鲁科版学高中化学原子结构与元素周期表核外电子排布与元素周期表原子半径教案选修

[学习目标定位] １．了解核外电子排布规律与元素周期表中周期、族划分的关系，并能解释它们之间的变化规律。

２．了解原子半径的意义及其测定方法，知道原子半径与原子核外电子排布的关系，并能解释原子半径在周期表中的变化规律。

一、核外电子排布与元素周期表
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
１１s１１s２２１s２２２s１２s２２p68２s、２p8３３s１３s２３p68３s、３p8４４s１４s２４p68４s、３d、４p１8５５s１５s２５p68５s、４d、５p１8
66s１6s２6p686s、４f、５d、
6p
３２
77s１7s２7p687s、５f、6d、7p３２
（２）观察分析上表，讨论原子核外电子排布与周期划分的本质联系。

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对应的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：
（２）以第４周期副族元素为例，填写下表：
（３）依据上述表格，分析讨论族的划分与原子核外电子排布的关系。

族的划分依据与原子的价电子数目和价电子排布密切相关。

１同主族元素原子的价电子排布相同，价电子全部排布在最外层的n s或n s n p轨道上。

族序数与价电子数相同。

２稀有气体的价电子排布为１s２或n s２n p6。

３过渡元素（副族和第Ⅷ族）同一纵行原子的价电子排布基本相同。

价电子排布式为（n—１）d１～１0n s １～２，第ⅢB～ⅦB族的族序数与价电子数相同，第ⅠB、ⅡB族的族序数＝n s轨道上的电子数，第Ⅷ族的价电子数分别为8、9、１0。

３．原子核外电子排布与区的划分
ds区ⅠB、ⅡB（n—１）d１0n s１～２
f区ⅢB （n—２）f0～１４（n—１）
d0～２n s２
（１）最外层电子排布与周期表的关系
１原子的电子层数＝能级中最高能层序数＝周期序数
２主族元素原子的最外层电子数＝主族元素原子的价电子数＝主族序数
（２）对价电子认识的误区提醒
１价电子不一定是最外层电子，只有主族元素的价电子才是最外层电子。

对于过渡元素还包括部分内层电子。

２元素的价电子数不一定等于其所在族的族序数。

这只对主族元素成立，对部分过渡元素是不成立的。

３同一族元素的价电子排布不一定相同，如过渡元素中的镧系元素和锕系元素就不相同，在第Ⅷ族中部分元素的价电子排布也不相同。

例１价电子排布式为５s２５p３的元素是（）
A．第５周期ⅢA族B．５１号元素
C．非金属元素D．Te
答案B
解析５s２５p３，５指的是电子层数，即属于第５周期，价电子指的是最外层电子数，主族元素所在族序数等于最外层电子数，即属于第ⅤA族元素，属于主族元素，又因为最后一个电子填充在p能级上，属于p区，按照核外电子排布的规律，推出此元素是锑（Sb），B正确。

例２按电子排布，可以把周期表中的元素划分为５个区，以下元素属于p区的是（）A．FeB．MgC．BrD．Cu
答案C
解析Fe的外围电子排布式为３d6４s２，属于d区元素，A错误；Mg的外围电子排布式为３s２，属于s 区元素，B错误；Br的外围电子排布式为４s２４p５，属于p区元素，C正确；Cu的外围电子排布式为３
d１0４s１，属于ds区元素，D错误。

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。

２．微粒半径大小的判断方法规律
（１）同周期元素的原子半径、最高价阳离子半径、最低价阴离子半径：随着核电荷数增多，都依次减小（稀有气体除外）。

（２）同主族元素的原子半径、相同价态阳离子半径和阴离子半径：随着核电荷数增多，都依次增大。

（３）核外电子排布（即电子层结构）相同的离子半径：随核电荷数增多，半径依次减小。

（４）同种元素形成的粒子半径：阳离子<中性原子<阴离子，且阳离子价态越高，半径越小。

如：r（Fe３＋）<r（Fe２＋）<r（Fe），r（Cl）<r（Cl—），r（H＋）<r（H）<r（H—）。

（５）核电荷数和电子数都不同的粒子，一般要找参照物。

如比较Al３＋和S２—的半径大小，可找出与Al ３＋电子数相同，与S２—同一主族的元素O２—来比较，因为r（Al３＋）<r（O２—），且r（O２—）<r（S２—），故r（Al３＋）<r（S２—）。

例３下列微粒半径大小比较错误的是（）
A．K>Na>Li B．Na＋>Mg２＋>Al３＋
C．Mg２＋>Na＋>F—D．Cl—>F—>F
答案C
解析同主族，由上到下微粒半径逐渐增大，A项正确；核外电子排布相同的微粒，核电荷数越大，微粒半径越小，B项正确；C项应该为F—>Na＋>Mg２＋；D项可引入Cl，顺序为Cl—>Cl>F—>F，正确。

“三看”比较微粒半径的大小
“一看”电子的能层数：当电子的能层数不同时，能层数越多，半径越大。

“二看”核电荷数：当电子的能层数相同时，核电荷数越大，半径越小。

“三看”核外电子数：当电子的能层数和核电荷数均相同时，核外电子数越多，半径越大。

例４已知短周期元素的离子a A２＋、b B＋、c C３—、d D—都具有相同的电子层结构，则下列叙述正确的是
（）
A．原子半径：A>B>D>C
B．原子序数：d>c>b>a
C．离子半径：C３—>D—>B＋>A２＋
D．单质的还原性：A>B>D>C
答案C
解析a A２＋、b B＋、c C３—、d D—都是短周期元素的离子，电子层结构相同，其在周期表中的相对位置关系可表示为
…c C３—d D—
b B＋a A２＋…
因而四种元素的原子序数由大到小的顺序为a>b>d>c；元素原子半径的大小顺序为r（B）>r（A）>r（C）>r （D）；电子层结构相同的离子，阴离子半径必大于阳离子半径，且带负电荷越多半径越大，阳离子带正电荷越多半径越小，故离子半径由大到小的顺序为r（C３—）>r（D—）>r（B＋）>r（A２＋）；单质中同周期的A、B为金属，A原子序数大于B，故还原性应为B>A，同周期非金属元素C、D，C的原子序数小于D，C的还原性应大于D。

易错警示
（１）同周期从左到右元素的离子半径并不是逐渐减小。

同周期元素阳离子半径（或阴离子半径）从左到右逐渐减小，而阴离子半径大于阳离子半径。

（２）并不是电子层数越多，原子半径越大，如锂原子半径大于氯原子半径。

（３）比较微粒半径，首先分析是哪种微粒，是原子还是（阴、阳）离子，然后再比较电子层数和电子数。

１．价电子排布式为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
解析电子层数＝周期数，价电子数＝主族元素的族序数，所以该元素位于第５周期ⅢA族。

２．具有以下结构的原子，一定属于主族元素的是（）
A．最外层有１个电子的原子
B．最外层电子排布式为n s２的原子
C．最外层有３个未成对电子的原子
D．次外层无未成对电子的原子
答案C
解析原子最外层有一个电子的原子可能是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项不正确；最外层电子排布式为n s２的原子有He，ⅡA族、ⅢB～ⅦB族、ⅡB族元素的原子，B项不正确；原子最外层有３个未成对电子的元素，其原子最外层有５个电子，一定是主族元素，C项正确；原子次外层无未成对电子的有：全部主族元素、0族元素、ⅠB和ⅡB族元素，D项不正确。

３．（２0１9·长春月考）关于元素周期表中元素的分区，下列说法正确的是（）
A．元素周期表的d区全部是副族元素
B．元素周期表的d区包含所有的过渡元素
C．过渡元素包括d区、f区、ds区的元素
D．ds区元素不都是副族元素
答案C
解析d区包括ⅢB～ⅦB族（镧系和锕系除外）元素和Ⅷ族元素，ds区包括ⅠB族和ⅡB族元素，过渡元素包括所有的副族元素和Ⅷ族元素，即包括了d区、f区、ds区的元素，故B项错误，C项正确。

４．具有下列电子排布式的原子中，半径最大的是（）
A．１s２２s２２p6３s２３p３B．１s２２s２２p３
C．１s２２s２２p５D．１s２２s２２p6３s２３p４
答案A
解析由核外电子排布知识可知A为磷原子，B为氮原子，C为氟原子，D为硫原子。

根据同周期从左到右原子半径逐渐减小，同主族由上到下原子半径逐渐增大，故原子半径最大的是磷原子。

５．某元素的最外层电子数为２，价电子数为５，并且是同族中原子序数最小的元素，关于该元素的判断错误的是（）
A．电子排布式为１s２２s２２p6３s２３p6３d３４s２
B．该元素为V
C．该元素为ⅡA族元素
D．该元素位于d区
答案C
解析该元素的最外层电子数为２，并且为同族元素中原子序数最小的，所以该元素为第２周期或第４周期元素。

又因其价电子数≠最外层电子数，可推出该元素并不是第２周期元素，应为第４周期元素，价电子排布式为３d３４s２，故为２３号元素V，d区元素。

6．问答下列问题：
（１）某元素的原子序数为２9，试回答：
１该基态原子的价电子排布式是________________，核外电子有________个能级，有______个未成对电子。

２它属于第________周期________族。

（２）元素金（Au）处于周期表中的第6周期，与Cu同族，Au原子价电子排布式为__________。

（３）某元素原子的电子排布式为[Ar]３d１0４s２４p１，该元素处于元素周期表的第________周期________族。

（４）某元素位于周期表中第４周期ⅤA族元素，则该元素的名称是________，价电子排布式为________。

答案（１）１３d１0４s１7 １２４ⅠB（２）５d１06s１（３）４ⅢA（４）砷４s２４p３
解析（１）根据核外电子排布规律，该元素原子的核外电子排布式应为１s２２s２２p6３s２３p6３d１0４s１，价电子排布式为３d１0４s１，所以有１个未成对电子，有7个能级。

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。

（２）Cu原子核外有２9个电子，其核外电子排布式为[Ar]３d１0４s１，Au与Cu同族，则Au原子的价电子排布式为５d１06s１。

（３）该元素为主族元素，根据电子层数＝周期序数，主族序数＝价电子数，该元素位于第４周期ⅢA族。

（４）由于该元素为主族元素，价电子数＝主族序数，周期序数＝电子层数，可知其价电子排布式为４s ２４p３，为３３号元素砷。

题组１核外电子排布与元素在周期表中的位置
１．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可知其电子层数为４，因此它位于第４周期。

由３d轨道为全满结构可知该元素位于ds区，由最外层４s轨道上有１个电子可知它位于第ⅠB族。

２．（２0１9·江西检测）原子序数为8３的元素位于：１第５周期；２第6周期；３ⅣA族；４ⅤA族；５ⅡB族，其中正确的组合是（）
A．１４B．２３C．２４D．１５
答案C
解析根据元素的原子序数确定元素在周期表中的位置时，基本方法是依据原子结构示意图，根据电子层数确定其所在周期，根据最外层电子数确定其所在族，但用0族定位法较为方便，即根据与该元素原子序数最邻近的0族元素的位置来确定。

与8３号元素最邻近的0族元素为86号元素氡，8３号元素比氡的原子序数小３，那么它在元素周期表中的位置应该是氡左移３个格，即第6周期ⅤA族。

３．（２0１8·扶余市第一中学期末）根据电子排布的特点，Cu在周期表中属于（）
A．ds区B．p区C．d区D．s区
答案A
解析铜为２9号元素，核外电子排布式为１s２２s２２p6３s２３p6３d１0４s１。

按照构造原理，价层电子排布式应为３d9４s２，当３d处于半充满或全充满时，能量最低，最稳定，所以Cu的４s２上的一个电子将填充在３d上，故Cu在元素周期表中属于ds区。

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．n s２n p２和n s２n p４B．n s２和n s２n p４
C．n s２和n s２n p５D．n s２和n s２
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n s２，B元素原子的最外层电子排布为n s２n p５。

５．元素周期表共有１8个纵行，从左到右排为１～１8列，即碱金属是第１列，稀有气体是第１8列。

按这种规定，下列说法正确的是（）
A．第9列元素中不完全是金属元素
B．第１５列元素的原子最外层电子的排布式为n s２n p３
C．最外层电子数为n s２的元素都在第２列
D．第１0、１１列为ds区的元素，形成化合物种类最多的元素在第１４列
答案B
解析第9列元素为第Ⅷ族元素，全部属于金属元素，A项错误；第１５列为第ⅤA族元素，其最外层电子的排布式为n s２n p３，B项正确；最外层电子数为n s２的元素除第ⅡA族（第２列）外，还有He以及部分过渡金属元素，C项错误；ds区元素是第１１、１２列元素，D项错误。

6．已知某元素＋３价离子的电子排布式为１s２２s２２p6３s２３p6３d５，该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
解析由离子的电子排布式可推出原子的电子排布式为１s２２s２２p6３s２３p6３d6４s２，价电子排布式为３d6４s２，因为排布在d、s轨道，且共有8个价电子，所以为Ⅷ族元素。

题组２核外电子排布与微粒半径比较
7．下列关于微粒半径的说法正确的是（）
A．原子序数越大，原子半径越大
B．核外电子层结构相同的单核粒子，半径相同
C．质子数相同的不同单核粒子，电子数越多半径越大
D．电子层数少的元素的原子半径一定小于电子层数多的元素的原子半径
答案C
解析由于同周期主族元素原子半径从左到右逐渐减小，故ⅦA族的原子半径不一定比上一周期ⅠA族元素原子半径大，如r（Li）>r（S）>r（Cl）；对于核外电子层结构相同的单核离子和原子，半径是不同的；质子数相同的不同单核粒子，阴离子半径>原子半径>阳离子半径；同周期主族元素，原子序数增大，原子半径减小。

8．下列各组微粒半径的比较正确的是（）
１Cl<Cl—<Br—２F—<Mg２＋<Al３＋３Ca２＋<Ca<Ba ４S２—<Se２—<Br—
A．１和３B．１和２C．３和４D．１和４
答案A
解析同种元素：阳离子半径<原子半径，原子半径<阴离子半径，则半径：Cl<Cl—，Ca２＋<Ca。

１Cl—、Br—的最外层电子数相同，电子层数增多，所以离子半径：Cl—<Br—，１正确；２Al３＋、Mg２＋、F—的核外电子排布相同，核电荷数依次减小，则离子半径：Al３＋<Mg２＋<F—，２错误；３Ca、Ba的最外层电子数相同，电子层数增多，则半径：Ca<Ba，３正确；半径应为Se２—>Br—，４错误。

9．若a A m＋与b B n—的核外电子排布相同，则下列关系不正确的是（）
A．离子半径：A m＋<B n—
B．原子半径：A<B
C．A的原子序数比B的大m＋n
D．b＝a—n—m
答案B
解析因为a A m＋与b B n—的核外电子排布相同，即b＋n＝a—m，推知a—b＝m＋n，故A的原子序数比B的大m＋n；由上式可知b＝a—m—n；核外电子层结构相同时，核电荷数越大，微粒半径越小，故离子半径：A m＋<B n—；比较原子半径需要考虑两原子的电子层数，原子半径：A>B。

题组３元素的“位—构—性”之间的关系
１0．下列各组原子中，彼此化学性质一定相似的是（）
A．原子核外电子排布式为１s２的X原子与原子核外电子排布式为１s２２s２的Y原子
B．原子核外M层上仅有两个电子的X原子与原子核外N层上仅有两个电子的Y原子
C．２p轨道上有一对成对电子的X原子和３p轨道上只有一对成对电子的Y原子
D．最外层都只有一个电子的X、Y原子
答案C
解析本题考查的是核外电子排布的知识。

A项，１s２结构的原子为He,１s２２s２结构的原子为Be，两者性质不相似；B项，X原子为Mg，N层上有２个电子的Y原子有多种元素，如第４周期中Ca、Fe等都符合，化学性质不一定相似；C项，p轨道有一对成对电子，应是n p４，为同主族的元素，化学性质一定相似；D项，最外层只有１个电子的可以是第ⅠA族元素，过渡元素中也有很多最外层只有１个电子的，故化学性质不一定相似。

１１．现有含有元素硒（Se）的保健品已经进入市场，已知硒与氧元素同族，与钾元素同周期。

下列关于硒的说法不正确的是（）
A．原子最外层电子排布式为４s２４p４
B．最高价氧化物对应水化物的化学式为H２SeO４
C．Br的非金属性比Se弱
D．O和Se为p区元素，K为s区元素
答案C
解析由题给信息可知，Se位于第４周期ⅥA族，主族元素原子最外层电子数与其族序数相等，故Se原子最外层电子数是6，最外层电子排布式为４s２４p４，A项正确；Se元素的最高正化合价为＋6，则其最高价氧化物对应水化物的化学式为H２SeO４，B项正确；同周期元素，元素的非金属性随原子序数的增大而增强，Br和Se属于同周期元素，且原子序数：Br>Se，所以Br的非金属性比Se强，C项错误；根据O、Se、K在周期表中的位置可知，D项正确。

１２．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
n s（n—１）n p（n＋１），则下列说法不正确的是（）
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３周期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
答案A
解析Y元素原子的价电子排布式为n s（n—１）n p（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３周期ⅥA族，Z位于第４周期ⅤA族，价电子排布式为４s２４p３，电子排布式为１s２２s２２p6３s２３p6３d１0４s２４p３。

X、Y、Z最外层电子均填充在p轨道上，故X、Y、Z均位于p区。

１３．原子结构与元素周期表存在着内在联系，按要求回答下列问题：
（１）由下列元素在周期表中的位置，写出元素原子的价电子排布式。

１第４周期ⅥB族__________；
２第５周期ⅠB族__________；
３第５周期ⅣA族__________；
４第6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）d１0n s２电子排布的元素位于周期表中________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________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第________周期________族。

（３）某元素简化电子排布式为[Xe]４f４6s２，其应在________区。

答案（１）１３d５４s１２４d１0５s１３５s２５p２４6s２
（２）１ⅡB ２6 ⅠB３４ⅤB（３）f
解析（１）ⅢB族～ⅦB族元素的价电子排布分别为（n—１）d x n s２（x＝１～５），且价电子数等于族
序数。

故１为３d４４s２，但据洪特规则特例应为３d５４s１。

ⅠB族和ⅡB族的价电子排布分别为（n—１）d１0n s１和（n—１）d１0n s２，故２为４d１0５s１。

主族元素的价电子全都排布在最外层的n s或n p上，且价电子数等于族序数。

故３为５s２５p２，４为6s２。

（２）１具有（n—１）d１0n s２电子排布的元素位于周期表第ⅡB族。

２元素基态原子的价电子排布为５d１06s１，应位于第6周期ⅠB族。

３该元素基态原子价电子排布式为３d３４s２，根据周期数＝电子层数，族序数＝价电子数，该元素为d 区副族元素（价电子排在d、s轨道上），可知该元素位于第４周期ⅤB族。

（３）除ds区外，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，所以该元素位于f区。

１４．已知A n＋、B（n＋１）＋、C n—、D（n＋１）—都具有相同的电子层结构，则A、B、C、D的原子半径由大到小的顺序是________________________________________________________，
离子半径由大到小的顺序是__________________________________________________，
原子序数由大到小的顺序是_______________________________________________。

答案A>B>D>C D（n＋１）—>C n—>A n＋>B（n＋１）＋
B>A>C>D
解析因A n＋、B（n＋１）＋、C n—、D（n＋１）—都具有相同的电子层结构，可将A、B、C、D在周期表中的位置关系表示如下：
从上图不难判断A、B、C、D的原子半径由大到小的顺序是A>B>D>C；因四种离子的核外电子层结构相同，核电荷数小的离子半径大，因此可以判断离子半径从大到小的顺序是D（n＋１）—>
C n—>A n＋>B（n＋１）＋；原子序数由大到小的顺序是B>A>C>D。

１５．有A、B、C、D、E五种元素。

其中A为第４周期元素，与D可形成１∶１和２∶１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n s n n p n＋２，E元素的基态原子核外有7个原子轨道填充了电子。

（１）试写出下面三种元素的元素符号：
A________、B________、C_________。

（２）写出D２—的电子排布式：______________________，基态E原子的电子排布式：_______________。

（３）B位于第________族，C位于第________族。

答案（１）K Mn Br （２）１s２２s２２p6
１s２２s２２p6３s２３p１（３）ⅦB ⅦA
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n s n n p n＋２，D是氧元素；A为第４周期元素，与D可形成１∶１和２∶１原子个数比的化合物，A是钾元素；B位于第４周期，最高价为＋7价，根据族序数等于价电子数可知B位于第ⅦB族，Br原子最外层也是7个电子，属于主族元素，位于第ⅦA族；E 元素的基态原子核外有7个原子轨道填充了电子，其核外电子排布式为１s２２s２２p6３s２３p１，该元素应为Al。