2024-2025學(xué)年新教材高中化學(xué)第4章物質(zhì)結(jié)構(gòu)元素周期律第1節(jié)課時(shí)2元素周期表核素學(xué)案新人教版必修第一冊(cè)

PAGE10-課時(shí)2元素周期表核素發(fā)展目標(biāo)體系構(gòu)建1.通過(guò)了解元素周期表的結(jié)構(gòu)(周期族)，相識(shí)原子結(jié)構(gòu)與元素周期表中位置間的關(guān)系，培育學(xué)生“宏觀辨識(shí)與證據(jù)推理”的核心素養(yǎng)。2．知道eq\o\al(A,Z)X的含義，知道元素、核素、同位素的含義，培育“微觀探析與模型認(rèn)知”的核心素養(yǎng)。一、元素周期表1．元素周期表的出現(xiàn)與演化2．原子序數(shù)(1)含義：依據(jù)元素在周期表中的依次給元素編號(hào)。(2)原子序數(shù)與元素的原子結(jié)構(gòu)之間存在的關(guān)系：原子序數(shù)＝核電荷數(shù)＝質(zhì)子數(shù)＝核外電子數(shù)。二、元素周期表的結(jié)構(gòu)1．編排原則2．元素周期表的結(jié)構(gòu)(1)(2)族①主族，共七個(gè)主族：包括ⅠA、ⅡA、ⅢA、ⅣA、ⅤA、ⅥA、ⅦA，分別在周期表的第1、2、13、14、15、16、17縱行。由短周期和長(zhǎng)周期元素共同構(gòu)成。②副族，包括ⅠB、ⅡB、ⅢB、ⅣB、ⅤB、ⅥB、ⅦB和第Ⅷ族，分別在周期表的第11、12、3、4、5、6、7縱行和在周期表的第8、9、10縱行。完全由長(zhǎng)周期元素構(gòu)成。③0族：在周期表的第18縱行，為稀有氣體元素。元素原子的最外層電子數(shù)為8(第一周期的He為2)，原子結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，化學(xué)性質(zhì)不活潑，通常很難發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，化合價(jià)為零價(jià)，定為0族。(3)常見(jiàn)族的別稱(chēng)：第ⅠA族(除氫外)—堿金屬元素，ⅦA——鹵族元素，0族—稀有氣體元素，ⅣA、ⅤA、ⅥA族依次又叫碳族、氮族、氧族。3．元素周期表中方格中的符號(hào)的意義(1)元素周期表中所含元素種類(lèi)最多的族是哪族？共有多少種元素？[提示]ⅢB；32。(2)同一周期，ⅡA與ⅢA族的原子序數(shù)差肯定為1嗎？為什么？[提示]不肯定，可能為1、11、25。三、核素1．氫元素的三種核素氫元素的原子核原子名稱(chēng)原子符號(hào)(eq\o\al(A,Z)X)質(zhì)子數(shù)(Z)中子數(shù)(N)10氕eq\o\al(1,1)H11氘eq\o\al(2,1)H或D12氚eq\o\al(3,1)H或T2.核素與同位素(1)核素：把具有肯定數(shù)目質(zhì)子和肯定數(shù)目中子的一種原子叫做核素。(2)同位素：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稱(chēng)為同位素。如eq\o\al(1,1)H、D、T互稱(chēng)為同位素。(3)核素(原子)符號(hào)質(zhì)量數(shù)為A、質(zhì)子數(shù)為Z的核素(原子)表示為eq\o\al(A,Z)X。(4)同位素的特征①同一種元素的各種同位素的化學(xué)性質(zhì)幾乎完全相同；物理性質(zhì)略有差異。②在自然存在的某種元素里，不論是游離態(tài)還是化合態(tài)，同位素相互之間保持肯定的比率。(5)同位素的用途①eq\o\al(14,6)C在考古工作中用于測(cè)定一些文物的年頭。②eq\o\al(2,1)H、eq\o\al(3,1)H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。④利用18O作為示蹤原子探究有機(jī)反應(yīng)機(jī)理。微點(diǎn)撥：元素的相對(duì)原子質(zhì)量是依據(jù)該元素各種核素所占的肯定百分比計(jì)算的平均值。即M(元素)＝M1×a%＋M2×b%＋M3×c%＋…(其中M1、M2…為核素的相對(duì)原子質(zhì)量，a%、b%…，為各核素的原子百分比。)1．推斷正誤(正確的打“√”，錯(cuò)誤的打“×”)(1)長(zhǎng)周期中的元素沒(méi)有主族，只有副族、Ⅷ族、0族。 ()(2)ⅠA族中元素均為金屬元素，又稱(chēng)堿金屬元素。 ()(3)任何核素均有質(zhì)子和中子。 ()(4)18O中質(zhì)子數(shù)為8，中子數(shù)為10，與16O互稱(chēng)同位素。 ()[答案](1)×(2)×(3)×(4)√2．關(guān)于元素周期表，下列敘述中不正確的是()A．元素周期表中共有18列，16族B．周期表中的族分為主族、副族、0族C．周期表中第3縱行為ⅢA族D．主族都是由短周期元素和長(zhǎng)周期元素共同組成[答案]C3．簡(jiǎn)潔原子的原子結(jié)構(gòu)可用下圖形象地表示：其中“●”表示質(zhì)子或電子，“”表示中子，則下列有關(guān)①②③的敘述正確的是()A．①②③互為同素異形體B．①②③互為同位素C．①②③是三種化學(xué)性質(zhì)不同的粒子D．①②③具有相同的質(zhì)量數(shù)[答案]B周期表的結(jié)構(gòu)與定量關(guān)系1．元素周期表的結(jié)構(gòu)(1)列序數(shù)與族序數(shù)的關(guān)系①列序數(shù)＜8，主族和副族的族序數(shù)＝列序數(shù)；②列序數(shù)＝8或9或10，為第Ⅷ族；③列序數(shù)>10，主族和副族的族序數(shù)＝列序數(shù)－10(0族除外)。(2)三個(gè)定量關(guān)系①周期序數(shù)＝電子層數(shù)②主族序數(shù)＝最外層電子數(shù)③原子序數(shù)＝核電荷數(shù)＝質(zhì)子數(shù)＝核外電子數(shù)(3)原子序數(shù)的定量關(guān)系①同周期，ⅡA與ⅢA族原子序數(shù)差可能為1,11,25②同族，相鄰周期原子序數(shù)差：ⅠA～ⅡA：上一周期元素種類(lèi)數(shù)；ⅢA～0族：下一周期元素種類(lèi)數(shù)。如Na與K相差8，Cl與Br相差18。2．據(jù)原子序數(shù)確定元素位置的方法——稀有氣體定位法(1)比大小定周期比較該元素的原子序數(shù)與0族元素的序數(shù)大小，找出與其相鄰近的0族元素，那么該元素就和序數(shù)大的0族元素處于同一周期。(2)求差值定族數(shù)①若某元素原子序數(shù)比相應(yīng)的0族元素多1或2，則該元素應(yīng)處在該0族元素所在周期的下一個(gè)周期的ⅠA族或ⅡA族。②若比相應(yīng)的0族元素少1～5時(shí)，則應(yīng)處在同周期的ⅦA～ⅢA族。③若差為其他數(shù)，則由相應(yīng)差數(shù)找出相應(yīng)的族。如84號(hào)元素的位置為與86號(hào)稀有氣體氡在同一周期(第六周期)，在ⅥA族。【典例】已知X、Y、Z三種主族元素在周期表中的位置如圖所示，設(shè)X的原子序數(shù)為a。則下列說(shuō)法不正確的是()YXZA．Y與Z的原子序數(shù)之和可能為2aB．Y的原子序數(shù)可能為a－17C．Z的原子序數(shù)可能為a＋31D．X、Y、Z肯定為短周期元素D[X、Y、Z為主族元素，Y肯定不在第一周期，則X、Y、Z均可能為長(zhǎng)周期元素，D項(xiàng)錯(cuò)誤；若X、Y、Z分別位于第三、四、五周期的右邊，則Y的原子序數(shù)為a－17；Y與Z的原子序數(shù)之和可能為2a；若X、Y、Z分別位于第四、五、六周期的右邊，Z的原子序數(shù)可能為a＋31。][借題發(fā)揮]與X同族，與Z同周期的元素原子序號(hào)可能為多少？[答案]a＋18或a＋32。1．下列各圖若為元素周期表的一部分(表中數(shù)字代表原子序數(shù))，其中合理的是()ABCDD[本題要求熟記周期表的結(jié)構(gòu)，知道1～18號(hào)元素在周期表中的詳細(xì)位置。解題時(shí)可依據(jù)稀有氣體2號(hào)、10號(hào)元素應(yīng)在周期表的最右端和3號(hào)元素應(yīng)在周期表的最左端推斷A、B、C錯(cuò)誤。]元素、核素、同位素、同素異形體比較1．有下列物質(zhì)：①Heq\o\al(18,2)O②Deq\o\al(16,2)O③12CH4④14C17O2上述物質(zhì)涉及________種元素，________種核素。[答案]372．有下列幾組物質(zhì)：①35Cl與37Cl②O2與O3③H2O與D2O④金剛石與石墨⑤D與T⑥13C與14C上述物質(zhì)組互為同位素有________(填序號(hào)，下同)，互為同素異形體的有________。[答案]①⑤⑥②④1．比較2．聯(lián)系(1)同種元素可以有多種不同的同位素原子，所以元素的種類(lèi)數(shù)目遠(yuǎn)少于原子種類(lèi)的數(shù)目。(2)核素之間轉(zhuǎn)化為核反應(yīng)，不屬于化學(xué)改變。(3)同種元素可以有多種單質(zhì)，所以單質(zhì)種類(lèi)數(shù)多于元素種類(lèi)數(shù)。2．下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是()A.eq\o\al(1,1)H、eq\o\al(2,1)H、H＋和H2是氫元素的四種不同粒子B.eq\o\al(40,20)Ca和eq\o\al(42,20)Ca、石墨和金剛石均為同素異形體C.eq\o\al(1,1)H和eq\o\al(2,1)H是不同的核素D．12C和14C互為同位素，物理性質(zhì)不同，但化學(xué)性質(zhì)幾乎完全相同B[元素的存在形式有游離態(tài)和化合態(tài)兩種，A項(xiàng)中的四種粒子是氫元素的四種不同粒子，eq\o\al(1,1)H和eq\o\al(2,1)H是質(zhì)子數(shù)均為1，中子數(shù)不等的不同的氫原子，它們是不同的核素；12C和14C由于其質(zhì)子數(shù)均為6，而中子數(shù)分別為6和8，故它們互為同位素，同理，eq\o\al(40,20)Ca和eq\o\al(42,20)Ca互為同位素其物理性質(zhì)不同但化學(xué)性質(zhì)幾乎完全相同；金剛石與石墨是由碳元素組成的不同的單質(zhì)，它們互為同素異形體。]3.eq\o\al(20,10)Ne是最早發(fā)覺(jué)的Ne元素的穩(wěn)定同位素，湯姆孫(J.J.Thomson)和阿斯通(F.W.Aston)在1913年發(fā)覺(jué)了eq\o\al(22,10)Ne。下列有關(guān)說(shuō)法正確的是()A．eq\o\al(22,10)Ne和eq\o\al(20,10)Ne是同素異形體B．eq\o\al(22,10)Ne和eq\o\al(20,10)Ne屬于不同的核素C．eq\o\al(22,10)Ne和eq\o\al(20,10)Ne的性質(zhì)完全相同D．eq\o\al(22,10)Ne轉(zhuǎn)變?yōu)閑q\o\al(20,10)Ne為化學(xué)改變B[eq\o\al(22,10)Ne和eq\o\al(20,10)Ne的質(zhì)子數(shù)相同而中子數(shù)不同，互為同位素，A錯(cuò)誤；eq\o\al(22,10)Ne和eq\o\al(20,10)Ne的質(zhì)子數(shù)相同而中子數(shù)不同，屬于不同的核素，B正確；eq\o\al(22,10)Ne和eq\o\al(20,10)Ne的化學(xué)性質(zhì)完全相同，物理性質(zhì)不同，C錯(cuò)誤；eq\o\al(22,10)Ne轉(zhuǎn)變?yōu)閑q\o\al(20,10)Ne中沒(méi)有新物質(zhì)生成，不是化學(xué)改變，是核素之間的轉(zhuǎn)化，D錯(cuò)誤。]素材1俄羅斯科學(xué)家用含20個(gè)質(zhì)子的鈣的一種原子轟擊含95個(gè)質(zhì)子的镅原子，結(jié)果4次勝利合成4個(gè)第115號(hào)元素的原子，中文名“鏌”，讀音是mò。這4個(gè)原子生成數(shù)微秒后衰變成第113號(hào)元素，中文名“”，讀作nǐ。問(wèn)題探究：(1)115號(hào)元素原子的電子層數(shù)和最外層電子數(shù)分別為多少？(2)若115號(hào)元素的一種核素養(yǎng)量數(shù)為289，則該元素的質(zhì)子數(shù)與中子數(shù)的差為多少？(3)113號(hào)元素原子的核外電子數(shù)為多少？[答案](1)7、5(2)59(3)113素材2核武器是利用能自持進(jìn)行核裂變或聚變反應(yīng)釋放的能量，產(chǎn)生爆炸作用，并具有大規(guī)模殺傷破壞效應(yīng)的武器的總稱(chēng)。其中主要利用鈾235(235U)或钚239(239Pu)等重原子核的裂變鏈?zhǔn)椒磻?yīng)原理制成的裂變武器，通常稱(chēng)為原子彈；主要利用重氫(2H，氘)或超重氫(3H，氚)等輕原子核的熱核反應(yīng)原理制成的熱核武器或聚變武器，通常稱(chēng)為氫彈。問(wèn)題探究：(1)235U與239Pu中的中子數(shù)分別為多少？(2)235U與234U、238U屬于什么關(guān)系？(3)2H、3H分別與16O、17O組成的水分子有哪幾種？(4)2H2與3H2互為同位素，對(duì)嗎？為什么？(5)原子彈爆炸是化學(xué)改變嗎？為什么？[答案](1)143,145(2)同位素(3)2Heq\o\al(16,2)O,2Heq\o\al(17,2)O,3Heq\o\al(16,2)O,3Heq\o\al(17,2)O,2H3H16O,2H3H17O共6種。(4)不對(duì)，2H2、3H2不是核素原子。(5)不是化學(xué)改變，原子種類(lèi)發(fā)生改變。通過(guò)素材1中的新元素的發(fā)覺(jué)及結(jié)構(gòu)探究和素材2原子彈、氫彈的爆炸反應(yīng)及涉及的核素培育學(xué)生“科學(xué)探究與科學(xué)精神”的核心素養(yǎng)。1．下列說(shuō)法正確的是()A．元素周期表中元素排序的依據(jù)是原子的核電荷數(shù)B．元素周期表有十六個(gè)縱列，也就是十六個(gè)族C．原子的最外層電子數(shù)相同的元素，肯定屬于同一族D．電子層數(shù)相同的粒子，對(duì)應(yīng)元素肯定屬于同一周期A[元素周期表中有18個(gè)縱列，16個(gè)族，第Ⅷ族占三個(gè)縱列；Be和He的最外層電子數(shù)都是2，但不屬于同一族；Ne和Na＋的電子層數(shù)都是2，但不屬于同一周期。]2．短周期元素A、B、C在周期表中的位置如圖所示。已知B、C兩元素的原子序數(shù)之和是A元素的4倍，則A、B、C是()A．Be、Na、Al B．B、Mg、SiC．O、P、Cl D．C、Al、PC[短周期元素A、B、C，設(shè)A的原子序數(shù)為m，則B、C的原子序數(shù)分別為m＋8－1和m＋8＋1，由題意知(m＋8－1)＋(m＋8＋1)＝4m，則m＝8，故選C。]3．已知R2＋核外有a個(gè)電子，核內(nèi)有b個(gè)中子。下列能正確表示R的原子符號(hào)的是()A．eq\o\al(b,a)RB．eq\o\al(a＋b－2,a－2)RC．eq\o\al(a＋b＋2,a＋2)RD．eq\o\al(a＋b,a－2)RC[R2＋核外有a個(gè)電子，因此R原子核外有a＋2個(gè)電子，R原子的核外電子數(shù)、質(zhì)子數(shù)、核電荷數(shù)均為a＋2，其質(zhì)量數(shù)為中子數(shù)與質(zhì)子數(shù)之和，即a＋2＋b。]4．(素養(yǎng)題)近20年來(lái)，穩(wěn)定同位素分析法在植物生理學(xué)、生態(tài)學(xué)和環(huán)境科學(xué)探討中獲得廣泛應(yīng)用。如在陸地生態(tài)系統(tǒng)探討中，2H、13C、15N、18O、34S等常用作環(huán)境分析指示物。下列說(shuō)法中正確的是()A．34S原子核內(nèi)的中子數(shù)為16B．16O轉(zhuǎn)換成18O不是化學(xué)改變C．2H＋的酸性比1H＋的酸性更強(qiáng)D．13C和15N的質(zhì)子數(shù)相差2B[由“質(zhì)子數(shù)＋中子數(shù)＝質(zhì)量數(shù)”可知，34S的中子數(shù)為34－16＝18，A項(xiàng)錯(cuò)誤；原子是化學(xué)改變中的最小粒子，則16O轉(zhuǎn)換成18O不是化學(xué)改變，B項(xiàng)正確；互為同位素的原子化學(xué)性質(zhì)幾乎相同，故2H＋的酸性與1H＋的酸性相同，C項(xiàng)錯(cuò)誤；13C和15N的質(zhì)子數(shù)分別是6、7，相差1，D項(xiàng)錯(cuò)誤。]5.