化学选择性必修2第2节 原子结构与元素周期表导学案

这是一份化学选择性必修2第2节 原子结构与元素周期表导学案，共11页。学案主要包含了核外电子排布与周期的划分，核外电子排布与族的划分等内容，欢迎下载使用。
一、核外电子排布与周期的划分
1．近似能级图与周期
2．原子核外电子排布与元素周期表中周期划分的本质联系
eq \x(七个能级组)eq \(\s\up10(分别对应),———→)eq \x(7个周期)
eq \x(能级组最多容纳电子数)eq \(\s\up10(等于),—→)eq \x(本周期所包含的元素种数)
3．周期数与电子层数的关系
周期数＝最外层电子所在轨道所处的电子层数。
(1)周期序数＝电子层数＝对应能级组数。( )
(2)同一能级组内能级之间的能量差较小，而相邻能级组之间的能量差较大。( )
[答案] (1)√ (2)√
二、核外电子排布与族的划分
1．划分依据
族的划分与原子的价电子数目和价电子排布密切相关。
2．特点
一般来说，同族元素原子的价电子数目相同。
3．规律
(3)稀有气体→最外层电子排布：ns2np6(He除外)。
独居石的英文名称Mnazite来自希腊文mnazem，意为无伴独居之意，寓意矿物产出稀少。为浅黄色至浅红褐色，强玻璃光泽或松脂光泽至蜡状光泽，微透明至透明。世界上出产宝石级独居石的国家有美国、玻利维亚等。透明宝石个体不大，已知最大者约5克拉。不透明的大晶体用于琢磨弧面型宝石。据国外有关资料报道，在“独居石”中，查明有116号元素。若116号元素的价电子排布式为7s27p4，试判断该元素应位于周期表中的哪个位置？
提示：根据周期数等于电子层数，主族序数等于价电子数，可判断116号元素应位于第7周期ⅥA族。
4．核外电子排布与元素周期表的分区
按核外电子排布式中最后填入电子的能级符号可将元素周期表(ⅠB族、ⅡB族除外)分为s、p、d、f 4个区，而ⅠB族、ⅡB族这2个纵列的元素原子的核外电子因先填充满(n－1)d能级而后再填充ns能级而得名ds区。5个区的位置关系如图所示。
最活泼的金属元素、最活泼的非金属元素、常温下呈液态的金属(价电子排布为5d106s2)元素分别位于元素周期表中的哪个分区？
提示：最活泼的金属元素在ⅠA族，s区；最活泼的非金属元素(是氟)在ⅦA族，p区；汞的价电子排布为5d106s2，在ⅡB族，ds区。
5．元素化合价与价电子排布的关系
(1)除Ⅷ族、ⅠB族的某些元素和0族元素外，元素的最高化合价等于它所在族的序数。
(2)非金属元素的最高正化合价和它的最低负化合价的绝对值之和等于8(H、O、F除外)。
(3)稀有气体元素原子的电子层结构是稳定结构，因此稀有气体元素的化合价在通常情况下为0。
(1)主族序数＝该元素原子价电子数。( )
(2)同一副族不同元素原子价电子排布完全相同。( )
[答案] (1)√ (2)×
1．从核外电子排布角度分析，为什么同属长周期的4、5、6、7周期所包含的元素种类数为18、18、32、32。
提示：第4、5周期元素包含的能级为ns、np、(n－1)d，共有9个原子轨道，最多容纳18个电子，对应两周期中各有18种元素；而第6、7周期所含的能级除ns、np、(n－1)d外，还有(n－2)f，故多出7个原子轨道，14个电子，对应多出的14种元素，共32种元素 。
2．试分析21号元素Sc所在的周期。
提示：21号元素Sc的价电子排布式为3d14s2，虽然电子先排在4s轨道，后排在3d轨道，但Sc元素原子的最外层电子排布在4s轨道上，4s电子的量子数(电子层数)是4，故Sc元素位于第4周期。
1．核外电子排布与周期的划分
(1)每一周期元素原子的价电子排布和元素种数的关系
(2)核外电子排布与周期划分的关系
①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，各能级之间能量相差较小，不同能级组之间能量相差较大。
②每一个能级组对应一个周期，且该能级组中最大的电子层数等于元素的周期序数。
2．核外电子排布与族的划分
(1)价电子排布与族序数之间的关系
价电子排布与族序数之间的关系可以按照下列方法进行判断：按电子填充顺序，由最后一个电子所进入轨道的情况确定，一般来说具体情况如下：
①进入ns(ns1～2，1s除外)为ⅠA族、ⅡA族。
②进入npeq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(a.np1～5为ⅢA族～ⅦA族,b.np6为0族元素))
③进入(n－1)d
eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(a.n－1d1～5为ⅢB族～ⅦB族⇒族数＝[n－1d＋ns]电子数,b.n－1d6～8Pd、Pt除外为Ⅷ族,c.n－1d10为ⅠB族、ⅡB族⇒族数＝ns的电子数))
④进入(n－2)feq \b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\c1(a.4f——镧系元素,b.5f——锕系元素))ⅢB族
(2)有关规律
由上可知：①主族元素的最外层电子数，即价电子数，为其族序数；②副族元素中ⅢB～ⅦB族元素价电子数为其族序数；③稀有气体单独列为0族。
1．(2021·四川成都高二月考)下列是某些元素基态原子的电子排布式，其中表示第3周期元素原子的是( )
A．1s22s1 B．1s22s22p5
C．1s22s22p63s2D．1s22s22p63s23p64s1
C [A项表示第2周期元素原子；B项表示第2周期元素原子；C项表示第3周期元素原子；D项表示第4周期元素原子。]
2．某元素基态原子的电子排布式为[Ar]3d74s2，它在元素周期表中的位置是 ( )
A．第4周期ⅠB族 B．第4周期ⅡB族
C．第4周期ⅦB族 D．第4周期Ⅷ族
D [由[Ar]3d74s2可知该元素位于第4周期，又由价电子数为9知其位于第4周期第9纵列，为Ⅷ族元素。]
3．(1)砷原子的最外层电子排布式是4s24p3，在元素周期表中，砷元素位于第________周期________族；最高价氧化物的化学式为__________，砷酸钠的化学式是________。
(2)已知下列元素在周期表中的位置，写出它们价电子排布式和元素符号：
①第4周期ⅣB族________________、___________________；
②第5周期ⅦA族________________、___________________。
[解析] (1)砷原子的最外层电子排布式是4s24p3，可知砷原子有4个电子层，价电子数为5，由电子层数＝周期序数可知，砷元素在第4周期，由主族序数＝价电子数＝最高正价可知，砷元素位于ⅤA族，最高价氧化物为As2O5，砷酸钠的化学式为Na3AsO4。(2)根据元素在周期表中的位置与核外电子排布的关系分析。
[答案] (1)4 ⅤA As2O5 Na3AsO4
(2)①3d24s2 Ti ②5s25p5 I
按矿泉水特征组分达到国家标准的主要类型分为九大类：①偏硅酸矿泉水；②锶矿泉水；③锌矿泉水；④锂矿泉水；⑤硒矿泉水；⑥溴矿泉水；⑦碘矿泉水；⑧碳酸矿泉水；⑨盐类矿泉水。国家标准中规定的九项界限指标包括锂、锶、锌、硒、溴化物、碘化物、偏硅酸、游离二氧化碳和溶解性总固体，矿泉水中必须有一项或一项以上达到界限指标的要求，其要求含量分别为(单位：mg·L－1)锂、锌、碘化物均≥0.2，硒≥0.01，溴化物≥1.0，偏硅酸≥25，游离二氧化碳≥250和溶解性总固体≥1 000。
1．填写下表中元素的价电子排布式及分区。
提示：
2．从上表中可看出，元素周期表分区的依据是什么？
提示：最后填入电子的轨道能级符号作为该区的符号。
各区元素化学性质及原子价电子排布特点
元素周期表中族和分区的关系
(1)主族：s区和p区。(ns＋np)的电子数＝族序数。
(2)0族：p区。(ns＋np)的电子数＝8(或2)。
(3)副族：d区＋ds区＋f区。
d区中[(n－1)d＋ns]的电子数＝族序数(第Ⅷ族部分元素除外)。
1．关于元素在周期表中的分区，下列说法中正确的是( )
A．在周期表中，最外层电子数为2的元素一定是ⅡA族元素
B．过渡元素包含d区，ds区及f区元素
C．最外层电子数为8的都是稀有气体元素的原子
D．所有非金属元素都分布在p区
B [最外层电子数为2的元素也可能是He或副族元素，故A错误；最外层电子数为8的不一定是稀有气体的原子，如Na＋、Mg2＋等，故C错误；非金属元素氢在s区，故D错误。]
2．已知某元素＋3价离子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d5，则该元素在元素周期表中的位置是( )
A．第3周期Ⅷ族，p区
B．第3周期ⅤB族，ds区
C．第4周期Ⅷ族，d区
D．第4周期ⅤB族，f区
C [该＋3价离子的核外有23个电子，则基态原子核外有26个电子，26号元素是铁，其位于第4周期Ⅷ族，核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2，位于d区。]
3．(2021·济南高二检测)在研究原子核外电子排布与元素周期表的关系时，人们发现价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能级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，原子的价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，原子的价电子排布式为________。
(4)在p区中，第2周期ⅤA族元素原子的价电子轨道表示式为________。
(5)当今常用于核能开发的元素是铀和钚，它们在____________区中。
[解析] (1)s区为ⅠA族、ⅡA族，符合条件的元素为Be，其电子排布式为1s22s2，价电子的电子云形状为球形。(2)d区为ⅢB族～ⅦB族、Ⅷ族，族序数最大且原子序数最小的为Fe，常见离子为Fe2＋、Fe3＋，电子排布式为1s22s22p63s23p63d6、1s22s22p63s23p63d5，由离子的电子排布式可知Fe3＋的3d轨道“半满”，其稳定性大于Fe2＋。
(3)ds区符合条件的为Zn，其电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s2或[Ar]3d104s2，价电子排布式为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。
[答案] (1)球形 (2)Fe2＋：1s22s22p63s23p63d6，
Fe3＋：1s22s22p63s23p63d5 Fe3＋ (3)3d104s2
(4) (5)f
1．已知某基态原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d84s2，该元素在周期表中的位置和区分别是( )
A．第4周期ⅡB族；s区B．第4周期ⅧB族；d区
C．第4周期Ⅷ族；d区D．第4周期Ⅷ族；ds区
C [由原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d84s2可知共有4个电子层，为第4周期元素，价电子排布式为3d84s2，为d区元素，位于第4周期Ⅷ族，故选C。]
2．具有以下结构的原子，一定属于主族元素的是( )
A．最外层有2个电子的原子
B．最外层电子排布为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
C [在元素周期表中，凡s区、d区、ds区的元素，它们的最外层电子数均不超过2个，只有p区的最外层电子数可为3～8个，则最外层有2个电子的原子不一定是主族元素，故A项错误；最外层电子排布为ns2的原子除ⅡA族外，还有稀有气体元素氦和许多过渡元素，故B项错误；最外层有3个未成对电子的原子，其最外层有5个电子(ns2np3)，一定是主族元素，故C项正确；次外层无未成对电子的原子包括全部主族元素、0族元素及ⅠB、ⅡB族元素，故D项错误。]
3．最活泼的金属单质、最活泼的非金属单质、常温下呈液态的金属单质，其组成元素分别位于下列元素周期表中的( )
A．s区、p区、ds区 B．s区、p区、d区
C．f区、p区、ds区D．s区、f区、ds区
A [理论上最活泼的金属单质是Fr，但由于其具有放射性，故一般认为最活泼的金属单质是Cs，而Cs和Fr都属于ⅠA族元素，位于s区；最活泼的非金属单质是F2，F位于p区；常温下呈液态的金属单质为Hg，Hg属于过渡元素，位于ds区。]
4．下列关于原子核外电子排布与元素在周期表中位置关系的表述中，正确的是( )
A．基态原子的N层上只有一个电子的元素一定是ⅠA族元素
B．原子的价电子排布式为(n－1)d6～8ns2的元素一定是副族元素
C．基态原子的p能级半充满的元素一定位于p区
D．基态原子的价电子排布式为(n－1)dxnsy的元素的族序数一定为x＋y
C [基态原子的N层上只有一个电子的元素，可能为K、Cr或Cu，K为ⅠA族元素，Cr、Cu分别为ⅥB、ⅠB族元素，故A项错误；原子的价电子排布式为(n－1)d6～8ns2的元素为第Ⅷ族元素，故B项错误；基态原子的p能级半充满的元素，电子最后填充p能级，属于p区，故C项正确；基态原子的价电子排布式为(n－1)dxnsy的元素，若是ⅢB～ⅦB族及Ⅷ族第1列元素，其族序数为价电子排布式中d、s能级所含电子数目之和，族序数一定为x＋y，若是ⅠB、ⅡB族元素，其族序数等于价电子排布式中s能级所含电子数y，故D项错误。]
5．(2021·湖北黄冈浠水实验高中高二月考)请完成下列各题的填空：
(1)氢化钠(NaH)电子式为________，氢负离子的结构示意图为________。
(2)元素X的最外层电子数是次外层电子数的2倍，该元素名称是________，该元素核外电子排布式为________，该元素的价电子轨道表示式为________。
(3)前四周期元素中，未成对电子数为5的元素符号是________，该元素在周期表中的位置为第________周期________族，属于________区。
(4)C、N、O三种元素的原子核外未成对电子数依次为________。
[解析] (1)NaH是离子化合物，阴离子是H－，NaH的电子式为，氢负离子的结构示意图为。(2)由题意可知X是碳元素，核外电子排布式为1s22s22p2。(3)前四周期元素中，未成对电子数为5，即价电子排布式为3d54s2，原子序数为25，即为Mn，该元素在周期表中的位置为第4周期ⅦB族，位于d区。(4)C、N、O三种元素的原子核外未成对电子数依次为2、3、2。
[答案] (1) (2)碳 1s22s22p2
(3)Mn 4 ⅦB d (4)2、3、2
学 习 任 务
1．通过了解同周期、同族的元素原子核外电子排布特征，认识元素周期表中分区、周期和族的划分依据。培养宏观辨识与微观探析的核心素养。 2．了解元素周期表的应用价值。能根据元素周期表与核外电子排布变化规律的认知模型，解释化学现象，揭示现象的本质和规律。培养科学探究与创新意识的核心素养。
探究核外电子排布与周期、族的关系
周
期
价电子排布
对应能级组
元素种数
ⅠA族
0族
最外层最多容纳电子数
1
1s1
1s2
2
1s
2
2
2s1
2s22p6
8
2s、2p
8
3
3s1
3s23p6
8
3s、3p
8
4
4s1
4s24p6
8
4s、3d、4p
18
5
5s1
5s25p6
8
5s、4d、5p
18
6
6s1
6s26p6
8
6s、4f、5d、6p
32
7
7s1
－
8
7s、5f、6d、7p
32
探究元素周期表的分区与价电子排布的关系
元素名称
价电子排布式
分区
硅
锶
锂
硒
溴
碘
碳
元素名称
价电子排布式
分区
硅
3s23p2
p
锶
5s2
s
锂
2s1
s
硒
4s24p4
p
溴
4s24p5
p
碘
5s25p5
p
碳
2s22p2
p
包括的元素
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上)
最外层电子参与反应，随着最外层电子数目的增加，非金属性增强，金属性减弱(0族除外)
d区
ⅢB～ⅦB(镧系、锕系除外)、Ⅷ族
(n－1)d1～9ns1～2[最后的电子填在(n－1)d上]
均为过渡金属，由于d轨道都未充满电子，因此d轨道上的电子可以不同程度参与化学键的形成
ds区
ⅠB、ⅡB族
(n－1)d10ns1～2[(n－1)d全充满]
均为过渡金属，d轨道已充满电子，因此d轨道上的电子一般不再参与化学键的形成
f区
镧系、锕系
(n－2)f0～14(n－1)d0～2 ns2
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