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第二节 原子结构与元素的性质
第1课时 原子结构与
元素周期表
一、元素周期系
1.原子结构与周期表的关系:
必备知识·自主学习
周期
能层数
每周期第一个元素
每周期最后一个元素
原子
序数
基态原子的简
化电子排布式
原子
序数
基态原子的
电子排布式
2
2
3
[He]2s1
10
1s22s22p6
3
3
11
_______
___
______________
4
4
19
_______
___
___________
____________
[Ne]3s1
18
1s22s22p63s23p6
[Ar]4s1
36
1s22s22p63s2
3p63d104s24p6
周期
能层数
每周期第一个元素
每周期最后一个元素
原子
序数
基态原子的简
化电子排布式
原子
序数
基态原子的
电子排布式
5
5
37
_____5s1
54
1s22s22p63s2
3p63d104s24p6
4d105s25p6
6
6
55
[Xe]6s1
86
1s22s22p63s23p6
3d104s24p6
4d104f145s2
5p65d106s26p6
7
7
87
[Rn]7s1
118
1s22s22p63s23p6
3d104s24p64d104f14
5s25p65d105f146s2
6p66d107s27p6
[Kr]
2.元素周期系的形成:
(1)形成。
(2)原因。
元素周期系的形成是由于元素的原子核外电子的排布发生_______的重复。
(3)特点。
①每一周期(除第1周期外)从_______开始到_________元素结束,外围电子排布
从___递增至______。
②元素周期系的周期不是单调的,每一周期里元素的数目并不总是一样多,而是
随周期序号的递增逐渐_____;同时,金属元素的数目也逐渐_____。
周期性
碱金属
稀有气体
ns1
ns2np6
增多
增多
【自主探索】
(1)元素周期系的实质是什么?
提示:元素的原子核外的电子排布发生周期性的重复。
(2)判断下列说法是否正确。
①元素周期表的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。( )
提示:×。除第1周期以外的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。
②某元素原子处于基态时最外层上有6个p电子的元素是氧族元素。( )
提示:×。原子处于基态时最外层上有6个p电子的元素为0族元素。
二、元素周期表
1.周期和族:
(1)周期。
(2)族:元素周期表中有___个纵列,除_________三个纵列叫第Ⅷ族,其余15个纵
列每一个纵列为一族,故元素周期表中有__个主族,__个副族,一个Ⅷ族和一个
__族。
18
8、9、10
7
7
0
2.元素周期表的分区:
(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_____________的能级的符号。
最后填入电子
(2)根据元素的金属性和非金属性。
【自主探索】
(1)为什么处于非金属三角区边缘的元素常被称为半金属或准金属?
提示:由于元素的金属性和非金属性之间并没有严格的界线,处于非金属三角区边缘的元素,虽是非金属但往往表现出一定的金属性,如具有金属光泽,表现出一定的导电性等,所以常被称为半金属或准金属。
(2)为什么在元素周期表中非金属主要集中在右上角三角区?
提示:这是由元素的价电子层结构和元素周期表中元素性质的递变规律决定的,在元素周期表中,同周期主族元素从左到右非金属性逐渐增强,金属性逐渐减弱,同主族元素从上到下非金属性逐渐减弱,金属性逐渐增强,结果使元素周期表右上角三角区域内的元素主要呈现出非金属性。
(3)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”)。
铝
6
ⅠB
ds
(4)(情境思考)现行元素周期表有七个周期,十六个族(18列),而元素周期表还有许多其他不同的模式,下图即为其中的一种:
你知道元素周期表中周期和族的划分依据吗?
主族元素的原子结构与元素在周期表中的位置有什么关系?
提示:元素周期表中周期的划分依据是元素原子的电子层数(周期序数=电子层数),而族的划分依据则是元素原子的价电子数。主族元素原子的电子层数即其周期序数,最外层电子数即其主族序数。
关键能力·合作学习
知识点一 核外电子排布与元素周期表的关系?
1.周期、能级组和元素数目的对应关系:
周期
对应能级组
对应能级组电子
最大容量
周期中所含
元素的数目
1
1s
2
2
2
2s、2p
8
8
3
3s、3p
8
8
4
4s、3d、4p
18
18
5
5s、4d、5p
18
18
6
6s、4f、5d、6p
32
32
7
7s、5f、6d、7p
32
32
2.核外电子排布与族的关系:
(1)主族元素的价电子排布。
主族
序数
ⅠA
ⅡA
ⅢA
ⅣA
ⅤA
ⅥA
ⅦA
价电子
排布
ns1
ns2
ns2np1
ns2np2
ns2np3
ns2np4
ns2np5
①主族元素的族序数=价电子总数=最高正价(O、F除外)。
②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轨道上。
(2)稀有气体的价电子排布为1s2或ns2np6。
(3)过渡元素(副族和Ⅷ族)(以第4周期为例)的价电子排布。
族序数
价电子排布
ⅢB
(n-1)d1ns2
ⅣB
(n-1)d2ns2
ⅤB
(n-1)d3ns2
ⅥB
(n-1)d5ns1
ⅦB
(n-1)d5ns2
Ⅷ
(n-1)d6～8ns2
ⅠB
(n-1)d10ns1
ⅡB
(n-1)d10ns2
①ⅢB→ⅦB族:族序数=价电子数=原子最外层ns电子数+次外层(n-1)d电子数=最高正价。
②Ⅷ族:原子最外层ns电子数+次外层(n-1)d电子数之和分别为8、9、10。
③ⅠB和ⅡB的族序数=原子最外层电子数。
3.周期序数与原子核外电子排布的关系:
周期序数=原子电子层数=原子最外层能层序数。
【易错提醒】对价电子的错误认识
(1)价电子不一定是最外层电子,只有主族元素的价电子才是最外层电子。对于过渡元素还包括部分内层电子。
(2)元素的价电子数不一定等于其所在族的族序数,这只对主族元素成立,部分过渡元素是不成立的。
(3)同一族元素的价电子排布不一定相同,如过渡元素中的镧系元素和锕系元素就不相同,在第Ⅷ族中部分元素的价电子排布也不相同。
【合作探究】
(1)(思维升华)主族元素从左到右外围电子排布有何特点?(宏观辨识与微观探析)
提示:外围电子排布从ns1～ns2np5。
(2)(思维升华)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周期表位置有何关系?(证据推理与模型认知)
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。
【典例示范】
【典例】现有X、R、Y三种元素,其结构特点如下:
(1)X原子在L层上只有一个空轨道,则X是_______________;其电子排布图为________。?
(2)R原子的3p轨道上只有一个未成对电子,则R原子可能是________。?
(3)Y原子的核电荷数为33,其外围电子排布为________,其在元素周期表中的位置是________,是属于________区的元素。?
【解题指南】解答本题应注意以下两点:
(1)核外电子排布遵循能量最低原理、泡利原理、洪特规则。
(2)电子层数=周期数,主族元素的价电子数=主族序数。
【解析】X原子在L层上只有一个空轨道,则其电子排布式为1s22s22p2,是碳元素,
其电子排布图为
。R原子的3p轨道上只有一个未成对电子,则其原
子的电子排布式为1s22s22p63s23p1或1s22s22p63s23p5,则R原子可能为Al或Cl。Y
原子的核电荷数为33,根据构造原理和核外电子排布规则可知,Y原子的核外电
子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p3,在元素周期表中位于第4周期第ⅤA族,属
于p区元素。
答案:(1)C(或碳)
(2)Al或Cl
(3)4s24p3 第4周期第ⅤA族 p
【母题追问】(1)上题(1)中的元素在周期表中的哪个位置?
提示:该元素为主族元素,为第2周期、第ⅣA族。
(2)上题(2)题干改成“R原子的3p轨道上只有一个未成对电子且无空轨道”,则R是哪一种元素?
提示:该元素为氯元素。
【规律方法】(1)原子核外电子层数决定所在周期数:周期数=最大能层数(钯除外,46Pd:[Kr]4d10,最大能层数是4,但是Pd在第五周期)。
(2)外围电子总数决定排布哪一族。如29Cu:3d104s1,10+1=11,尾数是1且有d轨道,所以是ⅠB族。
(3)每周期起始元素和结束元素的价电子排布为ns1和ns2np6(第一周期为1s2)。
【素养训练】
1.(2020·潮州高二检测)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元素原子的外围电子排布为4s24p4
B.Y元素在周期表的第3周期第ⅥA族
C.X元素所在周期中含非金属元素最多
D.Z元素原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p3
【解析】选A。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,A项错误,B项正确;Y为硫元素,X为氟元素,第2周期含非金属元素最多,C项正确;Z为砷元素,其核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p3,D项正确。
2.(2020·石家庄高二检测)某元素原子最外层只有1个电子,最高电子层n=4。问:
(1)符合上述条件的元素,可以有________种;原子序数分别为________。?
(2)写出相应元素原子的简化电子排布式,并指出在周期表中的位置。
_____________________________。?
【解析】题给元素原子最高电子层n=4,最外层只有一个电子,则该电子在4s轨道上,所以最外层电子排布为4s1。次外层:当最外层已经填入电子时,次外层的3s和3p应已充满;而3d轨道的电子数可为0、5、10。这三种情况的原子序数分别为19、24和29,即K、Cr和Cu三种元素。
答案:(1)3 19、24、29 (2)K:[Ar]4s1,第四周期第ⅠA族;Cr:[Ar]3d54s1,第四周期第ⅥB族;Cu:[Ar]3d104s1,第四周期第ⅠB族
知识点二 元素周期表的分区?
1.各区元素化学性质及原子价电子排布特点:
包括的元素
价电子排布
化学性质
s区
ⅠA、ⅡA族
ns1～2(最后的
电子填在ns上)
除氢外,都是活泼金属元素(碱金属和碱土金属)
p区
ⅢA～ⅦA、
0族
ns2np1～6
(除氦外,最后
的电子填在
np上)
最外层电子参与反应,随着最外层电子数目的增加,非金属性增强,金属性减弱(0族除外)
包括的元素
价电子排布
化学性质
d区
ⅢB～ⅦB
(镧系、锕系
除外)、Ⅷ族
(n-1)d1～9ns1～2
[最后的电子填
在(n-1)d上]
均为过渡金属,由于d轨道都未充满电子,因此d轨道上的电子可以不同程度地参与化学键的形成
ds区
ⅠB、ⅡB族
(n-1)d10ns1～2
[(n-1)d全
充满]
均为过渡金属,d轨道已充满电子,因此d轨道上的电子一般不再参与化学键的形成
f区
镧系、
锕系
(n-2)f0～14
(n-1)d0～2ns2
镧系元素的化学性质非常相近;锕系元素的化学性质也非常相近
2.元素周期表中族和分区的关系:
(1)主族:s区和p区。(ns+np)的电子数=族序数。
(2)0族:p区。(ns+np)的电子数=8(或2)。
(3)副族:d区+ds区+f区。
①d区中[(n-1)d+ns]的电子数=族序数(第Ⅷ族部分元素除外)。
②当8≤[(n-1)d+ns]的电子数≤10时,则为第Ⅷ族元素。
③ds区中(n-1)d全充满,ns的电子数=族序数。
【易错提醒】从元素的价电子层结构可以看出,s区、d区、ds区的元素在发生化学反应时容易失去最外层电子及倒数第二层的d电子,表现金属性,所以s区(H除外)、d区、ds区都是金属元素。
【合作探究】
(1)(思维提升)价电子排布为5s25p1的元素是否位于第五周期ⅠA族且为s区元素?(宏观辨识与微观探析)
提示:否。价电子排布为5s25p1的元素最外层电子数为3,电子层数是5,最后一个电子排在p轨道,所以该元素位于第五周期ⅢA族,属于p区元素。
(2)s区元素都是金属元素吗?(宏观辨识与微观探析)
提示:否。s区元素除氢元素外,都是金属元素。
【典例示范】
【典例】(2020·济宁高二检测)完成下列小题。
(1)填表:
原子电子排布式
族
周期
区
①1s22s22p63s2
②[Kr]4d105s25p2
③[Ar]3d14s2
④[Ar]3d104s1
(2)某元素原子共有3个价电子,其中一个价电子位于第三能层d轨道,试回答:
①该元素核外电子排布式为________,价电子的电子排布图为________。?
②该元素的原子序数为________,元素符号为________,在周期表中的位置为________,该元素是________(填“金属”或“非金属”)元素,最高正化合价为________价。?
【解题指南】解答本题需要注意理解以下三个方面:
(1)根据电子排布式或简化电子排布式判断元素所在周期或族。
(2)根据元素原子最后一个电子排入的轨道判断元素所在的区。
(3)金属元素和非金属元素在元素周期表中的分布。
【解析】(1)①最后一个电子填充在s轨道,属于s区元素,为主族元素。族序数=ns电子数,即为2,在第三周期第ⅡA族。
②最后一个电子填充在p轨道,属于p区元素,为主族元素。族序数=ns+np电子数,即2+2=4,在第五周期第ⅣA族。
③最后一个电子填充在d轨道,且小于10,属于d区元素,为副族元素。族序数=(n-1)d+ns电子数,即1+2=3,在第四周期第ⅢB族。
④最后一个电子填充在d轨道,且等于10,属于ds区元素,为副族元素。族序数
=ns电子数,即为1,在第四周期第ⅠB族。
(2)由构造原理知E(4s)排布式为1s22s22p63s23p63d14s2,为21号金属元素Sc。
答案:(1)①ⅡA 三 s ②ⅣA 五 p ③ⅢB 四 d ④ⅠB 四 ds
(2)①1s22s22p63s23p63d14s2
②21 Sc 第四周期第ⅢB族
金属 +3
【母题追问】题(1)中所给的四种元素,哪些是金属元素,哪些是非金属元素?
提示:由题目中分析可知:①为s区元素且不是氢元素,所以它是金属元素;③④为d区和ds区,这两区元素均为金属元素;②为锡元素,是金属元素。
【素养训练】
1.(2020·福州高二检测)下列说法中正确的是
( )
A.价电子数与最高化合价相等的元素一定是主族元素
B.次外层全充满而最外层有不成对电子的元素一定是主族元素
C.所有非金属元素都在p区
D.元素周期表的5个区中都有金属元素
【解析】选D。在第4周期ⅢB～ⅦB的Sc、Ti、V、Cr、Mn等过渡元素,其价电子数为3、4、5、6、7,最高正化合价为+3、+4、+5、+6、+7价,铜原子的价电子排布式为3d104s1,所以A、B两项不正确;氢元素在s区,C项错;s、p、d、ds、f区均包含金属元素,D项正确。
2.(2020·邯郸高二检测)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轨道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________。?
(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。
(2)d区为第ⅢB族～第ⅦB族、第Ⅷ族,族序数最大且原子序数最小的为Fe,常见
离子为Fe2+、Fe3+,电子排布式为1s22s22p63s23p63d6、1s22s22p63s23p63d5,由离子
的电子排布式可知Fe3+的3d轨道“半充满”,其稳定性强于Fe2+。
(3)ds区符合条件的为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,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,
Fe3+:1s22s22p63s23p63d5 Fe3+ (3)3d104s2
(4)
(5)f
【补偿训练】
(2020·锦州高二检测)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等同位素,下列关于金属钛的叙述中不正确的是
( )
A.上述钛原子中,中子数不可能为22
B.钛元素在周期表中处于第4周期
C.钛的不同同位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】选C。钛是第4周期ⅣB族元素,其质子数为22,同位素指的是具有相同的核电荷数而中子数不同的同一类原子的总称,它们在周期表中位于同一位置。
【课堂小结】
【三言两语话重点】
1.元素周期系的形成是由于元素的原子核外电子的排布发生周期性的重复。
2.元素周期系中的周期:随着元素原子的核电荷数递增,每到出现碱金属,就开始建立一个新的电子层,随后最外层上的电子逐渐增多,最后达到8个电子,出现稀有气体;然后又开始由碱金属到稀有气体,如此循环往复形成元素周期系的周期。
3.元素周期表的周期:具有相同的电子层的元素按照原子序数递增顺序排列成的一个横行。
4.元素周期表的族:最外层电子数相同的元素按照电子层数递增的顺序排列成的纵行。
5.按电子排布,把周期表里的元素划分成5个区,分别为s、p、d、f、ds。
6.元素周期表共有16个族,其中s区包括ⅠA、ⅡA族,p区包括ⅢA～ⅦA、0族,d区包括ⅢB～ⅦB族及Ⅷ族(镧系、锕系除外),ds区包括ⅠB、ⅡB族,f区包括镧系元素和锕系元素。
课堂检测·素养达标
1.(2020·牡丹江高二检测)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
【解析】选B。最外层电子排布式为3s23p3的是P,属于主族元素,A错误;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,B正确;最外层电子排布式为4s24p1的是Ga,位于第ⅢA族,属于主族元素,C错误;最外层电子排布式为3s23p5的是Cl,属于主族元素,D错误。
【补偿训练】
(2020·太原高二检测)下列说法中正确的是
( )
A.原子及其离子的核外电子层数等于该元素所在的周期数
B.s区均为金属元素
C.除氦外的稀有气体原子的最外层电子数都是8
D.同一元素的各种同位素的物理性质、化学性质均相同
【解析】选C。A项,钠原子核外有3个电子层,是第3周期元素,但是钠离子的核外有2个电子层,与题目叙述不符,错误;B项,s区除氢外全是金属元素,错误;C项,稀有气体原子中只有氦原子最外层是2个电子,其他元素都是8电子稳定结构,正确;D项,同一元素可以有多种同位素,它们的质量数不同,化学性质相同,但物理性质不一定相同,错误。
2.(教材改编)下列说法中正确的是
( )
A.在周期表中,最外层电子数为2的元素一定是ⅡA族元素
B.周期序号越大,该周期所含金属元素一般越多
C.最外层电子数为8的都是稀有气体元素的原子
D.所有非金属元素都分布在p区
【解析】选B。最外层电子数为2的元素也可能是He或副族元素,故A错误;最外层电子数为8的不一定是稀有气体的原子,如Na+、Mg2+等,故C错误;非金属元素氢在s区,故D错误。
3.(2020·泉州高二检测)已知某元素+2价离子的电子排布式为1s22s22p63s23p6,则该元素在周期表中属于
( )
A.第ⅤB族
B.第ⅡB族
C.第Ⅷ族
D.第ⅡA族
【解析】选D。根据核外电子排布规律,可知该元素的原子最外层只有2个电子,而且应该排布在第四电子层上,该元素在周期表中的位置应该是第四周期第ⅡA族。
4.(2020·盐城高二检测)已知某元素+3价离子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d5,则该元素在元素周期表中的位置是
( )
A.第三周期第Ⅷ族,p区
B.第三周期第ⅤB族,ds区
C.第四周期第Ⅷ族,d区
D.第四周期第ⅤB族,f区
【解析】选C。该+3价离子的核外有23个电子,则基态原子核外有26个电子,26号元素是铁,其位于第四周期第Ⅷ族,且位于d区。
5.(2020·太原高二检测)具有下列电子层结构的原子和离子,其对应元素一定属于同一周期的是
( )
A.两原子N层上都有1个s电子,一个原子有d电子,另一个原子无d电子
B.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
C.原子核外M层上的s、p轨道都充满电子,而d轨道上没有电子的两种原子
D.两原子核外全部都是s电子
【解析】选A。A.两原子N层上都有1个s电子,原子无d电子的为钾原子,原子有d电子的为1s22s22p63s23p63d54s1,是铬原子或1s22s22p63s23p63d104s1,是铜原子,都处于第4周期,正确;B.最外层电子排布为2s22p6的原子为氖原子,最外层电子排布为2s22p6的离子可能是阴离子也可能是阳离子,如O2-、Na+等,错误;C.原子核外M层上的s、p轨道都充满电子,而d轨道上没有电子,符合条件的原子的核外电子排布式有1s22s22p63s23p6,为氩原子,1s22s22p63s23p64s1,为钾原子,
1s22s22p63s23p64s2,为钙原子,不一定处于同一周期,错误;D.两原子的核外全部都是s电子,原子具有1s能级或具有1s、2s能级,不处于同一周期,如氢原子与锂原子,错误。
【补偿训练】
(2020·盐城高二检测)下列各组中的X和Y两种原子,化学性质一定相似的是
( )
A.X原子和Y原子最外层都只有一个电子
B.X原子的核外电子排布为1s2,Y原子的核外电子排布为1s22s2
C.X原子2p轨道、Y原子的3p轨道上都有一个未成对电子,但没有空轨道
D.X原子核外M层上仅有2个电子,Y原子核外N层上仅有2个电子
【解析】选C。A项,最外层只有一个电子的原子有ⅠA族元素、Cr、Cu等,不一定是同主族元素,化学性质不一定相似;B项,X是He,Y是Be,它们的化学性质不同;C项,X原子的核外电子排布式为1s22s22p5,为F,Y原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p5,为Cl,为同一主族元素,化学性质相似;D项,X是Mg,Y原子4s轨道上有2个电子,可能为Ca,但若为过渡元素,则由能量最低原理可知先排4s轨道,再排3d轨道,可能是Fe、Zn等,故化学性质不一定相同。
6.(2020·贵阳高二检测)下列关于主族元素的说法正确的是( )
A.主族元素的原子核外电子最后填入的能级是s能级
B.主族元素的原子核外电子最后填入的能级是s能级或p能级
C.所有主族元素的最高正价都等于主族序数
D.主族元素的价电子数有可能超过最外层电子数
【解析】选B。第ⅠA族和第ⅡA族元素的电子最后填入的是s能级,第ⅢA～第ⅦA族元素的电子最后填入的是p能级,A错误,B正确;大多数主族元素的最高正价等于其最外层电子数,但F元素无正价,O元素的最高正价不是+6价,C错误;主族元素的价电子层的电子总数等于最外层电子数,D错误。
7.(2020·临沂高二检测)已知元素原子的下列结构或性质,能确定其在周期表中位置的是
( )
A.某元素原子的第二电子层电子排布图为
B.某元素在某种化合物中的化合价为+4
C.某元素的原子最外层上电子数为6
D.某元素的原子外围电子排布式为5s25p1
【解析】选D。A中只能说明该元素的L层有8个电子,无法确定其在周期表中的位置;某些非金属元素有多种化合价,+4价不一定是其最高化合价,无法确定;C中根据最外层电子数只能确定族序数,无法确定周期数;D中可确定该元素在第五周期第ⅢA族。
【方法规律】元素在元素周期表中位置的确定方法
1.由基态原子的外围电子排布式给元素定位。
(1)主族元素:该元素的周期数=外围电子的能层序数(n);该元素的族序数=外围电子总数。
(2)0族元素:0族元素外围电子排布为ns2np6(He为1s2)。0族元素的周期数=外围电子的能层数(n)。
(3)副族元素:副族元素的周期数=外围电子的最大能层数(n)。
2.根据原子序数以0族为基准给元素定位。
稀有气体元素
He
Ne
Ar
Kr
Xe
Rn
Og
周期数
1
2
3
4
5
6
7
原子序数
2
10
18
36
54
86
118
用原子序数-稀有气体原子序数(相近且小)=元素的纵行数,第1,2纵行为ⅠA,ⅡA族,第3～7纵行为ⅢB族～ⅦB族,第8～10纵行为第Ⅷ族,第11,12纵行为ⅠB族、ⅡB族,第13～17纵行为ⅢA族～ⅦA族。
8.(2020·岳阳高二检测)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是同周期金属性最强
的元素,C的最外层有三个成单电子,E的外围电子排布式为3d64s2。回答下列问
题:
(1)用化学式表示上述五种元素中最高价氧化物对应水化物酸性最强的是
____________,碱性最强的是____________。?
(2)D的氢化物比C的氢化物的沸点________(填“高”或“低”),原因是
_________________。
(3)E元素原子的核电荷数是________,E元素在周期表的第________周期,第________族,已知元素周期表可按电子排布分为s区、p区等,则E元素在________区。?
(4)画出D的核外电子排布图______________,这样排布遵循了______________原理和______________规则。?
【解析】根据A、B、C、D是四种短周期元素,由A的原子结构示意图
可知,x=2,A的原子序数为14,
故A为Si元素;
A、B、C同周期,B是同周期金属性最强的元素,故B为Na元素,C的最外层有三个成单电子,故C原子的3p能级有3个电子,故C为P元素;C、D同主族,故D为N元素,E是过渡元素,E的外围电子排布式为3d64s2,则E为Fe元素。所以由上述分析可知,A为Si元素,B为Na元素、C为P元素,D为N元素,E为Fe元素。
(1)由上述分析可知:五种元素中N的非金属性最强,Na的金属性最强,故最高价
氧化物对应水化物酸性最强的是HNO3
,碱性最强的是NaOH;
(2)由上述分析可知:D为N元素,D的氢化物为NH3,C为P元素,C的氢化物为PH3,因
为NH3分子间形成氢键,所以沸点NH3>PH3;
(3)根据E的外围电子排布式为3d64s2可知,E核电荷数是26,元素在周期表的第四
周期第Ⅷ族,
价电子排布式为3d64s2,所以位于元素周期表d区
;
(4)
由上述分析可知:D为N元素,D的核外电子排布图
,这样排布
是遵循了泡利原理和洪特规则。
答案:(1)HNO3 NaOH (2)高 NH3分子间形成氢键
(3)26 四 Ⅷ d (4)
泡利 洪特
【素养新思维】
9.纳米技术是用单个原子、分子制造物质的科学技术,研究结构尺寸在1～100
纳米范围内材料的性质和应用。当前纳米技术的研究和应用主要在材料和制
备、微电子和计算机技术、医学与健康等方面。我国的纳米基础研究能力已跻
身世界的前列,如曾被选为我国年度十大科技成果之一的一维纳米材料,其化学
式为RN。已知该化合物中与氮粒子结合的Rn+最外层电子排布式为3s23p63d10。
(1)氮元素的基态原子中能量最高的电子,其电子云在空间有________个方向,原子轨道呈________形,属于________区。?
(2)R位于第________周期________族________区,价电子排布式为________。?
【解析】(1)N原子核外电子排布式为1s22s22p3,能量最高的电子为2p3,其电子云在空间有3个伸展方向,原子轨道呈哑铃形,属于p区。
(2)由化学式RN知R为+3价,R3+的最外层电子排布式为3s23p63d10,则R的最外层电子排布式为4s24p1,位于第4周期ⅢA族,属于p区。
答案:(1)3 哑铃 p (2)4 ⅢA p 4s24p1课时素养评价
三 原子结构与元素周期表
(30分钟 50分)
一、选择题(本题包括4小题,每小题5分,共20分)
1.(2020·绵阳高二检测)已知某元素原子的价电子排布式为(n-1)dansb,则下列说法正确的是
( )
A.该元素是金属元素
B.该元素位于周期表中d区
C.该元素的族序数为a+b
D.该元素位于周期表中第四周期
【解析】选A。据题意,该元素应为过渡金属元素,可能位于周期表的d区或ds区,其族序数不一定是a+b(如Cu),可能位于周期表中的第四、五或六周期。
2.下列说法中错误的是
( )
A.同一元素的各种同位素的物理性质、化学性质均相同
B.元素周期表中从ⅢB族到ⅡB族10个纵行的元素都是金属元素
C.除氦以外的稀有气体原子的最外层电子数都是8
D.3p能级上只有一个空轨道的原子和3p能级上只有一个未成对电子的原子,两原子对应的元素属于同一周期
【解析】选A。同一元素的各种同位素的物理性质不同,化学性质几乎完全相同;3p能级上只有一个空轨道的原子为1s22s22p63s23p2,为Si,3p能级上只有一个未成对电子的原子为1s22s22p63s23p5或1s22s22p63s23p1,分别是Cl或Al,在同一周期。
3.(2020·南昌高二检测)若某元素原子处于能量最低状态时的外围电子排布式为4d15s2,则下列说法正确的是
( )
A.该元素在元素周期表中的位置为第五周期第ⅢB族
B.该元素位于s区
C.该元素为非金属元素
D.该元素原子的N能层上共有8个电子
【解析】选A。某原子在处于能量最低状态时,外围电子排布为4d15s2,应为Y元素,位于周期表第五周期第ⅢB族,A正确;外围电子排布为4d15s2,处于d区,B错误;该元素属于过渡元素,为金属元素,C错误;第N层的电子排布为4s24p64d1,有9个电子,D错误。
4.(2020·太原高二检测)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,一定是第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】选C。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,故A错误;原子的价电子排布为(n-1)d6～8ns2的元素是第Ⅷ族元素,不是副族元素,故B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,故C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),故D错误。
二、非选择题(本题包括1小题,共10分)
5.(2020·盐城高二检测)现有A、B、C、D四种元素,A是第五周期第ⅠA族元素,B是第三周期元素。B、C、D的最外层电子分别为2、2和7个。四种元素原子序数从小到大的顺序是B、C、D、A。已知C和D的次外层电子均为18个。
(1)写出A、B、C、D的元素符号
A:________,B:________,C:________,D:________。?
(2)写出B原子的电子排布式:_______________________,?
A、C、D的价电子排布式:
A:________,C:________,D:________。?
(3)写出四种元素中对应碱性最强的最高价氧化物的水化物的化学式:______。
(4)写出四种元素中对应酸性最强的最高价氧化物的水化物的化学式:______。
【解析】根据A在周期表的位置可知为Rb,价电子排布式为5s1;由B是第三周期元素,最外层电子为2个,可知B是Mg,核外电子排布为1s22s22p63s2;C、D的最外层电子分别为2和7个,且知C和D的次外层电子均为18个,所以C为30号Zn,价电子排布为3d104s2,D为35号Br,价电子排布式为4s24p5。碱性最强的最高价氧化物的水化物的化学式为RbOH,酸性最强的最高价氧化物的水化物的化学式为HBrO4。
答案:(1)Rb Mg Zn Br (2)1s22s22p63s2 5s1 3d104s2 4s24p5 (3)RbOH (4)HBrO4
一、选择题(本题共2小题,每小题5分,共10分)
6.(2020·成都高二检测)下列说法正确的是
( )
A.最外层电子排布式为ns2的基态原子所对应元素一定位于ⅡA族
B.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
C.d区元素的原子一定都有d轨道电子
D.基态原子价电子排布式为nsnnpn的元素一定是金属元素
【解析】选C。最外层电子排布式为ns2的基态原子所对应元素可能是He(1s2),也可能是ⅡB族元素[(n-1)d10ns2]等,不一定是ⅡA族元素,故A错误。最外层电子排布式为ns1的基态原子所对应元素中最特殊的是H,H不是金属元素,其他最外层电子排布式为ns1的基态原子所对应元素都是金属元素,B错误。d区元素原子的价电子排布式为(n-1)d1～9ns1～2(钯为4d10),原子的核外电子最后排布在(n-1)d上,故C正确。价电子排布式符合nsnnpn的元素只有n=2这一种情况,该元素的价电子排布式为2s22p2,是碳元素,是非金属元素,D错误。
7.(2020·厦门高二检测)元素周期表共有18个纵行,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。按这种规定,下面说法正确的是( )
A.最外层电子数为ns2的元素都在第2列
B.第5列元素的原子最外层电子的排布式为ns2np3
C.第10、11列为ds区的元素
D.形成化合物种类最多的元素在第14列,属于p区的元素
【解析】选D。最外层电子排布为ns2的元素可能为He或某些过渡元素或第ⅡA族元素,则不一定为第2列,故A错误;B.第5列元素是ⅤB族元素,第15列元素的原子最外层电子的排布式为ns2np3,故B错误;第10、11列元素分别在d区和ds区,C错误;第14列为碳族元素,有机物含碳元素,故该族元素形成化合物的种类最多,属于p区的元素,D正确。
二、非选择题(本题包括1小题,共10分)
8.(2020·忻州高二检测)有A、B、C、D、E五种元素。其中A为第四周期元素,与D可形成1∶1和2∶1原子个数比的化合物;B为第四周期过渡元素,最高化合价为+7;C和B是同周期的元素,具有相同的最高化合价;D的价电子排布式为nsnnpn+2,E元素的基态原子核外有7个原子轨道填充了电子。
(1)试写出下面三种元素的元素符号:
A________、B________、C________。?
(2)写出D2-的电子排布式:______________________。
基态E原子的电子排布式:_______________________。
(3)B位于________族,C位于________族。?
【解析】由B为第四周期过渡元素,最高化合价为+7可推出B是锰元素;C和B是同周期的元素,具有相同的最高化合价,则C是溴元素;D的价电子排布式为nsnnpn+2,D是氧元素;A与D可形成1∶1和2∶1原子个数比的化合物,A是钾元素。B位于第四周期,最高价为+7价,根据族序数等于价电子数可知B位于第ⅦB族,Br原子最外层也是7个电子,属于主族元素,位于ⅦA族。E元素的基态原子核外有7个原子轨道填充了电子,其核外电子排布式为1s22s22p63s23p1,该元素应为Al。
答案:(1)K Mn Br (2)1s22s22p6 1s22s22p63s23p1 (3)ⅦB ⅦA
