第二节 原子结构与元素的性质
1．掌握原子结构与元素周期表的关系，进一步熟悉元素周期表的结构。
2．能够从原子结构的角度认识元素周期表中区的划分。
3．能够对元素周期表和原子结构的关系进行分析和推断。
[基础·初探]
1．碱金属元素基态原子的核外电子排布
2.周期系的形成
(1)随着元素原子核电荷数的递增，每到出现碱金属，就开始建立一个新的电子层，随后最外层上的电子逐渐增多，最后达到8个电子，出现稀有气体；然后又开始由碱金属到稀有气体，循环往复形成了周期系。
(2)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。
[探究·升华]
[思考探究]
(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周期表位置有何关系？
【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，你能否据此书写出该元素的价电子排布式、电子排布式？
【提示】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。
[认知升华]
1．核外电子排布与族的关系
(1)主族元素的价电子排布
①主族元素的族序数＝价电子总数＝最高正价(O、F除外)。
②同主族元素原子的价电子排布相同，价电子全部排布在ns或nsnp轨道上。
(2)稀有气体的价电子排布为1s2或ns2np6。
(3)过渡元素(副族和Ⅷ族)(第四周期为例)的价电子排布。
①ⅢB→ⅦB族：族序数＝价电子数＝原子最外层ns电子数＋次外层(n－1)d电子数＝最高正价。
②Ⅷ族：原子最外层ns电子数＋次外层(n－1)d电子数之和分别为8、9、10。
③ⅠB和ⅡB的族序数＝原子最外层电子数。
(4)0族最外层电子排布为1s2或ns2np6。
2．周期序数与原子核外电子排布的关系
周期序数＝原子电子层数＝原子最外层能层序数。
[题组·冲关]
1．下列是某些元素基态原子的电子排布式，其中表示第三周期元素的是( )
A．1s22s1 B．1s22s22p5
C．1s22s22p63s2 D．1s22s22p63s23p64s1
【解析】元素所在的周期数与最高能层序数n有关，原子的核外电子的最高能层序数为n时，该元素属于第n周期。故第三周期元素的最高能层序数为3，故选C。
【答案】C
2．电子排布式为[Ar]3d54s2的元素是( )
A．稀有气体元素 B．过渡元素
C．主族元素 D．卤族元素
【解析】在最外能层p轨道上填充有电子且未满时，一定为主族元素；最外能层p轨道上未填充电子，而在d(或f)轨道上填充有电子的元素，一定是过渡元素。故电子排布为[Ar]3d54s2的元素为过渡元素。
【答案】B
3．如下图所示是元素周期表的一部分(表中数字和X代表原子序数)，其中X的电子排布式为[Ar]3d104s24p5的是( ) 【导学号：90990014】
【解析】[Ar]3d104s24p5代表35号元素。根据周期表的结构可知，同主族相邻两周期的元素，原子序数之差可以是2,8,18,32。A项中X上方的原子序数为17，与X相差18，X的序数为35；B项中X上方的原子序数为27，处在第四周期与X相差18，X应为45；C项中X下方的原子序数为75，X为43；D项中X下方的原子序数为52，因此X应为34。
【答案】A
4．写出具有下列电子排布的微粒的核电荷数、元素符号，以及在周期表中的位置。
(1)A原子：1s22s22p5______________、____________；第________族、第________周期。
(2)B－：1s22s22p63s23p6____________、____________；第________族、第________周期。
(3)C原子：[He]2s22p3____________、____________；第________族、第________周期。
(4)外围电子排布为3d54s2的原子：______、________；第________族、第________周期。
【解析】(1)对于原子，核电荷数＝核外电子数，确定A元素为F，位于周期表中第二周期ⅦA族。
(2)对于阴离子，核电荷数＝核外电子数－所带电荷数＝18－1＝17，故B－为Cl－；位于周期表中第三周期ⅦA族。
(3)将简化电子排布式还原为电子排布式，即1s22s22p3，判断C原子为N；位于周期表中第二周期ⅤA族。
(4)由构造原理知该元素原子电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s2，确定为Mn元素，位于第四周期ⅦB族。
【答案】(1)9 F ⅦA 二 (2)17 Cl ⅦA
三 (3)7 N ⅤA 二 (4)25 Mn ⅦB 四
[基础·初探]
1．按电子排布式中最后填入电子的能级符号可将元素周期表分为s、p、d、f四个区，而ⅠB、ⅡB族的元素的核外电子因先填满(n－1)d能级而后再填充ns能级而得名ds区。
2．元素周期表中，非金属元素处于元素周期表的右上角位置，金属性强的元素处于元素周期表的左下方位置。
[探究·升华]
[思考探究]
(1)在s区中，族序数最大、原子序数最小的元素是什么元素？该元素原子的价电子的电子云什么形状？
【提示】s区为第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？Fe2＋、Fe3＋的电子排布式怎样书写？两种离子更稳定的是谁？为什么？
【提示】Fe位于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轨道“半充满”，其稳定性强于Fe2＋。
(3)某元素的电子排布式为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】该元素为Zn，位于ds区。
[认知升华]
各区元素的特点
[题组·冲关]
题组1 元素周期表的结构与区的划分
1．下列说法中正确的是 ( )
A．所有金属元素都分布在d区和ds区
B．最外层电子数为2的元素都分布在s区
C．元素周期表中ⅢB族到ⅡB族10个纵行的元素都是金属元素
D．s区均为金属元素
【解析】s区除H外均为金属元素，A、D错；He、Zn等虽最外层电子数为2却不是s区元素，B错；周期表中ⅢB族～ⅡB族为过渡元素，全部为金属元素，C正确。
【答案】C
2．按电子排布，可把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
【解析】最外层只有1～2个s电子，次外层无d电子，价电子排布为ns1～2(包括ⅠA、ⅡA族)的元素属于s区元素，只有Mg符合。
【答案】B
3．下列各组元素属于p区的是( )
A．原子序数为1、2、7的元素
B．O、S、P
C．Fe、Ar、Cl
D．Na、Li、Mg
【解析】p区元素的价电子排布为ns2np1～6(包括ⅢA～ⅦA族和0族)，A项中1号为氢元素，属于s区；C项中，Fe为d区；D项均为s区。只有B符合。
【答案】B
题组2 根据原子结构特征判断元素在周期表中的位置
4．某元素简化电子排布式为[Xe]4f46s2，其应在( )
A．s区 B．p区
C．d区 D．f区
【解析】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】D
5．元素X、Y、Z在周期表中的相对位置如图所示。已知Y元素原子的价电子排布式为ns(n－1)np(n＋1)，则下列说法不正确的是 ( )
【导学号：90990015】
A.Y元素原子的价电子排布式为4s24p4
B．Y元素在周期表的第三周期第ⅥA族
C．X元素位于元素周期表的p区
D．Z元素原子的核外电子排布式为
1s22s22p63s23p63d104s24p3
【解析】Y元素原子的价电子排布式为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。
【答案】A
6．原子结构与元素周期表存在内在联系，按要求回答下列问题：
(1)根据元素在周期表中的位置，写出元素基态原子的价电子排布式。
①第四周期ⅥB族_____________________________________________；
②第五周期ⅠB族_____________________________________________；
③第五周期ⅣA族__________________________________________；
④第六周期ⅡA族__________________________________________。
(2)根据元素电子排布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的________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________(填序号)。
A．第二周期第ⅡB族
B．第四周期第ⅡA族
C．第四周期第ⅤB族
D．第五周期第ⅡB族
④某元素原子的核电荷数为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世纪金属”的钛(Ti)元素，基态原子价电子排布图为________________，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，该元素基态原子的价电子排布式为3d54s1，该元素的名称是________。
【解析】(1)ⅢB族～ⅦB族元素的价电子排布式分别为(n－1)dxns2(x＝1～5)，且价电子数等于族序数。故①为3d44s2，但据洪特规则应为3d54s1。ⅠB族和ⅡB族的价电子排布式分别为(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元素基态原子价电子排布为5d106s1，位于第六周期第ⅠB族。
③该元素基态原子价电子排布式为3d34s2，该元素为d区副族元素(价电子排在d轨道和s轨道上)，根据周期数＝能层序数，族序数＝价电子数，可知该元素位于第四周期第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四周期第ⅤA族，属于p区元素。
(3)①钛位于第四周期第ⅣB族，价电子排布为3d24s2。Ti的最高化合价＝价电子数＝4。
②原子价电子排布式为3d54s1的元素为铬元素。
【答案】(1)①3d54s1②4d105s1③5s25p2
④6s2 (2)①ⅡB ②六 ⅠB ③C ④4s24p3 第四周期第ⅤA族 p
②铬
【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
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