高届高级高三化学复习资料第31讲原子结构与性质精品教案.docx
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高届高级高三化学复习资料第31讲原子结构与性质精品教案
第31讲 原子结构与性质
1.了解原子核外电子的运动状态、能级分布和排布原理,能正确书写1～36号元素原子核外电子、价电子的电子排布式和轨道表示式。
2.了解电离能的含义,并能用以说明元素的某些性质。
3.了解电负性的概念,并能用以说明元素的某些性质。
4.了解电子在原子轨道之间的跃迁及其简单应用。
考点一 原子核外电子排布原理
1.能层、能级与原子轨道
（1）能层（n）:
在多电子原子中,核外电子的能量是不同的,按照电子的能量差异将其分成不同能层。
通常用K、L、M、N……表示,能量依次升高。
（2）能级:
同一能层里的电子的能量也可能不同,又将其分成不同的能级,通常用s、p、d、f等表示,同一能层里,各能级的能量按s、p、d、f的顺序升高,即E（s）＜E（p）＜E（d）＜E（f）。
（3）原子轨道:
电子云轮廓图给出了电子在核外经常出现的区域,这种电子云轮廓图称为原子轨道。
原子轨道
轨道形状
轨道个数
s
球形
1
p
哑铃形
3
[填一填]
若能层序数用n表示,则同一能层内有n个能级,有n2个原子轨道,最多容纳2n2的电子,最多有n2种不同能量状态的电子,最多有2n2种电子运动状态。
2.基态原子核外电子排布的三个规律
（1）能量最低原理:
电子总是尽先占有能量最低的轨道,然后依次进入能量较高的原子轨道,使整个原子的能量处于最低状态。
即原子的电子排布遵循构造原理能使整个原子的能量处于最低状态。
如图为构造原理示意图:
（2）泡利原理
每个原子轨道里最多只能容纳2个电子,且自旋状态相反。
如2s轨道上的电子排布为
不能表示为
。
（3）洪特规则
当电子排布在同一能级的不同轨道时,基态原子中的电子总是优先单独占据一个轨道,且自旋状态相同。
如2p3的电子排布为
不能表示为
或
。
洪特规则特例:
当能量相同的原子轨道在全满（p6、d10、f14）、半满（p3、d5、f7）和全空（p0、d0、f0）状态时,体系的能量最低,如:
24Cr的电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s1。
[填一填]
下列电子排布图所表示的元素原子中,其能量处于最低状态的是（ ）
答案 ③
3.原子（离子）核外电子排布式（图）的书写
（1）核外电子排布式:
按电子排入各能层中各能级的先后顺序,用数字在能级符号右上角标明该能级上排布的电子数的式子。
如Cu:
1s22s22p63s23p63d104s1,其简化电子排布式为:
[Ar]3d104s1。
（2）价电子排布式:
如Fe原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2,价电子排布式为3d64s2。
价电子排布式能反映基态原子的能层数和参与成键的电子数以及最外层电子数。
（3）电子排布图（轨道表示式）:
用方框表示原子轨道,用“↑”或“↓”表示自旋方向不同的电子,按排入各能层中的各能级的先后顺序和在轨道中的排布情况书写。
如:
S:
。
核外电子排布图能直观地反映出原子的核外电子的自旋情况以及成对电子对数和未成对的单电子数。
[填一填]
写出下列原子或离子的①电子排布式和②价电子排布图。
（1）Fe2＋:
①1s22s22p63s23p63d6（或[Ar]3d6）,
②
。
（2）Cu:
①1s22s22p63s23p63d104s1（或[Ar]3d104s1）,
②
。
（3）Se:
①1s22s22p63s23p63d104s24p4（或[Ar]3d104s24p4）,
②
。
4.基态、激发态及光谱示意图
[填一填]
下列气态电中性基态原子的电子发生跃迁过程中吸收能量最多的是②。
①[Ne]3s23p2→[Ne]3s23p1
②[Ne]3s23p3→[Ne]3s23p2
③[Ne]3s23p4→[Ne]3s23p3
④[Ar]3d104s24p2→[Ar]3d104s24p1
1.请根据下列要求填空:
（1）A元素基态原子的最外层有2个未成对电子,次外层有2个电子,其元素符号为C或O。
（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Cl,C的元素符号为K。
（3）D元素的正三价离子的3d能级为半充满,D的元素符号为Fe,其基态二价阳离子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2（或[Ar]3d64s2）。
（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Cu,其基态一价阳离子的价电子排布式为3d104s1。
（5）F元素的原子最外层电子排布式为nsnnpn＋1,则n＝2;原子中能量最高的是2p电子。
2.M、R、X、Y为原子序数依次增大的短周期主族元素,Z是一种过渡元素。
M基态原子L层中p轨道电子数是s轨道电子数的2倍,R是同周期元素中最活泼的金属元素,X和M形成的一种化合物是引起酸雨的主要大气污染物,Z的基态原子4s和3d轨道半充满。
请回答下列问题:
（1）写出M、R的价电子排布式:
M________、R________。
（2）写出X、Y的价电子排布图:
X______________________、Y____________。
（3）写出Z的核外电子排布式:
__________________,Z的核外未成对电子数为______。
解析 根据题目给出的M、R和X的信息确定,M是氧元素,R是钠元素,X是硫元素。
根据M、R、X、Y为原子序数依次增大的短周期主族元素确定Y是氯元素。
根据Z的基态原子4s和3d轨道半充满,则Z元素原子的核外有24个电子,是铬元素。
答案
（1）2s22p4 3s1
（2）
（3）1s22s22p63s23p63d54s1或[Ar]3d54s1 6
规避电子排布的两个易错点
（1）原子核外电子排布符合能量最低原理、洪特规则、泡利不相容原理,若违背其一,则电子能量不处于最低状态。
在书写基态原子的电子排布图时,常出现以下错误:
①
（违反能量最低原理）
②
（违反泡利不相容原理）
③
（违反洪特规则）
④
（违反洪特规则）
（2）当出现d轨道时发生能级交错现象,3d轨道的能量比4s轨道的能量高,电子排布时先排4s轨道,再排3d轨道,而失电子时却先失去4s轨道上的电子,但在书写电子排布式时仍把3d轨道放在4s轨道前,如Fe:
1s22s22p63s23p63d64s2,Fe2＋:
1s22s22p63s23p63d6,Fe3＋:
1s22s22p63s23p63d5。
考点二 原子结构与周期表、元素性质的关系
1.原子结构与元素周期表的关系
（1）原子结构与周期的关系:
周期
电子层
（能层）数
每周期第一个元素
每周期最后一个元素
原子
序数
外围
电子排布式
原子
序数
外围
电子排布式
二
2
3
2s1
10
2s22p6
三
3
11
3s1
18
3s23p6
四
4
19
4s1
36
4s24p6
五
5
37
5s1
54
5s25p6
六
6
55
6s1
86
6s26p6
总结:
周期序数＝电子层数＝能层数。
（2）原子结构与族的关系
主族
ⅠA
ⅡA
ⅢA
ⅣA
排布特点
ns1
ns2
ns2np1
ns2np2
主族
ⅤA
ⅥA
ⅦA
排布特点
ns2np3
ns2np4
ns2np5
总结:
①主族序数＝价电子数
②0族:
He:
1s2;其他ns2np6。
③过渡元素（副族和第Ⅷ族）:
（n－1）d1～10ns1～2。
（3）元素周期表的分区与价电子排布的关系
①元素周期表的分区
②各区元素的性质及原子外围电子排布特点
分区
元素分布
外围电子排布
元素性质特点
s区
ⅠA族、ⅡA族
ns1～2
除氢外都是活泼金属元素;最外层电子参与反应
p区
ⅢA族～ⅦA族、0族
ns2np1～6（He除外）
最外层电子参与反应
d区
ⅢB族～ⅦB族、Ⅷ族（除镧系、锕系外）
（n－1）d1～9ns1～2（除Pb外）
d轨道可以不同程度地参与反应
ds区
ⅠB族、ⅡB族
（n－1）d10ns1～2
金属元素
f区
镧系、锕系
（n－2）f0～14（n－1）d0～2ns2
同系列元素化学性质相近
提醒:
“外围电子排布”即“价电子层”,对于主族元素,价电子层就是最外电子层,而对于过渡元素原子不仅仅是最外电子层,如Fe的价电子层排布式为3d64s2。
2.原子结构与元素性质的关系
（1）原子半径
①影响因素
②变化规律
元素周期表中的同周期主族元素从左到右,原子半径逐渐减小;同主族元素从上到下,原子半径逐渐增大。
（2）电离能
①含义
第一电离能:
气态电中性基态原子失去一个电子转化为气态基态正离子所需要的最低能量,符号I,单位kJ·mol－1。
②规律
a.同周期:
第一种元素的第一电离能最小,最后一种元素的第一电离能最大,总体呈现从左至右逐渐增大的变化趋势。
b.同族元素:
从上至下第一电离能逐渐减小。
c.同种原子:
逐级电离能越来越大（即I1＜I2＜I3…）。
提醒:
第二、三、四周期的同周期主族元素,第ⅡA族（ns2np0）和第ⅤA族（ns2np3）,因p轨道处于全空或半充满状态,比较稳定,所以其第一电离能大于同周期相邻的第ⅢA族和第ⅥA族元素的,如第一电离能:
Mg＞Al,P＞S。
电离能的三维应用
①判断元素金属性的强弱:
电离能越小,金属原子越容易失去电子,金属性越强;反之越弱。
②判断元素的化合价（I1、I2……表示各级电离能）:
如果某元素的In＋1≫In,则该元素的常见化合价为＋n。
如钠元素I2≫I1,所以钠原子的最外层电子数为1,其化合价为＋1。
③判断核外电子的分层排布情况:
多电子原子中,元素的各级电离能逐级增大,当电离能的变化出现突变时,电子层数就可能发生变化。
（3）电负性
①含义:
不同元素的原子在化合物中吸引键合电子能力的标度。
元素的电负性越大,表示其原子在化合物中吸引键合电子的能力越强。
②标准:
以最活泼的非金属氟的电负性为4.0和锂的电负性为1.0作为相对标准,计算得出其他元素的电负性（稀有气体元素未计）。
③变化规律
a.金属元素的电负性一般小于1.8,非金属元素的电负性一般大于1.8,而位于非金属三角区边界的“类金属”（如锗、锑等）的电负性则在1.8左右,它们既有金属性又有非金属性。
b.在元素周期表中,同周期从左至右,元素的电负性逐渐增大,同主族从上至下,元素的电负性逐渐减小。
[填一填]
①C、N、O、F的第一电离能大小顺序为C＜O＜N＜F,电负性大小顺序为C＜N＜O＜F。
②F、Cl、Br、I的第一电离能大小顺序为F＞Cl＞Br＞I,电负性大小顺序为F＞Cl＞Br＞I。
电负性的三维应用
（4）元素性质的对角线规则
在元素周期表中,某些主族元素与右下方的主族元素的有些性质是相似的,如。
题组一 原子电子层结构与元素位置的互判
1.（2019·天津南开考试）外围电子构型为3d104s1的元素的原子在周期表中应位于（ ）
A.第五周期第ⅠB族 B.第五周期第ⅡB族
C.第四周期第ⅦB族 D.第四周期第ⅠB族
答案 D
2.根据要求回答下列问题:
（1）①某元素位于第三周期第ⅤA族,其原子的价电子排布式为3s23p3;
②某元素位于第四周期第ⅦB族,则其原子的价电子排布式为3d54s2。
（2）第四周期中,未成对电子数最多的元素是铬（填名称）。
①核外电子排布式是1s22s22p63s23p63d54s1或[Ar]3d54s1,价电子排布式3d54s1,价电子排布图
。
②它有4个能层,7个能级,24种运动状态不同的电子。
③它位于ⅥB族,属于d区。
原子结构、元素位置、元素性质的推断关系
题组二 元素性质的变化规律
3.（2019·河北邢台质检）下列四种元素的基态原子的电子排布式如下:
①1s22s22p63s23p4 ②1s22s22p63s23p3 ③1s22s22p3 ④1s22s22p5
则下列有关的比较中正确的是（ ）
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
答案 A
4.A元素的阳离子与B元素的阴离子具有相同的电子层结构,有关两元素的下列叙述:
①原子半径A＜B,②离子半径A>B,③原子序数A>B,④原子最外层电子数A＜B,⑤A的正价与B的负价绝对值一定相等,⑥A的电负性小于B的电负性,⑦A的第一电离能大于B的第一电离能。
其中正确的是（ ）
A.①②⑦ B.③④⑥
C.③⑤ D.③④⑤⑥⑦
答案 B
题组三 电离能、电负性的判断与应用
5.（2019·江西景德镇模拟）根据下列五种元素的第一至第四电离能数据（单位:
kJ·mol－1）,回答下列问题:
元素代号
I1
I2
I3
I4
Q
2080
4000
6100
9400
R
500
4600
6900
9500
S
740
1500
7700
10500
T
580
1800
2700
11600
U
420
3100
4400
5900
（1）在周期表中,最可能处于同一族的是________。
A.Q和R B.S和T
C.T和U D.R和T
E.R和U
（2）下列离子的氧化性最弱的是________。
A.S2＋B.R2＋
C.T3＋D.U＋
（3）下列元素中,化学性质和物理性质最像Q元素的是________。
A.硼 B.铍
C.氦 D.氢
（4）每种元素都出现相邻两个电离能的数据相差较大的情况,这一事实从一个侧面说明:
_____________________________________________________________________,如果U元素是短周期元素,你估计它的第2次电离能飞跃数据将发生在失去第________个电子时。
（5）如果R、S、T是同周期的三种主族元素,则它们的原子序数由小到大的顺序是________,其中________元素的第一电离能异常高的原因是_________________________________________________________________________。
解析
（1）根据电离能的变化趋势知,Q为稀有气体元素,R为第ⅠA族元素,S为第ⅡA族元素,T为第ⅢA族元素,U为第ⅠA族元素,所以R和U处于同一主族。
（2）由于U＋为第ⅠA族元素且比R电离能小,所以U＋的氧化性最弱。
（3）由于Q是稀有气体元素,所以氦的物理性质和化学性质与其最像。
（4）电离能的突跃变化,说明核外电子是分层排布的。
若U是短周期元素,则U是Na,其核外电子排布式为1s22s22p63s1,由于2s22p6所处能层相同,所以它的第2次电离能飞跃数据发生在失去第10个电子时。
（5）同一周期,第一电离能呈增大趋势,但ⅡA、ⅤA族比相邻元素要高,因为其最外层电子呈全充满或半充满结构。
答案:
（1）E
（2）D （3）C
（4）电子分层排布,各能层能量不同 10
（5）R＜S＜T S S元素的最外层电子处于s能级全充满状态,能量较低,比较稳定,失去第一个电子吸收的能量较多
6.根据信息回答下列问题:
不同元素的原子在分子内吸引电子的能力大小可用数值表示,该数值称为电负性。
一般认为:
如果两个成键原子间的电负性差值大于1.7,原子之间通常形成离子键;如果两个成键原子间的电负性差值小于1.7,通常形成共价键。
下表是某些元素的电负性值:
元素
符号
Li
Be
B
C
O
F
Na
Al
Si
P
S
Cl
电负
性值
1.0
1.5
2.0
2.5
3.5
4.0
0.9
1.5
1.8
2.1
2.5
3.0
（1）根据对角线规则,Be、Al元素最高价氧化物对应水化物的性质相似,它们都具有两性,其中Be（OH）2显示这种性质的离子方程式是Be（OH）2＋2H＋===Be2＋＋2H2O、Be（OH）2＋2OH－===BeO
＋2H2O。
（2）通过分析电负性值的变化规律,确定Mg元素的电负性值的最小范围是0.9～1.5。
（3）请归纳元素的电负性和金属性、非金属性的关系是非金属性越强,电负性越大;金属性越强,电负性越小。
（4）推测AlF3、AlCl3、AlBr3是离子化合物还是共价化合物:
AlF3离子化合物,AlCl3共价化合物,AlBr3共价化合物。
（一）核外电子排布
1.[2018·全国卷Ⅰ,35
（1）]下列Li原子电子排布图表示的状态中,能量最低和最高的分别为______、______（填标号）。
D C [D选项表示基态,为能量最低状态;A、B、C选项均表示激发态,但C选项被激发的电子处于高能级的电子数多,为能量最高状态。
]
2.[2018·全国卷Ⅱ,35
（1）]基态Fe原子价层电子的电子排布图（轨道表达式）为,基态S原子电子占据最高能级的电子云轮廓图为哑铃（纺锤）形。
3.[2018·海南卷,21
（1）]黄铜矿是主要的炼铜原料,CuFeS2是其中铜的主要存在形式,其中有关元素基态原子或离子的价层电子排布图正确的________。
CD [CuFeS2中铁原子的价电子排布式为3d64s2,铜原子的价电子排布式为3d104s1,则:
A.二价铁离子是铁原子失去最外层2个电子形成的阳离子,3d轨道有一个成对电子,4s轨道为空轨道,故A错误;B.铜原子价电子为3d104s1,轨道表示式不符合,故B错误;C.三价铁离子是铁原子失去4s两个电子和3d一个电子,3d轨道上各有一个电子为稳定结构,故C正确;D.亚铜离子是失去4s轨道一个电子形成的阳离子,轨道表示式正确,故D正确。
]
4.[2018·江苏卷,21
（2）]臭氧（O3）在[Fe（H2O）6]2＋催化下能将烟气中的SO2、NOx分别氧化为SO
和NO
NOx也可在其他条件下被还原为N2,则Fe2＋基态核外电子排布式为[Ar]3d6或1s22s22p63s23p63d6。
（二）原子结构与元素的性质
1.[2018全国卷Ⅰ,35
（2）]Li＋与H－具有相同的电子构型,r（Li＋）小于r（H－）,原因是Li＋核电荷数较大。
2.[2018·全国卷Ⅰ35（4）]已知:
2Li（晶体）
2Li（g）
2Li＋（g）,则Li原子的第一电离能为520kJ·mol－1。
3.（2018·海南卷,20A改编）硅、磷、硫、氯四种短周期元素的第一电离能大小顺序为:
Cl＞P＞S＞Si。
4.[2017·全国卷Ⅲ,35
（1）]元素Mn与O中,第一电离能较大的是O。
5.[2017·江苏卷,21A（3）]C、H、O三种元素的电负性由小到大的顺序为H＜C＜O。
2020届高三化学强化练习（四十三） 原子结构与性质
1.（2019·山东青岛模拟）已知:
A～F都是周期表中前四周期的元素,它们的原子序数依次增大。
其中A、C原子的L层有2个未成对电子。
D与E同主族,D的二价阳离子与C的阴离子具有相同的电子层结构。
F3＋的M层3d轨道电子为半充满状态。
请根据以上信息,回答下列问题:
（1）D元素的原子核外共有12种不同运动状态的电子、4种不同能级的电子。
（2）写出E的基态原子的电子排布式:
1s22s22p63s23p64s2。
（3）A、B、C的电负性由小到大的顺序为C＜N＜O（用元素符号表示）。
（4）F和X（质子数为25）两元素的部分电离能数据列于下表:
比较两元素的I2、I3可知,气态X2＋再失去一个电子比气态F2＋再失去一个电子难。
对此,你的理解是Mn2＋的3d轨道电子排布为半充满状态,较稳定。
元素
X
F
电离能/kJ·mol－1
I1
717
759
I2
1509
1561
I3
3248
2957
2.（2019·辽宁抚顺一模）现有属于前四周期的A、B、C、D、E、F、G七种元素,原子序数依次增大。
A元素的价电子构型为nsnnpn＋1;C元素为最活泼的非金属元素;D元素核外有三个电子层,最外层电子数是核外电子总数的1/6;E元素正三价离子的3d轨道为半充满状态;F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;G元素与A元素位于同一主族,其某种氧化物有剧毒。
（1）A元素的第一电离能______（填“＜”“＞”或“＝”）B元素的第一电离能,A、B、C三种元素的电负性由小到大的顺序为________（用元素符号表示）。
（2）D元素原子的价电子排布式是________。
（3）C元素的电子排布图为_________________________________;
E3＋的离子符号为________。
（4）F元素位于元素周期表的________区,其基态原子的电子排布式为________________________________________________________________________。
（5）G元素可能的性质________。
A.其单质可作为半导体材料 B.其电负性大于磷
C.其原子半径大于锗 D.其第一电离能小于硒
（6）活泼性:
D____（填“＞”或“＜”,下同）Al,I1（Mg）____I1（Al）,其原因是___________________________________________________________________________。
解析 A元素的价电子构型为nsnnpn＋1,则A是N;C元素为最活泼的非金属元素,则C是F,那么B是O;D元素核外有三个电子层,最外层电子数是核外电子总数的1/6,则D是Mg;E元素正三价离子的3d轨道为半充满状态,则E是Fe;F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,则F是Cu;G元素与A元素位于同一主族,其某种氧化物有剧毒,则G是As。
（1）由于N的最外层电子处于半充满的稳定状态,失去电子比O难,所以元素的第一电离能A＞B;一般情况下同一周期的主族元素,原子序数越大,元素的电负性越大,所以A、B、C三种元素的电负性由小到大的顺序为N＜O＜F。
（2）镁元素原子的价电子排布式是3s2。
（3）C元素是F,其电子排布图为
;E是Fe,E3＋的离子符号为Fe3＋。
（4）F是Cu,Cu位于元素周期表的ds区,其基态原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s1或[Ar]3d104s1。
（5）G为As,位于金属与非金属的分界线处,其单质为半导体,其电负性小于磷,原子半径小于锗,第一电离能大于硒。
（6）元素D为Mg,活泼性Mg＞Al,I1（Mg）＞I1（Al）,因为Mg的3s轨道处于全满状态,3p轨道处于全空状态,比较稳定,而Al的3p轨道只有一个电子,不稳定,故活泼性Mg＞Al,而第一电离能则是I1（Mg）＞I1（Al）。
答案
（1）＞ N＜O＜F
（2）3s2
（3）
Fe3＋
（4）ds 1s22s22p63s23p63d104s1（或[Ar]3d104s1） （5）A
（6）＞ ＞ 镁原子的3s轨道
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