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第2课时　元素周期表　核素
[核心素养发展目标]　1.能从原子结构的角度理解元素周期表的编排原则，能进行元素在周期表中的位置与原子结构之间的相互推导，提升微观探析能力。2.了解元素周期表的发展历程及现行元素周期表的结构，培养严谨、求实的科学态度。3.知道元素、核素、同位素、X的含义，并能比较它们的不同，促进“宏观辨识与微观探析”化学核心素养的发展。
一、元素周期表的编排原则与结构
1．元素周期表的发展历程
2．元素周期表的编排原则
(1)原子序数：按照元素在元素周期表中的顺序给元素编的序号。
(2)原子序数＝核电荷数＝质子数＝核外电子数。
(3)横行原则：把电子层数目相同的元素，按原子序数递增的顺序从左到右排列。
(4)纵列原则：把不同横行中最外层电子数相同的元素，按电子层数递增的顺序由上而下排列。
3．元素周期表的结构
元素周期表有7个横行，18个纵列。每一个横行叫做一个周期，每一个纵列叫做一个族(8、9、10三个纵列共同组成第Ⅷ族)。
(1)周期
观察元素周期表，填写下表，并思考周期序数与原子核外电子层数之间的关系。
周期序数 起止元素 包括元素种数 核外电子层数
1 H～He 2 1
2 Li～Ne 8 2
3 Na～Ar 8 3
4 K～Kr 18 4
5 Rb～Xe 18 5
6 Cs～Rn 32 6
7 Fr～Og(118号) 32 7
由此可知：
①周期序数＝电子层数
②周期的分类
周期—
(2)族
①周期表中族的特点和划分
特点 主族元素的族序数＝最外层电子数
分类 主族 共有7个，包括ⅠA、ⅡA、ⅢA、ⅣA、ⅤA、ⅥA、ⅦA，由短周期和长周期元素共同构成
副族 共有8个，包括ⅠB、ⅡB、ⅢB、ⅣB、ⅤB、ⅥB、ⅦB、Ⅷ，完全由长周期元素构成
0族 占据元素周期表的第18纵列，最外层电子数为8(He是2)，很难与其他物质发生化学反应，化合价定为0价
②常见族的别称
族 别名
第ⅠA族(除氢外) 碱金属元素
第ⅦA族 卤族元素
0族 稀有气体元素
4.元素周期表中方格里的符号的意义
(1)一个横行即是一个周期，一个纵列即是一个族(　　)
(2)同族元素的最外层电子数一定等于族序数(　　)
(3)0族元素的最外层电子数均为8(　　)
(4)第ⅠA族中元素均为金属元素，又称碱金属元素(　　)
(5)最外层电子数是2的元素一定为第ⅡA族的元素(　　)
答案　(1)×　(2)×　(3)×　(4)×　(5)×
(1)在现行周期表中第四、五、六、七周期均有18列，为什么第四、五周期各有18种元素，而第六、七周期各有32种元素？
(2)含有元素种类最多的族是哪一族？
(3)同周期的第ⅡA、ⅢA族元素间原子序数差值可能为多少？并说明原因。
提示　(1)第六周期第ⅢB族为镧系，共15种元素；第七周期第ⅢB族为锕系，共15种元素，比第四、五周期多出14种元素。
(2)第ⅢB族，共32种元素。
(3)第二、三周期差1，第四、五周期差11，原因是中间隔10格过渡元素，第六、七周期差25，原因是中间隔10格过渡元素，且第ⅢB族一格为15种元素。
元素周期表的结构
原子序数的定量关系
①同周期，第ⅡA族与第ⅢA族原子序数差可能为1、11、25；
②同族，相邻周期原子序数差：第ⅠA族～第ⅡA族：上一周期元素种类数；第ⅢA族～0族：下一周期元素种类数。如Na与K相差8，Cl与Br相差18。
③利用稀有气体元素的原子序数推断元素在周期表中的位置。
1．我国的纳米技术基础研究能力已跻身于世界前列，例如曾作为我国两年前十大科技成果之一的就是一种合成纳米材料，化学式为RN。已知该化合物中的Rn＋核外有28个电子。则R元素位于元素周期表的(　　)
A．第三周期第ⅤA族
B．第四周期第ⅢA族
C．第五周期第ⅢA族
D．第四周期第ⅤA族
答案　B
解析　R元素在化合物RN中的化合价决定于N元素，因Rn＋中R元素显正价，N元素在RN中显－3价，故R元素离子应为R3＋，则R原子含31个电子，其质子数为31，核外电子排布为，所以应为第四周期第ⅢA族，故B正确。
2．下列选项各截取了元素周期表的一部分，数字为原子序数，其中M的原子序数为37的是(　　)
答案　C
二、核素　同位素
1．元素
(1)概念：具有相同质子数(核电荷数)的一类原子的总称。
(2)决定元素种类的是质子数。
2．核素
(1)概念：具有一定数目质子和一定数目中子的一种原子。表示方法：X。
(2)实例
原子符号(X) 原子名称 氢元素的原子核
质子数(Z) 中子数(N)
H 氕 1 0
H或D 氘 1 1
H或T 氚 1 2
3.同位素
(1)概念：质子数相同而中子数不同的同一元素的不同原子互称为同位素(即同一元素的不同核素互称为同位素)。“同位”是指核素的质子数相同，在元素周期表中占有相同的位置。
例如：氢元素有H、H、H三种核素；碳元素有C、C、C等核素；氧元素有O、O和O三种核素；铀元素有U、U、U等核素。
(2)同位素的特征
①同一种元素的各种同位素的化学性质几乎相同；物理性质略有差异。
②在天然存在的某种元素里，不论是游离态还是化合态，同位素相互之间保持一定的比率。
(3)常见同位素的用途
①考古测定文物的年代的是C；
②制造氢弹的是 H和H；
③利用放射性同位素释放的射线育种、金属探伤、诊断和治疗疾病等。
(1)任何原子都由质子、中子、电子构成(　　)
(2)23Na和23Mg互为同位素(　　)
(3)同位素原子的化学性质几乎相同，物理性质略有差异(　　)
(4)原子的种类大于元素的种类(　　)
(5)H和H＋为同一元素的不同微粒(　　)
答案　(1)×　(2)×　(3)√　(4)√　(5)√
1．有①O、O、O　②H2O、D2O　③O2和O3　④H、D、T四组微粒或物质，回答下列问题：
(1)互为同位素的是____________(填序号，下同)。
(2)互为同素异形体的是____________。
(3)由①和④中微粒能结合成含三个原子的化合物分子，这些化合物中相对分子质量最大的是__________(填化学式)。
答案　(1)①④　(2)③　(3)T2O
2．氯元素有两种稳定的核素，分别是Cl和Cl，它们的相对原子质量分别是34.969、36.966，在自然界中的丰度分别是75.77%、24.23%。
计算：
(1)氯元素的相对原子质量。
(2)氯元素的近似相对原子质量。
提示　(1)34.969×75.77%＋36.966×24.23%≈35.45。
(2)35×75.77%＋37×24.23%≈35.48。
(1)元素、核素、同位素与同素异形体的比较
元素 核素 同位素 同素异形体
概念 质子数相同的同一类原子 质子数、中子数都一定的原子 质子数相同、中子数不同的不同核素 同种元素形成的不同单质
举例 H、C、N三种元素 H、H、H三种核素 H、H、H互为同位素 O2与O3互为同素异形体
(2)元素、核素、同位素、同素异形体的联系
1．下列关于元素周期表的叙述正确的是(　　)
A．元素周期表揭示了化学元素间的内在联系，是化学发展史上的重要里程碑之一
B．元素所在周期数等于它的电子层数，所在的族序数等于它的最外层电子数
C．元素周期表有7个横行即7个周期，18个纵列即18个族
D．某种元素的相对原子质量取整数值，就是其原子序数
答案　A
解析　门捷列夫研制出的元素周期表，不仅揭示了元素间的内在联系和变化规律，也为发现新元素及探究物质的用途提供了依据，其价值非凡，选项A正确；周期数＝电子层数，主族序数＝最外层电子数，对于副族元素，族序数不一定等于相应原子的最外层电子数，选项B错误；元素周期表中的8、9、10三个纵列合在一起叫做第Ⅷ族，故共有16个族，选项C错误；元素的原子序数等于元素的核电荷数或对应原子的质子数，选项D错误。
2．意大利科学家使用普通氧分子和带正电荷的氧离子制造出了由4个氧原子构成的氧分子O4，下列说法正确的是(　　)
A．O4和O2互为同位素
B．O4转化为O2是物理变化
C．18O是氧元素的一种核素，它的中子数是8
D．同温同压下，等体积的O4和O2含有相同的分子数
答案　D
解析　O4和O2是氧元素的两种单质，互为同素异形体，A项错误；O4转化为O2是化学变化，B项错误；18O是氧元素的一种核素，它的中子数是18－8＝10，C项错误；依据阿伏加德罗定律，同温同压下，等体积的O4和O2含有相同的分子数，D项正确。
3．金属钛对人体体液无毒且能与肌肉和骨骼生长在一起，有“生物金属”之称。下列有关
Ti和Ti的说法正确的是(　　)
A.Ti和Ti原子中均含有22个中子
B.Ti和Ti具有相同的质子数
C.Ti和Ti的物理性质相同
D.Ti和Ti为同一种核素
答案　B
解析　因质量数＝质子数＋中子数，X中的Z表示质子数，A表示质量数，所以Ti和Ti原子的中子数分别为26、28，故A错误；同位素的化学性质几乎相同，物理性质略有不同，故C错误；同一种核素是质子数相同、中子数也相同的原子，Ti和Ti的质子数均为22，而中子数不同，属于不同的核素，故B正确、D错误。
4．A、B、C为短周期元素，在周期表中所处的位置如表所示。A、C两元素的原子核外电子数之和等于B原子的质子数。B原子核内质子数和中子数相等。
A C
B
(1)写出A、B、C三种元素的名称________________、______________、______________。
(2)B位于元素周期表中第______周期第______族。
(3)C的原子结构示意图为________。
答案　(1)氮　硫　氟　(2)三　ⅥA　(3)
题组一　元素周期表的结构
1．元素周期表揭示了化学元素间的内在联系，下列有关元素周期表的说法不正确的是(　　)
A．俄国化学家门捷列夫编制了第一张元素周期表
B．周期表中最外层电子数相同的元素都排列在同一列中
C．周期表中一共有18列，但只有16个族
D．随着人们的认识发展，周期表也在不断地发展变化着
答案　B
解析　俄国化学家门捷列夫发现了元素周期律，并编制出第一张元素周期表，A正确；原子的最外层电子数相同的元素，不一定为同族元素，如K、Cu的最外层电子数均为1，分别为主族和副族元素，B错误；元素周期表有18个纵列，共有7个主族、8个副族、1个0族，只有16个族，C正确。
2．下列不属于主族元素的是(　　)
A．S B．K C．Cu D．Br
答案　C
解析　S属于第ⅥA族元素，故不选A；K属于第ⅠA族元素，故不选B；Cu为第ⅠB族元素，不是主族元素，故选C；Br属于第ⅦA族元素，故不选D。
题组二　同周期、同主族元素的序差规律
3．已知A为第ⅡA族元素，B为第ⅢA族元素，它们的原子序数分别为m和n，且A、B为同一周期的元素，下列关系式错误的是(　　)
A．n＝m＋1 B．n＝m＋11
C．n＝m＋25 D．n＝m＋10
答案　D
解析　若A、B为第二、三周期元素，n＝m＋1；若A、B为第四、五周期元素，n＝m＋11；若A、B为第六、七周期元素，n＝m＋25，综上分析，答案为D。
4.如图为元素周期表中前四周期的一部分，若B元素的核电荷数为x，则这五种元素的核电荷数之和为(　　)
A．5x＋10 B．5x＋11
C．5x＋14 D．5x＋16
答案　A
解析　由五种元素在周期表中的位置可知，D、B、E分别在周期表的第二、三、四周期，若B元素的核电荷数为x，则A的原子序数为x－1，C的原子序数为x＋1，D的原子序数为x－8，E的原子序数为x＋18，则五种元素的核电荷数之和为x＋(x－1)＋(x＋1)＋(x－8)＋
(x＋18)＝5x＋10，答案选A。
题组三　元素、核素、同位素和同素异形体
5．下列各组互为同位素的是(　　)
A．O2和O3 B．CO和CO2
C．H2O和H2O2 D.Mg和Mg
答案　D
解析　O2和O3是氧元素的不同单质，互为同素异形体，不互为同位素，故A错误；CO和CO2是碳的两种氧化物，不满足同位素的概念，故B错误；H2O和H2O2是两种化合物，不符合同位素的概念，故C错误；Mg和Mg都是镁原子，中子数不同，它们是镁元素的不同核素，互为同位素，故D正确。
6．(2022·广东佛山高一期末)科学家以钙离子撞击锎(Cf)靶，产生了一种超重元素——(Og)，其反应可表示为：Cf＋Ca―→Og＋3n。下列说法正确的是(　　)
A.Cf的电子数为151
B.Og的中子数为294
C.Ca和Ca互为同素异形体
D. Cf和Cf互为同位素
答案　D
解析　电子数等于质子数，Cf的电子数为98，故A错误；中子数等于质量数减去质子数，Og的中子数为294－118＝176，故B错误；质子数相同中子数不同的同种元素的不同核素互为同位素，Ca和Ca互为同位素，故C错误；质子数相同中子数不同的同种元素的不同核素互为同位素，Cf和Cf互为同位素，故D正确。
7．同位素示踪技术已广泛应用在农业、工业、医学、地质及考古等领域。下列有关叙述正确的是(　　)
A．14C与12C是两种不同的元素或核素
B．通过化学变化可以实现16O与18O之间的相互转化
C．35Cl2与37Cl2互为同素异形体
D．铯元素的两种核素137Cs比133Cs多4个中子
答案　D
解析　14C与12C是同种元素的不同核素，A错误；16O与18O之间的相互转化实际上是改变原子核的结构，不属于化学变化的范围，B错误；铯元素的两种核素137Cs比133Cs多4个中子，D正确。
8．美国夏威夷联合天文中心的科学家发现了新型的氢粒子，这种粒子是由3个氢原子核(没有中子)和2个电子构成的。下列关于这种粒子的说法正确的是(　　)
A．是氢的一种新单质
B．是氢的一种新的同位素
C．它的组成可用H3表示
D．它比普通H2分子多一个氢原子核
答案　D
9．下列叙述正确的是(　　)
A．第ⅡA族某元素的原子序数为a，则原子序数为a＋1的元素一定位于第ⅢA族
B．除短周期外，其他周期均有32种元素
C．原子最外层只有2个电子的元素可能不是金属元素
D．Ca是碱金属元素
答案　C
10．元素周期表是学习化学的重要工具，如图是元素周期表中的一格，从该图中，我们获取的相关信息错误的是(　　)
A．该元素的名称是钠
B．该元素的原子序数为11
C．该元素在地壳中的含量为22.99%
D．该元素的元素符号为Na
答案　C
11．某原子X的核内中子数为N，质量数为A，它与原子2H构成2HmX分子。a g 2HmX所含质子的物质的量是(　　)
A. mol B. mol
C. mol D. mol
答案　C
解析　2HmX分子所含的质子数为A－N＋m，摩尔质量为(A＋2m)g·mol－1，a g 2HmX所含质子的物质的量为 mol。
12．回答下列问题：
(1)有下列微粒 H、H、H、14C、14N、16O、35Cl2、37Cl2。
①以上8种微粒中共有____种核素，共____种元素。
②互为同位素的是________________。
③质量数相等的是________和________，中子数相等的是________和________。
④H、H、H三种核素构成的氢气的相对分子质量有________种。
(2)质量相同的H2O和D2O与足量钠反应，放出的气体在标准状况下的体积之比为________。
答案　(1)①6　5　②H、H、H　③14C　14N　14C　16O　④5　(2)10∶9
解析　(1)元素是具有相同核电荷数(即质子数)的一类原子的总称；具有一定数目的质子和一定数目的中子的原子称为核素；质子数相同而中子数不同的同一元素的不同核素互称同位素，据此作答。
④由H、H、H三种核素构成的氢气如下表：
H2 D2 T2 HD HT DT
相对分子质量 2 4 6 3 4 5
由此可知，有6种不同的氢气，但相对分子质量有5种。
(2)H2O的摩尔质量为18 g·mol－1，D2O的摩尔质量为20 g·mol－1，根据n＝知质量相同的H2O和D2O的物质的量之比为10∶9，根据阿伏加德罗定律可知，与足量钠反应，放出的气体在标准状况下的体积之比为10∶9。
13．结合元素周期表回答下列问题：
(1)表中的实线是元素周期表的部分边界，请在图中用实线补全元素周期表的边界。
(2)表中所列元素，属于短周期元素的有________(填字母，下同)，属于主族元素的有________；g元素位于第________周期________族；i元素位于第________周期第________族。
(3)元素f是第________周期第________族元素，请在方框中按氦元素的式样写出该元素的原子序数、元素符号、元素名称、相对原子质量。
答案　(1)
(2)a、b、c、d、e、f、g　a、b、c、d、e、f　三　0　四　ⅡB
(3)三　ⅥA　
解析　(1)根据元素周期表的结构知：第一周期有2种元素，第二、三周期各有8种元素，分列于第1、2、13～18列，第四、五、六、七周期为长周期，包括1～18列。由此可画出周期表的边界。
(2)画出周期表的边界，对照周期表，很容易找出各元素在周期表中的位置。
(3)第三周期第ⅥA族元素为硫，原子序数为16，相对原子质量为32。

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