1.2.1《 原子结构与元素周期表》课件（共37张）2020-2021学年人教版高二化学选修3

第一课时
原子结构与元素周期表原理
第二节 原子结构与元素的性质
第一章 原子结构与性质
核心素养发展目标
1．通过旧知回顾、思考交流，进一步熟悉1—（36）号元素的外围电子排布式特点，认识周期与原子结构的关系及周期的螺旋式发展规律。
2．通过问题探究、讨论交流，认识元素周期表与原子结构的关系，能推出各周期的元素总数，能根据周期表的结构推断元素在周期表中的位置。
3.通过讨论交流、归纳小结，能从“螺壳上的螺旋”体会周期表中各区、各周期、各族元素原子核外电子的排布规律及原子结构和位置间的关系，进一步了解过渡元素、非金属元素、半金属元素在周期表中的位置及原因。
【情景导入】元素的性质跟其在周期表中的位置有相应的关系，所以要探究原子结构与元素的性质的关系首先得研究元素周期表。本节课我们将对原子结构与元素周期表的关系做进一步探究。
活动一、周期与原子结构的关系
一、原子结构与元素周期表
【阅读思考】1．阅读教材P13页内容，根据构造原理和碱金属元素原子电子排布式特点，思考元素周期系的形成及原因是什么？
碱金属
原子序数
周期
基态原子的电子排布式
锂
3
二
1s22s1或[He]2s1
钠
11
三
1s22s22p63s1或[Ne]3s1
钾
19
四
1s22s22p63s23p64s1或[Ar]4s1
铷
37
五
1s22s22p63s23p63d104s24p65s1或[Kr]5s1
铯
55
六
1s22s22p63s23p63d104s24p64d105s25p66s1或[Xe]6s1
【温馨提示】（1）碱金属元素基态原子的核外电子排布特点（教材P13页）：
(2)周期系的形成：随着元素原子核电荷数的递增，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，循环往复形成了周期系。
(3)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周期性的重复。
【讨论交流1】（1）核外电子排布与周期划分的关系是什么？
【温馨提示】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七个能级组，同一能级组内，各能级能量相差较小，各能级组之间能量相差较大。②每一能级组对应一个周期，且该能级组中最大的能层数等于元素的周期序数。③周期的划分取决于元素原子的能层数(电子层数)，同一周期元素原子的能层数(电子层数)相同。
【温馨提示】随着核电荷数的递增，电子在能级里的填充顺序遵循构造原理；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渐渐增多，同时，金属元素的数目也逐渐增多。可以把元素周期系的周期发展形象地比喻成螺壳上的螺旋。
【讨论交流2】（2）元素周期系中各周期所含元素种类的变化规律是什么？
周期
外围电子排布
各周期增加的能级
元素种数
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
【问题探究1】（1）在元素周期表中，每一周期元素原子的外围电子排布和元素种数有何关系，填写下表内容：
【问题探究2】(2)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？
【温馨提示】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。
【问题探究3】（3）同一周期元素，按原子序数递增的顺序，最外层电子都是从1个逐渐增加到8个吗？说明理由。
【温馨提示】不是。第一周期只有K层，当K层为最外层时，最多只能容纳2个电子。
【对应训练】
1．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，原子的核外电子的最高能层序数为n时，该元素属于第n周期。故第三周期元素的最高能层序数为3，故选C。
2．具有下列电子层结构的原子，其对应的元素一定属于同一周期的是(　　)
A．两种元素原子的电子层上全部都是s电子
B．3p能级上只有1个空轨道的原子和3p能级上只有1个未成对电子的原子
C．最外层电子排布为2s22p6的原子和最外层电子排布为2s22p6的离子
D．原子核外的M层上的s、p能级上都填满了电子而d轨道未排电子的两种原子
【答案】B【解析】两种元素原子的电子层上全部都是s电子，即为：1s1或1s2或1s22s1或1s22s2，对应的分别是H、He、Li、Be，即两种元素原子的电子层上全部都是s电子，可能属于第一周期或第二周期。3p能级上只有1个空轨道的原子即：1s22s22p63s23p2是硅元素；3p能级上只有1个未成对电子的原子即：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。
活动二、族与原子结构的关系
【思考交流】元素周期表有多少个族？如何表示各族元素的原子价层电子排布？
【温馨提示】(1)元素周期表可分为16个族，其中s区包括ⅠA、ⅡA族，p区包括ⅢA至ⅦA、0族，ds区包括ⅠB、ⅡB族。（2）主族元素的价电子排布：
族序数
ⅠA
ⅡA
ⅢA
ⅣA
ⅤA
ⅥA
ⅦA
价电子排布
ns1
ns2
ns2np1
ns2np2
ns2np3
ns2np4
ns2np5
（3）稀有气体元素的价电子排布为1s2或ns2np6。
（4）过渡元素(副族和第Ⅷ族)同一纵行原子的价层电子排布基本相同。(如表所示)
族序数
价电子排布
族序数
价电子排布
ⅢB
(n－1)d1ns2
ⅦB
(n－1)d5ns2
ⅣB
(n－1)d2ns2
Ⅷ
(n－1)d6～8ns2
ⅤB
(n－1)d3ns2
ⅠB
(n－1)d10ns1
ⅥB
(n－1)d5ns1
ⅡB
(n－1)d10ns2
【讨论交流】结合各族价电子排布特点，思考原子结构与元素的性质有何关系？
【温馨提示】（1）主族元素：①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；②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层电子排布完全相同，价电子全部排布在ns或nsnp轨道上；③当主族元素失去全部价电子后，表现出该元素的最高正价(O、F除外)。
（2）副族元素：①价电子与其最外层电子和次外层电子有关。如铁元素原子的价电子排布式为3d64s2；
②第ⅢB族～ⅦB族可失去ns2和(n－1)d轨道上的全部电子，所以，最高正价数＝族序数；
③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，所以，最高正价低于族序数(8)，只有Ru和Os可表现出＋8价；
④第ⅠB族可失去ns1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。
【问题探究1】（1）某元素位于周期表中第四周期ⅤA族，你能否据此书写出该元素的价电子排布式、电子排布式？
【温馨提示】元素的价电子排布式为4s24p3，电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p3。
【问题探究1】（2）过渡元素(副族和Ⅷ族)(第四周期为例)的价电子排布有何特点？
【温馨提示】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。
【对应训练】
1．长式周期表共有18个纵行，从左到右排为1～18列，即碱金属为第一列，稀有气体元素为第18列。按这种规定，下列说法正确的是(　　)
A．第9列元素中有非金属元素
B．只有第2列的元素原子最外层电子排布式为ns2
C．第四周期第8列元素是铁元素
D．第15列元素原子的最外层电子排布式为ns2np5
【答案】C【解析】根据元素周期表的结构可知，第9列为d区元素，全部为金属元素，A项错误；最外层电子排布式为ns2的不只有第2列元素的原子，如第12列元素的原子最外层电子排布式也是ns2，B项错误；第15列元素原子的最外层电子排布式为ns2np3，D项错误。
3．下列说法中正确的是(　　)
A．主族元素的价电子全排布在最外层的ns或np轨道上
B．过渡元素的原子，价电子排布全部为(n－1)d1～10ns2
C．d轨道不可以参与化学键的形成
D．所有元素的共同特点是原子的价电子都排布在最外电子层上
【答案】A【解析】主族元素的价电子全排布在ns或np轨道上，A对；过渡元素Cr的价电子排布为3d54s1，B错；Fe的价电子为3d64s2，形成Fe3＋化合物时d轨道参与形成化学键，C错；过渡元素原子的价电子并不都排布在最外层ns上，有的排在(n－1)d上，D错。
活动三、元素周期表的分区
【阅读思考】阅读教材P14页“科学探究”，思考元素周期表是如何进行分区的？
【温馨提示】(1)按核外电子排布，可把周期表里的元素划分成5个区，分别是s、p、
d、ds、f。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）根据元素金属性与非金属性分为金属区和非金属两个区
【讨论交流】元素周期表的两种分区方式有何关系？
【温馨提示】(1)金属元素和非金属元素的分界线为沿B、Si、As、Te、At与Al、Ge、Sb、Po之间所画的一条连线，非金属性较强的元素处于元素周期表的右上角位置，金属性较强的元素处于元素周期表的左下角位置。(2)处于d区、ds区和f区的元素全部是金属元素。s区的元素除氢外，也全部是金属元素。
【问题探究】各区元素化学性质及原子价电子排布特点？填写下表内容：

包括元素
价电子排布
化学性质
s区
ⅠA、ⅡA族
ns1～2(最后的电子填在ns能级上)
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能级上)
随着最外层电子数目的增加，非金属性增强，金属性减弱　
d区
ⅢB～ⅦB(镧系、锕系除外)、Ⅷ族
(n－1)d1～9ns1～2(除钯外)[最后的电子填在(n－1)d能级上]
均为过渡金属，由于d轨道都未充满电子(除钯外)，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，最后的电子填在ns能级上]
均为过渡金属，d轨道均充满电子
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
【对应训练】
1．下列说法正确的是(　　)
A．元素周期表每一周期元素原子的最外层电子排布均是从ns1过渡到ns2np6
B．所有的非金属元素都分布在p区
C．原子核外电子排布式为1s1的原子与原子核外电子排布式为1s22s1的原子的化学性质相似
D．元素周期表中第ⅢB族到第ⅡB族的10个纵行的元素都是金属元素，统称过渡金属元素
【答案】D【解析】第一周期元素原子的最外层电子排布是从ns1过渡到ns2，故A错误；氢元素处于s区，故B错误；原子核外电子排布式为1s1的原子为氢原子，原子核外电子排布式为1s22s1的原子为锂原子，H为非金属元素，Li为金属元素，二者性质不同，故C错误；过渡元素包括副族与第Ⅷ族元素，为元素周期表中的第3列到第12列，即第ⅢB族到第ⅡB族的10个纵行，都是金属元素，故D正确。
2.下列说法正确的是(　　)
A．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
B．最外层电子排布式为ns1的基态原子对应元素一定是金属元素
C．最外层电子排布式为ns2的原子和最外层电子排布式为(n＋1)s2的原子不一定属于同一族
D．最外层电子排布式为nsnnpn的元素一定是金属元素
【答案】C【解析】最外层电子排布式为ns2的基态原子对应元素可能是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，故B错误。最外层电子排布式符合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，故D错误。
活动四、元素在元素周期表中位置的确定方法
【讨论交流1】（1）如何由基态原子的外围电子排布式给元素定位？
【温馨提示】①主族元素：该元素的周期序数＝外围电子的能层数；该元素的族序数＝外围电子总数。例如：某元素的外围电子排布为5s25p3(可确定为主族元素)，该元素在周期表中位于第五周期ⅤA族。 ②0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：元素的周期数＝外围电子的能层数(n)。 a．ⅠB族：外围电子排布为(n－1)d10ns1。 b．ⅡB族：外围电子排布为(n－1)d10ns2。
c．ⅢB～ⅦB族：外围电子排布为(n－1)dxns2，元素的族序数为x＋2(个别例外)。如Mn的外围电子排布为3d54s2，它在周期表中位于第四周期ⅦB族。
d．Ⅷ族：外围电子排布为(n－1)dxns0～2，且x＋1>7或x＋2>7。
④规律：a.元素在元素周期表中所处的周期序数与其能层数相同。
b．主族元素和ⅢB～ⅦB族元素所处族序数与其外围电子总数相等，ⅠB、ⅡB、Ⅷ族和0族元素所处族由其外围电子构型的特征判断。
【讨论交流2】(2)如何根据原子序数以0族为基准给元素定位？
稀有气体元素
He
Ne
Ar
Kr
Xe
Rn

周期数
一
二
三
四
五
六
七
原子序数
2
10
18
36
54
86
118
①原子序数－稀有气体原子序数(相近且小)＝元素所在的纵行数。第1、2纵行为ⅠA、ⅡA族，第3～7纵行为ⅢB～ⅦB族，第8～10纵行为Ⅷ族，第11、12纵行为ⅠB、ⅡB族，第13～17纵行为ⅢA～ⅦA族，第18纵行为0族。而该元素的周期数＝稀有气体元素的周期数＋1。例如：判断原子序数为41的元素在周期表中的位置。
分析：41与36接近，有41－36＝5，为第五周期ⅤB族。
注意：使用此法若为第六、七周期ⅢB族(含镧系、锕系元素)后的元素需再减
②稀有气体元素的原子序数(相近且大)－原子序数＝18－该元素所在纵行数。
例如：推断新发现的114号元素在周期表中的位置。
分析：118－114＝4，为顺数第14纵行或倒数第5纵行，故114号元素位于第七周期ⅣA族。
说明：也可以根据已知元素的原子结构示意图、电子排布图、特征电子构型来判断元素在元素周期表中的位置。
【问题探究1】（1）最外层电子排布为ns1或ns2的元素是否一定是金属元素？
【温馨提示】不一定。如H的最外层电子排布为1s1，He的最外层电子排布为1s2，但两者均不是金属元素。
【问题探究2】（2）你能用基态原子的外围电子排布式确定元素在周期表中的位置吗？
【温馨提示】可以。若已知元素的外围电子排布，可直接判断该元素在周期表中的位置。如某元素的外围电子排布为4s24p4，首先根据含有p能级确定元素位于p区，由外围电子位于第四能层，确定元素位于第四周期，由其价电子数为6，确定元素位于ⅥA族。如某元素外围电子排布为3d34s2，首先根据d能级未充满，确定元素位于d区，由外围电子位于第四能层确定元素在第四周期，由外围电子总数为5，确定元素位于ⅤB族。
【对应训练】
1．甲、乙两元素原子的L层电子数都是其他层电子总数的2倍。下列推论正确的是(　　)
A．甲与乙处于同一周期
B．甲与乙处于同一主族
C．甲与乙都位于元素周期表的p区
D．甲与乙的原子序数之和为偶数
【答案】D【解析】甲、乙的电子层排布可能为1s22s22p2或1s22s22p63s2，即为碳或镁元素，它们位于不同的周期，不同的主族，不同的区域。
2．短周期元素X、Y、Z的原子序数依次递增，其原子的最外层电子数之和为13。X与Y、Z位于相邻周期，Z原子最外层电子数是X原子内层电子数的3倍或者是Y原子的最外层电子数的3倍。下列说法正确的是(　　)
A．X的氢化物溶于水显酸性
B．Y原子的电子排布式为1s22s22p63s2
C．Z元素在周期表中的位置为第三周期第Ⅵ族
D．X和Z的最高价氧化物对应水化物都是弱酸
【答案】B【解析】Z原子最外层电子数是X原子内层电子数的3倍，则X原子内层应为2个电子，Z原子最外层电子数为6，根据题意，Z应在第三周期，所以Z为S。Z原子最外层电子数为Y原子最外层电子数的3倍，且Y、Z同周期，Y为Mg。根据题意，X为N。
课堂检测
1．某化学学习小组在学习元素周期系和周期的划分时提出了以下观点：①元素周期系的形成是由原子的结构决定的；②元素周期系中第ⅠA族元素统称为碱金属元素；③每一周期的元素原子价电子排布式均是从ns1开始至ns2np6结束；④元素周期系的每一周期元素的种类均相等；⑤基态原子核外电子排布式为1s22s22p3和1s22s22p63s23p3的两元素的原子位于同一周期；⑥周期序数越大，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
【答案】A【解析】①元素周期系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；②第ⅠA族元素除氢元素之外称为碱金属元素，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随着周期序数的增大，元素种类有增多的趋势，错误；⑤核外电子排布式为1s22s22p3的元素位于第二周期，而核外电子排布式为1s22s22p63s23p3的元素位于第三周期，错误；⑥从元素周期表中不难看出，随着周期序数的增大，该周期所含的金属元素一般增多，正确。
2．肯定属于同族元素且性质相似的是(　　)
A．原子电子排布式：A为1s22s2，B为1s2
B．结构示意图：A为 ，B为
C．A原子基态时2p轨道上有1个未成对电子，B原子基态时3p轨道上也有1个未成对电子
D．A原子基态时2p轨道上有一对成对电子，B原子基态时3p轨道上也有一对成对电子
【答案】D【解析】A项中，A为第ⅡA族元素Be，B为0族元素He，显然，二者不属于同族元素，性质也不相似；B项中，A为0族元素Ne，B为碱金属离子Na＋，不符合题意；C项中，由于p轨道有三个轨道，若有一个未成对电子，意味着p轨道有两种电子排布情况：即np5或np1，所以A、B两元素不一定属于同一族元素；D项中，对于p轨道上有一对成对电子，根据泡利原理和洪特规则，该轨道只能有一种电子排布式：即np4，所以A、B两元素肯定属于同族元素。
3.已知某元素的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．该元素位于元素周期表中的d区
B．该元素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，该元素为过渡金属元素，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，则族序数为a＋b，否则不存在这一关系。
4.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(　　)
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
【答案】A【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元素，X为F元素，第二周期所含非金属元素最多，故C项正确。Z为As元素，核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p3，D项正确。
谢谢聆听！