2.2.1 原子核外电子排布的周期性-【步步高】2023-2024学年高二化学选择性必修2 （苏教版2019，闽苏桂蒙陕冀）

第二单元　元素性质的递变规律 第1课时　原子核外电子排布的周期性 [核心素养发展目标]　1.能从原子核外电子排布的规则理解核外电子排布的周期性，能从外围电子排布的角度理解元素周期表中元素的分区及周期、族的划分，培养宏观辨识与微观探析的化学学科核心素养。2.通过原子结构与元素在周期表中的位置关系的相互推导，形成“结构—位置”的推导模型，强化证据推理与模型认知的化学学科核心素养。 一、原子核外电子排布的周期性 填写下表： 周期 外围电子排布 各周期增加的轨道类型 元素数目 ⅠA族 0族 最多可容纳的外围电子数 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 7s27p6 8 7s、5f、6d、7p 32 观察分析上表，分析讨论核外电子排布的周期性变化规律。 (1)最外层电子数目的变化 除第1周期外，每隔一定数目的元素，元素原子的最外层电子数重复出现从1逐渐增加到8的周期性变化。 (2)外围电子排布的变化 第2、3周期从左到右，元素原子的外围电子排布呈现从ns1到ns2np6的变化；从第4周期开始，从左到右，元素原子的外围电子排布从ns1经过(n－1)d1～10ns1～2逐渐过渡到ns2np6。 1．原子核外电子排布与周期的划分 (1)原子核外电子排布与元素周期表中周期划分的本质联系 (2)每周期起始元素和结束元素的外围电子排布分别为ns1和ns2np6(第1周期为ns2)。 (3)周期数＝电子层数。 2．原子核外电子排布与族的划分 (1)主族元素的外围电子数、外围电子排布式 族数 ⅠA ⅡA ⅢA ⅣA ⅤA ⅥA ⅦA 外围电子排布式 ns1 ns2 ns2np1 ns2np2 ns2np3 ns2np4 ns2np5 外围电子数 1 2 3 4 5 6 7 (2)副族元素的外围电子数、外围电子排布式(以第4周期副族元素为例) 副族元素 21Sc 22Ti 23V 24Cr 25Mn 29Cu 30Zn 族数 ⅢB ⅣB ⅤB ⅥB ⅦB ⅠB ⅡB 外围电子排布式 3d14s2 3d24s2 3d34s2 3d54s1 3d54s2 3d104s1 3d104s2 外围电子数 3 4 5 6 7 － － 1．预言119号元素基态原子最外层电子排布；预言第8周期有多少种元素。 提示　119号元素基态原子最外层电子排布为8s1；第8周期应有50种元素。 2．如何由外围电子排布判断主族元素在周期表中的位置？ 提示　周期序数＝电子层数＝最大电子层序数，族序数＝外围电子数＝最外层电子数。 3．与铜同周期的所有元素的基态原子中，未成对电子数与铜原子相同的元素有哪些？写出它们的外围电子排布式及族序数。 提示　4s1，ⅠA族；3d14s2，ⅢB族；4s24p1，ⅢA族；4s24p5，ⅦA族。 1．若某原子的基态外围电子排布式为4d15s2，则下列说法正确的是(　　) A．该元素位于周期表中第5周期ⅢB族 B．该元素原子外围电子数为2 C．该元素为非金属元素 D．该元素原子N电子层共有8个电子 答案　A 解析　该元素基态原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p64d15s2，该元素位于周期表中第5周期ⅢB族，故A正确；该原子的外围电子排布式为4d15s2，所以该元素原子外围电子数为3，故B错误；该元素是金属元素，故C错误；N层的电子排布为4s24p64d1，共有9个电子，故D错误。 2．已知下列元素基态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．3s23p1 B．4s2 C．2s2 D．4s24p5 答案　B 解析　该元素是Al，属于ⅢA族，故A不选；最外层电子排布式为4s2，第4周期的过渡元素很多最外层电子排布式都符合这一特点，但它们均不是主族元素，故B选；该元素是Be，属于ⅡA族，故C不选；该元素是Br，属于ⅦA族，故D不选。 族序数与外围电子排布的关系 族序数由该元素原子的外围电子数决定。 ①主族(ⅠA～ⅦA族)的族序数＝外围电子数＝原子最外层电子数。 ②0族：原子最外层电子数等于8或2(He)。 ③ⅠB、ⅡB族：族序数＝原子最外层电子数。 ④ⅢB～ⅦB族：族序数＝外围电子数＝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。 ⑤Ⅷ族：原子最外层n轨道电子数＋次外层(n－1)d轨道电子数之和分别为8、9、10。 二、元素周期表中区的划分 1．根据核外电子的排布分区 (1)按电子排布式中最后填入电子的能级符号可将元素周期表分为s、p、d、f 4个区，而ⅠB、ⅡB族这2个纵列的元素的核外电子因先填满了(n－1)d轨道而后再填充ns轨道而得名ds区。5个区的位置关系如图所示。 (2)各区元素的外围电子排布特点 分区 元素分布 外围电子排布 元素性质特点 s区 ⅠA族、 ⅡA族 ns1～2 除氢元素外都是较活泼的金属元素 p区 ⅢA～ⅦA族、0族 ns2np1～6 除稀有气体外，最外层电子参与反应 d区 ⅢB～ⅦB族、Ⅷ族 (n－1)d1～9ns1～2 过渡金属元素 ds区 ⅠB族、ⅡB族 (n－1)d10ns1～2 过渡金属元素 2．根据元素的金属性和非金属性分区 1．s区、d区、p区分别有几列？ 提示　s区有2列；d区有8列；p区有6列。 2．为什么s区(H除外)、d区、ds区的元素都是金属元素？ 提示　因为s区、d区和ds区元素的最外层电子数均为1～2个。 3．处于非金属与金属分界线上的元素常被称为半金属或类金属，为什么？ 提示　因为处于非金属与金属分界线上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。 1．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的元素都分布在s区 C．元素周期表中ⅢB族到ⅡB族10个纵列的元素都是金属元素 D．基态原子的p能级上半充满的元素不一定位于p区 答案　C 解析　s区除H外均为金属元素，A项错误；He、Zn等虽然最外层电子数为2，但却不是s区元素，B项错误；元素周期表中ⅢB族～ⅡB族为过渡元素，全部为金属元素，C项正确。 2．下列关于元素在元素周期表中的位置以及元素原子的外围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4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．基态最外层电子排布式为4s1的元素一定属于ⅠA族 D．基态最外层电子排布式为ns2np1，该元素可能是ⅢA族或ⅢB族 答案　A 解析　氧元素的2p能级有4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ⅠA族，铜的最外层电子排布式为4s1，但铜属于ⅠB族，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．在研究原子核外电子排布与元素周期表的关系时，人们发现外围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5个区，如图所示。请回答下列问题： (1)在s区中，族序数最大、原子序数最小的元素，其原子的外围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，其常见离子的电子排布式为________________，其中较稳定的是________(填离子符号)。 (3)在ds区中，族序数最大、原子序数最小的元素，其原子的外围电子排布式为_________。 (4)在p区中，第2周期ⅤA族元素原子的外围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。 答案　(1)球形　(2)Fe2＋：1s22s22p63s23p63d6、Fe3＋：1s22s22p63s23p63d5　Fe3＋　(3)3d104s2 (4) (5)f 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，外围电子的电子云形状为球形。 (2)d区为ⅢB～ⅦB族(不包括镧系、锕系)、Ⅷ族，族序数最大且原子序数最小的元素为Fe，其常见离子为Fe2＋、Fe3＋，电子排布式分别为1s22s22p63s23p63d6、1s22s22p63s23p63d5，由离子的电子排布式可知Fe3＋的3d能级为半充满状态，其稳定性大于Fe2＋。 (3)符合条件的元素为Zn，其电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s2，外围电子排布式为3d104s2。 (4)符合题意的元素为N，其外围电子的轨道表示式为。 (5)铀和钚均为锕系元素，位于f区。 根据原子结构特征判断元素在元素周期表中的位置 电子排布式外围电子排布式 元素的分区 题组一　元素周期表 1．关于元素周期表中元素的分区，下列说法正确的是(　　) A．元素周期表的s区全部是金属元素 B．元素周期表的d区包含所有的过渡元素 C．过渡元素包括d区、f区和ds区的元素 D．p区元素都是非金属元素 答案　C 解析　s区中的H元素属于非金属元素，故A错误；d区包括ⅢB～ⅦB族(镧系和锕系除外)元素和Ⅷ族元素，ds区包括ⅠB族和ⅡB族元素，过渡元素包括了d区、f区和ds区的元素，故B错误、C正确；p区包括ⅢA～ⅦA族元素和0族元素，其中的铝、铅等都是金属元素，故D错误。 2．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 答案　D 解析　由题意推知，该元素的外围电子排布式为4s2，故该元素位于第4周期ⅡA族。 3．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，被广泛地应用于军事、医学等领域，号称“崛起的第三金属”。已知钛有48Ti、49Ti、50Ti等同位素，下列关于金属钛的叙述不正确的是(　　) 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4周期 C．钛的不同同位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 答案　C 解析　题给三种同位素原子中，中子数最小为26，故A项正确；Ti位于第4周期ⅣB族，属于d区元素，故B、D项正确；同种元素的不同同位素在周期表中的位置相同，故C项错误。 4．元素周期表中共有18纵列，第1列为碱金属元素(氢元素除外)，第18列为稀有气体元素，则下列说法正确的是(　　) A．第9列元素中没有非金属元素 B．第15列元素原子的最外层电子排布式是ns2np5 C．最外层电子排布式为ns2的元素一定在第2列 D．第11、12列为d区元素 答案　A 解析　A项，第9列为Ⅷ族，全部为金属元素；B项，第15列为ⅤA族，其元素原子的最外层电子排布式为ns2np3；C项，He的最外层电子排布式为1s2，在第18列；D项，第11、12列元素原子的外围电子排布式为(n－1)d10ns1～2，所以为ds区元素。 题组二　原子核外电子排布与元素周期表 5．元素周期表中27号元素钴的方格中注明“3d74s2”，由此可以推断(　　) A．Co2＋的电子排布式为[Ar]3d54s2 B．Co位于元素周期表中第9列 C．它位于元素周期表的第4周期ⅡA族 D．它的基态原子核外电子排布式为[Ar]4s2 答案　B 解析　27号元素钴原子核外有4个电子层，应位于元素周期表第4周期Ⅷ族、第9列，B正确，C错误；Co2＋的电子排布式为[Ar]3d7，A错误。 6．某元素的原子最外层电子数为2，外围电子数为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　某元素的最外层电子数为2，外围电子数为5，说明最外层电子数和外围电子数不相等，则外围电子应存在d能级电子，并且是同族中原子序数最小的元素，则可知应为第4周期元素，电子排布式为1s22s22p63s23p63d34s2，为第4周期ⅤB族元素，为V元素，位于d区。 7．下列关于原子结构及元素周期表的说法错误的是(　　) A．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的ds区 B．第3、4周期同主族元素的原子序数相差8或18 C．第4周期ⅡA族与ⅢA族元素的原子序数相差11 D．基态原子3d轨道上有5个电子的元素位于ⅥB族或ⅦB族 答案　A 解析　ⅡA族的镁和钙原子序数之差为8，ⅢA族的铝和镓原子序数之差为18，所以第3、4周期同主族元素的原子序数相差8或18，B正确；第4周期ⅡA族与ⅢA族元素相隔10种过渡金属元素，所以它们的原子序数相差11，C正确；基态原子3d轨道上有5个电子的元素，位于ⅥB族(3d54s1)或ⅦB族(3d54s2)，分别为铬元素和锰元素，D正确。 8．某化学学习小组在学习元素周期表和周期的划分时提出以下观点： ①元素周期表的形成是由原子的结构决定的； ②元素周期表中ⅠA族元素统称为碱金属元素； ③每一周期元素原子外围电子排布均是从ns1开始至ns2np6结束； ④元素周期表的每一周期元素的种类均相等； ⑤基态原子核外电子排布式为1s22s22p3和1s22s22p63s23p3的两元素位于同一周期； ⑥周期序数越大，该周期所含金属元素一般越多。 你认为正确的是(　　) A．①⑥ B．①②③⑤⑥ C．①④⑥ D．②③⑤ 答案　A 解析　ⅠA族元素除H元素外统称为碱金属元素，②错；第1周期元素原子外围电子排布从1s1开始至1s2结束，③错；不同周期元素的种类不一定相等，④错；⑤中的两元素位于同一主族，⑤错。 9．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，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 答案　A 解析　X元素的原子最外层电子排布为ns1，为ⅠA族元素，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；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，则Y和Z属于同一主族元素，所以Z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＋2价、＋4价或＋6价，X显＋1价。A项中Y的化合价为＋7价，不符合。 10．(2022·合肥高二期末)元素X、Y、Z在周期表中的相对位置如图所示。已知Y元素原子的外围电子排布式为nsn－1npn＋1，则下列说法不正确的是(　　) A．Y元素原子的外围电子排布式为4s24p4 B．Y元素位于周期表的第3周期ⅥA族 C．X元素所在周期中所含非金属元素种数最多 D．Z元素原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p3 答案　A 解析　Y元素原子的外围电子排布式为nsn－1npn＋1，s能级最多容纳2个电子，故n－1＝2，解得n＝3，故Y元素原子的外围电子排布式为3s23p4，Y为S元素，由X、Y、Z在周期表中的相对位置可知，X为F元素，Z为As元素。S元素原子的外围电子排布式为3s23p4，A错误；Y为S元素，处于第3周期ⅥA族，B正确；X为F元素，处于第2周期，该周期含非金属元素最多，C正确；Z为As元素，是33号元素，原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p3，D正确。 11．(2022·石家庄高二检测)下列说法正确的是(　　) A．3p能级有一个空轨道的基态原子和4p能级有两个未成对电子的基态原子一定属于同一族 B．基态原子核外电子全部在s能级上的有4种 C．最外层电子排布为ns2的元素都属于s区 D．最高正化合价与最低负化合价代数和为4的短周期元素的最高能级为2p 答案　B 解析　3p能级有一个空轨道(3p2)的基态原子和4p能级有两个未成对电子(4p2或4p4)的基态原子不一定属于同一族，例如Si和Se不是同一族元素，A错误；基态原子核外电子全部在s能级上的有4种，即H、He、Li、Be，B正确；最外层电子排布为ns2的元素不一定都属于s区，例如Zn位于ds区，C错误；最高正化合价与最低负化合价代数和为4的短周期元素是S，其最高能级为3p，D错误。 12．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．原子的外围电子排布为ns2np1～6的元素一定是主族元素 B．基态原子的p轨道上有5个电子的元素一定是ⅦA族元素 C．原子的外围电子排布为(n－1)d6～8ns2的元素一定位于ⅢB～ⅦB族 D．基态原子的N电子层上只有1个电子的元素一定是主族元素 答案　B 解析　0族元素原子的外围电子排布也符合ns2np1～6，所以不一定是主族元素，故A错误；基态原子的p轨道上有5个电子的元素外围电子排布为ns2np5，一定位于ⅦA族，故B正确；原子的外围电子排布为(n－1)d6～8ns2的元素为Ⅷ族元素，故C错误；基态原子的N电子层上只有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。 13．(2022·山东泰安高二期末)合成氨是人类科学技术发展史上的一项重大成就，是化学和技术对社会发展与进步的巨大贡献。 (1)原子中运动的电子有两种相反的自旋状态，若一种自旋状态用“＋”表示，与之相反的用“－”表示，称为电子的自旋磁量子数。对于基态的氮原子，其外围电子自旋磁量子数的代数和为______________________________________________________________________。 (2)铁触媒是普遍使用的以铁为主体的多成分催化剂，通常还含有Al2O3、K2O、CaO、MgO、Cr2O3等氧化物中的几种。 ①基态Cr原子的外围电子轨道表示式为________________________；第4周期ds区元素中，与基态Cr原子最外层电子数目相同的元素的元素符号为________。 ②上述氧化物所涉及的元素中，处于元素周期表中p区的元素有________(填元素符号)。 (3)我国科研人员研制出了M-LiH(M为Fe、Mn等金属)等催化剂，使得合成氨工业的温度、压强分别降到了350 ℃、1 MPa，这是近年来合成氨反应研究中的重要突破。 Mn在元素周期表中的位置为________，基态Mn原子未成对的电子数为________。 答案　(1)＋或－ (2) ①　Cu ②Al、O　(3)第4周期ⅦB族　5 解析　(1)基态氮原子电子排布式为1s22s22p3，则其外围电子自旋磁量子数的代数和为＋或－。(2)①Cr为24号元素，Cr原子的外围电子轨道表示式为；第4周期ds区元素中，铜的外围电子排布式为3d104s1，与基态Cr原子最外层电子数目相同。(3)基态Mn原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s2，故基态Mn原子未成对的电子数为5。 14．下表为元素周期表的一部分，其中的编号代表对应的元素。 请回答下列问题： (1)表中属于d区的元素是________(填序号)。 (2)表中元素①的6个原子与元素③的6个原子形成的某种环状物名称为________。 (3)某元素的电子排布式为nsnnpn＋1，该元素原子的核外最外层电子数为________。 答案　(1)⑨　(2)苯　(3)5 解析　(2)元素①是氢元素，元素③是碳元素，依题意，形成的环状物是苯。 (3)由电子排布式nsnnpn＋1可知，n＝2，该元素为N元素，原子核外最外层电子数为5。 15．已知元素周期表中共有18个纵列，下表实线表示元素周期表的边界。按电子排布，可把周期表里的元素划分为s区、p区、d区、ds区等。除ds区外，其他区的名称来自按构造原理最后填入电子的能级符号。 (1)请在上表中用实线画出s区、p区、d区、ds区的边界线，并分别用阴影和表示d区和ds区。 (2)有的同学受这种划分的启发，认为d区内的6、7纵列的部分元素可以排在另一区，你认为应排在______区。 (3)请在元素周期表中用元素符号标出4s轨道半充满状态的元素。 答案　(1) (2)ds (3)见上表 16．有A、B、C、D、E、F、G七种元素，除E为第4周期元素外其余均为短周期元素。A、E、G位于元素周期表的s区，其余元素位于p区，A、E的原子外围电子排布相同，A的原子中没有成对电子；B元素基态原子中电子占据三种能量不同的原子轨道，且每种轨道中的电子总数相同；C元素原子的外围电子排布式为nsnnpn＋1；D元素单质的氧化性在同周期主族元素的单质中排第二位；F的基态原子核外成对电子数是单电子数的3倍；G的基态原子的电子占据两种形状的原子轨道，且两种形状轨道中的电子总数均相同。回答下列问题： (1)写出下列元素的符号：D______，G______。 (2)E元素位于________族。 (3)写出元素C的电子排布式：________。 (4)B的原子结构示意图为________。 (5)基态A原子中含有的未成对电子数为______。 答案　(1)S　Mg　(2)ⅠA　(3)1s22s22p3 (4)　(5)1 解析　A、B、C、D、E、F、G七种元素，除E为第4周期元素外其余均为短周期元素，A、E、G位于元素周期表的s区，A、E的原子外围电子排布相同，A的原子中没有成对电子，则A为H元素，E为第4周期ⅠA族元素，即E为K元素；B、C、D、F元素位于p区，C元素原子的外围电子排布式为nsnnpn＋1，n＝2时符合，则C为N元素；B元素基态原子中电子占据三种能量不同的原子轨道且每种轨道中的电子总数相同，电子排布式为1s22s22p2，则B为C元素；D元素单质的氧化性在同周期主族元素的单质中排第二位，则D为S或O元素；F的基态原子核外成对电子数是单电子数的3倍，且为短周期元素，其电子排布为1s22s22p4，即F为O元素，则D只能为S元素；G的基态原子的电子占据两种形状的原子轨道，且两种形状轨道中的电子总数相同，G位于元素周期表的s区，则G原子的电子排布式为1s22s22p63s2，则G为Mg元素。 学科网（北京）股份有限公司 $$