資源簡介

原子結構與性質
第二節 原子結構與元素的性質
1.2.1　原子結構與元素周期表
教材分析
本節內容分為兩部分：第一部分在復習原子結構及元素周期表相關知識的基礎上，從原子核外電子排布的特點出發，結合元素周期表進一步探究元素在周期表中的位置與原子結構的關系。第二部分在復習元素的核外電子排布、元素的主要化合價、元素的金屬性與非金屬性周期性變化的基礎上，進一步從原子半徑、電離能以及電負性等方面探究元素性質的周期性變化規律。教學過程中應注意幫助學生根據元素原子核外電子排布特點，以及從原子半徑、電離能及電負性等方面加深對元素周期律、元素周期表及元素“位一構一性”三者關系的理解。
教學目標與核心素養
課程目標 學科素養
1.熟知原子結構與元素周期表的關系，進一步熟悉元素周期表的結構。 2.能夠從原子結構的角度認識元素周期表中區的劃分。 科學態度與社會責任：通過對元素周期表發展史的了解，認識科學家對元素周期表經歷的探索過程， 培養宏觀辨識與微觀探析：通過對構造原理與元素周期表分區關系的分析，了解元素周期表是微觀上原子核外電子排布的宏觀表達方式，
教學重難點
教學重點：原子核外電子排布與元素周期表分區的關系
教學難點：原子核外電子排布與元素周期表分區的關系
課前準備：多媒體調試、講義分發
教學過程
【導入新課】
現代化學的元素周期律是1869年俄國科學家門捷列夫(Dmitri Mendeleev)首先創造的，他將當時已知的63種元素依相對原子質量大小并以表的形式排列，把有相似化學性質的元素放在同一列，制成元素周期表的雛形。經過多年修訂后才成為當代的周期表。
在化學教科書和字典中，都附有一張“元素周期表（英文：the periodic table of elements）”。這張表揭示了物質世界的秘密，把一些看來似乎互不相關的元素統一起來，組成了一個完整的自然體系。它的發明，是近代化學史上的一個創舉，對于促進化學的發展，起了巨大的作用。
【新課講授】
一、元素周期律 元素周期系 元素周期表
1.概念辨析
(1)元素周期系:元素性質隨元素原子的核電荷數遞增發生周期性遞變
(2)元素周期系：元素按原子核電荷數遞增排列的序列
(3)元素周期表的發展歷程
元素周期系只有一個，元素周期表多種多樣
第一張周期表——門捷列夫周期表。
門捷列夫周期表最重要的特征是從第四周期開始每個周期截成兩截，第1~7族分主副族，第八族稱為過渡元素。主副族和第八族的概念使用至今，但過渡元素的概念不同了。
第二張周期表——維爾納周期表，
維爾納周期表是特長式周期表，每個周期一行，各族元素、過渡金屬、稀有氣體、鑭系和錒系，各有各的位置，同族元素上下對齊，盡管當時鑭系和錒系的概念尚未形成，不知道它們有多少種元素。
維爾納周期表前五個周期的元素種類被完全確定——2、8、8、18、18，但第六、七周期因鑭系和錒系元素種類未知而未定。現今的元素周期表與維爾納周期表相似，但也有差異，如維爾納周期表中Be、Mg的位置與現今周期表不同。
第三張——玻爾周期表
玻爾用原子結構來解釋周期系，他認識到，21~28、39~46等元素的原子新增加的電子是填入內層軌道的。玻爾得知鑭（La）后14種元素基態原子有4f電子，也用方框框起，而且第六周期為32種元素，但第七周期元素所知甚少。玻爾周期表還用直線連接前后周期的相關元素（同族元素），這是因為玻爾已經知道，它們的價電子數相等。
【過渡】
每周期先出現堿金屬元素，標志著建立新電子層，隨著核電荷數的增加，出現稀有氣體元素，標志著新電子層的結束，各周期元素原子的核外電子排布重復出現從ns1到ns2np6(除第一周期)的周期性變化。這就形成了元素周期系。根據構造原理得出的核外電子排布，可以解釋元素周期系的基本結構，接下來我們來分析周期系中每個周期的元素數。
【學生活動】
每周期價電子排布式、最多容納的電子數及元素數
【講解】
第一周期從1s1開始，以1s2結束，只有兩種元素。其余各周期總是從ns能級開始，以np結束，而從ns能級開始以np結束遞增的核電荷數（或電子數）就等于每個周期里的元素數。具體數據如下：
1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 5s 4d 5p 6s 4f 5d 6p 7s……
2 8 8 18 18 32
【講解】
若以一個方格代表一種元素，每個周期排一個橫排，并按s、p、d、f分段，左側對齊，可得到如下元素周期表。
【展示】按s、p、d、f將元素周期表分段。
【過渡】
在元素周期表中，同族元素價層電子數相同，這是同族元素性質相似的結構基礎。
【學生活動】
總結原子核外電子排布與族的關系
【總結】
①價電子。主族元素的價電子為該元素原子的最外層電子。如堿金屬元素原子的價電子排布為ns1。副族元素的價電子與其最外層電子和次外層電子有關(鑭系、錒系元素還與次次外層的f電子有關)。如鐵元素的價電子排布式為3d64s2。
②主族元素。主族元素的族序數=原子的最外層電子數。同主族元素原子的價電子排布相同,價電子全部排布在ns或ns、np能級上(如下表所示)。
主族序數 ⅠA ⅡA ⅢA ⅣA ⅤA ⅥA ⅦA
價電子構型 ns1 ns2 ns2np1 ns2np2 ns2np3 ns2np4 ns2np5
③稀有氣體元素的價電子排布為ns2np6(He為1s2)。
④副族元素：
族序數 ⅢB ⅣB … ⅦB
價電子構型 (n-1)d1ns2 (n-1)d2ns2 … (n-1)d5ns2
族序數 Ⅷ ⅠB ⅡB
價電子構型 (n-1)d6~8ns2 (n-1)d10ns1 (n-1)d10ns2
【學生活動】
仔細考察書末的元素周期表，回答下列問題
(1)元素周期表共有幾個周期？每個周期各有多少種元素？為什么第一周期結尾元素的電子排布跟同族的其他周期元素的不同？
(2)元素周期表共有多少個列？各列的價層電子數各為多少？同列元素價層電子數是否相等？元周期表可分為哪些族？族序有什么規律？
(3)為什么在元素周期表中非金屬主要集中在右上角三角區內？
【講解】
(1)在周期表中，把能層數相同的元素，按原子序數遞增的順序從左到右排成橫行，稱之為周期，有7個；在把不同橫行中最外層電子數相同的元素，按能層數遞增的順序由上而下排成縱行，稱之為族，共有18個縱行，16 個族。16個族又可分為主族、副族、0族。
(2)根據構造原理，除第一周期外，其余周期總是從ns能級開始，以np能級結束，遞增的核電荷數(或電子數)等于該周期的元素數。
周期 外圍電子排布 各周期增 加的能級 元素 種類
第ⅠA族 0族 最外層最多容納電子數
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、5p 18
六 6s1 6s26p6 8 6s、4f、5d、6p 32
七 7s1 7s27p6 8 7s、5f、6d、7p 32
[提示]
由元素的價電子結構和元素周期表中元素性質遞變規律可知，在元素周期表中，同周期的元素從左到右非金屬性漸強，同主族元素從上到下非金屬性漸弱，結果使元素周期表右上角的元素主要呈現非金屬性。處于非金屬三角區邊緣的元素既能表現出一定的非金屬性，又能表現出一定的金屬性，因此，這些元素常被稱之為半金屬或準金屬。
【解釋與整理】
回答上述問題和你提出的問題，并整理出你對元素周期表的新認識。
【討論】
(1)為什么副族元素又稱為過渡元素？過渡元素價層電子數跟它們的族序數有什么關系？寫出它們的價層電子排布通式。
[提示]副族元素處于金屬元素向非金屬元素過渡的區域，因此，又把副族元素稱為過渡元素。
(2)按照核外電子排布，可把元素周期表劃分成5個區。除ds區外，各區的名稱來自按構造原理最后填入電子的能級的符號。s區、d區和p區分別有幾個列？為什么s區（除氫元素）、d區和ds區的元素都是金屬元素？
[提示]
分區 元素分布 外圍電子排布 元素性質特點
s區 第ⅠA族、第ⅡA族 ns1~2 除氫外都是活潑金屬元素
p區 第ⅢA族~ⅦA族、0族 ns2np1~6(He除外) 最外層電子參與成鍵(0族元素一般不考慮)
d區 第ⅢB族~ⅦB族、第Ⅷ族 (n-1)d1~9ns1~2(Pd除外) 次外層d能級中的電子不同程度地參與化學鍵的形成
ds區 第ⅠB族、第ⅡB族 (n-1)d10ns1~2 金屬元素
f區 鑭系、錒系 (n-2)f0~14(n-1)d0~2ns2 鑭系元素化學性質相近;錒系元素化學性質相近
（3)處于非金屬與金屬分界線上的元素常被稱為半金屬或類金屬，為什么？
[提示]
在元素周期表中位于金屬和非金屬分界線上的元素兼有金屬和非金屬的性質，位于此處的元素（如硼、硅、鍺、砷、銻等）常被稱為半金屬或類金屬（一般可用作半導體材料）。
（4)在周期表里找出Cr和Cu的價層電子，它們的電子排布符合構造原理嗎？此外還有哪些元素的基態原子電子排布不符合構造原理？
[提示]
Cr和Cu的價層電子，它們的電子排布不符合構造原理，Mo、Ag、Au基態原子電子排布不符合構造原理。
（5)預言119號元素基態原子最外層電子排布；預言第八周期有多少種元素。
[提示]
119號元素基態原子最外層電子排布8s1，第八周期有50中元素。
【講解】
在元素周期表中，某些主族元素與右下方的主族元素的有些性質是相似的（如鋰和鎂在過量的氧氣中燃燒均生成正常氧化物，而不是過氧化物），這種相似性稱為對角線規則。對角線規則是從相關元素及其化合物的許多性質中總結出來的經驗規則
與酸反應 與堿反應
單質
氧化物
氫氧化物
【課堂小結】
通過本節課的學習，掌握原子結構與元素周期表的關系，提升對元素周期表的認識。
課堂檢測
下列有關元素周期表及元素周期律的說法錯誤的是
A. N能層的能級數最多為3個
B. Cu元素在元素周期表的ds區
C. F元素在同周期中電負性最大
D. 根據對角線規則，鈹和鋁的化學性質具有相似性
【答案】A
【解析】
A.N能層的能級數為4個，故A錯誤；
B.根據Cu元素在元素周期表位置判斷，Cu元素在元素周期表的ds區，故B正確；
C.F元素的非金屬性最強，所以F元素在同周期中電負性最大，故C正確；
D.對角線規則為：沿周期表中金屬與非金屬分界線方向對角的兩主族元素性質相似，鈹和鋁位置關系符合對角線規則，物質的化學性質相似，故D正確。
故選A。
元素的分區及在元素周期表中的位置與元素原子的結構密不可分，下列說法正確的是
A. 所有非金屬元素都分布在p區
B. s區元素的最后一個電子進入p軌道或者s軌道
C. 元素周期表中ⅢB族到ⅡB族10個縱行的元素都是金屬元素
D. 所有金屬元素都是過渡元素
【答案】C
【解析】
A.周期表中大部分非金屬都分布在p區，但氫元素分布在s區，故A錯誤；
B.s區元素最后一個電子都進入s軌道，故B錯誤；
C.元素周期表中ⅢB族到ⅡB族10個縱行的元素都是金屬元素，故C正確；
D.周期表中主族中的金屬元素不屬于過渡元素，故D錯誤。
故選C。
已知某基態原子的電子排布式為，該元素在周期表中的位置和區分別是
A. 第四周期ⅡB族；s區 B. 第四周期ⅧB族；d區
C. 第四周期Ⅷ族；d區 D. 第四周期Ⅷ族；ds區
【答案】C
【解析】
由原子的電子排布式為可知共有4個電子層，為第四周期元素，價電子排布式為，為d區元素，位于第四周期Ⅷ族。
故選C。
4.元素周期表中，鈹與鋁處于對角線的位置，它們的性質相似。試回答：
元素在周期表的位置______________________。
比較、、微粒半徑的大小_______________________。
下列有關Be性質的推斷正確的是_______________________。
是一種輕金屬，能與冷水反應
氧化鈹具有高熔點
常溫時，溶液的
已知： ，寫出與水反應的方程式__________________。
【答案】第二周期第ⅡA族
【解析】
鈹與鋁處于對角線的位置，Al位于第三周期ⅢA族，可知Be位于第二周期第ⅡA族；
故答案為：第二周期第ⅡA族；
具有相同電子層結構的離子中原子序數大的離子半徑小，電子層越多，離子半徑越大，則離子半徑為 ；
故答案為：；
與冷水不反應，可知Be是一種輕金屬，但不能與冷水反應，故a錯誤；
的熔點高，可知氧化鈹具有高熔點，故b正確；
氯化鋁溶液顯酸性，可知常溫時，溶液的，故c正確；
故答案為：bc；
由可知，，則與水反應的方程式為：，
故答案為：。
教學反思
通過對元素周期表發展史的了解，認識科學家對元素周期表經歷的探索過程，培養科學態度與社會責任。通過對原子結構與元素周期表的關系的認識，進一步熟悉元素周期表的結構，通過對構造原理與元素周期表分區關系的分析，了解元素周期表是微觀上原子核外電子排布的宏觀表達方式，能夠從原子結構的角度認識元素周期表中區的劃分。培養宏觀辨識與微觀探析科學素養。

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