版高中化学专题2原子结构与元素的性质第二单元元素性质的递变规律第1课时学案苏教版选修3.docx
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版高中化学专题2原子结构与元素的性质第二单元元素性质的递变规律第1课时学案苏教版选修3
第二单元 元素性质的递变规律
第1课时 原子核外电子排布的周期性
[学习目标定位] 1.熟知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。
一、原子结构与元素周期表的关系
1．原子核外电子排布与周期的划分
（1）填写下表
周期
外围电子排布
各周期增加的轨道类型
元素种数
ⅠA族
0族
最多可容纳的外围电子数
1
1s1
1s2
2
1s
2
2
2s1
2s22p6
8
2s、2p
8
3
3s1
3s23p6
8
3s、3p
8
4
4s1
4s24p6
8
4s、3d、4p
18
5
5s1
5s25p6
8
5s、4d、5p
18
6
6s1
6s26p6
8
6s、4f、5d、6p
32
7
7s1
8
7s、5f、6d
（未完）
（未完）
（2）观察分析上表，讨论原子核外电子排布与周期划分的关系。
①最外层电子数目的变化
除第1周期外，每隔一定数目的元素，元素原子的最外层电子数重复出现从1逐渐递增到8的变化，形成一个周期，循环往复形成周期表。
②外围电子排布的变化
第2、3周期从左到右，元素原子的外围电子排布呈现从ns1到ns2np6的变化；从第4周期开始，从左到右，元素原子的外围电子排布呈现从ns1经过nd1～10ns1～2逐渐过渡到ns2np6。
③元素周期表形成的原因：
元素原子核外电子排布的周期性变化。
2．原子核外电子排布与族的划分
（1）将下列各主族元素的外围电子数、外围电子排布式填入表中。
族数
ⅠA
ⅡA
ⅢA
ⅣA
ⅤA
ⅥA
ⅦA
外围电子排布式
ns1
ns2
ns2np1
ns2np2
ns2np3
ns2np4
ns2np5
列数
1
2
13
14
15
16
17
外围电
子数
1
2
3
4
5
6
7
（2）以第4周期副族元素为例，填写下表。
副族
元素
21Sc
22Ti
23V
24Cr
25Mn
29Cu
30Zn
族数
ⅢB
ⅣB
ⅤB
ⅥB
ⅦB
ⅠB
ⅡB
外围电子排布式
3d14s2
3d24s2
3d34s2
3d54s1
3d54s2
3d104s1
3d104s2
外围电子数目
3
4
5
6
7
（3）依据上述表格，讨论族的划分与原子核外电子排布的关系。
族的划分依据是原子的外围电子排布。
①同主族元素原子的外围电子排布完全相同，外围电子全部排布在ns或nsnp轨道上。
外围电子数与族序数相同。
②稀有气体的外围电子排布为1s2或ns2np6。
③过渡元素（副族和Ⅷ族）同一纵行原子的外围电子排布基本相同。
外围电子排布为（n－1）d1～10ns1～2，ⅢB～ⅦB族的外围电子数与族序数相同，第ⅠB、ⅡB族和第Ⅷ族不相同。
（1）最外层电子排布与周期表的关系
①原子的电子层数＝周期序数。
②主族元素原子的最外层电子数＝主族元素原子的外围电子数＝主族序数。
（2）对外围电子认识的误区提醒
①外围电子不一定是最外层电子，只有主族元素的外围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元素的外围电子数不一定等于其所在族的族序数，这只对主族元素成立，部分过渡元素是不成立的。
③同一族元素的外围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Ⅷ族中部分元素的外围电子排布也不相同。
例1
外围电子排布式为5s25p3的元素是（ ）
A．第5周期ⅢA族B．51号元素
C．非金属元素D．Te
答案 B
解析 5s25p3，5指的是电子层数，即属于第5周期，主族元素外围电子指的是最外层电子，主族元素所在族序数等于最外层电子数，即属于第ⅤA族元素，属于主族元素，又因为最后一个电子填充在p能级上，属于p区，按照核外电子排布的规律，推出此元素是锑（Sb），B正确。
例2
某元素的原子序数为29，试问：
（1）此元素原子的电子总数是________个。
（2）它有________个电子层。
（3）它的外围电子排布式是________________。
（4）它属于第________周期________族。
（5）它有________个未成对电子。
答案
（1）29
（2）4 （3）3d104s1 （4）4 ⅠB （5）1
解析 解答该题需掌握原子核外电子排布与元素周期表的关系和原子核外电子排布的规律。
根据核外电子排布原理，该元素的电子排布式应为1s22s22p63s23p63d104s1，共有29个电子，故为Cu元素。
从核外电子排布式中可以得出n＝4，有四个电子层，所以为第4周期元素，外围电子排布为3d104s1，所以在ⅠB族。
外围电子的轨道表示式为
所以有1个未成对电子。
二、元素周期表的分区
1．根据元素原子的外围电子排布的特征，可将元素周期表分成五个区域：
s区、p区、d区、ds区和f区。
五个区的位置关系如下图所示。
2．各区元素的外围电子排布特点
分区
元素分布
外围电子排布式
元素性质特点
s区
ⅠA族、ⅡA族
ns1～2
除氢外都是活泼金属元素
p区
ⅢA族～ⅦA族、0族
ns2np1～6
除惰性气体外，最外层电子参与反应
d区
ⅢB族～ⅦB族、Ⅷ族
（n－1）d1～9ns1～2
d轨道不同程度地参与化学键的形成
ds区
ⅠB族、ⅡB族
（n－1）d10ns1～2
金属元素
根据原子结构特征判断元素在元素周期表中的位置
电子排布式
外围电子排布式
例3
（2018·扶余市第一中学期末）根据电子排布的特点，Cu在周期表属于（ ）
A．ds区B．p区C．d区D.s区
答案 A
解析 铜为29号元素，核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s1。
故Cu在元素周期表中属于ds区。
例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最外层电子排布式为ns2的原子 ③最外层有3个未成对电子的原子 ④最外层电子形成全满结构的原子
A．①②B．①③
C．①④D．③④
答案 B
解析 最外层有3个电子的原子，其最外层电子排布式为ns2np1，只能是第ⅢA族元素的原子，①正确；最外层电子排布式为ns2的原子，既可能是第ⅡA族元素的原子，也可能是过渡元素的原子，还可能是He原子，②错误；最外层有3个未成对电子的原子，其最外层电子排布式一定为ns2np3，位于第ⅤA族，③正确；最外层电子形成全满结构的原子，包括ns2、ns2np6等结构的原子及钯原子，可能位于多个区，④错误。
规律方法
区的判断方法：
除ds区外，其他区的名称均来自按能量最低原理最后填入的电子的原子轨道符号，ⅠB、ⅡB为ds区。
核外电子排布与元素周期表的关系
1．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表的根本原因
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能量最低原理最后填入电子的原子轨道符号
D．周期表共18个纵列，可分为7个主族7个副族，1个Ⅷ族，1个0族
答案 C
解析 除ds区外，区的名称均来自按能量最低原理最后填入电子的原子轨道符号。
2．电子排布为[Ar]3d54s2的元素位于（ ）
A．d区B．ds区
C．主族元素D．s区
答案 A
解析 由电子排布[Ar]3d54s2可知该元素为锰元素。
3．如果n为第ⅡA族中某元素的原子序数，则原子序数为（n＋1）的元素可能位于（ ）
A．ⅢA或ⅢBB．ⅣA
C．ⅠBD．ⅠA
答案 A
解析 在元素周期表中，第2、3周期的第ⅡA族与第ⅢA族元素相邻，其原子序数相差1；第4、5、6、7周期的第ⅡA族与第ⅢB族相邻，其原子序数相差1；所以原子序数为（n＋1）的元素位于第ⅢA或ⅢB族。
4．某元素的最外层电子数为2，外围电子数为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．该元素为ⅡA族元素
D．该元素位于d区
答案 C
解析 该元素的最外层电子数为2，并且为同族元素中原子序数最小的，所以该元素为第2周期或第4周期元素。
又因其外围电子数≠最外层电子数，可推出该元素并不是第2周期元素，应为第4周期元素，外围电子排布式为3d34s2，故为23号元素V，d区元素。
5．有A、B、C、D四种元素。
其中A为第4周期主族元素，与D可形成原子个数比为1∶1和1∶2的化合物；B为第4周期d区元素，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的外围电子排布式为nsnnpn＋2。
（1）试写出四种元素的元素符号：
A______、B______、C______、D______。
（2）按原子半径由大到小排列：
____________________________________________。
答案
（1）Ca Mn Br O
（2）Ca>Mn>Br>O
解析 由B为第4周期d区元素，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的外围电子排布式为nsnnpn＋2，D是氧元素；A与D可形成原子个数比为1∶1和1∶2的化合物，A是钙元素。
[对点训练]
题组一 原子核外电子排布与元素周期表
1．下列是某些元素基态原子的电子排布式，其中表示第3周期元素的是（ ）
A．1s22s1
B．1s22s22p5
C．1s22s22p63s2
D．1s22s22p63s23p64s1
答案 C
解析 元素所在的周期与最高能层序数n有关，核外电子的最高能层序数为n时，该元素位于第n周期。
故第3周期元素的最高能层序数为3，选C项。
2．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（ ）
A．ⅤB族B．ⅡB族C．Ⅷ族D．ⅡA族
答案 D
解析 该元素的外围电子排布为4s2。
故该元素位于第4周期ⅡA族。
3．假设已经发现了第121号元素，则该元素原子的电子排布式正确的是（注：
第7周期的稀有气体元素符号假定为Abc）（ ）
A．[Abc]5g18s2B．[Abc]8s28p1
C．[Abc]7d18s2D．[Abc]6f18s2
答案 D
解析 根据基态电子排布规律，第7周期的稀有气体元素是118号，据核外电子排布轨道能量顺序，故第121号元素的原子的基态电子排布式为[Abc]6f18s2，故选D。
4．前四周期元素的基态原子中，未成对电子数与其所在周期数相同的元素有（ ）
A．3种B．4种C．5种D．6种
答案 C
解析 当原子位于第1周期时，其未成对电子数是1，只能是1s轨道上有1个电子，符合条件的为H元素；当原子位于第2周期时，其未成对电子数是2，只能是2p轨道上有2个未成对电子，符合条件的为C、O元素；当原子位于第3周期时，其未成对电子数是3，只能是3p轨道上有3个未成对电子，符合条件的为P元素；当原子位于第4周期时，其未成对电子数是4，只能是3d轨道上有4个未成对电子，符合条件的为Fe元素；通过以上分析知，符合条件的有5种元素，故选C。
5．具有下列电子层结构的原子，其对应的元素一定属于同一周期的是（ ）
A．两种元素原子的电子层上全部都是s电子
B．3p轨道上只有1个空轨道的原子和3p轨道上只有1个未成对电子的原子
C．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
D．原子核外的M层上的s、p轨道上都填满了电子而d轨道未排电子的两种原子
答案 B
解析 两种元素原子的电子层上全部都是s电子，即为1s1或1s2或1s22s1或1s22s2，对应的分别是H、He、Li、Be，即两种元素原子的电子层上全部都是s电子，可能属于第1周期或第2周期。
3p能级上只有1个空轨道的原子即：
1s22s22p63s23p2是硅元素；3p能级上只有1个未成对电子的原子即：
1s22s22p63s23p1是铝元素或1s22s22p63s23p5是氯元素，都属于第3周期。
最外层电子排布为2s22p6的原子是氖元素，属于第2周期元素；最外层电子排布为2s22p6的离子对应的元素可能为氮、氧、氟、钠、镁、铝等，很显然不一定属于同一周期。
原子核外的M层上的s、p能级上都填满了电子而d轨道未排电子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p6或1s22s22p63s23p64s1或1s22s22p63s23p64s2，可能为Ar、K、Ca，很显然不一定属于同一周期。
题组二 元素周期表的结构与区的划分
6．下列元素周期表族序数正确的是（ ）
A．第3列为ⅠBB．第18列为0A
C．第14列为ⅣAD．第8列为ⅧB
答案 C
解析 元素周期表族与列的关系表
由表分析可知，第3列为ⅢB族；第18列为0族；第14列为ⅣA族；第8列为第Ⅷ族。
7．最活泼的金属单质、最活泼的非金属单质、常温下呈液态的金属单质，其组成元素分别位于下列元素周期表中的（ ）
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、ds区
答案 A
解析 理论上最活泼的金属单质是Fr，但由于其具有放射性，故一般认为最活泼的金属单质是Cs，而Cs和Fr都属于第ⅠA族元素，位于s区；最活泼的非金属单质是F2，F位于p区；常温下呈液态的金属单质为Hg，Hg属于过渡元素，位于ds区。
8．已知某元素的＋1价离子的外围电子排布式为nsn－1np2n，则该元素在周期表中的位置正确的是（ ）
A．第3周期ⅣA族，p区
B．第4周期ⅡB族，s区
C．第4周期Ⅷ族，d区
D．第4周期ⅠA族，s区
答案 D
解析 由于s轨道最多排2个电子，则n为3，该离子的外围电子排布式为3s23p6，根据离子的外围电子排布式可知原子的电子排布式为1s22s22p63s23p64s1，答案为D。
9．下列说法正确的是（ ）
A．s区均为金属
B．所有金属元素都分布在d区和ds区
C．最外层电子数为2的元素都分布在s区
D．元素周期表从第ⅢB族到第ⅡB族10个纵行的元素都是金属元素
答案 D
解析 s区的氢元素为非金属元素，A错误；s区除氢元素外，其他元素均为金属元素，p区也有金属元素，B错误；第ⅡB族元素的原子最外层电子数为2，在ds区，C错误；元素周期表中从第ⅢB族到第ⅡB族10个纵行的元素都是金属元素，D正确。
题组三 元素的“位—构—性”之间的关系
10．下列四种元素中，其单质氧化性最强的是（ ）
A．原子含有未成对电子最多的第2周期元素
B．位于周期表第3周期ⅢA族的元素
C．原子最外电子层排布式为2s22p6的元素
D．原子最外电子层排布式为3s23p5的元素
答案 D
解析 A中第2周期含未成对电子数最多的是N原子；B为Al；C为稀有气体Ne；D为Cl原子，N2、Al、Ne、Cl2中，Cl2的氧化性最强。
11．下列各组原子中，彼此化学性质一定相似的是（ ）
A．原子核外电子排布式为1s2的X原子与原子核外电子排布式为1s22s2的Y原子
B．原子核外M层上仅有两个电子的X原子与原子核外N层上仅有两个电子的Y原子
C．2p轨道上有一对成对电子的X原子和3p轨道上只有一对成对电子的Y原子
D．最外层都只有一个电子的X、Y原子
答案 C
解析 本题考查的是核外电子排布的知识。
A项，1s2结构的原子为He,1s22s2结构的原子为Be，两者性质不相似；B项，X原子为Mg，Y原子N层上有2个电子的有多种元素，如第4周期中Ca、Fe等都符合，化学性质不一定相似；C项，p轨道有一对成对电子，应是np4，为同主族的元素，化学性质一定相似；D项，最外层只有1个电子的可以是第ⅠA族元素，过渡元素中也有很多最外层只有1个电子的，故化学性质不一定相似。
12．短周期元素A、B、C、D在周期表中的位置如图所示，E2＋与D的简单阴离子有相同的电子层结构，D元素原子的次外层电子数等于其他层电子数之和。
则下列说法正确的是（ ）
A．C的非金属性最强，可与E元素形成共价化合物
B．元素D可形成三种价态的酸，且酸根离子均能促进水的电离
C．原子半径由大到小的排列顺序为E＞D＞B＞A＞C
D．C、D元素形成的最简单的氢化物的热稳定性：
D＜C
答案 D
解析 短周期元素A、B、C、D，D元素原子的次外层电子数等于其他层电子数之和，由位置可知D位于第3周期，则次外层电子数为8，M层电子数为8－2＝6，则D为S，B为O，结合位置关系A为N，C为F，E2＋与D的简单阴离子有相同的电子层结构，则E为Ca。
F的非金属性最强，可与Ca元素形成离子化合物，故A错误；S对应的酸有亚硫酸、硫酸、氢硫酸，硫酸根离子不能促进水的电离，故B错误；电子层越多，半径越大，同周期从左向右原子半径逐渐减小，则原子半径由大到小的排列顺序为E＞D＞A＞B＞C，故C错误；非金属性：
F＞S，形成的最简单的氢化物的热稳定性：
H2S＜HF，故D正确。
[综合强化]
13．金、银、铜、铁、铝和钛均是人类大量生产和使用的金属。
试回答与上述金属原子结构有关的问题。
（1）上述金属中属于主族元素的有________。
（2）钛被称为继铁、铝之后的第三金属。
基态钛原子外围电子的轨道表示式为________。
（3）基态金原子的外围电子排布式为5d106s1，试判断金在元素周期表中位于第________周期________族。
（4）已知Ag与Cu位于同一族，则Ag在元素周期表中位于________（填“s”“p”“d”“f”或“ds”）区。
答案
（1）铝
（3）6 ⅠB （4）ds
14.X、Y、Z是第ⅠA～ⅦA族的三种非金属元素，它们在元素周期表中的位置如下图所示，试回答下列问题。
（1）X元素单质的化学式是________。
（2）Y元素的原子结构示意图是____________，Y与Na所形成化合物的电子式为________________________________________________________________________。
（3）Z元素的名称是________，从元素原子得失电子的角度看，Z元素具有________性；若从Z元素在元素周期表中所处位置看，它具有这种性质的原因是_____________________，其外围电子排布式为______________。
答案
（1）F2
（2）
（3）砷 两 Z位于元素周期表中金属元素与非金属元素交界线附近 4s24p3
解析 在元素周期表中，非金属元素位于元素周期表中右上方，三种元素均为非金属元素，必位于第ⅤA、ⅥA、ⅦA三个主族，则可认定X必为氟元素，Y为硫元素，Z为砷元素。
15．已知元素周期表中共有18纵行，如图实线表示元素周期表的边界。
按电子排布，可把周期表里的元素划分为几个区：
s区、p区、d区、ds区等。
除ds区外，其他区的名称来自按构造原理最后填入的电子的原子轨道符号。
（1）请在图中用实线画出s区、p区、d区、ds区的边界线，并分别用阴影
和
表示d区和ds区。
（2）有的同学受这种划分的启发，认为d区内6、7纵行的部分元素可以排在另一区，你认为应排在________区。
（3）请在元素周期表中用元素符号标出4s轨道半充满的元素。
（4）请利用电子排布的相关知识解释Fe3＋比Fe2＋稳定的原因：
______________________
________________________________________________________________________。
（5）随着科学技术的发展，不断有新的元素被发现。
若把第7周期排满，则元素周期表共可以排布______种元素。
答案
（1）如图
（2）ds （3）见上图
（4）Fe的外围电子排布为3d64s2，Fe2＋为3d6，Fe3＋为3d5，依据“能量相同的轨道处于全空、全充满和半充满时能量最低”的原则，3d5处于半充满状态，结构更稳定，故Fe3＋比Fe2＋稳定 （5）118
解析
（2）ds区外围电子排布为（n－1）d10ns1和（n－1）d10ns2，而d区内6纵行外围电子排布为（n－1）d5ns1,7纵行外围电子排布为（n－1）d5ns2，因此类比可以放在ds区。
（3）4s轨道半充满，即为4s1，根据构造原理和能量最低原理、洪特规则，该元素原子的电子排布式可能为1s22s22p63s23p64s1（K）或1s22s22p63s23p63d54s1（Cr）或1s22s22p63s23p63d104s1（Cu），分别标在元素周期表中相应位置即可。
（4）Fe的外围电子排布为3d64s2，Fe2＋为3d6，Fe3＋为3d5，Fe3＋为半充满状态较稳定。
（5）根据0族元素原子序数知，第7周期排满，其0族元素的原子序数应为2＋8＋8＋18＋18＋32＋32＝118。
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