3 第1章 第2节 第2课时 核外电子排布与元素周期表-【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（鲁科版2019 双选）

第2课时　核外电子排布与元素周期表 [素养发展目标]　1.知道元素周期表中元素按周期划分的原因，族的划分与原子中价电子数目和价电子排布的密切关系。　2.能够从原子结构的量子力学模型理解元素周期律和元素周期表的建立依据。 一、核外电子排布与周期的划分 1．鲍林近似能级图 特点： (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大，同一能级组内能级之间的能量差较小。 2．价电子 (1)定义：最外能级组中有可能参与化学反应的电子称为价电子。 (2)规律：主族元素原子的价电子数等于族序数；过渡元素的价电子除了最外层电子外，还包括次外层的部分电子，甚至倒数第三层的电子。 (3)为了便于研究元素性质与核外电子间的关系，人们常常只表示出原子的价电子排布，如Fe原子的价电子排布式为3d64s2。 二、核外电子排布与族和区的划分 1．核外电子排布与族的划分 (1)族的依据 族的划分主要取决于原子的价电子数目和价电子排布。 学生用书↓第9页 (2)主族元素与副族元素(以第四周期为例)价电子排布 主族元素 副族元素(第四周期) 族序数 价电子排布 价电子数 元素 族序数 价电子排布 价电子数 ⅠA ns1 1 Sc ⅢB 3d14s2 3 ⅡA ns2 2 Ti ⅣB 3d24s2 4 ⅢA ns2np1 3 V ⅤB 3d34s2 5 ⅣA ns2np2 4 Cr ⅥB 3d54s1 6 ⅤA ns2np3 5 Mn ⅦB 3d54s2 7 ⅥA ns2np4 6 Cu ⅠB 3d104s1 11 ⅦA ns2np5 7 Zn ⅡB 3d104s2 12 2．核外电子排布与区的划分 (1)分区标准 按电子排布，可把元素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轨道能级符号。 (2)核外电子排布与区的划分 分区 族序数 价电子排布 s区 ⅠA、ⅡA ns1～2 p区 ⅢA～ⅦA、0族 ns2np1～6(氦除外) d区 ⅢB(除镧系、锕系外)～ⅦB、Ⅷ (n－1)d1～9ns1～2(钯除外) ds区 ⅠB、ⅡB (n－1)d10ns1～2 f区 镧系、锕系 (n－2)f0～14(n－1)d0～2ns2 1．下列是某些元素基态原子的电子排布式，其中表示第3周期元素的是(　　) A．1s22s1　　　　　　　 B．1s22s22p5 C．1s22s22p63s2 D．1s22s22p63s23p64s1 C　[元素所在的周期数与最高电子层序数n有关，原子的核外电子的最高电子层序数为n时，该元素属于第n周期。故第3周期元素的最高电子层序数为3。] 2．已知某些元素在周期表中的位置如图所示： 下列说法正确的是(　　) A．表中五种元素位于5个不同的区 B．元素4的基态原子的价电子排布式为3d104s2，与它具有相同最外层电子数的元素只可能处于ds区 C．元素1、2、3的基态原子中，未成对电子数之比为1∶3∶5 D．元素5的原子结构示意图为 D　[H在s区；O、Ge在p区；Mn在d区；Zn在ds区，表中五种元素位于4个不同的区，A说法错误；元素4为Zn，其基态原子的价电子排布式为3d104s2，最外层电子排布为4s2，与它具有相同最外层电子数的元素可能处于ds区或s区、d区，B说法错误；元素1、2、3的基态原子中，未成对电子数分别为1、2、5，比值为1∶2∶5，C说法错误；元素5为Ge，核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p2，则原子结构示意图为，D说法正确。] 探究一　元素周期表中元素所在的周期与族的判断 玛丽·居里出生于波兰，毕业于巴黎大学，是著名物理学家、化学家，放射性研究的先驱者，世称“居里夫人”。她发现了放射性元素钋(Po)和镭(Ra)，成为世界首位两获诺贝尔奖的人。钋元素为主族元素，其原子的价电子排布式为6s26p4。 1．由钋元素的价电子排布式判断其属于哪一周期的元素？ 提示：电子层数＝周期数，因此钋元素为第六周期元素。 2．由钋元素的价电子排布式判断其属于哪一主族的元素？ 提示：主族元素的价电子数＝主族序数，因此钋元素为ⅥA族元素。 学生用书↓第10页 3．最外层电子排布式为ns2的基态原子对应元素一定位于ⅡA族吗？ 提示：不一定，比如He(1s2)，或者是副族或第Ⅷ族的某些过渡元素。 1．核外电子排布与周期的划分 周期与量子数n(电子层数)有关。最外层电子所在轨道处于第n电子层时，该原子所属元素通常属于第n周期。 2．核外电子排布与族的划分 (1)价电子排布与族序数之间的关系 价电子排布与族序数之间的关系可以按电子填充顺序，由最后一个电子所进入轨道的情况确定，一般来说具体情况如下： ①进入ns(ns1～2，He除外)，为ⅠA族、ⅡA族元素 ②进入np ④进入(n－2)f，为ⅢB族元素 (2)有关规律 ①主族元素原子的最外层电子数即价电子数等于其族序数； ②ⅢB～ⅦB族(镧系、锕系除外)元素原子的价电子数等于其族序数。 1．某元素原子基态的价电子排布为3d74s2，它在元素周期表中的位置是(　　) A．第3周期第ⅡB族　　 B．第4周期第ⅡB族 C．第4周期第ⅦB族 D．第4周期第Ⅷ族 D　[n＝4即为第4周期，次外层未满不是主族元素，价电子数为9，属于Ⅷ族。] 探究二　核外电子排布与元素周期表的分区 按矿泉水特征组分达到国家标准的主要类型分为九大类：①偏硅酸矿泉水；②锶矿泉水；③锌矿泉水；④锂矿泉水；⑤硒矿泉水；⑥溴矿泉水；⑦碘矿泉水；⑧碳酸矿泉水；⑨盐类矿泉水。国家标准中规定的九项界限指标包括锂、锶、锌、硒、溴化物、碘化物、偏硅酸、游离二氧化碳和溶解性总固体，矿泉水中必须有一项或一项以上达到界限指标的要求，其要求含量分别为(单位：mg·L－1)：锂、锌、碘化物均≥0.2，硒≥0.01，溴化物≥1.0，偏硅酸≥25，游离二氧化碳≥250和溶解性总固体≥1 000。 问题：填写下表中元素的价电子排布式及分区。 元素名称 价电子排布式 分区 硅 锶 锂 硒 溴 碘 碳 提示： 元素名称 价电子排布式 分区 硅 3s23p2 p 锶 5s2 s 锂 2s1 s 硒 4s24p4 p 溴 4s24p5 p 碘 5s25p5 p 碳 2s22p2 p 学生用书↓第11页 各区元素化学性质及原子价电子排布特点 包括的元素 价电子排布 化学性质 s区 ⅠA族、ⅡA族 ns1～2(最后的电子填充在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族、0族 ns2np1～6(氦除外，最后的电子填充在np上) 最外层电子参与反应，随着最外层电子数目的增加，元素非金属性增强，金属性减弱(0族除外) d区 ⅢB～ⅦB族(镧系、锕系除外)、Ⅷ族 (n－1)d1～9ns1～2[Pd除外，最后的电子填充在(n－1)d上] 均为过渡金属元素，由于(n－1)d轨道都未充满电子，因此(n－1)d轨道上的电子可以不同程度地参与化学键的形成(Pd除外) ds区 ⅠB族、ⅡB族 (n－1)d10 ns1～2[(n－1)d全充满] 均为过渡金属元素，(n－1)d轨道已充满电子，因此(n－1)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．(2022·陕西咸阳月考)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、ds区和f区的元素 D．p区元素都是非金属元素 C　[元素周期表的s区不全部是金属元素，比如H，故A错误；过渡元素包括d区、ds区和f区的元素，因此元素周期表的d区仅是过渡元素中一部分，故B错误，C正确；p区元素不都是非金属元素，比如Pb，故D错误。] 1．某元素的最外层电子数为2，价电子数为5，并且该元素是同族中原子序数最小的元素。下列关于该元素的判断错误的是(　　) A．该元素原子的价电子排布式为3d34s2 B．该元素为Ⅴ C．该元素属于ⅢA族元素 D．该元素属于过渡元素 C　[主族元素的最外层电子数＝价电子数，而题给元素的最外层电子数为2，价电子数为5，所以该元素不属于主族元素，而属于过渡元素，又因其是同族中原子序数最小的元素，所以在第4周期，其价电子排布式为3d34s2，为ⅤB族元素Ⅴ。] 2．下列说法正确的是(　　) A．s区、d区、ds区都是金属元素 B．p区都是主族元素 C．所有族中ⅢB族中元素种类最多 D．最外层电子数为2的元素都分布在s区 C　[氢元素位于s区，氢元素属于非金属元素，所以s区的元素不全是金属元素，d区、ds区都是金属元素，故A错误；稀有气体也是在p区，是0族元素，故B错误；ⅢB族存在镧系、锕系，含有32种元素，所有族中ⅢB族中元素种类最多，故C正确；ⅡB族最外层电子数为2，在ds区，不在s区，故D错误。] 3．已知下列元素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．3s23p3　　　　　　　 B．4s2 C．4s24p1 D．3s23p5 B　[最外层电子排布式为3s23p3的是P元素，属于主族元素，故A错误；最外层电子排布式为4s2的不一定是主族元素，如Fe、Zn等过渡元素，故B正确；最外层电子排布式为4s24p1的是Ga元素，位于ⅢA族，属于主族元素，故C错误；最外层电子排布式为3s23p5的是Cl，属于主族元素，故D错误。] 4．原子结构与元素周期表存在着内在联系。根据已学知识，请回答下列问题： (1)指出31号元素镓(Ga)在元素周期表中的位置：______周期________族。 (2)X原子在第二电子层上只有一个空轨道，则X是______；其轨道表示式为________________________________________________________________________。 (3)被誉为“21世纪的金属”钛(Ti)元素原子的价电子排布式为____________________。 (4)写出原子序数最小的Ⅷ族元素原子的核外电子排布式：_______________________。 (5)写出3p轨道上有2个未成对电子的元素符号：________。 解析：　(1)31号元素电子排布式为4s24p1，位于第4周期ⅢA族。(2)X原子的电子排布式为1s22s22p2，为碳元素。(3)钛为22号元素，其价电子排布式为3d24s2。(4)此元素为铁元素。(5)此元素3p轨道上的轨道表示式为或，故是硅或是硫元素。 答案：　(1)4　ⅢA (2)C(或碳)　 (3)3d24s2　(4)1s22s22p63s23p63d64s2 (5)Si或S 课时作业(三)　核外电子排布与元素周期表 (本栏目内容，在学生用书中以独立形式分册装订！) 一、选择题(本题共8小题，每小题只有一个选项符合题意) 1．某元素位于周期表中第4周期ⅤA族，则该元素的名称和价电子排布式均正确的是(　　) A．砷　4s24p3　　　　　　 B．溴　4s24p5 C．磷　4s24p3 D．锑　5s25p3 A　[由于该元素为主族元素，价电子数＝主族序数，故价电子数为5，排除B项。又因周期数＝电子层数，排除D项。由元素在周期表中的位置可知，元素的价电子排布式为4s24p3，电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p3，为33号元素砷，故A项正确。] 2．核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s2的元素是(　　) A．稀有气体 B．过渡元素 C．主族元素 D．卤族元素 B　[由3d54s2知该元素位于第4周期ⅦB族，属于过渡元素。] 3．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 D　[＋2价离子比原子少2个电子，因此原子的电子排布式为1s22s22p63s23p64s2，在ⅡA族。] 4．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3周期Ⅷ族，p区 B．第3周期ⅤB族，ds区 C．第4周期Ⅷ族，d区 D．第4周期Ⅴ族，f区 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4周期Ⅷ族，位于d区。] 5．元素周期表中铋元素的数据如图，下列说法不正确的是(　　) A．该元素为第ⅤA族元素 B．该元素为第6周期，p区元素 C．铋原子6p能级中6px、6py、6pz轨道上各有一个电子 D．铋原子最外层有5个能量相同的电子 D　[根据图中信息确定原子序数为83，为第6周期第ⅤA族元素，相对原子质量为209.0。根据电子排布的规律在6p能级上先占据不同原子轨道，所以铋原子6p能级中6px、6py、6pz轨道上各有一个电子。最外层电子能量不同(s和p)。] 6．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．d区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 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ⅡB族元素[(n－1)d10ns2]等，不一定是ⅡA族元素，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nsl的基态原子所对应元素都是金属元素，B错误；d区元素原子的价电子排布式为(n－1)d1～9ns1～2(钯为4d10)，原子的核外电子最后排布在(n－1)d上，C正确；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。] 7．根据下列微粒的最外层电子排布，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 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，为Ne元素，可确定其在元素周期表中的位置；D项中n可能为2、3、4、5、6、7。] 8．已知元素原子的下列结构或性质，能确定其在周期表中位置的是(　　) A．某元素原子的第二电子层轨道表示式为 B．某元素在某种化合物中的化合价为＋4 C．某元素的原子最外层上电子数为6 D．某元素的原子价电子排布式为5s25p1 D　[A中只能说明该元素的L层有8个电子，无法确定其在周期表中的位置；B中某些非金属元素有多种化合价，＋4价不一定是其最高化合价，无法确定；C中根据最外层电子数只能确定族序数，无法确定周期数；D可确定该元素在第5周期第ⅢA族。] 二、选择题(本题包括4小题，每小题有一个或两个选项符合题意) 9．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4周期 C．钛的不同核素在周期表中处于不同的位置 D．钛元素最外层电子排布为4s2，因此该元素属于s区元素 CD　[48Ti、49Ti、50Ti等核素的中子数分别为26、27、28，故A正确；22Ti的价电子排布式为3d24s2，因此钛是第4周期d区的过渡元素，故B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，故C不正确；由于该元素的价电子排布为3d24s2，最后一个电子在d轨道，因此属于d区元素，故D不正确。] 10．元素周期表共有18个纵列，从左到右排为1～18列，即碱金属是第一列，稀有气体是第18列。按这种规定，下列说法正确的是(　　) A．第9列元素中不完全是金属元素 B．第15列元素的原子最外层电子的排布式为ns2np3 C．最外层电子数为ns2的元素都在第2列 D．第10、11列为ds区的元素，形成化合物种类最多的元素在第14列 B　[第9列元素为Ⅷ族元素，全部属于金属元素，A项错误；第15列为第ⅤA族元素，其最外层电子的排布式为ns2np3 ，B项正确；最外层电子数为ns2的元素除第ⅡA族(第2列)外，还有He以及部分过渡金属元素，C项错误；ds区元素是第11、12列元素，D项错误。] 11．主族元素最外层电子排布式为ns1的元素X与最外层电子排布式为msm－1mpm＋2的元素Y形成化合物Z，下列说法正确的是(　　) A．Z可表示为XY B．熔融状态的Z一定导电 C．Z的水溶液用Pt电极电解时，溶液的pH升高 D．Z的水溶液为中性 AC　[X原子的最外层电子排布式为ns1，所以X原子是ⅠA族的元素，Y最外层电子排布式为3s23p5，为Cl元素，所以X与元素Y形成化合物Z可表示为XY，可以是HCl、NaCl、KCl等，故A正确；熔融状态的HCl不导电，故B错误；用惰性电极电解盐酸或者氯化钠或者氯化钾溶液时，溶液的pH均升高，故C正确；当Z为HCl时，溶液为酸性，若为NaCl或KCl时水溶液才为中性，故D错误。] 12．下列各组中的X和Y两种原子，在周期表中一定位于同一族的是(　　) A．X原子和Y原子最外层都只有一个电子 B．X原子的核外电子排布式为1s2，Y原子的核外电子排布式为1s22s2 C．X原子2p能级上有三个电子，Y原子3p能级上有三个电子 D．X原子核外M层上仅有两个电子，Y原子核外N层上也仅有两个电子 C　[A项，最外层只有一个电子的不一定在同一族，如Na和Cu的最外层都是一个电子，但是Na在ⅠA族，而Cu在ⅠB族，错误；B项，X原子是He，在0族，Y原子是Be，在ⅡA族，错误；D项，X原子核外M层上仅有两个电子，X是镁原子，在ⅡA族，N层上也仅有两个电子的原子除了ⅡA族的钙原子，还有锌、铁等原子，错误。] 三、非选择题(本题包括3小题) 13．请完成下列各题的填空： (1)氢化钠(NaH)电子式为________________，氢负离子的离子结构示意图为________________。 (2)元素X的最外层电子数是次外层电子数的2倍，该元素名称是________，该元素核外电子排布式为________________，该元素的价电子轨道表示式为________________________________________________________________________。 (3)前4周期元素中，未成对电子数为5的元素符号是________，该元素在周期表中的位置为第____周期________族，________区。 (4)C、N、O三种元素和氢原子共同组成的离子化合物的化学式为________________。 解析：　(1)NaH是离子化合物，阴离子是H－，NaH的电子式为Na＋[∶H]－，氢负离子的离子结构示意图为。(2)原子核外电子的排列情况是：第一层只能排2个电子，第二层只能排8个电子，最外层不能超过8个电子，由某元素的原子最外层电子数是次外层电子数的2倍，所以该元素核外电子只能有两层，第一层是2，第二层是4，所以质子数是6，X是碳元素，核外电子排布式为1s22s22p2，价电子轨道表示式为。(3)前4周期元素中，未成对电子数为5即价电子排布式为3d54s2，原子序数为25即为Mn，该元素在周期表中的位置为第4周期ⅦB族，d区。(4)C、O、N三种元素和氢原子共同组成的离子化合物的化学式为NH4HCO3[或(NH4)2CO3]。 答案：　Na＋[∶H]－　　(2)碳　1s22s22p2 (3)Mn　4　ⅦB　d (4)NH4HCO3[或(NH4)2CO3] 14．某元素的最外层电子数为2，价电子数为5，并且是同族中原子序数最小的元素，该元素是墨西哥矿物学家节烈里瓦在含有钒的铅试样中首先发现的。由于这种新元素的盐溶液在加热时呈现鲜艳的红色，所以被取名为“爱丽特罗尼”，即“红色”的意思。 (1)该元素的价电子排布式为__________________________________________________。 (2)该元素名称是________，原子序数为________。 (3)该元素位于周期表中________________________________________________。 解析：　该元素的最外层电子数为2，并且为同族元素中原子序数最小的，又因其价电子数≠最外层电子数，可推出该元素应存在d能级电子，则为第4周期元素，价电子排布式为3d34s2，故为23号元素V。 答案：　 (1)3d34s2　(2)钒　23 (3)第4周期ⅤB族 15．原子结构与元素周期表存在着内在联系，按要求回答下列问题： (1)由下列元素在周期表中的位置，写出元素原子的价电子排布式。 ①第4周期ⅥB族________________________________________________________。 ②第5周期ⅠB族________________________________________________________。 ③第5周期ⅣA族________________________________________________________。 ④第6周期ⅡA族________________________________________________________。 (2)根据元素电子排布式可以确定元素在周期表中的位置。 ①具有(n－1)d10ns2电子排布的元素位于周期表中第________族。 ②基态金原子的价电子排布式为5d106s1，试判断金元素在元素周期表中位于第________周期第________族。 ③已知某元素＋2价离子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d3。该元素位于元素周期表第________周期第________族。 ④某元素原子的核电核数为33，则其原子的价电子排布式为________，其位于元素周期表中的____________，属于________区的元素。 (3)根据元素核外电子排布可以推知元素的性质。 ①被誉为“21世纪的金属”的钛(Ti)元素基态原子价电子排布式为________。Ti元素形成的化合物中，Ti呈现的最高价态为________价。 ②日常生活中广泛应用的不锈钢，在其生产过程中添加了某种元素，该元素的价电子排布式为3d54s1，该元素的名称为________。 (4)某元素价电子排布式为4f46s2，其应在____区。 解析：　(1)ⅢB族～ⅦB族元素的价电子数等于族序数。故①价电子数为6，据洪特规则应为3d54s1。Ⅰ B族和Ⅱ B族的价电子排布分别为(n－1)d10ns1和(n－1)d10ns2，故②为4d105s1。主族元素的价电子全都排布在最外层的ns或np上，且价电子数等于族序数，故③为5s25p2，④为6s2。(2)①具有(n－1)d10ns2电子排布的元素位于周期表第ⅡB族。②元素基态原子的价电子排布为5d106s1，应位于第6周期第ⅠB族。③该元素基态原子价电子排布式为3d34s2，根据周期数＝电子层序数，族序数＝价电子数，该元素为d区副族元素(价电子排在d、s轨道上)，可知该元素位于第4周期第ⅤB族。④根据构造原理可知该元素基态原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p3，该元素原子价电子排布在ns和np轨道，故为主族元素，价电子数为5，故该元素在周期表中位于第4周期第ⅤA族，属于p区元素。(3)①钛位于第4周期第ⅣB族，价电子排布为3d24s2。Ti的最高化合价数＝价电子数＝＋4。②原子价电子排布式为3d54s1的元素为铬元素。(4)除ds区外，元素在周期表中的分区，取决于元素原子的最后一个电子所进入的能级，因最后一个电子进入4f能级，所以该元素为f区元素。 答案：　(1)①3d54s1　②4d105s1　③5s25p2　④6s2 (2)①ⅡB　②6　ⅠB　③4　ⅤB　④4s24p3 第4周期第ⅤA族　p (3)①3d24s2　＋4　②铬　(4)f 学生用书↓第12页 学科网（北京）股份有限公司 $$