
第13講 原子結(jié)構(gòu) 元素周期表
(1)決定元素種類(lèi)的是____________________(2)決定元素化學(xué)性質(zhì)的是________________(3)決定原子種類(lèi)的是__________________(4)決定原子相對(duì)質(zhì)量的是__________________
4.元素、核素、同位素、同素異形體(1)同素異形體同種元素組成的不同________,比如白磷與紅磷,石墨、金剛石與C60,O2與O3等。(2)元素、核素、同位素①關(guān)系圖示:
④幾種常見(jiàn)的重要核素及其應(yīng)用。
區(qū)分時(shí)抓住概念的關(guān)鍵點(diǎn)——研究對(duì)象:同位素——原子,同素異形體——單質(zhì),同分異構(gòu)體——化合物。(9)只有核素才有質(zhì)量數(shù),質(zhì)量數(shù)不適用于元素。質(zhì)量數(shù)可以視為核素的近似相對(duì)原子質(zhì)量。
(4)一種元素可以有多種核素,也可能只有一種核素,有多少種核素就有多少種原子。( )[提示] 一種元素可以存在質(zhì)子數(shù)相同、中子數(shù)不同、質(zhì)量數(shù)不同的同位素,是不同的核素,所以一種元素可以有多種核素,有幾種核素就有幾種原子。
[提示] 化學(xué)變化指的是有新物質(zhì)生成,但原子種類(lèi)不變;從微觀上講,既有化學(xué)鍵的斷裂,也有化學(xué)鍵的生成,所以核聚變不是化學(xué)變化。
(10)2H+核外電子數(shù)為2。( )(11)元素的化學(xué)性質(zhì)主要取決于元素原子的最外層電子數(shù)。( )[提示] 原子最外層電子數(shù)決定元素的化學(xué)性質(zhì)。(12)一種核素只有一種質(zhì)量數(shù)。( )[提示] 核素是指具有一定數(shù)目的質(zhì)子和一定數(shù)目的中子的一種原子,因此一種核素只有一種質(zhì)量數(shù)。
(7)質(zhì)子數(shù)相同的微粒一定屬于同一種元素嗎?[提示] 不一定。質(zhì)子數(shù)相同的粒子不一定屬于同種元素,如Ne和H2O。
相同的質(zhì)子數(shù)和不同的中子數(shù)
[解析] 該核反應(yīng)中,Y原子的質(zhì)量數(shù)為7,且Y在化合物中呈+1價(jià),可推出Y為L(zhǎng)i元素,故P=3,Z+0=P+2,則Z=5,故X為B元素。A項(xiàng),H3BO3為弱酸,一定濃度的H3BO3溶液可用于中和濺在皮膚上的NaOH溶液,正確;B項(xiàng),Li單質(zhì)在空氣中燃燒的產(chǎn)物是Li2O,不正確;C項(xiàng),硼元素和氫元素形成的硼烷是共價(jià)化合物,不正確;D項(xiàng),6Li和7Li互為同位素,不正確;故選A。[微點(diǎn)撥] 堿金屬在氧氣中燃燒的產(chǎn)物遞變性:鋰在氧氣中燃燒生成的是氧化鋰(Li2O),鈉在氧氣中燃燒生成的是過(guò)氧化鈉(Na2O2),鉀、銣、銫在氧氣中燃燒生成的是更復(fù)雜的氧化物。
[解析] A正確;同位素是同種元素不同種原子間的互稱(chēng),B正確;同素異形體是同一元素的不同單質(zhì),C錯(cuò)誤;D正確,相對(duì)分子質(zhì)量都是20。
[解析] 依據(jù)題給的反應(yīng)過(guò)程,可確定W=27。根據(jù)X、Y的最外層電子數(shù)之和為8,Y原子的質(zhì)子數(shù)比X原子的質(zhì)子數(shù)多2,可以得出X原子最外層電子數(shù)為3,Y原子最外層電子數(shù)為5,結(jié)合Y的質(zhì)量數(shù)為30可以判定X為鋁元素,Y為磷元素。由上述分析可知A項(xiàng)錯(cuò)誤;Al、P兩元素均可形成三氯化物AlCl3和PCl3,B項(xiàng)正確;Al、P兩元素位于同一周期且原子序數(shù)P大于Al,故原子半徑Al大于P,C項(xiàng)錯(cuò)誤;磷元素的含氧酸有H3PO4、H3PO3、H3PO2等,D項(xiàng)錯(cuò)誤。
元素、核素、同位素及同素異形體的比較
求一定質(zhì)量的某物質(zhì)中粒子數(shù)的答題模板。
①任何微粒中,質(zhì)量數(shù)=質(zhì)子數(shù)+中子數(shù),但質(zhì)子數(shù)與電子數(shù)不一定相等,如陰離子、陽(yáng)離子中質(zhì)子數(shù)與電子數(shù)不相等。
1.能層與能級(jí)(1)能層(n):在多電子原子中,核外電子的________是不同的,按照電子的________差異將其分成不同能層。通常用______________……表示,能量依次________。
考點(diǎn)二 原子核外電子排布原理
(2)能級(jí):同一能層里電子的________也可能不同,又將其分成不同的能級(jí),通常用______________等表示。同一能層里,各能級(jí)的能量按____________的順序依次升高,即:____________________________。[微點(diǎn)撥] 第一能層(K)只有s能級(jí);第二能層(L)有s、p兩種能級(jí),p能級(jí)上有三個(gè)原子軌道px、py、pz,它們具有相同的能量;第三能層(M)有s、p、d三種能級(jí),d能級(jí)包含了能量相等的五個(gè)原子軌道。
E(ns) E6s、E6d>E7s、E4f>E5p、E4f>E6s等。
(2)基態(tài)原子核外電子排布表示方法
1s22s22p63s23p4
(3)核外電子排布與元素性質(zhì)的關(guān)系。①金屬元素原子的最外層電子數(shù)一般小于_____,較易________電子形成陽(yáng)離子,表現(xiàn)出________性,在化合物中顯正化合價(jià)。②非金屬元素原子的最外層電子數(shù)一般大于或等于_____,較易________電子,活潑非金屬原子易形成__________。在化合物中主要顯負(fù)化合價(jià)。③稀有氣體元素的原子最外層為8電子(氦為2電子)穩(wěn)定結(jié)構(gòu),不易失去或得到電子,通常表現(xiàn)為0價(jià)。
4.等電子微粒(1)常見(jiàn)10電子微粒。10電子微粒間的轉(zhuǎn)化。
(2)常見(jiàn)18電子微粒。(3)質(zhì)子數(shù)和核外電子數(shù)分別相等的兩種微粒關(guān)系①可以是兩種原子,如同位素原子。②可以是兩種分子,如CH4、NH3等。
(2)原子軌道:量子力學(xué)把電子在原子核外的一個(gè)________________稱(chēng)為原子軌道。
(3)軌道能量①同能層的不同能級(jí)能量sZB.化合物XW中的化學(xué)鍵為離子鍵C.Y單質(zhì)的導(dǎo)電性能弱于Z單質(zhì)的D.Z的氧化物的水化物的酸性強(qiáng)于碳酸
[解析] 由于月球土壤成分和地球土壤類(lèi)似,所以月球土壤中應(yīng)含有硅元素和氧元素,結(jié)合原子序數(shù)依次增大,以及X、Y、Z同周期相鄰,且均不與W同主族,四種元素原子的最外層電子數(shù)之和為15,可推知W、X、Y、Z分別為氧、鎂、鋁和硅。A項(xiàng),根據(jù)元素性質(zhì)的遞變規(guī)律可知原子半徑:X>Y>Z>W,錯(cuò)誤;B項(xiàng),X和W分別為鎂元素和氧元素,二者形成的化合物為氧化鎂,氧化鎂為離子化合物,則鎂離子和氧離子之間存在離子鍵,正確;C項(xiàng),金屬鋁為導(dǎo)體,而硅單質(zhì)為半導(dǎo)體,錯(cuò)誤;D項(xiàng),根據(jù)同主族元素性質(zhì)的遞變規(guī)律可知硅酸的酸性弱于碳酸,錯(cuò)誤。
(2)(2021·全國(guó)甲,11)W、X、Y、Z為原子序數(shù)依次增大的短周期主族元素,Z的最外層電子數(shù)是W和X的最外層電子數(shù)之和,也是Y的最外層電子數(shù)的2倍。W和X的單質(zhì)常溫下均為氣體。下列敘述正確的是( )A.原子半徑:Z>Y>X>WB.W與X只能形成一種化合物C.Y的氧化物為堿性氧化物,不與強(qiáng)堿反應(yīng)D.W、X和Z可形成既含有離子鍵又含有共價(jià)鍵的化合物
[解析] 常溫下,短周期主族元素構(gòu)成的氣體單質(zhì)有H2、N2、O2、F2、Cl2,Z的最外層電子數(shù)是Y的最外層電子數(shù)的2倍,說(shuō)明Z的最外層電子數(shù)是偶數(shù),由Z的最外層電子數(shù)是W和X的最外層電子數(shù)之和,且最外層電子數(shù)S>N>H,即Y>Z>X>W,錯(cuò)誤;B項(xiàng),N和H可組成NH3、N2H4等多種化合物,錯(cuò)誤;C項(xiàng),Al的氧化物為Al2O3,屬于兩性氧化物,可與強(qiáng)堿反應(yīng),錯(cuò)誤;D項(xiàng),N、H、S可形成銨鹽如NH4HS或(NH4)2S,均含有離子鍵和共價(jià)鍵,正確。
[解題關(guān)鍵] 解本題的關(guān)鍵是通過(guò)常溫下短周期主族元素W和X構(gòu)成的單質(zhì)為氣體,再對(duì)組成該單質(zhì)的元素原子的最外層電子數(shù)進(jìn)行假設(shè)、驗(yàn)證,從而推斷出元素種類(lèi)。
〔對(duì)點(diǎn)集訓(xùn)1〕 (1)(2022·河北衡水月考)如圖所示各為元素周期表的一部分,表中數(shù)字是原子序數(shù),其中X為35的是( )
[解析] X的原子序數(shù)為35,為Br元素,位于周期表中第四周期第ⅦA族。14號(hào)、50號(hào)元素分別為Si、Sn,處于第ⅣA族,則X的原子序數(shù)不可能為35,A不符合;74號(hào)、76號(hào)元素分別為W、Os,處于第六周期,則X為第五周期的Tc元素,B不符合;18號(hào)、54號(hào)元素分別為Ar、Xe,則X位于周期表中第四周期第ⅦA族,C符合;26號(hào)、28號(hào)元素分別為Fe、Ni,處于第四周期,則X在第五周期,D不符合。
(2)(2022·試題調(diào)研)若甲、乙分別是同一周期的ⅡA族和ⅢA族元素,原子序數(shù)分別為m和n,則下列關(guān)于m和n的關(guān)系不正確的是( )A.n=m+1B.n=m+18C.n=m+25D.n=m+11[解析] 對(duì)于第二、三周期,同一周期的ⅡA族和ⅢA族元素的原子序數(shù)只相差1,而對(duì)于第四、五周期來(lái)說(shuō),由于存在過(guò)渡元素,同一周期的ⅡA族和ⅢA族元素的原子序數(shù)則相差11;而對(duì)于第六、七周期來(lái)說(shuō),由于存在鑭系和錒系元素,同一周期的ⅡA族和ⅢA族元素的原子序數(shù)則相差25。
(3)(雙選)長(zhǎng)式周期表共有18個(gè)縱列,從左到右排為1~18列,即堿金屬所在縱列為第1列,稀有氣體元素所在縱列為第18列。按這種規(guī)定,下列說(shuō)法正確的是( )A.第9列元素中沒(méi)有非金屬元素B.只有第2列的元素原子最外層電子排布式為ns2C.第四周期第9列元素是鐵元素D.第11、12列為ds區(qū)
[解析] 第9列元素是第Ⅷ族元素,都是金屬元素,沒(méi)有非金屬元素,A項(xiàng)正確;第2列元素原子的最外層電子排布式為ns2,此外He的核外電子排布式是1s2,B項(xiàng)錯(cuò)誤;第四周期第9列元素是C,C項(xiàng)錯(cuò)誤;第11、12列元素為ds區(qū),D項(xiàng)正確。
微考點(diǎn)2 元素周期表片段應(yīng)用(1)(2022·山東濟(jì)南模擬)(雙選)如圖為元素周期表的一部分,下列說(shuō)法不正確的是( )A.原子半徑X>YB.X、M的簡(jiǎn)單離子的電子層結(jié)構(gòu)相同C.M最高價(jià)氧化物的水化物酸性比N的強(qiáng)D.Z的簡(jiǎn)單氫化物比W的簡(jiǎn)單氫化物穩(wěn)定
[解析] 如圖為元素周期表的一部分,X位于第三周期ⅠA族,為Na元素;M位于第二周期ⅦA族,為F元素;結(jié)合各元素的相對(duì)位置可知,Y為Mg,Z為S,N為Cl,W為O元素。同一周期的元素,從左向右原子半徑逐漸減小,則原子半徑X>Y,A正確;Na+和F-核外電子排布為2、8,故兩種離子的電子層結(jié)構(gòu)相同,B正確;F沒(méi)有最高價(jià)含氧酸,C錯(cuò)誤;元素的非金屬性:O>S,則簡(jiǎn)單氫化物的穩(wěn)定性:W>Z,D錯(cuò)誤。
(2)如表是元素周期表的一部分。X、Y、Z、W均為短周期元素,Z元素原子最外層電子數(shù)與電子總數(shù)之比為3∶8。下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是( )A.氣態(tài)氫化物的穩(wěn)定性:ZW>X>YC.X元素只能形成一種單質(zhì)D.Y元素可形成多種氧化物
[解析] 根據(jù)Z元素原子最外層電子數(shù)與電子總數(shù)之比為3∶8,則Z的最外層電子數(shù)是6,總電子數(shù)是16,是硫元素,即X、Y、Z、W分別是C、N、S、Cl,C可以構(gòu)成石墨、金剛石等多種單質(zhì),C錯(cuò)誤。[方法技巧] 由原子序數(shù)確定元素位置——周期尾序推算法(或0族定位法)首先要熟記各周期0族元素的原子序數(shù),然后和已知元素原子序數(shù)去比較。
(1)若元素bB與aA的原子序數(shù)之差b-a=1~2,則B元素處于A元素的下一周期,族序數(shù)為(b-a),即B位于第ⅠA族或第ⅡA族,如38號(hào)元素比第四周期氪的原子序數(shù)(36)大2,故38號(hào)元素位于第五周期第ⅡA族。(2)若元素aA與cC的原子序數(shù)之差a-c=1~5,則C元素位于A元素所在周期,族序數(shù)為[8-(a-c)],即C位于第ⅢA~第ⅦA族,如49號(hào)元素比第五周期的氙(54號(hào))原子序數(shù)小5,因此該元素處在第五周期第ⅢA族。
〔對(duì)點(diǎn)集訓(xùn)2〕 (1)(2022·四川眉山中學(xué)二診)右表是元素周期表的一部分,W、X、Y、Z為短周期主族元素。Z的最高價(jià)氧化物對(duì)應(yīng)的水化物為M,室溫下,0.01 ml·L-1M溶液pHr(X),故A正確;亞硫酸與次氯酸反應(yīng)生成HCl和硫酸,HCl和硫酸都是強(qiáng)酸,故B正確;Q位于第ⅥA族,最外層含有6個(gè)電子,根據(jù)O、S的性質(zhì)可推測(cè)Q(Se)的單質(zhì)可以和氫氣、氧氣、活潑金屬等反應(yīng),故C正確;非金屬性越強(qiáng),對(duì)應(yīng)離子的失電子能力越弱,非金屬性Cl>S,則簡(jiǎn)單離子失電子能力Z(Cl)< Y(S),故D錯(cuò)誤。
[微點(diǎn)撥] 1.電子排布規(guī)律(1)最外層電子數(shù)為3~7的原子一定屬于主族元素,且最外層電子數(shù)即為主族的族序數(shù)。(2)最外層為1個(gè)或2個(gè)電子,則可能是第ⅠA、第ⅡA族元素,也可能是副族、第Ⅷ族或0族元素氦。(3)原子最外層比次外層電子多的元素一定位于第二周期。(4)某元素陰離子最外層電子數(shù)與次外層相同,該元素位于第三周期。(5)電子層結(jié)構(gòu)相同的離子,若電性相同,則位于同周期,若電性不同,則陽(yáng)離子位于陰離子的下一周期。
2.化合價(jià)規(guī)律(1)主族元素的最高正化合價(jià)=它所在的族序數(shù)=最外層電子數(shù)(即價(jià)電子數(shù)),但要注意F無(wú)正價(jià),O一般不顯正價(jià)。(2)只有非金屬元素才有負(fù)價(jià),非金屬元素(H除外)的最高正價(jià)與它的負(fù)化合價(jià)的絕對(duì)值之和等于8。3.元素周期表中元素的原子序數(shù)的差值關(guān)系(1)同周期第ⅡA族與第ⅢA族元素的原子序數(shù)之差有三種情況:第二、三周期(短周期)相差1,第四、五周期相差11,第六、七周期相差25。
(2)相鄰周期,同一主族元素的原子序數(shù)可能相差2、8、18、32。若A、B是同主族相鄰周期元素,A、B所在周期分別有m和n種元素。如圖:當(dāng)A、B在第ⅠA或第ⅡA族時(shí),y=x+m。當(dāng)A、B在ⅢA~0族時(shí),y=x+n。
微考點(diǎn)3 元素周期表的分區(qū)(雙選)下列說(shuō)法中正確的是( )A.所有金屬元素都分布在d區(qū)和ds區(qū)B.最外層電子數(shù)為2的元素不一定分布在s區(qū)C.元素周期表中ⅢB族和ⅡB族10個(gè)縱行的元素都是金屬元素D.s區(qū)均為金屬元素[解析] s區(qū)除H外均為金屬元素,故A、D項(xiàng)錯(cuò)誤;He、Zn等元素雖然最外層電子數(shù)為2,但卻不是s區(qū)元素,故B項(xiàng)正確;周期表中ⅢB族~ⅡB族為過(guò)渡元素,全部為金屬元素,C項(xiàng)正確。
〔對(duì)點(diǎn)集訓(xùn)3〕 下列關(guān)于原子核外電子排布與元素在周期表中位置關(guān)系的表述中,正確的是( )A.基態(tài)原子的N層上只有一個(gè)電子的元素,一定是第ⅠA族元素B.原子的價(jià)電子排布為(n-1)d6~8ns2的元素一定是副族元素C.基態(tài)原子的p能級(jí)上半充滿(mǎn)的元素一定位于p區(qū)D.基態(tài)原子含有未成對(duì)電子最多的元素位于ⅤA族
[解析] 基態(tài)原子的N層上只有一個(gè)電子的元素,可能為K、Cr、Cu,所以可能位于第ⅠA族、第ⅥB、第ⅠB族,故A錯(cuò)誤;原子的價(jià)電子排布為(n-1)d6~8ns2的元素,可以為第Ⅷ族元素,如Fe、C、Ni,故B錯(cuò)誤;基態(tài)原子的p能級(jí)上半充滿(mǎn)的元素為第ⅤA族元素,所以一定位于p區(qū),故C正確;基態(tài)原子含有未成對(duì)電子最多的元素不位于ⅤA族,第ⅤA族元素未成對(duì)電子數(shù)是3,如果d能級(jí)半滿(mǎn)有5個(gè)電子,f能級(jí)半滿(mǎn)時(shí)有7個(gè)電子,故D錯(cuò)誤。
3.書(shū)寫(xiě)基態(tài)原子核外電子排布式的三條原理(1)能量最低原理(2)泡利原理(3)洪特規(guī)則4.掌握原子中的兩種關(guān)系(1)質(zhì)子數(shù)=核電荷數(shù)=核外電子數(shù)=原子序數(shù)(2)質(zhì)量數(shù)(A)=質(zhì)子數(shù)(Z)+中子數(shù)(N)5.牢記七個(gè)周期的元素種類(lèi)數(shù):2、8、8、18、18、32、32
6.掌握主族元素及其原子的五個(gè)關(guān)系式(1)質(zhì)子數(shù)=原子序數(shù)。(2)電子層數(shù)=周期序數(shù)。(3)最外層電子數(shù)=主族序數(shù)。(4)最高正價(jià)數(shù)=主族序數(shù)(O、F除外)。(5)最低負(fù)價(jià)=主族序數(shù)-8。7.基態(tài)原子核外電子排布的順序1s2s2p3s3p4s3d4p5s4d5p6s4f5d6p7s5f6d7p
8.元素在周期表中的五個(gè)分區(qū)s區(qū):ns1~2p區(qū):ns2np1~6d區(qū):(n-1)d1~9ds區(qū):(n-1)d10ns1~2f區(qū):(n-2)f0~14(n-1)d0~2ns2
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