1-2 原子结构与元素周期表 课件 【新教材】人教版（2019）高中化学选择性必修二

第二节原子结构与元素的性质第一课时

原子结构与元素周期表

随着元素数目在十九世纪的增多，每一种元素都具有不同的特性，化学家们开始感到他们像是迷失在一座茂密的丛林中：自然界究竟有多少种元素？它们之间的内在关系怎样？有没有规律？怎样分类？终于俄国化学家门捷列夫从杂乱无章的元素迷宫中理出了一个头绪。门捷列夫为了研究元素的分类和规律，把当时已知的几十种元素的主要性质和相对原子质量写在一张张的小卡片上，反复进行排列，比较它们的性质，探索它们之间的联系。1869年，他正式提出元素周期律，它在周期表中排列了当时已经知道的63种元素。1914年，英国青年物理学家莫塞莱确定了各种金属所产生的标识X射线的波长，并得到了一个重要的发现：各元素的波长非常有规律地随着它们在周期表中的排列顺序而递减。这使得各种元素在周期表中应处的位置完全固定下来了。

化学家们当时把元素从1(氢)一直排列到92(铀)，并且发现，这种"原子序数"不仅对于了解原子的内部结构十分重要，而且比相对原子质量更为重要。 根据莫塞莱工作，化学家们对化学元素周期律作出了科学解释，反映了作为元素周期律的真正基础不是元素的相对原子质量，而是原子序数也就是原子的核电荷数（或者说是原子核外的电子数）。一、原子的结构与元素周期表（一）元素周期律、元素周期系和元素周期表1、元素周期律（1）定义：元素的性质随原子的核电荷数递增发生周期性递变，这一规律叫做元素周期律（2）实质：元素性质的周期性变化是元素原子的核外电子排布周期性变化的必然结果。2、元素周期系定义：元素按其原子核电荷数递增排列的序列称为元素周期系。这个序列中的元素性质随着核电荷数的递增发生周期性的重复。3、元素周期表（1）含义：元素周期表是呈现元素周期系的表格。（2）元素周期系与元素周期表的关系：(3)元素周期系只有一个,元素周期表多种多样。第一张元素周期表是由门捷列夫制作的。注：（1）门捷列夫提出的原子序数是按相对原子质量从小到大的顺序对元素进行编号（2）原子序数是按照元素核电荷数由小到大的顺序给元素编号而得到的序数。（3）原子序数=核电荷数=质子数=核外电子数

由于随着核电荷数的递增，电子在能级里的填充顺序遵循构造原理，元素周期系的周期不是单调的，每一周期里元素的数目不总是一样多，而是随着周期序号的递增渐渐增多。因而，我们可以把元素周期系的周期发展形象的比喻成螺壳上的螺旋。门捷列夫周期表短式周期表三张有重要历史意义的周期表特征：从第四周期开始每个周期结成两段。族分I～VIII和0族维尔纳的特长式周期表………H…HeLiBeBCNOFNeNaMgAlSiPSClArKCaScTiVCrMnFeCoNiCuZnGaGeAsSeBrKrRbSrYZrNbMo…RuRhPdAgCdInSnSbTeIXeCsBaLaCeNdPr……SmEuGdTbHoErTmYb……TaW…OsIrPtAuHgTlPbBi…………RaLaαTh……………U…………Ac………………………………PbαBiαTeα……1905年，配位化学鼻祖维尔纳制做了一张周期表称为特长式周期表，每个周期一行，各族元素、过渡元素、稀有气体、镧系和锕系，各有各的位置，同族元素上下对齐，维尔纳的周期表与现在的周期表相似，但也有差异。比如没有确定镧系和锕系的元素种类，Be、Mg的位置与现今周期表不同。三张有重要历史意义的周期表波尔元素周期表1922年，玻尔也绘制了一张元素周期表，它的特别重要之处在于，玻尔已经开始用原子结构来解释元素周期系，他把21-28、39-46等元素用方框框起来，因为这些框内元素的原子新增的电子是填入内层轨道的。玻尔也得知镧后14种元素基态原子有4f电子。

玻尔周期表还用直线连接前后周期的相关元素（同族元素），这是因为玻尔已经知道，他们的价电子数相等。三张有重要历史意义的周期表（1）周期（七横七周期，三短四长）依次递增

从上到下类别各周期原子的电子层数各周期最多容纳的元素种类数同周期内原子序数变化规律第一周期短周期12左右第二周期28第三周期38第四周期长周期418第五周期518第六周期632（含镧系15种元素）第七周期732（含锕系15种元素）（二）构造原理与元素周期表1、元素周期表的结构：根据构造原理得出的核外电子排布，可以解释元素周期系的基本结构。①每一周期元素原子的外围电子排布与元素种类周期外围电子排布各周期增加的能级元素种类第ⅠA族0族最外层最多容纳电子数一1s11s221s2二2s12s22p682s、2p8三3s13s23p683s、3p8四4s14s24p684s、3d、4p18五5s15s25p685s、4d、5p18六6s16s26p686s、4f、5d、6p32七7s17s27p687s、5f、6d、7p32（2）核外电子排布与周期的划分②核外电子排布与周期划分的关系ⅰ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7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。ⅱ每一个能级组对应一个周期,且该能级组中最高的能级对应的能层数等于元素的周期序数。

元素形成周期系的根本原因是元素的原子核外电子的排布发生周期性的重复。

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。中间按照构造原理依次排满各能级。其余各周期总是从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。具体数据如下:

若以一个方格代表一种元素，每个周期排成一个横排，并按s、p、d、f分段，左侧对齐，可得到如下元素周期表（3）根据构造原理得出的核外电子排布与周期中元素种类数的关系：周期ns→np电子数元素数目一1s1～2二2s1～22p1～6三3s1～23p1～6四4s1～23d1～104p1～6五5s1～24d1～105p1～6六6s1～24f1～145d1～106p1～6七7s1～25f1～146d1～107p1～6递增的核电荷数=元素个数2288881818181832323232第八周期？

若以一个方格代表一种元素，每个周期排一横排，并按s、p、d、f分段，左侧对齐，可以得到如下元素周期表：pfdsspsdpfsdpdspps变变变s

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、七周期比第四、五周期多出14个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。

（4）族（十八纵行十六族，七主七副一VIII一0）列数123456789101112131415161718类别主族副族第VIII族副族主族0族名称IAIIAIIIBIVBVBVIBVIIB第VIII族IBIIBIIIAIVAVAVIAVIIA0族注：（1）电子层数=周期序数；（2）主族元素族序数=原子最外层电子数价电子

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。主族元素的价电子为该元素原子的最外层电子。如碱金属元素的基态原子的价电子排布为ns1。元素周期表最右侧稀有气体元素的基态原子,除氦(1s2)外,最外层都是8电子,即ns2np6。副族元素的价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)。如铁元素的价电子排布式为3d64s2。(5)核外电子排布与族的关系族按族分类价层电子排布式价层电子数特点IA主族ns11族序数=最外层电子数=价层电子数ⅡAns22ⅢAns2np13IVAns2np24VAns2np35ⅥAns2np46ⅦAns2np57ⅢB副族(镧系、锕系除外)(n-1)d1-10ns1-23价层电子数=族序数ⅣB4VB5VIB6VIIB7IB11（n-1）d轨道为全充满状态，族序数=最外层ns轨道上的电子数ⅡB12ⅧⅧ族(n-1)d6-10ns0-28Ⅷ族第1列元素的价电子数=族序数Ⅷ族第2列元素的价电子数为9Ⅷ族第3列元素的价电子数为1091000族1s2或ns2np6(n>1)2或8为原子轨道全充满的稳定结构（1）按核外电子排布式中最后填入电子的能级符号可将元素周期表(第IB族、第ⅡB族除外)分为s、p、d、f4个区，而第IB族、第ⅡB族的元素原子的核外电子因先填满了(n-1)d能级而后填充ns能级而得名ds区。这5个区的位置关系如图所示。2、原子结构与元素周期表的分区①s区:包括ⅠA、ⅡA族元素,价电子排布式为ns1~2,

最后一个电子填在ns能级上,除氢元素外均属于活泼金属元素。

②p区:包括ⅢA~ⅦA族以及0族元素,价电子排布式为ns2np1~6(除He外),最后一个电子填在np能级上,为非金属元素和少数金属元素。

③d区:包括ⅢB~Ⅷ族元素(除镧系、锕系外),价电子排布式为(n-1)d1~9ns1~2(钯除外),最后一个电子填在(n-1)d能级上,为过渡金属元素。

④ds区:包括ⅠB、ⅡB族元素,价电子排布式为(n-1)d10ns1~2。先填满了(n-1)d能级而后再填充ns能级,为过渡金属元素(d区和ds区金属元素均为过渡金属元素)。

⑤f区:包括镧系和锕系元素,价电子排布式为(n-2)f0~14(n-1)d0~2ns2。

⑥各区元素原子的价层电子排布、元素的位置及类别分区元素位置价层电子排布式元素种类及性质特点s区IA族、ⅡA族ns1-2原子的核外电子最后排布在ns能级上，属于活泼金属元素(H除外),为碱金属元素和碱土金属元素p区ⅢA~ⅦA族及0族ns2np1-6(He除外)原子的核外电子最后排布在np能级(He为s能级)上，为非金属元素和少数金属元素d区ⅢB~ⅦB族(镧系、锕系除外)以及Ⅷ族(n-1)d1-9ns1-2(Pd除外)为过渡金属元素，原子的核外电子最后排布在(n-1)d能级上，d轨道可以不同程度地参与化学键的形成ds区IB族、ⅡB族(n-1)d10ns1-2为过渡金属元素，核外电子先填满(n-1)d能级而后再填充ns能级，由于d轨道已填满电子，因此d轨道一般不参与化学键的形成f区镧系和锕系(n-2)f0-14(n-1)d0-2ns2镧系元素化学性质相似；锕系元素化学性质相似小结：对于主族和0族元素而言，价层电子数=ns能级上的电子数或ns+np能级上的电子总数对于副族（镧系和锕系除外）和第VIII族而言，价层电子数=(n-1)d+ns能级上的电子总数【思考与讨论】根据元素原子的核外电子排布对元素周期表分区(1)在s区中,族序数最大、原子序数最小的元素是什么元素?该元素原子价电子的电子云什么形状?提示:s区包括第ⅠA族、第ⅡA族,符合条件的元素为Be,其电子排布式为1s22s2,价电子的电子云形状为球形。(2)Fe元素处于周期表中的哪个区?写出Fe2+、Fe3+的电子排布式;这两种离子哪一种更稳定?为什么?提示:Fe位于元素周期表中的d区,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“半充满”,其稳定性强于Fe2+。(3)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一区?是何种元素?提示:该元素位于元素周期表中的ds区;元素名称为锌,元素符号为Zn。（2）按金属元素与非金属元素分区①金属元素、非金属元素在元素周期表中的位置

沿着周期表中硼、硅、砷、碲、砹、与铝、锗、锑、钋、之间画一条线，线的左边是金属元素(氢除外),线的右边是非金属元素。非金属元素要集中在元素周期表右上角的三角区内(如图)。②金属与非金属交界处元素的性质特点

在元素周期表中位于金属和非金属分界线上的元素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)常被称为半金属或类金属(一般可用作半导体材料)。3、对角线规则

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（如锂和镁在过量的氧气中燃烧均生成正常氧化物，而不是过氧化物)，这种相似性被称为对角线规则，如图所示。思考与讨论(1)外围电子排布为5s25p1的元素,在元素周期表中处于什么位置?据此分析元素的外围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。元素能级中最高能层序数=周期序数,主族元素原子的外围电子数=该元素在周期表中的主族序数。(2)某元素位于周期表中第四周期ⅤA族,你能否据此写出该元素的价电子排布式和电子排布式?提示:该元素的价电子排布式为4s24p3;电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p3。(3)原子序数1~36的某元素基态原子的最外层电子排布式为ns2,该元素可能属于哪一族?提示:0族(He)、ⅡA族、ⅡB族、ⅢB族、ⅣB族、ⅤB族、ⅦB族、Ⅷ族。规律总结解答与元素周期表分区相关的问题时,要特别注意:(1)主族元素的最外层电子即为外围电子(价电子),过渡元素的外围电子一般包括最外层的s电子和次外层的d电子,有的还包括倒数第三层的f电子;(2)s区元素原子的价电子特征排布为ns1~2,价电子数等于主族序数;(3)p区元素原子的价电子特征排布为ns2np1~6(He除外),价电子总数等于主族序数(0族除外);(4)s区(H除外)、d区、ds区和f区都是金属元素。答：(1)现行元素周期表包含118种元素，共有七个周期，每个周期包含的元素数目，分别是按照周期序数一二三四五六七，元素种类数依次为2、8、8、18、18、32、32。第一周期结尾元素(He)原子核外只有2个电子，根据构造原理，其电子排布式为1s2。与该元素同族的其他周期元素Ne、Ar、Kr、Xe、Rn等，原子核外电子数依次增加了8、8、18、18、32。根据构造原理，它们的最外层电子排布通式为ns2np6。所以，第一周期结尾元素的电子排布跟同族的其他周期元素的不同。(2)元素周期表共有18个列。从左向右，第1~12列中，除第3列中的镧系和锕系以外，其他的价层电子数都等于列数；第13~18列中，除第18列中的氦以外，其他的价层电子数都等于列数减10。除了镧系、锕系和氦以外，同列元素价层电子数相等。元素周期表所划分的族及族序数，从左向右排列如下：IA族、ⅡA族；ⅢB族→ⅦB族；Ⅷ族；IB族、ⅡB族；ⅢA族→ⅦA族；0族。(3)从原子结构方面来说，元素周期表中右上角三角区的元素，大多数的价层电子排布为ns2np1-6(He除外),价层电子数较大，得电子相对容易，失电子相对困难。从元素周期表中元素性质递变规律来说，同周期元素从左到右非金属性逐渐增强(不包括0族元素),同主族元素从下向上非金属性逐渐增强。综上可知，在元素周期表中非金属主要集中在右上角三角区内。答：(1)副族元素介于s区元素(主要是金属元素)和p区元素(主要是非金属元素)之间，处于由金属元素向非金属元素过渡的区域，因此副族元素又称为过渡元素。过渡元素价层电子数跟它们的族序数的关系是：第ⅢB族到第ⅦB族元素的价层电子数等于它们的族序数；第Ⅷ族有3列元素，其族序数等于该族的第1列元素的价层电子数；第IB族、第ⅡB族的族序数等于它们的最外层电子数。过渡元素的价层电子排布通式为(n-1)d1-10ns2(除镧系和锕系)。(2)s区有2列，d区有8列，p区有6列。s区元素的价层电子排布通式为ns1-2,d区元素的价层电子排布通式为(n-1)d1-9ns1-2,ds区元素的价层电子排布通式为(n-1)d10ns2,它们的最外层电子数均不超过2,在化学反应中容易失去电子，所以s区(除氢元素外)、d区和ds区的元素都是金属元素。(3)由于元素的金属性和非金属性之间并没有严格的界限，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，因此这些元素常被称为半金属或类金属。(4)Cr的价层电子排布式为3d54s1,Cu的价层电子排布式为3d104s1,不符合构造原理(它们的3d轨道达到半充满或全充满结构，是一种能量较低的稳定结构)。此外，Nb、Mo、Ru、Rh、Pd、Ag、Pt、Au、La、Ce、Gd、Ac、Th、Pa、U、Np、Cm等的基态原子电子排布均不符合构造原理。(5)119号元素应位于第八周期第IA族，故基态原子最外层电子排布为8s1;周期分别为一、二、三、四、五、六、七，元素种数分别为2x12、2×22、2×22、2×32、2×32、2×42、2×42,以此预测第八周期元素种数为2×52=50(种)。小结1、原子的电子排布与周期的划分2、原子的电子排布与族的划分主族元素：族序数=原子的最外层电子数=价电子数

副族元素：大多数族序数=（n-1)d+ns的电子数=价电子数

3、原子的电子构型和元素的分区周期序数=能层数5个区：s区、d区、ds区、p区、f区[规律方法]1.根据原子结构特征判断元素在元素周期表中的位置价电子排布式2.元素周期表中元素和分区的关系(1)主族:s区和p区。(ns+np)的电子数=族序数。(2)0族:p区。(ns+np)或1s的电子数=8或2。(2)副族:d区+ds区+f区。①d区中[(n-1)d+ns]的电子数=族序数(第Ⅷ族部分元素除外)。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全充满,ns的电子数=族序数。(1)除0族外,短周期元素的最高化合价在数值上都等于该元素所属的族序数(

)(2)除短周期外,其他周期均有18种元素 (

)(3)碱金属元素是指第ⅠA族的所有元素(

)(4)在元素周期表中,所有非金属都位于p区(

)(5)价电子数与最高化合价相等的元素一定是主族元素(

)(6)次外层全充满而最外层有不成对电子的元素一定是主族元素 (

)(7)元素周期表5个区中都有金属元素 (

)

×

√

1.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)×

×

×

×

×

(8)周期序数越大,该周期所含金属元素越多。(

)(9)非金属元素都分布在p区。(

)(10)外围电子数目决定元素所在的族。(

)(11)价电子排布式为3d84s2的元素属于s区。(

)(12)处于非金属三角区边缘的元素可称为半金属或类金属。(

)√

√

√

×

×

2.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叙述中,正确的是(

)A.原子价电子排布为ns2np1~6的元素一定是主族元素B.基态原子最外电子层的p能级上有5个电子的元素一定是第ⅦA族元素C.原子的价电子排布为(n-1)d6~8ns2的元素一定位于第ⅢB~ⅦB族D.基态原子N能层上只有1个电子的元素一定是主族元素B解析:除He外,0族元素原子的价电子排布均为ns2np6,0族元素不是主族元素;基态原子最外电子层的p能级上有5个电子,即价电子排布为ns2np5,该元素一定处于第ⅦA族;原子的价电子排布为(n-1)d6~8ns2的元素处于第Ⅷ族;基态原子N能层上只有1个电子的元素,除主族元素K外,还有过渡金属元素Cu、Cr。规律总结

已知某元素原子的外围电子排布,可推断该元素在周期表中的具体位置。依据最大能层数确定所在周期序数;依据外围电子数确定所在族序数。(1)对于主族元素,原子的最大能层数等于周期序数,价电子数等于主族序数;(2)第ⅢB~ⅦB族,原子的价电子数等于族序数;(3)第ⅠB、ⅡB族要根据ns能级上的电子数来划分。3.外围电子构型为3d104s1的元素在周期表中位于(

)A.第五周期第ⅠB族B.第五周期第ⅡB族C.第四周期第ⅦB族D.第四周期第ⅠB族解析:该元素的基态原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s1,根据电子排布式可知,该原子有4个能层,所以位于第四周期;其价电子排布式为3d104s1,属于第ⅠB族元素,所以该元素位于