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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
1.通过探究原子结构与元素周期表的关系,能从微观角度说明周期表中原子结构和位置、价态、元素种类等之间的关系。2.通过认识元素周期表的分区,能从原子价电子数目、价层电子排布的角度解释元素周期表中元素的分区、周期和族的划分及其与各区元素化学性质的关系。3.通过已知的原子结构和元素在周期表中的位置关系,能分析推理其他元素的位置及原子结构。
探究原子结构与元素周期表
学习任务1
1.元素周期律、元素周期系和元素周期表
(1)元素周期律:元素的性质随原子序数递增而呈周期性的变化。
(2)元素周期系和元素周期表。
原子序数
原子核电荷数
元素周期系
2.构造原理与元素周期表
(1)核外电子排布与周期的划分。
①电子排布与周期划分的本质联系,第一周期从 开始,以 结束;其余各周期总是从 能级开始,以 能级结束,其间递增的核电荷数(或电子数)就等于每个周期里的 。
1s1
1s2
ns
np
元素数
②能级组、周期和元素数的对应关系。
能级组 周期 元素数
1s 一 2
2s→2p 二 8
3s→3p 三 8
4s→3d→4p 四 18
5s→4d→5p 五 18
6s→4f→5d→6p 六 32
7s→5f→6d→7p 七 32
(2)规律。
①每一周期对应一个能级组。
②周期序数=能级组中最大能层序数。
③本周期包含的元素种数=对应能级组所含原子轨道数的2倍=对应能级组最多容纳的电子数。
④现行元素周期表共分为7个周期。
ⅠA
(3)核外电子排布与族的划分。
①划分依据及特点:同族元素的 相同,这是同族元素性质相似的结构基础。
②规律。
A.同主族元素原子的价层电子排布完全相同,如第ⅠA族元素基态原子价层电子排布式为ns1,价层电子数与族序数 。
B.过渡元素最外层电子排布式均为 (Pd为4d10,除外),所以均为
元素。
价层电子数
相同
ns1～2
金属
③现行元素周期表有18个纵行,共分为 个族。
16
1869年,俄国科学家门捷列夫制作了历史上第一张元素周期表,他将当时已知的63种元素按相对原子质量大小并以表的形式排列,把有相似化学性质的元素放在同一列,制成门捷列夫周期表,又称短式周期表,是现代元素周期表的雏形。
探究　核外电子排布与元素周期表的关系
问题1:某元素基态原子的价层电子排布式为4s24p1,则该元素在元素周期表中处于什么位置
提示:第四周期第ⅢA族。
问题2:某元素位于周期表中第四周期第ⅥA族,试写出该元素的名称及其基态原子的价层电子排布式和电子排布式。
提示:该元素为硒,基态原子的价层电子排布式为4s24p4,电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p4。
问题3:预测119号元素基态原子最外层电子排布式、第八周期有多少种元素。
提示:119号元素基态原子最外层电子排布式为8s1;第八周期应有50种元素。
归纳拓展
1.核外电子排布与周期的划分
(1)元素周期系的形成。
归纳拓展
(2)原子核外电子排布与元素周期表中周期划分的本质联系。
归纳拓展
2.核外电子排布与族序数之间的联系
(1)主族元素的价层电子排布。
主族序数 ⅠA ⅡA ⅢA ⅣA ⅤA ⅥA ⅦA
价层电子排布 ns1 ns2 ns2np1 ns2np2 ns2np3 ns2np4 ns2np5
①主族元素的族序数=价层电子总数=最高正价(O、F除外)。
②同主族元素原子的价层电子排布相同,价层电子全部排布在ns或nsnp轨道上。
归纳拓展
(2)稀有气体的价层电子排布为1s2或ns2np6。
(3)过渡元素(以第四周期为例)的价层电子排布:
族序数 价层电子排布
ⅢB 3d14s2
ⅣB 3d24s2
ⅤB 3d34s2
ⅥB 3d54s1
ⅦB 3d54s2
Ⅷ 3d6～84s2
ⅠB 3d104s1
ⅡB 3d104s2
归纳拓展
(4)有关规律。
①主族元素的最外层电子数,即价层电子数为其族序数。
②第ⅢB～第ⅦB族元素原子的价电子数目等于族序数。
③第Ⅷ族元素原子的价层电子排布为(n-1)d6～9ns1～2(钯除外,为4d10),其价层电子数为其在周期表中的列数。
④第ⅠB族和第ⅡB族ns电子数为其族序数。
⑤稀有气体元素单独列为0族。
1.某元素原子价层电子排布为3d54s2,其位于周期表中(　　)
A.第四周期第ⅦB族
B.第四周期第ⅡB族
C.第四周期第ⅦA族
D.第四周期第ⅡA族
A
【解析】 某元素原子价层电子排布为3d54s2,其3d轨道半充满,属于副族元素,价层电子数为7,位于元素周期表的第四周期第ⅦB族,故选A。
2.某化学学习小组在学习元素周期系和周期的划分时提出以下观点:
①元素周期系的形成是由原子的结构决定的;
②元素周期系中第ⅠA族元素统称为碱金属元素;
③每一周期元素原子价层电子排布均是从ns1开始至ns2np6结束;
④元素周期系的每一周期元素的种类均相等;
⑤基态原子核外电子排布式为1s22s22p3和1s22s22p63s23p3的两元素位于同一周期;
⑥周期序数越大,该周期所含金属元素一般越多。
你认为正确的是(　　)
A.①⑥ B.①②③⑤⑥
C.①④⑥ D.②③⑤
A
【解析】 元素周期系的形成是由原子的结构决定的,①正确;第ⅠA族元素除氢元素外统称为碱金属元素,②错误;第一周期元素原子价层电子排布从1s1开始至1s2结束,③错误;不同周期元素的种类不一定相等,④错误;⑤中的两元素位于同一主族,⑤错误;周期序数越大,该周期所含金属元素一般越多,⑥正确。
3.已知下列元素基态原子的核外电子排布,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。
核外电子排布 元素
符号 原子
序数 区 周期 族
A:1s22s22p63s1
B:
Na　
11　
s　
三　
ⅠA
Fe　
26　
d　
四　
Ⅷ
C:3d104s1
D:[Ne]3s23p4
E:
Cu　
29　
ds　
四　
ⅠB
S　
16　
p　
三　
ⅥA
Cl　
17　
p　
ⅦA
三　
【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;由价层电子排布式判断C为29号元素Cu;由电子排布式判断D为16号元素S;由基态原子的轨道表示式判断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,主族元素的价层电子总数等于主族序数;C元素的价层电子排布式为3d104s1,s能级电子数为1,应为ds区的第ⅠB族。
再探元素周期表
学习任务2
1.元素周期表的分区
(1)根据元素的金属性和非金属性分区。
(2)根据核外电子的排布分区。
按构造原理最后填入电子的 可将元素周期表分为s、p、d、f 4个区,而第ⅠB、第ⅡB族这2个纵列的元素的核外电子因先填满了 能级而后再填充 能级而得名ds区。5个区的位置关系如图所示。
能级符号
(n-1)d
ns
2.元素的对角线规则
(1)在元素周期表中,某些主族元素与右下方的主族元素(如图)的有些性质是相似的(如锂和镁在过量的氧气中燃烧均生成正常氧化物,而不是过氧化物),这种相似性被称为对角线规则。
(2)处于“对角线”位置的元素,它们的性质具有相似性。
[示例] 锂与钠虽属于同一主族,但锂与钠的性质相差较大,而锂的化学性质与镁更相似。如
①锂和镁在O2中燃烧,并不生成过氧化物,都只生成氧化物( 、MgO)。
②锂和镁都能直接与N2反应生成氮化物( 、Mg3N2)。
③锂和镁的氢氧化物在加热时都可分解生成氧化物( 、MgO)和H2O。
④锂和镁的碳酸盐均不稳定,受热均能分解生成相应氧化物和 。
⑤含锂和镁的某些盐,如碳酸盐、磷酸盐等均 溶于水。
Li2O
Li3N
Li2O
CO2
难
探究　元素性质与元素周期表的分区
问题1:某元素的价层电子排布是3d104s1,据此判断该元素位于周期表中的哪个区 为什么s区(除H外)、d区和ds区的元素都是金属元素
提示:价层电子排布是3d104s1的元素是Cu,位于ds区。s区(除H外)、d区和ds区的元素原子的最外层电子数为1～2(Pd除外),在反应中易失去电子,故都是金属元素。
问题2:铬元素的基态原子的价层电子排布式如何表示 它的电子排布符合构造原理吗 此外还有哪些元素的基态原子电子排布不符合构造原理,它们位于周期表哪个区
提示:3d54s1。不符合。Mo、Cu、Ag、Au基态原子电子排布不符合构造原理;铬、钼位于元素周期表d区的第ⅥB族,铜、银、金位于元素周期表ds区的第ⅠB族。
问题3:锗元素在元素周期表中位于哪个分区 与锗一样处于非金属与金属分界线上的元素常被称为半金属或类金属,为什么
提示:锗的价层电子排布式为4s24p2,位于p区。在元素周期表中位于金属和非金属分界线上的元素兼有金属和非金属的性质,位于此处的元素(如硼、硅、锗、砷、锑等)常被称为半金属或类金属(一般可用作半导体材料)。
问题4:为什么在元素周期表中非金属元素主要集中在右上角三角区
提示:右上角三角区元素的p区元素能层较少,容易得到电子达到相对稳定结构,呈现非金属性,属于非金属元素。
1.各区元素原子的价层电子排布、元素的位置及性质
归纳拓展
分区 元素分布 价层电子
排布 元素性
质特点
s区 第ⅠA族、
第ⅡA族 ns1～2 除H外,这些元素都是活泼金属元素
p区 第ⅢA～
第ⅦA族、
0族 ns2np1～6 通常是最外层电子参与反应
归纳拓展
d区 第ⅢB～第ⅦB族、
第Ⅷ族(除镧系、
锕系外) (n-1)d1～9
ns1～2 d轨道可以不同程度地参与化学键的形成
ds区 第ⅠB族、
第ⅡB族 (n-1)d10
ns1～2 金属元素
f区 镧系、锕系 (n-2)f0～14
(n-1)d0～2
ns2 镧系元素化学性质相近,锕系元素化学性质相近
归纳拓展
2.金属与非金属交界处元素的性质特点
在元素周期表中位于金属和非金属分界线附近的元素兼有金属和非金属的性质,位于此处的元素(如硼、硅、锗、砷、锑等)常被称为半金属或类金属(一般可用作半导体材料)。
题点一　元素周期表的结构与分区
1.三星堆两次考古挖掘举世震惊,二号祭祀坑出土的商代铜人铜像填补了我国考古学、青铜文化、青铜艺术史上的诸多空白。下列有关说法错误的是(　　)
A.铜元素位于周期表的ds区
B.测定出土文物年代的14C是碳的一种单质
C.与铜元素最外层电子数相同的同一周期元素还有K和Cr两种
D.青铜中含有的锡元素位于周期表的第五周期第ⅣA族,则锡的价层电子排布式为5s25p2
B
【解析】 周期表分为s区、p区、d区、ds区、f区,Cu的价层电子排布式为3d104s1,Cu属于第ⅠB族,在周期表中位于ds区,故A正确;测定出土文物年代的14C是碳的一种核素,故B错误;Cu为29号元素,原子核外有29个电子,核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s1,最外层只有1个电子,第四周期最外层只有一个电子的元素,核外电子排布式还可以为1s22s22p63s23p64s1和1s22s22p63s23p63d54s1,分别为第19号元素K和第24号元素Cr,故C正确;Sn位于周期表中第五周期第ⅣA族,价层电子排布式为5s25p2,故D正确。
2.已知某些元素在元素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3个不同的区
B.元素④的基态原子的价层电子排布式为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①②③的基态原子中,未成对电子数之比为1∶3∶4
D.元素⑤的原子结构示意图为 ,其属于金属元素
D
【解析】 表中五种元素依次位于s、p、d、ds和p区,共4个不同的区,故A错误;元素④为锌,其基态原子的价层电子排布式为3d104s2,最外层电子数为2,属于ds区元素,与它具有相同最外层电子数的元素很多,例如Be、Mg等第ⅡA族元素最外层电子数均为2,属于s区元素,也有Fe等位于d区等最外层电子数为2的元素,故B错误;元素①②③分别是H、O、Fe,它们的基态原子的价层电子排布式分别为1s1、2s22p4、3d64s2,未成对电子数分别为1、2和4,故未成对电子数之比为1∶2∶4,故C错误;元素⑤位于第四周期第ⅣA族,为32号元素锗(Ge),属于金属元素,故D正确。
题点二　元素在元素周期表中的位置推断
3.已知某元素+3价离子的基态电子排布式为1s22s22p63s23p63d3,该元素在周期表中的位置正确的是(　　)
A.第三周期第ⅢB族,d区
B.第三周期第ⅣB族,d区
C.第四周期第ⅤB族,d区
D.第四周期第ⅥB族,d区
D
【解析】 题给元素+3价离子的基态电子排布式为1s22s22p63s23p63d3,则该元素原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s1,该元素的最高能层为第四能层,所以是第四周期元素,价层电子排布式为3d54s1,所以是第ⅥB族元素,位于d区,选D。
4.对于前四周期元素,下列说法正确的是(　　)
A.基态原子的N层上只有一个电子的元素,一定是第ⅠA族元素
B.原子的最外层电子排布为ns2的元素一定是主族元素
C.基态原子的p能级上半充满的元素一定位于p区
D.基态原子的价层电子排布为(n-1)dxnsy的元素的族序数一定为x+y
C
【解析】 基态原子的N层上只有一个电子的元素,价层电子排布式可能为4s1、3d54s1、3d104s1,元素可能为K、Cr、Cu,K为第ⅠA族元素,而Cr、Cu分别为第ⅥB族、第ⅠB族元素,A错误;He的价层电子排布式为1s2,He为稀有气体元素,所以原子的最外层电子排布为ns2的元素不一定是主族元素,B错误;基态原子的p能级处于半充满状态的元素,属于第ⅤA族元素,电子最后填充p能级,属于p区元素,C正确;基态原子的价层电子排布式为(n-1)dxnsy的元素,列数为x+y,但族序数不一定,如第ⅠB族、第ⅡB族等,D错误。
根据原子结构特征判断元素在元素周期表中的位置
思维建模
题点三　对角线规则的应用
5.镁、锂在元素周期表中具有特殊“对角线”关系,它们的性质相似。下列有关锂的性质的叙述,不正确的是(　　)
A.Li2SO4能溶于水
B.LiOH是易溶于水、受热不分解的强碱
C.Li遇浓硫酸不产生“钝化”现象
D.Li2CO3受热分解,生成Li2O和CO2
B
【解析】 对于Li及其化合物不熟悉,但是对于Mg及其化合物比较熟悉,故用类比的方法解答此题。本题选B。
知识整合
原子结构与元素周期表存在着内在联系,按要求回答下列问题。
(1)根据元素电子排布可以确定元素在周期表中的位置。
①具有(n-1)d10ns2电子排布的元素位于周期表中第　　　　族。
ⅡB
【解析】 (1)①具有(n-1)d10ns2电子排布的元素位于周期表第ⅡB族。
②基态金原子的价层电子排布式为5d106s1,试判断金元素在元素周期表中位于第　　　　周期第　　　　族。
六
ⅠB
【解析】 ②金元素基态原子的价层电子排布式为5d106s1,应位于第六周期第ⅠB族。
③已知某元素+2价离子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d3。该元素位于元素周期表第　　　　周期第　　　　族。
四　
ⅤB
【解析】 ③该元素基态原子价层电子排布式为3d34s2,根据周期数=能层序数,族序数=价层电子数,该元素为d区副族元素(价层电子排布在d、s轨道上),可知该元素位于第四周期第ⅤB族。
④某元素原子的核电荷数为33,则其原子的价层电子排布式为　　　　,其位于元素周期表中的　　　　　　 　　,属于　　　　区的元素。
4s24p3　
第四周期第ⅤA族　
p
【解析】 ④根据构造原理可知该元素基态原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p3,该元素原子价层电子排布在ns和np轨道,故为主族元素,价层电子数为5,故该元素在周期表中位于第四周期第ⅤA族,属于p区元素。
(2)某元素的简化电子排布式为[Xe]4f46s2,其应在　　　　区。
f
【解析】 (2)除 ds区外,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,因最后一个电子进入4f能级,所以该元素在f区。
命题解密与解题指导
情境解读:以现行元素周期表的结构特点和分区划分依据为载体,考查元素周期表的分区特点及原子结构与元素在周期表中位置的相互推断。
素养立意:借助元素周期表的分区依据及原子结构与位置的相互推断,发展证据推理与模型认知素养。
解题路径:首先结合构造原理判断电子填入能级的顺序,然后结合信息判断分区位置及名称,最后通过分析类比做出判断(结论)。

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