第2课时 元素周期律
记一记
探一探
一、原子半径
1．试解释为何同一周期的元素，从左到右，原子半径逐渐减小，而同一主族元素，从上到下，原子半径逐渐增大？
[提示] 同一周期元素，原子的能层数相同，核电荷数越多，核对电子吸引力越大，半径越小；而同一主族，能层数越多，电子之间的负电排斥将使原子的半径增大。
2．试比较离子半径大小关系？r(Na＋)、r(O2－)、r(Mg2＋)、r(F－)
[提示] 电子层结构相同的阴阳离子，核电荷数越多，核对电子吸引力越大，半径越小。
r(Mg2＋)二、电离能
1．同一周期元素，从左到右，第一电离能如何变化？同一主族元素，从上到下，第一电离能如何变化？
[提示] 同一周期元素，从左到右第一电离能越来越大；同一主族元素，从上到下，第一电离越来越小。
2．如果一种元素的逐级电离能数据大小关系为I1[提示] 由于电子是分层排布的，内层电子比外层电子难失去，因此元素的电离能会发生突变，所以可以根据电离能突变确定最外层电子数，而最高化合价一般等于最外层电子数。由于I3?I4，可见最外层有3个电子，最高价为＋3.
三、电负性
同一周期元素，从左到右，电负性如何变化？同一主族元素，从上到下，电负性如何变化？
[提示] ①同周期，自左到右，元素的电负性逐渐变大。②同主族，自上到下，元素的电负性逐渐变小。
探究感悟
判一判
判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。
(1)
r(N3－)>r(O2－)>r(F－)>r(Na＋)>r(Mg2＋)。(√)
(2)r(Si)>r(C)>r(B)。(×)
(3)r(Li＋)(4)r(Fe3＋)>r(Fe2＋)>r(Fe)。(×)
(5)同一周期的元素，原子序数大的元素，第一电离能一定大。(×)
(6)同一元素的I1(7)如果一种主族元素的电离能在In与In＋1之间发生突变，则该元素最高化合价一般为＋n价。(√)
(8)元素电负性的大小反映了元素原子对键合电子吸引力的大小。(√)
(9)元素的电负性越大，则元素的非金属性越强。(√)
(10)同一周期电负性最大的元素为稀有气体元素。(×)
练一练
1.已知下列元素的原子半径：
原子
N
S
O
Si
半径r/10－10
m
0.75
1.02
0.74
1.17
根据以上数据，磷原子的半径可能是( )
A．0.8×10－10
m
B．1.10×10－10
m
C．1.20×10－10
m
D．0.7×10－10
m
解析：P元素在第三周期中S元素和Si元素之间，即P的原子半径在1.02×10－10～1.17×10－10
m之间，故只有B项正确。
答案：B
2．元素X的各级电离能数据如下：
I1
I2
I3
I4
I5
I6
I/kJ·mol－1
578
1
817
2
745
11
578
14
831
18
378
则元素X的常见价态是( )
A．＋1
B．＋2
C．＋3
D．＋6
解析：对比表中电离能数据可知，I1、I2、I3电离能数值相对较小，至I4数值突然增大，说明元素X的原子中，有3个电子容易失去，因此，该元素的常见化合价为＋3。
答案：C
3．不能说明X的电负性比Y大的是( )
A．与H2化合时X单质比Y单质容易
B．X的最高价氧化物对应的水化物的酸性比Y的最高价氧化物对应的水化物酸性强
C．X原子的最外层电子数比Y原子最外层电子数多
D．X单质可以把Y从其氢化物中置换出来
解析：元素的非金属性越强，其电负性越大，A、B、D均能说明非金属性：X>Y，即说明电负性X>Y。
答案：C
4．现有四种元素基态原子电子排布式如下：①1s22s22p63s23p4；②1s22s22p63s23p3；③1s22s22p3；④1s22s22p5。则下列有关比较中正确的是
( )
A．第一电离能：④＞③＞②＞①
B．原子半径：②＞①＞④＞③
C．电负性：
④＞③＞②＞①
D．最高正化合价：④＞①＞③＝②
解析：从电子排布式可以看出①是S，②是P，③是N，④是F，第一电离能：F>N>P>S；原子半径：P>S>N>F；电负性：F>N>S>P；最高正化合价：S>N＝P，F无正价。
答案：A
知识点一
原子半径与离子半径
1.下列离子半径的大小顺序正确的是( )
①Na＋ ②X2－：1s22s22p63s23p6 ③Y2－：
2s22p6
④Z－：3s23p6
A．③＞④＞②＞①
B．④＞③＞②＞①
C．④＞③＞①＞②
D．②＞④＞③＞①
解析：由核外电子排布式可知，
②、③、④三种离子分别是S2－
、O2－、Cl－，电子层结构相同的离子，核电荷数越大，半径越小，则有②＞④，③＞①；电子层数越多，半径越大，则大小顺序为②＞④＞③＞①。
答案：D
2．下列关于粒子半径大小关系的判断不正确的是( )
①r(Li＋)②r(F)③r(K＋)④r(H＋)A．②③④
B．①④
C．③④
D．①②③
解析：同主族元素的原子或离子半径随着电子层数增多，半径依次增大，①②正确；具有相同的电子层结构的阴、阳离子半径随着原子序数的增大而逐渐减小，r(Ca2＋)答案：C
知识点二
电离能
3.具有下列电子层结构的原子，其第一电离能由大到小排列正确的是( )
①3p能级上只有一对成对电子的原子 ②外围电子构型为3s23p6的原子 ③其3p轨道为半满的原子 ④正三价阳离子的电子排布式与氖的相同
A．①②③④
B．③①②④
C．②③①④
D．②④①③
解析：题干结构的原子都是第三周期元素。①是硫原子，②是稀有气体，其第一电离能最大，③是磷原子，④是铝原子。根据规律得铝的第一电离能最小，硫的核电荷数虽然比磷大1，但磷原子3p能级是半充满，比较稳定，故磷的第一电离能大于硫。
答案：C
4．已知X、Y是主族元素，I为电离能，单位是kJ·mol－1。请根据下表数据判断，错误的是( )
元素
I1
I2
I3
I4
X
500
4
600
6
900
9
500
Y
580
1
800
2
700
11
600
A．元素X的常见化合价是＋1价
B．元素Y是ⅢA族元素
C．元素X与氯形成化合物时，化学式可能是XCl
D．若元素Y处于第三周期，它可与冷水剧烈反应
解析：X为第ⅠA族元素，Y为第ⅢA族元素；D项，若元素Y处于第三周期，则Y为Al，Al不与冷水反应。
答案：D
知识点三
电负性
5.下列说法中正确的是( )
①元素电负性越大表示该元素的金属性越强 ②元素电负性越大表示该元素的非金属性越强 ③元素电负性很小表示该元素的单质不发生化学反应 ④元素电负性很大表示该元素的单质在发生化学反应时一般易得到电子
A．①③
B．①④
C．②③
D．②④
解析：元素电负性越大，非金属性越强，①错、②对；电负性越小，表示该元素单质还原性越强，③错。
答案：D
6．下列是几种原子的基态电子排布式，其中电负性最大的原子是( )
A．1s22s22p4
B．1s22s22p63s23p3
C．1s22s22p63s23p6
D．1s22s22p63s23p4
解析：根据四种原子的基态电子排布式可知，B、C、D三项同周期，其中C项为稀有气体，已经是稳定结构，得电子能力弱，D项比B项电负性大，而A项与D项同主族，A项的电子层数少，电负性大，因此A项的电负性最大。
答案：A
综合考查
元素周期律
7.已知短周期元素的离子aA2＋、bB＋、cC3－、dD－都具有相同的电子层结构，则下列叙述正确的是( )
A．原子半径：A＞B＞D＞C
B．原子序数：d＞c＞b＞a
C．离子半径：C3－＞D－＞B＋＞A2＋
D．元素的第一电离能：A＞B＞D＞C
解析：A2＋、B＋、C3－、D－这4种离子具有相同的电子层结构，则在元素周期表中的位置为：
…
C
D
B
A
…
因此原子半径顺序为B＞A＞C＞D；原子序数为a＞b＞d＞c；离子半径为C3－＞D－＞B＋＞A2＋；第一电离能A＞B，D＞C，且C＞A，即D＞C＞A＞B。
答案：C
8．已知X、Y、Z为同一周期的三种元素，其原子的部分电离能(kJ·mol－1)如下表所示：
元素电离能/kJ·mol－1
X
Y
Z
I1
496
738
577
I2
4
562
1
451
1
817
I3
6
912
7
733
2
754
I4
9
540
10
540
11
578
下列说法正确的是( )
A．三种元素中，X元素的第一电离能最小，其电负性在同一周期元素中也最小
B．三种元素中，Y元素的第一电离能最大，其电负性也最大
C．等物质的量的X、Y、Z三种单质与少量盐酸反应时放出的氢气的物质的量之比为1：1：1
D．三种单质与盐酸反应放出等量氢气时，消耗X、Y、Z的物质的量之比为3：2：1
解析：根据表中数据，X的第二电离能远大于第一电离能，可知X是ⅠA族元素，A项是正确的。Y元素的第三电离能远大于第二电离能，Y是ⅡA族元素，三种元素中，Y元素的第一电离能最大，Z元素的第四电离能远大于第三电离能，Z是ⅢA族元素，由于它们在同一周期，Y元素的电负性小于Z的，B项错误。假设X、Y、Z属于第三周期元素，那么它们分别为Na、Mg、Al。等物质的量的X、Y、Z三种单质与少量盐酸反应时，一定要考虑Na还能与水反应，C项错误。Na、Mg、Al与盐酸反应时放出等量氢气，消耗Na、Mg、Al的物质的量之比应该为6：3：2，D项错误。
答案：A
9．下表是元素周期表的一部分，表中的字母分别代表一种化学元素。
(1)上表第三周期中第一电离能(I1)最大的是________(填字母，下同)，c和f的I1大小关系是________大于________。
(2)上述元素中，原子中未成对电子数最多的是________，写出该元素基态原子的核外电子排布式：________________。
(3)根据下表所提供的电离能数据(单位：kJ·mol－1)，回答下列问题。
锂
X
Y
I1
519
502
580
I2
7
296
4
570
1
820
I3
11
799
6
920
2
750
I4
—
9
550
11
600
①表中X可能为以上13种元素中的____________元素。用元素符号表示X和j形成的化合物的化学式：____________。
②Y是周期表中第________族的元素。
③以上13种元素中，________元素原子失去核外第一个电子需要的能量最多。
解析：(1)题给周期表中所列13种元素a～m分别是Na、H、Mg、Sr、Sc、Al、Ge、C、P、O、Te、Cl、Ar，其中Na、Mg、Al、P、Cl、Ar位于第三周期，原子最稳定的是Ar，故其I1最大，Mg、Al的核外电子排布式分别为1s22s22p63s2、1s22s22p63s23p1，Mg中3s轨道为全满状态，故其I1比Al的I1大。(2)i元素最外层电子排布为3s23p3，有3个未成对电子，未成对电子数最多。(3)①由表中数据可以看出，锂和X的I1均比I2、I3小很多，说明X与Li同主族，且X的I1比Li的I1更小，说明X的金属性比锂更强，则X为Na(即a)。②由Y的电离能数据可以看出，它的I1、I2、I3比I4小得多，故Y属于第ⅢA族元素。③稀有气体元素m的原子最外层已达到稳定结构，失去核外第一个电子所需能量最多。
答案：
(1)m c f
(2)i 1s22s22p63s23p3
(3)①a Na2O、Na2O2 ②ⅢA ③m
基础达标
1．下列化合物中阴离子半径和阳离子半径之比最大的是( )
A．LiI
B．NaBr
C．KCl
D．CsF
解析：碱金属离子半径：r(Li＋)答案：A
2．在以离子键为主的化学键中常含有共价键的成分。下列各对原子形成的化学键中共价键成分最少的是( )
A．Li，F
B．Na，F
C．Na，Cl
D．Mg，O
解析：所给元素中Na的电负性最小，故钠的金属性最强，F的电负性最大，故F的非金属性也最强，所以Na和F形成的化学键中共价键的成分最少。
答案：B
3．已知X、Y元素同周期，且电负性X>Y，下列说法错误的是( )
A．第一电离能Y可能大于X
B．气态氢化物的稳定性：HmY大于HnX
C．最高价含氧酸的酸性：X强于Y
D．X和Y形成化合物时，X显负价，Y显正价
解析：据电负性X>Y推知，原子序数X>Y，由于X、Y同周期，第一电离能Y可能大于X，A项正确；氢化物稳定性HmY小于HnX，B项错误；X对应的最高价含氧酸的酸性强于Y的，C项正确；电负性值大的元素吸引电子能力强，在化合物中显负价，电负性值小的元素吸引电子能力弱，在化合物中显正价，D项正确。
答案：B
4．下列四种粒子中，半径按由大到小排列顺序正确的是( )
①基态X的原子结构示意图
②基态Y的价电子排布式：3s23p5
③基态Z2－的电子排布图为
④W基态原子有2个能层，电子式为·:
A．①>②>③>④
B．③>④>①>②
C．③>①>②>④
D．①>②>④>③
解析：由题意可知：X、Y、Z2－、W分别为S、Cl、S2－、F。S、Cl、S2－、F粒子半径大小排列顺序为r(S2－)>r(S)>r(Cl)>r(F)，故C项正确。
答案：C
5．下列各组元素，按原子半径依次减小、元素第一电离能逐渐升高的顺序排列的是( )
A．K、Na、Li
B．Al、Mg、Na
C．N、O、C
D．Cl、S、P
解析：利用在同周期从左→右元素第一电离能增大(除ⅡA、ⅤA族反常外)，原子半径逐渐减小；同主族从上→下元素第一电离能逐渐减小，原子半径逐渐增大来判断。
答案：A
6．下表中是A、B、C、D、E五种短周期元素的某些性质，下列判断正确的是( )
元素
A
B
C
D
E
最低化合价
－4
－2
－1
－2
－1
电负性
2.5
2.5
3.0
3.5
4.0
A．C、D、E的氢化物的稳定性：C>D>E
B．元素A的原子最外层轨道中无自旋状态相同的电子
C．元素B、C之间不可能形成化合物
D．与元素B同周期且第一电离能最小的元素的单质能与H2O发生置换反应
解析：根据电负性和最低化合价，推知A为C元素，B为S元素、C为Cl元素、D为O元素、E为F元素。A项，C、D、E的氢化物分别为HCl、H2O、HF，稳定性：HF>H2O>HCl；B项，元素A的原子最外层电子排布式为2s22p2,2p2上的两个电子分占两个原子轨道，且自旋状态相同；C项，S的最外层有6个电子，Cl的最外层有7个电子，它们之间可形成S2Cl2等化合物；D项，Na能与H2O发生置换反应生成NaOH和H2。
答案：D
7．a、b、c、d是四种短周期元素，a、b、d同周期，c、d同主族。a的原子结构示意图为，b与c形成化合物的电子式为。下列比较中正确的是( )
A．原子半径：a＞c＞d＞b
B．电负性：a＞b＞d＞c
C．原子序数：a＞d＞b＞c
D．最高价含氧酸的酸性：c＞d＞a
解析：a的原子结构示意图为第一电子层容纳2个电子，故x＝2，a的质子数为14，故a为硅元素；b与c形成化合物的电子式为，则b处于ⅠA族、c处于ⅤA族，c、d同主族，c处于第二周期、d处于第三周期，a、b、d同周期，故b为钠元素，故c为氮元素，d为磷元素；同周期自左而右原子半径减小，同主族自上而下原子半径增大，则原子半径：Na＞Si＞P＞N，故A项错误；同周期自左而右电负性增大，同主族自上而下电负性减小，故电负性：N＞P＞Si＞Na，故B项错误；由题意知，原子序数：d＞a＞b＞c，故C项错误；非金属性越强最高价含氧酸的酸性越强，非金属性：N＞P＞Si，故最高价含氧酸的酸性：c＞d＞a，故D项正确。
答案：D
8．通常情况下，原子核外p能级、d能级等原子轨道上电子排布为“全空”“半充满”“全充满”的时候一般更加稳定，称为洪特规则的特例，下列事实能作为这个规则证据的是( )
①元素氦(He)的第一电离能远大于元素氢(H)的第一电离能
②26Fe2＋容易失电子转变为26Fe3＋，表现出较强的还原性
③基态铜(Cu)原子的电子排布式为[Ar]3d104s1而不是[Ar]3d94s2
④某种激发态碳(C)原子电子排布式为1s22s12p3而不是1s22s22p2
A．①②
B．②③
C．③④
D．全部
解析：①中He、H均没有p、d能级电子，与特例无关，错误；②中Fe2＋价电子排布为3d6，而Fe3＋价电子排布为3d5,3d5属于半充满状态，体系稳定，故Fe2＋易失去电子变为稳定的Fe3＋，正确；③中[Ar]3d104s1显然符合d能级全充满状态，为稳定结构，正确；④属于基态原子获得能量，2s能级上一个电子跃迁到2p能级上，而激发态不稳定，易变为基态放出能量，错误。
答案：B
9．根据下列五种元素的电离能数据(单位：kJ·mol－1)，回答下列各题。
元素代号
I1
I2
I3
I4
R
500
4
600
6
900
9
500
S
740
1
400
7
700
10
500
T
580
1
800
2
700
11
600
U
420
3
100
4
400
5
900
(1)在周期表中，最可能处于同一族的是________(填字母，下同)。
A．S和T
B．T和U
C．R和T
D．R和U
(2)它们的氯化物的化学式，最可能正确的是________。
A．RCl
B．SCl3
C．TCl
D．UCl4
(3)S元素最可能是________。
A．s区元素
B．稀有气体元素
C．p区元素
D．碱金属
答案：(1)D (2)A (3)A
10．分析下列图表，回答问题。
(1)N、Al、Si、Ge四种元素中，有一种元素的电离能数据如下：
电离能
I1
I2
I3
I4
…
In/kJ·mol－1
578
1
817
2
745
11
578
…
则该元素是________(填写元素符号)。
(2)短周期某主族元素M的电离能情况如图所示。
①基态M原子的核外电子排布式为________。
②比较M元素与同周期相邻其他两种元素第一电离能的大小，用元素符号表示：____________。
解析：(1)因为I4?I3，所以该元素原子最外层有3个电子，为铝元素。(2)由图可知M的第一电离能和第二电离能差别不大，第三电离能和第二电离能差别很大，所以M原子最外层有2个电子，次外层电子数多于3个，故M是Mg元素。Mg原子的3s轨道处于全满状态，相对稳定，其第一电离能比同周期相邻的Na、Al的第一电离能都大。
答案：(1)Al (2)①1s22s22p63s2 ②Mg>Al>Na
11．不同元素的气态原子失去最外层一个电子所需要的能量，设其为E，如图所示。试根据元素在周期表中的位置，分析图中曲线的变化特点，并完成下列问题。
(1)同主族内不同元素的E值的变化特点是________________。如图中E值的变化特点体现了元素性质的________变化规律。
(2)同周期内，随着原子序数的增大，E值增大，但个别元素的E值出现反常现象。试推测下列关系式中正确的是________。
①E(砷)>E(硒)
②E(砷)③E(溴)>E(硒)
④E(溴)(3)估计1
mol气态钙原子失去最外层一个电子所需能量E值的范围：________(4)10号元素E值较大的原因是________________________________。
解析：(1)从H、Li、Na、K等可以看出，同主族元素随原子序数的增大，E值变小，H到He、Li到Ne、Na到Ar呈现明显的周期性变化。(2)从第二、三周期可以看出，ⅢA和ⅥA族元素比同周期相邻两种元素E值都低，由此可以推测出E(砷)>E(硒)、E(溴)>E(硒)。(3)根据同主族、同周期E值变化规律可以推测E(K)答案：(1)随着原子序数增大，E值变小 周期性
(2)①③ (3)485 738
(4)10号元素为氖，该元素原子的最外层电子排布已达到8电子稳定结构
12．不同元素的原子在分子内吸引电子的能力大小可用一数值x来表示，若x越大，则原子吸引电子的能力越强，在所形成的分子中成为负电荷一方。下面是某些短周期元素的x值：
元素
Li
Be
B
C
O
F
x值
1.0
1.5
2.0
2.5
3.5
4.0
元素
Na
Al
Si
P
S
Cl
x值
0.9
1.5
1.8
2.1
2.5
3.0
(1)通过分析x值的变化规律，确定N、Mg的x值范围：________(2)推测x值与原子半径的关系是
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)某有机物结构简式为，在S—N中，你认为共用电子对偏向谁？________(写原子名称)。
(4)经验规律告诉我们当成键的两原子相应元素的差值Δx>1.7时，一般为离子键，当Δx<1.7时，一般为共价键，试推断AlBr3中化学键的类型是________。
解析：由所给数据分析知：同周期，从左到右，x值逐渐增大；同主族，从上到下，x值逐渐减小，则(1)同周期中x(Na)x(Si)，x(C)>x(P)，x(O)>x(Cl)，则可推知：x(N)>x(S)，故在S—N中，共用电子对应偏向氮原子。(4)查表知：AlCl3的Δx＝1.5<1.7，又x(Br)答案：(1)2.5 3.5 0.9 1.5 (2)x值越小，半径越大
(3)氮 (4)共价键
能力达标
13.有短周期元素的三种离子分别为Xn＋、Ym＋、Zn－，已知m＞n，且X、Y、Z三种原子的M电子层中的电子数均为奇数，若按X→Y→Z的顺序，下列说法正确的是( )
A．最高价氧化物对应的水化物的碱性依次减弱
B．原子半径依次增大
C．元素的第一电离能依次减小，电负性依次增大
D．原子序数依次减小
解析：X、Y、Z为短周期元素，且X、Y、Z三种原子的M电子层中的电子数均为奇数，则X、Y、Z一定是在第三周期，简单离子为Xn＋、Ym＋、Zn－，且数值m>n，所以X为钠元素，Y为铝元素，Z为氯元素；NaOH为强碱，Al(OH)3是两性氢氧化物，HClO4是强酸，则它们的最高价氧化物对应水化物的碱性依次减弱，酸性依次增强，故A项正确；同周期元素原子半径随原子序数的增加而减小，X、Y、Z半径依次减小，故B项错误；Na、Al、Cl的第一电离能依次增大，电负性依次增大，故C项错误；Na、Al，Cl的原子序数依次增大，故D项错误。
答案：A
14．A、B、C、D、E、F六种短周期元素，原子序数依次增大；A、B的阴离子与C、D的阳离子的电子排布式均为1s22s22p6，A原子核外有2个未成对电子，C单质可与热水反应但不能与冷水反应；E、F原子在基态时填充电子的轨道数有9个，且E原子核外有3个未成对电子，F能与A形成相同价态的阴离子，且离子半径A小于F。用元素符号回答：
(1)上述六种元素中，________元素的第一电离能最大，理由是
_________________________________________________________________________。
(2)C、D元素的第一电离能较大的是________，原因是________________。
(3)六种元素按电负性从小到大排列的顺序是________________。
(4)C、D、E、F元素形成的最高价氧化物是离子化合物的是________，是共价化合物的是____________________。
解析：A、B的阴离子与C、D的阳离子的电子排布式均为1s22s22p6，A、B在第二周期，A原子核外有2个未成对电子，是氧元素，B只能为氟元素；C、D在第三周期，C单质可与热水反应但不能与冷水反应，为镁，D只能是铝。F能与A形成相同价态的阴离子，且离子半径A小于F，为硫元素。E原子在基态时填充电子的轨道数有9个，且E原子核外有3个未成对电子，是磷元素。
答案：
(1)氟 其最外层有7个电子且原子半径小，容易得电子，不容易失电子
(2)Mg Mg最外层3s轨道全满，是较稳定状态
(3)Mg＜Al＜P＜S＜O＜F
(4)MgO、Al2O3 P2O5、SO3
15．回答下列问题：
(1)Mn位于元素周期表中第四周期________族。
(2)[2019·全国卷Ⅱ]比较离子半径：F－________O2－(填“大于”等于”或“小于”)。
(3)[2018·全国卷Ⅰ]Li＋与H－具有相同的电子构型，r(Li＋)小于r(H－)，原因是________。
(4)[2016·全国卷Ⅰ]光催化还原CO2制备CH4反应中，带状纳米Zn2GeO4是该反应的良好催化剂。Zn、Ge、O电负性由大至小的顺序是________________________。
(5)[2019·全国卷Ⅲ]在周期表中，与Li的化学性质最相似的邻族元素是________。
(6)下列状态的镁中，电离最外层一个电子所需能量最大的是________(填标号)。
(7)[2018·全国卷Ⅲ]黄铜是人类最早使用的合金之一，主要由Zn和Cu组成。第一电离能I1(Zn)________I1(Cu)(填“大于”或“小于”)。原因是________________。
(8)元素Mn与O中，第一电离能较大的是________。
(9)[2017·全国卷Ⅱ]元素的基态气态原子得到一个电子形成气态负一价离子时所放出的能量称作第一电子亲和能(E1)。第二周期部分元素的E1变化趋势如图所示，其中除氮元素外，其他元素的E1自左而右依次增大的原因是________；氮元素的E1呈现异常的原因是________。
解析：(1)Mn是25号元素，根据原子序数与元素周期表的位置判断其位置；(2)F－和O2－的核外电子排布相同，核电荷数越大，则半径越小，故半径：F－3s2属于基态Mg原子，其失去一个电子变为基态Mg＋；[Ne]
3s13p1属于激发态Mg原子，其失去一个电子所需能量低于基态Mg原子；[Ne]
3p1属于激发态Mg＋，其失去一个电子所需能量低于基态Mg＋，综上所述，电离最外层一个电子所需能量最大的是[Ne]3s1，答案选A；(7)Zn的第一电离能应该高于Cu的第一电离能，原因是，Zn的核外电子排布已经达到了每个能级都是全满的稳定结构，所以失电子比较困难。同时也可以考虑到Zn最外层上是一对电子，而Cu的最外层是一个电子，Zn电离最外层一个电子还要拆开电子对，额外吸收能量。(8)元素Mn与O中，由于O元素是非金属而Mn是过渡元素，所以第一电离能较大的是O。(9)根据图，同周期随着核电荷数依次增大，原子半径逐渐变小，故结合一个电子释放出的能量依次增大；氮元素的2p能级达到半满状态，原子相对稳定，不易失去电子。
答案：
(1)ⅦB (2)小于 (3)由于锂的核电荷数较大，原子核对最外层电子的吸引力较大，因此Li＋半径小于H－
(4)O>Ge>Zn (5)Mg (6)A (7)大于 Zn核外电子排布为全满稳定结构，较难失去电子 (8)氧 (9)同周期随着核电荷数依次增大，原子半径逐渐变小，故结合一个电子释放出的能量依次增大 N的2p能级处于半充满状态，相对稳定，不易结合一个电子
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-第1课时 原子结构与元素周期表
记一记
探一探
一、原子结构与元素周期表的关系
1．元素周期表有几个横行，有几个周期？元素在周期表中处于哪一周期主要是由原子结构中哪一部分决定的？每一周期第一个元素是碱金属，最后一个元素是哪类元素？
[提示] 元素周期表有七个横行，有七个周期。周期序数＝原子结构中的电子层数；每一周期从碱金属开始，以稀有气体元素结束即：
2．元素周期表有几个纵行？可以分为哪些族？如何根据主族元素的原子结构确定属于哪一主族？
[提示] 周期表有18个纵行，其中有7个主族，7个副族，一个0族，一个Ⅷ族。主族元素的族序数等于最外层电子数。
二、元素周期表的分区
周期表中元素可分哪几个区？ds区是哪几个族？镧系和锕系属于哪个区？
[提示] 周期表分为5个区，ⅠB、ⅡB为ds区。镧系和锕系属于f区。具体情况如下：
判一判
判断正误(对的在括号内打√，错的在括号内打×)
(1)周期表有7个横行，所以有7个周期。(√)
(2)周期表有18个纵行，所以有18个族。(×)
(3)周期表中每一周期中的元素种数各不相同。(×)
(4)周期表中每一周期中的元素种数等于周期序数的平方。(×)
(5)元素原子的核外电子排布呈周期性变化是形成元素周期系的根本原因。(√)
(6)门捷列夫的元素周期表是按原子序数从小到大排布的。(×)
(7)除了稀有气体与氧、氟外，所有元素的最高正价都等于最外层电子数。(×)
(8)同一周期的第三主族元素的原子序数一定比第二主族元素的原子序数多1。(×)
(9)已知元素在周期表中的周期序数与族序数，则一定能确定该元素是哪种元素。(×)
(10)s区、d区、ds区、f区一定是金属元素。(×)
练一练
1.外围电子排布为5s25p1的元素，在周期表中的位置是( )
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：由外围电子排布知，该元素是主族元素。因为最高能层的序数＝周期数，最外层电子数＝主族序数，所以该元素位于第五周期第ⅢA族。
答案：B
2．元素周期表中，非金属元素存在的区域为( )
A．只有s区
B．只有p区
C．s区、d区和ds区
D．s区和p区
解析：s区存在非金属氢元素，而大部分非金属元素存在于p区。
答案：D
3．如果n为第ⅡA族中某元素的原子序数，则原子序数为(n＋1)的元素可能位于( )
A．ⅢA或ⅢB
B．ⅣA
C．ⅠB
D．ⅠA
解析：在元素周期表中，第二、三周期的第ⅡA族与第ⅢA族元素相邻，其原子序数相差1；第四、五、六、七周期的第ⅡA族与第ⅢB族相邻，其原子序数相差1；所以原子序数为(n＋1)的元素位于第ⅢA或ⅢB族。
答案：A
4．某元素的原子序数为30，试问：
(1)此元素原子的电子总数是________个。
(2)它有________个电子层，有________个能级。
(3)它的价电子排布图是________________。
(4)它属于第________周期________族，属于________区。
解析：该元素的电子排布式应为1s22s22p63s23p63d104s2，共有30个电子，故为Zn元素。从核外电子排布式中可以得出n＝4，有四个电子层，所以为第四周期元素，价电子排布式为3d104s2，所以在ⅡB族。价电子的电子排布图为，属于ds区。
答案：
(1)30 (2)4 7 (3)
(4)四
ⅡB ds
知识点一
原子核外电子排布与元素周期表
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：由题意推知，该元素的外围电子排布为4s2，故该元素位于第四周期第ⅡA族。
答案：D
2．某化学学习小组在学习元素周期表和周期的划分时提出了以下观点：①周期表的形成是由原子的结构决定的；②元素周期表中ⅠA族元素统称为碱金属元素；③每一周期的元素原子外围电子排布均是从ns1开始至ns2np6结束；④元素周期表的每一周期元素的种类均相等；⑤基态原子核外电子排布为1s22s22p3和1s22s22p63s23p3的两元素的原子位于同一周期；⑥周期序号越大，该周期所含金属元素一般越多。你认为正确的是( )
A．①⑥
B．①②③⑤⑥
C．①④⑥
D．②③⑤
解析：①元素周期表的形成原因是核外电子排布呈周期性变化，而核外电子排布是由原子的结构决定的，正确；②ⅠA族元素除氢元素之外称为碱金属，错误；③第一周期的元素原子价电子排布从1s1开始到1s2结束，错误；④随着周期数的增多，元素种类有增多的趋势，错误；⑤1s22s22p3位于第二周期，而1s22s22p63s23p3位于第三周期，错误；⑥从元素周期表上不难看出，随着周期数的增多，该周期所含金属元素的种数一般越多，正确。
答案：A
3．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
—
元素符号
原子序数
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 三 ⅠA B：Fe 26 四 Ⅷ
C：Cu 29 四 ⅠB D：S 16 三 ⅥA
E：Cl 17 三 ⅦA
知识点二
元素周期表的结构与区的划分
4.元素周期表长周期共有18个纵行，从左到右排为18列，即碱金属是第1列，稀有气体是第18列。按这种规定，下列说法正确的是( )
A．第9列元素中没有非金属
B．第15列元素的原子最外层的电子排布是ns2np5
C．最外层电子排布为ns2的元素一定在第2列
D．第11、12列为d区的元素
解析：第9列元素是过渡元素，没有非金属，A项正确；第15列元素的最外层电子排布是ns2np3，B项错误；最外层电子排布为ns2的元素也可能是过渡元素或0族元素He，C项错误；11、12列为ds区元素，D项错误。
答案：A
5．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
解析：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都属于第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。
答案：A
知识点三
元素的“位—构—性”之间的关系
6.几种短周期元素的原子半径及某些化合价见下表。分析判断下列说法正确的是( )
元素代号
A
B
D
E
G
H
I
J
化合价
－1
－2
＋4、－4
－1
＋5、－3
＋3
＋2
＋1
原子半径/nm
0.071
0.074
0.077
0.099
0.110
0.143
0.160
0.186
A．A的单质能将E单质从HE3的溶液中置换出来
B．A、H、J的离子半径由大到小顺序是A＞J＞H
C．G元素的单质不存在同素异形体
D．I在DB2中燃烧生成两种化合物
解析：根据元素的化合价，结合其原子半径的大小，可推出A是氟、B是氧、D是碳、E是氯、G是磷、H是铝、I是镁、J是钠。分析可知，A的单质与水剧烈反应，不能将E单质(Cl2)从HE3(AlCl3)的溶液中置换出来；G(磷)存在同素异形体(白磷、红磷)；I(镁)在DB2(CO2)中燃烧生成一种化合物和一种单质。则选项A、C、D均不正确。
答案：B
7．下表是元素周期表的一部分，有关说法正确的是( )
族周期
ⅠA
ⅡA
ⅢA
ⅣA
ⅤA
ⅥA
ⅦA
二
c
d
三
a
b
e
f
A．e的氢化物比d的氢化物稳定
B．a、b、e三种元素的原子半径：e>b>a
C．六种元素中，c元素单质的化学性质最活泼
D．c、e、f的最高价氧化物对应的水化物的酸性依次增强
解析：a、b、c、d、e、f分别是钠、镁、碳、氧、硫、氯。同一主族，氢化物的稳定性由上到下递减，H2O的稳定性比H2S强；同一周期原子半径从左到右依次递减，a、b、e三种元素的原子半径：a>b>e；六种元素中最活泼的金属是Na(a)，最活泼的非金属是氧(d)。则选项A、B、C三项均不正确。
答案：D
综合考查
8.某元素的最外层电子数为2，价电子数为5，并且是同族中原子序数最小的元素，关于该元素的判断错误的是( )
A．电子排布式为1s22s22p63s23p63d34s2
B．该元素为V
C．该元素为ⅢB族元素
D．该元素属于过渡元素
解析：某元素的最外层电子数为2，价电子数为5，最外层电子数和价电子数不相等，应存在d能级电子，并且是同族中原子序数最小的元素，则价电子排布式为3d34s2，电子排布式为1s22s22p63s23p63d34s2，为第四周期ⅤB族元素，为V元素，属于过渡元素，故A、B、D三项正确，C项错误。
答案：C
9．某元素M的单质1.8
g在过量的O2中充分燃烧，得到M2O33.4
g，已知M原子核外电子数比核内中子数少1。该元素在周期表中的位置是( )
A．第2周期ⅢA族
B．第2周期ⅥA族
C．第3周期ⅤA族
D．第3周期ⅢA族
解析：设金属M的相对原子质量是x，
＝，解得x＝27，所以M是金属Al，在周期表中的位置是第3周期ⅢA族，故选D项。
答案：D
10．某元素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)该原子的电子排布式为________________________________________。
(2)该元素的原子序数为________，在周期表中处于第________周期________族，属于________区。该元素为________(填“金属”或“非金属”)元素，其最高化合价为________。
解析：有三个价电子其中一个价电子在3d能级，则其他两个价电子必在4s上，外围电子排布为3d14s2，原子序数是21，在第四周期第ⅢB族，处于d区，是金属元素，最高化合价是＋3。
答案：
(1)1s22s22p63s23p63d14s2
(2)21 四 ⅢB d 金属 ＋3
基础达标
1．根据下列基态原子的最外层电子排布，能确定该元素在元素周期表中位置的是( )
A．4s1
B．3d104sn
C．nsnnp3n
D．ns2np3
解析：A项中最外层为4s1的价电子排布包括4s1、3d54s1、3d104s1；B项中3d104sn的电子排布包括3d104s1、3d104s2等；C项中n为2，即2s22p6；D项中n可能为2、3、4、5、6。
答案：C
2．具有以下结构的原子，一定属于主族元素原子的是( )
①最外层有3个电子的原子 ②最外层电子排布为ns2的原子 ③最外层有3个未成对电子的原子 ④次外层无未成对电子的原子
A．①②
B．②③
C．①③
D．②④
解析：最外层有3个电子的原子，其最外层电子排布为ns2np1，属于第ⅢA族，①正确；如Fe的最外层电子排布为4s2，He为1s2，它们都不是主族元素，②错误；因最外层电子数最多不超过8，故最外层有3个未成对电子的原子其最外层电子排布应为ns2np3，该元素一定为主族元素，③正确；有些过渡元素的次外层也可以达到饱和状态，如Cu：1s22s22p63s23p63d104s1，所以④错误。
答案：C
3．已知某元素＋3价离子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d5，该元素在周期表中的位置是( )
A．第三周期Ⅷ族，p区
B．第三周期ⅤB族，ds区
C．第四周期Ⅷ族，d区
D．第四周期ⅤB族，f区
解析：＋3价离子的核外有23个电子，则原子核外有26个电子，26号元素是铁，位于第四周期Ⅷ族，位于d区。
答案：C
4．下列说法不正确的是( )
A．元素原子的核外电子排布呈现周期性变化是形成元素周期系的根本原因
B．周期序数越大，该周期所含金属元素越多
C．所有区的名称均来自按构造原理最后填入电子的能级符号
D．周期表共18个纵列，可分为7个主族7个副族，1个Ⅷ族，1个0族
解析：除ds区外，区的名称来自按构造原理最后填入电子的能级的符号。
答案：C
5．下列说法正确的是( )
A．副族元素中没有非金属元素
B．第Ⅷ族是所有族中元素种类最多的
C．最外层电子数为2的元素都分布在s区
D．碱金属元素是指ⅠA族的所有元素
解析：副族元素中没有非金属元素，A正确；第ⅢB族有镧系和锕系，所以元素种类最多，B错误；第ⅡB族元素的原子最外层电子数为2，在ds区，而且He的最外层电子数为2，属于P区，C错误；碱金属元素是指ⅠA族除H外的所有元素，D错误。
答案：A
6．关于元素周期律和元素周期表的下列说法中正确的是( )
A．元素周期表5个区中都有金属元素。
B．最外层电子排布为4s2的元素一定为第四周期ⅡA族
C．俄国化学家道尔顿为元素周期表的建立作出了巨大贡献
D．同一主族的元素从上到下，金属性呈周期性变化
解析：元素周期表5个区中都有金属元素，A项正确；最外层电子排布为4s2的元素，其3d轨道电子数可能为1到10(不存在4和9)多种可能，所以该元素不确定，B项错误；道尔顿提出的是原子说，C项错误；同一主族元素从上到下，金属性增强，非金属性减弱，属递变性质而不是周期性变化，D错误。
答案：A
7．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．原子的价电子排布为(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．基态原子的价电子排布为(n－1)dxnsy的元素的族序数一定为x＋y
解析：基态原子的N层上只有一个电子的元素，是ⅠA族元素，也可能为铬元素或者铜元素，A项错误；原子的价电子排布为(n－1)d6～8ns2的元素是Ⅷ族元素，不是副族元素，B项错误；基态原子的p能级上半充满的元素的基态原子价电子排布式为ns2np3，则一定属于p区元素，C项正确；基态原子的价电子排布为(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。
答案：C
8．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，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：1s22s22p63s23p2，是硅元素；3p能级上只有1个未成对电子的原子：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2s22p6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
9．元素X、Y、Z在周期表中的相对位置如图所示。已知Y元素原子的外围电子排布为nsn－1npn＋1，则下列说法不正确的是( )
X
Y
Z
A.Y元素原子的外围电子排布为4s24p4
B．Y元素在周期表的第三周期第ⅥA族
C．X元素所在周期中所含非金属元素最多
D．Z元素原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p3
解析：因为Y元素原子的外围电子排布中出现了np能级，故其ns能级已经排满且只能为2个电子，则n－1＝2，n＝3，即Y元素原子的外围电子排布为3s23p4，故A项错误，B项正确；Y为S，X为F，第二周期所含非金属元素最多，故C项正确；Z为As，核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p3，D项正确。
答案：A
10．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．钛元素在周期表中处于第四周期
C．钛的不同核素在周期表中处于不同的位置
D．钛元素是d区的过渡元素
解析：48Ti、49Ti、50Ti等核素的中子数分别为26、27、28，A项正确；22Ti的外围电子排布式为3d24s2，因此钛是d区第四周期的过渡元素，故B、D两项叙述正确；元素在周期表中的位置由其质子数决定，钛的同位素原子的质子数相同，在周期表中的同一位置，故C项叙述不正确。
答案：C
11．金、银、铜、铁、铝和钛均是人类大量生产和使用的金属。试回答与上述金属原子结构有关的问题：
(1)上述金属中属于主族元素的有________。
(2)钛被称为继铁、铝之后的第三金属。基态钛原子外围电子的电子排布图为______________________________________________________________。
(3)基态金原子的外围电子排布式为5d106s1，试判断金在元素周期表中位于第________周期第________族。
(4)已知Ag与Cu位于同一族，则Ag在元素周期表中位于________区(填“s”、“p”、“d”、“f”或“ds”)。
解析：(1)铝属于主族元素，其余属于过渡元素。(2)钛位于第四周期第ⅣB族，外围电子排布为3d24s2。(3)金元素的外围电子排布为5d106s1，应位于第六周期第ⅠB族。(4)Ag位于第五周期第ⅠB族，外围电子排布为4d105s1，属于ds区。
答案：(1)铝 (2)
(3)六 ⅠB (4)ds
12．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________________________________________(填元素符号)。
(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，第二周期ⅤA族元素原子的价电子排布图为________。
(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或[Ar]3d6、1s22s22p63s23p63d5或[Ar]3d5，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，价电子排布图为。(5)铀和钚均为锕系元素，位于f区。
答案：
(1)球形
(2)Fe2＋：1s22s22p63s23p63d6(或[Ar]3d6)，Fe3＋：1s22s22p63s23p63d5(或[Ar]3d5) Fe3＋
(3)3d104s2
(4)
(5)f
能力达标
13.元素周期表的形式多种多样，如图是扇形元素周期表的一部分(1～36号元素)，对比中学常见元素周期表思考扇形元素周期表的填充规律，下列说法正确的是( )
A．⑥、⑧、⑨对应单核离子的半径依次增大
B．⑤的三种核素的化学性质不相同
C．④的最高价氧化物对应的水化物能与其氢化物反应，生成离子化合物
D．⑧、⑨两种元素的气态氢化物及其最高价氧化物的水化物均为强酸
解析：从扇形元素周期表的排列方式看，分别对应了传统元素周期表的前四周期和18列，根据各元素的位置，可确定元素为①H、②Na、③C、④N、⑤O、⑥Mg、⑦Al、⑧S、⑨Cl、⑩Fe。A项中⑥、⑧、⑨对应单核离子的半径应按⑥、⑨、⑧顺序增大，A项错误；B项中⑤的三种核素指的是氧的三种同位素，由于它们的核外电子排布相同，其化学性质是相同的，B项错误；C项中N元素的最高价氧化物的水化物HNO3与其氢化物NH3可反应生成NH4NO3，为离子化合物，C项正确；D项中S元素的氢化物H2S是弱酸，D项错误。
答案：C
14．假定元素周期表是有限的，根据已知的元素周期表的某些事实和理论可归纳出一些假说。
(1)已知元素周期表中的各周期可排元素种类如下：
周期
一
二
三
四
五
六
七
元素种类
2
8
8
18
18
32
32
人们预测元素周期表第八周期将来也会排满，那么该周期排满后的元素种数是________。
A．18
B．32
C．50
D．无法判断
(2)根据每个周期最后一种金属元素出现的族序数，预测周期表中原子序数最大的金属元素将在第________周期第________族(注：把0族看做ⅧA族，下同)。周期表中元素在填满第________周期后将结束。
解析：(1)方法1：观察不难发现，从2到7周期，相邻的两周期种数相同，且不同的两个数之差依次为6,10,14，是等差数列，即第8周期元素种数为32＋18＝50；方法2：用公式：如周期序数为奇数，容纳的元素种数为(n＋1)2/2，如周期序数为偶数，容纳的元素种数为(n＋2)2/2。(2)观察周期表可知：第六周期倒数第三种元素为金属元素，第七周期倒数第二种元素为金属元素，第八周期倒数第一种元素即为原子序数最大的金属元素，该元素处于ⅧA族。
答案：(1)C (2)八 ⅧA 八
15．某核素R具有微弱的放射性，其原子核内中子数比质子数多43，由它组成的固体单质A，在一定条件下密度为6.88
g·cm－3。用X－射线研究其固体表明：在边长为1.00×10－7
cm的立方体中含有20个原子。R4＋具有强氧化性，可将NO氧化为HNO3。请回答：
(1)R原子的摩尔质量为________。
(2)R原子最外层电子排布式是________。
(3)R元素位于周期表中第________周期________族。
(4)将少量R4＋加到FeCl2溶液中会发生反应，其离子方程式为________________________________________________________。
解析：R原子的摩尔质量×6.02×1023
mol－1≈207
g·mol－1。即R的相对原子质量为207，其原子中中子数比质子数多43，可计算得R的质子数为82，可推知为铅元素，位于第六周期ⅣA族。
答案：(1)207
g·mol－1 (2)6s26p2 (3)六 ⅣA
(4)R4＋＋2Fe2＋===R2＋＋2Fe3＋
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-第2课时
基态原子的核外电子排布 原子轨道
记一记
探一探
一、基态原子与激发态原子
基态原子与激发态原子的本质差别是什么？二者谁更稳定？试举出几个与电子跃迁有关的实例。
[提示] 基态原子与激发态原子的本质差别是能量的高低，基态原子的能量处于最低状态，最稳定，激发态的原子能量较高，不稳定。基态原子与激发态原子之间的转变就是电子跃迁，其中从基态跃迁到激发态，要吸收能量，而从激发态跃迁到基态要释放能量，生活中的可见光就与跃迁有关，如：灯光、激光、霓虹灯、焰火等。
二、电子云与原子轨道
1．氢原子的一个电子电子云的形状为球形，是指氢原子的这个电子在球面运动吗？电子云的形状除了球形还有什么形状？一个电子的电子云形状是取决于所处的能层还是所处的能级？
[提示] 电子云是处于一定空间运动状态的电子在原子核外空间的概率密度分布的形象化描述。氢原子的一个电子电子云的形状为球形是指氢原子的电子在球体内出现概率大，并不是表示电子在球面运动。一个电子的电子云形状是取决于所处的能级，s能级的电子云形状为球形，p能级的电子云形状为哑铃形。
2．1s与7s能级的轨道数目分别是多少？第一能层与第七能层的轨道数分别是多少？有什么规律？
[提示] 1s与7s的原子轨道数目均为1；第一能层与第七能层的轨道数分别是1和49；规律为无论哪一能层的s能级、P能级、d能级、f能级的轨道数目分别为1、3、5、7；而每一能层的轨道数目为：
n2。
三、泡利原理和洪特规则
下列电子排布，违反洪特规则的是________，违反泡利原理的是________。
[提示] 泡利原理是指一个轨道最多容纳2个自旋方向相反的电子，所以(1)违反了泡利原理。洪特规则是指在相同能量的原子轨道上，电子的排布将尽可能占据不同的轨道，且自旋方向相同。所以(3)违反洪特规则。
判一判
判断正误(正确的在括号内打√，错误的在括号内打×)
(1)原子处于基态时能量最低最稳定。(√)
(2)同一原子处于不同激发态时能量相同。(×)
(3)从激发态到基态会释放能量，所以一定会观察到可见光。(×)
(4)电子云图中的小黑点表示电子的多少。(×)
(5)p能级中有3个相互垂直的原子轨道。(√)
(6)3d与6d均有5个原子轨道。(√)
(7)K原子的第三能层填有18个电子，是因为K原子的第三能层有9个原子轨道。(×)
(8)任何一个原子中不可能存在运动状态完全相同的两个电子。(√)
(9)基态碳原子的电子排布图为。(×)
(10)基态铁原子的价电子排布图为：。(√)
练一练
1.图中所发生的现象与电子的跃迁无关的是( )
解析：燃放焰火、霓虹灯光、燃烧蜡烛等获得的光能都是电子跃迁时能量以光的形式释放出来导致的，而平面镜成像则是光线反射的结果。
答案：D
2．基态氢原子的电子云图为球形(如图)，下列有关说法正确的是
( )
A．1个小黑点表示一个电子
B．He的基态原子两个电子的电子云也是与此大小相同的球形
C．如果电子发生跃迁，有可能电子云形状变成哑铃形
D．小黑点密集的地方表示电子在该区域出现的概率小
解析：在电子云图中，小黑点并不代表电子，A项错误；He的基态原子为1s2，所以电子云形状相同，但是电子能量不相同，电子云的大小不相同，B项错误；如果氢原子的电子发生了跃迁，进入了其他能级如p能级，则电子云的形状将变成哑铃形，C项正确。小黑点代表电子在核外空间区域内出现的概率，小黑点的疏密与电子在该区域出现的概率大小成正比，D项错误。
答案：C
3．下列说法正确的是( )
A．s能级的能量总小于p能级的能量
B．2s的电子云半径比1s电子云半径大，说明2s的电子云比1s的多
C．当电子排布在同一能级的不同轨道时，电子总是先占满一个轨道(1个原子轨道最多只能容纳两个电子，且自旋状态相反)，然后再占据其他原子轨道
D．nf能级中最多可容纳14个电子
解析：同一能层中，s能级的能量小于p能级的能量，不同能层中，s能级(较高能层)的能量可能高于p能级(较低能层)的能量，A项错误；2s的电子云半径比1s电子云半径大，说明2s的电子在离原子核较远的区域出现的概率比1s的电子大，B项错误；当电子排布在同一能级的不同轨道时，电子总是先占据不同的原子轨道而且自旋状态相同，C项错误；nf能级有7个原子轨道，每一个原子轨道最多容纳两个电子，D项正确。
答案：D
4．在d轨道中填入4个电子时电子排布成
↑
↑
↑
↑
，而不排布成
↑↓
↑↓
，其最直接的根据是( )
A．能量最低原理
B．泡利原理
C．能量守恒原理
D．洪特规则
解析：洪特规则表明，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且自旋状态相同。
答案：D
知识点一
基态与激发态、光谱
1.对充有氖气的霓虹灯管通电，灯管发出红色光。产生这一现象的主要原因是( )
A．电子由激发态向基态跃迁时以光的形式释放能量
B．电子由基态向激发态跃迁时吸收除红光以外的光线
C．氖原子获得电子后转变成发出红光的物质
D．在电流的作用下，氖原子与构成灯管的物质发生反应
解析：在电流作用下，基态氖原子的电子吸收能量跃迁到较高能级，变为激发态原子，这一过程要吸收能量，不会发出红色光；而电子从较高能量的激发态跃迁到较低能量的激发态或基态时，将释放能量，从而产生红光，故A项正确。
答案：A
2．下列氮原子的电子排布图中，属于激发态，且能量最高的是( )
解析：A为基态，B、C、D均为激发态，且D中有更多电子处于能量较高的轨道，故能量最高。
答案：D
知识点二
电子云与原子轨道
3.下列说法中正确的是( )
A．1s电子云呈球形，表示电子绕原子核做圆周运动
B．基态氢原子的电子云是圆形的
C．ns能级的原子轨道图可表示为
D．3d3表示3d能级有3个原子轨道
解析：电子云是用小黑点表示电子在原子核外空间出现的概率，小黑点不代表电子，小黑点的疏密表示电子出现概率的大小，A项错误；基态氢原子的电子云是球形而不是圆形的，B项错误；3d3表示第三能层d能级有3个电子，d能级有5个原子轨道，D项错误。
答案：C
4．下列说法正确的是( )
A．符号3px所代表的含义是第三个电子层px轨道有3个伸展方向
B．能层数为3时，有3s、3p、3d三个轨道
C．氢原子中只有1个电子，故氢原子核外只有1个轨道
D．s能级的原子轨道半径与能层序数有关
解析：3px中，3表示第三电子层，p原子轨道在三维空间的分布分别沿x、y、z三个方向，px表示沿x轴方向伸展的p轨道，所以A项错误；能层数为3时，有3s、3p、3d
三个能级，共有9个轨道，B项错误；氢原子中确实只有1个电子，但轨道是人为规定的，可以是空轨道，C项错误。能层序数越小，s能级的原子轨道半径越小，D正确。
答案：D
知识点三
核外电子排布规则
5.“各能级最多容纳的电子数是该能级原子轨道数的两倍”，支撑这一结论的理论是( )
A．构造原理
B．泡利原理
C．洪特规则
D．能量最低原理
解析：根据泡利原理，每个原子轨道中最多能容纳2个自旋状态相反的电子，所以每个能级最多能容纳的电子数是该能级原子轨道数的2倍，选项B符合题意。
答案：B
6．下列原子或离子的电子排布表示方法中，正确的是________，违反能量最低原理的是________，违反洪特规则的是________，违反泡利原理的是________。
①Ca2＋：1s22s22p63s23p6
②F－：1s22s23p6
③
④Cr：1s22s22p63s23p63d44s2
⑤Fe：1s22s22p63s23p63d64s2
⑥Mg2＋：1s22s22p6
⑦
解析：根据核外电子排布规律知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，应为1s22s22p6；③中没有遵循洪特规则——电子在同一能级的不同轨道上排布时，应尽可能分占不同的轨道并且自旋状态相同；④中忽视了3d轨道在半充满状态时，体系的能量较低，原子较稳定，应为1s22s22p63s23p63d54s1；⑦违反泡利原理，应为
答案：①⑤⑥ ②④ ③ ⑦
综合考查
7.下列各组原子中，彼此化学性质一定相似的是( )
A．原子核外电子排布式为1s2的X原子与原子核外电子排布式为1s22s2的Y原子
B．原子核外M层上仅有两个电子的X原子与原子核外N层上仅有两个电子的Y原子
C．2p轨道上有一个空轨道的X原子与3p轨道上有一个空轨道的Y原子
D．最外层都只有1个电子的X、Y原子
解析：电子排布式为1s2的原子为He，电子排布式为1s22s2的原子为Be，两者化学性质不相似，A错误；原子核外M层上仅有两个电子的X原子为Mg，原子核外N层上仅有两个电子的Y原子有多种，如第四周期中Ca、Fe等都符合，化学性质不一定相似，B错误；2p轨道上有一个空轨道的X原子为C,3p轨道上有一个空轨道的Y原子为Si，均为ⅣA族元素，同主族元素，化学性质一定相似，C正确；最外层只有1个电子可能为第ⅠA族元素，也可能为过渡元素(如Cr、Cu)，故化学性质不一定相似，D错误。
答案：C
8．(1)基态氟原子核外有9个电子，这些电子的电子云形状有________种；氟原子有________种不同能量的电子，价电子排布图为________________。
(2)已知锡位于第五周期，与C同主族，写出Sn2＋的最外层电子排布式：________；Cl－中有________种运动状态不同的电子。
(3)基态硼原子的核外电子排布图为________。
解析：
(1)氟原子电子排布式为：1s22s22p5，含有s轨道和p轨道2种原子轨道，故电子的电子云形状有2种；电子能量由能层和能级共同决定，所以氟有3种不同能量的电子。氟的最外层电子排布式即价电子排布式为2s22p5，排布图为：
(2)同主族元素最外层电子数相同，Sn位于第五周期，与C同主族，则Sn2＋的最外层电子排布式为5s2；Cl－有18个电子，所以有18种不同运动状态。
(3)基态硼原子的核外电子数为5,
电子排布式为1s22s22p1，电子排布图为：
答案：
(1)2 3
(2)5s2 18
(3)
9．如图是s能级和p能级的原子轨道图。
试回答下列问题：
(1)s电子的原子轨道呈________形，每个s能级有________个原子轨道；p电子的原子轨道呈________形，每个p能级有________个原子轨道。
(2)元素X的原子最外层电子排布式为nsnnpn＋1，原子中能量最高的是________电子，其电子云在空间有3个互相________(填“垂直”或“平行”)的伸展方向。元素X的名称是________，它的最低价氢化物的电子式是________。
(3)元素Y的原子最外层电子排布式为nsn－1npn＋1，Y的元素符号为________，原子的核外电子排布式为________。
(4)下列电子排布图中，能正确表示元素X的原子处于最低能量状态的是________。
解析：
(1)s电子的原子轨道呈球形，每个s能级有1个原子轨道；p电子的原子轨道都呈哑铃形，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。
(2)元素X的原子最外层电子排布式为nsnnpn＋1，np轨道已排有电子，说明ns轨道已排满电子，即n＝2，则元素X的原子核外电子排布式为1s22s22p3，X是氮元素。其最低价氢化物为NH3，电子式为。
(3)元素Y的原子最外层电子排布式为nsn－1npn＋1，则n－1＝2，n＝3，则Y元素的原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p4，Y是硫元素。
(4)若元素的原子处于最低能量状态，则其核外电子排布符合能量最低原理、泡利原理和洪特规则。A、B两项违背洪特规则，C项表示元素的原子处于激发态，违背能量最低原理。
答案：
(1)球 1 哑铃 3
(2)2p 垂直 氮
(3)S 1s22s22p63s23p4
(4)D
基础达标
1.科学家利用强大的X－射线脉冲将密封舱内氖原子中的一个电子敲除，下列关于敲除一个电子后的剩余粒子的说法正确的是( )
A.剩余粒子质子数为9
B.剩余粒子的电子排布式为1s22s22p6
C.氖原子、剩余粒子的化学性质相同
D.氖原子与剩余粒子是同种元素的不同微粒
解析：敲除氖原子的一个电子后，剩余的粒子为Ne＋，与Ne相比，少一个电子，质子数不变，A、B两项均错误；化学性质由核外电子数决定，氖原子与剩余粒子Ne＋性质不同。
答案：D
2.以下表示氦原子结构的化学用语中，对电子运动状态描述最详尽的是( )
A.He?
B.
C.1s2
D.
解析：A、B、C三项的表示方法只能说明氦原子核外第一能层有两个电子，但是不能说明这两个电子的运动状态，而D项说明两个电子均在1s能级，且自旋状态相反。
答案：D
3．某基态原子最外层电子排布为ns2np7，它违背了( )
A．泡利原理
B．能量最低原理
C．洪特规则
D．洪特规则特例
解析：p能级有三个轨道，据泡利不相容原理，每个轨道最多排2个电子，故p能级最多排6个电子，不可能排7个，故违背泡利原理。
答案：A
4．下列描述碳原子结构的化学用语正确的是( )
A．碳?12原子：
C
B．原子结构示意图：
C．原子核外能量最高的电子云图像：
D．原子的电子排布图：
解析：元素符号的左下角表示质子数，左上角表示质量数，则碳?12原子可表示为C，A项错误；碳原子结构示意图为，B项错误；碳原子核外能量最高的电子在p能级，电子云呈哑铃形，C项正确；根据核外电子排布规则可知，碳原子的电子排布图为，D项错误。
答案：C
5．当碳原子的核外电子排布由转变为时，下列说法正确的是( )
①碳原子由基态变为激发态
②碳原子由激发态变为基态
③碳原子要从外界环境中吸收能量
④碳原子要向外界环境中释放能量
A．①②
B．②③
C．①③
D．②④
解析：核外电子排布由1s22s22p2转变为1s22s12p3，碳原子体系能量升高，由基态变为激发态，要从外界环境中吸收能量。
答案：C
6．下列能层或能级，所含原子轨道数目从小到大排列顺序正确的是( )
①7s ②O层 ③3d ④4f
A．①②③④
B．③④①②
C．①③④②
D．②④③①
解析：7s、
O层、
3d
、4f
的原子轨道数目分别为；1、25、5、7个，所以从小到大正确的顺序为①③④②，选C项。
答案：C
7．构造原理揭示的电子排布能级顺序，实质是各能级能量高低。以下各式中能量关系正确的是( )
A．E(3s)＞E(2s)＞E(1s)
B．E(3s)＞E(3p)＞E(3d)
C．E(4f)＞E(4s)＞E(3d)
D．E(5s)＞E(4s)＞E(4f)
解析：根据构造原理，各能级能量的大小顺序为1s＜2s＜2p＜3s＜3p＜4s＜3d＜4p＜5s＜4d＜5p＜6s＜4f……故A项正确。
答案：A
8．以下现象与原子核外电子的跃迁有关的是( )
①霓虹灯发出有色光 ②棱镜分光 ③激光器产生激光
④石油蒸馏 ⑤凸透镜聚光 ⑥燃放的焰火在夜空中呈现五彩缤纷的礼花
⑦日光灯通电发光 ⑧冷却结晶
A．①③⑥⑦
B．②④⑤⑧
C．①③⑤⑥⑦
D．①②③⑤⑥⑦
解析：霓虹灯、激光器、日光灯等工作过程中产生的光及焰火燃放时产生的光，都是基态原子吸收能量后核外电子跃迁到较高能级，然后电子从较高能级跃迁到较低能级的过程中释放出的光能。石油蒸馏、冷却结晶的过程都是物质发生物理变化的过程，其中伴随的能量变化是热能的变化。棱镜分光、凸透镜聚光都是光的折射现象，而不是光的产生。
答案：A
9．下列对焰色反应的描述正确的是( )
A．焰色反应是单质的性质
B．焰色反应是化学变化
C．焰色反应是金属原子失去电子时吸收能量产生的现象
D．焰色反应是金属原子或离子中的电子从较高能量的激发态跃迁到较低能量的激发态乃至基态时，将能量以光的形式释放出来的现象
解析：焰色反应是金属元素的原子或离子中的电子从高能级跃迁到低能级时释放能量的现象，变化过程中并没有新物质产生，是物理变化。故只有D项正确。
答案：D
10．下列关于钠元素的几种表达式错误的是( )
A．Na＋的电子排布图：
B．Na＋的结构示意图：
C．Na的电子排布式：1s22s22p63s1
D．Na的简化电子排布式：[Na]3s1
解析：Na的简化电子排布式为[Ne]3s1。即上一周期的稀有气体(元素符号)＋该原子的价电子排布。
答案：D
11．下列电子排布式中，原子不是处于激发状态的是( )
A．氮原子：
B．氟原子：1s22s22p43s1
C．锰原子：[Ar]3d54s2
D．铜原子：1s22s22p63s23p63d94s2
解析：只要原子不是处于基态情况下，就属于激发态，氮原子基态为：，A项错误；基态氟原子为1s22s22p5，B项错误；基态锰原子为1s22s22p63s23p63d54s2，C项正确；基态铜原子电子排布应该为1s22s22p63s23p63d104s1，D项错误。
答案：C
12．某基态原子核外共有6个电子，分布在K与L电子层上，下列L层中排布正确的是( )
解析：A项，2s轨道应排满2个电子，且自旋方向相反，错误；B项，2p轨道的2个电子的自旋方向要相同，错误；C项，2p轨道的2个电子应分占2个轨道，且自旋方向相同，错误；D项，2p能级的3个轨道的能量是相同的，正确。
答案：D
13．下列基态原子的电子排布式不符合构造原理但是正确的是( )
A．16S：1s22s22p63s23p4
B．24Cr：1s22s22p63s23p63d54s1
C．12Mg：1s22s22p63s2
D．15P：1s22s22p63s23p3p
解析：根据构造原理，电子在各能级上的排列顺序为1s、2s、2p、3s、3p、4s、3d……且排布的电子数分别为2、2、6、2、6、2、10……故根据构造原理24Cr的电子排布式应为：1s22s22p63s23p63d44s2。但是根据洪特规则特例Cr的电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s1。所以选B。而D电子排布式错误，应该为1s22s22p63s23p3p3p。
答案：B
14．A、B、C、D、E代表5种元素。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，该原子的电子排布图为________________。
(2)B元素的负一价离子与C元素的正一价离子的电子排布式都与氩原子相同，B元素的符号为________，C的离子结构示意图为________。
(3)D元素的正三价离子的3d能级为半充满，D的元素符号为________，其基态原子的电子排布式为________________。
(4)E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，E的元素符号为________，其价电子排布图为________________________。
解析：
(1)根据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，可知该元素的基态原子有2个电子层，共有7个电子，是N元素，其电子排布图为
(2)B元素的负一价离子与C元素的正一价离子的电子排布式与氩原子相同，即都有18个电子，则B元素为Cl，C元素为K，K＋的结构示意图为。
(3)D元素的正三价离子的3d能级为半充满，即三价阳离子的构型为3d5，则原子的价电子构型为3d64s2，即为26号Fe元素，其电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2。
(4)由E元素基态原子的M层全充满，N层没有成对电子，只有1个未成对电子，可知其价电子构型为3d104s1，所以E为Cu元素，其价电子排布图为
答案：
(1)
(2)Cl
(3)Fe 1s22s22p63s23p63d64s2(或[Ar]3d64s2)
(4)Cu
15．A、B、C、D是四种短周期元素，E是过渡元素。A、B、C同周期，C、D同主族，A的原子结构示意图为，B是同周期除稀有气体外半径最大的元素，C最外层有三个未成对电子，E的外围电子排布式为3d64s2。回答下列问题：
(1)A为________(写出元素符号，下同)，电子排布式是________。
(2)B为________，简化电子排布式是________________________。
(3)C为________，价电子排布式是________________________________。
(4)D为________，电子排布图是________________________________。
(5)E为________，原子结构示意图是________________________。
解析：由题意可知，A为Si，B为Na，C为P，则D为N，E为Fe。这五种元素电子排布式分别为
A：1s22s22p63s23p2，B：1s22s22p63s1，
C：1s22s22p63s23p3，D：1s22s22p3，
E：1s22s22p63s23p63d64s2。由电子排布式可写出答案。
答案：
(1)Si 1s22s22p63s23p2
(2)Na [Ne]3s1
(3)P 3s23p3
(4)N
(5)Fe
能力达标
16.在短周期元素中，元素的基态原子核外未成对电子数等于电子层数的元素有a种，元素的基态原子最外层电子数是未成对电子数2倍的元素有b种，则的值为( )
A.1
B．2
C.3
D．4
解析：在短周期元素中，符合基态原子核外未成对电子数等于电子层数的元素有第一周期的H元素；在第二周期，原子核外未成对电子数为2的元素，其核外电子排布图为
(C元素)或(O元素)；在第三周期，原子核外未成对电子数为3的元素，其最外层电子排布图是(P元素)；符合条件的元素共4种，即a＝4。符合基态原子最外层电子数是未成对电子数2倍的元素，其基态原子的最外层电子数是2、4或6，若最外层电子数为2，则是氦或者ⅡA族元素，这些元素原子的最外层电子排布式为ns2，无未成对电子，不符合题意；若最外层电子数为4，则是ⅣA族元素，这些元素原子的最外层电子排布式为ns2np2，其p能级上的2个电子为未成对电子，符合题意，因题目要求是短周期元素，故有2种；若最外层电子数为6，则是ⅥA族元素，这些元素原子的最外层电子排布式为ns2np4，其p能级上有2个未成对电子，最外层电子数是未成对电子数的3倍，不符合题意；总之，符合条件的元素共2种，即b＝2。综上可知的值为2。
答案：B
17．下列各组表述中，两种微粒不属于同种元素原子的是( )
A．3p能级有一个空轨道的基态原子和核外电子排布式为1s22s22p63s23p2的原子
B．2p能级无空轨道，但有一个未成对电子的基态电子和最外层电子排布式为2s22p5的原子
C．M层全充满而N层为4s2的原子和核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2的原子
D．最外层电子数是核外电子总数的1/5的原子和最外层电子排布式为4s24p5的原子
解析：A项中3p能级有一个空轨道，根据洪特规则，只能为，又根据能量最低原理，能量低于3p能级的轨道均已充满，即电子排布式为1s22s22p63s23p2，故二者为同种元素原子；B项中2p能级有一个未成对电子，但无空轨道，即为，其电子排布式为1s22s22p5，故二者也为同种元素原子；C中M层有s、p、d三个能级，全充满时应为3s23p63d10，与核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2的原子不属于同种元素的原子；D中最外层电子排布式为4s24p5，则该原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p5，最外层电子数为7，核外电子总数为35，故二者为同种元素原子。
答案：C
18．回答下列问题
(1)基态Mn原子核外未成对电子有________个。
(2)[2019·全国卷Ⅲ]基态镁原子核外M层电子的自旋状态________(填“相同”或“相反”)。
(3)[2016·全国卷Ⅰ]基态Ge原子有________个未成对电子。
(4)[2016·全国卷Ⅱ]镍元素基态原子的电子排布式为________，3d能级上的未成对的电子数为________。
(5)氮原子价层电子的轨道表达式(电子排布图)为________。
(6)[2018·全国卷Ⅱ]基态Fe原子价层电子的电子排布图(轨道表达式)为________，基态S原子电子占据最高能级的电子云轮廓图为________形。
(7)[2017·全国卷Ⅰ]基态K原子中，核外电子占据的最高能层的符号是________，占据该能层电子的电子云轮廓图形状为________。
(8)[2018·全国卷Ⅰ]下列Li原子电子排布图表示的状态中，能量最低和最高的分别为________、________(填标号)。
(9)下列基态原子或离子的价层电子排布图正确的是________。
A．Fe2＋
B．Cu
C．Fe3＋
D．Cu＋
解析：
(1)Mn是25号元素，
电子排布式1s22s22p63s23p63d54s2，根据核外电子排布规律可知，该原子核外的未成对电子有5个；
(2)镁的M层电子排布为3s2，根据泡利原理可知这两个电子自旋方向相反。
(3)基态Ge原子的核外电子排布式为[Ar]
3d104s24p2；在其原子的最外层的2个4p电子分别位于2个不同的4p轨道上，所以基态Ge原子有2个未成对电子；
(4)Ni元素原子核外电子数为28，核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d84s2,3d能级上的未成对电子数为2。
(5)N原子位于第二周期第VA族，价电子是最外层电子，即电子排布图是。
(6)基态Fe原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2，则其价层电子的电子排布图(轨道表达式)为；基态S原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p4，则电子占据最高能级是3p，其电子云轮廓图为哑铃(纺锤)形。
(7)K位于第四周期IA族，电子占据最高能层是第四层，即N层，最后一个电子填充子在s能级上，电子云轮廓图为球形；
(8)根据核外电子排布规律可知Li的基态核外电子排布式为1s22s1，则D中能量最低；选项C中有2个电子处于2p能级上，能量最高；
(9)电子排布应先排满低能轨道，再排满高能轨道，因此，B不符合题意，而失去电子时，应先失去高能轨道电子，故C、D两项符合题意。
答案：
(1)5 (2)相反 (3)2 (4)1s22s22p63s23p63d84s2 2
(5)
(6) 哑铃(纺锤)形
(7)N 球 (8)D C (9)CD
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-??第1课时 能层与能级 构造原理
记一记
探一探
一、原子的诞生及宇宙中的元素组成
1．宇宙大爆炸后，开始出现的最主要的元素是哪种元素？其他的元素是如何形成的？
[提示] 宇宙大爆炸后，开始出现的最主要的元素是H，以及少量的He和Li；其他元素是由H、He发生原子核的融合反应形成。
2．人类对原子结构认识的不断演变，分别有：①汤姆生原子模型 ②玻尔原子模型 ③电子云模型 ④道尔顿原子模型 ⑤卢瑟福原子模型，其中最先和最后提出来的模型分别是哪种模型？
[提示] 人类对原子结构认识的演变顺序
二、能层与能级
1．将核外电子分成不同能层和能级，是以什么为依据？
[提示] 能层和能级均是以电子的能量高低为划分依据。
2．不同能层的能级数目相同吗？N层有几个能级？它们符号分别是？
[提示] 不同能层的能级数目不同，能层序数＝该能层所包含的能级数，所以N层(第4能层)有4个能级，分别为4s、4p、4d、4f
。
三、构造原理
根据构造原理，写出电子在能级1s、2s、2p、3s、3p、3d、4s、4p的填充顺序？
[提示] 根据构造原理示意图可知能量3d>4s，所以电子先填入4s轨道，再填入3d轨道。填充顺序为：1s、2s、2p、3s、3p、4s、3d、4p。但是在书写电子排布式时应注意：能层相同的轨道写在一起。
判一判
判断正误(对的在括号内打√，错的在括号内打×)
(1)地球上H元素含量最多。(×)
(2)玻尔原子模型是最新的原子模型。(×)
(3)能级就是电子层。(√)
(4)能层离核越近能量越低。(√)
(5)同一能层的电子能量一定相同。(×)
(6)同一原子中，同一能层同一能级的电子能量一定相同。(√)
(7)理论上第8能层应该有8个能级。(√)
(8)第n能层最多能容纳的电子数为2n2，所以钠原子的第三能层填有18个电子。(×)
(9)电子填充时先将里面的能层填满，再填入下一能层。(×)
(10)溴的电子排布式可以写成1s22s22p63s23p63d104s24p5或[Ar]4s24p5
。(×)
练一练
1.下列说法中不符合现代大爆炸宇宙学理论的是( )
A．我们所在的宇宙诞生于一次大爆炸
B．恒星正在不断地合成自然界中没有的新元素
C．氢、氦等轻核元素是宇宙中天然元素之母
D．宇宙的所有原子中，最多的是氢元素的原子
解析：根据现代爆炸理论我们的宇宙诞生于一次大爆炸，故A项正确；恒星在不断合成的元素是我们已知的元素，而不是新元素，故B项错误；氢、氦等发生原子核的融合反应合成了其他元素，因此氢、氦等轻核元素是宇宙中天然元素之母，故C项正确；宇宙的所有原子中，氢元素约占88.6%，故D项正确。
答案：B
2．下列有关认识中正确的是( )
A．在同一能层不同能级上的电子，其能量肯定不同
B．各能层的能级都是从s能级开始至f能级结束
C．各能层含有的能级数为n－1
D．各能层含有的电子数为2n2
解析：在多电子原子中，不同能级具有的能量不同，A项正确；各能层的能级都是从s能级开始，但不都是至f能级结束，如L能层只有2s、2p两个能级，M能层只有3s、3p、3d三个能级，B项错误；各能层含有的能级数与能层序数一致，C项错误；各能层最多容纳电子数为2n2，D项错误。
答案：A
3．下列能级中可容纳电子数最多的是( )
A．6s
B．4p
C．3d
D．4f
解析：各能级能容纳的电子数是ns为2个、np为6个、nd为10个、nf为14个。
答案：D
4．下列各基态原子的电子排布式正确的是( )
①Be：1s22s12p1 ②C：1s22s22p2 ③He：1s12s1 ④Cl：1s22s22p63s23p5
A．①②
B．②③
C．①③
D．②④
解析：①应为Be：1s22s2；③应为He：1s2。
答案：D
知识点一
原子的诞生与原子结构的演变
1.如图①②③原子结构模型中依次符合卢瑟福、道尔顿、汤姆生的观点的是( )
A．①②③
B．③①②
C．③②①
D．②①③
解析：卢瑟福提出了原子的核式模型，道尔顿认为原子是一个实心的球体，汤姆生发现了电子，并提出了原子的“葡萄干布丁”模型。
答案：B
2．宇宙中第2多的元素是( )
A．H
B．O
C．He
D．N
解析：氢是宇宙中最丰富的元素，约占宇宙原子总数的88.6%，氦约为氢原子数的，它们合起来约占宇宙原子总数的99.7%以上。
答案：C
知识点二
能层与能级
3.下列能级符号表示正确的是( )
A．7s
B．2d
C．3f
D．1p
解析：第一能层只有1s，所以D项错误；第二能层只有2s、2p，所以B项错误；第三能层只有3s、3p、3d，所以C项错误；任何能层均有s能级，A项正确。
答案：A
4．P能层所含能级数、最多容纳电子数分别为( )
A．6、36
B．4、32
C．5、50
D．6、72
解析：每一能层包含的能级数目等于该能层的序数，故P能层即第6能层包含六个能级；每一能层所容纳的最多电子数为2n2，故第六能层所容纳的最多电子数为2×62＝72个。选D项。
答案：D
知识点三
构造原理与电子排布式
5.下列多电子原子不同能级能量高低的比较中错误的是( )
A．1s＜2s＜3s
B．2p＜3p＜4p
C．3s＜3p＜3d
D．4s＞3d＞3p
解析：在多电子原子中，从3d能级开始有“能级交错”现象，实际4s能级能量小于3d能级。
答案：D
6．下列原子的电子排布式正确的是( )
A．9F：1s22s22p6
B．15P：1s22s22p63s33p2
C．21Sc：1s22s22p63s23p64s23d1
D．35Br：1s22s22p63s23p63d104s24p5
解析：氟原子2p能级应排5个电子；磷原子的3s能级应排2个电子，3p能级应排3个电子；写电子排布式时，应将同能层的能级移到一起，21Sc应为1s22s22p63s23p63d14s2。
答案：D
综合考查
7.某原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s2，下列说法中不正确的是( )
A．该元素原子中共有25个电子
B．该元素原子核外有4个能层
C．该元素原子最外层共有2个电子
D．该元素共有4种能量不同的电子
解析：从电子排布式看，该原子最高能层为N，故有4个能层，最外层有2个电子，B、C两项正确；各能级的电子数之和为25，A项正确；电子的能量由能层与能级共同决定，所以共有7种不同能量的电子，D项错误。
答案：D
8．下面是某些元素的最外层电子排布，各组指定的元素，不能形成AB2型化合物的是( )
A．2s22p2和2s22p4
B．3s23p4和2s22p4
C．1s1和2s22p5
D．3s22p5和2s22p4
解析：A项为C和O，能形成CO2；B项为S和O，能形成SO2；C项为H和F，只能形成HF；D项为Cl和O，能形成ClO2，故选C项。
答案：C
9．比较下列能级的能量大小(填“＞”“＝”或“＜”):
(1)2s________4s；(2)3p________3d；
(3)3d________4s；(4)4d________5d；
(5)2p________3s；(6)4d________5f。
解析：由构造原理可知，①能级相同时，能层数越高，电子能量越高；②同一能层的能级能量高低顺序为ns＜np＜nd＜nf；③不同能层之间，能量会产生能级交错现象，即能层序数大，其能级的能量不一定高，如3d具有的能量介于4s和4p具有的能量之间。根据构造原理不难比较各能级能量的大小。
答案：(1)＜ (2)＜ (3)＞ (4)＜ (5)＜ (6)＜
10．应用构造原理，完成下表：
原(离)子
电子排布式
简化的电子排布式
7N
20Ca
30Zn
34Se
26Fe2＋
解析：根据原子核外电子排布原理(构造原理)书写原子(或离子)的电子排布式，同时应注意21～36号元素的原子中出现能级交错现象。
答案：
原(离)子
电子排布式
简化的电子排布式
7N
1s22s22p3
[He]2s22p3
20Ca
1s22s22p63s23p64s2
[Ar]4s2
30Zn
1s22s22p63s23p63d104s2
[Ar]3d104s2
34Se
1s22s22p63s23p63d104s24p4
[Ar]3d104s24p4
26Fe2＋
1s22s22p63s23p63d6
[Ar]3d6
基础达标
1．现代大爆炸理论认为：天然元素源于氢氦等发生的原子核的融合反应。这与一百多年前，普鲁特运用思辨性推测作出“氢是所有元素之母”的预言，恰好“一致”。下列说法正确的是
( )
A．科学研究中若能以思辨性推测为核心，就能加快科学的进程
B．普鲁特“既然氢最轻，它就是其他一切元素之母”的推理是符合逻辑的
C．“一致”是巧合，普鲁特的预言没有科学事实和理论支撑，只是一种猜测
D．“现代大爆炸理论”是解释宇宙诞生的唯一正确的理论
答案：C
2．原子中的某一能层，最多能容纳的电子数目大于32，该能层可能会是( )
A．L层
B．M能层
C．N能层
D．P能层
解析：每一能层最多能容纳的电子数目为2n2，所以最多能容纳的电子数目大于32的能层，至少是第五能层。
答案：D
3．下列对不同时期原子结构模型提出的时间排列正确的是( )
①电子分层排布模型 ②“葡萄干布丁”模型 ③量子力学模型 ④道尔顿原子学说 ⑤核式模型
A．①③②⑤④
B．④②③①⑤
C．④②⑤①③
D．④⑤②①③
解析：原子结构模型的演变过程可以表述为道尔顿原子学说→汤姆生“葡萄干布丁”模型→卢瑟福核式模型→玻尔电子分层排布模型→量子力学模型。
答案：C
4．R元素的原子，其最外层的p能级电子数等于所有的能层s能级电子总数，则R可能是( )
A．Li
B．Be
C．S
D．Ar
解析：若只有1个能层，不存在p能级；若有2个能层，则有两个s能级，则电子排布为1s22s22p4，为O元素；若有3个能层，则有三个s能级，则电子排布为1s22s22p63s23p6，为Ar元素；由此应选D项。
答案：D
5．下列能级符号表示正确且最多容纳的电子数按照从少到多的顺序排列的是( )
A．1s、2p、3d
B．1s、2s、3s
C．2s、2p、2d
D．3p、3d、3f
解析：从M能层开始有d能级，不存在2d能级，故C错误；从N能层开始有f能级，不存在3f能级，故D项错误；不同能层的相同能级最多容纳的电子数相同，故B项错误。
答案：A
6．下列关于能层与能级的说法中正确的是( )
A．同一原子中，符号相同的能级，其中电子能量不一定相同
B．任一能层的能级总是从s能级开始，而且能级数不一定等于该能层序数
C．同是s能级，在不同的能层中所能容纳的最多电子数是不相同的
D．多电子原子中，每个能层上电子的能量一定不同
解析：同一原子中，符号相同的能级，其中电子能量不一定相同，如1s和2s，能量2s＞1s，A项正确；能层含有的能级数等于能层序数，即第n能层含有n个能级，每一能层总是从s能级开始，B项错误；同是s能级，在不同的能层中所能容纳的最多电子数都是2个，C项错误；多电子原子中，同一能级上电子的能量相同，D项错误。
答案：A
7．下列元素相关原子的电子排布式中，前者是金属元素，后者是非金属元素的是( )
A．[Ne]3s1 [Ne]3s2
B．[Ar]4s1 [Ne]3s23p4
C．[Ne]3s2 [Ar]4s2
D．[He]2s22p4 [Ne]3s23p5
解析：A项，两种元素分别为Na、Mg，均为金属元素；B项，两种元素分别为K、S，符合题意；C项，两种元素分别为Mg、Ca，均为金属元素；D项，两种元素分别为O、Cl，均为非金属元素。
答案：B
8．下列每组中的两个微粒，其电子排布式不相同的是( )
A．12C和13
C
B．Na＋和N3－
C．Cl－和Ar
D．Fe3＋和V
解析：12C和13C核外电子数相同，电子排布相同，A项错误；Na＋和N3－的电子排布式均为1s22s22p6，B项错误；Cl－和Ar
的电子排布式均为1s22s22p63s23p6，C项错误；Fe3＋和V核外均有23个电子，但是二者电子排布分别为1s22s22p63s23p63d5
、1s22s22p63s23p63d34s2，D项正确。
答案：D
9．主族元素的原子，M层上有一个半充满的能级，该原子的质子数( )
A．只能是7
B．只能是15
C．是11或13
D．是11或15
解析：根据题意知该基态原子的核外电子排布式为1s22s22p63s1或1s22s22p63s23p3，所以该原子的质子数为11或15。
答案：D
10．有一个原子在第三个能层上有10个电子，则该原子的第三能层的电子排布式为
( )
A．3s10
B．3d10
C．3s23p63d2
D．3s23p53d3
解析：第三能层有3s、3p、3d能级，根据构造原理知10个电子应排布为3s23p63d2。
答案：C
11．已知三种微粒(原子或离子)的电子排布式如下：11X：1s22s22p6 19Y：1s22s22p63s23p6 20Z：1s22s22p63s23p6若将上述三种微粒归为同一类，下列微粒中也可归为此类的是( )
A.
B.
C.
D.
解析：分析原子核内的质子数和电子排布式之间的关系可知，三种微粒都是金属阳离子。分析A～D四个选项中微粒结构示意图的核电荷数和核外电子排布的关系可知，A和D是原子，B是阴离子，C是金属阳离子。
答案：C
12．若某元素基态原子的简化电子排布式为[Ar]3d14s2，则下列说法正确的是( )
A．该元素基态原子中共有4种不同能量的电子
B．最高能层为N层
C．该元素原子最外层共有3个电子
D．该元素原子原子结构示意图为
解析：根据构造原理，该元素基态原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d14s2。由此可知该元素原子中共7种能量电子，A项错误；最高能层是N层，B项正确；最外层有2个电子，C项错误；M层有9个电子，最外层有2个电子，D项错误。
答案：B
13．随着人们对物质结构研究的不断深入，化学逐渐成为一门科学。根据你所掌握的知识回答下列问题：
(1)19世纪末，人们开始揭示原子内部的秘密，最早发现电子的科学家是________。
A．法国的拉瓦锡
B．瑞典的舍勒
C．英国的道尔顿
D．英国的汤姆生
(2)道尔顿的原子学说曾经起了很大作用。他的学说中包含下述三个论点：①原子是不能再分的粒子；②同种元素的原子的各种性质和质量都相同；③原子是微小的实心球体。从现代的观点看，你认为这三个论点中不确切的是________。
A．只有③
B．只有①③
C．只有②③
D．①②③
(3)化学开始成为一门科学的标志是________。
A．火药的发现
B．质量守恒定律的提出
C．原子—分子论的提出
D．氧化还原理论的建立
解析：(1)最早发现电子的科学家是英国的汤姆生。(2)同种元素的不同原子的质量不同，故其物理性质不同，但化学性质是相同的。(3)原子—分子论是国际化学界于1860年承认的使化学成为一门科学的标志。
答案：(1)D (2)D (3)C
14．请根据构造原理，按要求写出下列电子排布式或原子结构示意图：
(1)16S的电子排布式________________________________________。
(2)10Na的次外层电子排布式________________________________。
(3)20Ca的最高能层的电子排布式________________________________。
(4)26Fe的简化电子排布式________________________________________。
(5)25Mn的原子结构示意图________________________________。
(6)26Fe3＋的电子排布式________________________________________。
(7)34Se的简化电子排布式为________________________________________。
解析：根据原子核外电子的排布规律和构造原理书写原子的电子排布式，应注意从3d能级开始出现“能级交错”现象。而且要看清题目的要求“最外层”还是“M层”、“简化”等要求，其中阳离子的电子式是在原子的基础上先失去最外层电子。而不是完全按照填充顺序逆向进行。在书写原子结构示意图时，注意非主族元素，应该先写出电子排布式，再根据电子排布式写出原子结构示意图。
答案：
(1)1s22s22p63s23p4 (2)2s22p6 (3)4s2
(4)[Ar]3d64s2 (5)
(6)1s22s22p63s23p63d5或[Ar]
3d5
(7)[Ar]3d104s24p4
能力达标
15.4p能级填充4个电子的元素，其原子序数是( )
A．15
B．34
C．35
D．51
解析：4p能级填充4个电子的元素，其电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p4，原子序数为34。
答案：B
16．原子的第四层填充有2个电子的元素种数为( )
A．1种
B．10种
C．11种
D．9种
解析：第四层填充有2个电子，即4s2，则第3能层一定填充了3s23p6，但由于3d在4s后面填充，所以3d可能没有电子，也可能填满了电子，即从3d0到3d10均可能，但是不存在3d44s2和3d94s2，所以总共有9种。
答案：D
17．完成下列各题。
(1)[2018·全国卷Ⅲ]Zn原子核外电子排布式为________。
(2)[2019·全国卷Ⅱ]Fe成为阳离子时首先失去________轨道电子，Sm的价层电子排布式为4f66s2，Sm3＋的价层电子排布式为________。
(3)[2018·江苏卷]Fe2＋基态核外电子排布式为________________。
(4)[2017·全国卷Ⅰ]基态K原子中，核外电子占据最高能层的符号是________，
(5)[2016·全国卷Ⅱ]基态Ge原子的核外电子排布式为[Ar]________。
(6)[2016·全国卷Ⅲ]写出基态As原子的核外电子排布式：________________。
答案：(1)1s22s22p63s23p63d104s2(或[Ar]3d104s2
) (2)4s 4f5 (3)1s22s22p63s23p63d6或[Ar]3d6 (4)N (5)3d104s24p2 (6)1s22s22p63s23p63d104s24p3(或[Ar]3d104s24p3)
18．下表给出了五种元素的相关信息，其中X、Y、Z、W为短周期元素。
元素
相关信息
X
在常温、常压下，其单质是最轻的气体，它将成为备受青睐的清洁燃料
Y
工业上通过分离液态空气获得其单质，其某种同素异形体是保护地球地表环境的重要屏障
Z
植物生长三要素之一，它能形成多种气态氧化物
W
室温下其单质呈粉末状固体，加热易熔化。该单质在氧气中燃烧，发出明亮的蓝紫色火焰
M
其单质是工业生产中不可缺少的金属原材料，常用于制造桥梁、楼房等
根据上述信息填空：
(1)Y元素的基态原子的能层数为________，其中第二能层中的能级为________；画出W的原子结构示意图：________。
(2)Z与Y形成的化合物中Z为＋4价，则该化合物为________。
(3)M的价电子排布式为____________，M原子有________个未成对电子。
解析：氢气是一种清洁燃料，所以X为氢元素；臭氧对紫外线有吸收作用，是保护地球地表环境的重要屏障，所以Y为氧元素，其基态原子含有K层与L层2个能层，L层为第二能层，有s、p两个能级(即2s和2p)；氮、磷、钾是植物生长三要素，
所以Z为氮元素；单质硫在氧气中燃烧，发出明亮的蓝紫色火焰，所以W为硫元素；日常生产和生活中最常用的金属是铁、铜和铝，其中用于桥梁和楼房的应该是Fe，所以M为铁元素。
答案：(1)2 2s和2p
(2)NO2或N2O4 (3)3d64s2 4
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