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。
【課程目標】
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
【教材過程】
【導入新課】
化學元素周期表年
隨著元素數目在十九世紀的增多，每一種元素都具有不同的特性，化學家們開始感到他們像是迷失在一座茂密的叢林中：自然界究竟有多少種元素？它們之間的內在關系怎樣？有沒有規律？怎樣分類？
終于俄國化學家門捷列夫從雜亂無章的元素迷宮中理出了一個頭緒。門捷列夫為了研究元素的分類和規律，把當時已知的幾十種元素的主要性質和原子量寫在一張張的小卡片上，反復進行排列，比較它們的性質，探索它們之間的聯系。1869年，他正式提出元素周期律，它在周期表中排列了當時已經知道的63種元素。
元素的發現：1650-2017年發現元素的種類數
【新課講授】
元素周期表的發展
三張有重要歷史意義的周期表
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。
任務一：元素周期律 元素周期系 元素周期表
1、概念辨析
(1)元素周期律: 1869年，門捷列夫發現，按相對原子質量從小到大的順序將元素排列起來，得到一個元素序列，并從最輕的元素氫開始進行編號，稱為原子序數。這個序列中的元素性質隨著原子序數遞增發生周期性的重復，這一規律被門捷列夫稱作元素周期律。
(2)元素周期系：1913年，英國物理學家莫塞萊證明原子序數即原子核電荷數。隨后元素周期律表述為元素的性質隨元素原子的核電荷數遞增發生周期性遞變。元素的這一按其原子核電荷數遞增排列的序列稱為元素周期系。
原子序數＝核電荷數＝質子數
(3)元素周期表：
元素周期表是呈現元素周期系的表格。元素周期系只有一個，元素周期表多種多樣。
【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】
回憶并書寫1～36號元素的基態原子的價電子排布式
【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
【學生活動】
2、仔細考察書末的元素周期表并思考
（1）如何用原子的核外電子排布，解釋元素周期系的結構？
（2）原子的核外電子排布與周期的劃分有什么關系？
任務二：元素周期表與構造原理
【講解】
【學生活動】
2、仔細考察書末的元素周期表并思考
（3）原子的核外電子排布與族的劃分有什么關系？
【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】
2、仔細考察書末的元素周期表并思考
（4）為什么過渡元素都是金屬元素？
【講解】
【學生活動】
3、寫出IA族和IIA族元素基態原子的價電子排布
4、寫出IIIA族到0族元素基態原子的價電子排布
5、解釋分區的來由
[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。

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