第2节 原子结构与元素周期表
基础课时2 基态原子的核外电子排布
学 习 任 务 1．认识基态原子中核外电子的排布遵循能量最低原理、泡利不相容原理和洪特规则等。培养证据推理与模型认知的核心素养。 2．知道原子核外电子的能级高低顺序，了解原子核外电子排布的构造原理。培养证据推理与模型认知的核心素养。 3．能运用构造原理书写电子排布式，知道1～36号元素基态原子核外电子的排布。
一、基态原子的核外电子排布规律
1．基态原子的核外电子排布原则
原则 含义
能量最低原理 原子核外电子按轨道能量由低到高依次排列，使整个原子处于最低的能量状态
泡利不相容原理 一个原子轨道中最多只能容纳两个电子，并且这两个电子的自旋状态不同，用表示，或者说，一个原子中不存在两个完全相同的电子
洪特规则 对于基态原子，核外电子在能量相同的轨道上排布时，将尽可能分占不同的原子轨道并且自旋状态相同
根据基态原子核外电子排布原则思考：
(1)为什么每个电子层最多容纳2n2个电子？
提示：各电子层上的能级数目＝电子层序数n，根据泡利不相容原理，每个原子轨道最多只能容纳2个电子，所以每个电子层最多容纳2n2个电子。
(2)为什么原子核外最外层的电子不超过8个？次外层不超过18个电子？
提示：由于E(nd)>E[(n＋1)s]，当ns和np轨道电子排满时，多余的电子不是填入nd轨道，而是首先填入(n＋1)s轨道，因此最外层电子数不可能超过2＋6＝8。同理次外层由(n－1)s(n－1)p(n－1)d组成，所容纳的电子数不大于2＋6＋10＝18。
2．电子排布式与轨道表示式
电子排布式 表示方法 按照能量最低原则对能级进行排序，进而在ns、np、nd等能级符号的右上角用数字表示出电子的数目
图示
轨道表示式 表示方法 用方框(或小圆圈、短线)表示一个原子轨道，用箭头“↑”或“↓”来区别自旋方向不同的电子
图示
(1)电子进入原子轨道的顺序和电子排布式的书写顺序一致。 ( )
(2)碳原子的轨道表示式为。 ( )
[答案] (1)× (2)×
写出下列基态原子的电子排布式：
O：_________________________________________________；
Ne：_________________________________________________；
Na：_________________________________________________；
Cl：_________________________________________________。
[答案] 1s22s22p4 1s22s22p6 1s22s22p63s1 1s22s22p63s23p5
3．构造原理
基态原子的“外层电子”在原子轨道上的排布顺序是1s、2s、2p、3s、3p、4s、3d、4p、5s、4d、5p、6s……这一规律称为构造原理。
[提醒] 电子填充时按构造原理进行，书写电子排布式时按电子层和能级顺序书写。
二、19～36号元素基态原子的核外电子排布
1．写出以下几种元素基态原子的电子排布式
(1)19K：1s22s22p63s23p64s1；
(2)21Sc：1s22s22p63s23p63d14s2；
(3)24Cr：1s22s22p63s23p63d54s1；
(4)29Cu：1s22s22p63s23p63d104s1。
2．Cr、Cu基态原子的电子排布违反构造原理的解释
能量相同的原子轨道在全充满(如d10)、半充满(如d5)和全空(如d0)状态时，体系的能量较低，原子较稳定。
下列原子或离子的电子排布的表示方法中，正确的是____________，违反了能量最低原理的是______________，违反洪特规则的是______________，违反泡利不相容原理的是____________，违反洪特规则特例的是______________(填序号)。
①Ca2＋：1s22s22p63s23p6
②F－：1s22s23p6
③
④Cr：1s22s22p63s23p63d44s2
⑤Fe：1s22s22p63s23p63d64s2
⑥Mg2＋：1s22s22p6
⑦
⑧O原子：
提示：根据核外电子排布规律，②中错误在于电子排完2s轨道后应排2p轨道而不是3p轨道，正确的应为1s22s22p6；③中没有遵循洪特规则——电子在能量相同的轨道上排布时，应尽可能分占不同的轨道并且自旋状态相同，最外层电子排布应为；④中忽略了能量相同的原子轨道在半充满状态时，体系的能量较低，原子较稳定，正确的应为1s22s22p63s23p63d54s1，违反了洪特规则的特例；⑤和⑥正确；⑦违反洪特规则，正确的应为；⑧的轨道表示式为违反了泡利不相容原理。
故核外电子排布表示正确的是①⑤⑥；违反能量最低原理的是②；违反洪特规则的是③⑦；违反泡利不相容原理的是⑧；违反洪特规则特例的是④。
正确理解基态原子核外电子排布的规律
多电子的基态原子核外电子在原子轨道上的排布顺序可表示为
1．基态原子核外电子在原子轨道上是先排3d轨道还是先排4s轨道？
提示：根据构造原理可知，电子在基态原子核外排布时，先排4s轨道再排3d轨道。
2．n值小的能级的轨道的能量一定小于n值大的能级的轨道的能量吗？
提示：不一定。电子层序数、能级不同时，核外电子在外层分布时存在原子轨道能量交错现象，如E4s3．为什么原子核外最外层的电子不超过8个，次外层不超过18个？
提示：由于E(nd)>E[(n＋1)s]，当ns和np轨道电子排满时，多余的电子不是填入nd轨道，而是首先填入(n＋1)s轨道，因此最外层电子数不可能超过2＋6＝8。同理次外层由(n－1)s(n－1)p(n－1)d组成，所容纳的电子数不大于2＋6＋10＝18。
1．泡利不相容原理
泡利不相容原理可以简单叙述为一个原子轨道中最多只能容纳两个电子，并且这两个电子的自旋方向必须相反。
说明：a．在核外电子的排布中，排在同一轨道上的两个电子，自旋方向相反；而自旋方向相同的电子，必然处于不同的轨道上。可以这样理解：在同一原子中，没有运动状态完全相同的两个电子存在，原子核外有几个电子，就有几种运动状态。
b．根据泡利不相容原理我们可以推算出各电子层可以容纳的最多电子数。具体见下表：
电子层(n) K L M N …
能级 1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p 4d 4f …
原子轨道数 1 1 3 1 3 5 1 3 5 7 …
1 4 9 16
电子数 2 8 18 32 …
2×12 2×22 2×32 2×42 …
在原子中，每个电子层最多可容纳2n2个电子，每个能级最多容纳的电子数是其所包含的原子轨道数的2倍。
2．洪特规则
当电子排布在同一能级的不同轨道时，基态原子中的电子总是优先单独占据一个轨道，而且自旋状态相同，这个规则称为洪特规则。通俗地说，洪特规则可以表述为电子总是先平行地分占能量相同的不同轨道(即同一能级上的轨道)。如碳原子的轨道表示式为，而不是，也不是。
特别地，当同一能级上的电子排布为全充满(s2、p6、d10、f14)、半充满(s1、p3、d5、f7)和全空状态(p0、d0、f0)时，具有较低的能量和较大的稳定性，这称为洪特规则的特例。例如，铬(24Cr)的外围电子排布式是3d54s1(3d、4s能级均为半充满)而不是3d44s2，铜(29Cu)的外围电子排布式是3d104s1(3d全充满、4s半充满)而不是3d94s2等。
核外电子在原子轨道上排布要遵循三个原则，即能量最低原理、泡利不相容原理和洪特规则。这三个原则并不是孤立的，而是相互联系、相互制约的。也就是说核外电子在原子轨道上排布要同时遵循这三个原则。其中能量最低原理可叙述为在不违反泡利不相容原理的前提下，核外电子在各个原子轨道上的排布方式应使整个原子体系的能量最低。
1．(2021·日照高二检测)各电子层排布电子的总数要遵循以下规律：①每层最多容纳2n2个电子；②原子最外层电子数≤8；③原子次外层电子数≤18。决定这3条规律的电子排布规则是( )
A．能量最低原理
B．泡利不相容原理
C．洪特规则
D．能量最低原理和泡利不相容原理
D [基态原子的电子排布遵循能量最低原理、泡利不相容原理和洪特规则，而洪特规则是讲电子优先单独占据一个轨道，而且自旋状态相同的，故不符合题意，由此可知本题选择D项。]
2．(双选)(2021·菏泽高二检测)核外电子排布规律揭示的电子排布能级顺序，实质是各能级能量高低。若以E表示某能级的能量，以下各式中正确的是 ( )
A．E(5s)>E(4f)>E(4s)>E(3d)
B．E(3d)>E(4s)>E(3p)>E(3s)
C．E(4s)>E(4p)>E(4d)>E(4f)
D．E(4f)>E(5s)>E(3d)>E(4s)
BD [A、D项，应为E(4f)>E(5s)>E(3d)>E(4s)，A错误，D正确；C项应为E(4s)明确核外电子排布的表示方法
喜爱漫威的同学都熟悉钢铁侠，钢铁侠在《复仇者联盟4》中拯救了世界，电影里早期的盔甲材料用的是军用卫星的金钛合金，而不是一般的钛合金。相较于普通钢材在高空容易结冰的缺点，金钛合金在低温下完全不惧怕结冰的问题。
1．基态钛原子的核外电子排布式如何表示？
提示：1s22s22p63s23p63d24s2。
2．基态钛原子的轨道表示式如何表示？
提示：
。
3．电子排布式和轨道表示式在描述核外电子运动状态方面有什么区别？
提示：电子排布式能够表示出每一个能级上的电子排布情况，轨道表示式除了能够表示出在每一个能级上电子的排布情况，还能表示出电子在该能级的原子轨道上的排布情况，因此比电子排布式更加具体形象。
4．如何书写简单离子的电子排布式？
提示：先写原子的电子排布式，然后再根据得失电子写出离子的电子排布式。例如：O2－的电子排布式，先写氧原子的电子排布式为1s22s22p4，再得2个电子得到O2－的电子排布式为1s22s22p6。Fe3＋的电子排布式，先写铁原子的电子排布式为[Ar]3d64s2，再失3个电子(由外层向内层)得到Fe3＋的电子排布式为[Ar]3d5。
结构示意图 意义 将每个电子层上的电子总数表示在原子核外的式子
实例
电子排布式 意义 用数字在能级符号右上角标明该能级上排布的电子数，这就是电子排布式
实例 K：1s22s22p63s23p64s1
简化电子排布式 意义 为了避免电子排布式书写过于烦琐，把内层电子达到稀有气体结构的部分以相应稀有气体的元素符号外加方括号表示
实例 K：[Ar]4s1
价电子排布 式意义 主族元素的价电子指最外层电子，价电子排布式即外围电子排布式
实例 Al：3s23p1
轨道表示式 意义 每个方框代表一个原子轨道，每个箭头代表一个电子
实例
电子排布式书写的易错点在于电子填充顺序与书写顺序在能级交错时不一致，当出现d轨道时，虽然电子按ns、（n－1）d、np的顺序填充，但在书写电子排布式时，仍把（n－1）d放在ns前，如Fe：1s22s22p63s23p63d64s2正确，1s22s22p63s23p64s23d6错误。轨道表示式的书写易错点有①（违反能量最低原理），②(违反泡利不相容原理)，③(违反洪特规则)，④(违反洪特规则)。另外，还应注意原子核外电子排布式、简化电子排布式以及原子外围电子排布式的区别与联系，如Cu的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s1，简化电子排布式为[Ar]3d104s1，外围电子排布式为3d104s1。
1．(2021·宁夏大学附中月考)下列基态原子或离子的电子排布式书写错误的是 ( )
A．K＋：1s22s22p63s23p6 B．F：1s22s22p5
C．S2－：1s22s22p63s23p4 D．Ar：1s22s22p63s23p6
C [S2－有18个电子，电子排布式为1s22s22p63s23p6，C项错误。]
2．(2021·海口高二检测)A、B、C、D、E代表前四周期的五种元素，原子序数依次增大。请填空：
(1)A元素基态原子的最外层有3个未成对电子，次外层有2个电子，其轨道表示式为________________。
(2)B元素的负一价离子的电子层结构与氩相同，B的离子的结构示意图为________________。
(3)C元素的正三价离子的3d能级为半充满，C的元素符号为________，其基态原子的电子排布式为________。
(4)D元素基态原子的M层全充满，N层没有成对电子，只有一个未成对电子，D的元素符号为________。其基态原子的电子排布式为________。
(5)E元素基态原子中没有未成对电子，E的电子排布式是________。
[解析] (1)基态原子的最外层有3个未成对电子，次外层有2个电子的元素为氮元素，其轨道表示式为。
(2)因为B－的电子层结构与氩相同，即核外电子数相同，所以B元素的质子数为18－1＝17，则B－为Cl－，其结构示意图为。
(3)C元素的正三价离子的3d能级为半充满，C的元素符号为Fe，其基态原子的电子排布式：1s22s22p63s23p63d64s2。
(4)D元素基态原子的M层全充满，N层没有成对电子，只有一个未成对电子，则D为Cu，其基态原子电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s1。
(5)E元素基态原子中没有未成对电子，且E的原子序数在五种元素中最大，因此E元素为30号元素Zn或36号元素Kr，其电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s2或1s22s22p63s23p63d104s24p6。
[答案] (1) (2)
(3)Fe 1s22s22p63s23p63d64s2
(4)Cu 1s22s22p63s23p63d104s1
(5)1s22s22p63s23p63d104s2或1s22s22p63s23p63d104s24p6
离子的电子排布式的书写流程
离子的电子排布式在书写时应以原子的电子排布式为基础，首先根据构造原理，写出相应原子的电子排布式，再根据原子得失电子的情况作出相应的调整，写出相应的离子的电子排布式。 比如，钠原子的电子排布式为1s22s22p63s1当它失去一个电子时就变成钠离子，其电子排布式就变为1s22s22p6。
1．在2p能级上最多只能排布6个电子，其依据的规律是( )
A．能量最低原理 B．泡利不相容原理
C．洪特规则 D．能量最低原理和泡利不相容原理
B [能量最低原理主要是电子排布先后顺序，洪特规则指的是相同能级电子尽可能占据不同轨道，泡利不相容原理说明一个原子轨道上最多容纳2个电子且自旋方向相反，2p能级共有3个轨道，最多容纳6个电子。]
2．下列关于价电子排布式为3s23p4的粒子描述正确的是( )
A．它的元素符号为O
B．它的核外电子排布式为1s22s22p63s23p4
C．它可与H2生成液态化合物
D．其轨道表示式为
B [A项，根据价电子排布式可知该粒子的电子排布式为1s22s22p63s23p4，故该元素为硫元素；C项，S与H2化合生成气态氢化物H2S；D项，S原子核外电子轨道表示式应为。]
3．(2021·吉林公主岭第一中学高二期中考试)下列轨道表示式不符合泡利不相容原理的是( )
3．(2021·吉林公主岭第一中学高二期中考试)下列轨道表示式不符合泡利不相容原理的是( )
A．3p能级：
B．3d能级：
C．2p能级：
D．4d能级：
C [2p能级的一个原子轨道中容纳的两个电子自旋状态相同，不符合泡利不相容原理，故C项符合题意。]
4．(2021·山东广饶一中阶段性考试)下列叙述错误的是( )
A．Na＋的轨道表示式为
B．Na＋的结构示意图为
C．基态Ge原子的电子排布式为[Ar]3d104s24p2
D．基态Cu原子的电子排布式为[Ar]3d104s1
A [A项，钠离子2p能级上的电子排布违背了泡利不相容原理，错误。]
5．某元素的激发态原子的电子排布式为1s22s22p63s23p34s1，则该元素基态原子的电子排布式为________；元素符号为________；其最高价氧化物对应的水化物的化学式是________。写出周期表中24号元素的核外电子排布式________________，这样排布的理由是________________。
[解析] 元素的激发态原子的电子排布式为1s22s22p63s23p34s1，则该元素基态原子的电子排布式为1s22s22p63s23p4；该原子核外电子数为16，核内质子数为16，是硫元素，元素符号为S；其最高价氧化物对应的水化物的化学式是H2SO4；24号元素的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s1，这样排布的理由是遵循了洪特规则特例(或能量最低原理)。
[答案] 1s22s22p63s23p4 S H2SO4 1s22s22p63s23p63d54s1 洪特规则特例(或能量最低原理)
1基础课时3 核外电子排布与元素周期表
学 习 任 务 1．通过了解同周期、同族的元素原子核外电子排布特征，认识元素周期表中分区、周期和族的划分依据。培养宏观辨识与微观探析的核心素养。 2．了解元素周期表的应用价值。能根据元素周期表与核外电子排布变化规律的认知模型，解释化学现象，揭示现象的本质和规律。培养科学探究与创新意识的核心素养。
一、核外电子排布与周期的划分
1．近似能级图与周期
2．原子核外电子排布与元素周期表中周期划分的本质联系
3．周期数与电子层数的关系
周期数＝最外层电子所在轨道所处的电子层数。
(1)周期序数＝电子层数＝对应能级组数。 ( )
(2)同一能级组内能级之间的能量差较小，而相邻能级组之间的能量差较大。 ( )
[答案] (1)√ (2)√
二、核外电子排布与族的划分
1．划分依据
族的划分与原子的价电子数目和价电子排布密切相关。
2．特点
一般来说，同族元素原子的价电子数目相同。
3．规律
(3)稀有气体→最外层电子排布：ns2np6(He除外)。
独居石的英文名称Monazite来自希腊文monazem，意为无伴独居之意，寓意矿物产出稀少。为浅黄色至浅红褐色，强玻璃光泽或松脂光泽至蜡状光泽，微透明至透明。世界上出产宝石级独居石的国家有美国、玻利维亚等。透明宝石个体不大，已知最大者约5克拉。不透明的大晶体用于琢磨弧面型宝石。据国外有关资料报道，在“独居石”中，查明有116号元素。若116号元素的价电子排布式为7s27p4，试判断该元素应位于周期表中的哪个位置？
提示：根据周期数等于电子层数，主族序数等于价电子数，可判断116号元素应位于第7周期ⅥA族。
4．核外电子排布与元素周期表的分区
按核外电子排布式中最后填入电子的能级符号可将元素周期表(ⅠB族、ⅡB族除外)分为s、p、d、f 4个区，而ⅠB族、ⅡB族这2个纵列的元素原子的核外电子因先填充满(n－1)d能级而后再填充ns能级而得名ds区。5个区的位置关系如图所示。
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)元素分别位于元素周期表中的哪个分区？
提示：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。
5．元素化合价与价电子排布的关系
(1)除Ⅷ族、ⅠB族的某些元素和0族元素外，元素的最高化合价等于它所在族的序数。
(2)非金属元素的最高正化合价和它的最低负化合价的绝对值之和等于8(H、O、F除外)。
(3)稀有气体元素原子的电子层结构是稳定结构，因此稀有气体元素的化合价在通常情况下为0。
(1)主族序数＝该元素原子价电子数。 ( )
(2)同一副族不同元素原子价电子排布完全相同。 ( )
[答案] (1)√ (2)×
探究核外电子排布与周期、族的关系
1．从核外电子排布角度分析，为什么同属长周期的4、5、6、7周期所包含的元素种类数为18、18、32、32。
提示：第4、5周期元素包含的能级为ns、np、(n－1)d，共有9个原子轨道，最多容纳18个电子，对应两周期中各有18种元素；而第6、7周期所含的能级除ns、np、(n－1)d外，还有(n－2)f，故多出7个原子轨道，14个电子，对应多出的14种元素，共32种元素 。
2．试分析21号元素Sc所在的周期。
提示：21号元素Sc的价电子排布式为3d14s2，虽然电子先排在4s轨道，后排在3d轨道，但Sc元素原子的最外层电子排布在4s轨道上，4s电子的量子数(电子层数)是4，故Sc元素位于第4周期。
1．核外电子排布与周期的划分
(1)每一周期元素原子的价电子排布和元素种数的关系
周期 价电子排布 对应能级组 元素种数
ⅠA族 0族 最外层最多容纳电子数
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、7p 32
(2)核外电子排布与周期划分的关系
①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，各能级之间能量相差较小，不同能级组之间能量相差较大。
②每一个能级组对应一个周期，且该能级组中最大的电子层数等于元素的周期序数。
2．核外电子排布与族的划分
(1)价电子排布与族序数之间的关系
价电子排布与族序数之间的关系可以按照下列方法进行判断：按电子填充顺序，由最后一个电子所进入轨道的情况确定，一般来说具体情况如下：
①进入ns(ns1～2，1s除外)为ⅠA族、ⅡA族。
②进入np
③进入(n－1)d
④进入(n－2)fⅢB族
(2)有关规律
由上可知：①主族元素的最外层电子数，即价电子数，为其族序数；②副族元素中ⅢB～ⅦB族元素价电子数为其族序数；③稀有气体单独列为0族。
1．(2021·四川成都高二月考)下列是某些元素基态原子的电子排布式，其中表示第3周期元素原子的是( )
A．1s22s1 B．1s22s22p5
C．1s22s22p63s2 D．1s22s22p63s23p64s1
C [A项表示第2周期元素原子；B项表示第2周期元素原子；C项表示第3周期元素原子；D项表示第4周期元素原子。]
2．某元素基态原子的电子排布式为[Ar]3d74s2，它在元素周期表中的位置是 ( )
A．第4周期ⅠB族 B．第4周期ⅡB族
C．第4周期ⅦB族 D．第4周期Ⅷ族
D [由[Ar]3d74s2可知该元素位于第4周期，又由价电子数为9知其位于第4周期第9纵列，为Ⅷ族元素。]
3．(1)砷原子的最外层电子排布式是4s24p3，在元素周期表中，砷元素位于第________周期________族；最高价氧化物的化学式为__________，砷酸钠的化学式是________。
(2)已知下列元素在周期表中的位置，写出它们价电子排布式和元素符号：
①第4周期ⅣB族________________、___________________；
②第5周期ⅦA族________________、___________________。
[解析] (1)砷原子的最外层电子排布式是4s24p3，可知砷原子有4个电子层，价电子数为5，由电子层数＝周期序数可知，砷元素在第4周期，由主族序数＝价电子数＝最高正价可知，砷元素位于ⅤA族，最高价氧化物为As2O5，砷酸钠的化学式为Na3AsO4。(2)根据元素在周期表中的位置与核外电子排布的关系分析。
[答案] (1)4 ⅤA As2O5 Na3AsO4
(2)①3d24s2 Ti ②5s25p5 I
探究元素周期表的分区与价电子排布的关系
按矿泉水特征组分达到国家标准的主要类型分为九大类：①偏硅酸矿泉水；②锶矿泉水；③锌矿泉水；④锂矿泉水；⑤硒矿泉水；⑥溴矿泉水；⑦碘矿泉水；⑧碳酸矿泉水；⑨盐类矿泉水。国家标准中规定的九项界限指标包括锂、锶、锌、硒、溴化物、碘化物、偏硅酸、游离二氧化碳和溶解性总固体，矿泉水中必须有一项或一项以上达到界限指标的要求，其要求含量分别为(单位：mg·L－1)锂、锌、碘化物均≥0.2，硒≥0.01，溴化物≥1.0，偏硅酸≥25，游离二氧化碳≥250和溶解性总固体≥1 000。
1．填写下表中元素的价电子排布式及分区。
元素名称 价电子排布式 分区
硅
锶
锂
硒
溴
碘
碳
提示：
元素名称 价电子排布式 分区
硅 3s23p2 p
锶 5s2 s
锂 2s1 s
硒 4s24p4 p
溴 4s24p5 p
碘 5s25p5 p
碳 2s22p2 p
2．从上表中可看出，元素周期表分区的依据是什么？
提示：最后填入电子的轨道能级符号作为该区的符号。
各区元素化学性质及原子价电子排布特点
包括的元素 价电子排布 化学性质
s区 ⅠA、ⅡA族 ns1～2(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 ⅢA～ⅦA、0族 ns2np1～6(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)
d区 ⅢB～ⅦB(镧系、锕系除外)、Ⅷ族 (n－1)d1～9ns1～2[最后的电子填在(n－1)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参与化学键的形成
ds区 ⅠB、ⅡB族 (n－1)d10ns1～2[(n－1)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 (n－2)f0～14(n－1)d0～2 ns2 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
元素周期表中族和分区的关系
(1)主族：s区和p区。(ns＋np)的电子数＝族序数。
(2)0族：p区。(ns＋np)的电子数＝8(或2)。
(3)副族：d区＋ds区＋f区。
d区中[(n－1)d＋ns]的电子数＝族序数(第Ⅷ族部分元素除外)。
1．(双选)关于元素在周期表中的分区，下列说法中正确的是( )
A．在周期表中，最外层电子数为2的元素一定是ⅡA族元素
B．过渡元素包含d区，ds区及f区元素
C．原子的最外层电子数为8的都是稀有气体元素的原子
D．所有非金属元素都分布在p区
BC [最外层电子数为2的元素也可能是He或副族元素，故A错误；最外层电子数为8的原子，一定是稀有气体元素的原子，故C正确；非金属元素氢在s区，故D错误。]
2．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3周期Ⅷ族，p区
B．第3周期ⅤB族，ds区
C．第4周期Ⅷ族，d区
D．第4周期ⅤB族，f区
C [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4周期Ⅷ族，核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2，位于d区。]
3．(2021·济南高二检测)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2周期ⅤA族元素原子的价电子轨道表示式为________。
(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ⅠA族、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ⅢB族～ⅦB族、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或[Ar]3d104s2，价电子排布式为3d104s2。
(4)该题中符合题意的为N，价电子轨道表示式为。
(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
1．已知某基态原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d84s2，该元素在周期表中的位置和区分别是( )
A．第4周期ⅡB族；s区 B．第4周期ⅧB族；d区
C．第4周期Ⅷ族；d区 D．第4周期Ⅷ族；ds区
C [由原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d84s2可知共有4个电子层，为第4周期元素，价电子排布式为3d84s2，为d区元素，位于第4周期Ⅷ族，故选C。]
2．具有以下结构的原子，一定属于主族元素的是( )
A．最外层有2个电子的原子
B．最外层电子排布为ns2的原子
C．最外层有3个未成对电子的原子
D．次外层无未成对电子的原子
C [在元素周期表中，凡s区、d区、ds区的元素，它们的最外层电子数均不超过2个，只有p区的最外层电子数可为3～8个，则最外层有2个电子的原子不一定是主族元素，故A项错误；最外层电子排布为ns2的原子除ⅡA族外，还有稀有气体元素氦和许多过渡元素，故B项错误；最外层有3个未成对电子的原子，其最外层有5个电子(ns2np3)，一定是主族元素，故C项正确；次外层无未成对电子的原子包括全部主族元素、0族元素及ⅠB、ⅡB族元素，故D项错误。]
3．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
A [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。]
4．(双选)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．基态原子的N层上只有一个电子的元素一定是ⅠA族元素
B．基态原子的价电子排布式为(n－1)d10ns2的元素一定是副族元素
C．基态原子的p能级半充满的元素一定位于p区
D．基态原子的价电子排布式为(n－1)dxnsy的元素的族序数一定为x＋y
BC [基态原子的N层上只有一个电子的元素，可能为K、Cr或Cu，K为ⅠA族元素，Cr、Cu分别为ⅥB、ⅠB族元素，故A项错误；基态原子的价电子排布式为(n－1)d10ns2的元素是ⅡB族元素，故B项正确；基态原子的p能级半充满的元素，电子最后填充p能级，属于p区，故C项正确；基态原子的价电子排布式为(n－1)dxnsy的元素，若是ⅢB～ⅦB族及Ⅷ族第1列元素，其族序数为价电子排布式中d、s能级所含电子数目之和，族序数一定为x＋y，若是ⅠB、ⅡB族元素，其族序数等于价电子排布式中s能级所含电子数y，故D项错误。]
5．(2021·湖北黄冈浠水实验高中高二月考)请完成下列各题的填空：
(1)氢化钠(NaH)电子式为________，氢负离子的结构示意图为________。
(2)元素X的最外层电子数是次外层电子数的2倍，该元素名称是________，该元素核外电子排布式为________，该元素的价电子轨道表示式为________。
(3)前四周期元素中，未成对电子数为5的元素符号是________，该元素在周期表中的位置为第________周期________族，属于________区。
(4)C、N、O三种元素的原子核外未成对电子数依次为________。
[解析] (1)NaH是离子化合物，阴离子是H－，NaH的电子式为，氢负离子的结构示意图为。(2)由题意可知X是碳元素，核外电子排布式为1s22s22p2。(3)前四周期元素中，未成对电子数为5，即价电子排布式为3d54s2，原子序数为25，即为Mn，该元素在周期表中的位置为第4周期ⅦB族，位于d区。(4)C、N、O三种元素的原子核外未成对电子数依次为2、3、2。
[答案] (1) (2)碳 1s22s22p2
(3)Mn 4 ⅦB d (4)2、3、2
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