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原子结构与性质
第二节 原子结构与元素的性质
1.2.1　原子结构与元素周期表
【教材分析】
本节内容分为两部分：第一部分在复习原子结构及元素周期表相关知识的基础上，从原子核外电子排布的特点出发，结合元素周期表进一步探究元素在周期表中的位置与原子结构的关系。第二部分在复习元素的核外电子排布、元素的主要化合价、元素的金属性与非金属性周期性变化的基础上，进一步从原子半径、电离能以及电负性等方面探究元素性质的周期性变化规律。教学过程中应注意帮助学生根据元素原子核外电子排布特点，以及从原子半径、电离能及电负性等方面加深对元素周期律、元素周期表及元素“位一构一性”三者关系的理解。
【课程目标】
课程目标 学科素养
1.熟知原子结构与元素周期表的关系，进一步熟悉元素周期表的结构。 2.能够从原子结构的角度认识元素周期表中区的划分。 科学态度与社会责任：通过对元素周期表发展史的了解，认识科学家对元素周期表经历的探索过程， 培养宏观辨识与微观探析：通过对构造原理与元素周期表分区关系的分析，了解元素周期表是微观上原子核外电子排布的宏观表达方式，
【教学重难点】
教学重点：原子核外电子排布与元素周期表分区的关系
教学难点：原子核外电子排布与元素周期表分区的关系
【教材过程】
【导入新课】
化学元素周期表年
随着元素数目在十九世纪的增多，每一种元素都具有不同的特性，化学家们开始感到他们像是迷失在一座茂密的丛林中：自然界究竟有多少种元素？它们之间的内在关系怎样？有没有规律？怎样分类？
终于俄国化学家门捷列夫从杂乱无章的元素迷宫中理出了一个头绪。门捷列夫为了研究元素的分类和规律，把当时已知的几十种元素的主要性质和原子量写在一张张的小卡片上，反复进行排列，比较它们的性质，探索它们之间的联系。1869年，他正式提出元素周期律，它在周期表中排列了当时已经知道的63种元素。
元素的发现：1650-2017年发现元素的种类数
【新课讲授】
元素周期表的发展
三张有重要历史意义的周期表
第一张周期表——门捷列夫周期表。
门捷列夫周期表最重要的特征是从第四周期开始每个周期截成两截，第1~7族分主副族，第八族称为过渡元素。主副族和第八族的概念使用至今，但过渡元素的概念不同了。
第二张周期表——维尔纳周期表，
维尔纳周期表是特长式周期表，每个周期一行，各族元素、过渡金属、稀有气体、镧系和锕系，各有各的位置，同族元素上下对齐，尽管当时镧系和锕系的概念尚未形成，不知道它们有多少种元素。
维尔纳周期表前五个周期的元素种类被完全确定——2、8、8、18、18，但第六、七周期因镧系和锕系元素种类未知而未定。现今的元素周期表与维尔纳周期表相似，但也有差异，如维尔纳周期表中Be、Mg的位置与现今周期表不同。
第三张——玻尔周期表
玻尔用原子结构来解释周期系，他认识到，21~28、39~46等元素的原子新增加的电子是填入内层轨道的。玻尔得知镧（La）后14种元素基态原子有4f电子，也用方框框起，而且第六周期为32种元素，但第七周期元素所知甚少。玻尔周期表还用直线连接前后周期的相关元素（同族元素），这是因为玻尔已经知道，它们的价电子数相等。
任务一：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，门捷列夫发现，按相对原子质量从小到大的顺序将元素排列起来，得到一个元素序列，并从最轻的元素氢开始进行编号，称为原子序数。这个序列中的元素性质随着原子序数递增发生周期性的重复，这一规律被门捷列夫称作元素周期律。
(2)元素周期系：1913年，英国物理学家莫塞莱证明原子序数即原子核电荷数。随后元素周期律表述为元素的性质随元素原子的核电荷数递增发生周期性递变。元素的这一按其原子核电荷数递增排列的序列称为元素周期系。
原子序数＝核电荷数＝质子数
(3)元素周期表：
元素周期表是呈现元素周期系的表格。元素周期系只有一个，元素周期表多种多样。
【过渡】
每周期先出现碱金属元素，标志着建立新电子层，随着核电荷数的增加，出现稀有气体元素，标志着新电子层的结束，各周期元素原子的核外电子排布重复出现从ns1到ns2np6(除第一周期)的周期性变化。这就形成了元素周期系。根据构造原理得出的核外电子排布，可以解释元素周期系的基本结构，接下来我们来分析周期系中每个周期的元素数。
【学生活动】
回忆并书写1～36号元素的基态原子的价电子排布式
【讲解】
第一周期从1s1开始，以1s2结束，只有两种元素。其余各周期总是从ns能级开始，以np结束，而从ns能级开始以np结束递增的核电荷数（或电子数）就等于每个周期里的元素数。具体数据如下：
1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 5s 4d 5p 6s 4f 5d 6p 7s……
2 8 8 18 18 32
【学生活动】
2、仔细考察书末的元素周期表并思考
（1）如何用原子的核外电子排布，解释元素周期系的结构？
（2）原子的核外电子排布与周期的划分有什么关系？
任务二：元素周期表与构造原理
【讲解】
【学生活动】
2、仔细考察书末的元素周期表并思考
（3）原子的核外电子排布与族的划分有什么关系？
【学生活动】
总结原子核外电子排布与族的关系
【总结】
①价电子。主族元素的价电子为该元素原子的最外层电子。如碱金属元素原子的价电子排布为ns1。副族元素的价电子与其最外层电子和次外层电子有关(镧系、锕系元素还与次次外层的f电子有关)。如铁元素的价电子排布式为3d64s2。
②主族元素。主族元素的族序数=原子的最外层电子数。同主族元素原子的价电子排布相同,价电子全部排布在ns或ns、np能级上(如下表所示)。
主族序数 ⅠA ⅡA ⅢA ⅣA ⅤA ⅥA ⅦA
价电子构型 ns1 ns2 ns2np1 ns2np2 ns2np3 ns2np4 ns2np5
③稀有气体元素的价电子排布为ns2np6(He为1s2)。
④副族元素：
族序数 ⅢB ⅣB … ⅦB
价电子构型 (n-1)d1ns2 (n-1)d2ns2 … (n-1)d5ns2
族序数 Ⅷ ⅠB ⅡB
价电子构型 (n-1)d6~8ns2 (n-1)d10ns1 (n-1)d10ns2
【学生活动】
2、仔细考察书末的元素周期表并思考
（4）为什么过渡元素都是金属元素？
【讲解】
【学生活动】
3、写出IA族和IIA族元素基态原子的价电子排布
4、写出IIIA族到0族元素基态原子的价电子排布
5、解释分区的来由
[提示]
分区 元素分布 外围电子排布 元素性质特点
s区 第ⅠA族、第ⅡA族 ns1~2 除氢外都是活泼金属元素
p区 第ⅢA族~ⅦA族、0族 ns2np1~6(He除外) 最外层电子参与成键(0族元素一般不考虑)
d区 第ⅢB族~ⅦB族、第Ⅷ族 (n-1)d1~9ns1~2(Pd除外) 次外层d能级中的电子不同程度地参与化学键的形成
ds区 第ⅠB族、第ⅡB族 (n-1)d10ns1~2 金属元素
f区 镧系、锕系 (n-2)f0~14(n-1)d0~2ns2 镧系元素化学性质相近;锕系元素化学性质相近
（3)处于非金属与金属分界线上的元素常被称为半金属或类金属，为什么？
[提示]
在元素周期表中位于金属和非金属分界线上的元素兼有金属和非金属的性质，位于此处的元素（如硼、硅、锗、砷、锑等）常被称为半金属或类金属（一般可用作半导体材料）。
（4)在周期表里找出Cr和Cu的价层电子，它们的电子排布符合构造原理吗？此外还有哪些元素的基态原子电子排布不符合构造原理？
[提示]
Cr和Cu的价层电子，它们的电子排布不符合构造原理，Mo、Ag、Au基态原子电子排布不符合构造原理。
（5)预言119号元素基态原子最外层电子排布；预言第八周期有多少种元素。
[提示]
119号元素基态原子最外层电子排布8s1，第八周期有50中元素。
【讲解】
在元素周期表中，某些主族元素与右下方的主族元素的有些性质是相似的（如锂和镁在过量的氧气中燃烧均生成正常氧化物，而不是过氧化物），这种相似性称为对角线规则。对角线规则是从相关元素及其化合物的许多性质中总结出来的经验规则
与酸反应 与碱反应
单质
氧化物
氢氧化物
【课堂小结】
通过本节课的学习，掌握原子结构与元素周期表的关系，提升对元素周期表的认识。

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