1.2原子结构与元素性质 讲义-2026-2027学年高二上学期化学人教版选择性必修2

本高中化学讲义围绕原子结构与元素性质核心，系统梳理元素周期律、周期表结构（周期、族）、构造原理（三大原理、能级交错）、元素分区及对角线规则，构建从宏观周期表到微观电子排布的知识支架。 资料以“概念-原理-应用”为主线，通过对比同周期/主族性质递变、构造原理推断元素位置等培养科学思维，结合对点练习与课后作业强化化学观念，课中辅助教师分层教学，课后助力学生查漏补缺。

1.2原子结构与元素性质 一、元素周期律、元素周期系和元素周期表 1.核心概念梳理 ①元素周期律：元素的性质随着原子序数的递增而呈周期性变化的规律，这里的性质包括原子半径、主要化合价、金属性与非金属性等。本质原因是原子的核外电子排布随着原子序数递增呈现周期性变化。 ②元素周期系：按照元素周期律，将元素按一定规则排列形成的体系，它体现了元素之间内在的联系和规律。 ③元素周期表：元素周期系的具体表现形式，是元素周期律的直观呈现工具，目前常用的是维尔纳长式周期表。 2.元素周期表的结构 ①周期：元素周期表中横向的7个横行，称为7个周期。其中1、2、3周期为短周期，包含的元素种类分别为2、8、8种；4、5、6、7周期为长周期，元素种类分别为18、18、32、32种（第7周期为不完全周期）。周期数等于元素原子的电子层数。 ②族：元素周期表中纵向的18个纵列，分为16个族。包括7个主族（ⅠA-ⅦA）、7个副族（ⅠB-ⅦB）、1个Ⅷ族（包含第8、9、10三个纵列）和1个0族（稀有气体元素）。主族元素的族序数等于原子最外层电子数。 3.元素周期律的具体表现 ①原子半径：同周期元素从左到右，原子半径逐渐减小（除稀有气体外），因为核电荷数递增，对核外电子的吸引作用增强；同主族元素从上到下，原子半径逐渐增大，因为电子层数增多，核外电子离核距离变远。 ②主要化合价：同周期元素从左到右，最高正化合价从+1递增到+7（O、F除外），最低负化合价从-4递增到-1。主族元素的最高正化合价等于族序数，最高正化合价与最低负化合价的绝对值之和为8（H、O、F除外）。 ③金属性与非金属性：同周期元素从左到右，金属性逐渐减弱，非金属性逐渐增强。表现为金属单质与水或酸反应的剧烈程度减弱，最高价氧化物对应水化物的碱性减弱；非金属单质与氢气化合的难度减小，气态氢化物的稳定性增强，最高价氧化物对应水化物的酸性增强。同主族元素从上到下，金属性逐渐增强，非金属性逐渐减弱，上述性质变化趋势相反。 4.元素周期表的应用 ①预测元素性质：根据元素在周期表中的位置，推测其原子结构和相关性质。比如位于金属与非金属分界线附近的元素，往往既有金属性又有非金属性，可作为半导体材料。 ②寻找新材料：在过渡元素中寻找催化剂、耐高温和耐腐蚀的合金材料；在非金属区域寻找制备农药的元素。 ②指导化学学习和研究：帮助构建元素性质的知识体系，理解元素之间的内在联系，为化学实验和理论研究提供方向。 【对点练习】 1.下列关于元素周期律的说法，正确的是（ ） A. 元素的性质随着相对原子质量的递增而呈周期性变化 B. 元素周期律的本质是元素原子核外电子排布的周期性变化 C. 同主族元素从上到下，金属性逐渐减弱 D. 同周期元素从左到右，最高价氧化物对应水化物的碱性逐渐增强 【答案】B 【解析】元素周期律的本质是元素原子核外电子排布的周期性变化，相对原子质量的递增只是外在表现之一，A错误，B正确；同主族元素从上到下，原子半径逐渐增大，失电子能力增强，金属性逐渐增强，C错误；同周期元素从左到右，金属性逐渐减弱，最高价氧化物对应水化物的碱性逐渐减弱，D错误。 2.关于元素周期系和元素周期表，下列叙述不正确的是（ ） A. 元素周期系是指元素按原子核电荷数递增排列的体系 B. 元素周期表是元素周期系的具体表现形式 C. 现行元素周期表有7个周期，18个族 D. 元素周期表中同一周期的元素，电子层数相同 【答案】C 【解析】元素周期系是元素按原子核电荷数递增排列形成的体系，A正确；元素周期表是元素周期系的具体呈现形式，B正确；现行元素周期表有7个周期，16个族，其中8、9、10三个纵列属于第Ⅷ族，C错误；同一周期的元素具有相同的电子层数，D正确。 3.下列有关元素周期表的应用，说法正确的是（ ） A. 在金属与非金属的交界处不能找到半导体材料 B. 在过渡元素中可以找到耐高温、耐腐蚀的合金材料 C. 第ⅠA族元素都是碱金属元素 D. 第ⅦA族元素从上到下，气态氢化物的稳定性逐渐增强 【答案】B 【解析】在金属与非金属的交界处可以找到半导体材料，如硅、锗等，A错误；过渡元素大多具有良好的金属性和特殊的物理化学性质，可用于制备耐高温、耐腐蚀的合金材料，B正确；第ⅠA族中氢元素不是碱金属元素，C错误；第ⅦA族元素从上到下，非金属性逐渐减弱，气态氢化物的稳定性逐渐减弱，D错误。 二、构造原理与元素周期表 1.构造原理 （1）核外电子排布的能量最低原理 电子在原子核外排布时，总是尽可能先占据能量最低的轨道，然后依次进入能量较高的轨道，这就是能量最低原理。我们可以用近似能级图来表示轨道能量高低顺序：1s＜2s＜2p＜3s＜3p＜4s＜3d＜4p＜5s＜4d＜5p＜6s＜4f＜5d＜6p…… 需要注意的是，能级交错现象是构造原理的关键，比如4s轨道能量低于3d轨道，所以电子会先填充4s轨道，再填充3d轨道。 （2）泡利不相容原理 每个原子轨道最多只能容纳两个电子，且这两个电子的自旋状态必须相反，也就是说同一原子中不存在运动状态完全相同的电子。 （3）洪特规则 当电子排布在同一能级的不同轨道时，基态原子中的电子总是优先单独占据一个轨道，且自旋状态相同。另外，当同一能级的轨道处于全充满（如p⁶、d¹⁰、f¹⁴）、半充满（如p³、d⁵、f⁷）或全空（如p⁰、d⁰、f⁰）状态时，原子的能量较低，结构更稳定，比如铬原子的电子排布式是[Ar]3d⁵4s¹，而不是[Ar]3d⁴4s²，铜原子是[Ar]3d¹⁰4s¹，而非[Ar]3d⁹4s²。 2.构造原理与元素周期表的关系 （1）元素周期表的周期划分 元素周期表的周期数等于原子核外电子层数。根据构造原理，电子依次填充不同的能级，每填充完一个能级组就对应一个周期。第一周期对应1s能级组，只有2种元素；第二周期对应2s、2p能级组，有8种元素；第三周期对应3s、3p能级组，有8种元素；第四周期对应4s、3d、4p能级组，有18种元素；第五周期对应5s、4d、5p能级组，有18种元素；第六周期对应6s、4f、5d、6p能级组，有32种元素；第七周期目前未填满，对应7s、5f、6d、7p能级组。 （2）元素周期表的族划分 主族元素的族序数等于原子的最外层电子数，比如第ⅠA族元素最外层电子数都是1，第ⅦA族元素最外层电子数都是7。副族和第Ⅷ族元素的族序数通常与最外层电子数和次外层的d电子数有关，比如第ⅠB族元素最外层有1个电子，次外层d轨道全充满；第Ⅷ族元素的d电子数较多，性质较为特殊。 （3）元素分区 根据元素原子的价电子排布，可将周期表分为s区、p区、d区、ds区和f区。 s区：包括第ⅠA族和第ⅡA族，价电子排布为ns¹~²，元素都是活泼金属，容易失去最外层电子形成阳离子。 p区：包括第ⅢA族到第ⅦA族以及0族，价电子排布为ns²np¹~⁶，其中0族元素价电子排布为ns²np⁶（He为1s²），p区包含了金属、非金属和稀有气体元素。 d区：包括第ⅢB族到第ⅦB族以及第Ⅷ族，价电子排布为(n-1)d¹~⁹ns¹~²（镧系、锕系除外），元素大多具有可变的化合价，是过渡金属元素。 ds区：包括第ⅠB族和第ⅡB族，价电子排布为(n-1)d¹⁰ns¹~²，元素性质与s区元素有一定相似性，也属于过渡金属。 f区：包括镧系和锕系元素，价电子排布为(n-2)f⁰~¹⁴(n-1)d⁰~²ns²，它们的化学性质非常相似，多数元素具有放射性。 3.构造原理的应用 （1）书写原子的电子排布式 根据构造原理，我们可以写出各种元素原子的电子排布式，比如铁原子的电子排布式为1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁶4s²，也可以用简化形式[Ar]3d⁶4s²表示。 （2）推断元素在周期表中的位置 通过原子的电子排布式，我们可以确定元素的电子层数、最外层电子数以及价电子排布，进而推断出元素在周期表中的周期和族，比如某元素电子排布式为[Ar]3d¹⁰4s²，可知它位于第四周期第ⅡB族。 （3）预测元素的性质 根据元素在周期表中的位置，结合构造原理，我们可以预测元素的金属性、非金属性、化合价等性质。同一周期从左到右，元素的非金属性逐渐增强，金属性逐渐减弱；同一主族从上到下，元素的金属性逐渐增强，非金属性逐渐减弱。 【对点练习】 1．我国探测器采集的月壤中含氧、硅、铁、钙等多种元素。下列元素位于周期表d区的是 A．氧 B．硅 C．铁 D．钙 【答案】C 【详解】A．氧（O）价层电子排布式为2s22p4，位于周期表p区，A不符合题意； B．硅（Si）价层电子排布式为3s23p2，位于周期表p区，B不符合题意； C．铁（Fe）的价电子排布为3d64s2，属于d区，C符合题意； D．钙（Ca）价层电子排布式为4s2，位于周期表s区，D不符合题意； 故选C。 2．若某基态原子的外围电子排布为4d15s2，则下列说法正确的是 A．该元素位于周期表第5周期第ⅢB族 B．该元素原子核外有4个电子层 C．该元素原子最外层共有3个电子 D．该元素原子位于ds区 【答案】A 【详解】A．外围电子排布为4d15s2，该元素位于周期表第五周期第ⅢB族，A正确； B．该元素原子已经占有5s轨道，核外有5个电子层，B错误； C．该元素原子最外层为5s2，共有2个电子，C错误； D．该元素原子位于第五周期第ⅢB族，位于d区，D错误； 故选A。 3．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．元素周期表可分为5个区，其中非金属元素分布在s区和p区 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，1个0族 【答案】C 【详解】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表的根本原因，A正确； B．元素周期表可分为个区，分别为区、区、区、区、区，其中非金属元素分布在区和区，B正确； C．铜的价电子排布为，而锌最后排上，所以除区外，各区的名称均来自按构造原理最后填入电子的能级符号，C错误； D．周期表共个纵行，分成个主族，8个副族（包括7个B族和1个VIII族）和一个族，D正确； 故选C。 三、对角线规则 1.对角线规则的定义 在元素周期表中，某些主族元素与其右下方的主族元素的性质具有相似性，这种规律被称为对角线规则。主要体现在锂与镁、铍与铝、硼与硅这三组元素之间。 2.典型元素对的性质相似性 ⅰ.锂与镁 （1）单质性质：锂和镁在空气中燃烧，都生成氧化物，锂生成氧化锂（Li₂O），镁生成氧化镁（MgO），而其他碱金属燃烧主要生成过氧化物或超氧化物。两者的单质都能与氮气反应，生成氮化物，分别是氮化锂（Li₃N）和氮化镁（Mg₃N₂）。 （2）化合物性质：锂和镁的氢氧化物都难溶于水，且受热易分解，生成对应的氧化物和水。它们的碳酸盐也都不稳定，受热易分解为氧化物和二氧化碳。此外，锂和镁的氟化物、磷酸盐等都难溶于水。 ⅱ.铍与铝 （1）单质性质：铍和铝都是两性金属，既能与酸反应生成盐和氢气，又能与强碱溶液反应生成盐和氢气。两者的单质都能在冷的浓硝酸中发生钝化现象。 （2）化合物性质：铍和铝的氧化物都是两性氧化物，既能与酸反应，又能与碱反应生成盐和水。它们的氢氧化物也都是两性氢氧化物，具有类似的酸碱反应特性。另外，铍和铝的氯化物都是共价化合物，易升华，能溶于有机溶剂，且在水溶液中易水解。 ⅲ.硼与硅 （1）单质性质：硼和硅都是原子晶体，熔点高、硬度大。它们的单质都能与强碱溶液反应，生成对应的含氧酸盐和氢气。 （2）化合物性质：硼和硅的氧化物都是酸性氧化物，对应的水化物硼酸（H₃BO₃）和硅酸（H₂SiO₃）都是弱酸。两者的卤化物都易水解，生成相应的含氧酸和氢卤酸。 3.对角线规则的成因 对角线元素性质相似，主要是因为它们的离子极化力相近。离子极化力取决于离子的电荷数、半径和电子构型。处于对角线位置的元素，其离子的电荷数和半径的影响相互抵消，使得离子极化力相近，从而导致它们的化合物在结构和性质上表现出相似性。比如锂的离子半径较小，电荷数为+1，镁的离子半径较大，电荷数为+2，两者的离子极化力相近，所以性质相似。 4.对角线规则的应用 （1）预测元素性质：根据对角线规则，可以由已知元素的性质推测其对角线元素的性质。比如已知铝是两性金属，就可以推测铍也具有两性。 （2）指导物质制备：在制备某些化合物时，可以利用对角线元素性质的相似性，借鉴已有制备方法。比如参考氯化铝的制备方法来制备氯化铍。 【对点练习】 1.元素周期表中，某些主族元素与右下方的主族元素(如图)的性质具有相似性，这种规律被称为“对角线规则”。则下列叙述错误的是 A．Li在中燃烧生成 B．氧化铍的化学式为 C．既能溶于强酸溶液又能溶于强碱溶液 D．硼酸受热易分解 【解析】A．镁和氮气反应生成氮化镁，根据对角线规则知，Li和氮气反应生成Li3N，故A正确；B．铝是第IIIA，在空气中燃烧是氧化铝，Be是第IIA，铍在空气中燃烧生成氧化铍化学式为BeO，故B错误；C．氢氧化铝能溶于强酸和强碱，根据对角线规则知，氢氧化铍能溶于强酸和强碱，故C正确；D．B和Si位于对角线位置，硅酸不稳定，受热容易分解，则硼酸受热易分解，故D正确；故选B。 【答案】B 2.下列物质性质相似与“对角线”规则无关的是 A．能与反应，也能与反应 B．微溶于水，也微溶于水 C．单质硼的熔点高，晶体硅的熔点也高 D．氯气能与水反应，氟气也能与水反应 【答案】D 【解析】A．Be、Al处于对角线位置，物质性质相似，则能与反应，也能与反应，A不符合题意；B．Mg、Li处于对角线位置，物质性质相似，微溶于水，也微溶于水，B不符合题意；C．B、Si处于对角线位置，物质性质相似，单质硼的熔点高，晶体硅的熔点也高，C不符合题意；D．Cl、F不是处于对角线位置，而是同一主族元素，性质相似与“对角线”规则无关，D符合题意；故选D。 3.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，这种相似性称为对角线规则，如和、和等。下列有关说法正确的是 A．属于离子化合物 B．基态铝原子最高能层符号为 C．在过量氧气中燃烧生成 D．镁元素在焰色试验中无特殊颜色，是因其发射光谱的波长不在可见光的范围之内 【答案】D 【解析】A．氯化铝是共价化合物，根据对角线规则可知，也是共价化合物，选项A错误；B．基态铝原子最高能层符号为M，选项B错误；C．镁在过量氧气中燃烧生成氧化镁，根据对角线规则可知，在在过量氧气中燃烧生成，选项C错误；D．镁元素在焰色试验中无特殊颜色，是因其发射光谱的波长不在可见光的范围之内，选项D正确；答案选D。 【课后作业】 1．已知某些元素在周期表中的位置如图所示，下列说法不正确的是 A．元素②和⑤位于同一区 B．s区(除元素①外)、d区和ds区的元素都是金属元素 C．与元素④具有相同最外层电子数的元素只可能处于ds区 D．元素③的基态原子中，价层电子的轨道表示式为：     【答案】C 【解析】A．元素②和⑤分别为O和Ge，位于p区，A正确；B．s区(除氢元素外)、d区和ds区的元素都是金属元素，B正确；C．元素④为Zn，最外层有2个电子，与元素④具有相同最外层电子数的元素可能处于ds区，也可能是s区(第IIA族)，C错误；D．元素③为Mn，基态原子中价层电子的轨道表示式为：  ，D正确；故答案为：C。 2．下列元素符号中都表示金属元素的组是 A．Fe、Mg、Cu B．He、Mg、Ca C．Ca、Na、N D．H、C、O 【答案】A 【解析】A．Fe、Mg、Cu都属于金属元素，A正确；B．He、Mg、Ca中He属于非金属元素，B错误；C．Ca、Na、N中N属于非金属元素，C错误；D．H、C、O都属于非金属元素，D错误；故选A。 3．元素周期表是指导化学学习的工具，下列说法正确的是 A．IA族元素全部是金属元素，称为碱金属元素 B．元素周期表纵向看，由16个纵列构成，共16个族 C．元素周期表中元素种类最多的族是第ⅢB族 D．原子最外层有2个电子的元素都在ⅡA族 【答案】C 【解析】A．ⅠA族元素中H是非金属元素，A错误；B．元素周期表纵向看，由18个纵列构成，共16个族，B错误；C．元素周期表中元素种类最多的族是第ⅢB族，包含镧系和锕系，C正确；D．原子最外层有2个电子的元素不一定在ⅡA族，如He是0族元素，D错误；故选C。 4．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、ds区的元素 D．ds区元素不都是副族元素 【答案】C 【解析】A．元素周期表的s区不全部是金属元素，如氢元素为非金属元素，故A错误；B．过渡元素处于元素周期表的d区、ds区和f区，则元素周期表的d区仅包含部分过渡元素，故B错误；C．过渡元素处于元素周期表的d区、ds区和f区，故C正确；D．ⅠB族和ⅡB族元素处于元素周期表的ds区，则ds区元素都是副族元素，故D错误；故选C。 5．下列有关元素周期表分区的说法正确的是 A．s区全是金属元素 B．p区全是非金属元素 C．d区和区全是金属元素 D．d区有10个纵行 【答案】C 【解析】A．元素周期表的s区元素不全部是金属元素，比如位于s区的氢元素为非金属元素，故A错误；B．元素周期表的p区元素不都是非金属元素，比如位于p区的铅元素为金属元素，故B错误；C．元素周期表的d区和区元素都是过渡元素，全部是金属元素，故C正确；D．d区和区共有10个纵行，其中d区有8个纵行，故D错误；故选C。 6．下列有关元素周期表及其分区的理解不正确的是 A．元素周期表的每个周期中最后一种元素是稀有气体元素 B．基态原子最外层电子排布为ns2的元素都位于周期表第IIA族 C．主族元素处于元素周期表的s区和p区 D．电负性最大的元素位于周期表的右上角(稀有气体除外) 【答案】B 【解析】A．稀有气体元素为0族元素，位于元素周期表的最后1列，每个周期中最后一种元素是稀有气体元素，A正确；B．基态原子最外层电子排布为ns2的元素有的位于周期表第IIA族，还有的位于0族，例如氦，锌最外层电子排布为4s2，位于第IIB族，B错误；C．主族元素由短周期和长周期元素组成，位于周期表的s区和p区，C正确；D．元素非金属性越强，电负性越大，电负性最大的元素位于周期表的右上角(稀有气体除外)，D正确；答案选B。 7．原子结构与元素周期表存在着内在联系。根据已学知识，请你回答下列问题： (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”的钛(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： 。 (6)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： 。 【答案】(1)四 ⅢA (2)C (3) (4) (5)Si或S (6)铬 【解析】（1）由31-2-8-8=13，所以31号元素在周期表中的位置为：第四周期第ⅢA族；（2）X原子在第二电子层上只有一个空轨道，价电子排布式为：，则X为C元素，轨道表示式为：； （3）钛元素为22号，价电子排布式为：； （4）原子序数最小的Ⅷ族元素为铁元素，核外电子数为26，核外电子排布式为：； （5）3p轨道上有2个未成对电子，则其外围电子排布式为：或，若外围电子为，为Si；若外围电子为：，为S。 （6）该元素的价电子排布式为，电子排布式为[Ar]，可知该元素的原子序数为24，该元素为铬。 8．1869年，俄国化学家门捷列夫提出了元素周期律，并在此基础上发表了第一张元素周期表。为了纪念元素周期表诞生150年，联合国将2019年定为“国际化学元素周期表年”，并认为元素周期表是“科学共同的语言”。 (1)认识元素周期表的结构： ①在元素周期表中，第ⅠB、ⅡB元素属于 区。 ②2017年5月9日我国发布了113号Nh、115号Mc、117号Ts、118号Og四种元素的中文名称，分别为“（nǐ）”“镆（mò）”“（tián）”“（ào）”，则下列说法正确的是 （填字母序号）。 a.115号元素在周期表中的位置是第七周期VB族 b.117号元素Ts位于金属与非金属分界线上，属于准金属，可能是半导体 c.这四种元素都是主族元素 d.最高价氧化物的水化物的碱性：Nh＞Mc (2)认识原子结构与元素周期表的关系：见表中元素G的信息，其中“3d64s2”称为该元素原子的 ，该元素M能层上具有 种不同运动状态的电子。 【答案】(1)①ds ②bd (2)外围电子排布式(或价层电子排布式) 14 【分析】根据元素周期表确定四种元素在周期表位置，根据元素G的信息分析，M能层上的电子数目，再得到运动状态电子数目，根据电离能规律分析。 【解析】(1)①在元素周期表中，第ⅠB、ⅡB元素属于ds区；故答案为：ds。 ②a．118号元素是第七周期0族元素，因此115号元素在周期表中的位置是第七周期VA族，故a错误；b．117号元素Ts位于金属与非金属分界线上，属于准金属，可能是半导体，故b正确；c．118号元素是0族元素，故c错误；d．从左到右金属性逐渐减弱，因此最高价氧化物的水化物的碱性：Nh＞Mc，故d正确，综上所述，答案为bd。 (2)元素G的信息，其中“3d64s2”称为该元素原子的外围电子排布式(或价层电子排布式)，该元素M能层上电子是3s23p63d6，一个电子就是一种运动状态的电子，因此M能层上具有14种不同运动状态的电子；故答案为：外围电子排布式(或价层电子排布式)；14。 9．元素周期律是对元素性质的规律性总结，元素周期表是这种规律的呈现形式。利用元素周期律可以推测一些未知元素可能的性质。根据你所学的周期律，回答下列问题： (1)元素周期表有几个周期，几个主族。正确选项是 A．6，7 B．7，7 C．7，18 D．7，14 (2)被誉为21世纪明星金属，其最外层电子数为___________（填序号）。 A．1个 B．2个 C．3个 D．5个 (3)元素周期表中，第三电子层有一个未成对电子的元素有___________种（填序号）。 A．2 B．3 C．4 D．5 【答案】(1)B(2)B(3)C 【解析】（1）元素周期表包含七横行对应7个周期，18列对应有16族，七主族八副族和一个0族； （2）钛原子电子数=质子数，根据核外电子排布规律，最外层电子数为2个； （3）元素周期表中，第三电子层有一个未成对电子的元素有、、、，共4种。 10．I.2020年12月17日，我国“嫦娥五号”返回器携月壤成功着陆。研究发现，月壤中存在天然的铁、金、银、铅、锌、铜、锑、铼等矿物颗粒。 (1)写出铜的基态原子的电子排布式： 。 (2)基态Fe原子有 个未成对电子，Fe3+的电子排布式为 。 (3)Fe在周期表中位于第 周期第 族，属于 区。 Ⅱ.回答下列问题： (4)p电子的原子轨道呈 形。 (5)基态Al3+核外共有 种不同运动状态的电子。 (6)钒(V)元素广泛用于催化及钢铁工业，其价层电子的轨道表示式为 。 【答案】(1)[Ar]3d104s1或1s22s22p63s23p63dl04s1 (2)4 1s22s22p63s23p63d5或[Ar]3d5 (3)四 Ⅷ d (4)哑铃 (5)10 (6) 【解析】（1）铜为29号元素，基态原子的电子排布式为[Ar]3d104s1或1s22s22p63s23p63dl04s1； （2）基态Fe原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2，有4个未成对电子，Fe3+的电子排布式为1s22s22p63s23p63d5或[Ar]3d5； （3）Fe为26号元素，在周期表中位于第四周期第Ⅷ族，属于d区； （4）p电子的原子轨道呈哑铃形； （5）基态Al3+核外有10个电子，共有10种不同运动状态的电子； （6）钒(V)为23号元素，电子排布式为1s22s22p63s23p63d34s2，价层电子的轨道表示式为。 学科网（北京）股份有限公司 $ 1.2原子结构与元素性质 一、元素周期律、元素周期系和元素周期表 1.核心概念梳理 ①元素周期律：元素的性质随着原子序数的递增而呈周期性变化的规律，这里的性质包括原子半径、主要化合价、金属性与非金属性等。本质原因是原子的核外电子排布随着原子序数递增呈现周期性变化。 ②元素周期系：按照元素周期律，将元素按一定规则排列形成的体系，它体现了元素之间内在的联系和规律。 ③元素周期表：元素周期系的具体表现形式，是元素周期律的直观呈现工具，目前常用的是维尔纳长式周期表。 2.元素周期表的结构 ①周期：元素周期表中横向的7个横行，称为7个周期。其中1、2、3周期为短周期，包含的元素种类分别为2、8、8种；4、5、6、7周期为长周期，元素种类分别为18、18、32、32种（第7周期为不完全周期）。周期数等于元素原子的电子层数。 ②族：元素周期表中纵向的18个纵列，分为16个族。包括7个主族（ⅠA-ⅦA）、7个副族（ⅠB-ⅦB）、1个Ⅷ族（包含第8、9、10三个纵列）和1个0族（稀有气体元素）。主族元素的族序数等于原子最外层电子数。 3.元素周期律的具体表现 ①原子半径：同周期元素从左到右，原子半径逐渐减小（除稀有气体外），因为核电荷数递增，对核外电子的吸引作用增强；同主族元素从上到下，原子半径逐渐增大，因为电子层数增多，核外电子离核距离变远。 ②主要化合价：同周期元素从左到右，最高正化合价从+1递增到+7（O、F除外），最低负化合价从-4递增到-1。主族元素的最高正化合价等于族序数，最高正化合价与最低负化合价的绝对值之和为8（H、O、F除外）。 ③金属性与非金属性：同周期元素从左到右，金属性逐渐减弱，非金属性逐渐增强。表现为金属单质与水或酸反应的剧烈程度减弱，最高价氧化物对应水化物的碱性减弱；非金属单质与氢气化合的难度减小，气态氢化物的稳定性增强，最高价氧化物对应水化物的酸性增强。同主族元素从上到下，金属性逐渐增强，非金属性逐渐减弱，上述性质变化趋势相反。 4.元素周期表的应用 ①预测元素性质：根据元素在周期表中的位置，推测其原子结构和相关性质。比如位于金属与非金属分界线附近的元素，往往既有金属性又有非金属性，可作为半导体材料。 ②寻找新材料：在过渡元素中寻找催化剂、耐高温和耐腐蚀的合金材料；在非金属区域寻找制备农药的元素。 ②指导化学学习和研究：帮助构建元素性质的知识体系，理解元素之间的内在联系，为化学实验和理论研究提供方向。 【对点练习】 1.下列关于元素周期律的说法，正确的是（ ） A. 元素的性质随着相对原子质量的递增而呈周期性变化 B. 元素周期律的本质是元素原子核外电子排布的周期性变化 C. 同主族元素从上到下，金属性逐渐减弱 D. 同周期元素从左到右，最高价氧化物对应水化物的碱性逐渐增强 2.关于元素周期系和元素周期表，下列叙述不正确的是（ ） A. 元素周期系是指元素按原子核电荷数递增排列的体系 B. 元素周期表是元素周期系的具体表现形式 C. 现行元素周期表有7个周期，18个族 D. 元素周期表中同一周期的元素，电子层数相同 3.下列有关元素周期表的应用，说法正确的是（ ） A. 在金属与非金属的交界处不能找到半导体材料 B. 在过渡元素中可以找到耐高温、耐腐蚀的合金材料 C. 第ⅠA族元素都是碱金属元素 D. 第ⅦA族元素从上到下，气态氢化物的稳定性逐渐增强 二、构造原理与元素周期表 1.构造原理 （1）核外电子排布的能量最低原理 电子在原子核外排布时，总是尽可能先占据能量最低的轨道，然后依次进入能量较高的轨道，这就是能量最低原理。我们可以用近似能级图来表示轨道能量高低顺序：1s＜2s＜2p＜3s＜3p＜4s＜3d＜4p＜5s＜4d＜5p＜6s＜4f＜5d＜6p…… 需要注意的是，能级交错现象是构造原理的关键，比如4s轨道能量低于3d轨道，所以电子会先填充4s轨道，再填充3d轨道。 （2）泡利不相容原理 每个原子轨道最多只能容纳两个电子，且这两个电子的自旋状态必须相反，也就是说同一原子中不存在运动状态完全相同的电子。 （3）洪特规则 当电子排布在同一能级的不同轨道时，基态原子中的电子总是优先单独占据一个轨道，且自旋状态相同。另外，当同一能级的轨道处于全充满（如p⁶、d¹⁰、f¹⁴）、半充满（如p³、d⁵、f⁷）或全空（如p⁰、d⁰、f⁰）状态时，原子的能量较低，结构更稳定，比如铬原子的电子排布式是[Ar]3d⁵4s¹，而不是[Ar]3d⁴4s²，铜原子是[Ar]3d¹⁰4s¹，而非[Ar]3d⁹4s²。 2.构造原理与元素周期表的关系 （1）元素周期表的周期划分 元素周期表的周期数等于原子核外电子层数。根据构造原理，电子依次填充不同的能级，每填充完一个能级组就对应一个周期。第一周期对应1s能级组，只有2种元素；第二周期对应2s、2p能级组，有8种元素；第三周期对应3s、3p能级组，有8种元素；第四周期对应4s、3d、4p能级组，有18种元素；第五周期对应5s、4d、5p能级组，有18种元素；第六周期对应6s、4f、5d、6p能级组，有32种元素；第七周期目前未填满，对应7s、5f、6d、7p能级组。 （2）元素周期表的族划分 主族元素的族序数等于原子的最外层电子数，比如第ⅠA族元素最外层电子数都是1，第ⅦA族元素最外层电子数都是7。副族和第Ⅷ族元素的族序数通常与最外层电子数和次外层的d电子数有关，比如第ⅠB族元素最外层有1个电子，次外层d轨道全充满；第Ⅷ族元素的d电子数较多，性质较为特殊。 （3）元素分区 根据元素原子的价电子排布，可将周期表分为s区、p区、d区、ds区和f区。 s区：包括第ⅠA族和第ⅡA族，价电子排布为ns¹~²，元素都是活泼金属，容易失去最外层电子形成阳离子。 p区：包括第ⅢA族到第ⅦA族以及0族，价电子排布为ns²np¹~⁶，其中0族元素价电子排布为ns²np⁶（He为1s²），p区包含了金属、非金属和稀有气体元素。 d区：包括第ⅢB族到第ⅦB族以及第Ⅷ族，价电子排布为(n-1)d¹~⁹ns¹~²（镧系、锕系除外），元素大多具有可变的化合价，是过渡金属元素。 ds区：包括第ⅠB族和第ⅡB族，价电子排布为(n-1)d¹⁰ns¹~²，元素性质与s区元素有一定相似性，也属于过渡金属。 f区：包括镧系和锕系元素，价电子排布为(n-2)f⁰~¹⁴(n-1)d⁰~²ns²，它们的化学性质非常相似，多数元素具有放射性。 3.构造原理的应用 （1）书写原子的电子排布式 根据构造原理，我们可以写出各种元素原子的电子排布式，比如铁原子的电子排布式为1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁶4s²，也可以用简化形式[Ar]3d⁶4s²表示。 （2）推断元素在周期表中的位置 通过原子的电子排布式，我们可以确定元素的电子层数、最外层电子数以及价电子排布，进而推断出元素在周期表中的周期和族，比如某元素电子排布式为[Ar]3d¹⁰4s²，可知它位于第四周期第ⅡB族。 （3）预测元素的性质 根据元素在周期表中的位置，结合构造原理，我们可以预测元素的金属性、非金属性、化合价等性质。同一周期从左到右，元素的非金属性逐渐增强，金属性逐渐减弱；同一主族从上到下，元素的金属性逐渐增强，非金属性逐渐减弱。 【对点练习】 1．我国探测器采集的月壤中含氧、硅、铁、钙等多种元素。下列元素位于周期表d区的是 A．氧 B．硅 C．铁 D．钙 2．若某基态原子的外围电子排布为4d15s2，则下列说法正确的是 A．该元素位于周期表第5周期第ⅢB族 B．该元素原子核外有4个电子层 C．该元素原子最外层共有3个电子 D．该元素原子位于ds区 3．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．元素周期表可分为5个区，其中非金属元素分布在s区和p区 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，1个0族 三、对角线规则 1.对角线规则的定义 在元素周期表中，某些主族元素与其右下方的主族元素的性质具有相似性，这种规律被称为对角线规则。主要体现在锂与镁、铍与铝、硼与硅这三组元素之间。 2.典型元素对的性质相似性 ⅰ.锂与镁 （1）单质性质：锂和镁在空气中燃烧，都生成氧化物，锂生成氧化锂（Li₂O），镁生成氧化镁（MgO），而其他碱金属燃烧主要生成过氧化物或超氧化物。两者的单质都能与氮气反应，生成氮化物，分别是氮化锂（Li₃N）和氮化镁（Mg₃N₂）。 （2）化合物性质：锂和镁的氢氧化物都难溶于水，且受热易分解，生成对应的氧化物和水。它们的碳酸盐也都不稳定，受热易分解为氧化物和二氧化碳。此外，锂和镁的氟化物、磷酸盐等都难溶于水。 ⅱ.铍与铝 （1）单质性质：铍和铝都是两性金属，既能与酸反应生成盐和氢气，又能与强碱溶液反应生成盐和氢气。两者的单质都能在冷的浓硝酸中发生钝化现象。 （2）化合物性质：铍和铝的氧化物都是两性氧化物，既能与酸反应，又能与碱反应生成盐和水。它们的氢氧化物也都是两性氢氧化物，具有类似的酸碱反应特性。另外，铍和铝的氯化物都是共价化合物，易升华，能溶于有机溶剂，且在水溶液中易水解。 ⅲ.硼与硅 （1）单质性质：硼和硅都是原子晶体，熔点高、硬度大。它们的单质都能与强碱溶液反应，生成对应的含氧酸盐和氢气。 （2）化合物性质：硼和硅的氧化物都是酸性氧化物，对应的水化物硼酸（H₃BO₃）和硅酸（H₂SiO₃）都是弱酸。两者的卤化物都易水解，生成相应的含氧酸和氢卤酸。 3.对角线规则的成因 对角线元素性质相似，主要是因为它们的离子极化力相近。离子极化力取决于离子的电荷数、半径和电子构型。处于对角线位置的元素，其离子的电荷数和半径的影响相互抵消，使得离子极化力相近，从而导致它们的化合物在结构和性质上表现出相似性。比如锂的离子半径较小，电荷数为+1，镁的离子半径较大，电荷数为+2，两者的离子极化力相近，所以性质相似。 4.对角线规则的应用 （1）预测元素性质：根据对角线规则，可以由已知元素的性质推测其对角线元素的性质。比如已知铝是两性金属，就可以推测铍也具有两性。 （2）指导物质制备：在制备某些化合物时，可以利用对角线元素性质的相似性，借鉴已有制备方法。比如参考氯化铝的制备方法来制备氯化铍。 【对点练习】 1.元素周期表中，某些主族元素与右下方的主族元素(如图)的性质具有相似性，这种规律被称为“对角线规则”。则下列叙述错误的是 A．Li在中燃烧生成 B．氧化铍的化学式为 C．既能溶于强酸溶液又能溶于强碱溶液 D．硼酸受热易分解 2.下列物质性质相似与“对角线”规则无关的是 A．能与反应，也能与反应 B．微溶于水，也微溶于水 C．单质硼的熔点高，晶体硅的熔点也高 D．氯气能与水反应，氟气也能与水反应 3.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，这种相似性称为对角线规则，如和、和等。下列有关说法正确的是 A．属于离子化合物 B．基态铝原子最高能层符号为 C．在过量氧气中燃烧生成 D．镁元素在焰色试验中无特殊颜色，是因其发射光谱的波长不在可见光的范围之内 【课后作业】 1．已知某些元素在周期表中的位置如图所示，下列说法不正确的是 A．元素②和⑤位于同一区 B．s区(除元素①外)、d区和ds区的元素都是金属元素 C．与元素④具有相同最外层电子数的元素只可能处于ds区 D．元素③的基态原子中，价层电子的轨道表示式为：     2．下列元素符号中都表示金属元素的组是 A．Fe、Mg、Cu B．He、Mg、Ca C．Ca、Na、N D．H、C、O 3．元素周期表是指导化学学习的工具，下列说法正确的是 A．IA族元素全部是金属元素，称为碱金属元素 B．元素周期表纵向看，由16个纵列构成，共16个族 C．元素周期表中元素种类最多的族是第ⅢB族 D．原子最外层有2个电子的元素都在ⅡA族 4．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、ds区的元素 D．ds区元素不都是副族元素 5．下列有关元素周期表分区的说法正确的是 A．s区全是金属元素 B．p区全是非金属元素 C．d区和区全是金属元素 D．d区有10个纵行 6．下列有关元素周期表及其分区的理解不正确的是 A．元素周期表的每个周期中最后一种元素是稀有气体元素 B．基态原子最外层电子排布为ns2的元素都位于周期表第IIA族 C．主族元素处于元素周期表的s区和p区 D．电负性最大的元素位于周期表的右上角(稀有气体除外) 7．原子结构与元素周期表存在着内在联系。根据已学知识，请你回答下列问题： (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”的钛(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： 。 (6)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： 。 8．1869年，俄国化学家门捷列夫提出了元素周期律，并在此基础上发表了第一张元素周期表。为了纪念元素周期表诞生150年，联合国将2019年定为“国际化学元素周期表年”，并认为元素周期表是“科学共同的语言”。 (1)认识元素周期表的结构： ①在元素周期表中，第ⅠB、ⅡB元素属于 区。 ②2017年5月9日我国发布了113号Nh、115号Mc、117号Ts、118号Og四种元素的中文名称，分别为“（nǐ）”“镆（mò）”“（tián）”“（ào）”，则下列说法正确的是 （填字母序号）。 a.115号元素在周期表中的位置是第七周期VB族 b.117号元素Ts位于金属与非金属分界线上，属于准金属，可能是半导体 c.这四种元素都是主族元素 d.最高价氧化物的水化物的碱性：Nh＞Mc (2)认识原子结构与元素周期表的关系：见表中元素G的信息，其中“3d64s2”称为该元素原子的 ，该元素M能层上具有 种不同运动状态的电子。 9．元素周期律是对元素性质的规律性总结，元素周期表是这种规律的呈现形式。利用元素周期律可以推测一些未知元素可能的性质。根据你所学的周期律，回答下列问题： (1)元素周期表有几个周期，几个主族。正确选项是 A．6，7 B．7，7 C．7，18 D．7，14 (2)被誉为21世纪明星金属，其最外层电子数为___________（填序号）。 A．1个 B．2个 C．3个 D．5个 (3)元素周期表中，第三电子层有一个未成对电子的元素有___________种（填序号）。 A．2 B．3 C．4 D．5 10．I.2020年12月17日，我国“嫦娥五号”返回器携月壤成功着陆。研究发现，月壤中存在天然的铁、金、银、铅、锌、铜、锑、铼等矿物颗粒。 (1)写出铜的基态原子的电子排布式： 。 (2)基态Fe原子有 个未成对电子，Fe3+的电子排布式为 。 (3)Fe在周期表中位于第 周期第 族，属于 区。 Ⅱ.回答下列问题： (4)p电子的原子轨道呈 形。 (5)基态Al3+核外共有 种不同运动状态的电子。 (6)钒(V)元素广泛用于催化及钢铁工业，其价层电子的轨道表示式为 。 学科网（北京）股份有限公司 $