鲁科版 (2019)选择性必修2第1章 原子结构与元素性质第2节 原子结构与元素周期表第2课时导学案

第2课时　核外电子排布与元素周期表

核外电子排布与周期的划分

1．美国化学家鲍林提出了多电子原子的原子轨道近似能级图。在这个图中，他将能量相近的原子轨道归为一组，由此得到的7个能级组与元素周期表中的7个周期相对应。不同能级组之间的能量差较大，同一能级组内能级之间的能量差较小。

2．通常只有最外能级组的电子才有可能参与化学反应，这些电子称为价电子。元素性质与原子的价电子的数目密切相关。为了便于研究元素性质与核外电子之间的关系，人们常常只表示出原子的价电子排布。

3．第一能级组对应第1周期(短周期)，该能级组仅涉及一个s轨道，最多能容纳2个电子，因此该周期只有2种元素。

第二、三能级组涉及s轨道和p轨道，分别对应第2、3周期(短周期)，原子的最外层电子从1个逐渐增加到8个。这两个能级组所容纳的电子数分别等于第2、3周期所包含的元素种数，这两个周期的元素种数是该能级组的原子轨道数目的2倍。

第四能级组对应第4周期(长周期)，从19号到36号共包含18种元素，其中过渡元素的原子中新增的电子逐渐填入3d轨道。该能级组最多能容纳的电子数等于第4周期所包含的元素种数，该周期的元素种数是该能级组的原子轨道数目的2倍。

核外电子排布与族的划分

　族的划分与原子的价电子数目和价电子排布密切相关。

(1)一般来说，同族元素原子的价电子数目相同，主族元素原子的价电子全部排布在最外层的ns或ns、np轨道上。主族元素族序数与价电子数相同。

(2)稀有气体元素原子的价电子排布为1s2或ns2np6。

(3)过渡元素(副族和第Ⅷ族)价电子排布式为

(n－1)d1～10ns1～2，同一副族原子的价电子排布基本相同。第ⅢB～ⅦB族的族序数与价电子数相同，第ⅠB、ⅡB族的族序数＝ns轨道上的电子数，第Ⅷ族的价电子数分别为8、9、10。

原子核外电子排布与区的划分

人们将元素周期表分为5个区，并以最后填入电子的轨道能级符号作为该区的符号。

1．判断正误，正确的打“√”，错误的打“×”。

(1)元素周期表的每个周期中第一种元素的原子最外层有1个电子。(　　)

(2)元素周期表的每个周期(除第1周期外)中最后一种元素的原子最外层有8个电子。(　　)

(3)基态原子核外N电子层上只有一个电子的元素一定是第ⅠA族元素。(　　)

(4)所有金属元素都分布在d区和ds区。(　　)

(5)元素周期表中第ⅢB族到第ⅡB族10个纵行的元素都是金属元素。(　　)

(6)第15列元素原子的最外层电子排布式为ns2np5。(　　)

答案　(1)√　(2)√　(3)×　(4)×　(5)√　(6)×

解析　(3)可能是K、Cr、Cu。

(4)s区也有金属元素。

(6)第15列元素原子的最外层电子排布式为ns2np3。

2．价电子排布式为5s25p3的元素是(　　)

A．第5周期ⅢA族   B．51号元素

C．非金属元素   D．Te

答案　B

解析　5s25p3,5指的是电子层数，即属于第5周期，价电子指的是最外层电子数，主族元素所在族序数等于最外层电子数，即属于第ⅤA族元素，又因为最后一个电子填充在p能级上，属于p区，按照核外电子排布的规律，推出此元素是锑(Sb)，B正确。

3．按电子排布，可以把周期表中的元素划分为5个区，以下元素属于p区的是(　　)

A．Fe       B．Mg      C．Br      D．Cu

答案　C

解析　Fe的外围电子排布式为3d64s2，属于d区元素，A错误；Mg的外围电子排布式为3s2，属于s区元素，B错误；Br的外围电子排布式为4s24p5，属于p区元素，C正确；Cu的外围电子排布式为3d104s1，属于ds区元素，D错误。

4．某元素的最外层电子数为2，价电子数为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1s22s22p63s23p63d34s2

B．该元素为V

C．该元素为ⅡA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，又因其价电子数≠最外层电子数，可推出该元素应为第4周期元素，价电子排布式为3d34s2，故为23号元素V，d区元素。

5．(1)根据电子排布式，判断元素所在周期和族。

①1s22s22p63s23p1______________

②1s22s22p63s23p63d64s2______________

(2)根据元素在周期表中的位置，写出基态原子的电子排布式。

①第3周期ⅦA族______________

②第4周期ⅠA族______________

答案　(1)①第3周期ⅢA族　②第4周期Ⅷ族

(2)①[Ne]3s23p5　②[Ar]4s1

1．参照鲍林近似能级图，尝试分析原子中电子排布与元素周期表中周期的划分的内在联系是什么？

提示：一个能级组最多所能容纳的电子数等于对应周期所包含的元素种数，周期表中的7个周期分别对应7个能级组。各周期所包含的元素种数分别是2、8、8、18、18、32、32。周期与量子数n(电子层数)相关。最外层电子所在轨道处于第n电子层时，该原子所属元素属于第n周期。

2．观察元素周期表中各族元素的价电子排布，思考核外电子排布与族的划分的内在联系是什么？

提示：由于能级Ens＜E(n－1)d＜Enp，族序数从左向右的排列顺序与核外电子排布的关系如下：

按电子填充顺序，由最后一个电子进入的情况决定。

①进入ns(ns1～2，He除外)为ⅠA、ⅡA族

②进入(n－1)d

③进入np

1．核外电子排布与周期的划分

根据原子核外电子排布原则，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能量相差较小，各能级组之间能量相差较大。

(1)每一能级组对应一个周期，周期序数＝基态原子核外电子层数。

(2)周期、能级组、元素数目的对应关系

2．核外电子排布与族的划分

(1)主族元素的价电子排布

①主族元素的族序数＝价电子总数＝最高正价(O、F除外)。

②同主族元素原子的价电子排布相同，价电子全部排布在ns或ns与np轨道上。

(2)稀有气体元素的价电子排布为1s2或ns2np6。

(3)过渡元素(副族和Ⅷ族)的价电子排布呈以下规律：

①ⅢB～ⅦB族(包括La、Ac，其他镧系、锕系元素除外)：族序数＝价电子数＝原子最外层ns轨道电子数＋次外层(n－1)d轨道电子数＝最高正价。

②Ⅷ族：原子最外层ns轨道电子数＋次外层(n－1)d轨道电子数分别为8、9、10。

③ⅠB和ⅡB的族序数＝原子最外层电子数。

3．元素周期表的分区

(1)分区

(2)归纳各区元素的特点

对价电子认识的误区提醒

(1)价电子不一定是最外层电子，只有主族元素的价电子才是最外层电子。对于过渡元素还包括部分内层电子。

(2)元素的价电子数不一定等于其所在族的族序数。这只对主族元素成立，对部分过渡元素是不成立的。

(3)同一族元素的价电子排布不一定相同，如过渡元素中的镧系元素和锕系元素就不相同，在第Ⅷ族中部分元素的价电子排布也不相同。

1．已知下列元素原子的最外层电子排布式，其中不一定能表示该元素为主族元素的是(　　)

A．3s23p3   B．4s24p1

C．4s2   D．3s23p5

答案　C

解析　由元素原子的最外层电子排布式可知，3s23p3、4s24p1、3s23p5表示的元素分别属于第ⅤA、ⅢA、ⅦA族元素，都属于主族元素；最外层电子排布式为4s2的元素可能是主族元素Ca，也可能是第四周期除Cr、Cu以外的过渡元素。

2．指出下列元素在周期表中的位置。

(1)1s22s22p63s23p5_________________________________________________；

(2)[Kr]4d105s25p2__________________________________________________；

(3)[Ar]3d24s2_____________________________________________________；

(4)[Ar]3d104s1____________________________________________________；

(5)[Ar]4s1_______________________________________________________。

答案　(1)第3周期ⅦA族　(2)第5周期ⅣA族

(3)第4周期ⅣB族　(4)第4周期ⅠB族　(5)第4周期ⅠA族

解析　根据价电子排布确定其在元素周期表中的位置，再确定其所在周期和族。最大n值就是元素所在周期数。如果价电子出现d电子，是副族元素，只出现s、p电子的是主族元素或0族元素。

(1)在记忆排布顺序时要注意(n－1)d能级和(n－2)f能级的交错现象。如可将其写成如下形式以帮助记忆：

(1s)(2s2p)(3s3p)(4s3d4p)(5s4d5p)(6s4f5d6p)(7s5f6d7p)

(2)由元素的价电子排布式可知元素在周期表中的位置，如3s23p5为第3周期ⅦA族元素，即周期数＝电子层数，主族序数＝价电子数。

同样，由主族元素在元素周期表中的位置可以推断其价电子排布式。

本课小结

核外电子排布与元素周期表

课时作业

一、选择题(本题共8小题，每小题只有1个选项符合题意)

1．下列有关原子结构与元素周期表的理解不正确的是(　　)

A．元素周期表的每个周期中第一种元素的原子最外层有1个电子

B．元素周期表的每个周期(除第1周期外)中最后一种元素的原子最外层有8个电子

C．元素周期表的每个周期中第一种元素是碱金属元素

D．元素周期表的每个周期中最后一种元素是稀有气体元素

答案　C

解析　每个周期第一种元素原子的最外层电子排布为ns1，A正确；每个周期(除第1周期外)最后一种元素原子的最外层电子排布为ns2np6，B正确；第1周期中第一种元素是H，不是碱金属元素，C错误；每个周期中最后一种元素均为稀有气体元素，D正确。

2．具有下列电子层结构的原子和离子，其对应元素一定属于同一周期的是(　　)

A．两原子N层上都有1个s电子，一个原子有d电子，另一个原子无d电子

B．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

C．原子核外M层上的s、p能级都充满电子，而d能级上没有电子的两种原子

D．两原子核外全部都是s电子

答案　A

解析　两原子N层上都有1个s电子，一个原子有d电子，则其核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s1或1s22s22p63s23p63d104s1，是Cr原子或Cu原子，另一个原子无d电子，则其核外电子排布式为[Ar]4s1，是K原子，都处于第4周期，A正确；最外层电子排布为2s22p6的原子为Ne原子，最外层电子排布为2s22p6的离子可能是阴离子也可能是阳离子，如O2－、Na＋等，与Ne不一定处于同一周期，B错误；原子核外M层上的s、p能级都充满电子，而d能级上没有电子，符合条件的原子的核外电子排布式有1s22s22p63s23p6(Ar原子)、1s22s22p63s23p64s1(K原子)、1s22s22p63s23p64s2(Ca原子)，不一定处于同一周期，C错误；两原子的核外全部都是s电子，符合条件的原子的核外电子排布式有1s1、1s2、1s22s1、1s22s2，故不一定处于同一周期，D错误。

3．具有以下结构的原子，一定属于主族元素原子的是(　　)

①最外层有3个电子的原子　②最外层电子排布为ns2的原子　③最外层有3个未成对电子的原子　④次外层无未成对电子的原子

A．①④       B．②③      C．①③      D．②④

答案　C

解析　①原子最外层有3个电子，对应的元素位于第ⅢA族，符合题意；②原子最外层电子排布为ns2，对应的元素可能是稀有气体元素、副族元素或第Ⅷ族元素，如He、Zn、Fe，不符合题意；③原子最外层有3个未成对电子，对应的元素处于第ⅤA族，符合题意；④原子次外层无未成对电子，可能为主族元素，如O，可能为0族元素，如Ar，也可能是副族元素，例如Zn等，不符合题意。

4．已知某元素＋2价离子的电子排布式为1s22s22p63s23p6，则该元素在周期表中位于(　　)

A．第ⅤB族   B．第ⅡB族

C．第Ⅷ族   D．第ⅡA族

答案　D

解析　根据核外电子排布原则，可知该元素的原子最外层只有2个电子，而且应该排布在第四电子层上，该元素在周期表中的位置应该是第4周期第ⅡA族。

5．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3周期第ⅡB族   B．第4周期第ⅡB族

C．第4周期第ⅦB族   D．第4周期第Ⅷ族

答案　D

解析　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，为第Ⅷ族元素。

6．下列说法不正确的是(　　)

A．某基态原子外围电子排布式为4f75d16s2，该元素位于周期表中第6周期第ⅢB族

B．在元素周期表中，s区、d区和ds区的元素都是金属元素

C．当碳原子的核外电子排布由转变为时，释放能量，由激发态转化成基态

D．非金属元素形成的共价化合物中，原子的最外层电子数不一定是2或8

答案　B

解析　由基态原子外围电子排布式为4f75d16s2，判断此元素位于周期表中第6周期第ⅢB族，故A正确；s区的H为非金属元素，d区和ds区元素包括副族和第Ⅷ族元素，副族和第Ⅷ族元素全部是金属元素，故B错误；基态碳原子的核外电子排布式为1s22s22p2，当核外电子排布式为1s22s12p3时，该原子处于激发态，所以碳原子的核外电子排布由转变为时，释放能量，由激发态变为基态，故C正确；非金属元素形成的共价化合物中，如PCl5中P原子不满足最外层2或8电子结构，故D正确。

7．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

答案　A

解析　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都属于第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。

8．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叙述正确的是(　　)

A．基态原子核外N电子层上只有一个电子的元素一定是第ⅠA族元素

B．原子核外价电子排布式为(n－1)d6～8ns2的元素一定是副族元素

C．基态原子的p能级上半充满的元素原子的价电子排布式为ns2np3

D．基态原子核外价电子排布式为(n－1)dxnsy的元素的族序数一定为x＋y

答案　C

解析　基态原子核外N电子层上只有一个电子的元素，可能是钾元素，也可能是铬元素或铜元素，A错误；原子核外价电子排布式为(n－1)d6～8ns2的元素是第Ⅷ族元素，不是副族元素，B错误；基态原子的p能级上半充满的元素，其基态原子核外价电子排布式为ns2np3，C正确；基态原子核外价电子排布式为(n－1)dxnsy的元素的族序数可能为x＋y(x＋y≤7)，也可能为8(8≤x＋y≤10)，还可能为y(x＝10)，D错误。

二、选择题(本题共4小题，每小题有1个或2个选项符合题意)

9．原子序数为83的元素位于：①第5周期；②第6周期；③ⅣA族；④ⅤA族，其中正确的组合是(　　)

A．①   B．②

C．③   D．④

答案　BD

解析　根据元素的原子序数确定元素在周期表中的位置时，用0族定位法较为方便，即根据与该元素原子序数最邻近的0族元素的位置来确定。与83号元素最邻近的0族元素为86号元素氡，83号元素比氡的原子序数小3，那么它在元素周期表中的位置应该是氡左移3个格，即第6周期ⅤA族。

10．主族元素A和B可形成组成为AB2的离子化合物，则A、B两原子的最外层电子排布分别为(　　)

A．ns2np2和ns2np4   B．ns2和ns2np4

C．ns2和ns2np5   D．ns2和ns2

答案　C

解析　由A和B为主族元素，且二者能形成AB2型的离子化合物，知A为第ⅡA族元素，B为第ⅦA族元素，故A元素原子的最外层电子排布为ns2，B元素原子的最外层电子排布为ns2np5。

11．元素周期表共有18个纵列，从左到右排为1～18列，即氢和碱金属是第1列，稀有气体是第18列。按这种规定，下列说法正确的是(　　)

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ns2np3

C．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Ⅷ族元素，全部属于金属元素，A错误；第15列为第ⅤA族元素，其最外层电子的排布式为ns2np3，B正确；最外层电子数为ns2的元素除第ⅡA族(第2列)外，还有He以及部分过渡金属元素，C错误；ds区元素是第11、12列元素，D错误。

12．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．最外层电子数为2的元素不一定分布在s区

C．元素周期表中第ⅢB族到第ⅡB族10个纵行的元素都是金属元素

D．s区均为金属元素

答案　BC

解析　s区除H外均为金属元素，故A、D错误；Zn等元素的原子最外层电子数为2，不是s区元素，B正确；元素周期表中第ⅢB族到第ⅡB族的元素为过渡元素，全部为金属元素，C正确。

三、非选择题(本题共3小题)

13．根据已学知识，回答下列问题。

(1)已知下列元素基态原子的电子排布式，判断它们所在的周期和族。

①1s22s22p63s23p1________________________________________________；

②1s22s22p63s23p63d54s1___________________________________________；

③1s22s22p63s23p63d64s2____________________________________________；

④1s22s22p63s23p63d104s24p64d104f145s25p65d106s26p2_____________________。

(2)已知下列元素在周期表中的位置，写出它们的元素符号和价电子排布式。

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　(2)①为Ti元素，价电子排布式为3d24s2；②为I元素，价电子排布式为5s25p5。

14．甲元素原子的L电子层上只有一个空原子轨道；乙元素原子的核电荷数为33。根据甲、乙两元素的信息，回答有关问题：

(1)甲的元素符号是________；其轨道表示式为______________________。

(2)乙元素原子的最外层电子排布式为________，其在元素周期表中的位置是___________________________。

(3)甲属于________区元素，乙属于________区元素。

答案　(1)C　　(2)4s24p3　第4周期第ⅤA族　(3)p　p

解析　(1)甲元素原子的L电子层上只有一个空原子轨道，则其电子排布式为1s22s22p2，是碳元素，其轨道表示式为。

(2)乙元素原子的核电荷数为33，则乙原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p3，在元素周期表中位于第4周期第ⅤA族。

(3)甲为C，乙为As(砷)，均属于p区元素。

15．A、B、C、D、E代表5种元素。请填空：

(1)A元素基态原子的最外层有3个未成对电子，次外层有2个电子，其元素符号为________。

(2)B元素的负一价离子的电子层结构与氩相同，B的原子结构示意图为________________。

(3)C元素是第3周期中无未成对电子的主族元素，它的轨道排布式为____________________。

(4)D元素基态原子的M层全充满，N层只有1个电子，D基态原子的电子排布式为__________________________________。

(5)E原子共有3个价电子，其中一个价电子位于第三能层d轨道，指出该元素在周期表中所处的周期数和族序数_________________________________。

答案　(1)N　(2)　(3)　(4)[Ar]3d104s1　(5)第4周期ⅢB族

解析　(1)A元素基态原子的最外层有3个未成对电子，次外层有2个电子，说明该元素有2层电子，最外层5个电子，该元素为7号元素N元素。

(2)B元素的负一价离子的电子层结构与氩相同，说明B元素为17号元素氯元素，其原子结构示意图为。

(3)C元素是第3周期中无未成对电子的主族元素，则C为镁元素，它的轨道排布式为。

(4)D元素的M层全充满，N层只有1个电子，则D为29号元素，基态原子的电子排布式为[Ar]3d104s1。

(5)E原子共有3个价电子，其中一个价电子位于第三能层d轨道，说明另外2个价电子位于第四能层s轨道，所以E的价电子排布为3d14s2，位于周期表中第4周期ⅢB族。