第四章

物質結構

元素周期律第一節原子結構與元素周期表一、原子結構【知識回顧】原子是由什么組成的？1、原子結構模型的演變道爾頓模型（1803年）：原子是構成物質的基本粒子，它們是堅實的、不可再分的實心球。“實心球”模型古希臘哲學家德謨克利特物質是由不可分割的微粒（原子）構成的原子結構模型的演變湯姆孫湯姆孫原子模型：葡萄干面包式湯姆生的“葡萄干面包式”原子結構模型1897年英國物理學家湯姆生發現了原子中存在電子，并用實驗方法測出了電子的質量。他推測這種粒子均勻地嵌在云狀的正電荷球體中。盧瑟福的帶核原子結構模型1909年英國物理學家盧瑟福根據α粒子散射現象，提出了帶核的原子結構模型。推測原子中心存在原子核，帶正電，電子帶負電，在其周圍高速運行，就像行星圍繞太陽運轉一樣。金箔探測屏ɑ粒子發生器狹縫玻爾的軌道原子結構模型1913年丹麥物理學家玻爾指出：原子核外，電子在一系列穩定的軌道上運動，每個軌道都具有一個確定的能量值；核外電子在這些穩定的軌道上運動時，既不放出能量，也不吸收能量。

20世紀初（1926-1935年）科學家提出，原子核外電子的運動不遵循經典力學的原理，必須用量子力學模型描述核外電子的運動。即現代量子力學模型（電子云模型）。現代電子云模型高速運動，接近光速；沒有確定的軌跡，不能同時準確地測定電子在某一時刻所處的位置和運動速度，也不能描繪出它的運動軌跡。只能用統計的觀點指出它在原子核外空間某處出現機會的多少。用“電子云”形象地描述核外電子的運動。1234原子核外電子如何運動？2、原子核外電子的排布【思考】在多電子原子里，每個電子具有的能量是否都相同？電子是如何排布的？

在含有多個電子的原子里，電子分別在能量不同的區域內運動，人們把不同區域簡化為不連續的殼層，稱之為電子層。（有人把這種電子層模型比擬為洋蔥式結構）電子層數n=1，2，3，4，5，6，7表示從內到外的電子層。KLMNOPQ在多電子原子中，電子的能量是不相同的。在離核較近的區域內運動的電子能量較低，在離核較遠的區域內運動的電子能量較高。由于原子中的電子是處在原子核的引力場中，電子總是從內層排起，當一層充滿后再填充下一層。那么，每個電子層最多可以排布多少個電子呢?結論：電子由低能量排向高能量當一層充滿后再填充下一層下表是稀有氣體元素原子的電子層排布，你能發現什么規律?核電荷數元素名稱元素符號各電子層的電子數KLMNOP2氦He210氖Ne2818氬Ar28836氪Kr2818854氙Xe281818886氡Rn281832188思考·討論（1）當K層為最外層時，最多能容納的電子數是多少？除了K層，其他各層為最外層時，最多能容納的電子數是多少？當K層為最外層時，最多能容納2個電子數。除了K層，其他各層為最外層時，最多能容納8個電子數。（2）次外層最多容納的電子數是多少？次外層最多容納18個電子數。（3）你能歸納出第n層最多能容納的電子數嗎？第n層最多能容納2n2電子數（1）電子總是先排布能量較低的電子層。原子核外第n層最多能容納的電子數為2n2。（2）最外層電子數不超過8個（K層為最外層只有2個），次外層電子數最多18個，倒數第三層電子數最多32個。（3）原子最外電子層有8個電子（最外層為K層時，最多只有2個電子）的結構是相對穩定的結構。原子核外電子排布規律原子的質量主要集中在原子核上，質子和中子的相對質量都近似為1，如果忽略電子的質量，將核內所有質子和中子的相對質量取近似整數值相加，所得的數值叫做質量數。

質量數（A）=質子數（Z）+中子數（N）質量數原子的表示方法原子符號：ZXA代表一個質量數為A，質子數為Z的原子a——代表質量數；b——代表核電荷數；c——代表離子的價態；d——原子個數n——元素化合價abcdn各代表什么?abXc+d+n常見的“10電子微粒”和“18電子微粒”【思考】如何根據所含微粒（質子、中子或電子）確定一種元素或一種原子？為什么圖中H的質量數有3個呢？質量數H1氫1.008123思考·討論

元素是具有相同質子數（核電荷數）的一類原子的總稱。

同種元素原子的原子核中質子數是相同的，中子數不一定相同。氫元素的原子核原子名稱質子數（Z）中子數（N）10氕（pie）11氘（dao）12氚（chuan）氫元素的不同核素把具有一定數目質子和一定數目中子的一種原子叫做核素H11H12H13各為一種核素二、核素質子數相同而中子數不同的同一元素的不同原子互稱為同位素即：質子數相同的不同原子互稱為同位素H11H12H13互為同位素天然存在的同位素，相互間保持著一定的比率。元素的相對原子質量，就是按照該元素各種核素所占的一定百分比計算出來的平均值。同位素常見元素的同位素及其用途

放射性同位素用于育種、治療惡性腫瘤(1)原子質量(2)相對原子質量(原子量)

(3)原子質量數(4)同位素原子量(5)元素的相對原子質量(即平均原子量)(6)元素的近似相對原子質量幾對相關概念Cl元素相對原子質量=M1×a1

+M2×a2=34.969×75.77%+36.966×24.23%=35.453

例：Cl元素相對原子質量的計算同位素同位素的相對原子質量(Mi)豐度(ai)原子百分含量34.96975.77%36.96624.23%Cl元素近似相對原子質量=A1×a1

+A2×a2=35×75.77%+37×24.23%=35.48535×75%+37×25%=35.5(進一步對豐度作近似處理)M(R)＝R1×a1％+R2×a2％＋…

其中R1、R2…為各核素的相對原子質量

a1％、a2％…為各核素的原子個數百分數元素的相對原子質量M(R)：各種天然核素的相對原子質量與其原子個數百分含量（豐度）乘積的代數和。如果用各核素的質量數A1、A2……代替其相對原子質量，計算得到的是元素的近似相對原子質量。科學史話元素周期表的發展1789年，拉瓦錫在《化學概要》中提出第一個元素分類表，此后，人們對元素體系的研究不斷深入。1829年，德國化學家德貝賴納提出了“三素組”的概念，對于探尋元素性質的規律具有啟發性。1867年，俄國化學家門捷列夫在研究中開始觸及到元素進行分類。1905年，瑞士化學家維爾納制成了現代形式的元素周期表。1913年，英國物理學家莫塞萊發現并證明了周期表元素的原子序數等于原子的核電荷數。門捷列夫1869年第1張元素周期表Ti =50Zr=90?=100V =51Nb=94Ta=182Cr =52Mo=96W=186Mn=55Rh=104.4Pt=197.4Fe =56Ru=104.4Ir=198Ni=Co =59Pd=106.6Os=199H=1Cu=63.4Ag=108Hg=200Be=9.4Mg=24Zn=65.2Cd=112B=11Al=27.4? =68U=116Au=197?C=12Si=28? =70Sn=118N=14P=31As=75Sb=122Bi=210?O=16S=32Se=79.4Te=128?F=19Cl=35.5Br =80I=127Li=?

Na=23K=39Rb=85.4Cs=133Tl=204Ca=40Sr=87.6Ba=137Pb=207?=45Ce=92?Er=56La=94?Yt=60Di=95?In=75.6Th=118?相對原子質量門捷列夫1869年第1張元素周期表三、元素周期表短周期長周期主族（7個）副族（7個用B）副族：第VIII族零族周期三短四長；七主八副一零族。(1)橫行原則：把

相同的元素，按

的順序從左到右排列。(2)縱行原則：把不同橫行中

相同的元素，按

的順序由上而下排列。(3)原子序數：按照元素

給元素編的序號。(4)原子序數與元素的原子結構之間的關系：原子序數＝

＝

＝

。電子層數目在周期表中的順序最外層電子數核電荷數原子序數遞增質子數電子層數遞增核外電子數元素周期表的編排原則周期元素周期表有7個橫行，每個橫行叫做一個周期；其中，第一、二、三周期稱為短周期，其他周期均為長周期。每一周期中元素的電子層數相同，從左到右原子序數遞增，周期的序數等于該周期元素所具有的電子層數。即：周期的序數=電子層數1、主族：由短周期元素和長周期元素共同構成的族。表示方法：用羅馬數字表示的族序數，在族序數后面標記字母

“A”；如：ⅠA、ⅡA、ⅢA、…2、副族：完全由長周期元素構成的族。表示方法：用羅馬數字表示的族序數，在族序數后面標記字母

“B”字。如ⅠB、ⅡB、ⅢB、…

第VⅢ族：（“八、九、十”三個縱行）3、0族：最外層電子數為8的元素化學性質不活潑，通常很難與其他物質發生化學反應，把它們的化合價定為0，因而叫做0族。族1.A為第ⅡA族元素，B為第ⅢA族元素，其原子序數分別為m和n，且A、B為同一周期的元素。若A、B為第二、三周期元素，n＝m＋1；若A、B為第四、五周期元素，n＝m＋11；若A、B為第六、七周期元素，n＝m＋25。2.A、B為相鄰兩周期，同一主族的元素，若A、B為第ⅠA、ⅡA元素，則原子序數分別相差：2、8、8、18、18、32；若A、B為第ⅢA-ⅦA元素，則原子序數分別相差：8、8、18、18、32、32。同周期、同主族元素的序差規律3.每周期元素種類：2、8、8、18、18、32、32；稀有氣體原子序數：2、10、18、36、54、86、118。LiNaKRbCsFr四、原子結構與元素的性質FClBrIAt堿金屬是一類化學性質非常活潑的金屬，在自然界中都以化合態存在。1、堿金屬元素

思考與討論（1）在周期表中，從上到下堿金屬元素原子的核電荷數、原子半徑的變化有什么特點？（2）觀察堿金屬元素的原子結構示意圖，它們的原子核外電子排布有什么特點？從哪一點能夠推斷出堿金屬元素的化學性質具有相似性。從上到下核電荷數逐漸增大，原子半徑逐漸增大。最外層電子數相同，都為1，并且電子層數逐漸增大。最外層電子數相同。【問題和預測】（1）回憶第二章學過的知識，鈉有哪些化學性質？（2）結合鋰、鈉和鉀的原子結構特點，請你預測鋰、鉀可能具有哪些與鈉相似的化學性質？鈉可以和O2、H2O發生反應都能與O2和H2O反應堿金屬與O2的反應K比Na反應更快更劇烈NaK【實驗現象】劇烈燃燒發出黃色火焰生成淡黃色固體【實驗現象】劇烈燃燒發出紫色火焰生成黃色固體NaK探究

堿金屬化學性質的比較4Li+2O2==2Li2O（氧化鋰，普通氧化物）2Na+O2==Na2O2（過氧化鈉，復雜氧化物）K+O2==KO2

（超氧化鉀，復雜氧化物）鉀與氧氣反應生成多種氧化物，該反應只是其中一個金屬的活潑性：K大于Na浮、熔、游、響、紅

浮、熔、游、響、燒、爆、紅NaKK比Na反應更劇烈2K+2H2O==2KOH+H2↑2Na+2H2O==2NaOH+H2

↑結論與水反應劇烈程度：K＞Na；金屬的活潑性：K大于＞Na堿金屬與H2O的反應相似性:最外層電子數都是1容易失去1個電子(似金屬鈉,與O2、水、酸、鹽溶液反應)遞變性:從Li→Cs核電荷數增加電子層數逐漸增多原子半徑逐漸增大失電子能力逐漸增強元素的金屬性逐漸增強單質的還原性逐漸增強與O2、H2O等反應更快更劇烈核對最外層電子的引力逐漸減弱分析和結論

堿金屬化學性質的相似性和遞變性與原子結構的關系堿金屬物理性質比較堿金屬單質顏色和狀態密度(g.cm3)熔點(℃)沸點(℃)Li銀白色，柔軟0.534180.51347Na銀白色，柔軟0.9797.81882.9K銀白色，柔軟0.8663.65774Rb銀白色，柔軟1.53238.89688Cs略帶金屬光澤，柔軟1.87928.40678.4密度增大熔點降低沸點降低保存在煤油中保存在石蠟中

比較柔軟，有延展性；密度都比較小，熔點也都比較低，導熱性和導電性都很好，如液態鈉可用作核反應堆的傳熱介質。1、根據金屬單質與水或者與酸反應置換出氫的難易程度。置換出氫越容易，則金屬性越強。2、根據金屬元素最高價氧化物對應水化物堿性強弱。堿性越強，則原金屬元素的金屬性越強。3、可以根據對應陽離子的氧化性強弱判斷。金屬陽離子氧化性越弱，則元素金屬性越強。

元素金屬性強弱判斷的依據2Br2I2Cl22、鹵族元素

在元素周期表中，與氯元素處于同一縱行——第VIIA族的元素氟(F)、氯(Cl)、溴(Br)、碘(I)、砹(At)都能與Na、K、Ca、Mg等金屬化合成鹽，所以統稱為鹵素(成鹽元素之意)。它們在自然界中都以化合態存在。鹵素單質顏色（常態）密度熔點（℃）沸點（℃）F2淡黃綠色（氣體）1.69g/L（15℃）-219.6-188.1Cl2黃綠色（氣體）3.214g/L（0℃）-101-34.6Br2深紅棕色（液體）3.119g/cm3（20℃）-7.258.78I2紫黑色（固體）4.93g/cm3113.5184.4密度增大熔沸點升高物理性質相似性：均有顏色，密度小，熔沸點低。遞變性：由F2→I2，氣態→固態，顏色加深，密度增大，熔沸點升高。結合下表，推測鹵族元素的原子結構和性質有什么相似性和遞變性？元素名稱元素符號核電荷數原子結構示意圖最外層電子數電子層數原子半徑(nm)氟0.071氯0.099溴0.114碘0.133FClBrI917355377772345根據鹵素的原子結構，請你試著推測氟、氣、溴、碘在化學性質上表現出的相似性和遞變性。FClBrI結構相似：最外層電子數都是7遞變：核電荷數(Z)增加，電子層數(n)增多，原子半徑(r)增大。得電子能力逐漸減弱單質氧化性逐漸減弱與H2、水等反應越來越難化學性質

相似性:容易得到1個電子

強氧化性(似Cl2，與金屬、H2、水、堿、鹵化物反應)(1)X2與金屬單質反應

通式：

X2+金屬

金屬鹵化物

2Na+Cl2=2NaCl2Na+Br2=2NaBr2Na+I2=2NaI特殊：

I2與變價金屬生成低價鹽

Fe+I2=FeI22Cu+I2=2CuI化學性質相同:I2+H2O===HI+HIO不同:2F2+2H2O===4HF+O2Cl2+H2O

===HCl+HClOBr2+H2O===HBr+HBrO(2)鹵素單質與水反應(3)鹵素單質與氫氣反應H2+F2=2HF在暗處能劇烈化合并發生爆炸，生成的氟化氫很穩定H2+Cl2=====2HCl光照或點燃發生反應，生成的氯化氫較穩定H2+Br2===2HBr加熱至一定溫度才能反應，生成的溴化氫不如氯化氫穩定不斷加熱才能緩慢反應；碘化氫不穩定，在同一條件下同時分解為H2和I2，是可逆反應光照或點燃相似性：與氫氣反應生成相應的氫化物：_________________遞變性：規律：F2Cl2Br2I2

與氫氣反應難易程度：依次___________與氫氣反應劇烈程度：依次______________生成氫化物的穩定性：依次_________________________鹵素的