1、第四章物质结构元素周期律第一节 原子结构与元素周期表第1课时 原 子 结 构概念认知自主学习一、原子的构成粒子及其定量关系1.原子构成:小结在原子中,原子序数=核电荷数=_数=_数,所以整个原子不显电性。质子核外电子2.质量数:(1)概念:质子和中子的相对质量都近似为1,如果忽略电子的质量,将原子核内所有_和_的相对质量取近似整数值相加,所得的数值叫作质量数。(2)关系:质量数(A)=_+_。质子中子质子数(Z)中子数(N)二、核外电子排布1.电子层: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。2.不同电子层的表示及能量关系:各电子层由内到外电子层
2、数1234567字母代号KLMNOPQ离核远近由_到_能量高低由_到_能量不同不连续的壳层近远低高3.电子分层排布:(1)能量最低原理核外电子总是优先排布在_的电子层里,然后再由里往外排布在_的电子层里,即按KLMN顺序排列。(2)电子层最多容纳的电子数第n层最多容纳_个电子。如K、L、M、N层最多容纳电子数分别为_。最外层电子数目最多不能超过_个(K层为最外层时不能超过_个)。次外层最多能容纳的电子数不超过_个。能量最低能量逐步升高2n22、8、18、328218【概念理解】1.判断下列说法是否正确:(1)原子核由质子和中子构成,质子带正电荷,中子带负电荷()提示:质子带正电荷,中子不带电荷
3、。(2)稀有气体元素的原子最外层都有8个电子()提示:He原子核外电子只有一层(K层),有2个电子。(3)中子数=质量数-质子数()提示:质量数=中子数+质子数。(4)O与O2-的质子数相同,核外电子数不同()提示:氧原子得到2个电子形成O2-,它们的质子数相同,核外电子数不同。【教材挖掘】2.教材中描述“电子一般总是先从内层排起,当一层充满后再填充下一层”,当M层有电子时,K、L层是否一定充满电子?提示:当M层有电子时,K、L层一定充满电子,如硫原子K层必须充满两个电子后,再在L层填充8个电子,M层上才能填充6个电子。【情境应用】3.生物体在生命存续期间保留的一种碳原子C-14会在其死亡后衰
4、变,测量考古遗址中发现的遗物里C-14的数量,可以推断出它的存在年代。你知道C-14的“14”是什么含义吗?这种碳原子的质子数、中子数、核外电子数分别是多少?提示:C-14的“14”是指这种碳原子的质量数为14,此碳原子的质子数为6,核外电子数=质子数=6,中子数=质量数-质子数=8。能力形成合作探究学习任务一探究原子构成离子及其定量关系【合作探究】人类在很长的一段时间内一直认为原子是组成物质的最小粒子,对原子结构的探究也是经历了相当长的过程。1904年,约瑟夫约翰汤姆孙提出了“葡萄干布丁模型”:原子是一个带正电荷的球,电子镶嵌在里面,原子好似一块“葡萄干布丁”,故名“葡萄干布丁模型”。191
5、1年卢瑟福在曼彻斯特大学做放射能实验时,用带正电荷的射线轰击金箔,他和他的助手发现向金箔发射带正电的射线微粒时有少量被弹回,这使他们非常吃惊,使他们对“葡萄干布丁模型”产生了怀疑。【学习活动】探究原子构成离子及其定量关系1.卢瑟福用射线轰击金箔,绝大多数的粒子直穿过薄金箔,但有少数粒子方向偏转,极少数的粒子被弹回,试用原子的结构解释此现象。提示:在原子的中心有一个很小的核,叫原子核,原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核里,电子绕核旋转,粒子撞击到原子核会被弹回,距离原子核较近的粒子受同种电荷的斥力方向偏转。2.月球上含有核电荷数为12的镁原子,其质子数是多少?核外电子数是多少?原子中质
6、子数、核外电子数之间有何关系?提示:镁原子的质子数为12,核外电子数为12。原子中,质子数=核外电子数。【归纳整合】1.原子的构成微粒及作用2.原子的构成微粒间的数目关系(1)电中性原子(2)带电原子离子的电子数目计算【思考讨论】根据元素的原子序数可推知原子的哪些数据?质子数 中子数 质量数 核电荷数 核外电子数提示:。元素的原子序数=质子数=核电荷数=核外电子数,质量数=质子数+中子数,所以由原子序数可以推知原子的质子数、核电荷数、核外电子数。【典例示范】【典例】法国科学家发现一种只有四个中子构成的粒子,这种粒子称为“四中子”,也有人称之为“零号元素”。下列有关“四中子”粒子的说法不正确的是
7、()A.该粒子不显电性B.该粒子的质量数为4C.该粒子为4号元素D.该粒子的质量比氢原子大【解题指南】解答本题需要注意理解以下两个方面:(1)原子中各微粒的带电情况;(2)原子中质量数与中子数的关系。【解析】选C。“四中子”粒子中没有带电荷的微粒,所以该粒子不显电性,A正确;一个中子的相对质量是1,所以“四中子”的质量数为4,B正确;“四中子”粒子中没有质子,所以不能说是几号元素,C错误;质量数反映了微粒的相对质量大小,由于“四中子”质量数比氢原子大,所以该粒子的质量比氢原子大,D正确。【深化思考】(1)如果将题目中的粒子中的四个中子改为两个中子、两个质子,且该粒子还是电中性,则该粒子是否具有
8、电子?(关键能力分析与推测)提示:两个质子带两个单位的正电荷,如果该粒子是电中性,还应该有两个电子。(2)科学家还发现一种中子数为9的氧原子,它的质量数为多少?核外电子数为多少?(关键能力分析与推测)提示:178。【规律方法】原子结构的特殊点:(1)原子的质量主要集中在原子核上;(2)原子中既有正电荷,又有负电荷,但整个原子不显电性;(3)原子在化学变化中不可再分,但在其他变化中仍然可以再分;(4)核电荷数(质子数)=核外电子数,只适用于原子和分子。【素养发展】科学家通过粒子加速器获得了6个非常罕见的铁(26号元素)原子,该铁原子的质量数为45。接着,科学家又使用特制的测量仪器观测到,这6个原
9、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,即有一个原子同时变出两个质子的衰变方式。(1)该铁原子的核内中子数是多少?该原子的核外电子数是多少?提示:铁元素为26号元素,中子数=质量数-质子数=45-26=19,核外电子数=质子数=26。(2)该铁原子的衰变是化学变化吗?说明理由。提示:不是。化学变化中原子种类不变,即原子所含质子数不变,衰变时质子数减少,故衰变不属于化学变化。(3)通过粒子加速器发现了一种钕原子,其核外电子数是60,相对原子质量是144,则该钕原子的中子数是多少?提示:84。因为相对原子质量质量数=质子数+中子数,质子数=原子的核外电子数=60,所以该钕原子
10、的中子数是144-60=84。学习任务二核外电子排布规律【合作探究】月球一直保持着神秘的色彩,其也伴随了地球数十亿年。月球也是太阳系中最大的卫星之一,很多专家也始终认为月球约在45亿年前形成。自2013年12月14日月面软着陆以来,我国嫦娥三号月球探测器创造了全世界在月工作最长纪录。其拍摄的月面照片是人类时隔40多年首获最清晰的月面照片,其中包含大量科学信息。已知存在于月球表面的元素包括氧(O)、硅(Si)、铁(Fe)、镁(Mg)、钙(Ca)、铝(Al)、锰(Mn)和钛(Ti)。其中最丰富的是氧、铁和硅。氧含量估计为45%(按重量计),碳(C)和氮(N)似乎仅存在于来自太阳风沉积的痕量。【学习
11、活动】探究核外电子排布规律1.月球中含有丰富的铝元素。(1)该原子的核外电子中能量最低的电子层是_层,有_个电子。(2)铝原子的13个电子在核外应该怎么排布?提示:K层2个,L层8个,M层3个。(3)根据初中所学,画出铝原子的原子结构示意图。提示:。K22.按照电子排布规律,钙原子核外共有20个电子,M电子层最多可容纳18个电子,某同学认为钙原子的核外电子排布应该为K层2个,L层8个,M层10个。这种排布是否正确?若不正确,应该怎么排布?提示:若钙原子的M层排布10个电子,此时M层就成为最外层,这与电子排布规律中“最外层上排布的电子数不能超过8个”相矛盾。电子排布应为K层2个,L层8个,M层8
12、个,N层2个。3.月球中所含的铝元素失去电子变为带三个单位正电荷的Al3+。原子与其形成的离子之间既有相同之处,又有不同之处。原子和离子微粒间的数量关系:(1)原子:核外电子数=_=_,如N原子:。(2)阳离子:核外电子数=_,如Na+:。(3)阴离子:核外电子数=_,如S2-:。质子数核电荷数质子数-所带电荷数质子数+所带电荷数【归纳整合】1.原子核外电子排布规律及其之间的关系:2.原子核外电子排布的表示方法:原子结构示意图粒子符号Na离子结构示意图【思考讨论】氖气(Ne)是一种无色、无味、非易燃的稀有气体。通常氖可以作为彩色霓虹灯的充装气体用于户外广告显示;此外,它还可用于可视发光指示灯、
13、电压调节,以及激光混合气成分。核外电子排布与Ne原子相同的阳离子有哪些?提示:Na+、Mg2+、Al3+。【典例示范】【典例】下列说法正确的是()A.某微粒核外电子排布为2、8、8结构,则该微粒一定是氩原子B.最外层电子达到稳定结构的微粒只能是稀有气体的原子C.F-、Na+、Mg2+、Al3+是与Ne原子具有相同电子层结构的离子D.某元素原子的最外层只有2个电子,则该元素一定是金属元素【解题指南】解答本题需要注意理解以下两个方面:(1)阴阳离子的核外电子排布有可能与惰性气体原子相同。(2)金属元素原子的最外层电子数目小于4,但最外层电子数目小于4的原子不一定是金属元素的原子。【解析】选C。电子
14、排布为2、8、8结构的微粒还可能为S2-、Cl-等,A项错误;O2-、F-、Cl-、Li+、Na+、Mg2+等微粒最外层电子数均达到了稳定结构,B项错误;F-、Na+、Mg2+、Al3+核外电子排布均为2、8结构,与Ne原子的电子层结构相同,C项正确;He原子的最外层只有2个电子,但He元素是稀有气体元素,D项错误。【深化思考】(1)某原子核外电子排布为2、7结构,该原子是什么原子?(关键能力分析与推测)提示:F原子。核外电子总数为9,质子数=核外电子数=9,为F原子。(2)该原子在化学反应中易得电子还是易失电子?(关键能力分析与推测)提示:F原子最外层电子数目为7,在化学反应中易得到一个电子
15、。(3)写出该元素与钠元素组成化合物的化学式。(关键能力归纳与论证)提示:NaF。F原子最外层电子数目为7,在化学反应中易得到一个电子,F元素在化合物中的化合价为-1价,Na在化合物中的化合价为+1价。【规律方法】原子核外电子排布规律的应用1.确定元素的种类根据原子核外电子排布的某些特点可以确定元素的种类,注意120号元素原子结构的特殊关系。特殊关系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
16、子H、Li、Na、K最外层有2个电子He、Be、Mg、Ca内层电子数之和是最外层电子数2倍的元素Li、P电子总数为最外层电子数2倍的元素Be2.推断元素的性质元素最外层电子数得失电子能力化学性质主要化合价稀有气体元素8(He为2)一般不易得失电子较稳定,一般不参与化学反应金属元素b,则b=2,则A是第二周期元素。由“L层电子数是(a+b)”得a=6,推知A是氧元素,B是硅元素,其氧化物的化学式为BA2(SiO2),B正确。6.(水平2教材习题改编)以下是四种粒子的结构示意图:(1)上述粒子中其单质既能与酸反应又能与碱反应的元素是_(填字母序号),将其加入氢氧化钠溶液反应的离子方程式为_。(2)
17、B单质与水发生反应的离子方程式为_。(3)电子层结构与C相同、化学性质最稳定的元素原子的核电荷数是_,用原子结构与元素性质的关系说明它化学性质稳定的原因_。(4)在核电荷数110的元素内,列举两个与C的电子层结构相同的离子,写出离子的符号:_。【解析】四种粒子按AD的顺序依次是C、Cl、Na+、Al3+,其中单质既能与酸反应又能与碱反应的元素为Al,Al能与NaOH溶液反应生成H2;Cl2能与水反应产生HCl和HClO;电子层结构与Na+相同的原子为Ne,其最外层已达8电子稳定结构,故化学性质稳定;在核电荷数110的元素内,O原子的核外共有8个电子,其最外层上是6个电子,O原子得到2个电子后形成的O2-与C的电子层结构相同;F原子的核外共有9个电子,其最外层上是7个电子,F原子得到1个电子后形成的F-与C的电子层结构相同。答案:(1)D2Al+2OH-+2H2O=+3H2(2)Cl2+H2O=H+Cl-+HClO(3)10 该原子最外层已达8电子稳定结构,故化学性质稳定(4)O2-、F-本课结束