高中化学第1章原子结构第2节第2课时核外电子排布与元素周期表原子半径学案鲁科版.docx

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高中化学第1章原子结构第2节第2课时核外电子排布与元素周期表原子半径学案鲁科版

第2课时　核外电子排布与元素周期表、原子半径

[学习目标定位]　1.能进一步认识元素周期律的实质是核外电子排布的周期性变化，熟知元素周期表的结构和周期、族的划分。

2.知道原子半径与原子核外电子排布的关系，知道原子半径在周期表中的变化规律。

一　原子结构与元素周期表

1．原子核外电子排布与周期的划分

（1）填写下表：

周期

价电子排布

最外层最多容

纳电子数

各周期增加能级

元素种数

ⅠA族

0族

1s1

1s2

2s1

2s22p6

2s、2p

3s1

3s23p6

3s、3p

4s1

4s24p6

4s、3d、4p

5s1

5s25p6

5s、4d、5p

6s1

6s26p6

6s、4f、5d、6p

7s1

7s、5f、6d（未完）

未完

（2）观察分析上表，讨论原子核外电子排布与周期划分有怎样的关系？

答案　①根据能级能量的差异，可将能量相近的能级分为七个能级组，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。

②每一个能级组对应一个周期，且该能级组中最大的电子层数等于元素的周期序数。

③一个能级组最多容纳的电子数等于一个周期所含的元素种数。

2．原子核外电子排布与族的划分

（1）将下列各主族元素的价电子数、价电子排布式填入表中：

族数

ⅠA

ⅡA

ⅢA

ⅣA

ⅤA

ⅥA

ⅦA

价电子排布式

ns1

ns2

ns2np1

ns2np2

ns2np3

ns2np4

ns2np5

列数

价电子数

（2）以第4周期副族元素为例，填写下表：

副族元素

21Sc

22Ti

23V

24Cr

25Mn

29Cu

30Zn

族数

ⅢB

ⅣB

ⅤB

ⅥB

ⅦB

ⅠB

ⅡB

价电子排布式

3d14s2

3d24s2

3d34s2

3d54s1

3d54s2

3d104s1

3d104s2

价电子数目

（3）依据上述表格，分析讨论族的划分与原子核外电子排布有怎样的关系？

答案　族的划分依据是原子的价层电子排布

①同主族元素原子的价层电子排布完全相同，价电子全部排布在ns或nsnp轨道上。

价电子数与族序数相同。

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）同一纵行原子的价层电子排布基本相同。

价电子排布式为（n－1）d1～10ns1～2，ⅢB～ⅦB族的价电子数与族序数相同，第ⅠB、ⅡB族和第Ⅷ族不相同。

[归纳总结]

1．元素周期表中各族元素原子的价电子排布状况

族

价电子排布式

价电子数

ⅠA

ns1

ⅡA

ns2

ⅢB

（n－1）d1ns2

ⅣB

（n－1）d2ns2

ⅤB

（n－1）d3ns2或（n－1）d4ns1

ⅥB

（n－1）d4ns2或（n－1）d5ns1

ⅦB

（n－1）d5ns2

Ⅷ族

（n－1）d6ns2或（n－1）d7ns1

（n－1）d7ns2或（n－1）d8ns1

（n－1）d8ns2或（n－1）d10或（n－1）d9ns1

ⅠB

（n－1）d10ns1

ⅡB

（n－1）d10ns2

ⅢA

ns2np1

ⅣA

ns2np2

ⅤA

ns2np3

ⅥA

ns2np4

ⅦA

ns2np5

0族

ns2np6（氦是1s2）

8（氦是2）

2.原子核外电子排布与元素周期表关系的规律

（1）周期序数＝电子层数；

（2）周期元素数目＝相应能级组最多容纳的电子数；

（3）主族序数＝价电子数（最外层电子数）；

（4）过渡元素的价电子数与次外层d电子（或次次外层f电子）有关。

[活学活用]

1．某元素的原子序数为29，试回答：

（1）此元素原子的电子总数是________个。

（2）它有________个电子层，有________个能级。

（3）它的价电子排布式是____________________________________________________。

（4）它属于第________周期第________族。

（5）它有________个未成对电子。

答案　

（1）29　

（2）4　7　（3）3d104s1　（4）4　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。

根据核外电子排布规律，该元素的核外电子排布式应为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，有四个电子层，所以为第4周期元素，价电子排布式为3d104s1，所以在ⅠB族。

价电子的轨道表示式为

，所以有1个未成对电子。

2．指出下列元素在元素周期表中的位置：

（1）基态负一价离子的电子排布式为[Ne]3s23p6的元素：

________周期、________族。

（2）基态原子的电子排布式为[Ar]4s1的元素：

第________周期、________族。

（3）基态原子的电子排布式为[Ar]3d34s2的元素：

第________周期、________族。

（4）基态原子的电子排布式为[Ar]3d104s1的元素：

第________周期、________族。

（5）基态原子的电子排布式为[Kr]4d105s25p2的元素：

第________周期、________族。

答案　

（1）3　ⅦA　

（2）4　ⅠA　（3）4　ⅤB　（4）4　ⅠB　（5）5　ⅣA

解析　

（1）基态负一价离子的电子排布式为[Na]3s23p6，则原子的电子排布式为[Ne]3s23p5。

价电子排布为3s23p5，该元素位于元素周期表的第3周期、ⅦA族。

（2）基态的原子的电子排布式为[Ar]4s1，价电子排布式为4s1，该元素位于元素周期表的第4周期、ⅠA族。

（3）基态原子的电子排布式为[Ar]3d34s2，价电子排布式为3d34s2，该元素位于元素周期表的第4周期、ⅤB族。

（4）基态原子的电子排布式为[Ar]3d104s1，价电子排布式为3d104s1，该元素位于元素周期表的第4周期、ⅠB族。

（5）基态原子的电子排布式为[Kr]4d105s25p2，价电子排布式为5s25p2，该元素位于元

素周期表的第5周期、ⅣA族。

二　核外电子排布与原子半径

1．由于原子并不是一个具有明确“边界”的实体，人们便假定原子是一个球体，并采用统计的方法来测定它的半径。

观察分析教材图1－2－10主族元素的原子半径变化示意图，回答下列问题：

（1）同一周期中从碱金属元素开始到卤族元素结束元素的原子半径怎样变化？

为什么？

答案　同一周期中，从碱金属元素到卤族元素，随着原子序数的增大，元素的原子半径逐渐减小。

同一周期中每增加一个电子，核电荷相应增加一个正电荷。

由于增加的电子位于同一层上，所以增加的电子产生的电子间的排斥作用小于核电荷增加导致的核对外层电子的吸引作用，有效核电荷增加，结果使原子半径逐渐减小。

（2）在同一主族中元素的原子半径怎样变化？

为什么？

答案　对同一主族元素的原子来说，随着原子序数的逐渐增大，原子半径自上而下逐渐增大。

同一主族中每次增加的不是一个电子而是一个“电子队伍”，即每次增加一个电子层，正是因为电子层数依次增加，导致核对外层电子的吸引作用处于次要地位。

2．由以上分析可知，决定元素原子半径大小的因素有：

（1）电子层数：

电子层数越多，电子之间的负电排斥越大，使原子半径越大。

（2）核电荷数：

核电荷数越大，核对电子的引力也就越强，使原子半径越小（稀有气体元素除外）。

（3）电子层数和核电荷数的综合结果使各种原子的半径发生周期性变化（同周期、同主族元素原子半径的变化规律）。

[归纳总结]

1．比较微粒半径大小的方法（“三看”）

“一看”电子层数：

当电子层数不同时，一般电子层数越多，半径越大。

“二看”核电荷数：

当电子层数相同时，一般核电荷数越大，半径越小（稀有气体元素除外）。

“三看”核外电子数：

当电子层数和核电荷数均相同时，核外电子数越多，半径越大。

2．判断微粒半径大小的规律

（1）同周期，从左到右，原子半径依次减小（稀有气体除外）。

（2）同主族，从上到下，原子或同价态离子半径均逐渐增大。

（3）阳离子半径小于对应的原子半径，阴离子半径大于对应的原子半径。

（4）电子层结构相同的离子，随核电荷数增大，离子半径逐渐减小。

（5）不同价态的同种元素的离子，核外电子数多的半径大。

[活学活用]

3．比较判断下列各组微粒半径的大小，并说明原因。

（1）Ba>Sr，同族元素，Ba比Sr多一电子层。

（2）Ca>Sc，同周期元素，Sc核电荷数大。

（3）S2－>S，同一元素，电子数越多，半径越大。

（4）Na＋>Al3＋，具有相同的电子层结构的离子，核电荷数越大，半径越小。

（5）Pb2＋>Sn2＋，同一族元素的离子，所带电荷相同，电子层数越多，半径越大。

（6）Fe2＋>Fe3＋，同一元素的离子，核外电子数越少，半径越小。

当堂检测

1．元素原子的核外电子排布决定了元素在元素周期表中的位置，已知某元素原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d34s2。

该元素位于元素周期表（　　）

A．第2周期第ⅡB族B．第4周期第ⅡA族

C．第4周期第ⅤB族D．第5周期第ⅡB族

答案　C

解析　周期数等于电子层序数，族数等于价电子数。

共有四个电子层，位于第4周期，价电子排布式为3d34s2，共5个价电子，而且排在3d、4s轨道中，应为副族。

所以为ⅤB族。

2．某元素基态原子的最外层电子排布式为ns2，该元素（　　）

A．一定是ⅡA族元素

B．一定是金属元素

C．不是ⅡA族元素就是副族元素

D．可能是金属元素也可能是非金属元素

答案　D

解析　由于最外层电子排布式为ns2，则该元素可能是He元素、第ⅡA族元素或是过渡金属元素，所以综合起来讲，可能是金属元素也可能是非金属元素，故答案选D。

3．下列四种粒子中，半径按由大到小排列顺序正确的是（　　）

①基态X的原子结构示意图

②基态Y的价电子排布式3s23p5

③基态Z2－的轨道表示式

④W基态原子有2个能层，电子式为

A．①>②>③>④B．③>④>①>②

C．③>①>②>④D．①>②>④>③

答案　C

解析　由题意可知：

X、Y、Z2－、W分别为S、Cl、S2－、F。

S、Cl、S2－、F粒子半径大小排列顺序为r（S2－）>r（S）>r（Cl）>r（F），故C项正确。

4．某元素M2＋的3d轨道上有5个电子，则

（1）M原子的核外电子排布式为_____________________________________________。

（2）M元素在元素周期表中的位置为第________周期________族。

答案　

（1）1s22s22p63s23p63d54s2　

（2）4　ⅦB

解析　M2＋的3d轨道上有5个电子则电子排布式为1s22s22p63s23p63d5。

故M原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s2。

该元素的价电子排布式为3d54s2，所以该元素在周期表中的位置为第4周期ⅦB族。

5．有A、B、C、D四种元素。

其中A为第4周期元素，与D可形成1∶1和1∶2原子个数比的化合物；B为第4周期过渡元素，最高化合价为＋7；C和B是同周期的元素，具有相同的最高化合价；D的价电子排布式为nsnnpn＋2。

（1）试写出四种元素的元素符号：

A________、B______________、C________、D________。

（2）按原子半径由大到小排列：

____________（填元素符号）。

答案　

（1）K　Mn　Br　O

（2）K>Mn>Br>O

解析　由B为第4周期过渡元素，最高化合价为＋7可推出B是锰元素；C和B是同周期的元素，具有相同的最高化合价，则C是溴元素；D的价电子排布式为nsnnpn＋2，D是氧元素；A与D可形成1∶1和1∶2原子个数比的化合物，A是钾元素。

40分钟课时作业

[基础过关]

一、核外电子排布与元素周期表

1．根据下列微粒的最外层电子排布，能确定该元素在元素周期表中位置的是（　　）

A．4s1B．3d104sn

C．nsnnp3nD．ns2np3

答案　C

解析　A项，4s1的电子排布包括4s1、3d54s1、3d104s1，无法确定元素；B项，3d104sn的电子排布包括3d104s1、3d104s2等，也无法确定元素；D项，由于n无法确定，也无法确定元素；而C项中n必须为2，即2s22p6。

2．价电子排布式为3d104s1的元素在周期表中应位于（　　）

A．第4周期ⅠB族B．第5周期ⅡB族

C．第4周期ⅦB族D．第5周期ⅢB族

答案　A

解析　根据该元素的价电子排布式，得出其电子层数为4，因此它位于第4周期。

由于3d轨道上为全满结构，得出该元素位于ds区，又因为最外层4s轨道上有1个电子，因此它位于第ⅠB族。

3．下列说法中错误的是（　　）

A．原子及其离子的核外电子层数等于该元素所在的周期数

B．过渡元素全部为金属元素

C．除氦外的稀有气体原子的最外层电子数都是8

D．同一元素的各种同位素的物理性质不同，化学性质相同

答案　A

解析　原子的核外电子层数等于周期数，而离子的核外电子层数不一定等于周期数（如Na＋），选项A不正确。

4．主族元素A和B可形成组成为AB2的离子化合物，则A、B两原子的最外层电子排布分别为（　　）

A．ns2np2和ns2np4B.ns2和ns2np4

C．ns2和ns2np5D．ns2和ns2

答案　C

解析　由A和B为主族元素，且二者能形成AB2型的离子化合物，知A为第ⅡA族元素，B为第ⅦA族元素，故A元素原子的最外层电子排布为ns2，B元素原子的最外层电子排布为ns2np5。

二、核外电子排布与微粒半径

5．关于同一种元素的原子或离子，下列叙述正确的是（　　）

A．原子半径比阴离子半径小

B．原子半径比阴离子半径大

C．原子半径比阳离子半径小

D．带正电荷多的阳离子比带正电荷少的阳离子半径大

答案　A

解析　同一元素微粒的半径大小顺序为r阴>r原>r阳，价态高的阳离子半径小，所以选A。

6．下列微粒半径大小比较错误的是（　　）

A．K>Na>LiB．Na＋>Mg2＋>Al3＋

C．Mg2＋>Na＋>F－D．Cl－>F－>F

答案　C

解析　同主族，由上到下微粒半径逐渐增大，所以A对；核外电子排布相同的微粒，核电荷数越大，微粒半径越小，所以B对；C项应该为F－>Na＋>Mg2＋；D可引入Cl，顺序为Cl－>Cl>F－>F，所以D也对。

7．下列各组微粒半径之比大于1的是（　　）

答案　B

解析　本题考查微粒半径大小的比较。

比值大于1，即比例式中分子的微粒半径应大于分母的微粒半径。

A中元素属同周期关系，r（Na）>r（Mg），比值小于1；B中元素属同周期关系，r（P）>r（Cl），比值大于1；C中属核外电子排布相同的两种微粒，应为r（Na＋）>r（Al3＋），比值小于1；D中属同周期元素形成的不同离子，K＋核外有3层电子，Br－核外有4层电子，显然，r（K＋）

三、元素的“位—构—性”之间的关系

8．下列四种元素中，其单质氧化性最强的是（　　）

A．原子含有未成对电子最多的第2周期元素

B．位于周期表第3周期ⅢA族的元素

C．原子最外电子层排布式为2s22p6的元素

D．原子最外电子层排布式为3s23p5的元素

答案　D

解析　A项，第2周期N原子含三个单电子，未成对电子数最多；B为Al；C项，2s22p6为稀有气体Ne；D为Cl，在N2、Al、Ne、Cl2中，Cl2的氧化性最强。

9．下表是元素周期表的一部分，有关说法正确的是（　　）

ⅠA

ⅡA

ⅢA

ⅣA

ⅤA

ⅥA

ⅦA

A.e的氢化物比d的氢化物稳定

B．a、b、e三种元素的原子半径：

e>b>a

C．六种元素中，c元素单质的化学性质最活泼

D．c、e、f的最高价氧化物对应的水化物的酸性依次增强

答案　D

解析　a、b、c、d、e、f分别是钠、镁、碳、氧、硫、氯。

同一主族，氢化物的稳定性由上到下递减，H2O（d）的稳定性比H2S（e）强；同一周期原子半径从左到右递减，a、b、e三种元素的原子半径a>b>e；六种元素中最活泼的金属是Na（a），最活泼的非金属是氧（d）。

则选项A、B、C均不正确。

10．具有相同电子层结构的微粒An＋、Bn－、C，下列分析正确的是（　　）

A．原子序数关系C>B>A

B．微粒半径关系Bn－

C．C一定是稀有气体元素的原子

D．原子半径关系为A

答案　C

解析　设C的原子序数为m，则A的原子序数为m＋n，B的原子序数为m－n，所以原子序数A>C>B；因A的质子数大于B，且An＋、Bn－具有相同的电子层结构，故微粒半径Bn－>An＋；因为Bn－与C具有相同的电子层结构，且具有稀有气体元素的电子层结构，C只能为稀有气体元素；A应处于B的下一周期，故半径A>B。

[能力提升]

11．A、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，其元素符号为________。

（2）B元素的负一价离子和C元素的正一价离子的电子层结构都与氩相同，B的元素符号为________，C的元素符号为________。

（3）D元素的正三价离子的3d亚层为半充满，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________，其基态原子的电子排布式为____________________________________。

答案　

（1）N　

（2）Cl　K

（3）Fe　1s22s22p63s23p63d64s2

（4）Cu　1s22s22p63s23p63d104s1

解析　

（1）A元素原子核外共有7个电子，则核内为7个质子，因此为N元素。

（2）B、C分别为17、19号元素即Cl、K。

（3）D3＋的电子排布式为1s22s22p63s23p63d5，可知D为26号元素，即Fe，其基态原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2。

（4）E元素原子核外共有29个电子，即第29号元素为Cu，电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s1。

12．金、银、铜、铁、铝和钛均是人类大量生产和使用的金属。

试回答与上述金属原子结构有关的问题。

（1）上述金属中属于主族元素的有________。

（2）钛被称为继铁、铝之后的第三金属。

基态钛原子价电子的轨道表示式为________。

Ti元素形成的化合物中，Ti呈现的最高价态为________价。

（3）基态金原子的价电子排布式为5d106s1，试判断金在元素周期表中位于第________周期第________族。

（4）请利用电子排布的相关知识解释Fe3＋比Fe2＋稳定的原因：

________________________________________________________________________。

答案　

（1）铝　

（2）

　＋4

（3）6　ⅠB

（4）Fe的价电子排布为3d64s2，Fe2＋为3d6，Fe3＋为3d5，依据“能量相同的轨道处于全空、全充满和半充满时能量最低”的原则，3d5处于半充满状态，结构更稳定，故Fe3＋比Fe2＋稳定

解析　

（1）铝属于主族元素，其余属于过渡元素。

（2）钛位于第4周期第ⅣB族，价电子排布为3d24s2。

Ti的最高化合价数＝价电子数＝4

（3）金元素基态原子的价电子排布为5d106s1，应位于第6周期第ⅠB族。

（4）Fe3＋符合洪特规则特例，3d5为半满状态，结构稳定。

13．下表为元素周期表的一部分，其中的编号代表对应的元素。

请回答下列问题：

（1）表中属于过渡元素的是________（填编号）。

（2）表中元素①的6个原子与元素③的6个原子形成的某种环状物名称为________。

（3）某元素的特征电子排布式为nsnnpn＋1，该元素原子的最外层电子数为________。

（4）某些不同族元素的性质也有一定的相似性，如上表中元素⑤与元素②的氢氧化物有相似的性质。

请写出元素②的氢氧化物与NaOH溶液反应的化学方程式______________________。

答案　

（1）⑨⑩　

（2）苯　（3）5

（4）Be（OH）2＋2NaOH===Na2[Be（OH）4]

解析　

（1）⑨⑩为过渡元素。

（2）元素①是氢元素，元素③是碳元素，依题意，形成的环状物是苯。

（3）从nsnnpn＋1可知，n＝2，该元素为N元素，最外层电子数为5。

（4）⑤是Al，②是Be，依对角线规则，两元素性质相似，仿照Al（OH）3和碱反应的化学方程式写出Be（OH）2与NaOH反应的化学方程式。

14．假定元素周期表是有限的，根据已知的元素周期表的某些事实和理论可归纳出一些假说。

（1）已知元素周期表中的各周期可容纳的元素种类如下：

周期

元素种类

人们预测元素周期表第8周期将来也会排满，那么该周期排满后的元素种类是________（填序号）。

A．18B．32C．50D．无法判断

（2）根据每个周期最后一种金属元素出现的族序数，预测周期表中原子序数最大的金属元素将在第______周期______族（注：

把0族看作ⅧA族，下同）。

周期表中元素在填满第________周期后将结束。

（3）根据周期表中每个周期非金属元素的种数（把稀有气体元素看为非金属元素），预测周期表中应该有________种非金属元素，还有________种未发现。

未发现的非金属元素处于第______周期______族。

答案　

（1）C　

（2）8　ⅧA　8　（3）23　1　7　ⅧA

解析　

（1）由已知可归纳出周期为1、2、3、4、5、6、7，元素种数2×12、2×22、2×32、2×42，据此预测第8周期元素种数为2×52＝50（种）。

（2）观察周期表可知：

第6周期倒数第三种元素为金属元素，第7周期倒数第二种元素为金属元素，第8周期倒数第一

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