資源簡介

2.2 第1課時　原子核外電子排布的周期性
【學習目標】
1.復習元素周期律、元素周期表等相關知識。
2.能從電子排布的角度解釋元素周期表的分區、周期和族的劃分。
【合作探究】
【學習情境】
任務1　核外電子排布的周期性
【新知生成】
1.元素周期表中元素性質周期性變化及其原因
(1)同周期元素從左到右,金屬性逐漸　　　　,非金屬性逐漸　　　　,其原因是　 　。
(2)同主族元素從上到下,金屬性逐漸　　　　,非金屬性逐漸　　　　,其原因是　 　。
(3)基態原子核外電子排布為1s22s22p63s23p63d104s24p4的元素其族序數和周期數分別為　　　　、　　　　,判斷方法是　 。
2.同周期元素外圍電子排布變化規律是　 。
3.同副族元素外圍電子排布的變化規律
族序數 ⅢB ⅣB ⅤB ⅥB
外圍電子排布 (n-1)d1ns2 (n-1)d2ns2 (n-1)d3ns2 (n-1)d5ns1
族序數 ⅦB Ⅷ ⅠB ⅡB
外圍電子排布 (n-1)d5ns2 (n-1)d6~8ns2 (n-1)d10ns1 (n-1)d10ns2
　　變化規律是　 。
【答案】1.(1)減弱　增強　同周期元素電子層數相同,從左到右原子核對外圍電子的吸引力越來越強,失電子能力越來越弱,金屬性逐漸減弱,相反得電子能力越來越強,非金屬性逐漸增強
(2)增強　減弱　同主族元素從上到下,電子層數逐漸增多,原子核對外圍電子的吸引力越來越弱,則失電子能力越來越強,金屬性逐漸增強,相反得電子能力越來越弱,非金屬性逐漸減弱
(3)ⅥA　4　主族元素的族序數=外圍電子總數(最外層電子數),周期數=電子層數
2.第2、3周期從左到右,元素原子的外圍電子排布呈現從ns1到ns2np6的變化;第4周期從左到右,元素原子的外圍電子排布從4s1經過3d1~104s1~2逐漸過渡到4s24p6;第5、6周期與第4周期元素相似。因此,核外電子排布的周期性變化規律也可表示為每隔一定數目的元素,外圍電子排布重復從ns1到ns2np6的周期性變化
3.ⅠB、ⅡB族外圍電子排布為(n-1)d10ns1~2,ⅢB~Ⅷ族外圍電子排布式為(n-1)d1~9ns1~2;同副族元素隨著核電荷數的增加,外圍電子排布相同
【核心突破】
　　典例1　根據元素原子結構與在元素周期表中位置的關系,回答下列問題:
(1)元素金(Au)處于周期表中的第6周期,與Cu同族,基態Au原子外圍電子排布式為　　　　。
(2)某元素基態原子的電子排布式為[Ar]3d104s24p1,該元素處于元素周期表的第　　　　周期　　　　族。
(3)某元素位于周期表中第4周期ⅤA族,則該元素的名稱是　　　　,其基態原子外圍電子排布式為　　　　。
【答案】(1)5d106s1　(2)4　ⅢA　(3)砷　4s24p3
【解析】(1)Cu原子核外有29個電子,其核外電子排布式為[Ar]3d104s1,Au與Cu同族,則Au原子的外圍電子排布式為5d106s1。
(2)該元素為主族元素,根據電子層數=周期序數,主族序數=外圍電子數,該元素位于第4周期ⅢA族。　
(3)由于該元素為主族元素,外圍電子數=主族序數,周期序數=電子層數,可知其外圍電子排布式為4s24p3,為33號元素砷。
　　典例2　已知基態M2+的3d軌道中有6個電子。試推斷:
(1)基態M原子的電子排布式為　 。
(2)基態M原子的最外層電子數為　　　　　。
(3)M元素在周期表中的位置為　 。
【答案】(1)1s22s22p63s23p63d64s2　(2)2　(3)第4周期Ⅷ族
【解析】因3d軌道未滿,4p軌道肯定無電子,故M應在過渡元素區,M一定為第4周期元素。該元素失電子時應先失去4s電子再失3d電子,故4s軌道應有2個電子。綜上可推知M的電子排布式為1s22s22p63s23p63d64s2,應在第4周期Ⅷ族,最外層有2個電子。
歸納總結　原子結構與元素周期表的關系
1.核外電子排布與周期的劃分
根據軌道能量順序,將能量相近的原子軌道分為一組,同一原子軌道組內,各原子軌道能量相差較小,各原子軌道組之間能量相差較大。
(1)每一原子軌道組對應一個周期。
(2)周期、原子軌道組、元素數目的對應關系
周期 對應原子軌道組 對應原子軌道組電子最大容量 周期中所含元素的數目
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.外圍電子排布和周期表的關系
(1)原子的電子層數=原子軌道中最外電子層序數=周期序數。
(2)主族元素原子的外圍電子數=該元素在周期表中的主族序數。
族序數 ⅠA ⅡA ⅢA ⅣA ⅤA ⅥA ⅦA
外圍電子 排布式 ns1 ns2 ns2np1 ns2np2 ns2np3 ns2np4 ns2np5
　　訓練1　已知下列元素原子的最外層電子排布式,其中不一定能表示該元素為主族元素的是 (　　)
A.3s23p3 B.4s24p1 C.4s2 D.3s23p5
【答案】C
【解析】由元素原子的最外層電子排布式可知,3s23p3、4s24p1、3s23p5表示的元素分別屬于ⅤA、ⅢA、ⅦA族元素,都屬于主族元素;最外層電子排布式為4s2的元素可能是主族元素Ca,也可能是第4周期除Cr、Cu以外的過渡元素。
　　訓練2　下列說法錯誤的是 (　　)
A.基態原子的p能級上半充滿的元素一定屬于主族元素
B.核外電子排布相同的兩原子,一定屬于同種元素
C.基態原子的價電子排布為(n-1)dxnsy的元素,族序數一定為x+y
D.基態原子的N層上只有一個電子的元素,不一定是ⅠA族元素
【答案】C
【解析】基態原子的p能級上半充滿即np3,則該元素一定屬于主族元素,A項正確;核外電子排布相同的兩原子,一定屬于同種元素,B項正確;基態原子的價電子排布為(n-1)dxnsy的元素,族序數不一定為x+y,如當x+y=9或10時是Ⅷ族,C項錯誤;基態原子的N層上只有一個電子的元素,不一定是ⅠA族元素K,可能是ⅠB元素Cu,D項正確。
任務2　元素周期表的分區
【新知生成】
1.元素周期表中區的劃分:
分區 元素 分布 元素性質特點 (金屬、非金屬) 外圍電子排布式 按構造原理最后填入電子的能級的符號(除ds區外)　
s區 ns1~2
p區 ns2np1~6
d區 (n-1)d1~9ns1~2
ds區 (n-1)d10ns1~2 —
注:鑭系和錒系元素屬于f區。
　　2.非金屬元素分布在　　　　　　　　(填分區名稱),分區的主要依據是　。
【答案】1.
ⅠA族、ⅡA族 除氫外都是較活潑金屬元素 s
ⅢA族~ⅦA族、0族 非金屬元素、金屬元素和稀有氣體 p
ⅢB族~ⅦB族、Ⅷ族 金屬元素 d
ⅠB族、ⅡB族 金屬元素 —
　　2.s區、p區　區的名稱來自按構造原理,最后填入電子的能級符號(除ds區外)
【核心突破】
　　典例3　已知幾種元素基態原子的核外電子排布或外圍電子排布情況,分別判斷其元素符號、原子序數并指出其在周期表中的位置。
元素 元素符號 原子序數 區 周期 族
A 1s22s22p63s1
B
C 3d104s1
D [Ne]3s23p4
E
　　【答案】A:Na　11　s　3　ⅠA
B:Fe　26　d　4　Ⅷ　
C:Cu　29　ds　4　ⅠB　
D:S　16　p　3　ⅥA
E:Cl　17　p　3　ⅦA
【解析】由電子排布式判斷A為11號元素Na;由原子結構示意圖可知x=26,B為26號元素Fe;由外圍電子排布式判斷C為29號元素Cu;由電子排布式判斷D為16號元素S;由基態原子的外圍電子軌道表示式判斷E為17號元素Cl。再根據最大電子層序數等于周期序數確定元素所處的周期;元素A、D、E為主族元素,主族元素的外圍電子總數等于主族序數;C元素的外圍電子排布式為3d104s1,4s軌道電子數為1,應為ds區的ⅠB族。
　　典例4　有A、B、C、D、E 5種元素,它們的核電荷數依次增大,且都小于20。其中C、E是金屬元素;A和E屬同一族,它們原子的最外層電子排布為ns1。B和D也屬同一族,它們原子最外層的p軌道電子數是s軌道電子數的兩倍,C原子最外層電子數等于D原子最外層電子數的一半。請回答下列問題:
(1)A是　　　　(填元素名稱,后同),位于第　　　　周期,　　　　族;D是　　　　,位于第　　　　周期,　　　　族;E是　　　　,位于第　　　　周期,　　　　族。
(2)寫出C元素基態原子的電子排布式:　　　　　　　　　,該元素為　　　　區元素。
(3)畫出D元素基態原子的外圍電子軌道表示式:　　　　　　　　　,該元素為　　　　區元素。
【答案】(1)氫　1　ⅠA　硫　3　ⅥA　鉀　4　ⅠA
(2)1s22s22p63s23p1　p　
(3)　p
【解析】由“A和E屬同一族,它們原子的最外層電子排布式為ns1”“C、E是金屬元素”可知A為氫元素,E為鈉或鉀元素;B和D元素的最外層s軌道電子數為2,所以它們的最外層p軌道電子數是4,是ⅥA族元素,所以B是氧元素,D是硫元素,則E為鉀元素;由“C原子最外層電子數等于D原子最外層電子數的一半”可知C是鋁元素。
歸納總結　根據原子結構特征判斷元素在元素周期表中的位置:
電子排布式外圍電子排布式
　　訓練3　下列有關元素周期表和元素周期律的說法錯誤的是 (　　)
①元素周期表中,s區、d區和ds區的元素都是金屬元素
②p區元素原子的最后一個核外電子一定填在p能級上
③原子核外電子的能層數越多,原子半徑越大
④原子的外圍電子數就是原子的最外層電子數
A.僅①④ B.僅②③ C.僅③④ D.①②③④
【答案】D
【解析】d區包括ⅢB族~ⅦB族和Ⅷ族,ds區包括ⅠB族和ⅡB族,均為過渡元素,這些元素全部是金屬元素。s區包括ⅠA族和ⅡA族,因為其中的H是非金屬元素,①錯誤。根據元素周期表分區的原則,p區元素最后一個核外電子應該填充在p能級上,但也有例外,例如He,②錯誤。同主族元素,隨著能層數的增加,原子半徑逐漸增大,但若不是同主族元素則不一定。例如,Cl和Li的原子半徑分別是0.099 nm和0.152 nm,雖然Cl原子比Li原子多了一個能層,但其原子半徑卻比Li的原子半徑小。在元素周期表中還有不少這樣的例子,③錯誤。主族元素所在族的序數等于該元素原子的外圍電子數,等于最外層電子數,過渡元素和Ⅷ族元素則不是,④錯誤。
　　訓練4　在研究原子核外電子排布與元素周期表的關系時,人們發現外圍電子排布相似的元素集中在一起。據此,人們將元素周期表分為五個區,并以最后填入電子的軌道能級符號作為該區的符號,如圖所示。
(1)在s區中,族序數最大、原子序數最小的元素基態原子的外圍電子的電子云形狀為　　　　。
(2)在d區中,族序數最大、原子序數最小的元素常見基態離子的電子排布式為　 。
(3)在ds區中,族序數最大、原子序數最小的元素基態原子的外圍電子排布式為　　　　。
(4)在p區中,第2周期ⅤA族元素基態原子外圍電子的軌道表示式為　 。
(5)當今常用于核能開發的元素是鈾和钚,它們位于　　　　區。
【答案】(1)球形　(2)Fe2+:1s22s22p63s23p63d6,Fe3+:1s22s22p63s23p63d5
(3)3d104s2　(4) 　(5)f
【解析】(1)s區包括ⅠA族和ⅡA族,族序數最大、原子序數最小的元素是Be,外圍電子排布式為2s2,其外圍電子的電子云形狀為球形。
(2)d區包括ⅢB~ⅦB族和Ⅷ族,族序數最大、原子序數最小的元素是Fe,其電子排布式是1s22s22p63s23p63d64s2,常見的離子是Fe2+和Fe3+。
(3)ds區包括ⅠB族和ⅡB族,族序數最大、原子序數最小的元素是Zn,其外圍電子排布式為3d104s2。
(4)p區包括ⅢA~ⅦA族和0族,第2周期ⅤA族元素是N,其外圍電子排布式為2s22p3。
(5)鈾和钚是錒系元素,位于f區。
課堂小結
【隨堂檢測】
1.下列說法中不正確的是 (　　)
A.同一周期中,各元素原子核外的電子層數相等
B.同一周期中,從左到右元素原子中的質子數及中子數依次增加
C.同一主族中,各元素原子的最外層電子數相等
D.同一主族中,從上到下元素原子的核外電子層數依次增加
【答案】B
【解析】周期數等于電子層數,A項正確;同一周期中,從左到右元素原子中的質子數增加,但許多元素都有同位素原子,中子數不一定遞增,B項錯誤;同一主族中,各元素原子最外層電子數相等,但從上到下元素原子核外電子層數遞增,C、D兩項正確。
2.閃爍著銀白色光澤的金屬鈦(22Ti)因具有密度小、強度大、無磁性等優良的機械性能,被廣泛地應用于軍事、醫學等領域,號稱“崛起的第三金屬”。已知鈦有Ti、50Ti等核素,下列關于金屬鈦的敘述中不正確的是 (　　)
A.上述鈦原子中,中子數不可能為22
B.鈦元素在周期表中處于第4周期
C.鈦的不同核素在周期表中處于不同的位置
D.鈦元素是d區的過渡元素
【答案】C
【解析】題給三種核素中,中子數最小為26,A項正確;Ti位于第4周期ⅣB族,屬于d區元素,B、D兩項正確;同種元素的不同核素在周期表中的位置相同,C項錯誤。
3.元素周期表中共有18縱行,從左到右排為18列,第1列為堿金屬元素(氫元素除外),第18列為稀有氣體元素,則下列說法正確的是 (　　)
A.第9列元素中沒有非金屬元素
B.第15列元素原子的最外層電子排布式是ns2np5
C.最外層電子排布式為ns2的元素一定在第2列
D.第11、12列為d區元素
【答案】A
【解析】第9列為Ⅷ族,全部為金屬元素,A項正確;第15列為ⅤA族,其元素原子的最外層電子排布式為ns2np3,B項錯誤;He的最外層電子排布式為1s2,卻在第18列,C項錯誤;第11、12列元素原子的外圍電子排布式為(n-1)d10ns1~2,所以為ds區元素,D項錯誤。
4.完成下列小題。
(1)填表:
原子核外電子排布式 族 周期 區
①1s22s22p63s2
②[Kr]4d105s25p2
③[Ar]3d14s2
④[Ar]3d104s1
(2)某元素基態原子共有3個外圍電子,其中一個外圍電子位于第三電子層d軌道,則:
①該元素原子的核外電子排布式為　 ,外圍電子的軌道表示式為　　　　　　　　。
②該元素的原子序數為　　　,元素符號為　　　,在周期表中的位置為　 ,該元素是　　　　(填“金屬”或“非金屬”)元素,最高正化合價為　　　　。
【答案】(1)①ⅡA　3　s　②ⅣA　5　p　③ⅢB　4　d　④ⅠB　4　ds
(2)①1s22s22p63s23p63d14s2　
②21　Sc　第4周期ⅢB族　金屬　+3
【解析】(1)①最后一個電子填充在s軌道,屬于s區元素,為主族元素。族序數=ns電子數,即為2,在第3周期ⅡA族。
②最后一個電子填充在p軌道,屬于p區元素,為主族元素。族序數=ns+np電子數,即2+2=4,在第5周期ⅣA族。
③最后一個電子填充在d軌道,且小于10,屬于d區元素,為副族元素。族序數=(n-1)d+ns電子數,即1+2=3,在第4周期ⅢB族。
④(n-1)d軌道電子數等于10,屬于ds區元素,為副族元素。族序數=ns電子數,即為1,在第4周期ⅠB族。
(2)由軌道能量順序E(4s)2

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