專題一微觀結(jié)構(gòu)與物質(zhì)的多樣性第一單元原子核外電子排布與元素周期律從門捷列夫發(fā)現(xiàn)元素周期表以來，人們一直都在思考這樣一個問題：“元素周期表的終點在哪里？”自1940年合成93號元素镎(Np)和94號元素钚(Pu)以來，科學(xué)家就開始了“制造”元素的工作。當(dāng)100號元素鐨(Fm)之后的元素一個又一個地被合成出來后，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)：隨著原子序數(shù)的遞增，它們的壽命一個比一個短。100號元素的壽命為82天，到105號，只能活34秒，107號只存活2毫秒。人們不禁要問：“元素周期表快到盡頭了嗎？”科學(xué)總是極其富有生命力的！109號元素活了5毫秒，114號元素壽命長達30秒以上。好兆頭，再往后的元素壽命可能會回升?？茖W(xué)的發(fā)展永無止境，人類對元素的認(rèn)識還將繼續(xù)下去。今天的成就絕不是元素周期表的終點。讓我們拭目以待吧！1．掌握簡單原子的核外電子排布規(guī)律，會畫1～18號元素的原子結(jié)構(gòu)示意圖。2．了解元素原子核外電子排布、元素的金屬性和非金屬性、元素的化合價、原子半徑等隨元素核電荷數(shù)遞增而呈周期性變化的規(guī)律，認(rèn)識元素周期律。3．了解元素周期表的結(jié)構(gòu)及其應(yīng)用。(1)以第3周期為例，掌握同一周期內(nèi)元素之間性質(zhì)的遞變規(guī)律與原子結(jié)構(gòu)的關(guān)系。(2)以ⅠA和ⅦA族為例，掌握同一主族內(nèi)元素之間性質(zhì)的遞變規(guī)律與原子結(jié)構(gòu)的關(guān)系。4．了解金屬、非金屬元素在元素周期表中的位置及其性質(zhì)遞變規(guī)律。5．學(xué)習(xí)運用實驗、查閱資料等多種手段獲取信息，運用比較、分類、歸納、概括等方法對信息進行加工，培養(yǎng)問題意識和探究意識，提高邏輯思維能力。能運用化學(xué)用語、結(jié)構(gòu)模型描述物質(zhì)的組成和結(jié)構(gòu)。第1課時原子核外電子排布1．電子層根據(jù)電子的能量差別和通常運動的區(qū)域離核遠(yuǎn)近不同，把核外電子通常運動的不同區(qū)域看成不同的電子層。各電子層的序號、能量見下表：2.核外電子排布的一般規(guī)律①核外電子總是盡可能排布在能量最低的電子層里，然后再排布在能量較高的電子層里。即電子層最先排滿K層，當(dāng)K層排滿時再排布在L層中等等。②各核外電子層最多容納的電子數(shù)目是2n2個(n為電子層序數(shù))。③最外層電子數(shù)目不超過8個(K層為最外層時不超過2個)。④次外層電子數(shù)目不超過18個，倒數(shù)第三層不超過32個。說明：以上規(guī)律是互相聯(lián)系的，不能孤立地理解。例如：當(dāng)M層是最外層時，最多可排8個電子，當(dāng)M層不是最外層時，最多可排18個電子。3．畫出下列微粒的結(jié)構(gòu)示意圖探究點一原子核外電子的排布規(guī)律及表示方法1．核外電子排布規(guī)律在含有多個電子的原子里，電子依能量的不同分層排布，其主要規(guī)律是：(1)核外電子首先排布在能量最低的第一電子層，然后由里向外，依次排布在能量逐步升高的電子層。(2)原子核外各電子層最多排布2n2個電子。(3)原子最外層電子數(shù)目不能超過8個(K層為最外層時電子數(shù)不能超過2個)。(4)次外層電子數(shù)目不能超過18個(K層為次外層時電子數(shù)不能超過2個，L層為次外層時電子數(shù)不能超過8個)。(5)倒數(shù)第三層電子數(shù)目不能超過32個。(6)核外電子排布的幾條規(guī)律是相互聯(lián)系的，不能孤立地理解，必須同時滿足各項要求。其具體關(guān)系如下：2．核外電子排布的表示方法——結(jié)構(gòu)示意圖(1)原子結(jié)構(gòu)示意圖結(jié)構(gòu)示意圖是用小圓圈和圓圈內(nèi)的符號及數(shù)字表示原子核及核內(nèi)質(zhì)子數(shù)，弧線表示各電子層，弧線上的數(shù)字表示該電子層上的電子數(shù)。例如，鈉原子的結(jié)構(gòu)示意圖為：(2)原子結(jié)構(gòu)示意圖與離子結(jié)構(gòu)示意圖的比較結(jié)構(gòu)示意圖包括原子結(jié)構(gòu)示意圖和離子結(jié)構(gòu)示意圖。原子結(jié)構(gòu)示意圖中，核內(nèi)質(zhì)子數(shù)等于核外電子數(shù)；離子結(jié)構(gòu)示意圖中，二者不相等。例如：Mg2＋Cl－陽離子：核外電子數(shù)小于核電荷數(shù)；陰離子：核外電子數(shù)大于核電荷數(shù)。其差值均為離子所帶的電荷數(shù)。1．核外電子排布的各規(guī)律之間有怎樣的關(guān)系？19號元素K的原子結(jié)構(gòu)為何不能寫成？提示：核外電子排布的各規(guī)律之間是相互聯(lián)系的，不能孤立地應(yīng)用某一規(guī)律。鉀原子核外K層和L層排滿時各有2個和8個電子，由于最外層不能超過8個電子，故M層只能排8個電子，最后一個電子則應(yīng)排在N層上。2．在1～20號元素中，有哪些離子的核外電子排布分別與稀有氣體He、Ne、Ar的核外電子排布相同？提示：①與He原子電子層結(jié)構(gòu)相同的離子：H－、Li＋、Be2＋。②與Ne原子電子層結(jié)構(gòu)相同的離子：F－、O2－、N3－、Na＋、Mg2＋、Al3＋。③與Ar原子電子層結(jié)構(gòu)相同的離子：Cl－、S2－、P3－、K＋、Ca2＋。規(guī)律：稀有氣體元素原子的電子層結(jié)構(gòu)與同周期非金屬元素的陰離子的電子層結(jié)構(gòu)相同，與下一周期金屬元素的陽離子的電子層結(jié)構(gòu)相同?！纠?】下列說法中肯定錯誤的是()A．某原子K層上只有一個電子B．某原子M層上電子數(shù)為L層上電子數(shù)的4倍C．某離子M層上和L層上的電子數(shù)均為K層電子數(shù)的4倍D．某離子的核電荷數(shù)與最外層電子數(shù)相等【思路分析】本題主要考查核外電子排布規(guī)律。注意區(qū)別離子和原子的核外電子排布的不同之處?！窘馕觥縆、L、M層最多容納的電子數(shù)分別為2、8、18；K層上可排1個電子，也可排2個電子，所以A項可能；當(dāng)M層上排有電子時，L層上一定排滿了8個電子，而M層最多只能排18個電子，所以B項一定錯誤；K層上最多只排2個電子，2×4＝8，即L層和M層均為8個電子的離子結(jié)構(gòu)示意圖為，K＋、Ca2＋、Cl－等均有可能；對D項而言，最外層電子數(shù)可為2或8，核電荷數(shù)與最外層電子數(shù)相等，可能有2種情況，一種是均為2，但這種情況只能是原子，另一種情況均為8，核電荷數(shù)為8的元素為氧，O2－最外層電子數(shù)也為8，故D項可能?！敬鸢浮緽在下列結(jié)構(gòu)示意圖表示的微粒中，屬于原子的有②⑤⑥(填序號，下同)；屬于陽離子的有①④；屬于陰離子的有③；屬于同種元素的有④⑤。分析以上各圖，請總結(jié)出原子和離子的區(qū)別：(1)原子整體上不顯電性，離子顯電性；(2)原子質(zhì)子數(shù)等于核外電子數(shù)，離子質(zhì)子數(shù)不等于核外電子數(shù)；(3)離子的最外層一般是8e－(只有一個電子層時為2e－)的相對穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。解析：同種元素的微粒，質(zhì)子數(shù)一定相同，原子呈電中性，對于陽離子而言，核電荷數(shù)必大于核外電子數(shù)，對于陰離子而言，核電荷數(shù)必小于核外電子數(shù)。原子和離子的區(qū)別可以從質(zhì)子數(shù)與核外電子數(shù)大小關(guān)系、微粒電性等方面考慮。探究點二原子核外電子排布與元素性質(zhì)的關(guān)系1．最外層電子數(shù)排滿8個(He為2個)形成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，不易得失電子，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定。元素的原子最外層電子較少的(<4)易失去電子達到穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，表現(xiàn)出金屬性；元素的原子最外層電子較多的(>4)易得電子或形成共用電子對，從而形成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，表現(xiàn)出非金屬性。通常，我們把元素的原子最外層8個電子(只有K層時為2個電子)的結(jié)構(gòu)，稱為相對穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，一般不與其他物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。當(dāng)元素原子的最外層電子數(shù)小于8(K層小于2)時，是不穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。在化學(xué)反應(yīng)中，具有不穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的原子，總是“想方設(shè)法”通過各種方式使自己的結(jié)構(gòu)趨向于穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。原子的核外電子排布，特別是最外層電子數(shù)決定著元素的主要化學(xué)性質(zhì)。從初中所學(xué)知識我們知道，金屬元素的原子最外層電子數(shù)一般少于4個，在化學(xué)反應(yīng)中比較容易失去電子，達到相對穩(wěn)定結(jié)構(gòu)；而非金屬元素的最外層一般多于4個電子，在化學(xué)反應(yīng)中易得到電子而達到8個電子的相對穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。原子得到或失去電子后的陰、陽離子也可用結(jié)構(gòu)示意圖來表示。2．化合價指的是一定數(shù)目的一種元素的原子與一定數(shù)目的其他元素的原子化合的性質(zhì)，元素化合價的數(shù)值與原子的電子層結(jié)構(gòu)，特別是最外層電子數(shù)有關(guān)。例如，稀有氣體原子核外電子排布已達穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，既不易得到電子也不易失去電子，所以稀有氣體元素的常見化合價為0。鎂原子最外層只有2個電子，容易失去這2個電子而達到穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，因此鎂元素在化合物中通常顯＋2價；氯原子最外層有7個電子，只需得到1個電子便可達到穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，因此氯元素在化合物中可顯－1價。1．原子最外層電子數(shù)相等的元素化學(xué)性質(zhì)一定相似嗎？提示：不一定。原子結(jié)構(gòu)相似的元素化學(xué)性質(zhì)相似。但原子的最外層電子數(shù)相等不一定原子結(jié)構(gòu)相似。例如He和Mg原子的最外電子層上都是2個電子，但它們的原子結(jié)構(gòu)差別很大，He只有一個電子層，已達2電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，而Mg有3個電子層，最外層未達穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，故氦元素和鎂元素的化學(xué)性質(zhì)差別很大，沒有相似性，而同主族元素的最外層電子數(shù)相等，結(jié)構(gòu)相似，化學(xué)性質(zhì)相似。2．金屬元素、非金屬元素的劃分與元素原子的核外電子排布有怎樣的關(guān)系？提示：①元素原子的最外層有8個電子的結(jié)構(gòu)(He最外層有2個電子)是相對穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，形成的原子為稀有氣體原子，元素為非金屬元素。②元素原子的最外層電子數(shù)小于4，或最外層電子數(shù)小于電子層數(shù)，則一般為金屬元素。③元素原子的最外層電子數(shù)大于4，或最外層電子數(shù)大于電子層數(shù)，一般為非金屬元素。④最外層電子數(shù)與電子層數(shù)相等，元素的屬性往往不明確，在性質(zhì)上既表現(xiàn)出一定的金屬性，又表現(xiàn)出一定的非金屬性。如H、Al、Be等?！纠?】下列敘述中正確的是()A．兩種微粒，若核外電子排布完全相同，則其化學(xué)性質(zhì)一定相同B．凡單原子形成的離子，一定具有稀有氣體元素原子的核外電子排布C．兩原子，如果核外電子排布相同，則一定屬于同一種元素D．陰離子的核外電子排布一定與上一周期稀有氣體元素原子的核外電子排布相同【思路分析】解此題時注意微粒、離子、原子等關(guān)鍵詞?！窘馕觥亢送怆娮优挪枷嗤?，可以是陰離子、陽離子還可以是原子，所以它們的化學(xué)性質(zhì)不一定相同；H原子形成的H＋沒有這樣的稀有氣體元素。單核陰離子的核外電子排布與同一周期的稀有氣體原子的電子層排布相同。【答案】CX、Y均為元素周期表中前20號元素，其簡單離子的電子層結(jié)構(gòu)相同，下列說法正確的是(B)A．由mXa＋與nYb－，得m＋a＝n－bB．X2－的還原性一定大于Y－C．X、Y一定不是同周期元素D．若X的原子半徑大于Y，則氣態(tài)氫化物的穩(wěn)定性HmX一定大于HnY解析：本題可根據(jù)前20號短周期元素例證法解答，易錯選C。X、Y沒有說明是什么離子，有兩種可能：一種可能全是陰離子或全是陽離子，另一種可能是一種是陽離子一種是陰離子，兩種情況得出的結(jié)論相悖。探究點三依據(jù)原子核外電子排布規(guī)律推斷元素(1)此類題目的出題模式：原子或離子的結(jié)構(gòu)特征eq\o(→,\s\up17(推斷))元素eq\o(→,\s\up17(作答))元素單質(zhì)及其化合物的有關(guān)性質(zhì)。(2)常見的特殊結(jié)構(gòu)的原子(前20號元素)：①最外層電子數(shù)為1的原子有：H、Li、Na、K；②最外層電子數(shù)為2的原子有：He、Be、Mg、Ca；③最外層電子數(shù)跟次外層電子數(shù)相等的原子有：Be、Ar；④最外層電子數(shù)是次外層電子數(shù)2倍的原子是C；⑤最外層電子數(shù)是次外層電子數(shù)3倍的原子是O；⑥最外層電子數(shù)是次外層電子數(shù)4倍的原子是Ne；⑦次外層電子數(shù)是最外層電子數(shù)2倍的原子有：Li、Si；⑧內(nèi)層電子總數(shù)是最外層電子數(shù)2倍的原子有：Li、P；⑨電子層數(shù)與最外層電子數(shù)相等的原子有：H、Be、Al；⑩電子層數(shù)是最外層電子數(shù)2倍的原子是Li、Ca?！纠?】1～18號元素中，A元素原子最外層電子數(shù)是次外層電子數(shù)的2倍；B元素原子最外層電子數(shù)是其內(nèi)層電子總數(shù)的3倍；C元素原子M層電子數(shù)等于其L層電子數(shù)的一半；D元素原子最外層有1個電子，D的陽離子與B的陰離子電子層結(jié)構(gòu)相同，則4種元素原子序數(shù)關(guān)系中正確的是()A．C>D>B>AB．D>B>A>CC．A>D>C>BD．B>A>C>D【思路分析】本題主要考查短周期元素的核外電子排布，依據(jù)核外電子排布規(guī)律判斷出A、B、C、D4種元素的原子序數(shù)?！窘馕觥緼元素原子的次外層電子數(shù)只能是2，最外層電子數(shù)是4，A的原子序數(shù)為6；B元素的內(nèi)層電子總數(shù)只能是2，最外層電子數(shù)為6，B的原子序數(shù)為8；C元素原子有3個電子層，L層必有8個電子，M層有4個電子，C的原子序數(shù)為14；D的陽離子與B的陰離子(即O2－)電子層結(jié)構(gòu)相同，D為Na，原子序數(shù)為11，故原子序數(shù)：C>D>B>A?！敬鸢浮緼元素X、Y原子序數(shù)依次遞增，元素X的最外層電子數(shù)等于其次外層電子數(shù)，Y的原子核外有三個電子層，其最外層電子數(shù)是次外層電子數(shù)的一半，則X、Y元素分別是(B)A．H、MgB．Be、SiC．Ar、SiD．Ar、Al解析：Y有三個電子層，次外層有8個電子，則最外層電子數(shù)為4。若X有三個電子層，則為氬元素，不符合已知條件X的原子序數(shù)小于Y，則X有兩個電子層，K層為次外層時容納2個電子，最外層也為2個電子，為鈹元素。1．同種元素的原子和離子，具有相同的(A)A．質(zhì)子數(shù) B．電子數(shù)C．電子層數(shù) D．最外層電子數(shù)解析：同種元素質(zhì)子數(shù)一定相同，A正確；同種元素的原子和離子的電子數(shù)一定不相等，B錯誤；原子變成陽離子時要失去最外層電子，所以陽離子的電子層數(shù)一般少于同種元素原子的電子層數(shù)，C錯誤；形成離子時原子最外層電子數(shù)發(fā)生變化，D錯誤。2．下列各微粒中，各個電子層電子數(shù)都達到2n2個的是(C)A．Ne、Ar B．Al3＋、S2－C．F－、Na＋ D．Ne、Cl－解析：A選項中Ar、B選項中S2－、D選項中Cl－最外層電子數(shù)都沒有達到2n2個。3.表示某微粒的結(jié)構(gòu)示意圖，下列說法不正確的是(C)A．表示的原子只能為NeB．表示的金屬陽離子有3種C．表示的微粒一定為非金屬元素D．表示的微粒有2個電子層解析：對于原子，質(zhì)子數(shù)＝核外電子數(shù)＝10，故只能為Ne，A正確；若為金屬陽離子，可能為Na＋、Mg2＋、Al3＋3種，B正確；該微粒還可能為非金屬陰離子N3－、O2－、F－，因此對應(yīng)元素可為金屬元素，可為非金屬元素，C錯誤；微粒結(jié)構(gòu)示意圖中，弧線表示電子層，D正確。4．下列敘述正確的是(B)A．電子的能量越低，運動區(qū)域離核越遠(yuǎn)B．核外電子的分層排布即是核外電子的分層運動C．稀有氣體元素原子的最外層都排有8個電子D．當(dāng)M層是最外層時，最多可排布18個電子解析：電子能量越低，運動區(qū)域離核越近，A錯；電子的分層排布即是核外電子的分層運動，B正確；稀有氣體元素中He的原子最外層只有2個e－，C錯；M層為最外層時，最多只能排8個電子，D錯。5．下列是幾種粒子的結(jié)構(gòu)示意圖，有關(guān)說法正確的是(C)A．①和②兩種粒子的化學(xué)性質(zhì)相似B．③和④均屬于離子結(jié)構(gòu)示意圖C．粒子②在化學(xué)反應(yīng)中容易失去電子D．①②③④共表示四種元素的粒子解析：①是He原子結(jié)構(gòu)示意圖，是稀有氣體元素，原子達到穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，而②是Mg原子結(jié)構(gòu)示意圖，最外層有2個電子，容易失去電子，化學(xué)性質(zhì)活潑，故兩種粒子的化學(xué)性質(zhì)不相似，A錯誤，C正確；③是Mg2＋結(jié)構(gòu)示意圖，④是Ne原子結(jié)構(gòu)示意圖，不都屬于離子結(jié)構(gòu)示意圖，B錯誤；①表示He元素的原子，②③表示Mg元素的粒子，④表示Ne元素的原子，共表示三種元素的粒子，D錯誤。6．兩種元素的原子X和Y，X原子的M層比Y原子的M層少3個電子，Y原子的L層電子數(shù)恰為X原子的L層電子數(shù)的2倍。則X、Y分別是(D)A．硅原子和鈉原子B．硼原子和氦原子C．氯原子和碳原子D．碳原子和鋁原子解析：本題考查核外電子排布規(guī)律知識的運用。由于Y原子的M層比X原子的M層多3個電子，說明Y原子的M層的電子至少有3個，那么Y原子的