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第2课时　核外电子排布与元素周期表
1.通过认识原子结构及价电子排布与元素在周期表中位置的关系,建立原子核外电子排布规律(结构)与元素周期表中族、周期划分(位置)的周期性变化规律(性质)的深层关联,培养宏观辨识与微观探析的化学核心素养。
2.能够根据价电子排布式推断元素在周期表中的位置,培养证据推理与模型认知的化学核心素养。
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正误判断
元素周期表的结构
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正误判断
1.核外电子排布与周期的划分
(1)随着原子序数的递增,元素原子的最外层电子排布呈周期性的变化:每隔一定数目的元素,元素原子的最外层电子排布重复出现从ns1到ns2np6的周期性变化。
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正误判断
(2)鲍林近似能级图与周期。
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(3)周期序数与电子层数的关系。
周期序数=电子层数
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2.核外电子排布与族的划分
(1)族的划分与核外电子排布的关系。
族的划分与原子的价电子数目和价电子排布密切相关。
(2)各族核外电子排布的特点。
①主族元素原子的价电子全部排在最外层的s或s、p轨道上;主族元素的族序数与原子的最外层电子数相同,也与该元素的最高正化合价一致(O、F除外)。
②稀有气体元素原子的价电子排布为1s2或ns2np6。
③过渡元素的原子价电子排布为(n-l)d1~10ns1~2,由此可以看出,虽然同一副族元素的电子层数从上到下逐渐增加,但价电子排布却基本相同。ⅢB~ⅦB族元素原子的价电子数目等于族序数。ⅠB和ⅡB族是根据ns轨道上有l个还是2个电子来划分的。
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3.元素周期表的分区
(1)元素周期表分为5个区。
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(2)元素的化合价与核外电子排布的关系。
元素的化合价与原子的核外电子排布尤其是价电子排布有着密切的关系。
①除Ⅷ族、ⅠB族的某些元素和0族元素外,元素的最高化合价等于它所在族的序数,如Sc、Ti、V、Cr、Mn的最高化合价分别为+3、+4、+5、+6、+7。
②一般来说,非金属元素的最高正化合价和它的最低负化合价的绝对值之和等于8。
③稀有气体元素的化合价在通常情况下为0。
④过渡元素的价电子较多且所在轨道的能量相差不大,因此过渡元素具有多种价态,如锰元素的化合价为+2~+7。
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正误判断
【微思考1】每一周期都是从活泼金属开始,然后到稀有气体结束吗
提示:不是。第1周期是从H开始的,氢元素是非金属元素。
【微思考2】最外层电子排布式为ns2的基态原子对应元素一定位于ⅡA族吗
提示:不一定。比如He(1s2)、ⅡB族的过渡元素。
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正误判断
判断下列说法是否正确,正确的打“√”,错误的打“×”。
1.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。(　　)
2.d区元素的原子一定都有d轨道电子。(　　)
3.基态原子价电子排布式为nsnnpn的元素一定是金属元素。(　　)
4.元素周期表5个区中都有非金属元素。(　　)
5.价电子数与最高化合价相等的元素一定是主族元素。(　　)
6.除0族外,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。(　　)
答案:1.×　2.√　3.×　4.×　5.×　6.×
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核外电子排布与元素周期表
问题探究
1.在元素周期表中,同属长周期的4、5、6周期所包含的元素种类数分别为18、18、32,为什么
提示:据鲍林近似能级图,第4、5周期元素包含的能级为ns、np、(n-1)d,共有9个原子轨道,最多容纳18个电子,对应两周期中各有18种元素;而第6周期所含的能级除ns、np、(n-1)d外,还有(n-2)f能级,故多出7个原子轨道,可多填充14个电子,对应多出14种元素,共32种元素。
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2.只有主族元素的族序数等于价电子数吗 同一族的元素价电子排布都相同吗
提示:都不是。主族、ⅢB~ⅦB族元素原子的价电子数=族序数。同一主族元素的价电子排布相同,同一副族、Ⅷ族以及0族元素的价电子排布不一定相同。
3.“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,也包含非金属元素。
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深化拓展
1.如果取消族序数,按由左至右的顺序将元素周期表标为18列,那么ⅠA、ⅡA族分别为第1、2列,ⅢA~ⅦA族分别对应第13~17列,ⅠB、ⅡB族分别对应第11、12列,ⅢB~ⅦB族分别对应第3~7列,Ⅷ族对应第8、9、10列,0族对应第18列。
2.由元素的价电子层排布式可知元素在周期表中的位置,如价电子排布式为3s23p5的原子对应的元素为第3周期ⅦA族元素,即:周期序数=电子层数=最高电子层序数,主族序数=价电子数。同样,由主族元素在元素周期表中的位置可以推断其价电子排布式。
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3.各区元素的原子最外层电子排布特点
分区 价电子排布 元素分布
s区 ns1~2 ⅠA、ⅡA族
p区 ns2np1~6 ⅢA族~ⅦA族、0族
d区 (n-1)d1~9ns1~2(Pd除外) ⅢB族~ⅦB族、
Ⅷ族(镧系、锕系除外)
ds区 (n-1)d10ns1~2 ⅠB族、ⅡB族
f区 (n-2)f0~14(n-1)d0~2ns2 镧系、锕系
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素能应用
典例1 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
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答案:C
解析:基态原子的N层上只有一个电子的元素,可能为K、Cr或Cu,只有K为ⅠA族元素,Cr、Cu为副族元素,故A错误;副族元素的d能级电子数为10或1~5,原子的价电子排布为(n-1)d6~8ns2的元素为Ⅷ族元素,故B错误;基态原子的p能级上半充满的元素,电子最后填充p能级,属于p区,故C正确;对于ⅠB族、ⅡB族元素,族序数等于外围电子排布中s能级中的电子数,即为y,故D错误。
方法规律 由电子排布式来推断元素时有这样的规律: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,若是主族元素则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。
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变式训练1-1(双选) 周期表中共有18个纵列,从左到右分别为第1~18列。按这种规定,下列说法正确的是(　　)
A.第1列不都是碱金属元素
B.只有第2列的元素原子最外层电子排布为ns2
C.第1列和第18列所含元素数目不同
D.第8列没有非金属元素
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答案:AD
解析:第1列为ⅠA族,其中H是非金属元素,Li、Na、K、Rb、Cs、Fr是碱金属,A正确;原子最外层电子排布为ns2的并非只有ⅡA族元素,还有He元素等,B错误;第1列为ⅠA族,其含有H、Li、Na、K、Rb、Cs、Fr这7种元素;第18列为0族元素,其含有He、Ne、Ar、Kr、Xe、Rn、Og这7种元素,故这两列所含元素数目相同,C错误;第8列所含元素有Fe、Ru、Os、Hs,无非金属元素,D正确。
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变式训练1-2 已知某些元素在周期表中的位置如图所示:
下列说法正确的是(　　)
A.表中五种元素位于5个不同的区
B.元素4的基态原子的价电子排布式为3d104s2,与它具有相同最外层电子数的元素只可能处于ds区
C.元素1、2、3的基态原子中,未成对电子数之比为1∶3∶5
D.元素5的原子结构示意图为
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答案:D
解析:由元素在周期表中的位置可知元素1、2、3、4、5分别是H、O、Mn、Zn、Ge。H在s区;O、Ge在p区;Mn在d区;Zn在ds区,表中五种元素位于4个不同的区,A项错误;元素Zn基态原子的价电子排布式为3d104s2,最外层电子排布为4s2,与它具有相同最外层电子数的元素可能处于ds区或s区,B项错误;元素1、2、3对应元素H、O、Mn的基态原子中,未成对电子数分别为1、2、5,比值为1∶2∶5,C项错误;元素5为Ge,核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p2,则
原子结构示意图为 ,D说法正确。
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元素在周期表中位置的判断方法
问题探究
1.某元素的价电子排布式为4d55s1,该元素位于周期表中的哪一区
提示:因其价电子排布为4d55s1,故应位于元素周期表中的d区。
2.根据鲍林近似能级图知E4s提示:21号元素Sc的价电子排布为3d14s2,虽然电子先排在4s轨道,后排在3d轨道,但Sc元素原子的最外电子层是第四层,故Sc元素位于第4周期。
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深化拓展
1.由基态原子的价电子排布式给元素定位
(1)主族元素:
元素的周期序数=价电子的电子层序数,元素的族序数=价电子总数。
(2)0族元素:
价电子排布式为ns2np6(He为1s2),0族元素的周期序数=外围电子的电子层序数。
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(3)副族元素:
副族元素的周期序数=价电子排布中最高电子层序数。
副族元素族序数与价电子排布的对应关系:
①ⅠB族:价电子排布为(n-1)d10ns1。
②ⅡB族:价电子排布为(n-1)d10ns2。
③ⅢB~ⅦB族:价电子排布为(n-1)dxns2,元素的族序数为x+2(个别例外)。如Mn原子的价电子排布式为3d54s2,它在周期表中位于第4周期ⅦB族。
④Ⅷ族:价电子排布为(n-1)dxns0~2,价电子总数为8、9或10。
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2.根据0族元素原子序数判断元素的位置
(1)0族元素在元素周期表中的位置及原子序数。
稀有气体元素 He Ne Ar Kr Xe Rn Og
周期序数 1 2 3 4 5 6 7
原子序数 2 10 18 36 54 86 118
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(2)判断方法:由某元素原子序数与邻近的稀有气体元素原子序数的大小关系判断其周期序数,进而判断元素所处的纵列数,再根据纵列数和族的位置关系确定其位置。
①元素原子序数小于邻近的稀有气体元素原子序数时,该元素与稀有气体元素位于同周期,纵列数=18-(稀有气体原子序数-该元素原子序数)。
②元素原子序数大于邻近的稀有气体元素原子序数时,该元素位于稀有气体元素下一周期,纵列数=该元素原子序数-稀有气体原子序数。
例如:判断原子序数为38的元素在周期表中的位置,根据38与36接近,38-36=2,可知该元素位于第5周期ⅡA族。
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素能应用
典例2(双选) 下列各项叙述中,正确的是(　　)
A.Na、Mg、Al的未成对电子数依次增多
B.价电子排布式为4s24p3的元素位于第4周期ⅤA族,是p区元素
C.2p和3p轨道电子云图空间取向相同,能量不相等
D.氮原子的最外层轨道表示式为:
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答案:BC
解析:Na、Mg、Al三种元素的电子排布式分别为:1s22s22p63s1、1s22s22p63s2、1s22s22p63s23p1,未成对电子数分别为1、0、1,A项错误;根据价电子排布式4s24p3可知,该元素共有四个电子层,位于第4周期,最外层有5个电子,位于第ⅤA族,在周期表中位于p区,B项正确;2p和3p轨道电子云图空间取向相同,离原子核越远,能量越高,因此2p轨道能量小于3p轨道能量,C项正确;D项所给氮原子的最外层轨道表示式违背了洪特规则,正确的最外层轨道表示式
为 ,D项错误。
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变式训练2-1 某元素原子价电子排布式为3d54s2,其应在(　　)
A.第4周期ⅡA族 B.第4周期ⅡB族
C.第4周期ⅦA族 D.第4周期ⅦB族
答案:D
解析:价电子排布式为3d54s2的元素,其原子核外电子排布式为[Ar]3d54s2,其质子数为25,为Mn元素,则位于周期表中第4周期ⅦB族。
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变式训练2-2 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.元素为ⅢB族元素
D.该元素属于过渡元素
答案:C
解析:某元素的最外层电子数为2,价电子数为5,最外层电子数和价电子数不相等,应存在d能级电子,并且是同族中原子序数最小的元素,则价电子排布式为3d34s2,对应原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d34s2,为第4周期ⅤB族元素,为V元素,属于过渡元素,故A、B、D正确,C错误。
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1. 已知下列元素原子的最外层电子排布式,其中不一定能表示该元素为主族元素的是(　　)
A.3s23p3 B.4s2
C.4s24p1 D.3s23p5
答案:B
解析:最外层电子排布式为3s23p3的元素是P,属于主族元素,故A不符合题意;最外层电子排布式为4s2的不一定是主族元素,如Fe、Zn等过渡元素,故B符合题意;最外层电子排布式为4s24p1的是Ga,位于第ⅢA族,属于主族元素,故C不符合题意;最外层电子排布式为3s23p5的是Cl,属于主族元素,故D不符合题意。
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2.寻找优良的半导体材料,应在周期表的哪个位置寻找(　　)
A.s区 B.p区
C.d区 D.ds区
答案:B
解析:优良的半导体材料通常在金属与非金属的交界线附近寻找,这一区域属于p区。
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3.下列说法中正确的是(　　)
A.s区、d区、ds区都是金属元素
B.p区都是主族元素
C.所有族中ⅢB族中元素种类最多
D.最外层电子数为2的元素都分布在s区
答案:C
解析:氢元素位于s区,氢元素属于非金属元素,所以s区的元素不全是金属元素,d区、ds区都是金属元素,故A错误;零族元素也在p区,故B错误;ⅢB族存在镧系、锕系,含有32种元素,在所有族中ⅢB族中元素种类最多,故C正确;ⅡB族元素原子最外层电子数为2,在ds区,不在s区,故D错误。
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4. 具有以下结构的原子一定属于p区元素的是(　　)
①最外层有3个电子的原子　②价电子是3个电子的原子　③最外层有3个未成对电子的原子　④价电子有3个未成对电子的原子
A.②③ B.①④
C.②④ D.①③
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答案:D
解析:最外层有3个电子的原子的价电子排布式为ns2np1,一定属于p区元素;有3个价电子的原子的价电子排布式可能为属于p区元素的ns2np1,也可能为属于d区元素的(n-1)d1ns2;最外层有3个未成对电子的原子的价电子排布式为ns2np3,一定属于p区元素;价电子有3个未成对电子的原子的价电子排布式可能为p区元素的ns2np3,也可能为属于d区元素的(n-1)d3ns2或(n-1)d7ns2。则一定属于p区元素的是①③。
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5.甲元素原子的L电子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　　　　;其原子的轨道表示式为　　　　　　　　　　。
(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。
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答案:(1)C　　 (2)4s24p3　第4周期ⅤA族　(3)p　p
解析:(1)甲元素原子的L电子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4周期ⅤA族。
(3)甲为C,乙为As(砷),均属于p区元素。

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