資源簡介

1.2 第2課時　核外電子排布與元素周期表　原子半徑
【學習目標】
1.認識核外電子排布與元素周期表的關系,了解元素周期表中各區、周期、族的劃分依據。
2.了解原子結構與原子半徑周期性變化的聯系。　
【自主預習】
一、核外電子排布與元素周期表
1.核外電子排布與周期劃分
(1)周期與能級組、原子軌道的對應關系
周期 序數 對應能級組 原子軌道數 最多容納電子數 價電子排布式 元素種數
ⅠA族 0族
1 1s 1 2 1s1 1s2 2
2 2s2p 4 8 2s1 2s22p6 8
3 3s3p 4 8 3s1 3s23p6 8
4 4s3d4p 9 18 4s1 4s24p6 18
5 5s4d5p 9 18 5s1 5s25p6 18
6 6s4f5d6p 16 32 6s1 6s26p6 32
7 7s5f6d7p 16 32 7s1 7s27p6 32
(2)規律
a.7個能級組對應7個周期。
b.周期序數=　　　　　　　　。
c.本周期所包含元素種數=對應能級組所含原子軌道數的2倍=對應能級組最多容納的電子數。
2.核外電子排布與族的劃分
(1)劃分依據:取決于原子的　　　　和價電子排布。
(2)規律
a.主族元素
b.過渡元素
c.稀有氣體→價電子排布:　　　　(　　　　除外)
3.元素周期表的分區
(1)根據核外電子排布
根據核外電子排布,可把周期表里的元素劃分成5個區:s區、p區、d區、ds區和f區。除ds區外,區的名稱來自最后填入電子的能級的符號。
(2)根據元素金屬性與非金屬性
4.金屬元素與非金屬元素在元素周期表中的位置
(1)金屬元素和非金屬元素的分界線為沿B、Si、As、Te、At與Al、Ge、Sb、Po之間所畫的一條連線,非金屬性較強的元素處于元素周期表的右上角位置,金屬性較強的元素處于元素周期表的左下角位置。
(2)處于d區、ds區和f區的元素全部是金屬元素。s區的元素除氫外,也全部是金屬元素。
二、核外電子排布與原子半徑
1.原子半徑
(1)定義:依據量子力學理論,人們假定原子是一個　　　　,并用統計的方法來測定它的半徑。
(2)影響因素
2.原子半徑的周期性變化
(1)同周期(稀有氣體元素除外)
a.規律:原子半徑自左至右逐漸　　　　。
b.原因:增加的電子所產生的電子間的　　　　小于核電荷數增加導致的核對外層電子的　　　　。
(2)同主族
a.規律:原子半徑自上而下逐漸　　　　。
b.原因:電子層數依次增加,電子間的　　　　的影響大于核對外層電子的　　　　的影響。
(3)過渡元素
a.規律:從總的變化趨勢來看,從左到右原子半徑的變化幅度　　　　。
b.原因:增加的電子都分布在　　　　軌道上,電子間的　　　　與核對外層電子的　　　　大致相當。
【參考答案】一、1.最外層電子所在軌道的電子層數　2.價電子數目　ns1~2　ns2np1~5　價電子數　(n-1)d1~10ns1~2　價電子數　ns電子數　ns2np6　He
二、1.球體　增大　越小　2.減小　排斥作用
吸引作用　增大　排斥作用　吸引作用　不大
(n-1)d　排斥作用　吸引作用
【效果檢測】
1.判斷正誤(正確的打“√”,錯誤的打“×”)。
(1)元素原子的價層電子就是最外層電子。 (　　)
(2)除氦外,0族元素原子的價電子排布為ns2np6。 (　　)
(3)最外層電子排布式為ns1或ns2的元素一定為金屬元素。 (　　)
(4)價電子排布為4s24p3的元素位于第4周期ⅤA族,是p區元素。 (　　)
(5)在元素周期表中,s區、d區和ds區的元素都是金屬元素。 (　　)
(6)元素周期表有7個橫行,即7個周期;有18個縱列,即18個族。 (　　)
(7)每一周期都是堿金屬元素開始,稀有氣體元素結束。 (　　)
【答案】(1)×　(2)√　(3)×　(4)√　(5)×　(6)×　(7)×
2.元素周期表中周期的劃分與原子結構的哪部分有關
【答案】與原子的電子層數有關。
3.除氦外,0族價電子排布有何特點
【答案】除氦外,0族最外層均有8個電子,價電子排布為ns2np6。
4.主族元素從左到右價電子排布有何特點
【答案】主族元素從左到右價電子排布從ns1~ns2np5。
5.元素周期表劃分區的依據是什么
【答案】依據是原子的價電子排布。
【合作探究】
任務1：核外電子排布與元素周期表
【實驗探究】
1.價電子排布為5s25p1的元素,在元素周期表中處于什么位置 據此分析元素的價電子排布與元素在周期表中的位置有何關系。
【答案】該元素位于第5周期ⅢA族。元素能級中最高能層序數=周期序數,主族元素原子的價電子數=該元素在元素周期表中的主族序數。
2.某元素位于元素周期表中第4周期ⅤA族,你能否據此寫出該元素的價電子排布和電子排布式
【答案】該元素的價電子排布為4s24p3;電子排布式為1s22s22p63s23p63d104s24p3。
3.原子序數1~36的某元素基態原子的最外層電子排布式為ns2,該元素可能屬于哪一族
【答案】0族(He)、ⅡA族、ⅡB族、ⅢB族、ⅣB族、ⅤB族、ⅦB族、Ⅷ族。
4.基態原子的最外層電子排布為ns2的元素一定處于s區嗎 基態原子的價電子排布為ns2的元素一定處于s區嗎
【答案】不一定,基態原子的最外層電子排布為ns2的元素可能為ⅡA族元素(s區)、副族元素(d區、ds區、f區)、0族元素He(p區);基態原子的價電子排布為ns2的元素不一定處于s區,可能為ⅡA族元素(s區)、0族元素He(p區)。
【核心歸納】
一、核外電子排布與周期的劃分
二、核外電子排布與族的劃分
三、原子核外電子排布與元素周期表的分區
分區 元素分布 價電子排布 元素性質特點
s區 ⅠA族、ⅡA族 ns1~2 除H外都是活潑金屬元素
p區 ⅢA族~ⅦA族、0族 ns2np1~6 最外層電子參與反應(稀有氣體除外)
d區 ⅢB族~ⅦB族、Ⅷ族 (n-1)d1~9ns1~2(除Pd外) d軌道也不同程度地參與化學鍵的形成
ds區 ⅠB族、ⅡB族 (n-1)d10ns1~2 金屬元素
f區 鑭系、錒系 (n-2)f0~14(n-1)d0~2ns2 鑭系元素化學性質相近,錒系元素化學性質相近
【典型例題】
【例1】下面的元素周期表中全都是金屬元素的區域為(　　)。
A.只有s區　　　　　　　 B.只有d區
C.s區、d區和ds區 D.f區、d區和ds區
【答案】D
【解析】s區中的H不是金屬元素,過渡元素(f區、d區和ds區)全部是金屬元素。
【例2】原子結構與元素周期表存在著內在聯系。根據已學知識,回答下列問題:
(1)已知用s,p,d,f等符號表示的下列元素原子的電子排布式,判斷它們所在的周期和族。
①1s22s22p63s23p1　 ;
②1s22s22p63s23p63d54s1　 ;
③1s22s22p63s23p63d64s2　 ;
④1s22s22p63s23p63d104s24p64d104f145s25p65d106s26p2　 。
(2)已知下列元素在周期表中的位置,寫出它們的元素符號和價電子排布式。
①第4周期ⅣB族　　　　　　　　;
②第5周期ⅦA族　　　　　　　　。
【答案】(1)①第3周期ⅢA族
②第4周期ⅥB族
③第4周期Ⅷ族
④第6周期ⅣA族
(2)①Ti,3d24s2
②I,5s25p5
【解析】(1)在核外電子排布式中,能級序數最大的數為該元素所在的周期序數。①④的最外層的p軌道上都填充有電子,故①在ⅢA族、④在ⅣA族;②③元素的d軌道上都填充有電子但未滿,故②在ⅥB族而③在Ⅷ族。
任務2：核外電子排布與微粒半徑比較
情境導入　海洋是蔚藍色的資源寶庫。海洋中含有80多種元素,其中除氫、氧外,氯、鈉、鎂、硫、鈣、鉀、碳、鍶、溴、硼、氟、硅12種稱為常量元素,海水中所含有的元素大部分以鹽溶液的形式存在,在這些鹽類物質中氯化鈉占80%以上。
問題生成
1.如何判斷H、Li、Na、K原子半徑的大小 理由是什么
【答案】H、Li、Na、K最外層電子數相同,而原子的電子層數依次增多,故半徑依次增大。
2.如何比較Na+、Mg2+、Al3+半徑的大小
【答案】Na+、Mg2+、Al3+的電子層構型相同,離子核外電子數相同,而核電荷數依次增大,故半徑依次減小。
3.r(Na+)與r(Na) 哪個大 r(Cl-)與r(Cl)呢
【答案】根據同一種元素離子和原子的質子數相同,但是陰離子核外電子數大于質子數,陽離子核外電子數小于質子數,故可知r(Na)大于r(Na+),r(Cl-)大于r(Cl)。
4.r(Ca2+)與r(Cl-) 哪個大
【答案】Ca2+和Cl-核外電子排布相同,因原子序數Ca>Cl,則r(Ca2+)【核心歸納】
微粒半徑大小的比較方法
1.影響微粒半徑的因素主要是核電荷數和電子的層數。同周期中,核電荷數越大,微粒半徑越小;同主族中,電子層數越多,微粒半徑越大。
2.陽離子半徑小于對應的原子半徑,陰離子半徑大于對應的原子半徑,如r(Na+)3.電子層結構相同的離子,隨核電荷數增大,離子半徑減小,如r(S2-)>r(Cl-)>r(K+)>r(Ca2+)。
4.不同價態的同種元素的離子,核外電子多的半徑大,如r(Fe2+)>r(Fe3+),r(Cu+)>r(Cu2+)。
5.“三看”法快速判斷簡單微粒半徑大小
(1)“一看”電子的層數:最外層電子數相同時,電子的電子層數越多,半徑越大。
(2)“二看”核電荷數:當電子層結構相同時,核電荷數越大,半徑越小。
(3)“三看”核外電子數:當電子層數和核電荷數均相同時,核外電子數越多,半徑越大。
【典型例題】
【例3】下列微粒半徑依次增大的是(　　)。
A.同一主族元素隨著原子序數的遞增
B.同一周期元素隨著原子序數的遞增
C.Na+、Mg2+、Al3+、F-
D.P、S、S2-、Cl-
【答案】A
【解析】依據比較微粒半徑大小的規律進行分析,同一主族元素隨著原子序數的遞增,電子的層數依次增加,原子半徑依次增大,A項正確;同一周期元素隨著原子序數的遞增,原子半徑逐漸減小,B項錯誤;各微粒電子層結構相同,核電荷數越大,半徑越小,故F-半徑最大,Al3+最小,C項錯誤;微粒半徑P>S,S2->Cl-,D項錯誤。
【例4】下列各組微粒的半徑比較中,正確的是(　　)。
①FA.①③　　　B.②③　　　C.③④　　　D.①②
【答案】A
【解析】同一元素的微粒半徑:r(陰離子)>r(原子)>r(陽離子);具有相同電子層結構的離子,核電荷數越大,離子半徑越小;電子層數相同的原子,隨著原子序數遞增,原子半徑遞減;最外層電子數相同的原子,電子層數越多,原子半徑越大。據此可判斷出:①正確;②應為O2->Mg2+>Al3+;③正確;④應為P>S>Cl。
易錯警示：對微粒半徑的認識誤區
1.微粒半徑受電子層數和核電荷數的綜合影響,并不是單獨地取決于某一方面的因素。
2.電子層數多的原子半徑不一定大,如鋰的原子半徑為0.152 nm,而氯的原子半徑為0.099 nm。
3.對于同一種元素,并不是原子半徑一定大于離子半徑。如Cl-的半徑大于Cl的半徑。
【隨堂檢測】
1.據報道,我國科研人員在蘭州首次合成了鏷元素的一種同位素鏷-239,并測知其原子核內有148個中子。現有A元素的一種同位素,比鏷-239的原子核內少54個質子和100個中子,則A元素在元素周期表中的位置是(　　)。
A.第3周期ⅠA族 　　　B.第4周期ⅠA族
C.第5周期ⅠA族 D.第3周期ⅡA族
【答案】C
【解析】鏷-239的質子數為239-148=91,則A元素的一種同位素的質子數為91-54=37,該原子電子排布式為1s22s22p63s23p63d104s24p65s1,該元素位于第5周期ⅠA族。
2.某元素的價電子排布是3d64s2,下列對該元素的說法中錯誤的是(　　)。
A.該元素位于元素周期表中第4周期Ⅷ族
B.該元素只有2個價電子
C.該元素的+3價離子比+2價離子的氧化性強
D.常溫下,其單質難溶于濃硝酸
【答案】B
【解析】A項,該元素的價電子數為8,有4個電子層,則位于第4周期Ⅷ族;B項,價電子數為8;C項,該元素為Fe,Fe3+比Fe2+氧化性強;D項,常溫下,Fe遇濃硝酸發生鈍化。
3.下列關于原子核外電子排布與元素在周期表中位置關系的表述中,正確的是(　　)。
A.基態原子的N層上只有一個電子的元素一定是第ⅠA族元素
B.基態原子的價電子排布為(n-1)d6~8ns2的元素一定是副族元素
C.基態原子的p能級半充滿的元素可能位于s區
D.基態原子的價電子排布為(n-1)dxnsy的元素的族序數一定為x+y
【答案】B
【解析】基態原子的N層上只有一個電子的元素,可能為K、Cr或Cu,K為ⅠA族元素,Cr、Cu分別為ⅥB、ⅠB 族元素,A項錯誤;原子的價電子排布為(n-1)d6~8ns2的元素為Ⅷ族元素,Ⅷ族屬于副族,B項正確;基態原子的p能級半充滿的元素,電子最后填充p能級,屬于p區,C項錯誤;基態原子的價電子排布為(n-1)dxnsy的元素,若是ⅢB~ⅦB族及Ⅷ族第1列元素,其族序數為價電子排布式中d、s能級所含電子數目之和,族序數一定為x+y,若是ⅠB、ⅡB族元素,其族序數等于價電子排布中s能級所含電子數y,D項錯誤。
4.X、Y、Z是第ⅠA~ⅦA族的三種非金屬元素,它們在周期表中的位置如圖所示。
回答下列問題:
(1)X元素對應單質的化學式是　　　　。
(2)Y元素的原子結構示意圖為　　　　,Y與Na所形成的化合物的電子式為　。
(3)Z元素的名稱是　　　　,從元素原子得失電子的角度分析,Z元素具有　　　　性;若從Z元素在周期表中所處位置分析,它具有這種性質的原因是　　　　　　　　　　　　　　,其價層電子排布為　　　　。
　　【答案】(1)F2
(2)　Na+]2-Na+
(3)砷　兩　Z位于元素周期表中金屬與非金屬交界線附近　4s24p3
【解析】非金屬元素位于元素周期表中的右上方,X、Y、Z均為非金屬元素,必位于ⅤA、ⅥA、ⅦA三個主族,則可認定X必為氟元素,Y為硫元素,Z為砷元素。
5.請完成下列各題的填空:
(1)氫化鈉(NaH)的電子式為　　　　,H-的結構示意圖為　　　　。
(2)元素X的最外層電子數是次外層電子數的2倍,該元素的名稱是　　　　,該元素原子的核外電子排布式為　　　　,該元素的價電子軌道表示式為　　　　。
(3)前4周期元素中,未成對電子數為5的元素符號是　　　　,該元素在周期表中的位置為第　　　　周期　　　　族,屬于　　　　　區。
(4)C、N、O三種元素的原子核外未成對電子數依次為　　　　　　　　。
【答案】(1)Na+H]-　
(2)碳　1s22s22p2　
(3)Mn　4　ⅦB　d
(4)2、3、2
【解析】(3)前4周期元素中,未成對電子數為5,即價電子排布式為3d54s2,原子序數為25,即為Mn,該元素在周期表中的位置為第4周期ⅦB族,位于d區。(4)C、N、O三種元素的原子核外未成對電子數依次為2、3、2。
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