《2018-2019版高中化學(xué) 第1章 原子結(jié)構(gòu) 第2節(jié) 原子結(jié)構(gòu)與元素周期表 第2課時學(xué)案 魯科版選修3.doc》由會員分享,可在線閱讀,更多相關(guān)《2018-2019版高中化學(xué) 第1章 原子結(jié)構(gòu) 第2節(jié) 原子結(jié)構(gòu)與元素周期表 第2課時學(xué)案 魯科版選修3.doc(11頁珍藏版)》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。
第2課時 核外電子排布與元素周期表、原子半徑
[學(xué)習(xí)目標(biāo)定位] 1.了解核外電子排布規(guī)律與元素周期表中周期、族劃分的關(guān)系,并能解釋它們之間的變化規(guī)律。2.了解原子半徑的意義及其測定方法,知道原子半徑與原子核外電子排布的關(guān)系,并能解釋原子半徑在周期表中的變化規(guī)律。
一、核外電子排布與元素周期表
1.原子核外電子排布與周期的劃分
(1)填寫下表:
周期
價電子排布
最外層最多容納
電子數(shù)
各周期增加能級
元素
種數(shù)
ⅠA族
0族
1
1s1
1s2
2
1s
2
2
2s1
2s22p6
8
2s、2p
8
3
3s1
3s23p6
8
3s、3p
8
4
4s1
4s24p6
8
4s、3d、4p
18
5
5s1
5s25p6
8
5s、4d、5p
18
6
6s1
6s26p6
8
6s、4f、5d、6p
32
7
7s1
7s、5f、6d(未完)
未完
(2)觀察分析上表,討論原子核外電子排布與周期劃分的本質(zhì)聯(lián)系。
①根據(jù)能級能量的差異,可將能量相近的能級分為七個能級組,同一能級組內(nèi),各能級能量相差較小,各能級組之間能量相差較大。
②每一個能級組對應(yīng)一個周期,且該能級組中最大的電子層數(shù)等于元素的周期序數(shù)。
③一個能級組最多容納的電子數(shù)等于對應(yīng)的周期所含的元素種數(shù)。
2.原子核外電子排布與族的劃分
(1)將下列各主族元素的價電子數(shù)、價電子排布式填入表中:
族數(shù)
ⅠA
ⅡA
ⅢA
ⅣA
ⅤA
ⅥA
ⅦA
價電子排布式
ns1
ns2
ns2np1
ns2np2
ns2np3
ns2np4
ns2np5
列數(shù)
1
2
13
14
15
16
17
價電子數(shù)
1
2
3
4
5
6
7
(2)以第4周期副族元素為例,填寫下表:
副族元素
21Sc
22Ti
23V
24Cr
25Mn
29Cu
30Zn
族數(shù)
ⅢB
ⅣB
ⅤB
ⅥB
ⅦB
ⅠB
ⅡB
價電子排布式
3d14s2
3d24s2
3d34s2
3d54s1
3d54s2
3d104s1
3d104s2
價電子數(shù)目
3
4
5
6
7
(3)依據(jù)上述表格,分析討論族的劃分與原子核外電子排布的關(guān)系。
族的劃分依據(jù)與原子的價電子數(shù)目和價電子排布密切相關(guān)。
①同主族元素原子的價電子排布相同,價電子全部排布在最外層的ns或nsnp軌道上。族序數(shù)與價電子數(shù)相同。
②稀有氣體的價電子排布為1s2或ns2np6。
③過渡元素(副族和第Ⅷ族)同一縱行原子的價電子排布基本相同。價電子排布式為(n-1)d1~10ns1~2,第ⅢB~ⅦB族的族序數(shù)與價電子數(shù)相同,第ⅠB、ⅡB族的族序數(shù)=ns軌道上的電子數(shù),第Ⅷ族的價電子數(shù)分別為8、9、10。
3.原子核外電子排布與區(qū)的劃分
分區(qū)
族數(shù)
價電子排布
s區(qū)
ⅠA、ⅡA、He
ns1~2
p區(qū)
ⅢA~0族(He除外)
ns2np1~6
d區(qū)
ⅢB~Ⅷ
(n-1)d1~9ns1~2
ds區(qū)
ⅠB、ⅡB
(n-1)d10ns1~2
f區(qū)
ⅢB
(n-2)f0~14(n-1)d0~2ns2
(1)最外層電子排布與周期表的關(guān)系
①原子的電子層數(shù)=能級中最高能層序數(shù)=周期序數(shù)
②主族元素原子的最外層電子數(shù)=主族元素原子的價電子數(shù)=主族序數(shù)
(2)對價電子認識的誤區(qū)提醒
①價電子不一定是最外層電子,只有主族元素的價電子才是最外層電子。對于過渡元素還包括部分內(nèi)層電子。
②元素的價電子數(shù)不一定等于其所在族的族序數(shù)。這只對主族元素成立,對部分過渡元素是不成立的。
③同一族元素的價電子排布不一定相同,如過渡元素中的鑭系元素和錒系元素就不相同,在第Ⅷ族中部分元素的價電子排布也不相同。
例1 價電子排布式為5s25p3的元素是( )
A.第5周期ⅢA族 B.51號元素
C.非金屬元素 D.Te
答案 B
解析 5s25p3,5指的是電子層數(shù),即屬于第5周期,價電子指的是最外層電子數(shù),主族元素所在族序數(shù)等于最外層電子數(shù),即屬于第ⅤA族元素,屬于主族元素,又因為最后一個電子填充在p能級上,屬于p區(qū),按照核外電子排布的規(guī)律,推出此元素是銻(Sb),B正確。
例2 按電子排布,可以把周期表中的元素劃分為5個區(qū),以下元素屬于p區(qū)的是( )
A.Fe B.Mg C.Br D.Cu
答案 C
解析 Fe的外圍電子排布式為3d64s2,屬于d區(qū)元素,A錯誤;Mg的外圍電子排布式為3s2,屬于s區(qū)元素,B錯誤;Br的外圍電子排布式為4s24p5,屬于p區(qū)元素,C正確;Cu的外圍電子排布式為3d104s1,屬于ds區(qū)元素,D錯誤。
二、核外電子排布與原子半徑
1.由于原子并不是一個具有明確“邊界”的實體,人們便假定原子是一個球體,并采用統(tǒng)計的方法來測定它的半徑。
2.微粒半徑大小的判斷方法規(guī)律
(1)同周期元素的原子半徑、最高價陽離子半徑、最低價陰離子半徑:隨著核電荷數(shù)增多,都依次減小(稀有氣體除外)。
(2)同主族元素的原子半徑、相同價態(tài)陽離子半徑和陰離子半徑:隨著核電荷數(shù)增多,都依次增大。
(3)核外電子排布(即電子層結(jié)構(gòu))相同的離子半徑:隨核電荷數(shù)增多,半徑依次減小。
(4)同種元素形成的粒子半徑:陽離子<中性原子<陰離子,且陽離子價態(tài)越高,半徑越小。
如:Fe3+
Na>Li B.Na+>Mg2+>Al3+
C.Mg2+>Na+>F- D.Cl->F->F
答案 C
解析 同主族,由上到下微粒半徑逐漸增大,A項正確;核外電子排布相同的微粒,核電荷數(shù)越大,微粒半徑越小,B項正確;C項應(yīng)該為F->Na+>Mg2+;D項可引入Cl,順序為Cl->Cl>F->F,正確。
例4 已知短周期元素的離子aA2+、bB+、cC3-、dD-都具有相同的電子層結(jié)構(gòu),則下列敘述正確的是( )
A.原子半徑:A>B>D>C
B.原子序數(shù):d>c>b>a
C.離子半徑:C3->D->B+>A2+
D.單質(zhì)的還原性:A>B>D>C
答案 C
解析 aA2+、bB+、cC3-、dD-都是短周期元素的離子,電子層結(jié)構(gòu)相同,其在周期表中的相對位置關(guān)系可表示為
…
cC3-
dD-
bB+
aA2+
…
因而四種元素的原子序數(shù)由大到小的順序為a>b>d>c;元素原子半徑的大小順序為r(B)>r(A)>r(C)>r(D);電子層結(jié)構(gòu)相同的離子,陰離子半徑必大于陽離子半徑,且?guī)ж撾姾稍蕉喟霃皆酱?,陽離子帶正電荷越多半徑越小,故離子半徑由大到小的順序為r(C3-)>r(D-)>r(B+)>r(A2+);單質(zhì)中同周期的A、B為金屬,A原子序數(shù)大于B,故還原性應(yīng)為B>A,同周期非金屬元素C、D,C的原子序數(shù)小于D,C的還原性應(yīng)大于D。
易錯警示
(1)同周期從左到右元素的離子半徑并不是逐漸減小。同周期元素陽離子半徑(或陰離子半徑)從左到右逐漸減小,而陰離子半徑大于陽離子半徑。
(2)并不是電子層數(shù)越多,原子半徑越大,如鋰原子半徑大于氯原子半徑。
(3)比較微粒半徑,首先分析是哪種微粒,是原子還是(陰、陽)離子,然后再比較電子層數(shù)和電子數(shù)。
1.價電子排布式為5s25p1的元素,位于周期表中( )
A.第4周期ⅤA族 B.第5周期ⅢA族
C.第5周期ⅠA族 D.第4周期ⅢA族
答案 B
解析 電子層數(shù)=周期數(shù),價電子數(shù)=主族元素的族序數(shù),所以該元素位于第5周期ⅢA族。
2.具有以下結(jié)構(gòu)的原子,一定屬于主族元素的是( )
A.最外層有1個電子的原子
B.最外層電子排布式為ns2的原子
C.最外層有3個未成對電子的原子
D.次外層無未成對電子的原子
答案 C
解析 原子最外層有一個電子的原子可能是ⅠA族、ⅥB族(如Cr:3d54s1)、ⅠB族(如Cu:3d104s1)元素的原子,不一定是主族元素,A項不正確;最外層電子排布式為ns2的原子有He,ⅡA族、ⅢB~ⅦB族、ⅡB族元素的原子,B項不正確;原子最外層有3個未成對電子的元素,其原子最外層有5個電子,一定是主族元素,C項正確;原子次外層無未成對電子的有:全部主族元素、0族元素、ⅠB和ⅡB族元素,D項不正確。
3.具有下列電子排布式的原子中,半徑最大的是( )
A.1s22s22p63s23p3 B.1s22s22p3
C.1s22s22p5 D.1s22s22p63s23p4
答案 A
解析 由核外電子排布知識可知A為磷原子,B為氮原子,C為氟原子,D為硫原子。根據(jù)同周期從左到右原子半徑逐漸減小,同主族由上到下原子半徑逐漸增大,故原子半徑最大的是磷原子。
4.某元素的最外層電子數(shù)為2,價電子數(shù)為5,并且是同族中原子序數(shù)最小的元素,關(guān)于該元素的判斷錯誤的是( )
A.電子排布式為1s22s22p63s23p63d34s2
B.該元素為V
C.該元素為ⅡA族元素
D.該元素位于d區(qū)
答案 C
解析 該元素的最外層電子數(shù)為2,并且為同族元素中原子序數(shù)最小的,所以該元素為第2周期或第4周期元素。又因其價電子數(shù)≠最外層電子數(shù),可推出該元素并不是第2周期元素,應(yīng)為第4周期元素,價電子排布式為3d34s2,故為23號元素V,d區(qū)元素。
5.完成下列小題。
(1)填表:
原子電子排布式
族
周期
區(qū)
①1s22s22p63s2
②[Kr]4d105s25p2
③[Ar]3d14s2
(2)某元素M2+的3d軌道上有5個電子,試推出:
①M原子的核外電子排布式為___________________________________________。
②M原子的最外層和最高能級組中電子數(shù)分別為____________、____________。
③M元素在元素周期表中的位置為第______周期______族。
答案 (1)①ⅡA 3 s?、冖鬉 5 p ③ⅢB 4 d
(2)①1s22s22p63s23p63d54s2?、? 7?、??、鰾
解析 (2)①因M2+的3d未充滿,4p軌道肯定無電子。該元素原子失電子時,應(yīng)先失4s電子再失3d電子,故M的核外電子排布式為1s22s22p63s23p63d54s2。②M原子最外層有2個電子,即4s2,最高能級組為(4s、3d、4p),共有7個電子。③元素周期的劃分是以能級組的劃分為內(nèi)在依據(jù),元素所在周期數(shù)等于核外最高能級電子所在的能級組數(shù),故該元素屬于第4周期。對于ⅢB~ⅦB族的價電子數(shù)與族序數(shù)相同,該元素M的價電子排布為3d54s2,價電子數(shù)為7,故M位于第ⅦB族。
[對點訓(xùn)練]
題組1 核外電子排布與元素在周期表中的位置
1.價電子排布式為3d104s1的元素在周期表中應(yīng)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 根據(jù)該元素的價電子排布式可知其電子層數(shù)為4,因此它位于第4周期。由3d軌道為全滿結(jié)構(gòu)可知該元素位于ds區(qū),由最外層4s軌道上有1個電子可知它位于第ⅠB族。
2.如果n為第ⅡA族中某元素的原子序數(shù),則原子序數(shù)為(n+1)的元素可能位于( )
A.ⅢA或ⅢB B.ⅣA
C.ⅠB D.ⅠA
答案 A
解析 在元素周期表中,第2、3周期的第ⅡA族與第ⅢA族元素相鄰,其原子序數(shù)相差1;第四、五、六、七周期的第ⅡA族與第ⅢB族相鄰,其原子序數(shù)相差1;所以原子序數(shù)為(n+1)的元素位于第ⅢA或ⅢB族。
3.(2018扶余市第一中學(xué)期末)根據(jù)電子排布的特點,Cu在周期表中屬于( )
A.ds區(qū) B.p區(qū) C.d區(qū) D.s區(qū)
答案 A
解析 銅為29號元素,核外電子排布式為1s2 2s22p63s23p63d10 4s1。按照構(gòu)造原理,價層電子排布式應(yīng)為3d94s2,當(dāng)3d處于半充滿或全充滿時,能量最低,最穩(wěn)定,所以Cu的4s2上的一個電子將填充在3d上,故Cu在元素周期表中屬于ds區(qū)。
4.主族元素A和B可形成組成為AB2的離子化合物,則A、B兩原子的最外層電子排布分別為( )
A.ns2np2和ns2np4 B.ns2和ns2np4
C.ns2和ns2np5 D.ns2和ns2
答案 C
解析 由A和B為主族元素,且二者能形成AB2型的離子化合物,知A為第ⅡA族元素,B為第ⅦA族元素,故A元素原子的最外層電子排布為ns2,B元素原子的最外層電子排布為ns2np5。
5.元素周期表共有18個縱行,從左到右排為1~18列,即堿金屬是第1列,稀有氣體是第18列。按這種規(guī)定,下列說法正確的是( )
A.第9列元素中不完全是金屬元素
B.第15列元素的原子最外層電子的排布式為ns2np3
C.最外層電子數(shù)為ns2的元素都在第2列
D.第10、11列為ds區(qū)的元素,形成化合物種類最多的元素在第14列
答案 B
解析 第9列元素為第Ⅷ族元素,全部屬于金屬元素,A項錯誤;第15列為第ⅤA族元素,其最外層電子的排布式為ns2np3,B項正確;最外層電子數(shù)為ns2的元素除第ⅡA族(第2列)外,還有He以及部分過渡金屬元素,C項錯誤;ds區(qū)元素是第11、12列元素,D項錯誤。
6.已知某元素+3價離子的電子排布式為1s22s22p63s23p63d5,該元素在周期表中的位置是( )
A.第3周期Ⅷ族 B.第4周期ⅢB族
C.第4周期Ⅷ族 D.第4周期ⅤB族
答案 C
解析 由離子的電子排布式可推出原子的電子排布式為1s22s22p63s23p63d64s2,價電子排布式為3d64s2,因為排布在d、s軌道,且共有8個價電子,所以為Ⅷ族元素。
題組2 核外電子排布與微粒半徑比較
7.下列各組微粒半徑之比大于1的是( )
A. B.
C. D.
答案 B
解析 微粒半徑比值大于1,即比例式中分子的微粒半徑應(yīng)大于分母的微粒半徑。A項中元素屬同周期關(guān)系,r(Na)>r(Mg),比值小于1;B項中元素屬同周期關(guān)系,r(P)>r(Cl),比值大于1;C項中屬核外電子排布相同的兩種微粒,應(yīng)為r(Na+)>r(Al3+),比值小于1;D項中屬同周期元素形成的不同離子,K+核外有3層電子,Br-核外有4層電子,顯然,r(K+)②>③>④ B.③>④>①>②
C.③>①>②>④ D.①>②>④>③
答案 C
解析 由題意可知:X、Y、Z2-、W分別為S、Cl、S2-、F。S、Cl、S2-、F粒子半徑大小排列順序為r(S2-)>r(S)>r(Cl)>r(F),故C項正確。
9.下列關(guān)于微粒半徑的說法正確的是( )
A.原子序數(shù)越大,原子半徑越大
B.核外電子層結(jié)構(gòu)相同的單核粒子,半徑相同
C.質(zhì)子數(shù)相同的不同單核粒子,電子數(shù)越多半徑越大
D.電子層數(shù)少的元素的原子半徑一定小于電子層數(shù)多的元素的原子半徑
答案 C
解析 由于同周期主族元素原子半徑從左到右逐漸減小,故ⅦA族的原子半徑不一定比上一周期ⅠA族元素原子半徑大,如r(Li)>r(S)>r(Cl);對于核外電子層結(jié)構(gòu)相同的單核離子和原子,半徑是不同的;質(zhì)子數(shù)相同的不同單核粒子,陰離子半徑>原子半徑>陽離子半徑;同周期主族元素,原子序數(shù)增大,原子半徑減小。
題組3 元素的“位—構(gòu)—性”之間的關(guān)系
10.下列四種元素中,其單質(zhì)氧化性最強的是( )
A.基態(tài)原子含有未成對電子最多的第2周期元素
B.位于周期表第3周期ⅢA族的元素
C.原子最外電子層排布式為2s22p6的元素
D.原子最外電子層排布式為3s23p5的元素
答案 D
解析 第2周期含未成對電子數(shù)最多的是N原子;B為Al;C為稀有氣體Ne;D為Cl。N2、Al、Ne、Cl2中,Cl2的氧化性最強。
11.下列各組原子中,彼此化學(xué)性質(zhì)一定相似的是( )
A.原子核外電子排布式為1s2的X原子與原子核外電子排布式為1s22s2的Y原子
B.原子核外M層上僅有兩個電子的X原子與原子核外N層上僅有兩個電子的Y原子
C.2p軌道上有一對成對電子的X原子和3p軌道上只有一對成對電子的Y原子
D.最外層都只有一個電子的X、Y原子
答案 C
解析 本題考查的是核外電子排布的知識。A項,1s2結(jié)構(gòu)的原子為He,1s22s2結(jié)構(gòu)的原子為Be,兩者性質(zhì)不相似;B項,X原子為Mg,N層上有2個電子的Y原子有多種元素,如第4周期中Ca、Fe等都符合,化學(xué)性質(zhì)不一定相似;C項,p軌道有一對成對電子,應(yīng)是np4,為同主族的元素,化學(xué)性質(zhì)一定相似;D項,最外層只有1個電子的可以是第ⅠA族元素,過渡元素中也有很多最外層只有 1個電子的,故化學(xué)性質(zhì)不一定相似。
12.元素X、Y、Z在周期表中的相對位置如圖所示,已知Y元素原子的價電子排布式為ns(n-1)np(n+1),則下列說法不正確的是( )
X
Y
Z
A.Y元素原子的價電子排布式為4s24p4
B.Y元素在周期表的第3周期ⅥA族
C.X元素位于元素周期表的p區(qū)
D.Z元素原子的核外電子排布式為1s22s22p63s23p63d104s24p3
答案 A
解析 Y元素原子的價電子排布式為ns(n-1)np(n+1),由n-1=2可得n=3,Y元素原子的價電子排布式為3s23p4,則Y元素位于第3周期ⅥA族,Z位于第4周期ⅤA族,價電子排布式為4s24p3,電子排布式為1s22s22p63s23p63d104s24p3。X、Y、Z最外層電子均填充在p軌道上,故X、Y、Z均位于p區(qū)。
[綜合強化]
13.X原子在第二電子層上只有一個空軌道,則X是___________________________________,
其軌道表示式為________;R原子的3p軌道上只有一個未成對電子,則R原子可能是________;Y原子的核電荷數(shù)為33,其外圍電子排布式是________,其在元素周期表中的位置是________,屬于________區(qū)的元素。
答案 C(或碳) Al或Cl 4s24p3 第4周期ⅤA族 p
解析 X原子在第二電子層上只有一個空軌道,則其電子排布式為1s22s22p2,則X是碳,其軌道表示式為。R原子的3p軌道上只有一個未成對電子,則其原子的核外電子排布式為1s22s22p63s23p1或1s22s22p63s23p5,則R可能為Al或Cl。Y原子的核電荷數(shù)為33,根據(jù)構(gòu)造原理和核外電子排布規(guī)則可知,Y原子的核外電子排布式為1s22s22p63s23p63d104s24p3,電子層數(shù)為4,且最外層有5個電子,在元素周期表中位于第4周期ⅤA族,最后一個電子填充在4p軌道上,故屬于p區(qū)元素。
14.已知An+、B(n+1)+、Cn-、D(n+1)-都具有相同的電子層結(jié)構(gòu),則A、B、C、D的原子半徑由大到小的順序是
________________________________________________________________________,
離子半徑由大到小的順序是_______________________________________________,
原子序數(shù)由大到小的順序是________________________________________________。
答案 A>B>D>C D(n+1)->Cn->An+>B(n+1)+
B>A>C>D
解析 因An+、B(n+1)+、Cn-、D(n+1)-都具有相同的電子層結(jié)構(gòu),可將A、B、C、D在周期表中的位置關(guān)系表示如下:
……
……
D
C
……
……
A
B
……
……
從上圖不難判斷A、B、C、D的原子半徑由大到小的順序是A>B>D>C;因四種離子的核外電子層結(jié)構(gòu)相同,核電荷數(shù)小的離子半徑大,因此可以判斷離子半徑從大到小的順序是D(n+1)->Cn->An+>B(n+1)+;原子序數(shù)由大到小的順序是B>A>C>D。
15.有A、B、C、D、E五種元素。其中A為第4周期元素,與D可形成1∶1和2∶1原子個數(shù)比的化合物;B為第4周期過渡元素,最高化合價為+7;C和B是同周期的元素,具有相同的最高化合價;D的價電子排布式為nsnnpn+2,E元素的基態(tài)原子核外有7個原子軌道填充了電子。
(1)試寫出下面三種元素的元素符號:
A________、B________、C_________。
(2)寫出D2-的電子排布式:______________________,基態(tài)E原子的電子排布式:_______________。
(3)B位于第________族,C位于第________族。
答案 (1)K Mn Br (2)1s22s22p6 1s22s22p63s23p1 (3)ⅦB?、鰽
解析 由B為第4周期過渡元素,最高化合價為+7可推出B是錳元素;C和B是同周期的元素,具有相同的最高化合價,則C是溴元素;D的價電子排布式為nsnnpn+2,D是氧元素;A為第4周期元素,與D可形成1∶1和2∶1原子個數(shù)比的化合物,A是鉀元素;B位于第4周期,最高價為+7價,根據(jù)族序數(shù)等于價電子數(shù)可知B位于第ⅦB族,Br原子最外層也是7個電子,屬于主族元素,位于第ⅦA族;E元素的基態(tài)原子核外有7個原子軌道填充了電子,其核外電子排布式為1s22s22p63s23p1,該元素應(yīng)為Al。
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