第四章物質(zhì)結構元素周期律

第一節(jié)原子結構與化學周期表

一、原子結構

1、原子的構成

原子由原子核和核外電子組成（原子核包括質(zhì)子和中子），質(zhì)子帶正電，電子帶負電，中子中立不

帶電。

2、質(zhì)量數(shù)

（1）概念：將核內(nèi)所有質(zhì)子和中子的相對質(zhì)量取近似整數(shù)值相加，所得的數(shù)值。

（2）構成原子的粒子間的兩個關系

①質(zhì)量數(shù)(A)＝質(zhì)子數(shù)(Z)＋中子數(shù)(N)

②質(zhì)子數(shù)＝核電荷數(shù)＝核外電子數(shù)

3、原子的表示方法

12

如作為相對原子質(zhì)量標準的6C表示質(zhì)子數(shù)為6，質(zhì)量數(shù)為12的碳原子。

±b

An±

4、粒子符號(ZXm)中各數(shù)字的含義

5、原子核外電子排布的表示方法

（1）原子結構示意圖

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)。以鈉原子為例：

（2）離子結構示意圖

①金屬元素原子失去最外層所有電子變?yōu)殡x子時，電子層數(shù)減少一層，形成與上一周期的稀有氣體元素原

子相同的電子層結構(電子層數(shù)相同，每層上所排的電子數(shù)也相同)。如Mg：→Mg2＋：。

1

②非金屬元素的原子得電子形成簡單離子時，形成和同周期的稀有氣體元素原子相同的電子層結構。

如F：→F－：。Na＋與稀有氣體Ne的核外電子排布相同；Cl－

與稀有氣體Ar的核外電子排布相同。

二、元素在周期表

1、周期的分類與包含元素

類別周期序數(shù)行序數(shù)核外電子層數(shù)包含元素種數(shù)起止元素

1112H～He

短周期2228Li～Ne

3338Na～Ar

44418K～Kr

55518Rb～Xe

長周期

66632Cs～Rn

77732Fr～Og

2、族的分類

16個族分為7個主族、7個副族、1個第Ⅷ族和1個0族。

3、元素周期表中的方格中各符號的意義

注：元素周期表記憶口訣

橫行叫周期，現(xiàn)有一至七；

三四分長短，四長副族現(xiàn)；

豎行稱作族，總共十六族；

2

Ⅷ族最特殊，三列是一族；

二三分主副，先主后副族；

鑭錒各十五，均屬ⅢB族。

4、元素在周期表中的位置與原子結構的相互推斷

（1）元素的位置與原子結構的關系

（2）短周期元素原子結構與位置的關系

①族序數(shù)等于周期數(shù)的元素有H、Be、Al。

②族序數(shù)是周期數(shù)2倍的元素有C、S。

③族序數(shù)是周期數(shù)3倍的元素是O。

④周期數(shù)是族序數(shù)2倍的元素是Li。

⑤周期數(shù)是族序數(shù)3倍的元素是Na。

5、由元素的原子序數(shù)推斷元素在周期表中的位置

常用0族元素定位法：

（1）明確0族元素信息

0族元素HeNeArKrXeRnOg

所在周期序數(shù)1234567

原子序數(shù)21018365486118

（2）比大小定周期

比較該元素的原子序數(shù)與0族元素的原子序數(shù)大小，找出與其相鄰近的0族元素，若該元素的原子序

數(shù)小于相鄰近0族元素的原子序數(shù)，那么該元素就和原子序數(shù)大的0族元素處于同一周期，反之則在下一

周期。

（3）求差值定族數(shù)

①若某元素的原子序數(shù)比相應的0族元素多1或2，則該元素應處在該0族元素所在周期的下一個

周期的ⅠA族或ⅡA族。

②若某元素的原子序數(shù)比相應的0族元素少5～1時，則該元素處在同周期的第ⅢA～ⅦA族。

③若某元素的原子序數(shù)與相應的0族元素相差其他數(shù)，則由相應差數(shù)找出相應的族。

三、核素

1、核素

（1）概念：具有一定數(shù)目質(zhì)子和一定數(shù)目中子的一種原子。

3

（2）實例

①氫元素的三種核素

原子符號氫元素的原子核

原子名稱

A

(ZX)質(zhì)子數(shù)(Z)中子數(shù)(N)

1

1H氕10

2

1H或D氘11

3

1H或T氚12

161718

②氧元素的三種核素：8O、8O和8O。

121314

③碳元素的三種核素：6C、6C和6C。

234235238

④鈾元素有92U、92U、92U等核素。

2、同位素

（1）概念：質(zhì)子數(shù)相同而中子數(shù)不同的同一元素的不同原子互為同位素。

（2）性質(zhì)

①同一元素的各同位素雖然質(zhì)量數(shù)不同，但它們的化學性質(zhì)基本相同。

②天然存在的同位素，相互間保持一定的比率。

（3）用途

14

①考古時利用6C測定一些文物的年代。

23

②1H和1H用于制造氫彈。

③利用放射性同位素釋放的射線育種、給金屬探傷、診斷和治療疾病等。

3、“四素”的區(qū)別

名稱

內(nèi)容元素核素同位素同素異形體

項目

質(zhì)子數(shù)相同的質(zhì)子數(shù)、中子數(shù)都質(zhì)子數(shù)相同、中子數(shù)同種元素形成的不同

本質(zhì)

一類原子的總稱一定的原子不同的核素單質(zhì)

范疇同類原子原子原子單質(zhì)

只有種類，沒有化學反應中的最小化學性質(zhì)幾乎完全相

特性元素相同，性質(zhì)不同

個數(shù)微粒同，物理性質(zhì)不同

決定因素質(zhì)子數(shù)質(zhì)子數(shù)、中子數(shù)質(zhì)子數(shù)、中子數(shù)組成元素、結構

121314121314

H、C、O三種元6C、6C、6C三種6C、6C、6C互為同O2與O3

舉例

素核素位素互為同素異形體

4

四、原子結構與元素的性質(zhì)

（一）堿金屬元素

1、鈉、鉀與氧氣反應的實驗

比較項目鈉鉀

實驗

操作

實驗先熔化成小球，后燃燒，反應劇烈，火焰先熔化成小球，后燃燒，反應比鈉更劇烈，

現(xiàn)象呈黃色，生成淡黃色固體火焰呈紫色

實驗原理

2Na＋O2=====Na2O2K＋O2=====KO2(超氧化鉀)

(化學方程式)△△

結論金屬活潑性：鉀>鈉

（1）總結：相同條件下，堿金屬從Li到Cs，與O2反應越來越劇烈，產(chǎn)物越來越復雜，說明金屬越

來越活潑。

（2）結論為與水反應的劇烈程度：K>Na；金屬活潑性：K>Na。

2、堿金屬單質(zhì)的主要物理性質(zhì)

3、堿金屬元素化學性質(zhì)的相似性和遞變性

（1）相似性(用R表示堿金屬元素)

（2）遞變性

具體表現(xiàn)如下(按Li→Cs的順序)

①與O2的反應越來越劇烈，產(chǎn)物越來越復雜，如Li與O2反應只能生成Li2O，Na與O2反應生成Na2O、

Na2O2，而K與O2反應能夠生成K2O、K2O2、KO2，Rb、Cs遇空氣立即燃燒，生成更復雜的產(chǎn)物。

5

②與H2O的反應越來越劇烈，如K與H2O反應可能會發(fā)生輕微爆炸，Rb和Cs遇水會發(fā)生爆炸。

③最高價氧化物對應水化物的堿性逐漸增強，即堿性：LiOH<NaOH<KOH<RbOH<CsOH。

4、從原子結構角度認識堿金屬元素性質(zhì)的遞變規(guī)律

5、元素金屬性強弱的判斷依據(jù)

依據(jù)結論

根據(jù)單質(zhì)與水(或酸)反應置換出氫氣的難易程度越易者金屬性越強

根據(jù)最高價氧化物對應水化物的堿性強弱堿性越強者金屬性越強

活動性強的金屬能把活動性弱的金屬從其鹽溶

根據(jù)金屬之間的置換反應

液中置換出來

（二）鹵族元素

1、鹵素單質(zhì)的主要物理性質(zhì)

鹵素單質(zhì)顏色和狀態(tài)密度熔點/℃沸點/℃

F2淡黃綠色氣體1.69g/L(15℃)－219.6－188.1

Cl2黃綠色氣體3.214g/L(0℃)－101－34.6

3

Br2深紅棕色液體3.119g/cm(20℃)－7.258.78

3

I2紫黑色固體4.93g/cm113.5184.4

分析上表可知，從F2到I2，顏色逐漸加深，熔、沸點逐漸升高，密度逐漸增大。

2、鹵素單質(zhì)的化學性質(zhì)

（1）鹵素單質(zhì)(X2)與H2的反應

①X2與H2反應的比較

反應條件產(chǎn)物穩(wěn)定性化學方程式

F2暗處很穩(wěn)定H2＋F2===2HF

光照或點燃較穩(wěn)定光照或點燃

Cl2H2＋Cl2========2HCl

加熱穩(wěn)定性差

Br2H2＋Br2=====2HBr

△

不斷加熱不穩(wěn)定

I2H2＋I2=====2HI

△

6

②結論

a．從F2到I2，與H2反應的難易程度：逐漸變難；

b．從F2到I2，生成氫化物的穩(wěn)定性：逐漸減弱。

（2）鹵素單質(zhì)間的置換反應

實驗操作反應現(xiàn)象離子方程式

振蕩靜置后，液體分層，上層接近無

－－

Cl2＋2Br===Br2＋2Cl

色，下層呈橙紅色

振蕩靜置后，液體分層，上層接近無

－－

Cl2＋2I===I2＋2Cl

色，下層呈紫紅色

振蕩靜置后，液體分層，上層接近無色，

－－

Br2＋2I===I2＋2Br

下層呈紫紅色

實驗結論從以上三個實驗可知，Cl2、Br2、I2的氧化性逐漸減弱

（3）鹵素單質(zhì)物理性質(zhì)的記憶口訣

氯氣黃綠色，溴液深紅棕，碘是紫黑固。氯易液化，溴易揮發(fā)，碘易升華。

3、鹵族單質(zhì)化學性質(zhì)的相似性和遞變性

（1）相似性

（2）遞變性

具體表現(xiàn)如下：

①與H2反應越來越難，對應氫化物的穩(wěn)定性逐漸減弱，還原性逐漸增強，其水溶液的酸性逐漸增強，即：

穩(wěn)定性：HF>HCl>HBr>HI；

還原性：HF<HCl<HBr<HI；

酸性：HF<HCl<HBr<HI。

②最高價氧化物對應水化物的酸性逐漸減弱，即HClO4>HBrO4>HIO4。

（3）特殊性

①溴是常溫常壓下唯一的液態(tài)的非金屬單質(zhì)。

②鹵素單質(zhì)都有毒，溴有很強的腐蝕性，保存液溴時要加一些水進行“水封”，碘單質(zhì)遇淀粉溶液變藍

7

色（檢驗I2）。

③Cl2、Br2、I2易溶于有機溶劑（如苯、CCl4、汽油等）。

④F無正化合價。

（4）從原子結構角度認識鹵族元素性質(zhì)的遞變規(guī)律

第二節(jié)元素周期律

1、探究Na、Mg、Al金屬性強弱

（1）Na、Mg與水的反應

實驗內(nèi)容實驗現(xiàn)象實驗結論

將綠豆大小的鈉投入水與冷水發(fā)生劇烈反應，有氣泡

Na與鈉和水的反應相比，鎂和水的

中，滴加2滴酚酞溶液產(chǎn)生，溶液變紅

反應更難，鎂在冷水中反應很緩

取一小段鎂條，用砂紙除

慢，與沸水反應加快，反應生成

去表面的氧化膜，放入水與冷水反應緩慢

了堿性物質(zhì)和H2；Mg與水

Mg中，滴加2滴酚酞溶液

反應的化學方程式：Mg＋

在之前的基礎上加熱至反應加快，有氣泡產(chǎn)生，溶

2H2O=====Mg(OH)2＋H2↑

液體沸騰液變紅△

（2）探究NaOH、Mg(OH)2、Al(OH)3堿性強弱

AlMg

實驗

操作

沉淀溶解

沉淀逐漸溶解沉淀逐漸溶解沉淀逐漸溶解沉淀不溶解

情況

8

Al(OH)3＋Mg(OH)2＋

相關反應的化

Al(OH)3＋3HCl===AlCl3＋3H2ONaOH===NaAlO22HCl===MgCl2＋

學方程式

＋2H2O2H2O

實驗結論NaOH是強堿，Mg(OH)2是中強堿，Al(OH)3是兩性氫氧化物，三者的堿性依次減弱

（3）結論

即隨著原子序數(shù)的遞增，同周期的Na、Mg、Al失去電子的能力逐漸減弱，金屬性逐漸減弱。

2、Si、P、S、Cl非金屬性強弱的比較

SiPSCl

磷蒸氣與

高溫加熱光照或點燃

判斷依據(jù)與氫氣化合氫氣反應

由易到難的順序是Cl、S、P、Si

H2SiO3H3PO4H2SO4HClO4強酸(酸性比

最高價氧化物對應

判斷依據(jù)弱酸中強酸強酸H2SO4強)

水化物的酸性強弱

酸性：HClO4>H2SO4>H3PO4>H2SiO3

Si、P、S、Cl

――――――→隨著原子序數(shù)的遞增，同周期的Si、P、S、Cl得電子的能力逐漸增強，

結論

非金屬性逐漸增強

3、同周期、同主族元素性質(zhì)的遞變規(guī)律

同周期(從左到右)同主族(自上而下)

最高價：＋1價→＋7價(O、F除外)；

最高價相同(O、F除外)；最低價

化合價最低價：－4價→－1價；最低價＝

相同；最高價＝族序數(shù)(O、F除外)

主族序數(shù)－8(H除外)

得電子能力逐漸增強逐漸減弱

失電子能力逐漸減弱逐漸增強

單質(zhì)氧化性逐漸增強逐漸減弱

單質(zhì)還原性逐漸減弱逐漸增強

金屬性逐漸減弱逐漸增強

非金屬性逐漸增強逐漸減弱

最高價氧化物對應水化物堿性逐漸減弱堿性逐漸增強

的酸、堿性酸性逐漸增強酸性逐漸減弱

形成氣態(tài)氫化物的難易由難到易由易到難

簡單氣態(tài)氫化物的穩(wěn)定性逐漸增強逐漸減弱

9

第三節(jié)化學鍵

一、離子鍵

1、離子鍵和離子化合物

2、電子式的書寫

（1）一個“·”或“×”代表一個電子，原子的電子式中“·”（或“×”）的個數(shù)即原子的最外層電子數(shù)。

（2）同一原子的電子式不能既用“×”又用“·”表示。

（3）“[]”在所有的陰離子、復雜的陽離子中出現(xiàn)。

（4）在化合物中，如果有多個陰、陽離子，陰、陽離子必須是間隔的，即不能將兩個陰離子或兩個陽離子

寫在一起，如CaF2要寫成，不能寫成，也不能寫成

。

（5）用電子式表示化合物形成過程時，由于不是化學方程式，不能出現(xiàn)“===”?！皑D→”前是原子的電子式，

“―→”后是化合物的