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第4讲　元素周期表与电子排布
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复习目标 1. 了解元素、核素和同位素的含义。
2. 了解原子序数、核电荷数、质子数、中子数、核外电子数以及它们之间的关系。
3. 了解原子核外电子的运动状态、能级分布和核外电子的排布原理，能正确书写1～36号元素原子核外电子、价电子的排布式和轨道表示式。
4. 能解释元素周期表的分区、周期和族的划分，能列举元素周期律(表)的应用。
5. 了解元素电离能、电负性的含义。
6. 以第3周期及ⅠA、ⅦA族为例，掌握同周期、同主族中元素性质的递变规律与原子结构的关系。
熟记网络
课前自测 判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。
(1) (2024·南通一模)斜方硫、单斜硫是硫的两种同位素( 　　)
(2) (2022·江苏卷)基态锗原子(32Ge)电子排布式为4s24p2( 　　)
(3) (2024·常州期末)基态N原子的轨道表示式为( 　　)
(4) (2023·广东卷)“天舟六号”为中国空间站送去推进剂氙气(Xe)，Xe是第ⅠA族元素( 　　)
(5) (2022·辽宁卷)Na位于元素周期表p区( 　　)
(6) (2023·江苏卷)原子半径：r(C)＞r(Si)＞r(Ge) ( 　　)
(7) (2024·南京模拟)离子半径：r(Li＋)＞r(H－) ( 　　)
(8) (2023·江苏卷)第一电离能：I1(C)＜I1(Si)＜I1(Ge) ( 　　)
(9) (2024·泰州中学)电负性：O＞N＞H( 　　)
(10) (2024·南通一模)富氧地表附近含硫化合物中硫元素显正价、氧元素显负价，因为硫的电负性小于氧( 　　)
(11) (2023·如东期初)将盐酸滴入Na2CO3溶液产生无色气体，将产生的气体通入Na2SiO3溶液，产生白色沉淀，说明非金属性：Cl>C>Si( 　　)
(12) (2024·北京卷)依据第二周期主族元素电负性依次增大，可推断它们的第一电离能依次增大( 　　)
(13) (2024·北京卷)依据F、Cl、Br、I的氢化物分子中氢卤键的键能，可推断它们的热稳定性强弱( 　　)
考点1　原子结构
知 识 梳 理
核素(X)
1. X中，A为质量数，Z为质子数。
2. 质量数(A)＝质子数(Z)＋中子数(N)。
3. 原子中，质子数＝核电荷数＝核外电子数＝原子序数。
同位素
质子数相同而中子数不同的同一元素的不同原子互为同位素。如H、H(D)、H(T)互为同位素。
常见的重要核素及其应用
核素 U C H H O
用途 核燃料 考古断代 制氢弹 示踪原子
“10电子”微粒和“18电子”微粒
1. “10电子”微粒(以Ne为出发点)
2. “18电子”微粒(以Ar为出发点)
典 题 悟 法
　(2022·山东卷)O、O的半衰期很短，自然界中不能稳定存在。人工合成反应如下：
O＋He―→O＋X；
O＋He―→O＋Y。
下列说法正确的是( 　　)
A. X的中子数为2
B. X、Y互为同位素
C. O、O可用作示踪原子研究化学反应历程
D. 自然界不存在O2、O2分子是因其化学键不稳定
考点2　原子核外电子的排布
知 识 梳 理
原子核外电子排布规律
1. 能量最低原理
原子的电子排布遵循构造原理，能使整个原子的能量处于最低状态，简称能量最低原理。
2. 泡利原理
在一个原子轨道里，最多只能容纳2个电子，且它们的自旋状态相反。如2s的2个电子可表示为，不可表示为。
3. 洪特规则
当电子排布在同一能级的不同轨道时，基态原子中的电子总是优先单独占据一个轨道，并且自旋方向相同。如2p3的电子排布图为，不能表示为或。
特例：当能量相同的原子轨道在全充满(p6、d10、f14)、半充满(p3、d5、f7)和全空(p0、d0、f0)状态时，体系的能量最低。如29Cu的基态原子电子排布式为________________________________，而不是1s22s22p63s23p63d94s2。24Cr的基态原子电子排布式为____________________________________，而不是1s22s22p63s23p63d44s2。
①书写Ga、As等元素简化电子排布式常出现以下错误：
31Ga：不是[Ar]4s24p1，应为__________________________________________；
33As：不是[Ar]4s24p3，应为__________________________________________。
②原子中不存在运动状态完全相同的电子。电子运动状态的总数等于电子数，电子空间运动状态的总数等于轨道的总数。如16S的基态原子的电子排布式为1s22s22p63s23p4，其电子数为16，有16种不同运动状态的电子；电子占据轨道数为1＋1＋3＋1＋3＝9，有9种不同空间运动状态的电子。
核外电子排布表示方法(以Fe、Fe2＋、Fe3＋为例)
微粒 Fe Fe2＋ Fe3＋
结构示意图


基态电子排布式


简化电子排布式


价层电子排布式


价层电子排布图 (轨道表示式)


典 题 悟 法
　(2024·江苏各地模拟重组)下列叙述正确的是( 　　)
A. 基态Cu2＋电子排布式为[Ar]3d10
B. 基态O原子核外电子轨道表示式为
C. 基态Fe3＋的价层电子排布式：3d64s2
D. K原子结构示意图为
考点3　元素周期表
知 识 梳 理
元素周期表的编排原则
1. 周期
将电子层数相同的元素按原子序数递增的顺序从左到右排成横行，每一个横行叫作一个周期。周期序数＝原子核外电子层数。
2. 族
把不同横行中最外层电子数相同的元素按电子层数递增的顺序从上到下排成纵列，每一个纵列叫作一个族。主族序数＝原子最外层电子数(即价层电子数)＝最高正价数(O、F除外)。
元素周期表的结构
1. 周期(7个横行，即7个周期)
短周期：1～3周期；长周期：4～7周期
2. 族(18个纵列，共16个族)
(1) 主族：由短周期元素和长周期元素共同构成的族，共7个主族(ⅠA～ⅦA族)
(2) 副族：完全由长周期元素构成的族，共8个副族(ⅠB～ⅦB族和Ⅷ族)。
(注：苏教版教材认为Ⅷ族不属于副族)
(3) 0族：稀有气体元素，位于第18纵列。
原子结构与元素周期表
1. 元素周期表的分区简图
2. 各区元素分布及价层电子排布特点
分区 元素分布 价层电子排布
s区 ⅠA、ⅡA族 ns1～2
p区 ⅢA族～ⅦA族、0族 ns2np1～6
(He除外)
d区 ⅢB族～ⅦB族、Ⅷ族(除镧系、锕系外) (n－1)d1～9ns1～2
(Pd除外)
ds区 ⅠB族、ⅡB族 (n－1)d10ns1～2
f区 镧系、锕系 (n－2)f0～14(n－1)d0～2ns2
典 题 悟 法
　(2024·江苏各地模拟重组)下列叙述正确的是( 　　)
A. 可在周期表中元素Si附近寻找新半导体材料
B. 铜元素位于元素周期表中的d区
C. Fe元素位于元素周期表的ⅧB族
D. ⅥA族元素所形成的氢化物都呈酸性
考点4　元素周期律
知 识 梳 理
元素周期律内容
元素的性质、核外电子排布、原子半径、主要化合价、 金属性与非金属性等随着核电荷数的递增而呈现周期性变化的规律。
元素周期律实质
元素性质的周期性变化实质是元素原子的核外电子排布呈周期性变化。
同周期、同主族元素性质的递变规律
内容 同周期(从左到右，0族除外) 同主族(从上到下)
原子 结构 核电荷数 逐渐______ 逐渐______
电子层数 ______ 逐渐______
原子半径 逐渐______ 逐渐______
离子半径 阳离子逐渐______，阴离子逐渐______ 逐渐______
元素 性质 主要
化合价 最高正价：＋1→＋7
最低负价：－4→－1
(O、F除外) 最高正价＝主族序数(O、F除外)
金属性 逐渐______ 逐渐______
非金属性 逐渐______ 逐渐______
第一电离能 总体呈现______的趋势，但______族和______族反常地高 逐渐______
电负性 逐渐______ 逐渐______
化合 物性
质 最高价氧化物对应的水化物 酸性______
碱性______ 酸性______
碱性______
简单气态氢化物的热稳定性 ______ ______
说明：
对角线规则：在元素周期表中，某些主族元素与右下方的主族元素的有些性质是相似的，如图所示。
①元素最高正价＝原子核外最外层电子数(O、F除外，F无正价，O一般无正价，特殊：F2)。
②C、N、O、F第一电离能由大到小的顺序为_____________________，电负性由大到小的顺序为_____________________。Na、Mg、Al第一电离能由大到小的顺序为________________________，电负性由大到小的顺序为________________________。C、Si、Ge第一电离能由大到小的顺序为_____________________，电负性由大到小的顺序为_____________________。
③无氧酸的酸性(填“>”或“<”)：
HF___HCl___HBr___HI。
④无机含氧酸的酸性：
a．同周期从左到右，主族元素最高价含氧酸的酸性逐渐______(填“增强”或“减弱”)。如酸性：HClO4___H2SO4___H3PO4(填“>”或“<”)。
b．同主族从上到下，元素最高价含氧酸的酸性一般逐渐______(填“增强”或“减弱”)。如酸性：H2CO3___H2SiO3(填“>”或“<”)。
c．根据无机含氧酸中非羟基氧原子的数目(n)确定，n越大，酸性越___(填“强”或“弱”)。如酸性：H2SO4___H2SO3；HNO3___HNO2；HClO4___HClO3___HClO2___HClO(填“>”或“<”)。
解疑释惑5
微粒半径大小的比较
范围 微粒半径的变化 举例
同周期主族元素 随原子序数的递增，原子半径由大到小 Na＞Mg＞Al
同主族元素 随原子序数的递增，原子半径、离子半径由小到大 Li＜Na＜K；Li＋＜Na＋＜K＋
具有相同核外电子排布的微粒 质子数越大，微粒的半径越小 Al3＋＜Mg2＋＜Na＋＜F－＜O2－
同种元素形成的微粒 阳离子＜原子＜阴离子，价态越高，微粒的半径越小 H＋＜H＜H－
既不在同周期又不在同主族 找与一种元素在同周期、与另一种元素在同主族的元素作参照物 如比较F、Na的原子半径，找Cl或Li作参照物：F＜Cl＜Na或F＜Li＜Na
典 题 悟 法
元素周期律
　(2024·南通一模)金云母的化学式为KMg3AlSi3O10Fx(OH)2－x。下列说法正确的是( 　　)
A. 半径大小：r(Mg2＋)B. 非金属性强弱：OC. 第一电离能大小：I1(Al)D. 碱性强弱：KOH叙述型推断
　(2024·南通三模)前4周期主族元素X、Y、Z、W的原子序数依次增大。基态时，X原子核外有6个电子，Y原子3p原子轨道半充满，Z原子3p原子轨道上有2个未成对电子。W与Y处于同一主族。下列说法正确的是( 　　)
A. 第一电离能：Z＜Y
B. Y的简单气态氢化物的热稳定性比W的弱
C. 原子半径：r(W)＜r(Z)
D. X的最高价氧化物对应水化物的酸性比Z的强
电负性的应用
　(2024·南通调研)下列事实不能通过比较氟元素和氯元素的电负性进行解释的是( 　　)
A. F—F的键能小于Cl—Cl的键能
B. 三氟乙酸的Ka大于三氯乙酸的Ka
C. 氟化氢分子的极性强于氯化氢分子的极性
D. 气态氟化氢中存在(HF)2，而气态氯化氢中是HCl分子
1. (2024·江苏各地模拟重组)下列说法正确的是( 　　)
A. Na＋结构示意图：
B. 基态V原子电子排布式为3d34s2
C. 基态Si原子价层电子轨道表示式：
D. 中子数为10的氧原子： O
2. (2022·江苏卷)工业上电解熔融Al2O3和冰晶石(Na3AlF6)的混合物可制得铝。下列说法正确的是( 　　)
A. 半径大小：r(Al3＋)＜r(Na＋)
B. 电负性大小：χ(F)＜χ(O)
C. 第一电离能大小：I1(O)＜I1(Na)
D. 碱性强弱：NaOH＜Al(OH)3
3. (2024·南京、盐城期末)短周期主族元素X、Y、Z、W的原子序数依次增大，X的一种核素没有中子，基态Y原子的p轨道为半充满，Z单质是植物光合作用的产物之一，W与Z同族。下列说法正确的是( 　　)
A. X位于元素周期表中第二周期ⅣA族
B. 共价键的极性：X—Y＜X—Z＜X—W
C. 简单气态氢化物的稳定性：W＜Y＜Z
D. X、Y、Z三种元素形成化合物的水溶液一定呈酸性
4. (2023·镇江期初)MgO催化CO2合成碳酸乙烯酯()可能的反应机理如图所示。
根据元素电负性的变化规律，步骤Ⅰ、Ⅱ的过程可描述为_______________________________________ _____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。
第4讲　元素周期表与电子排布
[备考导航]
(1) ×　(2) ×　(3) ×　(4) ×　(5) ×　(6) ×　(7) ×　(8) ×　(9) √　(10) √　(11) ×　(12) ×　(13) √
考点1
[典题悟法]
典例1　B　【解析】 根据核反应可知X为He，X的中子数为6－2＝4，A错误；Y为He，X为He，X与Y质子数相同而中子数不同，二者互为同位素，B正确；由题意可知，O与O的半衰期很短，故不适宜用作示踪原子研究化学反应历程，C错误；自然界中不存在O2与O2是由于O与O的半衰期很短，D错误。
考点2
[知识梳理]
知识1
3. 1s22s22p63s23p63d104s1　1s22s22p63s23p63d54s1
[常考归纳]　①[Ar]3d104s24p1　[Ar]3d104s24p3
知识2
Fe Fe2＋ Fe3＋


1s22s22p63s23p63d64s2 1s22s22p63s23p63d6 1s22s22p63s23p63d5
[Ar]3d64s2 [Ar]3d6 [Ar]3d5
3d64s2 3d6 3d5


[典题悟法]
典例2　D　【解析】 基态Cu2＋电子排布式为[Ar]3d9，A错误；基态O原子核外电子轨道表示式为，B错误；基态Fe3＋的价层电子排布式为3d5，C错误。
考点3
[典题悟法]
典例3　A　【解析】 可在周期表中金属与非金属分界线附近寻找半导体材料，A正确；Cu元素位于ds区，B错误；Fe元素位于Ⅷ族，C错误；ⅥA族中O元素形成的氢化物为H2O，呈中性，D错误。
考点4
[知识梳理]
知识3　(答案横向排列)增大　增大　相等　增多　减小　增大　减小　减小　增大　减弱　增强　增强　减弱　增大　ⅡA　ⅤA　减小　增强　减弱　增强　减弱　减弱　增强　增强　减弱
[常考归纳]　②F>N>O>C　F>O>N>C　Mg>Al>Na
Al>Mg>Na　C>Si>Ge　C>Si>Ge　③<　<　<
④a. 增强　>　>　b. 减弱　>　c. 强　>　>　>　>　>
[典题悟法]
典例4　A　【解析】 电子层结构相同时，核电荷数越大，离子半径越小，故半径：r(Mg2＋)Si，B错误；第一电离能：I1(Al)>I1(K)，C错误；金属性：K>Mg，故碱性：KOH>Mg(OH)2，D错误。
典例5　A　【解析】 X、Y、Z、W分别为C、P、S、As，由于P的3p轨道为半充满的稳定结构，故第一电离能：P>S，A正确；非金属性：P>As，故热稳定性：PH3>AsH3，B错误；S原子有3个电子层，而As有4个电子层，故原子半径：r(S)典例6　A　【解析】 F原子半径小，电子云密度大，两个原子间的斥力较强，F—F不稳定，故键能：F—FCl，极性：F—C>Cl—C，则极性：F3C—>Cl3C—，三氟乙酸的羧基中的羟基极性更大，更容易电离出H＋，酸性更强，B不符合题意；电负性：F>Cl，极性：F—H>Cl—H，分子极性：HF>HCl，C不符合题意；氢键的形成条件是原子的半径小、电负性大，电负性：F>Cl，故HF分子间可以形成氢键，气态氟化氢中存在(HF)2，而气态氯化氢分子间不能形成氢键，D不符合题意。
[质量评价]
1. A　【解析】 V原子序数为23，基态V原子电子排布式为[Ar]3d34s2，B错误；基态Si原子价层电子轨道表示式：，C错误；中子数为10的氧原子质量数为18，表示为8O，D错误。
2. A　【解析】 电子层结构相同的离子，核电荷数越大，离子半径越小，半径：r(Al3＋)＜r(Na＋)，A正确；同周期主族元素核电荷数越大，电负性越大，电负性：χ(F)>χ(O)，B错误；第一电离能：S>Na、O>S，第一电离能：I1(O)>I1(Na)，C错误；金属性：Na>Al，碱性：NaOH>Al(OH)3，D错误。
3. C　【解析】 由题给信息推知，X、Y、Z、W分别为H元素、N元素、O元素、S元素。H元素位于元素周期表中第一周期ⅠA族，A错误；非金属性：O>N>S，故共价键的极性：O—H>N—H>S—H，B错误；非金属性：O>N>S，故简单气态氢化物的热稳定性：H2O>NH3>H2S，C正确；H、N、O三种元素组成的化合物水溶液不一定呈酸性，如NH3·H2O的水溶液显碱性，D错误。
4. 环氧乙烷中电负性大的氧原子吸附在镁离子上，环氧乙烷中的碳氧键断裂，二氧化碳中的一个氧原子与环氧乙烷中的一个碳原子结合，二氧化碳中的碳原子与氧离子结合

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