(共67张PPT)
第1课时 原子结构与元素周期表
目 标 素 养
1.能从原子价层电子数目和价层电子排布的角度解释元素周期表的分区、周期和族的划分。形成宏观辨识与微观探析、证据推理与模型认知的化学学科核心素养。
2.认识元素的原子半径、第一电离能、电负性等元素性质的周期性变化,知道原子核外电子排布呈周期性变化是导致元素性质周期性变化的原因。形成证据推理与模型认知、科学探究与创新意识的化学学科核心素养。
3.了解元素周期表、元素周期律的应用价值。
知 识 概 览
一、元素周期律、元素周期系和元素周期表
1.元素周期律:元素的性质随原子序数 递增 而呈周期性的变化。
2.元素周期系:元素按其 原子序数 (即原子核电荷数)递增排列的序列称为元素周期系。
3.元素周期表:呈现元素周期系的表格。
微提醒
元素周期系只有一个,元素周期表多种多样。阅读教材中的“科学史话”,了解三张有重要历史意义的周期表:门捷列夫周期表、维尔纳的特长式周期表、玻尔元素周期表。
二、构造原理与元素周期表
1.核外电子排布与周期的划分。
(1)核外电子排布与周期划分的本质联系:
第一周期从 1s1 开始,以 1s2 结束,其余各周期总是从 ns 开始,以 np 结束。
(2)规律:本周期的元素数=对应能级组最多可容纳的电子数。
微思考1教材书末的元素周期表共有几个周期 写出每个周期开始元素和结尾元素基态原子最外层电子的排布通式。思考为什么第一周期结尾元素的电子排布跟其他周期不同
提示:现行元素周期表包含118种元素,共有7个周期。每个周期的开始元素基态原子最外层电子的排布通式为ns1,结尾元素的最外层电子的排布通式为ns2np6(第一周期为1s2)。因为第一周期只有1s一个能级,最多可容纳2个电子,而其他周期元素的最外层有ns、np两个能级,最多可排8个电子,所以第一周期结尾元素的电子排布跟其他周期不同。
2.核外电子排布与族的划分。
(1)族的划分依据:取决于基态原子的价层电子数目和价层电子排布。
(2)特点:在教材书末的元素周期表中,同族元素价层电子数相同,这是同族元素性质相似的结构基础。
第ⅠA族元素的基态原子价层电子排布式为 ns1 ;稀有气体元素的基态原子价层电子排布式为 ns2np6 (He为1s2)。
微训练1某元素+2价离子的电子排布式为1s22s22p63s23p6,该元素在周期表中的位置是( )。
A.第三周期第ⅡA族 B.第三周期第Ⅷ族
C.第四周期第ⅡA族 D.第四周期第Ⅷ族
答案:C
解析:某元素+2价离子的电子排布式为1s22s22p63s23p6,则对应基态原子的电子排布式为1s22s22p63s23p64s2,最高能层为第4层,价电子数为2,则该元素位于第四周期第ⅡA族。
3.根据元素的金属性和非金属性分区。
元素周期表中的非金属三角区
在元素周期表中,大多数金属元素基态原子的最外层电子数比较少,一般不超过2个,占据周期表左下和中间的大部分区域,而非金属元素主要集中在周期表右上角三角区内。
微思考2为什么在元素周期表中非金属主要集中在右上角三角区内 为什么处于金属与非金属分界线附近的元素常被称为半金属或类金属
提示:这是由元素原子的价电子层结构和元素周期表中元素性质的递变规律决定的。在元素周期表中,同周期主族元素从左到右非金属性逐渐增强,金属性逐渐减弱;同主族元素从上到下非金属性逐渐减弱,金属性逐渐增强,结果使元素周期表左下方区域内的元素主要表现出金属性,右上角三角区域内的元素主要表现出非金属性。处于金属与非金属分界线附近的元素既能表现出一定的金属性,又能表现出一定的非金属性,故称为半金属或类金属。
4.根据核外电子排布对元素周期表的分区。
(1)按核外电子排布,把元素周期表里的元素划分成5个区,即s、p、d、f、ds 区,其中全部为金属元素的是 d、ds 区。
(2)元素周期表共有 16 个族,其中s区包括 ⅠA、ⅡA 族,p区包括 ⅢA~ⅦA、0 族,d区包括 ⅢB~ⅦB、Ⅷ 族(镧系、锕系除外),ds区包括 ⅠB、ⅡB 族,f区包括 镧系、锕系元素。
微判断
(1)s区元素都是金属元素,p区元素都是非金属元素。( )
(2)当某元素的 时,该元素是金属元素。( )
(3)s区和p区的元素都是主族元素。( )
×
×
×
微训练2下列有关元素周期表分区的说法错误的是( )。
A.p区不包含副族元素
B.第五周期有15种f区元素
C.d区、ds区均不存在非金属元素
D.s区所有元素的p能级电子均为全满或全空状态
答案:B
解析:p区元素包含第ⅢA族至第ⅦA族和零族,所以p区不包含副族元素,故A项正确;f区元素包含镧系元素和锕系元素,第五周期中不存在镧系元素和锕系元素,所以第五周期中没有f区元素,故B项错误;d区、ds区的元素均为过渡金属元素,所以d区、ds区均不存在非金属元素,故C项正确;s区元素包括第ⅠA族和第ⅡA族,最外层电子分别为ns1和ns2,s区所有元素的p能级电子均为全满或全空状态,故D项正确。
5.对角线规则。
在元素周期表中,某些主族元素与右下方的主族元素(如图)的有些性质是相似的,被称为对角线规则。例如:
(1)锂和镁在过量氧气中燃烧都生成普通氧化物,
产物的化学式分别为 Li2O 、 MgO 。
(2)铍和铝的氧化物、氢氧化物都有两性。写出氢氧化铝与氢氧化钠溶液反应的化学方程式:
Al(OH)3+NaOH═Na[Al(OH)4] 。
(3)硼和硅的最高价氧化物的水化物都是弱酸。
问题探究
元素的存在与原子结构的稳定性有关,特别是与原子核的稳定性有关。人们发现,从钋(原子序数84)之后的元素都是放射性元素,从镅(原子序数95)之后的元素都是用人工方法合成的元素。物理学家根据原子核结构理论计算,认为周期系最后可能出现的是原子序数为175的元素。目前已完成第七周期(0族元素的原子序数为118),若未来出现第八、第九周期,原子中的电子依次填充新的能级5g和6g。依照已有的填充规律,可以推知g能级最多能容纳18个电子。
能级 s p d f g
最多可容纳电子数 2 6 10 14 18
(1)根据材料信息可以推测,第八、第九周期排满将各有多少种元素
提示:第八、第九周期都排满后将比第七周期各增加18种元素,达到50种元素,是超长周期。
(2)预测119号元素在元素周期表中的位置及其性质。
提示:119号元素位于第八周期第ⅠA族,属于碱金属元素,具有碱金属元素的通性,且金属性强于其他的碱金属元素。
归纳总结
1.元素周期系的形成。
2.核外电子排布与周期的划分。
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 对应能级组最多
可容纳电子数 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 32 32
3.核外电子排布与族的划分。
(1)主族元素基态原子的最外层电子数=该元素在元素周期表中的主族序数。
族序数 ⅠA ⅡA ⅢA ⅣA ⅤA ⅥA ⅦA
最外层电子排布式 ns1 ns2 ns2np1 ns2np2 ns2np3 ns2np4 ns2np5
列序数 1 2 13 14 15 16 17
最外层电子数 1 2 3 4 5 6 7
同主族元素基态原子的最外层电子数完全相同,全部排布在ns或ns、np能级上。
(2)稀有气体元素基态原子的最外层电子排布为1s2或ns2np6。
(3)过渡元素(除镧系、锕系、第Ⅷ族元素外,以第四周期为例)。
副族元素 21Sc 22Ti 23V 24Cr 25Mn 29Cu 30Zn
族序数 ⅢB ⅣB ⅤB ⅥB ⅦB ⅠB ⅡB
价层电子排布式 3d14s2 3d24s2 3d34s2 3d54s1 3d54s2 3d104s1 3d104s2
价电子数目 3 4 5 6 7 — —
过渡元素(镧系、锕系除外)同一纵列原子的价层电子数相同,ⅢB~ⅦB族元素原子的价层电子数与族序数相同,第ⅠB、ⅡB族和第Ⅷ族元素的价层电子数与族序数不相同,但第ⅠB、ⅡB族元素基态原子的最外层电子数与族序数相同;第Ⅷ族中元素的价层电子数与其纵列序数相同。
(4)价层电子排布与元素的最高正化合价关系的一般规律。
①当主族元素原子失去(或偏离)全部价电子后,表现出该元素的最高正化合价,最高正化合价=主族序数(O、F除外)。
②第ⅢB~ⅦB族元素原子可失去ns和(n-1)d轨道上的全部电子,所以最高正化合价=族序数。
③第Ⅷ族元素原子可失去最外层的s电子和次外层的部分(n-1)d电子,所以最高正化合价一般低于族序数(8),只有Ru和Os可表现+8价。
④第ⅠB族元素原子可失去ns1电子和部分(n-1)d电子,所以第ⅠB族的族序数<最高正化合价,第ⅡB族元素原子只失去ns2电子,族序数=最高正化合价。
典例剖析
【例1】 某元素的原子序数为29,请回答下列问题。
(1)此元素原子的电子总数是 。
(2)此元素基态原子有 个能层,有 个能级。
(3)此元素基态原子的价层电子排布式是 。
(4)此元素位于第 周期第 族。
(5)此元素基态原子有 个未成对电子。
答案:(1)29 (2)4 7 (3)3d104s1 (4)四 ⅠB (5)1
解析:根据核外电子排布原理,该元素基态原子的电子排布式应为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4个能层,所以为第四周期元素,有7个能级,价层电子排布式为3d104s1,位于第ⅠB族。价层电子的轨道表示式为 ,有1个未成对电子。
规律总结
最外层电子排布与元素周期表的关系。 (1)原子的能层数=能级中最高能层序数=周期序数(Pd除外)。 (2)主族元素基态原子的价层电子数=最外层电子数=主族序数。
学以致用
1.下列关于价层电子排布式为3d54s2的元素的说法不正确的是( )。
A.原子序数为25 B.价层电子数为7
C.位于第四周期第ⅦB族 D.位于第四周期第ⅤB族
答案:D
解析:根据价层电子排布式为3d54s2,则原子序数为25,价层电子数为7,故A、B两项正确;元素的最大电子层数为4,应位于元素周期表第四周期第ⅦB族,故C项正确,D项错误。
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
答案:B
解析:两种元素原子的电子层上全部都是s电子,电子排布可能为1s1或1s2或1s22s1或1s22s2,对应的分别是H、He、Li、Be,属于第一周期或第二周期,A项不符合题意。3p能级上只有1个空轨道的原子,电子排布式为1s22s22p63s23p2,对应的元素为硅元素。3p能级上只有1个未成对电子的原子,电子排布式为1s22s22p63s23p1(Al)或1s22s22p63s23p5(Cl),对应的元素都属于第三周期,B项符合题意。最外层电子排布为2s22p6的原子对应的元素是氖元素,属于第二周期元素;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,
因此不一定属于同一周期,C项不符合题意。原子核外的M层上的s、p能级上都填满了电子而d轨道未排电子的原子的核外电子排布为1s22s22p63s23p6、1s22s22p63s23p64s1或1s22s22p63s23p64s2,可能为Ar、K、Ca,因此不一定属于同一周期,D项不符合题意。
问题探究
仔细观察下图元素周期表片段,回答下列问题。
(1)Fe位于元素周期表中的哪个区 写出Fe2+、Fe3+的电子排布式,并判断两种离子哪种更稳定。
提示:Fe位于d区。Fe2+、Fe3+的电子排布式分别为1s22s22p63s23p63d6、1s22s22p63s23p63d5。由离子的电子排布式可知Fe3+的3d轨道“半充满”,其稳定性强于Fe2+。
(2)Zn位于元素周期表中的哪个区 在化合物中Zn为什么只表现+2价
提示:Zn位于ds区,Zn的基态原子的价层电子排布为3d104s2,失去最外层的4s能级的2个电子后,形成稳定的全满状态3d10,所以只表现+2价。
(3)为什么s区(除氢元素)、d区和ds区的元素都是金属元素
提示:s区(除氢元素)、d区和ds区的元素原子最外层电子数为1~2个(Pd除外),在反应中易失去电子,故都是金属元素。
归纳总结
1.根据核外电子的排布分区。
按照核外电子排布,可把元素周期表划分成s、p、d、f、ds 5个区,除ds区外,一般来说,各区的名称来自按构造原理最后填入电子的能级的符号,而第ⅠB族、第ⅡB族这2个纵列的元素的核外电子可理解为先填满了(n-1)d能级而后再填充ns能级,因而得名ds区。5个区的位置关系如下图所示:
元素周期表的分区
2.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(He为2)。
(3)副族:d区、ds区和f区。
①d区中[(n-1)d+ns]的电子数=族序数(第Ⅷ族元素为列序数)。
②ds区中(n-1)d的电子数为10,ns的电子数=族序数。
3.各区元素的位置、价层电子排布、元素种类及性质特点之间的关系。
分区 元素的位置 价层电子排布 元素种类及性质特点
s区 第ⅠA族、
第ⅡA族 ns1~2 价层电子最后排布在ns能级上,属于活泼金属(氢除外)
p区 第ⅢA~ⅦA族及0族元素 ns2np1~6(He为1s2) 价层电子最后排布在np能级上(He除外),为非金属元素、稀有气体元素或金属元素(少数)
分区 元素的位置 价层电子排布 元素种类及性质特点
d区 第ⅢB~ⅦB族(镧系、锕系除外)、第Ⅷ族 (n-1)d1~9ns1~2 (Pd为4d10) 价层电子最后排布在(n-1)d能级上,为过渡金属元素
ds区 第ⅠB族、
第ⅡB族 (n-1)d10ns1~2 可理解为价层电子先填满(n-1)d能级,而后再填充ns能级,为过渡金属元素
f区 镧系和锕系元素 (n-2)f0~14(n-1) d0~2ns2 镧系元素的化学性质相近;锕系元素的化学性质相近
典例剖析
【例2】 下表是元素周期表的一部分,表中所列的字母分别代表一种元素。结合元素周期表回答下列问题。
(1)写出基态时J元素原子的价层电子排布式: , N元素原子的价层电子排布式: 。
(2)下列关于元素在元素周期表中的位置以及元素原子的价层电子排布特点的有关叙述不正确的是 (填字母)。
A.L位于元素周期表中第五周期第ⅠA族,属于s区元素
B.O位于元素周期表中第七周期第Ⅷ族,属于d区元素
C.M的价层电子排布式为6s1,属于ds区元素
D.F所在族的价层电子排布式为ns2np2,属于p区元素
(3)某元素+2价离子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d9,则该元素位于第 族。
(4)根据构造原理,I元素原子价层电子占有 个轨道。
答案:(1)3d64s2 6s26p5 (2)C (3)ⅠB (4)4
解析:(1)基态时J元素原子的价层电子数是8,价层电子排布式为3d64s2;N元素原子的价层电子数是最外层电子数,为7,位于第六周期,价层电子排布式为6s26p5。
(2)由L的位置可知,L位于元素周期表中第五周期第ⅠA族,属于s区元素,故A项正确;由O的位置可知,O位于元素周期表中第七周期第Ⅷ族,属于d区元素,故B项正确;M位于第ⅠB族,价层电子排布式为5d106s1,属于ds区元素,故C项错误;F位于第ⅣA族,所在族的价层电子排布式为ns2np2,属于p区元素,故D项正确。
(3)某元素+2价离子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d9,则原子的价层电子排布式为3d104s1,则该元素位于第四周期第ⅠB族。
(4)I元素原子价层电子排布式为3d34s2,核外价层电子数为5,占有3个d轨道、1个4s轨道,共4个轨道。
学以致用
3.下列说法正确的是( )。
A.所有金属元素都分布在d区和ds区
B.元素周期表第ⅢB族到第ⅡB族10个纵列的元素都是金属元素
C.原子最外层电子数为2的元素都分布在s区
D.s区均为金属元素
答案:B
解析: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,A项错误;元素周期表中第ⅢB族到第ⅡB族10个纵列的元素都是金属元素,B项正确;原子最外层电子数为2的元素可以是第ⅡA族、第ⅡB族、He以及大多数d区的元素,C项错误;s区的氢元素为非金属元素,D项错误。
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.②③ B.①③
C.②④ D.①④
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符合题意;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,②不符合题意;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符合题意;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不符合题意。
1.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说法正确的是( )。
A.原子的价层电子排布式为ns2np1~6的元素一定是主族元素
B.基态原子的p能级上有4个电子的元素一定是第ⅥA族元素
C.原子的价层电子排布式为(n-1)d6~8ns2的元素属于ds区元素
D.基态原子的N层上有两个电子的元素一定是主族元素
答案:B
解析:若原子的价层电子排布式为ns2np6,则该元素为稀有气体元素,不是主族元素,故A项错误;基态原子的p能级有4个电子的元素,其价层电子排布式为ns2np4,一定是第ⅥA族元素,故B项正确;原子的价层电子排布式为(n-1)d6~8ns2的元素是第Ⅷ族元素,属于d区元素,故C项错误;基态原子的N层上有两个电子的元素,可能为Sc、Ti、V、Mn、Fe、Co、Ni、Zn,属于过渡元素,故D项错误。
2.闪烁着银白色光泽的金属钛(22Ti)因具有密度小、强度大、无磁性等优良的机械性能,被广泛地应用于军事、医学等领域,号称“崛起的第三金属”。已知钛有48Ti、49Ti、50Ti等核素,下列关于金属钛的叙述中不正确的是( )。
A.上述钛原子中,中子数不可能为22
B.钛元素在元素周期表中位于第四周期
C.钛的不同同位素在元素周期表中位于不同的位置
D.钛元素是d区的过渡元素
答案:C
解析:钛是第四周期第ⅣB族元素,其质子数为22。质子数相同而中子数不同的同一元素的不同原子互为同位素,它们在元素周期表中位于同一位置。
3.元素的分区以及元素在周期表中的位置与元素原子的结构密不可分。下列说法正确的是( )。
A.所有非金属元素都分布在p区
B.最后一个电子填入s能级的元素一定在s区
C.元素周期表中第ⅢB族~ⅡB族10个纵列的元素都是金属元素
D.所有半金属都是金属元素,分布在p区
答案:C
解析:元素周期表中大部分非金属元素都分布在p区,但氢元素分布在s区,A项错误;p区的He元素,最后一个电子填入s能级,B项错误;元素周期表中第ⅢB族~ⅡB族10个纵列的元素位于d区、f区或ds区,都是金属元素,C项正确;半金属元素在元素周期表中部,介于金属和非金属的过渡位置,包括硼、硅、锗、砷、锑、硒、碲、钋、砹9种元素,分布在p区,D项错误。
4.磷酸亚铁锂(LiFePO4)电极材料主要用于各种锂离子电池。下列说法正确的是( )。
A.Li位于元素周期表p区
B.Fe2+的价层电子轨道表示式为
C.基态P原子的未成对电子数为5
D.基态O原子核外电子占据的最高能级的电子云轮廓图是球形的
答案:B
解析:Li的价层电子排布式为2s1,位于元素周期表s区,故A项错误;Fe2+的价层电子排布式为3d6,价层电子轨道表示式为
,故B项正确;P原子的价层电子排布式为3s23p3,其未成对电子数为3,故C项错误;O原子核外电子排布式为1s22s22p4,占据的最高能级为2p,电子云轮廓图是哑铃形,故D项错误。
5.在研究原子核外电子排布与元素周期表的关系时,人们发现价层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,如图所示。
(1)在s区中,族序数最大、原子序数最小的元素,基态原子的价层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,常见基态离子的电子排布式为 ,其中较稳定的是 (填离子符号)。
(3)在ds区中,族序数最大、原子序数最小的元素,基态原子的价层电子排布式为 。
(4)在p区中,第二周期第ⅤA族元素基态原子价层电子的轨道表示式为 。
(5)当今常用于核能开发的元素是铀和钚,它们在 区中。
答案:(1)球形
(2)Fe2+:1s22s22p63s23p63d6,Fe3+:1s22s22p63s23p63d5 Fe3+
(3)3d104s2
(4)
(5)f
解析:(1)s区为第ⅠA族、第ⅡA族,符合条件的元素为Be,其基态原子的电子排布式为1s22s2,价层电子的电子云形状为球形。
(2)d区为第ⅢB族~第ⅦB族、第Ⅷ族,族序数最大且原子序数最小的为Fe,常见基态离子为Fe2+、Fe3+,电子排布式分别为1s22s22p63s23p63d6、1s22s22p63s23p63d5,由基态离子的电子排布式可知Fe3+的3d轨道半充满,其稳定性强于Fe2+。
(3)ds区符合条件的为Zn,其基态原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s2,价层电子排布式为3d104s2。
(4)该题中符合题意的元素为N,其基态原子的价层电子的轨道表示式为 。
(5)铀和钚均为锕系元素,位于f区。第1课时 原子结构与元素周期表
课后·训练提升
基础巩固
1.已知下列元素基态原子的最外层电子排布式,其中不一定能表示该元素为主族元素的是( )。
A.3s23p3 B.4s24p1
C.4s2 D.3s23p5
答案C
解析由元素基态原子的最外层电子排布式可知,3s23p3、4s24p1、3s23p5表示的元素均是处于元素周期表中p区的主族元素,4s2表示的元素可能是主族元素Ca,也可能是第四周期除Cr、Cu以外的过渡元素。
2.下列关于元素和元素周期表的叙述正确的是( )。
A.元素周期表包含元素最多的族是第Ⅷ族
B.质子数相同的粒子一定是同种元素
C.第ⅠA族元素与第ⅥA族元素间形成的化合物可能有多种
D.用中文“镆”命名的第115号元素在元素周期表中位于第七周期第14列
答案C
解析镧系和锕系中含有多种元素,故元素周期表包含元素最多的族是第ⅢB族,共32种元素,故A项错误;质子数相同的粒子不一定是同种元素,如H2O和Ne,都含10个质子,却不是同种元素,故B项错误;第ⅠA族元素如H、Na与第ⅥA族元素如O,可形成H2O、H2O2、Na2O、Na2O2,故C项正确;用中文“镆”命名的第115号元素在周期表中位于第七周期第15列,故D项错误。
3.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.3p能级上只有一个空轨道的原子和4p能级上只有一个空轨道的原子一定属于同一族
C.除氦以外的稀有气体元素原子的最外层电子数都是8
D.同一元素的各种同位素的核外电子排布相同
答案A
解析氢元素位于s区,A项错误。
4.下列说法错误的是( )。
A.同一原子的能层越高,s电子云半径越大
B.在元素周期表中,s区、d区和ds区的元素都是金属元素(氢元素除外)
C.Xe元素所在族的原子的最外层电子排布式均为ns2np6,属于非金属元素
D.某价层电子排布式为4f75d16s2的基态原子,该元素位于元素周期表中第六周期第ⅢB族
答案C
解析能量越高,离原子核越远,则同一原子的能层越高,s电子云半径越大,故A项正确;s区、d区和ds区的元素的最外层电子数小于4,均为金属元素,H除外,故B项正确;Xe位于0族,同族的He只有2个电子,其最外层电子排布式为1s2,故C项错误;价层电子排布式为4f75d16s2的基态原子,原子结构中有6个电子层,为副族元素,该元素位于元素周期表中第六周期第ⅢB族,故D项正确。
5.下列元素中,属于d区元素的是( )。
A.Ca B.Co
C.Zn D.Ga
答案B
解析Ca是20号元素,其基态原子价层电子排布式为4s2,位于周期表s区;Co是27号元素,其基态原子价层电子排布式为3d74s2,位于周期表d区;Zn是30号元素,其基态原子价层电子排布式为3d104s2,位于周期表ds区;Ga是31号元素,其基态原子价层电子排布式为4s24p1,位于周期表p区。
6.已知某元素原子的价层电子排布式为(n-1)dansb,则下列说法正确的是( )。
A.该元素是金属元素
B.该元素位于元素周期表中d区
C.该元素的族序数为a+b
D.该元素位于元素周期表中第四周期
答案A
解析由题意可知,该元素应为过渡元素,可能位于元素周期表的d区或ds区,其族序数不一定是a+b(如Cu),可能位于元素周期表中的第四、第五、第六或第七周期。
7.下列肯定属于同族元素且性质相似的是( )。
A.原子的电子排布式:M为1s22s2,N为1s2
B.结构示意图:M为,N为
C.M原子基态时2p能级上有1个未成对电子,N原子基态时3p能级上也有1个未成对电子
D.M原子基态时2p能级上有一对成对电子,N原子基态时3p能级上也有一对成对电子
答案D
解析A项中,M为第ⅡA族元素Be,N为0族元素He,显然,两者不属于同族元素,性质也不相似;B项中,M为0族元素Ne,N为碱金属元素离子Na+,不符合题意;C项中,p能级有三个轨道,若有一个未成对电子,意味着p能级有两种电子排布情况:即np5或np1,所以M、N两元素不一定属于同一族元素;D项中,若p能级上有一对成对电子,根据泡利原理和洪特规则,该能级只能有一种电子排布式,即np4,所以M、N两元素肯定属于同族元素且性质相似。
8.某元素基态原子共有三个价电子,其中一个价电子位于第三能层d能级。
(1)该元素基态原子的电子排布式为 。
(2)该元素的原子序数为 ,在元素周期表中处于第 周期第 族,处于 区。该元素为 (填“金属”或“非金属”)元素,其最高化合价为 。
答案(1)1s22s22p63s23p63d14s2
(2)21 四 ⅢB d 金属 +3价
解析有三个价电子且其中一个价电子在3d能级,则其他两个价电子必在4s上,价层电子排布式为3d14s2;原子序数是21,位于第四周期第ⅢB族,处于d区,是金属元素,最高化合价是+3价。
9.基态X原子在第二能层上只有一个空轨道,则X是 (填元素符号),基态X原子核外电子的轨道表示式为 ;基态R原子的3p轨道上只有一个未成对电子,则R可能是 (填元素符号);Y原子的核电荷数为33,其基态原子的价层电子排布式是 ,其在元素周期表中的位置是 ,属于 区的元素。
答案C Al或Cl 4s24p3 第四周期第ⅤA族 p
解析基态X原子在第二能层上只有一个空轨道,则其电子排布式为1s22s22p2,则X是C,基态X原子核外电子的轨道表示式为。基态R原子的3p轨道上只有一个未成对电子,则其基态原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p1或1s22s22p63s23p5,则R可能为Al或Cl。Y原子的核电荷数为33,根据构造原理和核外电子排布规则可知,基态Y原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p3,能层数为4,且最外层有5个电子,在元素周期表中位于第四周期第ⅤA族,最后一个电子填充在4p轨道上,故属于p区元素。
能力提升
1.下列关于原子核外电子排布与元素在元素周期表中位置关系的表述中,不正确的是( )。
A.基态原子的N层上只有一个电子的元素,不一定是第ⅠA族元素
B.基态原子的价层电子排布式为(n-1)d6~8ns2的元素一定是副族元素
C.基态原子的p能级上半充满的元素一定位于p区
D.基态原子的价层电子排布式为(n-1)dxnsy的元素的族序数一定为x+y
答案D
解析基态原子的N层上只有一个电子的元素,可能是第ⅠA族元素,也可能为铬元素或者铜元素,A项正确。基态原子的价层电子排布为(n-1)d6~8ns2的元素是第Ⅷ族元素,属于副族元素,B项正确。p能级上半充满的元素的基态原子的价层电子排布式为ns2np3,则一定属于p区元素,C项正确。基态原子的价层电子排布式为(n-1)dxnsy的元素的族序数可能为x+y(x+y≤7),可能为第Ⅷ族(10≥x+y>7),还可能为y(x=10),D项错误。
2.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二周期元素
B.位于元素周期表第三周期第ⅢA族的元素
C.原子最外层电子排布式为2s22p6的元素
D.原子最外层电子排布式为3s23p5的元素
答案D
解析A项,第二周期含未成对电子数最多的是N;B项为Al;C项为稀有气体元素Ne;D项为Cl。N2、Al、Ne、Cl2中,Cl2的氧化性最强。
3.FeTiO3是钛铁矿的主要成分,在工业上可以用于制备金属钛。下列说法不正确的是( )。
A.基态Fe2+价层电子排布式为3d6
B.Fe在元素周期表中位于ds区
C.基态Ti价层电子轨道表示式为
D.O在元素周期表中位于第二周期第ⅥA族
答案B
解析基态Fe原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2,基态Fe原子失去2个电子形成亚铁离子,价层电子排布式为3d6,故A项正确;铁为26号元素,Fe在元素周期表中位于d区,故B项错误;基态Ti原子的价层电子排布式为3d24s2,则价层电子轨道表示式为,故C项正确;O在元素周期表中位于第二周期第ⅥA族,故D项正确。
4.某元素离子X3+的核外电子排布式为[Ar]3d3,下列有关该元素的说法正确的是( )。
A.该元素位于元素周期表的ds区
B.该元素基态原子的未成对电子数为6
C.该元素基态原子的价层电子排布式为3d44s2
D.该元素基态原子的电子的空间运动状态共有24种
答案B
解析某元素离子X3+的核外电子排布式为[Ar]3d3,某元素离子X3+是X原子失去3个电子得到的,则X原子核外电子数为18+3+3=24,为Cr元素。该元素位于第四周期第ⅥB族,位于d区,故A项错误;该元素基态原子核外电子排布式为[Ar]3d54s1,3d、4s能级上的电子都有未成对电子,所以有6个未成对电子,故B项正确;该元素基态原子的价层电子中3d能级上有5个电子,4s能级上有1个电子,该元素基态原子的价层电子排布式为3d54s1,故C项错误;该元素基态原子中排列电子轨道数为1+1+3+1+3+5+1=15,所以有15种空间运动状态的电子,故D项错误。
5.元素X、Y、Z在元素周期表中的相对位置如下表所示,已知Y元素基态原子的价层电子排布式为nsn-1npn+1,则下列说法不正确的是( )。
X
Y
Z
A.Y元素基态原子的价层电子排布式为3s23p4
B.Y元素在元素周期表的第三周期第ⅥA族
C.X元素位于元素周期表的p区
D.Z元素基态原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p4
答案D
解析Y元素基态原子的价层电子排布式为nsn-1npn+1,由n-1=2可得n=3,Y元素基态原子的价层电子排布式为3s23p4,则Y元素位于第三周期第ⅥA族,Z元素位于第四周期第ⅤA族,价层电子排布式为4s24p3,Z元素基态原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p3。X、Y、Z最外层电子填充在p轨道上,故X、Y、Z均位于p区。
6.前四周期元素A、B、C、D、E、F原子序数依次增大,其相关性质如表所示:
元素 性质
A 2p能级电子半充满
B 与A同周期,且原子核外有2个未成对电子
C 基态原子核外有6个原子轨道排有电子,且只有1个未成对电子
D 其基态原子价层电子排布式为msnmpn+2
E 前四周期元素中,E元素基态原子未成对电子数最多
F 基态F+各能级电子全充满
请回答下列问题。
(1)E元素基态原子核外有 种能量不同的电子,电子排布式为 ;F位于元素周期表第 周期第 族,F元素基态原子的价层电子排布式为 。
(2)B、C、D三种元素的简单离子的半径由大到小的顺序为 (用离子符号表示)。
答案(1)7 1s22s22p63s23p63d54s1或[Ar]3d54s1四 ⅠB 3d104s1
(2)S2->O2->Na+
解析(1)E为铬元素,基态原子核外有7种能量不同的电子,电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s1或
[Ar]3d54s1;F为铜元素,位于元素周期表第四周期第ⅠB族,其基态原子的价层电子排布式为3d104s1。
(2)B、C、D三种元素分别为O、Na、S,其简单离子分别为O2-、Na+、S2-,其中O2-、Na+电子层结构相同,都为两层,S2-核外为三层,电子层数越多,半径越大,电子层数相同,核电荷数越大,半径越小,所以B、C、D三种元素的简单离子的半径由大到小的顺序为S2->O2->Na+。
7.已知元素周期表中共有18纵列,如图实线表示元素周期表的边界。按核外电子排布,可把元素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,一般来说,其他区的名称来自按构造原理最后填入的电子的能级符号。
(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区内的第6、7纵列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)随着科学技术的发展,不断有新的元素被发现。第七周期已经排满,元素周期表目前排布了 种元素。
答案(1)如图:
(2)ds
(3)见上图
(4)118
解析(1)正确理解题意,明确按构造原理分区的含义,注意把握关键信息“……最后填入的电子的能级符号”。
(2)ds区价层电子排布式为(n-1)d10ns1和(n-1)d10ns2,而d区内的第6纵列部分元素的价层电子排布式为(n-1)d5ns1,第7纵列部分元素的价层电子排布式为(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,满足题目要求的元素原子的电子排布式可能为1s22s22p63s23p64s1(K)或1s22s22p63s23p63d54s1(Cr)或1s22s22p63s23p63d104s1(Cu)。
(4)根据0族元素的原子序数知,第七周期排满,其0族元素的原子序数应为2+8+8+18+18+32+32=118。
