化學人教版選修3學案1-2-1原子結構與元素周期表

第二節(jié)原子結構與元素的性質第一課時原子結構與元素周期表[學習目標]1.通過堿金屬和稀有氣體的元素核外電子排布對比進一步認識電子排布和價電子層的含義。2．通過元素周期表認識周期表中各區(qū)、各周期、各族元素原子核外電子的排布規(guī)律。3．通過“螺殼上的螺旋”體會周期表中各區(qū)、各周期、各族元素的原子結構和位置間的關系。一、元素周期系1．堿金屬元素基態(tài)原子的電子排布式2.元素周期系的形成(1)形成：隨著元素原子核電荷數(shù)的遞增，每到出現(xiàn)堿金屬，就開始建立一個新的電子層，隨后最外層上的電子逐漸增多，最后達到8個電子，出現(xiàn)稀有氣體；然后又開始由堿金屬到稀有氣體，如此循環(huán)往復——這就是元素周期系中的一個個周期。(2)原因：元素周期系的形成是由于元素的原子核外電子的排布發(fā)生周期性的重復。(3)元素周期系中各周期所含元素種類的變化規(guī)律：隨著核電荷數(shù)的遞增，電子在能級里的填充順序遵循構造原理；元素周期系的周期不是單調的；每一周期里元素的數(shù)目并不總是一樣多，而是隨周期序號的遞增漸漸增多，同時，金屬元素的數(shù)目也逐漸增多?？梢园言刂芷谙档闹芷诎l(fā)展形象地比喻成螺殼上的螺旋。二、元素周期表1．元素周期表的周期和族周期：具有相同的電子層數(shù)的元素按照原子序數(shù)遞增的順序排列成的一個橫行。族：周期表中有18個縱行，除第8、9、10三個縱行叫第Ⅷ族外，其余15個縱行每一個縱行稱作一族。2．元素周期表的結構三、元素周期表的分區(qū)1．元素周期表的分區(qū)(1)按電子排布，可把周期表里的元素劃分成5個區(qū)，分別是s、p、d、ds、f。(2)元素周期表可分為16個族，其中s區(qū)包括ⅠA、ⅡA族，p區(qū)包括ⅢA至ⅦA、0族，ds區(qū)包括ⅠB、ⅡB族。2．金屬元素與非金屬元素在元素周期表中的位置(1)金屬元素和非金屬元素的分界線為沿B、Si、As、Te、At與Al、Ge、Sb、Po之間所畫的一條連線，非金屬性較強的元素處于元素周期表的右上角位置，金屬性較強的元素處于元素周期表的左下角位置。(2)處于d區(qū)、ds區(qū)和f區(qū)的元素全部是金屬元素。s區(qū)的元素除氫外，也全部是金屬元素。知識點一核外電子排布與元素周期表1．核外電子排布與周期的劃分(1)每一周期元素原子的外圍電子排布和元素種數(shù)(2)核外電子排布與周期劃分的關系①根據(jù)構造原理，將能量相近的能級分為一組，按能量由低到高可分為七個能級組，同一能級組內，各能級能量相差較小，各能級組之間能量相差較大。②每一能級組對應一個周期，且該能級組中最大的能層數(shù)等于元素的周期序數(shù)。2．核外電子排布與族的劃分(1)價電子。主族元素的價電子為該元素原子的最外層電子。如堿金屬元素原子的價電子排布為ns1。副族元素的價電子與其最外層電子和次外層電子有關。如鐵元素原子的價電子排布式為3d64s2。(2)對主族元素：主族元素的族序數(shù)＝原子的最外層電子數(shù)，同主族元素原子的價層電子排布完全相同，價電子全部排布在ns或nsnp軌道上。(如表所示)當主族元素失去全部價電子后，表現(xiàn)出該元素的最高正價(O、F除外)。(3)稀有氣體元素的價電子排布為1s2或ns2np6。(4)過渡元素(副族和第Ⅷ族)同一縱行原子的價層電子排布基本相同。(如表所示)第ⅢB族～ⅦB族可失去ns2和(n－1)d軌道上的全部電子，所以，最高正價數(shù)＝族序數(shù)。第Ⅷ族可失去最外層的s電子和次外層的部分(n－1)d電子，所以，最高正價低于族序數(shù)(8)，只有Ru和Os可表現(xiàn)出＋8價。第ⅠB族可失去ns1電子和部分(n－1)d電子，所以，第ⅠB族的族數(shù)<最高正價，第ⅡB族只失去ns2電子，第ⅡB族的族序數(shù)＝其最高正價。3．元素在元素周期表中位置的確定方法(1)由基態(tài)原子的外圍電子排布式給元素定位①主族元素：該元素的周期序數(shù)＝外圍電子的能層數(shù)；該元素的族序數(shù)＝外圍電子總數(shù)。例如：某元素的外圍電子排布為5s25p3(可確定為主族元素)，該元素在周期表中位于第五周期ⅤA族。②0族元素：0族元素外圍電子排布為ns2np6(He為1s2)，0族元素的周期數(shù)＝外圍電子的能層數(shù)(n)。③副族元素：副族元素的周期數(shù)＝外圍電子的能層數(shù)(n)。a．ⅠB族：外圍電子排布為(n－1)d10ns1。b．ⅡB族：外圍電子排布為(n－1)d10ns2。c．ⅢB～ⅦB族：外圍電子排布為(n－1)dxns2，元素的族序數(shù)為x＋2(個別例外)。如Mn的外圍電子排布為3d54s2，它在周期表中位于第四周期ⅦB族。d．Ⅷ族：外圍電子排布為(n－1)dxns0～2，且x＋1>7或x＋2>7。規(guī)律：a.元素在元素周期表中所處的周期序數(shù)與其能層數(shù)相同。b．主族元素和ⅢB～ⅦB族元素所處族序數(shù)與其外圍電子總數(shù)相等，ⅠB、ⅡB、Ⅷ族和0族元素所處族由其外圍電子構型的特征判斷。(2)根據(jù)原子序數(shù)以0族為基準給元素定位(見下表)稀有氣體元素HeNeArKrXeRn周期數(shù)一二三四五六七原子序數(shù)21018365486118①原子序數(shù)－稀有氣體原子序數(shù)(相近且小)＝元素所在的縱行數(shù)。第1、2縱行為ⅠA、ⅡA族，第3～7縱行為ⅢB～ⅦB族，第8～10縱行為Ⅷ族，第11、12縱行為ⅠB、ⅡB族，第13～17縱行為ⅢA～ⅦA族，第18縱行為0族。而該元素的周期數(shù)＝稀有氣體元素的周期數(shù)＋1。例如：判斷原子序數(shù)為41的元素在周期表中的位置。分析：41與36接近，有41－36＝5，為第五周期ⅤB族。注意：使用此法若為第六、七周期ⅢB族(含鑭系、錒系元素)后的元素需再減14定位。②稀有氣體元素的原子序數(shù)(相近且大)－原子序數(shù)＝18－該元素所在縱行數(shù)。例如：推斷新發(fā)現(xiàn)的114號元素在周期表中的位置。分析：118－114＝4，為順數(shù)第14縱行或倒數(shù)第5縱行，故114號元素位于第七周期ⅣA族。說明：也可以根據(jù)已知元素的原子結構示意圖、電子排布圖、特征電子構型來判斷元素在元素周期表中的位置。1.最外層電子排布為ns1或ns2的元素是否一定是金屬元素？【點撥】不一定。如H的最外層電子排布為1s1，He的最外層電子排布為1s2，但兩者均不是金屬元素。2．如何由基態(tài)原子的外圍電子排布式確定元素在周期表中的位置?！军c撥】若已知元素的外圍電子排布，可直接判斷該元素在周期表中的位置。如某元素的外圍電子排布為4s24p4，首先根據(jù)含有p能級確定元素位于p區(qū)，由外圍電子位于第四能層，確定元素位于第四周期，由其價電子數(shù)為6，確定元素位于ⅥA族。如某元素外圍電子排布為3d34s2，首先根據(jù)d能級未充滿，確定元素位于d區(qū)，由外圍電子位于第四能層確定元素在第四周期，由外圍電子總數(shù)為5，確定元素位于ⅤB族?！纠?】元素X、Y、Z在周期表中的相對位置如圖所示。已知Y元素原子的外圍電子排布為nsn－1npn＋1，則下列說法不正確的是()A．Y元素原子的外圍電子排布為4s24p4B．Y元素在周期表的第三周期ⅥA族C．X元素所在周期中所含非金屬元素最多D．Z元素原子的核外電子排布式為1s22s22p63s23p63d104s24p3【提示】先確定Y元素原子的價電子層結構，再依據(jù)周期表推出X、Z元素并作答?！窘馕觥恳驗閅元素原子的外圍電子排布中出現(xiàn)了np能級，故其ns能級已經排滿且只能為2個電子，則n－1＝2，n＝3，即Y元素原子的外圍電子排布為3s23p4，故A項錯誤，B項正確。Y為S元素，X為F元素，第二周期所含非金屬元素最多，故C項正確。Z為As元素，核外電子排布式為1s22s22p63s23p63d104s24p3，D項正確。【答案】A下列關于原子核外電子排布與元素在周期表中位置關系的敘述中，正確的是(B)A．原子的價電子排布為ns2np1～6的元素一定是主族元素B．基態(tài)原子的p能級上有5個電子的元素一定是第ⅦA族元素C．原子的價電子排布為(n－1)d6～8ns2的元素一定位于第ⅢB～ⅦB族D．基態(tài)原子的N能層上只有1個電子的元素一定是主族元素解析：除He外，0族元素原子的價電子排布均為ns2np6，不是主族元素；基態(tài)原子的p能級上有5個電子，即價電子排布為ns2np5，該元素一定處于第ⅦA族；原子的價電子排布為(n－1)d6～8ns2的元素處于第Ⅷ族，并非第ⅢB～ⅦB族；基態(tài)原子的N能層上只有1個電子的元素，除主族元素外，還有Cu、Cr等過渡金屬元素。知識點二元素周期表的分區(qū)1．根據(jù)原子的外層電子結構特征分區(qū)(1)周期表中的元素可根據(jù)原子的外層電子結構特征劃分為如下圖所示的5個區(qū)。①s區(qū)元素：最外層只有1～2個s電子，價電子分布在s軌道上，價電子構型為ns1～2，包括ⅠA族、ⅡA族的所有元素。②p區(qū)元素：最外層除有兩個s電子外，還有1～6個p電子(He無p電子)，價電子構型為ns2np1～6，包括ⅢA→ⅦA族和零族的所有元素。③d區(qū)元素：最外層有1～2個s電子，次外層有1～9個d電子，價電子構型為(n－1)d1～9ns1～2(個別例外)，包括ⅢB→Ⅷ族的所有元素，其中Ⅷ族包括三列。④ds區(qū)元素：最外層有1～2個s電子，次外層d電子全充滿，價電子構型為(n－1)d10ns1～2，包括ⅠB族、ⅡB族的所有元素。⑤f區(qū)元素：最外層有兩個s電子，次外層s電子和p電子已全充滿，d電子為0～2個，倒數(shù)第三層有1～14個f電子(個別例外)，價電子構型為(n－2)f0～14(n－1)d0～2ns2，為包括鑭在內的鑭系元素和包括錒在內的錒系元素。(2)元素周期表的各區(qū)元素、原子最外層電子排布特點及化學性質根據(jù)元素原子的結構特征、電子構型可判斷元素在周期表中的位置；知道元素在周期表的位置，也可以寫出原子的結構特征、電子構型。2．根據(jù)金屬元素和非金屬元素分區(qū)我們還可以在周期表上對金屬元素和非金屬元素進行分區(qū)。如果沿著周期表中硼、硅、砷、碲、砹跟鋁、鍺、銻、釙之間畫一條虛線，虛線的左邊是金屬元素，右邊是非金屬元素，左下方是金屬性最強的元素，右上方是非金屬性最強的元素，最右邊一個縱列是稀有氣體元素，由于金屬性、非金屬性沒有嚴格的界限，位于分界線附近的元素，既表現(xiàn)某些非金屬元素的性質，又表現(xiàn)某些金屬元素的性質。a.元素的分區(qū)規(guī)律：按照元素的原子核外電子最后排布的能級分區(qū)，如s區(qū)元素的原子的核外電子最后排布在ns能級上，d區(qū)、ds區(qū)元素的原子核外電子最后排布在n－1d能級上。b.s區(qū)、p區(qū)均為主族元素包括稀有氣體，且除H外，非金屬元素均位于p區(qū)。c.應根據(jù)外圍電子排布判斷元素的分區(qū)，不能根據(jù)最外層電子排布判斷元素的分區(qū)。p區(qū)中，He的外圍電子排布1s2較特殊。d.d區(qū)元素的最高正化合價等于族序數(shù)。族與分區(qū)的關系如何？【點撥】(1)主族：s區(qū)和p區(qū)。(ns＋np)的電子數(shù)＝族序數(shù)。(2)0族：p區(qū)。(ns＋np)的電子數(shù)＝8(或2)。(3)副族：d區(qū)＋ds區(qū)＋f區(qū)。①d區(qū)中[(n－1)d＋ns]的電子數(shù)＝族序數(shù)(第Ⅷ族部分元素除外)。②當8≤[(n－1)d＋ns]的電子數(shù)≤10時，則為第Ⅷ族元素。③ds區(qū)中(n－1)d全充滿，ns的電子數(shù)＝族序數(shù)?！纠?】已知元素周期表中共有18縱行，下圖中實線表示元素周期表的邊界。按電子排布，可把周期表里的元素劃分為下列幾個區(qū)：s區(qū)、p區(qū)、d區(qū)、ds區(qū)等。除ds區(qū)外，其他區(qū)的名稱各自按構造原理最后填入的電子的能級符號。(1)請在圖中用實線畫出s區(qū)、p區(qū)、d區(qū)、ds區(qū)的邊界線，并分別用陰影和表示d區(qū)和ds區(qū)。(2)有的同學受這種劃分的啟發(fā)，認為d區(qū)內6、7縱行的部分元素可以排在另一區(qū)，你認為應排在________區(qū)。(3)在元素周期表中4s軌道半充滿的元素為________(填元素符號)。(4)請利用電子排布的相關知識解釋Fe3＋比Fe2＋穩(wěn)定的原因____________?！咎崾尽拷獯鸨绢}應注意以下兩點：①元素周期表的分區(qū)及其外圍電子排布特點。②原子軌道在全空、半充滿和全充滿時能量最低，最穩(wěn)定?！窘馕觥恳罁?jù)構造原理最后填入的電子的能級符號，將元素周期表劃分為幾個區(qū)，對于24號元素，其核外價電子排布似乎應該是3d44s2，而實際上是3d54s1，原因是能量相同的軌道處于全空、全充滿和半充滿時能量最低，而29號元素也正是因為這一點排成3d104s1，而不是3d94s2，故29號、30號元素所在縱行歸為ds區(qū)，所以該同學認為d區(qū)內6、7縱行的部分元素可以排在ds區(qū)是有道理的。對于Fe3＋比Fe2＋穩(wěn)定的原因也可從鐵的核外電子排布特點來解釋(Fe3＋的價電子排布式為3d5，為半充滿狀態(tài)，比Fe2＋的價電子排布式3d6穩(wěn)定)。【答案】(1)如下圖(2)ds(3)K、Cr、Cu(4)Fe的價電子排布式為3d64s2，F(xiàn)e2＋和Fe3＋的價電子排布式分別為3d6、3d5，依據(jù)“能量相同的軌道處于全空、全充滿和半充滿時能量最低”的原則，3d5處于半充滿狀態(tài)，結構更穩(wěn)定，故Fe3＋比Fe2＋穩(wěn)定已知某元素的基態(tài)原子的價電子排布為(n－1)dansb(a、b均為大于0的正整數(shù))，下列有關說法正確的是(D)A．該元素位于元素周期表中的d區(qū)B．該元素位于元素周期表中的ds區(qū)C．該元素的族序數(shù)為a＋bD．該元素一定為金屬元素解析：該元素基態(tài)原子的價電子排布為(n－1)dansb，該元素為過渡金屬元素，該元素可能位于周期表中的d區(qū)或ds區(qū)。若該元素處于第ⅢB～ⅦB族，原子的價電子數(shù)等于族序數(shù)，則族序數(shù)為a＋b，否則不存在這一關系。1．最活潑的金屬單質、最活潑的非金屬單質、常溫下呈液態(tài)的金屬單質，其組成元素分別位于下列元素周期表中的(A)A．s區(qū)、p區(qū)、ds區(qū) B．s區(qū)、p區(qū)、d區(qū)C．f區(qū)、p區(qū)、ds區(qū) D．s區(qū)、f區(qū)、ds區(qū)解析：理論上最活潑的金屬單質是Fr，但由于其具有放射性，故一般認為最活潑的金屬單質是Cs，而Cs和Fr都屬于第ⅠA族元素，位于s區(qū)；最活潑的非金屬單質是F2，F(xiàn)位于p區(qū)；常溫下呈液態(tài)的金屬單質為Hg，Hg屬于過渡元素，位于ds區(qū)。2．價電子排布為5s25p1的元素，在周期表中的位置是(B)A．第四周期，第ⅤA族 B．第五周期，第ⅢA族C．第五周期，第ⅠA族 D．第四周期，第ⅢA族解析：電子層數(shù)＝周期數(shù)，價電子數(shù)＝主族元素的族序數(shù)，所以該元素位于第五周期，第ⅢA族。3．下列各組元素屬于p區(qū)的是(B)A．原子序數(shù)為1、2、7的元素B．S、O、PC．Fe、Ar、ClD．Na、Li、Mg解析：A項中原子序數(shù)為1、2、7的元素分別為氫、氦、氮，所在區(qū)分別是s區(qū)、s區(qū)、p區(qū)；C項中Fe在d區(qū)，Ar、Cl均在p區(qū)；D項中元素均在s區(qū)。4．已知某元素＋3價離子的電子排布為：1s22s22p63s23p63d5，該元素在周期表中的位置是(C)A．第三周期第Ⅷ族，p區(qū) B．第三周期ⅤB族，ds區(qū)C．第四周期第Ⅷ族，d區(qū) D．第四周期ⅤB族，f區(qū)解析：＋3價離子的核外有23個電子，則原子核外有26個電子，原子核外電子排布式為：1s22s22p63s23p63d64s2。由最高能層序數(shù)為4知位于第四周期，由價電子層排布為3d64s2知是d區(qū)元素，在第Ⅷ族。5．已知某元素原子的下列結構或性質，能確定其在周期表中位置的是(D)A．某元素原子的第二電子層電子排布圖為B．某元素原子在某種化合物中的化合價為＋4C．某元素的原子最外層上電子數(shù)為6D．某元素原子的外圍電子排布式為5s25p1解析：A項錯誤，所給的第二電子層為充滿結構，不能確定其第二層以外是否還有電子；B項錯誤，僅憑化合價不能確定元素所在的周期和族；C項錯誤，據(jù)最外層電子數(shù)為6僅能確定該元素所在主族，不能確定其所在周期；D項已明確給出了原子的外圍電子排布，即可順利找到元素所在的周期和族，這是銦(In)元素。6．下列關于原子核外電子排布與元素在周期表中位置關系的敘述正確的是(C)A．基態(tài)原子核外N電子層上只有一個電子的元素一定是第ⅠA族元素B．原子核外價電子排布式為(n－1)d6～8ns2的元素一定是副族元素C．基態(tài)原子的p能級上半充滿的元素一定位于p區(qū)D．基態(tài)原子核外價電子排布式為(n－1)dxnsy的元素的族序數(shù)一定為x＋y解析：基態(tài)原子核外N電子層上只有一個電子的元素，可能是鉀元素，也可能是鉻元素或銅元素，A項錯誤；原子核外價電子排布式為(n－1)d6～8ns2的元素是第Ⅷ族元素，不是副族元素，B項錯誤；基態(tài)原子的p能級上半充滿的元素，其基態(tài)原子核外價電子排布式為ns2np3，則該元素一定屬于p區(qū)元素，C項正確；基態(tài)原子核外價電子排布式為(n－1)dxnsy的元素的族序數(shù)可能為x＋y(x＋y≤7)，也可能為8(8≤x＋y≤10)，還可能為y(x＝10)，D項錯誤。7．下列說法正確的是(C)A．所有金屬元素都分布在d區(qū)和ds區(qū)B．最外層電子數(shù)為2的元素都分布在s區(qū)C．元素周期表中第ⅢB族到第ⅡB族10個縱行的元素都是金屬元素D．s區(qū)均為金屬元素解析：s區(qū)除H、He外均為金屬元素，故A、D項錯誤。Zn元素的原子最外層電子數(shù)為2，但卻不是s區(qū)元素，B項錯誤。元素周期表中第ⅢB族～第ⅡB族的元素為過渡元素，全部為金屬元素，C項正確。8．某元素的最外層電子數(shù)為2，價電子數(shù)為5，并且是同族中原子序數(shù)最小的元素。關于該元素的判斷錯誤的是(C)A．電子排布式為1s22s22p63s23p63d34s2B．該元素為釩元素C．該元素為ⅡA族元素D．該元素位于d區(qū)解析：主族元素的最外層電子數(shù)＝價電子數(shù)，因其最外層電子數(shù)與價電子數(shù)不相等，因此不是主族元素，C項錯誤；因該元素是同族中原子序數(shù)最小的元素，所以位于第四周期，其價電子數(shù)為5，推測價電子排布為3d34s2，其電子排布式為1s22s22p63s23p63d34s2，為釩元素，位于第ⅤB族，屬于d區(qū)元素，A、B、D項正確。9．(1)下列元素是主族元素還是副族元素？位于周期表中第幾周期？第幾族？①1s22s22p63s23p4主族，第三周期ⅥA族；②[Kr]4d105s25p2主族，第五周期ⅣA族；③[Ar]3d34s2副族，第四周期ⅤB族；④[Ar]3d104s1副族，第四周期ⅠB族。(2)①已知某元素＋2價離子的電子排布式為1s22s22p63s23p63d5，該元素在周期表中的位置是第四周期ⅦB族，屬于d區(qū)。②已知aAn＋與dD(n＋1)－兩種單核離子具有相同的電子層結構，則A與D的核電荷數(shù)之差是2n＋1，周期數(shù)之差是1，