学年人教版选修3 第一章 第二节 原子结构与元素的性质 第1课时 学案.docx

学年人教版选修3 第一章 第二节 原子结构与元素的性质 第1课时 学案.docx

《学年人教版选修3 第一章 第二节 原子结构与元素的性质 第1课时 学案.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《学年人教版选修3 第一章 第二节 原子结构与元素的性质 第1课时 学案.docx（23页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

学年人教版选修3第一章第二节原子结构与元素的性质第1课时学案

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

课程目标

核心素养建构

1.掌握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。

原子结构与元素周期表

[知识梳理]

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（镧系、锕系除外），ds区包括ⅠB、ⅡB族，f区包括镧系元素和锕系元素。

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。

三、元素周期表的分区

1.按电子排布式中最后填入电子的能级符号可将元素周期表分为s、p、d、f四个区，而ⅠB、ⅡB族的元素的核外电子因先填满（n－1）d能级而后再填充ns能级而得名ds区。

如下图：

2.元素周期表中，非金属元素处于元素周期表的右上角位置，金属性强的元素处于元素周期表的左下方位置。

[自我检测]

1.判断正误，正确的打“√”；错误的打“×”。

（1）每一周期都是从活泼金属元素开始，以稀有气体元素结束。

（　　）

（2）元素周期表中，7个横行是7个周期，18个纵行就是18个族。

（　　）

（3）周期表中ⅢB族～ⅡB族为过渡元素，全部为金属元素。

（　　）

（4）s区元素都是金属元素，p区元素都是非金属元素。

（　　）

（5）最外层电子排布为ns1或ns2的元素一定是为金属元素。

（　　）

（6）元素原子的价电子不一定是最外层电子。

（　　）

（7）有同学总结出如下规律：

当某元素的

≥1时，该元素是金属元素。

（　　）

答案　

（1）×　

（2）×　（3）√　（4）×　（5）×　（6）√　（7）×

2.下列说法正确的是（　　）

A.最外层电子排布式为ns2的基态原子所对应元素一定位于ⅡA族

B.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

C.d区元素的原子一定都有d轨道电子

D.基态原子价电子排布式为nsnnpn的元素一定是金属元素

解析　最外层电子排布式为ns2的基态原子所对应元素可能是He（1s2），也可能是ⅡB族元素[（n－1）d10ns2]等，不一定是ⅡA族元素，故A错误。

最外层电子排布式为ns1的基态原子所对应元素中最特殊的是H，H不是金属元素，其他最外层电子排布式为ns1的基态原子所对应元素都是金属元素，B错误。

d区元素原子的价电子排布式为（n－1）d1－9ns1－2（钯为4d10），原子的核外电子最后排布在（n－1）d上，故C正确。

价电子排布式符合nsnnpn的元素只有n＝2这一种情况，该元素的价电子排布式为2s22p2，是碳元素，是非金属元素，D错误。

答案　C

3.最活泼的金属元素、最活泼的非金属元素、常温下呈液态的金属（价电子排布为5d106s2）元素分别位于下面元素周期表中的（　　）

A.s区、p区、ds区B.s区、p区、d区

C.f区、p区、ds区D.s区、f区和ds区

解析　最活泼的金属元素在ⅠA族，s区；最活泼的非金属元素（是氟）在ⅦA族，p区；汞的价电子排布为5d106s2，在ⅡB族，ds区。

答案　A

提升一　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第ⅤA族，则该元素的名称和该元素原子价电子排布式均正确的是（　　）

A.砷，4s24p3B.溴，4s24p5

C.磷，4s24p3D.锑，5s25p3

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：

元素原子的价电子排布式为4s24p3，电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p3，该元素为33号元素砷，故A项正确。

答案　A

【名师点拨】　核外电子排布与族的关系

（1）主族元素的价电子排布

主族序数

ⅠA

ⅡA

ⅢA

ⅣA

ⅤA

ⅥA

ⅦA

价电子排布

ns1

ns2

ns2np1

ns2np2

ns2np3

ns2np4

ns2np5

①主族元素的族序数＝价电子总数＝最高正价（O、F除外）。

②同主族元素原子的价电子排布相同，价电子全部排布在ns或nsnp轨道上。

（2）稀有气体的价电子排布为1s2或ns2np6。

（3）过渡元素（副族和Ⅷ族）（第四周期为例）的价电子排布

族序数

价电子排布

ⅢB

（n－1）d1ns2

ⅣB

（n－1）d2ns2

ⅤB

（n－1）d3ns2

ⅥB

（n－1）d5ns1

ⅦB

（n－1）d5ns2

Ⅷ

（n－1）d6～8ns2

ⅠB

（n－1）d10ns1

ⅡB

（n－1）d10ns2

①ⅢB→ⅦB族：

族序数＝价电子数＝原子最外层ns电子数＋次外层（n－1）d电子数＝最高正价。

②Ⅷ族：

原子最外层ns电子数＋次外层（n－1）d电子数之和分别为8、9、10。

③ⅠB和ⅡB的族序数＝原子最外层电子数。

（4）0族最外层电子排布为2s2或ns2np6。

【深度思考】

1.族的划分依据是什么？

周期系形成的原因是什么？

提示　族的划分依据是原子的价电子排布，周期系形成的原因是元素原子核外电子排布的周期性重复。

2.周期序数与原子核外电子排布的关系？

提示　周期序数＝原子电子层数＝原子最外层能层序数

【变式训练】

1.原子的价电子排布式为3d104s1的元素在周期表中位于（　　）

A.第五周期第ⅠB族B.第五周期第ⅡB族

C.第四周期第ⅦB族D.第四周期第ⅠB族

解析　该元素原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s1，即该原子含有4个能层，位于第四周期，其价电子排布式为3d104s1，属于第ⅠB族元素，所以该元素位于第四周期第ⅠB族，故选D。

答案　D

2.已知某元素＋2价离子的电子排布式为1s22s22p63s23p6，则该元素在周期表中属于（　　）

A.第ⅤB族B.第ⅡB族

C.第Ⅷ族D.第ⅡA族

解析　根据核外电子排布规律，可知该元素的原子最外层只有2个电子，而且应该排布在第四电子层上，该元素在周期表中的位置应该是第四周期第ⅡA族。

答案　D

3.某元素原子最外层只有1个电子，最高电子层n＝4。

问：

（1）符合上述条件的元素，可以有________种；原子序数分别为________。

（2）写出相应元素原子的简化电子排布式，并指出在周期表中的位置。

_____________________________________________________________________

____________________________________________________________________。

解析　

（1）题给元素原子最高电子层n＝4，最外层只有一个电子，则该电子在4s轨道上，所以最外层电子排布为4s1。

次外层：

当最外层已经填入电子时，次外层的3s和3p应已充满；而3d轨道的电子数可为0、5、10。

这三种情况的原子序数分别为19、24和29，即K、Cr和Cu三种元素。

答案　

（1）3　19、24、29　

（2）K：

[Ar]4s1，第四周期第ⅠA族；Cr：

[Ar]3d54s1，第四周期第ⅥB族；Cu：

[Ar]3d104s1，第四周期第ⅠB族

提升二　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原子结构或核外电子排布或价电子排布情况，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

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元素的价电子排布式为3d104s1，s能级电子数为1，应为ds区的第ⅠB族。

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

【名师点拨】

元素的金属性与非金属性之间并没有严格的界限。

“硼—砹”分界线附近的元素通常既表现出一定的金属性，又表现出一定的非金属性。

【深度思考】

试总结归纳各区元素原子的价电子排布、元素的位置及类别。

提示　

分区

元素位置

价电子排布式

元素种类及性质特点

s区

ⅠA族、ⅡA族

ns1～2

原子的核外电子最后排布在ns能级上，属于活泼金属（氢除外），为碱金属和碱土金属

p区

ⅢA～ⅦA族及0族元素

ns2np1～6

原子的核外电子最后排布在np能级上，为非金属和少数金属

d区

ⅢB～ⅦB族（镧系、锕系除外）以及Ⅷ族

（n－1）d1～9ns1～2

（钯除外）

原子的核外电子最后排布在（n－1）d上，为过渡金属

ds区

ⅠB族、ⅡB族

（n－1）d10ns1～2

核外电子先填满（n－1）d能级而后再填充ns能级，为过渡金属

f区

镧系和锕系元素

（n－2）f0～14

（n－1）d0～2ns2

镧系元素化学性质相近；锕系元素化学性质相近

【变式训练】

4.已知某元素＋3价离子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d5，则该元素在元素周期表中的位置是（　　）

A.第三周期第Ⅷ族，p区

B.第三周期第ⅤB族，ds区

C.第四周期第Ⅷ族，d区

D.第四周期第ⅤB族，f区

解析　该＋3价离子的核外有23个电子，则基态原子核外有26个电子，26号元素是铁，其位于第四周期第Ⅷ族，且位于d区。

答案　C

5.下列说法正确的是（　　）

A.所有金属元素都分布在d区和ds区

B.最外层电子数为2的元素都分布在s区

C.元素周期表中第ⅢB族到第ⅡB族10个纵行的元素都是金属元素

D.s区均为金属元素

解析　部分金属在s区或p区，故A错误。

s区除H外均为金属元素，故D项错误。

He、Zn等元素的原子最外层电子数为2，但却不是s区元素，B项错误。

元素周期表中第ⅢB族～第ⅡB族的元素为过渡元素，全部为金属元素，C项正确。

答案　C

6.有A、B、C、D、E五种元素。

其中A为第四周期元素，与D可形成1∶1和2∶1原子个数比的化合物；B为第四周期过渡元素，最高化合价为＋7；C和B是同周期的元素，具有相同的最高化合价；D的价电子排布式为nsnnpn＋2，E元素的基态原子核外有7个原子轨道填充了电子。

（1）试写出下面三种元素的元素符号：

A____________、B____________、C____________。

（2）写出D2－的电子排布式：

__________________________________________。

基态E原子的电子排布式：

_____________________________________________。

（3）B位于________族，C位于________族。

解析　由B为第四周期过渡元素，最高化合价为＋7可推出B是锰元素；C和B是同周期的元素，具有相同的最高化合价，则C是溴元素；D的价电子排布式为nsnnpn＋2，D是氧元素；A与D可形成1∶1和2∶1原子个数比的化合物，A是钾元素。

B位于第四周期，最高价为＋7价，根据族序数等于价电子数可知B位于第ⅦB族，Br原子最外层也是7个电子，属于主族元素，位于ⅦA族。

E元素的基态原子核外有7个原子轨道填充了电子，其核外电子排布式为1s22s22p63s23p1，该元素应为Al。

答案　

（1）K　Mn　Br　

（2）1s22s22p6　1s22s22p63s23p1　（3）ⅦB　ⅦA

7.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。

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1s22s22p63s2

3p63d104s2，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。

答案　

（1）球形

（2）Fe2＋：

1s22s22p63s23p63d6，Fe3＋：

1s22s22p63s23p63d5　Fe3＋　（3）3d104s2　

（4）

（5）f

课时作业

基础题组

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叙述正确的是（　　）

A.基态原子核外N电子层上只有一个电子的元素一定是第ⅠA族元素

B.原子核外价电子排布式为（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.基态原子核外价电子排布式为（n－1）dxnsy的元素的族序数一定为x＋y

解析　基态原子核外N电子层上只有一个电子的元素，可能是钾元素，也可能是铬元素或铜元素，A项错误；原子核外价电子排布式为（n－1）d6～8ns2的元素是第Ⅷ族元素，不是副族元素，B项错误；基态原子的p能级上半充满的元素，其基态原子核外价电子排布式为ns2np3，则该元素一定属于p区元素，C项正确；基态原子核外价电子排布式为（n－1）dxnsy的元素的族序数可能为x＋y（x＋y≤7），也可能为8（8≤x＋y≤10），还可能为y（x＝10），D项错误。

答案　C

2.原子的价电子排布式为5s25p3的元素是（　　）

A.第五周期第ⅢA族元素B.51号元素

C.ds区的主族元素D.Te

解析　价电子排布式为5s25p3的元素位于第五周期第ⅤA族，p区，原子序数＝2＋8＋18＋18＋5＝51，为Sb元素，故选B。

答案　B

3.现用的长式周期表，从左到右为18列，碱金属（包括氢元素）为第1列，0族为第18列。

按这个规定，判断下列说法中不正确的是（　　）

A.第2列中肯定没有非金属元素

B.第3列中元素种数最多

C.第17列的第一种元素对应的最高价氧化物的水化物是最强的含氧酸

D.第15列元素的简单氢化物组成通式可用RH3表示

解析　第2列为第ⅡA族元素，全部都是金属元素，故A项正确；第3列为第ⅢB族，含有锕系和镧系元素，故该列元素种类最多；第17列为第ⅦA族，第一种元素为F元素，它没有正化合价，而第二种元素氯元素对应的最高价氧化物的水化物是最强的含氧酸，即为HClO4，故该项错误；第15列为第ⅤA族，该列元素最外层电子数均为5个，最低负化合价为－3，D项正确。

答案　C

4.某周期ⅡA族元素的原子序数为x，则同周期的ⅢA族元素的原子序数是（　　）

A.只有（x＋1）

B.可能是（x＋8）或（x＋18）

C.可能是（x＋2）

D.可能是（x＋1）或（x＋11）或（x＋25）

解析　当ⅡA、ⅢA族元素处于二、三周期时，ⅢA族元素的原子序数为（x＋1）；当ⅡA、ⅢA族元素处于四、五周期时，ⅢA族元素的原子序数为（x＋11）；当ⅡA、ⅢA族元素处于六、七周期时，ⅢA族元素的原子序数为（x＋25）。

答案　D

5.如图所示为元素周期表的一部分，已知A、B、C、D、E原子核外共有85个电子，E原子核外有4个电子层，则B元素是（　　）

A.PB.Mg

C.ClD.Si

解析　E原子核外有4个电子层，即E为第四周期元素，则C、B、D位于元素周期表的第三周期，A位于元素周期表的第二周期。

设B的原子序数为Z，则其他四种元素的原子序数如下图所示。

由A、B、C、D、E五种元素的原子核外共有85个电子，可得（Z－8）＋（Z－1）＋Z＋（Z＋1）＋（Z＋18）＝85，故Z＝15，即B元素为P。

答案　A

6.下列说法正确的是（　　）

A.元素周期表有7个主族、7个副族、1个0族、1个Ⅷ族，有16个纵列

B.X2＋的核外电子数目为18，则X位于第四周期第ⅡA族

C.Li是最活泼的金属，F是最活泼的非金属

D.NaOH的碱性比KOH的强

解析　A项，元素周期表共有18个纵列，错误；C项，最活泼的金属是Cs（放射性元素除外），错误；D项，Na与K为同主族元素，钾的金属性比钠的强，故NaOH的碱性比KOH的弱，错误。

答案　B

7.长式周期表共有18个纵行，从左到右排为1～18列，即碱金属为第一列，稀有气体元素为第18列。

按这种规定，下列说法正确的是（　　）

A.第9列元素中有非金属元素

B.只有第2列的元素原子最外层电子排布式为ns2

C.第四周期第8列元素是铁元素

D.第15列元素原子的最外层电子排布式为ns2np5

解析　根据元素周期表的结构可知，第9列为d区元素，全部为金属元素，A项错误；最外层电子排布式为ns2的不只是第2列元素的原子，如第12列元素的原子最外层电子排布式也是ns2，B项错误；第15列元素原子的最外层电子排布式为ns2np3，D项错误。

答案　C

8.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，被广泛地应用于军事、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不正确的是（　　）

A.上述钛原子中，中子数不可能为22

B.钛元素在元素周期表中位于第四周期

C.钛的不同核素在元素周期表中位于不同的位置

D.钛元素是d区的过渡元素

解析　22Ti的原子序数为22，位于第四周期第ⅣB族，属于d区的过渡元素；根据三种核素的相对原子质量可知，其中子数最小为26；钛的三种核素的质子数为22，故位于元素周期表中同一位置。

答案　C

9.基态原子的核外电子排布式为[Kr]4d105s1的元素所属的区、周期和族为（　　）

A.p区、第五周期、第ⅠB族

B.ds区、第五周期、第Ⅷ族

C.d区、第四周期、第ⅠB族

D.ds区、第五周期、第ⅠB族

解析　依据Cu原子的核外电子排布[Ar]3d104s1进行迁移，则可推断出核外电子排布式为[Kr]4d105s1的元素属于第五周期第ⅠB族元素，位于ds区。

答案　D

10.具有下列电子层结构的原子和离子，其对应元素一定位于同一周期的是（　　）

A.两原子N层上都有1个s电子，一个原子有d电子，另一个原子无d电子

B.最外层电子排布为2s22p6的原子和最外层电子排布为2s22p6的离子

C.原子核外M层上的s、p能级上都充满电子，而d能级上没有电子的两种原子

D.两原子核外全部都是s电子

解析　原子N层上都有1个s电子，无d电子的原子为K原子，有d电子的原子的核外电子排布可为1s22s22p63s23p63d54s1（Cr原子），也可为1s22s22p63s23p63d104s1（Cu原子），其对应的元素都位于第四周期，故A项正确；最外层电子排布为2s22p6的原子为氖原子，最外层电子排布为2s22p6的离子可能是阴离子也可能是阳离子，如O2－、Na＋等，其对应的元素不一定位于同一周期，故B项错误；原子核外M层上的s、p能级上都充满电子，而d能级上没有电子，符合条件的原子的核外电子排布为1s22s22p63s23p6（氩原子）、1s22s22p63s23p64s1（钾原子）、1s22s22p63s23p64s2（钙原子），其对应的元素不一定位于同一周期，故C项错误；两原子核外全部都是s电子，原子具有1s能级或具有1s、2s能级，其对应的元素不属于同一周期元素，如氢元素与锂元素，故D项错误。

答案　A

11.某核素R具有微弱的放射性，其原子核内中子数比质子数多43，由它组成的固体单质A，在一定条件下密度为6.88g·cm－3。

用X射线研究其固体表明：

在边长为1.00×10－7cm的立方体中含有20个原子。

R4＋具有强氧化性，可将NO氧化为HNO3。

请回答：

（1）R原子的摩尔质量为________。

（2）R原子最外层电子排布式是________。

（3）R元素位于周期表中第________周期第________族。

（4）将少量R4＋加到FeCl2溶液中会发生反应，其离子方程式为____________________________________________________________________。

解析　R原子的摩尔质量为

×6.02×1023mol－1＝207g·mol－1。

由R的相对分子质量为207，其原子中中子数比质子数多43，可计算得R的质子数为82，可推知为铅元素，位于第六周期第ⅣA族。

答案　

（1）207g·mol－1　

（2）6s26p2　

（2）六　ⅣA　（4）Pb4＋＋2Fe2＋===P