04 第四章 物質(zhì)結(jié)構(gòu) 元素周期律

第四章 物質(zhì)結(jié)構(gòu) 元素周期律

第一節(jié) 原子結(jié)構(gòu)與元素周期表

一、元素周期表的重要性

• 揭示了元素間的內(nèi)在聯(lián)系

• 使元素構(gòu)成了一個系統(tǒng)的體系

• 化學(xué)發(fā)展史上的重要里程碑之一

二、原子結(jié)構(gòu)與元素周期表的關(guān)系

• 20世紀(jì)初，原子結(jié)構(gòu)的奧秘被揭示

• 人們對元素周期表的認識更加完善

元素周期表（Periodic Table of Elements）

• 編排原則：按照元素的原子序數(shù)（即核內(nèi)質(zhì)子數(shù)）遞增的順序排列

• 結(jié)構(gòu)特點：

• 橫行（周期）：具有相同電子層數(shù)的元素排成一行

• 縱列（族）：具有相似化學(xué)性質(zhì)的元素排成一列

三、元素周期律

• 定義：元素的性質(zhì)隨著原子序數(shù)的遞增而呈周期性變化的規(guī)律

• 表現(xiàn)：

• 原子半徑的周期性變化

• 元素主要化合價的周期性變化

• 元素金屬性和非金屬性的周期性變化

四、化學(xué)鍵

• 定義：相鄰原子或離子之間強烈的相互作用

• 類型：

• 共價鍵：原子間通過共用電子對形成的化學(xué)鍵

• 離子鍵：陰、陽離子間通過靜電作用形成的化學(xué)鍵

• 金屬鍵：金屬陽離子與自由電子之間的相互作用

五、總結(jié)

• 元素周期表是化學(xué)學(xué)習(xí)和研究的基礎(chǔ)工具

• 原子結(jié)構(gòu)與元素周期表之間有著密切的關(guān)系

• 元素周期律揭示了元素性質(zhì)的周期性變化規(guī)律

• 化學(xué)鍵是理解物質(zhì)構(gòu)成和化學(xué)變化的關(guān)鍵

原子結(jié)構(gòu)

一、原子組成

原子是構(gòu)成物質(zhì)的基本單位，它由以下部分組成：

• 原子核：位于原子的中心，由質(zhì)子和中子組成，帶有正電荷。

• 質(zhì)子：帶有正電荷的粒子，其數(shù)量決定了元素的種類（即原子序數(shù)）。

• 中子：不帶電荷的粒子，與質(zhì)子共同組成原子核。

原子結(jié)構(gòu)思維綱要

一、原子構(gòu)成

• 原子核

• 質(zhì)子

• 中子

• 核外電子

二、原子核特性

• 質(zhì)量數(shù)(A)定義：質(zhì)子數(shù)(Z) + 中子數(shù)(N)

• 質(zhì)子和中子相對質(zhì)量近似為1

• 原子質(zhì)量主要集中在原子核上

三、電子層結(jié)構(gòu)

• 電子在能量不同的區(qū)域內(nèi)運動

• 電子層模型：洋蔥式結(jié)構(gòu)

• 電子層表示：n=1,2,3,4,5,6,7 或 K、L、M、N、O、P、Q

• 電子能量與距離原子核遠近關(guān)系：離核近能量低，離核遠能量高

四、電子排布規(guī)律

• 電子一般先從內(nèi)層排起，一層充滿后再填充下一層

• 問題：每個電子層最多可以排布多少個電子？

稀有氣體元素原子電子層排布規(guī)律思考與討論

一、核心問題提出

• 主題：稀有氣體元素原子電子層排布的規(guī)律

• 目標(biāo)：發(fā)現(xiàn)并分析稀有氣體元素原子電子層排布的特點

二、具體問題探討

1. 最外層電子容納數(shù)

• 當(dāng)K層為最外層時，最多能容納的電子數(shù)？

• 除了K層，其他各層為最外層時，最多能容納的電子數(shù)？

2. 次外層電子容納數(shù)

• 次外層最多能容納的電子數(shù)是多少？

3. 第n層電子容納數(shù)歸納

• 你能歸納出第n層最多能容納的電子數(shù)嗎？

4. 核外電子排布表示

• 根據(jù)所歸納的規(guī)律，用原子結(jié)構(gòu)示意圖表示核電荷數(shù)為1~20號元素原子的核外電子排布。

三、規(guī)律總結(jié)與解釋

• 核心規(guī)律：原子核外第n層最多能容納的電子數(shù)為2n^2

• 特別說明：

• 無論原子有幾個電子層，其最外層中的電子數(shù)最多只有8個（K層只有2個）。

• 原子最外電子層有8個電子（最外層為K層時，最多只有2個電子）的結(jié)構(gòu)是相對穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。

四、規(guī)律來源與啟示

• 來源：

• 原子光譜和理論分析的結(jié)果

• 元素周期表得到的啟示

• 意義：

• 深化對原子結(jié)構(gòu)和電子排布的理解

• 為進一步探索原子性質(zhì)和化學(xué)反應(yīng)提供基礎(chǔ)

科學(xué)史話：原子結(jié)構(gòu)模型的演變

概述

• 原子結(jié)構(gòu)模型：科學(xué)家根據(jù)科學(xué)猜想和分析，揭示原子本質(zhì)的認知模型。

• 認識歷史：漫長且無止境。

原子結(jié)構(gòu)模型演變

1. 盧瑟福原子模型（1911年）

• 特點：帶正電荷的核位于原子中心，質(zhì)量幾乎等于原子的全部質(zhì)量，電子繞核運轉(zhuǎn)。

2. 玻爾原子模型（1913年）

• 特點：電子在原子核外特定軌道上繞核做高速圓周運動。

3. 道爾頓模型（1803年）

• 特點：原子是堅實的、不可再分的實心球，構(gòu)成物質(zhì)的基本粒子。

4. 電子云模型（1926~1935年）

• 特點：現(xiàn)代物質(zhì)結(jié)構(gòu)學(xué)說，電子在原子核外小空間內(nèi)高速運動，無確定軌道。

5. 湯姆孫原子模型（1904年）

• 特點：原子內(nèi)正電荷平均分布，鑲嵌許多電子，形成中性原子。

結(jié)論與展望

• 目前：科學(xué)家能利用電子顯微鏡和掃描隧道顯微鏡攝制原子圖像。

• 未來：隨著科技發(fā)展，人類對原子的認識將不斷深化。

元素周期表綱要

一、歷史背景與發(fā)展

• 尋求元素及其化合物間的內(nèi)在聯(lián)系和規(guī)律性

• 1869年，門捷列夫制出第一張元素周期表

• 排序依據(jù)：相對原子質(zhì)量

• 發(fā)展：空位被填滿，形式更加完美

• 排序依據(jù)的變更：原子的核電荷數(shù)

二、原子序數(shù)（Atomic Number）

• 定義：按元素在周期表中的順序編號

• 與原子結(jié)構(gòu)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)

三、周期表的排列原則

• 橫行（Period）排列：

• 電子層數(shù)目相同的元素

• 按原子序數(shù)遞增的順序從左到右排列

• 縱列（Group）排列：

• 不同橫行中最外層電子數(shù)相同的元素

• 按電子層數(shù)遞增的順序由上而下排列

四、周期表的結(jié)構(gòu)

• 橫行數(shù)量：7個

• 縱列數(shù)量：18個

• 特殊：8、9、10三個縱列共同組成第Ⅷ族

• 周期與族的定義：

• 每一個橫行稱為一個周期

• 每一個縱列稱為一個族

思考與討論：元素周期表的探索

一、周期序數(shù)與原子核外電子層數(shù)的關(guān)系

觀察對象：元素周期表是化學(xué)中用于組織和展示所有已知化學(xué)元素的一種表格，它按照元素的原子序數(shù)（即核內(nèi)質(zhì)子數(shù)）進行排序。

討論內(nèi)容：

1. 周期序數(shù)與核外電子層數(shù)：

• 在元素周期表中，每一周期的元素具有相同的電子層數(shù)。

• 周期的序數(shù)正好等于該周期中元素原子核外的電子層數(shù)。例如，第一周期的元素（如氫和氦）只有一層電子，第二周期的元素（如鋰到氮）有兩層電子，以此類推。

• 問題：探討周期序數(shù)與原子核外電子層數(shù)之間的內(nèi)在聯(lián)系。

• 發(fā)現(xiàn)：

2. 周期長短與元素種類：

• 短周期：第一周期僅包含2種元素（氫和氦），第二和第三周期各包含8種元素。

• 長周期：從第四周期開始，每個周期包含的元素種類超過8種，這反映了隨著電子層數(shù)的增加，可能的電子排布方式也增加，因此能夠容納更多的元素。

二、元素周期表的結(jié)構(gòu)與特點

討論內(nèi)容：

1. 主族與副族：

• 主族元素：族序數(shù)后標(biāo)A，包括短周期和長周期元素。主族元素是構(gòu)成有機化合物和許多無機化合物的基礎(chǔ)。

• 副族元素：族序數(shù)后標(biāo)B（第Ⅷ族除外），完全由長周期元素構(gòu)成。副族元素通常具有特殊的催化性能和磁性。

2. 0族元素：

• 特點：原子最外層電子數(shù)為8（氫為2），這使得它們非常穩(wěn)定，不易與其他元素發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，化合價為0。0族元素包括氦、氖、氬等稀有氣體。

3. 特別名稱的族：

• 第IA族：堿金屬元素（氫除外），這些元素都是活潑的金屬，能與水反應(yīng)生成堿。

• 第ⅦA族：鹵族元素，這些元素都是非金屬，具有強烈的氧化性，能與其他元素形成鹽。

三、元素周期表中的方格信息

基本信息：

• 原子序數(shù)：元素的唯一標(biāo)識，等于其核內(nèi)質(zhì)子數(shù)。

• 元素符號：元素的簡寫表示，如H代表氫，He代表氦。

• 元素名稱：元素的正式名稱，如氫、氦、鋰等。

• 相對原子質(zhì)量：元素的平均原子質(zhì)量與碳-12原子質(zhì)量的1/12的比值。

其他信息：

• 質(zhì)量數(shù)：某些方格中可能標(biāo)注有質(zhì)量數(shù)，表示該元素的一種特定同位素的原子核中的質(zhì)子數(shù)與中子數(shù)之和。

核素與同位素綱要

一、核素的概念

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

• 示例：H、H、H各為一種核素。

二、同位素的概念

• 定義：質(zhì)子數(shù)相同而中子數(shù)不同的同一元素的不同原子。

• 示例：H、H、H互為同位素。

• 特性：

• “同位”：在元素周期表中占有相同的位置。

• 中子數(shù)、質(zhì)量數(shù)不同。

三、同位素的天然存在與人工制造

• 天然存在：許多元素都有同位素，且保持一定的比率。

• 人工制造：科學(xué)家利用核反應(yīng)制造出多種同位素。

四、同位素的分類與應(yīng)用

• 分類：

• 放射性同位素：具有放射性。

• 非放射性同位素：不具有放射性。

• 應(yīng)用：

• 能源領(lǐng)域

• 農(nóng)業(yè)：育種

• 醫(yī)療：診斷、治療疾病

• 考古：測定文物年代

• 其他：金屬探傷等

五、信息搜索任務(wù)

• 目標(biāo)：了解放射性同位素在能源、農(nóng)業(yè)、醫(yī)療、考古等方面的應(yīng)用。

• 方法：通過各種渠道收集相關(guān)資料。

化學(xué)與職業(yè)：科技考古研究人員

一、科技考古概述

• 定義：利用現(xiàn)代科技手段分析古代遺存，結(jié)合考古學(xué)方法，探索人類歷史。

• 重要性：拓展考古研究方法與領(lǐng)域，具有廣闊的發(fā)展前景。

二、科技考古研究人員的工作內(nèi)容

1. 文物年代測定

• 方法示例：C斷代法

• 原理：利用死亡生物體中C不斷衰變的原理。

• 應(yīng)用：判斷史前文物的絕對年代。

2. 考古勘探

• 利用科技手段進行考古現(xiàn)場的勘探與分析。

3. 動植物、人骨、陶瓷、金屬器物分析

• 對考古發(fā)現(xiàn)的各類遺存進行科學(xué)分析。

三、化學(xué)在科技考古中的應(yīng)用實例

1. C斷代法的發(fā)明與應(yīng)用

• 發(fā)明者：美國芝加哥大學(xué)教授利比（W.F.Libby）

• 獲獎：1960年諾貝爾化學(xué)獎

• 應(yīng)用：考古工作者利用C衰變測定裝置對文物進行年代測定和研究。

2. C和N的測定在考古研究中的應(yīng)用

• 目的：分析古代人類的食物結(jié)構(gòu)。

• 意義：研究當(dāng)時的自然環(huán)境狀況、社會生產(chǎn)力發(fā)展及社會文化風(fēng)俗。

四、科技考古的發(fā)展前景

• 科技新成果的應(yīng)用：不斷拓展考古研究方法和研究領(lǐng)域。

• 展望：科技考古具有較好的發(fā)展前景。

科學(xué)史話：元素周期表的發(fā)展

一、元素分類的初探

1. 18世紀(jì)元素發(fā)現(xiàn)與分類需求

• 元素種類不斷增多

• 化學(xué)家開始分類整理，尋求系統(tǒng)體系

2. 早期元素分類嘗試

• 1789年，拉瓦錫《化學(xué)概要》提出首個元素分類表

• 1829年，德貝賴納提出“三素組”概念，探尋元素性質(zhì)規(guī)律

二、元素周期表的誕生與發(fā)展

1. 門捷列夫的貢獻

• 1867年開始觸及元素分類規(guī)律性

• 1869年編制第一張元素周期表

2. 邁爾的發(fā)現(xiàn)與貢獻

• 1864年指出元素相對原子質(zhì)量存在規(guī)律性

• 發(fā)表與門捷列夫相似的元素表，后發(fā)表更完整版本

3. 元素周期表的完善

• 維爾納制成現(xiàn)代形式的元素周期表（1905年）

• 莫塞萊發(fā)現(xiàn)并證明周期表中元素的原子序數(shù)等于原子的核電荷數(shù)（1913年）

三、元素周期表的后續(xù)完善與理解

1. 門捷列夫周期表的局限性

• 缺少稀有氣體元素等

2. 后續(xù)研究與理解深化

• 填補空白，豐富對元素周期表的理解

• 不斷發(fā)展與完善，反映元素間的內(nèi)在聯(lián)系與規(guī)律

原子結(jié)構(gòu)與元素的性質(zhì)

一、原子結(jié)構(gòu)與元素性質(zhì)的基本關(guān)系

1. 金屬元素

• 原子最外層電子數(shù)：< 4

• 化學(xué)反應(yīng)中：易失去電子

• 性質(zhì)：具有金屬性

2. 非金屬元素

• 原子最外層電子數(shù)：≥ 4

• 化學(xué)反應(yīng)中：易獲得電子

• 性質(zhì)：具有非金屬性

二、元素周期表中同族元素的內(nèi)在聯(lián)系

1. 同族元素的研究意義

• 原子結(jié)構(gòu)與元素性質(zhì)存在關(guān)聯(lián)

• 同族元素間存在內(nèi)在聯(lián)系

2. 探討同族元素內(nèi)在聯(lián)系的方法

• 分析原子結(jié)構(gòu)

• 對比化學(xué)性質(zhì)

• 研究結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的關(guān)系

堿金屬元素思維綱要

一、堿金屬元素概述

• 定義：一類化學(xué)性質(zhì)非常活潑的金屬

• 自然界中存在狀態(tài)：化合態(tài)

二、堿金屬元素性質(zhì)探討

1. 周期性變化

• 核電荷數(shù)：從上到下依次增大

• 原子半徑：從上到下依次增大

2. 原子結(jié)構(gòu)特點

• 最外層電子排布：只有一層且只有一個電子

3. 化學(xué)性質(zhì)推斷

• 相似性原因：容易失去最外層電子

• 表現(xiàn)性質(zhì)：強還原性

三、具體元素信息表

堿金屬化學(xué)性質(zhì)的比較探究

一、問題和預(yù)測

1. 鈉的化學(xué)性質(zhì)回顧

• 回憶第二章知識，總結(jié)鈉的化學(xué)性質(zhì)。

2. 鋰、鉀化學(xué)性質(zhì)的預(yù)測

• 結(jié)合鋰、鈉、鉀的原子結(jié)構(gòu)特點，預(yù)測鋰、鉀可能具有的與鈉相似的化學(xué)性質(zhì)。

• 注意事項：不要近距離俯視坩堝和燒杯。

二、實驗和觀察

1. 鉀與氧氣反應(yīng)的實驗

• 實驗步驟：加熱干燥的坩堝，切取綠豆大的鉀，用鑷子夾取并迅速投到熱坩堝中，待鉀熔化后撤掉酒精燈，觀察現(xiàn)象。

• 實驗現(xiàn)象記錄。

2. 鉀與水反應(yīng)的實驗

• 實驗步驟：在燒杯中加入水，滴入酚酞溶液，切取綠豆大的鉀，用鑷子夾取并投入水中，觀察現(xiàn)象。

• 實驗現(xiàn)象記錄。

三、分析和結(jié)論

1. 鈉、鉀化學(xué)性質(zhì)的總結(jié)與預(yù)測對比

• 討論并總結(jié)鈉、鉀的相似化學(xué)性質(zhì)。

• 與最初根據(jù)原子結(jié)構(gòu)特點進行的預(yù)測進行對比。

2. 鉀、鈉與水反應(yīng)難易程度的比較

• 比較鉀、鈉與水反應(yīng)的難易程度。

• 推斷鋰與水反應(yīng)的難易程度。

3. 堿金屬化學(xué)性質(zhì)的相似性和遞變規(guī)律

• 通過比較堿金屬與水反應(yīng)的難易程度，發(fā)現(xiàn)與它們原子結(jié)構(gòu)的關(guān)系。

• 推斷堿金屬元素化學(xué)性質(zhì)的相似性和遞變規(guī)律。

堿金屬元素性質(zhì)探究及預(yù)測方法

一、堿金屬元素的化學(xué)性質(zhì)

1. 相似性

• 原因：原子最外層電子數(shù)相同，均為1個電子。

• 表現(xiàn)：

• 能與氧氣等非金屬單質(zhì)反應(yīng)。

• 能與水反應(yīng)，生成對應(yīng)堿和氫氣。

• 反應(yīng)產(chǎn)物中，堿金屬元素的化合價均為+1價。

2. 遞變性（差異性）

• 原因：隨著核電荷數(shù)增加，電子層數(shù)增多，原子半徑增大，原子核對最外層電子的引力減弱，失去電子能力增強。

• 表現(xiàn)：從鋰到銫，金屬性逐漸增強。反應(yīng)劇烈程度遞增，銣和銫遇空氣或水會立即燃燒，甚至爆炸。

二、堿金屬元素的物理性質(zhì)

• 相似性：柔軟，有延展性；密度小，熔點低；導(dǎo)熱性和導(dǎo)電性好。

• 規(guī)律性：如表4-2所示，堿金屬單質(zhì)在顏色、熔點、沸點、密度等方面表現(xiàn)出一定的規(guī)律性。

三、預(yù)測方法導(dǎo)引

1. 預(yù)測的定義

• 在已有信息基礎(chǔ)上，依據(jù)規(guī)律和方法對未知事物進行推測。

2. 預(yù)測的依據(jù)

• 物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)和反應(yīng)規(guī)律等。

3. 預(yù)測的內(nèi)容

• 元素及其化合物的性質(zhì)。

• 可能發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)。

4. 預(yù)測的合理性評估

• 依據(jù)元素“位置”“結(jié)構(gòu)”與“性質(zhì)”之間的內(nèi)在聯(lián)系進行評估。

5. 預(yù)測實例

• 鈉與鉀是IA族元素，都能與水反應(yīng)；銣與鈉、鉀同族，預(yù)測銣也能與水反應(yīng)。

鹵族元素思維綱要

一、鹵族元素概述

• 定義：典型的非金屬元素，自然界中以化合態(tài)存在。

二、鹵素單質(zhì)的主要物理性質(zhì)

• 鹵素單質(zhì)	顏色	熔點/℃	沸點/(常態(tài))℃	密度
  F<sub>2</sub>	淡黃綠色（氣體）	-219.6	-188.1	1.69 g/L(15℃)
  Cl<sub>2</sub>	黃綠色（氣體）	-101	-34.6	3.214 g/L(0℃)
  Br<sub>2</sub>	深紅棕色（液體）	-7.2	58.78	3.119g/cm^3(20°C)
  I	紫黑色（固體）	113.5	184.4	4.93g/cm^3

三、鹵素單質(zhì)與氫氣的反應(yīng)

1. 反應(yīng)概述

• 在一定條件下，鹵素單質(zhì)能與氫氣反應(yīng)生成鹵化氫。

2. 具體反應(yīng)

• 氟與氫氣反應(yīng)

• 反應(yīng)條件：暗處

• 反應(yīng)特性：劇烈化合并發(fā)生爆炸

• 生成物：氟化氫（很穩(wěn)定）

• 氯與氫氣反應(yīng)

• 反應(yīng)條件：光照或點燃

• 反應(yīng)特性：發(fā)生反應(yīng)

• 生成物：氯化氫（較穩(wěn)定）

• 溴與氫氣反應(yīng)

• 反應(yīng)條件：加熱至一定溫度

• 反應(yīng)特性：才能反應(yīng)

• 生成物：溴化氫（不如氯化氫穩(wěn)定）

• 碘與氫氣反應(yīng)

• 反應(yīng)條件：不斷加熱

• 反應(yīng)特性：緩慢反應(yīng)；可逆反應(yīng)

• 生成物：碘化氫（不穩(wěn)定，易分解）

鹵素化學(xué)性質(zhì)思考與討論綱要

一、鹵素原子結(jié)構(gòu)與化學(xué)性質(zhì)

1. 相似性推測

• 電子構(gòu)型：氟、氯、溴、碘最外層均為7個電子。

• 化學(xué)性質(zhì)：易與其他元素結(jié)合，獲取1個電子形成負離子。

2. 遞變性推測

• 電子層數(shù)：從氟到碘，電子層數(shù)依次增多。

• 原子半徑：依次增大，對外層電子束縛力減弱。

• 化學(xué)性質(zhì)：反應(yīng)活性逐漸降低，非金屬性減弱。

二、鹵素單質(zhì)與氫氣的反應(yīng)規(guī)律性

1. 反應(yīng)難易程度

• 趨勢：F? > Cl? > Br? > I?，逐漸變難。

2. 生成氫化物的穩(wěn)定性

• 趨勢：HF > HCl > HBr > HI，逐漸減弱。

3. 鹵素非金屬性強弱

• 趨勢：逐漸減弱，與氫氣反應(yīng)能力下降。

三、鹵素單質(zhì)間的置換反應(yīng)

1. 置換反應(yīng)原理

• 類似金屬置換：活性較強的鹵素置換出活性較弱的鹵素。

2. 實例分析

• 反應(yīng)式：2NaBr + Cl? = 2NaCl + Br?

• 解釋：氯氣活性強于溴，可置換出溴化鈉中的溴。

3. 規(guī)律總結(jié)

• 活性順序：F? > Cl? > Br? > I?，活性強的鹵素可置換出活性弱的鹵素。

鹵素單質(zhì)氧化性強弱比較及元素性質(zhì)與原子結(jié)構(gòu)關(guān)系思維綱要

一、鹵素單質(zhì)氧化性強弱比較實驗

1. 氯水與KBr、KI溶液反應(yīng)

• 實驗步驟：

• 向盛有4 mL KBr溶液試管加1 mL氯水，振蕩，觀察顏色。

• 向盛有4 mL KI溶液試管加1 mL氯水，振蕩，觀察顏色。

• 化學(xué)方程式：

• KBr溶液+氯水：Cl? + 2KBr → 2KCl + Br?

• KI溶液+氯水：Cl? + 2KI → 2KCl + I?

• 結(jié)論：氯水能置換出Br?和I?，說明Cl?氧化性強于Br?和I?。

2. 溴水與KI溶液反應(yīng)

• 實驗步驟：向盛有4 mL KI溶液試管加1 mL溴水，振蕩，觀察顏色。

• 化學(xué)方程式：Br? + 2KI → 2KBr + I?

• 結(jié)論：溴水能置換出I?，說明Br?氧化性強于I?。

3. 鹵素單質(zhì)氧化性強弱順序

• 順序：F? > Cl? > Br? > I?

• 解釋：隨著核電荷數(shù)增加，鹵素單質(zhì)氧化性逐漸減弱。

二、元素性質(zhì)與原子結(jié)構(gòu)關(guān)系

1. 堿金屬與鹵素性質(zhì)比較

• 堿金屬：與氧氣、水反應(yīng)表現(xiàn)出相似性和遞變性。

• 鹵素：與氫氣反應(yīng)、鹵素間置換反應(yīng)表現(xiàn)出相似性和遞變性。

2. 元素性質(zhì)與原子結(jié)構(gòu)關(guān)系

• 關(guān)系：元素性質(zhì)與原子結(jié)構(gòu)密切相關(guān)，特別是最外層電子數(shù)。

• 解釋：原子結(jié)構(gòu)相似元素，化學(xué)性質(zhì)相似且具遞變性。

3. 元素周期表規(guī)律

• 同主族元素：從上到下電子層數(shù)增多，原子半徑增大。

• 金屬性與非金屬性：金屬性增強，非金屬性減弱。

• 得失電子能力：失電子能力增強，得電子能力減弱。

研究與實踐：認識元素周期表

一、研究目的

• 深入了解元素周期表的歷史與發(fā)展

• 認識形式各異的元素周期表及其特點

• 加深對元素間關(guān)系及科學(xué)方法的認識

二、研究任務(wù)

1. 調(diào)查與整理

（1）了解元素周期表的發(fā)展歷程

• 閱讀教科書中的“科學(xué)史話——元素周期表的發(fā)展”

• 收集相關(guān)信息，了解元素周期表發(fā)展的幾個重要階段

• 認識有代表性的元素周期表及其特點

（2）收集并分類整理元素周期表

• 收集形式各異的元素周期表

• 分類整理

• 選擇2~3種元素周期表，分析其設(shè)計的依據(jù)和特點

2. 設(shè)計與制作

• 根據(jù)元素知識和分類方法的認識

• 設(shè)計和制作元素周期表

• 說明設(shè)計依據(jù)和特點

三、結(jié)果與討論

1. 撰寫研究報告并交流

• 通過了解元素周期表的發(fā)現(xiàn)和發(fā)展過程，總結(jié)啟示

• 撰寫研究報告

• 與同學(xué)交流心得和體會

2. 展示與交流自制元素周期表

• 展示自制的元素周期表

• 與同學(xué)分享設(shè)計思路和制作過程

• 交流學(xué)習(xí)心得和體會

探究第三周期元素性質(zhì)的遞變

一、問題討論

• 核心問題：根據(jù)第三周期元素原子的核外電子排布規(guī)律，推測該周期元素金屬性和非金屬性的變化規(guī)律。

二、實驗比較

（1）鎂與水的反應(yīng)

• 實驗步驟：

• 取鎂條，除去氧化膜，放入試管。

• 加入水，滴入酚酞，觀察現(xiàn)象。

• 加熱試管，觀察現(xiàn)象。

• 比較：與鈉和水的反應(yīng)相比，鎂和水的反應(yīng)難易程度及生成物。

（2）鋁、鎂氫氧化物的性質(zhì)

• 實驗步驟：

• 向試管中加入AlCl?溶液，滴加氨水至不再產(chǎn)生Al(OH)?沉淀。

• 將Al(OH)?沉淀分裝，一支試管中滴加鹽酸，另一支滴加NaOH溶液。

• 用MgCl?溶液代替AlCl?溶液重復(fù)上述實驗，觀察并比較現(xiàn)象。

三、信息獲取

（1）Al(OH)?的性質(zhì)

• 兩性氫氧化物：既能與酸反應(yīng)，又能與強堿反應(yīng)。

• 離子方程式：

• Al(OH)? + 3H? = Al3? + 3H?O

• Al(OH)? + OH? = [Al(OH)?]?

• 說明：鋁雖為金屬，但表現(xiàn)出一定的非金屬性。

（2）非金屬元素最高價氧化物對應(yīng)水化物的酸性強弱

四、結(jié)論分析

• 實驗與信息對比：比較實驗結(jié)果與信息，得出結(jié)論。

• 推測驗證：驗證最初的推測是否一致。

• 原子結(jié)構(gòu)與元素性質(zhì)的關(guān)系：

• 同一周期，核外電子層數(shù)相同。

• 核電荷數(shù)依次增多，原子半徑逐漸減小。

• 失電子能力逐漸減弱，得電子能力逐漸增強。

• 金屬性逐漸減弱，非金屬性逐漸增強。

五、元素周期律

• 定義：元素的性質(zhì)隨著原子序數(shù)的遞增而呈周期性的變化。

• 本質(zhì)：元素性質(zhì)的周期性變化是元素原子的核外電子排布周期性變化的必然結(jié)果。

元素周期表和元素周期律的應(yīng)用綱要

一、引言

• 元素周期律的發(fā)現(xiàn)對化學(xué)發(fā)展的影響

• 元素周期表作為周期律的表現(xiàn)形式

• 周期表在學(xué)習(xí)、研究和應(yīng)用化學(xué)中的作用

二、元素周期表中的分區(qū)

• 虛線左下方：金屬元素

• 虛線右上方：非金屬元素

• 最右縱列：稀有氣體元素

• 分界線附近的元素：兼具金屬性與非金屬性

三、元素周期表中的遞變規(guī)律

1. 主族元素的遞變規(guī)律

• 從上到下

• 金屬性逐漸增強

• 非金屬性逐漸減弱

• 從左到右

• 金屬性逐漸減弱

• 非金屬性逐漸增強

2. 具體實例解析（如圖4-13）

• 第2列（ⅡA）：金屬性逐漸增強（如Be, Mg）

• 第13列（ⅢA）：金屬到非金屬的過渡（如B, Al）

• 第14列（ⅣA）：非金屬到金屬的過渡（如C, Si, Ge）

• 第15列（ⅤA）：非金屬性逐漸增強（如N, P, As）

• 第16列（ⅥA）：非金屬性逐漸增強（如O, S, Se, Te）

• 第17列（ⅦA）：非金屬性逐漸增強（如F, Cl, Br, I）

• 第18列（0族）：稀有氣體元素，非金屬性

四、總結(jié)

• 元素周期表反映了元素之間的內(nèi)在聯(lián)系

• 元素的金屬性和非金屬性在周期表中存在一定的遞變規(guī)律

• 利用周期表可以預(yù)測和解釋元素的性質(zhì)和行為

科學(xué)史話：元素周期表與元素性質(zhì)的研究

一、元素化合價與周期表位置的關(guān)系

• 1. 主族元素化合價規(guī)律

• 最高正化合價等于族序數(shù)

• 族序數(shù)與最外層電子數(shù)相同

• 2. 非金屬元素化合價規(guī)律

• 最高正化合價等于原子能失去或偏移的最外層電子數(shù)

• 負化合價等于達到8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)所需電子數(shù)

• 最高正化合價與負化合價的絕對值之和等于8

二、門捷列夫的預(yù)言與貢獻

• 1. 預(yù)言未知元素

• 預(yù)言11種當(dāng)時尚未發(fā)現(xiàn)的元素

• 留下空位，如“類鋁”（后被發(fā)現(xiàn)并命名為鎵）

• 2. 預(yù)言元素性質(zhì)

• 預(yù)測相對原子質(zhì)量：72.64

• 氧化物：MO?（GeO?）

• 氯化物：MCl?（GeCl?）

• 預(yù)言鍺的存在和性質(zhì)

三、周期表位置與元素性質(zhì)的關(guān)系

• 1. 反映原子結(jié)構(gòu)和性質(zhì)

• 根據(jù)周期表位置推測原子結(jié)構(gòu)和性質(zhì)

• 研究元素性質(zhì)的變化規(guī)律

• 2. 尋找新元素與物質(zhì)新用途

• 周期表中位置靠近的元素性質(zhì)相近

• 在金屬與非金屬分界處尋找半導(dǎo)體材料（如硅、鍺、鎵）

• 研制半導(dǎo)體器件（從鍺到硅）

• 制造新品種農(nóng)藥（研究氟、氯、硫、磷、砷等元素）

• 在過渡元素中尋找催化劑和耐高溫、耐腐蝕合金的元素

四、實例應(yīng)用：銥合金的制造與應(yīng)用

• 耐高溫、耐腐蝕的銥合金

• 用于制造發(fā)動機的火花塞

第三節(jié) 化學(xué)鍵

一、概述

• 元素種類：一百多種

• 構(gòu)成物質(zhì)數(shù)量：已超過1億種

• 問題：元素的原子之間如何形成如此豐富的物質(zhì)？

二、離子鍵

1. 定義

• 離子鍵：帶相反電荷離子之間的相互作用

2. 形成過程

• 以氯化鈉為例

• 鈉原子的最外電子層上的1個電子轉(zhuǎn)移到氯原子的最外電子層上

• 形成帶正電荷的鈉離子和帶負電荷的氯離子

• 帶相反電荷的鈉離子和氯離子，通過靜電作用結(jié)合在一起

• 形成與單質(zhì)鈉和氯氣性質(zhì)完全不同的氯化鈉

• 鈉原子：需失去1個電子達到8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)

• 氯原子：需獲得1個電子達到8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)

• 鈉原子與氯原子的核外電子排布

• 鈉與氯氣反應(yīng)

3. 離子化合物

• 定義：由離子鍵構(gòu)成的物質(zhì)

• 舉例：KCl、MgCl?、CaCl?、ZnSO?、NaOH等

• 形成規(guī)律：活潑金屬與活潑非金屬形成離子化合物

4. 電子式

• 定義：在元素符號周圍用“·”或“×”來表示原子的最外層電子（價電子）的式子

• 舉例：Na×、:Cl:、×Mg×、S·等

• 應(yīng)用：表示離子化合物的形成過程，如氯化鈉的形成過程可表示為Na+[:Cl:]?

共價鍵

一、共價鍵的形成與定義

1. 形成過程示例

• 氯分子形成：2個氯原子各提供1個電子，形成共用電子對，達到8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。

• 示意圖：:Cl.+.Cl: → :Cl:Cl:

2. 定義

• 原子間通過共用電子對所形成的相互作用。

二、共價鍵的類型與實例

1. 同種非金屬元素間的共價鍵

• 示例：2個氫原子結(jié)合成氫分子，2個氯原子結(jié)合成氯分子。

2. 不同種非金屬元素間的共價鍵

• 示例：1個氫原子和1個氯原子結(jié)合成氯化氫分子。

• 共價化合物：以共用電子對形成分子的化合物，如H2O、CO2等。

三、共價鍵的特性

1. 分子結(jié)構(gòu)

• 共價鍵形成的分子具有一定的空間結(jié)構(gòu)，如CO2是直線形，H2O呈V形，CH4呈正四面體形等。

2. 穩(wěn)定性與測定方法

• 共價鍵使分子具有穩(wěn)定性。

• 通過現(xiàn)代實驗手段（如X射線衍射法等）可以測定某些分子的結(jié)構(gòu)。

化學(xué)鍵與共價鍵

一、化學(xué)鍵概述

1. 定義

• 相鄰原子之間強烈的相互作用。

2. 形成

• 與原子結(jié)構(gòu)有關(guān)，主要通過原子的價電子的轉(zhuǎn)移實現(xiàn)。

3. 類型

• 離子鍵

• 共價鍵

二、共價鍵詳解

1. 定義

• 原子間通過共用電子對所形成的相互作用。

2. 類型

• 非極性共價鍵

• 定義：同種原子形成，共用電子對不偏向任何一方，成鍵原子不顯電性。

• 示例：H2、Cl2等單質(zhì)分子中的共價鍵。

• 極性共價鍵

• 定義：不同種原子形成，共用電子對偏向吸引電子能力強的一方，成鍵原子顯電性。

• 示例：HCl、H2O、CO2等化合物分子中的共價鍵。

3. 特性

• 分子具有一定的空間結(jié)構(gòu)，如直線形、V形、正四面體形等。

• 可通過現(xiàn)代實驗手段測定分子結(jié)構(gòu)。

三、化學(xué)反應(yīng)與化學(xué)鍵

1. 化學(xué)反應(yīng)的本質(zhì)

• 反應(yīng)物中的原子重新組合為產(chǎn)物分子。

2. 化學(xué)反應(yīng)中的化學(xué)鍵變化

• 反應(yīng)物分子內(nèi)化學(xué)鍵的斷裂。

• 產(chǎn)物分子中化學(xué)鍵的形成。

3. 示例：H2與Cl2的反應(yīng)

• 舊化學(xué)鍵（H2和Cl2中的化學(xué)鍵）斷裂，生成H和Cl。

• H和Cl結(jié)合成HCl，形成新化學(xué)鍵（H和Cl之間的共價鍵）。

分子間作用力

一、分子間作用力的概念

1. 定義

• 分子間存在一種把分子聚集在一起的作用力，稱為分子間作用力。

• 又稱范德華力，由荷蘭物理學(xué)家范德華最早研究。

2. 特性

• 比化學(xué)鍵弱得多。

• 對物質(zhì)的熔點、沸點等有影響。

3. 實例

• NH3、Cl2、CO2等氣體在降低溫度、增大壓強時能凝結(jié)成液態(tài)或固態(tài)，是由于存在范德華力。

二、氫鍵作為一種特殊的分子間作用力

1. 定義

• 分子間形成的氫鍵也是一種分子間作用力。

2. 特性

• 比化學(xué)鍵弱，但比范德華力強。

• 對物質(zhì)的性質(zhì)有重要影響。

3. 存在形式

• 液態(tài)水中，存在幾個水分子通過氫鍵結(jié)合而形成的締合水分子(H2O)n。

• 固態(tài)水（冰）中，水分子間以氫鍵結(jié)合成排列規(guī)整的晶體。

4. 氫鍵的重要性

• 造成冰的體積膨脹、密度減小，使冰浮在水面上。

• 在生命現(xiàn)象中起重要作用，如DNA的結(jié)構(gòu)和生理活性都與氫鍵的作用有關(guān)。

整理與提升

一、認識原子結(jié)構(gòu)、元素的性質(zhì)及元素在周期表中的位置之間的關(guān)系

1. 總體思路

• 族 → 元素周期表(位置) → 周期 → 元素的性質(zhì) → 原子核 → 原子結(jié)構(gòu) → 核外電子

• 根據(jù)元素在周期表中的位置和原子結(jié)構(gòu)，可以分析、解釋和預(yù)測元素的性質(zhì)。

2. 元素示例（以鉀為例）

• 位置：族(IA)，周期(4)

• 結(jié)構(gòu)：最外層電子數(shù)(1)，電子層數(shù)(4)

• 與已知同族元素鈉相比

• 相同：最外層電子數(shù)相同

• 不同：比已知同族元素鈉多（電子層數(shù)多）

• 相似性：活潑金屬性

• 遞變性

• 性質(zhì)：單質(zhì)更活潑

• 預(yù)測：能與O2、H2O反應(yīng)，與鈉相比，更易與O2、H2O反應(yīng)，金屬性增強……

二、認識原子結(jié)構(gòu)、元素的性質(zhì)呈現(xiàn)周期性變化的規(guī)律

1. 元素周期律

• 定義：元素的性質(zhì)隨著原子序數(shù)的遞增而呈現(xiàn)周期性變化的規(guī)律。

• 體現(xiàn)：原子核外電子排布、原子半徑、金屬性、非金屬性等的周期性變化。

• 實質(zhì)：元素原子核外電子排布的周期性變化。

2. 元素周期律和周期表的意義

• 科學(xué)分類方法

• “結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)”的化學(xué)觀念

• 論證事物變化中量變引起質(zhì)變的規(guī)律性

• 揭示復(fù)雜表象中蘊含的規(guī)律等科學(xué)觀念

3. 周期族性質(zhì)變化規(guī)律

• IA至VIIA

• ①最外層電子數(shù)依次增多

• ②原子半徑逐漸減小

• ③非金屬性逐漸增強

• 2B至5金屬Sb

• ③非金屬性逐漸減弱

• ②原子半徑逐漸增大

• 6Po至7（缺失元素符號，假設(shè)為Fr）

• ①最外層電子數(shù)依次增多（具體數(shù)值根據(jù)周期表填寫）

• ②原子半徑逐漸增大

• ③金屬性逐漸增強

三、從粒子間的相互作用來認識物質(zhì)及其變化

1. 化學(xué)鍵的概念

• 離子鍵 → 認識粒子間相互作用 → 化學(xué)鍵 → 共價鍵

2. 化學(xué)反應(yīng)的實質(zhì)

• 化學(xué)鍵的斷裂與形成 → 原子重新組合 → 物質(zhì)變化

實驗活動3：同周期、同主族元素性質(zhì)的遞變

一、實驗?zāi)康?/h2>

1. 加深對同周期、同主族元素性質(zhì)遞變規(guī)律的認識。

1. 體會元素周期表和元素周期律在學(xué)習(xí)元素化合物知識中的重要作用。

二、實驗用品

• 試管、試管夾、試管架、量筒、膠頭滴管、酒精燈、白色點滴板、鑷子、砂紙、火柴

• 鎂條、新制的氯水、溴水、NaBr溶液、NaI溶液、MgCl?溶液、AlCl?溶液、1mol/L NaOH溶液、酚酞溶液

三、實驗步驟

1. 同主族元素性質(zhì)的遞變

• (1) 在點滴板的3個孔穴中分別滴入試劑并觀察顏色變化

• 滴入試劑：NaBr溶液、NaI溶液、新制的氯水

• 操作：向NaBr溶液和NaI溶液中各滴入新制的氯水

• 記錄：顏色變化及化學(xué)方程式

• (2) 在點滴板的兩個孔穴中分別滴入試劑并觀察顏色變化

• 滴入試劑：NaI溶液、溴水

• 操作：向NaI溶液中滴入溴水

• 記錄：顏色變化及化學(xué)方程式

2. 同周期元素性質(zhì)的遞變

• (1) 通過鈉、鎂與水的反應(yīng)比較金屬性強弱

• ① 回憶鈉與水反應(yīng)的實驗現(xiàn)象和化學(xué)方程式

• ② 設(shè)計實驗比較鎂、MgCl?與熱水的反應(yīng)，觀察并記錄現(xiàn)象

• (2) 設(shè)計實驗通過MgCl?、AlCl?與堿的反應(yīng)比較堿性強弱

• 操作：比較Mg(OH)?、Al(OH)?的堿性強弱

• 目的：說明鎂和鋁的金屬性強弱

四、問題和討論

1. 實驗中所用的氯水為什么要用新制的？

1. 通過實驗?zāi)艿贸鍪裁唇Y(jié)論？對原子結(jié)構(gòu)與元素性質(zhì)的關(guān)系及元素周期律（表）有什么新的認識？