第1章
原子结构与元素性质
第2节 原子结构与元素周期表
第1课时 基态原子的核外电子排布
课后篇素养形成
夯实基础轻松达标
1.(2020黑龙江牡丹江第三中学高二期末)下列各基态原子或离子的电子排布式正确的是( )
A.O2- 1s22s22p4
B.Ca 3d2
C.Fe 3d54s3
D.Si 1s22s22p63s23p2
答案D
解析氧原子的质子数为8,得到2个电子变为离子,则O2-的电子排布式为1s22s22p6,故A错误;钙原子核外电子排布式为[Ar]4s2(或1s22s22p63s23p64s2),故B错误;铁原子核外电子排布式为[Ar]3d64s2,4s能级最多有2个电子,故C错误;硅原子的质子数为14,则硅原子的电子排布式为1s22s22p63s23p2,故D正确。
2.(2020河南洛阳一高高二月考)下列表示氮原子结构的化学用语中,对核外电子运动状态描述正确且能据此确定电子能级的是( )
A.
B.··
C.1s22s22p3
D.
答案C
解析A是氮原子的原子结构示意图,只能看出在原子核外各个电子层上含有的电子数的多少,不能描述核外电子运动状态,故A错误;B是氮原子的电子式,可以知道原子的最外电子层上有5个电子,不能描述核外电子运动状态,故B错误;C是氮原子的核外电子排布式,不仅知道原子核外有几个电子层,还知道各个电子层上有几个能级,并且能知道核外电子的运动状态,故C正确;D项违反了洪特规则,故D错误。
3.(2020山东济宁高三上学期期末)下列各微粒的电子排布式或轨道表示式不符合能量最低原理的是
( )
A.Fe2+ 1s22s22p63s23p63d6
B.Cu 1s22s22p63s23p63d94s2
C.F
D.Na+
答案B
解析Fe2+核外电子数为24,由能量最低原理可知,核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d6,故A符合能量最低原理;29号元素Cu的电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s1,这是因为3d能级为全充满状态(即3d能级填充10个电子)时能量相对较低,故B不符合能量最低原理;氟原子轨道表示式为,故C符合能量最低原理;Na+的轨道表示式为,故D符合能量最低原理。
4.(2020辽宁实验中学东戴河分校高二月考)某元素基态原子4s轨道上有1个电子,则该基态原子价电子排布式不可能是( )
A.3p64s1
B.4s1
C.3d54s1
D.3d104s1
答案A
解析基态原子4s轨道上有1个电子,价电子排布式可能为4s1、3d54s1、3d104s1,当核外电子排布式为1s22s22p63s23p64s1时,价电子排布式为4s1,不是3p64s1,故A符合题意。
5.(2020山东潍坊高二期末)元素X基态原子的第三电子层上有16个电子,该基态原子的价电子排布式为
( )
A.3d16
B.3d84s2
C.3d94s1
D.3d94s2
答案B
解析根据题意可知,该基态原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d84s2,则其价电子排布式为3d84s2。
6.(2020广西北海中学高二期末)下列判断正确的是
( )
A.锂原子的核外电子排布式写成1s3违背了能量最低原理
B.电子的吸收光谱和发射光谱总称原子光谱
C.处于基态的氧原子轨道表示式写成违背了泡利原理
D.某种基态原子中可能存在运动状态完全相同的电子
答案B
解析锂原子的核外电子排布式写成1s3违背了泡利原理,故A错误;电子的吸收光谱和发射光谱总称原子光谱,B正确;处于基态的氧原子轨道表示式写成违背了洪特规则,故C错误;一个基态多电子的原子中,不可能有两个运动状态完全相同的电子,故D错误。
7.(2020辽宁丹东凤城第一中学高二月考)前四周期元素中,基态原子中未成对电子数与其所在周期序数相同的元素有( )
A.3种
B.4种
C.5种
D.6种
答案C
解析第1周期中,有一个未成对电子的是1s1;第2周期中,未成对电子是两个的有两种:1s22s22p2和1s22s22p4;第3周期中,未成对电子是三个的是:1s22s22p63s23p3;第4周期中未成对电子是四个的是1s22s22p63s23p63d64s2,共有5种。
8.(2020山东烟台第二中学高二月考)下列关于价电子排布式为3s23p4粒子的描述正确的是( )
A.它的原子核外有三种形状不同的电子云
B.它的原子核外电子共有16种不同的运动状态
C.它可与H2反应生成常温时的液态化合物
D.该原子的轨道表示式为
答案B
解析价电子排布式为3s23p4的元素是16号元素S,硫元素原子核外具有s和p两种能级,因此该原子的电子云形状有两种,A项错误;硫原子核外具有16个电子,故有16种不同的运动状态,B项正确;硫和氢气化合生成的硫化氢在常温下是气体而不是液体,C项错误;电子排布在同一能级的不同轨道时,总是优先单独占据一个轨道,且自旋状态相同,故D项错误。
9.按要求回答下列各小题:
(1)镁元素基态原子核外M层电子的自旋状态 (填“相同”或“相反”)。?
(2)①Fe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 。?
②比较离子半径:F- (填“大于”“等于”或“小于”)O2-。?
(3)基态铁原子价层电子的轨道表达式为 。?
(4)基态锌原子核外电子排布式为 。?
(5)氮原子价层电子的轨道表达式为 。?
(6)基态钴原子核外电子排布式为 。?
(7)基态Fe3+核外电子排布式为 。?
(8)基态锗原子的核外电子排布式为[Ar] ,有 个未成对电子。?
(9)镍元素基态原子的电子排布式为 ,3d能级上的未成对电子数为 。?
(10)基态砷原子的核外电子排布式为 。?
答案(1)相反 (2)①4s 4f5 ②小于
(3)
(4)1s22s22p63s23p63d104s2或[Ar]3d104s2
(5) (6)1s22s22p63s23p63d74s2或[Ar]3d74s2
(7)[Ar]3d5或1s22s22p63s23p63d5
(8)3d104s24p2 2
(9)1s22s22p63s23p63d84s2或[Ar]3d84s2 2
(10)1s22s22p63s23p63d104s24p3或[Ar]3d104s24p3
解析(1)镁元素原子的最外层电子数是2,占据了s轨道,s轨道最多容纳2个电子,且2个电子自旋状态相反。
(2)①Fe为26号元素,铁原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2,铁原子失去1个电子使4s轨道为半充满状态,能量较低,故首先失去4s轨道电子;Sm的价电子排布式为4f66s2,失去3个电子变成Sm3+成为稳定状态,则应先失去能量较高的电子,所以Sm3+的价电子排布式为4f5;②F-和O2-的核外电子排布相同,核电荷数越大,离子半径越小,故离子半径:F-(3)基态铁原子核外电子排布式为[Ar]3d64s2,则价层电子轨道表示式为。
(4)Zn为第4周期ⅡB族元素,Zn的电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s2或[Ar]3d104s2。
(5)氮原子价电子的轨道表示式为。
(6)Co是27号元素,位于元素周期表第4周期第Ⅷ族,其基态原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d74s2或[Ar]3d74s2。
(7)Fe是26号元素,故基态Fe3+核外电子排布式为[Ar]3d5或1s22s22p63s23p63d5。
(8)Ge的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p2或[Ar]3d104s24p2,其4p轨道有2个未成对电子。
(9)镍元素位于第4周期Ⅷ族,原子序数为28,依据能量最低原理,基态镍原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d84s2或[Ar]3d84s2,其3d能级上未成对电子数为2。
(10)As位于第4周期ⅤA族,其基态原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p3或[Ar]3d104s24p3。
提升能力跨越等级
1.(2020黑龙江哈尔滨三中高二期末)下列各组原子价电子排布式对应的元素,不能形成AB2型化合物的是
( )
A.2s22p2和2s22p4
B.2s22p2和3s23p4
C.3s2和3s23p5
D.3s1和3s23p5
答案D
解析价层电子排布式为2s22p2的元素为C,价层电子排布式为2s22p4的元素为O,二者可形成CO2,A项不符合题意;价层电子排布式为2s22p2的元素为C,价层电子排布式为3s23p4的元素为S,可形成CS2,B项不符合题意;价层电子排布式为3s2的元素为Mg,价层电子排布式为3s23p5的元素为Cl,可形成MgCl2,C项不符合题意;价层电子排布式为3s1的元素为Na,价层电子排布式为3s23p5的元素为Cl,可形成NaCl,不能形成AB2型化合物,D项符合题意。
2.(2020陕西宝鸡中学、西安三中等五校高三联考)下列氮原子的电子排布图表示的状态中,能量由低到高的顺序是( )
A.①③②④
B.①③④②
C.④③②①
D.②④③①
答案A
解析轨道中电子的能量:1s<2s<2p,能量较高的轨道中电子越多,该微粒能量越高,所以2p轨道上电子越多、1s轨道上电子越少,该微粒能量越高,根据图示可知能量由低到高的顺序是①<③<②<④。
3.A、B属于短周期中不同主族的元素,A、B原子的最外层电子中,成对电子和未成对电子占据的轨道数相等,若A元素的原子序数为a,则B元素的原子序数可能为
( )
①a-4 ②a-5 ③a+3 ④a+4
A.①④
B.②③
C.①③
D.②④
答案B
解析根据题意可写出各主族中符合题意的元素原子的最外层电子的轨道表示式:ⅢA族、ⅥA族。从中看出B、Al、O和S符合,其成对电子占据的轨道数和未成对电子占据的轨道数相等。结合A、B属于不同主族可得②、③符合。
4.(2019江苏扬州中学高二月考)下列原子构成的单质中既能与稀硫酸反应又能与烧碱溶液反应,且都产生H2的是( )
A.核内无中子的原子
B.价电子排布式为3s23p3
C.最外层电子数等于倒数第三层上的电子数的原子
D.N层上无电子,最外层上的电子数等于电子层数的原子
答案D
解析核内无中子的原子是氢原子,其单质H2与酸、碱均不能发生反应,A错误;价电子排布式为3s23p3的原子是P,磷单质能与NaOH溶液发生反应且不能产生氢气,但不能与稀硫酸反应,B错误;最外层电子数等于倒数第三层上的电子数的原子是Mg,Mg是比较活泼的金属,与NaOH溶液不能发生反应,C错误;N层上无电子,最外层上的电子数等于电子层数的原子是铝原子,单质Al是比较活泼的金属,能与稀硫酸和烧碱溶液发生反应产生氢气,D正确。
5.(2020黑龙江哈尔滨第六中学高二期末)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轨道上只有两个电子的X原子与3p轨道上只有两个电子的Y原子
D.最外层都只有一个电子的X、Y原子
答案C
解析A项中X是稀有气体氦原子,Y是铍原子,它们的化学性质不相似,错误;B项中X是镁,Y可以是钙、钪、钛、钒、锰、铁、钴、镍、锌等原子,X、Y的化学性质不一定相似,错误;C项中X是碳,Y是硅,它们属于同主族元素,彼此化学性质一定相似,正确;D项中X、Y可以是ⅠA族元素,也可以是铬、铜等,它们的化学性质不一定相似,D错误。
6.(双选)已知X、Y和Z三种元素的原子序数之和等于42。X元素原子的4p轨道上有3个未成对电子,Y元素原子的最外层2p轨道上有2个未成对电子。X跟Y可形成化合物X2Y3,Z元素可以形成负一价离子。下列说法正确的是( )
A.X元素原子基态时的电子排布式为[Ar]4s24p3
B.X元素是第4周期ⅤA族元素
C.Y元素原子的电子排布式为1s22s22p4
D.Z元素具有两性
答案BC
解析X元素原子的4p轨道上有3个未成对电子,所以X是砷,Y元素原子的最外层2p轨道上有2个未成对电子,所以Y是碳或氧,X跟Y可形成化合物X2Y3,所以Y是氧。X、Y和Z三种元素的原子序数之和等于42,所以Z是氢。X元素原子基态时的电子排布式为[Ar]3d104s24p3,故A错误;X元素是第4周期第ⅤA族元素,故B正确;Y元素原子的电子排布式为1s22s22p4,故C正确;氢元素为非金属元素,故D错误。
7.(1)(2020湖北高三八校联考)基态钛原子的电子排布式为 ;同周期的基态原子与钛原子未成对电子数相同的元素还有 种。?
(2)(2020江西安远一中高三月考)据媒体报道,法国一家公司日前研发出比当前广泛使用的锂电池成本更低、寿命更长、充电速度更快的钠离子电池。
Te元素基态原子的价电子排布式为 ;基态钠原子中,核外电子占据的原子轨道总数为 。?
(3)(2020陕西西安中学高三月考)镍及其化合物是重要的合金材料和催化剂。基态镍原子的价电子排布式为 ,排布时最高电子层的电子所占的原子轨道电子云为 形。?
答案(1)1s22s22p63s23p63d24s2或[Ar]3d24s2 3
(2)5s25p4 6 (3)3d84s2 球
解析(1)Ti是22号元素,基态钛原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d24s2或[Ar]3d24s2;钛原子的未成对电子数为2,同周期中基态原子与钛原子未成对电子数相同的元素原子的价电子排布式为3d84s2、4s24p2、4s24p4,共有3种。
(2)Te元素为52号元素,其价电子排布式为5s25p4;Na元素的原子序数为11,基态原子的电子排布式为1s22s22p63s1,其原子核外原子轨道数为6。
(3)Ni元素原子序数是28,其价电子排布式为3d84s2,最高电子层的电子为4s电子,原子轨道电子云为球形。
8.(2020山东烟台第二中学高二月考)X、Y、Z、W是元素周期表前四周期中的常见元素,其原子序数依次增大。X元素的一种核素的质量数为12,中子数为6;Y元素是动植物生长不可缺少的、构成蛋白质的重要组成元素;Z的基态原子核外9个原子轨道上填充了电子且有2个未成对电子;W是一种常见元素,可以形成3种氧化物,其中一种氧化物是具有磁性的黑色晶体。
(1)写出下列元素的名称:X ,Y ,Z 。?
(2)写出X的单质与Z的最高价氧化物对应水化物的浓溶液反应的化学方程式: 。?
(3)W的基态原子的价电子排布式为 。?
(4)Y元素的原子核外电子轨道表示式为 。?
(5)已知一种Y4分子结构如图所示:
已知断裂1
mol
Y—Y键吸收167
kJ的热量,生成1
mol
Y≡Y键放出942
kJ热量。则由1
mol
Y4气态分子生成2
mol
Y2气态分子 (填“吸收”或“放出”)
kJ热量。?
答案(1)碳 氮 硫 (2)C+2H2SO4(浓)CO2↑+2SO2↑+2H2O (3)3d64s2
(4) (5)放出 882
解析X、Y、Z、W是元素周期表前四周期中的常见元素,其原子序数依次增大。X元素的一种核素的质量数为12,中子数为6,则其质子数=12-6=6,故X为碳元素;Y元素是动植物生长不可缺少、构成蛋白质的重要组成元素,则Y为氮元素;Z的基态原子核外9个轨道上填充了电子,且核外有2个未成对电子,则Z原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p4,则Z为硫元素;W是一种常见元素,可以形成3种氧化物,其中一种氧化物是具有磁性的黑色晶体,则W为铁元素。
(1)根据以上分析可知,X是碳元素;Y是氮元素,Z是硫元素。
(2)C与浓硫酸在加热条件下反应生成二氧化碳、二氧化硫及水,反应的化学方程式为C+2H2SO4(浓)CO2↑+2SO2↑+2H2O。
(3)W为铁元素,铁原子核外有26个电子,其基态原子的价电子排布式是3d64s2。
(4)Y为氮元素,Y原子核外电子轨道表示式为。
(5)1
mol
N4气态分子含有6
mol
N—N键,断裂6
mol
N—N键需要吸收167
kJ×6=1
002
kJ的能量,生成2
mol
N2气态分子放出942
kJ×2=1
884
kJ的能量,所以由1
mol
N4气态分子变成2
mol
N2分子放出882
kJ的能量。
贴近生活拓展创新
(2020上海普陀区高三检测)含氟化合物被用于预防龋齿、饮水加氟及其他口腔卫生产品中。起初是用氟化钠(NaF)来为饮用水加氟,但后来逐渐被氟硅酸(H2SiF6)及其盐氟硅酸钠(Na2SiF6)代替。完成下列填空:
(1)写出氟原子的电子排布式: ,氟原子有 种能量不同的电子。?
(2)镁带能在CO2中燃烧生成氧化镁和单质碳。氧化镁的电子式为 ,CO2的结构式为 。与镁同周期、离子半径最小的元素原子的价电子排布式为 ,其1个原子中能量最高的电子有 个。?
答案(1)1s22s22p5 3 (2)Mg2+]2-
OCO 3s23p1 1
解析(1)氟原子的电子排布式为1s22s22p5,其中含有3种能量不同的电子。
(2)氧化镁的电子式为Mg2+]2-;CO2的结构式是OCO;第3周期元素中,离子电子层数越少,核电荷数越大,其离子半径越小,所以离子半径最小的是Al3+,铝原子核外最外层电子数是3且位于第三电子层上,所以铝原子价电子排布式为3s23p1;在含多个电子的原子中,能量最高的电子是离原子核最远的电子,铝原子中能量最高的电子有1个。(共40张PPT)
第1课时 基态原子的核外电子排布
1.理解能量最低原理、泡利不相容原理、洪特规则。能用以上原理或规则解释l~36号元素基态原子的核外电子排布,培养宏观辨识与微观探析的化学核心素养。
2.根据基态原子的核外电子排布规律,会书写l~36号元素基态原子的核外电子排布式,形成证据推理与模型认知的化学核心素养。
知识铺垫
必备知识
正误判断
1.核外电子排布规律
(1)“一低”——电子首先排布在能量最低的电子层里。排满能量低的电子层,再排能量高的电子层。
知识铺垫
必备知识
正误判断
2.核外电子排布的表示方法
(1)原子结构示意图,如钠原子的结构示意图如下:
(2)离子结构示意图:
如Mg2+:
知识铺垫
必备知识
正误判断
1.基态原子的核外电子排布原则
知识铺垫
必备知识
正误判断
【微思考】某同学写出了下列几种基态原子的价电子轨道表示式:
请分析以上3个价电子轨道表示式是否正确,若不正确说出违背了什么原理,并写出正确的价电子轨道表示式。
知识铺垫
必备知识
正误判断
提示:(1)不正确。违背了能量最低原理,其正确的价电子轨道表示式为
。
(2)不正确。违背了泡利不相容原理,其正确的价电子轨道表示式为
。
(3)不正确。违背了洪特规则,其正确的价电子轨道表示式为
。
知识铺垫
必备知识
正误判断
2.核外电子排布的表示方法
(1)电子排布式。
①在ns、np、nd等各能级符号的右上角用数字表示出该能级中的电子数目的式子就是电子排布式。如钾原子的电子排布式可表示如下:
②电子排布式中的内层电子排布可用相应的稀有气体的元素符号加方括号的形式来表示,以简化电子排布式。例如基态钾原子的电子排布式还可表示为[Ar]4s1。
知识铺垫
必备知识
正误判断
(2)轨道表示式。
轨道表示式用方框(或小圆圈、短线)表示一个原子轨道,用箭头“↑”或“↓”来区别自旋状态不同的电子。以铝原子为例,轨道表示式中各符号、数字的意义如下:
知识铺垫
必备知识
正误判断
(3)价电子排布式。
①价电子为与元素化学性质密切相关的外层原子轨道上的电子。
②为了便于研究化学性质与核外电子的关系,人们常常只表示出原子的价电子排布式。如铁原子的价电子排布式为3d64s2。
③对于主族元素来说,价电子就是最外层电子。而对于副族和Ⅷ族元素来说,价电子不仅包括最外层电子,还可能包括次外层d轨道的电子,有的还包括倒数第三层f轨道的电子。
知识铺垫
必备知识
正误判断
判断下列说法是否正确,正确的打“√”,错误的打“×”。
1.原子核外电子填充3p、3d、4s能级的顺序为3p→4s→3d。( )
2.某基态原子部分核外电子的排布式为3d64s2。( )
3.所有基态原子的核外电子排布都遵循构造原理。( )
4.构造原理中的电子排布能级顺序,实质是各能级能量由低到高的顺序。( )
5.基态碳原子的电子排布式为1s22s12p3。( )
6.把15P原子的电子排布式写成了1s22s22p63s23
,违背了泡利不相容原理。( )
答案:1.√ 2.√ 3.× 4.√ 5.× 6.×
探究1
探究2
素养脉络
随堂检测
核外电子排布原则
问题探究
1.基态原子核外电子在原子轨道上是先排3d轨道还是先排4s轨道?
提示:根据构造原理可知,电子在基态原子核外排布时,先排4s轨道再排3d轨道。
2.n值小的能级的轨道的能量一定小于n值大的能级的轨道的能量吗?
提示:不一定。例如:①能级符号相同时,电子层序数越大,原子轨道能量越高,如E3p>E2p。
②电子层序数相同时,能级越高,原子轨道能量越高,如E3d>E3p>E3s。③电子层序数、能级不同时,核外电子在外层分布时存在原子轨道能量交错现象,如E4s探究1
探究2
素养脉络
随堂检测
深化拓展
1.能量最低原理
电子尽量先占有能量最低的轨道,然后进入能量高的轨道,使整个原子的能量处于最低状态。
2.泡利不相容原理
每个原子轨道最多只能容纳2个电子且自旋状态相反。由此可知,从电子层、能级、原子轨道、自旋状态四个方面来说明电子的运动状态是不可能有两个完全相同的电子的。如氟原子的电子排布可表示为1s22s22
,由于各原子轨道中的电子自旋状态相反,所以9个电子的运动状态都不相同。
探究1
探究2
素养脉络
随堂检测
3.洪特规则的特例
在同一能级上的电子排布处于全充满(如p6、d10、f14)、半充满(如p3、d5、f7)和全空(如p0、d0、f0)状态时,具有较低的能量和较大的稳定性,这称为洪特规则的特例。如24Cr的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s1,而不能写成1s22s22p63s23p63d44s2;29Cu的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s1,而不能写成1s22s22p63s23p63d94s2。
探究1
探究2
素养脉络
随堂检测
4.构造原理
基态原子核外电子在原子轨道上的排布顺序:
构造原理表明,随着原子序数的递增,基态原子核外电子排布按照箭头的方向依次排布在各原子轨道上:1s、2s、2p、3s、3p、4s、3d、4p、5s、4d、5p、6s、4f、5d、6p、7s……
探究1
探究2
素养脉络
随堂检测
素能应用
典例1(2020黑龙江牡丹江第三中学高二期末)下列说法错误的是( )
A.电子排布式1s22s22p63s23p64s3违反了泡利不相容原理
B.基态原子电子排布式1s22s22p63s23p63d5违反了能量最低原理
C.根据构造原理,原子核外电子填充顺序为1s、2s、2p、3s、3p、3d、4s、4p……
D.钠原子由1s22s22p63s1→1s22s22p63p1时,原子吸收能量,由基态转化成激发态
探究1
探究2
素养脉络
随堂检测
答案:C
解析:根据泡利不相容原理可知,4s轨道最多排2个电子,故A正确;因为4s轨道能量比3d轨道能量还低,所以基态原子电子排布式1s22s22p63s23p63d5违反了能量最低原理,正确的电子排布式应该为1s22s22p63s23p63d34s2,故B正确;根据构造原理可知,原子核外电子填充顺序为1s、2s、2p、3s、3p、4s、3d、4p、5s、4d、5p、6s、4f、5d、6p、7s、……故C错误;钠原子核外电子排布由1s22s22p63s1→1s22s22p63p1时,电子从基态跃迁到激发态,要吸收能量,故D正确。
探究1
探究2
素养脉络
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易错警示
依据构造原理可知,各能级的能量顺序为np<(n+1)s探究1
探究2
素养脉络
随堂检测
变式训练1-1(双选)某原子的最外层电子排布为3s23p2,下列对其核外电子运动状态的说法错误的是( )
A.有4种不同的伸展方向
B.有4种不同能量的电子
C.有5个原子轨道排布了电子
D.有14种不同运动状态的电子
探究1
探究2
素养脉络
随堂检测
答案:BC
解析:由题给信息可知,该原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p2,共有14个电子,为硅原子,共有2种类型的轨道,s轨道为球形,只有1种伸展方向,p轨道有3种伸展方向,则共有4种不同的伸展方向,A正确;电子排布式为1s22s22p63s23p2,有5种不同能量的电子,B错误;电子排布式为1s22s22p63s23p2,则核外有8个原子轨道排布了电子,C错误;硅原子核外有14个电子,故有14种不同运动状态的电子,D正确。
探究1
探究2
素养脉络
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变式训练1-2(2020河北鸡泽县第一中学高二月考)(1)下列基态原子或离子的电子排布的表示方法中,正确的是 ,违反了能量最低原理的是 ,违反洪特规则的是 。?
①Ca2+:1s22s22p63s23p6
②F-:1s22s23p6
④Cr:1s22s22p63s23p63d44s2
⑤Fe:1s22s22p63s23p63d64s2
⑥Mg2+:1s22s22p6
探究1
探究2
素养脉络
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(2)绿柱石被国际珠宝界公认为四大名贵宝石之一,其主要成分为Be3Al2(Si6O18),因含适量的Cr2O3(0.15%~0.6%)而形成祖母绿。基态Al原子中,电子填充的最高能级是 ,基态Cr原子的价电子排布式是 。?
探究1
探究2
素养脉络
随堂检测
答案:(1)①⑤⑥ ② ③④⑦
(2)3p 3d54s1
解析:(1)①正确;②违反了能量最低原理;③违反了洪特规则;④违反了洪特规则;⑤正确;⑥正确;⑦违反了洪特规则。
(2)Al为13号元素,其基态原子的电子排布式为1s22s22p63s23p1,最高能级为3p,根据核外电子排布规律可以写出基态铬原子电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s1,所以基态铬(Cr)原子的价电子排布式是3d54s1。
探究1
探究2
素养脉络
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原子核外电子排布的表示方法
问题探究
1.书写电子排布式时,是按电子排布顺序书写吗?
提示:书写电子排布式时,不是按电子排布顺序书写,而是按电子层顺序,同一电子层的各能级连在一起。如Fe原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2,而不是1s22s22p63s23p64s23d6。
2.价电子就是最外层电子吗?
提示:不一定。价电子是指决定元素化学性质的电子,最外层电子一定属于价电子,但有的内层电子也是价电子,如铁原子3d轨道上的6个电子也属于价电子。
探究1
探究2
素养脉络
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深化拓展
原子结构
示意图
含义
将每个电子层上的电子总数表示在原子核外的式子
意义
能直观反映核内的质子数和核外的电子层数及各电子层上的电子数
实例
?
电子
排布式
含义
用数字在能级符号右上角标明该能级上排布的电子数的式子
意义
能直观地反映核外电子的电子层、能级和各能级上的电子数
实例
K:1s22s22p63s23p64s1
简化电子
排布式
含义
把电子排布式中内层电子达到稀有气体结构的部分以相应稀有气体的元素符号外加方括号表示
意义
避免电子排布式书写过于复杂
实例
K:[Ar]4s1
探究1
探究2
素养脉络
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价电子排布式
含义
主族元素的价层电子指最外层电子,价层电子排布式即外围电子排布式
意义
能直观地反映元素的性质
实例
Al:3s23p1
轨道
表示式
含义
每个原子轨道用1个方框(或小圆圈、短线)表示,在圆圈内用箭头标明核外电子的分布
意义
直观地反映电子的分布情况
实例
?
探究1
探究2
素养脉络
随堂检测
素能应用
典例2(双选)(2020天津静海一中高二期末)下列微粒的核外电子的表示方法中正确的是( )
A.碳原子轨道表示式
B.磷原子价电子轨道表示式
C.铬原子的价电子排布式3d54s1
D.Fe2+价电子排布式3d44s2
探究1
探究2
素养脉络
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答案:AC
解析:碳是6号元素,6个电子分别排在1s、2s、2p轨道上,碳原子轨道表示式为
,故A正确;磷原子3p能级上三个电子自旋状态相同,磷原子价电子轨道表示式为
,故B错误;铬原子的价电子排布式3d54s1,均处于半充满状态,故C正确;铁原子失去4s能级上两个电子形成Fe2+,Fe2+的价电子排布式为3d6,故D错误。
探究1
探究2
素养脉络
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易错警示
(1)基态原子电子排布式的书写方法。
第一步:按照构造原理写出电子填入能级的顺序:1s→2s→2p→3s→3p→4s→3d→4p→5s→4d→5p→6s→……
第二步:根据各能级容纳的电子数填充电子。
第三步:去掉空能级,并按照电子层顺序排列即可得到电子排布式。
(2)离子的电子排布式。
①判断该原子变成离子时会得到或失去的电子数。
②原子失去电子时,总是先失去能级较高的轨道上的电子,即失去电子的顺序是由外向里。一般来说,主族元素只失去它们的最外层电子,而副族和Ⅷ族元素可能还会进一步失去内层电子。
③原子得到电子而形成阴离子,则得到的电子填充在最外一个电子层的某一个能级上。
探究1
探究2
素养脉络
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变式训练2-1(2020云南昭通永善县第二中学高二期末)2008年北京奥运会主体育场“鸟巢”被《泰晤士报》评为全球“最强悍”工程。“鸟巢”运用了高强度、高性能的钒氮合金高新钢,钒元素的原子序数为23,则钒原子的价电子排布式正确的是( )
A.3s23p6
B.3d34s2
C.3d64s2
D.4s2
答案:B
解析:钒元素的原子序数为23,可根据电子排布规律写出钒原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d34s2,其价电子排布式为3d34s2。
探究1
探究2
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变式训练2-2(双选)(2020山东德州高二期末)下列各组表述中,两个微粒一定不属于同种元素原子的是( )
A.3p能级有一个未成对电子的基态原子和核外电子排布为1s22s22p63s23p1的原子
B.M层全充满而N层为4s2的原子和核外电子排布为1s22s22p63s23p64s2的原子
C.最外层电子数是核外电子总数的
的原子和价电子排布为3s23p5的原子
D.2p能级有一个空轨道的基态原子和原子的价电子排布为2s22p2的原子
探究1
探究2
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答案:BC
解析:对于3p能级有一个未成对电子的基态原子,该原子3p能级应有1个或5个电子,核外电子排布式为1s22s22p63s23p1或1s22s22p63s23p5,故A不符合题意;M层全充满而N层为4s2的原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s2,与核外电子排布为1s22s22p63s23p64s2的原子不表示同一原子,故B符合题意;最外层电子数是核外电子总数
的原子,若最外层电子数为1,则核外电子总数为3,电子排布为1s22s1,价电子排布为2s1,与价电子排布为3s23p5的原子不属于同种元素的原子;若最外层电子数为5,则核外电子总数为15,价电子排布为3s23p3,与价电子排布为3s23p5的原子不属于同种元素的原子,故C符合题意;2p能级有一个空轨道的基态原子,该原子2p能级有2个电子,价电子排布为2s22p2,与价电子排布为2s22p2的原子为同种原子,故D不符合题意。
探究1
探究2
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探究1
探究2
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1.(2020黑龙江哈尔滨第六中学高二期末)下列各原子或离子的电子排布式错误的是( )
A.Mg2+ 1s22s22p6
B.Br 1s22s22p63s23p63d104s24p5
C.O2- 1s22s22p6
D.Cr 1s22s22p63s23p63d44s2
答案:D
解析:Mg2+的电子排布式为1s22s22p6,符合能量最低原理,故A正确;Br的电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p5,符合能量最低原理,故B正确;O2-的电子排布式为1s22s22p6,符合能量最低原理,故C正确;Cr原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s1,故D错误。
探究1
探究2
素养脉络
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2.(2020河南洛阳高二期末)下列轨道表示式能表示氮原子的最低能量状态的是( )
答案:A
解析:A项符合基态原子电子排布的能量最低原理、洪特规则,正确;B项2p轨道上的3个电子的自旋状态不完全相同,不符合洪特规则,错误;C项2p轨道上的3个电子应分别占据1个轨道,不符合洪特规则,错误;D项不是氮原子的轨道表示式,D错误。
探究1
探究2
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3.(2020辽宁丹东凤城第一中学高二月考)构造原理揭示的电子排布能级顺序,实质是各能级能量的高低顺序。若以E表示某能级的能量,下列能级能量大小顺序中正确的是( )
A.E(4f)>E(4s)>E(3d)
B.E(3s)>E(2s)>E(1s)
C.E(3s)>E(3p)>E(3d)
D.E(5s)>E(4s)>E(4f)
答案:B
解析:根据构造原理可判断,A错误,正确的应该是E(4f)>E(3d)>E(4s)。C错误,正确的应该是E(3s)E(5s)>E(4s)。
探究1
探究2
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4.(2020黑龙江牡丹江第三高级中学高二期末)下列有关化学用语表示正确的是( )
A.K+的结构示意图:
D.基态铬原子(24Cr)的价电子排布式:3d44s2
探究1
探究2
素养脉络
随堂检测
答案:B
解析:K+的结构示意图为
,A错误;根据核外电子排布规律可知基态氮原子的轨道表示式为
，
B正确;水是共价化合物,含有共价键,水分子的电子式为
H,C错误;基态铬原子(24Cr)的价电子排布式为3d54s1,D错误。
探究1
探究2
素养脉络
随堂检测
5.(2020山东烟台第二中学高二月考)回答下列问题:
(1)基态Co原子核外电子排布式为 ;?
(2)基态Ge原子的核外电子排布式为 ;?
(3)Zn2+的价电子轨道表示式为 ;?
(4)Co3+核外未成对电子数为 。?
答案:(1)1s22s22p63s23p63d74s2
(2)1s22s22p63s23p63d104s24p2
(3)
(4)4
探究1
探究2
素养脉络
随堂检测
解析:(1)Co是27号元素,核外有27个电子,根据能量最低原理,其核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d74s2。
(2)Ge是32号元素,基态Ge原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p2。
(3)Zn是30号元素,Zn原子价电子排布式是3d104s2,Zn2+的价电子排布式是3d10,Zn2+价电子轨道表示式为
。
(4)Co3+核外电子排布式是1s22s22p63s23p63d6,Co3+的价电子轨道表示式是
,则Co3+核外未成对电子数为4。(共38张PPT)
第2课时 核外电子排布与元素周期表
1.通过认识原子结构及价电子排布与元素在周期表中位置的关系,建立原子核外电子排布规律(结构)与元素周期表中族、周期划分(位置)的周期性变化规律(性质)的深层关联,培养宏观辨识与微观探析的化学核心素养。
2.能够根据价电子排布式推断元素在周期表中的位置,培养证据推理与模型认知的化学核心素养。
知识铺垫
必备知识
正误判断
元素周期表的结构
知识铺垫
必备知识
正误判断
1.核外电子排布与周期的划分
(1)随着原子序数的递增,元素原子的最外层电子排布呈周期性的变化:每隔一定数目的元素,元素原子的最外层电子排布重复出现从ns1到ns2np6的周期性变化。
知识铺垫
必备知识
正误判断
(2)鲍林近似能级图与周期。
知识铺垫
必备知识
正误判断
(3)周期序数与电子层数的关系。
周期序数=电子层数
知识铺垫
必备知识
正误判断
2.核外电子排布与族的划分
(1)族的划分与核外电子排布的关系。
族的划分与原子的价电子数目和价电子排布密切相关。
(2)各族核外电子排布的特点。
①主族元素原子的价电子全部排在最外层的s或s、p轨道上;主族元素的族序数与原子的最外层电子数相同,也与该元素的最高正化合价一致(O、F除外)。
②稀有气体元素原子的价电子排布为1s2或ns2np6。
③过渡元素的原子价电子排布为(n-l)d1~10ns1~2,由此可以看出,虽然同一副族元素的电子层数从上到下逐渐增加,但价电子排布却基本相同。ⅢB~ⅦB族元素原子的价电子数目等于族序数。ⅠB和ⅡB族是根据ns轨道上有l个还是2个电子来划分的。
知识铺垫
必备知识
正误判断
3.元素周期表的分区
(1)元素周期表分为5个区。
知识铺垫
必备知识
正误判断
(2)元素的化合价与核外电子排布的关系。
元素的化合价与原子的核外电子排布尤其是价电子排布有着密切的关系。
①除Ⅷ族、ⅠB族的某些元素和0族元素外,元素的最高化合价等于它所在族的序数,如Sc、Ti、V、Cr、Mn的最高化合价分别为+3、+4、+5、+6、+7。
②一般来说,非金属元素的最高正化合价和它的最低负化合价的绝对值之和等于8。
③稀有气体元素的化合价在通常情况下为0。
④过渡元素的价电子较多且所在轨道的能量相差不大,因此过渡元素具有多种价态,如锰元素的化合价为+2~+7。
知识铺垫
必备知识
正误判断
【微思考1】每一周期都是从活泼金属开始,然后到稀有气体结束吗?
提示:不是。第1周期是从H开始的,氢元素是非金属元素。
【微思考2】最外层电子排布式为ns2的基态原子对应元素一定位于ⅡA族吗?
提示:不一定。比如He(1s2)、ⅡB族的过渡元素。
知识铺垫
必备知识
正误判断
判断下列说法是否正确,正确的打“√”,错误的打“×”。
1.最外层电子排布式为ns1的基态原子所对应元素一定是金属元素。( )
2.d区元素的原子一定都有d轨道电子。( )
3.基态原子价电子排布式为nsnnpn的元素一定是金属元素。( )
4.元素周期表5个区中都有非金属元素。( )
5.价电子数与最高化合价相等的元素一定是主族元素。( )
6.除0族外,短周期元素的最高化合价在数值上都等于该元素所属的族序数。( )
答案:1.× 2.√ 3.× 4.× 5.× 6.×
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
问题探究
1.在元素周期表中,同属长周期的4、5、6周期所包含的元素种类数分别为18、18、32,为什么?
提示:据鲍林近似能级图,第4、5周期元素包含的能级为ns、np、(n-1)d,共有9个原子轨道,最多容纳18个电子,对应两周期中各有18种元素;而第6周期所含的能级除ns、np、(n-1)d外,还有(n-2)f能级,故多出7个原子轨道,可多填充14个电子,对应多出14种元素,共32种元素。
探究1
探究2
素养脉络
随堂检测
2.只有主族元素的族序数等于价电子数吗?同一族的元素价电子排布都相同吗?
提示:都不是。主族、ⅢB~ⅦB族元素原子的价电子数=族序数。同一主族元素的价电子排布相同,同一副族、Ⅷ族以及0族元素的价电子排布不一定相同。
3.“s区元素都是金属元素,p区元素都是非金属元素”,该说法正确吗?
提示:不正确。s区元素有非金属元素H,其他均为金属元素;p区元素既包含金属元素,也包含非金属元素。
探究1
探究2
素养脉络
随堂检测
深化拓展
1.如果取消族序数,按由左至右的顺序将元素周期表标为18列,那么ⅠA、ⅡA族分别为第1、2列,ⅢA~ⅦA族分别对应第13~17列,ⅠB、ⅡB族分别对应第11、12列,ⅢB~ⅦB族分别对应第3~7列,Ⅷ族对应第8、9、10列,0族对应第18列。
2.由元素的价电子层排布式可知元素在周期表中的位置,如价电子排布式为3s23p5的原子对应的元素为第3周期ⅦA族元素,即:周期序数=电子层数=最高电子层序数,主族序数=价电子数。同样,由主族元素在元素周期表中的位置可以推断其价电子排布式。
探究1
探究2
素养脉络
随堂检测
3.各区元素的原子最外层电子排布特点
分区
价电子排布
元素分布
s区
ns1~2
ⅠA、ⅡA族
p区
ns2np1~6
ⅢA族~ⅦA族、0族
d区
(n-1)d1~9ns1~2(Pd除外)
ⅢB族~ⅦB族、
Ⅷ族(镧系、锕系除外)
ds区
(n-1)d10ns1~2
ⅠB族、ⅡB族
f区
(n-2)f0~14(n-1)d0~2ns2
镧系、锕系
探究1
探究2
素养脉络
随堂检测
素能应用
典例1(2020山东烟台第二中学高二月考)下列关于原子核外电子排布与元素在周期表中位置关系的表述中,正确的是( )
A.基态原子的N层上只有一个电子的元素,一定是ⅠA族元素
B.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
探究1
探究2
素养脉络
随堂检测
答案:C
解析:基态原子的N层上只有一个电子的元素,可能为K、Cr或Cu,只有K为ⅠA族元素,Cr、Cu为副族元素,故A错误;副族元素的d能级电子数为10或1~5,原子的价电子排布为(n-1)d6~8ns2的元素为Ⅷ族元素,故B错误;基态原子的p能级上半充满的元素,电子最后填充p能级,属于p区,故C正确;对于ⅠB族、ⅡB族元素,族序数等于外围电子排布中s能级中的电子数,即为y,故D错误。
方法规律
由电子排布式来推断元素时有这样的规律:最外层np能级上有电子的一定是主族或0族元素,其内层已饱和,n为周期序数,若是主族元素则最外层电子数即为主族序数;若最外层只有ns能级上有电子,价电子排布为(n-1)d1~10ns1~2,则为过渡元素。
探究1
探究2
素养脉络
随堂检测
变式训练1-1(双选)(2020山东济宁高二期末)周期表中共有18个纵列,从左到右分别为第1~18列。按这种规定,下列说法正确的是( )
A.第1列不都是碱金属元素
B.只有第2列的元素原子最外层电子排布为ns2
C.第1列和第18列所含元素数目不同
D.第8列没有非金属元素
探究1
探究2
素养脉络
随堂检测
答案:AD
解析:第1列为ⅠA族,其中H是非金属元素,Li、Na、K、Rb、Cs、Fr是碱金属,A正确;原子最外层电子排布为ns2的并非只有ⅡA族元素,还有He元素等,B错误;第1列为ⅠA族,其含有H、Li、Na、K、Rb、Cs、Fr这7种元素;第18列为0族元素,其含有He、Ne、Ar、Kr、Xe、Rn、Og这7种元素,故这两列所含元素数目相同,C错误;第8列所含元素有Fe、Ru、Os、Hs,无非金属元素,D正确。
探究1
探究2
素养脉络
随堂检测
变式训练1-2(2020河南洛阳高二期末)已知某些元素在周期表中的位置如图所示:
下列说法正确的是( )
A.表中五种元素位于5个不同的区
B.元素4的基态原子的价电子排布式为3d104s2,与它具有相同最外层电子数的元素只可能处于ds区
C.元素1、2、3的基态原子中,未成对电子数之比为1∶3∶5
D.元素5的原子结构示意图为
探究1
探究2
素养脉络
随堂检测
答案:D
解析:由元素在周期表中的位置可知元素1、2、3、4、5分别是H、O、Mn、Zn、Ge。H在s区;O、Ge在p区;Mn在d区;Zn在ds区,表中五种元素位于4个不同的区,A项错误;元素Zn基态原子的价电子排布式为3d104s2,最外层电子排布为4s2,与它具有相同最外层电子数的元素可能处于ds区或s区,B项错误;元素1、2、3对应元素H、O、Mn的基态原子中,未成对电子数分别为1、2、5,比值为1∶2∶5,C项错误;元素5为Ge,核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p2,则
原子结构示意图为
,D说法正确。
探究1
探究2
素养脉络
随堂检测
元素在周期表中位置的判断方法
问题探究
1.某元素的价电子排布式为4d55s1,该元素位于周期表中的哪一区?
提示:因其价电子排布为4d55s1,故应位于元素周期表中的d区。
2.根据鲍林近似能级图知E4s提示:21号元素Sc的价电子排布为3d14s2,虽然电子先排在4s轨道,后排在3d轨道,但Sc元素原子的最外电子层是第四层,故Sc元素位于第4周期。
探究1
探究2
素养脉络
随堂检测
深化拓展
1.由基态原子的价电子排布式给元素定位
(1)主族元素:
元素的周期序数=价电子的电子层序数,元素的族序数=价电子总数。
(2)0族元素:
价电子排布式为ns2np6(He为1s2),0族元素的周期序数=外围电子的电子层序数。
探究1
探究2
素养脉络
随堂检测
(3)副族元素:
副族元素的周期序数=价电子排布中最高电子层序数。
副族元素族序数与价电子排布的对应关系:
①ⅠB族:价电子排布为(n-1)d10ns1。
②ⅡB族:价电子排布为(n-1)d10ns2。
③ⅢB~ⅦB族:价电子排布为(n-1)dxns2,元素的族序数为x+2(个别例外)。如Mn原子的价电子排布式为3d54s2,它在周期表中位于第4周期ⅦB族。
④Ⅷ族:价电子排布为(n-1)dxns0~2,价电子总数为8、9或10。
探究1
探究2
素养脉络
随堂检测
2.根据0族元素原子序数判断元素的位置
(1)0族元素在元素周期表中的位置及原子序数。
稀有气体元素
He
Ne
Ar
Kr
Xe
Rn
Og
周期序数
1
2
3
4
5
6
7
原子序数
2
10
18
36
54
86
118
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(2)判断方法:由某元素原子序数与邻近的稀有气体元素原子序数的大小关系判断其周期序数,进而判断元素所处的纵列数,再根据纵列数和族的位置关系确定其位置。
①元素原子序数小于邻近的稀有气体元素原子序数时,该元素与稀有气体元素位于同周期,纵列数=18-(稀有气体原子序数-该元素原子序数)。
②元素原子序数大于邻近的稀有气体元素原子序数时,该元素位于稀有气体元素下一周期,纵列数=该元素原子序数-稀有气体原子序数。
例如:判断原子序数为38的元素在周期表中的位置,根据38与36接近,38-36=2,可知该元素位于第5周期ⅡA族。
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素能应用
典例2(双选)(2020江苏徐州第一中学高二月考)下列各项叙述中,正确的是( )
A.Na、Mg、Al的未成对电子数依次增多
B.价电子排布式为4s24p3的元素位于第4周期ⅤA族,是p区元素
C.2p和3p轨道电子云图空间取向相同,能量不相等
D.氮原子的最外层轨道表示式为:
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答案:BC
解析:Na、Mg、Al三种元素的电子排布式分别为:1s22s22p63s1、1s22s22p63s2、1s22s22p63s23p1,未成对电子数分别为1、0、1,A项错误;根据价电子排布式4s24p3可知,该元素共有四个电子层,位于第4周期,最外层有5个电子,位于第ⅤA族,在周期表中位于p区,B项正确;2p和3p轨道电子云图空间取向相同,离原子核越远,能量越高,因此2p轨道能量小于3p轨道能量,C项正确;D项所给氮原子的最外层轨道表示式违背了洪特规则,正确的最外层轨道表示式
为
,D项错误。
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变式训练2-1(2020河南洛阳第一高级中学高二月考)某元素原子价电子排布式为3d54s2,其应在( )
A.第4周期ⅡA族
B.第4周期ⅡB族
C.第4周期ⅦA族
D.第4周期ⅦB族
答案:D
解析:价电子排布式为3d54s2的元素,其原子核外电子排布式为[Ar]3d54s2,其质子数为25,为Mn元素,则位于周期表中第4周期ⅦB族。
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变式训练2-2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.元素为ⅢB族元素
D.该元素属于过渡元素
答案:C
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,对应原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d34s2,为第4周期ⅤB族元素,为V元素,属于过渡元素,故A、B、D正确,C错误。
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1.(2020黑龙江牡丹江三中高二期末)已知下列元素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.4s2
C.4s24p1
D.3s23p5
答案:B
解析:最外层电子排布式为3s23p3的元素是P,属于主族元素,故A不符合题意;最外层电子排布式为4s2的不一定是主族元素,如Fe、Zn等过渡元素,故B符合题意;最外层电子排布式为4s24p1的是Ga,位于第ⅢA族,属于主族元素,故C不符合题意;最外层电子排布式为3s23p5的是Cl,属于主族元素,故D不符合题意。
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2.寻找优良的半导体材料,应在周期表的哪个位置寻找( )
A.s区
B.p区
C.d区
D.ds区
答案:B
解析:优良的半导体材料通常在金属与非金属的交界线附近寻找,这一区域属于p区。
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3.下列说法中正确的是( )
A.s区、d区、ds区都是金属元素
B.p区都是主族元素
C.所有族中ⅢB族中元素种类最多
D.最外层电子数为2的元素都分布在s区
答案:C
解析:氢元素位于s区,氢元素属于非金属元素,所以s区的元素不全是金属元素,d区、ds区都是金属元素,故A错误;零族元素也在p区,故B错误;ⅢB族存在镧系、锕系,含有32种元素,在所有族中ⅢB族中元素种类最多,故C正确;ⅡB族元素原子最外层电子数为2,在ds区,不在s区,故D错误。
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4.(2019山西实验中学高二月考)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价电子是3个电子的原子 ③最外层有3个未成对电子的原子 ④价电子有3个未成对电子的原子
A.②③
B.①④
C.②④
D.①③
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答案:D
解析:最外层有3个电子的原子的价电子排布式为ns2np1,一定属于p区元素;有3个价电子的原子的价电子排布式可能为属于p区元素的ns2np1,也可能为属于d区元素的(n-1)d1ns2;最外层有3个未成对电子的原子的价电子排布式为ns2np3,一定属于p区元素;价电子有3个未成对电子的原子的价电子排布式可能为p区元素的ns2np3,也可能为属于d区元素的(n-1)d3ns2或(n-1)d7ns2。则一定属于p区元素的是①③。
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5.甲元素原子的L电子层上只有一个空原子轨道;乙元素原子的核电荷数为33。根据甲、乙两元素的信息,回答有关问题:
(1)甲的元素符号是 ;其原子的轨道表示式为 。?
(2)乙元素原子的最外层电子排布式为 ,其在元素周期表中的位置是 。?
(3)甲属于 区元素,乙属于 区元素。?
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答案:(1)C
(2)4s24p3 第4周期ⅤA族 (3)p p
解析:(1)甲元素原子的L电子层上只有一个空原子轨道,则其电子排布式为1s22s22p2,是碳元素,其轨道表示式为
。
(2)乙元素原子的核电荷数为33,则乙原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p3,在元素周期表中位于第4周期ⅤA族。
(3)甲为C,乙为As(砷),均属于p区元素。第1章
原子结构与元素性质
第2节 原子结构与元素周期表
第2课时 核外电子排布与元素周期表
课后篇素养形成
夯实基础轻松达标
1.(2020黑龙江牡丹江三中高二期末)元素周期表中有如图所示的元素,下列叙述正确的是( )
A.钛元素原子的M层上共有10个电子
B.钛元素是ds区的过渡元素
C.钛元素原子最外层上有4个电子
D.47.87是钛原子的近似相对原子质量
答案A
解析钛元素原子的M层为第三层,M层电子排布式为3s23p63d2,共有10个电子,A正确;钛元素是d区元素,B错误;钛元素原子最外层电子排布式为4s2,有2个电子,C错误;47.87是钛元素的相对原子质量,D错误。
2.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3周期Ⅷ族,p区
B.第3周期ⅤB族,ds区
C.第4周期Ⅷ族,d区
D.第4周期Ⅴ族,f区
答案C
解析+3价离子的核外有23个电子,则对应的原子核外有26个电子,26号元素是铁,位于元素周期表中第4周期Ⅷ族,位于d区。
3.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.钛元素在元素周期表中处于第4周期
C.钛的不同核素在元素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
解析钛元素的原子序数为22,位于第4周期ⅣB族,属于d区的过渡元素;根据题给三种核素的质量数可知,其中子数最小为26;钛的三种核素的质子数均为22,故位于元素周期表中同一位置。
4.(2019福建莆田一中高二段考)下列说法中正确的是
( )
A.原子轨道与电子云都是用来描述电子运动状态的
B.在p轨道中电子排布成而不能排布成的最直接的根据是泡利不相容原理
C.铝原子核外未成对电子数为2
D.原子核外的M层上的s能级和p能级都填满了电子,而d轨道上尚未排有电子的两种原子,其对应元素一定位于同一周期
答案A
解析对于多电子原子,可用原子轨道及电子云描述电子的运动状态,A正确;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,称为洪特规则,B错误;Al是13号元素,原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p1,未成对电子数为1,C错误;原子核外的M层上的s能级和p能级都填满了电子,而d轨道上尚未排有电子的元素,可能是N层4s轨道上排布电子,也可能N层上没有电子存在,因此对应的元素不一定位于同一周期,D错误。
5.(2019河北秦皇岛卢龙中学高二期末)下列各组元素属于p区的是( )
A.原子序数为1、2、7的元素
B.S、O、P
C.Fe、Ar、Cl
D.Na、Li、Mg
答案B
解析根据元素分区标准可知,属于p区的元素最后填入的电子是p电子;原子序数为1的H元素属于s区,故A错误;O、S、P原子最后填入的电子都是p电子,所以属于p区,故B正确;铁属于d区,故C错误;锂、钠最后填入的电子是s电子,属于s区,故D错误。
6.(2020山东济南历城二中高二月考)某基态原子的价电子排布式为4d15s2,则下列说法正确的是( )
A.该元素原子最外层共有3个电子
B.该元素位于第5周期ⅡA族,处于ds区
C.该元素原子的M层上共有18个运动状态不同的电子
D.该元素原子的N层上有5个空轨道
答案C
解析由价电子排布式为4d15s2可知,该元素应位于第5周期ⅢB族,该元素原子中共有39个电子,分5个电子层,其中M层上有18个电子,最外层上有2个电子,故A错误;该元素位于第5周期ⅢB族,处于d区,故B错误;该元素基态原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p64d15s2,M能层上有18个电子,故C正确;该元素原子的N层的电子排布为4s24p64d1,4d轨道有4个空轨道,故D错误。
7.(2020湖北孝感高二期末)下列有关说法正确的是
( )
A.电子云通常用小黑点的疏密来表示,小黑点密表示在该空间的电子数多
B.已知Sm的价层电子排布式为4f66s2,Sm3+的价层电子排布式为4f5
C.Cu的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s1,所以Cu处于s区
D.原子光谱的特征谱线用于鉴定元素,从1s22s22p33s1跃迁至1s22s22p4时形成的是吸收光谱
答案B
解析电子云通常用小黑点的疏密来表示,小黑点密表示在该处电子出现的概率更大,A错误;Sm3+是由Sm原子失去3个价电子形成的离子,该原子中6s轨道上的2个价电子在最外层最容易失去,另外4f轨道上也会失去一个电子,故Sm3+的价层电子排布式为4f5,B正确;Cu的价电子排布式为3d104s1,所以Cu处于ds区,C错误;电子由高能级跃迁至低能级时,需要释放能量,因此电子从1s22s22p33s1跃迁至1s22s22p4时形成的是发射光谱,D错误。
8.(2020湖北黄冈浠水实验高中高二月考)请完成下列各题的填空:
(1)氢化钠(NaH)电子式为 ,氢负离子的结构示意图为 。?
(2)元素X的最外层电子数是次外层电子数的2倍,该元素名称是 ,该元素核外电子排布式为 ,该元素的价电子轨道表示式为 。?
(3)前四周期元素中,未成对电子数为5的元素符号是 ,该元素在周期表中的位置为第 周期 族,属于 区。?
(4)C、N、O三种元素的原子核外未成对电子数依次为 。?
答案(1)Na+H]- (2)碳 1s22s22p2
(3)Mn 4 ⅦB d (4)2、3、2
解析(1)NaH是离子化合物,阴离子是H-,NaH的电子式为Na+H]-,氢负离子的结构示意图为。
(2)由题意可知X是碳元素,核外电子排布式为1s22s22p2,价电子轨道表示式为。
(3)前四周期元素中,未成对电子数为5即外围电子排布式为3d54s2,该元素原子序数为25,为Mn元素,该元素在周期表中的位置为第4周期ⅦB族,属于d区。
(4)C、N、O三种元素原子的核外电子排布式分别为1s22s22p2、1s22p22p3、1s22s22p4,则未成对电子数依次为2、3、2。
提升能力跨越等级
1.(双选)(2020山东德州高二期末)下列说法正确的是
( )
A.电子仅在激发态跃迁到基态才产生原子光谱
B.在已知元素中,基态原子的4s能级中只有1个电子且位于d区的元素共有1种
C.核电荷数为26的元素原子核外价电子轨道表示式为
D.核外电子数为奇数的基态原子,其原子轨道中可能不含未成对电子
答案BC
解析电子由激发态跃迁到基态时,会产生发射光谱,电子由基态跃迁到激发态时,会产生吸收光谱,吸收光谱与发射光谱总称原子光谱,故A错误;元素基态原子最外层仅有的一个电子位于4s能级,即4s1,该原子4s能级未填充满,其中一种情况是按照能级顺序填充为1s22s22p63s23p64s1,为K元素,另一种情况是按照洪特规则的特例填充为1s22s22p63s23p63d54s1或1s22s22p63s23p63d104s1,分别为24Cr和29Cu,位于d区的只有Cr,故B正确;铁原子3d能级上有6个电子,4s能级上有2个电子,即原子核外价电子轨道表示式为,故C正确;每个原子轨道最多容纳2个电子,核外电子数为奇数的基态原子,原子轨道中一定有未成对电子,故D错误。
2.(2020山东日照高三校际联考)下列各项叙述正确的是
( )
A.基态原子核外电子排布式为[Ar]3d104s2和[Ar]4s2对应的元素同族
B.钠原子核外电子排布式由1s22s22p63s11s22s22p63d1过程中释放能量
C.某基态原子的价电子排布式为4d15s2,它是第5周期ⅢB族元素,属于d区元素
D.3s、3p能级上排满了电子且3d能级上未排电子的两原子对应的元素同周期
答案C
解析电子排布式为[Ar]3d104s2的元素是Zn元素,位于ⅡB族,[Ar]4s2为Ca元素原子的电子排布式,A项错误;原子由基态变为激发态需要吸收能量,B项错误;价电子排布式为4d15s2的元素位于d区,C项正确;D项中未说明4s能级上有无电子,故不一定处于同一周期,D项错误。
3.(双选)(2019湖北钢城四中高二期中)主族元素最外层电子排布式为ns1的元素X与最外层电子排布式为msm-1mpm+2的元素Y形成化合物Z,下列说法正确的是
( )
A.Z可表示为XY
B.熔融状态的Z一定导电
C.Z的水溶液用Pt电极电解时,溶液的pH升高
D.Z的水溶液为中性
答案AC
解析X原子的最外层电子排布式为ns1,所以X原子是ⅠA族的元素,Y最外层电子排布式为3s23p5,为Cl元素,所以X与元素Y形成化合物Z可表示为XY,可以是HCl、NaCl、KCl等,故A正确;熔融状态的HCl不导电,故B错误;用惰性电极电解盐酸或者氯化钠或者氯化钾溶液时,溶液的pH均升高,故C正确;当Z为HCl时,溶液为酸性,若为NaCl或KCl时水溶液才为中性,故D错误。
4.(2019河北曲周县第一中学高二月考)若A2+与Bn-的电子层结构相同,且2个A原子与3个B原子的电子总数相等,则下列说法正确的是( )
A.B为硫元素
B.B元素原子的价电子排布式为2s22p3
C.A元素原子的核外电子排布式为[Ne]3s2
D.A、B都是元素周期表中p区的元素
答案C
解析设A的核电荷为a,B的核电荷为b,根据题意可得a-2=b+n,2a=3b,得b=2n+4,n=1,b=6,a=9,不符合题意,n=2,b=8,a=12,符合题意,n=3,b=10,a=15,不符合题意。则A为镁,B为氧。B为氧元素,故A错误;B元素原子的价电子排布式为2s22p4,故B错误;Mg元素原子的核外电子排布式为[Ne]3s2,故C正确;B是元素周期表中p区的元素,A是元素周期表中s区的元素,故D错误。
5.下图是元素周期表中短周期的一部分,A、B、C三种元素的原子核外电子数之和等于B的质量数,B元素的原子核内质子数等于中子数,下列叙述正确的是( )
A.B为第2周期的元素,也是p区元素
B.C的氢化物在同族中酸性最强
C.三种元素都处于s区
D.C的价电子排布式为2s22p5
答案D
解析根据图示及元素周期表结构可知,B位于第3周期,A、C位于第2周期,设B的核外电子总数为x,B的核电荷数=质子数=x,B元素的原子核内质子数等于中子数,则B的质量数为2x;则A的核外电子数=原子序数=x-8-1,C的核外电子数为x-8+1,A、B、C三种元素的原子核外电子数之和等于B的质量数,则x+(x-8-1)+(x-8+1)=2x,解得x=16,则B为S元素、A为N元素、C为F元素。S为第3周期的元素,故A错误;C是F元素,为ⅦA族元素,HF为弱酸,而同主族的HCl、HBr、HI都属于强酸,故B错误;N、S、F三种元素都属于p区,故C错误;C是F元素,原子最外层有7个电子,故其价电子排布式为2s22p5,故D正确。
6.(2020天津静海一中高二期末)根据核外电子的排布特点推断元素的性质:
(1)A元素基态原子的最外层有3个未成对电子,次外层有2个电子,其基态原子的轨道表示式为 ,在周期表中位于 区。?
(2)B元素基态原子的M层全充满,N层没有成对电子且只有一个未成对电子,B的基态原子的价层电子排布式为 。?
(3)请利用电子排布的相关知识分析。稳定性:F (填“>”或“<”)Fe2+,原因是 。?
(4)通过(3)的解答,请归纳基态原子核外电子排布除了符合构造原理、泡利不相容原理、洪特规则外,还有哪些结构稳定? 。?
答案(1) p (2)3d104s1
(3)> 正三价铁离子的3d能级电子数为5,为半充满的稳定状态,二价铁离子3d能级电子数为6,为不稳定状态 (4)全充满、半充满、全空结构
解析(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,说明A原子有两个电子层,其基态原子的电子排布式为1s22s22p3,其基态原子的轨道表示式为,价电子排布式为2s22p3,在周期表中位于p区。
(2)B元素基态原子的M层全充满,则3d能级是全充满,N层没有成对电子且只有一个未成对电子,即4s能级上只有1个电子,B的基态原子的价层电子排布式为3d104s1。
(3)根据电子排布的相关知识可知,稳定性:F>Fe2+,原因是正三价铁离子的3d能级为半充满,3d能级电子数为5,为稳定状态,二价铁离子3d能级电子数为6,为不稳定状态。
(4)通过(3)的解答,基态原子核外电子排布除了符合构造原理、泡利不相容原理、洪特规则外,还有全充满、半充满、全空结构稳定。
7.(2019河北曲周县第一中学高二月考)回答下列问题:
(1)在1~18号元素中,除稀有气体元素外,原子半径最大的元素是 (填元素符号,下同),非金属性最强的元素是 。?
(2)某元素的3p轨道上有1个未成对电子,该元素为 (用元素符号表示)。?
(3)某元素原子的价电子排布式为4s24p4,它在周期表中的位置是 ,其最高正化合价是 。?
(4)某元素的激发态(不稳定状态)原子的电子排布式为1s22s22p63s13p3,该元素基态原子的电子排布式为 。?
(5)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,则该元素的名称为 ,它在元素周期表中位于 区。?
答案 (1)Na F (2)Al或Cl (3)第4周期ⅥA族
+6 (4)1s22s22p63s23p2 (5)铬 d
解析(1)在1~18号元素中,除稀有气体元素外,原子半径最大的元素是Na,非金属性最强的元素是F。
(2)某元素的3p轨道上有1个未成对电子,原子的价电子排布式为3s23p1或3s23p5,该元素为Al或Cl。
(3)某元素原子的价电子排布式为4s24p4,它在周期表中的位置是第4周期ⅥA族,其最高正化合价是+6。
(4)某元素的激发态(不稳定状态)原子的电子排布式为1s22s22p63s13p3,根据能量最低原理,应先排满3s能级,则该元素基态原子的电子排布式为1s22s22p63s23p2。
(5)价电子排布式为3d54s1的元素位于第4周期ⅥB族,该元素的名称为铬,它在元素周期表中位于d区。
贴近生活拓展创新
(2020四川三台中学实验学校高二开学考试)已知A、B、C、D、E、F、G都是元素周期表中短周期主族元素,它们的原子序数依次增大。A是元素周期表中原子半径最小的元素,D3B中阴、阳离子具有相同的电子层结构,B、C均可分别与A形成10个电子分子,B、C属同一周期,且两者可以形成许多种共价化合物,C、F属同一主族,B原子最外电子层的p能级上的电子处于半满状态,C的最外层电子数是内层电子数的3倍,E最外层电子数比最内层多1。请回答下列问题:
(1)E元素原子基态电子排布式为 。?
(2)F元素原子的价电子轨道表示式为 。?
(3)F、G元素对应的最高价含氧酸中酸性较强的分子式为 。?
(4)A、C形成的两种常见分子中,其中一种为绿色氧化剂的电子式为 。?
(5)基态G原子中,电子占据的最高电子层符号是 ,该电子层有 个能级,电子数是 。该原子有 种运动状态不同的电子,最高能级符号是 ,未成对电子数为 。?
(6)与E同族有4个电子层的元素符号为 ,它的简化电子排布式为 ,与该元素同周期且核电荷数比其小7的元素在周期表中的位置为 ,该元素的价电子排布式为 , (填“能”或“不能”)满足构造原理。?
答案(1)1s22s22p63s23p1 (2)
(3)HClO4 (4)H (5)M 3 7 17
3p 1 (6)Ga [Ar]3d104s24p1 第4周期ⅥB族 3d54s1 不能
解析A、B、C、D、E、F、G都是元素周期表中短周期主族元素,它们的原子序数依次增大,A是元素周期表中原子半径最小的元素,则A是氢元素,D3B中阴、阳离子具有相同的电子层结构,B原子最外电子层的p能级上的电子处于半满状态,为ⅤA族元素,B为-3价、D为+1价且D是金属元素,D的原子序数大于B、C,则D为钠元素、B为氮元素,B、C均可分别与A形成10个电子分子,B、C属同一周期,两者可以形成许多种共价化合物,C的最外层电子数是内层电子数的3倍,则C是氧元素,C、F属同一主族,则F是硫元素,E最外层电子数比最内层多1,则E最外层电子数为3,E是铝元素,G的原子序数大于F,且为短周期主族元素,则G是氯元素。
(1)E是铝元素,其原子核外有13个电子,根据构造原理知其基态原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p1。
(2)F为硫元素,其价电子轨道表示式为。
(3)元素的非金属性越强,其最高价氧化物的水化物酸性越强,氯元素的非金属性强于硫元素,则S、Cl元素对应的最高价含氧酸中酸性较强的分子式为HClO4。
(4)A、C形成的一种绿色氧化剂有广泛应用,该氧化剂是双氧水,其电子式为H。
(5)基态氯原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p5,电子占据最高电子层为第3电子层,电子层符号为M;该电子层中有s、p、d三个能级;第三电子层中电子数为2+5=7;氯原子中电子数为17,因此共有17种运动状态不同的电子;最高能级符号为3p;价电子轨道表示式为,则核外未成对电子数为1。
(6)Al位于第3周期ⅢA族,第4周期ⅢA族元素为Ga,简化电子排布式为[Ar]3d104s24p1;ⅢA族位于从左至右的第13列,因此同周期且核电荷数比Ga小7的元素在周期表中的位置为第4周期ⅥB族,该元素核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s1,价电子排布式为3d54s1;其满足洪特规则特例,不满足构造原理。
