一、原子結(jié)構(gòu)與元素周期表
1829年 德國(guó)化學(xué)家德貝萊納 三素組
1864年 英國(guó)化學(xué)家紐蘭茲 八音律
1869年 俄國(guó)化學(xué)家門(mén)捷列夫 第一張?jiān)刂芷诒?br/>1905年 瑞士化學(xué)家維爾納 制成維爾納長(zhǎng)式元素周期表
1913年 英國(guó)物理學(xué)家莫斯萊
元素周期表中的原子序數(shù)是原子的核電荷數(shù)
長(zhǎng)周期和短周期元素共同組成
1s22s22p63s1
1s22s22p63s23p64s1
1s22s22p63s23p63d104s24p65s1
1s22s22p63s23p63d104s24p64d105s25p66s1
每到出現(xiàn)堿金屬，就開(kāi)始建立一個(gè)新的電子層。隨后最外層上的電子逐漸增多，最后達(dá)到8個(gè)電子，出現(xiàn)稀有氣體。
元素周期系的形成是元素原子核外電子排布發(fā)生周期性的重復(fù)。
6s 4f 5d 6p5s 4d 5p4s 3d 4p3s 3p2s 2p1s
每個(gè)能級(jí)組相當(dāng)于元素周期表中的一個(gè)周期
各周期所含元素的種數(shù)等于相應(yīng)能級(jí)組中各軌道中最多容納的電子數(shù)之和。
【思考】寫(xiě)出每個(gè)周期開(kāi)頭元素和結(jié)尾元素的最外層電子的排布式的通式？為什么第一周期結(jié)尾元素的電子排布跟其他周期不同？
2、周期表中的族與原子的電子排布
按構(gòu)造原理從能量低到能量高逐層排布
周期表上元素的“外圍電子排布”
這些能級(jí)上的電子可在化學(xué)反應(yīng)中發(fā)生變化，這些電子稱(chēng)為價(jià)電子。
【思考】元素周期表中每個(gè)縱列的價(jià)電子層的電子總數(shù)是否相等？
最后一個(gè)電子排入ns或np能級(jí)
最后一個(gè)電子排入(n-1)d或(n-2)f能級(jí)
ns2np6（He除外）
最后一個(gè)電子排入(n-1)d
多數(shù)元素在化學(xué)反應(yīng)中價(jià)數(shù)不等于族數(shù)
族序數(shù)=原子的最外層電子數(shù)=價(jià)電子數(shù)
族序數(shù)＝價(jià)電子數(shù)=(n-1)d+ns的電子數(shù)
3、原子的電子構(gòu)型和元素的分區(qū)
分區(qū)依據(jù)：最后一個(gè)電子排入的能級(jí)不同（除ds區(qū)）
s區(qū)元素：最外層構(gòu)型是ns1和ns2。IA和 IIA族元素。除H外，其余為活潑金屬。
d區(qū)元素：包含第IIIB族到VIII族元素，電子構(gòu)型是(n-1)d1~9ns1~2最外層電子數(shù)皆為1~2個(gè)，均為金屬元素，性質(zhì)相似。
ds區(qū)元素：包括IB族和IIB族元素，價(jià)電子構(gòu)型是(n-1)d10ns1~2，均為金屬元素 。
f區(qū)元素：最后一個(gè)電子排入(n-2)f能級(jí)，包括鑭系和錒系元素，均為金屬。
【思考】為什么s區(qū)、d區(qū)、ds區(qū)和f區(qū)的元素都是金屬（氫元素除外）？
p區(qū)元素：最外層電子構(gòu)型從ns2np1~ns2np6的元素。即IIIA~VIIA族、零族元素。除H外，所有非金屬元素都在p區(qū)。
【思考】為什么副族元素和第Ⅷ族元素又稱(chēng)為過(guò)渡元素？
副族元素和第Ⅷ族元素（包括d區(qū)和ds區(qū)元素）介于s區(qū)元素（主要為金屬）和p區(qū)（主要為非金屬）之間，處于由金屬元素向非金屬元素過(guò)渡區(qū)域。
【思考】為什么在元素周期表中非金屬主要集中在右上角三角區(qū)內(nèi)？
由于元素價(jià)電子層結(jié)構(gòu)和元素周期表中元素性質(zhì)遞變規(guī)律決定的。同周期元素由左向右非金屬逐漸增強(qiáng)，金屬性逐漸減弱；同主族元素從上到下非金屬性逐漸減弱，金屬性逐漸增強(qiáng)。結(jié)果使元素周期表右上角區(qū)域主要呈現(xiàn)非金屬性。
【思考】為什么處于非金屬三角區(qū)邊緣的元素常被稱(chēng)為半金屬或準(zhǔn)金屬？
由于元素金屬性和非金屬性間沒(méi)嚴(yán)格的界限，處于非金屬三角邊緣的元素既能表現(xiàn)出一定的金屬性、又能表現(xiàn)出一定的非金屬性。
同種元素的原子以共價(jià)鍵連接時(shí)核間距離的一半
元素的性質(zhì)隨核電荷數(shù)增加發(fā)生周期性的遞變
兩個(gè)原子只靠分子間作用力相互吸引時(shí)核間距的一半
【思考】原子半徑由哪些因素決定？
電子的能層越多，電子之間的負(fù)電排斥將使原子的半徑增大
核電荷數(shù)越大，核對(duì)電子的引力也就越大，將使原子的半徑縮小
【思考】元素周期表中的同周期主族元素從左到右，原子半徑的變化趨勢(shì)如何？同主族元素從上到下，原子半徑的變化趨勢(shì)又如何？應(yīng)如何理解這種趨勢(shì)？
①當(dāng)電子層數(shù)相同（同周期）時(shí)，隨核電荷數(shù)增加，原子半徑逐漸減小
②當(dāng)最外層電子數(shù)相同（同族）時(shí)，隨電子層數(shù)的增加，原子半徑逐漸增大
同一周期副族元素由左到右原子半徑縮小的程度小于主族元素
③同一縱行元素的原子與相應(yīng)離子的半徑變化。
原子半徑 < 相應(yīng)陰離子半徑
原子半徑 > 相應(yīng)陽(yáng)離子離子半徑
④電子排布相同的離子，離子半徑隨著核電荷數(shù)的遞增而減小。
【思考】試比較 O、F 、 Na 、 Mg 、 Al 的半徑大??？
Na>Mg>Al>O>F
【思考】試比較O2- 、F- 、Na+ 、Mg2+ 、Al3+ 的半徑大??？
O2->F- > Na+ > Mg2+ > Al3+
【思考】試比較Na+ 、 Mg2+ 、S2-、Cl-的半徑大?。?br/>S2->Cl- > Na+>Mg2+
H He Li Be B C N O F Ne Na Mg Al Si P S Cl Ar
+7+6+5+4+3+2+10-1-2-3-4
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18
（1）最高正化合價(jià)+∣負(fù)化合價(jià)∣= 8（或2）
最高正價(jià)等于最外層電子數(shù)
（氟、氧元素?zé)o最高正價(jià)）
（2）金屬與非金屬元素的化合價(jià)的典型差異
金屬只顯正價(jià)非金屬既顯正價(jià)又顯負(fù)價(jià)，通常負(fù)價(jià)唯一
主族元素的化合價(jià)的周期性變化的規(guī)律
Sc Ti V Cr Mn Fe C Ni Cu Zn
21 22 23 24 25 26 27 28 29 30
過(guò)渡元素的化合價(jià)的周期性變化的規(guī)律
【思考】元素周期表中，同周期的主族元素、同主族元素的金屬性和非金屬性如何變化？
與H2反應(yīng)的條件及生成氫化物的穩(wěn)定性
最高價(jià)氧化物對(duì)應(yīng)水化物的酸性強(qiáng)弱
與水或酸反應(yīng)，置換出H2的難易
最高價(jià)氧化物的水化物堿性強(qiáng)弱
第一電離能（I1）：氣態(tài)電中性基態(tài)原子失去一個(gè)電子轉(zhuǎn)化為氣態(tài)基態(tài)正離子所需要的最低能量。
第二電離能（I2）：從氣態(tài)基態(tài)一價(jià)正離子失去一個(gè)電子轉(zhuǎn)化為氣態(tài)基態(tài)二價(jià)正離子所需要的最低能量。
電離能的大小反映了原子失去電子的難易。
決定電離能大小的因素：
第一電離能越小，越易失電子，金屬越活潑。
（2）元素的第一電離能變化規(guī)律
【思考】預(yù)測(cè)同主族元素原子的第一電離能隨核電荷數(shù)遞 增有何規(guī)律？
①同主族元素，從上到下第一電離能逐漸減小 。
【思考】預(yù)測(cè)同周期元素原子的第一電離能隨核電荷數(shù)遞 增有何規(guī)律？
②同周期元素，從左往右第一電離能總體呈增大趨勢(shì)。
電子亞層結(jié)構(gòu)為全滿(mǎn)、半滿(mǎn)時(shí)較相鄰元素要大。即第 ⅡA 族、第 ⅤA 族元素的第一電離能分別大于同周期相鄰元素。
副族元素第一電離能變化緩慢，規(guī)律不明顯。
最后的電子填入(n-1)d或(n-2)f，最外層基本相同
③ 一個(gè)原子的逐級(jí)電離能是逐漸增大：I1 ＜ I2 ＜ I3 ……
【思考】各元素逐級(jí)失去電子的電離能有什么特點(diǎn)？
隨著電子的逐個(gè)失去，陽(yáng)離子所帶正電荷數(shù)越來(lái)越大，再要失去一個(gè)電子需克服的電性引力越來(lái)越大，消耗能量也越來(lái)越大。
隨著電子的逐個(gè)失去，陽(yáng)離子核外電子逐漸達(dá)到稀有氣體的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，再要失去電子需克服的電性引力消耗能量更大（突躍變化）
【思考】觀察F元素的逐級(jí)電離能，分析變化特點(diǎn)及其原因。
電離能的突躍變化，也說(shuō)明核外電子是分能層排布的。
【觀察與思考】鈉原子與氯原子結(jié)合成的氯化鈉是離子化合物，而氫原子與氯原子結(jié)合成的氯化氫是共價(jià)化合物。為什么？
化合物中相鄰原子通過(guò)化學(xué)鍵結(jié)合在一起。一般情況下，活潑非金屬元素與活潑金屬元素以離子鍵結(jié)合成離子化合物，非金屬元素之間以共價(jià)鍵結(jié)合成共價(jià)化合物。 成鍵原子之間是形成離子鍵還是共價(jià)鍵，主要取決于成鍵原子吸引電子能力的差異。
元素的原子在分子中吸引鍵合電子能力的相對(duì)大小。
電負(fù)性越大的原子，對(duì)鍵合電子的吸引力越大。
鍵合電子：原子中用于形成化學(xué)鍵的電子。
【思考】觀察主族元素的電負(fù)性數(shù)據(jù)（以F=4.0和Li=1.0作為相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)，稀有氣體未計(jì)），元素的電負(fù)性有何變化趨勢(shì)？
Na Mg Al Si P S Cl
①主族電負(fù)性的周期性變化
Li Na K Rb Cs
F Cl Br I At
同一周期，從左到右電負(fù)性遞增。
同一主族，從上到下，電負(fù)性遞減。
（2）電負(fù)性的變化規(guī)律
②電負(fù)性的大小可用于衡量元素的金屬性和非金屬性的強(qiáng)弱。
電負(fù)性在1.8左右，兼有金屬和非金屬的性質(zhì)
金屬元素越容易失電子，對(duì)鍵合電子的吸引能力越小，電負(fù)性越小； 非金屬元素越容易得電子，對(duì)鍵合電子的吸引能力越大，電負(fù)性越大
電負(fù)性數(shù)值小的元素在化合物中吸引電子的能力弱，元素的化合價(jià)為正價(jià)； 電負(fù)性數(shù)值大的元素在化合物中吸引電子的能力強(qiáng)，元素的化合價(jià)為負(fù)值。
③電負(fù)性數(shù)值大小能夠衡量元素在化合物中吸引電子能力大小。
【練習(xí)】請(qǐng)查閱下列化合物中元素的電負(fù)性數(shù)值，判斷化合物中化合價(jià)為正值的元素？ CH4、NaH、NF3、NH3、SO2、H2S、ICl、HBr
④通過(guò)成鍵元素間電負(fù)性的差值判斷化學(xué)鍵類(lèi)型。
如果兩個(gè)成鍵元素間的電負(fù)性差值大于1.7，它們之間通常形成離子鍵； 如果兩個(gè)成鍵元素間的電負(fù)性差值小于1.7，它們之間通常形成共價(jià)鍵。
【練習(xí)】請(qǐng)查閱下列化合物中元素的電負(fù)性數(shù)值，判斷它們哪些是離子化合物，哪些是共價(jià)化合物？ NaF、HCl、NO、MgO、KCl、CH4
離子化合物：NaF、MgO、KCl
共價(jià)化合物：HCl、NO、CH4
【科學(xué)探究】對(duì)角線(xiàn)規(guī)則
某些主族元素與右下方的主族元素的某些性質(zhì)是相似的，稱(chēng)為對(duì)角線(xiàn)規(guī)則。
①在空氣中燃燒均生成正常的氧化物
4Li+O2==2Li2O
2Mg+O2==2MgO
②與N2的化合能力較強(qiáng)，易生成Li3N和Mg3N2
③氫氧化物堿性相當(dāng)，均為中強(qiáng)堿，溶解度較小，受熱易脫水成氧化物
①Be和Al都是兩性金屬，不僅能溶于酸，也都能溶于堿放出氫氣
Be+2NaOH==Na2BeO2+H2?
2Al+2NaOH+2H2O==2NaAlO2+3H2?
②Be和Al的氫氧化物都是兩性化合物，易溶于強(qiáng)堿
③BeCl2和AlCl3都是共價(jià)化合物。易升華、聚合、易溶于有機(jī)溶劑
④Be,Al常溫下不與水作用，與冷的濃硝酸接觸時(shí)都發(fā)生鈍化現(xiàn)象
①單質(zhì)能溶于堿生成含氧酸鹽，生成H2
④在自然中都不以單質(zhì)存在，是以氧化合物存在
③B-O鍵和Si-O 鍵都有很高的穩(wěn)定性
Ka(B(OH)3)=5.8×10-10
原子的價(jià)電子構(gòu)型才是決定元素性質(zhì)的最主要因素，因此，同族元素性質(zhì)的相似性以及性質(zhì)的遞變規(guī)律總是主要的。
【思考】對(duì)角線(xiàn)規(guī)則產(chǎn)生的原因？
某些主族元素與右下方的主族元素的電負(fù)性相近
原子半徑逐漸減小，金屬性減弱，非金屬性增強(qiáng)；第一電離能增大（Ⅱ、Ⅴ反常）；電負(fù)性增大（0族除外）
原子半徑逐漸增大，金屬性增強(qiáng)，非金屬性減弱；第一電離能減小（Ⅱ、Ⅴ反常）； ；電負(fù)性減?。?族除外） 。
【科學(xué)史話(huà)】稀有氣體及稀有氣體化合物的發(fā)現(xiàn)
1882—1892年英國(guó)著名實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家雷利為了驗(yàn)證普勞特假說(shuō)（該假說(shuō)認(rèn)為各種元素的原子都是由氫原子組成的），曾利用各種方法測(cè)定氣體的密度，然后再計(jì)算原子量。
1.2572克／升（空氣）
1.2508克／升（來(lái)自化合物）
1896年以后，拉姆塞經(jīng)過(guò)幾年艱苦卓絕的努力，通過(guò)分餾液態(tài)空氣，發(fā)現(xiàn)和分離出了氖、氪、氙。
20世紀(jì)初，拉姆塞發(fā)現(xiàn)氡。
1904年，瑞利獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)，拉姆賽獲得諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。
【思考】下圖是拉姆賽曾用來(lái)分離空氣中含有的未知?dú)怏w的實(shí)驗(yàn)裝置圖。
實(shí)驗(yàn)中拉姆賽采用灼熱的Cu粉除去O2、灼熱的Mg粉除去N2的實(shí)驗(yàn)方法。
（1）請(qǐng)根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)裝置，判斷在A、B兩處分別放置了何種金屬？
（2）實(shí)驗(yàn)中需要將氣體反復(fù)地通過(guò)灼熱的A管和B管，這是為什么？
（3）為了能夠獲得較多的未知?dú)怏w，以便于測(cè)其密度，需要適時(shí)地向?qū)嶒?yàn)裝置中補(bǔ)充空氣?？諝馐怯梢夯諝庋a(bǔ)充。請(qǐng)說(shuō)明當(dāng)向裝置中鼓入空氣時(shí)較為合適的操作？

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第二節(jié) 原子結(jié)構(gòu)與元素的性質(zhì)

版本： 人教版 (新課標(biāo))

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