第二節原子結構與元素的性質

第1課時原子結構與元素周期表

新課程標準學業質量目標

1.進?步認識周期表中原子結構和位置、價態、元素數目等之

1.宏觀辨識與微觀探析:通過辨識原子結構及價電子排布與元

間的關系。

素在周期相中的位置之間的關系?形成“結構決定性質”的觀

2.知道最外層電子排布和價電子層的含義。

念。

3.認識周期表中各區及元素周期表的規律.

2.證據推理與模型認知:通過原子價電子排布特點與各區元素

1.知道周期表中各區、周期、族元素的原子結構和位置間的關

化學性質關系?也/運用模型解釋現象的本質和規律。

\系。

必備知識?自主學習

一、元素周期系

1.堿金屬元素和稀有氣體元素原子的價層電子排布

最左側IA族兀最右側稀白氣體

周期價層電子排布價層電子排布

素百

—氫1S1氮1S2

鋰2sl2s22P6

—鈉3sl3s23P6

四鉀4sl克14s24P6

五鋤5sl銀5s25P6

六艷6sl氨6s26P6

2.元素周期系的形成

⑴每一周期（第一周期除外）從堿金屬元素開始到罹苴氣體元素結束，

最外層電子排布從逆遞增到直n止，但元素周期系的周期不是單調

的，每一周期里元素的數目不總是一樣多。

⑵元素形成周期系的根本原因是元素的原子核外電子排布發生周期

性的重復。

⑶根據構造原理得出的核外電子排布，可以解釋元素周期系的基本結

構。例如：第一周期從復開始，以筌結束;其余周期總是從皿能

級開始，以皿能級結束，其間遞增的核電荷數（或電子數）就等于每個

周期里的元素數。

6s—?7s—?

2s—>3s—a4s----**3d5s—4

Is4f―>5f—?

2p3p---->4p4d---->5p

5cl—??6P6d—?7p

周期*二二四五七

元素數28818183232

/自主探索

⑴目前元素周期表有幾個周期？元素在周期表中處于哪一周期主要

由原子結構中哪一部分決定的？

提示：有7個周期，周期序數=原子結構中的電子層數。

⑵每一周期元素第一個元素是堿金屬，最后一個元素是哪類元素？

提示：每一周期從堿金屬開始，以稀有氣體元素結束。

⑶（情境思考）除了我們熟知的現行元素周期表，元素周期表還有許多

其他形式，其中一種如下圖所示：

①元素周期表中周期和族的劃分依據是什么？

提示：元素周期表中周期的劃分依據是元素原子的電子層數（周期序

數=電子層數），而族的劃分依據則是元素原子的價電子數。

②主族元素的原子結構與元素在周期表中的位置有什么關系？

提示：主族元素原子的電子層數即其周期序數,最外層電子數即其主

族序數。

二、元素周期表的分區

1.元素周期表的分區

按電子排布，可把周期表里的元素劃分成5個區。除ds區外，區的

名稱來自按構造原理最后填入電子的能級符號。

2.各區價層電子排布特點

分區價層電子排布

S區起~2

P區ns2npi~6(除He外)

d區(n-1川1~9、1~2(除鈿外)

ds區(n-l)di°nsi~2

f區(n-2)f0~14(n-l)d°~2ns2

,自主探索

(l)s區都是金屬元素。()

提示：X;S區中氫元素屬于非金屬。

⑵明確了元素所處周期序數和所處的族，該元素就一定能確定。

()

提示：X；每一周期的第vm族均有三種元素；而且15種鐲系元素和

15種銅系元素均分別位于同一周期同一族。

關鍵能力?合作學習

知識點一核外電子排布與周期表的關系

1,周期、能級組和元素數目的對應關系

周期周期中所含兀素的數對應能級組對應能級組電子最大容量

—21S2

82s、2p8

—83s、3p8

四184s、3d、4p18

五185s、4d、5p18

7\326s、4f、5d、6p32

七327s、5f、6d、7p32

2.價層電子排布和周期表的關系

⑴原子的電子層數=能級中最高能層序數=周期序數。

⑵主族元素原子的價層電子數-該元素在周期表中的主族序數。

族序數IAHAHIAIVAVAVIAVHA0

價層電ns2ns2ns2ns2ns2ns2

ns1ns2

子排布np1np2np3n—p94np5np6

⑶過渡元素（除錮系、舸系外，以第四周期為例）

周期表中列數族序數價層電子排布

3IHB(n-l)dxns2

4IVB(n-l)d2ns2

5VB(n-l)d3ns2

6VIB(n-l)d5nsi

7VDB(n-l)d5ns2

8-10vm(n-l)d6~8ns2

11IB(n-ljd^ns1

12UB(n-l)d10ns2

3.價層電子排布與元素的最高正價數

⑴當主族元素失去全部價電子后，表現出該元素的最高化合價，最高

正價=主族序數(0、F除外)。

(2)niB~VHB族可失去ns和(n-l)d軌道上的全部電子，所以，最高

正價數二族序數。

⑶vm族可失去最外層的s電子和次外層的部分(n-l)d電子，所以最

高正價低于族序數⑻，只有Ru和0s可表現八價。

(4)IB族可失去ns1電子和部分(n-l)d電子，所以IB的族數(最高

正價，口B只失去ns2電子，□B的族序數=最高正價。

易錯提醒、對價電子認識的誤區

⑴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層電子。

⑵元素的價電子數不一定等于其所在族的族序數，對部分過渡元素是

不成立的。

⑶同一族元素的價電子排布不一定相同，如過渡元素中的鋪系元素和

銅系元素就不相同，在第vm族中部分元素的價電子排布也不相同。

」合作探究..

⑴價電子就是最外層電子嗎？

提示：只有主族元素的價電子才是最外層電子，過渡元素還包括部分

內層電子。

⑵元素的價電子數一定等于其所在的族序數嗎？

提示：這一關系只對主族元素成立，對于部分過渡元素不成立。

⑶同一族元素的價電子排布一定相同嗎？為什么？

提示：過渡元素中的鐲系和銅系元素不相同，在vm族中部分元素的價

電子排布也不相同。

2典例示范》

【典例】（2021?長沙高二檢測）若某原子的價層電子排布式為4dl5s2,

則下列說法正確的是（）

A.該元素位于周期表中第五周期WB族

B.該元素原子價電子數為2個

C.該元素為非金屬元素

D.該元素原子N能層共有8個電子

教師專用心【解題指南】通過價電子排布確定元素在周期表中位置的

思維流程為：

⑴原子序數的確定:原子序數=質子數=核外電子數=各能級上電子

數之和。

⑵周期數的確定：周期數=基態原子最高能層數。

⑶族的確定：

①主族元素：主族序數=最外層電子數=價層電子數；

②過渡元素：價層（n-l）d+ns的電子數=縱列數胸系、舸系除外）。

選A。該原子的價層電子排布式為4dl5s2，該元素基態原子的電子排

布式為Is22s22P63s23P63dl04s24P64dl5s2,與價層電子排布式為3dzs2

的Sc元素同族，位于周期表第mB族，所以該元素位于周期表中第

五周期IDB族，故A正確；該原子的價層電子排布式為4dl5s2，位于

周期表第WB族，所以該元素原子價電子數為3個，故B錯誤；該元

素位于周期表中第五周期DIB族，屬于過渡元素，是副族，副族元素

均為金屬元素，故C錯誤；第N層的電子排布為4s24P64dl，有9個

電子，故D錯誤。

【母題追問】該原子核內有多少個質子？最高正價是多少？

提示：原子序數=質子數=核外電子數=各能級上電子數之和=39,

最iW)正價為+3。

規律方法,由元素的價電子排布判斷其在周期表中的位置的規律：

價電子排布x或y的取值周期表中位置

第n周期xA族(說明：書寫時,x、

nsxx=l,2y應換成相應的羅馬字母表示，

卜同)

x=l,2,3,4,5第n周期(2+x)A族

nss-2n9p?x

x=6第〃周期0族

x+y<7第n周期(x+y)B族

(n-l)dxnsy

7<x+y<10第n周期VID族

(n-l)d10nsxx=l,2第n周期xB族

方素養訓練、

1.已知某元素+2價離子的電子排布式為Is22s22P63s23P6,該元素在

周期表中屬于（）

A.VB族B.IIB族

C.VID族D.IIA族

選Do由題意推知，該元素的價層電子排布式為4s2。故該元素位于

第四周期第HA族。

2.（2021?煙臺高二檢測）下列說法不正確的是（）

A.元素原子的核外電子排布呈現周期性變化是形成元素周期系的根

本原因

B.周期序數越大，該周期所含金屬元素越多

C.所有區的名稱均來自按構造原理最后填入電子的能級符號

D.周期表共18個縱列，可分為7個主族8個副族（包括VID族）1個0

族

選Co除ds區外，區的名稱來自按構造原理最后填入電子的能級的

符號。

3.元素的存在，與原子結構的穩定性，特別是與原子核的穩定性有

關。人們發現，原子序數大于83（鋤之后）的元素，都是放射性元素，

而原子序數在92之后（超鈾元素）的元素，全部是用人工方法合成的元

素（Np、Pu在自然界中也有，但含量極微）。目前已公布了112號元素

的合成方法。人們要問：新的人工合成的元素究竟還可以合成多少

種？

物理學家根據原子核結構理論計算，認為周期系最后可能出現的是原

子序數為175的元素。人工合成的元素，已完成第七周期（0族元素的

原子序數應為118），并進入第八周期，甚至第九周期。在未來的第八、

九周期中，原子中的電子依次填充新的能級5g能級和6g能級。依

照已有的規律，可以推知g能級最多能容納18個電子。

能級：spdfg

電子數：26101418

⑴由此可以推測，第八、九周期各將有多少種元素？

⑵在這兩個周期里，"超銅系''和"新超啊系”各有多少種元素？

提示：⑴第八、九周期都將有50種元素，是超長周期。

⑵"超婀系〃和"新超銅系〃為5g~6f和6g~7f內過渡系，各有33種元

素。

知識點二元素周期表的分區

1,各區元素化學性質及價電子排布特點

包括的屬價電子排布化學性質

海~2（最后的除氫外，都是活潑金屬元素（堿金屬和

S區IA、nA族

電子填在ns上）堿土金屬）

ns2npi~6

最外層電子參與反應，隨著最外層電

niA~VHA、（除氨外，最后

P區子數目的增加，非金屬性增強，金屬

0族的電子填在

性減弱（0族除外）

叩上）

HIB-VIIB(n-l)d1~9ns1~2均為過渡金屬，由于d軌道都未充滿

d區（鐲系、啊系［最后的電子填電子，因此d軌道上的電子可以不同

除外）、vm族在(n-l)d上］程度地參與化學鍵的形成

(n-l)d10ns1~2均為過渡金屬，d軌道已充滿電子，

ds區工B、HB族[(n-l)d全因此d軌道上的電子一般不再參與化

充滿]學鍵的形成

鐲系、(n-2)f0~14鐲系兀素的化學性質非常相近；婀系

f區

銅系(n-l)d0~2ns2元素的化學性質也非常相近

2.根據原子結構確定元素分區的思路

,3■確定,人nq"“心"、確定

電子排布式一H介層電子排布式一-

1Az/zs1

-7ZS12s區

IIA：ns"

IIIA?\||A(價電子數

=族序數）

——〃S2一〃p1-6P區一

族（排滿）

元素的

分區

iB：(〃一l)d'A

("-1)d"'?sH2—?ds區

nB：(77-l)d107?S2

'IUB?VIIB（價電子數

=族序數）

(n—l)dfd區f<

VIII（價電子數一

、8、9、10）

y合作探究

⑴最外層電子數相同的兩種元素一定同族嗎？舉例說明。

提示:不一定，如IA和IB、HA和HB。

⑵同族元素的價層電子排布一定相同嗎？舉例說明。

提示：不一定，如He與同族元素。

/典例示范

【典例】（2021?武漢高二檢測）下列關于原子核外電子排布與元素在周

期表中位置關系的表述中，正確的是（）

A.原子的價層電子排布為ns2npi~6的元素一定是主族元素

B.基態原子的p能級上有5個電子的元素一定是VHA族元素

C.原子的價層電子排布為（n-l）d6~8ns2的元素一定位于族

D.基態原子的N層上只有1個電子的元素一定是主族元素

教師專用》【解題指南】解+析有關元素周期表分區問題的思維流程如

下：

⑴熟記元素周期表分區簡圖；

⑵區的名稱來自按照構造原理最后填充的能級的符號（除ds區外）。

選Bo0族元素價層電子排布也符合ns2npi~6,所以不一定是主族元

素，故A錯誤；基態原子的p能級上有5個電子的元素價層電子排布

為ns2np5的元素，一定位于VHA族，故B正確；原子的價層電子排布

為（n-l）d6-8ns2的元素為VID族元素,不是位于DIB~VHB族，故C錯

誤；基態原子的N層上只有1個電子的元素，可能為K、Cr或Cu,K

為主族元素，Cr、Cu為副族元素，故D錯誤。

【母題追問】⑴最外層電子數為ns2的元素都在元素周期表第2列

嗎？

提示：元素周期表第2列為HA族，而最外層電子數為ns2的元素可

能為He、IIA族元素或一些過渡元素。

⑵已知某元素+3價離子的電子排布式為Is22s22P63s23P63d5,該元素

位于周期表中什么位置？哪個區？

提示：該元素+3價離子的電子排布式為Is22s22P63s23P63d5,則該元

素原子核外電子排布式為Is22s22P63s23P63d64s2,處于第四周期第Vin

族位置,屬于d區。

規律方淙元素周期表中各族元素的分布特點

包括兀素價電子排布元素分類

S區IA、IIA族ns\ns2活潑金屬

P區LHA~。族ns2npi~6大多為非金屬

d區LUB~vin族(n-l)d1~9ns1~2過渡元素

ds區IB、IIB族(n-ljd^ns1"2過渡元素

f區鋪系和啊系(n-2)f°~14(n-l)d°~2ns2過渡元素

2素養訓練

1.（2021長沙高二檢測）閃爍著銀白色光澤的金屬鈦（221）因具有密度

小、強度大、無磁性等優良的機械性能，被廣泛應用于軍事、醫學等

領域，號稱"崛起的第三金屬已知鈦有48「、4力、50刀等核素，下

列關于金屬鈦的敘述中不正確的是（）

A.上述鈦原子中，中子數不可能為22

B.鈦元素在周期表中處于第四周期

c.鈦的不同核素在周期表中處于不同的位置

D.鈦元素是d區的過渡元素

選C。481、49「、50「等核素的中子數分別為26、27、28,A正確；

22口的價電子排布式為3d24s2，因此鈦是d區第四周期的過渡元素,B、

D正確；元素在周期表中的位置由其質子數決定，鈦的同位素原子的

質子數相同，在周期表中的同一位置，C不正確。

2.下列關于元素在元素周期表中的位置以及元素原子的價層電子排

布特點的有關敘述正確的是（）

A.Cu位于元素周期表中第四周期IB族，屬于ds區元素

B.0的基態原子中，2p能級為半充滿，屬于p區元素

C.最外層電子排布式為4sl,一定屬于IA族

D.最外層電子排布式為ns2npi,該元素可能是IDA族或WB族

選Ao銅位于第四周期第IB族，故A正確；N元素，氧元素的2p

能級有四個電子，不是半充滿，故B錯誤；最外層電子排布式為4sl,

該元素不一定位于第IA族，如銅的最外層電子排布式為4s1，但銅

屬于第IB,故C錯誤；最外層電子排布式為ns2npi,該元素位于HlA

族，故D錯誤。

3.在元素周期表中，同周期的元素從左到右非金屬性漸強，同主族

元素從上到下非金屬性漸弱，結果使元素周期表右上角的元素主要呈

現非金屬性。因此，在元素周期表中非金屬元素主要集中在右上角三

角區內（如圖）。

處于非金屬三角區邊緣的元素常被稱為半金屬或準金屬，為什么？

提示：處于非金屬三角區邊緣的元素既能表現出一定的非金屬性，又

能表現出一定的金屬性，因此，這些元素常被稱為半金屬或準金屬。

---------------課堂小結---------------

核周期性變化/周期：序數=最高能層'/

元

外

*序數1素

電

價層電子排布族：取決于價電子數）-結構<周

子

期

排

表

布最后填入電子，區:與價電子層的能級）

的能級符號-1符號有關廣

（除ds區）

,三言兩語話重點上

1?周期表結構中幾個等式：最高能層序數二周期序數，價層電子數

=族序數，最高正價=族序數（。、F除外）。

2.分區與價層電子排布的對應關系：

分區價電子排布

S區ns1?2

P區ns2npi~6

d區(n-1)49nsi~2

ds區(n-l)di°nsi~2

f區(n-2)f0~14(n-l)d°~2ns2

課堂檢測?素養達標

1,下列關于價層電子排布為3s23P4的粒子描述正確的是（）

A.該元素在元素周期表中位于p區

B.它的核外電子排布式為[Ar]3s23P,

C.該元素為氧元素

Is2s2p3s3p

D.其軌道表示式為血Gfl畫皿迎EED

選該元素為硫元素，元素在元素周期表中位于區，故正確；

AoSpA

S元素核外電子排布式為[Ne]3s23P4,故B錯誤；價電子排布為3s23P，

的粒子其基態原子核外電子排布式為Is22s22P63s23P4,其核外電子數

為16,為S元素，故C錯誤；S原子核外電子排布遵循能量最低原理、

泡利原理、洪特規則，其軌道表示式為用舊嚶,故D錯誤。

2.（202L德州高二檢測）世界矚目的港珠澳大橋是世界上最長的斜拉

橋，橋受力部件采用高強度拉力鋼索（如圖）。鋼索表面的合金保護層

含有鋅、鋁和少量鋼，下列說法錯誤的是（）

A.鋅位于元素周期表的d區

B.基態AI原子電子占據最高能級的電子云輪廓圖為啞鈴形

C.鋼位于元素周期表中第四周期VB族

D.鋼的價層電子排布為3d34s2

選第三周期稀有氣體的原子序數為鋅的原子序數為

Ao18,30,30

-18=12,則鋅在周期表中處于第四周期IIB族，ds區，故A錯誤；

基態AI原子電子占據最高能級為3p能級，電子云輪廓圖為啞鈴形，

故B正確；第三周期稀有氣體的原子序數為18，機的原子序數為23,

23-18=5,則鋼在周期表中處于第四周期VB族，故C正確；鋼的

原子序數為23,其核外電子排布為Is22s22P63s23P63d34s2,則鋼的價

層電子排布為3d34s2,故D正確。

3.（2021?黃岡高二檢測）根據下列基態原子的最外層電子排布,能確

定該元素在元素周期表中位置的是（）

A.4s1B.3d104sn

C.nsnnp3nD.ns2np3

選C。A項中最外層為4s1的價電子排布包括4式3d54s\3矛。4#；

B項中3d104sn的電子排布包括3d104s\3d】。4s2等;C項中n為2,即

2s22P6；D項中n可能為2、3、4、5、6O

4.（2021銅陵高二檢測）已知某元素+3價離子的電子排布式為

Is22s22P63s23P63d5,該元素在周期表中的位置是（）

A.第三周期VUI族，p區B.第三周期VB族,ds區

C.第四周期vn族，d區D.第四周期v族,f區

選C。+3價離子的核外有23個電子，則原子核外有26個電子，26

號元素是鐵，位于第四周期恤族，位于d區。

5.（2021?南京|W）二檢測）前四周期兀素中,基態原子的4s能級中只有

1個電子且位于d區的元素共有（）

A.0種B.1種C.2種D.3種

選Bo基態原子的4s能級中只有1個電子，則該元素最外層僅有的

一個電子位于4s能級，即4s1，該原子4s能級未填充滿，一是按照

能級順序正常填充的結果：Is22s22P63s23P64s】，為19K元素；二是按

照洪特規則的特例填充的結果：is22s22P63s23P63d54s】、

Is22s22P63s23P63cli04si,為24Cr和2gCu,29C11位于ds區，位于d區只

有1種Cr,所以只有1種符合。

6.（2021?廣州高二檢測）X、Y、Z為主族元素，X原子的最外層電子排

布為ns1；Y原子的M電子層有2個未成對電子；Z原子的最外層p

軌道上只有一對成對電子目Z原子的核外電子比Y原子少8個電子,

由這三種元素組成的化合物的分子式不可能的是（）

A.XYZ4B.X2YZ4C.X2YZ3D.X2Y2Z3

選A。X元素的原子最外層電子排布為nsI，為第IA族元素，化合價

為+1價，Y原子的M電子層有2個未成對電子其電子排布式為

Is22s22P63s23P2或Is22s22P63s23P4,為Si元素或S元素，化合價為+4

價或+6價；Z原子的最外層p軌道上只有一對成對電子，且Z原子

的核外電子比Y原子少8個電子，且Y和Z屬于同一主族元素，所以

Z元素是。元素，丫是S元素，由這三種元素組成的化合物中氧元素

顯-2價，Y顯+4價或+6價，X顯+1價，Y的化合價為+7價，不

符合，故A選；Y的化合價為+6價，符合，故B不選；丫的化合價

為+4價，符合，故C不選；Y的平均化合價為+2價，如Na2s2O3,

符合，故D不選。

7.（2021?寧德高二檢測）在核電荷數為1~36的元素中，原子的最外

層電子排布滿足ns1的元素共有（）

A.3種