資源簡介

2.1 第1課時　原子結構與元素周期表
【學習目標】
1.能從微觀角度理解原子結構與元素周期表中位置的關系。
2.能從原子價層電子數目、價層電子排布的角度解釋元素周期表中元素的分區及周期和族的劃分。
3.通過原子結構和元素在周期表中的位置分析推理其他元素的位置及性質,培養學生的模型認知能力。
【自主預習】
1.元素周期律、元素周期系和元素周期表
(1)原子序數:按　　　　從小到大的順序將元素排列起來,得到一個元素序列,并從最輕的元素　　　　開始進行編號得到的序數。
(2)元素周期律:元素的性質隨元素原子的　　　　　遞增發生　　　　　　　的重復。
(3)元素周期系和元素周期表
按元素原子的　　　　　遞增排列的序列叫元素周期系。元素周期表是呈現元素周期系的　　　　。元素周期系　　　　　,元素周期表　　　　　　。
2.構造原理與元素周期表
(1)核外電子排布與元素周期系的基本結構
①根據構造原理得出的核外電子排布,可以解釋元素周期系中每個周期的元素數。第一周期從1s1開始,以1s2結束,只有　　　　種元素。其余各周期總是從ns能級開始,以np結束,而從ns能級開始以np結束遞增的核電荷數(或電子數)就　　　　每個周期里的元素數。
②周期、能級組、元素種類的對應關系
周期 對應能級組 對應能級組最多所能容納的電子數 周期中所含元素種類
一 1s 2 2
二 　　　　 8 　　　
三 3s、3p 8 8
四 　　　　 18 　　　
五 5s、4d、5p 18 18
六 　　　　 32 　　　
七 7s、5f、6d、7p 32 32
(2)核外電子排布與元素周期表的分區
按電子排布式中最后填入電子的　　　　可將元素周期表分為s、p、d、f 4個區。ⅠB、ⅡB 族這2個縱行的元素的核外電子可理解為先填滿了　　　　能級,而后再填充　　　　能級,因而得名ds區。5個區的位置關系如圖所示:
(3)根據元素金屬性與非金屬性分區
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　　　　位置,金屬性較強的元素處于元素周期表的　　　　位置。
②處于d區、ds區和f區的元素全部是　　　　元素。s區的元素除氫外,也全部是　　　　元素。
【微點撥】
　　注意第ⅢB元素分為兩個分區,第四和第五周期的元素屬于d區,鑭系元素、錒系元素屬于f區。
3.元素的對角線規則
(1)在元素周期表中,某些主族元素與其右下方的主族元素(如圖)的有些性質是相似的(如鋰和鎂在過量的氧氣中燃燒均生成正常氧化物,而不是過氧化物),這種相似性被稱為“對角線規則”。
(2)處于“對角線”位置的元素,它們的性質具有相似性。
實例:①鋰和鎂的相似性;②鈹和鋁的相似性;③硼和硅的相似性。
【參考答案】1.(1)原子核電荷數　氫　(2)核電荷數　周期性遞變
(3)核電荷數　表格　只有一個　多種多樣
2.(1)①兩　等于　②2s、2p　8　4s、3d、4p　18
6s、4f、5d、6p　32　(2)能級符號　(n-1)d　ns
(3)①右上角　左下角　②金屬　金屬
【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族元素原子的價層電子排布為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)價層電子排布為4s24p3的元素位于第四周期第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族價層電子排布有何特點
　　【答案】除氦外,0族最外層均有8個電子,價層電子排布為ns2np6。
4.主族元素從左到右價層電子排布有何特點
　　【答案】主族元素從左到右價層電子排布從ns1~ns2np5。
5.元素周期表劃分區的依據是什么
　　【答案】依據是原子的價層電子排布。
【合作探究】
任務1：核外電子排布與周期和族的劃分
【活動探究】
1.價層電子排布為5s25p1的元素,在元素周期表中處于什么位置 據此分析元素的價層電子排布與元素在周期表中的位置有何關系。
　　【答案】該元素位于第五周期第ⅢA族。元素能級中最高能層序數=周期序數,主族元素原子的價層電子數=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四周期第ⅤA族,你能否據此寫出該元素的價層電子排布和電子排布式
　　【答案】該元素的價層電子排布為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)、第ⅡA族、第ⅡB族、第ⅢB族、第ⅣB族、第ⅤB族、第ⅦB族、第Ⅷ族。
【核心歸納】
一、核外電子排布與周期的劃分
1.核外電子排布與周期劃分的本質聯系
周期序數 對應能級 原子軌道數 最多容納的電子數 價層電子排布 元素種數
ⅠA族 0族
一 1s 1 2 1s1 1s2 2
二 2s2p 4 8 2s1 2s22p6 8
三 3s3p 4 8 3s1 3s23p6 8
四 4s3d4p 9 18 4s1 4s24p6 18
五 5s4d5p 9 18 5s1 5s25p6 18
六 6s4f5d6p 16 32 6s1 6s26p6 32
七 7s5f6d7p 16 32 7s1 — 32
2.規律
(1)周期序數=電子層數。
(2)本周期包含的元素種數=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。
3.核外電子排布與周期的劃分
二、核外電子排布與族的劃分
1.劃分依據:取決于原子的價層電子數和價層電子排布。
2.特點:同主族元素的價層電子排布相同。
3.規律
(3)稀有氣體元素:價層電子排布為ns2np6(He除外)。
4.核外電子排布與族的劃分
【典型例題】
【例1】某元素位于元素周期表中第四周期第ⅤA族,則該元素的名稱和價層電子排布均正確的是(　　)。
A.砷,4s24p3 B.溴,4s24p5
C.磷,4s24p3 D.銻,5s25p3
　　【答案】A
【解析】由元素在元素周期表中的位置可知,該元素的價層電子排布為4s24p3,電子排布式為1s22s22p63s23p63d104s24p3,其原子序數為33,為砷元素,A項正確。
【例2】已知元素原子的下列結構或性質,能確定該元素在元素周期表中位置的是(　　)。
A.某元素原子的第二電子層電子軌道表示式為
B.某元素在某種化合物中的化合價為+4
C.某主族元素的原子最外層上電子數為6
D.某元素原子的價層電子排布為5s25p1
　　【答案】D
【解析】A項,只能說明該元素的L層有8個電子,無法確定該元素原子的電子層數和最外層電子數,不能確定元素在元素周期表中的位置;B項,非金屬元素可能有多種化合價,+4價不一定是其最高化合價,也就無法確定其最外層電子數,不能確定元素在元素周期表中的位置;C項,根據最外層電子數只能確定該主族元素的主族序數,不能確定其周期數;D項,根據價層電子排布可確定該元素是主族元素,位于第五周期第ⅢA族。
任務2：核外電子排布與周期表的分區
情境導入　根據《食品安全國家標準　飲用天然礦泉水》,天然礦泉水中鋰、鍶、鋅、硒、偏硅酸、游離二氧化碳和溶解性總固體這7項界限指標應有一項(或一項以上)達到界限指標的限值要求。
問題生成
1.填寫下表中元素的價層電子排布及分區。
元素名稱 價層電子排布 分區
硅
鍶
鋰
硒
碳
　　【答案】
元素名稱 價層電子排布 分區
硅 3s23p2 p
鍶 5s2 s
鋰 2s1 s
硒 4s24p4 p
碳 2s22p2 p
2.從上表中可看出,元素周期表分區的依據是什么
　　【答案】最后填入電子的能級符號作為該區的符號。
3.上表所列元素有哪些是同一主族的 金屬元素有哪些 這些金屬位于元素周期表哪個分區
　　【答案】碳和硅;鋰和鍶;s區。
【核心歸納】
各區元素的特點
分區 元素分布 價層電子排布 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元素的價電子數就是原子的最外層電子數
　　　　　　　　　　　　　　　　　　
A.①④ B.②③
C.③④ D.①②③④
　　【答案】D
【解析】d區包括第ⅢB族~第ⅦB族和第Ⅷ族,ds區包括第ⅠB族和第ⅡB族,均為過渡元素,這些元素全部是金屬元素,s區包括第ⅠA族和第ⅡA族,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價電子數,等于最外層電子數,過渡元素則不是,④錯誤。
【例4】某元素的最外層電子數為2,價電子數為5,并且是同族中原子序數最小的元素,關于該元素的判斷錯誤的是(　　)。
A.電子排布式為1s22s22p63s23p63d34s2
B.該元素的元素符號為V
C.該元素為ⅡA族元素
D.該元素位于d區
　　【答案】C
【解析】該元素的最外層電子數為2,并且為同族元素中原子序數最小的,所以該元素為第二周期(主族元素)或第四周期元素。又因其價電子數不等于最外層電子數,可推出該元素不是第二周期元素,應為第四周期ⅤB族元素,價層電子排布為3d34s2,故為23號元素V,屬d區元素。
靈犀一點：元素周期表中族和分區的關系
1.主族:s區和p區。(ns+np)的電子數=族序數。
2.0族:p區。(ns+np)的電子數=8(或2)。
3.副族:d區+ds區+f區。d區中[(n-1)d+ns]的電子數=族序數(第Ⅷ族部分元素除外)。
【隨堂檢測】
課堂基礎
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.第三周期第ⅠA族 B.第四周期第ⅠA族
C.第五周期第ⅠA族 D.第三周期第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,該元素位于第五周期第ⅠA族。
2.元素周期表的結構與原子結構有著緊密的聯系,把握它們之間的關系,就好比拿到一把開啟元素大門的鑰匙。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,電子層數遞增,C、D兩項正確。
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.基態原子的價層電子排布為(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.基態原子的價層電子排布為(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為第ⅠA族元素,Cr、Cu分別為第ⅥB、ⅠB 族元素,A項錯誤;原子的價層電子排布為(n-1)d6~8ns2的元素為第Ⅷ族元素,第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;基態原子的價層電子排布為(n-1)dxnsy的元素,若是第ⅢB~ⅦB族及第Ⅷ族第1列元素,其族序數為價層電子排布中d、s能級所含電子數目之和,族序數一定為x+y,若是第ⅠB、ⅡB族元素,其族序數等于價層電子排布中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　　　　,該元素的價層電子軌道表示式為　　　　。
(3)前四周期元素中,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　　　　周期第　　　　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　四　ⅦB　d
(4)2、3、2
【解析】(3)前四周期元素中,未成對電子數為5,即價層電子排布為3d54s2,原子序數為25,即為Mn,該元素在周期表中的位置為第四周期第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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