資源簡介

1.1 課時2　核外電子排布　原子結構與元素原子得失電子能力
【學習目標】
1.了解原子核外電子的排布規律。
2.能畫出1~20號元素原子的結構示意圖。
3.了解原子結構與元素原子得失電子能力之間的關系。
4.理解元素的化學性質與核外電子排布的密切關系。
5.通過鈉、鎂、鋁與水反應的實驗探究,知道原子得失電子能力的判斷方法,了解原子的最外層電子排布與元素原子得失電子能力和化合價的關系。
【自主預習】
一、核外電子排布
1.電子層與電子能量的關系
電子層數 1 2 3 4 5 6 7
電子層符號 K L M N O P Q
電子能量
2.核外電子排布規律
【微點撥】
(1)電子層實質上是一個“區域”,或者說是一個“空間范圍”,它與宏觀上層的含義完全不同。
(2)核外電子排布的規律是互相聯系的,不能孤立地理解。如鈣原子由于受最外層電子數不超過8個的限制,其原子結構示意圖為,而不是。
3.原子的最外層電子排布與元素化學性質的關系
　　元素 結構　　　 與性質　　 金屬元素 非金屬元素 稀有氣體元素
最外層 電子數 一般小 于　 一般大于 或等于　 　　　 (He為　　)
穩定性 不穩定 不穩定 穩定
原子的得失 電子能力 易　　電子 易　　電子 　　得、失電子
化合價 只顯　 既有　　, 又有　 　
【微點撥】
原子最外層電子數小于4不一定是金屬元素,如氫原子最外層電子數是1,屬于非金屬元素。
二、原子結構與元素原子得失電子的能力
實驗探究:原子結構與元素原子得失電子能力
1.方法導引
比較活潑金屬失電子能力的實驗方法:元素的單質與水(或酸)反應置換出　　　　的難易程度。
2.鈉、鎂元素原子失電子能力比較
(1)分析預測
鈉原子與鎂原子的電子層數相同,鈉原子的核電荷數比鎂　　　　,鈉原子最外層電子離核距離比鎂　　　　,鈉元素原子的失電子能力比鎂　　　　,單質鈉與水(或酸)反應比鎂更　　　　。
(2)實驗探究
①通過實驗甲說明鈉與冷水劇烈反應,反應的化學方程式為2Na+2H2O　　　　。
②實驗乙中沒有明顯的變化,說明鎂與冷水　　　　。
③結論:鈉與水反應比鎂與水反應劇烈,鈉原子比鎂原子容易失去電子。
3.鈉、鉀元素原子失電子能力比較
(1)分析預測
鈉原子與鉀原子最外層電子數相同(或都是1),鉀原子電子層數比鈉　　　　,鉀原子最外層電子離核　　　　,更容易　　　　最外層電子,單質鉀與水(或酸)反應比鈉更劇烈。
(2)實驗探究
①實驗現象
相同點:金屬在水面上;金屬熔成閃亮的小球;小球四處　　　　;發出“咝咝”的響聲;反應后的溶液呈　　　　。
不同點:鉀與水的反應有輕微　　　　并著火燃燒。
②化學方程式:
2Na+2H2O2NaOH+　　　　;
2K+2H2O　　　　+H2↑。
(3)結論:鉀與水反應比鈉與水反應劇烈,鉀原子比鈉原子更容易失去電子。
【微點撥】
通常所說的元素的金屬性是指元素原子的失電子能力;元素的非金屬性是指元素原子的得電子能力。
【答案】一、1.由近及遠　由低到高
2.2n2　8　2
3.4　4　8　2　失　得　不易　正價　正價　負價
0價
二、1.氫氣
2.(1)少　遠　強　劇烈　
(2)①2NaOH+H2↑　②很難反應
3.(1)多　遠　失去
(2)①游動　紅色　爆炸聲　②H2↑　2KOH
【效果檢測】
1.判斷正誤(正確的打“√”,錯誤的打“×”)
(1)最外層電子數為2的原子一定是金屬元素。 (　　)
(2)最外層電子數大于4的原子一定是非金屬元素。 (　　)
(3)不容易得電子的原子一定容易失電子。 (　　)
(4)氧原子的最外層電子數為6,故其最高正價為+6。 (　　)
(5)金屬原子只有還原性。 (　　)
(6)M層為最外層時容納的電子數最多不超過8個。 (　　)
(7)已知K的核電荷數是19,其原子結構示意圖為。 (　　)
【答案】　(1)×　(2)×　(3)×　(4)×　(5)√　(6)√
(7)×
2.教材中描述“電子一般總是先從內層排起,當一層充滿后再填充下一層”,當M層有電子時,K、L層是否一定充滿電子
【答案】是;當M層有電子時,K、L層一定充滿電子,如硫原子K層必須充滿兩個電子后,再在L層填充8個電子,M層上才能填充6個電子。
3.在1~18號元素中,其原子最外層電子只有1個或2個電子的元素,可能是哪種元素 該原子一定容易失去電子嗎
【答案】可能是金屬元素或非金屬元素,也可能是稀有氣體元素;不一定。短周期里的1~18號元素中,最外層有1個電子的元素有氫、鋰、鈉;最外層有2個電子的元素有鈹、鎂、氦。He是稀有氣體元素,不易失去電子,也不易得到電子;Li、Na、Be、Mg是金屬元素,H是非金屬元素,均容易失去電子。
4.在1~18號元素中,用元素符號或化學式回答下列問題:
(1)最外層電子數等于次外層電子數4倍的稀有氣體元素:　　　　　　　　。
(2)次外層電子數是最外層電子數2倍的非金屬元素:　　　　　　　　。
(3)內層電子總數是最外層電子數2倍的金屬元素:　　　　　　　　。
(4)與水反應最劇烈的金屬是　　　　　　　　。
(5)地殼中含量最高的金屬元素是　　　　　　　　。
(6)單質氧化性最強的元素是　　　　　　　　。
(7)只有兩個原子核和兩個電子組成的分子是　　　　　　　 　　。
(8)最外層分別為4個和6個電子的原子形成的可燃化合物是　　　　　　　　　。
(9)最外層有5個電子的原子所形成的水溶液呈堿性的簡單氫化物是　　　　　　　　　。
(10)由3個原子組成的電子總數為10的化合物是　　　　　　　　　。
【答案】(1)Ne　(2)Si　(3)Li　(4)Na　(5)Al　(6)F　(7)H2　(8)CO　(9)NH3　(10)H2O
【合作探究】
任務1　核外電子排布規律
情境導入　有人把核外電子排布形象地比喻成洋蔥切面,表明核外電子根據能量高低是分層排布的。核外電子的運動有自己的特點,它不像行星繞太陽旋轉有固定的軌道,但卻有經常出現的區域。當一個原子核外有多個電子時,電子經常出現的區域又有所不同,科學家把這些區域稱為電子層。電子在原子核外排布時,總是首先排布在離核最近能量最低的電子層里,即先排布K層,當K層排滿后,再排布L層,依次類推。
問題生成
1.原子核周圍是否真實存在這樣的殼層
【答案】電子層不是真實存在的,是科學家為了使表達更加形象化,根據電子經常出現的區域而設想的結構模型。
2.根據核外電子排布的規律,寫出Na、O、Ca、K+、Cl-的結構示意圖。
答案
3.和分別違背了電子排布的哪種規律
【答案】K層最多容納2個電子;最外層電子數不超過8。
4.核外電子在排布時,是不是一定要先排滿低能量電子層再排高能量電子層
【答案】不一定,要同時滿足最外層電子數不超過8,次外層電子數不超過18的原則,如K:,M層只排8個電子,N層排1個電子。
5.惰性氣體的化學性質不活潑,一般不易與其他物質發生化學反應。這與惰性氣體原子的最外層電子數有什么關系
【答案】原子最外層8個電子(K層為最外層時為2個電子)的結構為相對穩定結構。
【核心歸納】
1.原子核外電子排布規律及其之間的關系
2.原子核外電子排布的表示方法
(1)原子結構示意圖
微粒符號→Na
鈉的原子結構示意圖
(2)離子結構示意圖
離子 核外電子排布特點 舉例
陽離 子 與上周期的稀有氣體元素原子核外電子排布相同
陰離 子 與同周期的稀有氣體元素原子核外電子排布相同
【典型例題】
【例1】　根據下列敘述,寫出元素名稱并畫出原子結構示意圖。
(1)A元素原子核外M層電子數是內層電子總數的一半:　　　　　　　　　　　　。
(2)B元素原子的最外層電子數是次外層電子數的1.5倍:　　　　　　　　　　　。
(3)C元素原子的質子數為17:　　　　　　　　　　。
(4)D元素原子的次外層電子數是最外層電子數的:　　　　　　　　　　。
【答案】(1)磷,　(2)硼,
(3)氯,　(4)氖,
【例2】　短周期元素中,A元素原子最外層電子數是次外層電子數的2倍;B元素原子最外層電子數是其內層電子總數的3倍;C元素原子M層電子數等于其L層電子數的一半;D元素原子最外層有1個電子,D的陽離子與B的陰離子電子層結構相同。則4種元素原子序數大小關系是(　　)。
A.C>D>B>A B.D>B>A>C C.A>D>C>B D.B>A>C>D
【答案】A
【解析】A元素原子的次外層電子數只能是2,最外層電子數是4,A的原子序數為6;B元素原子的內層電子數只能是2,最外層電子數為6,B的原子序數為8;C元素原子有3個電子層,L層必有8個電子,M層有4個電子,C的原子序數為14;D的陽離子與B的陰離子(O2-)電子層結構相同,D為Na,原子序數為11。故原子序數大小關系為C>D>B>A。
【方法技巧】
1.1~18號元素原子結構的特點
(1)原子核內無中子的原子:H。
(2)原子最外層只有1個電子的元素:H、Li、Na。
(3)原子最外層有2個電子的元素:Be、Mg、He。
(4)原子最外層電子數等于次外層電子數的元素:Be、Ar。
(5)原子最外層電子數是次外層電子數2倍的元素:C;
原子最外層電子數是次外層電子數3倍的元素:O;
原子最外層電子數是次外層電子數4倍的元素:Ne。
(6)原子電子層數與最外層電子數相等的元素:H、Be、Al。
(7)原子電子總數為最外層電子數2倍的元素:Be。
(8)原子次外層電子數是最外層電子數2倍的元素:Li、Si。
(9)原子內層電子總數是最外層電子數2倍的元素:Li、P。
(10)原子電子層數是最外層電子數2倍的元素:Li。
(11)原子最外層電子數是電子層數2倍的元素:He、C、S。
(12)原子最外層電子數是電子層數3倍的元素:O。
(13)原子電子層數是最外層電子數3倍的元素:Na。
2.推斷10e-和18e-微粒的思維模型
(1)10電子微粒
(2)18電子微粒
“雙九”微粒:—F、—OH、—NH2、—CH3的相互組合,如:F2、H2O2、N2H4、C2H6、CH3F、CH3OH、CH3NH2。
任務2　原子結構與元素原子得失電子能力
情境導入　我們生活的世界是由元素組成的,我們的人體也是由元素組成的。組成人體的元素中,含量最高的是氧,為65%,碳在人體中含量為18%,居第二位。人體內所含有的元素,目前已知的有60多種。
問題生成
1.從原子結構角度預測鈉、鎂與水反應的難易程度。
【答案】根據鈉、鎂的原子結構可以看出它們具有相同的電子層數,但鎂的核電荷數比鈉的大,鈉的最外層電子數比鎂的少,故鎂的原子核對最外層電子的引力更大,最外層電子離核相對近,故預計鈉比鎂更容易失去電子,則鈉與水反應比鎂與水反應更容易。
2.根據鈉、鎂與水反應的實驗現象,請回答下列問題:
實驗操作 實驗現象 實驗結論
鈉熔成小球,浮于水面,四處游動,有“咝咝”的響聲,反應后溶液變紅 鈉與冷水劇烈反應,化學方程式為
加熱前,鎂條表面附著了少量無色氣泡,加熱至沸騰后,有較多的無色氣泡冒出,溶液變為淺紅色 鎂與冷水幾乎不反應,能與沸水反應,化學方程式為
原子的失電子能力:　　　　　
　　【答案】2Na+2H2O2NaOH+H2↑　Mg+2H2OMg(OH)2+H2↑　Na>Mg
3.從原子結構角度預測鈉、鉀與水反應的難易程度。
【答案】根據鉀、鈉的原子結構可以看出它們的最外層電子數都是1,但鉀的電子層數為4,鈉的電子層數為3,故鉀的最外層電子離核更遠,預計鉀比鈉更容易失去最外層電子,鉀與水反應比鈉與水反應更容易。
【核心歸納】
1.實驗探究鈉、鎂、鉀元素原子的失電子能力強弱
元素 Na Mg K
實驗 過程 用小刀切下一小塊黃豆大小的金屬鈉,用濾紙吸干表面的煤油,放入盛有水并滴加幾滴酚酞溶液的燒杯中,立即蓋上表面皿 取一小段鎂條,用砂紙除去表面的氧化膜,放入盛有等量冷水并滴加幾滴酚酞溶液的試管中,用酒精燈加熱試管 用小刀切下一小塊與鈉塊大小相似的金屬鉀,用濾紙吸干表面的煤油,放入盛有等量水并滴加幾滴酚酞溶液的燒杯中,立即蓋上表面皿
實驗 現象 鈉浮在水面上,熔成一個閃亮的小球,向四周游動,發出“咝咝”的響聲,酚酞溶液變紅 鎂片幾乎沒有變化,溶液加熱至沸騰后,鎂片上有大量氣泡冒出,酚酞溶液變紅 鉀與水立即劇烈反應,小球浮在水面上,四周游動,有輕微爆炸聲并著火燃燒,酚酞溶液變紅
化學 方程 式 2Na+2H2O2NaOH+H2↑ Mg+2H2OMg(OH)2+H2↑ 2K+2H2O2KOH+H2↑
結論 與水反應的劇烈程度:K>Na>Mg
2.判斷依據
3.原子結構與元素原子得失電子能力的關系
(1)影響因素:最外層電子數、核電荷數、電子層數。
(2)規律:
①若原子的電子層數相同,則核電荷數越大,最外層電子離核越近,原子越難失電子而越容易得電子。
②若原子的最外層電子數相同,則電子層數越多,最外層電子離核越遠,原子越容易失電子而越難得電子。
(3)應用:
①金屬在化學反應中通常表現為失電子,失電子能力越強的金屬元素,其化學反應程度越劇烈。
②非金屬在化學反應中通常表現為得電子,得電子能力越強的非金屬元素,其化學反應程度越劇烈。
【典型例題】
【例3】　對四種元素G、L、M、R進行如下實驗:
　　金屬 實驗　　 G L M R
和冷水反應 不反應 慢慢反應 未做實驗 未做實驗
和2 mol·L-1 鹽酸反應　　 溶解并 放出氣體 溶解并 放出氣體 不反應 不反應
和Rn+的水 溶液反應 溶解并 形成新 的沉淀 未做實驗 溶解并 形成新 的沉淀 未做實驗
根據表中所給實驗結果,這四種金屬活動性由強到弱的正確順序是(　　)。
A.L、G、R、M B.G、L、M、R
C.L、G、M、R D.L、R、G、M
【答案】C
【解析】G和冷水不反應,L與冷水慢慢反應,可知L的活動性比G的強;G、L與鹽酸反應并放出氣體,M、R不反應,可知G、L的活動性比M、R的強;G、M與Rn+的水溶液反應并生成新的沉淀,可知G、M的活動性比R的強。由上可知,四種金屬活動性由強到弱的順序為L、G、M、R。
【例4】　下列敘述能證明金屬A比金屬B更活潑的是(　　)。
A.A原子的最外層電子數比B原子的最外層電子數少
B.A原子電子層數比B原子的電子層數多
C.1 mol A從酸中置換生成的H2比1 mol B從酸中置換生成的H2多
D.常溫時,A能從水中置換出氫氣,而B不能
【答案】D
【解析】金屬A比金屬B活潑的依據是A比B更易失去電子,而失電子的能力取決于其與酸(或H2O)反應置換出氫氣的難易程度。
【隨堂檢測】
1.下列是幾種粒子的結構示意圖,有關說法不正確的是(　　)。
A.①和②屬于同種元素
B.②屬于稀有氣體元素
C.①和③的化學性質相似
D.④屬于金屬元素
【答案】B
【解析】A項,①和②分別是O和O2-,都屬于氧元素,正確;B項,②屬于氧元素,不屬于稀有氣體元素,錯誤;C項,③為硫原子,①為氧原子,其最外層上均有6個電子,化學性質相似,正確;D項,④為金屬元素鈉,正確。
2.核電荷數小于或等于18的元素中,原子的最外層電子數是其內層電子總數一半的元素種類有(　　)。
A.1種 B.2種
C.3種 D.4種
【答案】B
【解析】在核電荷數為1~18的元素中,符合題述要求的元素原子的電子排布分別為2、1和2、8、5,為Li、P,故只有2種。
3.已知鋇的金屬活動性介于鉀和鈉之間,則下述說法中可能實現的是(　　)。
A.鋇可從氯化鉀溶液中置換出鉀
B.鋇可從冷水中置換出氫氣
C.鋇可從氯化鈉溶液中置換出鈉
D.在溶液中,鋇離子可氧化金屬鋅,使之成為鋅離子
【答案】B
【解析】根據金屬活動性:K>Ba>Na,金屬鋇與水劇烈反應,反應的化學方程式為Ba+2H2OBa(OH)2+H2↑,B項符合題意。
4.根據下列敘述,寫出元素名稱并畫出原子結構示意圖。
信息 元素名稱 原子結構示意圖
A元素原子核外M層電子數是L層電子數的一半
B元素原子最外層電子數是次外層電子數的1.5倍
C元素呈+1價的離子的電子層排布與Ne相同
D元素原子次外層電子數是最外層電子數的
　　【答案】(從左到右,從上到下)
硅　　硼　　鈉　 氧　
【解析】L層有8個電子,則M層有4個電子,故A元素為硅。當次外層為K層時,最外層電子數則為3,故B元素為硼;當次外層為L層時,最外層電子數為1.5×8=12,違背了電子排布規律,故不可能。由題可知,C元素原子的質子數為10+1=11,故為鈉。當次外層為K層時,D元素為氧;當次外層為L層時,最外層則有24個電子,故不可能。
5.已知A、B、C三種元素的原子中,質子數為A(1)三種元素的元素符號:
A　　　　;B　　　　;C　　　　。
(2)畫出三種元素的原子結構示意圖:
A　　　　;B　　　　;C　　　　。
【答案】(1)C　Si　Cl
(2)
【解析】由A元素的原子最外層電子數是次外層電子數的2倍,可知A是碳元素;B元素的原子核外M層電子數是L層電子數的一半,可知B為硅元素;C元素的原子次外層電子數比最外層電子數多1個,且質子數C>B,可知C為氯元素。
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