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展开一、【课程的主要内容】
学习任务一 核外电子排布与周期的划分任务驱动:元素周期表中的周期分为短周期、长周期,为什么不同周期中容纳的元素数量不同呢?周期数与所含元素种类数量之间又有什么关系呢?1.鲍林近似能级图(1)能量相近的原子轨道属于同一能级组;(2)不同能级组之间的能量差较___,同一能级组内能级之间的能量差较___。
2.周期与能级组的关系
6s、4f、5d、6p
3.周期与核外电子排布的本质联系(1)元素周期表的七个周期分别对应7个能级组。(2)周期与量子数(电子层数)相关,周期数=_______数。(3)一个能级组最多容纳的电子数=对应周期所包含的_______数。
4.价电子(1)定义:最外能级组中那些有可能_____________的电子,称为价电子。(2)规律:主族元素价电子只包括_______电子,过渡元素原子的价电子除_______电子外,还包括_______的部分电子,甚至___________的电子。(3)举例:写出下列基态原子的价电子的排布式。Na:___,Cl:______,Fe:______。
【想一想】所有元素原子的价电子数都一定等于其原子的最外层电子数吗?提示:不一定。价电子是指与元素化学性质有密切关系的电子。主族元素原子的价电子就是元素原子的最外层电子,过渡元素原子的价电子不仅是最外层电子,还包括次外层电子,某些元素原子的倒数第3层电子也是价电子。如铁原子3d轨道上的电子也能参与化学反应,也属于价电子。
学习任务二 核外电子排布与族的划分任务驱动: 我们知道,元素周期表中有十八个纵列,分成了7个主族,7个副族,一个0族和一个Ⅷ族,那么这些族的划分依据是什么?各族元素的价电子排布有何特点呢?1.族的划分依据:族的划分与原子的_________和___________密切相关。2.特点:一般来说,同族元素的价电子数目相同。
3.规律: 0族元素(稀有气体元素)→价电子排布:ns2np6(He除外)。
4.应用:除Ⅷ族、ⅠB族的某些元素和0族元素外,元素的_____________等于它所在族的序数。
【做一做】指出下列元素在周期表中的位置:(1)基态原子的电子排布式为1s22s22p63s23p64s2的元素:第__周期____族。(2)基态原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s2的元素:第__周期____族。(3)基态原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s2的元素:第__周期____族。(4)基态原子的电子排布式为1s22s22p63s23p5的元素:第__周期____族。
探究任务 核外电子排布与元素周期表的关系【教材情境】这是教材上的元素周期表,仔细观察该表,结合有关知识思考以下有关问题:
二、【思考与探究】
【问题探究】1.哪些族元素的族序数等于价电子数?提示:主族及ⅢB～ⅦB族的族序数=价电子数。2.同一族的元素的价电子排布都相同吗?提示:不相同。同一主族元素的价电子排布相同,但是副族、Ⅷ族以及0族元素的价电子排布不一定相同。
3.试分析原子序数为21的元素Sc位于哪一周期,哪一族?提示:基态Sc原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d14s2,价电子排布式为3d14s2,根据电子层数=周期数,副族序数=价电子数,可知Sc位于第4周期ⅢB族。4.稀有气体元素原子具有特殊稳定性的原因是什么?提示:稀有气体原子最外层为全充满电子的结构是稀有气体元素原子具有特殊稳定性的内在原因。
【探究总结】1.原子核外电子排布与周期的划分(1)周期序数=电子层数=最外层电子所在轨道的量子数。(2)周期元素数目=相应能级组最多容纳的电子数。
2.原子核外电子排布与族的划分(1)主族(ⅠA～ⅦA)的族序数=价电子数=原子最外层电子数。(2)0族:原子最外层电子数等于8或2。(3)ⅠB、ⅡB族:族序数=原子最外层电子数。(4)ⅢB～ⅦB族:族序数=价电子数=原子最外层ns电子数+次外层(n-1)d电子数=最高正价。(5)Ⅷ族:原子最外层ns电子数+次外层(n-1)d电子数之和,分别为8、9、10。
3.族序数与价电子排布(1)同主族元素原子的价电子排布完全相同。ⅠA～ⅦA族的价电子排布分别为ns1、ns2、ns2np1、ns2np2、ns2np3、ns2np4、ns2np5。(2)稀有气体的价电子排布式为1s2或ns2np6。(3)过渡元素同一纵列的价电子排布基本相同。
第4周期部分过渡元素的价电子排布为
4.原子核外电子排布与元素周期表的分区s区包含ⅠA、ⅡA两族元素;除氢外,其余都是活泼的金属元素;p区包含ⅢA～ⅦA族和0族元素;除氢外,所有的非金属元素都在p区;d区包含ⅢB～ⅦB族和Ⅷ族(镧系和锕系除外)全是金属元素;ds区包含ⅠB和ⅡB族,全是金属元素;f区包含镧系和锕系,全是金属元素。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3～8个。
【典例】(2020·淄博高二检测)据报道,我国科研人员在兰州首次合成了镤元素的一种同位素镤-239,其价电子排布式为5f26d17s2。现有A元素的一种同位素,比镤-239的原子核内少54个质子,则A元素在周期表中的位置是( )A.第3周期ⅠA族 B.第4周期ⅠA族C.第5周期ⅠA族 D.第3周期ⅡA族
【解题指南】解答本题需注意以下两点:(1)价电子排布式的含义;(2)核外电子排布与元素在周期表中的位置关系。【解析】选C。根据镤-239的价电子排布式可知其质子数为91,则A元素的该种同位素的质子数为91-54=37,该原子电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p65s1,该元素位于第5周期ⅠA族。
【延伸探究】(1)A元素和镤元素分别位于元素周期表的哪一个区域?提示:A元素位于s区,镤元素位于f区。A元素的价电子排布式为5s1,故位于s区,镤-239的价电子排布式为5f26d17s2,位于元素周期表的f区。(2)A元素和镤-239原子中未成对电子分别有几个?提示:A元素5s轨道有一个未成对电子,镤元素5f、6d的3个电子均为未成对电子。
三、【例题剖析】
【探究训练】1.(双选)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B.3p能级上只有一个空轨道的原子和3p能级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能级上都填满了电子,而d轨道电子未充满的两种原子
【解析】选B、D。元素原子的电子层上全部都是s电子,即1s1或1s2或1s22s1或1s22s2,对应的元素为H、He、Li、Be,它们可能属于第1周期或第2周期;3p能级上只有一个空轨道的原子即:1s22s22p63s23p2,是Si元素;3p能级上只有1个未成对电子的原子即:1s22s22p63s23p1或1s22s22p63s23p5,是Al元素或Cl元素,都属于第3周期。最外层电子排布为2s22p6的原子是Ne原子,属于第2周期元素;最外层电子排布为2s22p6的离子可能为O2-、F-、N3-、Na+、Mg2+、Al3+,不一定属于同一周期元素。原子核外M层上的s、p能级上都填满电子,而d轨道电子未充满的原子,一定是第四周期的过渡元素,故属于同一周期。
2.(2020·枣庄高二检测)回答下列问题:(1)某元素的原子序数为29,试回答:①该基态原子的价电子排布式是________________,核外电子有________个能级,有________个未成对电子。 ②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原子价电子排布式为_________________.(3)某元素原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p1,该元素处于元素周期表的第________周期________族。
【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,价电子排布式为3d104s1,所以此元素在ⅠB族,有1个未成对电子,有7个能级。此元素有四个电子层,所以为第4周期元素。(2)Cu原子核外有29个电子,其核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s1,Au与Cu同族,则Au原子的价电子排布式为5d106s1。(3)该元素为主族元素,根据电子层=周期序数,主族序数=原子最外层电子数,该元素位于第4周期ⅢA族。答案:(1)①3d104s1 7 1 ②4 ⅠB (2)5d106s1 (3)4 ⅢA
【补偿训练】1.价电子排布式为5s25p1的元素,位于周期表中的( )A.第4周期第ⅤA族B.第5周期第ⅢA族C.第5周期第ⅠA族D.第4周期第ⅢA族【解析】选B。电子层数=周期数,价电子数=主族元素的族序数,所以该元素位于第5周期第ⅢA族。
2.某元素原子最外层只有1个电子,最高电子层n=4。问:(1)符合上述条件的元素,可以有________种;原子序数分别为________。 (2)写出相应元素原子的电子排布式,并指出在周期表中的位置。______________________。
【解析】(1)题给元素原子最高电子层n=4,最外层只有一个电子,则该电子在4s轨道上,所以最外层电子排布为4s1。次外层:当最外层已经填入电子时,次外层的3s和3p应已充满;而3d轨道的电子数可为0、5、10。这三种情况的原子序数分别为19、24和29,即K、Cr和Cu三种元素。(2)K、Cr和Cu三种元素分别位于第四周期第ⅠA族、ⅥB族、ⅠB族。
答案: (1)3 19、24、29(2)K:1s22s22p63s23p64s1,第四周期第ⅠA族;Cr:1s22s22p63s23p63d54s1,第四周期第ⅥB族;Cu:1s22s22p63s23p63d104s1,第四周期第ⅠB族
1.(双选)(2020·承德高二检测)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ns2np3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
【解析】选B、C。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3～8个,则最外层有一个电子的原子可能是ⅠA族、ⅥB族(如Cr:3d54s1)、ⅠB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ns2np3的原子属于ⅤA族,B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、ⅠB和ⅡB族元素,D不正确。
2.下列说法中正确的是( )A.所有非金属元素都分布在p区B.最外层电子数为2的元素都分布在s区C.元素周期表中第ⅢB族到第ⅡB族10个纵列的元素都是金属元素D.同主族元素从上到下,金属性呈周期性变化【解析】选C。非金属元素中氢在s区,其余非金属元素均分布在p区,A项错误;最外层电子数为2的元素可能在s区(如Mg)、p区(如He)、d区(如Ti、Fe)或ds区(如Zn)等,B项错误;同主族元素从上到下,金属性逐渐增强,非金属性逐渐减弱,是递变性质而不是周期性变化,D项错误。
3.(2020·衡水高二检测)镭在1898年由居里夫人及她丈夫皮埃尔·居里发现。镭的价电子排布是7s2。下面关于镭的性质的描述中不正确的是( ) A.在化合物中呈+2价B.单质与水反应放出氢气C.氢氧化物呈两性D.碳酸盐难溶于水
【解析】选C。由镭的价电子排布可知镭处于第7周期ⅡA族,与Mg、Ca、Ba同主族,且同族中在Ba元素之下,按同主族元素性质规律,可知其氢氧化物呈强碱性,不可能呈两性。
四、【拓展训练】
4.前四周期元素的基态原子中,未成对电子数与其所在周期数相同的元素有( )A.3种B.4种C.5种D.6种【解析】选C。符合题意的元素有H(1s1)、C(2s22p2)、O(2s22p4)、P(3s23p3)、Fe(3d64s2)。
5.(2020·焦作高二检测)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轨道能级符号作为该区的符号,如图所示。元素周期表的五个分区
(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,第二周期第ⅤA族元素原子价电子的轨道表示式为______。 (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区为第ⅠA族、第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区为第ⅢB族～第ⅦB族、第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,价电子排布式为3d104s2。(4)该题中符合题意的为N,价电子的轨道表示式为 。(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
6.(2020·烟台高二检测)完成下列小题。(1)填表
(2)某元素原子共有3个价电子,其中一个价电子位于第3电子层d轨道,试回答:①该元素核外电子排布式为________,价电子的轨道表示式为________。 ②该元素的元素符号为________,在周期表中的位置为________,该元素最高正化合价为________价。 (3)某元素M2+的3d轨道上有5个电子,试推出:①M原子的核外电子排布式为_________________。 ②M原子的最外层和最高能级组中电子数分别为______、__________.③M元素在元素周期表中的位置为第________周期________族。
【解析】(1)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ⅡA族。②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=ns+np电子数,即2+2=4,在第5周期第ⅣA族。③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ⅠB族。(2)因E(4s)
答案:(1)①ⅡA 3 s ②ⅣA 5 p③ⅠB 4 ds(2)①1s22s22p63s23p63d14s2 ②Sc 第4周期ⅢB族 +3(3)①1s22s22p63s23p63d54s2 ②2 7 ③4 ⅦB
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