考点3 原子结构与元素周期表
【核心考点梳理】
一、元素周期律、元素周期系和元素周期表
1．元素周期律：元素的性质随元素原子的核电荷数递增发生周期性递变。
2．元素周期系：元素按其原子核电荷数递增排列的序列。
3．元素周期表：呈现周期系的表格，元素周期系只有一个，元素周期表多种多样。
4．三张有重要历史意义的周期表
(1)门捷列夫周期表
门捷列夫周期表又称短式周期表，重要特征是从第四周期开始每个周期截成两截，第1～7族分主副族，第八族称为过渡元素。
(2)维尔纳周期表
维尔纳周期表是特长式周期表，每个周期一行，各族元素、过渡金属、稀有气体、镧系和锕系，各有各的位置，同族元素上下对齐，它确定了前五个周期的元素种类。
(3)玻尔元素周期表
玻尔元素周期表特别重要之处是把21～28、39～46等元素用方框框起，这说明他已经认识到，这些框内元素的原子新增加的电子是填入内层轨道的，他已经用原子结构解释元素周期系了，玻尔元素周期表确定了第六周期为32种元素。
【典型例题】
例1．（2023秋·上海徐汇·高三上海市西南位育中学校考期末）主族元素R的原子最外层电子排布为ns2np2。下列说法正确的是
A．一定位于第VIA族 B．最简单氢化物一定是RH4
C．一定位于第2周期 D．含氧酸一定是H2RO3
【答案】B
【分析】根据题意，主族元素R的原子最外层电子排布为，最外层4个电子，属于第ⅣA族元素，可能为C、Si、Ge、Sn、Pb中的一种；
【解析】A．根据题意，主族元素R的原子最外层电子排布为，最外层4个电子，属于第ⅣA族元素，故A错误；
B．其最高化合价为+4价，其中C和Si存在最低价-4价，存在最简单氢化物、、、、，可写为，故B正确；
C．该元素位于第ⅣA族，可能为C、Si、Ge、Sn、Pb中的一种，不一定是第二周期元素，故C错误；
D．含氧酸不一定为，如锡酸，故D错误；
故选B。
例2．（2023秋·湖北恩施·高一校考期末）在周期表中，“相临”元素即同周期左右紧挨，或同主族上下紧挨，下列元素与第三周期第ⅥA族元素不一定相临的是
A．电子总数是最内层电子数4倍的元素
B．最外层电子数是最内层电子数2.5倍的主族元素
C．最外层电子数是次外层电子数0.5倍的主族元素
D．质子数为34的元素
【答案】B
【分析】第三周期第ⅥA族元素为S，与S元素“相临”的元素为O，P，Cl和Se；据此分析解题。
【解析】A．电子总数是最内层电子数4倍的元素为O，与S元素一定“相临”，故A不符合题意；
B．最外层电子数是最内层电子数2.5倍的主族元素，最外层电子数为5，可以为N元素或P元素，不一定与S元素“相临”，故B符合题意；
C．主族元素最外层电子数为1~8，最外层电子数是次外层电子数0.5倍的主族元素为Si或Li，与S元素一定不“相临”，故C不符合题意；
D．质子数为34的元素为Se，与S元素一定“相临”，故D不符合题意；
故答案选B。
二、构造原理与元素周期表
1．元素周期表的基本结构
(1)周期元素种数的确定
第一周期从1s1开始，以1s2结束，只有两种元素。其余各周期总是从ns能级开始，以np结束，从ns能级开始以np结束递增的核电荷数(或电子数)就等于每个周期里的元素数目。
周期 ns～np 电子数 元素数目
一 1s1～2 2 2
二 2s1～22p1～6 8 8
三 3s1～23p1～6 8 8
四 4s1～23d1～104p1～6 18 18
五 5s1～24d1～105p1～6 18 18
六 6s1～24f1～145d1～106p1～6 32 32
七 7s1～25f1～146d1～107p1～6 32 32
(2)元素周期表的形成
若以一个方格代表一种元素，每个周期排一个横排，并按s、p、d、f分段，左侧对齐，可得到如下元素周期表：
若将p段与p段对齐，d段与d段对齐、f段单独列出，将2s2与p段末端对齐，则得到书末的元素周期表
2．元素周期表探究
(1)元素周期表的结构
(2)元素周期表的分区
①根据核外电子的排布分区
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 4个区，而ⅠB、ⅡB族这2个纵行的元素的核外电子因先填满了(n－1)d能级而后再填充ns能级而得名ds区。5个区的位置关系如下图所示。
②根据元素的金属性和非金属性分区
3．元素的对角线规则
(1)在元素周期表中，某些主族元素与其右下方的主族元素(如图)的有些性质是相似的(如锂和镁在过量的氧气中燃烧均生成正常氧化物，而不是过氧化物)，这种相似性被称为“对角线规则”。
(2)处于“对角线”位置的元素，它们的性质具有相似性。
实例分析：
①锂和镁的相似性
a．锂与镁的沸点较为接近：
元素 Li Na Be Mg
沸点/℃ 1 341 881.4 2 467 1 100
b.锂和镁在氧气中燃烧时只生成对应的氧化物，并且Li2O和MgO与水反应都十分缓慢。
4Li＋O22Li2O、2Mg＋O22MgO。
c．锂和镁与水的反应都十分缓慢，并且生成的氢氧化物难溶于水，附着于金属表面阻碍反应的进行。
d．锂和镁都能直接与氮气反应生成相应的氮化物Li3N和Mg3N2。
e．锂和镁的氢氧化物在加热时，可分解为Li2O、H2O和MgO、H2O。
f．在碱金属的氟化物、碳酸盐和磷酸盐中，只有锂盐是难溶于水的，相应的镁盐也难溶于水。
②铍和铝的相似性
a．铍与铝都可与酸、碱反应放出氢气，并且铍在浓硝酸中也发生钝化。
b．二者的氧化物和氢氧化物都既能溶于强酸又能溶于强碱溶液：
Al(OH)3＋3HCl===AlCl3＋3H2O，Al(OH)3＋NaOH===NaAlO2＋2H2O；
Be(OH)2＋2HCl===BeCl2＋2H2O，Be(OH)2＋2NaOH===Na2BeO2＋2H2O。
c．二者的氧化物Al2O3和BeO的熔点和硬度都很高。
d．BeCl2和AlCl3都是共价化合物，易升华。
③硼和硅的相似性
a．自然界中B与Si均以化合物的形式存在。
b．B与Si的单质都易与强碱反应，且不与稀酸反应：2B＋2KOH＋2H2O===2KBO2＋3H2↑，Si＋2KOH＋H2O===K2SiO3＋2H2↑。
c．硼烷和硅烷的稳定性都比较差，且都易水解。
d．硼和硅的卤化物的熔、沸点比较低，易挥发，易水解。
【典型例题】
例1．（2023秋·北京西城·高二统考期末）下列说法正确的是
A．2p、3p、4p能级的轨道数依次增多
B．所有非金属元素都分布在p区
C．最外层电子数为2的元素都分布在s区
D．元素周期表中从第IIIB族到第IIB族的10个纵列的元素都是金属元素
【答案】D
【解析】A．相同能级的原子轨道数目相同，A错误；
B．除氢元素处于s区，其它非金属元素都处于p区，B错误；
C．第ⅡB族最外层电子数为2，可能在ds区，也可能为p区，一定不在s区，C错误；
D．元素周期表中ⅢB族到ⅡB族10个纵行的元素，称为过渡元素，全部为金属，D正确；
故选D。
例2．（2022秋·重庆沙坪坝·高二重庆八中校考阶段练习）2017年5月9日中国科学院正式向社会发布113号、115号、117号和118号元素的中文名称。已知117号元素有多种原子，如、等。下列说法正确的是
A．和的化学性质完全不同
B．Ts位于周期表的第七周期ⅦA族
C．在Ts原子中，最后填入电子的轨道能级符号是f，故Ts位于周期表的f区
D．在周期表中，假设第八周期按现有规则填满，则117号元素的正下方是149号元素
【答案】B
【解析】A．和是Ts元素的两种同位素，质子数为117，核外电子数为117，最外层电子数为7，化学性质相同，A错误；
B．117号元素Ts位于周期表稀有气体118号前，位于第七周期第ⅦA族，B正确；
C．Ts为第七周期第ⅦA族元素，最后填入的能级为7p能级，位于p区，C错误；
D．按照现有规则，第八周期的元素种类数应为50种，则117号元素的正下方应为167号元素，D错误；
故选B。
例3．（2022春·山东菏泽·高一山东省鄄城县第一中学校考期末）已知下列元素基态原子的核外电子排布,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:
【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
【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;由基态原子的轨道表示式判断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元素的外围电子排布式为3d104s1,s能级电子数为1,应为ds区的第ⅠB族。
【核心归纳】
根据原子结构特征判断元素在元素周期表中的位置
电子排布式价电子排布式
【必备知识基础练】
1．（2023·天津南开·高一天津市第九中学校考期末）下列不属于主族元素的是
A．H B．K C．P D．He
【答案】D
【解析】A．H是第一周期第IA族的元素，A不符合题意；
B．K是第四周期第IA族的元素，B不符合题意；
C．P是第三周期第VA族的元素，C不符合题意；
D．He是第一周期0族元素，不属于主族元素，D符合题意；
故选D。
2．（2022秋·辽宁沈阳·高二东北育才学校校考期末）下列说法不正确的是
A．某外围电子排布为基态原子，该元素位于周期表中第六周期第IIIB族
B．在元素周期表中，d区和ds区的元素都是金属元素
C．当碳原子的核外电子排布由 转变为 时，吸收能量，由基态转化成激发态
D．非金属元素形成的共价化合物中，原子的最外层电子数不一定是2或8
【答案】C
【解析】A．由外围电子排布为4f75d16s2基态原子，判断此元素位于周期表中第六周期第ⅢB族，A正确；
B． d区和ds区的元素包括副族元素除镧系元素和锕系元素，全部是金属元素，B正确；
C．碳原子的核外电子排布为：1s22s22p2，该原子处于基态，当核外电子排布为1s22s12p3，该原子处于激发态，所以由碳原子的核外电子排布由转变为的过程为由激发态变为基态，释放能量，C错误；
D．非金属元素形成的共价化合物中，原子的最外层电子数除了2或8外，像一氧化碳、一氧化氮、二氧化硫等均不符合2或8电子结构，D正确；
答案为C。
3．（2022秋·海南海口·高三校考阶段练习）的原子结构示意图为，下列关于的描述正确的是
A．位于第五周期，第Ⅴ族 B．属于金属元素
C．酸性： D．稳定性：
【答案】D
【解析】A．周期数等于电子层数，主族元素最外层电子数等于主族序数，电子层数是4，最外层5个电子，所以As位于第四周期，第ⅤA族，故A错误；
B．As是非金属元素，故B错误；
C．非金属性越强最高价氧化物对应水化物的酸性越强，非金属性：P＞As，所以酸性：H3AsO4＞H3PO4，故C错误；
D．非金属性越强氢化物越稳定，非金属性：P＞As，所以稳定性：AsH3＜PH3，故D正确；
故选D。
4．（2022秋·重庆沙坪坝·高二重庆八中校考阶段练习）下列关于原子结构及元素周期表说法错误的是
A．第ⅡA族基态原子最外层电子排布均为
B．第三、第四周期同主族元素的原子序数均相差8
C．第四周期ⅡA族与ⅢA族元素的原子序数相差11
D．除第一周期外，其余各周期的原子核外电子排布总是从ns开始，以np结束
【答案】B
【解析】A．ⅡA族基态原子最外层电子排布均为ns2，故A正确；
B．第三、第四周期同主族元素的原子序数ⅠA、ⅡA均相差8，ⅢA-0族均相差18，故B错误；
C．第四周期ⅡA族与ⅢA族元素的原子序数相差11，故C正确；
D．第一周期只有两种元素，以1S1开始，1S2结束，其余各周期的原子核外电子排布总是从ns开始，以np结束，故D正确；
故答案选：B。
5．（2022秋·辽宁·高二校联考阶段练习）1817年，瑞典的贝采利乌斯从硫酸厂的铅室底部的红色粉状物质中制得硒。硒在元素周期表中的数据如图所示，下列关于硒元素及其基态原子的说法错误的是
A．属于非金属元素 B．位于周期表p区
C．有34种不同运动状态的电子 D．价层电子排布式为3d104s24p4
【答案】D
【分析】硒元素原子的核电荷数为34，核外电子排布为：1s22s22p63s23p63d104s24p4。
【解析】A．硒元素位于元素周期表第四周期第VIA族，是非金属元素，A正确；
Ｂ．硒元素位于元素周期表第四周期第VIA族，位于周期表p区，B正确；
Ｃ．硒原子核外有34个电子，则有34种不同运动状态的电子，C正确；
Ｄ．硒原子的价电子排布式为，D错误。
答案选D。
6．（2022春·高二单元测试）2017年5月9日，我国正式向社会发布113号、115号、117号、118号元素的中文名称。至此，全部完成了1～118号元素的中文命名。已知115号元素的中文名为“镆”，它有多种原子，如、等。下列说法正确的是
A．和的化学性质几乎相同
B．Mc位于周期表的第七周期第ⅥA族
C．基态Mc原子核外电子共占据7个能级
D．在周期表中，假设第八周期按照现有规则填满，则115号元素正下方的将是147号元素
【答案】A
【解析】A． Mc 和 Mc 属于同一种元素，化学性质相同，A正确；
B．Mc为第115号元素，位于元素周期表的第七周期VA族，B错误；
C．Mc为第115号元素，[Rn]5f146d107s27p3，C错误；
D．按照现有规则，第八周期的元素种类数应为50种，则115号元素的正下方应为165号元素，D错误；
故选A。
7．（2022秋·湖北襄阳·高二襄阳市第一中学校考阶段练习）下列说法正确的是
A．最外层电子数为的元素都在元素周期表第2列
B．在元素周期表中，d区和ds区的元素都是金属元素
C．处于最低能量的原子叫做基态原子，过程中形成的是发射光谱
D．某元素+3价离子电子排布式为，该元素位于周期表中第四周期IIIB族
【答案】B
【解析】A．He的最外层电子数为在元素周期表第18列，A错误；
B．在元素周期表中，d区和ds区的元素都是过渡金属元素，B正确；
C．处于最低能量的原子叫做基态原子，过程前后都是基态的，该过程中没有发生电子跃迁，不会形成发射光谱，C错误；
D．某元素+3价离子电子排布式为，则该元素是26Fe，位于周期表中第四周期Ⅷ族，D错误；
答案选B。
【关键能力提升练】
8．（2022秋·天津南开·高三统考期中）下列说法正确的是
A．元素周期表中位于金属和非金属分界线附近的元素属于过渡元素
B．原子最外层电子数为2的元素一定处于周期表第IIA族
C．同主族元素含氧酸的酸性随核电荷数的增加而减弱
D．同周期中金属性最强的元素是IA族的金属元素
【答案】D
【解析】A．过渡元素是元素周期表中所有的副族及VIII族元素，A错误；
B．锰、铁和锌等过渡元素最外层电子数也为2，B错误；
C．同主族元素最高价的含氧酸的酸性随核电荷数的增加而减弱，C错误；
D．同周期中从左到右金属性逐渐减弱，故金属性最强的元素是IA族的金属元素，D正确；
故选D。
9．（2022春·山东菏泽·高一山东省鄄城县第一中学校考期末）下列关于元素周期表知识的说法正确的是
A．元素周期表的第一列都是碱金属元素
B．共有18个族，IIIB族含元素种类最多
C．在金属元素与非金属元素的交界处寻找半导体材料
D．某元素原子最外电子层上只有两个电子，该元素一定是IIA族元素
【答案】C
【解析】A．元素周期表中第一列的氢元素不是碱金属元素，A错误；
B．元素周期表有7个主族，7个副族，1个0族和一个Ⅷ族，共16个族，B错误；
C．金属元素和非金属元素交界处的元素具有金属性、非金属性，可用作半导体材料，C正确；
D．He元素最外层电子数为2，但是其为零族元素，D错误；
故答案选C。
10．（2022·山西大同·高二统考期末）2006年，科学家以钙离子撞击锎(Cf)靶，产生了一种超重元素Og，其反应可表示为： Cf+Ca→Og+3n。下列说法不正确的是
A．n表示氢元素的一种核素
B．Cf原子的中子数为155
C．Og位于第七周期0族
D．Og可能和稀有气体元素性质相似
【答案】A
【解析】A．n表示中子，不是氢元素的一种核素，A不正确；
B．Cf原子的中子数为249-94=155，B正确；
C．Og的质子数是118，原子序数为118，位于第七周期0族，C正确；
D．Og的质子数是118，原子序数为118，位于第七周期0族，和稀有气体同族，可能和稀有气体元素性质相似，D正确；
故选A。
11．（2022秋·河北邢台·高二邢台一中校考阶段练习）下列有关元素周期表的说法正确的是
A．按照核外电子排布，可把元素周期表划分为s、 p、d、 f四个区
B．元素周期表中，氟元素的电负性最大，第一电离能也最大
C．元素周期表的各个周期总是从ns能级开始，以np能级结束
D．元素周期表中，从第IIIB族到第IIB族的10个纵列的元素全都是金属元素
【答案】D
【解析】A.按核外电子排布可将元素周期表分为s区、p区、d区、f区、ds区，A错误；
B.同一主族从上到下，电负性逐渐减小，同一周期从左到右，电负性逐渐增大，所以氟的电负性最大。同周期从左往右，核电荷数逐渐增大，原子半径逐渐减小，核对外层电子的有效吸引依次增强，第一电离能增强，同主族元素自上而下，核外电子层逐渐增多，原子半径逐渐增大，原子越来越容易失去电子，第一电离能减小，氦元素的第一电离能最大，B错误；
C.元素周期表的各个周期总是从ns能级开始，不一定np能级结束，如第一周期从1s能级开始，以1s能级结束，C错误；
D.元素周期表中从IIIB族到IIB族10个纵行的元素都是过渡元素，过渡元素全部为金属元素，D正确；
故选D。
12．（2022秋·河北唐山·高二开滦第一中学校考阶段练习）如表是元素周期表的一部分，表中所列的字母分别代表一种化学元素。
下列关于元素在周期表中的位置的叙述正确的是
A．K位于元素周期表中第四周期第IB族，属于ds区元素
B．J位于元素周期表中第四周期第IVB族，属于d区元素
C．F位于元素周期表中第三周期第IIA族，属于s区元素
D．I位于元素周期表中第三周期第VIIIA族，属于ds区元素
【答案】AC
【分析】根据图中元素周期表可知，A为Li，B为Be，C为C，D为N，E为Na，F为Mg，G为Al，H为S，I为Cl，J为Cr，K为Cu，M为Br，L为Ba。
【解析】A．K位于元素周期表中第四周期第ⅠB族，属于ds区元素，A正确；
B．J位于元素周期表中第四周期第ⅥB族，属于d区元素，B错误；
C．F位于元素周期表中第三周期第ⅡA族，属于s区元素，C正确；
D．I位于元素周期表中第三周期第ⅦA族，属于p区元素，D错误；
故答案选AC。
13．（2022秋·四川·高二统考学业考试）下表列出了①~④四种元素在周期表中的位置．
族 周期 IA IIA IIIA IVA VA VIA VIIA 0
2 ①
3 ② ③
4 ④
回答下列问题：
(1)①的元素符号为_____________。
(2)②的基态原子电子排布式为__________________________。
(3)③和④中原子半径较大的是_____________(填元素符号)。
(4)如图是③原子中s电子和p电子的电子云轮廓图。s电子的电子云形状为_____________形；每个p能级都有_____________个相互垂直的电子云。
【答案】(1)O
(2)[Ne]3s1
(3)Br
(4) 球 3
【分析】①是第二周期第VIA族元素，所以①是O；②是第三周期第IA族元素，所以②是Na；③是第三周期第VIIA族元素，所以③是Cl；④是第四周期第VIIA族元素，所以④是Br，依次作答。
【解析】（1）①是第二周期第VIA族元素，所以①是O；
（2）②是第三周期第IA族元素，所以②是Na，②的基态原子电子排布式[Ne]3s1；
（3）根据分析可知③是Cl，④是Br，根据同主族元素，从上到下，原子半径依次增加，所以Br>Cl；
（4）ns能级各有1个轨道，np能级各有3个轨道，s电子的原子轨道都是球形的，p电子的原子轨道都是哑铃形的，每个p能级有3个原子轨道，它们相互垂直，分别以px、py、pz表示。
14．（2021秋·山东威海·高二校考期中）原子结构与元素周期表存在着内在联系。根据已学知识，请你回答下列问题：
(1)指出31号元素镓(Ga)在元素周期表中的位置：_______周期_______族。
(2)X原子在第二电子层上只有一个空轨道，则X是_______；其轨道表示式为_______。
(3)被誉为“21世纪的金属”的钛(Ti)元素原子的价电子排布式为：_______。
(4)写出原子序数最小的Ⅷ族元素原子的核外电子排布式：_______。
(5)写出3p轨道上有2个未成对电子的元素符号：_______。
(6)日常生活中广泛应用的不锈钢，在其生产过程中添加了某种元素，该元素的价电子排布式为3d54s1，该元素的名称为：_______。
【答案】(1) 四 ⅢA
(2) C
(3)
(4)
(5)Si或S
(6)铬
【解析】（1）由31-2-8-8=13，所以31号元素在周期表中的位置为：第四周期第ⅢA族；
（2）X原子在第二电子层上只有一个空轨道，价电子排布式为：，则X为C元素，轨道表示式为：；
（3）钛元素为22号，价电子排布式为：；
（4）原子序数最小的Ⅷ族元素为铁元素，核外电子数为26，核外电子排布式为：；
（5）3p轨道上有2个未成对电子，则其外围电子排布式为：或，若外围电子为，为Si；若外围电子为：，为S。
（6）该元素的价电子排布式为，电子排布式为[Ar]，可知该元素的原子序数为24，该元素为铬。
【学科素养拔高练】
15．（2022春·云南玉溪·高二校考开学考试）已知元素周期表中共有18纵行。如图所示实线表示元周期表的边界，按电子排布，可把元素周期表划分为s区、p区、d区、ds等，除ds区外，其他区的名称均按构造原理最后填入电子的能级符号来命名。
(1)请在图中用实线画出s区、p区、d区、ds区的边界线，并标记分区_____。
(2)有的同学受这种划分的启示，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)请在元素周期表中标出4s轨道半充满的元素(用元素符号表示) _____。
(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。现在第七周期已经排满，则元素周期表共可以排布___________种元素。
【答案】(1)；
(2)ds；
(3)K、Cr、Cu；
(4)Fe的价电子排布式为3d64s2，Fe2＋和Fe3＋的价电子排布式分别为3d6、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；
【分析】结合原子结构的填充规则，且特别注意部分元素的全充满或全充满状态，据此解答。
【解析】（1）ⅠA、ⅡA族最后填充s电子，为s区；ⅢA～零族为p区，第ⅢB～ⅤⅡB族和第ⅤⅢ为d区；ⅠB和ⅡB族为ds区；
（2）d区内6、7纵行的部分元素，d轨道半满，s电子半满或全满，为稳定结构，与ds区元素的稳定结构相似，则可以排在ds区；
（3）K的外围电子排布为3d64s1，为4s轨道半充满；Cr的外围电子排布为3d54s1，为4s轨道半充满；Cu的外围电子排布为3d104s1，为4s轨道半充满，所以4s轨道半满的为K、Cr、Cu；
（4）Fe的价电子排布式为3d64s2，Fe2+和Fe3+的价电子排布式分别为3d6、3d5，依据“能量相同的轨道处于全空、半充满和全充满时能量最低”的原则，3d5处于半充满状态，结构更稳定，故Fe3+比Fe2+稳定；
（5）各周期元素数目依次为2、8、8、18、18、32、32（如果第七周期排满），则惰性气体原子序数依次为2、2+8=10、10+8=18、18+18=36、36+18=54、54+32=86、86+32=118。考点3 原子结构与元素周期表
【核心考点梳理】
一、元素周期律、元素周期系和元素周期表
1．元素周期律：元素的性质随元素原子的核电荷数递增发生周期性递变。
2．元素周期系：元素按其原子核电荷数递增排列的序列。
3．元素周期表：呈现周期系的表格，元素周期系只有一个，元素周期表多种多样。
4．三张有重要历史意义的周期表
(1)门捷列夫周期表
门捷列夫周期表又称短式周期表，重要特征是从第四周期开始每个周期截成两截，第1～7族分主副族，第八族称为过渡元素。
(2)维尔纳周期表
维尔纳周期表是特长式周期表，每个周期一行，各族元素、过渡金属、稀有气体、镧系和锕系，各有各的位置，同族元素上下对齐，它确定了前五个周期的元素种类。
(3)玻尔元素周期表
玻尔元素周期表特别重要之处是把21～28、39～46等元素用方框框起，这说明他已经认识到，这些框内元素的原子新增加的电子是填入内层轨道的，他已经用原子结构解释元素周期系了，玻尔元素周期表确定了第六周期为32种元素。
【典型例题】
例1．（2023秋·上海徐汇·高三上海市西南位育中学校考期末）主族元素R的原子最外层电子排布为ns2np2。下列说法正确的是
A．一定位于第VIA族 B．最简单氢化物一定是RH4
C．一定位于第2周期 D．含氧酸一定是H2RO3
例2．（2023秋·湖北恩施·高一校考期末）在周期表中，“相临”元素即同周期左右紧挨，或同主族上下紧挨，下列元素与第三周期第ⅥA族元素不一定相临的是
A．电子总数是最内层电子数4倍的元素
B．最外层电子数是最内层电子数2.5倍的主族元素
C．最外层电子数是次外层电子数0.5倍的主族元素
D．质子数为34的元素
二、构造原理与元素周期表
1．元素周期表的基本结构
(1)周期元素种数的确定
第一周期从1s1开始，以1s2结束，只有两种元素。其余各周期总是从ns能级开始，以np结束，从ns能级开始以np结束递增的核电荷数(或电子数)就等于每个周期里的元素数目。
周期 ns～np 电子数 元素数目
一 1s1～2 2 2
二 2s1～22p1～6 8 8
三 3s1～23p1～6 8 8
四 4s1～23d1～104p1～6 18 18
五 5s1～24d1～105p1～6 18 18
六 6s1～24f1～145d1～106p1～6 32 32
七 7s1～25f1～146d1～107p1～6 32 32
(2)元素周期表的形成
若以一个方格代表一种元素，每个周期排一个横排，并按s、p、d、f分段，左侧对齐，可得到如下元素周期表：
若将p段与p段对齐，d段与d段对齐、f段单独列出，将2s2与p段末端对齐，则得到书末的元素周期表
2．元素周期表探究
(1)元素周期表的结构
(2)元素周期表的分区
①根据核外电子的排布分区
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 4个区，而ⅠB、ⅡB族这2个纵行的元素的核外电子因先填满了(n－1)d能级而后再填充ns能级而得名ds区。5个区的位置关系如下图所示。
②根据元素的金属性和非金属性分区
3．元素的对角线规则
(1)在元素周期表中，某些主族元素与其右下方的主族元素(如图)的有些性质是相似的(如锂和镁在过量的氧气中燃烧均生成正常氧化物，而不是过氧化物)，这种相似性被称为“对角线规则”。
(2)处于“对角线”位置的元素，它们的性质具有相似性。
实例分析：
①锂和镁的相似性
a．锂与镁的沸点较为接近：
元素 Li Na Be Mg
沸点/℃ 1 341 881.4 2 467 1 100
b.锂和镁在氧气中燃烧时只生成对应的氧化物，并且Li2O和MgO与水反应都十分缓慢。
4Li＋O22Li2O、2Mg＋O22MgO。
c．锂和镁与水的反应都十分缓慢，并且生成的氢氧化物难溶于水，附着于金属表面阻碍反应的进行。
d．锂和镁都能直接与氮气反应生成相应的氮化物Li3N和Mg3N2。
e．锂和镁的氢氧化物在加热时，可分解为Li2O、H2O和MgO、H2O。
f．在碱金属的氟化物、碳酸盐和磷酸盐中，只有锂盐是难溶于水的，相应的镁盐也难溶于水。
②铍和铝的相似性
a．铍与铝都可与酸、碱反应放出氢气，并且铍在浓硝酸中也发生钝化。
b．二者的氧化物和氢氧化物都既能溶于强酸又能溶于强碱溶液：
Al(OH)3＋3HCl===AlCl3＋3H2O，Al(OH)3＋NaOH===NaAlO2＋2H2O；
Be(OH)2＋2HCl===BeCl2＋2H2O，Be(OH)2＋2NaOH===Na2BeO2＋2H2O。
c．二者的氧化物Al2O3和BeO的熔点和硬度都很高。
d．BeCl2和AlCl3都是共价化合物，易升华。
③硼和硅的相似性
a．自然界中B与Si均以化合物的形式存在。
b．B与Si的单质都易与强碱反应，且不与稀酸反应：2B＋2KOH＋2H2O===2KBO2＋3H2↑，Si＋2KOH＋H2O===K2SiO3＋2H2↑。
c．硼烷和硅烷的稳定性都比较差，且都易水解。
d．硼和硅的卤化物的熔、沸点比较低，易挥发，易水解。
【典型例题】
例1．（2023秋·北京西城·高二统考期末）下列说法正确的是
A．2p、3p、4p能级的轨道数依次增多
B．所有非金属元素都分布在p区
C．最外层电子数为2的元素都分布在s区
D．元素周期表中从第IIIB族到第IIB族的10个纵列的元素都是金属元素
例2．（2022秋·重庆沙坪坝·高二重庆八中校考阶段练习）2017年5月9日中国科学院正式向社会发布113号、115号、117号和118号元素的中文名称。已知117号元素有多种原子，如、等。下列说法正确的是
A．和的化学性质完全不同
B．Ts位于周期表的第七周期ⅦA族
C．在Ts原子中，最后填入电子的轨道能级符号是f，故Ts位于周期表的f区
D．在周期表中，假设第八周期按现有规则填满，则117号元素的正下方是149号元素
例3．（2022春·山东菏泽·高一山东省鄄城县第一中学校考期末）已知下列元素基态原子的核外电子排布,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:
【核心归纳】 根据原子结构特征判断元素在元素周期表中的位置
电子排布式价电子排布式
【必备知识基础练】
1．（2023·天津南开·高一天津市第九中学校考期末）下列不属于主族元素的是
A．H B．K C．P D．He
2．（2022秋·辽宁沈阳·高二东北育才学校校考期末）下列说法不正确的是
A．某外围电子排布为基态原子，该元素位于周期表中第六周期第IIIB族
B．在元素周期表中，d区和ds区的元素都是金属元素
C．当碳原子的核外电子排布由 转变为 时，吸收能量，由基态转化成激发态
D．非金属元素形成的共价化合物中，原子的最外层电子数不一定是2或8
3．（2022秋·海南海口·高三校考阶段练习）的原子结构示意图为，下列关于的描述正确的是
A．位于第五周期，第Ⅴ族 B．属于金属元素
C．酸性： D．稳定性：
4．（2022秋·重庆沙坪坝·高二重庆八中校考阶段练习）下列关于原子结构及元素周期表说法错误的是
A．第ⅡA族基态原子最外层电子排布均为
B．第三、第四周期同主族元素的原子序数均相差8
C．第四周期ⅡA族与ⅢA族元素的原子序数相差11
D．除第一周期外，其余各周期的原子核外电子排布总是从ns开始，以np结束
5．（2022秋·辽宁·高二校联考阶段练习）1817年，瑞典的贝采利乌斯从硫酸厂的铅室底部的红色粉状物质中制得硒。硒在元素周期表中的数据如图所示，下列关于硒元素及其基态原子的说法错误的是
A．属于非金属元素 B．位于周期表p区
C．有34种不同运动状态的电子 D．价层电子排布式为3d104s24p4
6．（2022春·高二单元测试）2017年5月9日，我国正式向社会发布113号、115号、117号、118号元素的中文名称。至此，全部完成了1～118号元素的中文命名。已知115号元素的中文名为“镆”，它有多种原子，如、等。下列说法正确的是
A．和的化学性质几乎相同
B．Mc位于周期表的第七周期第ⅥA族
C．基态Mc原子核外电子共占据7个能级
D．在周期表中，假设第八周期按照现有规则填满，则115号元素正下方的将是147号元素
7．（2022秋·湖北襄阳·高二襄阳市第一中学校考阶段练习）下列说法正确的是
A．最外层电子数为的元素都在元素周期表第2列
B．在元素周期表中，d区和ds区的元素都是金属元素
C．处于最低能量的原子叫做基态原子，过程中形成的是发射光谱
D．某元素+3价离子电子排布式为，该元素位于周期表中第四周期IIIB族
【关键能力提升练】
8．（2022秋·天津南开·高三统考期中）下列说法正确的是
A．元素周期表中位于金属和非金属分界线附近的元素属于过渡元素
B．原子最外层电子数为2的元素一定处于周期表第IIA族
C．同主族元素含氧酸的酸性随核电荷数的增加而减弱
D．同周期中金属性最强的元素是IA族的金属元素
9．（2022春·山东菏泽·高一山东省鄄城县第一中学校考期末）下列关于元素周期表知识的说法正确的是
A．元素周期表的第一列都是碱金属元素
B．共有18个族，IIIB族含元素种类最多
C．在金属元素与非金属元素的交界处寻找半导体材料
D．某元素原子最外电子层上只有两个电子，该元素一定是IIA族元素
10．（2022·山西大同·高二统考期末）2006年，科学家以钙离子撞击锎(Cf)靶，产生了一种超重元素Og，其反应可表示为： Cf+Ca→Og+3n。下列说法不正确的是
A．n表示氢元素的一种核素
B．Cf原子的中子数为155
C．Og位于第七周期0族
D．Og可能和稀有气体元素性质相似
11．（2022秋·河北邢台·高二邢台一中校考阶段练习）下列有关元素周期表的说法正确的是
A．按照核外电子排布，可把元素周期表划分为s、 p、d、 f四个区
B．元素周期表中，氟元素的电负性最大，第一电离能也最大
C．元素周期表的各个周期总是从ns能级开始，以np能级结束
D．元素周期表中，从第IIIB族到第IIB族的10个纵列的元素全都是金属元素
12．（2022秋·河北唐山·高二开滦第一中学校考阶段练习）如表是元素周期表的一部分，表中所列的字母分别代表一种化学元素。
下列关于元素在周期表中的位置的叙述正确的是
A．K位于元素周期表中第四周期第IB族，属于ds区元素
B．J位于元素周期表中第四周期第IVB族，属于d区元素
C．F位于元素周期表中第三周期第IIA族，属于s区元素
D．I位于元素周期表中第三周期第VIIIA族，属于ds区元素
13．（2022秋·四川·高二统考学业考试）下表列出了①~④四种元素在周期表中的位置．
族 周期 IA IIA IIIA IVA VA VIA VIIA 0
2 ①
3 ② ③
4 ④
回答下列问题：
(1)①的元素符号为_____________。
(2)②的基态原子电子排布式为__________________________。
(3)③和④中原子半径较大的是_____________(填元素符号)。
(4)如图是③原子中s电子和p电子的电子云轮廓图。s电子的电子云形状为_____________形；每个p能级都有_____________个相互垂直的电子云。
14．（2021秋·山东威海·高二校考期中）原子结构与元素周期表存在着内在联系。根据已学知识，请你回答下列问题：
(1)指出31号元素镓(Ga)在元素周期表中的位置：_______周期_______族。
(2)X原子在第二电子层上只有一个空轨道，则X是_______；其轨道表示式为_______。
(3)被誉为“21世纪的金属”的钛(Ti)元素原子的价电子排布式为：_______。
(4)写出原子序数最小的Ⅷ族元素原子的核外电子排布式：_______。
(5)写出3p轨道上有2个未成对电子的元素符号：_______。
(6)日常生活中广泛应用的不锈钢，在其生产过程中添加了某种元素，该元素的价电子排布式为3d54s1，该元素的名称为：_______。
【学科素养拔高练】
15．（2022春·云南玉溪·高二校考开学考试）已知元素周期表中共有18纵行。如图所示实线表示元周期表的边界，按电子排布，可把元素周期表划分为s区、p区、d区、ds等，除ds区外，其他区的名称均按构造原理最后填入电子的能级符号来命名。
(1)请在图中用实线画出s区、p区、d区、ds区的边界线，并标记分区_____。
(2)有的同学受这种划分的启示，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)请在元素周期表中标出4s轨道半充满的元素(用元素符号表示) _____。
(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。现在第七周期已经排满，则元素周期表共可以排布___________种元素。
