苏教选修3 专题2 第二单元 第1课时 原子核外电子排布的周期性 学案.docx

第1课时原子核外电子排布的周期性目标导航1.理解原子核外电子排布的周期性变化及其与元素周期表的结构之间的关系。2.能够从原子结构的角度认识元素周期表中区的划分。一、原子结构与元素周期表的关系1主族元素的化合价的周期性变化随着原子序数的增加，元素的最高正化合价重复出现从1到7价、最低负化合价从4价到1价的周期性变化。2主族元素的原子半径的周期性变化随着原子序数的增加，同周期主族元素的原子半径从左到右依次减小，同主族元素原子半径从上到下依次增大的周期性变化。3元素的外围电子排布的周期性变化随着原子序数的增加，每隔一定数目的元素，元素原子的最外层电子数重复出现从1到8的周期性变化，即外围电子排布重复出现从ns1到ns2np6的周期性变化。议一议1分别写出各主族元素的外围电子排布(电子层用“n”表示)。答案a：ns1a：ns2a：ns2np1a：ns2np2a：ns2np3a：ns2np4a：ns2np52过渡金属元素原子的外围电子排布有什么特点？答案(n1)d110ns12；镧系、锕系为(n2)f014(n1)d02ns2。二、核外电子排布与周期表的分区根据元素原子外围电子排布的特征，可将元素周期表分为五个区域：s区、p区、d区、ds区、f区，s区元素包括a和a族的元素，除h外，这些元素都是较活泼的金属元素；p区元素：包括a至a和0族共六个族的元素；d区元素包括b至b和族共六个族的元素；ds区元素包括b和b族元素；f区元素包括镧系和锕系。议一议1写出各区元素的外围电子排布，并指出最后的电子所填充的轨道。答案s区ns12(最后的电子填在ns上)；p区ns2np16(最后的电子填在np上)；d区(n1)d19ns12最后的电子填在(n1)d上；f区(n2)f014(n1)d02ns2；ds区(n1)d10ns12(n1)d全充满。2cu、ti、ni、zn、s、ar分别属于什么区？答案cu、zn属于ds区，ti、ni属于d区，s、ar属于p区。一、原子结构与元素周期表的关系1核外电子排布与族的关系(1)主族元素的外围电子排布主族序数aaaaaaa外围电子排布ns1ns2ns2np1ns2np2ns2np3ns2np4ns2np5主族元素的族序数外围电子总数最高正价(o、f除外)。同主族元素原子的外围电子排布相同，外围电子全部排布在ns或nsnp轨道上。(2)稀有气体的外围电子排布为1s2或ns2np6。(3)过渡元素(副族和族)(第4周期为例)的外围电子排布族序数外围电子排布b(n1)d1ns2b(n1)d2ns2b(n1)d3ns2b(n1)d5ns1b(n1)d5ns2(n1)d68ns2b(n1)d10ns1b(n1)d10ns2bb族：族序数外围电子数原子最外层ns电子数次外层(n1)d电子数最高正价。族：原子最外层ns电子数次外层(n1)d电子数之和分别为8、9、10。b和b的族序数原子最外层电子数。(4)0族最外层电子排布为1s2或ns2np6。2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电子层序数特别提醒族的划分依据是原子的价电子排布，周期系形成的原因是元素原子核外电子排布的周期性变化。例1某元素位于周期表中第4周期a族，则该元素的名称和外围电子排布式均正确的是()a砷，4s24p3b溴，4s24p5c磷，4s24p3d锑，5s25p3解析由于该元素为主族元素，外围电子数主族序数，故外围电子数为5，排除b项；又因周期数电子层数，排除d；由元素在周期表中的位置可知：元素的外围电子排布式为4s24p3，电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p3，为33号元素砷，故a项正确。答案a解题反思根据元素在周期表中的位置可以直接书写元素的外围电子排布式并推导其原子序数。变式训练1回答下列问题：(1)某元素的原子序数为29，试回答：该基态原子的外围电子排布式是_，核外电子有_个轨道类型，有_个未成对电子。它属于第_周期，_族。(2)元素金(au)处于周期表中的第6周期，与cu同族，au原子最外层电子排布式为_。(3)某元素原子的电子排布式为ar3d104s24p1，该元素处于元素周期表的第_周期第_族。(4)某元素位于周期表中第4周期a族元素，则该元素的名称是_，外围电子排布式为_。答案(1)3d104s1714b(2)5d106s1(3)4a(4)砷4s24p3解析(1)根据核外电子排布规律，该元素原子的核外电子排布式应为1s22s22p63s23p63d104s1，外围电子排布式为3d104s1，所以有1个未成对电子，有7个轨道类型。有四个电子层，所以为第4周期元素，外围电子排布式为3d104s1，所以在b族。(2)cu原子核外有29个电子，其核外电子排布式为ar3d104s1，au与cu同族，则au原子的最外层电子排布式为5d106s1。(3)该元素为主族元素，根据电子层数周期序数，主族序数外围电子数，该元素位于第4周期a族。(4)由于该元素为主族元素，外围电子数主族序数，周期序数电子层数，可知其外围电子排布式为4s24p3，为33号元素砷。解题反思根据元素原子的电子排布式可以直接推断元素在周期表中的位置。二、原子结构与元素周期表的分区各区元素的外围电子排布特点分区元素分布外围电子排布式元素性质特点s区a族、a族ns12除氢外都是活泼金属元素p区a族a族、0族ns2np16最外层电子参与反应d区b族b族、族(n1)d19ns12d轨道不同程度地参与化学键的形成ds区b族、b族(n1)d10ns12金属元素例2已知几种元素原子的核外电子排布或外围电子排布情况，分别判断其元素符号、原子序数并指出其在周期表中的位置。元素元素符号原子序数区周期族a1s22s22p63s1bc3d104s1dne3s23p4e解析由电子排布式判断a为11号元素na；由原子结构示意图可知x26，b为26号元素fe；由外围电子排布式判断c为29号元素cu；由电子排布式判断d为16号元素s；由基态原子的轨道表示式判断e为17号元素cl。再根据最大电子层序数等于周期序数确定元素所处的周期；元素a、d、e为主族元素，主族元素的外围电子总数等于主族序数；c元素的外围电子排布式为3d104s1，s轨道电子数为1，应为ds区的第b族。答案a：na11s3ab：fe26d4c：cu29ds4bd：s16p3ae：cl17p3a解题反思根据原子结构特征判断元素在元素周期表的位置：电子排布式外围电子排布式变式训练2在研究原子核外电子排布与元素周期表的关系时，人们发现外围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的轨道类型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，原子的外围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，原子的外围电子排布式为_。(4)在p区中，第2周期第a族元素原子外围电子轨道表示式为_。(5)当今常用于核能开发的元素是铀和钚，它们在_区中。答案(1)球形(2)fe2：1s22s22p63s23p63d6，fe3：1s22s22p63s23p63d5fe3(3)3d104s2(4) (5)f解析(1)s区为第a族、第a族，符合条件的元素为be，其电子排布式为1s22s2，外围电子的电子云形状为球形。(2)d区为第b族第b族、第族，族序数最大且原子序数最小的元素为fe，常见离子为fe2、fe3，电子排布式分别为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，外围电子排布式为3d104s2。(4)该题中符合题意的为n，价电子轨道表示式为。(5)铀和钚均为锕系元素，位于f区。1下列说法不正确的是()a元素原子的核外电子排布呈现周期性变化是形成元素周期系的根本原因b周期序号越大，该周期所含金属元素越多c所有区的名称均来自按轨道能量顺序最后填入电子的轨道类型的符号d周期表共18个纵列，可分为7个主族、7个副族、1个族、1个0族答案c解析除ds区外，区的名称均来自按轨道能量顺序最后填入电子的轨道类型的符号。2下列关于元素周期表五个区的说法，不正确的是()as区的元素都是金属元素bd区、ds区的元素都是金属元素cp区的元素不都是非金属元素df区的元素是镧系和锕系元素答案a解析s区的元素(除h外)都是金属元素，a不正确；d区、ds区的元素属于过渡元素，都是金属元素，b正确；p区的元素既有金属元素又有非金属元素，c正确；f区的元素是镧系和锕系元素，d正确。3某元素的最外层电子数为2，外围电子数为5，并且是同族中原子序数最小的元素，关于该元素的判断错误的是()a电子排布式为1s22s22p63s23p63d34s2b该元素为vc该元素为a族元素d该元素位于d区答案c解析该元素的最外层电子数为2，并且为同族元素中原子序数最小的，所以该元素为第2周期或第4周期元素。又因其外围电子数最外层电子数，可推出该元素并不是第2周期元素，应为第4周期元素，外围电子排布式为3d34s2，故为23号元素v，d区元素。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式为ns(n1)np(n1)，则下列说法不正确的是()ay元素原子的外围电子排布式为4s24p4by元素在周期表的第3周期第a族cx元素位于元素周期表的p区dz元素原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p3答案a解析y元素原子的外围电子排布式为ns(n1)np(n1)，由n12可得n3，y元素原子的外围电子排布式为3s23p4，则y元素位于第3周期第a族，z位于第4周期第a族，外围电子排布式为4s24p3，电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p3。x、y、z最外层电子填充在p轨道上，故x、y、z均位于p区。5根据下列微粒的最外层电子排布，能确定该元素在元素周期表中位置的是()a4s1b3d104sncnsnnp3ndns2np3答案c解析a项中最外层为4s1的外围电子排布包括4s1、3d54s1、3d104s1；b项中3d104sn的电子排布包括3d104s1、3d104s2等；c项中n为2，即2s22p6；d项中n可能为2、3、4、5、6、7。6完成下列小题。(1)填表：原子电子排布式族周期区1s22s22p63s2kr4d105s25p2ar3d14s2ar3d104s1(2)某元素原子共有3个外围电子，其中一个外围电子位于第三电子层d轨道，试回答：该元素核外电子排布式为_，外围电子的轨道表示式为_。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。答案(1)a3sa5pb4db4ds(2)1s22s22p63s23p63d14s221sc第4周期第b族金属3解析(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3周期第a族。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nsnp电子数，即224，在第5周期第a族。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(n1)dns电子数，即123，在第4周期第b族。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4周期第b族。(2)由轨道能量顺序知e(4s)e(3d)，故3d上有一个电子时，4s上有2个电子，故其电子排布式为1s22s22p63s23p63d14s2，为21号金属元素sc。基础过关一、核外电子排布与元素周期表1外围电子排布式为5s25p1的元素，位于周期表中()a第4周期第a族b第5周期第a族c第5周期第a族d第4周期第a族答案b解析电子层数周期数，外围电子数主族元素的族序数，所以该元素位于第5周期第a族。2已知某元素的2价离子的电子排布式为1s22s22p63s23p6，则该元素在周期表中的位置正确的是()a第3周期a族，p区b第4周期b族，s区c第4周期族，d区d第4周期a族，s区答案d解析该元素为ca，处于第4周期a族，s区。3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b3p轨道上只有一个空轨道的原子和3p轨道上只有一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轨道上都填满了电子，而d轨道未排电子的两种原子答案b解析元素原子的电子层上全部都是s电子，即1s1或1s2或1s22s1或1s22s2对应的元素分别为h、he、li、be，它们可能属于第1周期或第2周期。3p轨道上只有一个空轨道的原子即：1s22s22p63s23p2，是si元素；3p轨道上只有1个未成对电子的原子即：1s22s22p63s23p1或1s22s22p63s23p5，是al元素或cl元素。4具有以下结构的原子，一定属于主族元素的是()a最外层有一个电子的原子b最外层电子排布式为ns2的原子c最外层有3个未成对电子的原子d次外层无未成对电子的原子答案c解析在元素周期表中，凡s区、d区、ds区的元素，它们的原子最外层电子数均不超过2个，只有p区的元素原子最外层电子数可为38个，则最外层有一个电子的原子可能是a族、b族(如cr：3d54s1)、b族(如nb：4d45s1)、b族(如cu：3d104s1)元素的原子，不一定是主族元素，a不正确；最外层电子排布式为ns2的原子有he、a族、bb族、b族元素的原子，b不正确；原子最外层有3个未成对电子的元素，其原子最外层有5个电子，一定是主族元素，c正确；原子次外层无未成对电子的有：全部主族元素、0族元素、b和b族元素，d不正确。5下列说法正确的是()a所有金属元素都分布在d区和ds区b元素周期表b族到b族10个纵行的元素都是金属元素c最外层电子数为2的元素都分布在s区ds区均为金属元素答案b解析s区除氢元素外，其他元素均为金属元素，p区也有金属元素，a错误；元素周期表中b族到b族10个纵行的元素都是金属元素，b正确；第b族元素的原子最外层电子数为2，在ds区，c错误；s区的氢元素为非金属元素，d错误。6某元素原子的外围电子排布式为3s23p4，则它在元素周期表中的位置是()a第4周期a族b第3周期a族c第3周期a族d第2周期a族答案c解析对于主族元素，周期序数电子层数，主族序数最外层电子数。该原子的最高电子层是3、外围电子数是6，故该元素在元素周期表中的位置是第3周期a族，c项正确。7元素周期表共有18个纵行，从左到右排为118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第9列元素中不完全是金属元素b第15列元素的原子最外层电子的排布式为ns2np3c最外层电子数为ns2的元素都在第2列d第10、11列为ds区的元素，形成化合物种类最多的元素在第14列答案b解析第9列元素为第族元素，全部属于金属元素，a项错误；第15列为第a族元素，其最外层电子的排布式为ns2np3，b项正确；最外层电子数为ns2的元素除第a族(第2列)外，还有he以及部分过渡金属元素，c项错误；ds区元素是第11、12列元素，d项错误。8外围电子构型为4f75d16s2的元素在周期表中位置应是()a第4周期第b族b第5周期第b族c第6周期第b族d第6周期第b族答案d解析最大电子层数为6，所以在第6周期。由5d16s2知在第b族。二、元素的“位构性”之间的关系9下列各组中的x和y两种原子，化学性质一定相似的是()ax原子和y原子最外层都只有一个电子bx原子的核外电子排布为1s2，y原子的核外电子排布为1s22s2cx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dx原子核外m层上仅有2个电子，y原子核外n层上仅有2个电子答案c解析a项，最外层只有一个电子的原子有a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原子核外电子排布式为1s22s22p5，为f原子，y原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p5，为cl原子，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，则由能量最低原则可知先排4s轨道，再排3d轨道，可能是fe、zn等，故化学性质不一定相同。10下列四种元素中，其单质氧化性最强的是()a原子含有未成对电子最多的第2周期元素b位于周期表第3周期a族的元素c原子最外电子层排布式为2s22p6的元素d原子最外电子层排布式为3s23p5的元素答案d解析第2周期含未成对电子数最多的是n原子；b为al；c为稀有气体ne；d为cl，n2、al、ne、cl2中，cl2的氧化性最强。能力提升11原子结构与元素周期表存在内在联系，按要求回答下列问题：(1)根据元素在周期表中位置，写出元素基态原子的外围电子排布式。第4周期b族_；第5周期b族_；第5周期a族_；第6周期a族_。(2)根据元素电子排布可以确定元素在周期表中的位置。具有(n1)d10ns2电子排布的元素位于周期中的_族。基态金原子的外围电子排布式为5d106s1，试判断金元素在元素周期表中位于第_周期第_族。已知某元素2价离子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d3。该元素位于元素周期表_(填字母，下同)。a第2周期第b族b第4周期第a族c第4周期第b族d第5周期第b族某元素原子的核电荷数为33，则其原子的外围电子排布式为_，其位于元素周期表中的_，属于_区的元素。(3)根据元素核外电子排布可以推知元素的性质。被誉为“21世纪金属”的钛(ti)元素，基态原子外围电子轨道表示式为_，ti元素形成的化合物中，ti呈现的最高价态为_价。日常生活中广泛应用的不锈钢，在其生产过程中添加了某种元素，该元素基态原子的外围电子排布式为3d54s1，该元素的名称是_。(4)某元素简化电子排布式为xe4f46s2，其应在_。as区bp区cd区df区答案(1)3d54s14d105s15s25p26s2(2)b6bc4s24p3第4周期第a族p(3)4铬(4)d解析(1)b族b族元素的外围电子排布分别为(n1)dxns2(x15)，且价电子数等于族序数。故为3d44s2，但据洪特规则应为3d54s1。b族和b族的外围电子排布分别为(n1)d10ns1和(n1)d10ns2，故为4d105s1。主族元素的外围电子全都排布在最外层的ns或np上，且外围电子数等于族序数。故为5s25p2，为6s2。(2)具有(n1)d10ns2电子排布的元素位于周期表第b族。元素基态原子外围电子排布为5d106s1，位于第6周期第b族。该元素基态原子外围电子排布式为3d34s2，该元素为d区副族元素(价电子排在d轨道和s轨道上)，根据周期数电子层序数，族序数外围电子数，可知该元素位于第4周期b族。根据轨道能量顺序可知该元素基态原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p3，该元素原子外围电子排布在ns和np轨道，故为主族元素，外围电子数为5，故该元素在周期表中位于第4周期第a族，属于p区元素。(3)钛位于第4周期第b族，外围电子排布为3d24s2。ti的最高化合价数外围电子数4。原子外围电子排布式为3d54s1的元素为铬元素。(4)除ds区外，元素在周期表中的分区，取决于元素原子的最后一个电子所进入的轨道，因最后一个电子进入4f轨道，所以该元素位于f区。12下表为元素周期表的一部分，其中的编号代表对应的元素。请回答下列问题：(1)表中属于d区的元素是_(填编号)。(2)表中元素的6个原子与元素的6个原子形成的某种环状物名称为_。(3)某元素的特征电子排布式为nsnnpn1，该元素原子的核外最外层电子数为_。答案(1)(2)苯(3)5解析(1)属于d区元素。(2)元素是氢元素，元素是碳元素，依题意，形成的环状物是苯。(3)从nsnnpn1可知，n2，该元素为n元素，最外层电子数为5。13有a、b、c、d、e五种元素。其中a为第4周期元素，与d可形成11和12原子个数比的化合物；b为第4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的外围电子排布式为nsnnpn2，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的核外电子排布式：_基态e原子的电子排布式_。(3)b位于_族，c位于_族。答案(1)kmnbr(2)1s22s22p61s22s22p63s23p1(3)ba解析由b为第4周期过渡元素，最高化合价为7可推出b是锰元素