第一节 原子结构与元素周期表

一、原子结构

1.1 原子的构成

1. 关于电性 ：原子本身呈电中性（不带电），因为原子中带正电的质子与带负电的核外电子，个数相等，方向相反
2. 关于质量 ：原子的质量主要集中在原子核，即集中在质子核中子中（电子的质量约为质子/中子的千分之一，可忽略不计）
3. 关于质子 ：质子的数量是决定原子种类或元素种类的根本，即质子数确定，原子即确定；同样的，原子确定，即质子数确定
4. 关于中子 ：中子在原子中不是必须的，可能有可能无，可以靠中子数来区别同一类原子不同的核素。其作用主要是起着稳定原子结构的作用
5. 关于核外电子 ：核外电子，尤其是价电子层（主族元素就是指最外层电子）的得失决定了元素的化学性质

1.2 质量数与原子间数量关系

1. 粒子周围符号的意义

1. 原子间数量关系 ：
   1. 质量数（A）=质子数(A)+中子数(N)
   2. 质子数=核电荷数=核外电子数=原子序数
   3. 阳离子的核外电子数=质子数-所带电荷数
   4. 阴离子的核外电子数=质子数+核外电子数

二、核素

1. 元素 ：具有相同质子数（核电荷数）的一类原子的总称。同一种元素原子的质子数一定相同，但中子数不一定相同
2. 核素 ：具有一定数目的质子核一定数目的中子的一种原子叫做核素，如\(\ce{^{12}C}\) 、\(\ce{^{13}C}\) 等就是碳元素的三种不同核素
3. 元素与核素 ：元素是按照一种分类标准来分，即质子数；而核素是按照两个因素同时限定来分的。比如\(\ce{^{12}C}\) 、\(\ce{^{13}C}\) 都属于同种元素，但\(\ce{^{12}C}\) 、\(\ce{^{13}C}\) 属于不同核素；\(\ce{^{12}C}\) 、\(\ce{^{1}H}\) 两者属于不同元素，也属于不同核素
4. 同位素 ：
   1. 定义：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）
   2. 示例：氢的同位素（下列表格）
   3. 同位素的特点：
      1. 同一种元素的各种同位素的化学性质几乎完全相同，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。元素的相对原子质量就是按照该元素的各种核素所占的一定百分比计算出来的平均值。
   4. 同位素的应用：
      1. \(\ce{^{14}_{6}C}\) 在考古工作中用于测定文物的年代
      2. \(\ce{^{2}_{1}H}\) 、\(\ce{^{3}_{1}H}\) 用于制造氢弹

1. 注意事项 ： 不同核素之间的转化属于核反应（无论同种元素的不同核素之间的变化，还是不同元素的不同核素之间的转化）本质是原子核结构发生了改变（质子或中子发生了改变都算）
2. 同素异形体 ：由同一种元素形成的不同单质互称为同素异形体
   1. 本质：单质的结构不同，导致性质不同
   2. 辨析：由同种元素的不同核素构成的物质属于同一种物质（组成、构成、结构均相同）

三、原子的核外电子排布

3.1 电子层

1. 概念 ：在含有多个电子的原子里，把电子运动的能量不同的区域简化为不连续的壳层，也称作电子层。
2. 深化理解 ：电子层并不是真实存在的，是人类为了方便研究假定的。另外它并不是平面的，而是像球壳一样包着原子核，非要现实化更像是洋葱。
3. 不同电子层的表示及能量关系 ：
   1. 电子层数即对应符号：1(K)，2(L)，3(M)，4(N)，5(O)，6(P)，7(Q)
   2. 离核远近：各电子层随着层号增加离核由近到远
   3. 能量高低：各电子层随着层号增加能量逐渐变高

3.2 电子层分布的一般规律

1. 排布规则：能量最低原理，核外电子总是尽可能地先排布在能量最低的电子层，然后再由内向外排布在能量逐渐升高的电子层（但实际上核外电子排布并非一层全部排满，再排下一层，中间会有些特例，更详细的内容会在选修二学到）
2. 数量规律 ：三条相互理解，不能孤立理解，彼此相互制约，同时满足才可
   1. 第n层最多能容纳的电子数是\(\ce{2n^{2}}\)
   2. 最外层电子数不超过8个（最外层为k层时，最多不超过2个）
   3. 次外层最多容纳电子数不超过18个（次外层为K层时，最多不超过2个）

3.3 原子核外电子排布的表示方法

1. 原子（例子）结构表示方法

1. 离子结构示意图：

3.4 核外电子排布与元素性质的关系

1. 金属元素的最外层电子数一般小于4，较易失去电子，形成阳离子，表现出还原性，在化合物中显正化合价。
2. 非金属元素最外层电子数一般大于或等于4，较易得到电子，活泼非金属元素易形成阴离子，表现氧化性，在化合物中主要显负价
3. 稀有气体元素的原子最外层为8电子（氦为2电子）稳定结构，不易失去或得到电子，通常表现为0价

四、元素周期表

4.1 编排原则

1. 原子序数 :按照元素在元素周期表中的顺序给元素编号，得到原子序数。而这个原子序数的确定

原子序数=核电荷数=质子数=核外电子数

1. 周期和族 ：
   1. 周期：（同行）电子层数相同，从左至右，最外层电子数递增
   2. 族：（同列）最外层电子数相同，从上至下，电子层数递增

4.2 元素周期表的结构

1. 周期：元素周期表有7个横行，每个横行各为一个周期，共7个周期

1. 族：共有18个纵列，第8、9、10三个纵列共同组成第Ⅷ族，其余每一个纵列为一族，共16族

1. 周期表中一格所表示的元素
   1. 原子序数：
   2. 元素符号：红色指放射性元素
   3. 元素名称：注 * 表示是人造元素
   4. 相对原子质量：加中括号的数据为该放射性元素半衰期最长同位素的质量
2. 元素周期表口诀记忆 ：

七个周期横着看，三段四长已完全。 十八纵列十六族，七主八副和零族。 主族元素两边站，副族元素立中间。 要问金属非金属，硼鿬之间划连线

五、碱金属元素

5.1 概况

1. 概念 ：碱金属元素主要是ⅠA族除\(\ce{H}\) 元素之外的其他金属元素。这些元素最外层电子数都是1，非常容易失去电子，表现还原性。都易溶于水，且与水反应生成强碱
2. 元素在周期表位置 ：（元素钫\(\ce{Fr}\) 属放射性元素，不太稳定，容易衰变成其他元素，故不考虑）
   1. 共同点：最外层电子数均是1
   2. 不同点：随着核电荷数增加，电子层数递增，原子半径逐渐增大

5.2 物理性质

1. 除\(\ce{Cs}\) 略带金属光泽外，其余都是银白色光泽
2. 硬度都很很小，比如\(\ce{Na}\) 可以用小刀切割
3. 熔沸点，从上至下，逐渐降低
4. 密度，从上到下有增大的趋势，但是（\(\ce{Na}\) >\(\ce{K}\)）

5.3 化学性质

1. 最高价氧化物对应的水化物的碱性：\(\ce{LiOH}\)<\(\ce{NaOH}\)<\(\ce{KOH}\)<\(\ce{RbOH}\)<\(\ce{CsOH}\)

碱金属元素越往下越活泼，所以越容易是电子，那也就意味着\(\ce{OH}\) 越容易得到电子形成\(\ce{OH^{-}}\) ,所以碱性越强

1. 碱金属元素化学性质的递变性：

六、卤族元素

6.1 概况

1. 概念：卤族元素位于ⅦA族，主族中唯一全是非金属的一族，包含\(\ce{F}\)、\(\ce{Cl}\) 、\(\ce{Br}\) 、\(\ce{I}\)、\(\ce{At}\)(放射性元素，不考虑)
2. 特点 ：从\(\ce{F}\) \(\ce{->}\) \(\ce{I}\) 核电荷数依次增大，电子层数依次增多，原子半径依次增大

6.2 元素对应单质的物理性质

6.3 对应单质的化学性质

1. 单质与\(\ce{H2}\) 反应

2.卤族单质的置换反应

1. \(\ce{Cl2}\) 与\(\ce{Br2}\) 的置换反应：
   1. 实验过程：将氯水滴入\(\ce{NaBr}\) 溶液后，振荡。待反应完全后，向反应后的溶液中滴加\(\ce{CCl4}\) 溶液
   2. 实验现象：静置后液体分层，上层无色，下层橙红色
   3. 实验结论：\(\ce{Cl2 + 2Br^{-} \xlongequal[]{} Br2 + 2Cl^{-}}\)
2. \(\ce{Cl2}\) 与\(\ce{I2}\) 的置换反应：
   1. 实验过程：将氯水滴入\(\ce{KI}\) 溶液后，振荡。待反应完全后，向反应后溶液中滴加\(\ce{CCl4}\) 溶液
   2. 实验现象：静置后液体分层，上层无色，下层紫色
   3. 3. 实验结论：\(\ce{Cl2 + 2I^{-} \xlongequal[]{} I2 + 2Cl^{-}}\)
3. \(\ce{Br2}\) 与\(\ce{I2}\) 的置换反应：
   1. 实验过程：将溴水滴入\(\ce{KI}\) 溶液后，振荡。待反应完全后，向反应后溶液中滴加\(\ce{CCl4}\) 溶液
   2. 实验现象：静置后液体分层，上层无色，下层紫色
   3. 3. 实验结论：\(\ce{Br2 + 2I^{-} \xlongequal[]{} I2 + 2Br^{-}}\)
4. 结论：卤素单质氧化性强弱，\(\ce{Cl2}\)>\(\ce{Br2}\)>\(\ce{I2}\)

6.4 卤族元素的相似性和递变性

1.相似性

1. 与\(\ce{H2}\)反应通式相同：\(\ce{X2 + H2 \xlongequal[]{} 2HX}\)
2. 与\(\ce{H2O}\) 反应通式相同：\(\ce{X2 + H2O \xlongequal[]{} HX + HXO}\) （\(\ce{Cl2、Br2、I2}\)）
   1. \(\ce{2F2 + 2H2O \xlongequal[]{} 4HF + O2}\)
3. 元素的化学物：除\(\ce{F}\)外，其余卤化银均为难溶性盐

2.递变性

1. 递变规律

1. 具体表现
   1. 从\(\ce{F -> I}\) , 与 \(\ce{H2}\) 反应越来越难；
   2. 氢化物稳定性：\(\ce{HF}\) >\(\ce{HCl}\) >\(\ce{HBr}\) >\(\ce{HI}\)
   3. 最高价氧化物对应的水化物的酸性：\(\ce{HClO4}\) >\(\ce{HBrO4}\) >\(\ce{HIO4}\)