1、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必备知识自主学习一、元素周期系1碱金属元素和稀有气体元素原子的价层电子排布周期最左侧A族元素价层电子排布最右侧稀有气体元素价层电子排布一氢_氦_二锂_氖_三钠_氩_四钾_氪_五铷_氙_六铯_氡_1s11s22s12s22p63s13s23p64s14s24p65s15s25p66s16s26p62.元素周期系的形成(1)每一周期(第一周期除外)从_元素开始到_元素结束，最外层电子排布从_递增到_，但元素周期系的周期不是单调的，每一周期里元素的数目不总是一样多。(2)元素形成周期系的根本原因是_发生周期性的重复。碱金属稀有气体ns1ns2
2、np6元素的原子核外电子排布(3)根据构造原理得出的核外电子排布，可以解释元素周期系的基本结构。例如：第一周期从_开始，以_结束；其余周期总是从_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元素数。1s11s2nsnp【自主探索】(1)目前元素周期表有几个周期？元素在周期表中处于哪一周期主要由原子结构中哪一部分决定的？提示：有7个周期，周期序数原子结构中的电子层数。(2)每一周期元素第一个元素是碱金属，最后一个元素是哪类元素？提示：每一周期从碱金属开始，以稀有气体元素结束。(3)(情境思考)除了我们熟知的现行元素周期表，元素周期表还有许多其他形式，其中一种如下图所示
3、：元素周期表中周期和族的划分依据是什么？提示：元素周期表中周期的划分依据是元素原子的电子层数(周期序数电子层数)，而族的划分依据则是元素原子的价电子数。主族元素的原子结构与元素在周期表中的位置有什么关系？提示：主族元素原子的电子层数即其周期序数，最外层电子数即其主族序数。二、元素周期表的分区1元素周期表的分区按电子排布，可把周期表里的元素划分成5个区。除ds区外，区的名称来自按构造原理_的能级符号。最后填入电子2各区价层电子排布特点分区价层电子排布s区_p区_(除He外)d区(n1)d19ns12(除钯外)ds区(n1)d10ns12f区(n2)f014(n1)d02ns2ns12ns2np1
4、6【自主探索】(1)s区都是金属元素。()提示：s区中氢元素属于非金属。(2)明确了元素所处周期序数和所处的族，该元素就一定能确定。()提示：每一周期的第族均有三种元素；而且15种镧系元素和15种锕系元素均分别位于同一周期同一族。关键能力合作学习知识点一 核外电子排布与周期表的关系1周期、能级组和元素数目的对应关系周期周期中所含元素的数对应能级组对应能级组电子最大容量一21s2二82s、2p8三83s、3p8四184s、3d、4p18五185s、4d、5p18六326s、4f、5d、6p32七327s、5f、6d、7p322.价层电子排布和周期表的关系(1)原子的电子层数能级中最高能层序数周期
5、序数。(2)主族元素原子的价层电子数该元素在周期表中的主族序数。族序数AAAAAAA0价层电子排布ns1ns2ns2np1ns2np2ns2np3ns2np4ns2np5ns2np6(3)过渡元素(除镧系、锕系外，以第四周期为例)周期表中列数族序数价层电子排布3B(n1)d1ns24B(n1)d2ns25B(n1)d3ns26B(n1)d5ns17B(n1)d5ns2810(n1)d68ns211B(n1)d10ns112B(n1)d10ns23.价层电子排布与元素的最高正价数(1)当主族元素失去全部价电子后，表现出该元素的最高化合价，最高正价主族序数(O、F除外)。(2)BB族可失去ns和(
6、n1)d轨道上的全部电子，所以，最高正价数族序数。(3)族可失去最外层的s电子和次外层的部分(n1)d电子，所以最高正价低于族序数(8)，只有Ru和Os可表现八价。(4)B族可失去ns1电子和部分(n1)d电子，所以B的族数最高正价，B只失去ns2电子，B的族序数最高正价。对价电子认识的误区(1)价电子不一定是最外层电子，只有主族元素的价电子才是最外层电子。对于过渡元素还包括部分内层电子。(2)元素的价电子数不一定等于其所在族的族序数，对部分过渡元素是不成立的。(3)同一族元素的价电子排布不一定相同，如过渡元素中的镧系元素和锕系元素就不相同，在第族中部分元素的价电子排布也不相同。【合作探究】(
7、1)价电子就是最外层电子吗？提示：只有主族元素的价电子才是最外层电子，过渡元素还包括部分内层电子。(2)元素的价电子数一定等于其所在的族序数吗？提示：这一关系只对主族元素成立，对于部分过渡元素不成立。(3)同一族元素的价电子排布一定相同吗？为什么？提示：过渡元素中的镧系和锕系元素不相同，在族中部分元素的价电子排布也不相同。【典例】(2021长沙高二检测)若某原子的价层电子排布式为 4d15s2，则下列说法正确的是()A该元素位于周期表中第五周期B 族B该元素原子价电子数为 2 个C该元素为非金属元素D该元素原子 N 能层共有 8 个电子【解题指南】通过价电子排布确定元素在周期表中位置的思维流程
8、为：(1)原子序数的确定：原子序数质子数核外电子数各能级上电子数之和。(2)周期数的确定：周期数基态原子最高能层数。(3)族的确定：主族元素：主族序数最外层电子数价层电子数；过渡元素：价层(n1)dns 的电子数纵列数(镧系、锕系除外)。【解析】选 A。该原子的价层电子排布式为 4d15s2，该元素基态原子的电子排布式为 1s22s22p63s23p63d104s24p64d15s2，与价层电子排布式为 3d14s2 的 Sc 元素同族，位于周期表第B 族，所以该元素位于周期表中第五周期B 族，故 A 正确；该原子的价层电子排布式为 4d15s2，位于周期表第B 族，所以该元素原子价电子数为
9、3 个，故 B 错误；该元素位于周期表中第五周期B 族，属于过渡元素，是副族，副族元素均为金属元素，故 C 错误；第 N 层的电子排布为 4s24p64d1，有 9个电子，故 D 错误。【母题追问】该原子核内有多少个质子？最高正价是多少？提示：原子序数质子数核外电子数各能级上电子数之和39，最高正价为3。由元素的价电子排布判断其在周期表中的位置的规律：价电子排布x或y的取值周期表中位置nsxx=1，2第n周期xA族(说明：书写时，x、y应换成相应的罗马字母表示，下同)ns2npxx=1，2，3，4，5第n周期(2+x)A族x=6第n周期0族(n-1)dxnsyx+y7第n周期(x+y)B族7x
10、+y10第n周期族(n-1)d10nsxx=1，2第n周期xB族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()AB 族BB 族C族DA 族【解析】选 D。由题意推知，该元素的价层电子排布式为 4s2。故该元素位于第四周期第A 族。2(2021烟台高二检测)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周期序数越大，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 8 个副族(包括族)1 个 0 族【解析】选 C。除 ds 区外，区的名称
11、来自按构造原理最后填入电子的能级的符号。3元素的存在，与原子结构的稳定性，特别是与原子核的稳定性有关。人们发现，原子序数大于 83(铋之后)的元素，都是放射性元素，而原子序数在 92 之后(超铀元素)的元素，全部是用人工方法合成的元素(Np、Pu 在自然界中也有，但含量极微)。目前已公布了 112 号元素的合成方法。人们要问：新的人工合成的元素究竟还可以合成多少种？物理学家根据原子核结构理论计算，认为周期系最后可能出现的是原子序数为175 的元素。人工合成的元素，已完成第七周期(0 族元素的原子序数应为 118)，并进入第八周期，甚至第九周期。在未来的第八、九周期中，原子中的电子依次填充新的能
12、级 5 g 能级和 6 g 能级。依照已有的规律，可以推知 g 能级最多能容纳18 个电子。能级：s p d f g电子数：2 6 10 14 18(1)由此可以推测，第八、九周期各将有多少种元素？(2)在这两个周期里，“超锕系”和“新超锕系”各有多少种元素？提示：(1)第八、九周期都将有 50 种元素，是超长周期。(2)“超锕系”和“新超锕系”为 5g6f 和 6g7f 内过渡系，各有 33 种元素。知识点二 元素周期表的分区1各区元素化学性质及价电子排布特点包括的元素价电子排布化学性质s区A、A族ns12(最后的电子填在ns上)除氢外，都是活泼金属元素(碱金属和碱土金属)p区AA、0族ns
13、2np16(除氦外，最后的电子填在np上)最外层电子参与反应，随着最外层电子数目的增加，非金属性增强，金属性减弱(0族除外)包括的元素价电子排布化学性质d区BB(镧系、锕系除外)、族(n1)d19ns12最后的电子填在(n1)d上均为过渡金属，由于d轨道都未充满电子，因此d轨道上的电子可以不同程度地参与化学键的形成ds区B、B族(n1)d10ns12(n1)d全充满均为过渡金属，d轨道已充满电子，因此d轨道上的电子一般不再参与化学键的形成f区镧系、锕系(n2)f014(n1)d02ns2镧系元素的化学性质非常相近；锕系元素的化学性质也非常相近2.根据原子结构确定元素分区的思路(1)最外层电子数
14、相同的两种元素一定同族吗？举例说明。提示：不一定，如A 和B、A 和B。(2)同族元素的价层电子排布一定相同吗？举例说明。提示：不一定，如 He 与同族元素。【典例】(2021武汉高二检测)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原子的价层电子排布为 ns2np16 的元素一定是主族元素B基态原子的 p 能级上有 5 个电子的元素一定是A 族元素C原子的价层电子排布为(n1)d68ns2 的元素一定位于BB 族D基态原子的 N 层上只有 1 个电子的元素一定是主族元素【解题指南】解析有关元素周期表分区问题的思维流程如下：(1)熟记元素周期表分区简图；(2)区的名
15、称来自按照构造原理最后填充的能级的符号(除 ds 区外)。【解析】选 B。0 族元素价层电子排布也符合 ns2np16，所以不一定是主族元素，故 A 错误；基态原子的 p 能级上有 5 个电子的元素价层电子排布为 ns2np5 的元素，一定位于A 族，故 B 正确；原子的价层电子排布为(n1)d68ns2 的元素为族元素，不是位于BB 族，故 C 错误；基态原子的 N 层上只有 1 个电子的元素，可能为 K、Cr 或 Cu，K 为主族元素，Cr、Cu 为副族元素，故 D 错误。【母题追问】(1)最外层电子数为ns2的元素都在元素周期表第2列吗？提示：元素周期表第2列为A族，而最外层电子数为ns
16、2的元素可能为He、A族元素或一些过渡元素。(2)已知某元素3价离子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d5，该元素位于周期表中什么位置？哪个区？提示：该元素3价离子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d5，则该元素原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2，处于第四周期第族位置，属于d区。元素周期表中各族元素的分布特点包括元素价电子排布元素分类s区A、A族ns1、ns2活泼金属p区A0族ns2np16大多为非金属d区B族(n1)d19ns12过渡元素ds区B、B族(n1)d10ns12过渡元素f区镧系和锕系(n2)f014(n1)d02ns2过渡元素1
17、(2021长沙高二检测)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 等核素，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 22B钛元素在周期表中处于第四周期C钛的不同核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【解析】选 C。48Ti、49Ti、50Ti 等核素的中子数分别为 26、27、28，A 正确；22Ti的价电子排布式为 3d24s2，因此钛是 d 区第四周期的过渡元素，B、D 正确；元素在周期表中的位置由其质子数决定，钛
18、的同位素原子的质子数相同，在周期表中的同一位置，C 不正确。2下列关于元素在元素周期表中的位置以及元素原子的价层电子排布特点的有关叙述正确的是()ACu 位于元素周期表中第四周期B 族，属于 ds 区元素BO 的基态原子中，2p 能级为半充满，属于 p 区元素C最外层电子排布式为 4s1，一定属于A 族D最外层电子排布式为 ns2np1，该元素可能是A 族或B 族【解析】选 A。铜位于第四周期第B 族，故 A 正确；N 元素，氧元素的 2p 能级有四个电子，不是半充满，故 B 错误；最外层电子排布式为 4s1，该元素不一定位于第A 族，如铜的最外层电子排布式为 4s1，但铜属于第B，故 C 错
19、误；最外层电子排布式为 ns2np1，该元素位于A 族，故 D 错误。3在元素周期表中，同周期的元素从左到右非金属性渐强，同主族元素从上到下非金属性渐弱，结果使元素周期表右上角的元素主要呈现非金属性。因此，在元素周期表中非金属元素主要集中在右上角三角区内(如图)。处于非金属三角区边缘的元素常被称为半金属或准金属，为什么？提示：处于非金属三角区边缘的元素既能表现出一定的非金属性，又能表现出一定的金属性，因此，这些元素常被称为半金属或准金属。三言两语话重点1周期表结构中几个等式：最高能层序数周期序数，价层电子数族序数，最高正价族序数(O、F 除外)。2分区与价层电子排布的对应关系：分区价电子排布s
20、区ns12p区ns2np16d区(n1)d19ns12ds区(n1)d10ns12f区(n2)f014(n1)d02ns2课堂检测素养达标1下列关于价层电子排布为 3s23p4 的粒子描述正确的是()A该元素在元素周期表中位于 p 区B它的核外电子排布式为Ar3s23p4C该元素为氧元素D其轨道表示式为【解析】选 A。该元素为硫元素，S 元素在元素周期表中位于 p 区，故 A 正确；S元素核外电子排布式为Ne3s23p4，故 B 错误；价电子排布为 3s23p4 的粒子其基态原子核外电子排布式为 1s22s22p63s23p4，其核外电子数为 16，为 S 元素，故 C 错误；S 原子核外电子
21、排布遵循能量最低原理、泡利原理、洪特规则，其轨道表示式为，故 D 错误。2(2021德州高二检测)世界瞩目的港珠澳大桥是世界上最长的斜拉桥，桥受力部件采用高强度拉力钢索(如图)。钢索表面的合金保护层含有锌、铝和少量钒，下列说法错误的是()A.锌位于元素周期表的 d 区B基态 Al 原子电子占据最高能级的电子云轮廓图为哑铃形C钒位于元素周期表中第四周期B 族D钒的价层电子排布为 3d34s2【解析】选 A。第三周期稀有气体的原子序数为 18，锌的原子序数为 30，301812，则锌在周期表中处于第四周期B 族，ds 区，故 A 错误；基态 Al 原子电子占据最高能级为 3p 能级，电子云轮廓图为
22、哑铃形，故 B 正确；第三周期稀有气体的原子序数为 18，钒的原子序数为 23，23185，则钒在周期表中处于第四周期B 族，故 C 正确；钒的原子序数为 23，其核外电子排布为1s22s22p63s23p63d34s2，则钒的价层电子排布为 3d34s2，故 D 正确。3(2021黄冈高二检测)根据下列基态原子的最外层电子排布，能确定该元素在元素周期表中位置的是()A4s1B3d104snCnsnnp3nDns2np3【解析】选 C。A 项中最外层为 4s1 的价电子排布包括 4s1、3d54s1、3d104s1；B项中 3d104sn 的电子排布包括 3d104s1、3d104s2 等；C
23、 项中 n 为 2，即 2s22p6；D 项中 n 可能为 2、3、4、5、6。4(2021铜陵高二检测)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第三周期族，p 区B第三周期B 族，ds 区C第四周期族，d 区D第四周期族，f 区【解析】选 C。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，位于第四周期族，位于 d 区。5(2021南京高二检测)前四周期元素中，基态原子的 4s 能级中只有 1 个电子且位于 d 区的元素共有()A0 种B1 种C2 种D3 种【解析】选 B。基态原子的 4s 能级
24、中只有 1 个电子，则该元素最外层仅有的一个电子位于 4s 能级，即 4s1，该原子 4s 能级未填充满，一是按照能级顺序正常填充的结果：1s22s22p63s23p64s1，为 19K 元素；二是按照洪特规则的特例填充的结果：1s22s22p63s23p63d54s1、1s22s22p63s23p63d104s1，为 24Cr 和 29Cu，29Cu 位于 ds 区，位于 d 区只有 1 种 Cr，所以只有 1 种符合。6(2021广州高二检测)X、Y、Z 为主族元素，X 原子的最外层电子排布为 ns1；Y 原子的 M 电子层有 2 个未成对电子；Z 原子的最外层 p 轨道上只有一对成对电子
25、，且 Z 原子的核外电子比 Y 原子少 8 个电子，由这三种元素组成的化合物的分子式不可能的是()AXYZ4BX2YZ4CX2YZ3DX2Y2Z3【解析】选 A。X 元素的原子最外层电子排布为 ns1，为第A 族元素，化合价为1价，Y 原子的 M 电子层有 2 个未成对电子其电子排布式为 1s22s22p63s23p2 或1s22s22p63s23p4，为 Si 元素或 S 元素，化合价为4 价或6 价；Z 原子的最外层 p轨道上只有一对成对电子，且 Z 原子的核外电子比 Y 原子少 8 个电子，且 Y 和 Z 属于同一主族元素，所以 Z 元素是 O 元素，Y 是 S 元素，由这三种元素组成的
26、化合物中氧元素显2 价，Y 显4 价或6 价，X 显1 价，Y 的化合价为7 价，不符合，故 A 选；Y 的化合价为6 价，符合，故 B 不选；Y 的化合价为4 价，符合，故 C不选；Y 的平均化合价为2 价，如 Na2S2O3，符合，故 D 不选。7(2021宁德高二检测)在核电荷数为 136 的元素中，原子的最外层电子排布满足 ns1 的元素共有()A3 种 B4 种 C5 种 D6 种【解析】选 D。在核电荷数为 136 的元素为前四周期元素，原子的最外层电子排布满足 ns1 的元素有 H、Li、Na、K、Cr、Cu，共 6 种。8(2021德州高二检测)A 元素的原子最外层电子数是 a
27、，次外层电子数是 b；B元素的原子 M 层电子数是(a2b)，L 层电子数是(ab)，则 A、B 两元素形成的化学式最可能表示为()ABA BAB2 CB3A2 DA2B【解析】选 A。B 元素的原子 M 层电子数是(a2b)，L 层电子数是(ab)，A 元素的原子最外层电子数是 a，次外层电子数是 b，则 ab8，A 的次外层电子数为 2，则 b2、a6，所以 A 原子核外电子数268，为 O 元素；B 元素原子核外电子数28212，为 Mg 元素，二者形成的化合物为 MgO。9(2021成都高二检测)元素周期表长周期共有 18 个纵列，从左到右排为 18 列，即碱金属是第 1 列，稀有气体
28、是第 18 列。按这种规定，下列说法正确的是()A第 9 列元素中没有非金属B第 15 列元素的原子最外层的电子排布是 ns2np5C最外层电子排布为 ns2 的元素一定在第 2 列D第 11、12 列为 d 区的元素【解析】选 A。第 9 列元素是过渡元素，没有非金属，A 项正确；第 15 列元素的最外层电子排布是 ns2np3，B 项错误；最外层电子排布为 ns2 的元素也可能是过渡元素或 0 族元素 He，C 项错误；11、12 列为 ds 区元素，D 项错误。素养新思维10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
29、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A 族元素原子的轨道表示式为_。(5)当今常用于核能开发的元素是铀和钚，它们在_区中。【解析】(1)s 区为A 族、A 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B 族B 族、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“半满”，其稳定性大于 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，轨道表示式为。(5)铀和钚均为锕系元素，位于 f 区。答案：(1)球形(2)Fe2：1s22s22p63s23p63d6，Fe3：1s22s22p63s23p63d5 Fe3(3)3d104s2(4)(5)f
