4.1原子结构与元素周期表（第2课时元素周期表核素）（原卷版）-2019必修第一册

第四章第一节原子结构与元素周期表第2课时元素周期表核素榆次一中李金虎【学习目标】1．了解元素周期表的发现史，知道元素周期表的结构，知道元素在周期表中的位置。2．了解元素、核素、同位素的内含与外延。【素养目标】1．通过了解元素周期表的结构(周期族)，认识原子结构与元素周期表中位置间的关系，培养学生“宏观辨识与证据推理”的核心素养。2．通过了解核素的含义及符号，了解元素、核素、同位素的内含与外延。培养学生“宏观辨识与微观探析”的核心素养。必备知识与关键能力知识点一：元素周期表1．原子序数(1)含义：按照元素在周期表中的顺序给元素编号。(2)原子序数与原子结构的关系：原子序数＝核电荷数＝质子数＝核外电子数2．元素周期表中元素相关信息3．元素周期表的结构(1)元素周期表的编排原则(2)元素周期表的结构①周期含义：把电子层数相同的元素，按原子序数递增的顺序从左到右排列的一横行，叫做一个周期。数目：元素周期表有7个横行，有7个周期。特点：周期序数＝该周期元素原子的电子层数。分类：短周期：包括第一、二、三周期。长周期：包括第四、五、六、七周期。周期(7个横行，7个周期)短周期长周期周期序数一二三四五六七元素种数28818183232②族含义：元素周期表18个纵列中，除中间8、9、10三个纵列为一族外，其余每一纵列为一族。数目：元素周期表中有18个纵列，但只有16个族。特点：主族元素的族序数＝该主族元素原子的最外层电子数。分类：主族、副族(含Ⅷ族)、0族。族(18个纵列，16个族)主族列121314151617族ⅠAⅡAⅢAⅣAⅤAⅥAⅦA副族列345671112族ⅢBⅣBⅤBⅥBⅦBⅠBⅡBⅧ族第8、9、10列，共3个纵列0族第18纵列(3)原子结构与元素周期表的关系①原子结构与周期的关系：原子的电子层数＝周期序数②原子结构与族的关系：主族元素原子最外层电子数＝主族序数(4)元素周期表中的特殊位置①按元素种类a．分界线：沿着元素周期表中铝、锗、锑、钋与硼、硅、砷、碲、砹的交界处画一条虚线，即为金属元素区和非金属元素区的分界线。b．各区位置：分界线左下方为金属元素区，分界线右上方为非金属元素区。c．分界线附近元素的性质：既表现金属元素的性质，又表现非金属元素的性质。②过渡元素：元素周期表中从第ⅢB族到第ⅡB族10个纵列共六十多种元素，这些元素都是金属元素。③镧系：元素周期表第六周期中：57号元素镧到71号元素镥共15种元素。④锕系：元素周期表第七周期中：89号元素锕到103号元素铹共15种元素。⑤超铀元素：在锕系元素中，92号元素铀(U)以后的各种元素。典例1．下列叙述中正确的是()A．除零族元素外，短周期元素的最高化合价在数值上等于该元素所属的族序数B．ⅦA族元素其简单阴离子的核外电子层数等于该元索所在的周期数C．除短周期外，其他周期均有18种元素D．X2+的核外电子致目为18，则X在第三周期第ⅡA族【答案】B【解析】A、除零族元素外，短周期元素的最高化合价在数值上一般等于该元素所属的族序数，但O、F例外，故A错误；B、ⅦA族元素原子最外层获得电子达8电子稳定结构，电子层不变，元素周期数=原子电子层数，所以ⅦA族元素其简单阴离子的核外电子层数等于该元素所在的周期数，故B正确；C、元素周期表中第五、六周期存在镧系和锕系，各有32种元素，故C错误；D、X2+的核外电子数目为18，质子数为18+2=20，为Ca元素，位于第四周期第ⅡA族，故D错误；故选B。典例2．著名化学家徐光宪(画面正中)，因为在稀土萃取领域取得的卓越成就被誉为“稀土界的袁隆平”。稀土元素是指镧系元素，加上钪和钇两种元素。下列说法正确的是()A．稀土元素一共有16种元素B．稀土元素为主族元素C．稀土元素全部是金属元素D．某些稀土元素在地壳中的含量可能高于铝【答案】C【解析】稀土元素是指镧系的15种元素，加上钪和钇共17种元素，A错误；稀土元素为副族元素，B错误；稀土元素全部是金属元素，C正确；在地壳中含量最高的金属元素是铝元素，D错误。知识点二：元素周期表在元素推断中的应用1．元素位置推断(1)利用元素的位置与原子结构的关系推断本方法常用于确定原子序数小于18的元素。①应用关系等式一：周期序数=电子层数；等式二：主族序数=最外层电子数；等式三：原子序数=核电荷数=质子数=核外电子数。②实例(ⅰ)X元素是第三周期第ⅠA族元素，则该元素原子有三个电子层，最外层电子数是1，即为钠元素。(ⅱ)Y元素的原子序数是16，则该元素的原子结构示意图是，其在周期表中位置是第三周期ⅥA族。(2)利用短周期中族序数与周期数的关系推断特殊位置元素族序数等于周期数H、Be、Al族序数等于周期数的2倍C、S族序数等于周期数的3倍O周期数等于族序数的2倍Li周期数等于族序数的3倍Na(3)利用离子电子层结构相同的“阴上阳下”推断具有相同电子层结构的离子，如aX(n+1)+、bYn+、cZ(n+1)−、dMn−的电子层结构相同，在周期表中位置关系为…cZdMbYaX…则它们的原子序数关系为a＞b＞d＞c。2．元素原子序数差的确定方法(1)同周期第ⅡA族和第ⅢA族元素原子序数差(2)同主族、邻周期元素的原子序数差元素周期表中左侧元素(第ⅠA族、第ⅡA族)同主族相邻两元素中，Z(下)＝Z(上)＋上一周期元素所在周期的元素种类数目元素周期表中右侧元素(第ⅢA～第ⅦA族)同主族相邻两元素中，Z(下)＝Z(上)＋下一周期元素所在周期的元素种类数目(3)同周期第ⅡA族和第ⅢA族元素原子序数差周期序数1234567原子序数差无1111112525(4)直接相邻的“┳”型、“┻”型、“╋”型原子序数关系a．b．c．d．典例3．已知X、Y、Z三种主族元素在元素周期表中的位置如图所示，设X的原子序数为a，则下列说法不正确的是()A．Y与Z的原子序数之和可能为2aB．Y的原子序数可能为a－17C．Z的原子序数可能为a＋31D．X、Y、Z一定为短周期元素【答案】D【解析】由于X、Y、Z均为主族元素，结合其位置关系和元素周期表的结构，可推断Y元素一定不在第一周期，即X、Y、Z不可能都在短周期，D错误；若Y、X、Z分别位于第三、四、五周期的右侧，则Y、Z的原子序数之和为2a，A正确；若Y、X、Z分别位于第三、四、五周期(或分别位于第四、五、六周期)的右侧，则Y的原子序数为a－17，B正确；若Y、X、Z分别位于四、五、六周期的右侧，则Z的原子序数为a＋31，C正确。典例4．A、B、C均为短周期元素，它们在元素周期表中的位置如图所示。已知B、C元素的原子序数之和是A元素原子序数的4倍，则A、B、C分别为()A．Be、Na、Ar B．B、Mg、SiC．O、P、Cl D．C、Ar、P【答案】C【解析】设A的原子序数为x，则B的原子序数为x＋8－1，C的原子序数为x＋8＋1，由(x＋8－1)＋(x＋8＋1)＝4x，解得x＝8，所以A为O元素，B为P元素，C为Cl元素。知识点三：元素周期表的应用1．科学预测：为新元素的发现及预测它们的原子结构和性质提供了线索。2．寻找新材料3．用于工农业生产对探矿有指导意义的是地球化学元素的分布与它们在元素周期表中的位置关系，研制农药材料等。典例5．下列关于元素周期表和元素周期律的应用说法正确的是()A．为元素性质的系统研究提供指导，为新元素的发现提供线索B．在周期表中金属与非金属的分界处，寻找可作催化剂的合金材料C．在ⅠA、ⅡA族元素中，寻找制造农药的主要元素D．在过渡元素中，可以找到半导体材料【答案】A【解析】元素周期表和元素周期律为元素性质的系统研究提供指导，为新元素的发现提供线索，A项正确；在周期表中金属与非金属的分界处寻找半导体材料，B项错误；在非金属元素中寻找制造农药的主要元素，C项错误；在过渡元素中寻找可作催化剂的合金材料，D项错误。知识点四：元素、核素、同位素1．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叫做核素。(2)实例：①氢元素的三种核素eq\o\al(1,1)H：名称为氕，不含中子；eq\o\al(2,1)H：用字母D表示，名称为氘或重氢；eq\o\al(3,1)H：用字母T表示，名称为氚或超重氢。②氧元素的三种核素为eq\o\al(16,8)O、eq\o\al(17,8)O、eq\o\al(18,8)O。③碳元素的三种核素为eq\o\al(12,6)C、eq\o\al(13,6)C、eq\o\al(14,6)C。④铀元素有eq\o\al(234,92)U、eq\o\al(235,92)U、eq\o\al(238,92)U等多种核素。(3)几种重要核素的用途核素eq\o\al(235,92)Ueq\o\al(14,6)Ceq\o\al(2,1)Heq\o\al(3,1)Heq\o\al(18,8)O用途核燃料用于考古断代制氢弹示踪原子2．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。(2)特点——两同两不同①两同：质子数相同，元素相同；特征一相同存在形态的同位素，化学性质几乎完全相同，物理性质不同特征二天然存在的同一元素各核素所占的原子百分数(丰度)一般不变②两不同：中子数不同，原子不同。(3)性质①同一元素的各同位素虽然质量数不同，但它们的化学性质基本相同。②天然存在的同位素，相互间保持一定的比率。3．元素、核素、同位素的关系(1)概念(2)联系①同种元素可以有多种不同的同位素原子，所以元素的种类数目远少于原子种类的数目。②核素之间转化为核反应，不属于化学变化。③同种元素可以有多种单质，所以单质种类数多于元素种类数。4．两种相对原子质量的比较含义及计算原子的相对原子质量该核素的一个原子的质量与12C原子质量的eq\f(1,12)的比值，其近似相对原子质量＝质量数元素的相对原子质量(近似相对原子质量)根据各核素的相对原子质量(质量数)与它们在自然界所占的百分比计算出的平均值。如Ar(Cl)＝Ar(35Cl)×a%＋Ar(37Cl)×b%。其近似值是用各核素质量数算出的平均值，即Ar(Cl)≈35×a%＋37×b%。典例6．2015年4月，于敏获颁“影响世界华人终身成就奖”。“钚－239”是“于敏型”氢弹的重要原料。下列说法正确的是(B)A．239Pu原子的原子核中含有239个质子B．238Pu、239Pu和241Pu属于不同的核素C．238Pu与238U在元素周期表中的位置相同D．239Pu衰变成235U属于化学变化【答案】B【解析】239Pu中的239表示的是其质量数，A项错误；核素的种类是由质子数和中子数共同决定的，238Pu、239Pu和241Pu属于同种元素的不同核素，B项正确；238Pu与238U核电荷数不相同，属于不同的元素，在元素周期表中的位置不同，C项错误；由于化学变化不涉及原子核的变化，所以原子的衰变不是化学变化，D项错误。典例7．2019年1月3日上午10时26分，嫦娥四号探测器实现人类探测器首次月背软着陆。月背探测器用的是同位素温差发动机，使用的放射性同位素有eq\o\al(90,38)Sr(锶)、eq\o\al(238,94)Pu(钚)、eq\o\al(210,84)Po(钋)。通过衰变产生能量发电。下列有关同位素的说法中正确的是(D)A．位于周期表中同一周期同一族的不同的核素，一定互为同位素B．氧有三种核素16O、17O、18O，所以自然界中的氧气分子共有6种C．同位素是指质子数相同中子数不同的微粒间的互称D．温差发动机使用时没有发生化学变化【答案】D【解析】位于周期表中同一周期第Ⅷ族的不同的核素，质子数可能不相等，所以它们之间不一定互为同位素，故A错误；因为同位素的化学性质基本相同，氧虽然有三种核素16O、17O、18O，但自然界中的氧气分子为1种，故B错误；同位素是指质子数相同中子数不同的不同核素之间的互称，故C错误；温差发动机使用时是将放射性同位素衰变时产生的能量转变成电能，发生的是核反应，没有发生化学变化，故D正确。核心价值与学科素养典例8．工业焊接钢管常用eq\o\al(137,55)Cs进行“无损探伤”。下列有关说法正确的是()A．137表示质量数B．137表示质子数C．该原子的质子数大于中子数D．55表示中子数【答案】A【解析】根据核素的符号可知137表示质量数，55表示质子数，A项正确，B、D两项错误；中子数＝质量数一质子数＝137－55＝82，质子数小于中子数，C项错误。典例9．“玉兔”号月球车用eq\o\al(238,94)Pu作为热源材料。下列关于eq\o\al(238,94)Pu的说法正确的是()A.eq\o\al(238,94)Pu与eq\o\al(238,92)U互为同位素B.eq\o\al(238,94)Pu与eq\o\al(239,94)Pu互为同素异形体C.eq\o\al(238,94)Pu与eq\o\al(238,92)U具有完全相同的化学性质D.eq\o\al(238,94)Pu与eq\o\al(239,94)Pu具有相同的最外层电子数【答案】D【解析】质子数相同、中子数不同的原子或同一元素的不同核素互为同位素，eq\o\al(238,94)Pu与eq\o\al(238,92)U的质子数不同，不互为同位素，A项错误；同种元素形成的不同单质互为同素异形体，eq\o\al(238,94)Pu与eq\o\al(239,94)Pu均为原子，不是同素异形体关系，B项错误；eq\o\al(238,94)Pu与eq\o\al(238,92)U的质子数不同，属于不同的元素，其化学性质不同，C项错误；eq\o\al(238,94)Pu与eq\o\al(239,94)Pu具有相同的质子数，所以其核外电子数相同，则具有相同的最外层电子数，D项正确。典例10．中国科学家成功合成氮阴离子Neq\o\al(－,5)，Neq\o\al(－,5)是制备全氮类物质Neq\o\al(＋,5)Neq\o\al(－,5)的重要中间体。下列说法中正确的是()A．Neq\o\al(＋,5)的中子数为7B．每个Neq\o\al(＋,5)中含有35个质子C．每个Neq\o\al(－,5)中含有35个电子D．Neq\o\al(＋,5)和Neq\o\al(－,5)属于同位素【答案】B【解析】Neq\o\al(＋,5)的中子数为5个N原子的中子数之和，不可能是7，A项错误；Neq\o\al(＋,5)的质子数为7×5＝35，B项正确；Neq\o\al(－,5)含有的电子数为5×7＋1＝36，C项错误；Neq\o\al(＋,5)和Neq\o\al(－,5)属于离子，不可能互为同位素，D项错误。【跟踪练习】基础过关1．医学界通过用14C标记的C60发现的一种C60的羟酸衍生物，这种羟酸衍生物在特定条件下可以通过断裂DNA抑制艾滋病毒的繁殖。下列有关14C的正确叙述是()A.与12C60的碳原子化学性质不同B．与14N含的中子数相同C．是12C60的同素异形体D．与12C互为同位素2．某周期的第ⅠA族元素的原子序数为x，那么同一周期第ⅢA族元素的原子序数为()A．肯定是x＋2B．肯定是x＋2或x＋8或x＋32C．肯定是x＋2或x＋12或x＋26D．肯定是x＋2或x＋10或x＋263．已知aAn＋、bB(n＋1)＋、cCn－、dD(n＋1)－是具有相同的电子层结构的离子，关于A、B、C、D四种元素的叙述正确的是()A．离子半径：A>B>C>DB．原子序数：b>a>c>dC．原子半径：D>C>B>AD．四种元素一定属于短周期元素4．重水(D2O)主要用于核反应堆中中子的减速剂和冷却剂，在化学和生物学中，重水常用作示踪物质来研究反应机理等。下列说法正确的是()A．D是氢的一种核素，原子核内有2个中子B．1Heq\o\al(\s\up1(18),\s\do1(2))O与Deq\o\al(\s\up1(16),\s\do1(2))O的相对分子质量相同C．3H2O与D2O互称同位素D．通过化学变化可以直接实现普通水向重水转化5．俄罗斯科学家用铪和钨两种核素精确测定了地球和月球的年龄，得出月球至少比地球早700万年形成，它们是根据eq\o\al(\s\up1(182),\s\do1(72))Hf(铪－182)和eq\o\al(\s\up1(182),\s\do1(74))W(钨－182)两种核素的含量比例得出的。下列有关