4.1原子結(jié)構(gòu)與元素周期表（第2課時元素周期表核素）（原卷版）-2019必修第一冊

第四章第一節(jié)原子結(jié)構(gòu)與元素周期表第2課時元素周期表核素榆次一中李金虎【學(xué)習(xí)目標】1．了解元素周期表的發(fā)現(xiàn)史，知道元素周期表的結(jié)構(gòu)，知道元素在周期表中的位置。2．了解元素、核素、同位素的內(nèi)含與外延?！舅仞B(yǎng)目標】1．通過了解元素周期表的結(jié)構(gòu)(周期族)，認識原子結(jié)構(gòu)與元素周期表中位置間的關(guān)系，培養(yǎng)學(xué)生“宏觀辨識與證據(jù)推理”的核心素養(yǎng)。2．通過了解核素的含義及符號，了解元素、核素、同位素的內(nèi)含與外延。培養(yǎng)學(xué)生“宏觀辨識與微觀探析”的核心素養(yǎng)。必備知識與關(guān)鍵能力知識點一：元素周期表1．原子序數(shù)(1)含義：按照元素在周期表中的順序給元素編號。(2)原子序數(shù)與原子結(jié)構(gòu)的關(guān)系：原子序數(shù)＝核電荷數(shù)＝質(zhì)子數(shù)＝核外電子數(shù)2．元素周期表中元素相關(guān)信息3．元素周期表的結(jié)構(gòu)(1)元素周期表的編排原則(2)元素周期表的結(jié)構(gòu)①周期含義：把電子層數(shù)相同的元素，按原子序數(shù)遞增的順序從左到右排列的一橫行，叫做一個周期。數(shù)目：元素周期表有7個橫行，有7個周期。特點：周期序數(shù)＝該周期元素原子的電子層數(shù)。分類：短周期：包括第一、二、三周期。長周期：包括第四、五、六、七周期。周期(7個橫行，7個周期)短周期長周期周期序數(shù)一二三四五六七元素種數(shù)28818183232②族含義：元素周期表18個縱列中，除中間8、9、10三個縱列為一族外，其余每一縱列為一族。數(shù)目：元素周期表中有18個縱列，但只有16個族。特點：主族元素的族序數(shù)＝該主族元素原子的最外層電子數(shù)。分類：主族、副族(含Ⅷ族)、0族。族(18個縱列，16個族)主族列121314151617族ⅠAⅡAⅢAⅣAⅤAⅥAⅦA副族列345671112族ⅢBⅣBⅤBⅥBⅦBⅠBⅡBⅧ族第8、9、10列，共3個縱列0族第18縱列(3)原子結(jié)構(gòu)與元素周期表的關(guān)系①原子結(jié)構(gòu)與周期的關(guān)系：原子的電子層數(shù)＝周期序數(shù)②原子結(jié)構(gòu)與族的關(guān)系：主族元素原子最外層電子數(shù)＝主族序數(shù)(4)元素周期表中的特殊位置①按元素種類a．分界線：沿著元素周期表中鋁、鍺、銻、釙與硼、硅、砷、碲、砹的交界處畫一條虛線，即為金屬元素區(qū)和非金屬元素區(qū)的分界線。b．各區(qū)位置：分界線左下方為金屬元素區(qū)，分界線右上方為非金屬元素區(qū)。c．分界線附近元素的性質(zhì)：既表現(xiàn)金屬元素的性質(zhì)，又表現(xiàn)非金屬元素的性質(zhì)。②過渡元素：元素周期表中從第ⅢB族到第ⅡB族10個縱列共六十多種元素，這些元素都是金屬元素。③鑭系：元素周期表第六周期中：57號元素鑭到71號元素镥共15種元素。④錒系：元素周期表第七周期中：89號元素錒到103號元素鐒共15種元素。⑤超鈾元素：在錒系元素中，92號元素鈾(U)以后的各種元素。典例1．下列敘述中正確的是()A．除零族元素外，短周期元素的最高化合價在數(shù)值上等于該元素所屬的族序數(shù)B．ⅦA族元素其簡單陰離子的核外電子層數(shù)等于該元索所在的周期數(shù)C．除短周期外，其他周期均有18種元素D．X2+的核外電子致目為18，則X在第三周期第ⅡA族【答案】B【解析】A、除零族元素外，短周期元素的最高化合價在數(shù)值上一般等于該元素所屬的族序數(shù)，但O、F例外，故A錯誤；B、ⅦA族元素原子最外層獲得電子達8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，電子層不變，元素周期數(shù)=原子電子層數(shù)，所以ⅦA族元素其簡單陰離子的核外電子層數(shù)等于該元素所在的周期數(shù)，故B正確；C、元素周期表中第五、六周期存在鑭系和錒系，各有32種元素，故C錯誤；D、X2+的核外電子數(shù)目為18，質(zhì)子數(shù)為18+2=20，為Ca元素，位于第四周期第ⅡA族，故D錯誤；故選B。典例2．著名化學(xué)家徐光憲(畫面正中)，因為在稀土萃取領(lǐng)域取得的卓越成就被譽為“稀土界的袁隆平”。稀土元素是指鑭系元素，加上鈧和釔兩種元素。下列說法正確的是()A．稀土元素一共有16種元素B．稀土元素為主族元素C．稀土元素全部是金屬元素D．某些稀土元素在地殼中的含量可能高于鋁【答案】C【解析】稀土元素是指鑭系的15種元素，加上鈧和釔共17種元素，A錯誤；稀土元素為副族元素，B錯誤；稀土元素全部是金屬元素，C正確；在地殼中含量最高的金屬元素是鋁元素，D錯誤。知識點二：元素周期表在元素推斷中的應(yīng)用1．元素位置推斷(1)利用元素的位置與原子結(jié)構(gòu)的關(guān)系推斷本方法常用于確定原子序數(shù)小于18的元素。①應(yīng)用關(guān)系等式一：周期序數(shù)=電子層數(shù)；等式二：主族序數(shù)=最外層電子數(shù)；等式三：原子序數(shù)=核電荷數(shù)=質(zhì)子數(shù)=核外電子數(shù)。②實例(ⅰ)X元素是第三周期第ⅠA族元素，則該元素原子有三個電子層，最外層電子數(shù)是1，即為鈉元素。(ⅱ)Y元素的原子序數(shù)是16，則該元素的原子結(jié)構(gòu)示意圖是，其在周期表中位置是第三周期ⅥA族。(2)利用短周期中族序數(shù)與周期數(shù)的關(guān)系推斷特殊位置元素族序數(shù)等于周期數(shù)H、Be、Al族序數(shù)等于周期數(shù)的2倍C、S族序數(shù)等于周期數(shù)的3倍O周期數(shù)等于族序數(shù)的2倍Li周期數(shù)等于族序數(shù)的3倍Na(3)利用離子電子層結(jié)構(gòu)相同的“陰上陽下”推斷具有相同電子層結(jié)構(gòu)的離子，如aX(n+1)+、bYn+、cZ(n+1)?、dMn?的電子層結(jié)構(gòu)相同，在周期表中位置關(guān)系為…cZdMbYaX…則它們的原子序數(shù)關(guān)系為a＞b＞d＞c。2．元素原子序數(shù)差的確定方法(1)同周期第ⅡA族和第ⅢA族元素原子序數(shù)差(2)同主族、鄰周期元素的原子序數(shù)差元素周期表中左側(cè)元素(第ⅠA族、第ⅡA族)同主族相鄰兩元素中，Z(下)＝Z(上)＋上一周期元素所在周期的元素種類數(shù)目元素周期表中右側(cè)元素(第ⅢA～第ⅦA族)同主族相鄰兩元素中，Z(下)＝Z(上)＋下一周期元素所在周期的元素種類數(shù)目(3)同周期第ⅡA族和第ⅢA族元素原子序數(shù)差周期序數(shù)1234567原子序數(shù)差無1111112525(4)直接相鄰的“┳”型、“┻”型、“╋”型原子序數(shù)關(guān)系a．b．c．d．典例3．已知X、Y、Z三種主族元素在元素周期表中的位置如圖所示，設(shè)X的原子序數(shù)為a，則下列說法不正確的是()A．Y與Z的原子序數(shù)之和可能為2aB．Y的原子序數(shù)可能為a－17C．Z的原子序數(shù)可能為a＋31D．X、Y、Z一定為短周期元素【答案】D【解析】由于X、Y、Z均為主族元素，結(jié)合其位置關(guān)系和元素周期表的結(jié)構(gòu)，可推斷Y元素一定不在第一周期，即X、Y、Z不可能都在短周期，D錯誤；若Y、X、Z分別位于第三、四、五周期的右側(cè)，則Y、Z的原子序數(shù)之和為2a，A正確；若Y、X、Z分別位于第三、四、五周期(或分別位于第四、五、六周期)的右側(cè)，則Y的原子序數(shù)為a－17，B正確；若Y、X、Z分別位于四、五、六周期的右側(cè)，則Z的原子序數(shù)為a＋31，C正確。典例4．A、B、C均為短周期元素，它們在元素周期表中的位置如圖所示。已知B、C元素的原子序數(shù)之和是A元素原子序數(shù)的4倍，則A、B、C分別為()A．Be、Na、Ar B．B、Mg、SiC．O、P、Cl D．C、Ar、P【答案】C【解析】設(shè)A的原子序數(shù)為x，則B的原子序數(shù)為x＋8－1，C的原子序數(shù)為x＋8＋1，由(x＋8－1)＋(x＋8＋1)＝4x，解得x＝8，所以A為O元素，B為P元素，C為Cl元素。知識點三：元素周期表的應(yīng)用1．科學(xué)預(yù)測：為新元素的發(fā)現(xiàn)及預(yù)測它們的原子結(jié)構(gòu)和性質(zhì)提供了線索。2．尋找新材料3．用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)對探礦有指導(dǎo)意義的是地球化學(xué)元素的分布與它們在元素周期表中的位置關(guān)系，研制農(nóng)藥材料等。典例5．下列關(guān)于元素周期表和元素周期律的應(yīng)用說法正確的是()A．為元素性質(zhì)的系統(tǒng)研究提供指導(dǎo)，為新元素的發(fā)現(xiàn)提供線索B．在周期表中金屬與非金屬的分界處，尋找可作催化劑的合金材料C．在ⅠA、ⅡA族元素中，尋找制造農(nóng)藥的主要元素D．在過渡元素中，可以找到半導(dǎo)體材料【答案】A【解析】元素周期表和元素周期律為元素性質(zhì)的系統(tǒng)研究提供指導(dǎo)，為新元素的發(fā)現(xiàn)提供線索，A項正確；在周期表中金屬與非金屬的分界處尋找半導(dǎo)體材料，B項錯誤；在非金屬元素中尋找制造農(nóng)藥的主要元素，C項錯誤；在過渡元素中尋找可作催化劑的合金材料，D項錯誤。知識點四：元素、核素、同位素1．核素(1)概念：具有一定數(shù)目質(zhì)子和一定數(shù)目中子的一種原子叫做核素。(2)實例：①氫元素的三種核素eq\o\al(1,1)H：名稱為氕，不含中子；eq\o\al(2,1)H：用字母D表示，名稱為氘或重氫；eq\o\al(3,1)H：用字母T表示，名稱為氚或超重氫。②氧元素的三種核素為eq\o\al(16,8)O、eq\o\al(17,8)O、eq\o\al(18,8)O。③碳元素的三種核素為eq\o\al(12,6)C、eq\o\al(13,6)C、eq\o\al(14,6)C。④鈾元素有eq\o\al(234,92)U、eq\o\al(235,92)U、eq\o\al(238,92)U等多種核素。(3)幾種重要核素的用途核素eq\o\al(235,92)Ueq\o\al(14,6)Ceq\o\al(2,1)Heq\o\al(3,1)Heq\o\al(18,8)O用途核燃料用于考古斷代制氫彈示蹤原子2．同位素(1)概念質(zhì)子數(shù)相同而中子數(shù)不同的同一元素的不同原子互稱為同位素，即同一元素的不同核素互稱為同位素。(2)特點——兩同兩不同①兩同：質(zhì)子數(shù)相同，元素相同；特征一相同存在形態(tài)的同位素，化學(xué)性質(zhì)幾乎完全相同，物理性質(zhì)不同特征二天然存在的同一元素各核素所占的原子百分數(shù)(豐度)一般不變②兩不同：中子數(shù)不同，原子不同。(3)性質(zhì)①同一元素的各同位素雖然質(zhì)量數(shù)不同，但它們的化學(xué)性質(zhì)基本相同。②天然存在的同位素，相互間保持一定的比率。3．元素、核素、同位素的關(guān)系(1)概念(2)聯(lián)系①同種元素可以有多種不同的同位素原子，所以元素的種類數(shù)目遠少于原子種類的數(shù)目。②核素之間轉(zhuǎn)化為核反應(yīng)，不屬于化學(xué)變化。③同種元素可以有多種單質(zhì)，所以單質(zhì)種類數(shù)多于元素種類數(shù)。4．兩種相對原子質(zhì)量的比較含義及計算原子的相對原子質(zhì)量該核素的一個原子的質(zhì)量與12C原子質(zhì)量的eq\f(1,12)的比值，其近似相對原子質(zhì)量＝質(zhì)量數(shù)元素的相對原子質(zhì)量(近似相對原子質(zhì)量)根據(jù)各核素的相對原子質(zhì)量(質(zhì)量數(shù))與它們在自然界所占的百分比計算出的平均值。如Ar(Cl)＝Ar(35Cl)×a%＋Ar(37Cl)×b%。其近似值是用各核素質(zhì)量數(shù)算出的平均值，即Ar(Cl)≈35×a%＋37×b%。典例6．2015年4月，于敏獲頒“影響世界華人終身成就獎”?！邦校?39”是“于敏型”氫彈的重要原料。下列說法正確的是(B)A．239Pu原子的原子核中含有239個質(zhì)子B．238Pu、239Pu和241Pu屬于不同的核素C．238Pu與238U在元素周期表中的位置相同D．239Pu衰變成235U屬于化學(xué)變化【答案】B【解析】239Pu中的239表示的是其質(zhì)量數(shù)，A項錯誤；核素的種類是由質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)共同決定的，238Pu、239Pu和241Pu屬于同種元素的不同核素，B項正確；238Pu與238U核電荷數(shù)不相同，屬于不同的元素，在元素周期表中的位置不同，C項錯誤；由于化學(xué)變化不涉及原子核的變化，所以原子的衰變不是化學(xué)變化，D項錯誤。典例7．2019年1月3日上午10時26分，嫦娥四號探測器實現(xiàn)人類探測器首次月背軟著陸。月背探測器用的是同位素溫差發(fā)動機，使用的放射性同位素有eq\o\al(90,38)Sr(鍶)、eq\o\al(238,94)Pu(钚)、eq\o\al(210,84)Po(釙)。通過衰變產(chǎn)生能量發(fā)電。下列有關(guān)同位素的說法中正確的是(D)A．位于周期表中同一周期同一族的不同的核素，一定互為同位素B．氧有三種核素16O、17O、18O，所以自然界中的氧氣分子共有6種C．同位素是指質(zhì)子數(shù)相同中子數(shù)不同的微粒間的互稱D．溫差發(fā)動機使用時沒有發(fā)生化學(xué)變化【答案】D【解析】位于周期表中同一周期第Ⅷ族的不同的核素，質(zhì)子數(shù)可能不相等，所以它們之間不一定互為同位素，故A錯誤；因為同位素的化學(xué)性質(zhì)基本相同，氧雖然有三種核素16O、17O、18O，但自然界中的氧氣分子為1種，故B錯誤；同位素是指質(zhì)子數(shù)相同中子數(shù)不同的不同核素之間的互稱，故C錯誤；溫差發(fā)動機使用時是將放射性同位素衰變時產(chǎn)生的能量轉(zhuǎn)變成電能，發(fā)生的是核反應(yīng)，沒有發(fā)生化學(xué)變化，故D正確。核心價值與學(xué)科素養(yǎng)典例8．工業(yè)焊接鋼管常用eq\o\al(137,55)Cs進行“無損探傷”。下列有關(guān)說法正確的是()A．137表示質(zhì)量數(shù)B．137表示質(zhì)子數(shù)C．該原子的質(zhì)子數(shù)大于中子數(shù)D．55表示中子數(shù)【答案】A【解析】根據(jù)核素的符號可知137表示質(zhì)量數(shù)，55表示質(zhì)子數(shù)，A項正確，B、D兩項錯誤；中子數(shù)＝質(zhì)量數(shù)一質(zhì)子數(shù)＝137－55＝82，質(zhì)子數(shù)小于中子數(shù)，C項錯誤。典例9．“玉兔”號月球車用eq\o\al(238,94)Pu作為熱源材料。下列關(guān)于eq\o\al(238,94)Pu的說法正確的是()A.eq\o\al(238,94)Pu與eq\o\al(238,92)U互為同位素B.eq\o\al(238,94)Pu與eq\o\al(239,94)Pu互為同素異形體C.eq\o\al(238,94)Pu與eq\o\al(238,92)U具有完全相同的化學(xué)性質(zhì)D.eq\o\al(238,94)Pu與eq\o\al(239,94)Pu具有相同的最外層電子數(shù)【答案】D【解析】質(zhì)子數(shù)相同、中子數(shù)不同的原子或同一元素的不同核素互為同位素，eq\o\al(238,94)Pu與eq\o\al(238,92)U的質(zhì)子數(shù)不同，不互為同位素，A項錯誤；同種元素形成的不同單質(zhì)互為同素異形體，eq\o\al(238,94)Pu與eq\o\al(239,94)Pu均為原子，不是同素異形體關(guān)系，B項錯誤；eq\o\al(238,94)Pu與eq\o\al(238,92)U的質(zhì)子數(shù)不同，屬于不同的元素，其化學(xué)性質(zhì)不同，C項錯誤；eq\o\al(238,94)Pu與eq\o\al(239,94)Pu具有相同的質(zhì)子數(shù)，所以其核外電子數(shù)相同，則具有相同的最外層電子數(shù)，D項正確。典例10．中國科學(xué)家成功合成氮陰離子Neq\o\al(－,5)，Neq\o\al(－,5)是制備全氮類物質(zhì)Neq\o\al(＋,5)Neq\o\al(－,5)的重要中間體。下列說法中正確的是()A．Neq\o\al(＋,5)的中子數(shù)為7B．每個Neq\o\al(＋,5)中含有35個質(zhì)子C．每個Neq\o\al(－,5)中含有35個電子D．Neq\o\al(＋,5)和Neq\o\al(－,5)屬于同位素【答案】B【解析】Neq\o\al(＋,5)的中子數(shù)為5個N原子的中子數(shù)之和，不可能是7，A項錯誤；Neq\o\al(＋,5)的質(zhì)子數(shù)為7×5＝35，B項正確；Neq\o\al(－,5)含有的電子數(shù)為5×7＋1＝36，C項錯誤；Neq\o\al(＋,5)和Neq\o\al(－,5)屬于離子，不可能互為同位素，D項錯誤?！靖櫨毩?xí)】基礎(chǔ)過關(guān)1．醫(yī)學(xué)界通過用14C標記的C60發(fā)現(xiàn)的一種C60的羥酸衍生物，這種羥酸衍生物在特定條件下可以通過斷裂DNA抑制艾滋病毒的繁殖。下列有關(guān)14C的正確敘述是()A.與12C60的碳原子化學(xué)性質(zhì)不同B．與14N含的中子數(shù)相同C．是12C60的同素異形體D．與12C互為同位素2．某周期的第ⅠA族元素的原子序數(shù)為x，那么同一周期第ⅢA族元素的原子序數(shù)為()A．肯定是x＋2B．肯定是x＋2或x＋8或x＋32C．肯定是x＋2或x＋12或x＋26D．肯定是x＋2或x＋10或x＋263．已知aAn＋、bB(n＋1)＋、cCn－、dD(n＋1)－是具有相同的電子層結(jié)構(gòu)的離子，關(guān)于A、B、C、D四種元素的敘述正確的是()A．離子半徑：A>B>C>DB．原子序數(shù)：b>a>c>dC．原子半徑：D>C>B>AD．四種元素一定屬于短周期元素4．重水(D2O)主要用于核反應(yīng)堆中中子的減速劑和冷卻劑，在化學(xué)和生物學(xué)中，重水常用作示蹤物質(zhì)來研究反應(yīng)機理等。下列說法正確的是()A．D是氫的一種核素，原子核內(nèi)有2個中子B．1Heq\o\al(\s\up1(18),\s\do1(2))O與Deq\o\al(\s\up1(16),\s\do1(2))O的相對分子質(zhì)量相同C．3H2O與D2O互稱同位素D．通過化學(xué)變化可以直接實現(xiàn)普通水向重水轉(zhuǎn)化5．俄羅斯科學(xué)家用鉿和鎢兩種核素精確測定了地球和月球的年齡，得出月球至少比地球早700萬年形成，它們是根據(jù)eq\o\al(\s\up1(182),\s\do1(72))Hf(鉿－182)和eq\o\al(\s\up1(182),\s\do1(74))W(鎢－182)兩種核素的含量比例得出的。下列有關(guān)