高中化学 121 原子核外电子的排布元素周期律教师用书 新人教版必修2.docx
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高中化学121原子核外电子的排布元素周期律教师用书新人教版必修2
第1课时 原子核外电子的排布 元素周期律
[目标导航] 1.了解原子的核外电子能量高低与分层排布的关系。
2.了解核外电子分层排布的规律。
3.了解元素的原子结构和元素性质的周期性变化。
4.理解元素周期律的内容和实质。
一、原子核外电子的排布
1.核外电子的分层排布
在多电子的原子里,电子的能量并不相同。
能量低的,通常在离核近的区域运动;能量高的,通常在离核远的区域运动。
核外电子的分层运动,又叫核外电子的分层排布。
其关系如下:
电子层(n)符号
离核远近
能量高低
2.原子核外电子的排布规律
3.
(1)原子(离子)结构的表示方法,如下所示:
(2)原子结构示意图中,核内质子数等于核外电子数,而离子结构示意图中,二者则不相等。
如:
Na+
;Cl-
。
阳离子:
核外电子数小于核电荷数。
阴离子:
核外电子数大于核电荷数。
点拨
(1)电子层实质上是一个“区域”,或者说是一个“空间范围”,它与宏观上层的含义完全不同。
(2)核外电子排布的规律是互相联系的,不能孤立地理解。
如钙原子由于受最外层电子数不超过8个的限制。
其原子结构示意图为
而不应该是
。
议一议
判断正误,正确的打“√”,错误的打“×”
(1)锂的原子结构示意图是
( )
(2)某原子M层电子数为L层电子数的4倍( )
(3)某离子M层和L层电子数均为K层的4倍( )
(4)离子的核电荷数一定等于其核外电子数( )
答案
(1)×
(2)× (3)√ (4)×
二、元素周期律
1.原子结构的周期性变化
(1)元素原子核外电子排布的周期性变化
规律:
随着原子序数的递增,元素原子的最外层电子排布呈现由1到8的周期性变化(第一周期除外)。
(2)元素原子半径的周期性变化
规律:
随着原子序数的递增,元素的原子半径呈现由大到小的周期性变化。
2.元素性质的周期性变化
(1)元素主要化合价的周期性变化
规律:
随着原子序数的递增,元素的最高正化合价呈现+1→+7,最低负化合价呈现-4→-1的周期性变化。
点拨 元素化合价的“三个二”
(1)二“特殊”
F无正价,O无最高正价。
(2)二“只有”
金属只有正价,只有非金属才有负价。
(3)二“等式”(主族元素)
最高正价=最外层电子数,
|最低负价数值|+|最高正价数值|=8。
(2)元素金属性、非金属性的周期性变化
①Na、Mg、Al与水(或酸)反应的比较
Na
Mg
Al
规律(同周期从左到右)
单质与水(或酸)反应
与冷水剧烈反应,产生氢气
与冷水几乎不反应,与沸水反应缓慢,放出氢气;与酸反应剧烈,放出氢气
与酸反应较快,放出氢气
从水或酸中置换H2能力逐渐减弱
最高价氧化物对应的水化物碱性强弱
NaOH 强碱
Mg(OH)2 中强碱
Al(OH)3
两性氢氧化物
最高价氧化物对应的水化物碱性逐渐减弱
②Si、P、S、Cl四种元素性质的比较
Si
P
S
Cl
规律(同周期从左到右)
单质与氢气反应的条件
高温
磷蒸气与氢气能反应
加热
光照或点燃时发生爆炸而化合
与H2化合能力逐渐增强
形成的气态氢化物的热稳定性
SiH4很不稳定
PH3不稳定
H2S受热分解
HCl稳定
氢化物稳定性逐渐增强
最高价氧化物对应的水化物(含氧酸)酸性强弱
H2SiO3弱酸
H3PO4中强酸
H2SO4强酸
HClO4强酸(比H2SO4酸性强)
最高价氧化物对应的水化物酸性逐渐增强
结论:
随着原子序数的递增,元素的金属性、非金属性呈现周期性的变化。
3.元素周期律
内容:
元素的性质随着原子序数的递增而呈现周期性变化的规律。
实质:
元素周期律是核外电子排布发生周期性变化的必然结果。
点拨
(1)元素的性质包括:
原子半径、元素的主要化合价、金属性、非金属性等。
(2)物质的性质:
物理性质:
颜色、状态、气味、挥发性、溶解性、密度、硬度、熔沸点、导电性、延展性等。
化学性质:
氧化性、还原性、稳定性、酸性、碱性等。
议一议
在第三周期元素中,除稀有气体元素外:
(1)原子半径最小的元素是________(填元素符号)。
(2)金属性最强的元素是________(填元素符号)。
(3)最高价氧化物对应水化物酸性最强的是________(用化学式回答,下同)。
(4)最不稳定的气态氢化物是________。
(5)最高价氧化物对应水化物碱性最强的是________。
(6)氧化物中具有两性的是________。
答案
(1)Cl
(2)Na (3)HClO4 (4)SiH4
(5)NaOH (6)Al2O3
解析
(1)第三周期元素从左到右原子半径逐渐减小,原子半径最小的是Cl。
(2)金属性最强的元素在最左边,应为Na。
(3)非金属性最强的元素,其最高价氧化物对应水化物的酸性最强,氯的非金属性最强,其对应的酸是HClO4。
(4)非金属性最弱的元素Si的气态氢化物最不稳定。
(5)金属性最强的Na对应的NaOH的碱性最强。
(6)铝的氧化物Al2O3具有两性。
一、原子核外电子排布规律的应用
例1
已知A、B、C三种元素的原子中,质子数为A
试推断:
(1)三种元素的名称和符号:
A________,B________,C________。
(2)画出三种元素的原子结构示意图:
A________,B________,C________。
解析 由A元素的原子最外层电子数是次外层电子数的2倍,可知A是碳元素;B元素的原子核外M层电子数是L层电子数的一半,可知B为硅元素;C元素的原子次外层电子数比最外层电子数多1个,可知C应为氯元素。
答案
(1)碳C 硅Si 氯Cl
(2)
归纳总结
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1~20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
Be
2.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
<4
易失电子
金属性
只有正价,一般是+1→+3
非金属元素
≥4
易得电子
非金属性
既有正价
又有负价
特别提醒
(1)通常把最外层有8个电子(K层为最外层时电子数是2个)的结构,称为相对稳定结构。
稀有气体的原子就是上述结构,一般不与其他物质发生化学反应。
当元素的原子最外层电子数小于8(K层小于2)时是不稳定结构。
在化学反应中,不稳定结构总是通过各种方式(如得失电子、共用电子等)趋向达到相对稳定结构。
(2)过渡元素原子最外层电子数不超过2个,若原子最外层有n个电子:
①n=1,位于第ⅠA族或过渡元素区。
②n=2,位于第ⅡA族、0族或过渡元素区。
③n≥3时,则一定位于第n主族(n=8时,位于0族)。
变式训练1 短周期元素中,A元素原子最外层电子数是次外层电子数的2倍;B元素原子最外层电子数是其内层电子总数的3倍;C元素原子M层电子数等于其L层电子数的一半;D元素原子最外层有1个电子,D的阳离子与B的阴离子电子层结构相同,则4种元素原子序数关系中正确的是( )
A.C>D>B>AB.D>B>A>C
C.A>D>C>BD.B>A>C>D
答案 A
解析 A元素原子的次外层电子数只能是2,最外层电子数是4,A的原子序数为6;B元素的内层电子总数只能是2,最外层电子数为6,B的原子序数为8;C元素原子有3个电子层,L层必有8个电子,M层有4个电子,C的原子序数为14;D的阳离子与B的阴离子(即O2-)电子层结构相同,D为Na,原子序数为11;故原子序数:
C>D>B>A。
二、元素周期律
例2
已知X、Y、Z是三种原子序数相连的元素,最高价氧化物对应水化物酸性相对强弱的顺序是HXO4>H2YO4>H3ZO4,则下列判断正确的是( )
A.气态氢化物的稳定性:
HX>H2Y>ZH3
B.非金属活泼性:
Y<X<Z
C.原子半径:
X>Y>Z
D.原子最外层电子数:
X 解析 本题的关键是“最高价氧化物对应水化物的酸性相对强弱”这一信息,由此可推知X、Y、Z为非金属元素,原子序数相连意味着它们属同周期元素,故活泼性: X>Y>Z,原子半径: X<Y<Z,原子最外层电子数: X>Y>Z,气态氢化物的稳定性顺序为HX>H2Y>ZH3。 答案 A 归纳总结 1.元素周期表中元素(主族元素)及其单质和化合物性质的变化规律 项目 同周期(左→右) 同主族(上→下) 原 子 结 构 核电荷数 逐渐增大 逐渐增大 电子层数 相同 增多 最外层电子数 增多 相同 原子半径 逐渐减小 逐渐增大 元素的化合价 最高正价: +1→+7 负价数=族序数-8 最高正价(O、F除外)、负价数相同,最高正价=族序数 金属性 减弱 增强 非金属性 增强 减弱 2.元素的金属性、非金属性强弱判断规律 (1)金属性强弱的判断依据 ①元素的单质与水或酸置换出氢气的反应越容易进行,则其金属性越强。 ②元素的最高价氧化物的水化物的碱性越强,则其金属性越强。 ③金属元素的单质与盐在水溶液中进行置换反应,若A能置换出B,则A的金属性强于B。 ④在金属活动性顺序表中,前面的金属性强于后面的金属性。 ⑤金属阳离子的氧化性越强,则其单质的还原性越弱,元素的金属性越弱(注: Fe的阳离子仅指Fe2+)。 (2)非金属性强弱的判断依据 ①非金属元素的单质与氢气化合生成气态氢化物的反应越容易进行,则其非金属性越强。 ②非金属元素气态氢化物的稳定性越强,则元素的非金属性越强。 ③元素的最高价氧化物的水化物的酸性越强,则其非金属性越强。 ④非金属元素的单质与盐在水溶液中进行置换反应,若A能置换出B,并且A体现出氧化性,则A的非金属性强于B。 ⑤非金属阴离子的还原性越强,则其单质的氧化性越弱,元素的非金属性越弱。 变式训练2 X、Y两元素是同周期的非金属主族元素,如果X原子半径比Y的大,下面说法正确的是( ) A.最高价氧化物对应水化物的酸性,X的比Y的强 B.X的非金属性比Y的强 C.X的阴离子比Y的阴离子还原性强 D.X的气态氢化物比Y的稳定 答案 C 解析 X原子半径比Y的大,说明X在Y的左边,原子序数X比Y小,X的非金属性比Y的弱,因此最高价氧化物对应水化物的酸性X比Y的弱,X的阴离子比Y的阴离子还原性强,X的气态氢化物不如Y的稳定。 三、微粒半径大小的比较——“四同”规律 例3 下列微粒半径大小的比较中,正确的是( ) A.Na+<Mg2+<Al3+<O2- B.S2->Cl->Na+>Al3+ C.Na<Mg<Al<S D.Cs<Rb<K<Na 解析 四种离子核外电子数相同,随着核电荷数的增多,离子半径依次减小,即微粒半径: Al3+<Mg2+<Na+<O2-,A项错;因S2-、Cl-比Na+、Al3+多一个电子层,则S2-、Cl-半径比Na+、Al3+大,再根据“序小径大”的规则,则微粒半径: S2->Cl->Na+>Al3+,B项正确;Na、Mg、Al、S的原子半径依次减小,C项错;Na、K、Rb、Cs最外层电子数相同,电子层数依次增多,半径依次增大,D项错。 答案 B 规律总结 粒子半径大小的比较——“四同”规律 (1)同周期——“序大径小” ①规律: 同周期,从左往右,原子半径逐渐减小。 ②举例: 第三周期中: r(Na)>r(Mg)>r(Al)>r(Si)>r(P)>r(S)>r(Cl)。 (2)同主族——“序大径大” ①规律: 同主族,从上到下,原子(或离子)半径逐渐增大。 ②举例: 碱金属: r(Li)<r(Na)<r(K)<r(Rb)<r(Cs),r(Li+)<r(Na+)<r(K+)<r(Rb+)<r(Cs+)。 (3)同元素 ①同种元素的原子和离子半径比较——“阴大阳小”。 某原子与其离子半径比较,其阴离子半径大于该原子半径,阳离子半径小于该原子半径。 如: r(Na+)<r(Na);r(Cl-)>r(Cl)。 ②同种元素不同价态的阳离子半径比较规律——“数大径小”。 带电荷数越多,粒子半径越小。 如: r(Fe3+)<r(Fe2+)<r(Fe)。 (4)同结构——“序大径小” ①规律: 电子层结构相同的离子,核电荷数越大,离子半径越小。 ②举例: r(O2-)>r(F-)>r(Na+)>r(Mg2+)>r(Al3+)。 特别提醒 所带电荷、电子层均不同的离子可选一种离子参照比较。 例: 比较r(Mg2+)与r(K+)可选r(Na+)为参照,可知r(K+)>r(Na+)>r(Mg2+)。 变式训练3 已知下列原子的半径: 原子 N S O Si 半径r/10-10m 0.75 1.02 0.74 1.17 根据以上数据,P原子的半径可能是( ) A.1.10×10-10mB.0.80×10-10m C.1.20×10-10mD.0.70×10-10m 答案 A 解析 根据元素周期律可知,磷原子的半径应在Si和S原子之间,故答案为选项A。 1.下图微粒的结构示意图,正确的是( ) 答案 A 解析 B中微粒结构示意图是Cl-而不是Cl,C中Ar的原子结构示意图应为 ,D中K的原子结构示意图应为 。 2.下列比较中正确的是( ) A.原子半径: Na>Mg B.碱性: NaOH>KOH C.结合H+的能力: CO D.还原性: I- 答案 A 解析 同周期从左到右原子半径依次减小,则原子半径为Na>Mg,A正确;金属元素的金属性越强,对应最高价氧化物水化物的碱性越强,金属性: K>Na,则碱性: KOH>NaOH,B错误;酸性越强,对应酸的酸根离子结合氢离子的能力越弱,酸性: H2CO3 CO >Cl-,C错误;元素的非金属性越强,对应的阴离子的还原性越弱,非金属性: Br>I,则还原性: I->Br-,D错误。 3.下列有关原子结构、元素性质的说法正确的是( ) A.Si、P、S、Cl元素的单质与氢气化合越来越容易 B.元素原子最外层电子数越多,元素金属性越强 C.元素周期表共有18列,第3列是第ⅠB族,第17列是第ⅦA族 D.F-、O2-、Mg2+、Na+离子半径逐渐减小 答案 A 解析 Si、P、S、Cl为同周期元素非金属性依次增强,单质与氢气化合越来越容易,A正确;元素原子最外层电子数越多,失去电子能力越弱,金属性越弱,B错误;元素周期表共有18列,第3列是第ⅢB族,第17列是第ⅦA族,C错误;F-、O2-、Mg2+、Na+离子具有相同的电子数,离子半径O2-、F-、Na+、Mg2+逐渐减小,D错误。 4.已知33As、35Br位于同一周期。 下列关系正确的是( ) A.原子半径: As>Cl>P B.热稳定性: HCl>AsH3>HBr C.还原性: As3->S2->Cl- D.酸性: H3AsO4>H2SO4>H3PO4 答案 C 解析 同一周期原子半径从左到右依次减小,A选项中P的原子半径大于Cl,A错;非金属性越强,其气态氢化物越稳定,其最高价氧化物对应的水化物酸性越强,故B选项中热稳定性: HCl>HBr>AsH3,D选项中酸性: H2SO4>H3PO4>H3AsO4,B、D均错;S和Cl处于同一周期,故还原性: S2->Cl-,而As和Se处于同一周期,还原性: As3->Se2-,而S和Se又处于同一主族,还原性: Se2->S2-,故C正确。 5.原子序数为11~17号的元素,随核电荷数的递增,以下各项内容的变化是[填“增大(强)”、“减小(弱)”或“相同(不变)”] (1)各元素的原子半径依次________,其原因是_________________________________ ________________________________________________________________________。 (2)各元素原子的电子层数________,最外层电子数依次________。 (3)元素的金属性逐渐________,而非金属性逐渐________,元素失电子能力逐渐________,得电子能力逐渐________。 答案 (1)减小 电子层数相同时,随核电荷数增大,原子核对最外层电子的引力增大,因此原子半径减小 (2)相同 增大 (3)减弱 增强 减弱 增强 解析 原子序数为11~17号的元素,在元素周期表中位于第三周期,根据同周期元素的原子结构和性质的变化,可解答本题。 [基础过关] 题组1 原子核外电子的排布 1.下列有关主族元素的说法中肯定错误的是( ) A.某原子K层上只有一个电子 B.某原子M层上电子数为L层上电子数的4倍 C.某离子M层上和L层上的电子数均为K层的4倍 D.某离子的核电荷数与最外层电子数相等 答案 B 解析 K、L、M电子层上最多容纳的电子数分别为2、8、18;K层上可排1个电子,也可排2个电子,A有可能;当M层上排有电子时,L层上一定排满8个电子,而M层上最多只能排18个电子,又18<8×4,B一定是错误的;K层上最多只能排2个电子,2×4=8,即M层和L层都为8个电子的离子结构示意图为 ,K+、Ca2+等均有可能;最外层电子数可为2或8,核电荷数与最外层电子数相等,可有两种情况,一种是均为2,但这种情况只能是原子,另一种是均为8,核电荷数为8的元素为氧,氧离子的最外层电子数也为8,D有可能。 2.根据下图微粒结构示意图的共同特征,可以把三种微粒 、 、 归为一类,下列微粒中也可以归为这一类的是( ) A. B. C. D. 答案 C 题组2 元素周期律及其应用 3.短周期的两种元素A和B,它们的离子A-和B2+具有相同的电子层结构,下列说法中正确的是( ) A.原子序数A>BB.电子总数A->B2+ C.离子半径A->B2+D.原子半径A>B 答案 C 4.下图是部分短周期元素原子半径与原子序数的关系图。 则下列说法正确的是( ) A.Z、N两种元素的离子半径相比,前者较大 B.X、N两种元素的气态氢化物的沸点相比,前者较低 C.由X与M两种元素组成的化合物不能与任何酸反应,但能与强碱反应 D.Z的氧化物能分别溶解于Y的氢氧化物和N的氢化物的水溶液 答案 D 解析 根据原子半径的递变规律,X为O,Y为Na,Z为Al,M为Si,N为Cl。 离子半径: Cl->Al3+,A错误;沸点: H2O>HCl,B错误;SiO2既能与HF反应,也能与NaOH溶液反应,C错误;Al2O3是两性氧化物,既可以和NaOH溶液反应,又能与盐酸反应,D正确。 5.运用元素周期律分析下面的推断,其中推断错误的是( ) A.氢氧化铍[Be(OH)2]的碱性比氢氧化镁弱 B.砹(At)为有色固体,HAt不稳定 C.硫酸锶(SrSO4)是难溶于水的白色固体 D.硒化氢(H2Se)是无色、有毒,比H2S稳定的气体 答案 D 解析 Be和Mg同主族,金属性不如镁的强,故Be(OH)2的碱性比Mg(OH)2弱,A正确;卤族元素的单质从上到下,颜色加深,氢化物越来越不稳定,B正确;Sr和Ba同主族,化学性质相似,故SrSO4也难溶于水,C正确;Se的非金属性不如S强,故H2Se不如H2S稳定,D错误。 6.R、W、X、Y、Z为原子序数依次递增的同一短周期元素,下列说法一定正确的是(m、n均为正整数)( ) A.若R(OH)n为强碱,则W(OH)n+1也为强碱 B.若HnXOm为强酸,则Y是活泼非金属元素 C.若Y的最低化合价为-2,则Z的最高正化合价为+6价 D.若X的最高正化合价为+5价,则五种元素都是非金属元素 答案 B 解析 同一短周期元素,随着原子序数的递增,元素的金属性依次减弱,形成的最高价氧化物对应的水化物的碱性依次减弱,A错;X元素的氧化物对应的水化物HnXOm是强酸,说明X是活泼性非金属,而Y和X在同一周期且位于X的右边,Y的非金属性比X的非金属性更强,B正确;当Y为氧时,Z为氟,氟没有正价,当Y为硫时,Z为氯,氯的最高正价为+7价,C错;当Y为第三周期时,X为磷,R为铝,铝是金属元素,D错。 题组3 “位、构、性”关系考查 7.A、B两种原子,A的M电子层比B的M电子层少3个电子,B的L电子层电子数恰为A的L电子层电子数的2倍。 A和B分别是( ) A.硅原子和钠原子B.硼原子和氦原子 C.氯原子和碳原子D.碳原子和铝原子 答案 D 解析 设x、y分别为A的L层和M层的电子数。 依题意有 K L M A 2 x y B 2 2x y+3 由于B的M层上有电子,故其L层肯定充满电子,2x=8,x=4。 由于A的L层未充满电子,故其M层无电子,y=0。 所以A、B的核外电子数分别为6、13,是碳原子和铝原子。 8.根据下表信息,判断以下叙述正确的是( ) 部分短周期元素的原子半径及主要化合价 元素代号 L M Q R T 原子半径/nm 0.160 0.143 0.089 0.102 0.074 主要化合价 +2 +3 +2 +6、-2 -2 A.氢化物的沸点为H2T B.单质与稀盐酸反应的速率为L C.M与T形成的化合物具有两性 D.L2+与R2-的核外电子数相等 答案 C 解析 由信息表中的原子半径和主要化合价可以判断出T为O,R为S,Q为Be,M为Al,L为Mg。 H2O的沸点比H2S的沸点高,Mg的金属性比Be强,Al2O3是两性氧化物,Mg2+、S2-的核外电子数分别为10、18。 9.A、B、C为短周期元素,在周期表中所处的位置如图所示。 A、C两元素的原子核外电子数之和等于B原子的质子数。 B原子核内质子数和中子数相等。 (1)写出A、B、C三元素名称: ______、______、______。 (2)C在元素周期表中的位置是_______________________________________________。 (3)B的原子结构示意图为________,C的氢化物与B的氢化物的稳定性强弱顺序为________>________(填化学式)。 (4)比较A、C的原子半径
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