第1章 第2节 课时1 原子结构与元素周期表-【正禾一本通】2024-2025学年高中化学选择性必修2同步课堂高效讲义教师用书（人教版2019 单选）

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 学习目标 素养解读 1.知道元素周期表中分区、周期和族的元素原子核外电子排布特征。 2．能从原子价层电子数目和价层电子排布的角度解释元素周期表的分区、周期和族的划分 1.通过辨识原子结构及价层电子排布与元素在周期表中的位置之间的关系，形成“结构决定性质”的观念。 2．认识周期表中各区及元素周期表的规律，培养学生的证据推理与模型认知能力 任务一　元素周期律、元素周期系和元素周期表 【情境诱思】 门捷列夫发现了元素周期律并根据元素周期律编制了第一个元素周期表。不同时期、不同形式的元素周期表，展示了人们研究元素周期律所付出的艰辛努力。据此推测不同形式的元素周期表的实质是什么？ 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 提示：不同形式的元素周期表都是元素周期律的具体体现。 1．元素周期律 元素的性质随原子序数递增而呈周期性的变化。 2．元素周期系 元素按其原子序数递增排列的序列称为元素周期系。 3．元素周期表 呈现元素周期系的表格。 4．三者关系 元素周期表能体现元素周期律，元素周期系只有一个，但元素周期表多种多样。 【易错辨析】 1．元素周期律是揭示元素性质随核电荷数递增而呈现周期性变化的规律(√) 2．元素周期表是元素周期律的具体表现形式(√) 3．元素周期表和元素周期系均有多种形式(×) 任务二　构造原理与元素周期表 【情境诱思】 钴在高温下能够保持较高的强度，并且具有较低的导热性和导电性以及较强的铁磁性。钴元素基态原子的电子排布式为[Ar]3d74s2，推断其在元素周期表中的位置。 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 提示：由[Ar]3d74s2可知该元素位于第四周期，又由价层电子数为9知其位于第四周期第9纵列，为第Ⅷ族元素。 1．核外电子排布与元素周期系的基本结构 (1)核外电子排布可以解释元素周期系中每个周期的元素数。 第一周期 从1s1开始，以1s2结束，只有两种元素 其余各周期 从ns能级开始，以np结束，而从ns能级开始以np结束递增的核电荷数(或电子数)就等于每个周期里的元素数 (2)电子排布与周期划分 周期 价层电子排布 最外层最多容纳电子数 各周期增加的能级 元素种数 第ⅠA族 0族 一 1s1 1s2 2 1s 2 二 2s1 2s22p6 8 2s、2p 8 三 3s1 3s23p6 8 3s、3p 8 四 4s1 4s24p6 8 4s、3d、4p 18 五 5s1 5s25p6 8 5s、4d、5p 18 六 6s1 6s26p6 8 6s、4f、5d、6p 32 七 7s1 7s27p6 8 7s、5f、6d、7p 32 2.元素在周期表中的位置与元素原子的结构、性质间的关系 (1)在元素周期表中，同族元素价层电子数相同，这是同族元素性质相似的结构基础。 (2)从第四周期开始的长周期，比短周期多出的元素全部是金属元素，这是因为它们的最外层电子数始终不超过2，即为ns1～2(Pd除外)。 【易错辨析】 1．价层电子一定是最外层电子(×) 2．元素的价层电子数一定等于其所在族的族序数(×) 3．同一族元素的价层电子数一定相同(×) 4．基态原子的N层上只有一个电子的元素，一定是第ⅠA族元素(×) 5．基态原子的价层电子排布式为(n－1)d6～8ns2的元素一定是过渡元素(√) 分析下面元素周期表的轮廓图，思考并回答问题。 问题1：为什么第一周期结尾元素的电子排布跟其他周期的不同？ 提示：因为第一周期只有1s一个能级，最多可容纳2个电子，而其他周期结尾元素的最外层有ns、np两个能级，最多可排8个电子，所以第一周期结尾元素的电子排布跟其他周期不同。 问题2：元素周期表共有多少个纵列？同列元素的价层电子数是否相等？ 提示：元素周期表共有18个纵列；0族元素中He的价层电子数与其他稀有气体元素的不同，其他纵列同一族的价层电子数是相等的(镧系、锕系元素除外)。 问题3：价层电子排布为5s25p1的元素，在元素周期表中处于什么位置？据此分析元素的价层电子排布与元素在周期表中的位置有何关系？ 提示：该元素位于第五周期第ⅢA族。元素最高能层序数＝周期序数，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。 【要点归纳】 1．元素的价层电子排布 (1)主族元素的价层电子为该元素原子的最外层电子，如碱金属元素原子的价层电子排布为ns1。副族元素的价层电子与其最外层电子和次外层电子有关(镧系、锕系元素还与次次外层的f电子有关)，如铁元素的价层电子排布式为3d64s2。 (2)元素的价层电子数不一定等于其所在族的族序数，要考虑过渡元素。 (3)同一族元素的价层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族中部分元素的价层电子排布也不相同。 2．核外电子排布与族的关系 (1)主族元素 主族元素的族序数＝原子的最外层电子数。同主族元素原子的价层电子排布相同，价层电子全部排布在ns或ns2np能级上(如表所示)。 主族序数 ⅠA ⅡA ⅢA ⅣA ⅤA ⅥA ⅦA 价层电子排布 ns1 ns2 ns2np1 ns2np2 ns2np3 ns2np4 ns2np5 当主族元素原子的价层电子全部失去或偏离时，表现出该元素的最高正价(O、F除外)。 (2)稀有气体元素的价层电子排布为ns2np6(He为1s2)。 (3)过渡元素同一纵列原子的价层电子排布基本相同(如表所示)。 族序数 价层电子排布 ⅢB (n－1)d1ns2(镧系、锕系除外) ⅣB (n－1)d2ns2 …… …… ⅦB (n－1)d5ns2 …… …… ⅠB (n－1)d10ns1 ⅡB (n－1)d10ns2 ①第ⅢB～ⅦB族可失去ns和(n－1)d能级上的全部电子，所以，最高正价数＝族序数。 ②第Ⅷ族可失去最外层的s电子和次外层的部分(n－1)d电子，其最高正价一般低于族序数，只有Ru和Os可表现出＋8价。 ③第ⅠB族可失去ns电子和部分(n－1)d电子，所以第ⅠB族的族序数<最高正价；第ⅡB族只失去ns2电子，第ⅡB族的族序数＝其最高正价。 3．根据原子结构特征判断元素在元素周期表中的位置 原子序数电子排布式价层电子排布式元素的分区周期、族序数 【典例分析】 【典例1】 具有下列电子层结构的原子或离子，其对应元素一定属于同一周期的是(　　) A．两种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能级上有一个未成对电子的原子 C．最外层电子排布式为2s22p6的原子和最外层电子排布式为2s22p6的离子 D．原子核外的M层上的s能级和p能级都填满了电子，而d轨道上尚未排有电子的两种原子 解析：选B。电子层上全部都是s电子的原子核外电子排布式有1s1、1s2、1s22s1、1s22s2，显然不一定属于同一周期，故A错误。3p能级上只有1个空轨道的原子为硅，3p能级上只有1个未成对电子的原子为铝或氯，属于同一周期。最外层电子排布式为2s22p6的原子为Ne，最外层电子排布式为2s22p6的离子为O2-、F－、Na＋、Mg2+、Al3+，不一定属于同一周期。M层上的s轨道和p轨道都填满了电子，而d轨道上尚未有电子的原子有Ar(1s22s22p63s23p6)、K(1s22s22p63s23p64s1)、Ca(1s22s22p63s23p64s2)，不一定属于同一周期。 【对点练】 1.下列说法正确的是(　　) A．最外层电子排布式为ns2的基态原子所对应元素一定位于第ⅡA族 B．最外层电子排布式为ns1的基态原子所对应元素一定是金属元素 C．过渡元素的原子一定都有d轨道电子 D．基态原子价电子排布式为nsnnpn的元素一定是金属元素 解析：选C。最外层电子排布式为ns2的基态原子所对应元素可能是He(1s2)，也可能是第ⅡB族元素[(n－1)d10ns2]等，不一定是第ⅡA族元素，故A错误。最外层电子排布式为ns1的基态原子所对应元素中最特殊的是H，H不是金属元素，其他最外层电子排布式为ns1的基态原子所对应元素都是金属元素，B错误。价电子排布式符合nsnnpn的元素只有n＝2这一种情况，该元素的价电子排布式为2s22p2，是碳元素，是非金属元素，D错误。 任务三　元素周期表的分区 　　　　　　　　　　　　　　　　 【情境诱思】 下表是元素周期表的分区，观察并思考原子结构与元素周期表分区的关系，回答相关问题。 元素周期表划分区的依据是什么？区的名称与电子的能级符号之间有什么关系？ 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 提示：依据是原子的价层电子排布。区的名称来自按构造原理最终填入电子的能级的符号(除ds区外)。ds区可理解为先填满了(n－1)d能级而后再填充ns能级，因而得名ds区。 1．核外电子排布与元素周期表的分区 (1)依据 按电子排布式中最后填入电子的能级的符号可将元素周期表分为s、p、d、f四个区；第ⅠB族、第ⅡB族这2个纵列的元素的核外电子可理解为先填满了(n－1)d能级而后再填充ns能级，因而得名ds区。 (2)图示 2．对角线规则 (1)概念：在元素周期表中，某些主族元素与右下方的主族元素的有些性质是相似的，这种相似性被称为对角线规则。 (2)图示： [拓展] 对角线规则示例 锂与钠虽属同一主族，但锂与钠的性质相差较远，而锂的化学性质与镁更相似。如 ①锂和镁在O2中燃烧，并不生成过氧化物，都只生成氧化物(Li2O、MgO)。 ②锂和镁都能直接与N2反应生成氮化物(Li3N、Mg3N2)。 ③锂和镁的氢氧化物在加热时都可分解生成氧化物(Li2O、MgO)和H2O。 ④锂和镁的碳酸盐均不稳定，受热均能分解生成相应氧化物和CO2。 ⑤含锂和镁的某些盐，如碳酸盐、磷酸盐等均难溶于水。 有的同学认为元素周期表第6、7纵列(d区)的部分元素可以排在另一区，你认为可以排在哪一区？为什么？ 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 提示：对于24号元素，其核外价电子排布根据构造原理应该是3d44s2，而实际上是3d54s1，原因是能量相同的轨道处于全空、全充满和半充满状态时能量较低，而29号元素也正是因为这一点排成3d104s1，而不是3d94s2，故将29号、30号元素所在纵列归为ds区。所以有的同学认为元素周期表第6、7纵列的部分元素可以排在ds区。 【要点归纳】 1．各区元素的特点 分区 包括的元素 价层电子排布 化学性质 s区 第ⅠA、ⅡA族 ns1～2 除氢外，都是活泼金属元素(碱金属和碱土金属元素) p区 第ⅢA～ⅦA族、0族 ns2np1～6(除He外) 随着最外层电子数目的增加，非金属性增强，金属性减弱 d区 第ⅢB～ⅦB(镧系和锕系除外)、第Ⅷ族 (n－1)d1～9ns1～2 (除Pd外) 均为过渡金属，由于d轨道都未充满电子，因此d轨道可以不同程度地参与化学键的形成 ds区 第ⅠB、ⅡB族 (n－1)d10ns1～2 均为过渡金属，d轨道已充满电子，因此d轨道一般不再参与化学键的形成 f区 镧系、锕系 (n－2)f0～14(n－1)d0～2 ns2 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.根据元素金属性与非金属性划分元素周期表 (1)金属元素和非金属元素的分界线为沿B、Si、As、Te、At与Al、Ge、Sb、Po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右上角位置，金属性较强的元素处于元素周期表的左下角位置。 (2)金属与非金属交界处元素的性质特点 兼有金属和非金属的性质，位于此处的元素(如硼、硅、锗、砷、锑等)常被称为类金属或半金属(一般可用作半导体材料)。 (3)处于d区、ds区和f区的元素全部是金属元素；s区的元素除氢外，也全部是金属元素。 【典例分析】 【典例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第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4s1，一定属于第ⅠA族 D．最外层电子排布式为ns2np1，该元素可能是第ⅢA族或第ⅢB族 解析：选A。铜位于第四周期第ⅠB族，属于ds区元素，故A正确；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，该元素不一定位于第ⅠA族，如铜的最外层电子排布式为4s1，但铜属于第ⅠB族，故C错误；最外层电子排布式为ns2np1，该元素位于第ⅢA族，故D错误。 【对点练】 2.(2024·山西大同高二期中)科学家用48Ca原子轰击镕的一种同位素原子产生了一种超重元素Ts，其反应可表示为Ca＋Bk―→Ts＋3n，下列说法不正确的是(　　) A．上述反应中共有4种核素 B．48Ca核内中子数为28 C．Ts位于周期表中的p区 D．元素Ts所在的周期共有32种元素 解析：选A。n为质子数为零、质量数为1的中子，不属于核素，A错误；Ca表示质子数为20、质量数为48的钙原子，所以其中子数为28，B正确； Ts位于周期表第ⅦA族，即属于p区，C正确； Ts位于周期表第七周期第ⅦA族，该周期有32种元素，D正确。 3．(1)在s区中，族序数最大、原子序数最小的元素，原子的价层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________(填离子符号)。 (3)在ds区中，族序数最大、原子序数最小的元素，原子的价层电子排布式为________。 (4)在p区中，第二周期第ⅤA族元素原子价层电子轨道表示式为______________。 (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)符合条件的元素为Be，其电子排布式为1s22s2，价层电子的电子云形状为球形。 (2)d区族序数最大且原子序数最小的元素为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+。 答案：(1)球形 (2)Fe2+：1s22s22p63s23p63d6，Fe3+：1s22s22p63s23p63d5　Fe3+　(3)3d104s2　(4)　(5)f 课堂加练·课后检测 　　　　　　　　　　　　　　　　 【课堂加练题组】 1．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．第一至六周期，周期序号越大，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．第ⅠB族元素的族序数小于元素的最高正价，因为第ⅠB族元素可失去部分(n－1)d电子 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。 2．已知基态R2+的核外电子排布式为[Ar]3d7，则有关R元素的说法错误的是(　　) A．质子数为27 B．在周期表中位于第ⅡB族 C．在周期表中处于d区 D．属于过渡金属元素 解析：选B。基态R2+的核外电子排布式为[Ar]3d7，则基态R原子的核外电子排布式为[Ar]3d74s2，R为Co元素。 3．(2024·天津高二检测)某元素原子价电子排布式为3d54s2，下列说法正确的是(　　) A．该元素位于周期表s区 B．该元素的最高化合价为＋2价 C．该元素位于第四周期第ⅤB族 D．该元素的某种氧化物可用作催化剂 解析：选D。价电子排布式为3d54s2，该元素有4个电子层，价电子数为7，为Mn，属于周期表d区，A错误；Mn价电子数为7，最高化合价为＋7价，B错误；该元素位于第四周期第ⅦB族，C错误；二氧化锰可用作过氧化氢分解、氯酸钾分解的催化剂，D正确。 4．仔细观察如图，回答下列问题： (1)B的原子结构示意图为_____________，B元素位于元素周期表的第______周期第______族。 (2)铍的最高价氧化物的水化物是________(填“酸性”“碱性”或“两性”)化合物，证明这一结论的有关离子方程式是________________________________________________。 (3)根据元素周期律知识，硼酸酸性比碳酸____________，理由是________________。 (4)根据Mg在空气中的燃烧情况，Li在空气中燃烧生成的产物为______(用化学式表示)。 答案：(1)　二　ⅢA　(2)两性　Be(OH)2＋2OH－===[Be(OH)4]2-、Be(OH)2＋2H＋===Be2+＋2H2O　(3)弱　硼的非金属性比碳弱 (4)Li2O、Li3N 学科网（北京）股份有限公司 $$