高中化学第一章原子结构与性质21原子结构与元素周期表教学案新人教版选修3.docx
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高中化学第一章原子结构与性质21原子结构与元素周期表教学案新人教版选修3
第一课时 原子结构与元素周期表
学习目标：
1.进一步认识周期表中原子结构和位置、价态、原子序数等之间的关系。
2.知道外围电子排布和价电子层的含义。
3.认识周期表中各区、各周期、各族元素原子核外电子排布规律。
4.知道周期表中各区、各周期、各族元素的原子结构和位置间的关系。
[知识回顾]
[要点梳理]
1．元素周期表的结构与原子核外电子排布的特征
（1）碱金属元素基态原子的电子排布式
碱金属
原子
序数
周
期
基态原子的电子排布式
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
1s22s22p63s23p63d104s24p64d105s25p66s1或[Xe]6s1
（2）元素周期表的形成
①形成：
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——这就是元素周期表中的一个个周期。
②原因：
元素周期表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。
③元素周期表中周期所含元素种类的变化规律：
随着核电荷数的递增，电子在能级里的填充顺序遵循构造原理；元素周期表的周期不是单调的；每一周期里元素的数目并不总是一样多，而是随周期序号的递增渐渐增多，同时，金属元素的数目也逐渐增多。
2．元素周期表的分区
（1）元素周期表的分区
①按电子排布，可把周期表里的元素划分成5个区，分别是s、p、d、ds、f。
②元素周期表可分为16个族，其中s区包括ⅠA、ⅡA，p区包括ⅢA至ⅦA、0族，ds区包括ⅠB、ⅡB。
（2）金属元素与非金属元素在元素周期表中的位置
①金属元素和非金属元素的分界线为沿B、Si、As、Te、At与Al、Ge、Sb、Po之间所画的一条连线，非金属性较强的元素处于元素周期表的右上角位置，金属性较强的元素处于元素周期表的左下角位置。
②处于d区、ds区和f区的元素全部是金属元素。
s区的元素除氢外，也全部是金属元素。
（3）元素周期表的特点
①元素周期表中一至六周期包含的元素种类分别为2、8、8、18、18、32，其中金属元素种类分别为0、2、3、14、15、30。
②元素周期表中共有7个横行18个纵列，每个纵列的各元素的价电子总数相同。
知识点一 核外电子排布与周期的划分
1．根据构造原理，将能量相近的能级分为一组，按能量由低到高可分为七个能级组，同一能级组内，各能级能量相差较小，各能级组之间能量相差较大。
（1）每一能级组对应一个周期。
（2）周期、能级组、元素数目的对应关系。
周期
对应能级组
对应能级组
电子最大容量
周期中所含元素的数目
一
1s
2
2
二
2s、2p
8
8
三
3s、3p
8
8
四
4s、3d、4p
18
18
五
5s、4d、5p
18
18
六
6s、4f、5d、6p
32
32
七
7s、5f、6d、7p
（现无7p）
32（现未满）
现有26
2.核外电子排布与族的划分
族的划分依据是原子的价层电子排布。
（1）同主族元素原子的价层电子排布完全相同，价电子全部排布在ns或ns、np轨道上，价电子数与族序数相同。
（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）同一纵行原子的价层电子排布基本相同。
价电子排布为（n－1）d1～10ns1～2，ⅢB～ⅦB族的价电子数与族序数相同。
由于随着核电荷数的递增，电子在能级里的填充顺序遵循构造原理，元素周期表的周期不是单调的，每一周期里元素的数目不总是一样多，而是随着周期序数的递增渐渐增多。
因此，我们可以把元素周期表的周期发展形象地比喻成螺壳上的螺旋。
[问题探究]
1．各周期中所含元素种数与相应能级组的原子轨道容纳电子最大数之间是什么关系？
[答案] 各周期所含元素的种数等于相应能级组中各轨道中最多容纳的电子数之和。
2．过渡元素（镧系、锕系除外）的价电子数是否也等于副族序数，同一族的外围电子排布是否相同？
试分析过渡元素的价电子数与列序数有什么关系？
[答案] 同一族的外围电子排布有差异；过渡元素的价电子总数等于列序数。
1．周期表上元素的“外围电子排布”简称“价电子层”，这是由于这些能级上的电子可在化学反应中发生变化，这些电子称为价电子。
2．族的划分的标准。
同族元素价电子数相同，价电子数目和价电子排布决定族的划分。
3．元素所在的族与元素的价电子数之间的关系。
第ⅠA、ⅡA族元素的价电子排布分别为ns1、ns2；第ⅢA～ⅦA族元素的价电子排布为ns2np1～5；第ⅢB～ⅦB族元素的价电子排布为（n－1）d1～5ns1～2；第Ⅷ族元素的价电子排布为（n－1）d6～10ns0～2；第ⅠB～ⅡB族元素的价电子排布为（n－1）d10ns1～2。
4．主族元素的价电子数＝主族序数，且主族元素的价电子只含s、p轨道上的电子。
（1）每种元素的能层数（即电子层数），就是该元素所处的周期序数。
（2）每周期起始元素和结束元素的价电子排布为ns1和ns2np6（第一周期为1s2）。
1．已知几种元素原子的核外电子排布情况，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
核外电子排布情况
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；由外围电子排布式判断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。
[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
2．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能级上只有1个空轨道的原子和3p能级上只有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能级上都填满了电子而d轨道未排电子的两种原子
[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，可能属于第一周期或第二周期。
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，都属于第三周期。
最外层电子排布为2s22p6的原子是氖元素，属于第二周期元素；最外层电子排布为2s2sp6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轨道未排电子的两种原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。
[答案] B
解这类题目的关键是掌握核外电子排布规律：
①每个轨道最多只能容纳两个电子，且自旋方向相反；②电子尽可能占据能量最低的轨道；③电子总是优先单独占据一个轨道，且自旋状态相同，等价轨道在全充满、半充满或全空的状态是比较稳定的。
知识点二 元素周期表的分区
1．分区
2．各区元素化学性质及原子最外层电子排布的特点
分区
元素分布
外围电子排布式
元素性质特点
s区
ⅠA、ⅡA
ns1～2
除氢外都是活泼金属元素
p区
ⅢA～ⅦA,0族
ns2np1～6
最外层电子参与反应
d区
ⅢB～ⅦB（镧系、锕系除外）、Ⅷ
（n－1）d1～9ns0～2
d轨道也不同程度地参与化学键的形成
ds区
ⅠB、ⅡB
（n－1）d10ns1～2
金属元素
f区
镧系、锕系
（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
[问题探究]
1．每一周期都是从活泼金属元素开始，以惰性气体结束吗？
[答案] 不是，第1周期是从氢开始的，它是非金属元素。
2．“元素周期表中，每一个横行就是一个周期，每一个列就是一个族”，这种说法对吗？
[答案] 不全对，每一个横行就是一个周期，而元素周期表中有18列，却只有16个族，其中8、9、10三列是一个族。
s区（氢元素除外）、d区、ds区都是金属元素，从元素的价电子层结构可以看出，s区、d区、ds区的元素在发生化学反应时容易失去最外层电子及倒数第二层的d电子，表现金属性，所以s区（H除外）、d区、ds区都是金属元素。
s区元素价电子特征排布为ns1～2，价电子数等于主族序数。
p区元素价电子特征排布为ns2np1～6，价电子总数等于主族序数（价电子排布为ns2np6时为0族元素，He的价电子排布为1s2）。
熟记各主族元素的名称、元素符号以及0族元素的名称、元素符号和原子序数，是认识元素周期表的结构和由原子序数判断元素在周期表中的位置的有效方法。
过渡元素的最外层电子为1～2个，失电子时不一定只失最外层的电子，还可能失去次外层电子，如Fe最外层有2个电子，但其最高价为＋3价。
下表为元素周期表的一部分，其中的编号代表对应的元素。
请回答下列问题：
（1）表中属于d区的元素是________（填编号）。
（2）表中元素①的6个原子与元素③的6个原子形成的某种环状物名称为________。
（3）某元素的特征电子排布式为nsnnpn＋1，该元素原子的核外最外层电子数为________。
（4）某些不同族元素的性质也有一定的相似性，如上表中元素⑤与元素②的氢氧化物有相似的性质。
请写出元素②的氢氧化物与NaOH溶液反应的化学方程式________________________。
[解析]
（1）⑨属于d区元素。
（2）元素①是氢元素，元素③是碳元素，依题意，形成的环状物是苯。
（3）从nsnnpn＋1可知，n＝2，该元素为N元素，最外层电子数为5。
（4）⑤是Al，②是Be，由题干信息知：
Be（OH）2和Al（OH）3性质相似，仿照Al（OH）3和碱反应的化学方程式写出Be（OH）2与NaOH反应的化学方程式。
[答案]
（1）⑨
（2）苯 （3）5
（4）Be（OH）2＋2NaOH===Na2BeO2＋2H2O
若已知元素的外围电子排布，可直接判断该元素在周期表中的位置，如某元素的外围电子排布式为4s24p4，由此可知，该元素位于p区，为第四周期ⅥA族元素，即最大能层数为其周期序数，最外层电子数为其族序数，但过渡元素（副族与Ⅷ族）的最大能层数为其周期数，外围电子数应为其纵列数而不是其族序数（镧系、锕系除外）。
[知识脉络]
[核心要点]
1．主族：
占据s区和p区。
族序数＝价电子数
2．元素周期表分为s区（ⅠA族、ⅡA族）、d区（ⅢB族～ⅦB族和Ⅷ族）、ds区（ⅠB族、ⅡB族）、p区（ⅢA族～ⅦA族和0族）及f区（镧系和锕系）。
0族：
占据p区。
族序数为8（或2）；副族占据d区、ds区和f区。
（1）d区中族序数（第Ⅷ族部分元素除外）＝[（n－1）d＋ns]的电子数；
（2）当8≤[（n－1）d＋ns]的电子数≤10时，则为第Ⅷ族元素。
（3）ds区中（n－1）d轨道全充满，族序数＝ns的电子数。
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（ ）
A．ⅤB族B．ⅡB族
C．Ⅷ族D．ⅡA族
[解析] 解该题一定要注意看清是“＋2价”离子的电子排布式，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
2．（双选）下列说法中错误的是（ ）
A．所有的非金属元素都分布在p区
B．元素周期表中从ⅢB族到ⅡB族10个纵列的元素都是金属元素
C．除氦以外的稀有气体原子的最外层电子数都是8
D．同一元素的各种同位素的物理性质、化学性质均相同
[解析] 非金属元素中氢在s区，其余非金属均分布在p区；同一元素的各种同位素的化学性质均相同，但物理性质不完全相同。
[答案] AD
3．下面元素周期表中全部是金属元素的区域为（ ）
A．只有s区B．只有d区
C．s区、d区和ds区D．d区和ds区
[解析] s区中的H元素，p区中的C、N、O、F、Ne等元素均为非金属元素，只有d区和ds区元素全部为金属元素。
[答案] D
4．短周期元素X、Y、Z的原子序数依次递增，其原子的最外层电子数之和为13。
X与Y、Z位于相邻周期，Z原子最外层电子数是X原子内层电子数的3倍或者是Y原子最外层电子数的3倍。
下列说法正确的是（ ）
A．X的氢化物溶于水显酸性
B．Y原子的电子排布式为1s22s22p63s2
C．Z元素在周期表中的位置为第三周期第Ⅵ族
D．X和Z的最高价氧化物对应的水化物都是弱酸
[解析] Z原子最外层电子数是X原子内层电子数的3倍，则X原子内层应为2个电子，Z原子最外层电子数为6个，根据题意，Z应在第三周期，所以Z为S。
Z原子最外层电子数为Y原子最外层电子数的3倍，且Y、Z同周期，Y为Mg。
根据题意，X为N。
[答案] B
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