高中化学（新教材）选择性必修二第一章原子结构与性质课件

高中同步学案优化设计GAOZHONGTONGBUXUEANYOUHAUSHEJI第一课时能层与能级基态与激发态原子光谱构造原理与电子排布式第一章2021内容索引0102课前篇素养初探课堂篇素养提升素养目标1.通过认识原子结构及核外电子排布,知道原子核外电子的能层、能级及电子排布规律,形成宏观辨识与微观探析的核心素养。2.结合原子模型的演变过程,掌握原子核外电子排布的构造原理,形成证据推理与模型认知的核心素养。课前篇素养初探【知识铺垫】1.原子是由原子核和核外电子组成的,核外电子是分层排布的;离核越远的电子能量越高。2.写出氮、氧、钠、氯的原子结构示意图:【自主梳理】1.能层与能级(1)能层核外电子按能量不同分成能层,能层序数一、二、三、四、五、六、七分别用K、L、M、N、O、P、Q表示。能层越高,电子的能量越高,能量的高低顺序为E(K)<E(L)<E(M)<E(N)<E(O)<E(P)<E(Q)。(2)能级①同一能层的电子,又被分成不同能级。任一能层的能级总是从

s能级开始,能级的字母代号按s、p、d、f……排序,每个能级最多可容纳的电子数依次为自然数

1、

3、

5、

7……的2倍。②同一能层不同能级的能量顺序:E(ns)<E(np)<E(nd)<E(nf)……

任何能层均有s能级(3)各能层、能级中最多容纳的电子数

能层一二三四五……KLMNO……能级1s2s2p3s3p3d4s4p4d4f5s5p…………最多电子数226261026101426…………281832…………【微思考1】能层序数与所含的能级数有何关系?提示

能级数等于能层序数。2.基态与激发态

原子光谱(1)基态原子与激发态原子(2)原子光谱与光谱分析①光谱的成因及分类②光谱分析:现代化学中,常利用原子光谱上的特征谱线来鉴定元素,称为光谱分析。【微思考2】金属的焰色试验中,一些金属元素呈现不同焰色的原因是什么?提示

激发态原子中的电子跃迁到低能级时,多余的能量以光的形式释放出来。3.构造原理与电子排布式(1)构造原理①含义以光谱学事实为基础,从氢开始,随核电荷数递增,新增电子填入能级的顺序称为构造原理。

即电子填充能级的顺序②示意图

(2)电子排布式①定义:将能级上所容纳的电子数标在该能级符号右上角,并按照能层从左到右的顺序排列的式子。②表示方法:如氮原子的电子排布式为③能级交错。随核电荷数递增,电子并不总是填满一个能层后再开始填入下一个能层,如电子是按3p→4s→3d的顺序而不是按3p→3d→4s的顺序填充的,这种现象被称为能级交错。基态铬、铜的核外电子排布不符合构造原理,Cr、Cu基态原子的电子排布式分别为1s22s22p63s23p63d54s1、1s22s22p63s23p63d104s1。【微思考3】基态原子的电子排布式是按照构造原理的顺序依次书写的吗?提示

不是。基态原子按照构造原理填充电子,可能存在能级交错;而电子排布式是按照能层由低到高、同一能层按照能级由低到高的顺序书写的。【自我检测】1.判断下列说法的正误,正确的画“√”,错误的画“×”。(1)原子中第n能层容纳的电子数一定是2n2(

)(2)最外层电子排布式为4s1的元素一定为K(

)(3)能层序数大,该能层中能级的能量一定高(

)(4)原子光谱是原子发生电子得失而引起的(

)(5)K的电子排布式为1s22s22p63s23p63d1(

)×××××2.下列能级表示正确(实际存在的)且最多容纳的电子数按照从少到多的顺序排列的是(

)A.1s、2p、3d B.1s、2s、3sC.2s、2p、2d D.3p、3d、3f答案

A解析

不同能层中符号相同的能级最多容纳的电子数相同,B项错误;从M层开始有d能级,不存在2d能级,C项错误;从N层开始有f能级,不存在3f能级,D项错误。3.(1)根据构造原理,试比较下列能级的能量高低(填“>”或“<”)。①4s

3d;②6s

4f

5d。

(2)根据构造原理,写出下列基态原子的核外电子排布式:①2He:

;

②8O:

;

③10Ne:

;

④14Si:

;

⑤18Ar:

。

答案

(1)①<

②<

<(2)①1s2

②1s22s22p4

③1s22s22p6④1s22s22p63s23p2

⑤1s22s22p63s23p64.(2021河北卷,17节选)在KH2PO4的四种组成元素各自所能形成的简单离子中,核外电子排布相同的是

(填离子符号)。

答案

K+、P3-课堂篇素养提升探究1能层与能级的组成以及能量关系【问题探究】在多电子的原子中,同一能层的电子,能量也可能不同,据此把它们分为能级。(1)符号相同的不同能级(如2p、3p)中所能容纳的最多电子数是否相同?提示

相同。如2p、3p能级最多容纳的电子数都是6。(2)不同能层的s能级之间,能量高低有何关系?同一能层不同能级之间能量高低有何关系?提示

1s<2s<3s<4s<……;ns<np<nd<nf<……。【深化拓展】能层中各能级之间能量的大小关系(1)能层或能级的能量关系(2)不同能层中不同能级的能量高低顺序(按构造原理排序,存在能级交错):ns<(n-2)f<(n-1)d<np。【素能应用】典例1已知n为能层序数,下列有关认识正确的是(

)A.各能层含有的电子数为2n2B.各能层的能级都是从s能级开始至f能级结束C.各能层含有的能级数为n-1D.各能级最多容纳的电子数按s、p、d、f的顺序依次为1、3、5、7的2倍答案

D解析

各能层最多含有的电子数为2n2,A项错误;各能层的能级都是从s能级开始,但并不是都到f能级结束,如第1、2、3能层,B项错误;各能层含有的能级数与其能层序数相等,C项错误;各能级最多容纳的电子数按s、p、d、f的顺序依次为1、3、5、7的2倍,D项正确。易错警示

能层与能级的认识误区(1)任何能层均含有s能级,但不是任何能层均含有s、p、d、f能级。(2)能层就是电子层,各能层具有的能级数等于能层序数,例如:K层只有1s能级;L层有2s、2p两个能级等。(3)从第3能层(M层)开始出现d能级,且3d能级的能量大于4s能级。变式训练1按能量由低到高的顺序排列,正确的一组是(

)A.1s、2p、3d、4s B.1s、2s、3s、2pC.2s、2p、3s、3p D.3p、3d、4s、4p答案

C解析

电子能量的高低主要由能层和能级决定。当能级符号相同时,能层序数越大,能量越高,例如E1s<E2s<E3s;E2p<E3p<E4p。当能层序数相同时,能量顺序为ns<np<nd<nf,如E3s<E3p<E3d。能级和能层都不相同时,根据构造原理判断,如D项中各能级能量由低到高顺序为3p、4s、3d、4p。方法技巧

判断能级能量高低的方法(1)首先看能层,一般能层序数越大,能量越高。(2)再看能级,同一能层中的各能级,能量由低到高的顺序是ns<np<nd<nf。(3)还要注意能级交错现象,即高能层的s、p能级的能量可能会小于低能层的d、f能级,如4s<3d,6p<5f等。探究2构造原理与电子排布式的书写方法【问题探究】根据构造原理示意图回答以下问题:(1)分别写出O、Na、23V、26Fe的电子填充顺序和电子排布式。

提示

元素ONa23V26Fe电子填充顺序1s22s22p41s22s22p63s11s22s22p63s23p64s23d31s22s22p63s23p64s23d6电子排布式1s22s22p41s22s22p63s11s22s22p63s23p63d34s21s22s22p63s23p63d64s2(2)已知Cr的电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s1,Cu的电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s1。这两种元素的基态原子核外电子排布不符合构造原理,是根据什么确定其电子排布的?提示

Cr、Cu两种元素基态原子的电子填充顺序与构造原理不符合,这是根据Cr、Cu的原子光谱确定的。(3)元素周期表中钠原子的简化电子排布式写成[Ne]3s1,方括号里的符号是什么意义?模仿钠原子的简化电子排布式写出8号、14号、26号元素原子的简化电子排布式。提示

方括号里符号的意义是对应稀有气体元素原子的电子排布式。8号、14号、26号元素分别为O、Si、Fe,其简化电子排布式分别为:O[He]2s22p4;Si[Ne]3s23p2;Fe[Ar]3d64s2。【深化拓展】电子排布式的书写方法(1)简单原子的电子排布式按照构造原理将电子依次填充到能量逐渐升高的能级中。如6C:1s22s22p2。(2)复杂原子的核外电子排布式

↓

↓例如

26Fe:1s22s22p63s23p64s23d6

1s22s22p63s23p63d64s2(3)特殊原子当p、d、f能级处于全空、全充满或半充满状态时,能量相对较低,原子结构较稳定。如24Cr:(4)简化电子排布式为了避免电子排布式过于烦琐,可以把内层电子达到稀有气体电子层结构的部分,以相应稀有气体元素符号外加方括号来表示。如K:1s22s22p63s23p64s1,其简化电子排布式为[Ar]4s1,其中[Ar]代表Ar的核外电子排布式,即1s22s22p63s23p6。【素能应用】典例2写出下列原子的电子排布式。(1)基态Cl原子的电子排布式是

。

(2)基态Ge原子的核外电子排布式为

。

(3)写出基态As原子的电子排布式:

。

(4)P原子的电子排布式是

。

答案

(1)1s22s22p63s23p5或[Ne]3s23p5(2)1s22s22p63s23p63d104s24p2或[Ar]3d104s24p2(3)1s22s22p63s23p63d104s24p3或[Ar]3d104s24p3(4)1s22s22p63s23p3或[Ne]3s23p3解析

根据构造原理填充核外电子,根据能层序数由低到高的顺序书写电子排布式。要注意从3d能级开始出现“能级交错”现象。易错警示

(1)与化合价有关的电子叫价层电子,价层电子并不都是指原子的最外层电子,主族元素的价层电子就是最外层电子,但过渡元素的价层电子包括最外层s电子,次外层d电子,有的还包括倒数第三层f电子。(2)书写电子排布式时,同一能层按能级由低到高顺序连在一起。如基态Fe原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2,而不能写成1s22s22p63s23p64s23d6。(3)并不是所有的原子核外电子的排布都遵循构造原理。Cr原子和Cu原子具有特殊性,Cr:[Ar]3d54s1,Cu:[Ar]3d104s1。(4)在原子失去价电子时,并不都是按照填充的相反顺序失去,而是按电子排布式顺序从外层向内层失去。如基态Fe3+的电子排布式为1s22s22p63s23p63d5,即Fe→Fe3+是失去4s能级上的两个电子和3d能级上的一个电子。变式训练2下列基态原子或离子的电子排布式错误的是(

)A.Ca

1s22s22p63s23p64s2 B.Mg2+

1s22s22p6C.F-

1s22s22p5 D.Br

1s22s22p63s23p63d104s24p5答案

C解析

Ca原子核外有20个电子,根据构造原理,其电子排布式为1s22s22p63s23p64s2,A项正确;Mg2+核外有10个电子,根据构造原理,其电子排布式为1s22s22p6,B项正确;F-核外有10个电子,根据构造原理,其电子排布式为1s22s22p6,C项错误;Br原子核外有35个电子,根据构造原理,其电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p5,D项正确。

素养脉络

随堂检测1.下列能级不属于M能层的是(

)A.3s B.4s C.3p D.3d答案

B解析

M能层包含3s、3p、3d三个能级。2.下列说法正确的是(

)A.基态原子的能量一定比激发态原子的能量低B.1s22s12p1表示的是基态原子的电子排布C.日常生活中我们看到的许多可见光,如霓虹灯光、节日焰火,都与原子核外电子发生跃迁释放能量有关D.电子仅在激发态跃迁到基态时才会产生原子光谱答案

C解析

同类原子基态比激发态的能量低,A选项错误;1s22s12p1不符合构造原理,该原子处于激发态,B选项错误;原子光谱有发射光谱和吸收光谱两种,电子从激发态跃迁到基态时产生发射光谱,从基态跃迁到激发态时产生吸收光谱,D选项错误。3.下列各基态原子的电子排布式正确的是(

)A.Be:1s22p2 B.C:1s22s22p2C.He:1s12s1 D.Cl:1s22s22p63s23p6答案

B解析

A项中基态Be原子的电子排布式应为1s22s2;C项中基态He原子的电子排布式应为1s2;D项中基态Cl原子的电子排布式为1s22s22p63s23p5。4.写出下列原子在基态时的电子排布式:(1)11Na

;(2)16S

;

(3)35Br

;(4)19K

;

(5)31Ga

;(6)30Zn

。

答案

(1)1s22s22p63s1

(2)1s22s22p63s23p4(3)1s22s22p63s23p63d104s24p5(4)1s22s22p63s23p64s1(5)1s22s22p63s23p63d104s24p1(6)1s22s22p63s23p63d104s2解析

根据构造原理填充各能级中的电子,按能层序数从小到大的顺序书写原子的电子排布式。注意从3d能级开始出现“能级交错”现象。5.某元素的原子序数为34,则:(1)此元素原子的电子总数是

,有

个电子层,

个能级。

(2)它的价电子排布式为

。

答案

(1)34

4

8(2)4s24p4解析

原子序数为34的元素,原子核外的电子总数是34,根据原子的核外电子数,其基态原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p4,有4个电子层,8个能级;它的价电子排布式为4s24p4。高中同步学案优化设计GAOZHONGTONGBUXUEANYOUHAUSHEJI第二课时电子云与原子轨道泡利原理、

洪特规则、能量最低原理第一章2021内容索引0102课前篇素养初探课堂篇素养提升素养目标1.通过原子核外电子运动的形象化表达,了解电子云和原子轨道的概念,形成宏观辨识与微观探析的核心素养。2.通过对核外电子排布规律的探究,了解泡利原理、洪特规则、能量最低原理等,形成证据推理与模型认知的核心素养。课前篇素养初探【知识铺垫】1.核外电子是分层排布的,在离核较近的区域运动的电子能量较低,在离核较远的区域运动的电子能量较高。2.原子核外电子排布有以下规律(1)原子核外第n层最多容纳的电子为

2n2个。(2)最外层中的电子数最多只有

8个(K层最多只有

2个)。(3)次外层电子数不超过

18个。(4)倒数第三层电子数不超过

32个。【自主梳理】1.电子云与原子轨道(1)电子云①定义:电子云是处于一定空间运动状态的电子在原子核外空间的概率密度分布的形象化描述。②含义:用单位体积内小点的疏密程度表示电子在原子核外出现概率的大小,小点越密,表示概率密度越大。③形状(2)原子轨道①定义:电子在原子核外的一个空间运动状态称为一个原子轨道。②伸展方向s电子的原子轨道呈球形,能层序数越大,原子轨道的半径越大。p电子的原子轨道呈哑铃形,能层序数越大,原子轨道的半径越大。

③能级与原子轨道数目的关系

第n能层原子轨道数目为n2【微思考1】电子云中的一个小点表示电子在该处出现过一次吗?提示

不是。电子云图中独立的小点没有意义,小点的密度才有意义,小点的密度大小表示电子出现概率的大小。能级符号nsnpndnf轨道数目13572.泡利原理、洪特规则、能量最低原理(1)泡利原理在一个原子轨道里最多只能容纳

2个电子,而且自旋相反,常用上下箭头(↑和↓)表示。(2)洪特规则基态原子中,填入简并轨道(能量相同的原子轨道)的电子总是先单独分占,且自旋平行,称为洪特规则。(3)能量最低原理基态原子中,电子尽可能占据能量最低的原子轨道,使整个原子的能量最低,这就是能量最低原理。3.电子排布的轨道表示式轨道表示式又称电子排布图,如氢原子、氧原子的轨道表示式分别为:其中方框(或圆圈)表示原子轨道,能量相同的原子轨道相连,箭头表示一种自旋状态的电子;“↑↓”称电子对,“↑”或“↓”称单电子(或称未成对电子)。特别提醒

在轨道表示式(或电子排布图)中,不同能级中的方框(或圆圈)要相互分开,同一能级中的方框(或圆圈)要相互连接。【微思考2】对于多电子的基态原子,核外电子排布总是按照构造原理,由低能级到高能级依次排列才能保证原子的能量最低吗?提示

不是。如Cr、Cu的核外电子排布并不完全符合构造原理。【自我检测】1.判断下列说法的正误,正确的画“√”,错误的画“×”。(1)在原子中第n能层电子占有的轨道数最多为n2(

)(2)同一原子中的npx与npy轨道形状相同,半径相同且在空间相互垂直(

)(3)电子云图中小点密度的大小可表示电子的多少(

)(4)p轨道呈哑铃形,因此p轨道上的电子运动轨迹呈哑铃形(

)√√×××2.以下表示氦原子结构的化学用语中,对电子运动状态描述最详尽的是(

)A.电子式:He∶B.原子结构示意图:C.电子排布式:1s2D.轨道表示式:答案

D解析

A、B、C三项的表示方法只能说明氦原子核外有两个电子或第一能层有两个电子,但不能说明这两个电子的自旋情况,而D项可以说明两个电子均在1s能级的原子轨道中,且自旋相反。3.(1)下列表示原子轨道的符号正确的是

(填字母)。

A.2s B.2dC.3p D.3f(2)符号2px的意义是

。

(3)根据25Mn原子核外电子排布情况,回答下列问题。①价层电子轨道表示式为

。

②在锰原子的核外电子中,有

种运动状态不同的电子;共有

对成对电子;有

个未成对电子;最高化合价为

价。

答案

(1)AC

(2)2px表示在第2能层,沿x轴方向伸展的p轨道(3)①

②25

10

5

+74.(2021湖南卷,18节选)基态硅原子最外层的电子排布图为

。

课堂篇素养提升探究1从电子云轮廓图的绘制理解电子云和原子轨道【问题探究】绘制电子云轮廓图的目的是表示电子云轮廓的形状,对核外电子的空间运动状态有一个形象化的简便描述。例如,绘制电子云轮廓图时,把电子在原子核外空间出现概率P=90%的空间圈出来。(1)画出电子云轮廓图的绘制过程。提示

(2)画出同一原子的s电子的电子云轮廓图。提示

(3)电子云轮廓图中的小点的含义是什么?小点的密度表示什么?提示

小点是电子在原子核外出现的概率密度的形象表述。小点密度越大,表明电子在核外出现的概率密度越大。(4)电子在原子核外出现的概率有什么规律?提示

离核越近,电子出现的概率越大,电子云越密集。(5)不同能层的同种能级符号的原子轨道形状是否完全相同?提示

不同能层的同种能级符号的原子轨道形状相似,但不完全相同,因为原子轨道的半径不同,能级序数n越大,电子的能量越大,原子轨道的半径越大。例如1s、2s、3s轨道均为球形,原子轨道半径:r(1s)<r(2s)<r(3s)。【深化拓展】1.s能级和p能级的原子轨道的对比能级sp轨道轮廓图

轨道形状球形哑铃形能级sp轨道数目1

3(空间相互垂直)

各轨道中电子能量相同最多容纳电子数26相同点①均以原子核为对称中心;②原子轨道的平均半径分别随能层序数增大而增大,且同种能级符号的原子轨道形状相似2.不同能层中的原子轨道

能层能级原子轨道数原子轨道名称电子云轮廓图形状取向K1s11s球形—L2s12s球形—2p32px、2py、2pz哑铃形相互垂直M3s13s球形—3p33px、3py、3pz哑铃形相互垂直3d5………………N4s14s球形—4p34px、4py、4pz哑铃形相互垂直4d5………………4f7………………………………………………【素能应用】典例1下列说法中正确的是(

)A.1s电子云呈球形,表示电子绕原子核做圆周运动B.ns能级的原子轨道可表示为C.3d3表示3d能级有3个轨道D.电子云轮廓图中的小点密度大,说明该原子核外空间电子数目多答案

B解析

电子云表示电子在核外空间某处出现的概率,不代表电子的运动轨迹,故A错误;ns能级的电子云轮廓图呈球形,所以可以用题给图示表示该能级的原子轨道,故B正确;3d3表示3d能级有3个电子,故C错误;电子云轮廓图中小点的疏密表示电子出现概率的大小,密则概率大,疏则概率小,故D错误。规律总结

(1)不同能层的同种能级的原子轨道形状相同,但半径不同。能层序数n越大,原子轨道的半径越大。(2)s能级只有1个原子轨道。p能级有3个原子轨道,它们互相垂直,分别以px、py、pz表示。在同一能层中px、py、pz的能量相同。(3)原子轨道数与能层序数n的关系:原子轨道数目=n2。变式训练1如图是2pz原子轨道电子云形状的示意图,请观察图示并判断下列说法中不正确的是(

)A.2pz轨道上的电子在空间出现的概率分布是z轴对称B.s电子的电子云形状是球形对称的C.电子先沿z轴正半轴运动,然后再沿负半轴运动D.2pz原子轨道形状为哑铃形答案

C解析

电子云是表示电子在核外一定区域内出现概率大小的图形,它并不是电子运动的实际轨迹,故C错;s轨道是球形对称的,s电子的电子云是球形对称的,故B对;观察题给图示可知A对;该p轨道为哑铃形,D正确。探究2核外电子排布规律及其表达方式【问题探究】原子核外电子排布的多种表达方式:(1)下列原子或离子的电子排布式正确的是

(填序号,下同),违反能量最低原理的是

,违反洪特规则的是

,违反泡利原理的是

。

①Ca2+:1s22s22p63s23p6②F-:1s22s23p6④Cr:1s22s22p63s23p63d44s2⑤Fe:1s22s22p63s23p63d64s2⑥Mg2+:1s22s22p6答案

(1)①⑤⑥

②④

⑦

③

(2)为什么基态K和Ca的价层电子是4s1和4s2,而不是3d1和3d2。提示

根据构造原理,3d轨道能量高于4s轨道,所以依据能量最低原理,电子填入能量低的能级可使整个原子的能量最低。(3)下列有关碳原子的轨道表示式中,能量最低的是

。

答案

D解析

根据洪特规则,原子的核外电子在能量相同的轨道上排布时,电子尽可能分占不同的轨道且自旋相同,这样整个原子的能量最低。A中2p轨道上两个电子挤在同一个轨道上,B、C中2p轨道两个电子的自旋相反,均与洪特规则相违背,只有D中的排布符合洪特规则,能量最低。【深化拓展】1.核外电子排布式与原子结构示意图、轨道表示式的关系原子结构示意图→电子排布式→轨道表示式逐步细化核外电子的运动状态。2.核外电子排布表示方法的常见误区(1)当出现d能级时,虽然电子按ns、(n-1)d、np的顺序填充,但在书写电子排布式时,仍把(n-1)d放在ns前,如Fe:1s22s22p63s23p63d64s2正确,Fe:1s22s22p63s23p64s23d6错误。(2)在画基态原子的轨道表示式时,常出现以下错误:【素能应用】典例2A、B、C、D、E代表5种元素。请填空:(1)A元素基态原子的最外层有3个未成对电子,次外层有2个电子,该基态原子的轨道表示式为

。

(2)B元素的负一价离子与C元素的正一价离子的电子排布式都与氩原子相同,B元素的符号为

,C的离子结构示意图为

。

(3)D元素正三价离子的3d能级为半充满,D的元素符号为

,其基态原子的电子排布式为

。

(4)E元素基态原子的M层全充满,N层没有成对电子,只有一个未成对电子,E的元素符号为

,其价电子轨道表示式为

。

解析

(1)根据A元素基态原子的最外层有3个未成对电子,次外层有2个电子可知,该元素的基态原子有2个电子层,共有7个电子,是N元素,其轨道表示式为

。(2)B元素的负一价离子与C元素的正一价离子的电子排布式都与氩原子相同,即都有18个电子,则B元素为Cl,C元素为K,K+的结构示意图为

。(3)D元素的正三价离子的3d能级为半充满,即三价阳离子的价电子排布式为3d5,则原子的价层电子排布式为3d64s2,即26号Fe元素,其电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2(或[Ar]3d64s2)。(4)由E元素基态原子的M层全充满,N层没有成对电子,只有1个未成对电子,可知其价层电子排布式为3d104s1,所以E为Cu元素,其价层电子轨道表示式为规律总结

1~36号元素中原子核外电子排布的特殊性。(1)最外层只有一个未成对电子的元素:①第ⅠA族(ns1:H、Li、Na、K);②第ⅢA族(ns2np1:B、Al、Ga);③第ⅦA族(ns2np5:F、Cl、Br);④Cr(3d54s1)和Cu(3d104s1)。(2)最外层有2个未成对电子的元素:①第ⅣA族(ns2np2:C、Si、Ge);②第ⅥA族(ns2np4:O、S、Se)。(3)最外层有3个未成对电子的元素:第ⅤA族(ns2np3:N、P、As)。(4)3d能级半充满的元素:Cr(3d54s1)和Mn(3d54s2)。变式训练2-1下列电子排布的表示正确的是(

)C.基态Cr原子的电子排布式:[Ar]3d54s1D.基态Ca原子的电子排布式:[Ar]3d2答案

C变式训练2-2A、B、C、D是四种短周期元素,E是过渡元素。A、B、C同周期,C、D同主族,A的原子结构示意图为,B是同周期除稀有气体外原子半径最大的元素,C最外层有三个未成对电子,E的价层电子排布式为3d64s2。回答下列问题:(1)A为

(写出元素符号,下同),电子排布式是

。

(2)B为

,简化电子排布式是

。

(3)C为

,价层电子排布式是

。

(4)D为

,轨道表示式是

。

(5)E为

,原子结构示意图是

。

答案

(1)Si

1s22s22p63s23p2(2)Na

[Ne]3s1

(3)P

3s23p3(4)N

(5)Fe

解析

由题意可知,A为Si,B为Na,C为P,则D为N,E为Fe。这五种元素基态原子的电子排布式如下。A:1s22s22p63s23p2,B:1s22s22p63s1,C:1s22s22p63s23p3,D:1s22s22p3,E:1s22s22p63s23p63d64s2。由电子排布式可写出正确答案。

素养脉络

随堂检测1.图1和图2分别是1s电子的概率密度分布图和原子轨道图。下列有关认识正确的是(

)A.图1中的每个小点表示1个电子B.图2表示1s电子只能在球体内出现C.图2表明1s轨道呈圆形,有无数对称轴D.图1中小点的疏密表示某一时刻电子在核外出现概率的大小答案

D解析

图1中小点只是电子在原子核外空间的概率密度分布,A错误;图2只是表示电子在该区域出现的概率较大,在此之外也能出现,不过概率很小,B错误;1s轨道在空间呈球形而不是圆形,C错误。2.下列说法正确的是(

)A.基态原子中,3d3表示3d能级有3个电子且自旋不是都平行B.np能级全充满时的轨道表示式为:C.核外电子运动的电子云轮廓图就是原子轨道D.电子的运动状态可从能层、能级、原子轨道3个方面进行描述答案

B解析

3d3表示第三能层d能级有3个电子,d能级有5个轨道,当5个d轨道中有3个电子时,这3个电子自旋平行,A项不正确;电子云是对电子在原子核外空间的概率密度分布的形象化描述,而原子轨道是用来描述核外电子空间运动状态的,C项不正确;核外电子的运动状态从能层、能级、原子轨道和电子自旋四个方面进行描述,D项不正确。3.下列基态原子的价电子轨道表示式正确的是(

)答案

B4.下面是s能级、p能级的原子轨道图,据图回答下列问题:(1)s能级的原子轨道呈

形,每个s能级有

个原子轨道;p能级中的原子轨道分别相对于x、y、z轴

,每个p能级有

个原子轨道。

(2)s能级原子轨道、p能级原子轨道的半径与什么因素有关?是什么关系?答案

(1)球1对称3(2)原子轨道的半径与能层序数有关,并随能层序数增大而增大。解析

s能级中的原子轨道在三维空间分布的图形为球形,p能级中的原子轨道在空间分布的图形分别相对于x、y、z轴对称;原子轨道的半径与能层序数有关,并随能层序数增大而增大。5.(1)写出砷的元素符号:

,砷原子中所有电子占据

个能级,共占有

个轨道,核外共有

个不同运动状态的电子。

(2)写出元素Ni的名称:

,该元素在元素周期表的位置为第

周期第

族。

(3)第四周期基态原子中未成对电子数最多的元素是

,该元素基态原子的价层电子轨道表示式为

。

(4)第三电子层上有

个能级,作为内层最多可容纳

个电子,作为最外层时,最多可含有

个未成对电子。

答案

(1)As

8

18

33

(2)镍四Ⅷ(3)铬(或Cr)

(4)3

18

3解析

(1)砷的元素符号为As,是第33号元素,核外有33个不同运动状态的电子,其核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p3,电子占据8个能级,共占有18个原子轨道。(2)镍的元素符号为Ni,在元素周期表中的第四周期第Ⅷ族。(3)第四周期元素中,价电子排布式为ndxnsy,且能级处于半满稳定状态时含有的未成对电子数最多,即价电子排布式为3d54s1的元素铬含有的未成对电子数最多,其基态原子的价层电子轨道表示式为

。(4)第三电子层有3s、3p、3d三个不同的能级,由于每个电子层最多容纳2n2个电子,故当第三电子层作为内层时,最多可容纳18个电子,作为最外层时,当3p能级中填充3个电子时未成对电子最多,即最多有3个未成对电子。高中同步学案优化设计GAOZHONGTONGBUXUEANYOUHAUSHEJI第一课时原子结构与元素周期表第一章2021内容索引0102课前篇素养初探课堂篇素养提升素养目标1.通过对元素周期表发展史的了解,认识科学家对元素周期表经历的探索过程,培养科学态度与社会责任的核心素养。2.通过对构造原理与元素周期表分区关系的分析,了解元素周期表是微观上原子核外电子排布的宏观表达方式,培养宏观辨识与微观探析的核心素养。课前篇素养初探【知识铺垫】1.原子核外电子排布遵循构造原理,电子从低能级向高能级进行填充。2.元素周期表有七个周期,其中第一、二、三周期是短周期,第四、五、六、七周期是长周期。3.元素周期表中有18列,分为16个族,主族有7个,副族有8个,一个0族。4.原子序数=核电荷数=质子数=原子的核外电子数。【自主梳理】1.元素周期律、元素周期系和元素周期表(1)元素周期律:元素的性质随元素原子的核电荷数递增发生周期性的递变。(2)元素周期系:按原子核电荷数递增排列的序列。(3)元素周期表:是呈现元素周期系的表格。第一张元素周期表是由门捷列夫制作的。2.周期、能级组和元素数目的对应关系

周期对应能级组对应能级组电子最大容量周期中所含元素的数目一1s22二2s、2p88三3s、3p88四4s、3d、4p1818五5s、4d、5p1818六6s、4f、5d、6p3232七7s、5f、6d、7p32323.元素周期表的结构(1)周期(2)族:(3)分区:①根据核外电子排布,可把周期表里的元素划分成5个区:s区、p区、d区、ds区、f区。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根据元素的金属性和非金属性,划分为金属元素区(周期表左下方)和非金属元素区(周期表右上方)。(4)对角线规则某些主族元素与右下方的主族元素的有些性质是相似的,这种相似性称之为对角线规则。如Li和Mg在过量的氧气中燃烧生成正常氧化物,而不是过氧化物。【微思考】某元素的电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s2,据此判断该元素在周期表中的位置,并指出属于周期表中的哪一区元素。提示

第四周期第ⅡB族;位于ds区。【自我检测】1.判断下列说法的正误,正确的画“√”,错误的画“×”。(1)周期序数越大,该周期所含金属元素越多(

)(2)非金属元素都分布在p区(

)(3)Be和Al的某些性质是相似的(

)(4)价层电子排布式为3d84s2的元素属于s区(

)(5)处于非金属与金属分界线上的元素可称为半金属或类金属(

)√×√×√2.下列各组元素都属于p区的是(

)A.原子序数为1、2、7的元素B.O、S、PC.Fe、Ar、ClD.Na、Li、Mg答案

B解析

A项中的氢元素及D项中的Na、Li、Mg均属于s区,C项中的Fe属于d区。3.Y原子的核电荷数为33,其核外电子排布式是

,其在元素周期表中的位置是

,属于

区的元素。

答案

1s22s22p63s23p63d104s24p3第四周期第ⅤA族p解析

Y原子的核电荷数为33,根据构造原理和核外电子排布规则可知,Y原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p3,电子层数为4,且最外层有5个电子,在元素周期表中位于第四周期第ⅤA族,最后一个电子填充在4p轨道上,故属于p区元素。课堂篇素养提升探究1核外电子排布与元素周期表的关系【问题探究】某课外兴趣小组研究了元素原子价层电子排布与元素周期表的关系,采用列表法分析如下:表一:主族元素的价层电子排布与族序数的关系主族序数ⅠAⅡAⅢAⅣAⅤAⅥAⅦA价层电子排布式ns1ns2ns2np1ns2np2ns2np3ns2np4ns2np5表二:过渡元素的价层电子排布

族序数ⅢBⅣB…ⅦB价层电子排布式(n-1)d1ns2(n-1)d2ns2…(n-1)d5ns2族序数Ⅷ(特殊元素除外)ⅠBⅡB价层电子排布式(n-1)d6~8ns2(n-1)d10ns1(n-1)d10ns2思考下列问题:(1)价电子排布式为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,主族元素原子的价层电子数=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第ⅤA族,你能否据此写出该元素原子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)、第ⅡA族、第ⅡB族、第ⅢB族、第ⅣB族、第ⅤB族、第ⅦB族、第Ⅷ族。【深化拓展】价层电子与核外电子排布的关系主族元素的价电子为该元素原子的最外层电子。如碱金属元素原子的价电子排布为ns1。副族元素的价电子与其最外层电子和次外层d电子有关(镧系、锕系元素还与倒数第3层的f电子有关)。如铁元素原子的价电子排布式为3d64s2。【素能应用】典例1(2021银川高二检测)某元素位于元素周期表中第四周期第ⅤA族,则该元素的名称和价层电子排布式均正确的是(

)A.砷,4s24p3 B.溴,4s24p5C.磷,3s23p3 D.锑,5s25p3答案

A解析

由该元素在元素周期表中的位置可知,其价层电子排布式为4s24p3,电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p3,为33号元素砷,故A项正确。变式设问

(1)上述例题中所选元素的原子核外未成对电子数是多少?答案

由于该元素原子的价层电子排布式为4s24p3,4p轨道上的3个电子均为未成对电子。(2)上述例题除正确选项外,其他三项中的元素分别在元素周期表中的哪一周期,哪一族?答案

B项,第四周期第ⅦA族;C项,第三周期第ⅤA族;D项,第五周期第ⅤA族。规律总结

主族元素在元素周期表中位置的判断方法由元素价层电子排布式可推知其在元素周期表中的位置及化合价。(1)周期序数=电子层数;(2)主族序数=价层电子数(最外层电子数)=最高化合价(O、F除外);(3)主族序数-8=最低化合价(H除外)。变式训练1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正确的是(

)A.原子价层电子排布为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.原子的价层电子排布为(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答案

B解析

除He外,0族元素原子的价层电子排布均为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,即价层电子排布为ns2np5,该元素一定处于第ⅦA族;原子的价层电子排布为(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。探究2元素周期表的分区【问题探究】根据核外电子排布,可把元素周期表划分为五个区,即s区、p区、d区、ds区和f区,具体如下图所示:思考下列问题:(1)在s区中,族序数最大、原子序数最小的元素是什么元素?该元素原子价层电子的电子云是什么形状?提示

s区包括第ⅠA族、第ⅡA族,其中族序数最大,原子序数最小的元素为Be,其电子排布式为1s22s2,价层电子的电子云形状为球形。(2)Fe元素处于元素周期表中的哪个区?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;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能级为“半充满”,所以其稳定性强于Fe2+。(3)某元素基态原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s2,该元素位于元素周期表中的哪一区?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。【深化拓展】各区内元素分布及原子结构特点分区元素分布价层电子排布元素性质特点s区第ⅠA族、第ⅡA族ns1~2除氢外都是活泼金属元素p区第ⅢA~ⅦA族、0族ns2np1~6(He除外)最外层电子参与成键(0族元素一般不考虑)d区第ⅢB~ⅦB族、第Ⅷ族(n-1)d1~9ns1~2(Pd除外)次外层d能级中的电子不同程度地参与化学键的形成分区元素分布价层电子排布元素性质特点ds区第ⅠB族、第ⅡB族(n-1)d10ns1~2都是金属元素f区镧系、锕系(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【素能应用】典例2元素X、Y、Z在元素周期表中的相对位置如图所示。已知Y元素原子的价层电子排布式为ns(n-1)np(n+1),则下列说法不正确的是(

)A.Y元素原子的价层电子排布式为3s23p4B.Y元素在元素周期表的第三周期第ⅥA族C.X元素位于元素周期表的d区D.Z元素原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p3

X

Y

Z

答案

C解析

Y元素原子的价层电子排布式为ns(n-1)np(n+1),由n-1=2可得n=3,Y元素原子的价层电子排布式为3s23p4,则Y元素位于第三周期第ⅥA族,Z位于第四周期第ⅤA族,价层电子排布式为4s24p3,电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p3。X、Y、Z最外层电子填充在p轨道上,故X、Y、Z均位于p区。思维建模

根据原子结构特征判断元素在元素周期表中的位置

变式训练2已知某元素基态原子的价层电子排布为(n-1)dansb(a、b均为大于0的正整数),下列有关说法正确的是(

)A.该元素一定位于元素周期表中的d区B.该元素一定位于元素周期表中的ds区C.该元素的族序数为a+bD.该元素一定为金属元素答案

D解析

该元素基态原子的价层电子排布为(n-1)dansb,该元素为过渡元素,也是金属元素,该元素可能位于元素周期表中的d区或ds区。由元素周期表中各元素的价层电子排布可知,该元素的族序数不一定为a+b。

素养脉络

随堂检测1.根据核外电子排布的特点可知,铜元素在元素周期表中属于(

)A.s区 B.p区

C.d区 D.ds区答案

D2.按核外电子层结构,可把元素周期表里的元素划分成5个区,以下元素属于s区的是(

)A.Fe B.Mg C.As D.Cu答案

B3.下面元素周期表中铁元素所在的区域为(

)A.s区 B.p区

C.d区 D.ds区答案

C4.某元素R基态原子的价层电子排布为5s25p1,则R元素在元素周期表中的位置是(

)A.第四周期第ⅤA族

B.第五周期第ⅢA族C.第五周期第ⅠA族

D.第四周期第ⅢA族答案

B5.指出下列元素是主族元素还是副族元素,及其在元素周期表中的位置。(1)1s22s22p63s2是

族元素,位于元素周期表中第

周期第

族,属于

区元素。

(2)[Kr]4d105s25p2是

族元素,位于元素周期表中第

周期第

族,属于

区元素。

(3)[Ar]3d14s2是

族元素,位于元素周期表中第

周期第

族,属于

区元素。

(4)[Ar]3d104s1是

族元素,位于元素周期表中第

周期第

族,属于

区元素。

答案

(1)主三ⅡA

s(2)主五ⅣA

p(3)副四ⅢB

d(4)副四ⅠB

ds解析

(1)最后一个电子填充在3s能级,属于s区,属于主族元素。族序数=ns能级中的电子数,即族序数为2,位于第三周期第ⅡA族。(2)最后一个电子填充在5p能级,属于p区,属于主族元素。族序数为2+2=4,位于第五周期第ⅣA族。(3)最后一个电子填充在3d能级,3d能级上的电子数小于10,属于d区,属于副族元素。族序数为1+2=3,位于第四周期第ⅢB族。(4)最后一个电子填充在3d能级,且3d能级电子数等于10,属于ds区,属于副族元素。族序数为1,位于第四周期第ⅠB族。高中同步学案优化设计GAOZHONGTONGBUXUEANYOUHAUSHEJI第二课时元素周期律第一章2021内容索引0102课前篇素养初探课堂篇素养提升素养目标1.分析原子结构中原子核对核外电子作用力的变化,理解原子半径、第一电离能和电负性的递变规律及其原因,培养宏观辨识与微观探析的核心素养。2.通过原子半径、第一电离能和电负性的数据和图示,掌握相关规律,培养证据推理与模型认知的核心素养。课前篇素养初探【知识铺垫】1.元素周期律的本质:随着原子序数的递增,原子核外电子排布呈周期性变化。2.同周期主族元素自左向右,原子半径逐渐减小,同主族元素自上而下,原子半径逐渐增大。3.同周期主族元素自左向右,元素的金属性逐渐减弱,非金属性逐渐增强。【自主梳理】1.原子半径(1)影响因素(2)递变规律

【微思考1】对于主族元素,原子半径最小和最大的元素都在第ⅠA族,该说法是否正确?提示

正确。原子半径最小的是H元素,原子半径最大的是Fr元素,二者都在第ⅠA族。2.电离能(可用符号I表示)(1)第一电离能①定义:气态电中性基态原子失去一个电子转化为气态基态正离子所需要的最低能量叫做第一电离能。②意义:判断元素的原子失去一个电子的难易程度。第一电离能数值越小,原子越容易失去一个电子。③可用I1、I2、I3……表示元素的各级电离能。(2)第一电离能的变化规律①同一周期:从左到右,元素的第一电离能呈增大的趋势。②同一主族:从上到下,元素的第一电离能逐渐减小。③同种原子:逐级电离能越来越大。(3)第ⅢA族和第ⅥA族元素第一电离能“异常”的原因①第ⅢA族元素如B和Al的第一电离能较第ⅡA族Be、Mg小的原因:B和Al失去的能量最高的电子处于np能级,该能级的能量比同周期第ⅡA族元素的ns能级的能量高。②第ⅥA族元素如O、S的第一电离能较第ⅤA族N、P小的原因是:第ⅤA族N、P的最外层np能级的电子排布为半充满,比较稳定,故电离能较高。【微思考2】非金属性越强的元素,其第一电离能就越大吗?举例说明。提示

不是。如氧的非金属性比氮的非金属性强,但氧的第一电离能小于氮。3.电负性(1)相关定义①键合电子:元素相互化合时,原子之间产生化学作用力,形象地叫做化学键,原子中用于形成化学键的电子称为键合电子。②电负性:用来描述不同元素的原子对键合电子吸引力的大小。电负性越大的原子,对键合电子的吸引力越大。③衡量标准:以氟的电负性为4.0,锂的电负性为1.0作为相对标准,得出了各元素的电负性(稀有气体未计)。(2)递变规律①同周期:自左向右,主族元素的电负性逐渐

变大

(稀有气体元素除外)。②同主族:自上而下,元素的电负性逐渐变小。(3)应用:判断元素金属性和非金属性的强弱。①金属元素的电负性一般小于1.8。②非金属元素的电负性一般大于1.8。③位于非金属三角区边界的“类金属”,电负性在1.8左右,既有金属性,又有非金属性。【微思考3】元素周期表中电负性最大的元素和最小的元素分别是什么元素(放射性元素除外)?提示

电负性最大的元素是F,电负性最小的元素是Cs。【自我检测】1.判断下列说法的正误,正确的画“√”,错误的画“×”。(1)原子半径:r(Si)>r(C)>r(B)(

)(2)离子半径:r(Li+)<r(Na+)<r(K+)<r(Rb+)<r(Cs+)(

)(3)同周期元素从左到右,第一电离能有增大的趋势,故第一电离能C<N<O(

)(4)元素电负性的大小反映了元素原子对键合电子吸引力的大小(

)(5)主族元素的电负性越大,元素原子的第一电离能一定越大(

)×√×√×2.下列有关电离能的说法正确的是(

)A.第一电离能越大的原子失电子的能力越强B.第一电离能是元素的原子失去核外第一个电子需要的能量C.同一周期中,主族元素原子第一电离能从左到右越来越大D.同主族元素,随原子序数的递增,第一电离能逐渐减小答案

D解析

①第一电离能是气态电中性基态原子失去核外第一个电子转化为气态基态正离子所需要的最低能量;②元素原子的第一电离能越大,表示该元素的原子越难失去电子;③从总的变化趋势上看,同一周期从左到右,元素的第一电离能逐渐增大,但有反常情况,如第一电离能N>O。3.(1)比较下列微粒半径的大小(填“>”“=”或“<”)。①F-

。②Na

Mg

Cl;

③F-

Cl-

Br-;④

S。

(2)C、H、O三种元素的电负性由小到大的顺序为

。

(3)第三周期所有元素的第一电离能由小到大的顺序为

。

(4)F、Cl、Br、I的第一电离能大小顺序为

,电负性大小顺序为

。

答案

(1)①<

②>

>

③<

<

④>(2)H<C<O

(3)Na<Al<Mg<Si<S<P<Cl<Ar

(4)F>Cl>Br>I

F>Cl>Br>I课堂篇素养提升探究1微粒半径大小比较的方法规律【问题探究】材料:元素周期表中部分元素原子与离子半径的对比(单位:pm)

稀有气体一般不参与原子半径的比较H37H-140

Li152Li+60Be89Be2+31B82C77N75N3-171O74O2-140F71F-136Ne154Na186Na+95Mg160Mg2+65Al143Al3+50Si117P110P3-212S102S2-184Cl99Cl-181Ar192K232K+138Ca197Ca2+100

Br114Br-195

已知:短周期元素的离子aA2+、bB+、cC3-、dD-具有相同的电子层结构。结合上述数据分析:(1)A、B、C、D四种元素在同