第五单元 物质结构 元素周期律
第1节 物质结构 元素周期表
1．了解元素、核素和同位素的含义。
2．了解原子构成。了解原子序数、核电荷数、质子数、中子数、核外电子数以及它们之间的相互关系。
3．了解原子核外电子排布。
4．了解元素周期表（长式）的结构（周期、族）及其应用。
一、原子结构及微粒间的关系
1．原子的构成
2．构成原子或离子微粒间的数量关系
（1）质子数＝核电荷数＝核外电子数＝原子序数。
（2）阳离子的核外电子数＝质子数________________。
（3）阴离子的核外电子数＝质子数________________。
（4）质量数（A）＝质子数（Z）＋____________________。
即时训练1 （1）Ti的质子数为________、中子数为________、电子数为________、质量数为________；
（2）27Al3＋的中子数为________、电子数为________、中子数与质子数之差为________；
（3）D3O＋的质子数为________、中子数为________、电子数为________。
特别提示：①任何微粒中，质量数＝质子数＋中子数，但质子数与电子数不一定相等，如阴、阳离子中；②有质子的微粒不一定有中子，如1H，有质子的微粒不一定有电子，如H＋；③质子数相同的微粒不一定属于同一种元素，如F与OH－。
二、原子核外电子排布
1．在同一原子中各电子层之间的关系
电子层数（n）
1
2
3
4
5
6
7
符号
K
L
M
N
O
P
Q
电子层能量的关系
从K→Q能量逐渐______
电子层离核远近的关系
从K→Q离核越来______
2.原子核外电子排布规律
（1）核外电子一般总是尽先排布在________________的电子层里。
（2）每个电子层最多容纳的电子数为______________。
（3）最外层最多容纳电子数不超过______个（K层为最外层时不超过______个）。
即时训练2 画出下列原子的原子结构示意图，Na：____________、Cl：______________、C：____________。
特别提示：①掌握1～18号元素的核外电子排布；②各层最多容纳的电子数，必须同时兼顾，如L层是次外层，其电子数最多是8，而不符合次外层最多容纳的电子数不超过18的规律。
三、元素周期表
1．形成
1869年，由俄国化学家__________初步绘制完成。
2．原子序数
按照元素在__________中的顺序给元素编号即得原子序数。
原子序数＝____________＝__________＝__________。
3．编排原则
周期：按________________递增顺序从左到右排列，把____________相同的元素排成一横行。
族：把不同横行中__________________相等的元素，按__________递增的顺序从上而下排成一纵行。
4．元素周期表的结构
即时训练3 下列说法中正确的是______。
A．长式元素周期表中现有7个横行，7个周期，18个纵行，18个族
B．同周期的第ⅡA族和第ⅢA族元素的原子序数一定相差1
C．除短周期外，其他周期均有18种元素
D．最外层电子数相同的元素不一定在同一主族
E．元素所在的周期数一定等于其原子的电子层数
F．每个周期都是从碱金属开始到稀有气体结束
一、元素、核素、同位素、同素异形体
1．同素异形体
同种元素形成的不同单质，比如白磷与红磷，石墨、金刚石和C60，O2与O3等。
2．元素、核素、同位素
3．适用范围
元素
核素
同位素
同素异形体
适用范围
宏观
原子
原子之间
单质间
【例1】（改编组合）下列说法正确的是（ ）。
①在氮原子中，质子数为7而中子数不一定为7
②O与O是不同的核素，因此分别由这两种原子构成的分子化学性质不同
③O2和O3互为同素异形体
④Ti和Ti的质量数不同，属于两种元素
⑤实际存在的H、H、H、H＋和H2，它们是氢的五种核素
⑥H2、H2、H2互为同位素[来源:学§科§网Z§X§X§K]
⑦稀土元素62Sm与62Sm是同一种核素
A．①⑥ B．②④ C．⑤⑦ D．①③
方法归纳
区分以上概念，先要明确各概念所适用的范畴，如同位素是指质子数相同的核素（原子）之间的互称，同素异形体是指单质之间的互称。元素是宏观概念，核素是指原子，抓住各概念的实质才能正确区分。
二、原子结构与元素周期表关系的规律
1．常见的等量关系
（1）周期数＝核外电子层数；[来源:学科网]
（2）主族序数＝最外层电子数＝最高正价＝8－|最低负价|
2．元素周期表中的序差关系
（1）同一周期ⅡA与ⅢA族元素的原子序数可能相差1（第二、三周期）或11（第四、五周期）或25（第六、七周期）。
（2）相邻周期，同一主族元素的原子序数可能相差2、8、18、32。
若A、B是同主族相邻周期元素，A、B所在周期分别有m和n种元素，A的原子序数为x，B的原子序数为y，若A在B的上一周期。当：
A、B在ⅠA或ⅡA族时，y＝x＋m；
A、B在ⅢA～0族时，y＝x＋n。
3．由原子序数确定元素位置
例如：84号元素、88号元素在周期表中的位置。
首先确定0族元素的原子序数，方法：每一周期所容纳的元素种类为2、8、8、18、18、32、32，用这些数可计算出与84号比较接近的0族元素的原子序数，第六周期0族元素是86号元素，所以84号元素是第六周期第ⅥA族，同理88号元素是第七周期第ⅡA族。
【例2】 （改编组合）下列说法正确的是（ ）。
A．原子序数为7的元素的最高化合价为＋4价
B．114号元素位于第七周期第ⅣA族
C．位于同一主族的甲乙两种元素，甲的原子序数为x，则乙的原子序数可能为x＋4
D．位于同一周期的甲乙两种元素，甲位于ⅠA族，原子序数为x，乙位于ⅢA族，则乙原子序数可能为x＋19
方法归纳
在做这种类型的题目时，一定要牢牢记住各周期所容纳的元素种类，还应注意周期表的特点——ⅡA和ⅢA族并不一定相邻。
三、有关原子核外电子排布的推断
规律学习是主线，特性特点往往是考点，所以我们在复习中不仅要掌握原子结构的规律，还要掌握原子结构的特性。核电荷数为1～18的元素的原子结构是高考重点要求与考查的内容，熟练掌握其结构特征，尤其是核外电子排布是快速判断元素的前提和基础。
1．规律
（1）最外层电子数跟次外层电子数相等的原子有Be、Ar。
（2）最外层电子数是次外层电子数2倍的原子是C；3倍的是O；4倍的是Ne；的是Li、Si。
（3）电子层数跟最外层电子数相等的原子有H、Be、Al。
（4）最外层电子数是电子层数2倍的原子有He、C、S；3倍的是O。
2．特性
核电荷数为1～18的元素的特征性质：
（1）气态密度最小，原子核中只有质子没有中子，原子序数、电子层数、最外层电子数三者均相等的是H。
（2）单质硬度最大，熔沸点最高，形成化合物种类最多，正负化合价代数和为零且气态氢化物中含氢百分率最高的元素是C。
（3）原子半径最大的是Na，最小的是H。
（4）地壳中含量最多的元素为氧，其次是硅；地壳中含量最多的金属元素是铝。
（5）一些元素的应用：Li、H常用于高能电池，Si是制造光电池、半导体的常用材料；Al是应用最广泛的短周期金属元素；14C常用于文物的年代鉴定。
【例3－1】 已知A、B、C、D、E是短周期中原子序数依次增大的5种主族元素，其中元素A、E的单质在常温下呈气态，元素B的原子最外层电子数是其电子层数的2倍，元素C在同周期的主族元素中原子半径最大，元素D的合金是日常生活中常用的金属材料。下列说法正确的是（ ）。
A．元素A、B组成的化合物常温下一定呈气态
B．一定条件下，元素C、D的最高价氧化物对应的水化物之间能发生反应
C．原子半径B＞D＞E
D．化合物AE与CE含有相同类型的化学键
方法归纳
首先根据原子结构的规律及特性推断出元素的种类，并推出其在元素周期表中的大致位置，然后再根据元素周期律进行判断。
【例3－2】 （2012浙江理综，9）X、Y、Z是原子序数依次递增的短周期元素，3种元素的原子核外电子数之和与Ca2＋的核外电子数相等，X、Z分别得到一个电子后均形成稀有气体原子的稳定电子层结构。下列说法正确的是（ ）。
A．原子半径：Z＞Y＞X
B．Z与X形成化合物的沸点高于Z的同族元素与X形成化合物的沸点
C．CaY2与水发生氧化还原反应时，CaY2只作氧化剂
D．CaX2、CaY2和CaZ2等3种化合物中，阳离子与阴离子个数比均为1∶2
1．（高考集萃）下列叙述中正确的是______。
A．（2012山东理综）同种元素的原子均有相同的质子数和中子数
B．（2012天津理综）U和U是中子数不同质子数相同的同种核素
C．（2012海南化学）S2－的结构示意图：
D．（2012江苏化学）中子数为20的氯原子：Cl
E．（2011课标全国理综）1.00 mol NaCl中，所有Na＋的最外层电子总数为8×6.02×1023
F．（2011山东理综）多电子原子中，在离核较近的区域内运动的电子能量较高
G．（2011山东理综）14C可用于文物的年代鉴定，14C与13C互为同素异形体
H．（2011福建理综）若M＋和R2－的核外电子层结构相同，则原子序数：R＞M
2．（2012课标全国理综，13）短周期元素W、X、Y、Z的原子序数依次增大，其中W的阴离子的核外电子数与X、Y、Z原子的核外内层电子数相同。X的一种核素在考古时常用来鉴定一些文物的年代，工业上采用液态空气分馏方法来生产Y的单质，而Z不能形成双原子分子。根据以上叙述，下列说法中正确的是（ ）。
A．上述四种元素的原子半径大小为W＜X＜Y＜Z
B．W、X、Y、Z原子的核外最外层电子数的总和为20
C．W与Y可形成既含极性共价键又含非极性共价键的化合物
D．由W与X组成的化合物的沸点总低于由W与Y组成的化合物的沸点
3．X、Y、Z、W、R是短周期元素，原子序数依次增大，Y的最外层电子数是次外层的两倍，也是X、W最外层电子数之和的两倍，Z是地壳中含量最多的元素，R的单核离子在同周期元素形成的单核离子中半径最小。以下说法中正确的是（ ）。
A．R形成的盐一定不能与Y的最高价氧化物对应的水化物发生反应[来源:学科网ZXXK]
B．Z、W形成的化合物中只有一种类型的化学键
C．Y、Z的氢化物的稳定性Y＜Z
D．X的原子半径一定小于Z
4．下列表述中不正确的是（ ）。
A．DO中，质量数之和是质子数之和的两倍
B．12C和14C互为同位素，而C60与金刚石互为同素异形体
C．一种原子的质量数为197，中子数为118，则它是主族元素
D．一种元素的原子序数为m，另一种元素的原子序数为m＋11，则这两种元素所在的族序数可能相邻
5．A、B、C、D 4种元素的原子序数均小于18，A原子的最外层电子比B原子的最外层的电子少5个，B原子的最外层电子数是次外层电子数的3倍，A和B能形成A2B型共价化合物，C原子和A原子的最外层电子数相同，0.2 mol C的单质与足量的酸反应放出2.24 L 氢气（标准状况），D原子的K、M层上的电子数之和为其L层上电子数的一半。
（1）A元素的名称__________，B元素的符号__________。
（2）C的单质与酸反应的离子方程式：_______________________________________
________________________________________________________________________。
（3）D的原子结构示意图为________________。
参考答案
基础梳理整合
一、1.质子 Z 元素 中子 A－Z 原子 Z 元素
2．－阳离子的电荷数 ＋阴离子的电荷数 中子数(N)
即时训练1
(1)22 26 22 48
(2)14 10 1
(3)11 11 10
二、1.升高 越远
2．(1)能量最低 (2)2n2 (3)8 2
即时训练2
三、1.门捷列夫
2．周期表 核电荷数 质子数 核外电子数
3．原子序数 电子层数 最外层电子数 电子层数
4．短 2 8 8 长 18 18 32 15 15 32 短周期和长周期 7 长周期 7 8、9、10 18
即时训练3
答案：DE
核心归纳突破
【例1】 D 解析：②中因为核外电子数相同，所以化学性质相同，错误；④⑦分别属于同一种元素的不同核素，错误；同位素研究对象是原子与原子之间，⑥均为分子，错误。
【例2】 B 解析：原子序数为7的元素一定为主族元素，主族元素原子序数为奇数的原子所在的族序数一定为奇数，所以最高化合价也一定为奇数，A错误；118号元素位于第七周期、0族，所以114号元素位于第七周期、第ⅣA族，B正确；同一主族的元素相差2、8、18、32或上述数字间的和，C错误；同一周期第ⅠA族与第ⅢA族之间的差可能为2、12、26，D错误。
【例3－1】 B 解析：B元素的原子最外层电子数是其电子层数的2倍，可知B可能为碳或硫，C为Na，常见的金属材料为Al、Fe，由短周期可知D为Al，B的原子序数小于C(Na)的，所以B只能为碳；我们常见的气体单质为H2、N2、O2、F2、Cl2，根据位置排除可以确定A为H2、E为Cl2；碳原子数大于4的烃为液体或固体，A错误；NaOH溶液能与Al(OH)3反应，B正确；HCl中含共价键、NaCl中含离子键，D错误。
【例3－2】 B 解析：由题给信息知X、Y、Z三种元素的核外电子数之和为18，由“ X、Z分别得一个电子后形成稀有气体原子的稳定电子层结构”可推知X为氢或氟、Z为氟或氯，讨论得X为氢、Z为氯，X为氟、Z为氯时均不符合要求，故X只能为氢，Z只能为氟，则Y为氧。原子半径的大小顺序是Y＞Z＞X，A项不正确；由于HF分子间存在氢键，所以HF的沸点比同族的其他氢化物的沸点高，B项正确；2CaO2＋2H2O===2Ca(OH)2＋O2↑，CaO2既是氧化剂又是还原剂，C项不正确；CaH2、CaF2中阳离子与阴离子个数比为1∶2，而在CaO2中，阳离子与阴离子个数比为1∶1，D项不正确。
演练巩固提升
1．答案：CE
解析：A选项，同种元素的原子的质子数相同，但中子数不同，错误；B选项，U和U是同种元素的两种不同核素，错误；D选项，质量数为37，错误；E选项，1 mol Na＋最外层含有8 mol电子，正确；F选项，电子能量越高离核越远，错误；G选项，同素异形体描述的对象为单质，错误；H选项，M在R的下一周期，错误。
2．C 解析：由“X的一种核素可用于考古”可知X为碳元素，由“分馏液态空气来生产Y”可知Y为氮元素或氧元素。因X为碳，其内层电子数为2，故W的阴离子有2个电子，所以W为H；由Z不能形成双原子分子，且内层电子数为2，故Z为Ne。碳的原子半径大于氧或氮的原子半径，A错误；W、X、Y、Z的最外层电子数之和为18或19，B错误；H与N可形成N2H4、H和O可形成H2O2，C正确；W与X形成的烃随着碳原子数的增加熔沸点逐渐增大，且可以形成高分子化合物，所以D错误。
3．C 解析：根据Y的核外电子排布，可知Y为碳，X、W最外层电子数之和只能为2，所以X、W均位于第ⅠA族，X为H或Li、W为Na；Z是地壳中含量最多的元素可知为氧；同周期元素形成的单核离子中半径最小的应该是带电荷最多的阳离子，所以R为铝。A选项，H2CO3与NaAlO2反应，错误；B选项，Na2O不含共价键、Na2O2含非极性共价键，错误；C选项，H2O的稳定性大于CH4，正确；X如果为Li，可知D选项错误。
4．C 解析：D原子中含有1个中子和1个质子，16O有8个质子和8个中子，所以A正确；C项，质子数为197－118＝79，由第六周期0族为86号元素可知该元素一定不是主族元素，C错误；第四周期ⅡA与ⅢA元素之间隔着10个过渡元素，D正确。[来源:学.科.网]
5．答案：(1)氢 O
(2)2Na＋2H＋===2Na＋＋H2↑
(或2Li＋2H＋===2Li＋＋H2↑)
(3)
解析：B原子最外层电子数为次外层电子数的3倍，可知B为氧；A的最外层电子数比B少5，可知A最外层电子数为1，且A和B形成A2B型共价化合物，可知A为氢；A、C最外层电子数相同，且0.2 mol C与足量盐酸反应生成0.1 mol H2，则C为锂或钠；D的K、M层上电子数之和为L层的一半，根据排布规律可知D为镁。
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