高中化学选择性必修二 1.2.1 原子结构与元素周期表教学设计下学期

第一章　原子结构与性质

第二节   原子结构与元素的性质

1.2.1　原子结构与元素周期表

本节内容分为两部分：第一部分在复习原子结构及元素周期表相关知识的基础上，从原子核外电子排布的特点出发，结合元素周期表进一步探究元素在周期表中的位置与原子结构的关系。第二部分在复习元素的核外电子排布、元素的主要化合价、元素的金属性与非金属性周期性变化的基础上，进一步从原子半径、电离能以及电负性等方面探究元素性质的周期性变化规律。教学过程中应注意帮助学生根据元素原子核外电子排布特点，以及从原子半径、电离能及电负性等方面加深对元素周期律、元素周期表及元素“位一构一性”三者关系的理解。

教学重点：原子核外电子排布与元素周期表分区的关系

教学难点：原子核外电子排布与元素周期表分区的关系

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【导入新课】

现代化学的元素周期律是1869年俄国科学家门捷列夫(Dmitri Mendeleev)首先创造的，他将当时已知的63种元素依相对原子质量大小并以表的形式排列，把有相似化学性质的元素放在同一列，制成元素周期表的雏形。经过多年修订后才成为当代的周期表。

在化学教科书和字典中，都附有一张“元素周期表（英文：the periodic table of elements）”。这张表揭示了物质世界的秘密，把一些看来似乎互不相关的元素统一起来，组成了一个完整的自然体系。它的发明，是近代化学史上的一个创举，对于促进化学的发展，起了巨大的作用。

【新课讲授】

一、元素周期律 元素周期系  元素周期表

1.概念辨析

(1)元素周期系:元素性质随元素原子的核电荷数递增发生周期性递变

(2)元素周期系：元素按原子核电荷数递增排列的序列

(3)元素周期表的发展历程

元素周期系只有一个，元素周期表多种多样

第一张周期表——门捷列夫周期表。

门捷列夫周期表最重要的特征是从第四周期开始每个周期截成两截，第1~7族分主副族，第八族称为过渡元素。主副族和第八族的概念使用至今，但过渡元素的概念不同了。

第二张周期表——维尔纳周期表，

维尔纳周期表是特长式周期表，每个周期一行，各族元素、过渡金属、稀有气体、镧系和锕系，各有各的位置，同族元素上下对齐，尽管当时镧系和锕系的概念尚未形成，不知道它们有多少种元素。

维尔纳周期表前五个周期的元素种类被完全确定——2、8、8、18、18，但第六、七周期因镧系和锕系元素种类未知而未定。现今的元素周期表与维尔纳周期表相似，但也有差异，如维尔纳周期表中Be、Mg的位置与现今周期表不同。

第三张——玻尔周期表

玻尔用原子结构来解释周期系，他认识到，21~28、39~46等元素的原子新增加的电子是填入内层轨道的。玻尔得知镧（La）后14种元素基态原子有4f电子，也用方框框起，而且第六周期为32种元素，但第七周期元素所知甚少。玻尔周期表还用直线连接前后周期的相关元素（同族元素），这是因为玻尔已经知道，它们的价电子数相等。

【过渡】

每周期先出现碱金属元素，标志着建立新电子层，随着核电荷数的增加，出现稀有气体元素，标志着新电子层的结束，各周期元素原子的核外电子排布重复出现从ns1到ns2np6(除第一周期)的周期性变化。这就形成了元素周期系。根据构造原理得出的核外电子排布，可以解释元素周期系的基本结构，接下来我们来分析周期系中每个周期的元素数。

【学生活动】

每周期价电子排布式、最多容纳的电子数及元素数

【讲解】

第一周期从1s1开始，以1s2结束，只有两种元素。其余各周期总是从ns能级开始，以np结束，而从ns能级开始以np结束递增的核电荷数（或电子数）就等于每个周期里的元素数。具体数据如下：

1s    2s 2p    3s 3p   4s 3d 4p    5s 4d 5p    6s 4f 5d 6p     7s……

2      8        8       18      18            32     

【讲解】

若以一个方格代表一种元素，每个周期排一个横排，并按s、p、d、f分段，左侧对齐，可得到如下元素周期表。

【展示】按s、p、d、f将元素周期表分段。

【过渡】

在元素周期表中，同族元素价层电子数相同，这是同族元素性质相似的结构基础。

【学生活动】

总结原子核外电子排布与族的关系

【总结】

①价电子。主族元素的价电子为该元素原子的最外层电子。如碱金属元素原子的价电子排布为ns1。副族元素的价电子与其最外层电子和次外层电子有关(镧系、锕系元素还与次次外层的f电子有关)。如铁元素的价电子排布式为3d64s2。

②主族元素。主族元素的族序数=原子的最外层电子数。同主族元素原子的价电子排布相同,价电子全部排布在ns或ns、np能级上(如下表所示)。

③稀有气体元素的价电子排布为ns2np6(He为1s2)。

④副族元素：

【学生活动】

仔细考察书末的元素周期表，回答下列问题

(1)元素周期表共有几个周期？每个周期各有多少种元素？为什么第一周期结尾元素的电子排布跟同族的其他周期元素的不同？

(2)元素周期表共有多少个列？各列的价层电子数各为多少？同列元素价层电子数是否相等？元周期表可分为哪些族？族序有什么规律？

(3)为什么在元素周期表中非金属主要集中在右上角三角区内？

【讲解】

(1)在周期表中，把能层数相同的元素，按原子序数递增的顺序从左到右排成横行，称之为周期，有7个；在把不同横行中最外层电子数相同的元素，按能层数递增的顺序由上而下排成纵行，称之为族，共有18个纵行，16 个族。16个族又可分为主族、副族、0族。

(2)根据构造原理，除第一周期外，其余周期总是从ns能级开始，以np能级结束，递增的核电荷数(或电子数)等于该周期的元素数。

[提示]

由元素的价电子结构和元素周期表中元素性质递变规律可知，在元素周期表中，同周期的元素从左到右非金属性渐强，同主族元素从上到下非金属性渐弱，结果使元素周期表右上角的元素主要呈现非金属性。处于非金属三角区边缘的元素既能表现出一定的非金属性，又能表现出一定的金属性，因此，这些元素常被称之为半金属或准金属。

【解释与整理】

回答上述问题和你提出的问题，并整理出你对元素周期表的新认识。

【讨论】

(1)为什么副族元素又称为过渡元素？过渡元素价层电子数跟它们的族序数有什么关系？写出它们的价层电子排布通式。

[提示]副族元素处于金属元素向非金属元素过渡的区域，因此，又把副族元素称为过渡元素。

(2)按照核外电子排布，可把元素周期表划分成5个区。除ds区外，各区的名称来自按构造原理最后填入电子的能级的符号。s区、d区和p区分别有几个列？为什么s区（除氢元素）、d区和ds区的元素都是金属元素？

[提示]

（3)处于非金属与金属分界线上的元素常被称为半金属或类金属，为什么？

[提示]

在元素周期表中位于金属和非金属分界线上的元素兼有金属和非金属的性质，位于此处的元素（如硼、硅、锗、砷、锑等）常被称为半金属或类金属（一般可用作半导体材料）。

（4)在周期表里找出Cr和Cu的价层电子，它们的电子排布符合构造原理吗？此外还有哪些元素的基态原子电子排布不符合构造原理？

[提示]

Cr和Cu的价层电子，它们的电子排布不符合构造原理，Mo、Ag、Au基态原子电子排布不符合构造原理。

（5)预言119号元素基态原子最外层电子排布；预言第八周期有多少种元素。

[提示]

119号元素基态原子最外层电子排布8s1，第八周期有50中元素。

【讲解】

在元素周期表中，某些主族元素与右下方的主族元素的有些性质是相似的（如锂和镁在过量的氧气中燃烧均生成正常氧化物，而不是过氧化物），这种相似性称为对角线规则。对角线规则是从相关元素及其化合物的许多性质中总结出来的经验规则

【课堂小结】

通过本节课的学习，掌握原子结构与元素周期表的关系，提升对元素周期表的认识。

1. 下列有关元素周期表及元素周期律的说法错误的是

A. N能层的能级数最多为3个
B. Cu元素在元素周期表的ds区
C. F元素在同周期中电负性最大
D. 根据对角线规则，铍和铝的化学性质具有相似性

【答案】A

【解析】

A.N能层的能级数为4个，故A错误；
B.根据Cu元素在元素周期表位置判断，Cu元素在元素周期表的ds区，故B正确；
C.F元素的非金属性最强，所以F元素在同周期中电负性最大，故C正确；
D.对角线规则为：沿周期表中金属与非金属分界线方向对角的两主族元素性质相似，铍和铝位置关系符合对角线规则，物质的化学性质相似，故D正确。
故选A。

2. 元素的分区及在元素周期表中的位置与元素原子的结构密不可分，下列说法正确的是      

A. 所有非金属元素都分布在p区
B. s区元素的最后一个电子进入p轨道或者s轨道
C. 元素周期表中ⅢB族到ⅡB族10个纵行的元素都是金属元素
D. 所有金属元素都是过渡元素

【答案】C

【解析】

A.周期表中大部分非金属都分布在p区，但氢元素分布在s区，故A错误；
B.s区元素最后一个电子都进入s轨道，故B错误；
C.元素周期表中ⅢB族到ⅡB族10个纵行的元素都是金属元素，故C正确；
D.周期表中主族中的金属元素不属于过渡元素，故D错误。
故选C。

3. 已知某基态原子的电子排布式为，该元素在周期表中的位置和区分别是   

A. 第四周期ⅡB族；s区 B. 第四周期ⅧB族；d区
C. 第四周期Ⅷ族；d区 D. 第四周期Ⅷ族；ds区

【答案】C

【解析】

由原子的电子排布式为可知共有4个电子层，为第四周期元素，价电子排布式为，为d区元素，位于第四周期Ⅷ族。
故选C。
4.元素周期表中，铍与铝处于对角线的位置，它们的性质相似。试回答：

元素在周期表的位置______________________。

比较、、微粒半径的大小_______________________。

下列有关Be性质的推断正确的是_______________________。

是一种轻金属，能与冷水反应

氧化铍具有高熔点

常温时，溶液的

已知： ，写出与水反应的方程式__________________。

【答案】第二周期第ⅡA族


 

【解析】

铍与铝处于对角线的位置，Al位于第三周期ⅢA族，可知Be位于第二周期第ⅡA族；
故答案为：第二周期第ⅡA族；
具有相同电子层结构的离子中原子序数大的离子半径小，电子层越多，离子半径越大，则离子半径为  ；
故答案为：；
与冷水不反应，可知Be是一种轻金属，但不能与冷水反应，故a错误；
的熔点高，可知氧化铍具有高熔点，故b正确；
氯化铝溶液显酸性，可知常温时，溶液的，故c正确；
故答案为：bc；
由可知，，则与水反应的方程式为：，
故答案为：。
5.元素周期表的形式多种多样，如图是扇形元素周期表的一部分，对比中学常见元素周期表，思考扇形元素周期表的填充规律，回答下列问题：
 

写出在长式周期表中的位置：________________。

在元素中，金属性最强的是________填元素符号，元素形成的简单离子半径由小到大的顺序是________________用离子符号表示。

中元素的最高价氧化物对应水化物的酸性最强的是________填化学式。写出和的最高价氧化物对应的水化物反应的离子方程式：________________________。

表中元素和可以形成一种淡黄色物质X，与水反应转移的电子数为_____。

表中元素和可形成一种相对分子质量为66的共价化合物Y，Y分子中各原子均达到8电子稳定结构，Y的电子式为________________________。

【答案】第四周期第Ⅷ族

；

；

【解析】

由元素在周期表中的位置可知，元素分别为H、C、N、O、F、Na、Mg、Al、S、Cl、Fe。
为Fe元素，在长式周期表中的位置第四周期第Ⅷ族；
在元素中，金属性最强的是Na；离子电子层数越多，其离子半径越大，电子层结构相同的离子，离子半径随着原子序数增大而减小，离子半径由小到大的顺序是；
非金属性越强最高价氧化物对应水化物的酸性越强，氯的非金属性强于硫，所以酸性较强的是 ；氢氧化铝与氢氧化钠反应的离子方程式为；
表中元素和可以形成一种淡黄色物质X为过氧化钠，，反应转移，与水反应转移电子数为 ；
表中元素元素和元素可形成一种相对分子质量为66的共价化合物Y为，Y分子中各原子均达到8电子稳定结构，Y的电子式为。

通过对元素周期表发展史的了解，认识科学家对元素周期表经历的探索过程，培养科学态度与社会责任。通过对原子结构与元素周期表的关系的认识，进一步熟悉元素周期表的结构，通过对构造原理与元素周期表分区关系的分析，了解元素周期表是微观上原子核外电子排布的宏观表达方式，能够从原子结构的角度认识元素周期表中区的划分。培养宏观辨识与微观探析科学素养。