第14讲 原子结构与元素周期表 -【暑假衔接】新高一化学暑假讲义+习题（人教版2019必修第一册）

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第14讲 原子结构与元素周期表
1、认识原子的构成，了解原子核外电子排布规律，能画出1～20号元素的原子结构示意图。
2、能从原子结构的角度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。
3、了解元素周期表的发展历程及现行元素周期表的结构。
4、知道元素、核素、同位素、eq \\al(A,Z)X的含义，并能比较它们的不同。
5、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。
6、能设计实验方案，探究同主族元素性质的递变性
7、巩固原子的构成，加深对核素、同位素概念的理解，熟练掌握核电荷数、质子数、中子数、质量数之间的关系。
8、熟练掌握元素周期表的结构，能用原子结构理论解释同族元素性质的相似性和递变性。
一、原子的构成
1、构成原子的微粒及其性质
2、质量数
(1)概念：将原子核内所有 和 的相对质量取近似 ，所得的数值叫做质量数，常用 表示。
(2)构成原子的粒子间的两个关系
①质量数(A)＝ 。
②质子数＝核电荷数＝ 。
二、原子核外电子排布
1、电子层
(1)概念：在含有多个电子的原子里，电子分别在 的区域内运动。我们把不同的区域简化为 ，也称作电子层。
如图为电子层模型示意图：
(2)不同电子层的表示及能量关系
2、核外电子排布规律
(1)电子总是尽可能先从 排起，当一层 后再填充下一层，即按K→L→M……顺序排列。
(2)原子核外第n层最多能容纳的电子数为 。
(3)K层为最外层时最多能容纳的电子数为 ，除K层外，其他各层为最外层时，最多能容纳的电子数为 。
(4)K层为次外层时，所排电子数为 ，除K层外，其他各层为次外层时，最多能容纳的电子数为 。
3、核外电子排布的表示方法——原子结构示意图
4．常见的10e－和18e－微粒
(1)10e－微粒
单核微粒：O2－、F－、Ne、Na＋、Mg2＋、Al3＋
多核微粒：CH4、NH3、H2O、HF、OH－、NHeq \\al(－,2)、NHeq \\al(＋,4)、H3O＋
(2)18e－微粒
单核微粒：S2－、Cl－、Ar、K＋、Ca2＋
多核微粒：SiH4、PH3、H2S、HCl、HS－、H2O2、N2H4、F2
三、核素，同位素
1、元素
(1)概念：具有相同 的一类 的总称。
(2)决定元素种类的是 。
2、核素
(1)概念：具有一定数目 和一定数目 的一种原子。表示方法：eq \\al(A,Z)X。
(2)实例
3、同位素
(1)概念： 相同而 不同的同一 的不同原子互称为同位素(即同一 的不同 互称为同位素)。“同位”是指核素的 相同，在元素周期表中占有 的位置。
例如：氢元素有eq \\al(1,1)H、eq \\al(2,1)H、eq \\al(3,1)H三种核素；碳元素有eq \\ar(12, 6)C、eq \\ar(13, 6)C、eq \\ar(14, 6)C等核素；氧元素有eq \\ar(16, 8)O、eq \\ar(17, 8)O和eq \\ar(18, 8)O三种核素；铀元素有eq \\ar(234, 92)U、eq \\ar(235, 92)U、eq \\ar(238, 92)U等核素。
(2)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 。
(3)常见同位素的用途
①考古测定文物的年代的是eq \\ar(14, 6)C；
②制造氢弹的是 ；
③利用放射性同位素释放的射线 、金属 、诊断和治疗疾病等。
四、元素周期表的编排原则与结构
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 给元素编的序号。
(2)原子序数＝ ＝ ＝ 。
(3)横行原则：把 相同的元素，按 的顺序从左到右排列。
(4)纵列原则：把不同横行中 相同的元素，按 的顺序由上而下排列。
3、元素周期表的结构
元素周期表有 个横行， 个纵列。每一个横行叫做一个 ，每一个纵列叫做一个 三个纵列共同组成第Ⅷ族)。
(1)周期
①周期序数＝
②周期的分类
(2)族
①周期表中族的特点和划分
②常见族的别称
4、元素周期表中方格里的符号的意义
五、碱金属元素
1、碱金属元素的原子结构
2、实验探究——碱金属化学性质的比较
(1)钠、钾与氧气的反应
(2)钠、钾与水的反应
3、碱金属元素单质物理性质的相似性和递变性
七、卤族元素
1、卤素单质的物理性质
2、卤族元素的原子结构
3、卤素单质的化学性质
(1)卤素单质与氢气反应
(2)卤素单质间的置换反应的实验探究
八、原子结构和核素
1、构成原子的微粒及作用
2、微粒符号周围数字的含义
(1)质量数(A)＝ 。
(2)原子序数＝核电荷数＝质子数＝原子的核外电子数。
3、元素、核素、同位素的关系
九、同主族元素性质的相似性和递变性
考点一：元素周期表
例1．（2023重庆市合川中学高一期末）元素周期表是指导化学学习的工具，下列说法正确的是
A．IA族元素全部是金属元素，称为碱金属元素
B．元素周期表纵向看，由16个纵列构成，共16个族
C．元素周期表中元素种类最多的族是第ⅢB族
D．原子最外层有2个电子的元素都在ⅡA族
考点二：核外电子排布
例2.某粒子的结构示意图为，下列关于该粒子的说法正确的是( )
A．该粒子为阳离子 B．最外层电子数为2
C．核外电子数为8 D．核外有3个电子层
考点三： 元素、核素、同位素和同素异形体
例3.(2023广东佛山高一期末)科学家以钙离子撞击锎(Cf)靶，产生了一种超重元素——(Og)，其反应可表示为：eq \\ar(249, 98)Cf＋eq \\al(48,20)Ca―→eq \\al(294,118)Og＋3eq \\al(1,0)n。下列说法正确的是( )
A.eq \\ar(249, 98)Cf的电子数为151
B.eq \\al(294,118)Og的中子数为294
C.eq \\al(48,20)Ca和eq \\al(40,20)Ca互为同素异形体
D. eq \\ar(249, 98)Cf和eq \\ar(250, 98)Cf互为同位素
考点四：卤族元素
例4．(2023广东湛江高一期末)已知一般情况下原子核外最外层电子数相等的元素具有相似的化学性质。氟元素原子的核外电子排布示意图为。下列原子中，与氟元素原子的化学性质相似的是( )
考点五：碱金属
例5.（2023天津河西天津实验中学高一期末）下列叙述正确的是
A．Na在空气中燃烧会生成Na2O2，故Li在空气中燃烧也会生成Li2O2
B．碱金属元素是指ⅠA族的所有元素
C．在熔融状态下，钠可以从MgCl2中置换出镁
D．Li、Na、K都可以保存在煤油中
1、（2023重庆九龙坡育才中学高一期末）下列说法正确的是
A．和互为同位素 B．金刚石、石墨互为同素异形体
C．和的核外电子排布不同 D．与的质量数相同
2、（2023北京汇文中学高一期末）和呼气试验都是检测幽门螺杆菌常用且较为敏感的测试方法。下面有关和的叙述中，不正确的是
A．与互为同位素 B．与具有相同的质量数
C．与质子数相同 D．与形成的单质化学性质基本相同
3、（2023北京西城高一期末）铈()是稀土元素中丰度最高的元素，广泛应用于医药、玻璃、纺织等工业。下列关于和的说法中，正确的是
A．和互为同位素 B．和都含有58个中子
C．和含有不同的质子数 D．和含有不同的电子数
4、（2023辽宁沈阳第十中学高一期末）(核磁共振)、可用于测定蛋白质、核酸等生物大分子的空间结构，Kurt Wuthrich等人为此获得2002年诺贝尔化学奖。下面有关、的叙述正确的是
A．与具有相同的中子数
B．的中子数与的核外电子数相同
C．与互为同位素
D．与互为同素异形体
5、（2023北京东城高一期末）下列关于碱金属元素的说法中，不正确的是
A．原子核外最外层电子数都是1
B．单质与水反应的剧烈程度：K＞Na
C．最高价氧化物对应水化物的碱性：LiOH ＜KOH
D．碱金属元素的单质在氧气中燃烧均生成过氧化物
6、（2023重庆沙坪坝重庆南开中学高一期末）铁60同位素的现身，揭秘了超新星爆炸历史真相。下列说法中正确的是
A．铁60的质子数为60
B．与的核外电子数相同，属于不同核素
C．的核内质子数比中子数多8
D．与的化学性质相似，互为同素异形体
7、（2023上海同济大学第一附属中高一期末）设NA为阿伏伽德罗常数的值，下列有关说法正确的是
A．3mlT216O分子中的中子总数为42NA
B．33.6LCO2中含有的原子数是4.5NA
C．0.2ml/LNaCl溶液中含有Na+数是0.2NA
D．1ml中有8NA个电子
8、（2023广东江门第一中学高一期末）下列表示反应中相关微粒的化学用语不正确的是
A．的结构式为：N≡N B．与互为同位素
C．原子核外有98个中子 D．与互为同素异形体
9、（2022秋·上海浦东新·高一上海市川沙中学校考期末）下列说法中错误的是
①同位素的化学性质基本相同②质子数相同的微粒一定是同种元素③电子数相同的微粒不一定是同一种原子④某种元素的相对原子质量取整数，就是其质量数
A．①③ B．③④ C．①② D．②④
10、（双选）（2023上海奉贤中学高一期末）《自然》杂志曾报道我国科学家通过测、量SiO2中26Al和10Be两种核素的比例确定“北京人”生存年代的研究结果，这种测量方法叫“铝铍测年法”，根据以上说法：26Al和27Al_______(选填编号)。
A．是同一种元素 B．是同一种核素
C．具有相同的中子数 D．具有相同的化学性质
1、（2023重庆合川中学高一期末）中共有x个电子，R原子的质量数为A，则a克中含有质子的物质的量为
A． B．
C． D．
2、（2023天津河西实验中学高一期末）向NaBr和KI的混合溶液中，通入足量的Cl2后，将溶液蒸干并灼烧，最后得到的物质是
A．NaBr和KI B．NaBr和KCl C．NaCl和KCl D．NaCl、KCl和I2
3、（2023吉林长春吉大附中实验学校长高一期末）设为阿伏加德罗常数的值，下列说法不正确的是
A．标准状况下，中含有中子数为
B．用足量水吸收1ml，所得溶液中、HClO、微粒数目之和小于2
C．100mL的NaOH水溶液中含有氧原子数为0.01
D．查德威克发现了中子：，当产生时，产物X中含中子数为3
4、（2023广东广州市南武中学校高一期末）Li和在450℃时反应制得储氢燃料，易水解，在空气中加热可发生剧烈燃烧。下图是某实验小组设计的实验宊制备少量装置图。下列有关说法不正确的是
A．洗气瓶a中盛放NaOH溶液
B．反应时，先点燃c中酒精灯，再对d加热
C．取少量反应后固体，滴加酚酞溶液，若溶液变红说明反应后固体中一定含
D．浓硫酸的作用是防止空气中的水蒸气和氧气进入d，避免水解和燃烧
5、(2023福建省福州高级中学高一期中)下列说法正确的是( )
A．某单核微粒的核外电子排布如图所示，则该微粒一定是氩原子
B．最外层只有1个电子的元素一定是金属元素
C．NHeq \\al(＋,4)与H3O＋具有相同的质子数和电子数
D．最外层电子数是次外层电子数2倍的元素的原子容易失去电子成为阳离子
6、（2023浙江省嘉兴一中、湖州中学高一期中联考）一定量的氢气在氯气中燃烧，所得混合物用100mL质量分数为20%，密度为1.2g/cm3的NaOH溶液吸收，恰好完全吸收，测得溶液中含有NaClO的物质的量为0.1ml。
（1）原NaOH溶液的物质的量浓度为___ml/L；
（2）所得溶液中Cl－的物质的量为___ml；
（3）原混合气体中氯气和氢气的物质的量之比为___。
7、（2023上海市奉贤中学高一期末）自然界一共存在三种硅的稳定同位素，分别是28Si、29Si和30Si。
①Si原子的结构示意图为_______。
②计算硅元素的近似相对原子质量的计算式为；，其中a1%、a2%……是指各同位素的_______。
8、（2023上海市奉贤中学高一期末）已知硫化氢气体可以使酸性高锰酸钾溶液褪色。
①用单线桥法标出电子转移的方向和数目_______。
②氧化产物是_______，被还原的元素为_______。
③若11.2 L(标准状况下)H2S气体完全反应，则反应中转移电子个数为_______(用NA表示阿伏伽德罗常数)
④该反应中氧化剂和还原剂的物质的量之比为_______。
9、（2023上海徐汇南洋中学高一期末）我国展开“嫦娥探月”工程，向月球发起探索。2020年嫦娥五号一次带回1700多克月壤样本。研究表明，月球上有丰富的He资源，可开发用作未来的新型能源。
(1)He与He它们的原子结构不同之处_______。
(2)α粒子是带有2个单位正电荷、质量数为4的氦离子，由此推断一个α粒子含有_______个中子和_______个电子，α粒子是_______(填正或负离子)，它的结构示意图为_______。
(3)利用核聚变发电，3He是最安全的最清洁的能源，下列说法正确的是_______。
A．3He、4He的化学性质基本相同B．3He、4He具有相同的电子数
C．3He核聚变是化学变化D．3He液化是化学变化
(4)同温同压下，下列关于氦气和氧气的叙述中，正确的是_______。
①氦气和氧气所含的分子数相同
②氦分子间的平均距离和氧分子间的平均距离几乎是相等的
③氦分子与氧分子的大小几乎相同
④氦分子和氧分子本身大小对于气体体积影响可以忽略不计
⑤氦气与氧气的密度之比等于32：4
A．①② B．②④ C．③⑤ D．②③
(5)16克氧气含有n个O2分子，则阿佛加德罗常数可表示为_______。
A．2n B．(1/2)n C．16n D．(1/16)n
(6)人造空气(氧气和氦气的混合气)可用于减轻某些疾病或供深水潜水员使用。在标准状况下，11.2L“人造空气”的质量是4.8g，该混合气体的平均分子量为_______，其中氧气和氦气的分子数之比是_______。
10、（2023上海黄浦高一期末）分子、原子、离子、电子等微观粒子，是化学最基本的研究对象。这些粒子的结合重组，是构成物质及其物质变化和能量变化的根本原因。
(1)某元素X的负离子与氖原子的电子层结构相同。标准状况时X可形成气体，经测定气体为。写出X的负离子的结构示意图：_______；写出X原子核内含10个中子的原子的化学符号：_______。
(2)根据下列微粒回答问题：①、②、③、④、⑤、⑥
以上6种微粒共有_______种核素，_______种元素。互为同位素的是_______(填序号，下同)。质量数相等的是_______，中子数相等的是_______。
(3)相同物质的量的与的质量之比为_______；中子数之比为_______；电子数之比为_______。
(4)个分子的摩尔质量是_______。
(5)两个同容积的密闭容器A、B，在下，A中充入气体，B中充入气体，A与B内的压强之比是，A的相对分子质量为_______。
(6)自然界中的铀元素主要以三种同位素的形式存在，三种同位素的原子百分含量分别为：为0.005%，为0.72%，为99.275%。请计算轴元素的近似相对原子质量(结果保留至小数点后第二位)_______。
各电子层由内到外
电子层数
1
2
3
4
5
6
7
字母代号







离核远近
由 到
能量高低
由 到
核电荷数
元素名称
元素符号
各电子层的电子数
K
L
M
N
O
P
2
氦
He
2
10
氖
Ne
2
8
18
氩
Ar
2
8
8
36
氪
Kr
2
8
18
8
54
氙
Xe
2
8
18
18
8
86
氡
Rn
2
8
18
32
18
8
原子符号(eq \\al(A,Z)X)
原子名称
氢元素的原子核
质子数(Z)
中子数(N)
eq \\al(1,1)H
氕


eq \\al(2,1)H或D
氘


eq \\al(3,1)H或T
氚


周期序数
起止元素
包括元素种数
核外电子层数
1
H～He
2
1
2
Li～Ne
8
2
3
Na～Ar
8
3
4
K～Kr
18
4
5
Rb～Xe
18
5
6
Cs～Rn
32
6
7
Fr～Og(118号)
32
7
特点
主族元素的族序数＝
分类
主族
共有 个，包括 ，由短周期和长周期元素共同构成
副族
共有 个，包括 ，完全由长周期元素构成
0族
占据元素周期表的第 纵列，最外层电子数为 (He是2)，很难与其他物质发生化学反应，化合价定为0价
族
别名
第ⅠA族(除氢外)
元素
第ⅦA族
元素
0族
稀有气体元素
元素名称
锂
钠
钾
铷
铯
元素符号





原子结构示意图
原子半径/nm
0.152
0.186
0.227
0.248
0.265
递变性
从Li到Cs随着核电荷数的增加，电子层数逐渐 ，原子半径逐渐
相同点
最外层均有 个电子，均易 电子，有较强 性，因此碱金属元素的化学性质具有相似性
实验现象
在空气中燃烧，钠产生 火焰，钾产生 火焰，钾燃烧更剧烈
化学方程式
2Na＋O2eq \(=====,\s\up7(△))
K＋O2eq \(――→,\s\up7(△))多种氧化物(产物中金属均为＋1价)
实验结论
钾原子半径比钠原子 ，对最外层电子的引力 ，钾比钠更 ，同理，锂可以与O2反应，但不如钠剧烈。4Li＋O2eq \(=====,\s\up7(△))2Li2O
实验现象
相同点：金属 在水面上，金属熔成闪亮的小球，小球 ，发出 ，反应后的溶液呈 色；
不同点：钾与水的反应有轻微爆炸声并着火燃烧
化学方程式
2Na＋2H2O=== ，
2K＋2H2O===
实验结论
金属性强弱顺序：K>Na，同理，Li与H2O反应不如Na剧烈
卤素单质
颜色(常态)
密度
熔点/℃
沸点/℃
F2
淡黄绿色(气体)
1.69 g·L－1(15 ℃)
－219.6
－188.1
Cl2
黄绿色(气体)
3.214 g·L－1(0 ℃)
－101
－34.6
Br2
深红棕色(液体)
3.119 g·cm－3(20 ℃)
－7.2
58.78
I2
紫黑色(固体)
4.93 g·cm－3
113.5
184.4
结论
从F2到I2，颜色逐渐 ，熔、沸点逐渐 ，密度逐渐 。
元素名称
氟
氯
溴
碘
元素符号
F
Cl
Br
I
原子结构示意图
原子半径/nm
0.071
0.099
1.12
1.32
结论
(1)相似性：最外层电子数都是 ，易 电子而具有较强的非金属性。
(2)递变性：F→I，核电荷数依次 ，电子层数依次 ，原子半径逐渐 。
卤素单质
反应条件
化学方程式
产物稳定性
F2
在暗处剧烈化合并发生爆炸
H2＋F2===2HF
很稳定
Cl2
光照或点燃
H2＋Cl2eq \(=======,\s\up7(光照或点燃))2HCl
较稳定
Br2
加热
H2＋Br2eq \(=====,\s\up7(△))2HBr
不如氯化氢稳定
I2
不断加热
H2＋I2eq \(,\s\up7(△))2HI
不稳定，同一条件下同时分解
结论
从F2到I2，与H2化合越来越 ，生成的氢化物稳定性逐渐 ，元素的非金属性逐渐 。
实验操作
实验现象
离子方程式
结论
振荡静置后，溶液由无色变为 色
2Br－＋Cl2=== Br2＋2Cl－
氧化性：
振荡静置后，溶液由无色变为 色
2I－＋Cl2=== I2＋2Cl－
振荡静置后，溶液由无色变为 色
2I－＋Br2=== I2＋2Br－
内容
同主族(从上到下)
电子层结构
电子层数
最外层电子数
原子半径
依次
得电子能力
依次
失电子能力
依次
金属性
依次
非金属性
依次
最高价氧化物对应水化物的酸碱性
酸性逐渐
碱性逐渐
非金属元素气态氢化物的形成及稳定性
气态氢化物的形成逐渐变难，气态氢化物的稳定性逐渐