安徽省界首一中 張登

“物質(zhì)結(jié)構(gòu)”和“元素周期律”典例導(dǎo)學(xué)

安徽省界首一中 張登

物質(zhì)結(jié)構(gòu)和元素周期律是化學(xué)中的重要理論知識(shí)，也是中學(xué)化學(xué)學(xué)習(xí)的重要內(nèi)容。原子結(jié)構(gòu)理論能幫助我們進(jìn)一步認(rèn)識(shí)元素與物質(zhì)的關(guān)系；元素周期律和元素周期表的知識(shí)有助于我們整合元素化合物知識(shí)；化學(xué)鍵概念的建立，能使我們了解化學(xué)反應(yīng)中物質(zhì)變化和能量變化的實(shí)質(zhì)。因此，這部分內(nèi)容在必修模塊學(xué)習(xí)中起到承上啟下的作用。

一、學(xué)習(xí)目標(biāo)

（1）了解元素、核素和同位素的含義。

（2）了解原子構(gòu)成。了解原子序數(shù)、核電荷數(shù)、質(zhì)子數(shù)、中子數(shù)、核外電子數(shù)及其相互關(guān)系。

（3）了解原子核外電子排布。

（4）掌握元素周期律的實(shí)質(zhì)。了解元素周期表（長(zhǎng)式）的結(jié)構(gòu)（周期、族）及其應(yīng)用。

（5）以第3周期為例，掌握同一周期元素性質(zhì)的遞變規(guī)律與原子結(jié)構(gòu)的關(guān)系。

（6）以ⅠA族和ⅦA族為例，掌握同一主族元素性質(zhì)的遞變規(guī)律與原子結(jié)構(gòu)的關(guān)系。

（7）了解金屬、非金屬元素在元素周期表中的位置及其性質(zhì)的遞變規(guī)律。

（8）了解化學(xué)鍵的定義。了解離子鍵、共價(jià)鍵的形成。

二、典例導(dǎo)學(xué)

掌握元素周期律知識(shí)有利于指導(dǎo)我們學(xué)習(xí)元素化合物知識(shí)，而化學(xué)鍵知識(shí)又是學(xué)習(xí)電解質(zhì)以及化學(xué)反應(yīng)中的能量變化的基礎(chǔ)。在學(xué)習(xí)元素周期律、元素周期表內(nèi)容時(shí)，我們應(yīng)注意掌握元素的變化規(guī)律及其實(shí)質(zhì)，在學(xué)習(xí)化學(xué)鍵時(shí)，注意概念間的對(duì)比。筆者參照全國(guó)高考新課標(biāo)Ⅰ卷考試大綱和近年高考試題，歸納出相關(guān)的主要考點(diǎn)。

類型一：元素、核素、同位素、同素異形體之間的區(qū)別與聯(lián)系

例1下列關(guān)于20728Pt的說(shuō)法正確的是（）。

解析根據(jù)同位素定義中的兩個(gè)限制條件進(jìn)行分析判斷。

答案A

類型二：有關(guān)原子結(jié)構(gòu)的考查

例2已知R2+核內(nèi)共有N個(gè)中子，R的質(zhì)量數(shù)為A，m g R2+中含有電子的物質(zhì)的量為（）mol。

答案D

總結(jié)升華解答上述兩道典型例題，一要弄清微粒結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，二要明確陰、陽(yáng)離子中核電荷數(shù)（質(zhì)子數(shù)）、電子數(shù)、離子所帶電荷數(shù)之間的關(guān)系。

知識(shí)鏈接1原子的基本構(gòu)成微粒及其相互關(guān)系

（1）基本構(gòu)成微粒

質(zhì)子、中子、電子。質(zhì)子數(shù)決定元素的種類；中子數(shù)決定一種元素的核素的種數(shù)；質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)共同決定核素的種類；互為同位素的原子的質(zhì)子數(shù)和電子數(shù)都分別相等，其化學(xué)性質(zhì)幾乎完全相同。

質(zhì)量關(guān)系：質(zhì)量數(shù)（A）=質(zhì)子數(shù)（Z）+中子數(shù)（N）

電性關(guān)系：a.對(duì)于中性原子，核電荷數(shù)=質(zhì)子數(shù)=核外電子數(shù)

b.對(duì)于陽(yáng)離子，質(zhì)子數(shù)>核外電子數(shù)，質(zhì)子數(shù)=核外電子數(shù)+所帶電荷數(shù)

c.對(duì)于陰離子，質(zhì)子數(shù)<核外電子數(shù)，質(zhì)子數(shù)=核外電子數(shù)-所帶電荷數(shù)（3）核素、同位素

核素：具有一定數(shù)目的質(zhì)子和一定數(shù)目的中子的一種原子。

同位素：同一元素的不同核素之間的關(guān)系互稱。

區(qū)別與聯(lián)系：同位素必是不同的核素，但不同的核素未必是同位素。

類型三：核外電子排布規(guī)律

例3在第n層電子層中，當(dāng)它作為原子的最外層時(shí)，其最多容納的電子數(shù)與第（n-1）層相同，當(dāng)它作為原子的次外層時(shí)，其最多容納的電子數(shù)比第（n-1）層多10個(gè)。則此電子層是（）。

A.K層B.L層C.M層D.可為任意層

解析根據(jù)核外電子排布規(guī)律，當(dāng)?shù)趎層為最外層時(shí)，最多可容納8個(gè)電子，而第（n-1）層也可容納8個(gè)電子，則第（n-1）層為次外層，故第n層應(yīng)為M層；當(dāng)?shù)趎層為次外層時(shí)，其最多容納的電子數(shù)比第（n-1）層多10個(gè)，則第n層最多可容納18個(gè)電子，即也為M層。

答案C

總結(jié)升華核外電子排布規(guī)律常常作為原子結(jié)構(gòu)推斷題的突破口，我們?cè)趹?yīng)用時(shí)應(yīng)注意區(qū)分幾個(gè)概念：最外層電子數(shù)、最內(nèi)層電子數(shù)、內(nèi)層電子數(shù)、次外層電子數(shù)、電子層數(shù)、電荷數(shù)等。

類型四：元素周期律及其實(shí)質(zhì)

例4下列關(guān)于元素周期律的敘述正確的是（）。

A.隨著元素原子序數(shù)的遞增，原子最外層電子數(shù)總是從1到8重復(fù)出現(xiàn)

B.元素的性質(zhì)隨著原子序數(shù)的遞增而呈周期性變化

C.隨著元素原子序數(shù)的遞增，元素的最高正價(jià)從+1到+7，負(fù)價(jià)從-7到-1重復(fù)出現(xiàn)

D.元素性質(zhì)的周期性變化是元素原子核外電子排布周期性變化的必然結(jié)果

解析掌握元素周期律及其實(shí)質(zhì)。

答案BD

總結(jié)升華元素周期律概括了元素性質(zhì)的變化規(guī)律及其原子結(jié)構(gòu)的關(guān)系，是學(xué)習(xí)、研究物質(zhì)結(jié)構(gòu)和元素化合物知識(shí)的主要理論依據(jù)。

知識(shí)鏈接2元素周期律及其實(shí)質(zhì)

（1）電子層數(shù)相同（同周期）的元素，隨著原子序數(shù)的遞增，下列性質(zhì)呈現(xiàn)周期性變化

①最外層電子數(shù)從1個(gè)遞增至8個(gè)（K層為最外層時(shí)，從1個(gè)增至2個(gè)）；

②元素原子半徑從大至?。ㄏ∮袣怏w元素除外）；

③元素的最高正價(jià)從+1至+7價(jià)（O、F除外），最低負(fù)價(jià)從-4至-1價(jià)再至0價(jià)。

（2）元素周期律的實(shí)質(zhì)

元素性質(zhì)隨著原子序數(shù)遞增呈現(xiàn)的周期性變化，是元素的原子核外電子排布周期性變化的必然結(jié)果。即原子結(jié)構(gòu)的周期性變化是元素性質(zhì)周期性變化的實(shí)質(zhì)，這充分體現(xiàn)了“結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)”的規(guī)律，結(jié)構(gòu)變化是因，性質(zhì)變化是果。

知識(shí)鏈接3元素化合價(jià)與結(jié)構(gòu)和位置的關(guān)系

（1）在原子結(jié)構(gòu)中，與化合價(jià)有關(guān)的電子叫價(jià)電子。主族元素的最外層電子即為價(jià)電子，但過(guò)渡金屬元素的價(jià)電子還與其原子的次外層或倒數(shù)第三層的部分電子有關(guān)。對(duì)于一般非金屬元素，最高正價(jià)+最低負(fù)價(jià)的絕對(duì)值＝8（H、O、F例外），最高正價(jià)=價(jià)電子數(shù)=主族族序數(shù)。

（2）化合價(jià)與原子序數(shù)、原子的最外層電子數(shù)以及族序數(shù)的奇偶關(guān)系

價(jià)（主要化合價(jià)）奇序（原子序數(shù)）奇、價(jià)偶序偶（諧音“嫁雞隨雞，嫁狗隨狗”）

原子序數(shù)為奇數(shù)的元素，原子的最外層電子數(shù)為奇數(shù)，族序數(shù)為奇數(shù)，其主要化合價(jià)也多為奇數(shù)，如氯元素。原子序數(shù)為偶數(shù)的元素，原子的最外層電子數(shù)為偶數(shù)，族序數(shù)為偶數(shù)，其主要化合價(jià)也常為偶數(shù)，如硫元素。

知識(shí)鏈接4單核微粒半徑大小比較規(guī)律

（1）同一周期元素從左至右（稀有氣體元素除外），原子半徑漸小。

（2）同一主族元素自上而下，電子層數(shù)增多，原子半徑漸大。

（3）電子層結(jié)構(gòu)相同的粒子，核電荷數(shù)越大，半徑越小。

（4）同種元素的陰離子半徑大于其原子半徑、陽(yáng)離子半徑小于其原子半徑。

類型五：元素周期表的結(jié)構(gòu)

例5若把長(zhǎng)式元素周期表原先的主、副族及族號(hào)取消，由左至右改為18列，ⅠA族為第1列，0族為第18列。按此規(guī)定，下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是（）。

A.第9列元素中沒(méi)有非金屬元素B.只有第2列元素原子最外層有2個(gè)電子

C.第1列元素均為金屬元素D.在整個(gè)18列元素中，第3列的元素種類最多

解析盡管主、副族及族號(hào)取消，但每種元素在周期表中的位置不變，答題時(shí)應(yīng)克服思維定式，根據(jù)題目中給出的信息和元素周期表的結(jié)構(gòu)進(jìn)行解答。

答案BC

總結(jié)升華解決此類問(wèn)題，關(guān)鍵是了解元素周期表的結(jié)構(gòu)，明確族序數(shù)與原子序數(shù)的關(guān)系。

?

知識(shí)鏈接5推斷原子序數(shù)的方法

（1）同周期時(shí)，要特別注意ⅡA族和ⅢA族元素原子

（2）A、B為同主族元素，A所在周期有m種元素，B所在周期有n種元素，A在B的上一周期，設(shè)A的原子序數(shù)為a

a．若A、B在ⅠA族、ⅡA族（過(guò)渡元素左邊），則B的原子序數(shù)為（a+m）；

b．若A、B在ⅢA～ⅦA族（過(guò)渡元素右邊），則B的原子序數(shù)為（a+n）。

類型六：同周期、同主族元素性質(zhì)的遞變規(guī)律

例6具有相同電子層數(shù)的A、B、C三種元素，已知它們最高價(jià)氧化物對(duì)應(yīng)水化物的酸性強(qiáng)弱的順序是HAO4>H2BO4>H3CO4，則下列判斷正確的是（）。

A.原子半徑：A>B>CB.單質(zhì)的氧化性：A>B>C

C.氣態(tài)氫化物的穩(wěn)定性：A

解析

答案BD

總結(jié)升華解答此類題目，一般先要根據(jù)性質(zhì)判斷元素在元素周期表中的位置，進(jìn)而根據(jù)元素性質(zhì)、位置與結(jié)構(gòu)的關(guān)系進(jìn)行解答。

知識(shí)鏈接6元素性質(zhì)、位置與結(jié)構(gòu)的關(guān)系

（1）同一周期元素從左至右（位置），隨著核電荷數(shù)增多（結(jié)構(gòu)），原子半徑減小，失電子能力減弱，得電子能力增強(qiáng)；金屬性減弱、非金屬性增強(qiáng)（性質(zhì)）。

（2）同一主族元素從上往下（位置），隨著核電荷數(shù)增多，電子層數(shù)增多（結(jié)構(gòu)），原子半徑增大，失電子能力增強(qiáng)，得電子能力減弱；金屬性增強(qiáng)、非金屬性減弱（性質(zhì)）。

知識(shí)鏈接7元素原子得失電子能力（金屬性、非金屬性）強(qiáng)弱的判斷方法

（1）元素原子失電子能力（元素金屬性）強(qiáng)弱的判斷方法

①根據(jù)物質(zhì)的性質(zhì)

a.比較其單質(zhì)與水（或酸）反應(yīng)置換出氫的難易程度（如劇烈程度等）：置換反應(yīng)越容易進(jìn)行，元素原子的失電子能力越強(qiáng)；

b.比較其最高價(jià)氧化物對(duì)應(yīng)的水化物的堿性強(qiáng)弱：一般情況下，堿性越強(qiáng)，其原子失電子的能力越強(qiáng)；

c.單質(zhì)間的置換反應(yīng)：一般失電子能力強(qiáng)的元素能把失電子能力弱的元素從其鹽溶液中置換出來(lái)。

②根據(jù)元素在元素周期表中的位置，利用元素周期律

同一周期從左到右，元素原子失電子能力逐漸減弱；同一主族從上到下，元素原子失電子能力逐漸增強(qiáng)。

（2）元素原子得電子能力（元素非金屬性）強(qiáng)弱的判斷方法

①根據(jù)物質(zhì)的性質(zhì)

a.比較其單質(zhì)與氫氣化合的難易程度（如反應(yīng)的劇烈程度或?qū)Ψ磻?yīng)條件的要求）以及氣態(tài)氫化物的穩(wěn)定性。一般情況下，反應(yīng)越容易進(jìn)行，生成的氣態(tài)氫化物越穩(wěn)定，元素原子得電子的能力越強(qiáng)；

b.比較其最高價(jià)氧化物對(duì)應(yīng)的水化物（最高價(jià)含氧酸）的酸性強(qiáng)弱：一般情況下，酸性越強(qiáng)，元素原子得電子的能力越強(qiáng)；

c.利用單質(zhì)間的置換反應(yīng)：得電子能力強(qiáng)的元素能把得電子能力弱的元素從其鹽溶液中置換出來(lái)；

d.利用其簡(jiǎn)單陰離子還原性的強(qiáng)弱：簡(jiǎn)單陰離子還原性越強(qiáng)，其原子得電子能力就越弱；

e.利用不同非金屬單質(zhì)與同一金屬單質(zhì)反應(yīng)的劇烈程度或產(chǎn)物中金屬化合價(jià)的高低：一般情況下，反應(yīng)越劇烈或生成物中金屬化合價(jià)越高，則其原子得電子能力越強(qiáng)。

②根據(jù)元素在元素周期表中的位置，利用元素周期律

同一周期從左到右，元素原子得電子能力逐漸增強(qiáng)；同一主族從上到下，元素原子得電子能力逐漸減弱。

類型七：化學(xué)鍵

例7已知元素X、Y和Z可結(jié)合形成化合物XYZ3，X、Y和Z的原子序數(shù)之和為26，Y和Z在同一周期。下列有關(guān)推測(cè)正確的是（）。

A.XYZ3是一種可溶于水的酸，且X與Y可形成共價(jià)化合物XY

B.XYZ3是一種微溶于水的鹽，且X與Z可形成離子化合物XZ

C.XYZ3是一種易溶于水的鹽，且Y與Z可形成離子化合物YZ

D.XYZ3是一種離子化合物，且Y與Z可形成離子化合物YZ3

解析首先根據(jù)題干中的限制條件及物質(zhì)XYZ3的類別，推測(cè)XYZ3中可能存在的元素，然后分析X、Y、Z形成化合物的類別。

答案B

總結(jié)升華解答此類題目，首先判斷X、Y和Z所代表的具體元素，再根據(jù)化學(xué)鍵、離子化合物、共價(jià)化合物的概念，對(duì)A、B、C、D逐一進(jìn)行分析即可。

原子結(jié)構(gòu)理論是學(xué)習(xí)元素周期律、認(rèn)識(shí)元素周期表的結(jié)構(gòu)、建立化學(xué)鍵概念的理論基礎(chǔ)；元素周期律和元素周期表的學(xué)習(xí)能進(jìn)一步發(fā)展我們對(duì)元素化合物性質(zhì)的認(rèn)識(shí)；化學(xué)鍵概念的建立，也為我們今后學(xué)習(xí)有機(jī)化學(xué)知識(shí)打下基礎(chǔ)。