个族)


①主族序数＝最外层电子数。


②主族，共7个(由长、短周期元素构成，族序数后标A)。


③副族，共7个(只由长周期元素构成，族序数后标B)。


④第Ⅷ族，包括8、9、10三个纵列；0族，最外层电子数是8(He是2)。


填写族的符号：





(3)过渡元素


元素周期表中从ⅢB到ⅡB共10个纵列，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。


(4)碱金属元素和卤族元素


第ⅠA族(除了氢)叫作碱金属元素，第ⅦA族叫作卤族元素。





利用“0族定位法”确定元素在周期表中的位置


1．零族元素的周期序数和原子序数





2.推断方法


(1)比大小定周期：比较该元素的原子序数与0族元素的原子序数大小，找出与其相邻近的0族元素，那么该元素就和原子序数大的0族元素处于同一周期。


(2)求差值定族数：若某元素原子序数比相应0族元素多1或2，则该元素应处在0族元素所在周期的下一个周期的ⅠA族或ⅡA族；若比相应的0族元素少1～5时，则应处在同周期的ⅦA～ⅢA族。





1．以下关于元素周期表结构的叙述正确的是( )


A．元素周期表有7个主族，8个副族


B．元素周期表有3个长周期和3个短周期


C．第ⅢA族位于元素周期表的第3列(从左往右)


D．0族位于元素周期表的第18列(从左往右)


解析：选D。周期表中有7个主族、7个副族、1个0族、1个Ⅷ族，A错；周期表中的第一、二、三周期为短周期，其他周期均为长周期，B错；第ⅢA族位于周期表中的第13列，C错。


2．元素X的原子有3个电子层，最外电子层上有4个电子。则X元素位于周期表的( )


A．第四周期ⅢA族 B．第四周期ⅦA族


C．第三周期ⅣB族D．第三周期ⅣA族


解析：选D。根据周期序数＝电子层数以及主族序数＝最外层电子数可知D项正确。


3．原子序数为33的元素R，在周期表中的位置为( )


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


解析：选D。与33号元素相邻的稀有气体原子序数为36，因33比36少3，故元素R与36号元素处于同一周期(第四周期)，其位置应在36号元素Kr左移3个格，即第四周期第ⅤA族。


核 素





1．元素 核素


(1)元素：具有相同质子数(核电荷数)的一类原子的总称。


(2)核素：具有一定数目质子和一定数目中子的一种原子。


(3)氢元素的三种核素





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称为同位素(即同一元素的不同核素互称为同位素)，如eq \\al(1,1)H、eq \\al(2,1)H(D)和eq \\al(3,1)H(T)互为同位素。


(2)特点


①同位素在周期表中占据同一位置；


②同位素的化学性质几乎相同；


③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eq \\al(14, 6)C测定一些文物的年代；


②eq \\al(2,1)H和eq \\al(3,1)H用于制造氢弹；


③放射性同位素释放的射线可用于育种、给金属探伤、诊断和治疗疾病等。





元素、核素、同位素及同素异形体的辨析


1．区别





2.联系








1．我国科学家通过测量石英中26Al和10Be两种元素的比例确定了“北京人”年龄，这种测量方法叫“铝铍测年法”。10Be 和9Be( )


A．是同一种原子


B．具有相同的中子数


C．具有相同的化学性质


D．具有相同的物理性质


解析：选C。10Be与9Be是同种元素的不同核素，二者互为同位素，具有相同的化学性质，物理性质不同。


2．下列有关13C、15N叙述正确的是( )


A．13C与15N有相同的中子数


B．13C与C60互为同素异形体


C．15N与14N互为同位素


D．15N的核外电子数与中子数相同


解析：选C。A.13C的中子数是7，15N的中子数是8。B.同素异形体是由同种元素组成的具有不同性质的单质，而13C是碳元素的一种核素(原子)，C60是碳元素的一种单质，则13C与C60不互为同素异形体。C.15N与14N核内质子数同为7，中子数分别为8和7，则15N与14N互为同位素。D.15N的核外电子数是7，中子数是8。


3．我国稀土资源丰富。下列有关稀土元素eq \\al(144, 62)Sm与eq \\al(150, 62)Sm的说法正确的是( )


A.eq \\al(144, 62)Sm与eq \\al(150, 62)Sm互为同位素


B.eq \\al(144, 62)Sm与eq \\al(150, 62)Sm的质量数相同


C.eq \\al(144, 62)Sm与eq \\al(150, 62)Sm是同一种核素


D.eq \\al(144, 62)Sm与eq \\al(150, 62)Sm的核外电子数和中子数均为62


解析：选A。eq \\al(144, 62)Sm与eq \\al(150, 62)Sm质子数相同，属于同种元素，又因质量数不同，所以中子数不同，即二者互为同位素，A正确，B不正确；核素是指具有一定质子数和中子数的原子，所以eq \\al(144, 62)Sm与eq \\al(150, 62)Sm是两种不同的核素，C不正确；质子数等于核外电子数，所以eq \\al(144, 62)Sm与eq \\al(150, 62)Sm的核外电子数均为62，中子数＝质量数－质子数，eq \\al(144, 62)Sm与eq \\al(150, 62)Sm的中子数分别为82和88，D不正确。


合格考训练


1．新华网曾报道，加拿大开发出生产医用放射性同位素eq \\al(99,43)Tc的简单方法。下列关于eq \\al(99,43)Tc的叙述正确的是( )


A．原子序数是99 B．电子数是43


C．中子数是99D．质量数是43


解析：选B。原子eq \\al(A,Z)X中左上角数字代表质量数，左下角数字代表质子数，故该原子质量数是99，质子数＝电子数＝43，中子数＝质量数－质子数＝99－43＝56，故选B。


2．下列陈述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


解析：选D。电子按能量由低到高排列，A正确；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(n)最多可容纳电子数为2n2，D错误。


3．关于元素周期表，下列叙述中不正确的是( )


A．元素周期表中共有18个纵列，16个族


B．周期表中的族分为主族、副族、0族和Ⅷ族


C．过渡元素全部是副族元素


D．主族都是由短周期元素和长周期元素共同组成的


解析：选C。根据元素周期表的结构知共有18个纵列，16个族，故A对；周期表中的族分为主族、副族、0族和Ⅷ族，故B对；过渡元素是副族和Ⅷ族元素，故C错；主族都是由短周期元素和长周期元素共同组成的，故D对。


4．简单原子的原子结构可用下图形象地表示：





其中·表示质子或核外电子，○表示中子，则下列有关①②③的叙述正确的是( )


A．①②③互为同位素


B．①②③属于不同的元素


C．①②③是三种化学性质不同的粒子


D．①②③具有相同的质量数


解析：选A。由图示可知①代表eq \\al(1,1)H，②代表eq \\al(2,1)H，③代表eq \\al(3,1)H，三者互为同位素，化学性质几乎相同。


5．根据原子结构和元素周期表的关系完成下列各题。


(1)写出下列微粒的符号及其所属元素在元素周期表的位置。





微粒：________ ________ ________ ________；


位置：________ ________ ________ ________。


(2)第三周期ⅣA族的元素原子序数是________。


(3)Na元素的原子序数为11，相邻的同族元素的原子序数是________。


(4)短周期元素中，族序数＝周期序数的元素有______________(填元素符号，下同)。


(5)短周期元素中，族序数＝周期序数2倍的元素有____________。


(6)短周期元素中，周期序数＝族序数2倍的有________________________________________________________________________。


答案：(1)O Na＋ Cl Cl－ 第二周期ⅥA族 第三周期ⅠA族 第三周期ⅦA族 第三周期ⅦA族


(2)14 (3)3、19 (4)H、Be、Al (5)C、S (6)Li


等级性测试


1．YBa2Cu8Ox(Y为钇元素)是悬浮列车中的重要超导材料，关于eq \\al(89,39)Y的说法不正确的是( )


A．钇元素的原子序数为39


B．质子数与中子数之差为50


C．原子的核外电子数是39


D.eq \\al(89,39)Y和eq \\al(90,39)Y是两种不同的核素


解析：选B。由eq \\al(89,39)Y知，eq \\al(89,39)Y的质子数为39，中子数为89－39＝50，由原子序数＝质子数＝核外电子数可知，A、C项正确；质子数与中子数之差应为11，B项错误；eq \\al(89,39)Y和eq \\al(90,39)Y是两种不同的核素，D项正确。


2．有六种微粒，它们分别是eq \\al(40,19)M、eq \\al(40,20)N、eq \\al(40,18)X、eq \\al(40,19)Q＋、eq \\al(40,20)Y2＋、eq \\al(40,17)Z－，它们所属元素的种类为( )


A．3种B．4种


C．5种D．6种


解析：选B。质子数决定元素的种类，eq \\al(40,19)M、eq \\al(40,19)Q＋表示K元素形成的微粒；eq \\al(40,20)N、eq \\al(40,20)Y2＋表示Ca元素形成的微粒；eq \\al(40,18)X 表示Ar原子；eq \\al(40,17)Z－表示Cl－。


3．核电荷数小于或等于18的元素中，原子的最外层电子数是其余电子总数一半的元素种类有( )


A．1种B．2种


C．3种D．4种


解析：选B。在1～18号元素中，符合要求的元素原子的核外电子排布依次为2、1和2、8、5。


4．在自然界中，锗有70Ge、72Ge等多种稳定的核素。下列有关说法中正确的是( )


A．70Ge、72Ge互称同素异形体


B．70Ge、72Ge互称同位素


C．70Ge、72Ge的核外电子排布不同


D．70Ge、72Ge的质子数、质量数、核外电子数相等


解析：选B。70Ge、72Ge是同种元素的不同核素，互称为同位素，不是同素异形体，A错，B正确；70Ge、72Ge的质子数、核外电子数相等，故核外电子排布相同，而核内中子数不同，质量数不相等，C、D错。


5．甲、乙两元素原子的第二层电子数都是其他层电子总数的2倍。下列推断正确的是( )


A．甲与乙处于同一周期


B．甲与乙处于同一主族


C．甲与乙指的是碳和铝


D．甲与乙的原子序数之和是偶数


解析：选D。L层最多可有8个电子，当其他层共有4个电子时符合题意，根据核外电子排布规律，镁符合条件；当L层未填满电子时，K层的2个电子已填入，此时L层应有4个电子，碳符合条件。则甲、乙指的是碳和镁，D项符合题意。


6．下列说法中错误的是( )


A．原子及其离子的核外电子层数等于该元素所在的周期数


B．元素周期表中从ⅢB族到ⅡB族10个纵行的元素都是金属元素


C．除氦外的稀有气体原子的最外层电子数均是8


D．第一周期元素、第ⅦA族元素和稀有气体元素都是非金属元素


解析：选A。原子的核外电子层数等于该元素所在的周期数，但离子的核外电子层数不一定等于该元素所在的周期数，大多数金属阳离子，如Na＋、Mg2＋、Al3＋、K＋等，其核外电子层数不等于该元素所在的周期数。





7．A、B、C均为短周期元素，它们在周期表中的位置如图所示，已知B、C两元素在周期表中族序数之和是A元素族序数的2倍；B、C元素的原子序数之和是A元素原子序数的4倍，则A、B、C符合的一组是( )


A．Be、Na、AlB．B、Mg、Si


C．O、P、ClD．C、Al、P


解析：选C。解答本题首先确定三种元素在元素周期表中的相对位置，再根据元素周期表中结构的关系列式求解。由于A、B、C为短周期元素，从A、B、C的图中位置看，A只能处在第二周期，而B、C处在第三周期。设A的原子序数为x，则B的原子序数为(x＋8－1)＝x＋7，C的原子序数为(x＋8＋1)＝x＋9，则(x＋7)＋(x＋9)＝4x，x＝8。所以，A、B、C的原子序数分别为8、15、17，对应的元素分别为O、P、Cl，代入族序数关系：5＋7＝2×6成立。


8．已知R2－的核内有n个中子，R原子的质量数为M，则m g R2－含有电子的物质的量为( )


A.eq \f(m（M－n）,M) ml B.eq \f(M－n－2,Mm) ml


C.eq \f(m（M－n－2）,M) ml D.eq \f(m（M－n＋2）,M) ml


解析：选D。R2－含有的电子数为(M－n＋2)，m g R2－的物质的量为eq \f(m,M) ml，则m g R2－中含有的电子的物质的量为eq \f(m（M－n＋2）,M) ml。


9．按要求填空。


(1)某元素原子K层和M层电子数相同，该元素的元素符号是________。


(2)某元素原子最外层电子数是次外层电子数的2倍，该元素的元素名称是____________。


(3)某元素原子的核电荷数是核外电子层数的5倍，其质子数是最外层电子数的3倍，该元素的原子结构示意图为____________________。


解析：(1)K层最多容纳2个电子，M层的电子数和K层相同，则M层上也有2个电子。该元素的原子结构示意图为，为镁元素。


(2)最外层电子不超过8个，则最外层电子数是次外层电子数2倍的元素的元素名称是碳。


(3)设元素原子的核电荷数＝质子数＝a，核外电子层数为x，最外层电子数为y，依题意：a＝5x，a＝3y，则5x＝3y，x＝eq \f(3y,5)。因原子的最外层电子数不能超过8，即y＝1～8(取正整数)，通过讨论可知仅当y＝5，x＝3时合理，则该元素原子的核电荷数为15，其原子结构示意图为。


答案：(1)Mg (2)碳 (3)


10．Ⅰ.杨振宁和李政道提出弱相互作用中宇称不守恒原理，并由吴健雄用eq \\al(60,27)C放射源进行了实验验证。次年，杨振宁、李政道两人因此获得诺贝尔物理奖。 eq \\al(60,27)C的衰变方程式为 eq \\al(60,27)C===eq \\al(A,Z)Ni＋eq \\al(0,－1)e＋υe，其中υe是反中微子，它的电荷为零，静止质量可以为零。


(1)下列关于 eq \\al(60,27)C的叙述中，错误的是________。


A．质子数是27B．电子数是27


C．质量数是27D．中子数是60


(2)不同种类元素的本质区别是________。


A．质子数不同B．中子数不同


C．电子数不同D．质量数不同


Ⅱ.近年来，科学家通过粒子加速器进行了一周的实验，获得了6个非常罕见的eq \\al(45,26)Fe原子，接着，科学家又使用特制的测量仪器观测到，这6个原子中有4个发生了衰变，这一实验证实了曾经预言的双质子衰变方式，即有一个原子同时放出两个质子的衰变方式。回答下列问题：


(1)eq \\al(45,26)Fe原子的核内中子数为________，该原子的核外电子数为________。


(2)以下关于eq \\al(45,26)Fe的叙述正确的是________。


A.eq \\al(45,26)Fe与eq \\al(56,26)Fe是两种核素


B．科学家获得了一种新元素


C.eq \\al(45,26)Fe的衰变不是化学变化


D．这种铁原子衰变放出两个质子后变成eq \\al(43,26)Fe


(3)某同学认为eq \\al(45,26)Fe在一定条件下也可与氧气反应，他的判断依据是________________________________________________________________________。


解析：Ⅰ.(1)eq \\al(60,27)C的质子数为27，质量数为60，中子数为60－27＝33。


(2)元素是具有相同核电荷数(质子数)的一类原子的总称。


Ⅱ.(1)eq \\al(45,26)Fe的中子数＝质量数－质子数＝45－26＝19，核外电子数＝质子数＝26。


(2)eq \\al(45,26)Fe与eq \\al(56,26)Fe的质子数相同，属于同一元素Fe元素，但中子数不同，是两种不同的核素；Fe元素不是一种新元素，eq \\al(45,26)Fe衰变放出两个质子后变为质子数为24的新原子，原子核发生了变化，不是化学变化，因为化学的范畴是在原子、分子水平上研究物质。


答案：Ⅰ.(1)CD (2)A


Ⅱ.(1)19 26 (2)AC (3)eq \\al(45,26)Fe与eq \\al(56,26)Fe的核外电子数相同，化学性质几乎相同


课程标准
核心素养
1.了解原子核外的电子排布。


2．知道元素周期表的结构。


3．知道元素、核素、同位素的含义。
1.微观探析：能从元素和原子水平上认识物质的组成和结构。


2．证据推理：具有证据意识，能基于证据对物质组成、结构及其变化提出可能的假设，通过分析推理加以证实或证伪。
电子层数(n)
1
2
3
4
5
6
7
字母表示
K
L
M
N
O
P
Q
离核远近
eq \(――→,\s\up7(),\s\d5(由近到远))
能量高低
eq \(――→,\s\up7(),\s\d5(由低到高))
特殊关系
对应元素
最外层电子数等于次外层电子数的一半
Li、Si
最外层电子数等于次外层电子数
Be、Ar
最外层电子数等于次外层电子数的2倍
C
最外层电子数等于次外层电子数的3倍
O
最外层电子数等于次外层电子数的4倍
Ne
最外层电子数等于电子层数
H、Be、Al
最外层有1个电子
H、Li、Na
最外层有2个电子
He、Be、Mg
列序
1
2
3
4
5
6
7
8、9、10
族序
ⅠA
ⅡA
ⅢB
ⅣB
ⅤB
ⅥB
ⅦB
Ⅷ
列序
11
12
13
14
15
16
17
18
族序
ⅠB
ⅡB
ⅢA
ⅣA
ⅤA
ⅥA
ⅦA
0
0族元素
He
Ne
Ar
Kr
Xe
Rn
周期序数
一
二
三
四
五
六
原子序数
2
10
18
36
54
86
原子


名称
原子符号(eq \\al(A,Z)X)
氢元素的原子核
质子数(Z)
中子数(N)
氕
eq \\al(1,1)H
1
0
氘
eq \\al(2,1)H或D
1
1
氚
eq \\al(3,1)H或T
1
2
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
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
化学性质几乎相同
组成元素相同、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
eq \\al(1,1)H、eq \\al(2,1)H、


eq \\al(3,1)H三种核素
eq \\al(1,1)H、eq \\al(2,1)H、


eq \\al(3,1)H互称同位素
O2与O3互为同素异形体
课堂小结