1、第二节 原子结构与元素的性质 第1课时 原子结构与元素周期表 德米特里伊万诺维奇门捷列夫(1834-1907)是俄罗斯伟大的化学家，自然科学基本定律化学元素周期表的创始人。1869年3月2日，门捷列夫经过苦苦思索，惊喜地发现，当所有的已知元素按相对原子质量递增的顺序排列起来，并且性质相似元素依一定的间隔出现。世界上第一章元素周期表出现了。1.知道元素周期表中分区、周期和族的元素原子核外电子排布特征。2.了解元素周期表的应用价值。1.通过认识原子结构及价层电子排布与元素在周期表中的位置，建立原子核外电子排布规律与周期表中周期、族、分区划分的周期性变化规律的深层关联。（宏观辨识与微观探析）2.通过
2、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。（科学态度与社会责任）3.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。（宏观辨识与微观探析）体会课堂探究的乐趣，汲取新知识的营养，让我们一起吧！进走课堂 随着元素数目在十九世纪的增多，每一种元素都具有不同的特性，化学家们开始感到他们像是迷失在一座茂密的丛林中：自然界究竟有多少种元素？它们之间的内在关系怎样？有没有规律？怎样分类？终于俄国化学家门捷列夫从杂乱无章的元素迷宫中理出了一个头绪。门捷列夫为了研究元素的分类和规律，把当时已知的几十种元素的主要性质和相对原子质量写在一张张的小
3、卡片上，反复进行排列，比较它们的性质，探索它们之间的联系。1869年，他正式提出元素周期律，它在周期表中排列了当时已经知道的63种元素。1914年，英国青年物理学家莫塞莱确定了各种金属所产生的标识X射线的波长，并得到了一个重要的发现：各元素的波长非常有规律地随着它们在周期表中的排列顺序而递减。这使得各种元素在周期表中应处的位置完全固定下来了。化学家们当时把元素从1(氢)一直排列到92(铀)，并且发现，这种原子序数不仅对于了解原子的内部结构十分重要，而且比相对原子质量更为重要。根据莫塞莱工作，化学家们对化学元素周期律作出了科学解释，反映了作为元素周期律的真正基础不是元素的相对原子质量，而是原子序
4、数也就是原子的核电荷数（或者说是原子核外的电子数）。一、原子的结构与元素周期表（一）元素周期律、元素周期系和元素周期表1.元素周期律（1）定义：元素的性质随原子的核电荷数递增发生周期性递变，这一规律叫做元素周期律（2）实质：元素性质的周期性变化是元素原子的核外电子排布周期性变化的必然结果。2.元素周期系 定义：元素按其原子核电荷数递增排列的序列称为元素周期系。这个序列中的元素性质随着核电荷数的递增发生周期性的重复。3.元素周期表 （1）含义：元素周期表是呈现元素周期系的表格。（2）元素周期系与元素周期表的关系：（3）元素周期系只有一个,元素周期表多种多样。第一张元素周期表是由门捷列夫制作的。【
5、小结】（1）门捷列夫提出的原子序数是按相对原子质量从小到大的顺序对元素进行编号。（2）原子序数是按照元素核电荷数由小到大的顺序给元素编号而得到的序数。（3）原子序数=核电荷数=质子数=核外电子数 由于随着核电荷数的递增，电子在能级里的填充顺序遵循构造原理，元素周期系的周期不是单调的，每一周期里元素的数目不总是一样多，而是随着周期序号的递增渐渐增多。因而，我们可以把元素周期系的周期发展形象的比喻成螺壳上的螺旋。门捷列夫周期表 短式周期表 三张有重要历史意义的周期表 特征：从第四周期开始每个周期结成两段。族分IVIII和0族 维尔纳的特长式周期表HHeLiBe BCNOFNeNaMgAlSiPSC
6、lArKCaScTiVCr MnFe Co NiCu Zn Ga GeAs SeBr KrRb SrYZr Nb MoRu Rh Pd Ag Cd InSnSb TeIXeCs Ba LaCe Nd PrSmEu Gd Tb Ho Er TmYb Ta WOs IrPtAu Hg TlPbBiRa LaTh UAc PbBiTe 1905年，配位化学鼻祖维尔纳制做了一张周期表称为特长式周期表，每个周期一行，各族元素、过渡元素、稀有气体、镧系和锕系，各有各的位置，同族元素上下对齐，维尔纳的周期表与现在的周期表相似，但也有差异。比如没有确定镧系和锕系的元素种类，Be、Mg的位置与现今周期表不同。三
7、张有重要历史意义的周期表 波尔元素周期表 1922年，玻尔也绘制了一张元素周期表，它的特别重要之处在于，玻尔已经开始用原子结构来解释元素周期系，他把21-28、39-46等元素用方框框起来，因为这些框内元素的原子新增的电子是填入内层轨道的。玻尔也得知镧后14种元素基态原子有4f电子。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，他们的价电子数相等。三张有重要历史意义的周期表（1）周期（七横七周期，三短四长）依次递增 从上到下 类别 各周期原子的电子层数 各周期最多容纳的元素种类数 同周期内原子序数变化规律 第一周期 短周期 1 2 左 右 第二周期 2 8 第三周
8、期 3 8 第四周期 长周期 4 18 第五周期 5 18 第六周期 6 32（含镧系15种元素）第七周期 7 32（含锕系15种元素）（二）构造原理与元素周期表 1.元素周期表的结构：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。每一周期元素原子的外围电子排布与元素种类 周 期 外围电子排布 各周期增 加的能级 元素 种类 第A族 0族 最外层最多容纳电子数 一 1s1 1s2 2 1s 2 二 2s1 2s22p6 8 2s、2p 8 三 3s1 3s23p6 8 3s、3p 8 四 4s1 4s24p6 8 4s、3d、4p 18 五 5s1 5s25p6 8 5s、4d
9、、5p 18 六 6s1 6s26p6 8 6s、4f、5d、6p 32 七 7s1 7s27p6 8 7s、5f、6d、7p 32（2）核外电子排布与周期的划分 核外电子排布与周期划分的关系 根据构造原理,将能量相近的能级分为一组,按能量由低到高可分为7个能级组,同一能级组内,各能级能量相差较小,各能级组之间能量相差较大。每一个能级组对应一个周期,且该能级组中最高的能级对应的能层数等于元素的周期序数。元素形成周期系的根本原因是元素的原子核外电子的排布发生周期性的重复。元素周期系中每个周期的元素数,第一周期从1s1开始,以1s2结束,只有两种元素。中间按照构造原理依次排满各能级。其余各周期总是
10、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:若以一个方格代表一种元素，每个周期排成一个横排，并按s、p、d、f分段，左侧对齐，可得到如下元素周期表（3）根据构造原理得出的核外电子排布与周期中元素种类数的关系：周期 nsnp电子数 元素数目 一 1s12 二 2s12 2p16 三 3s12 3p16 四 4s12 3d110 4p16 五 5s12 4d110 5p16 六 6s12 4f114 5d110 6p16 七 7s12 5f114 6d110 7p16 递增的核电荷数=元素个数 2 2 8 8 8 8 18 18 18 18 32
11、32 32 32 第八周期？若以一个方格代表一种元素，每个周期排一横排，并按s、p、d、f分段，左侧对齐，可以得到如下元素周期表：p f d s s p s d p f s d p d s p p s 变变s 提示：从第四周期开始的长周期,比短周期多出的元素全部是金属元素,这是因为它们的最外层电子数始终不超过2,即为ns12(Pd例外)。而第六、七周期比第四、五周期多出14个元素的基态原子最外层也只有2个s电子,所以也是金属元素。（4）族（十八纵列十六族，七主七副一VIII一0）列 数 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 类 别 主族 副族
12、 第VIII族 副族 主族 0 族 名 称 I A II A III B IV B V B VI B VII B 第VIII族 IB II B III A IV A V A VI A VII A 0 族 提示：（1）电子层数=周期序数；（2）主族元素族序数=原子最外层电子数 价电子 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。主族元素的价电子为该元素原子的最外层电子。如碱金属元素的基态原子的价电子排布为ns1。元素周期表最右侧稀有气体元素的基态原子,除氦(1s2)外,最外层都是8电子,即ns2np6。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
13、次外层的f电子有关)。如铁元素的价电子排布式为3d64s2。(5)核外电子排布与族的关系 族按族分类价层电子排布式价层电子数特点I A主族ns11族序数=最外层电子数=价层电子数Ans22Ans2np13IVAns2np24VAns2np35Ans2np46Ans2np57B副族(镧系、锕系除外)(n-1)d1-10ns1-23价层电子数=族序数B4VB5VIB6VIIB7I B11（n-1）d轨道为全充满状态，族序数=最外层ns轨道上的电子数B12族(n-1)d6-10ns0-28族第1列元素的价电子数=族序数族第2列元素的价电子数为9族第3列元素的价电子数为1091000族1s2或ns2n
14、p6(n1)2或8为原子轨道全充满的稳定结构（1）按核外电子排布式中最后填入电子的能级符号可将元素周期表(第IB族、第B族除外)分为s、p、d、f 4个区，而第IB族、第B族的元素原子的核外电子因先填满了(n-1)d能级而后填充ns能级而得名ds区。这5个区的位置关系如图所示。2.原子结构与元素周期表的分区 s区:包括A、A族元素,价电子排布式为ns12,最后一个电子填在ns能级上,除氢元素外均属于活泼金属元素。p区:包括AA族以及0族元素,价电子排布式为ns2np16(除He外),最后一个电子填在np能级上,为非金属元素和少数金属元素。d区:包括B族元素(除镧系、锕系外),价电子排布式为(n
15、-1)d19ns12(钯除外),最后一个电子填在(n-1)d能级上,为过渡金属元素。ds区:包括B、B族元素,价电子排布式为(n-1)d10ns12。先填满了(n-1)d能级而后再填充ns能级,为过渡金属元素(d区和ds区金属元素均为过渡金属元素)。f区:包括镧系和锕系元素,价电子排布式为(n-2)f014(n-1)d02ns2。各区元素原子的价层电子排布、元素的位置及类别分区元素位置价层电子排布式元素种类及性质特点s区IA族、A族ns1-2原子的核外电子最后排布在ns能级上，属于活泼金属元素(H除外),为碱金属元素和碱土金属元素p区AA族及0族ns2np1-6(He除外)原子的核外电子最后排
16、布在np能级(He为s能级)上，为非金属元素和少数金属元素d区BB族(镧系、锕系除外)以及族(n-1)d1-9ns1-2(Pd除外)为过渡金属元素，原子的核外电子最后排布在(n-1)d能级上，d轨道可以不同程度地参与化学键的形成ds区IB族、B族(n-1)d10ns1-2为过渡金属元素，核外电子先填满(n-1)d能级而后再填充ns能级，由于d轨道已填满电子，因此d轨道一般不参与化学键的形成f区镧系和锕系(n-2)f0-14(n-1)d0-2ns2镧系元素化学性质相似；锕系元素化学性质相似小结：对于主族和0族元素而言，价层电子数=ns能级上的电子数或ns+np能级上的电子总数对于副族（镧系和锕系
17、除外）和第VIII族而言，价层电子数=(n-1)d+ns能级上的电子总数【思考与讨论】根据元素原子的核外电子排布 对元素周期表分区 (1)在s区中,族序数最大、原子序数最小的元素是什么元素?该元素原子价电子的电子云什么形状?提示:s区包括第A族、第A族,符合条件的元素为Be,其电子排布式为1s22s2,价电子的电子云形状为球形。(2)Fe元素处于周期表中的哪个区?写出Fe2+、Fe3+的电子排布式;这两种离子哪一种更稳定?为什么?提示:Fe位于元素周期表中的d区,常见离子为Fe2+、Fe3+,电子排布式分别为1s22s22p63s23p63d6、1s22s22p63s23p63d5,由离子的电
18、子排布式可知Fe3+的3d能级“半充满”,其稳定性强于Fe2+。(3)某元素原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s2,据此判断该元素位于周期表中的哪一区?是何种元素?提示:该元素位于元素周期表中的ds区;元素名称为锌,元素符号为Zn。（2）按金属元素与非金属元素分区金属元素、非金属元素在元素周期表中的位置 沿着周期表中硼、硅、砷、碲、砹、与铝、锗、锑、钋、之间画一条线，线的左边是金属元素(氢除外),线的右边是非金属元素。非金属元素要集中在元素周期表右上角的三角区内(如图)。金属与非金属交界处元素的性质特点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，
19、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)。3.对角线规则在元素周期表中，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)，这种相似性被称为对角线规则，如图所示。【归纳总结】【思考与讨论】(1)外围电子排布为5s25p1的元素,在元素周期表中处于什么位置?据此分析元素的外围电子排布与元素在周期表中的位置有何关系?提示:该元素位于第五周期第A族。元素能级中最高能层序数=周期序数,主族元素原子的外围电子数=该元素在周期表中的主族序数。(2)某元素位于周期表中第四周期A族,你能否据此写出该元素的
20、价电子排布式和电子排布式?提示:该元素的价电子排布式为4s24p3;电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p3。(3)原子序数136的某元素基态原子的最外层电子排布式为ns2,该元素可能属于哪一族?提示:0族(He)、A族、B族、B族、B族、B族、B族、族。【规律总结】解答与元素周期表分区相关的问题时,要特别注意:(1)主族元素的最外层电子即为外围电子(价电子),过渡元素的外围电子一般包括最外层的s电子和次外层的d电子,有的还包括倒数第三层的f电子;(2)s区元素原子的价电子特征排布为ns12,价电子数等于主族序数;(3)p区元素原子的价电子特征排布为ns2np16(He除
21、外),价电子总数等于主族序数(0族除外);(4)s区(H除外)、d区、ds区和f区都是金属元素。答：(1)现行元素周期表包含118种元素，共有七个周期，每个周期包含的元素数目，分别是按照周期序数一二三四五六七，元素种类数依次为2、8、8、18、18、32、32。第一周期结尾元素(He)原子核外只有2个电子，根据构造原理，其电子排布式为1s2。与该元素同族的其他周期元素Ne、Ar、Kr、Xe、Rn等，原子核外电子数依次增加了8、8、18、18、32。根据构造原理，它们的最外层电子排布通式为ns2np6。所以，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18个列。从左
22、向右，第112列中，除第3列中的镧系和锕系以外，其他的价层电子数都等于列数；第1318列中，除第18列中的氦以外，其他的价层电子数都等于列数减10。除了镧系、锕系和氦以外，同列元素价层电子数相等。元素周期表所划分的族及族序数，从左向右排列如下：IA族、A族；B族B族；族；IB族、B族；A族A族；0族。(3)从原子结构方面来说，元素周期表中右上角三角区的元素，大多数的价层电子排布为ns2np1-6(He除外),价层电子数较大，得电子相对容易，失电子相对困难。从元素周期表中元素性质递变规律来说，同周期元素从左到右非金属性逐渐增强(不包括0族元素),同主族元素从下向上非金属性逐渐增强。综上可知，在元
23、素周期表中非金属主要集中在右上角三角区内。答：(1)副族元素介于s区元素(主要是金属元素)和p区元素(主要是非金属元素)之间，处于由金属元素向非金属元素过渡的区域，因此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的关系是第B族到第B族元素的价层电子数等于它们的族序数；第族有3列元素，其族序数等于该族的第1列元素的价层电子数；第IB族、第B族的族序数等于它们的最外层电子数。过渡元素的价层电子排布通式为(n-1)d1-10ns2(除镧系和锕系)。【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他们的族序数有什么关系？写出它们的价层电子排布通式。(2)s区有2列，d区有8
24、列，p区有6列。s区元素的价层电子排布通式为ns1-2,d区元素的价层电子排布通式为(n-1)d1-9ns1-2,ds区元素的价层电子排布通式为(n-1)d10ns2,它们的最外层电子数均不超过2,在化学反应中容易失去电子，所以s区(除氢元素外)、d区和ds区的元素都是金属元素。(3)由于元素的金属性和非金属性之间并没有严格的界限，处于非金属与金属分界线上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为半金属或类金属。(4)Cr的价层电子排布式为3d54s1,Cu的价层电子排布式为3d104s1,不符合构造原理(它们的3d轨道达到半充满或全充满结构，是一种能量较低的
25、稳定结构)。此外，Nb、Mo、Ru、Rh、Pd、Ag、Pt、Au、La、Ce、Gd、Ac、Th、Pa、U、Np、Cm等的基态原子电子排布均不符合构造原理。(5)119号元素应位于第八周期第IA族，故基态原子最外层电子排布为8s1;周期分别为一、二、三、四、五、六、七，元素种数分别为212、222、222、232、232、242、242,以此预测第八周期元素种数为252=50(种)。1.原子的电子排布与周期的划分 2.原子的电子排布与族的划分 主族元素：族序数=原子的最外层电子数=价电子数 副族元素：大多数族序数=（n-1)d+ns的电子数=价电子数 3.原子的电子构型和元素的分区 周期序数=能
26、层数 5个区：s区、d区、ds区、p区、f区 1.下列关于原子核外电子排布与元素在周期表中位置关系的叙述中,正确的是()A.原子价电子排布为ns2np16的元素一定是主族元素 B.基态原子最外电子层的p能级上有5个电子的元素一定是第A族元素 C.原子的价电子排布为(n-1)d68ns2的元素一定位于第BB族 D.基态原子N能层上只有1个电子的元素一定是主族元素B2.价层电子构型为3d104s1的元素在周期表中位于()A.第五周期第B族 B.第五周期第B族 C.第四周期第B族 D.第四周期第B族 D3.已知某元素基态原子的价电子排布为(n-1)dansb(a、b均为大于0的正整数),下列有关说法
27、正确的是()A.该元素一定位于元素周期表中的d区 B.该元素一定位于元素周期表中的ds区 C.该元素的族序数为a+b D.该元素一定为金属元素 D4.下列各组元素都属于p区的是()A.原子序数为1、2、7的元素 B.O、S、P C.Fe、Ar、Cl D.Na、Li、Mg B5.指出下列元素是主族元素还是副族元素,及其在元素周期表中的位置。(1)1s22s22p63s2是 族元素,位于周期表中第 周期第 族,属于 区元素。(2)Kr4d105s25p2是 族元素,位于周期表中第 周期第 族,属于 区元素。(3)Ar3d14s2是 族元素,位于周期表中第 周期第 族,属于 区元素。(4)Ar3d104s1是 族元素,位于周期表中第 周期第 族,属于 区元素。主 三 A s 主 五 A p 副 四 B d 副 四 B ds 仰望天空时，什么都比你高，你会自卑；俯视大地时，什么都比你低，你会自负；只有放宽视野，把天空和大地尽收眼底，才能在苍穹沃土之间找到你真正的位置。无需自卑，不要自负，坚持自信。
