届高三化学140分突破精品资料第13讲《原子结构与性质》.docx
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届高三化学140分突破精品资料第13讲《原子结构与性质》
第13讲原子结构与性质
【知能整合】
1．核外电子在排布时遵循以下原理或规则：
（1）构造原理：
从图中可以看出不同能层的能级有交错现象，如E（3d）>E（4s）、E（4d）>E（5s）、E（5d）>E（6s）等。
在1~36号元素中，原子核外电子排布不符合构造原理的元素有铬（Cr）、铜（Cu），最外层电子排布为ns1的元素有H、锂、钠、钾、铬、铜。
（2）能量最低原理：
原子核外电子的排布遵循构造原理能使整个原子的能量处于最低状态，简称能量最低原理。
处于最低能量的原子称为基态原子，电子吸收能量后，跃迁至较高能级时称为激发态原子。
（3）泡利（Pauli）（不相容）原理：
1个原子轨道里最多只能容纳2个电子且自旋方向相反。
（4）洪特（Hund）规则：
当电子排布在同一能层的不同轨道时，总是优先单独占据一个轨道且自旋方向相同；洪特规则的特例当原子轨道处于全空、半满或全满时原子较稳定。
2．元素在周期表中的位置与元素性质的关系
性质
同周期（从左往右）
同主族（自上而下）
（1）能层数
相同
从1递增到6（或7）
（2）最外层电子数
从1递增到8（第一周期例外）
相同
（3）原子半径
减小（稀有气体除外）
增大
（4）金属性（原子失电子能力）
减弱
增强
（5）非金属性（原子得电子能力）
增强
减弱
（6）电负性
增强
减弱
（7）第一电离能
增大的趋势
减小
（8）单质还原性
减弱
增强
（9）单质氧化性
增强
减弱
（10）最高价氧化物对应水化物的酸碱性
碱性减弱，酸性增强
碱性增强，酸性减弱
（11）非金属形成气态氢化物的难易程度
由难到易
由易到难
（12）气态氢化物的稳定性
增强
减弱
（13）主要化合价
最高正价从+1递增到+7（O、F例外），最低负价从第ⅣA族-4递增到-1
相同
（14）离子半径
r（阴离子）减小，r（阳离子）减小，r（阴离子）>r（阳离子）
增大
【典型例析】
例1：
各电子层排布的总数遵循三条规律：
原子的最外层电子数≤8；原子的次外层电子数≤18；原子的倒数第三层电子数≤32。
决定这三条规律的电子排布规则是
A．能量最低原理
B．泡利不相容原理
C．洪特规则
D．能量最低原理和泡利不相容原理
变式训练：
“各能级最多容纳的电子数，是该能级原子轨道数的二倍”，支撑这一结论的理论是
A．构造原理B．泡利原理
C．洪特规则D．能量最低原理
例2：
现有部分短周期元素的性质或原子结构如下表：
元素编号
元素性质或原子结构
T
M层上有2对成对电子
X
最外层电子数是次外层电子数的2倍
Y
常温下单质为双原子分子，其氢化物水溶液呈碱性
Z
元素最高正价是＋7价
（1）元素T的原子最外层共有种不同运动状态的电子。
元素X的一种同位素可测定文物年代，这种同位素的符号是。
（2）元素Y与氢元素形成一种离子YH4＋，写出该微粒的电子式（用元素符号表示）
（3）元素Z与元素T相比，非金属性较强的是（用元素符号表示），下列表述中能证明这一事实的是_____。
a．常温下Z的单质和T的单质状态不同
b．Z的氢化物比T的氢化物稳定
c．一定条件下Z和T的单质都能与氢氧化钠溶液反应
（4）探寻物质的性质差异性是学习的重要方法之一。
T、X、Y、Z四种元素的最高价氧化物的水化物中化学性质明显不同于其他三种酸的是，理由是_____________。
变式训练：
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，写出A元素最外层电子的轨道表示式__________________；A元素形成的气态氢化物中A原子的杂化类型为__________；VSEPR理想模型为____。
（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_______________________。
【当堂反馈】
1．现有四种元素的基态原子的电子排布式如下：
①1s22s22p63s23p4；②1s22s22p63s23p3；
③1s22s22p3；④1s22s22p5。
则下列有关比较中正确的是：
A．第一电离能：
④＞③＞②＞①
B．原子半径：
④＞③＞②＞①
C．电负性：
④＞③＞②＞①
D．最高正化合价：
④＞③=②＞①
2．已知：
X、Y是同周期的主族元素，且电负性X＞Y，下列说法错误的是：
A．X与Y形成化合物是，X可以显负价，Y显正价
B．第一电离能可能Y小于X
C．最高价含氧酸的酸性：
X对应的酸性弱于Y对应的酸性
D．气态氢化物的稳定性：
HmY小于HmX
3．通常情况下，原子核外p能级、d能级等原子轨道上电子排布为“全空”、“半满”、“全满”的时候一般更加稳定，称为洪特规则的特例。
下列事实能作为这个规则证据的是：
A．元素氦（He）的第一电离能远大于元素氢（H）的第一电离能
B．26Fe2＋容易失电子转变成26Fe3＋，表现出较强的还原性
C．基态铜（Cu）原子的电子排布式为[Ar]3d104s1而不是[Ar]3d94s2
D．某种激发态碳（C）原子排布式为1s22s12p3而不是1s22s22p2
4．若某基态原子的外围电子排布为4d15s2，则下列说法正确的是
A．该元素基态原子中共有3个电子
B．该元素原子核外有5个电子层
C．该元素原子最外层共有3个电子
D．该元素原子M能层共有8个电子
5．现有短周期元素A、B、C、D、E五种元素，原子序数依次增大，A是元素周期表中所有元素中原子半径最小的；B、C同周期且基态原子的最外层皆有2个未成对电子；D元素的简单离子是本周期元素的简单离子中半径最小的；E原子M层中p电子数比s电子数多2个。
请按要求回答下列问题：
（1）B元素基态原子的电子排布式为，A和C组成的含有非极性键的化合物的电子式为。
（2）写出两种由上述元素组成，含极性键的非极性分子的化学式_________________
（3）写出D元素最高价氧化物水化物的电离方程式
_______________________________________________。
（4）写出D、E形成的化合物与水反应的化学方程式。
6．元素周期表中第四周期元素由于受3d电子的影响，性质的递变规律与短周期元素略有不同。
（1）第四周期过渡元素的明显特征是形成多种多样的配合物。
①CO可以和很多过渡金属形成配合物。
CO分子中C原子上有一对孤对电子，C、O原子都符合8电子稳定结构，CO的结构式为，CO分子里的共价键有。
②金属镍粉在CO气流中轻微地加热，可生成液态的Ni（CO）4，它在423K就分解为Ni和CO，从而制得高纯度的Ni粉。
Ni（CO）4易溶于下列。
a．水b．四氯化碳c．苯d．硫酸镍溶液
（2）第四周期元素的第一电离能随原子序数的增大，总趋势是逐渐增大的。
镓的基态电子排布式是____________
。
31Ga的第一电离能却明显低于30Zn，原因是_
_______________________________________________。
【课后巩固】
1．图1和图2分别是1s电子的概率概率分布图和原子轨道图。
下列有关认识正确的是
A．图1中的每个小黑点表示1个电子
B．图2表示1s电子只能在球体内出现
C．图2表明1s轨道呈圆形，有无数对称轴
D．图1中的小黑点表示某一时刻，电子在核外所处的位置
2．下列各组中的X和Y两种原子，化学性质一定相似的是
A．X原子和Y原子最外层都只有一个电子
B．X原子的核外电子排布为1s2，Y原子的核外电子排布为1s22s2
C．X原子2p能级上有三个电子，Y原子的3p能级上有三个电子
D．X原子核外M层上仅有两个电子，Y原子核外N层上仅有两个电子
3．下列表达方式错误的是
A．甲烷的电子式
B．氟化钠的电子式
C．硫离子的核外电子排布式1s22s22p63s23p4
D．碳－12原子
C
4．为表示一个原子在第三电子层上有10个电子，可以写成
A．310B．3d10C．3s23p63d2D．3s23p64s2
5．4p能级只填充一半电子的原子，其原子序数是
A．15B．33C．35D．51
6．下列原子各电子层中电子数不合理的是
A．21Sc：
K
（2）L（8）M（8）N（3）
B．24Cr：
K
（2）L（8）M（13）N
（1）
C．32Ge：
K
（2）L（8）M（18）N（4）
D．29Cu：
K
（2）L（8）M（18）N
（1）
7．核外电子的能量不仅与电子所处的能层、能级有关，还与核外电子的数目及核电荷的数目有关。
氩原子与硫离子的核外电子排布相同，都是1s22s22p63s23p6。
下列说法正确的是
A．两粒子的1s能级上电子的能量相同
B．两粒子的3p能级上的电子离核的距离相同
C．两粒子的电子发生跃迁时，产生的光谱不同
D．两粒子都达8电子稳定结构，化学性质相同
8．基态原子的4s能级中只有1个电子的元素共有
A．1种B．2种C．3种D．8种
9．元素X原子的最外层电子排布为ns1，元素Y和Z的基态原子2p能级上均有两个未成对电子，且原子序数为Y大于Z。
则X、Y、Z三种元素组成的化合物的分子式可能是
A．X2ZY3B．X2ZY4C．X2ZYD．X3ZY3
10．人们常将在同一原子轨道上运动的，自旋方向相反的2个电子，称为“电子对”；将在同一原子轨道上运动的单个电子，称为“未成对电子”。
以下有关主族元素原子的“未成对电子”的说法，错误的是
A．核外电子数为奇数的基态原子，其原子轨道中一定含有“未成对电子”
B．核外电子数为偶数的基态原子，其原子轨道中一定不含“未成对电子”
C．核外电子数为偶数的基态原子，其原子轨道中可能含有“未成对电子”
D．核外电子数为奇数的基态原子，其原子轨道中可能不含“未成对电子”
11．下表列出了核电荷数为21~25的元素的最高正化合价，回答下列问题：
元素名称
钪
钛
钒
铬
锰
元素符号
Sc
Ti
V
Cr
Mn
核电荷数
21
22
23
24
25
最高正价
+3
+4
+5
+6
+7
（1）写出下列元素基态原子的核外电子排布式：
Sc____________________________、
Ti_____________________________、
V_____________________________、
Mn____________________________。
（2）已知基态铬原子的电子排布是1s22s22p63s23p63d54s1，并不符合构造原理。
人们常常会碰到客观事实与理论不相吻合的问题，当你遇到这样的问题时，你的态度是：
_______________________________________________。
（3）对比上述五种元素原子的核外电子排布与元素的最高正化合价，你发现的规律是______________________
_______________________________________________；出现这一现象的原因是___________________________
_______________________________________________。
12．下图是N、O、F三种元素基态原子电子排布的轨道表示式。
试回答下列问题：
（1）N、O、F形成氢化物的分子组成，与对应的三种元素基态原子内的电子排布有什么关系？
（2）画出C原子基态原子电子排布的轨道表示式。
（3）根据你发现的规律，对基态C原子形成CH4分子的微观过程提出合理的猜想。
13．甲、乙、丙、丁、戊五种元素，其中甲元素原子核外L层上s能级和P能级电子个数相同；乙元素原子3p能级上只有1对成对电子；丙和丁元素原子N层上都只有1个电子，但其中丙元素原子各内层均已充满，而丁元素原子次外层的电子充满在2个能级中；戊元素原子最外层电子轨道表示式是
，它的单质常温时为气态。
试用化学符合回答以下问题。
（1）甲是，乙是，丙是，丁是，戊是。
（2）丙和乙的单质发生化合反应的化学方程式是。
（3）丙的硝酸盐溶液跟乙的气态氢化物发生反应的离子方程式是。
（4）甲和乙元素组成的化合物的化学式是_。
用电子式表示该化合物的形成过程_____。
（5）丙元素原子最外层电子排布是。
（6）乙和丁形成的化合物的电子式是。
14．按照下列元素基态原子的电子排布特征判断元素，并回答问题。
A的原子中只有一个能层且只含1个电子；B的原子3p轨道上得到1个电子后不能再容纳外来电子；C的原子的2p轨道上有1个电子的自旋方向与其它电子的自旋方向相反；D的原子第三能层上有8个电子，第四能层上只有1个电子；E原子的外围电子排布为3s23p6。
（1）写出由A、B、C、D中的三种元素组成的化合物的化学式（至少写出5个）：
___________________________
；
（2）写出用上述元素组成的物质制得A的单质的化学方程式（至少写出2个）：
_____________________________
____；
（3）检验某溶液中是否含有D+的离子，可通过______________反应来实现；检验某溶液中是否含有B—的离子，通常所用的试是_________和_______。
（4）写出E的元素符号___________，要证明太阳上是否含有E元素，可采用的方法是______________________。
15．下列物质转化关系中，A是人类最早通过“湿法冶炼”得到的金属单质，也是人类最早用作制镜的材料，K是现在用作制镜材料的金属单质，I为日常生活中最常见的金属之一；E是由两种核电荷数均小于10的元素组成的化合物，其中一种元素的原子半径在所有原子中最小，另一种元素的基态原子最外能层中的p能级处于半充满状态；K元素和A元素在元素周期表中处于同一列且比A元素多18个电子；H是深蓝色溶液，J是含有K离子的可溶性盐（下列物质转化关系中与本题无关的物质均被略去）。
回答下列问题：
（1）A的化学式为，H中阳离子的化学式为，空间构型为___________形。
（2）G转化为I的化学方程式是；
（3）D由两种元素组成，且这两种元素在D中的物质的量之比为1∶1，D转化为E、F的反应为复分解反应，请写出该反应的化学方程式；
（4）在J溶液逐渐加入过量E的水溶液，会发生类似于C转化为H的过程而形成一种配离子，该配离子的中心离子配位数为2，且该中心离子采用sp杂化与E分子结合。
该配离子的化学式为，空间构型为。
16．下列曲线分别表示元素的某种性质与核电荷数的关系（Z为核电荷数，Y为元素的有关性质）；
把与下面的元素有关性质相符的曲线的标号填入相应括号中：
（1）ⅡA族元素的价电子数（）
（2）ⅦA族元素氢化物的沸点（）
（3）第三周期元素单质的熔点（）
（4）第三周期元素的最高正化合价（）
（5）IA族元素单质熔点（）
（6）F－、Na＋、Mg2＋、Al3＋四种离子的离子半径（）
（7）短周期元素的原子半径（）
（8）短周期元素的第一电离能（）
17．若在现代原子结构理论中，假定每个原子轨道只能容纳一个电子，则原子序数为42的元素的核外电子排布式将是怎样的________________________________；按这种假设而设计出的元素周期表，该元素将属于第________周期，第_______族。
2010届高三化学140分突破精品资料第13讲
参考答案
例1：
思路点拨：
这三条规律的电子排布规则是由能量最低原理和泡利不相容原理决定的。
疑难辨析：
由于不了解能级交错现象而导致误选。
解题过程：
在多电子的原子中，由于电子间的相互影响，出现了能级交错现象，在填充电子时，由于能级交错的原因，End＞E（n+1）s。
当ns和np充满时（共4个轨道，最多容纳8个电子），多余电子不是填入nd，而是首先形成新电子层，填入（n＋1）s轨道中，因此最外层电子数不可能超过8个。
若最外层是第n层，次外层就是第（n－1）层。
由于E（n-1）f＞E（n+1）s＞Enp，在第（n＋1）层出现前，次外层只有（n－1）s、（n－1）p、（n－1）d上有电子，这三个亚层共有9个轨道，最多可容纳18个电子，因此次外层电子数不超过18个。
例如，原子最外层是第五层，次外层就是第四层，由于E4f＞E6s＞E5p，当第六层出现之前，次外层（第四层）只有在4s、4p和4d轨道上有电子，这三个亚层共有9个轨道，最多可容纳18个电子，也就是次外层不超过18个电子。
同理可以解释为什么原子的倒数第三层电子数不超过32个电子。
选D。
变式训练：
答案：
B
解析：
各能级最多容纳的电子数，是该能级原子轨道数的二倍，因为各能级中有不同的原子轨道数，每个原子轨道中最多只能容纳2个电子，且自旋方向相反，这是泡利原理。
例2：
思路点拨：
先根据元素性质或原子结构确定元素的名称，再一一讨论。
疑难辨析：
要注意到原子核外所有电子的运动状态是各不相同的。
解题过程：
T元素基态原子M层上有2对成对电子，则其核外电子排布式为[Ne]3s23p4，是S原子，最外层有6个电子，即有6种不同运动状态的电子。
元素X原子最外层电子数是次外层电子数的2倍，则其次外层只有2个电子，最外层有4个电子，是C原子。
在短周期元素中氢化物水溶液呈碱性的只有NH3，Y是N，由于F无正价，因此在短周期元素中最高正价是＋7价的只能是Cl。
（3）a中通过单质的状态来比较是不正确的，单质的状态属于物理性质，与非金属性的强弱无关。
c中一定条件下氯气和硫单质均能与烧碱发生歧化反应，都既作氧化剂又作还原剂，因此也不能比较两者非金属性的强弱。
答案：
（1）6
（2）
（3）Clb（4）H2CO3弱酸性或非氧化性酸（合理即给分）。
变式训练：
答案：
（1）
sp3四面体
（2）ClK（3）Fe1s22s22p63s23p63d64s2或[Ar]3d64s2
（4）Cu1s22s22p63s23p63d104s1或[Ar]3d104s1。
解析：
（1）A元素基态原子的轨道表示式可表示为
，是氮原子，故可知最外层电子的轨道表示式，氮原子形成的气态氢化物为NH3，N原子周围有1对孤对电子和3对成键电子对，易得N原子的杂化类型为sp3，VSEPR模型为四面体构型，分子构型为三角锥形。
（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，说明B元素原子核内有17个质子，是Cl，C元素原子核内有19个质子，是K。
（3）根据构造原理，电子先进入4s轨道，因此可知D元素基态原子的核外电子排布式应为[Ar]3d64s2，是铁。
（4）E元素基态原子的M层全充满，说明第三层有18个电子，第四层即最外层只有1个电子，可知E原子共有29个电子，是Cu。
【当堂反馈】
1．A2．C3．BC4．B5．
（1）1s22s22p2，
（2）CO2、CS2、C2H2、C6H6等。
（3）AlO2—+H++H2O
Al（OH）3
Al3++3OH—（4）Al2S3+6H2O=2Al（OH）3↓+3H2S↑
6．
（1）①
σ键、π键②b.c（3）31Ga的电子排布式是1s22s22p63s23p63d104s24p1，31Ga失去1个电子后内层电子达到全充满的稳定状态。
【课后巩固】
1．D2．C3．C4．C5．B6．A7．C8．C9．AC10．B
11．
（1）Sc：
1s22s22p63s23p63d14s2或[Ar]3d14s2Ti：
1s22s22p63s23p63d24s2或[Ar]3d24s2V：
1s22s22p63s23p63d34s2或[Ar]3d34s2Mn：
1s22s22p63s23p63d14s23d54s2或[Ar]3d54s2
（2）尊重客观事实，注意理论的适用范围和缺陷，掌握特例。
（3）五种元素的最高正化合价数值等于各元素基态原子的最高能层s电子和次高能层d电子数目之和；能量交错使得d电子也参与了化学反应。
12．
（1）1个氢化物分子中的H原子数目等于其对应的基态原子中的未成对电子数
（2）
（3）基态C原子有1个2s电子激发到p轨道，形成4个sp3杂化轨道和H原子的s电子成键。
13．
（1）CSCuKO
（2）2Cu＋S
Cu2S（3）Cu2++H2S=CuS↓+2H+（4）CS2
（5）3d104s1（6）
14．
（1）KOH、KClO、KClO3、HClO、HClO3等
（2）2H2O
2H2↑+O2↑\2K+2H2O==2KOH+H2↑
（3）焰色AgNO3、稀HNO3（4）Ar对太阳光进行光谱分析
15．
（1）Cu[Cu（NH3）4]2+平面正方形
（2）2Al2O3（熔融）
4Al+3O2↑（3）AlN+3H2O=Al（OH）3↓+NH3↑
（4）[Ag（NH3）2]+直线形
16．
（1）B
（2）D（3）E（4）C（5）F（6）A（7）G（8）H17．电子排布式为1s12s12p33s13p33d54s14p34d54f75s15p35d56s16p2周期表中的位置：
第六周期，第IIIA族
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