高中化学《原子结构与元素周期表》导学案+课后练习题.docx
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高中化学《原子结构与元素周期表》导学案+课后练习题
第二节 原子结构与元素的性质
第1课时 原子结构与元素周期表
[明确学习目标] 1.熟知原子结构与元素周期表的关系,进一步熟悉元素周期表的结构。
2.能够从原子结构的角度认识元素周期表中区的划分。
学生自主学习
一、元素周期系的形成
1.各周期ⅠA族元素原子的电子排布式
2.元素周期系的形成
(1)随着元素原子核电荷数的递增,每一周期(第一周期除外)从
碱金属元素开始到
稀有气体元素结束,外围电子排布从ns1递增到ns2np6。
(2)元素周期系形成的根本原因是
元素的原子核外电子的排布发生周期性的重复。
3.元素周期系的复杂性
由于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。
二、元素周期表的分区
1.按电子排布分区:
按核外电子排布式中
最后填入电子的
能级的符号可将元素周期表(ⅠB族、ⅡB族除外)分为s、
p、
d、f4个区,而ⅠB族、ⅡB族这2个纵列的元素原子的核外电子可理解为先填充满
(n-1)d能级而后再填充
ns能级而得名
ds区。
2.元素周期表分为5个区:
s区、p区、d区、ds区、f区。
1.每一周期都是从活泼金属开始以惰性气体结束吗?
提示:
不是。
第一周期是从H开始的,它是非金属元素。
2.“s区元素都是金属元素,p区元素都是非金属元素”,该说法正确吗?
提示:
不正确。
s区元素有非金属元素H,其他均为金属元素;p区元素既包含金属元素,又包含非金属元素。
3.副族元素和第Ⅷ族为什么又称为过渡元素?
提示:
第Ⅷ族元素是周期表中第8、9、10三个纵行中的元素,而副族元素是指在元素周期表中从第ⅢB族到第ⅡB族(除去第Ⅷ族元素以外)的元素。
由于副族元素和第Ⅷ族元素是从典型的金属元素(s区元素)过渡到非金属元素(p区元素)的中间元素,因而又被称为“过渡元素”。
课堂互动探究
一、核外电子排布与周期、族的划分
1.核外电子排布与周期的划分
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,不同能级组之间能量相差较大。
(1)每一能级组对应一个周期。
(2)周期、能级组、元素数目的对应关系
2.核外电子排布与族的划分
族的划分与原子的价电子数目和价电子排布密切相关,一般情况下,同族元素的价电子数目相同。
(1)主族元素的价电子排布在最外层的ns或nsnp轨道上。
主族元素的族序数等于该元素原子的价电子数,主族元素原子的价电子即最外层电子。
(2)虽然同一副族内不同元素原子的电子层数不同,但价电子排布却基本相同(镧系、锕系元素除外),而且ⅢB~ⅦB族元素(镧系、锕系元素除外)原子的价电子数目仍然与族序数相同。
例如,金属锰的价电子排布式为3d54s2,价电子数为7,对应的族序数为ⅦB族。
ⅠB族和ⅡB族元素的(n-1)d轨道是全充满状态,其族序数与最外层ns轨道上的电子数目相同。
(3)Ⅷ族元素原子的价电子排布式为(n-1)d6~9ns1~2(钯除外,为4d10)。
(4)0族元素原子的价电子排布式为ns2np6(He除外,为1s2),为原子轨道全充满的稳定结构。
[即时练]
1.某元素的原子序数为29,试问:
(1)此元素原子的电子总数是多少?
(2)它有多少个电子层?
有多少个能级?
(3)它的外围电子排布式是什么?
(4)它属于第几周期?
第几族?
主族还是副族?
(5)它有多少个未成对电子?
答案
(1)29
(2)4个电子层;7个能级 (3)3d104s1 (4)第四周期;ⅠB族;副族 (5)有1个未成对电子
解析
2.指出下列元素位于周期表中的周期数和族序数。
(1)1s22s22p63s23p5____________________;
(2)[Kr]4d105s25p2_____________________;
(3)[Ar]3d34s2________________________;
(4)[Ar]3d104s1________________________;
(5)[Ar]4s1___________________________。
答案
(1)第三周期ⅦA族
(2)第五周期ⅣA族
(3)第四周期ⅤB族 (4)第四周期ⅠB族
(5)第四周期ⅠA族
解析 根据元素的周期数等于元素的最大能层数可知,这五种元素的周期数分别是第三周期、第五周期、第四周期、第四周期、第四周期;根据元素的价电子排布的特征知,
(1)、
(2)和(5)是主族元素,(3)和(4)是过渡元素,根据其族序数与价电子数的关系可知,这五种元素的族序数和名称分别是ⅦA族、ⅣA族、ⅤB族、ⅠB族和ⅠA族。
规律方法
元素所在的族与元素的价电子数之间的关系:
ⅠA、ⅡA族元素价电子排布为ns1、ns2;ⅢA~ⅦA族元素价电子排布为ns2np1~5;ⅢB~ⅦB族元素价电子排布为(n-1)d1~5ns1~2;Ⅷ族元素价电子排布为
(n-1)d6~9ns1~2(钯除外);ⅠB~ⅡB族元素价电子排布为(n-1)d10ns1~2。
二、各区元素原子的价电子排布、元素的位置及类别
[即时练]
3.下列说法正确的是( )
A.最外层电子排布式为ns2的基态原子所对应元素一定位于ⅡA族
B.最外层电子排布式为ns1的基态原子所对应元素一定是金属元素
C.d区元素的原子一定都有d轨道电子
D.基态原子价电子排布式为nsnnpn的元素一定是金属元素
答案 C
解析 最外层电子排布式为ns2的基态原子所对应元素可能是He(1s2),也可能是ⅡB族元素[(n-1)d10ns2]等,不一定是ⅡA族元素,故A错误;最外层电子排布式为ns1的基态原子所对应元素中最特殊的是H,H不是金属元素,其他最外层电子排布式为ns1的基态原子所对应元素都是金属元素,B错误;d区元素原子的价电子排布式为(n-1)d1~9ns1~2(钯为4d10),一定有d轨道电子,故C正确;价电子排布式符合nsnnpn的元素只有n=2这一种情况,该元素的价电子排布式为2s22p2,是碳元素,是非金属元素,D错误。
4.已知元素周期表中共有18纵列,下图中实线表示元素周期表的边界。
按原子的核外电子排布,可将元素在元素周期表里的位置划分为s区、p区、d区、ds区等。
除ds区外,其他区的名称来自按构造原理最后填入电子的能级符号。
(1)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)在元素周期表中用元素符号标出4s轨道处于半充满状态的元素。
(3)利用电子排布的相关知识解释Fe3+比Fe2+稳定的原因。
答案
(1)
(2)见上表
(3)Fe的价电子排布式为3d64s2,Fe2+的价电子排布式为3d6,Fe3+的价电子排布式为3d5,依据能量相同的轨道处于全空、全充满或半充满状态时能量最低的原则可知Fe3+中3d轨道处于半充满状态,结构更稳定,故Fe3+比Fe2+稳定。
解析
(1)依据按构造原理最后填入电子的能级符号将元素周期表划分为几个区。
具体情况见答案。
(2)4s轨道处于半充满状态的元素有3种:
K、Cr、Cu。
规律方法
s区有2个纵列,d区有8个纵列,ds区有2个纵列;从元素原子的价电子排布可以看出,d区、ds区的元素在发生化学反应时容易失去最外层电子甚至次外层的d电子,呈现金属性,所以d区、ds区元素都是金属元素。
本课归纳总结
核外电子排布与元素周期表的关系
学习效果检测
1.某元素的原子最外层电子排布式是5s25p1,该元素或其单质不可能具有的性质是( )
A.该元素的金属性比铝元素的强
B.该元素的单质在一定条件下能与盐酸反应
C.该元素位于第五周期ⅢA族
D.该元素的最高化合价为+5
答案 D
解析 某元素的原子最外层电子排布式是5s25p1,处于p区,位于第五周期ⅢA族,同主族元素自上而下金属性逐渐增强,故金属性比Al元素的强,A、C正确;该元素的金属性比Al元素的强,该元素的单质在一定条件下能与盐酸反应置换出氢气,B正确;该元素为主族元素且原子最外层电子数为3,故最高化合价为+3,D错误。
2.下列各组元素属于p区的是( )
A.原子序数为1、2、7的元素 B.S、O、P
C.Fe、Ar、Cl D.Na、Li、Mg
答案 B
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、p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。
3.周期表共有18个纵列,从左到右排为1~18列,即氢、碱金属元素为第1列,稀有气体元素为第18列。
按这种规定,下列说法正确的是( )
A.第14列元素中未成对电子数是同周期元素中最多的
B.只有第2列的元素原子最外层电子排布为ns2
C.第四周期第8列元素是铁元素
D.第15列元素原子的价电子排布为ns2np5
答案 C
解析 A中,第14列是碳族元素,价电子排布为ns2np2,未成对电子数为2,不如第15列(氮族元素)未成对电子数多。
B中,周期表中第12列(即第ⅡB族)最外层电子排布也为ns2。
D中,第15列元素原子价电子排布为ns2np3。
4.甲元素原子的L能层上只有一个空原子轨道;乙元素原子的核电荷数为33。
根据甲、乙两元素的信息,回答有关问题:
(1)甲的元素符号是________;其轨道表示式为__________________。
(2)乙元素原子的最外层电子排布式为____________,其在元素周期表中的位置是________________。
(3)甲属于________区元素,乙属于________区元素。
答案
(1)C
(2)4s24p3 第四周期第ⅤA族 (3)p p
解析
(1)甲元素原子的L能层上只有一个空原子轨道,则其电子排布式为1s22s22p2,是碳元素,其轨道表示式为
。
(2)乙元素原子的核电荷数为33,则乙原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p3,在元素周期表中位于第四周期第ⅤA族。
(3)甲为C,乙为As(砷),均属于p区元素。
课时作业
A篇 知识对点训练
知识点一 元素周期系的形成
1.已知某元素+2价离子的电子排布式为1s22s22p63s23p6,该元素在周期表中属于( )
A.ⅤB族B.ⅡB族C.Ⅷ族D.ⅡA族
答案 D
解析 由题意推知,该元素的外围电子排布为4s2。
故该元素位于第四周期第ⅡA族。
2.外围电子排布为4d55s1的元素在周期表中的位置是( )
A.第四周期第ⅠB族B.第五周期第ⅠB族
C.第四周期第ⅥB族D.第五周期第ⅥB族
答案 D
解析 由于该元素的能级最高为5s,所以处于第五周期,外围电子排布为4d55s1。
所以位于第ⅥB族。
3.下列叙述中正确的是( )
A.除零族元素外,短周期元素的最高化合价在数值上都等于该元素所属的族序数
B.除短周期外,其他周期均有18种元素
C.副族元素中没有非金属元素
D.碱金属元素是指ⅠA族的所有元素
答案 C
解析 A项中F的最高化合价为0价,O的最高化合价不是+6,与族序数不等;B项中六、七周期所含元素数均不是18种;D项中H不属于碱金属。
4.元素X、Y、Z在周期表中的相对位置如表所示。
已知Y元素原子的外围电子排布为ns(n-1)np(n+1),则下列说法不正确的是( )
X
Y
Z
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第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
答案 A
解析 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。
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。
5.已知M2+的3d轨道中有6个电子。
试回答:
(1)M原子的电子排布式为_____________________________;
(2)M原子的最外层电子数为________;
(3)M元素在周期表中的位置为____________。
答案
(1)1s22s22p63s23p63d64s2
(2)2
(3)第四周期第Ⅷ族
解析 因3d能级未满,4p能级肯定无电子,故M应在过渡元素区,M一定为第四周期元素。
该元素失电子时应先失去4s电子再失3d电子,故4s轨道应有2个电子。
综上可推知M的电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2,应在第四周期第Ⅷ族,最外层有2个电子。
知识点二 元素周期表的分区
6.关于元素周期表中元素的分区,下列说法正确的是( )
A.元素周期表的s区全部是金属元素
B.元素周期表的d区包含所有的过渡元素
C.过渡元素包括d区和ds区的元素
D.p区元素都是非金属元素
答案 C
解析 s区中的H是一个特例,它属于非金属元素,故A错误;d区包括ⅢB~ⅦB族(镧系和锕系除外)元素和Ⅷ族元素,ds区包括ⅠB族和ⅡB族元素,过渡元素包括所有的副族元素和Ⅷ族元素,即包括了d区和ds区的元素,故B错误,C正确;p区包括ⅢA~ⅦA族元素和0族元素,其中的铝、铅等都是金属元素,故D错误。
7.下面元素周期表中全部是金属元素的区域为( )
A.只有s区B.只有d区
C.s区、d区和ds区D.d区和ds区
答案 D
解析 s区的氢为非金属,d区和ds区全部为金属,p区包含大多数非金属元素。
8.下列各组元素属于d区的是( )
A.FeB.SC.ArD.Li
答案 A
解析 Fe位于d区,S、Ar位于p区,Li位于s区。
9.某元素简化电子排布式为[Xe]4f46s2,其应在( )
A.s区B.p区C.d区D.f区
答案 D
解析 元素在周期表中的分区,取决于元素原子的最后一个电子所进入的能级,因该元素最后一个电子进入f能级,所以该元素为f区元素。
10.闪烁着银白色光泽的金属钛(22Ti)因具有密度小、强度大、无磁性等优良的机械性能,被广泛地应用于军事、医学等领域,号称“崛起的第三金属”。
已知钛有48Ti、49Ti、50Ti等同位素,下列关于金属钛的叙述中不正确的是( )
A.上述钛原子中,中子数不可能为22
B.钛元素在周期表中处于第四周期
C.钛的不同同位素在周期表中处于不同的位置
D.钛元素是d区的过渡元素
答案 C
解析 题给三种同位素原子中,中子数最小为26,故A项正确;Ti位于第四周期ⅣB族,属于d区元素,故B、D两项正确;同种元素的不同同位素在周期表中的位置相同,C项错误。
11.外围电子排布为3d104s2的元素在周期表中的位置是( )
A.第三周期ⅦB族B.第三周期ⅡB族
C.第四周期ⅦB族D.第四周期ⅡB族
答案 D
解析 该元素的最大能层为4,应位于第四周期,3d和4s电子数之和为12,应在第12列,是ⅡB族。
B篇 综合提升训练
12.元素周期表中共有18纵列,从左到右排为18列,第1列为碱金属元素(氢元素除外),第18列为稀有气体元素,则下列说法正确的是( )
A.第9列元素中没有非金属元素
B.第15列元素原子的最外层电子排布式是ns2np5
C.最外层电子排布式为ns2的元素一定在第2列
D.第11、12列为d区元素
答案 A
解析 A项,第9列为Ⅷ族,全部为金属元素;B项,第15列为ⅤA族,其元素原子的最外层电子排布式为ns2np3;C项,He的最外层电子排布式为1s2,却在第18列;D项,第11、12列元素原子的价电子排布式为(n-1)d10ns1~2,所以为ds区元素。
13.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表述中,正确的是( )
A.基态原子的N层上只有一个电子的元素,一定是ⅠA族元素
B.原子的价电子排布为(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.基态原子的价电子排布为(n-1)dxnsy的元素的族序数一定为x+y
答案 C
解析 基态原子的N层上只有一个电子的元素,可能是ⅠA族元素,也可能为铬元素或者铜元素,A错误;原子的价电子排布为(n-1)d6~8ns2的元素是Ⅷ族元素,不是副族元素,B错误;基态原子的p能级上半充满的元素的基态原子价电子排布式为ns2np3,则一定属于p区元素,C正确;基态原子的价电子排布为(n-1)dxnsy的元素的族序数可能为x+y(x+y≤7)、可能为第Ⅷ族(10≥x+y>7)、还可能为y(x=10),D错误。
14.下表为元素周期表的一部分,其中的编号代表对应的元素。
请回答下列问题:
(1)表中属于d区的元素是__________(填编号)。
(2)表中元素①的6个原子与元素③的6个原子形成的某种环状物名称为__________。
(3)某元素的特征电子排布式为nsnnpn+1,该元素原子的核外最外层电子数为__________。
答案
(1)⑨
(2)苯 (3)5
解析
(1)⑨属于d区元素。
(2)元素①是氢元素,元素③是碳元素,依题意,形成的环状物是苯。
(3)从nsnnpn+1可知,n=2,该元素为N元素,最外层电子数为5。
15.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5个区,如图所示。
请回答下列问题:
(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________。
(2)在d区中,族序数最大、原子序数最小的元素,其常见离子的电子排布式为____________________________,其中较稳定的是________。
(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________。
(4)在p区中,第二周期ⅤA族元素原子的价电子排布图为________________。
(5)当今常用于核能开发的元素是铀和钚,它们在________区中。
答案
(1)球形
(2)Fe2+:
1s22s22p63s23p63d6;
Fe3+:
1s22s22p63s23p63d5 Fe3+ (3)3d104s2
(4)
(5)f
解析
(1)s区为ⅠA族、ⅡA族,符合条件的元素为Be,其电子排布式为1s22s2,价电子的电子云形状为球形。
(2)d区为ⅢB~ⅦB族(不包括镧系、锕系)、Ⅷ族,族序数最大且原子序数最小的元素为Fe,其常见离子为Fe2+、Fe3+,电子排布式分别为1s22s22p63s23p63d6、1s22s22p63s23p63d5,由离子的电子排布式可知Fe3+的3d能级为半充满状态,其稳定性大于Fe2+。
(3)符合条件的元素为Zn,其电子排布式为
1s22s22p63s23p63d104s2,价电子排布式为3d104s2。
(4)符合题意的元素为N,其价电子排布图为
。
(5)铀和钚均为锕系元素,位于f区。
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