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高中化学人教版 (2019)选择性必修2第二节 原子结构与元素的性质第1课时学案及答案
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这是一份高中化学人教版 (2019)选择性必修2第二节 原子结构与元素的性质第1课时学案及答案，共19页。学案主要包含了元素周期系，元素周期表的分区等内容，欢迎下载使用。
第1课时 原子结构与元素周期表
必备知识·自主学习
一、元素周期系
1．碱金属元素和稀有气体元素原子的价层电子排布
周期
最左侧ⅠA族元素
价层电子排布
最右侧稀有气体元素
价层电子排布
一
氢
1s1
氦
1s2
二
锂
2s1
氖
2s22p6
三
钠
3s1
氩
3s23p6
四
钾
4s1
氪
4s24p6
五
铷
5s1
氙
5s25p6
六
铯
6s1
氡
6s26p6
2.元素周期系的形成
(1)每一周期(第一周期除外)从碱金属元素开始到稀有气体元素结束，最外层电子排布从ns1递增到ns2np6，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。
(2)元素形成周期系的根本原因是元素的原子核外电子排布发生周期性的重复。
(3)根据构造原理得出的核外电子排布，可以解释元素周期系的基本结构。例如：第一周期从1s1开始，以1s2结束；其余周期总是从ns能级开始，以np能级结束，其间递增的核电荷数(或电子数)就等于每个周期里的元素数。
(1)目前元素周期表有几个周期？元素在周期表中处于哪一周期主要由原子结构中哪一部分决定的？
提示：有7个周期，周期序数＝原子结构中的电子层数。
(2)每一周期元素第一个元素是碱金属，最后一个元素是哪类元素？
提示： 每一周期从碱金属开始，以稀有气体元素结束。
(3)(情境思考)除了我们熟知的现行元素周期表，元素周期表还有许多其他形式，其中一种如下图所示：
①元素周期表中周期和族的划分依据是什么？
提示：元素周期表中周期的划分依据是元素原子的电子层数(周期序数＝电子层数)，而族的划分依据则是元素原子的价电子数。
②主族元素的原子结构与元素在周期表中的位置有什么关系？
提示：主族元素原子的电子层数即其周期序数，最外层电子数即其主族序数。
二、元素周期表的分区
1．元素周期表的分区
按电子排布，可把周期表里的元素划分成5个区。除ds区外，区的名称来自按构造原理最后填入电子的能级符号。
2．各区价层电子排布特点
分区
价层电子排布
s区
ns1～2
p区
ns2np1～6(除He外)
d区
(n－1)d1～9ns1～2(除钯外)
ds区
(n－1)d10ns1～2
f区
(n－2)f0～14(n－1)d0～2ns2
(1)s区都是金属元素。( )
提示：×；s区中氢元素属于非金属。
(2)明确了元素所处周期序数和所处的族，该元素就一定能确定。( )
提示：×；每一周期的第Ⅷ族均有三种元素；而且15种镧系元素和15种锕系元素均分别位于同一周期同一族。
关键能力·合作学习
知识点一 核外电子排布与周期表的关系
1．周期、能级组和元素数目的对应关系
周期
周期中所含元素的数
对应能级组
对应能级组电子最大容量
一
2
1s
2
二
8
2s、2p
8
三
8
3s、3p
8
四
18
4s、3d、4p
18
五
18
5s、4d、5p
18
六
32
6s、4f、5d、6p
32
七
32
7s、5f、6d、7p
32
2.价层电子排布和周期表的关系
(1)原子的电子层数＝能级中最高能层序数＝周期序数。
(2)主族元素原子的价层电子数＝该元素在周期表中的主族序数。
族序数
ⅠA
ⅡA
ⅢA
ⅣA
ⅤA
ⅥA
ⅦA
0
价层电
子排布
ns1
ns2
ns2
np1
ns2
np2
ns2
np3
ns2
np4
ns2
np5
ns2
np6
(3)过渡元素(除镧系、锕系外，以第四周期为例)
周期表中列数
族序数
价层电子排布
3
ⅢB
(n－1)d1ns2
4
ⅣB
(n－1)d2ns2
5
ⅤB
(n－1)d3ns2
6
ⅥB
(n－1)d5ns1
7
ⅦB
(n－1)d5ns2
8～10
Ⅷ
(n－1)d6～8ns2
11
ⅠB
(n－1)d10ns1
12
ⅡB
(n－1)d10ns2
3.价层电子排布与元素的最高正价数
(1)当主族元素失去全部价电子后，表现出该元素的最高化合价，最高正价＝主族序数(O、F除外)。
(2)ⅢB～ⅦB族可失去ns和(n－1)d轨道上的全部电子，所以，最高正价数＝族序数。
(3)Ⅷ族可失去最外层的s电子和次外层的部分(n－1)d电子，所以最高正价低于族序数(8)，只有Ru和Os可表现八价。
(4)ⅠB族可失去ns1电子和部分(n－1)d电子，所以ⅠB的族数<最高正价，ⅡB只失去ns2电子，ⅡB的族序数＝最高正价。
对价电子认识的误区
(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，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)价电子就是最外层电子吗？
提示：只有主族元素的价电子才是最外层电子，过渡元素还包括部分内层电子。
(2)元素的价电子数一定等于其所在的族序数吗？
提示：这一关系只对主族元素成立，对于部分过渡元素不成立。
(3)同一族元素的价电子排布一定相同吗？为什么？
提示：过渡元素中的镧系和锕系元素不相同，在Ⅷ族中部分元素的价电子排布也不相同。
【典例】(2021·长沙高二检测)若某原子的价层电子排布式为4d15s2，则下列说法正确的是( )
A．该元素位于周期表中第五周期ⅢB族
B．该元素原子价电子数为2个
C．该元素为非金属元素
D．该元素原子N能层共有8个电子
【解题指南】通过价电子排布确定元素在周期表中位置的思维流程为：
(1)原子序数的确定：原子序数＝质子数＝核外电子数＝各能级上电子数之和。
(2)周期数的确定：周期数＝基态原子最高能层数。
(3)族的确定：
①主族元素：主族序数＝最外层电子数＝价层电子数；
②过渡元素：价层(n－1)d＋ns的电子数＝纵列数(镧系、锕系除外)。
【解析】选A。该原子的价层电子排布式为4d15s2，该元素基态原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p64d15s2，与价层电子排布式为3d14s2的Sc元素同族，位于周期表第ⅢB族，所以该元素位于周期表中第五周期ⅢB族，故A正确；该原子的价层电子排布式为4d15s2，位于周期表第ⅢB族，所以该元素原子价电子数为3个，故B错误；该元素位于周期表中第五周期ⅢB族，属于过渡元素，是副族，副族元素均为金属元素，故C错误；第N层的电子排布为4s24p64d1，有9个电子，故D错误。
【母题追问】该原子核内有多少个质子？最高正价是多少？
提示：原子序数＝质子数＝核外电子数＝各能级上电子数之和＝39，最高正价为＋3。
由元素的价电子排布判断其在周期表中的位置的规律：
价电子排布
x或y的取值
周期表中位置
nsx
x=1，2
第n周期xA族(说明：书写时，x、y应换成相应的罗马字母表示，下同)
ns2npx
x=1，2，3，4，5
第n周期(2+x)A族
x=6
第n周期0族
(n-1)dxnsy
x+y≤7
第n周期(x+y)B族
7
(n-1)d10nsx
x=1，2
第n周期xB族
1．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】选D。由题意推知，该元素的价层电子排布式为4s2。故该元素位于第四周期第ⅡA族。
2．(2021·烟台高二检测)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．周期序数越大，该周期所含金属元素越多
C．所有区的名称均来自按构造原理最后填入电子的能级符号
D．周期表共18个纵列，可分为7个主族8个副族(包括Ⅷ族)1个0族
【解析】选C。 除ds区外，区的名称来自按构造原理最后填入电子的能级的符号。
3．元素的存在，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(铋之后)的元素，都是放射性元素，而原子序数在92之后(超铀元素)的元素，全部是用人工方法合成的元素(Np、Pu在自然界中也有，但含量极微)。目前已公布了112号元素的合成方法。人们要问：新的人工合成的元素究竟还可以合成多少种？
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，已完成第七周期(0族元素的原子序数应为118)，并进入第八周期，甚至第九周期。在未来的第八、九周期中，原子中的电子依次填充新的能级5 g能级和6 g能级。依照已有的规律，可以推知g能级最多能容纳18个电子。
能级： s p d f g
电子数：2 6 10 14 18
(1)由此可以推测，第八、九周期各将有多少种元素？
(2)在这两个周期里，“超锕系”和“新超锕系”各有多少种元素？
提示：(1)第八、九周期都将有50种元素，是超长周期。
(2)“超锕系”和“新超锕系”为5g～6f和6g～7f内过渡系，各有33种元素。
知识点二 元素周期表的分区
1．各区元素化学性质及价电子排布特点
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地参与化学键的形成
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)d0～2ns2
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
2.根据原子结构确定元素分区的思路
(1)最外层电子数相同的两种元素一定同族吗？举例说明。
提示：不一定，如ⅠA和ⅠB、ⅡA和ⅡB。
(2)同族元素的价层电子排布一定相同吗？举例说明。
提示：不一定，如He与同族元素。
【典例】(2021·武汉高二检测)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．原子的价层电子排布为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ⅦA族元素
C．原子的价层电子排布为(n－1)d6～8ns2的元素一定位于ⅢB～ⅦB族
D．基态原子的N层上只有1个电子的元素一定是主族元素
【解题指南】解析有关元素周期表分区问题的思维流程如下：
(1)熟记元素周期表分区简图；
(2)区的名称来自按照构造原理最后填充的能级的符号(除ds区外)。
【解析】选B。0族元素价层电子排布也符合ns2np1～6，所以不一定是主族元素，故A错误；基态原子的p能级上有5个电子的元素价层电子排布为ns2np5的元素，一定位于ⅦA族，故B正确；原子的价层电子排布为(n－1)d6－8ns2的元素为Ⅷ族元素，不是位于ⅢB～ⅦB族，故C错误；基态原子的N层上只有1个电子的元素，可能为K、Cr或Cu，K为主族元素，Cr、Cu为副族元素，故D错误。
【母题追问】(1)最外层电子数为ns2的元素都在元素周期表第2列吗？
提示：元素周期表第2列为ⅡA族，而最外层电子数为ns2的元素可能为He、ⅡA族元素或一些过渡元素。
(2)已知某元素＋3价离子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d5，该元素位于周期表中什么位置？哪个区？
提示：该元素＋3价离子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d5，则该元素原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2，处于第四周期第Ⅷ族位置，属于d区。
元素周期表中各族元素的分布特点
包括元素
价电子排布
元素分类
s区
ⅠA、ⅡA族
ns1、ns2
活泼金属
p区
ⅢA～0族
ns2np1～6
大多为非金属
d区
ⅢB～Ⅷ族
(n－1)d1～9ns1～2
过渡元素
ds区
ⅠB、ⅡB族
(n－1)d10ns1～2
过渡元素
f区
镧系和锕系
(n－2)f0～14(n－1)d0～2ns2
过渡元素
1．(2021·长沙高二检测)闪烁着银白色光泽的金属钛(22Ti)因具有密度小、强度大、无磁性等优良的机械性能，被广泛应用于军事、医学等领域，号称“崛起的第三金属”。已知钛有48Ti、49Ti、50Ti等核素，下列关于金属钛的叙述中不正确的是( )
A．上述钛原子中，中子数不可能为22
B．钛元素在周期表中处于第四周期
C．钛的不同核素在周期表中处于不同的位置
D．钛元素是d区的过渡元素
【解析】选C。48Ti、49Ti、50Ti等核素的中子数分别为26、27、28，A正确；22Ti的价电子排布式为3d24s2，因此钛是d区第四周期的过渡元素，B、D正确；元素在周期表中的位置由其质子数决定，钛的同位素原子的质子数相同，在周期表中的同一位置，C不正确。
2．下列关于元素在元素周期表中的位置以及元素原子的价层电子排布特点的有关叙述正确的是( )
A．Cu位于元素周期表中第四周期ⅠB族，属于ds区元素
B．O的基态原子中，2p能级为半充满，属于p区元素
C．最外层电子排布式为4s1，一定属于ⅠA族
D．最外层电子排布式为ns2np1，该元素可能是ⅢA族或ⅢB族
【解析】选A。铜位于第四周期第ⅠB族，故A正确；N元素，氧元素的2p能级有四个电子，不是半充满，故B错误；最外层电子排布式为4s1，该元素不一定位于第ⅠA族，如铜的最外层电子排布式为4s1，但铜属于第ⅠB，故C错误；最外层电子排布式为ns2np1，该元素位于ⅢA族，故D错误。
3．在元素周期表中，同周期的元素从左到右非金属性渐强，同主族元素从上到下非金属性渐弱，结果使元素周期表右上角的元素主要呈现非金属性。因此，在元素周期表中非金属元素主要集中在右上角三角区内(如图)。
处于非金属三角区边缘的元素常被称为半金属或准金属，为什么？
提示：处于非金属三角区边缘的元素既能表现出一定的非金属性，又能表现出一定的金属性，因此，这些元素常被称为半金属或准金属。
三言两语话重点
1．周期表结构中几个等式：最高能层序数＝周期序数，价层电子数＝族序数，最高正价＝族序数(O、F除外)。
2．分区与价层电子排布的对应关系：
分区
价电子排布
s区
ns1～2
p区
ns2np1～6
d区
(n－1)d1～9ns1～2
ds区
(n－1)d10ns1～2
f区
(n－2)f0～14(n－1)d0～2ns2
课堂检测·素养达标
1．下列关于价层电子排布为3s23p4的粒子描述正确的是( )
A．该元素在元素周期表中位于p区
B．它的核外电子排布式为[Ar]3s23p4
C．该元素为氧元素
D．其轨道表示式为
【解析】选A。该元素为硫元素，S元素在元素周期表中位于p区，故A正确；S元素核外电子排布式为[Ne]3s23p4，故B错误；价电子排布为3s23p4的粒子其基态原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p4，其核外电子数为16，为S元素，故C错误；S原子核外电子排布遵循能量最低原理、泡利原理、洪特规则，其轨道表示式为，故D错误。
2．(2021·德州高二检测)世界瞩目的港珠澳大桥是世界上最长的斜拉桥，桥受力部件采用高强度拉力钢索(如图)。钢索表面的合金保护层含有锌、铝和少量钒，下列说法错误的是( )
A.锌位于元素周期表的d区
B．基态Al原子电子占据最高能级的电子云轮廓图为哑铃形
C．钒位于元素周期表中第四周期ⅤB族
D．钒的价层电子排布为3d34s2
【解析】选A。第三周期稀有气体的原子序数为18，锌的原子序数为30，30－18＝12，则锌在周期表中处于第四周期ⅡB族，ds区，故A错误；基态Al原子电子占据最高能级为3p能级，电子云轮廓图为哑铃形，故B正确；第三周期稀有气体的原子序数为18，钒的原子序数为23，23－18＝5，则钒在周期表中处于第四周期ⅤB族，故C正确；钒的原子序数为23，其核外电子排布为1s22s22p63s23p63d34s2，则钒的价层电子排布为3d34s2，故D正确。
3．(2021·黄冈高二检测)根据下列基态原子的最外层电子排布，能确定该元素在元素周期表中位置的是( )
A．4s1 B．3d104sn
C．nsnnp3n D．ns2np3
【解析】 选C。A项中最外层为4s1的价电子排布包括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。
4．(2021·铜陵高二检测)已知某元素＋3价离子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d5，该元素在周期表中的位置是( )
A．第三周期Ⅷ族，p区 B．第三周期ⅤB族，ds区
C．第四周期Ⅷ族，d区 D．第四周期Ⅴ族，f区
【解析】选C。＋3价离子的核外有23个电子，则原子核外有26个电子，26号元素是铁，位于第四周期Ⅷ族，位于d区。
5．(2021·南京高二检测)前四周期元素中，基态原子的4s能级中只有1个电子且位于d区的元素共有( )
A．0种 B．1种 C．2种 D．3种
【解析】选B。基态原子的4s能级中只有1个电子，则该元素最外层仅有的一个电子位于4s能级，即4s1，该原子4s能级未填充满，一是按照能级顺序正常填充的结果：1s22s22p63s23p64s1，为19K元素；二是按照洪特规则的特例填充的结果：1s22s22p63s23p63d54s1、1s22s22p63s23p63d104s1，为24Cr和29Cu，29Cu位于ds区，位于d区只有1种Cr，所以只有1种符合。
6．(2021·广州高二检测)X、Y、Z为主族元素，X原子的最外层电子排布为ns1；Y原子的M电子层有2个未成对电子；Z原子的最外层p轨道上只有一对成对电子，且Z原子的核外电子比Y原子少8个电子，由这三种元素组成的化合物的分子式不可能的是( )
A．XYZ4 B．X2YZ4 C．X2YZ3 D．X2Y2Z3
【解析】选A。X元素的原子最外层电子排布为ns1，为第ⅠA族元素，化合价为＋1价，Y原子的M电子层有2个未成对电子其电子排布式为1s22s22p63s23p2或1s22s22p63s23p4，为Si元素或S元素，化合价为＋4价或＋6价；Z原子的最外层p轨道上只有一对成对电子，且Z原子的核外电子比Y原子少8个电子，且Y和Z属于同一主族元素，所以Z元素是O元素，Y是S元素，由这三种元素组成的化合物中氧元素显－2价，Y显＋4价或＋6价，X显＋1价，Y的化合价为＋7价，不符合，故A选；Y的化合价为＋6价，符合，故B不选；Y的化合价为＋4价，符合，故C不选；Y的平均化合价为＋2价，如Na2S2O3，符合，故D不选。
7．(2021·宁德高二检测)在核电荷数为1～36的元素中，原子的最外层电子排布满足ns1的元素共有( )
A．3种 B．4种 C．5种 D．6种
【解析】选D。在核电荷数为1～36的元素为前四周期元素，原子的最外层电子排布满足ns1的元素有H、Li、Na、K、Cr、Cu，共6种。
8．(2021·德州高二检测)A元素的原子最外层电子数是a，次外层电子数是b；B元素的原子M层电子数是(a－2b)，L层电子数是(a＋b)，则A、B两元素形成的化学式最可能表示为( )
A．BA B．AB2 C．B3A2 D．A2B
【解析】选A。B元素的原子M层电子数是(a－2b)，L层电子数是(a＋b)，A元素的原子最外层电子数是a，次外层电子数是b，则a＋b＝8，A的次外层电子数为2，则b＝2、a＝6，所以A原子核外电子数＝2＋6＝8，为O元素；B元素原子核外电子数＝2＋8＋2＝12，为Mg元素，二者形成的化合物为MgO。
9．(2021·成都高二检测)元素周期表长周期共有18个纵列，从左到右排为18列，即碱金属是第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列元素中没有非金属
B．第15列元素的原子最外层的电子排布是ns2np5
C．最外层电子排布为ns2的元素一定在第2列
D．第11、12列为d区的元素
【解析】选A。第9列元素是过渡元素，没有非金属，A项正确；第15列元素的最外层电子排布是ns2np3，B项错误；最外层电子排布为ns2的元素也可能是过渡元素或0族元素He，C项错误；11、12列为ds区元素，D项错误。
素养新思维
10．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。
(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，价电子排布式为3d104s2。(4)该题中符合题意的为N，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
第1课时 原子结构与元素周期表
必备知识·自主学习
一、元素周期系
1．碱金属元素和稀有气体元素原子的价层电子排布
周期
最左侧ⅠA族元素
价层电子排布
最右侧稀有气体元素
价层电子排布
一
氢
1s1
氦
1s2
二
锂
2s1
氖
2s22p6
三
钠
3s1
氩
3s23p6
四
钾
4s1
氪
4s24p6
五
铷
5s1
氙
5s25p6
六
铯
6s1
氡
6s26p6
2.元素周期系的形成
(1)每一周期(第一周期除外)从碱金属元素开始到稀有气体元素结束，最外层电子排布从ns1递增到ns2np6，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。
(2)元素形成周期系的根本原因是元素的原子核外电子排布发生周期性的重复。
(3)根据构造原理得出的核外电子排布，可以解释元素周期系的基本结构。例如：第一周期从1s1开始，以1s2结束；其余周期总是从ns能级开始，以np能级结束，其间递增的核电荷数(或电子数)就等于每个周期里的元素数。
(1)目前元素周期表有几个周期？元素在周期表中处于哪一周期主要由原子结构中哪一部分决定的？
提示：有7个周期，周期序数＝原子结构中的电子层数。
(2)每一周期元素第一个元素是碱金属，最后一个元素是哪类元素？
提示： 每一周期从碱金属开始，以稀有气体元素结束。
(3)(情境思考)除了我们熟知的现行元素周期表，元素周期表还有许多其他形式，其中一种如下图所示：
①元素周期表中周期和族的划分依据是什么？
提示：元素周期表中周期的划分依据是元素原子的电子层数(周期序数＝电子层数)，而族的划分依据则是元素原子的价电子数。
②主族元素的原子结构与元素在周期表中的位置有什么关系？
提示：主族元素原子的电子层数即其周期序数，最外层电子数即其主族序数。
二、元素周期表的分区
1．元素周期表的分区
按电子排布，可把周期表里的元素划分成5个区。除ds区外，区的名称来自按构造原理最后填入电子的能级符号。
2．各区价层电子排布特点
分区
价层电子排布
s区
ns1～2
p区
ns2np1～6(除He外)
d区
(n－1)d1～9ns1～2(除钯外)
ds区
(n－1)d10ns1～2
f区
(n－2)f0～14(n－1)d0～2ns2
(1)s区都是金属元素。( )
提示：×；s区中氢元素属于非金属。
(2)明确了元素所处周期序数和所处的族，该元素就一定能确定。( )
提示：×；每一周期的第Ⅷ族均有三种元素；而且15种镧系元素和15种锕系元素均分别位于同一周期同一族。
关键能力·合作学习
知识点一 核外电子排布与周期表的关系
1．周期、能级组和元素数目的对应关系
周期
周期中所含元素的数
对应能级组
对应能级组电子最大容量
一
2
1s
2
二
8
2s、2p
8
三
8
3s、3p
8
四
18
4s、3d、4p
18
五
18
5s、4d、5p
18
六
32
6s、4f、5d、6p
32
七
32
7s、5f、6d、7p
32
2.价层电子排布和周期表的关系
(1)原子的电子层数＝能级中最高能层序数＝周期序数。
(2)主族元素原子的价层电子数＝该元素在周期表中的主族序数。
族序数
ⅠA
ⅡA
ⅢA
ⅣA
ⅤA
ⅥA
ⅦA
0
价层电
子排布
ns1
ns2
ns2
np1
ns2
np2
ns2
np3
ns2
np4
ns2
np5
ns2
np6
(3)过渡元素(除镧系、锕系外，以第四周期为例)
周期表中列数
族序数
价层电子排布
3
ⅢB
(n－1)d1ns2
4
ⅣB
(n－1)d2ns2
5
ⅤB
(n－1)d3ns2
6
ⅥB
(n－1)d5ns1
7
ⅦB
(n－1)d5ns2
8～10
Ⅷ
(n－1)d6～8ns2
11
ⅠB
(n－1)d10ns1
12
ⅡB
(n－1)d10ns2
3.价层电子排布与元素的最高正价数
(1)当主族元素失去全部价电子后，表现出该元素的最高化合价，最高正价＝主族序数(O、F除外)。
(2)ⅢB～ⅦB族可失去ns和(n－1)d轨道上的全部电子，所以，最高正价数＝族序数。
(3)Ⅷ族可失去最外层的s电子和次外层的部分(n－1)d电子，所以最高正价低于族序数(8)，只有Ru和Os可表现八价。
(4)ⅠB族可失去ns1电子和部分(n－1)d电子，所以ⅠB的族数<最高正价，ⅡB只失去ns2电子，ⅡB的族序数＝最高正价。
对价电子认识的误区
(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，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)价电子就是最外层电子吗？
提示：只有主族元素的价电子才是最外层电子，过渡元素还包括部分内层电子。
(2)元素的价电子数一定等于其所在的族序数吗？
提示：这一关系只对主族元素成立，对于部分过渡元素不成立。
(3)同一族元素的价电子排布一定相同吗？为什么？
提示：过渡元素中的镧系和锕系元素不相同，在Ⅷ族中部分元素的价电子排布也不相同。
【典例】(2021·长沙高二检测)若某原子的价层电子排布式为4d15s2，则下列说法正确的是( )
A．该元素位于周期表中第五周期ⅢB族
B．该元素原子价电子数为2个
C．该元素为非金属元素
D．该元素原子N能层共有8个电子
【解题指南】通过价电子排布确定元素在周期表中位置的思维流程为：
(1)原子序数的确定：原子序数＝质子数＝核外电子数＝各能级上电子数之和。
(2)周期数的确定：周期数＝基态原子最高能层数。
(3)族的确定：
①主族元素：主族序数＝最外层电子数＝价层电子数；
②过渡元素：价层(n－1)d＋ns的电子数＝纵列数(镧系、锕系除外)。
【解析】选A。该原子的价层电子排布式为4d15s2，该元素基态原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p64d15s2，与价层电子排布式为3d14s2的Sc元素同族，位于周期表第ⅢB族，所以该元素位于周期表中第五周期ⅢB族，故A正确；该原子的价层电子排布式为4d15s2，位于周期表第ⅢB族，所以该元素原子价电子数为3个，故B错误；该元素位于周期表中第五周期ⅢB族，属于过渡元素，是副族，副族元素均为金属元素，故C错误；第N层的电子排布为4s24p64d1，有9个电子，故D错误。
【母题追问】该原子核内有多少个质子？最高正价是多少？
提示：原子序数＝质子数＝核外电子数＝各能级上电子数之和＝39，最高正价为＋3。
由元素的价电子排布判断其在周期表中的位置的规律：
价电子排布
x或y的取值
周期表中位置
nsx
x=1，2
第n周期xA族(说明：书写时，x、y应换成相应的罗马字母表示，下同)
ns2npx
x=1，2，3，4，5
第n周期(2+x)A族
x=6
第n周期0族
(n-1)dxnsy
x+y≤7
第n周期(x+y)B族
7
(n-1)d10nsx
x=1，2
第n周期xB族
1．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】选D。由题意推知，该元素的价层电子排布式为4s2。故该元素位于第四周期第ⅡA族。
2．(2021·烟台高二检测)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．周期序数越大，该周期所含金属元素越多
C．所有区的名称均来自按构造原理最后填入电子的能级符号
D．周期表共18个纵列，可分为7个主族8个副族(包括Ⅷ族)1个0族
【解析】选C。 除ds区外，区的名称来自按构造原理最后填入电子的能级的符号。
3．元素的存在，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(铋之后)的元素，都是放射性元素，而原子序数在92之后(超铀元素)的元素，全部是用人工方法合成的元素(Np、Pu在自然界中也有，但含量极微)。目前已公布了112号元素的合成方法。人们要问：新的人工合成的元素究竟还可以合成多少种？
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，已完成第七周期(0族元素的原子序数应为118)，并进入第八周期，甚至第九周期。在未来的第八、九周期中，原子中的电子依次填充新的能级5 g能级和6 g能级。依照已有的规律，可以推知g能级最多能容纳18个电子。
能级： s p d f g
电子数：2 6 10 14 18
(1)由此可以推测，第八、九周期各将有多少种元素？
(2)在这两个周期里，“超锕系”和“新超锕系”各有多少种元素？
提示：(1)第八、九周期都将有50种元素，是超长周期。
(2)“超锕系”和“新超锕系”为5g～6f和6g～7f内过渡系，各有33种元素。
知识点二 元素周期表的分区
1．各区元素化学性质及价电子排布特点
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地参与化学键的形成
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)d0～2ns2
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
2.根据原子结构确定元素分区的思路
(1)最外层电子数相同的两种元素一定同族吗？举例说明。
提示：不一定，如ⅠA和ⅠB、ⅡA和ⅡB。
(2)同族元素的价层电子排布一定相同吗？举例说明。
提示：不一定，如He与同族元素。
【典例】(2021·武汉高二检测)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．原子的价层电子排布为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ⅦA族元素
C．原子的价层电子排布为(n－1)d6～8ns2的元素一定位于ⅢB～ⅦB族
D．基态原子的N层上只有1个电子的元素一定是主族元素
【解题指南】解析有关元素周期表分区问题的思维流程如下：
(1)熟记元素周期表分区简图；
(2)区的名称来自按照构造原理最后填充的能级的符号(除ds区外)。
【解析】选B。0族元素价层电子排布也符合ns2np1～6，所以不一定是主族元素，故A错误；基态原子的p能级上有5个电子的元素价层电子排布为ns2np5的元素，一定位于ⅦA族，故B正确；原子的价层电子排布为(n－1)d6－8ns2的元素为Ⅷ族元素，不是位于ⅢB～ⅦB族，故C错误；基态原子的N层上只有1个电子的元素，可能为K、Cr或Cu，K为主族元素，Cr、Cu为副族元素，故D错误。
【母题追问】(1)最外层电子数为ns2的元素都在元素周期表第2列吗？
提示：元素周期表第2列为ⅡA族，而最外层电子数为ns2的元素可能为He、ⅡA族元素或一些过渡元素。
(2)已知某元素＋3价离子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d5，该元素位于周期表中什么位置？哪个区？
提示：该元素＋3价离子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d5，则该元素原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2，处于第四周期第Ⅷ族位置，属于d区。
元素周期表中各族元素的分布特点
包括元素
价电子排布
元素分类
s区
ⅠA、ⅡA族
ns1、ns2
活泼金属
p区
ⅢA～0族
ns2np1～6
大多为非金属
d区
ⅢB～Ⅷ族
(n－1)d1～9ns1～2
过渡元素
ds区
ⅠB、ⅡB族
(n－1)d10ns1～2
过渡元素
f区
镧系和锕系
(n－2)f0～14(n－1)d0～2ns2
过渡元素
1．(2021·长沙高二检测)闪烁着银白色光泽的金属钛(22Ti)因具有密度小、强度大、无磁性等优良的机械性能，被广泛应用于军事、医学等领域，号称“崛起的第三金属”。已知钛有48Ti、49Ti、50Ti等核素，下列关于金属钛的叙述中不正确的是( )
A．上述钛原子中，中子数不可能为22
B．钛元素在周期表中处于第四周期
C．钛的不同核素在周期表中处于不同的位置
D．钛元素是d区的过渡元素
【解析】选C。48Ti、49Ti、50Ti等核素的中子数分别为26、27、28，A正确；22Ti的价电子排布式为3d24s2，因此钛是d区第四周期的过渡元素，B、D正确；元素在周期表中的位置由其质子数决定，钛的同位素原子的质子数相同，在周期表中的同一位置，C不正确。
2．下列关于元素在元素周期表中的位置以及元素原子的价层电子排布特点的有关叙述正确的是( )
A．Cu位于元素周期表中第四周期ⅠB族，属于ds区元素
B．O的基态原子中，2p能级为半充满，属于p区元素
C．最外层电子排布式为4s1，一定属于ⅠA族
D．最外层电子排布式为ns2np1，该元素可能是ⅢA族或ⅢB族
【解析】选A。铜位于第四周期第ⅠB族，故A正确；N元素，氧元素的2p能级有四个电子，不是半充满，故B错误；最外层电子排布式为4s1，该元素不一定位于第ⅠA族，如铜的最外层电子排布式为4s1，但铜属于第ⅠB，故C错误；最外层电子排布式为ns2np1，该元素位于ⅢA族，故D错误。
3．在元素周期表中，同周期的元素从左到右非金属性渐强，同主族元素从上到下非金属性渐弱，结果使元素周期表右上角的元素主要呈现非金属性。因此，在元素周期表中非金属元素主要集中在右上角三角区内(如图)。
处于非金属三角区边缘的元素常被称为半金属或准金属，为什么？
提示：处于非金属三角区边缘的元素既能表现出一定的非金属性，又能表现出一定的金属性，因此，这些元素常被称为半金属或准金属。
三言两语话重点
1．周期表结构中几个等式：最高能层序数＝周期序数，价层电子数＝族序数，最高正价＝族序数(O、F除外)。
2．分区与价层电子排布的对应关系：
分区
价电子排布
s区
ns1～2
p区
ns2np1～6
d区
(n－1)d1～9ns1～2
ds区
(n－1)d10ns1～2
f区
(n－2)f0～14(n－1)d0～2ns2
课堂检测·素养达标
1．下列关于价层电子排布为3s23p4的粒子描述正确的是( )
A．该元素在元素周期表中位于p区
B．它的核外电子排布式为[Ar]3s23p4
C．该元素为氧元素
D．其轨道表示式为
【解析】选A。该元素为硫元素，S元素在元素周期表中位于p区，故A正确；S元素核外电子排布式为[Ne]3s23p4，故B错误；价电子排布为3s23p4的粒子其基态原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p4，其核外电子数为16，为S元素，故C错误；S原子核外电子排布遵循能量最低原理、泡利原理、洪特规则，其轨道表示式为，故D错误。
2．(2021·德州高二检测)世界瞩目的港珠澳大桥是世界上最长的斜拉桥，桥受力部件采用高强度拉力钢索(如图)。钢索表面的合金保护层含有锌、铝和少量钒，下列说法错误的是( )
A.锌位于元素周期表的d区
B．基态Al原子电子占据最高能级的电子云轮廓图为哑铃形
C．钒位于元素周期表中第四周期ⅤB族
D．钒的价层电子排布为3d34s2
【解析】选A。第三周期稀有气体的原子序数为18，锌的原子序数为30，30－18＝12，则锌在周期表中处于第四周期ⅡB族，ds区，故A错误；基态Al原子电子占据最高能级为3p能级，电子云轮廓图为哑铃形，故B正确；第三周期稀有气体的原子序数为18，钒的原子序数为23，23－18＝5，则钒在周期表中处于第四周期ⅤB族，故C正确；钒的原子序数为23，其核外电子排布为1s22s22p63s23p63d34s2，则钒的价层电子排布为3d34s2，故D正确。
3．(2021·黄冈高二检测)根据下列基态原子的最外层电子排布，能确定该元素在元素周期表中位置的是( )
A．4s1 B．3d104sn
C．nsnnp3n D．ns2np3
【解析】 选C。A项中最外层为4s1的价电子排布包括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。
4．(2021·铜陵高二检测)已知某元素＋3价离子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d5，该元素在周期表中的位置是( )
A．第三周期Ⅷ族，p区 B．第三周期ⅤB族，ds区
C．第四周期Ⅷ族，d区 D．第四周期Ⅴ族，f区
【解析】选C。＋3价离子的核外有23个电子，则原子核外有26个电子，26号元素是铁，位于第四周期Ⅷ族，位于d区。
5．(2021·南京高二检测)前四周期元素中，基态原子的4s能级中只有1个电子且位于d区的元素共有( )
A．0种 B．1种 C．2种 D．3种
【解析】选B。基态原子的4s能级中只有1个电子，则该元素最外层仅有的一个电子位于4s能级，即4s1，该原子4s能级未填充满，一是按照能级顺序正常填充的结果：1s22s22p63s23p64s1，为19K元素；二是按照洪特规则的特例填充的结果：1s22s22p63s23p63d54s1、1s22s22p63s23p63d104s1，为24Cr和29Cu，29Cu位于ds区，位于d区只有1种Cr，所以只有1种符合。
6．(2021·广州高二检测)X、Y、Z为主族元素，X原子的最外层电子排布为ns1；Y原子的M电子层有2个未成对电子；Z原子的最外层p轨道上只有一对成对电子，且Z原子的核外电子比Y原子少8个电子，由这三种元素组成的化合物的分子式不可能的是( )
A．XYZ4 B．X2YZ4 C．X2YZ3 D．X2Y2Z3
【解析】选A。X元素的原子最外层电子排布为ns1，为第ⅠA族元素，化合价为＋1价，Y原子的M电子层有2个未成对电子其电子排布式为1s22s22p63s23p2或1s22s22p63s23p4，为Si元素或S元素，化合价为＋4价或＋6价；Z原子的最外层p轨道上只有一对成对电子，且Z原子的核外电子比Y原子少8个电子，且Y和Z属于同一主族元素，所以Z元素是O元素，Y是S元素，由这三种元素组成的化合物中氧元素显－2价，Y显＋4价或＋6价，X显＋1价，Y的化合价为＋7价，不符合，故A选；Y的化合价为＋6价，符合，故B不选；Y的化合价为＋4价，符合，故C不选；Y的平均化合价为＋2价，如Na2S2O3，符合，故D不选。
7．(2021·宁德高二检测)在核电荷数为1～36的元素中，原子的最外层电子排布满足ns1的元素共有( )
A．3种 B．4种 C．5种 D．6种
【解析】选D。在核电荷数为1～36的元素为前四周期元素，原子的最外层电子排布满足ns1的元素有H、Li、Na、K、Cr、Cu，共6种。
8．(2021·德州高二检测)A元素的原子最外层电子数是a，次外层电子数是b；B元素的原子M层电子数是(a－2b)，L层电子数是(a＋b)，则A、B两元素形成的化学式最可能表示为( )
A．BA B．AB2 C．B3A2 D．A2B
【解析】选A。B元素的原子M层电子数是(a－2b)，L层电子数是(a＋b)，A元素的原子最外层电子数是a，次外层电子数是b，则a＋b＝8，A的次外层电子数为2，则b＝2、a＝6，所以A原子核外电子数＝2＋6＝8，为O元素；B元素原子核外电子数＝2＋8＋2＝12，为Mg元素，二者形成的化合物为MgO。
9．(2021·成都高二检测)元素周期表长周期共有18个纵列，从左到右排为18列，即碱金属是第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列元素中没有非金属
B．第15列元素的原子最外层的电子排布是ns2np5
C．最外层电子排布为ns2的元素一定在第2列
D．第11、12列为d区的元素
【解析】选A。第9列元素是过渡元素，没有非金属，A项正确；第15列元素的最外层电子排布是ns2np3，B项错误；最外层电子排布为ns2的元素也可能是过渡元素或0族元素He，C项错误；11、12列为ds区元素，D项错误。
素养新思维
10．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。
(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，价电子排布式为3d104s2。(4)该题中符合题意的为N，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
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