新教材2023年高中化学第1章原子结构与性质第2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课件新人教版选择性必修2

第1课时

原子结构与元素周期表目标素养1.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。培养宏观辨识与微观探析、证据推理与模型认知的化学学科核心素养。2.认识元素的原子半径、第一电离能、电负性等元素性质的周期性变化,知道原子核外电子排布呈周期性变化是导致元素性质周期性变化的原因。培养证据推理与模型认知、科学探究与创新意识的化学学科核心素养。3.了解元素周期表、元素周期律的应用价值。知识概览一、元素周期律、元素周期系和元素周期表1.元素周期律:元素性质随元素原子的

核电荷数

递增发生周期性递变的规律。

2.元素周期系:元素按其原子

核电荷数

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。微提醒元素周期系只有一个,元素周期表多种多样。阅读科学史话了解三张有重要历史意义的周期表:门捷列夫周期表、维尔纳的特长式周期表、玻尔元素周期表。二、构造原理与元素周期表1.核外电子排布与周期的划分。(1)核外电子排布与周期划分的本质联系:第一周期从

1s1

开始,以

1s2

结束,其余各周期总是从

ns

开始,以

np

结束。

(2)规律:本周期包含的元素数=对应能级组最多容纳的电子数。微思考1元素周期表共有几个周期?写出每个周期开始元素和结尾元素的最外层电子的排布通式。思考为什么第一周期结尾元素的电子排布跟其他周期不同?提示:现行元素周期表包含118种元素,共有7个周期。每个周期的开始元素最外层电子的排布通式为ns1,结尾元素的最外层电子的排布通式为ns2np6(第一周期为1s2)。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。2.左侧对齐的元素周期表。若以一个方格代表一种元素,每个周期排成一个横行,并按s、p、d、f分段,左侧对齐,可得到如下元素周期表:3.核外电子排布与族的划分。(1)族的划分依据:取决于原子的价层电子数目和价层电子排布。(2)特点:在书末的元素周期表中,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。①第ⅠA族元素的基态原子最外层都只有一个电子,即价层电子排布式为

ns1

;稀有气体元素的基态原子,除氦(1s2)外,最外层都是8个电子,即价层电子排布式为

ns2np6

。

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例外)。而第六、第七周期比第四、第五周期多出

14

种元素的基态原子最外层也只有2个s电子,所以也是

金属

元素。

微训练1

1.某化学学习小组在学习元素周期表和周期的划分时提出了以下观点:①元素周期表的形成是由原子的结构决定的;②元素周期表中第ⅠA族元素统称为碱金属元素;③每一周期元素原子的价层电子排布均是从ns1开始至ns2np6结束;④元素周期表中每一周期元素的种类均相等;⑤基态原子核外电子排布为1s22s22p3和1s22s22p63s23p3的两元素的原子位于同一周期;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:①元素周期表的形成原因是核外电子排布呈周期性变化,而核外电子排布是由原子的结构决定的,正确;②第ⅠA族元素除氢元素之外称为碱金属元素,错误;③第一周期元素原子的价层电子排布从1s1开始到1s2结束,错误;④随着周期序数的增大,元素种类有增多的趋势,错误;⑤基态原子核外电子排布为1s22s22p3的元素位于第二周期,而基态原子核外电子排布为1s22s22p63s23p3的元素位于第三周期,错误;⑥从元素周期表上不难看出,周期序数越大,该周期所含金属元素的种数一般越多,正确。2.具有以下结构的原子,一定属于主族元素的是(

)。A.最外层有一个电子的原子B.最外层电子排布式为ns2的原子C.最外层有3个未成对电子的原子D.次外层无未成对电子的原子答案:C4.根据元素的金属性和非金属性分区。

元素周期表中的非金属三角区

微思考2为什么在元素周期表中非金属主要集中在右上角三角区内?为什么处于金属与非金属分界线附近的元素常被称为半金属或类金属?提示:这是由元素原子的价电子层结构和元素周期表中元素性质的递变规律决定的。在元素周期表中,同周期主族元素从左到右非金属性逐渐增强,金属性逐渐减弱;同主族元素从上到下非金属性逐渐减弱,金属性逐渐增强,结果使元素周期表左下方区域内的元素主要表现出金属性,右上角三角区域内的元素主要表现出非金属性。处于金属与非金属分界线附近的元素既能表现出一定的金属性,又能表现出一定的非金属性,故称为半金属或类金属。5.根据核外电子排布对元素周期表的分区。(1)按电子排布,把元素周期表里的元素划分成

5

个区,分别为

s

区、

p

区、

d

区、

f

区、

ds

区。

(2)元素周期表共有

16

个族,其中s区包括

ⅠA、ⅡA

族,p区包括

ⅢA~ⅦA、0

族,d区包括

ⅢB~ⅦB

族(镧系、锕系除外)及

Ⅷ

族,ds区包括

ⅠB、ⅡB

族,f区包括

镧系

元素和

锕系

元素。

微判断(1)s区元素都是金属元素,p区元素都是非金属元素。(

)(2)当某元素的

时,该元素是金属元素。(

)(3)主族元素均在p区,p区只包含主族元素。(

)×××微训练2

写出下列价层电子排布所对应的元素在周期表中的位置和所属的区,并指明属于金属元素还是非金属元素。答案:①第四周期第ⅦA族②第五周期第ⅡB族③第五周期第ⅠA族④第四周期第Ⅷ族⑤p

⑥ds

⑦s

⑧d

⑨非金属⑩金属

金属

金属

价层电子排布为5s1,说明该元素原子核外共有5个电子层,位于第五周期,价层电子排布符合ns1~2,故属于s区,且最外层有1个电子,位于第ⅠA族,在金属元素与非金属元素分界线的左边,属于金属元素。价层电子排布为3d74s2,说明该元素原子核外共有4个电子层,位于第四周期,价层电子排布符合(n-1)d1~9ns1~2,故属于d区,且价电子层的电子总数为9,位于第Ⅷ族,在金属元素与非金属元素分界线的左边,属于金属元素。一

探究原子结构与元素周期表的关系重难归纳1.元素周期系的形成。2.核外电子排布与周期的划分。根据构造原理,将能量相近的能级分为一组,按能量由低到高可分为七个能级组,同一能级组内,各能级能量相差较小,各能级组之间能量相差较大。(1)每一能级组对应一个周期。(2)周期、能级组、元素数目的对应关系:(2)稀有气体元素的价层电子排布为1s2或ns2np6。3.核外电子排布与族的划分。(1)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ⅠAⅡAⅢAⅣAⅤAⅥAⅦA价层电子排布式ns1ns2ns2np1ns2np2ns2np3ns2np4ns2np5列数121314151617价电子数目1234567同主族元素原子的价层电子数完全相同,价层电子全部排布在ns或ns、np能级上,价电子数与族序数相等。(2)稀有气体元素的价层电子排布为1s2或ns2np6。(3)过渡元素(除镧系、锕系、第Ⅷ族元素外,以第四周期为例)。副族元素21Sc22Ti23V24Cr25Mn29Cu30Zn族序数ⅢBⅣBⅤBⅥBⅦBⅠBⅡB价层电子排布式3d14s23d24s23d34s23d54s13d54s23d104s13d104s2价电子数目34567——过渡元素(镧系、锕系除外)同一纵列原子的价层电子数相同,ⅢB~ⅦB族元素原子的价电子数与族序数相同,第ⅠB、ⅡB族和第Ⅷ族元素的价电子数与族序数不相同。(4)价层电子排布与元素的最高正化合价关系的一般规律。①当主族元素原子失去全部价电子后,表现出该元素的最高化合价,最高正化合价=主族序数(O、F除外)。②第ⅢB~ⅦB族元素原子可失去ns和(n-1)d轨道上的全部电子,所以最高正化合价=族序数。③第Ⅷ族元素原子可失去最外层的s电子和次外层的部分(n-1)d电子,所以最高正化合价低于族序数(8),只有Ru和Os可表现+8价。④第ⅠB族元素原子可失去ns1电子和部分(n-1)d电子,所以第ⅠB族的族序数<最高正化合价,第ⅡB族元素原子只失去ns2电子,族序数=最高正化合价。元素的存在与原子结构的稳定性有关,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之后的元素(超铀元素),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)。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5g能级和6g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spdfg电子数26101418(1)由此可以推测,第八、九周期各将有多少种元素?(2)预言119号元素在元素周期表中的位置及其性质。提示:(1)第八、九周期都将有50种元素,是超长周期。(2)119号元素位于第八周期第ⅠA族,属于碱金属元素,具有碱金属元素的通性,且金属性强于其他的碱金属元素。典例剖析某元素的原子序数为29,请回答下列问题。(1)此元素原子的电子总数是

个。

(2)此元素原子有

个能层,有

个能级。

(3)此元素原子的价层电子排布式是

。

(4)此元素原子属于第

周期第

族。

(5)此元素原子有

个未成对电子。

答案:(1)29

(2)4

7

(3)3d104s1

(4)四ⅠB

(5)1解析:解答该题需掌握原子核外电子排布与元素周期表的关系和原子核外电子排布的规律。根据核外电子排布原理,该元素原子的电子排布式应为1s22s22p63s23p63d104s1,共有29个电子,故为Cu元素。从核外电子排布式中可以得出n=4,有4个能层,所以为第四周期元素,有7个能级,价层电子排布式为3d104s1,位于第ⅠB族。价层电子的轨道表示式为

,有1个未成对电子。规律总结最外层电子排布与周期表的关系:

(1)原子的能层数=能级中最高能层序数=周期序数(Pd除外)。

(2)主族元素原子的最外层电子数=主族元素原子的价层电子数=主族序数。学以致用1.已知某元素+2价离子的电子排布式为1s22s22p63s23p6,该元素在周期表中位于(

)。A.第ⅤB族 B.第ⅡB族C.第Ⅷ族 D.第ⅡA族答案:D解析:根据该元素+2价离子的电子排布式可知该元素原子的价层电子排布为4s2,故该元素位于第四周期第ⅡA族。2.具有下列电子层结构的原子,其对应的元素一定属于同一周期的是(

)。A.两种元素原子的电子层上全部都是s电子B.3p能级上只有1个空轨道的原子和3p能级上只有1个未成对电子的原子C.最外层电子排布为2s22p6的原子和最外层电子排布为2s22p6的离子D.原子核外的M层上的s、p能级上都填满了电子而d轨道未排电子的两种原子答案:B解析:两种元素原子的电子层上全部都是s电子,其电子排布可能为1s1或1s2或1s22s1或1s22s2,对应的分别是H、He、Li、Be,即两种元素原子的电子层上全部都是s电子,可能属于第一周期或第二周期,A项不符合题意。3p能级上只有1个空轨道的原子,其电子排布式为1s22s22p63s23p2,其对应的元素为硅元素。3p能级上只有1个未成对电子的原子,其电子排布式可能为1s22s22p63s23p1,其对应的元素为铝元素;其电子排布式还可能为1s22s22p63s23p5,其对应的元素为氯元素,都属于第三周期,B项符合题意。最外层电子排布为2s22p6的原子其对应的元素是氖元素,属于第二周期元素;最外层电子排布为2s22p6的离子对应的元素可能为氮、氧、氟、钠、镁、铝,很显然不一定属于同一周期,C项不符合题意。原子核外的M层上的s、p能级上都填满了电子而d轨道未排电子的原子的核外电子排布为1s22s22p63s23p6或1s22s22p63s23p64s1或1s22s22p63s23p64s2,可能为Ar、K、Ca,很显然不一定属于同一周期,D项不符合题意。二

探究原子结构与元素周期表的分区重难归纳1.根据核外电子的排布分区。按照核外电子排布,可把元素周期表划分为5个区,按构造原理最后填入电子的能级符号命名s、p、d、f4个区,而第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能级而得名ds区。5个区的位置关系如下图所示:元素周期表的分区

2.元素周期表中族和分区的关系。(1)主族:s区和p区。(ns+np)的电子数=族序数。(2)0族:p区。(ns+np)的电子数=8(He为2)。(3)副族:d区、ds区和f区。①d区中[(n-1)d+ns]的电子数=族序数(第Ⅷ族元素除外)。②当8≤[(n-1)d+ns]的电子数≤10时,则为第Ⅷ族元素。③ds区中(n-1)d的电子数为10,ns的电子数=族序数。3.各区元素的位置、价层电子排布、元素种类及性质特点之间的关系。分区元素的位置价层电子排布元素种类及性质特点s区ⅠA族、ⅡA族ns1~2价层电子最后排布在ns能级上,属于活泼金属(氢除外),为碱金属元素和碱土金属元素p区ⅢA~ⅦA族及0族元素ns2np1~6(He除外)价层电子最后排布在np能级上,为非金属元素、稀有气体元素和少数金属元素分区元素的位置价层电子排布元素种类及性质特点d区ⅢB~ⅦB族(镧系、锕系除外)以及Ⅷ族(n-1)d1~9ns1~2(Pd除外)价层电子最后排布在(n-1)d能级上,为过渡元素ds区ⅠB族、ⅡB族(n-1)d10ns1~2可理解为价层电子先填满(n-1)d能级,而后再填充ns能级,为过渡元素f区镧系和锕系元素(n-2)f0~14(n-1)d0~2ns2镧系元素化学性质相近;锕系元素化学性质相近仔细观察元素周期表片段,回答下列问题:(1)Fe处于周期表中的哪个区?Fe2+、Fe3+的电子排布式怎样书写?两种离子更稳定的是哪种?为什么?(2)某元素原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s2,据此判断该元素位于周期表中的哪个区?是何种元素?(3)为什么s区(除氢元素)、d区和ds区的元素都是金属元素?提示:(1)Fe位于d区。Fe2+、Fe3+的电子排布式分别为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+。(2)该元素位于ds区,为Zn。(3)s区(除氢元素)、d区和ds区的元素原子最外层电子数为1~2个(Pd除外),在反应中易失去电子,故都是金属元素。典例剖析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的基态原子的价层电子排布式为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∶5D.元素5的原子结构示意图为

,其属于半金属答案:D解析:元素2和元素5均位于p区,A项错误。元素4为锌,其基态原子的价层电子排布式为3d104s2,最外层电子数为2的元素还包括s区的Be、Mg等,d区的Ti、Mn、Fe等,p区的He等,B项错误。元素1、2、3分别是H、O、Mn,它们的基态原子的价层电子排布式分别为1s1、2s22p4、3d54s2,故其未成对电子数之比为1∶2∶5,C项错误。元素5位于第四周期第ⅣA族,原子结构示意图正确,由于其周期序数等于主族序数,故为半金属,D项正确。规律总结根据原子结构特征判断元素在元素周期表中的位置:

学以致用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.元素周期表第ⅢB族到第ⅡB族10个纵列的元素都是金属元素C.最外层电子数为2的元素都分布在s区D.s区均为金属元素答案:B解析:s区除氢元素外,其他元素均为金属元素,p区也有金属元素,A项错误;元素周期表中第ⅢB族到ⅡB族10个纵列的元素都是金属元素,B项正确;第ⅡB族元素原子的最外层电子数为2,在ds区,C项错误;s区的氢元素为非金属元素,D项错误。2.具有以下结构的原子一定属于p区元素的是(

)。①最外层有3个电子的原子②最外层电子排布式为ns2的原子③最外层有3个未成对电子的原子④最外层电子形成全满结构的原子A.②③ B.①③C.②④ D.①④答案:B解析:最外层有3个电子的原子,其最外层电子排布式为ns2np1,只能是第ⅢA族元素的原子,①符合题意;最外层电子排布式为ns2的原子,既可能是第ⅡA族元素的原子,也可能是过渡元素的原子,还可能是He,②不符合题意;最外层有3个未成对电子的原子,其最外层电子排布式一定为ns2np3,位于第ⅤA族,③符合题意;最外层电子形成全满结构的原子,包括ns2、ns2np6等结构的原子及钯原子,可能位于多个区,④不符合题意。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.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.书末的元素周期表共18个纵列,可分为五个区,即s区、d区、ds区、p区、f区答案:C解析:除ds区外,区的名称均来自按构造原理最后填入电子的能级符号。2.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22B.钛元素在周期表中位于第四周期C.钛的不同同位素在周期表中位于不同的位置D.钛元素是d区的过渡元素答案:C解析:钛是第四周期第ⅣB族元素,其质子数为22。质子数相同而中子数不同的同一元素的不同原子互为同位素,它们在周期表中位于同一位置。3.根据电子排布的特点,Cu在周期表中位于(

)。A.ds区

B.p区C.d区

D.s区答案:A解析:铜为29号元素,基态Cu原子的核外电子排布式为1s2

2s2

2p6

3s2

3p6

3d104s1,Cu在元素周期表中属于ds区。4.举世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原子核外电子占据的能量最高轨道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第ⅤB族D.钒的价层电子排布式为3d34s2答案:A解析:第三周期稀有气体元素的原子序数为18,锌的原子序数为30,30-18=12,则锌在元素周期表中处于第四周期第ⅡB族,位于ds区,A项错误;基态