学年高中化学 第一章 原子结构与性质 第二节 原子结构与元素的性质第1课时.docx

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学年高中化学第一章原子结构与性质第二节原子结构与元素的性质第1课时

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

[目标导航]　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。

一、元素周期表的结构

1．周期（横行）

2．族（纵行）

3．元素的分区

（1）按电子排布，把周期表里的元素划分成5个区，分别为s、p、d、f、ds。

（2）元素周期表共有16个族，其中s区包括ⅠA、ⅡA族，p区包括ⅢA～ⅦA、0族，d区包括ⅢB～ⅦB族及Ⅷ族，ds区包括ⅠB、ⅡB族，f区包括镧系元素和锕系元素。

【议一议】

1．某元素的原子序数为24，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）它的价电子构型是怎样的？

它的价电子数是多少？

（4）它属于第几周期？

第几族？

主族还是副族？

属于哪个区？

（5）它有多少个未成对电子？

答案　

（1）24　

（2）4个电子层；7个能级　（3）3d54s1；价电子数为6　（4）第四周期；第ⅥB；副族；d区

（5）有6个

二、元素周期系

1．碱金属元素基态原子的核外电子排布

碱

金属

原子

序数

周期

基态原子的

电子排布式

基态原子的

电子排布图

锂

3

二

1s22s1或[He]2s1

钠

11

三

1s22s22p63s1或

[Ne]3s1

钾

19

四

1s22s22p63s23p64s1或[Ar]4s1

铷

37

五

1s22s22p63s23p63d104s24p65s1或

[Kr]5s1

—

铯

55

六

[Xe]6s1

—

2.元素周期系形成的原因

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。

随着元素原子的核电荷数递增，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。

【议一议】

2．元素周期系的实质是什么？

答案　元素的原子核外电子的排布发生周期性的变化。

三、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方位置，金属性强的元素处于元素周期表的左下方位置。

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。

【议一议】

3．为什么处于非金属三角区边缘的元素常被称为半金属或准金属？

答案　因为同周期中主族元素从左到右，金属性减弱，非金属性增强，同周期内非金属位于右边；同主族中从上到下，非金属性减弱，金属性增强，同主族中非金属位于上方；所以在元素周期表中非金属主要集中在右上三角区内。

由于元素的金属性和非金属性之间并没有严格的界线，处于非金属三角区边缘的元素，虽是非金属但往往表现出一定的金属性，如具有金属光泽，表现出一定的导电性等，所以常被称为半金属或准金属。

4．为什么在元素周期表中非金属主要集中在右上角三角区？

答案　这是由元素的价电子层结构和元素周期表中元素性质的递变规律决定的，在元素周期表中，同周期主族元素从左到右非金属性逐渐增强，金属性逐渐减弱，同主族元素从上到下非金属性逐渐减弱，金属性逐渐增强，结果使元素周期表右上角三角区域内的元素主要呈现出非金属性。

一、原子结构与元素周期表的关系

【例1】　某元素位于周期表中第四周期ⅤA族，则该元素的名称和价电子排布式均正确的是（　　）

A．砷，4s24p3B．溴，4s24p5

C．磷，4s24p3D．锑，5s25p3

答案　A

解析　由于该元素为主族元素，价电子数＝主族序数，故价电子数为5，排除B项。

又因周期数＝电子层数，排除D。

由元素在周期表中的位置可知：

元素的价电子排布式为4s24p3，电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p3，为33号元素砷，故A项正确。

规律总结

1．族的划分的标准。

同族元素价电子数相同，价电子数目和价电子排布决定族的划分。

2．元素所在的族与元素的价电子数之间的关系。

第ⅠA、ⅡA族元素的价电子排布分别为ns1、ns2；第ⅢA～ⅦA族元素的价电子排布为ns2np1～5；第ⅢB～ⅦB族元素的价电子排布为（n－1）d1～5ns1～2；第Ⅷ族元素的价电子排布为（n－1）d6～10ns0～2；第ⅠB～ⅡB族元素的价电子排布为（n－1）d10ns1～2。

3．主族元素的价电子数＝主族序数，且主族元素的价电子只含s、p轨道上的电子。

变式训练1　某元素原子共有3个价电子，其中一个价电子位于第三能层d轨道，试回答：

（1）该元素核外电子排布式为__________，价电子的电子排布图为__________。

（2）该元素的原子序数为__________，元素符号为__________，在周期表中的位置为__________，该元素是__________（填“金属”或“非金属”）元素，最高正化合价为__________价。

答案　

（1）1s22s22p63s23p63d14s2　

（2）21　Sc　第四周期第ⅢB族　金属　＋3

解析　由构造原理知E（4s）

二、原子结构与元素周期表的分区

【例2】　已知几种元素原子的核外电子排布或外围电子排布情况，分别判断其元素符号、原子序数并指出其在周期表中的位置。

元素

元素

符号

原子

序数

区

周期

族

A

1s22s22p63s1

B

C

3d104s1

D

[Ne]3s23p4

E

答案　A：

Na　11　s　三　ⅠA

B：

Fe　26　d　四　Ⅷ

C：

Cu　29　ds　四　ⅠB

D．S　16　p　三　ⅥA

E：

Cl　17　p　三　ⅦA

解析　由电子排布式判断A为11号元素Na；由原子结构示意图可知x＝26，B为26号元素Fe；由外围电子排布式判断C为29号元素Cu；由电子排布式判断D为16号元素S；由基态原子的电子排布图判断E为17号元素Cl。

再根据最大能层序数等于周期序数确定元素所处的周期；元素A、D、E为主族元素，主族元素的价电子总数等于主族序数；C元素的外围电子排布为3d104s1，s能级电子数为1，应为ds区的第ⅠB族。

规律总结

1．主族元素的价电子总数等于族序数

s区元素价电子特征排布为ns1～2，价电子数等于主族序数。

p区元素价电子特征排布为ns2np1～6，价电子总数等于主族序数（价电子排布为ns2np6时为0族元素，He的价电子排布为1s2）。

2．s区（氢元素除外）、d区、ds区都是金属元素

从元素的价电子层结构可以看出，s区、d区、ds区的元素在发生化学反应时容易失去最外层电子及倒数第二层的d电子，表现金属性，所以s区（H除外）、d区、ds区都是金属元素。

3．根据元素原子的结构特征、价电子构型判断元素时，若最外层np能级上有电子的一定是主族（或0族）元素，其内层已饱和，n为周期序数，最外层电子数即为主族序数；若最外层只有ns能级上有电子，价电子排布为（n－1）d1～10ns1～2，则为过渡元素。

变式训练2　已知某元素＋3价离子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d5，该元素在周期表中的位置是（　　）

A．第三周期Ⅷ族，p区B．第三周期ⅤB族，ds区

C．第四周期Ⅷ族，d区D．第四周期ⅤB族，f区

答案　C

解析　＋3价离子的核外有23个电子，则原子核外有26个电子，26号元素是铁，位于第四周期Ⅷ族，位于d区。

1．下列说法不正确的是（　　）

A．元素原子的核外电子排布呈现周期性变化是形成元素周期系的根本原因

B．周期序号越大，该周期所含金属元素越多

C．所有区的名称均来自按构造原理最后填入电子的能级符号

D．周期表共18个纵列，可分为7个主族7个副族，1个Ⅷ族，1个0族

答案　C

解析　除ds区外，区的名称均来自按构造原理最后填入电子的能级符号。

2．下列说法中正确的是（　　）

A．s区都是金属元素

B．s区都是非金属元素

C．0族在p区

D．所有非金属元素都在p区

答案　C

解析　s区为ⅠA、ⅡA族，既有金属元素又有非金属元素，p区为ⅢA、ⅣA、ⅤA、ⅥA、ⅦA、0族。

3．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（　　）

A．电子排布式为1s22s22p63s23p63d34s2

B．该元素为Ⅴ

C．该元素为ⅡA族元素

D．该元素位于d区

答案　C

解析　该元素的最外层电子数为2，并且为同族元素中原子序数最小的，所以该元素为第二周期或第四周期元素。

又因其价电子数≠最外层电子数，可推出该元素并不是第二周期元素，应为第四周期元素，价电子排布式为3d34s2，故为23号元素V，d区元素。

4．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ns（n－1）np（n＋1），则下列说法不正确的是（　　）

A．Y元素原子的外围电子排布式为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式为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．某元素基态原子的最外层电子排布式为ns2，该元素（　　）

A．一定是ⅡA族元素

B．一定是金属元素

C．不是ⅡA族元素就是副族元素

D．可能是金属元素也可能是非金属元素

答案　D

解析　由于最外层电子排布式为ns2，则该元素可能是He元素、第ⅡA族元素或是过渡金属元素，所以综合起来讲，可能是金属元素也可能是非金属元素，答案选D。

6．指出下列元素是主族元素还是副族元素，在周期表中的位置是什么？

（1）1s22s22p63s2是________族元素，位于周期表中第________周期第________族，属于________区元素；

（2）[Kr]4d105s25p2是________族元素，位于周期表中第________周期第________族，属于________区元素；

（3）[Ar]3d14s2是________族元素，位于周期表中第________周期第________族，属于________区元素；

（4）[Ar]3d104s1是________族元素，位于周期表中第________周期第________族，属于________区元素。

答案　

（1）主　三　ⅡA　s　

（2）主　五　ⅣA　p

（3）副　四　ⅢB　d　（4）副　四　ⅠB　ds

解析　

（1）最后一个电子填充在s轨道，属于s区元素，为主族元素。

族序数＝ns电子数，即为2，在第三周期第ⅡA族。

（2）最后一个电子填充在p轨道，属于p区元素，为主族元素。

族序数＝ns＋np电子数，即2＋2＝4，在第五周期第ⅣA族。

（3）最后一个电子填充在d轨道，且小于10，属于d区元素，为副族元素。

族序数＝（n－1）d＋ns电子数，即1＋2＝3，在第四周期第ⅢB族。

（4）最后一个电子填充在d轨道，且等于10，属于ds区元素，为副族元素。

族序数＝ns电子数，即为1，在第四周期第ⅠB族。

[经典基础题]

1．价电子排布式为5s25p1的元素，位于周期表中（　　）

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

答案　B

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。

2．已知某元素的＋2价离子的电子排布式为1s22s22p63s23p6，则该元素在周期表中的位置正确的是（　　）

A．第三周期ⅣA族，p区B．第四周期ⅡB族，s区

C．第四周期Ⅷ族，d区D．第四周期ⅡA族，s区

答案　D

解析　该元素为Ca，处于第四周期ⅡA族，s区。

3．下列说法正确的是（　　）

A．第ⅣA族元素最不活泼

B．过渡元素就是副族元素

C．第ⅣA族元素即为第十四纵行

D．第ⅣA族元素所含元素种类最多

答案　C

4．下列各表中的数字代表的是元素的原子序数。

表中数字所对应的元素与它们在周期表中的位置相符的是（　　）

答案　D

解析　根据同主族原子序数差值判断。

5．下表是元素周期表的一部分，有关说法正确的是（　　）

族

周期　　

ⅠA

ⅡA

ⅢA

ⅣA

ⅤA

ⅥA

ⅦA

二

c

d

三

a

b

e

f

A.e的氢化物比d的氢化物稳定

B．a、b、e三种元素的原子半径：

e>b>a

C．六种元素中，c元素单质的化学性质最活泼

D．c、e、f的最高价氧化物对应的水化物的酸性依次增强

答案　D

解析　a、b、c、d、e、f分别是钠、镁、碳、氧、硫、氯。

同一主族，氢化物的稳定性由上到下递减，H2O（d）的稳定性比H2S（e）强；同一周期原子半径从左到右递减，a、b、e三种元素的原子半径a>b>e；六种元素中最活泼的金属是Na（a），最活泼的非金属是氧（d）。

则选项A、B、C均不正确。

6．短周期元素R、T、Q、W在元素周期表中的相对位置如右图所示，其中T所处的周期序数与族序数相等。

下列判断不正确的是（　　）

A．最简单气态氢化物的热稳定性：

R>W

B．最高价氧化物对应水化物的酸性：

Q

C．原子半径：

T>Q>R

D．含T的盐溶液一定显酸性

答案　D

解析　T应为Al、Q为Si、W为S、R为N，NH3的稳定性大于H2S、H2SiO3酸性小于HClO4。

AlCl3溶液显酸性，而NaAlO2溶液显碱性。

7．右图是元素周期表短周期的一部分，若A原子最外层的电子数比次外层的电子数少3，则下列说法中正确的是（　　）

A．D与C不能形成化合物

B．D的最高正价与B的最高正价相等

C．A、B、C的最高价氧化物对应的水化物酸性强弱的关系是C>B>A

D．原子半径的大小顺序是C>B>A>D

答案　C

解析　A为P、B为S、C为Cl、D为O。

A项O和Cl可形成ClO2；原子半径：

P>S>Cl>O。

8．外围电子构型为4f75d16s2的元素在周期表中位置应是（　　）

A．第四周期第ⅦB族B．第五周期第ⅦB族

C．第六周期第ⅦB族D．第六周期第ⅢB族

答案　D

解析　最大能层数为6，所以在第六周期。

由5d16s2知在第ⅢB族。

9．迄今为止，生成化合物的种类最多的元素位于（　　）

A．ⅡA族B．ⅠA族C．ⅣA族D．ⅤA族

答案　C

[能力提升题]

10．X、Y、Z是第ⅠA～ⅦA族的三种非金属元素，它们在元素周期表中的位置如右图所示，试回答下列问题。

（1）X元素单质的化学式是__________。

（2）Y元素的原子结构示意图是__________，Y与Na所形成化合物的电子式为__________。

（3）Z元素的名称是__________，从元素原子得失电子的角度看，Z元素具有__________性；若从Z元素在元素周期表中所处位置看，它具有这种性质的原因是______________________________，其价电子排布式为____________。

答案　

（1）F2

（2）

　Na＋[··S··,····]2－Na＋

（3）砷　两　Z位于元素周期表中金属元素与非金属元素交界线附近　4s24p3

解析　在元素周期表中，非金属元素位于元素周期表中右上方，三种元素均为非金属元素，必位于第ⅤA、ⅥA、ⅦA三个主族，则可认定X必为氟元素，Y为硫元素，Z为砷元素。

11．假定元素周期表是有限的，根据已知的元素周期表的某些事实和理论可归纳出一些假说。

（1）已知元素周期表中的各周期可容纳的元素种类如下：

周期

一

二

三

四

五

六

七

元素种类

2

8

8

18

18

32

32

人们预测元素周期表第八周期将来也会排满，那么该周期排满后的元素种类是________。

A．18B．32C．50D．无法判断

（2）根据每个周期最后一种金属元素出现的族序数，预测周期表中原子序数最大的金属元素将在第________周期________族（注：

把0族看作ⅧA族，下同）。

周期表中元素在填满第________周期后将结束。

（3）根据周期表中每个周期非金属元素的种数（把稀有气体元素看为非金属元素），预测周期表中应该有________种非金属元素，还有________种未发现。

未发现的非金属元素处于第________周期________族。

答案　

（1）C

（2）八　ⅧA　八

（3）23　1　七　ⅧA

解析　

（1）由已知可归纳出周期为一、二、三、四、五、六、七，元素种数2×12、2×22、2×32、2×42，据此预测第八周期元素种类为2×52＝50（种）。

（2）观察周期表可知：

第六周期倒数第三种元素为金属元素，第七周期倒数第二种元素为金属元素，第八周期倒数第一种元素为金属元素。

（3）前六周期非金属元素种数分别为2、6、5、4、3、2种，则可类推第七、八周期非金属元素种数分别为1种、0种。

共计23种，第七周期未填满，有1种非金属元素未发现，将处在ⅧA族。

12．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，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，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，原子的价电子排布式为________。

（4）在p区中，第二周期第ⅤA族元素原子价电子排布图为_________________。

（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区为第ⅠA族、第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区为第ⅢB族～第ⅦB族、第Ⅷ族，族序数最大且原子序数最小的为Fe，常见离子为Fe2＋、Fe3＋，电子排布式为1s22s22p63s23p63d6、1s22s22p63s23p63d5，由离子的电子排布式可知Fe3＋的3d轨道“半充满”，其稳定性强于Fe2＋；

（3）ds区符合条件的为Zn，其电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s2，价电子排布式为3d104s2；

（4）该题中符合题意的为N，价电子排布图为：

（5）铀和钚均为锕系元素，位于f区。

13．某元素的原子序数为29，试问：

（1）此元素原子的电子总数是________个。

（2）它有________个电子层，有________个能级。

（3）它的外围电子排布式是___________________________________________。

（4）它属于第________周期第________族。

（5）它有________个未成对电子。

答案　

（1）29　

（2）4　7　（3）3d104s1　（4）四　ⅠB　（5）1

解析　解答该题需掌握原子核外电子排布与元素周期表的关系和原子核外电子排布的规律。

根据核外电子排布原理，该元素的电子排布式应为1s22s22p63s23p63d104s1，共有29个电子，故为Cu元素。

从核外电子排布式中可以得出n＝4，有四个电子层，所以为第四周期元素，外围电子排布为3d104s1，所以在ⅠB族。

外围电子的电子排布图为

，所以有1个未成对电子。

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．已知元素周期表中共有18纵行，如图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几个区：

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）请在元素周期表中用元素符号标出4s轨道半充满的元素。

（4）请利用电子排布的相关知识解释Fe3＋比Fe2＋稳定的原因：

_________________________________________________________________。

（5）随着科学技术的发展，不断有新的元素被发现。

若把第七周期排满，则元素周期表共可以排布________种元素。

答案　

（1）如图

（2）ds　（3）见上图

（4）Fe的外围电子排布为3d64s2，Fe2＋为3d6，Fe3＋为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　（5）118

解析　

（1）正确理解题意，明确按构造原理分区的含义即可，注意把握关键信息“……最后填入的电子的能级符号”。

（2）ds区外围电子排布为（n－1）d10ns1和（n－1）d10ns2，而d区内6纵行外围电子排布为（n－1）d54s1，7纵行外围电子排布为（n－1）d54s2，因此类比可以放在ds区。

（3）4s轨道半充满，即为4