高中化学人教版 (2019)必修 第一册第四章 物质结构 元素周期律第一节 原子结构与元素周期表第2课时导学案

第2课时　元素周期表　核素

[核心素养发展目标]　1.能从原子结构的角度理解元素周期表的编排原则，能进行元素在周期表中的位置与原子结构之间的相互推导，提升微观探析能力。2.了解元素周期表的发展历程及现行元素周期表的结构，培养严谨、求实的科学态度。3.知道元素、核素、同位素、X的含义，并能比较它们的不同，促进“宏观辨识与微观探析”化学核心素养的发展。

一、元素周期表的编排原则与结构

1．元素周期表的发展历程

2．元素周期表的编排原则

(1)原子序数：按照元素在周期表中的顺序给元素编的序号。

(2)原子序数＝核电荷数＝质子数＝核外电子数。

(3)横行原则：把电子层数目相同的元素，按原子序数递增的顺序从左到右排列。

(4)纵列原则：把不同横行中最外层电子数相同的元素，按电子层数递增的顺序由上而下排列。

3．元素周期表的结构

(1)周期

(2)族

(3)常见族的别称

4.元素周期表方格中的符号的意义

(1)一个横行即是一个周期，一个纵列即是一个族(　　)

(2)每一周期都是碱金属元素开始，稀有气体元素结束(　　)

(3)同周期中元素电子层数一定相同(　　)

(4)同族元素的最外层电子数一定等于族序数(　　)

(5)0族元素的最外层电子数均为8(　　)

(6)元素周期表已发展成一个稳定的形式，它不可能再有新的变化了(　　)

答案　(1)×　(2)×　(3)√　(4)×　(5)×　(6)×

1．最外层电子数是2的元素一定为第ⅡA族的元素吗？

提示　不一定，可能是第ⅡA族，也可能是0族或副族元素。

2．(1)在现行周期表中第四、五、六、七周期均有18列，为什么第四、五周期各有18种元素，而第六、七周期各有32种元素？

(2)含有元素种类最多的族是哪一族？

提示　(1)第六周期ⅢB为镧系，共15种元素；

第七周期ⅢB为锕系，共15种元素，比四、五周期多出14种元素。

(2)ⅢB共32种元素。

3．同周期的第ⅡA、ⅢA元素间原子序数差值可能为多少？并说明原因。

提示　第二、三周期差1，第四、五周期差11，原因是中间隔10格过渡元素，第六、七周期差25，原因是中间隔10格过渡元素，且ⅢB一格为15种元素。

二、核素　同位素

1．元素

(1)概念：具有相同质子数(核电荷数)的一类原子的总称。

(2)决定元素种类的是质子数。

2．核素

(1)概念：具有一定数目质子和一定数目中子的一种原子。

(2)表示方法——原子符号

(3)实例

①质子数为19，中子数为20的核素为K；

②质子数为6，中子数为6的核素为C；

③核素C的质子数为6，中子数为8。

(4)决定原子(核素)种类的是质子数和中子数。

3．同位素

(1)概念：质子数相同而中子数不同的同一元素的不同原子互称为同位素(即同一元素的不同核素互称为同位素)。“同位”是指核素的质子数相同，在元素周期表中占有相同的位置。

(2)氢元素的三种核素互为同位素

(3)同位素的特征

①同一种元素的各种同位素的化学性质几乎相同；物理性质略有差异。

②在天然存在的某种元素里，不论是游离态还是化合态，同位素相互之间保持一定的比率。

(4)常见同位素的用途(同位素与用途之间连线)

(1)任何原子都由质子、中子、电子构成(　　)

(2)23Na和23Mg互为同位素(　　)

(3)同位素原子的化学性质几乎相同，物理性质略有差异(　　)

(4)原子的种类大于元素的种类(　　)

(5)H和H＋为同一元素的不同微粒(　　)

答案　(1)×　(2)×　(3)√　(4)√　(5)√

1．现有下列基本粒子：1H、2H、3H、1H＋、234U、235U、238U、40K、40Ca、Cl2、14N、14C。请回答下列问题：

(1)它们分属________种元素，属于氢元素的核素有________种，属于铀元素的核素有________种，互为同位素的原子分别为________、________。

(2)质量数相等的粒子有________、________、________。(可不填满，也可补充)

答案　(1)7　3　3　1H、2H、3H　234U、235U、238U　(2)1H、1H＋　40K、40Ca　14N、14C

解析　本题列出的12种粒子分属H、U、K、Ca、Cl、N、C七种元素，1H和1H＋是同一种核素的不同粒子，1H、2H、3H属于氢元素的三种不同核素，互为同位素，234U、235U、238U属于铀元素的三种不同核素，也互为同位素。

2．科学家发现C60后，近年又合成了许多球形分子(富勒烯)，如C50、C70、C120、C540等，它们都是碳元素的______________，因为它们是____________________________。

答案　同素异形体　由同一元素形成的不同单质

3．氯元素有两种稳定的核素，分别是Cl和Cl，它们的相对原子质量分别是34.969、36.966，在自然界中的丰度分别是75.77%、24.23%。

计算：

(1)氯元素的相对原子质量。

(2)氯元素的近似相对原子质量。

答案　(1)34.969×75.77%＋36.966×24.23%≈35.45。

(2)35×75.77%＋37×24.23%≈35.48。

(1)一个信息丰富的符号解读

X

(2)元素、核素、同位素、同素异形体的联系

1．(2019·福州月考)下列关于元素周期表的叙述正确的是(　　)

A．元素周期表揭示了化学元素间的内在联系，是化学发展史上的重要里程碑之一

B．元素所在周期数等于它的电子层数，所在的族序数等于它的最外层电子数

C．元素周期表有7个横行即7个周期，18个纵列即18个族

D．某种元素的相对原子质量取整数值，就是其原子序数

答案　A

解析　门捷列夫研制出的元素周期表，不仅揭示了元素间的内在联系和变化规律，也为发现新元素及探究物质的用途提供了依据，其价值非凡，选项A正确；周期数＝电子层数，主族序数＝最外层电子数，对于副族及第Ⅷ族元素，族序数不一定等于相应原子的最外层电子数，选项B错误；元素周期表中的8、9、10三个纵列合在一起叫做第Ⅷ族，故共有16个族，选项C错误；元素的原子序数等于元素的核电荷数或对应原子的质子数，选项D错误。

2．(2019·福建上杭六校联考)已知R2－有b个中子，核外有a个电子。表示R的原子符号正确的是(　　)

A.R   B.R

C.R   D.R

答案　B

解析　模型：       R＋2e－―→R2－

电子数　a－2　　  a

由上述模型可知，R原子核外有(a－2)个电子，则其质子数是(a－2)，又知其核内有b个中子，则R原子的质量数是(a－2＋b)，所以表示R的原子符号为R。

3．金属钛对人体体液无毒且能与肌肉和骨骼生长在一起，有“生物金属”之称。下列有关Ti和Ti的说法正确的是(　　)

A.Ti和Ti原子中均含有22个中子

B.Ti和Ti具有相同的质子数

C.Ti和Ti的物理性质相同

D.Ti和Ti为同一种核素

答案　B

解析　因质量数＝质子数＋中子数，X中的Z表示质子数，A表示质量数，所以Ti和Ti原子的中子数分别为26、28，故A错误；同位素的化学性质相同，物理性质不同，故C错误；同一种核素是质子数相同、中子数也相同的原子，Ti和Ti的质子数均为22，而中子数不同，属于不同的核素，故B正确、D错误。

4．(2019·吉林省实验中学期中)假设x是第ⅡB族中某元素的原子序数，那么原子序数为x＋1的元素位于(　　)

A．第ⅠB族   B．第ⅢB族

C．第ⅢA族   D．第ⅡA族

答案　C

解析　元素周期表共有18个纵列，分为16个族，各族在元素周期表中的排序依次为ⅠA、ⅡA、ⅢB、ⅣB、ⅤB、ⅥB、ⅦB、Ⅷ、ⅠB、ⅡB、ⅢA、ⅣA、ⅤA、ⅥA、ⅦA、0，若x是第ⅡB族中某元素的原子序数，则原子序数为x＋1的元素应位于第ⅢA族。

5．A、B、C为短周期元素，在周期表中所处的位置如表所示。A、C两元素的原子核外电子数之和等于B原子的质子数。B原子核内质子数和中子数相等。

(1)写出A、B、C三种元素的名称__________________、______________、______________。

(2)B位于元素周期表中第________周期________族。

(3)C的原子结构示意图为________。

答案　(1)氮　硫　氟

(2)三　ⅥA

(3)

A组　基础对点练

题组一　元素周期表的结构

1．元素周期表揭示了化学元素间的内在联系，下列有关元素周期表的说法不正确的是(　　)

A．俄国化学家门捷列夫编制了第一张元素周期表

B．周期表中最外层电子数相同的元素都排列在同一列中

C．周期表中一共有18列，但只有16个族

D．随着人们的认识发展，周期表也在不断地发展变化着

答案　B

解析　俄国化学家门捷列夫发现了元素周期律，并编制出第一张元素周期表，A正确；原子的最外层电子数相同的元素，不一定为同族元素，如K、Cu的最外层电子数均为1，分别为主族和副族元素，B错误；元素周期表有18个纵列，共有7个主族、7个副族、1个0族、1个第Ⅷ族，只有16个族，C正确；随着人们的认识发展，周期表也在不断地发展变化着，D正确。

【考点】　元素周期表

【题点】　元素周期表的历史和结构

2．(2019·北师大附中高一期中)下列元素中，不属于主族元素的是(　　)

A．H  B．He  C．N  D．Cl

答案　B

解析　H为第一周期ⅠA族元素，故A正确；He为第一周期0族元素，故B错误；N为第二周期ⅤA族元素，故C正确；Cl为第三周期ⅦA族元素，故D正确。

【考点】　元素周期表

【题点】　元素周期表的特殊区域

3．在周期表中，所含元素种类最多的是(　　)

A．第Ⅷ族   B．第ⅠA族

C．0族   D．第ⅢB族

答案　D

解析　第ⅢB族包括镧系和锕系，故元素种类最多。

【考点】　元素周期表

【题点】　元素周期表的特殊区域

题组二　同周期、同主族元素的序差规律

4．已知A为第ⅡA族元素，B为第ⅢA族元素，它们的原子序数分别为m和n，且A、B为同一周期的元素，下列关系式错误的是(　　)

A．n＝m＋1   B．n＝m＋11

C．n＝m＋25   D．n＝m＋10

答案　D

解析　若A、B为第二、三周期元素，n＝m＋1；若A、B为第四、五周期元素，n＝m＋11；若A、B为第六、七周期元素，n＝m＋25，综上分析，答案为D。

【考点】　元素周期表的结构

【题点】　同周期、同主族元素的序差规律

5．如图为元素周期表中前四周期的一部分，若B元素的核电荷数为x，则这五种元素的核电荷数之和为(　　)

A．5x＋10   B．5x＋11

C．5x＋14   D．5x＋16

答案　A

解析　由五种元素在周期表中的位置可知，D、B、E分别在周期表的第二、三、四周期，若B元素的核电荷数为x，则A的原子序数为x－1，C的原子序数为x＋1，D的原子序数为x－8，E的原子序数为x＋18，则五种元素的核电荷数之和为x＋(x－1)＋(x＋1)＋(x－8)＋(x＋18)＝5x＋10，答案选A。

【考点】　元素周期表的结构

【题点】　同周期、同主族元素的序差规律

题组三　元素、核素、同位素和同素异形体

6．(2019·北京师大附中高一期末)下列各组互为同位素的是(　　)

A．O2和O3   B．CO和CO2

C．H2O和H2O2   D.Mg和Mg

答案　D

解析　O2和O3是氧元素的不同单质，互为同素异形体，不是同位素，故A错误；CO和CO2是碳的两种氧化物，不满足同位素的概念，故B错误；H2O和H2O2是两种化合物，不符合同位素的概念，故C错误；Mg和Mg都是镁原子，中子数不同，它们是镁元素的不同核素，互为同位素，故D正确。

【考点】　元素、核素、同位素的辨析

【题点】　元素、核素、同位素的辨析

7．下列有关碘­131(I)和碘­127(I)的说法正确的是(　　)

A.I和I的中子数相同，是同一种核素

B.I和I的质子数相同，互为同位素

C.I和I的核外电子数不同

D.I有放射性而I无放射性，说明两者化学性质不同

答案　B

解析　I和I的质子数相同而中子数不同，二者互为同位素，是碘元素的两种核素，A项错误、B项正确；I和I的质子数相同，所以核外电子数相同，C项错误；同位素的化学性质相同，D项错误。

【考点】　元素、核素、同位素的概念理解

【题点】　元素、核素、同位素的辨析

题组四　构成原子的微粒及其数量关系

8．钯(Pd)元素的原子序数为46，下列叙述错误的是(　　)

A.Pd和Pd互为同位素 B．钯是第五周期元素

C．Pd2＋核外有48个电子 D.Pd的原子核内有62个中子

答案　C

解析　Pd原子核外有46个电子，则Pd2＋核外有44个电子。

【考点】　原子的微粒及其数量关系

【题点】　原子的微粒及其数量关系

9．下列关于原子结构及微粒间的数量关系的说法不正确的是(　　)

A．同种元素的原子均有相同的质子数和中子数

B．微粒Na＋、Mg2＋、O2－具有相同的电子层结构

C．短周期第ⅣA与ⅦA族元素的原子X、Y间构成的化合物的化学式为XY4

D.Ca2＋的中子数比核外电子数多10

答案　A

解析　同种元素的不同核素的原子间质子数相同，中子数不相同，如1H、2H和3H质子数都是1，但中子数分别是0、1、2，A错误；微粒Na＋、Mg2＋、O2－核外都是10个电子，即核外都有2个电子层，电子数分别是2和8，B正确；Ca2＋的质量数是48，中子数为48－20＝28，核外电子数是18，则中子数比核外电子数多10，D正确。

【考点】　原子的微粒及其数量关系

【题点】　原子的微粒及其数量关系

10．(2019·济宁高一检测)元素周期表中前七周期最多含有的元素种类如表所示：

(1)第六、七周期比第四、五周期多了14种元素，其原因是_______________________________。

(2)周期表中第________族所含元素种类最多，第________族元素形成化合物种类最多。

(3)请分析周期序数与元素种类的关系，然后预言第八周期最多可能含有的元素种类为________(填序号)。

A．18  B．32  C．50  D．64

答案　(1)第六、七周期在第ⅢB族中一个空格分别容纳了镧系和锕系，每个系包含了15种元素  (2)ⅢB　ⅣA　(3)C

解析　(1)第六、七周期中由于出现了57～71号的镧系元素和89～103号的锕系元素，使元素的种类比前面周期所含元素的种类要多。也正因为如此，致使第ⅢB族所含元素种类最多。(2)已知有机物的种类远远多于无机物，而形成有机物的主要元素是碳，故第ⅣA族元素所形成的化合物种类最多。(3)根据下表可通过分析数据归纳出潜在的规律：

可见，规律是2n2(n＝1,2,3……)。由此预测第八周期元素种类应为2×52＝50种。

B组　综合强化练

1．根据中学化学教材所附元素周期表判断，下列叙述中正确的是(　　)

A．L电子层电子数为奇数的所有元素都是非金属元素

B．同一主族的两种元素的原子序数之差可能是16、26、36、46

C．只有第ⅡA族元素的原子最外层有2个电子

D．由左至右第8、9、10三列元素中没有非金属元素

答案　D

解析　L电子层电子数为奇数，L层未排满，则处于第二周期，Li的L层含有1个电子，但Li是金属元素，A错误；对于处于同一主族不同周期的元素，原子序数相差可能为2、8、18或32等，如0族中第一周期与第三周期的元素相差16；如ⅣA族中第二周期与第四周期的元素相差26；如0族中第三周期与第五周期的元素相差36；但是2、8、18、32的组合不能得到46，B错误；第ⅡA族元素的原子最外层有2个电子，但He及部分过渡元素原子最外层也含有2个电子，C错误；由左至右第8、9、10三列元素为Ⅷ族元素，都是金属元素，D正确。

【考点】　元素周期表

【题点】　元素周期表的结构

2．(2019·云南官渡一中期中)下列对元素周期表说法不正确的是(　　)

A．共有7个周期和16个族

B．在过渡元素中可以寻找各种优良的催化剂

C．如果已知元素的最外层电子数为2，由此不能确定该元素在周期表中的位置

D．目前已知发现的第ⅣA族元素为6种，所以该族元素共有6种单质

答案　D

解析　周期表有7个横行，有7个周期；18个纵列，8、9、10三个纵列为第Ⅷ族，共16个族，分别为7个主族、7个副族、1个0族、1个Ⅷ族，故A正确；优良的催化剂含过渡金属元素，则在过渡元素中可以寻找优良的催化剂，故B正确；已知元素的最外层电子数为2，由此不能判断该元素在周期表中的位置，最外层电子数为2的元素可能是ⅡA族元素、可能是He、可能是第ⅡB族元素等，故C正确；有的元素单质有同素异形体，如C有金刚石、石墨、足球烯等同素异形体，故D错误。

【考点】　元素周期表

【题点】　元素周期表的结构

3．元素A、B、C、D在元素周期表中的位置如下图所示。下列叙述不正确的是(　　)

A．C原子比B原子的原子序数大1

B．原子结构示意图为的元素，与C位于同一周期

C．B的原子与D的原子最外层电子数相等

D．原子结构示意图为的元素，与B位于同一主族

答案　D

解析　根据元素周期表的结构分析题图可知，它的更具体的内容如下所示：

B是第一周期的最后一种元素，C是第二周期的第一种元素，则C原子比B原子的原子序数大1，A项正确；原子结构示意图为的元素的原子序数是8，第二周期元素从左到右原子序数为3～10，则原子序数为8的元素与C位于同一周期，B项正确；B是2号元素，原子核外有1个电子层、2个电子，D是12号元素，原子结构示意图为，C项正确；原子结构示意图为的元素是10号元素，也是第二周期的最后一种元素，与B同族，但该族是0族而不是主族，D项不正确。

【考点】　元素周期表

【题点】　元素周期表的结构

4．同位素示踪技术已广泛应用在农业、工业、医学、地质及考古等领域。下列有关叙述正确的是(　　)

A．14C与12C是两种不同的元素或核素

B．通过化学变化可以实现16O与18O之间的相互转化

C．35Cl2与37Cl2互为同素异形体

D．铯元素的两种核素中137Cs比133Cs多4个中子

答案　D

解析　14C与12C是同种元素的不同核素，A错误；16O与18O之间的相互转化实际上是改变原子核的结构，不属于化学变化的范围，B错误；35Cl2与37Cl2都是Cl2的单质，不是同素异形体，C错误；铯元素的两种核素137Cs比133Cs多4个中子，D正确。

5．我国的纳米技术基础研究能力已跻身于世界前列，例如曾作为我国两年前十大科技成果之一的就是一种合成纳米材料，化学式为RN。已知该化合物中的Rn＋核外有28个电子。则R元素位于元素周期表的(　　)

A．第三周期ⅤA族   B．第四周期ⅢA族

C．第五周期ⅢA族   D．第四周期ⅤA族

答案　B

解析　R元素在化合物RN中的化合价决定于N元素，因Rn＋中R元素显正价，N元素在RN中显－3价，故R元素离子应为R3＋，则R原子含31个电子，其质子数为31，核外电子排布为，所以应为第四周期ⅢA族，故B正确。

6．某原子X的核内中子数为N，质量数为A，它与原子2H构成2HmX分子。a g 2HmX所含质子的物质的量是(　　)

A. mol   B. mol

C. mol   D. mol

答案　C

解析　2HmX分子所含的质子数为(A－N＋m)，摩尔质量为(A＋2m)g·mol－1，a g 2HmX所含质子的物质的量为 mol。

7．回答下列问题：

(1)有下列微粒 H、H、H、14C、14N、16O、35Cl2、37Cl2。

①以上8种微粒中共有________种核素，共________种元素。

②互为同位素的是________________。

③质量数相等的是________和________，中子数相等的是________和________。

④H、H、H三种核素构成的氢气的相对分子质量有________种。

(2)质量相同的H2O和D2O与足量钠反应，放出的气体在标准状况下的体积之比为________。

答案　(1)①6　5　②H、H、H　③14C　14N　14C　16O　④5　(2)10∶9

解析　(1)元素是具有相同核电荷数(即质子数)的一类原子的总称；具有一定数目的质子和一定数目的中子的原子称为核素；质子数相同而中子数不同的同一元素的不同核素互称同位素，据此作答。

由H、H、H三种核素构成的氢气如下表：

由此可知，有6种不同的氢气，但相对分子质量有5种。

(2)H2O的摩尔质量为18 g·mol－1，D2O的摩尔质量为20 g·mol－1，根据n＝ 知质量相同的H2O和D2O的物质的量之比为10∶9，根据阿伏加德罗定律可知，与足量钠反应，放出的气体在标准状况下的体积之比为10∶9。

8．结合元素周期表回答下列问题：

(1)表中的实线是元素周期表的部分边界，请在图中用实线补全元素周期表的边界。

(2)表中所列元素，属于短周期元素的有______(填字母，下同)，属于主族元素的有______；g元素位于第________周期________族；i元素位于第________周期________族。

(3)元素f是第________周期________族元素，请在下边方框中按氦元素的式样写出该元素的原子序数、元素符号、元素名称、相对原子质量。

答案　(1)

(2)a、b、c、d、e、f、g　a、b、c、d、e、f　三　0　四　ⅡB

(3)三　ⅥA　

解析　(1)根据元素周期表的结构知：第一周期有2种元素，第二、三周期各有8种元素，分列于第1、2、13～18列，第四、五、六、七周期为长周期，包括1～18列。由此可画出周期表的边界。

(2)画出周期表的边界，对照周期表，很容易找出各元素在周期表中的位置。

(3)第三周期ⅥA族元素为硫，原子序数为16，相对原子质量为32。

【考点】　元素周期表

【题点】　元素周期表