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第五章 物质结构 元素周期律
本章重点：
1、原子核外电子的运动状态和排布规律。
2、原子的核外电子层排布和元素金属性、非金属性变化的规律。
3、元素周期表的结构．
４、元素的性质、元素在周期表中的位置与原子结构的关系（同位素）。
５、化学键的概念，化学反应的本质，离子键、共价键。
6、四类晶体的概念与模型。
7、晶体类型与性质的关系。
第一课时 原子结构
【考纲要求】
1.理解原子的组成和原子结构的表示方式，掌握单核微粒的相对质量及所带电荷与基本粒子的关系。
2.理解核素与同位素的概念，掌握元素的平均相对原子质量的计算方法以及与同位素原子相对原子质量的关系。
3.了解原子核外电子运动状态和排布规律，了解电子云概念。
原子结构和同位素的考点，常以重大科技成果为题材，寓教于考，突出教育性与实践性。近几年的命题主要体现在以下方面：
1．关于原子的组成及各粒子的关系；
2．分子、原子、离子核外电子数的比较；
3．已知同位素质量数和平均相对原子质量，求同位素的原子个数比；
4．粒子半径大小比较。
试题大多以选择题形式出现，模式也较为稳定。由于原子结构的发现源于物理学中α粒子的运动实验，无疑，原子结构成了理化学科间综合的素材。预计这一知识会成为“3+X”综合测试命题的依据。
1． 原子的组成和三种微粒间的关系
A X的含义：代表一个质量数为A、质子数为Z的原子。
质量数(A)；质子数(Z)+中子数(N)。
核电荷数：元素的原子序数；质子数：核外电子数。
2．电子云
(1)核外电子运动的特点：①质量很小，带负电荷；②运动的空间范围小(直径约为10-10 m)；③高速运动。
(2)电子云的概念：原子核外电子绕核高速运动是没有确定的轨道的，就好像一团“带负电荷的云雾”笼罩在原子核周围，这种“带负电荷的云雾”称之为电子云。电子云密集(单位体积内小黑点多)的地方，电子出现的机会多；反之，电子云稀疏(单位体积内小黑点少)的地方，电子出现的机会少。
3．电子层的表示方法
电子层数
符号 K L M N O P Q
最多容纳电子数（2n2） 2 8 18 32 ……2n 2
能量大小 K4．原子核外电子分层排布的一般规律
在含有多个电子的原子里，电子依能量的不同是分层排布的，其主要规律是：
(1)核外电子总是尽先排布在能量较低的电子层，然后由里向外，依次排布在能量逐步升高的电子层(能量最低原理)。
(2)原子核外各电子层最多容纳2n2个电子。
(3)原子最外层电子数目不能超过8个(K层为最外层时不能超过2个电子)。
(4)次外层电子数目不能超过18个(K层为次外层时不能超过2个)，倒数第三层电子数目不能超过32个。
5．会用结构示意图表示原子或离子结构
(1)原子中：核电荷数：核外电子数，如下图(甲)所示结构示意图。
(2)阳离子：核电荷数>核外电子数，如下图(乙)所示结构示意图。
(3)阴离子：核电荷数<核外电子数，如下图(丙)所示结构示意图。
6．元素的性质与元素的原子核外电子排布的关系
(1)稀有气体的不活泼性：稀有气体元素的原子最外层有8个电子(氦是2个电子)，处于稳定结构，因此化学性质稳定，一般不跟其他物质发生化学反应。
(2)非金属性与金属性(一般规律)：
最外层电子数 得失电子趋势 元素的性质
金属元素 <4 较易失 金属性
非金属元素 >4 较易得 非金属性
知识拾零
1．核外有10个电子的微粒：
(1)分子：Ne、HF、H20、NH3、CH4。
(2)阳离子：Mg2+、Na+、Al3+、NH4+、H30+
(3)阴离子：N3-、O2-、F-、OH-、NH2-。
2．前18号元素的原子结构的特殊性
(1)原子核中无中子的原子1 H
(2)最外层有1个电子的元素：H、Li、Na
(3)最外层有2个电子的元素：Be、Mg、He
(4)最外层电子数等于次外层电子数的元素：Be、Al。
(5)最外层电子数是次外层电子数2倍的元素：C；是次外层电子数3倍的元素：O；是次外层电子数4倍的元素：Ne。
(6)电子层数与最外层电子数相等的元素：H、Be、A1。·
(7)电子总数为最外层电子数2倍的元素：Be。
(8)次外层电子数是最外层电子数2倍的元素：S ：
(9)内层电子数是最外层电子数2倍的元素：Li、P
掌握了上述一些结构特点及规律可以迅速推断元素及其原子序数等。
教学资料：
《优化探究》第72--73页部分内容和习题
第二课时 元素周期表
【考纲要求】
1.理解元素周期律含义，掌握元素性质随着原子序数的递增呈现周期性变化的本质原因和由此引起的结果。
2.理解元素周期表是元素周期律的具体体现形式，掌握元素周期表的编排规律和具体结构。
3.掌握前四周期和所有主族元素“位、构、性”关系的相互推导。
一、元素周期表的结构
3个短周期 （1、2、3周期）
周期（7个） 3个长周期 （4、5、6周期）
1个不完全周期（7周期）
元素周期表 主族（7个） IA~VIIA
副族（7个） IB~VIIB
族（16个） VIII族（1个） 8、9、10三个纵行
零族 （1个） 最右边一个纵行（惰性气体元素）
归纳：七主、七副、一八、一零；三长、三短、一不完全。
四、元素周期表与原子结构的关系
原子序数=核电荷数=核内质子数=核外电子数
周期序数=电子层数
主族序数=最外层电子数=元素的最高正价数
*|最高正价数|+|负价数|=8
元素周期表结构的记忆方法如下：
横行叫周期，共有七周期；三四分长短，第七不完全；一八依次现，一零再一遍；
竖行称作族，总共十六族；Ⅷ族最特殊，三行是一族；二三分主副，先主后副；镧锕各十五，均属ⅢB族；构位性一体，相互可推断。
二、元素周期表中同周期，则主族元素性质的递变规律
项 目 同周期（从左到右） 同主族（从上到下）
价电子数（最外层电子数） 由1逐渐增到7 相同
主要化合价 最高正价由 +1→+7　　　　负价由 －4→－１ 最高正价相同
原子半径 逐渐减小（惰性气体除外） 逐渐增大
金属性与非金属性 金属性减弱非金属性增强 金属性增强非金属性减弱
最高价氧化物对应水化物的酸碱性 碱性减弱酸性增强 碱性增强酸性减弱
非金属的气态氢化物 生成由难到易稳定性由弱到强 生成由易到难稳定性由强到弱
得失电子能力 失电子由 大→小得电子由 小→大 得电子由 大→小失电子由 小→大
三、元素周期表的应用
3．元素周期表的应用
1、预测元素的性质（由递变规律推测）
常见的题目给出一种不常见的主族元素(如砹、碲、铋、铅、铟、镭、铯等)，或尚未发现的主族元素，推测该元素及其单质或化合物所具有的性质。解答的关键是根据该元素所在族的熟悉的元素的性质，根据递变规律，加以推测判断。
2、 按周期表的位置寻找元素 启发人们在一定区域内寻找新物质(农药、半导体、催化剂等)。
3、启发人们在一定区域内寻找新物质。
四、注意点
1、判断元素金属性强弱。
a、单质跟水或酸反应置换氢的氢的难易，易则强。
b、最高价氧化物的水化物的碱性强弱，碱性强则强。
c、置换反应，强换弱。
2、判断元素非金属性的强弱。
a、跟随氢气形成气态氢化物的难易，易则强。
b、氢化物的稳定性，稳则强。
c、最高价氧化物的水化物的酸性强弱，酸性强则强。
d、置换反应，强换弱。
3、核素和同位素区别
(1)核素：具有一定数目的质子和一定数目的中子的一种原子。如1H(H)、2H(D)、3H(T)就各为一种核素。
(2)同位素：同一元素的不同核素之间互称同位素。 160、17O、180是氧元素的三种核素，互为同位素。
(3)元素、核素、同位素之间的关系如右图所示。
(4)同位素的特点
①同种元素，可以有若干种不同的核素。至今已发现了110种元素，但发现了核素远多于110种。
②核电荷数相同的不同核素，虽然它们的中子数不同，但是属于同一种元素。
③同位素是同一元素的不同核素之间的互相称谓，不指具体的原子。
④17O是一种核素，而不是一种同位素。160、17O、180是氧元素的三种核素，互为同位素。
⑤同一种元素的不同同位素原子其质量数不同，核外电子层结构相同，其原子、单质及其构成的化合物化学性质几乎完全相同，只是某些物理性质略有差异。
规律：
不同价态的同种元素与其氢氧化物酸碱性的关；变价元素氧化物对应水化物的酸性与价态有关，价态越低其对应水化物的酸性越弱，碱性越强。例如：
HCl0 HCl02 HCl03 HCl04，
教学资料：
《优化探究》第78页部分内容和习题
第三课时 元素周期律
基础知识归纳
一、元素性质呈周期性变化
以第三周期为例说明
原子序数 11 12 13 14 15 16 17 18
元素符号 Na Mg Al Si P S Cl Ar ar
原子的最外电子层数 1 2 3 4 5 6 7
原子半径 大小 逐渐增大
主要正价 +1 +2 +3 +4 +5 +6 +7 0
主要负价 -4 -3 -2 -1 0
最高价氧化物对应的水化物 NaOH强碱 Mg(OH)2中强碱 Al(OH)3两性 H4SiO4弱酸 H3PO4中强酸 H2SO4强酸 HClO4最强酸
金属单质与水反应的情况 剧烈反应 缓慢反应 难以反应
非金属单质与H2反应的条件 高温 较高温度 需加热 光照或点燃
结论
随原子序数的递增、元素原子的最外层电子排布呈周期性变化。[核外电子层数相同的原子，随原子序数的递增、最外层电子数由1递增到8]。
随原子序数的递增，元素的原子半径发生周期性的变化。[核外电子层数相同的原子，
随原子序数的递增、原子半径递减（稀有气体突增）]。
元素的化合价随着原子序数的递增而起着周期性变化。
[主要化合价：正价+1→+7；负价－4→－1，稀有气体为零价]。
元素周期律
元素的性质随着原子序数的递增而呈周期性的变化，这个规律叫做元素周期律。
说明：元素性质的周期性变化是元素原子的核外电子排布的周期性变化的必然结果。
周期性变化不是机械重复，而是在不同层次上的重复。稀有气体原子半径突然变大是同稀有气体原子半径测量方法与其它原子半径的测量方法不同。O、F没有正化合价是因为它们非金属性强。
例题 下列各组元素中，按原子半径依次增大顺序排列的是：
A、Na、 Mg、 Al B、Cl、 S、 P C、Be、N、 F D、Cl、 Br、 I
解析：Na、Mg、Al核外电子层数相同，核电荷数依次增大，原子半径依次减小，所以A错误则B正确，Be、N、F无规律比较，最外层电子数相同时随核外电子层数的增大、原子半径依次增大，所以D正确。
答案：B、D。
二、 几种量的关系
(1)最外层电子数=最高正化合价
(2)|最低负化合价|+最高正化合价=8
例2、元素R的最高价含氧酸的化学式为HnRO2n－2，则在气态氢化物中R元素的化合价为多少？解析：由HnRO2n－2知R的最高价为+(3n－4)，R在气态氢化物中为负价：－[8－(3n－4)]=－12+3n。
三、两性氧化物和两性氢氧化物
(1)两性氧化物：既能与酸起反应生成盐和水，又能与碱起反应生成盐和水的氧化物。例：A1203 A1203+6HCl=2AlCl3+3H20
A1203+2NaOH=2NaAl02+H20
(2)两性氢氧化物：既能跟酸起反应，又能跟碱起反应的氢氧化物。例：Al(OH)3，
2Al(OH)3+3H2S04=Al2(S04)3+6H20
A1(OH)3+NaOH＝NaAl02+2H20
四、重点、难点突破
2.微粒半径大小比较中的规律
(1)同周期元素的原子或最高价阳离子半径从左至右渐小(稀有气体元素除外)
如：Na>Mg>Al>Si；Na+>Mg2+>Al3+。
(2)同主族元素的原子或离子半径从上到下渐大
如：Li(3)电子层结构相同(核外电子排布相同)的离子半径(包括阴、阳离子)随核电荷数的增加而减小。
如Na+、Mg2+、Al3+、F-、02-的离子半径大小排列为02->F->Na+>Mg2+>Al3+，(上一周期元素形成的阴离子与下一周期元素形成的阳离子有此规律)。
可归纳为：电子层排布相同的离子，（表中位置）阴离子在阳离子前一周期，（大小）序数大的半径小。
(4)核电荷数相同(即同种元素)形成的微粒半径大小为
阳离子<中性原子<阴离子，价态越高的微粒半径越小，如Fe3+(5)电子数和核电荷数都不同的，一般可通过一种参照物进行比较。
如：比较Al3+与S2-的半径大小，可找出与Al3+电子数相同，与S2-同一族元素的O2-比较，Al3+<02-，且O2-教学资料：
《优化探究》第76--77页部分内容和习题
第四课时 化学键
【考纲要求】
1.理解有关化学键、离子键、共价键、配位键、*金属键等概念
2.掌握用电子式表示化学键的形成过程的方法，并能正确写出常见物质和微粒的电子式，结构式。
3.掌握影响各类化学键强弱的因素，以及化学键的强弱对物质性质的影响。
【知识讲解】
一、化学键
定义：相邻的两个或多个原子之间强烈的相互作用叫做化学键。
说明：直接相邻的原子间强烈的相互作用，破坏这种作用需较大能量。中学阶段所学的化学键主要为下列两种类型：
离子键
化学键 极性共价键
共价键
非极性共价键
二、离子键
定义：阴、阳离子间通过静电作用所形成的化学键叫做离子键。
说明：①成键元素：活泼金属（如：K、Na、Ca、Ba等，主要是ⅠA和ⅡA族元素）和活泼非金属（如：F、Cl、Br、O等，主要是ⅥA族和ⅦA族元素）相互结合时形成离子键。②成键原因：活泼金属原子容易失去电子而形成阳离子，活泼非金属原子容易得到电子形成阴离子。当活泼金属遇到活泼非金属时，电子发生转移，分别形成阳、阴离子，再通过静电作用形成离子键。③离子键构成离子化合物。
三、电子式的几种表示形式
1． 离子
单核阳离子符号，即为阳离子的电子式，如H+、K+、Na+、Mg2+；原子团的阳离子：
[H N H]+、 [H O H]+，单核阴离子：[H ]－、[ O ]2－、[ Cl ]－、；原子团的阴离子：
[ O H]－、[ S S ]2－、[ C C ]2－、[ O O ]2－。
2．化合物
K2S： K+[ S ]2－K+、 CaO： Ca2+[ O ]2－、 CaF2： [ F ]－Ca2+[ F ]－；
Na2O2： Na+[ O O ]2－Na+、 CaC2： Ca2+[ C C ]2－、 NaOH： Na+[ O H]－
NH4Cl： [H N ]＋[ Cl ]－
四、共价键
定义：原子间通过共用电子对所形成的化学键叫共价键。
说明：①成键元素：通常为非金属元素的原子间。②成键原因：同种或不同种元素的原子之间结合成分子时并不发生电子的完全得失，而是通过共用电子对而结合的。③共价键可以形成单质也可化合物。
同种元素的原子之间形成的共价键称非极性共价键，简称非极性键；不同元素的原子之间形成的共价键称极性共价键，简称极性共价键。
教学资料：
《优化探究》第81、82页部分内容和习题
Mn0 Mn203 Mn02 Mn03 Mn207
碱性 弱碱性 两性 酸性 强酸性
碱性增强
Mn(OH)2 Mn(OH)3
极弱酸 弱酸 强酸 最强酸
酸性增强
a.与水(或酸)反应的难易
b.金属与盐溶液置换反应
c.金属阳离子的氧化性强弱
d.最高价氧化物对应水化物的碱性强弱
a.非金属单质与氢气化合难易，及氢化物稳定性
b.非金属的置换反应
c.非金属阴离子还原性强弱
d.最高价氧化物对应水化物的酸性强弱(除F外)
(2)非金属性
(1)金属性
1．元素的金属性和非金属性判断依据
H
H
H
H
H

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