物质结构元素周期律

第五章物质结构元素周期律[大纲要求]教学要点教学要求原子序数B核素选学同位素A核外电子排布规律的初步知识B（能画出1—20号元素的原子结构示意图）元素周期律C元素周期律的发现选学元素周期表（长式）B周期和族B元素周期表的应用A化学键A离子键和离子化合物C（能用电子式表示简单的离子化合物）共价键和共价化合物C（能用电子式表示简单的共价化合物）分子间作用力B离子晶体、分子晶体、原子晶体C化学键与物质结构、熔沸点之间的关系BH2O、HF、NH3中的氢键A第一节原子结构一、原子的组成与同位素[知识结构]一、元素、核素、同位素1．概念比较（1）元素是具有相同核电荷数(质子数)的同一类原子的总称；核素是具有一定数目的质子和一定数目的中子的一种原子；同一元素不同核素之间互称为同位素。（2）标号为XAZ的核素，其质子数为Z，中子数为A-Z，质量数为A。2．同位素的性质①同位素的性质化学几乎完全相同，是由于原子核外电于排布相同；物理性质不同，由于它们的中子数不同。②在天然存在的某种元素里，不论是游离态还是化合态，各种同位素所占的原子百分比一般不变。二、构成原子的粒子及其性质三、几种相对原于质量计算方法。1．核素的相对原子质量以12C原于质量的1／12作为标准，其他原于的质量跟他相比较所得的值。其国际单位制(SI)单位为l(单位1一般不写)。即12m(核素)／m(12C)(填算式)。2．核素的近似相对原子质量因为原子的质量主要集中在原子核上，原子核是由质子、中子构成，且质于、中子的相对质量均为1，所以核素的近似相对原子质量等于核素的质量数。3．元素的相对原子质量元素的各种天然同位素(稳定)原子所占的原于个数百分比与各同位素原子的相对原子质量乘积的加和。注：(1)元素或核素摩尔质量当以g·mol-1为单位时，数值上等于其相对原子质量。(2)通常元素周期表中或相对原于质量表中提供的数据是指元素的相对原子质量。二、原子核外电子排布[知识结构]一、原子核外电子运动的特征由于核外电子质量很小、运动空间很小、运动速率很快，核外电子的运动规律跟普通物体不同，它们没有确定的轨道。我们不能同时准确地测定电子在某一时刻确定的轨道、所处的位置和运动的速率，也不能描画出它的运动轨迹，只能用电子云来描述原子核外电子运动状态。二、原子核外电子的排布规律核外电子是分层排布的，其排布规律是：1．电子层最多容纳2n2(n为电子层数)个电子。2．最外层电子数目不超过8个(K层为最外层时不超过2个)微粒种类原子核电子质子中子(1)电性和电量每个质子带1个单位正电荷不显电性每个电子带1个单位负电荷(2)相对质量1．0071．0081／1836(3)作用质子数决定元素种类中子数与质子数决定原子种类核外电子数与核内质子数决定元素性质(4)数量关系①在原子中：核电荷数＝核内质子数＝核外电子数②在阳离子中：核内质子数—核外电子数＝所带电荷数③在阴离子中：核外电子数—核内质于数：所带电荷数④质子数+中子数＝质量数；核素的近似相对原子质量3．次外层电子数目不超过18个，倒数第三层电子数目不超过32个。4。电子总是尽先排布在能量最低的电子层里，然后依次排布在能量较高的电子层里(各电子层能量由低到高的顺序是：KLMNOPQ)。以上四条是相互联系的，不能孤立地理解。三、原子或离子的电子式、结构示意图1．注意原子、离子电子式书写的差异。(1)在书写原子的电子式时，只要在元素符号的周围用小黑点或小叉表示最外层电子，如：氧原子电子式为·....O·。(2)在书写离子的电子式时，简单阳离子用离子符号表示，如镁离子电子式为Mg2＋；简单阴离子要用[]，并在右上方标明所带电荷，如硫离子的电子式为[∶....S∶]2－。2．原子或离子的结构示意图中，小圆圈和圆圈内的符号和数字表示原子核和核内质子数，弧线表示电子层，弧线上的数字表示该层电子数。[例1]在1911年前后，新西兰出生的物理学家卢瑟福把—束变速运动的α粒子(质量数为4的带2个单位正电荷的微粒)，射向一片极薄的金箔。他惊奇地发现，过去一直认为原子是“实心球”，而这种“实心球”紧密排列而成的金箔，大多数α粒子竟畅通无阻地通过，就像金箔不在那儿似的。但也有极少数的。粒子发生偏转，或被笔直地弹回。根据以上实验现象能得出关于金箔中Au原子结构的一些结论，试写出其中的三点：(1)原子中存在原子核，它占原于中极小的体积；(2)原子核带正电荷，且电荷数远大α粒子；(3)金原子核质量远大于α粒子。[例2]同位素在生产、科研和医疗诊断等方面有着十分广泛的用途。1．某种蔬菜施含放射性同位素15N的氮肥，植物吸收后主要用于合成蛋白质。人食用该种蔬菜后，通过代谢15N最终出现在B中。A．氨基酸B．尿素C．氨D．蛋白质2．医学上常给病人口服Na126I溶液来诊断甲状腺疾病。这是由于合成甲状腺激素的重要原料是(C)A．铁B．钙C．碘D．钠[例3]设某元素某原子核内的质子数为m，中子数为n，则下述论断正确的是(A)A．不能由此确定该元素的相对原子质量B．这种元素的相对原于质量为m+nC．若碳原于质量为Wg，此原子的质量为（m+n）Wg；D．核内中子的总质量小于质子的总质量[例4]有关核外电子运动规律的描述错误的是(C)A．核外电子质量很小，在原子核外作高速运动B．核外电子的运动规律与普通物体不同，不能用牛顿运动定律来解释C．在电子云示意图中，通常用小黑点来表示电子绕核作高速圆周运动D．在电子云示意图中，小黑点密表示电子在核外空间单位体积内电子出现的机会多[例5]电子总数相等的微粒种类很多。电子总数为10的微粒；(1)单核离子有Na＋Mg2+Al3+N3-O2-F-等。(2)多核离子有H3O+NH4+CH5+OH-NH2-CH3-等。(3)分子有NeHFH20NH3CH4等。[例6]有A、B、C、D四种元素，其中A元素是1826年一位法国青年科学家发现的。他在研究海水制盐时，往剩余的副产物苦卤中通人氯气后，发现溶液颜色变深，再经过进一步提取可得一种红棕色有刺鼻臭味的液体，这就是A元素的单质。B、C、D均属短周期元素；D的原子核内质子数是C原子核内质子数的2倍，且它们原子的最外层上电子数相等。B原子核外的电子数是D原子的最内层上电子数的一半。则这四种元素分别为ABr、BH、CO、DS。由上述某元素的单质与另两种元素的化合物反应生成两种酸的化学方程式为Br2+H2O===HBr+HBrO。[例7]已知五种元素的原子序数的大小顺序为CABDE；A、C同周期，B、C同主族；A与B形成的离子化合物A2B中所有离子的电子数相同，其电子总数为30；D和E可形成4核10个电子分子。试回答下列问题：(1)写出五种元素名称：A钠B氧C硫D硫E氢。(2)画出C元素的离子结构示意图S2－。(3)写出下列物质的电子式：D元素形成的单质，E与B形成的化合物H∶....O∶H或H∶....O∶....O∶H，A、B、E形成的化合物Na＋[∶....O∶H]—，D与E形成的化合物H∶....HN∶H。(4)用电子式表示离子化合物A2B的形成过程：2Na×+·....O·——→Na+[×·....O×·]2-Na+。第二节元素周期律一、元素周期律[知识回顾]一、有关概念1．原于序数：按核电荷数由小到大的顺序给元素编的号，原子序数=核电荷数=核内质子数。2．元素的金属性是指元素的原子失电子的能力，原子越容易失电子，元素的金属性越强；反之，元素的金属性越弱。元素的金属性的强弱，一般可以从它的单质跟水(或酸)反应置换出氢的难易程度，以及“它的最高价氧化物的水化物一一氢氧化物的碱性强弱”来判断。素的非金属性是指元素的原子得电子的能力，原子越容易得电子，元素的非金属性越强；反之，元素的非金属性越弱。元素的非金属性的强弱，一般可以从它的最高价氧化物的水化物的酸性强弱或氢气生成气态氢化物的难易程度以及气态氢化物的稳定性来判断。3．两性氧化物是指既能与酸反应生成盐和水，又能与碱反应生成盐和水的氧化物。既能与酸反应生成盐和水，又能与碱反应生成盐和水的氢氧化物是与碱反应生成盐和水。二、元素周期律1、填表（以11号—18号元素为例元素性质的变化规律）元素11Na12Mg13A114Si15P16S17C118Ar(1)电子排布电子层数相同，最外层电子数从1依次递增到8(1)原子半径，原子半径(递减)不可比(3)主要化合价十1十2+3十4—4十5—3+6—2+7—1(4)金属性、非金属性金属性(减弱)，非金属性(增强)(5)单质与水或酸反应置换氢难易与水剧烈反应与水加热缓慢反应与酸反应，但速率比镁慢________(6)氢化物化学式______SiH4PH3H2SHCl__(7)与H2化合的难易程度______由(难)到(易)__(8)氢化物稳定性______稳定性(增大)__(9)最高价氧化物化学式Na20MgOAl2O3SiO2P205S03C1207__最高价(10)化学式NaOHMg(OH)2Mg(OH)2H4Si04H4Si04H2S04HCl04__氧化物(11)酸碱性强碱中强碱两性氢氧化物弱酸中强酸强酸最强酸(同周期)__对应水(12)变化碱性(减弱)，酸性(增强)__化物规律2．元素周期律的内容：元素性质随着原子序数的递增而呈周期性的变化。即随着原子序数的递增：原子核外电子排布、原子半径、元素主要化合价、元素的金属性与非金属性呈现周期性的变化。3．元素周期律的实质：元素性质周期性的变化是元素原子核外电子排布的周期性变化的必然结果。[例1]下列事实一般不能用于判断金属性强弱的是(B)A．金属间发生的置换反应B.1mol金属单质在反应中失去电子的多少C．金属元素的最高价氧化物对应的水化物的碱性强弱D．金属元素的单质与水或酸置换出氢的难易[例2]A、B、C、D、E是同周期的五种主族元素，A和B的最高价氧化物的水化物均呈碱性，且碱性BA，C和D的气态氢化物的水溶液均显酸性，且酸性CD，五种元素形成的简单离子中，E离子的半径最小，则它们的原子序数由大到小的顺序为(A)A.C、D、E、A、BB．E、C、D、A、B、C．A、B、D、C、ED．B、A、E、D、C[例3]铍的性质类似于铝，下列有关铍性质的推断正确的是(B)A．铍能与冷水反应B.氢氧化铍能与强酸、强碱溶液反应C．氧化铍的化学式为Be203D．氧化铍只溶于强酸溶液，不溶于强碱溶液二、元素周期表[知识回顾]一、元素周期表的结构1．元素周期表的编排原则按原子序数递增的顺序从左到右排列；将电子层数相同的元素排成一个横行；把电子层数相同的元素(个别例外)按电子层数递增的顺序从上到下排成纵行。2．元素周期表的结构(1)横行：每一横行称为一个周期。其中第1、2、3周期中包含的元素数目较少，叫做短周期；第4、5、6周期中包含的元素数目较多，叫做长周期；第7周期又叫做不完全周期。(2)纵行：18个纵行构成16个族。分为7个主族，即由短周期和长周期元素共同构成的族(IA—ⅦA)；7个副族，即仅由长周期元素组成的族(IB-ⅦB)；一个Ⅷ族即从左到右数第8、9、10三个纵行；一个零族即稀有气体元素。各族从左到右排列顺序为IAⅡAⅢBⅣBVBⅥBⅦBⅧIBⅡBⅢAⅣAVAⅥAⅦA0。(3)无机化学命名委员会在1989年作出决定：把长周期表原来的主副族取消，周期表从左到右改为18列，从左到右序号为1—18。含元素种类最多的是第3列，形成化合物最多的元素在第14列。二、原子结构、元素性质、元素周期表中的位置三者之间的关系1．元素周期表中位置与原子结构的关系原子序数=核内质子数；周期数=电子层数；主族序数=最外层电子数。2．元素性质与原子结构的关系一般来说，原子核外最外层电子数不满8个时，有达到8个电子稳定结构的倾向。设n为最外层电子数，当n3时，原子易失去n个电子而形成稳定阳离子Xn+(或与n个电子形成共用电子对，表现+n价)，表现金属性；当n4时，原子易得到(8—n)个电子而形成稳定阴离子X(8-n)-，表现非金属性。最外层电子与化合价有关，因此又叫价电子。3．元素周