第二课时 元素周期律
课后篇素养形成
夯实基础轻松达标
1.在下面的价电子构型中,通常第一电离能最小的原子具有哪一种构型( )
A.ns2np3
B.ns2np4
C.ns2np5
D.ns2np6
答案B
解析电子构型为ns2np4的原子失去一个电子后形成ns2np3的稳定结构,因而其第一电离能最小。
2.下列关于微粒半径的说法正确的是( )
A.电子层数少的元素的原子半径一定小于电子层数多的元素的原子半径
B.核外电子层结构相同的单核微粒半径相同
C.质子数相同的不同单核微粒,电子数越多半径越大
D.电子层数相同的粒子,原子序数越大,原子半径越大
答案C
解析由于同周期主族元素随原子序数递增原子半径逐渐减小,故第ⅦA族元素的原子半径不一定比上一周期第ⅠA族元素的原子半径大,如r(Li)>r(S)>r(Cl),A错误;对于核外电子层结构相同的单核离子,核电荷数越多,微粒半径越小,B错误;质子数相同的不同单核微粒,阴离子半径>原子半径>阳离子半径,C正确;同一周期元素的原子具有相同的电子层数,随着原子序数的增大,原子半径逐渐减小,D错误。
3.对于以下各组微粒的半径,难以确定前者一定大于后者的是( )
A.两种原子的核外电子排布分别为:
1s22s22p63s23p64s1和1s22s22p63s23p5
B.两种原子的轨道表示式为:
和
C.3s能级上填有2个电子、3p能级全空的原子与2p能级上填有5个电子的原子
D.3p能级上有一个未成对电子的原子与3p能级上半充满的原子
答案D
解析A项中前者为K原子后者为Cl原子,原子半径前者大;B项中前者为Si原子后者为P原子,两者是同周期元素的原子,原子半径前者大于后者;C项中前者为Mg原子后者为F原子,原子半径前者大于后者;D项中前者为Al原子或Cl原子,后者为P原子,原子半径可能前者大也可能后者大。
4.下列关于元素第一电离能的说法不正确的是( )
A.钾元素的第一电离能小于钠元素的第一电离能,故钾的金属性强于钠
B.因同周期主族元素的原子半径从左到右逐渐减小,故第一电离能必依次增大
C.最外层电子排布式为ns2np6(若只有K层时为1s2)的原子,第一电离能较大
D.对于同一元素而言,原子的逐级电离能越来越大
答案B
解析钾元素的第一电离能小于钠元素的第一电离能,说明钾失电子能力比钠强,所以钾的金属性强于钠,A正确;同一周期主族元素原子半径随着原子序数的增大而减小,第一电离能随着原子序数的增大而呈增大趋势,但由于p能级电子处于半充满和全空状态时,原子为较稳定状态,第一电离能比同周期相邻元素的大,故第ⅡA族元素的第一电离能大于第ⅢA族元素,第ⅤA族元素的第一电离能大于第ⅥA族元素,B错误;最外层电子排布式为ns2np6(若只有K层时为1s2)的原子已达到稳定结构,再失去电子较难,所以其第一电离能较大,C正确;对于同一元素的原子来说,原子失电子比带正电荷的离子失电子能力强,所以原子的电离能随着原子失电子个数的增多而增大,D正确。
5.在第二周期中,B、C、N、O四种元素的第一电离能由大到小的排列顺序正确的是( )
A.I1(N)>I1(O)>I1(C)>I1(B)
B.I1(N)>I1(O)>I1(B)>I1(C)
C.I1(N)>I1(C)>I1(O)>I1(B)
D.I1(O)>I1(N)>I1(C)>I1(B)
答案A
解析同一周期中,元素的第一电离能随着原子序数的增大而呈增大趋势,但第ⅡA族、第ⅤA族元素的第一电离能大于相邻元素,这四种第二周期元素的族序数分别是:第ⅢA族、第ⅣA族、第ⅤA族、第ⅥA族,所以它们的第一电离能大小顺序是I1(N)>I1(O)>I1(C)>I1(B),A正确。
6.周期表第二行中原子序数相连的X、Y、Z三种元素的连续电离能(单位:kJ·mol-1)如下表所示,下列叙述正确的是( )
元素
I1
I2
I3
I4
X
522.05
7
324.8
11
856.6
—
Y
898.8
1
763.58
14
901.6
21
084
Z
803.46
2
436
3
672.9
25
116
A.X原子的电子层结构为1s22s1
B.Y为第ⅡA族元素,其元素符号为Mg
C.Z的价电子数为1
D.X的原子半径小于Y的原子半径
答案A
解析根据电离能数据可知,X的第二电离能远大于其第一电离能,这说明X应该是第ⅠA族元素。又因为均是周期表第二行中原子序数相连的元素,所以X是Li,Y是Be,Z是B。Li的原子序数是3,原子电子层结构为1s22s1,A正确;Y是Be元素,B错误;B元素的价电子数是3,C错误;同周期自左向右原子半径逐渐减小,则X的原子半径大于Y的原子半径,D错误。
7.已知X、Y两元素同周期,且电负性X>Y,下列说法错误的是( )
A.X与Y形成化合物时,X显负价、Y显正价
B.第一电离能X可能小于Y
C.最高价含氧酸的酸性:X对应的酸性弱于Y对应的酸性
D.气态氢化物的稳定性:HmY
答案C
解析根据X、Y两元素同周期且电负性X>Y可知,X的非金属性强于Y的非金属性,X与Y形成化合物时,X显负价,Y显正价,A正确;同周期元素从左到右,电负性逐渐增大,由于第ⅤA族元素原子的最外层p能级处于半充满状态,结构相对稳定,第一电离能比第ⅥA族元素原子的大,所以第一电离能X可能小于Y,B正确;根据上述推断,非金属性X>Y,X对应的最高价含氧酸的酸性强于Y对应最高价含氧酸的酸性,C错误;由于非金属性X>Y,故气态氢化物的稳定性:HmY8.下列各组元素各项性质的比较正确的是( )
A.第一电离能:B>Al>Ga
B.电负性:F>N>O
C.最高正价:F>S>Si
D.原子半径:P>N>C
答案A
解析B、Al、Ga为同主族元素,自上而下第一电离能逐渐减小,A项正确;F、N、O电负性大小顺序应为F>O>N,B项错误;F无正化合价,C项错误;D项中原子半径由大到小的顺序应为P>C>N。
9.有A、B、C、D、E
五种元素,它们的核电荷数依次增大,且都小于20。其中C、E是金属元素;A和E属同一族,它们原子的最外层电子排布为ns1。B和D也属同一族,它们原子最外层的p能级电子数是s能级电子数的两倍,C原子最外层上电子数等于D原子最外层上电子数的一半。A、B、C、D、E五种元素的电负性分别为2.1,3.5,1.5,2.5,0.8,请回答下列问题:
(1)A是 ,B是 ,C是 ,D是 ,E是 (用元素符号填空,下同)。?
(2)由电负性判断,以上五种元素中金属性最强的是 ,非金属性最强的是 。?
(3)当B与A、C、D分别形成化合物时,B显 价,其他元素显 价。?
(4)当B与A、C、D、E(与E形成E2B)分别形成化合物时,化合物中含有离子键的是 (填化学式,下同),含有共价键的是 。?
答案(1)H O Al S K (2)K O
(3)负 正 (4)Al2O3、K2O H2O、H2O2、SO2、SO3
解析A、E均为第ⅠA族元素且根据A的电负性为2.1知A为H,由于B、D为同主族且最外层的p能级电子数为s能级电子数的两倍,则B、D的价电子排布为ns2np4,为第ⅥA族元素,则B为O,D为S,E为K,C的价电子排布式为3s23p1,为Al。五种元素中,K的电负性最小,其金属性最强;O的电负性最大,其非金属性最强。当O与H、S、Al形成化合物时,由于O的电负性大,所以O为负价,其他元素为正价。一般情况下,当形成化合物时,两种元素电负性差值小于1.7时为共价键,电负性差值大于1.7时为离子键。
提升能力跨越等级
1.根据元素周期律和物质结构的有关知识,以下有关排序正确的是( )
A.离子半径:Ca2+>Cl->S2-
B.第一电离能:Si>C>N
C.电负性:F>S>Mg
D.热稳定性:SiH4>H2S>H2O
答案C
解析核外电子排布相同的微粒,核电荷数越大,微粒半径越小,故离子半径Ca2+S>Mg,C正确;非金属性越强,其简单气态氢化物的稳定性越强,则热稳定性:SiH42.下图表示元素X的五级电离能(符号为“I”),试推测X元素可能位于( )
A.第ⅠA族
B.第ⅡA族
C.第ⅢA族
D.第ⅣA族
答案B
解析对比坐标系中给出的元素X的五级电离能,可以看出其第三电离能远大于第二电离能,说明X原子最外层应有2个电子,B项正确。
3.(双选)下列说法错误的是( )
A.铝的第一电离能比镁的第一电离能大
B.同一主族元素从上到下电负性逐渐变小
C.镁原子由1s22s22p63s2→1s22s22p63p2时,原子释放能量,由基态转化成激发态
D.最外层电子数是核外电子总数的原子和最外层电子排布式为4s24p5的原子是同种元素的原子
答案AC
解析镁原子的3s能级处于全满状态,3p能级处于全空状态,能量较低,第一电离能比Al元素大,A项错误;同一主族元素从上到下,元素金属性逐渐增强,电负性依次减小,B项正确;基态Mg的电子排布式为1s22s22p63s2,能量处于最低状态,当变为1s22s22p63p2时,电子发生跃迁,需要吸收能量变为激发态,C项错误;最外层电子数是核外电子总数的的原子是Br,其电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p5,最外层电子排布式为4s24p5,D项所述是同种元素的原子,D项正确。
4.下列有关电离能的说法正确的是( )
A.第一电离能是原子失去核外第一个电子所需要的能量
B.在元素周期表中,主族元素原子的第一电离能从左到右依次增大
C.可通过元素各级电离能的大小,判断元素的化合价
D.第一电离能越大的元素,其电负性一定越大
答案C
解析第一电离能是基态的气态原子失去核外第一个电子转化为气态基态正离子需要的最低能量,A项错误;同一周期元素从左到右第一电离能总体趋势增大,但其中有反常,如N>O,B项错误;电离能和电负性是元素的两种不同的性质,二者变化规律并不完全一致,D项错误。
5.(双选)现有四种基态原子的电子排布式如下:
①1s22s22p63s23p4 ②1s22s22p63s23p3 ③1s22s22p3
④1s22s22p5。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>①>②
D.最高正化合价:④>①>③=②
答案AC
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。
6.短周期元素形成的三种离子Xn+、Ym+、Zn-,已知m>n,且X、Y、Z三种原子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.最高价氧化物对应水化物的碱性依次减弱,酸性依次增强
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
答案A
解析X、Y、Z为短周期元素,且X、Y、Z三种原子M电子层中的电子数均为奇数,则X、Y、Z一定是在第三周期且数值m>n,故简单离子为X+、Y3+、Z-,即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错误;Na、Al、Cl的第一电离能依次增大,电负性依次增大,故C错误;Na、Al、Cl的原子序数依次增大,故D错误。
7.有A、B、C、D四种元素,其原子序数依次增大,且质子数均小于18。A元素原子的最外层只有1个电子,该元素阳离子与N3-核外电子排布相同;B元素原子核外各轨道上均无成单电子;C元素原子的外围电子排布为ns2np1,D-的核外电子排布与Ar相同。
(1)写出A、C、D的元素符号:A ,C ,D 。?
(2)写出B元素原子的电子排布式: 。D元素原子的轨道表示式为 。?
(3)A、B、C、D第一电离能由小到大的顺序为(填元素符号) ,电负性由小到大的顺序为(填元素符号) 。?
答案(1)Na Al Cl
(2)1s22s22p63s2
(3)Na解析A形成的阳离子A+与N3-核外电子排布相同,则A是Na;C的价电子排布为ns2np1,是ⅢA族元素,只能是Al;B为第三周期元素,原子核外各轨道上均无成单电子且原子序数小于Al,B应为Mg;D-的核外电子排布与Ar相同,D为Cl。
8.A、B、C、D、E、Q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、Q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,Q能与A形成相同价态的阴离子,且离子半径A小于Q。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、Q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 。?
答案(1)F 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能级全满,3p能级全空,是较稳定状态
(3)Mg(4)MgO、Al2O3 P2O5、SO3
解析A、B阴离子与C、D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,C为镁,D只能是铝。Q能与A形成相同价态的阴离子,且离子半径A小于Q,Q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,E是磷元素。
贴近生活拓展创新
下图是元素周期表的简略框架图。
(1)请在上图所示的元素周期表中画出金属元素与非金属元素的分界线。按核外电子排布,可把元素划分成5个区,不全是金属元素的区为 。?
(2)根据氢元素最高正化合价与最低负化合价的绝对值相等,你认为还可把氢元素放在元素周期表中的第 族;有人建议将氢元素排在元素周期表的第ⅦA族,请你写出支持这一观点的一个化学事实: 。?
(3)上图中元素①②原子的价电子排布式分别为 、 。?
比较元素①与元素②的下列性质(填“>”或“<”)。
原子半径① ②;电负性① ②;?
金属性① ②;第一电离能① ②。?
(4)某短周期元素最高正化合价为+7价,其原子结构示意图为 。?
答案(1)
s区和p区
(2)ⅣA 氢原子得到一个电子达到最外层2电子的稳定结构(其他合理答案如与碱金属元素一样可形成离子化合物NaH等)
(3)3s2 3s23p1 > < > >
(4)
解析(1)金属元素与非金属元素的分界线是非金属元素硼、硅、砷、碲、砹与金属元素铝、锗、锑、钋之间的分界线,要注意氢元素及第ⅦA族的元素是非金属元素。按电子填充顺序把元素周期表划分为5个区,即s区、p区、d区、ds区和f区,其中s区中的氢以及p区的大部分元素不是金属元素。
(2)最高正化合价与最低负化合价绝对值相等的族为第ⅣA族;氢原子得到1个电子达到稳定结构,这一特点与第ⅦA族元素相似。
(3)由①和②在元素周期表中的位置可以确定①和②分别为Mg和Al,价电子排布式分别为3s2和3s23p1。利用同周期元素性质的递变规律可知,原子半径:Mg>Al,金属性:Mg>Al,电负性:Al>Mg;第ⅡA族元素的第一电离能比同周期相邻元素的第一电离能大,所以第一电离能:Mg>Al。
(4)短周期元素最高正化合价为+7的元素应为第ⅦA族元素,氟元素无正价,所以该元素为氯元素。(共33张PPT)
第一课时 原子结构与元素周期表
素养目标
1.通过对元素周期表发展史的了解,认识科学家对元素周期表经历的探索过程,培养科学态度与社会责任的核心素养。
2.通过对构造原理与元素周期表分区关系的分析,了解元素周期表是微观上原子核外电子排布的宏观表达方式,培养宏观辨识与微观探析的核心素养。
知识铺垫
必备知识
正误判断
1.原子核外电子排布遵循构造原理,电子从低能级向高能级进行填充。
2.元素周期表有七个周期,其中第一、二、三周期是短周期,第
四、五、六、七周期是长周期。
3.元素周期表中有18列,分为16个族,主族有7个,副族有7个,一个0族和一个Ⅷ族。
知识铺垫
必备知识
正误判断
1.元素周期律、元素周期系和元素周期表
(1)原子序数=核电荷数=质子数=原子的核外电子数。
(2)元素性质随着原子序数的递增发生周期性的变化,称之为元素周期律。
(3)按原子核电荷数递增排列的序列称为元素周期系。
(4)元素周期表是呈现元素周期系的表格。第一张元素周期表是由门捷列夫制作的。
知识铺垫
必备知识
正误判断
2.构造原理与元素周期表
(1)根据构造原理,除第一周期外,其余周期总是从ns能级开始,以np能级结束,递增的核电荷数(或电子数)等于该周期的元素数。
(2)周期和族。
知识铺垫
必备知识
正误判断
①周期:把具有相同电子层数的元素,按照原子序数递增的顺序排列成横行,每一个横行称为一个周期。
知识铺垫
必备知识
正误判断
②族:周期表中,有18个纵列,8、9、10三个纵列叫第Ⅷ族,其余15个纵列每一个纵列标作一个族。
知识铺垫
必备知识
正误判断
(3)分区:
①根据核外电子排布,可把周期表里的元素划分成5个区:s区、p区、d区、ds区、f区。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。
②根据元素的金属性和非金属性,划分为金属元素区(周期表左下方)和非金属元素区(周期表右上方)。
(4)对角线规则
某些主族元素与右下方的主族元素的某些性质是相似的,这种相似性称之为对角线规则。如Li和Mg在过量的氧气中燃烧生成正常氧化物,而不是过氧化物。
【微思考】某元素的电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s2,据此判断该元素在周期表中的位置,并指出属于周期表中的哪一区元素?
提示:第四周期第ⅡB族;位于ds区。
知识铺垫
必备知识
正误判断
1.周期序数越大,该周期所含金属元素越多。
( )
2.非金属元素都分布在p区。( )
3.外围电子数目决定元素所在的族。( )
4.价电子排布式为3d84s2的元素属于s区。( )
5.处于非金属三角区边缘的元素可称为半金属或类金属。( )
答案:1.√ 2.× 3.√ 4.× 5.√
探究1
探究2
素养脉络
随堂检测
核外电子排布与元素周期表的关系
问题探究
元素周期系周期性发展就像螺壳上的螺旋
探究1
探究2
素养脉络
随堂检测
(1)外围电子排布为5s25p1的元素,在元素周期表中处于什么位置?据此分析元素的外围电子排布与元素在周期表中的位置有何关系?
提示:该元素位于第五周期第ⅢA族。元素能级中最高能层序数=周期序数,主族元素原子的外围电子数=该元素在周期表中的主族序数。
(2)某元素位于周期表中第四周期ⅤA族,你能否据此写出该元素的价电子排布式和电子排布式?
提示:该元素的价电子排布式为4s24p3;电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p3。
(3)原子序数1~36的某元素基态原子的最外层电子排布式为ns2,该元素可能属于哪一族?
提示:0族(He)、ⅡA族、ⅡB族、ⅢB族、ⅣB族、ⅤB族、ⅦB族、Ⅷ族。
探究1
探究2
素养脉络
随堂检测
深化拓展
1.核外电子排布与周期的划分
(1)每一周期元素原子的外围电子排布与元素种类。
周
期
外围电子排布
各周期增
加的能级
元素
种类
第ⅠA族
0族
最外层最多容纳电子数
一
1s1
1s2
2
1s
2
二
2s1
2s22p6
8
2s、2p
8
三
3s1
3s23p6
8
3s、3p
8
四
4s1
4s24p6
8
4s、3d、4p
18
五
5s1
5s25p6
8
5s、4d、5p
18
六
6s1
6s26p6
8
6s、4f、5d、6p
32
七
7s1
7s27p6
8
7s、5f、6d、7p
32
探究1
探究2
素养脉络
随堂检测
(2)核外电子排布与周期划分的关系。
①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7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。
②每一个能级组对应一个周期,且该能级组中最高的能级对应的能层数等于元素的周期序数。
探究1
探究2
素养脉络
随堂检测
2.核外电子排布与族的关系
(1)价电子。
主族元素的价电子为该元素原子的最外层电子。如碱金属元素原子的价电子排布为ns1。副族元素的价电子与其最外层电子和次外层电子有关(镧系、锕系元素还与次次外层的f电子有关)。如铁元素的价电子排布式为3d64s2。
探究1
探究2
素养脉络
随堂检测
(2)主族元素。
主族元素的族序数=原子的最外层电子数。同主族元素原子的价电子排布相同,价电子全部排布在ns或nsnp能级上(如下表所示)。
当主族元素原子的价电子全部失去或偏离时,表现出该元素的最高正价(O、F除外)。
(3)稀有气体元素的价电子排布为ns2np6(He为1s2)。
主族序数
ⅠA
ⅡA
ⅢA
ⅣA
ⅤA
ⅥA
ⅦA
价电子
构型
ns1
ns2
ns2np1
ns2np2
ns2np3
ns2np4
ns2np5
探究1
探究2
素养脉络
随堂检测
(4)过渡元素(副族和第Ⅷ族)同一纵列原子的价电子排布基本相同(如下表所示)。
第ⅢB族~ⅦB族可失去ns和(n-1)d能级上的全部电子,所以,最高正价数=族序数。
第Ⅷ族可失去最外层的s电子和次外层的部分(n-1)d电子,其最高正价一般低于族序数(8),只有Ru和Os可表现出+8价。
第ⅠB族可失去ns电子和部分(n-1)d电子,所以第ⅠB族的族数<最高正价,第ⅡB族只失去ns2电子,第ⅡB族的族序数=其最高正价。
族序数
ⅢB
ⅣB
…
ⅦB
价电子构型
(n-1)d1ns2
(n-1)d2ns2
…
(n-1)d5ns2
族序数
Ⅷ
ⅠB
ⅡB
价电子构型
(n-1)d6~8ns2
(n-1)d10ns1
(n-1)d10ns2
探究1
探究2
素养脉络
随堂检测
素能应用
典例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叙述中,正确的是( )
A.原子价电子排布为ns2np1~6的元素一定是主族元素
B.基态原子最外电子层的p能级上有5个电子的元素一定是第ⅦA族元素
C.原子的价电子排布为(n-1)d6~8ns2的元素一定位于第ⅢB~ⅦB族
D.基态原子N能层上只有1个电子的元素一定是主族元素
答案:B
探究1
探究2
素养脉络
随堂检测
解析:除He外,0族元素原子的价电子排布均为ns2np6,0族元素不是主族元素;基态原子最外电子层的p能级上有5个电子,即价电子排布为ns2np5,该元素一定处于第ⅦA族;原子的价电子排布为(n-1)d6~8ns2的元素处于第Ⅷ族;基态原子N能层上只有1个电子的元素,除主族元素K外,还有过渡金属元素Cu、Cr。
规律总结
已知某元素原子的外围电子排布,可推断该元素在周期表中的具体位置。依据最大能层数确定所在周期序数;依据外围电子数确定所在族序数。(1)对于主族元素,原子的最大能层数等于周期序数,价电子数等于主族序数;(2)第ⅢB~ⅦB族,原子的价电子数等于族序数;(3)第ⅠB、ⅡB族要根据ns能级上的电子数来划分。
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变式训练1外围电子构型为3d104s1的元素在周期表中位于( )
A.第五周期第ⅠB族
B.第五周期第ⅡB族
C.第四周期第ⅦB族
D.第四周期第ⅠB族
答案:D
解析:该元素的基态原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s1,根据电子排布式可知,该原子有4个能层,所以位于第四周期;其价电子排布式为3d104s1,属于第ⅠB族元素,所以该元素位于第四周期第ⅠB族,故选D。
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元素周期表的分区
问题探究
根据元素原子的核外电子排布对元素周期表分区
(1)在s区中,族序数最大、原子序数最小的元素是什么元素?该元素原子价电子的电子云什么形状?
提示:s区包括第ⅠA族、第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。
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(2)Fe元素处于周期表中的哪个区?写出Fe2+、Fe3+的电子排布式;这两种离子哪一种更稳定?为什么?
提示:Fe位于元素周期表中的d区,常见离子为Fe2+、Fe3+,电子排布式分别为1s22s22p63s23p63d6、1s22s22p63s23p63d5,由离子的电子排布式可知Fe3+的3d能级“半充满”,其稳定性强于Fe2+。
(3)某元素原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s2,据此判断该元素位于周期表中的哪一区?是何种元素?
提示:该元素位于元素周期表中的ds区;元素名称为锌,元素符号为Zn。
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深化拓展
1.根据元素的性质,对元素周期表分区
根据元素的性质(金属性和非金属性),将元素周期表分为金属元素区和非金属元素区,如下图所示:
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2.根据原子核外电子排布,对元素周期表分区
(1)根据元素周期表中元素原子的外围电子排布,划分为五个区,即s区、p区、d区、ds区和f区,具体如下图所示:
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(2)各区内元素分布及原子结构特点。
分区
元素分布
外围电子排布
元素性质特点
s区
第ⅠA族、第ⅡA族
ns1~2
除氢外都是活泼金属元素
p区
第ⅢA族~ⅦA族、0族
ns2np1~6
(He除外)
最外层电子参与成键(0族元素一般不考虑)
d区
第ⅢB族~
ⅦB族、第Ⅷ族
(n-1)d1~9ns1~2
(Pd除外)
次外层d能级中的电子不同程度地参与化学键的形成
ds区
第ⅠB族、第ⅡB族
(n-1)d10ns1~2
金属元素
f区
镧系、锕系
(n-2)f0~14
(n-1)d0~2ns2
镧系元素化学性质相近;锕系元素化学性质相近
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素能应用
典例2已知某元素基态原子的价电子排布为(n-1)dansb(a、b均为大于0的正整数),下列有关说法正确的是( )
A.该元素一定位于元素周期表中的d区
B.该元素一定位于元素周期表中的ds区
C.该元素的族序数为a+b
D.该元素一定为金属元素
答案:D
解析:该元素基态原子的价电子排布为(n-1)dansb,该元素为过渡元素,该元素可能位于周期表中的d区或ds区。若该元素处于第ⅢB~ⅦB族,原子的价电子数等于族序数,即族序数为a+b,否则不存在这一关系。
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规律总结
解答与元素周期表分区相关的问题时,要特别注意:(1)主族元素的最外层电子即为外围电子(价电子),过渡元素的外围电子一般包括最外层的s电子和次外层的d电子,有的还包括倒数第三层的f电子;(2)s区元素原子的价电子特征排布为ns1~2,价电子数等于主族序数;(3)p区元素原子的价电子特征排布为ns2np1~6(He除外),价电子总数等于主族序数(0族除外);(4)s区(H除外)、d区、ds区和f区都是金属元素。
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变式训练2下列各组元素都属于p区的是( )
A.原子序数为1、2、7的元素
B.O、S、P
C.Fe、Ar、Cl
D.Na、Li、Mg
答案:B
解析:A项中的氢元素及D项中的Na、Li、Mg均属于s区,C项中的Fe属于d区。
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1.根据核外电子排布特点,铜元素在元素周期表中属于( )
A.s区
B.p区
C.d区
D.ds区
答案:D
2.按核外电子层结构,可把周期表里的元素划分成5个区,以下元素属于s区的是( )
A.Fe
B.Mg
C.As
D.Cu
答案:B
解析:最外层只有1~2个s电子,次外层无d电子,价电子排布为ns1~2(包括ⅠA、ⅡA族)的元素属于s区元素,只有Mg符合。
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3.(双选)下面元素周期表中全部是金属元素的区域为( )
A.s区
B.p区
C.d区
D.ds区
答案:CD
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4.某元素R基态原子的价电子排布为5s25p1,则R元素在元素周期表中的位置是( )
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
答案:B
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5.指出下列元素是主族元素还是副族元素,及其在元素周期表中的位置。
(1)1s22s22p63s2是 族元素,位于周期表中第 周期第 族,属于 区元素。?
(2)[Kr]4d105s25p2是 族元素,位于周期表中第 周期第 族,属于 区元素。?
(3)[Ar]3d14s2是 族元素,位于周期表中第 周期第 族,属于 区元素。?
(4)[Ar]3d104s1是 族元素,位于周期表中第 周期第 族,属于 区元素。?
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答案:(1)主 三 ⅡA s
(2)主 五 ⅣA p
(3)副 四 ⅢB d
(4)副 四 ⅠB ds
解析:(1)最后一个电子填充在3s能级,属于s区,主族元素。族序数=ns能级中的电子数,即族序数为2,位于第三周期第ⅡA族。
(2)最后一个电子填充在5p能级,属于p区,主族元素。族序数=(ns+np)电子数,即族序数为2+2=4,位于第五周期第ⅣA族。
(3)最后一个电子填充在3d能级,3d能级小于10,属于d区,副族元素。族序数=[(n-1)d+ns]电子数,即族序数为1+2=3,位于第四周期第ⅢB族。
(4)最后一个电子填充在3d能级,且3d能级电子数等于10,属于ds区,副族元素。族序数=ns电子数,即族序数为1,位于第四周期第ⅠB族。第二节 原子结构与元素的性质
第一课时 原子结构与元素周期表
课后篇素养形成
夯实基础轻松达标
1.某元素原子的简化电子排布式为[Xe]4f46s2,其应在
( )
A.s区
B.p区
C.d区
D.f区
答案D
解析最外层有2个s电子、次外层s电子和p电子已全满、d电子0~2个、倒数第三层排布1~14个f电子(个别例外),即价电子构型为(n-2)f0~14(n-1)d0~2ns2的元素为f区元素。
2.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.最外层电子数为2的元素都分布在s区
C.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
D.s区均为金属元素
答案C
解析s区除H外均为金属元素,故A、D两项错误;He、Zn等虽然最外层电子数为2但却不是s区元素,B项错误;周期表中第ⅢB族~第ⅡB族为过渡元素,全部为金属元素,C项正确。
3.电子排布式为[Ar]3d54s2的元素是( )
A.稀有气体元素
B.过渡元素
C.主族元素
D.卤族元素
答案B
解析在最外能层p能级上填充有电子且未满时,一定为主族元素;最外能层p能级上未填充电子,而在次外层d(或次次外层f)能级上填充有电子的元素,一定是过渡元素。故电子排布式为[Ar]3d54s2的元素为过渡元素。
4.下列说法正确的是( )
A.最外层电子排布为ns2的基态原子对应的元素一定位于第ⅡA族
B.最外层电子排布为ns1的基态原子对应的元素一定属于金属元素
C.p区元素的原子p能级中一定都有电子
D.基态原子价电子排布为nsnnpn的元素一定是非金属元素
答案D
解析最外层电子排布为ns2的基态原子可能是氦元素,也可能是过渡元素,不一定是第ⅡA族元素,A项错;最外层电子排布为ns1的基态原子不一定是金属元素,如H元素不是金属元素,除氢元素外,其他最外层电子排布为ns1的基态原子对应的元素都是金属元素,B项错;p区元素中的He原子最外层电子排布为1s2,故C项错误;最外层电子排布符合nsnnpn的元素只有n=2这一种情况,n=2时,该元素的价电子排布式为2s22p2,是碳元素,属于非金属元素,D项正确。
5.下列是某些元素基态原子的电子排布式,其中表示第三周期元素的是( )
A.1s22s1
B.1s22s22p5
C.1s22s22p63s2
D.1s22s22p63s23p64s1
答案C
解析元素所在的周期数与最高能层序数n有关,第三周期元素的最高能层序数为3,故选C。
6.外围电子排布式为4f75d16s2的元素在周期表中的位置是( )
A.第四周期第ⅦB族
B.第五周期第ⅢB族
C.第六周期第ⅦB族
D.第六周期第ⅢB族
答案D
解析因6s能级有两个电子,所以该元素在第六周期,5d和6s上电子数之和为3,且次次外层f能级上有7个电子,故该元素为第ⅢB族中的镧系元素,属于f区元素。
7.具有如下电子层结构的原子,其相应元素一定属于同一主族的是( )
A.3p能级上有2个未成对电子的原子和4p能级上有2个未成对电子的原子
B.3p能级上只有1个空轨道的原子和4p能级上只有1个空轨道的原子
C.最外层电子排布为1s2的原子和最外层电子排布为2s22p6的原子
D.最外层电子排布为1s2的原子和最外层电子排布为2s2的原子
答案B
解析当p能级上有2个或者4个电子时,p能级上都有2个未成对电子,所以相应元素可能是第ⅣA族,也可能是第ⅥA族,故A不符合题意;p能级上有3个原子轨道,当有1个空轨道时,另两个轨道各容纳了1个电子,加上s能级上的2个电子,最外层是4个电子,所以不管哪个能层,只要np能级上有一个空轨道,就属于第ⅣA族,故B符合题意;最外层电子排布为1s2的原子是He,最外层电子排布为2s22p6的原子是Ne,两者都属于0族元素,题干中要求属于主族元素,故C不符合题意;最外层电子排布为1s2的原子为He,而最外层电子排布为2s2的原子为Be,故D不符合题意。
8.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
答案C
解析48Ti、49Ti、50Ti等核素的中子数分别为26、27、28,故A叙述正确;22Ti的外围电子排布式为3d24s2,因此钛是第四周期d区的过渡元素,故B、D叙述正确;元素在周期表中的位置由其质子数决定,各种钛的同位素原子所含的质子数相同,在周期表中占据同一位置,故C叙述不正确。
9.已知下列元素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。
提升能力跨越等级
1.硒(34Se)是人体必需的微量元素,适当摄入能有效提高人体免疫机能并能预防癌症和心脑血管疾病。下列有关硒元素的说法不正确的是( )
A.Se元素处于元素周期表的第15列
B.Se原子的价电子排布式为4s24p4
C.Se元素处于元素周期表中的p区
D.基态Se原子的核外电子排布中共有8个能级
答案A
解析Se元素原子核外有34个电子,处于元素周期表中第16列,与O元素处于同一主族。Se元素的基态原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p4,共有8个能级,其价电子排布式为4s24p4,处于元素周期表的p区。
2.某元素原子的最外层电子数为2,价电子数为5,并且是同族中原子序数最小的元素,关于该元素的叙述不正确的是( )
A.该元素为过渡元素
B.该元素处于元素周期表中第四周期第ⅡA族
C.该元素位于元素周期表的d区
D.该元素基态原子的电子排布式为[Ar]3d34s2
答案B
解析根据该元素原子的最外层电子数为2,价电子数为5,可知其外围电子排布式为(n-1)d3ns2。又知该元素是同族中原子序数最小的元素,则该元素处于第四周期,其外围电子排布式为3d34s2,应为过渡元素,处于第四周期第ⅤB族,位于元素周期表的d区。
3.铊是一种剧毒重金属,有关铊的信息如右图所示。下列有关铊元素的说法中不正确的是( )
A.Tl元素属于ds区元素
B.Tl元素处于第六周期第ⅢA族
C.Tl元素与Al元素处于同一主族
D.Tl元素与Cs元素处于同一周期
答案A
解析由图示可知,Tl元素的外围电子排布为6s26p1,则Tl元素处于元素周期表中第六周期第ⅢA族,与Al属于同主族元素,属于p区元素。Tl和Cs元素均处于第六周期。
4.下列有关推断中,不符合实际的是( )
①第n周期中有2n2种元素;
②第n周期第nA族元素不一定是金属元素;
③第n周期有(8-n)种非金属元素(含稀有气体);
④最高价是+7价的元素一定是非金属元素
A.①③④
B.①②④
C.②③④
D.①②③
答案A
解析在元素周期表中,第一~七周期分别有2、8、8、18、18、32、32种元素,①中说法错误;第一周期第ⅠA族的氢元素不是金属元素,②中说法正确;第一周期和第七周期各有2种非金属元素,③中说法错误;KMnO4中的锰元素显+7价,锰是金属元素,④中说法错误。
5.元素周期表共有18个纵列,从左到右排为1~18列,即碱金属是第一列,稀有气体是第18列。下列说法正确的是( )
A.第9列元素中不完全是金属元素
B.第15列元素的原子最外层电子排布为ns2np3
C.最外层电子排布为ns2的元素都在第2列
D.第10、11列为ds区的元素,形成化合物种类最多的元素在第14列
答案B
解析第9列元素为第Ⅷ族元素,全部是金属元素,A项说法错误;第15列为第ⅤA族元素,其最外层电子排布式为ns2np3,B项说法正确;最外层电子排布为ns2的元素除第ⅡA族(第2列)外,还有He以及部分过渡元素,C项说法错误;ds区元素是第11、第12列元素,D项说法错误。
6.(双选)元素X、Y、Z在周期表中的相对位置如图所示。已知Y元素原子最外层电子排布式为ns(n-1)np(n+1),则下列说法不正确的是( )
X
Y
Z
A.Y元素原子的价电子排布式为4s24p4
B.Y元素在周期表的第三周期第ⅣA族
C.X元素位于元素周期表的p区
D.Z元素原子的核外电子排布式为
1s22s22p63s23p63d104s24p3
答案AB
解析Y元素原子的价电子排布式为ns(n-1)np(n+1),由n-1=2可得n=3,Y元素原子的价电子排布式为3s23p4,则Y元素位于第三周期第ⅥA族;Z位于第四周期第ⅤA族,价电子排布式为4s24p3,电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p3;X、Y、Z最外层电子填充在p能级中,故X、Y、Z均位于p区。
7.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,原子的轨道表示式为 。?
(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,第二周期第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。?
答案(1)
(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,其轨道表示式为。
(2)d区为第ⅢB族~第ⅦB族及第Ⅷ族,族序数最大且原子序数最小的为Fe,常见离子为Fe2+、Fe3+,电子排布式依次为1s22s22p63s23p63d6、1s22s22p63s23p63d5,由离子的电子排布式可知Fe3+的3d能级“半充满”,其稳定性强于Fe2+。
(3)ds区符合题述条件的为Zn,其电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s2,价电子排布式为3d104s2。
(4)该题中符合题意的为N,其价电子轨道表示式为。
(5)铀和钚均为锕系元素,位于f区。
8.短周期元素X、Y、Z、W、Q在元素周期表中的相对位置如图所示。
试回答下列问题:
(1)X元素在周期表中的位置 ,属于 区元素。?
(2)Y元素的原子结构示意图为 ,电子排布式为 。?
(3)Z元素的单质既能与盐酸反应,又能与氢氧化钠溶液反应;若从Z元素在周期表中所处的位置看,它具有这种性质的原因是 ,其价电子排布式为 。?
(4)W原子的轨道表示式为 ,Q原子的价电子轨道表示式为 。?
答案(1)第二周期第ⅤA族 p
(2)
1s22s22p4
(3)Al位于元素周期表中金属元素与非金属元素交界线附近 3s23p1
(4)S:
Cl:
解析由元素在周期表中的位置可知各元素分别为X是N,Y是O,Z是Al,W是S,Q是Cl。由于Al元素位于元素周期表中金属元素与非金属元素的交界线附近,所以Al既能与NaOH溶液反应,又能与盐酸反应。
贴近生活拓展创新
已知元素周期表共有18个纵列,如下图所示,实线表示元素周期表的边界。按外围电子排布,可将周期表中的元素划分为s区、p区、d区、ds区等。除ds区外,其他分区的名称来自按构造原理最后填入的电子的能级符号。
请回答下列问题:
(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,认为周期表内第6、7纵列的部分元素可以排在另一分区,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)请利用电子排布知识分析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。第七周期已排满,则现行元素周期表中总共有 种元素。?
答案(1)如下图
(2)ds
(3)见上图
(4)Fe的外围电子排布式为3d64s2,Fe2+、Fe3+的外围电子排布式分别为3d6、3d5,根据“能量相同的轨道处于半充满、全充满和全空状态时能量较低”的原则,3d5为3d能级处于半充满状态,结构更稳定,故Fe3+比Fe2+稳定
(5)118
解析(1)正确理解题意,明确按构造原理分区的含义即可,注意把握关键信息“……最后填入的电子的能级符号”。
(2)ds区外围电子排布为(n-1)d10ns1或(n-1)d10ns2,而周期表内第6个纵列外围电子排布为(n-1)d5ns1,第7个纵列外围电子排布为(n-1)d5ns2,类比可知第6、7纵列可以放入ds区。
(3)4s轨道半充满,即为4s1,根据构造原理、洪特规则可知,该元素基态原子的电子排布可能为[Ar]4s1(K)、[Ar]3d54s1(Cr)或[Ar]3d104s1(Cu),将三种元素分别标在元素周期表中的相应位置即可。
(4)Fe原子外围电子排布式为3d64s2,Fe2+、Fe3+的外围电子排布分别为3d6、3d5,其中Fe3+中3d能级处于半充满状态,较稳定。
(5)根据各周期元素种数可知,第七周期0族元素的原子序数为2+8+8+18+18+32+32=118。(共52张PPT)
第二课时 元素周期律
素养目标
1.分析原子结构中原子核对核外电子作用力的变化,理解原子半径、第一电离能和电负性的递变规律及其原因,培养宏观辨识与微观探析的核心素养。
2.通过原子半径、第一电离能和电负性的数据和图示,掌握相关规律,培养证据推理与模型认知的核心素养。
知识铺垫
必备知识
正误判断
1.元素周期律的本质是:随着原子序数的递增,原子核外电子排布呈周期性变化。
2.同周期元素自左向右,原子半径逐渐减小,同主族自上而下,原子半径逐渐增大。
3.同周期元素自左向右,元素的金属性逐渐减弱,非金属性逐渐增强。
知识铺垫
必备知识
正误判断
1.原子半径
(1)影响因素。
(2)递变规律。
知识铺垫
必备知识
正误判断
【微思考1】除0族元素外,原子半径最小和最大的元素都在第ⅠA族,该说法是否正确?
提示:正确。原子半径最小的是H,原子半径最大的是Fr,二者都在第ⅠA族。
知识铺垫
必备知识
正误判断
2.电离能
(1)第一电离能的概念:气态电中性基态原子失去一个电子转化为气态基态正离子所需要的最低能量叫做第一电离能。
(2)第一电离能的变化规律。
①同一周期从左到右,元素的第一电离能呈逐渐增大的趋势。
②同一主族从上到下,元素的第一电离能逐渐减小。
(3)第ⅢA族和第ⅥA族电离能“异常”的原因。
①第ⅢA族如B和Al的第一电离能较第ⅡA族Be、Mg小的原因:失去的能量最高的电子处于np能级,该能级的能量比同周期第ⅡA族的ns能级的能量高。
②第ⅥA族如O、S的第一电离能较第ⅤA族N、P小的原因是:第ⅤA族N、P
np能级的电子排布半充满,比较稳定,电离能较高。
知识铺垫
必备知识
正误判断
【微思考2】非金属性越强的元素,其第一电离能就越大吗?举例说明。
提示:不是。如氧的非金属性比氮的非金属性强,但氧的第一电离能小于氮。
知识铺垫
必备知识
正误判断
3.电负性
(1)键合电子:元素相互化合时原子间产生化学作用力,形象地称为化学键。原子中用于形成化学键的电子称为键合电子。
(2)电负性:用来描述不同元素的原子对键合电子吸引力的大小。电负性越大的原子,对键合电子的吸引力越大。衡量标准:以氟的电负性为4.0,锂的电负性为1.0作为相对标准。
(3)递变规律。
①同周期自左向右,元素的电负性逐渐变大(稀有气体元素除外)。
②同主族自上而下,元素的电负性逐渐变小。
知识铺垫
必备知识
正误判断
(4)应用:判断元素金属性和非金属性的强弱。
①金属元素的电负性一般小于1.8。
②非金属元素的电负性一般大于1.8。
③位于非金属三角区边界的“类金属”,电负性在1.8左右,既表现
金属性,又表现非金属性。
【微思考3】元素周期表中电负性最大的元素和最小的元素分别是什么元素(放射性元素除外)?
提示:电负性最大的元素是F,电负性最小的元素是Cs。
知识铺垫
必备知识
正误判断
1.原子半径:r(Si)>r(C)>r(B)。
( )
2.离子半径:r(Li+)3.能层数多的元素的原子半径一定比能层数少的元素的原子半径大。
( )
4.原子失去2个电子所需要的能量是其失去1个电子所需能量的2倍。
( )
5.一般认为元素的电负性小于1.8的为金属元素,大于1.8的为非金属元
素。( )
6.同周期元素从左到右,第一电离能有增大的趋势,故第一电离能
C7.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。( )
8.主族元素的电负性越大,元素原子的第一电离能一定越大。( )
答案:1.× 2.√ 3.× 4.× 5.√ 6.× 7.√ 8.×
探究1
探究2
探究3
素养脉络
随堂检测
微粒半径
问题探究
原子与离子半径的对比(单位:pm)
H
37
?
?
?
?
?
?
?
Li
152
Be
89
B
82
C
77
N
75
O
74
F
71
Ne
154
Na
186
Mg
160
Al
143
Si
117
P
110
S
102
Cl
99
Ar
192
K
232
Ca
197
?
?
?
?
Br
114
?
探究1
探究2
探究3
素养脉络
随堂检测
H+
H-
140
?
?
?
?
?
?
Li+
60
Be2+
31
?
?
N3-
171
O2-
140
F-
136
?
Na+
95
Mg2+
65
Al3+
50
?
P3-
212
S2-
184
Cl-
181
?
K+
138
Ca2+
100
?
?
?
?
Br-
195
?
已知短周期元素,aA2+、bB+、cC3-、dD-具有相同的电子层结构。结合上述数据分析:
(1)试推测四种元素在周期表中的位置?
提示:A、B、C、D不在同一周期。A应位于第三周期第ⅡA族,B应位于第三周期第ⅠA族,C应位于第二周期第ⅤA族,D应位于第二周期第ⅦA族。
探究1
探究2
探究3
素养脉络
随堂检测
(2)A、B、C、D的原子半径大小顺序是怎样的?A2+、B+、C3-、D-的离子半径呢?
提示:原子半径B>A>C>D;离子半径C3->D->B+>A2+。
(3)请比较A与A2+、D与D-的半径大小。
提示:A>A2+ D(4)比较微粒半径大小的关键要素是什么?
提示:①不同周期不同主族元素原子半径比较,先看周期再看主族。
②对于离子半径的比较,要借助于电子层结构相同的离子半径的递变规律和元素周期律进行判断。
③同一元素的阳离子半径小于原子半径;阴离子半径大于原子半径。
探究1
探究2
探究3
素养脉络
随堂检测
深化拓展
粒子半径的大小比较
原子半径
同周期元素,随着原子序数递增,其原子半径逐渐减小(稀有气体除外)。例如:r(Na)>r(Mg)>r(Al)>r(Si)>r(P)>r(S)>r(Cl)
同主族元素,随着电子层数递增,其原子半径逐渐增大。例如:r(Li)探究1
探究2
探究3
素养脉络
随堂检测
例子半径
同种元素的粒子半径:阴离子大于原子,原子大于阳离子,低价阳离子大于高价阳离子。例如:r(Cl-)>r(Cl);r(Fe)>r(Fe2+)>r(Fe3+)
电子层结构相同的离子,核电荷数越大,半径越小。
例如:r(O2-)>r(F-)>r(Na+)>r(Mg2+)>r(Al3+)
带相同电荷的离子,电子层数越多,半径越大。例如:
r(Li+)核电荷数、电子层数均不同的离子可选一种离子参照比较。例如比较r(K+)与r(Mg2+)可选r(Na+)为参照:
r(K+)>r(Na+)>r(Mg2+)
探究1
探究2
探究3
素养脉络
随堂检测
素能应用
典例1四种元素基态原子的电子排布式如下:
①1s22s22p63s23p4;②1s22s22p63s23p3;③1s22s22p3;④1s22s22p5。四种原子按半径由大到小的顺序排列正确的是( )
A.①>②>③>④
B.②>①>③>④
C.②>①>④>③
D.①>②>④>③
答案:B
解析:由四种元素基态原子的电子排布式可知,①为S原子,②为P原子,③为N原子,④为F原子,其中P、S元素处于第三周期,P原子的核电荷数小于S,则P的原子半径大于S;N和F元素处于第二周期,N原子的核电荷数小于F,则N的原子半径大于F;S原子比N原子多一个电子层,则S的原子半径大于N原子,综上所述,原子半径由大到小的顺序为P>S>N>F。
探究1
探究2
探究3
素养脉络
随堂检测
规律总结
比较微粒半径的一般思路
(1)“一层”:先看电子层数,电子层数越多,微粒半径一般越大。
(2)“二核”:若电子层数相同则看核电荷数,核电荷数越大,微粒半径越小。
(3)“三电子”:若电子层数、核电荷数均相同,则看核外电子数,电子数多的半径大。
探究1
探究2
探究3
素养脉络
随堂检测
变式训练1-1下列各组粒子半径大小的比较错误的是( )
A.K>Na>Li
B.Na+>Mg2+>Al3+
C.Mg2+>Na+>F-
D.Cl->F->F
答案:C
解析:同一主族元素原子的半径从上到下越来越大,A项正确。核外电子排布相同的离子,核电荷数越大,半径越小,B项正确,C项符合题目要求。Cl-比F-多一个电子层,Cl->F-;F-比F多一个电子,半径大小为F->F,D项正确。
探究1
探究2
探究3
素养脉络
随堂检测
变式训练1-2试比较以下微粒半径的大小。
(1)根据元素周期律,原子半径Ga As,第一电离能Ga As(填“>”或“<”)。?
(2)原子半径Al Si(用“>”或“<”填空)。?
(3)随原子序数的递增,八种短周期元素(用字母x等表示)原子半径的相对大小、最高正价或最低负价的变化如图所示。
比较d、e常见离子的半径大小(用化学式表示) > 。?
探究1
探究2
探究3
素养脉络
随堂检测
答案:(1)> < (2)>
(3)r(O2-) r(Na+)
解析:(1)同周期主族元素的原子半径随原子序数的递增而逐渐减小,Ga与As在周期表中同位于第四周期,Ga位于第ⅢA族,As位于第ⅤA族,则原子半径:Ga>As。Ga、As原子的价电子排布式分别为4s24p1、4s24p3,其中As原子的4p能级处于半充满的稳定状态,其第一电离能较大,则第一电离能:GaSi。(3)由图示可知,这八种元素分别为H、C、N、O、Na、Al、S、Cl,O2-和Na+具有相同的电子层结构,根据“序小径大”规律可知r(O2-)>r(Na+)。
探究1
探究2
探究3
素养脉络
随堂检测
电离能
问题探究
元素的第一电离能的周期性
探究1
探究2
探究3
素养脉络
随堂检测
问题思考:
(1)据图可知,第ⅡA族和第ⅤA族元素的第一电离能比同周期的相邻元素都高,解释原因。
提示:同周期元素中,第ⅡA族元素的价电子排布为ns2,第ⅤA族元素的价电子排布为ns2np3,最外层s能级分别为全充满、p能级分别为全空或半充满状态,比较稳定,失去一个电子需要的能量相对较大,故其第一电离能比同周期相邻元素的要高。
探究1
探究2
探究3
素养脉络
随堂检测
(2)根据Na、Mg、Al的电离能数据(见教材24页),回答:
①为什么同一元素的电离能逐级增大?
②为什么Na、Mg、Al的化合价分别为+1、+2、+3?
提示:①同一元素的逐级电离能是逐渐增大的,即I1I2、I4>I3……In+1>In。
②Na的I1比I2小很多,电离能差值很大,说明失去第一个电子比失去第二个电子容易得多,所以Na容易失去一个电子形成+1价离子;Mg的I1和I2相差不多,而I2比I3小很多,所以Mg容易失去两个电子形成+2价离子;Al的I1、I2、I3相差不多,而I3比I4小很多,所以Al容易失去三个电子形成+3价离子。
探究1
探究2
探究3
素养脉络
随堂检测
深化拓展
1.第一电离能与原子核外电子排布的关系
(1)第一电离能的变化与元素原子的核外电子排布有关。通常情况下,当原子核外电子排布在能量相等的轨道上形成全空(p0、d0、f0)、半满(p3、d5、f7)和全满(p6、d10、f14)结构时,原子的能量较低,该元素具有较大的第一电离能。例如P的第一电离能比硫的大,Mg的第一电离能比Al的大。
(2)第三周期元素第一电离能的大小关系为I1(Ar)>I1(Cl)>I1(P)>I1(S)>I1(Si)>I1(Mg)>I1(Al)>I1(Na)。
探究1
探究2
探究3
素养脉络
随堂检测
2.电离能的应用
(1)比较元素金属性的强弱。
一般情况下,元素的第一电离能越小,元素的金属性越强。
(2)确定元素原子的核外电子层排布。
由于电子是分层排布的,内层电子比外层电子难失去,因此当元素原子失去不同能层的电子时电离能会发生突变。
(3)确定元素的化合价。
如果电离能在In与In+1之间发生突变,则元素的原子易形成+n价离子,或主族元素的最高化合价为+n价。某元素的逐级电离能若I2?I1,则该元素通常显+1价;若I3?I2>I1,则该元素通常显+2价;若I4?I3>I2>I1,则该元素通常显+3价。
探究1
探究2
探究3
素养脉络
随堂检测
素能应用
典例2第一电离能I1是指气态原子X(g)失去一个电子成为气态阳离子X+(g)所需的能量。下图是部分元素原子的第一电离能I1随原子序数变化的曲线图。
探究1
探究2
探究3
素养脉络
随堂检测
请回答以下问题:
(1)认真分析上图中同周期元素第一电离能的变化规律,将Na~Ar之间六种元素用短线连接起来,构成完整的图像。
(2)从上图分析可知,同一主族元素原子的第一电离能I1的变化规律是?
。?
(3)N元素的第一电离能比C、O元素的第一电离能大的原因是?
。?
(4)气态锂原子失去核外不同电子所需的能量分别为:失去第一个电子为519
kJ·mol-1,失去第二个电子为7
296
kJ·mol-1,失去第三个电子为11
799
kJ·mol-1,由此数据分析锂原子失去核外第二个电子时所需的能量要远远大于失去第一个电子所需的能量的原因:?
。?
探究1
探究2
探究3
素养脉络
随堂检测
答案:(1)
(2)从上到下依次减小
(3)N原子2p能级半充满,相对稳定
(4)Li原子失去一个电子后变成Li+,Li+已形成稳定结构,再失去电子很困难
探究1
探究2
探究3
素养脉络
随堂检测
解析:(1)根据题图可知,同一周期元素中,元素的第一电离能随着原子序数的增大呈增大的趋势,但第ⅡA族元素的第一电离能大于第ⅢA族元素,第ⅤA族元素的第一电离能大于第ⅥA族元素,据此将Na~Ar之间的元素用短线连接起来即可。
(2)以题图第ⅠA族为例,同一主族元素原子的第一电离能(I1)从上到下依次减小,其他主族递变规律类似。
(3)由于N原子2p能级半充满,相对稳定,所以N元素的第一电离能比C、O元素的第一电离能大。
(4)由于Li原子失去一个电子后变成Li+,Li+已形成稳定结构,再失去电子很困难,所以锂原子失去核外第二个电子时所需的能量要远远大于失去第一个电子所需的能量。
探究1
探究2
探究3
素养脉络
随堂检测
规律总结
各元素原子的电离能大小,主要取决于原子的电子层结构、核电荷数以及原子半径的大小。随着核电荷数递增,元素的第一电离能呈现周期性变化。同周期元素的第一电离能在增大趋势中出现第ⅢA族<第ⅡA族、第ⅥA族<第ⅤA族这两处例外。
探究1
探究2
探究3
素养脉络
随堂检测
变式训练2下列叙述正确的是( )
A.第三周期所含元素中,钠的第一电离能最小
B.铝的第一电离能比镁的第一电离能大
C.在所有元素中,氟的第一电离能最大
D.钾的第一电离能比镁的第一电离能大
答案:A
解析:同周期元素中碱金属的第一电离能最小,稀有气体的第一电离能最大,故A项正确,C项不正确。由于镁的3s能级全充满,3p能级全空,而铝的3s能级全满,3p能级中有一个电子,故铝的第一电离能小于镁,B项不正确。钾比镁电子层数多,原子半径大,更易失去电子,故钾的第一电离能小于镁,D项错误。
探究1
探究2
探究3
素养脉络
随堂检测
电负性
问题探究
问题思考:
(1)同主族元素的电负性有何变化规律?同周期主族元素的电负性与原子半径之间有何关系?
提示:同主族元素,核电荷数越大电负性越小。同周期主族元素的电负性随原子半径的减小而增大。
探究1
探究2
探究3
素养脉络
随堂检测
(2)元素周期表中电负性最大的元素是哪种元素?电负性最小的元素是哪种元素(放射性元素除外)?
提示:电负性最大的元素为F元素;电负性最小的元素为Cs元素。
(3)钙元素的电负性应该在哪两种主族元素之间?
提示:根据Ca元素在周期表中的位置,可知电负性:K探究1
探究2
探究3
素养脉络
随堂检测
深化拓展
1.依据电负性判断元素的金属性和非金属性
(1)金属元素的电负性一般小于1.8,非金属元素的电负性一般大于1.8,而位于金属、非金属分界线两侧的元素的电负性则在1.8左右,它们既有金属性,又有非金属性。
(2)金属元素的电负性越小,金属性越强;非金属元素的电负性越大,非金属性越强。
2.依据电负性判断元素的化合价
(1)电负性数值小的元素,在化合物中吸引键合电子的能力弱,元素的化合价为正值。
(2)电负性数值大的元素,在化合物中吸引键合电子的能力强,元素的化合价为负值。
探究1
探究2
探究3
素养脉络
随堂检测
3.利用电负性解释元素的“对角线”规则
在元素周期表中,某些主族元素与其右下方的主族元素(如图所示)的有些性质是相似的,被称为“对角线规则”。
“对角线规则”可以通过元素的电负性进行解释:Li、Mg的电负性分别为1.0、1.2;Be、Al的电负性分别为1.5、1.5;B、Si的电负性分别为2.0、1.8。它们的电负性接近,说明它们对键合电子的吸引力相当,它们表现出的性质相似。如Li、Mg在空气中燃烧的产物分别为Li2O和MgO;Be(OH)2、Al(OH)3均属于难溶的两性氢氧化物;B、Si的含氧酸都是弱酸等。
探究1
探究2
探究3
素养脉络
随堂检测
素能应用
典例3不同元素的原子在化合物中吸引电子的能力大小可用电负性表示,若电负性越大,则原子吸引电子的能力越大,在所形成的分子中成为显负电性的一方。下面是某些短周期元素的电负性:
元素
Li
Be
B
C
O
F
电负性
0.98
1.57
2.04
2.53
3.44
3.98
元素
Na
Al
Si
P
S
Cl
电负性
0.93
1.61
1.90
2.19
2.58
3.16
探究1
探究2
探究3
素养脉络
随堂检测
(1)通过分析电负性的变化规律,确定N、Mg的电负性(x)范围: (2)推测电负性(x)与原子半径的关系是?
。?
(3)某有机物的分子中含有S—N键,在S—N键中,你认为共用电子对偏向 (写原子名称)。?
(4)经验规律告诉我们当成键两元素的电负性的差值大于1.7时,一般形成离子键,当电负性差值小于1.7时,一般形成共价键,试推断AlBr3中化学键的类型是 。?
(5)在元素周期表中,电负性最小的元素的位置为 (放射性元素除外)。?
答案:(1)2.53 3.44 0.93 1.57
(2)电负性越小,原子半径越大 (3)氮
(4)共价键 (5)第六周期第ⅠA族
探究1
探究2
探究3
素养脉络
随堂检测
解析:由所给数据分析可知:同周期主族元素从左到右,电负性逐渐增大;同主族元素从上到下,电负性逐渐减小。
(1)同周期中x(Na)(2)元素电负性的递变规律与原子半径递变规律恰好相反,即:同周期(或同主族)元素中,电负性越大,其原子半径越小。
(3)对比周期表中对角线位置元素的电负性(x)可知:x(B)>x(Si),x(C)>x(P),x(O)>x(Cl),则可推知:x(N)>x(S),故在S
—N键中,共用电子对应偏向N原子。
(4)查表知:AlCl3中两元素电负性差值1.55<1.7,又x(Br)(5)根据电负性递变规律,周期表中电负性最小的应为Cs(Fr为放射性元素),位于第六周期第ⅠA族。
探究1
探究2
探究3
素养脉络
随堂检测
规律总结
电负性是不同元素的原子对键合电子吸引力大小的量度,电负性越大,非金属性越强。电负性的大小能用来判断元素之间的成键类型,也可以用来判断元素化合价的正负。电负性相同或差值小的非金属元素的原子之间形成的化学键主要是共价键,当电负性差值为零时通常形成非极性共价键;差值不为零时,形成极性共价键;而且差值越小,形成的共价键极性越弱。
探究1
探究2
探究3
素养脉络
随堂检测
变式训练3已知元素的电负性和原子半径一样,也是元素的一种基本性质,下表给出14种元素的电负性:
元素
Al
B
Be
C
Cl
F
Li
Mg
N
Na
O
P
S
Si
电负性
1.5
2.0
1.5
2.5
3.0
4.0
1.0
1.2
3.0
0.9
3.5
2.1
2.5
1.8
探究1
探究2
探究3
素养脉络
随堂检测
试结合元素周期律知识回答下列问题:
(1)根据上表给出的数据,可推知元素电负性的变化规律是 。?
(2)由上述变化规律可推知,短周期主族元素中,电负性最大的元素是 ,电负性最小的元素是 ,由这两种元素形成的化合物属于 (填“离子”或“共价”)化合物。?
(3)某有机化合物的结构简式为
,在P—N键中,你认为共用电子对偏向 (写原子名称)。?
答案:(1)元素的电负性随着原子序数的递增呈周期性的变化(或同周期主族元素,从左到右电负性逐渐增大) (2)F Na 离子
(3)氮
探究1
探究2
探究3
素养脉络
随堂检测
解析:(1)把表中给出的14种元素的电负性按原子序数由小到大的顺序整理如下:
元素
Li
Be
B
C
N
O
F
Na
Mg
Al
Si
P
S
Cl
原子
序数
3
4
5
6
7
8
9
11
12
13
14
15
16
17
电负性
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
4.0
0.9
1.2
1.5
1.8
2.1
2.5
3.0
探究1
探究2
探究3
素养脉络
随堂检测
经过上述整理后可以看出,3~9号元素,元素的电负性由小到大;11~17号元素,元素的电负性也是由小到大。所以元素的电负性同原子半径一样随着原子序数的递增呈周期性的变化(即同周期主族元素,从左到右电负性逐渐增大)。
(2)根据上述规律可得出短周期主族元素中,电负性最大的元素为F,电负性最小的元素为Na,二者形成的化合物——NaF为典型的离子化合物。
(3)用电负性的大小可判断共价键中共用电子对偏向哪一方。对于P—N键,由于N的电负性大于P的电负性,所以共用电子对偏向氮原子。
探究1
探究2
探究3
素养脉络
随堂检测
探究1
探究2
探究3
素养脉络
随堂检测
1.下列不能根据元素电负性判断的性质是( )
A.判断化合物的溶解度
B.判断化合物中元素化合价的正负
C.判断化学键类型
D.判断一种元素是金属元素还是非金属元素
答案:A
探究1
探究2
探究3
素养脉络
随堂检测
解析:不能根据电负性判断化合物的溶解度,A项符合题意;电负性小的元素在化合物中吸引电子的能力弱,元素显正化合价,电负性大的元素在化合物中吸引电子的能力强,元素显负化合价,B项不符合题意;根据电负性能判断化学键类型,电负性相同的非金属元素形成的化学键是非极性共价键,电负性差值小于1.7的两种元素的原子之间一般形成极性共价键,相应的化合物是共价化合物,电负性差值大于1.7的两种元素化合时,一般形成离子键,相应的化合物为离子化合物,C项不符合题意;电负性也可以作为判断元素金属性和非金属性强弱的尺度,一般来说,电负性大于1.8的是非金属元素,小于1.8的是金属元素,而位于非金属与金属交界处的“类金属”(如锗、锑等)的电负性则在1.8左右,它们既有金属性又有非金属性,D项不符合题意。
探究1
探究2
探究3
素养脉络
随堂检测
2.具有下列价电子构型的原子中,第一电离能最小的是( )
A.2s22p4
B.3s23p4
C.4s24p4
D.5s25p4
答案:D
解析:A、B、C、D所对应的元素依次是O、S、Se、Te元素,最外层电子结构相同,原子半径越大,原子核吸引电子的能力越弱,其第一电离能越小,故电离能大小顺序是O>S>Se>Te,第一电离能最小的是Te原子,故选D。
探究1
探究2
探究3
素养脉络
随堂检测
3.下列是几种基态原子的电子排布式,电负性最大的原子是( )
A.1s22s22p4
B.1s22s22p63s23p3
C.1s22s22p63s23p2
D.1s22s22p63s23p64s2
答案:A
解析:不同元素的原子在分子内吸引电子的能力大小可用电负性表示,元素的非金属性越强其电负性越大。同一周期中的主族元素,电负性随着原子序数的增大而增大;同一主族中,元素的电负性随着原子序数的增大而减小。A是O元素,B是P元素,C是Si元素,D是Ca元素,非金属性最强的元素是O元素,即电负性最大的元素是O元素,故选A。
探究1
探究2
探究3
素养脉络
随堂检测
4.如图是第三周期11~17号元素某些性质变化趋势的柱形图,下列有关说法中正确的是( )
A.y轴表示的可能是基态的原子失去一个电子所需要的最小能量
B.y轴表示的可能是原子在化合物中吸引电子的能力
C.y轴表示的可能是原子半径
D.y轴表示的可能是形成基态离子转移的电子数
答案:B
探究1
探究2
探究3
素养脉络
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解析:第三周期Mg(或P)的3p能级为全空(或半充满)状态,较为稳定,Mg(或P)的第一电离能大于Al(或S),故A错误;同周期元素从左到右,电负性逐渐增大,B正确;同周期元素从左到右,原子序数逐渐增大,原子半径逐渐减小,C错误;同周期金属元素形成基态离子转移的电子数逐渐增多,非金属元素形成基态离子所需要的电子数逐渐减少,D错误。
探究1
探究2
探究3
素养脉络
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5.A、B、D、E、G、M六种元素位于元素周期表前四周期,原子序数依次增大。其中,元素A的一种核素无中子,B的单质既可以由分子组成也可以形成空间网状结构,化合物DE2为红棕色气体,G是前四周期中电负性最小的元素,M的原子核外电子数比G多10。
请回答下列问题:
(1)基态G原子的电子排布式是 ,M在元素周期表中的位置是 。?
(2)元素B、D、E的第一电离能由大到小的顺序为 (用元素符号表示,下同),电负性由大到小的顺序为 。?
探究1
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探究3
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答案:(1)1s22s22p63s23p64s1或[Ar]4s1 第四周期第ⅠB族 (2)N>O>C O>N>C
解析:根据题给信息可以确定A为氢元素,B为碳元素(C60是由分子组成的碳单质,金刚石形成空间网状结构),D为氮元素,E为氧元素,G为钾元素,M为铜元素。
(1)G为钾元素,基态钾原子的核外有19个电子,电子排布式是1s22s22p63s23p64s1或[Ar]4s1;M为铜元素,在元素周期表中的位置是第四周期第ⅠB族。(2)同周期元素由左向右第一电离能呈递增趋势,但第ⅤA族元素价电子构型为ns2np3,p能级为半充满状态,较稳定,第一电离能比同周期第ⅥA族元素的第一电离能大,故元素C、N、O的第一电离能由大到小的顺序为N>O>C,而电负性由大到小的顺序为O>N>C。