第一章　原子结构与性质\n第二节　原子结构与元素的性质第1课时　原子结构与元素周期表\n学习目标核心素养1．通过碱金属和稀有气体的元素核外电子排布对比进一步认识电子排布和价电子层的含义。2．通过元素周期表认识周期表中各区、各周期、各族元素原子核外电子的排布规律。3．通过“螺壳上的螺旋”体会周期表中各区、各周期、各族元素的原子结构和位置间的关系。\n课堂素能探究名师博客呈现课堂达标验收课前素能奠基新课情境呈现\n新课情境呈现\n元素周期表的发现与未来从门捷列夫发现元素周期表以来，人们一直都在思考这样一个问题：“元素周期表的终点在哪里？”自1940年美国科学家麦克米伦和西博格通过人工合成93号元素镎和94号元素钚以来，科学家就开始“制造”元素的工作。从元素周期表中可以看出，自95号元素镅起，都是人工合成的元素。\n当100号元素镄之后的元素一个一个被合成出来后，科学家发现：随着原子序数的增加，它们的寿命一个比一个短。100号元素镄的寿命为82天，到了105号，最多能活34秒，107号更是短命，只活了2毫秒。人们不禁要问：“元素周期表快到尽头了吗？”科学总是极其富有生命力的！109号元素活了5毫秒。尽管它生命短暂，但比107号元素活得长，好兆头，再往后的元素寿命可能会回升。\n科学家在认真研究了各种原子核的稳定性规律和原子核的可能结构后，发现了一个有趣的结论：质子或中子数目为2、8、20、28、50、82、114、126或184(科学家把这些数称为“幻数”)的原子核比较稳定，质子数和中子数均为幻数的原子核更稳定。根据这个“幻数”理论，科学家预言：114个质子和184个中子的超重原子核——114号元素将会是一种很稳定、寿命更长的元素。\n1999年，俄美科学家小组宣布共同发现114号元素，其寿命长达30秒以上。而后科学家又相继宣布发现了118和116号元素。科学的发展永无止境，人类对元素的认识还将继续下去。今天的成就不是元素周期表的终点！\n课前素能奠基\n一、元素周期律、元素周期系和元素周期表1．原子序数1869年，门捷列夫发现，按相对原子质量从__________到__________的顺序将元素排列起来，得到一个元素序列，并从最轻的元素__________开始进行编号，称为原子序数。2．元素周期律元素性质随着____________________发生______________的重复，这一规律被门捷列夫称作元素周期律。小新知预习大氢原子序数递增周期性\n3．元素周期系元素按________________________排列的序列称为元素周期系。原子核电荷数递增\n4．元素周期表的结构(1)周期\n(2)族：元素周期表中有__________个纵列，除_________、_________、__________三个纵列叫第Ⅷ族，其余15个纵列的每一个纵列为一族，故元素周期表中有_________个主族，_________个副族，一个Ⅷ族和一个_________族。188910770\n二、构造原理与元素周期表1．根据构造原理解释元素周期系的形成(1)形成\n(2)原因元素周期系的形成是由于元素的原子核外电子的排布发生______________的重复。(3)特点随着元素原子核电荷数的递增，每一周期(第一周期除外)从______________元素开始到________________元素结束，价电子排布从___________递增到______________，但元素周期系的周期不是单调的，每一周期里元素的数目不总是一样多，而是随周期序号的递增逐渐____________；同时，金属元素的数目也逐渐____________。周期性碱金属稀有气体ns1ns2np6增多增多\n2．元素周期表的分区(1)按电子排布分区：按核外电子排布式中____________填入电子的__________________可将元素周期表(ⅠB族、ⅡB族除外)分为s、_________、_________、f4个区，而ⅠB族、ⅡB族这2个纵列的元素原子的核外电子可理解为先填充满_________________能级而后再填充__________能级而得名__________区。最后能级的符号pd(n－1)dnsds\n(2)元素周期表分为5个区：s区、p区、d区、ds区、f区。\n(3)根据元素金属性与非金属性划分为两个区\n(4)金属元素和非金属元素的分界线为沿_______________________与______________________之间所画的一条连线，非金属性较强的元素处于元素周期表的______________位置，金属性较强的元素处于元素周期表的______________位置。(5)d区、ds区和f区的元素全部是____________元素。s区的元素除__________外，全部是金属元素。B、Si、As、Te、AtAl、Ge、Sb、Po右上角左下角金属氢\n1．思考辨析：(1)原子价电子排布式为3d84s2的元素属于s区。()(2)非金属元素都分布在p区。()(3)外围电子数目决定元素所在的族。()(4)处于非金属三角区边缘的元素可称为半金属或准金属。()××√√预习自测\n2．电子排布式为[Ar]3d54s2的元素是()A．稀有气体元素B．过渡元素C．主族元素D．卤族元素解析：在最外能层p轨道上填充有电子且未满时，一定为主族元素；最外能层p轨道上未填充电子，而在d(或f)轨道上填充有电子的元素，一定是过渡元素。故电子排布式为[Ar]3d54s2的元素为过渡元素。B\n3．下列说法正确的是()A．最外层电子排布为ns2的基态原子对应的元素一定位于第ⅡA族B．最外层电子排布为ns1的基态原子对应的元素一定属于金属元素C．p区元素(He除外)的原子一定都有p轨道电子D．基态原子价电子排布为nsnnpn的元素一定是金属元素C\n解析：最外层电子排布为ns2的基态原子可能是1s2(为氦元素)，也可能是(n－1)d10ns2(为ⅡB族元素)，不一定是ⅡA族元素，故A项错；最外层电子排布为ns1的基态原子对应的元素中最特殊的是H元素，H元素不是金属元素，其他最外层电子为ns1的基态原子对应的元素都是金属元素，B项错；p区元素(He除外)原子的最外层电子排布为ns2np1～6，故C项正确；最外层电子排布符合nsnnpn的元素只有n＝2这一种情况，n＝2时，该元素的价电子排布为2s22p2，是碳元素，属于非金属元素。\n4．下列有关元素周期系的叙述正确的是()A．元素周期系中第ⅠA族元素又称为碱金属元素B．元素周期系中每一周期元素的种类均相等C．元素周期系的形成原因是核外电子排布的周期性变化D．每一周期的元素最外层电子数均是1→8，周而复始解析：第ⅠA族元素中氢元素不属于碱金属元素，A错误；周期表中每一周期元素数目不尽相同，第一至七周期元素数目分别是2、8、8、18、18、32、32，B错误；第一周期元素最外层电子数是由1→2，D错误。C\n5．最活泼的金属、最活泼的非金属、常温下呈液态的金属(价电子排布为5d106s2)分别位于下面元素周期表中的()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\n解析：如果考虑放射性元素，最活泼的金属是Fr，如果不考虑放射性元素，最活泼的金属是Cs、而Cs和Fr都属于第ⅠA族元素，位于s区；最活泼的非金属是F，F位于p区；常温下呈液态的金属为Hg，Hg属于过渡元素，其价电子排布为5d106s2，可知Hg属于第六周期第ⅡB族元素，位于ds区。\n6．指出下列元素是主族元素还是副族元素，及其在元素周期表中的位置。(1)1s22s22p63s2是__________族元素，位于周期表中第__________周期第___________族，属于_________区元素。(2)[Kr]4d105s25p2是__________族元素，位于周期表中第__________周期第___________族，属于_________区元素。(3)[Ar]3d14s2是__________族元素，位于周期表中第__________周期第___________族，属于_________区元素。(4)[Ar]3d104s1是__________族元素，位于周期表中第__________周期第___________族，属于__________区元素。主三ⅡAs主五ⅣAp副四ⅢBd副四ⅠBds\n解析：(1)最后一个电子填充在s轨道，属于s区，主族元素。族序数＝ns电子数，即族序数为2，位于第三周期第ⅡA族。(2)最后一个电子填充在p轨道，属于p区，主族元素。族序数＝(ns＋np)电子数，即族序数为2＋2＝4，位于第五周期第ⅣA族。(3)最后一个电子填充在d轨道，且小于10，属于d区，副族元素。族序数＝[(n－1)d＋ns]电子数，即族序数为1＋2＝3，位于第四周期第ⅢB族。(4)最后一个电子填充在d轨道，且等于10，属于ds区，副族元素。族序数＝ns电子数，即族序数为1，位于第四周期第ⅠB族。\n课堂素能探究\n问题探究：1．元素周期序数、电子层数与能层数的关系？2．主族元素的主族序数、最外层电子数与价电子数的关系？稀有气体的价电子排布式是怎样的？知识点原子结构与元素周期表的关系\n探究提示：1．提示：周期序数＝电子层数＝能层数。2．提示：主族序数＝主族元素的最外层电子数＝主族元素的价电子数；稀有气体的价电子排布为1s2或ns2np6。\n知识归纳总结：1．核外电子排布与周期的划分根据构造原理，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。(2)每一周期元素原子的外围电子排布和元素种数\n周期外围电子排布各周期增加的能级元素种数ⅠA族0族最外层最多容纳电子数一1s11s221s2二2s12s22p682s、2p8三3s13s23p683s、3p8四4s14s24p684s、3d、4p18五5s15s25p685s、4d、5p18六6s16s26p686s、4f、5d、6p32七7s187s、5f、6d(未完)26(未完)\n2.核外电子排布与族的划分族的划分依据是原子的价层电子排布(1)同主族元素原子的价层电子排布完全相同，价电子全部排布在ns或nsnp轨道上。价电子数与族序数相同。(2)稀有气体的价电子排布为1s2或ns2np6。(3)过渡元素(副族和Ⅷ族)同一纵行原子的价层电子排布基本相同。价电子排布为(n－1)d1～10ns1～2。ⅢB～ⅦB族的价电子数与族序数相同，第ⅠB、ⅡB族和第Ⅷ族不相同。\n提示：元素周期系的形成是由于元素原子的核外电子的排布发生了周期性的变化。元素周期系的周期并不是单调的，这是由于随着核电荷数的递增，电子在能级里的填充顺序遵循构造原理。\n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中，正确的是()A．原子的价电子排布为ns2np1～6的元素一定是主族元素B．基态原子的p能级上有5个电子的元素一定是第ⅦA族元素C．原子的价电子排布为(n－1)d6～8ns2的元素一定位于第ⅢB～ⅦB族D．基态原子的N能层上只有1个电子的元素一定是主族元素典例1B\n解析：除He外，0族元素原子的价电子排布均为ns2np6，不是主族元素；基态原子的p能级上有5个电子，即价电子排布为ns2np5，该元素一定处于第ⅦA族；原子的价电子排布为(n－1)d6～8ns2的元素处于第Ⅷ族，并非第ⅢB～ⅦB族；基态原子的N能层上只有1个电子的元素，除主族元素外，还有Cu、Cr等过渡金属元素。\n规律方法指导：已知某元素原子的外围电子排布，可推断该元素在周期表中的具体位置，依据最大能层数确定所在周期序数，依据外围电子数确定所在族序数：(1)对于主族元素，原子的最大能层数等于周期序数，价电子数等于主族序数；(2)第ⅢB～ⅦB族，原子的价电子数等于族序数；(3)第ⅠB、ⅡB族要根据ns轨道上的电子来划分。\n〔变式训练1〕外围电子构型为3d104s1的元素的原子在周期表中应位于()A．第五周期第ⅠB族B．第五周期第ⅡB族C．第四周期第ⅦB族D．第四周期第ⅠB族解析：该元素的基态原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s1，根据电子排布式知，该原子含有4个能层，所以位于第四周期，其价电子排布式为3d104s1，属于第ⅠB族元素，所以该元素位于第四周期第ⅠB族，故选D。D\n问题探究：1．某元素的价电子排布式为4d55s1，该元素位于周期表中的哪一区？2．按电子排布，可把周期表里的元素划分成哪几个区？哪些区全是金属元素？s区唯一的一种非金属元素是什么？知识点各区元素化学性质及原子最外层电子排布特点\n探究提示：1．提示：因其价电子排布为4d55s1，故应位于元素周期表中的d区。2．提示：可划分为s区、p区、d区、ds区、f区；d区、ds区、f区全是金属元素；s区唯一的一种非金属元素是氢。\n知识归纳总结：分区元素分布外围电子排布元素性质特点s区ⅠA、ⅡA族ns1～2除氢外都是活泼金属元素p区ⅢA族～ⅦA族、0族ns2np1～6(He除外)最外层电子参与反应(0族元素一般不考虑)d区ⅢB族～ⅦB族、Ⅷ族(n－1)d1～9ns1～2(Pd除外)d轨道也不同程度地参与化学键的形成ds区ⅠB族、ⅡB族(n－1)d10ns1～2金属元素f区镧系、锕系(n－2)f0～14(n－1)d0～2ns2镧系元素化学性质相近，锕系元素化学性质相近\n提示：(1)元素周期表的ds区只有两列，第11列铜、银、金和第12列的锌、镉、汞，由于该区开始的第11列铜、银、金按构造原理的电子排布应该为(n－1)d9ns2，而事实上却是(n－1)d10ns1，可理解为先填满了(n－1)d能级，而后再填充ns能级，因而得名ds区。\n(2)族和分区的关系①主族：s区和p区。(ns＋np)的电子数＝族序数。②0族：p区。(ns＋np)的电子数＝8(或2)。③副族：d区＋ds区＋f区。A．d区中[(n－1)d＋ns]的电子数＝族序数(第Ⅷ族部分元素除外)；B．当8≤[(n－1)d＋ns]的电子数≤10时，则为第Ⅷ族元素。C．ds区中(n－1)d全充满，ns的电子数＝族序数。\n已知某元素的基态原子的价电子排布为(n－1)dansb(a、b均为大于0的正整数)，下列有关说法正确的是()A．该元素位于元素周期表中的d区B．该元素位于元素周期表中的ds区C．该元素的族序数为a＋bD．该元素一定为金属元素典例2D解析：该元素基态原子的价电子排布为(n－1)dansb，该元素为过渡金属元素，该元素可能位于周期表中的d区或ds区。若该元素处于第ⅢB～ⅦB族，原子的价电子数等于族序数，则族序数为a＋b，否则不存在这一关系。\n规律方法指导：分析元素周期表的分区问题时，要特别注意：(1)主族元素的最外层电子即为外围电子(价电子)，过渡金属元素的外围电子一般包括最外层的s电子和次外层的d电子，有的还包括倒数第三层的f电子；(2)s区元素原子的价电子特征排布为ns1～2，价电子数等于主族序数；(3)p区元素原子的价电子特征排布为ns2np1～6，价电子总数等于主族序数(0族除外)；(4)s区(H除外)、d区、ds区和f区都是金属元素。\n〔变式训练2〕下列各组元素都属于p区的是()A．原子序数为1、2、7的元素B．O、S、PC．Fe、Ar、ClD．Na、Li、Mg解析：A项中的氢元素及D项中的Na、Li、Mg均属于s区，C项中的Fe属于d区。B\n名师博客呈现\n元素周期系的远景元素的存在，是与原子结构的稳定性，特别是与原子核的稳定性有关。人们发现，原子序数大于83的元素，都是放射性元素，而原子序数在92之后的元素，全部是用人工方法合成的元素。目前已公认了112号元素的合成方法(1999年合成了114号元素)。那么，新的人工合成的元素究竟还有多少种？\n物理学家根据原子核结构理论计算，认为周期系最后可能出现的是原子序数为175的元素。人工合成的元素，将会完成第7周期(零族元素的原子序数应为118)，并进入第8周期，甚至第9周期，在未来的第8、9周期中，原子中的电子依次填充新的电子亚层——5g亚层和6g亚层。依照已有的规律，可以推知g亚层最多能容纳18个电子。由此可以预见，第8、9周期都将有50种元素，是超长周期。在这两个周期里，将有“超锕系”和“新超锕系”的5g～6f和6f～7f内过渡系。\n〔即时训练〕根据泡利的原子轨道能级图和“能级交错”现象可知，原子轨道的能量高低顺序为ns<(n－3)g<(n－2)f<(n－1)d<np(n为能层序数，g能级中有9个轨道)。则未来的第八周期应包括的元素有()A．128种B．64种C．50种D．32种C\n解析：第七周期排满时，最后一种元素原子的价电子排布为7s27p6，第八周期排满时最后一种元素原子的价电子排布为8s28p6。根据原子轨道的能量高低关系，可推测第八能级组包含8s、5g、6f、7d、8p能级，第八能级组共有1＋9＋7＋5＋3＝25个轨道，可填充50个电子，故第八周期有50种元素，C项正确。\n课堂达标验收\n1．按电子排布，可把周期表里的元素划分成5个区，以下元素属于s区的是()A．FeB．MgC．AsD．Cu解析：最外层只有1～2个s电子，次外层无d电子，价电子排布为ns1～2(包括ⅠA、ⅡA族)的元素属于s区元素，只有Mg符合。B\n2．已知某元素＋2价离子的电子排布式为1s22s22p63s23p6，该元素在周期表中属于()A．ⅤB族B．ⅡB族C．Ⅷ族D．ⅡA族解析：由题意知，该元素基态原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p64s2，应为ⅡA族元素Ca。D\n3．某原子的最外层电子排布为nsnnp2n＋1，则该元素在周期表中的位置为()A．第二周期ⅢA族B．第二周期ⅦA族C．第五周期ⅡA族D．第七周期ⅡA族解析：s轨道中最多只能排2个电子，则n＝2，故该元素的电子排布式为1s22s22p5，是F元素，F元素位于周期表中第二周期ⅦA族。B\n4．长式周期表共有18个纵行，从左到右排为1～18列，即碱金属为第一列，稀有气体元素为第18列。按这种规定，下列说法正确的是()A．第9列元素中有非金属元素B．只有第二列的元素原子最外层电子排布为ns2C．第四周期第8列元素是铁元素D．第15列元素原子的最外层电子排布为ns2np5C\n解析：第9列属于第Ⅷ族，都是金属元素，没有非金属元素，A错误；第2列是第ⅡA族，最外层电子排布为ns2，He处于零族，He原子的核外电子排布为1s2，一些过渡元素的最外层电子排布为ns2，B错误；第四周期第8列元素是第Ⅷ族的第一种元素，原子序数为26，是铁元素，C正确；第15列为第ⅤA族，属于p区，最外层电子数为5，最外层电子排布为ns2np3，D错误。\n5．硒(34Se)是人体必需的微量元素，能有效提高人体免疫机能，预防癌症和心脑血管等疾病。下列有关硒元素的说法中不正确的是()A．Se元素处于元素周期表中的第15列B．Se原子的价电子排布为4s24p4C．Se元素处于元素周期表中的p区D．基态Se原子的核外电子排布中共有8个能级解析：Se元素原子核外有34个电子，处于元素周期表中第16列，与O元素处于同一主族。Se元素的基态原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p4，共有8个能级，其价电子排布为4s24p4，处于元素周期表的p区。A\n6．某元素原子共有3个价电子，其中一个价电子位于第三能层3d能级，试回答：(1)该元素核外电子排布式为_____________________________，价电子的电子排布图为___________________________________。(2)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。1s22s22p63s23p63d14s221Sc第四周期第ⅢB族金属＋3解析：由构造原理知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。