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第一章 原子结构与性质
第二节　原子结构与元素性质
第一课时 原子结构与元素周期表
1、认识元素周期表的基本结构，了解元素周期律、元素周期系与元素周期表之间的关系。
2、能从价电子排布的角度认识元素周期表的分区、周期和族的划分，促进对“位置”与“结构” 关系的理解。
1．元素周期表共有几个周期、几个主族、几个副族？
2．Ⅷ族在元素周期表中占几列？
回忆思考
7个周期
7个主族
7个副族
Ⅷ族
占三列
早期元素之说主要来自两个方面
第一个方面是在中国古代早就有五行元素之说。五行元素来源于五行，五行之说始于夏朝，流行于商朝，直到西周才发展成为五行元素。
另一个是欧洲的四元素之说，根据史料记载元素的概念最早是由古希腊恩培多克勒提出，并进过一定时期的发展才得出四元素之说。四元素包括土、气、火、水。
元素周期表发展史
元素周期表发展史
1661年英国科学家罗伯特.波义尔在《怀疑派化学家》对四元素提出了质疑，并提出了“物质是由化学元素组成的”新观点第一次给元素下了一个相对科学的定义。
他曾研究过气体物理学、气象学、热学、光学、电磁学、无机化学、分析化学、化学、工艺、物质结构理论以及哲学、神学。其中成就突出的主要是化学。
1789年，法国化学家安托万-洛朗·拉瓦锡出版的《化学大纲》中发表了人类历史上第一张《元素表》，在该表中，他将当时已知的33种元素分四类。
气体
非金属
金属
土质
元素周期表发展史
1829年，德国的德贝莱纳(首先发表了“三元素组”的假说。他发现，在许多元素中分别存在着一组特别相似的三种元素，把这样的三元素称为“三元素组”。
他确定的三元素组有：①锂、钠、钾；②钙、锶、钡；
③卤素组（氯、溴、碘）；④硫、硒、碲；⑤锰、铬、铁。当时由于发现的元素只有54个，德贝莱纳的分类仅限于局部元素的分组，没能把所有元素作为一个整体来进行研究。但他对元素进行归纳分类的工作，对后人有一定的启发。
元素周期表发展史
1862年，法国尚古多提出元素性质有周期性重复出现的规律，他创造了一种螺旋图。
1865年，英国J.A.R.纽兰兹把当时已发现的元素按原子量大小顺序排列，发现从任意一个元素算起，每到第八个元素，就和第一个元素的性质相似，他把这个规律称为八音律。
元素周期表发展史
1869年，门捷列夫制作了历史上第一张元素周期表，又称短式周期表。
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（第八族是铁、钴、镍等“三素组”）。至今，仍在使用主副族和第八族等名词，但有些概念是不同的，如过渡元素等。
元素周期表发展史
原子序数
核电荷数
=
元素周期律为元素的性质随着元素核电荷数的递增而呈周期性变化。
我们把元素按照其原子核电荷数递增排列的序列称为元素周期系。
莫塞莱
=
质子数
=
核外电子数
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。
1869年，门捷列夫发现，元素的性质随着元素原子序数的递增而呈周期性变化，这个规律叫作元素周期律。
门捷列夫
元素周期系和元素周期表的关系
元素周期系只有一个，元素周期表多种多样。第一张元素周期表是由门捷列夫制作的。
元素周期系
决定
呈现
元素周期表
只有一种
绘制
若干种
1905年，配位化学鼻祖维尔纳制作了一张周期表。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。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。
元素周期表发展史
玻尔元素周期表
把21～28、39～46等元素用 框起
方框
认识到
框内元素的原子新增加的电子是填入_____________的
内层轨道
他已经用原子结构解释元素周期系
确定了第六周期为_______种元素
说明
32
1922 年，玻尔获诺贝尔奖时做了题为“原子结构”（ The Structure of the Atom）的报告，其中有一张周期表。
构造原理与元素周期表
结合构造原理，请同学们写出1~36号元素的基态原子价电子排布式。
第一周期：
从 开始，以 结束
1s1
1s2
1s1
2s1
3s1
4s1
1s2
2s2
3s2
4s2
2s2
2p6
3s2
3p6
4s2
4p6
2s2
2p1
2s2
2p2
2s2
2p3
2s2
2p4
2s2
2p5
3s2
3p1
3s2
3p2
3s2
3p3
3s2
3p4
3s2
3p5
4s2
4p1
4s2
4p2
4s2
4p3
4s2
4p4
4s2
4p5
3d1
4s2
3d2
4s2
3d3
4s2
3d5
4s1
3d5
4s2
3d6
4s2
3d7
4s2
3d8
4s2
3d10
4s1
3d10
4s2
其余各周期：
从 能级开始，以 能级结束
ns
np
（n=周期序数=电子层数）
根据基态原子的价层电子排布式找规律。
以12号、29号元素为例，根据其电子排布式，判断属于哪个周期？
周期序数=最高能层数
活动1
例
预言第八周期有多少种元素？
价层电子填入的能级顺序：
8s → 5g → 6f → 7d → 8p
元素个数为 2 + 18 + 14 + 10 + 6 = 50 种
1s 2s→ 2p 3s→ 3p 4s→3d →4p 5s→ 4d→5p 6s→4f→ 5d→6p 7s→5f→
6d→7p
周期 一 二 三 四 五 六 七
元素数 2 8 8 18 18 32 32
怎样将图1-17变成书末的元素周期表？
思考与讨论1（P20）
s
d
p
s
f
s
d
p
f
s
d
p
s
d
p
s
p
s
p
构造原理与元素周期表
第一周期
第二周期
第三周期
第四周期
第五周期
第六周期
第七周期
2 种
8 种
8 种
18种
18种
32种
32种
0族
主族
主族
副族
副族
第VIII族
过渡元素
再探周期表
同族元素价电子数与族序数有何关系？
（3）主族元素和副族元素的价层电子排布：
列数 1 2 13 14 15 16 17
族序数 ⅠA ⅡA ⅢA ⅣA ⅤA ⅥA ⅦA
价层电子 排布式 ____ ____ ____ ____ _______ ______ ________
价层电子数 ____ ____ ____ ____ ____ ____ ____
结论：同主族元素原子的价层电子排布完全相同，价层电子全部排布在ns或 ns 、np轨道上。价层电子数与族序数相同。
ns1
ns2
ns2np1
ns2np2
ns2np3
ns2np4
ns2np5
2
4
5
6
7
3
1
主族元素的价层电子排布式、价层电子数
副族元素的价层电子排布式、价层电子数(以第四周期为例)：
列数 3 4 5 6 7 11 12
副族元素 21Sc 22Ti 23V 24Cr 25Mn 29Cu 30Zn
族序数 ____ ____ ____ ____ ____ ____ ____
价层电子 排布式 _____ _____ _____ _____ _____ ______ ______
价层 电子数 ____ ____ ____ ____ ____ ____ ____
结论：副族元素同一纵列原子的价层电子排布基本相同，价层电子排布为(n－1)d1～10ns1～2。第ⅢB～ⅦB族的价层电子数与族序数相同，第ⅠB族、ⅡB族价层电子数与族序数不同。
ⅢB
ⅣB
ⅤB
ⅥB
ⅦB
ⅠB
ⅡB
3d104s1
3d34s2
3d54s1
3d54s2
3d24s2
3d14s2
3d104s2
3
4
7
5
6
11
12
（3）主族元素和副族元素的价层电子排布：
稀有气体元素
零族：
价层电子：(n-1)d6~8ns2
价层电子：ns2或ns2np6
第Ⅷ族：
三个纵行(8、9、10），位于Ⅶ B 与ⅠB中间
【易错提醒】对价电子的错误认识：
(1)主族元素：价电子数=最外层电子数。副族和第Ⅷ族元素（过渡元素）的价电子还包括部分内层电子
(2)同一族元素的价电子排布不一定相同，如过渡元素中的镧系元素和锕系元素就不相同，在第Ⅷ族中部分元素的价电子排布也不相同。
探究（P21）
任务二：构造原理与元素周期表
再探元素周期表
仔细考察书末的元素周期表，你能提出哪些问题？例如：
（1）元素周期表共有几个周期？每个周期各有多少种元素？为什么第一周期结尾元素的电子排布跟同族的其他周期元素的不同？
（2）元素周期表共有多少个列？
各列的价层电子数各为多少？
同列元素价层电子数是否相等？
元素周期表可分为哪些族？
族序有什么规律？
7 个
2，8，8，18，18，32，32
只有一个电子层，能级只有1s能级
18列
各列的价层电子数分别为
1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,3,4,5,6,7,8(He除外);
相等
七主、七副、0和Ⅷ族
探究（P21）
再探元素周期表
（3）为什么在元素周期表中非金属主要集中在右上角三角区内（如图1-18）？
右上角三角区的元素，能层数少，容易得到电子达到相对稳定结构，呈现非金属性，属于非金属元素。
1.正误判断
(1)价层电子一定是最外层电子(　　)
(2)元素的价层电子数一定等于其所在族的族序数(　　)
(3)同一族元素的价层电子数一定相同(　　)
(4)基态原子的N能层上只有一个电子的元素，一定是第ⅠA族元素(　　)
(5)原子的价层电子排布为(n－1)d6～8ns2的元素一定是过渡元素(　　)
×
×
×
×
√
导思
2.元素周期表有多少列？各列的价层电子数为多少？
提示　18列。从左向右，第1～12列中，除了第3列中的镧系和锕系外，其他的价层电子数都等于列数；第13～18列，除了第18列中的稀有气体外，其他的价层电子数都等于列数减10。除了镧系、锕系和稀有气体外，同列元素价层电子数相同。
导思
周期 元素 数目 外围电子排布
ⅠA－ⅡA ⅢB－Ⅷ ⅠB－ⅡB ⅢA－ⅦA 0族
1 2 1s1 1s2
2 8 2s1~2 2s22p1~5 2s22p6
3 8 3s1~2 3s23p1~5 3s23p6
4 18 4s1~2 3d1~84s2 3d104s1~2 4s24p1~5 4s24p6
5 18 5s1~2 4d1~85s2 4d105s1~2 5s25p1~5 5s25p6
6 32 6s1~2 4f1~146s25d1~106s2 5d106s1~2 6s26p1~5 6s26p6
元素周期表的分区
ⅠA 0
ⅡA ⅢA ⅣA ⅤA ⅥA ⅦA
ⅢB ⅣB ⅤB ⅥB ⅦB Ⅷ ⅠB ⅡB
s区
p区
d区
ds区
f区
ns1～2
电子填充的最后一个能级是s能级
电子填充的最后一个能级是p能级
电子填充的最后一个能级是d能级
d
s
p
ds
f
除H外，其余为活泼金属
除H外，所有非金属元素都在p区
均为金属元素，性质相似
均为金属元素
均为金属元素，结构相似
①s区:
包括ⅠA、ⅡA族元素，价电子排布式为ns1~2，除氢元素外均属于活泼金属元素。
(3)各区元素的价电子排布特点
②p区:
包括ⅢA~ⅦA族以及0族元素，价电子排布式为ns2np1~6(除He外)，最后一个电子填在np能级上，为非金属元素和少数金属元素，最外层电子参与反应。
③d区:金属元素
包括ⅢB~Ⅷ族元素(除镧系、锕系外)，价电子排布式为(n-1)d1~9ns1~2(钯除外)，d轨道可以不同程度地参与化学键的形成，金属元素
④ds区:
包括ⅠB、ⅡB族元素，价电子排布式为(n-1)d10ns1~2。由于d轨道已填满电子，因此d轨道一般不参与化学键的形成，金属元素
⑤f区:
包括镧系和锕系元素，价电子排布式为(n-2)f0~14(n-1)d0~2ns2。
族序数 价电子排布 元素分类
s区
p区
d区
ds区
f区
ⅠA、ⅡA族
ⅢA~0族
ⅢB~Ⅷ族
ⅠB、ⅡB族
镧系和锕系
ns1、ns2
ns2np1~6
(n-1)d1~8ns2
(n-1)d10ns1~2
（n-2）f0~14 (n-1)d0~2ns2
课堂小结：各区元素特点
活泼金属(除H)
大多为非金属
过渡金属
过渡金属
过渡金属
讨论2（1）：为什么副族元素又称为过渡元素？过渡元素价层电子数跟它们的族序数有什么关系 写出它们的价层电子排布通式。
副族元素元素处于金属元素向非金属元素过渡的区域，因此又把它称为过渡元素。
过渡元素价层电子数跟它们的族序数的关系是：
第Ⅷ族有3列元素，其族序数等于该族的第1列元素的价层电子数。
过渡元素的价层电子排布通式为（n-1)dl-10ns1-2(除镧系和锕系）。
元素周期表的分区
ⅢB-ⅦB：族序数 = 价层电子数
ⅠB-ⅡB：族序数 = 最外层电子数
任务三：元素周期表的分区
（2） s区、d区和p区分别有几个列？
s区有2列，d区有8列，ds区有2列、 p区有6列。
s区
d区
ds区
p区
以最后填入的电子的能级符号作为该区的符号。
元素周期表可分为5个区。
任务三：元素周期表的分区
任务三：元素周期表的分区
（2）为什么s区（除氢元素）、d区和ds区的元素都是金属元素？
最外层电子数为1～2个( 始终不超过2 )，即为ns1-2（Pd例外），容易失去电子（H除外）
(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？
处于非金属与金属分界线上的元素：
既能表现出一定的非金属性，又能表现出一定的金属性
任务三：元素周期表的分区
(4) Cr和Cu的价层电子排布符合构造原理么？还有哪些不符合？
Nb、Mo、Ru、Pd、Ag、Pt、Au等
(5) 预言119号元素基态原子最外层电子排布，并预测第八周期有多少种元素。
8s1
50 种
价层电子填入的能级顺序：
8s → 5g → 6f → 7d → 8p
元素个数为：
2 + 18 + 14 + 10 + 6 = 50 种
评价任务
例
下列各元素是主族元素还是副族元素？位于周期表的第几周期和哪个族？属于哪个区？（课本29页第9题）
（1）1s22s22p63s23p5
（2）[Kr]4d105s25p2
（3）[Ar]3d34s2
（4）[Ar]3d104s1
（5）[Ar]4s1
主族
主族
副族
主族
副族
第三周期第ⅦA族
第五周期第ⅣA族
第四周期第ⅤB族
第四周期第ⅠB族
第四周期第ⅠA族
p区
p区
d区
ds区
s区
在元素周期表中，某些主族元素与右下方的主族元素（如图1-20）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），这种相似性被称为对角线规则 。
（1）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。在科学研究中，你对类似对角线规则这样的经验规则有何看法？
（2）以“对角线规则”为关键词，利用互联网搜索有关资料，比较锂和镁、铍和铝、硼和硅三对元素及其化合物性质的相似性。
处于“对角线”位置的元素，它们的性质具有相似性。
对角线规则
【注】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，不是定理。
任务三：对角线规则
b.在过量的氧气中燃烧均生成正常氧化物，而不是过氧化物，并且Li2O和MgO与水反应都十分缓慢。
元素 Li Na Be Mg
沸点/℃ 1 341 881.4 2 467 1 100
a.锂与镁的沸点较为接近：
1、锂和镁的相似性
任务三：对角线规则
c. 能直接与氮气反应：
d. 锂和镁的氢氧化物加热分解：
生成相应的氮化物Li3N和Mg3N2。
Li2O、H2O和MgO、H2O。
e. 在碱金属的氟化物、碳酸盐和磷酸盐中：
只有锂盐是难溶于水的，
相应的镁盐也难溶于水。
1、锂和镁的相似性
2）都可与酸、碱反应放出氢气：
3）铍在浓硝酸中也发生钝化
1）二者的氧化物Al2O3和BeO的熔点和硬度都很高
任务三：对角线规则
2、铍和铝的相似性
任务三：对角线规则
4）氧化物和氢氧化物都具有两性：
既能溶于强酸又能溶于强碱溶液
Al(OH)3＋3HCl=AlCl3＋3H2O，
Al(OH)3＋NaOH=NaAlO2＋2H2O
Be(OH)2＋2HCl=BeCl2＋2H2O，
Be(OH)2＋2NaOH=Na2BeO2＋2H2O
5）BeCl2和AlCl3都是共价化合物，易升华。
2、铍和铝的相似性
1. 自然界中B与Si均以化合物的形式存在。
2. B与Si的单质都易与强碱反应，且不与稀酸反应：
2B＋2KOH＋2H2O = 2KBO2＋3H2↑，
Si＋2KOH＋H2O= K2SiO3＋2H2↑
任务三：对角线规则
3、硼和硅的相似性
原子结构与元素周期表
元素周期表、元素周期系、元素周期律
构造原理与元素周期表
对角线规则
原子序数
元素性质随着__________递增发生周期性的重复
元素按原子__________递增排列的序列
核电荷数
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。
周期序数=基态原子的能层数
某些主族元素与其右下方的主族元素
有些性质是相似的。
ⅢB-ⅦB：族序数 = 价层电子数
ⅠB-ⅡB：族序数 = 最外层电子数
Ⅰ A-ⅦA：族序数 = 价层电子数
族序数
总结
(1)除短周期外,其他周期均有18种元素 (　 　)
(2)碱金属元素是指第ⅠA族的所有元素 (　　)
(3)在元素周期表中,所有非金属都位于p区 (　　)
(4)价电子数与最高化合价相等的元素一定是主族元素 (　　)
(5)次外层全充满而最外层有不成对电子的元素一定是主族元素 (　 　)
(6)元素周期表5个区中都有金属元素 (　　)
　　
√ 　　
1.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)
× 　　
× 　　
× 　　
× 　　
× 　　
2.下列说法中正确的是（ ）
A.所有金属元素都分布在d区和ds区
B.元素周期表中ⅢB族到ⅡB族10个纵列的元素都是金属元素
C.ns电子的能量不一定高于(n－1)p 电子的能量
D.电子排布式(21Sc)1s22s22p63s23p63d3违反了洪特规则
B
3.若某原子的价层电子排布式为4d15s2，则下列说法正确的是（ ）
A.该元素位于周期表中第五周期第ⅢB族
B.该元素原子价层电子数为2
C.该元素为非金属元素
D.该元素原子N能层共有8个电子
A
4.已知某元素＋2价离子的电子排布式为1s22s22p63s23p6，该元素在周期表中属于（ ）
A.第ⅤB族 B.第ⅡB族
C.第Ⅷ族 D.第ⅡA族
D

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