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第一章 原子結構元素周期律
第一節 原子結構與元素性質
1.1.2 核外電子排布　
原子結構與元素原子得失電子能力
核心素養目標
宏觀辨識與微觀探析：
能從原子微觀結構角度理解元素原子得失電子能力的差異，以及這種差異如何在宏觀上體現為元素化學性質的不同，建立微觀結構與宏觀性質之間的聯系。
證據推理與模型認知：
通過鈉、鎂、鉀等金屬與水反應的實驗現象作為證據，推理元素原子失電子能力的強弱；構建原子結構影響元素原子得失電子能力的思維模型，運用模型解釋和預測相關化學現象和性質。
科學探究與創新意識：
歷鈉、鎂、鋁與水反應的實驗探究過程，學習科學探究的基本方法；在實驗探究中培養創新意識，如思考如何改進實驗以更準確地比較元素原子得失電子能力。
重點
核外電子排布規律，包括電子層與電子能量的關系、各電子層容納電子數的規律以及核外電子排布的表示方法；
通過實驗探究比較鈉、鎂、鉀等元素原子失電子能力的強弱，理解原子結構與元素原子得失電子能力之間的關系。
難點
核外電子排布規律的綜合應用，如根據核外電子排布規律確定復雜原子或離子的結構示意圖，以及解釋某些特殊原子的核外電子排布現；
深入理解原子結構影響元素原子得失電子能力的本質原因，能從微觀角度分析和解釋元素化學性質的差異。
課前導入
課前導入
物質在化學反應中的表現與組成該物質的元素的原子結構有著密切的聯系，其中核外電子扮演著非常重要的角色。電子在原子內有著“廣闊”的運動空間。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
01
核外電子排布
電子層
概念：
現代物質結構理論認為，在含有多個電子的原子里，能量低的電子通常在離核較近的區域內運動，能量高的電子通常在離核較遠的區域內運動。為了研究問題的方便，科學家認為電子是在原子核外離核由近及遠、能量由低到高的不同電子層上分層排布的。
電子層與電子能量的關系
電子層序數 一 二 三 四 五 六 七
電子層符號 K L M N O P Q
離核距離 電子能量 核外電子排布規律
★能量規律：
原子核外電子總是盡可能先排布在能量較低的電子層上，然后由內向外依次排布在能量逐漸升高的電子層上
★數量規律：
每個電子層最多能容納 2n2（n 代表電子層數）個電子
最外層所能容納的電子則不超過 8 個（第一層為最外層時不超過 2 個）
次外層電子不超過18個
倒數第三層電子不超過32個
核外電子排布規律
★電子層不是真實存在的，只是電子運動區域的形象化描述
★原子核外電子排布規律中的各項是相互聯系、相互制約的，不能孤立的理解或應用其中的某一部分
如M層不是最外層時候，其最多容納的電子數為18，當M層是最外層時候，其最多容納的電子數為8
★電子不一定是排滿M層才排N層，如K原子的M層排8個電子，N層排1個電子
典例解析
下列敘述中正確的是(　　 )
A．在多電子原子中，能量高的電子通常在離核較近的區域內運動
B．核外電子總是先排在能量低的電子層上
C．兩種微粒，若核外電子排布相同，則其化學性質一定相同
D．微粒的最外層只有達到8個電子才穩定
【解析】現代物質結構理論認為，在含有多個電子的原子中，能量低的電子通常在離核較近的區域內運動，電子是在原子核外離核由近及遠、能量由低到高的不同電子層上分層排布的。通常把能量最低、離核最近的電子層叫作第一電子層，A項錯誤，B項正確。核外電子排布相同的微粒可以是陰離子、陽離子和原子，所以化學性質可能不同，C項錯誤。最外層有2個電子的微粒也可能是穩定結構，如He，D項錯誤。
B
原子結構示意圖
微粒符號
原子核
核電荷數
電子層
該電子層上的電子數
原子核的電性
離子結構示意圖
原子得失電子之后形成陰陽離子。原子形成離子時原子核不變，最外層電子數目發生了變化，因此原子結構示意圖可以遷移應用于簡單的離子結構示意圖
一般情況下，非金屬元素的簡單陰離子與其原子的電子層數相同
一般情況下，金屬元素的簡單陽離子比其原子少一個電子層
原子結構與元素性質的關系
稀有氣體元素
最外層電子數：8（He為2）
穩定性：穩定
原子得失電子能力：既不容易獲得電子，也不容易失去電子
化合價：通常表現為0價
原子結構與元素性質的關系
金屬元素
最外層電子數：一般小于4
穩定性：不穩定
原子得失電子能力：容易失去電子形成陽離子
化合價：在化合物中通常表現為正價
鈉原子的最外層只有 1 個電子，原子容易失去 1 個電子形成 Na+ 而達到穩定結構，因此鈉元素在化合物中呈 +1 價
原子結構與元素性質的關系
非金屬元素
最外層電子數：一般大于或者等于4
穩定性：不穩定
原子得失電子能力：容易獲得電子形成陰離子
化合價：在化合物中通常表現為負價
氯原子的最外層有 7 個電子，原子容易獲得 1 個電子形成 Cl-而達到穩定結構，因此氯元素在氯化鈉、氯化鎂等氯化物中呈 -1 價。
核電荷數為1～20的原子或離子的結構特點
(1)沒有中子的原子是1H
(2)最外層電子數為1的原子有H、Li、Na、K
(3)最外層電子數為2的原子有He、Be、Mg、Ca。
(4)原子最外層電子數與次外層電子數存在倍數關系:
①最外層電子數與次外層電子數相等的原子有Be、Ar
②最外層電子數是次外層電子數2倍的原子是C
③最外層電子數是次外層電子數3倍的原子是O
④最外層電子數是次外層電子數4倍的原子是Ne
⑤次外層電子數是最外層電子數2倍的原子有Li、Si
歸納總結
(5)原子最外層電子數與電子層數存在倍數關系:
①電子層數與最外層電子數相等的原子有H、Be、Al
②電子層數是最外層電子數2倍的原子有Li、Ca。
③電子層數是最外層電子數3倍的原子是Na。
④最外層電子數是電子層數2倍的原子有He、C、S
⑤最外層電子數是電子層數3倍的原子是O
(6)內層電子總數是最外層電子數2倍的原子有Li、P
(7)最外層電子數與最內層電子數相等的原子有Be、Mg、Ca。
典例解析
某元素原子的最外層電子數是次外層的a倍(a＞1)，則該原子的核內質子數是(　　)
A．2a＋2 B．2a＋10
C．a＋2 D．2a
【解析】原子核外電子排布規律：最外層不超過8個電子，次外層不超過18個電子。某元素的最外層電子數是次外層的a倍(a＞1)，所以該元素的次外層只能是K層，為2個電子；最外層是L層，電子數是2a，所以該元素的核外電子數是2a＋2；再根據原子核內質子數＝核外電子數，所以核內質子數是2a＋2。
B
常見的10電子微粒
Ne
（出發點）
Na+
Mg2+
Al3+
HF
H2O
NH3
CH4
NH4+
N3-
OH-
O2-
H3O+
F-
常見的18電子微粒
Ar
（出發點）
K+
Ca2+
F2、H2O2、N2H4、CH3OH、CH3F、NH2OH
HCl
H2S
PH3
SiH4
PH4+
N3-
HS-
S2-
Cl-
典例解析
A元素的原子最外層電子數是a，次外層電子數是b；B元素的原子M層電子數是a－b，L層電子數是a＋b，則A、B兩元素形成化合物的化學式最可能表示為(　　)
A．B3A2 B．BA2 C．A3B2 D．AB2
【解析】因為B的L層電子數為a＋b且有M層，所以a＋b＝8，又因A原子最外層電子數為a，次外層電子數為b，且滿足a＋b＝8，所以A原子有兩個電子層，且K層為2個電子，L層為6個電子，所以a＝6，b＝2。進而推知B的各電子層上的電子數分別為2、8、4。即A為O，B為Si。
B
易錯警示
1.誤認為最外層只有2個電子的元素一定是金屬元素。其實不然,氦元素最外層也是2個電子。
2.誤認為非金屬元素只能形成陰離子。其實不然,也是非金屬元素形成的。
3.誤認為化合物中金屬元素只顯正價,非金屬元素只顯負價。其實不然,在金屬氫化物中H顯-1價,非金屬元素R形成的含氧酸鹽中非金屬元素R顯正價。
4.誤認為鎂失電子的數目多于鈉,故鎂的金屬性更強。其實不然,因為鈉與水反應更容易,鈉的金屬性要強于鎂。
5.誤認為不容易得電子的原子一定容易失電子。其實不然,稀有氣體原子已達到穩定結構,既不容易失電子也不容易得電子。
認識核外電子的運動
電子極其微小 即使使用最先進的掃描隧道顯微鏡（STM），也只能觀察到原子，而觀察不到比原子小得多的電子。一個多世紀以來，科學家主要采用原子光譜和建立模型的方法對核外電子的運動進行研究。其中，玻爾原子模型和電子云模型對人們認識核外電子的運動起到了極大的促進作用。
玻爾原子模型　1913 年，玻爾在核式原子模型的基礎上提出了新的原子模型：核外電子處在一定的軌道上繞核運行，在不同軌道上運動的電子具有不同的能量且能量是量子化的（即不是連續的）；當電子從一個軌道躍遷到另一個軌道時，會輻射或吸收一定的能量；等等。現代物質結構理論保留了玻爾原子模型合理的部分，并在此基礎上進一步發展。
電子云模型
宏觀物體的運動都有一定的軌跡，如人造衛星按一定的軌道圍繞地球運行，而在原子核外運動的電子并不遵循宏觀物體的運動規律。人們不可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，也不能描畫出它們的運動軌跡，而只能描述電子在原子核外空間某處單位體積內出現的概率大小。為了形象地表示電子在原子核外空間運動的這一特征，人們常用單位體積內小點的疏密程度來表示電子在原子核外空間某處單位體積內出現概率的大小。這種形象地描述電子在原子核外空間某處單位體積內出現概率大小的模型稱為“電子云模型”。
02
原子結構與元素原子得失電子的能力
比較鈉、鎂、鉀元素原子的失電子能力
◆預測鈉、鎂兩種元素原子失電子能力的強弱，并從原子結構的角度說明理由。
預測：Na比Mg的失電子能力強
預測的理由：
Mg與Na相比，Na、Mg的原子核外均有3個電子層，Mg的核電荷數較大，其外層電子離核較近，Mg較難失去電子
方法引導：
在多數情況下，可以通過比較元素的單質與水（或酸）反應置換出氫氣的難易程度來判斷元素原子失電子能力的強弱。
實驗比較鈉、鎂元素原子的失電子能力
【實驗 1】用小刀切下一小塊金屬鈉，用濾紙吸干表面的煤油，放入盛有水并滴加有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，放入盛有等量水并滴加有幾滴酚酞溶液的另一只燒杯中，立即蓋上表面皿。分別觀察現象。
實驗現象及結論
實驗現象：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
實驗結論：鈉與冷水劇烈反應,化學方程式為2Na+2H2O2=NaOH+H2↑
實驗現象：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
實驗結論：鎂與冷水幾乎不反應,能與沸水反應,化學方程式為Mg+2H2OMg(OH)2+H2↑
實驗分析
元素失電子能力Na＞Mg
由上述實驗可知，元素原子的電子層數相同時，核電荷數越大，最外層電子離核越近，核對最外層電子的引力越大，原子越難失去電子（越容易得到電子）
比較鈉、鎂、鉀元素原子的失電子能力
◆預測鈉、鉀兩種元素原子失電子能力的強弱，并從原子結構的角度說明理由。
預測：
K比Na的失電子能力強
預測的理由：
Na與K相比，Na、Na的最外層電子數均為1，Na原子核外有三個電子層，K原子核外有四個電子層，K的最外層電子離核更遠，K更容易失去電子
實驗比較鈉、鉀元素原子的失電子能力
【實驗 2】取兩只燒杯，向其中加入等量的水并加入幾滴酚酞溶液。用小刀分別切下大小相似的一小塊金屬鈉和一小塊金屬鉀，用濾紙吸干表面的煤油，同時將金屬鈉和金屬鉀分別放入上述兩只燒杯中，立即蓋上表面皿，觀察現象。
實驗現象及結論
實驗現象：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
實驗結論：鈉與冷水劇烈反應,化學方程式為2Na+2H2O2=NaOH+H2↑
實驗現象：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,酚酞溶液變紅色
實驗結論：鉀與水反應更劇烈，甚至可產生爆炸現象。反應的方程式：2K＋2H2O=2KOH＋H2↑
實驗分析
元素失電子能力K＞Na
由上述實驗可知，元素原子的最外層電子數相同時，電子層數越多，最外層電子離核越遠，核對最外層電子的引力越小，原子越容易失去電子（越難得到電子）
原子結構與元素原子得失電子能力
◆比較元素的單質與水(或酸)反應置換出氫氣的難易程度。置換反應越容易發生，元素原子的失電子能力越強。
◆通常所說的元素的金屬性、非金屬性分別與元素原子的失電子能力和得電子能力相對應。
◆元素原子得失電子的能力與原子的最外層電子數、核電荷數和電子層數均有關系。核電荷數為1～20的元素(除He、Ne、Ar外)，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、越容易得電子；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、越難得電子。
原子結構與元素性質和化合價的關系
原子類別 與元素性質的關系 與元素化合價的關系
稀有氣體 元素原子 最外層電子數為8(He為2)，結構穩定，性質不活潑 原子結構為穩定結構，常見化合價為0
金屬元 素原子 最外層電子數一般小于4，較易失去電子 易失去最外層電子，達到穩定結構，其最高正價為＋m(m為最外層電子數，下同)
非金屬元 素原子 最外層電子數一般大于或等于4，較易獲得電子，形成8電子穩定結構 得到一定數目的電子，達到穩定結構，其最低負價為m－8(H為m－2)
歸納總結——
原子結構推斷與元素性質類題模型
原子結構特征
最外層電子數目與內層電子數的倍數關系
最外層電子數目與電子層數的倍數關系
最外層電子數相同或電子層數相同等關系
推斷元素種類
分析元素或物質性質
03
課堂小結
04
課堂練習
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
B
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
B
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
B
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1/3
硅
硼
鈉
氧
Thanks
好好學習天天向上

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