化学人教版选修3学案：1-2-1 原子结构与元素周期表 Word版含解析

化学人教版选修3学案：1-2-1 原子结构与元素周期表 Word版含解析

www.ks5u.com 第二节　原子结构与元素的性质 第一课时　原子结构与元素周期表 ‎[学习目标]　1.通过碱金属和稀有气体的元素核外电子排布对比进一步认识电子排布和价电子层的含义。‎ ‎2．通过元素周期表认识周期表中各区、各周期、各族元素原子核外电子的排布规律。‎ ‎3．通过“螺壳上的螺旋”体会周期表中各区、各周期、各族元素的原子结构和位置间的关系。‎ 一、元素周期系 ‎1．碱金属元素基态原子的电子排布式 ‎2.元素周期系的形成 ‎(1)形成：随着元素原子核电荷数的递增，每到出现碱金属，就开始建立一个新的电子层，随后最外层上的电子逐渐增多，最后达到8个电子，出现稀有气体；然后又开始由碱金属到稀有气体，如此循环往复——这就是元素周期系中的一个个周期。‎ ‎(2)原因：元素周期系的形成是由于元素的原子核外电子的排布发生周期性的重复。‎ ‎(3)元素周期系中各周期所含元素种类的变化规律：随着核电荷数的递增，电子在能级里的填充顺序遵循构造原理；元素周期系的周期不是单调的；每一周期里元素的数目并不总是一样多，而是随周期序号的递增渐渐增多，同时，金属元素的数目也逐渐增多。可以把元素周期系的周期发展形象地比喻成螺壳上的螺旋。‎ 二、元素周期表 ‎1．元素周期表的周期和族 周期：具有相同的电子层数的元素按照原子序数递增的顺序排列成的一个横行。‎ 族：周期表中有18个纵行，除第8、9、10三个纵行叫第Ⅷ族外，其余15个纵行每一个纵行称作一族。‎ ‎2．元素周期表的结构 三、元素周期表的分区 ‎1．元素周期表的分区 ‎(1)按电子排布，可把周期表里的元素划分成5个区，分别是s、p、d、ds、f。‎ ‎(2)元素周期表可分为16个族，其中s区包括ⅠA、ⅡA族，p区包括ⅢA至ⅦA、0族，ds区包括ⅠB、ⅡB族。‎ ‎2．金属元素与非金属元素在元素周期表中的位置 ‎(1)金属元素和非金属元素的分界线为沿B、Si、As、Te、At与Al、Ge、Sb、Po之间所画的一条连线，非金属性较强的元素处于元素周期表的右上角位置，金属性较强的元素处于元素周期表的左下角位置。‎ ‎(2)处于d区、ds区和f区的元素全部是金属元素。s区的元素除氢外，也全部是金属元素。‎ 知识点一 核外电子排布与元素周期表 ‎1．核外电子排布与周期的划分 ‎(1)每一周期元素原子的外围电子排布和元素种数 ‎(2)核外电子排布与周期划分的关系 ‎①根据构造原理，将能量相近的能级分为一组，按能量由低到高可分为七个能级组，同一能级组内，各能级能量相差较小，各能级组之间能量相差较大。‎ ‎②每一能级组对应一个周期，且该能级组中最大的能层数等于元素的周期序数。‎ ‎2．核外电子排布与族的划分 ‎(1)价电子。‎ 主族元素的价电子为该元素原子的最外层电子。如碱金属元素原子的价电子排布为ns1。副族元素的价电子与其最外层电子和次外层电子有关。如铁元素原子的价电子排布式为3d64s2。‎ ‎(2)对主族元素：主族元素的族序数＝原子的最外层电子数，同主族元素原子的价层电子排布完全相同，价电子全部排布在ns或nsnp轨道上。(如表所示)‎ 当主族元素失去全部价电子后，表现出该元素的最高正价(O、F除外)。‎ ‎(3)稀有气体元素的价电子排布为1s2或ns2np6。‎ ‎(4)过渡元素(副族和第Ⅷ族)同一纵行原子的价层电子排布基本相同。(如表所示)‎ 第ⅢB族～ⅦB族可失去ns2和(n－1)d轨道上的全部电子，所以，最高正价数＝族序数。‎ 第Ⅷ族可失去最外层的s电子和次外层的部分(n－1)d电子，所以，最高正价低于族序数(8)，只有Ru和Os可表现出＋8价。‎ 第ⅠB族可失去ns1电子和部分(n－1)d电子，所以，第ⅠB族的族数<最高正价，第ⅡB族只失去ns2电子，第ⅡB族的族序数＝其最高正价。‎ ‎3．元素在元素周期表中位置的确定方法 ‎(1)由基态原子的外围电子排布式给元素定位 ‎①主族元素：该元素的周期序数＝外围电子的能层数；该元素的族序数＝外围电子总数。‎ 例如：某元素的外围电子排布为5s25p3(可确定为主族元素)，该元素在周期表中位于第五周期ⅤA族。‎ ‎②0族元素：0族元素外围电子排布为ns2np6(He为1s2)，0族元素的周期数＝外围电子的能层数(n)。‎ ‎③副族元素：副族元素的周期数＝外围电子的能层数(n)。‎ a．ⅠB族：外围电子排布为(n－1)d10ns1。‎ b．ⅡB族：外围电子排布为(n－1)d10ns2。‎ c．ⅢB～ⅦB族：外围电子排布为(n－1)dxns2，元素的族序数为x＋2(个别例外)。如Mn的外围电子排布为3d54s2，它在周期表中位于第四周期ⅦB族。‎ d．Ⅷ族：外围电子排布为(n－1)dxns0～2，且x＋1>7或x＋2>7。‎ 规律：a.元素在元素周期表中所处的周期序数与其能层数相同。‎ b．主族元素和ⅢB～ⅦB族元素所处族序数与其外围电子总数相等，ⅠB、ⅡB、Ⅷ族和0族元素所处族由其外围电子构型的特征判断。‎ ‎(2)根据原子序数以0族为基准给元素定位(见下表)‎ 稀有气体元素 He Ne Ar Kr Xe Rn 周期数 一 二 三 四 五 六 七 原子序数 ‎2‎ ‎10‎ ‎18‎ ‎36‎ ‎54‎ ‎86‎ ‎118‎ ‎①原子序数－稀有气体原子序数(相近且小)＝元素所在的纵行数。第1、2纵行为ⅠA、ⅡA族，第3～7纵行为ⅢB～ⅦB族，第8～10纵行为Ⅷ族，第11、12纵行为ⅠB、ⅡB族，第13～17纵行为ⅢA～ⅦA族，第18纵行为0族。而该元素的周期数＝稀有气体元素的周期数＋1。‎ 例如：判断原子序数为41的元素在周期表中的位置。‎ 分析：41与36接近，有41－36＝5，为第五周期ⅤB族。‎ 注意：使用此法若为第六、七周期ⅢB族(含镧系、锕系元素)后的元素需再减14定位。‎ ‎②稀有气体元素的原子序数(相近且大)－原子序数＝18－该元素所在纵行数。‎ 例如：推断新发现的114号元素在周期表中的位置。‎ 分析：118－114＝4，为顺数第14纵行或倒数第5纵行，故114号元素位于第七周期ⅣA族。‎ 说明：‎ 也可以根据已知元素的原子结构示意图、电子排布图、特征电子构型来判断元素在元素周期表中的位置。‎ ‎1.最外层电子排布为ns1或ns2的元素是否一定是金属元素？‎ ‎【点拨】　不一定。如H的最外层电子排布为1s1，He的最外层电子排布为1s2，但两者均不是金属元素。‎ ‎2．如何由基态原子的外围电子排布式确定元素在周期表中的位置。‎ ‎【点拨】　若已知元素的外围电子排布，可直接判断该元素在周期表中的位置。如某元素的外围电子排布为4s24p4，首先根据含有p能级确定元素位于p区，由外围电子位于第四能层，确定元素位于第四周期，由其价电子数为6，确定元素位于ⅥA族。如某元素外围电子排布为3d34s2，首先根据d能级未充满，确定元素位于d区，由外围电子位于第四能层确定元素在第四周期，由外围电子总数为5，确定元素位于ⅤB族。‎ ‎【例1】　元素X、Y、Z在周期表中的相对位置如图所示。已知Y元素原子的外围电子排布为nsn－1npn＋1，则下列说法不正确的是(　　)‎ A．Y元素原子的外围电子排布为4s24p4‎ B．Y元素在周期表的第三周期ⅥA族 C．X元素所在周期中所含非金属元素最多 D．Z元素原子的核外电子排布式为 ‎1s22s22p63s23p63d104s24p3‎ ‎【提示】　‎ 先确定Y元素原子的价电子层结构，再依据周期表推出X、Z元素并作答。‎ ‎【解析】　因为Y元素原子的外围电子排布中出现了np能级，故其ns能级已经排满且只能为2个电子，则n－1＝2，n＝3，即Y元素原子的外围电子排布为3s23p4，故A项错误，B项正确。Y为S元素，X为F元素，第二周期所含非金属元素最多，故C项正确。Z为As元素，核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p3，D项正确。‎ ‎【答案】　A 下列关于原子核外电子排布与元素在周期表中位置关系的叙述中，正确的是(　B　)‎ A．原子的价电子排布为ns2np1～6的元素一定是主族元素 B．基态原子的p能级上有5个电子的元素一定是第ⅦA族元素 C．原子的价电子排布为(n－1)d6～8ns2的元素一定位于第ⅢB～ⅦB族 D．基态原子的N能层上只有1个电子的元素一定是主族元素 解析：除He外，0族元素原子的价电子排布均为ns2np6，不是主族元素；基态原子的p能级上有5个电子，即价电子排布为ns2np5，该元素一定处于第ⅦA族；原子的价电子排布为(n－1)d6～8ns2的元素处于第Ⅷ族，并非第ⅢB～ⅦB族；基态原子的N能层上只有1个电子的元素，除主族元素外，还有Cu、Cr等过渡金属元素。‎ 知识点二 元素周期表的分区 ‎1．根据原子的外层电子结构特征分区 ‎(1)周期表中的元素可根据原子的外层电子结构特征划分为如下图所示的5个区。‎ ‎①s区元素：最外层只有1～2个s电子，价电子分布在s轨道上，价电子构型为ns1～2，包括ⅠA族、ⅡA族的所有元素。‎ ‎②p区元素：最外层除有两个s电子外，还有1～6个p电子(He无p电子)，价电子构型为ns2np1～6，包括ⅢA→ⅦA族和零族的所有元素。‎ ‎③d区元素：最外层有1～2个s电子，次外层有1～9个d电子，价电子构型为(n－1)d1～9ns1～2(个别例外)，包括ⅢB→Ⅷ族的所有元素，其中Ⅷ族包括三列。‎ ‎④ds区元素：最外层有1～2个s电子，次外层d电子全充满，价电子构型为(n－1)d10ns1～2，包括ⅠB族、ⅡB族的所有元素。‎ ‎⑤f区元素：最外层有两个s电子，次外层s电子和p电子已全充满，d电子为0～2个，倒数第三层有1～14个f电子(个别例外)，价电子构型为(n－2)f0～14(n－1)d0～2ns2，为包括镧在内的镧系元素和包括锕在内的锕系元素。‎ ‎(2)元素周期表的各区元素、原子最外层电子排布特点及化学性质 根据元素原子的结构特征、电子构型可判断元素在周期表中的位置；知道元素在周期表的位置，也可以写出原子的结构特征、电子构型。‎ ‎2．根据金属元素和非金属元素分区 我们还可以在周期表上对金属元素和非金属元素进行分区。如果沿着周期表中硼、硅、砷、碲、砹跟铝、锗、锑、钋之间画一条虚线，虚线的左边是金属元素，右边是非金属元素，左下方是金属性最强的元素，右上方是非金属性最强的元素，最右边一个纵列是稀有气体元素，由于金属性、非金属性没有严格的界限，位于分界线附近的元素，既表现某些非金属元素的性质，又表现某些金属元素的性质。‎ a.元素的分区规律：按照元素的原子核外电子最后排布的能级分区，如s区元素的原子的核外电子最后排布在ns能级上，d区、ds区元素的原子核外电子最后排布在(n－1)d能级上。‎ b.s区、p区均为主族元素(包括稀有气体)，且除H外，非金属元素均位于p区。‎ c.应根据外围电子排布判断元素的分区，不能根据最外层电子排布判断元素的分区。p区中，He的外围电子排布(1s2)较特殊。‎ d.d区元素的最高正化合价等于族序数。‎ 族与分区的关系如何？‎ ‎【点拨】　(1)主族：s区和p区。(ns＋np)的电子数＝族序数。‎ ‎(2)0族：p区。(ns＋np)的电子数＝8(或2)。‎ ‎(3)副族：d区＋ds区＋f区。‎ ‎①d区中[(n－1)d＋ns]的电子数＝族序数(第Ⅷ族部分元素除外)。‎ ‎②当8≤[(n－1)d＋ns]的电子数≤10时，则为第Ⅷ族元素。‎ ‎③ds区中(n－1)d全充满，ns的电子数＝族序数。‎ ‎【例2】　已知元素周期表中共有18纵行，下图中实线表示元素周期表的边界。按电子排布，可把周期表里的元素划分为下列几个区：s区、p区、d区、ds区等。除ds区外，其他区的名称各自按构造原理最后填入的电子的能级符号。‎ ‎(1)请在图中用实线画出s区、p区、d区、ds区的边界线，并分别用阴影和表示d区和ds区。‎ ‎(2)有的同学受这种划分的启发，认为d区内6、7纵行的部分元素可以排在另一区，你认为应排在________区。‎ ‎(3)在元素周期表中4s轨道半充满的元素为________(填元素符号)。‎ ‎(4)请利用电子排布的相关知识解释Fe3＋比Fe2＋稳定的原因____________。‎ ‎【提示】　解答本题应注意以下两点：‎ ‎①元素周期表的分区及其外围电子排布特点。‎ ‎②原子轨道在全空、半充满和全充满时能量最低，最稳定。‎ ‎【解析】　依据构造原理最后填入的电子的能级符号，将元素周期表划分为几个区，对于24号元素，其核外价电子排布似乎应该是3d44s2，而实际上是3d54s1，原因是能量相同的轨道处于全空、全充满和半充满时能量最低，而29号元素也正是因为这一点排成3d104s1‎ ‎，而不是3d94s2，故29号、30号元素所在纵行归为ds区，所以该同学认为d区内6、7纵行的部分元素可以排在ds区是有道理的。对于Fe3＋比Fe2＋稳定的原因也可从铁的核外电子排布特点来解释(Fe3＋的价电子排布式为3d5，为半充满状态，比Fe2＋的价电子排布式3d6稳定)。‎ ‎【答案】　(1)如下图 ‎(2)ds　(3)K、Cr、Cu ‎(4)Fe的价电子排布式为3d64s2，Fe2＋和Fe3＋的价电子排布式分别为3d6、3d5，依据“能量相同的轨道处于全空、全充满和半充满时能量最低”的原则，3d5处于半充满状态，结构更稳定，故Fe3＋比Fe2＋稳定 已知某元素的基态原子的价电子排布为(n－1)dansb(a、b均为大于0的正整数)，下列有关说法正确的是(　D　)‎ A．该元素位于元素周期表中的d区 B．该元素位于元素周期表中的ds区 C．该元素的族序数为a＋b D．该元素一定为金属元素 解析：该元素基态原子的价电子排布为(n－1)dansb，该元素为过渡金属元素，该元素可能位于周期表中的d区或ds区。若该元素处于第ⅢB～ⅦB族，原子的价电子数等于族序数，则族序数为a＋b，否则不存在这一关系。‎ ‎1．最活泼的金属单质、最活泼的非金属单质、常温下呈液态的金属单质，其组成元素分别位于下列元素周期表中的(　A　)‎ A．s区、p区、ds区 B．s区、p区、d区 C．f区、p区、ds区 D．s区、f区、ds区 解析：理论上最活泼的金属单质是Fr，但由于其具有放射性，故一般认为最活泼的金属单质是Cs，而Cs和Fr都属于第ⅠA族元素，位于s区；最活泼的非金属单质是F2，F位于p区；常温下呈液态的金属单质为Hg，Hg属于过渡元素，位于ds区。‎ ‎2．价电子排布为5s25p1的元素，在周期表中的位置是(　B　)‎ A．第四周期，第ⅤA族 B．第五周期，第ⅢA族 C．第五周期，第ⅠA族 D．第四周期，第ⅢA族 解析：电子层数＝周期数，价电子数＝主族元素的族序数，所以该元素位于第五周期，第ⅢA族。‎ ‎3．下列各组元素属于p区的是(　B　)‎ A．原子序数为1、2、7的元素 B．S、O、P C．Fe、Ar、Cl D．Na、Li、Mg 解析：A项中原子序数为1、2、7的元素分别为氢、氦、氮，所在区分别是s区、s区、p区；C项中Fe在d区，Ar、Cl均在p区；D项中元素均在s区。‎ ‎4．已知某元素＋3价离子的电子排布为：1s22s22p63s23p63d5，该元素在周期表中的位置是(　C　)‎ A．第三周期第Ⅷ族，p区 B．第三周期ⅤB族，ds区 C．第四周期第Ⅷ族，d区 D．第四周期ⅤB族，f区 解析：＋3价离子的核外有23个电子，则原子核外有26个电子，原子核外电子排布式为：1s22s22p63s23p63d64s2。由最高能层序数为4知位于第四周期，由价电子层排布为3d64s2知是d区元素，在第Ⅷ族。‎ ‎5．已知某元素原子的下列结构或性质，能确定其在周期表中位置的是(　D　)‎ A．某元素原子的第二电子层电子排布图为 B．某元素原子在某种化合物中的化合价为＋4‎ C．某元素的原子最外层上电子数为6‎ D．某元素原子的外围电子排布式为5s25p1‎ 解析：A项错误，所给的第二电子层为充满结构，不能确定其第二层以外是否还有电子；B项错误，仅凭化合价不能确定元素所在的周期和族；C项错误，据最外层电子数为6仅能确定该元素所在主族，不能确定其所在周期；D项已明确给出了原子的外围电子排布，即可顺利找到元素所在的周期和族，这是铟(In)元素。‎ ‎6．下列关于原子核外电子排布与元素在周期表中位置关系的叙述正确的是(　C　)‎ A．基态原子核外N电子层上只有一个电子的元素一定是第ⅠA族元素 B．原子核外价电子排布式为(n－1)d6～8ns2的元素一定是副族元素 C．基态原子的p能级上半充满的元素一定位于p区 D．基态原子核外价电子排布式为(n－1)dxnsy的元素的族序数一定为x＋y 解析：基态原子核外N电子层上只有一个电子的元素，可能是钾元素，也可能是铬元素或铜元素，A项错误；原子核外价电子排布式为(n－1)d6～8ns2的元素是第Ⅷ族元素，不是副族元素，B项错误；基态原子的p能级上半充满的元素，其基态原子核外价电子排布式为ns2np3‎ ‎，则该元素一定属于p区元素，C项正确；基态原子核外价电子排布式为(n－1)dxnsy的元素的族序数可能为x＋y(x＋y≤7)，也可能为8(8≤x＋y≤10)，还可能为y(x＝10)，D项错误。‎ ‎7．下列说法正确的是(　C　)‎ A．所有金属元素都分布在d区和ds区 B．最外层电子数为2的元素都分布在s区 C．元素周期表中第ⅢB族到第ⅡB族10个纵行的元素都是金属元素 D．s区均为金属元素 解析：s区除H、He外均为金属元素，故A、D项错误。Zn元素的原子最外层电子数为2，但却不是s区元素，B项错误。元素周期表中第ⅢB族～第ⅡB族的元素为过渡元素，全部为金属元素，C项正确。‎ ‎8．某元素的最外层电子数为2，价电子数为5，并且是同族中原子序数最小的元素。关于该元素的判断错误的是(　C　)‎ A．电子排布式为1s22s22p63s23p63d34s2‎ B．该元素为钒元素 C．该元素为ⅡA族元素 D．该元素位于d区 解析：主族元素的最外层电子数＝价电子数，因其最外层电子数与价电子数不相等，因此不是主族元素，C项错误；因该元素是同族中原子序数最小的元素，所以位于第四周期，其价电子数为5，推测价电子排布为3d34s2，其电子排布式为1s22s22p63s23p63d34s2，为钒元素，位于第ⅤB族，属于d区元素，A、B、D项正确。‎ ‎9．(1)下列元素是主族元素还是副族元素？位于周期表中第几周期？第几族？‎ ‎①1s22s22p63s23p4主族，第三周期ⅥA族；‎ ‎②[Kr]4d105s25p2主族，第五周期ⅣA族；‎ ‎③[Ar]3d34s2副族，第四周期ⅤB族；‎ ‎④[Ar]3d104s1副族，第四周期ⅠB族。‎ ‎(2)①已知某元素＋2价离子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d5‎ ‎，该元素在周期表中的位置是第四周期ⅦB族，属于d区。‎ ‎②已知aAn＋与dD(n＋1)－两种单核离子具有相同的电子层结构，则A与D的核电荷数之差是2n＋1，周期数之差是1，族序数之差是7－2n，A元素位于s区，D元素位于p区。‎ 解析：(1)看能层数确定周期数，看外围电子排布确定主、副族及其族序数。主族元素的外围电子排布为ns1～2和ns2np1～6，只要外围电子排布中出现d能级的，肯定在ds区或d区(镧系和锕系元素除外)。注意题给的是完整的用原子实表示的电子排布式，不要认为方括号后的部分就是外围电子排布。题中所给的四种元素依次为S、Sn、V、Cu。‎ ‎10．在研究原子核外电子排布与元素周期表的关系时，人们发现价电子排布相似的元素集中在一起，据此，人们将元素周期表分为五个区，并以最后填入电子的轨道能级符号作为该区的符号，如图所示。‎ ‎(1)在s区中，族序数最大、原子序数最小的元素，其原子的价电子的电子云形状为球形。‎ ‎(2)在d区中，族序数最大、原子序数最小的元素，它常见离子的电子排布式为Fe2＋：1s22s22p63s23p63d6；Fe3＋：‎ ‎1s22s22p63s23p63d5。‎ ‎(3)在ds区中，族序数最大、原子序数最小的元素，其原子的价电子排布式为3d104s2。‎ ‎(4)在p区中，第二周期ⅤA族元素原子的价电子的电子排布图为。‎ ‎(5)当今常用于核能开发的元素是铀和钚，它们处在元素周期表的f 区中。‎ 解析：(1)s区包括ⅠA族和ⅡA族，族序数最大、原子序数最小的元素应是第二周期ⅡA族的Be，其电子排布式为1s22s2，价电子排布式为2s2，其电子云形状为球形。‎ ‎(2)d区包括ⅢB族～ⅦB族和Ⅷ族，其中族序数最大、原子序数最小的元素应该是第四周期Ⅷ族的Fe。Fe原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2。Fe元素的常见离子为Fe2＋和Fe3＋。‎ ‎(3)ds区包括ⅠB族和ⅡB族，族序数最大、原子序数最小的元素是Zn，ⅡB族价电子的电子排布结构特征是(n－1)d10ns2，故Zn的价电子排布式为3d104s2。‎ ‎(4)在p区中，位于第二周期ⅤA族的元素是N，其最外层电子排布式为2s22p3，则轨道表示式为：。‎ ‎(5)铀和钚在f区。‎