高中化學(xué)選擇性必修二 原子結(jié)構(gòu)與元素周期表 知識(shí)清單

高中化學(xué)選擇性必修二原子結(jié)構(gòu)與元素周期表知識(shí)清單一、核心概念：元素周期系與周期表的基本架構(gòu)【基礎(chǔ)】（一）元素周期律與周期系元素的性質(zhì)隨原子序數(shù)（核電荷數(shù)）的遞增而呈現(xiàn)周期性的變化，這一規(guī)律稱(chēng)為元素周期律。將元素按原子序數(shù)遞增的順序排列起來(lái)所得的序列，稱(chēng)為元素周期系。元素周期表則是呈現(xiàn)這一周期系的表格形式，是“結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)”這一核心化學(xué)思想的最直觀、最系統(tǒng)的體現(xiàn)。（二）周期的劃分與電子層結(jié)構(gòu)【重要】周期的本質(zhì)是電子層數(shù)相同的元素，按原子序數(shù)遞增的順序排列而成的一個(gè)橫行。周期的序號(hào)等于該周期元素原子所具有的電子層數(shù)。1.第一周期：從1s1（氫）開(kāi)始，到1s2（氦）結(jié)束，共2種元素。這是一個(gè)特例，因?yàn)樗挥蠯層。2.第二、三周期：從填充ns能級(jí)開(kāi)始，到填充np能級(jí)結(jié)束，分別包含8種元素，稱(chēng)為短周期。3.第四、五周期：從填充ns能級(jí)開(kāi)始，中間穿插填充(n1)d能級(jí)，最后到填充np能級(jí)結(jié)束，分別包含18種元素，稱(chēng)為長(zhǎng)周期。4.第六周期：從填充6s能級(jí)開(kāi)始，中間穿插填充4f和5d能級(jí)，最后到填充6p能級(jí)結(jié)束，包含32種元素。其中，從57號(hào)鑭La到71號(hào)镥Lu的15種元素，因其電子依次填入4f軌道而性質(zhì)極為相似，統(tǒng)稱(chēng)為鑭系元素。5.第七周期：為不完全周期，理論上與第六周期類(lèi)似，包含錒系元素（89號(hào)錒Ac到103號(hào)鐒Lr），電子依次填入5f軌道。（三）族的劃分與價(jià)電子構(gòu)型【高頻考點(diǎn)】族的劃分主要依據(jù)原子的價(jià)層電子排布（簡(jiǎn)稱(chēng)價(jià)電子構(gòu)型）。價(jià)電子是指元素原子在化學(xué)反應(yīng)中參與成鍵的電子，對(duì)于主族元素是最外層電子，對(duì)于副族元素包括最外層ns電子和次外層(n1)d電子，有時(shí)還包括(n2)f電子。1.主族（A族）：包括IA～VIIA和0族。其族數(shù)等于最外層電子數(shù)（0族最外層為8或2，也稱(chēng)VIIIA族）。同主族元素原子的價(jià)電子構(gòu)型完全相同（ns?或ns2np?），因此化學(xué)性質(zhì)高度相似。例如，IA族價(jià)電子構(gòu)型為ns1，VIIA族為ns2np?。2.副族（B族）：包括IIIB～VIIB、IB、IIB以及VIII族。其族數(shù)與價(jià)電子總數(shù)有對(duì)應(yīng)關(guān)系。3.VIII族：位于周期表中部，包括第8、9、10三個(gè)縱列。其價(jià)電子構(gòu)型為(n1)d??1?ns??2，價(jià)電子數(shù)通常為8～10，因此不直接對(duì)應(yīng)單一的族序數(shù)。二、基于構(gòu)造原理的周期表深層解讀【難點(diǎn)】（一）構(gòu)造原理與周期表結(jié)構(gòu)的內(nèi)在一體性構(gòu)造原理揭示了基態(tài)原子核外電子填入各能級(jí)的順序（1s;2s2p;3s3p;4s3d4p;5s4d5p;6s4f5d6p……）。這張能級(jí)順序圖實(shí)際上就是元素周期表的“底層代碼”。每個(gè)能級(jí)組對(duì)應(yīng)周期表中的一個(gè)周期。1.第一能級(jí)組（1s）：對(duì)應(yīng)第1周期（2種元素）。2.第二能級(jí)組（2s2p）：對(duì)應(yīng)第2周期（8種元素）。3.第三能級(jí)組（3s3p）：對(duì)應(yīng)第3周期（8種元素）。4.第四能級(jí)組（4s3d4p）：對(duì)應(yīng)第4周期（18種元素）。5.第五能級(jí)組（5s4d5p）：對(duì)應(yīng)第5周期（18種元素）。6.第六能級(jí)組（6s4f5d6p）：對(duì)應(yīng)第6周期（32種元素）。7.第七能級(jí)組（7s5f6d7p）：對(duì)應(yīng)第7周期（32種元素，尚未填滿(mǎn)）。（二）元素在周期表中的位置與原子結(jié)構(gòu)的關(guān)系【★★★★核心考點(diǎn)】給定一個(gè)未知元素的原子序數(shù)，我們可以推斷其在周期表中的位置；反之，給定位置，可以推斷其原子結(jié)構(gòu)。1.由原子序數(shù)確定位置：利用構(gòu)造原理和稀有氣體的原子序數(shù)（2,10,18,36,54,86,118）作為參照。例如，原子序數(shù)為35的元素：比36號(hào)氡（Rn，第六周期0族）小1，因此它在第五周期，且緊挨0族左邊，為VIIA族，即溴（Br）。2.由位置書(shū)寫(xiě)電子排布式：已知某元素位于第四周期第VA族。則該元素位于第四周期，說(shuō)明其有四個(gè)電子層；第VA族為主族，最外層電子數(shù)為5，且是第四周期，因此其價(jià)電子排布應(yīng)為4s24p3。再根據(jù)構(gòu)造原理，前三個(gè)內(nèi)層軌道（1s,2s2p,3s3p）均已填滿(mǎn)，3d軌道在4s之后填充，但4s能量低于3d，電子先填4s后填3d。因此該元素的基態(tài)電子排布式為：1s22s22p?3s23p?3d1?4s24p3。這是砷（As）的電子排布。三、元素周期表的分區(qū)【必考點(diǎn)】根據(jù)原子的最后一個(gè)電子填入的能級(jí)符號(hào)，將周期表劃分為五個(gè)區(qū)：1.s區(qū)【基礎(chǔ)】包含IA族和IIA族。最后一個(gè)電子填入ns能級(jí)。價(jià)電子構(gòu)型為ns1或ns2。除氫（H）外，均為活潑的金屬元素，容易失去電子形成陽(yáng)離子。2.p區(qū)【基礎(chǔ)】包含IIIA族至VIIA族和0族。最后一個(gè)電子填入np能級(jí)。價(jià)電子構(gòu)型為ns2np1??（注意，He雖然屬于0族，但其電子排布為1s2，嚴(yán)格來(lái)說(shuō)屬于s區(qū)，但通常為了周期表完整而歸在p區(qū)討論）。該區(qū)包含金屬、非金屬和稀有氣體，是元素性質(zhì)最豐富多彩的區(qū)域。3.d區(qū)【重要】包含IIIB族至VIIB族、VIII族（第8、9、10縱列）。最后一個(gè)電子填入(n1)d能級(jí)。價(jià)電子構(gòu)型一般為(n1)d1??ns1?2。這些元素均為金屬元素，由于d電子的參與，它們通常具有可變價(jià)態(tài)，其化合物往往呈現(xiàn)絢麗的顏色，且許多其他合物具有磁性或催化活性。4.ds區(qū)【重要】包含IB族和IIB族。最后一個(gè)電子填入(n1)d能級(jí)，且該能級(jí)處于全滿(mǎn)狀態(tài)。價(jià)電子構(gòu)型為(n1)d1?ns1或(n1)d1?ns2。它們是金屬元素，導(dǎo)電導(dǎo)熱性能優(yōu)良，如銅、銀、金、鋅等。5.f區(qū)【基礎(chǔ)】包含鑭系和錒系元素。最后一個(gè)電子填入(n2)f能級(jí)。價(jià)電子構(gòu)型一般為(n2)f??1?(n1)d??2ns2。它們?nèi)繛榻饘僭兀再|(zhì)極為相似，在周期表中常被列在表的下方。四、元素性質(zhì)的周期性變化規(guī)律【★★★★★高頻考點(diǎn)與難點(diǎn)】（一）原子半徑【重要】1.變化規(guī)律：同一周期從左到右，原子半徑逐漸減小（除稀有氣體）。同一主族從上到下，原子半徑逐漸增大。2.微觀解釋?zhuān)和芷谠兀娮訉訑?shù)相同，但核電荷數(shù)從左到右逐漸增加，原子核對(duì)核外電子的吸引力增強(qiáng)，導(dǎo)致半徑減小。同主族元素，從上到下，電子層數(shù)增加，原子半徑顯著增大，這是影響半徑的主要因素。3.★特別注意：原子半徑的測(cè)量和比較基于不同的標(biāo)準(zhǔn)（共價(jià)半徑、金屬半徑、范德華半徑），數(shù)據(jù)值可能略有不同，但趨勢(shì)不變。（二）電離能【難點(diǎn)與高頻考點(diǎn)】電離能是氣態(tài)電中性基態(tài)原子失去一個(gè)電子轉(zhuǎn)化為氣態(tài)基態(tài)正離子所需要的最低能量，用符號(hào)I?表示第一電離能。1.變化規(guī)律：同一周期從左到右，元素的第一電離能總體呈增大趨勢(shì)，但有起伏。同一主族從上到下，元素的第一電離能逐漸減小。2.周期性“反常”及解釋?zhuān)骸锓闯?：第IIA族（ns2）的電離能大于第IIIA族（ns2np1）。因?yàn)閟軌道全滿(mǎn)，能量低，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，失電子更難。★反常2：第VA族（ns2np3）的電離能大于第VIA族（ns2np?）。因?yàn)閜軌道半滿(mǎn)（p3），能量低，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，失電子更難；而p?結(jié)構(gòu)，有一個(gè)電子是成對(duì)的，電子間排斥力大，更容易失去一個(gè)電子達(dá)到半滿(mǎn)穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。3.應(yīng)用：電離能是衡量原子失電子難易程度的定量標(biāo)尺。第一電離能越小，原子越易失電子，金屬性越強(qiáng)。通過(guò)分析逐級(jí)電離能（I?,I?,I?……）的突變，可以判斷元素可能的化合價(jià)及其在周期表中的族序數(shù)。例如，某元素的I?、I?、I?、I?數(shù)據(jù)中，I?突然變得非常大，說(shuō)明該元素原子最外層很可能有3個(gè)電子，屬于IIIA族。（三）電負(fù)性【重要】電負(fù)性是用來(lái)描述不同元素的原子對(duì)鍵合電子吸引力的大小。1.變化規(guī)律：同一周期從左到右，電負(fù)性逐漸增大（稀有氣體除外）。同一主族從上到下，電負(fù)性逐漸減小。2.應(yīng)用：電負(fù)性是判斷元素金屬性與非金屬性強(qiáng)弱的重要依據(jù)。電負(fù)性越大，非金屬性越強(qiáng)（氟F的電負(fù)性最大，為4.0）；電負(fù)性越小，金屬性越強(qiáng)（銫Fr和鈁Fr電負(fù)性最小，約為0.7）。電負(fù)性差值（Δχ）可以用來(lái)初步判斷化學(xué)鍵的類(lèi)型：通常Δχ>1.7，形成離子鍵；Δχ<1.7，形成共價(jià)鍵。但需注意，這只是一條經(jīng)驗(yàn)規(guī)則，并非絕對(duì)。（四）金屬性與非金屬性【高頻考點(diǎn)】1.金屬性：指原子失電子的能力。通常用單質(zhì)與水或酸反應(yīng)置換出氫的難易、最高價(jià)氧化物對(duì)應(yīng)水化物（氫氧化物）的堿性強(qiáng)弱來(lái)衡量。2.非金屬性：指原子得電子的能力。通常用單質(zhì)與氫氣化合的難易、生成的氣態(tài)氫化物的穩(wěn)定性、最高價(jià)氧化物對(duì)應(yīng)水化物（含氧酸）的酸性強(qiáng)弱來(lái)衡量。3.遞變規(guī)律：同一周期，從左到右，金屬性減弱，非金屬性增強(qiáng)。同一主族，從上到下，金屬性增強(qiáng)，非金屬性減弱。五、考點(diǎn)、考向與解題策略（一）常見(jiàn)題型與考查方式1.位置結(jié)構(gòu)性質(zhì)的綜合推斷題：這是最常見(jiàn)的題型。題目給出幾種短周期元素的部分信息（如原子序數(shù)、原子半徑變化圖、電離能數(shù)據(jù)、最高價(jià)氧化物對(duì)應(yīng)水化物的酸堿性、氣態(tài)氫化物的化學(xué)式等），要求推斷元素名稱(chēng)，書(shū)寫(xiě)電子排布式，比較離子半徑、金屬性、非金屬性強(qiáng)弱，判斷化學(xué)鍵類(lèi)型和晶體類(lèi)型。2.“構(gòu)位性”三者關(guān)系辨析題：考查對(duì)基本概念的理解，如“質(zhì)子數(shù)相同的粒子一定屬于同種元素嗎？”、“最外層電子數(shù)為2的元素一定是IIA族嗎？”等。3.電離能、電負(fù)性數(shù)據(jù)圖表分析題：提供電離能或電負(fù)性的數(shù)據(jù)表格或變化曲線，要求學(xué)生分析數(shù)據(jù)，解釋反常現(xiàn)象，判斷元素種類(lèi)和性質(zhì)。4.新元素或超鈾元素的預(yù)測(cè)題：利用元素周期律，預(yù)測(cè)119號(hào)或120號(hào)元素的位置、電子排布和基本性質(zhì)。（二）解題步驟與技巧【重要】1.定位置，抓特征：首先利用原子序數(shù)、電子層結(jié)構(gòu)或性質(zhì)特征（如“最高價(jià)氧化物對(duì)應(yīng)水化物是兩性的”、“氣態(tài)氫化物與最高價(jià)氧化物對(duì)應(yīng)水化物能反應(yīng)”等）確定元素在周期表中的具體位置。記住前20號(hào)元素及一些特征元素（如Al、Si、Cl等）是解題的關(guān)鍵。2.寫(xiě)排布，析結(jié)構(gòu)：準(zhǔn)確寫(xiě)出基態(tài)原子的電子排布式或價(jià)電子排布式，這決定了元素的化合價(jià)、分區(qū)和性質(zhì)。3.用規(guī)律，比性質(zhì)：熟練運(yùn)用同周期、同主族的性質(zhì)遞變規(guī)律來(lái)比較原子半徑、離子半徑、金屬性、非金屬性、電負(fù)性、電離能的大小。4.記特例，避陷阱：必須牢記上述提到的各種“反常”和“特例”。（三）核心必背“特例”與“易錯(cuò)點(diǎn)”清單【★★★★必記】1.氕原子（1H）的原子核內(nèi)沒(méi)有中子。2.第一周期不從金屬元素開(kāi)始，而是從非金屬氫開(kāi)始。3.大多數(shù)金屬氧化物是堿性氧化物，但Mn?O?是酸性氧化物，Al?O?是兩性氧化物。4.非金屬元素之間一般形成共價(jià)化合物，但銨鹽（如NH?Cl）是離子化合物。5.含有非極性鍵的化合物不一定是共價(jià)化合物（如Na?O?中含有OO非極性鍵，但它是離子化合物）。6.單質(zhì)分子不一定是非極性分子（如O?是極性分子）。7.離子的電子層結(jié)構(gòu)不一定是稀有氣體穩(wěn)定結(jié)構(gòu)（如Fe2?、Fe3?等過(guò)渡金屬離子）。8.IA族的元素不全是金屬元素（H是非金屬）。9.同周期元素第一電離能的反常點(diǎn)：第IIA>第IIIA；第VA>第VIA。10.氟無(wú)正價(jià)，氧無(wú)最高正價(jià)（在OF?中氧顯+2價(jià)，但并非其最高正價(jià)）。11.并非所有原子核外電子排布都嚴(yán)格遵循構(gòu)造原理，如Cr（[Ar]3d?4s1）和Cu（[Ar]3d1?4s1）是半滿(mǎn)和全滿(mǎn)的特例。12.金屬晶體中有陽(yáng)離子，但沒(méi)有陰離子，只有自由電子。（四）解答要點(diǎn)總結(jié)【原子半徑比較】1.電子層數(shù)越多，半徑越大。2.電子層數(shù)相同時(shí)，核電荷數(shù)越大，半徑越小。3.比較離子半徑時(shí)，若電子層結(jié)構(gòu)相同（如O2?,F?,Na?,Mg2?,Al3?），則核電荷數(shù)越大，半徑越小。【金屬性強(qiáng)弱判斷】1.單質(zhì)與水或酸反應(yīng)置換出氫的難易：越易，金屬性越強(qiáng)。2.最高價(jià)氧化物