第七单元物质结构元素周期律（1）

2015-11-18 09:52:21 来源：撰稿：董啸摄影摄像： ; 评论：0 点击：

第七单元物质结构元素周期律（1）

		授课人：董啸
	①掌握原子构成及构成原子的微粒间的关系；
教学目标：	②理解元素周期律的实质及元素周期表的结构；
	③掌握化学键的概念和判断。
教学重点：	元素周期律的实质及元素周期表的结构
教学难点：	核外电子排布规律及有关规律
教学方法：	分析比较法
教学过程：	第一课时

基础知识精析

一、原子结构

1．原子组成

（1）原子组成：原子核（质子和中子）和核外电子

（2）质量数：如果忽略电子的质量，将质子和中子的相对质量取近似整数值加起来，所得数值叫做该原子的质量数。

（3）微粒间关系：构成原子或离子粒子间的数量关系

质量数(A)＝质子数(Z)＋中子数(N) =原子的近似相对原子质量；

核电荷数(Z)＝质子数＝电子数＝原子序数

离子电荷=质子数-核外电子数

阳离子核外电子数=核内质子数－电荷数

阴离子核外电子数＝核内质子数+电荷数

深度思考

1．有5种单核粒子，它们分别是□、□、□^＋、□²^＋、□(“□”内元素符号未写出)，则它们所属元素的种类有________种。

答案：3

解析：质子数决定元素种类，质子数有19、18、20共3种，所以B正确。

2．(1)Ti的质子数为________、中子数为________、电子数为________、质量数为________。

(2)²⁷Al³^＋的质子数为________、中子数为________、电子数为________、质量数为________。

(3)³⁵Cl^－的质子数为________、中子数为________、电子数为________、质量数为________。

答案：(1)22　26　22　48　(2)13　14　10　27　(3)17　18　18　35

题组一　粒子中微粒关系的判断

1．下列离子中，电子数大于质子数且质子数大于中子数的是 (　　)

A．D₃O^＋ B．Li^＋ C．OD^－ D．OH^－

答案：D

2．现有_bXⁿ^－和_aY^m^＋两种离子，它们的电子层结构相同，则a与下列式子有相等关系的是 (　　)

A．b－m－n B．b＋m＋n C．b－m＋n D．b＋m－n

答案：B

题组二　物质中某种微粒量的计算

3．已知阴离子R²^－的原子核内有n个中子，R原子的质量数为m，则ω g R原子完全转化为R²^－时，含有电子的物质的量是 (　　)

A.mol B.mol C．ω() mol D．ω() mol

答案：D

解析：R原子的质子数为(m－n)，其核外电子数也为(m－n)，所以R²^－的核外电子数为(m－n＋2)，而ω g R原子的物质的量为mol，所以形成的R²^－含有的电子为(m－n＋2)mol，故选D。

4．某元素的一种同位素X的原子质量数为A，含N个中子，它与¹H原子组成H_mX分子，在a g H_mX中所含质子的物质的量是 (　　)

A.(A－N＋m)mol B.(A－N)mol

C.(A－N)mol D.(A－N＋m)mol

答案：A

解析：X原子的质子数为(A－N)，一个H_mX中所含的质子数为(A－N＋m)，H_mX的摩尔质量为(A＋m)g·mol^－1，所以a g H_mX中所含质子的物质的量为(A－N＋m)mol。

2．元素、核素、同位素

①元素：把具有相同质子数的一类原子通称为元素。

②核素：把具有一定数目的质子数和一定数目的中子的一种原子叫做核素。

③同位素：把质子数相同而中子数的同一元素的不同原子互称同位素。同一元素的不同核素之间互称同位素。

【注意】：

a.同位素的化学性质几乎完全相同，物理性质有较大差异。

b.自然界中存在的各种元素的各核素的百分组成均保持不变。

c.H₂、D₂、T₂不是同素异形体，而是同种分子；HD、HT、DT不是化合物，而是单质；H₂O、D₂O、T₂O、HDO、HTO、DTO的物理性质不同；化学性质几乎完全相同。

3．相对原子质量

①原子的相对原子质量：也可以称为核素的相对原子质量

某元素一种核素的一个原子质量与¹²C质量的1/12相比较所得的比值，即为该原子的相对原子质量。

※质量数等于核素的近似相对原子质量。

②元素的相对原子质量：

某元素的各种核素的相对原子质量与其百分含量乘积之和。

Ar(Cl)＝Ar(³⁵Cl)×a%＋Ar(³⁷Cl)×b%。

③元素的近似相对原子质量：

某元素的各种核素的质量数与其百分含量乘积之和。

【练习】硼元素有两种同位素¹⁰B、¹¹B，其相对原子质量是10.8，求¹⁰B的含量。

题组一　以同位素为核心的概念辨析

1．据2012年2月6日中新网报道，嫦娥二号月球探测器获得了7m分辨率全月球影像图，该月球探测器使用钚元素的同位素电池来提供稳定、持久的能源。下列关于Pu的说法正确的是 (　　)

A.Pu和Pu的质子数之差为2

B.Pu和Pu是两种不同的核素

C.Pu的中子数与质子数之差为144

D.Pu和Pu互为同素异形体

答案：B

解析：Pu和Pu的质量数之差为2，A错误；Pu和Pu的质子数均为94，中子数(或质量数)不同，属于钚的两种核素，B正确；Pu的中子数与质子数之差为50，C错误；Pu和Pu互为同位素，D错误。

2．由德、法、美及波兰等多国科学家组成的科研小组合成了非常罕见的Fe原子，下列说法不正确的是 (　　)

A．可以用KSCN溶液检验FeCl₃和FeCl₃

B.Fe与Fe的电子数相同

C.Fe与Fe互为同位素

D.Fe的中子数小于质子数

答案：A

解析：同位素的化学性质基本相同，A项错误；Fe和Fe的电子数均为26，B项正确；根据同位素的定义，Fe与Fe互为同位素，C项正确；Fe的中子数为45－26＝19，D项正确。

题组二　核变化与核能利用

3．核能的和平利用对于完成“节能减排”的目标有着非常重要的意义。尤其是核聚变，因其释放能量大，无污染，成为当前研究的一个热门课题。其反应原理为H＋H―→He＋n。下列说法中正确的是 (　　)

A．D和T是质量数不同，质子数相同的氢的两种元素

B．通常所说的氢元素是指H

C.H、H、H是氢的三种核素，互为同位素

D．这个反应既是核反应，也是化学反应

答案：C

解析：H、H和H的质子数相同，中子数不同，属于同种元素的不同核素，C正确，A、B错误；该反应中没有新物质生成，D错误。

题组三　相对原子质量的含义及辨析

4．¹⁶O中的“16”表示的含义是 (　　)

①氧元素的相对原子质量

②氧元素的一种同位素的近似相对原子质量

③氧元素的近似相对原子质量

④氧元素的一种同位素的质量数

A．①③ B．②④ C．①④ D．②③

答案：B

解析：元素的相对原子质量是该元素的各种同位素的相对原子质量(M_i)与其丰度(n%)乘积的和的值，故①错误；同位素的相对原子质量是该同位素一个原子的绝对质量与¹²C质量的1/12的比值。同位素的近似相对原子质量是该同位素一个原子的绝对质量与¹²C质量的1/12的比值的近似整数倍，在数值上与同位素的质量数相等。因此，②、④正确；元素的近似相对原子质量是各同位素的近似相对原子质量(即质量数)与其丰度乘积的和值，③错误。

5．某元素只存在两种天然同位素，且在自然界它们的含量相近，其相对原子质量为152.0，原子核外的电子数为63。下列叙述中错误的是 (　　)

A．它是副族元素

B．它是第六周期元素

C．它的原子核内有63个质子

D．它的一种同位素的核内有89个中子

答案：D

解析：核外电子数等于其质子数，C项正确；用质子数分别减去各周期所含有的元素种类数，63－2－8－8－18－18＝9，显然其是第六周期从左到右的第9种元素，而第六周期中包含镧系，所以它应属于副族，A、B项均正确；由于存在同位素，所以其相对原子质量应是同位素的平均值，而不代表其中一种元素的质量数，故中子数不能用152－63＝89来计算，D项错。

4．原子核外电子排布规律

（1）电子运动特征：

①电子质量小，运动速度极快；②无法确定其在某时刻的位置。

（2）电子云：

电子在原子核外一定空间内运动，就好像一团带负电荷的云雾笼罩在原子核的周围，形象的称为电子云。

说明：电子云表示电子在原子核外单位体积内出现的机会多少；电子云实际不存在。

（3）电子层

根据电子离核远近将其划分为不同的电子层：K、L、M、N、O、P、Q.

（4）核外电子排布的一般规律：

①在含有多个电子的原子里，电子按能量的高低由里到外分层排布。

②每一个电子层最多容纳2n²个电子(n为电子层数)。

③最外层最多不超过8个电子，次外层最多不超过18个电子，倒数第三层最多不超过32个电子。

(5)原子或离子结构示意图

原子：核电荷数=核外电子数；

阳离子：核电荷数>核外电子数；

阴离子：核电荷数<核外电子数.

【练习】写出K⁺、Cl^-、的原子结构示意图。

5、核外电子数相同的微粒

(1)“10e^－”微粒

①分子：Ne，HF，H₂O，NH₃，CH₄；

②阳离子：：Na⁺，Mg²⁺，Al³⁺，H₃O⁺，NH₄⁺；

③阴离子：F^-，O^2-，N^3-，OH^-，NH₂^-。

(2)“18e^－”微粒

①分子：Ar、F₂、HCl、H₂S、PH₃、SiH₄、H₂O₂、C₂H₆、CH₃OH、N₂H₄ ；

②阳离子：K^＋、Ca²^＋；

③阴离子：Cl^－、S²^－、HS^－^-，O₂^2--。

寻找10电子微粒和18电子微粒的方法

①10电子微粒：

②18电子微粒

(3)其他等电子微粒

①“14e^－”：Si、N₂、CO、C₂H₂、C；

②“16e^－”：S、O₂、C₂H₄、HCHO。

例题：X、Y、Z和R分别代表四种元素，如果_aX^m^＋、_bYⁿ^＋、_cZⁿ^－、 _dR^m^－四种离子的电子层结构相同(a、b、c、d为元素的原子序数)，则下列关系正确的是(　　)

A．a－c＝m－n B．a－b＝n－m C．c－d＝m＋n D．b－d＝n＋m

6．半径规律

（1）原子半径>相应阳离子半径，原子半径<相应阴离子半径。

（2）核外电子排布相同的离子，核电荷数越大，微粒半径越小。

（3）同一周期元素从左至右原子半径逐渐减小(稀有气体元素除外)。

（4）同一主族元素从上至下原子半径逐渐增大。

深度思考

下图为四种粒子的结构示意图，完成以下填空：

A. B. C. D.

(1)属于阳离子结构的粒子是________(填字母序号，下同)。

(2)B粒子的半径________C粒子的半径(填“大于”、“小于”或“等于”)。

(3)某元素R形成的氧化物为R₂O₃，则R的原子结构示意图可能是________。

答案　(1)B　(2)小于　(3)D

元素、同位素、核素概念的辨析：

	元素	同位素	核素
概念	具有相同核电荷数的一类原子的总称	质子数相同而中子数不同的同一元素的不同核素互称为同位素	具有一定数目质子和一定数目中子的一种原子
对象	宏观概念，对同类原子而言；既有游离态，又有化合态	微观概念，对某种元素的原子而言，因为有同位素，所以原子种类多于元素种类	微观概念，指元素的具体的某种原子
特征	以单质或化合物形式存在，性质通过形成单质或化合物来体现	同位素化学性质几乎相同，因为质量数不同，物理性质有差异，天然存在的各种同位素所占的原子个数百分比一般不变	具有真实的质量，不同核素的质量不相同
决定因素	质子数	质子数和中子数	质子数和中子数

特别提醒：同位素是同一元素的不同核素之间的互称，大多数元素有同位数(但Na、Al、F等没有同位素)。因此目前发现的元素有一百多种，但核素有一千多种。

题组一　核外电子排布规律的简单应用

1．两种元素原子X和Y，X原子的M层比Y原子的M层少3个电子，Y原子的L层电子数恰好是X原子L层电子数的两倍，则X、Y分别是 (　　)

A．硅原子和钠原子 B．硼原子和氮原子

C．氮原子和碳原子 D．碳原子和铝原子

答案　D

解析　由于Y原子的M层电子比X原子的M层电子多3个电子，说明Y的M层电子数至少有3个，那么Y的L层必定有8个电子，则X的L层只有4个电子，M层无电子。由此推出Y的核外电子总数为13，X的核外电子总数为6。所以X、Y的核电荷数分别是6和13，即为碳原子和铝原子。

2．原子的核电荷数小于18的某元素X，其原子的电子层数为n，最外层电子数为2n＋1，原子核内质子数为2n²－1。下列有关X的说法中不正确的是 (　　)

A．X能形成化学式为X(OH)₃的碱

B．X能与某些金属元素形成化合物

C．X原子的最外层电子数和核电荷数肯定为奇数

D．X可能形成化学式为KXO₃的盐

答案　A

解析　符合题意的元素X可能是氮或氯元素，A项不正确。

3．已知X、Y、Z都是短周期元素，它们的原子序数依次增大，X原子的电子层数与它的核外电子总数相等，而Z原子的最外层电子数是次外层的3倍，Y和Z可以形成两种以上气态化合物，则下列说法错误的是 (　　)

A．Y和Z可以组成一种Y和Z的质量比为7∶8的化合物

B．X、Y、Z可以组成一种盐

C．X和Z可以组成原子个数比分别为1∶1和2∶1常温下呈液态的两种化合物

D．由X、Y、Z三种元素中的任意两种组成的10电子微粒有2种

答案　D 解析　由题中信息易推出X、Y、Z分别是H、N、O。N、O可以组成NO，其中N、O两种元素的质量比为7∶8，A正确。H、N、O可组成NH₄NO₃，B正确。H、O可组成H₂O、H₂O₂两种常温下呈液态的化合物，C正确。H、N、O中的任意两种元素组成的10电子微粒有H₂O、NH₃、NH、OH^－、H₃O^＋等，D 错误。

题组二　核外电子排布规律与其他性质的综合应用

4．现有部分元素的原子结构特点如表：

X	L层电子数是K层电子数的3倍
Y	核外电子层数等于原子序数
Z	L层电子数是K层和M层电子数之和
W	共用三对电子形成双原子分子，常温下为气体单质

(1)画出W原子结构示意图_____________________。

(2)元素X与元素Z相比，非金属性较强的是__________，写出一个能表示X、Z非金属性强弱关系的化学反应方程式_____________________。

(3)X、Y、Z、W四种元素形成的一种离子化合物，其水溶液显强酸性，该化合物的化学式为__________。

(4)元素X和元素Y以原子个数比1∶1化合形成的化合物Q，元素W和元素Y化合形成的化合物M，Q和M的电子总数相等。以M为燃料，Q为氧化剂，可作火箭推进剂，最终生成无毒的，且在自然界中稳定存在的物质，写出该反应的化学方程式_________________________________。

答案　(1)

(2)X(或氧)　2H₂S＋O₂2H₂O＋2S↓

(3)NH₄HSO₄

(4)N₂H₄＋2H₂O₂N₂↑＋4H₂O

解析　L层电子数是K层电子数的3倍，即L层有6个电子，故X为氧元素；核外电子层数等于原子序数的元素只有氢，故Y为氢元素；Z元素的K、L层分别有2个和8个电子，则M层上有6个电子，故Z为硫元素；常温下为气态双原子分子，且原子间以三键结合的只有N₂，故W为氮元素。问题(2)中能说明氧比硫非金属性强的事实有很多，其中较为直观的是O₂置换H₂S中的S。问题(4)中H、O形成的原子个数比为1∶1的化合物是H₂O₂，N、H形成的化合物分子中电子数也为18的分子只能是N₂H₄。

5．A、B、C、D、E五种短周期元素的原子序数依次增大。元素A的负一价离子具有和稀有气体He一样的结构，元素B的最外层电子数是内层电子总数的2倍，元素C是短周期元素中原子半径最大的主族元素，元素D在地壳中的含量位于第二位，元素E与元素B可形成具有正四面体结构的物质。请回答下列问题。

(1)在周期表中，元素B位于第________周期第________族；A与C形成的离子化合物的化学式为____________________________________；

A与C形成的离子化合物与水反应的化学方程式为_____________________。

(2)C形成的简单离子的离子结构示意图为_________________________。

(3)D、E元素形成的化合物可与水反应生成一种沉淀和一种气体，试写出该反应的化学方程式：_______________________________________。

(4)单质B与水反应是将B充分利用的措施之一，试写出该反应的化学方程式：____________________________________。

答案　(1)二　ⅣA　NaH NaH＋H₂O===NaOH＋H₂↑ (2)

(3)SiCl₄＋3H₂O===H₂SiO₃↓＋4HCl↑ (4)C＋H₂O(g)CO＋H₂

解析　根据题意推测判断A为H，B为C，C为Na，D为Si，E为Cl。

题组三　10e、18e微粒应用

6．设X、Y、Z代表元素周期表中前4周期的三种元素，已知X^＋和Y^－具有相同的电子层结构；Z元素的原子核内质子数比Y元素的原子核内质子数少9；Y和Z两种元素可形成含4个原子核、42个电子的负一价阴离子。下列说法不正确的是 (　　)

A．元素Z的气态氢化物分子中含有10个电子

B．元素Y的气态氢化物分子中含有18个电子

C．元素Z与元素X形成的化合物X₂Z中离子都达到稳定结构

D．元素Y、Z组成的化合物属于离子化合物

答案　D

解析　由“X^＋和Y^－具有相同的电子层结构”知X^＋和Y^－的最外层都是8电子，推知X为ⅠA族元素、Y为ⅦA族元素；又因“Z元素的原子核内质子数比Y元素的原子核内质子数少9”，故Y为氯、Z为氧、X为钾。水分子中含有10个电子，氯化氢分子中含有18个电子，K₂O中的钾离子、氧离子均达到最外层8电子稳定结构。氯、氧组成的化合物为共价化合物。本题也可从常见的4核负一价阴离子NO、ClO角度来分析，然后根据“Z原子质子数比Y原子质子数少9”推知Y是氯、Z是氧。