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原子结构与元素的性质

第一单元 原子结构与元素的性质

[考纲展示]

1.了解原子核外电子的原子轨道分布,能用电子排布式表示常见元素(1~36号)原子核外电子的排布。

了解原子核外电子的运动状态。

 2.了解元素电离能的含义,并能用以说明元素的某些性质。

 3.了解原子核外电子在一定条件下会发生跃迁,了解其简单应用。

 4.了解电负性的概念,知道元素的性质与电负性的关系。

考点一 原子核外电子的排布[学生用书P211]

一、核外电子的排布特征

1.电子云

电子云是用小点的疏密来描述电子在原子核外空间出现的机会的大小所得到的图形。

2.电子层(又称为能层)

(1)在多电子原子中,核外电子的能量是不同的。

能量不同的电子在核外不同的区域内运动,这种不同的区域称为电子层。

(2)习惯上人们用英文字母n表示电子层。

原子中由里向外的电子层数可取1、2、3、4、5等正整数,对应的电子层符号分别为K、L、M、N、O等。

每一电子层最多容纳的电子数为2n2。

(3)离核越近的电子层,能量越低。

不同电子层的能量是不连续的。

3.原子轨道

(1)在多电子原子中,同一电子层的电子,能量也可能不同,不同能量的电子分占在不同的原子轨道,不同形状的原子轨道分别用s、p、d、f表示。

(2)原子轨道有不同的形状:

s轨道呈球形,p轨道呈纺锤形,d轨道和f轨道较复杂。

形状相同的原子轨道在原子核外空间还有不同的伸展方向。

二、原子核外电子排布的原理

1.能量最低原理

电子尽可能地先占有能量低的轨道,然后进入能量高的轨道,使整个原子的能量处于最低状态。

如图为原子核外电子排布的轨道能量顺序图:

2.泡利不相容原理

每个原子轨道最多容纳2个电子,并且自旋状态相反。

3.洪特规则

当电子排布在不同轨道时,原子中的电子总是优先单独占据一个轨道,并且自旋状态相同。

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。

4.原子核外电子排布的表示方法

表示方法

以硫原子为例

电子排布式

1s22s22p63s23p4

简化电子排布式

[Ne]3s23p4

轨道表示式

S:

外围电子排布式

3s23p4

三、基态、激发态与光谱

(1)基态原子:

处于最低能量的原子。

(2)激发态原子:

当基态原子的电子吸收能量后,电子会跃迁到较高原子轨道,变成激发态原子。

(3)原子光谱:

不同元素的原子发生跃迁时会吸收或释放不同的光,可以用光谱仪摄取各种元素的电子的吸收光谱或发射光谱,总称原子光谱。

名师点拨

(1)核外电子的能量并不是完全按电子层序数的增加而升高,不同电子层的原子轨道之间的能量高低有交错现象,如E(3d)>E(4s)、E(4d)>E(5s)、E(5d)>E(6s)、E(6d)>E(7s)、E(4f)>E(5p)、E(4f)>E(6s)等。

(2)能量关系

①相同电子层上原子轨道能量的高低:

ns

②形状相同的原子轨道能量的高低:

1s<2s<3s<4s…

③同一电子层内形状相同而伸展方向不同的原子轨道的能量相等,如npx、npy、npz轨道的能量相等。

 

 

(1)[2014·高考安徽卷25-

(1)]S的基态原子核外有________个未成对电子;Si的基态原子核外电子排布式为________________________。

(2)[2014·高考浙江卷自选模块15-

(1)]31Ga基态原子的核外电子排布式是________________。

(3)[2014·高考福建卷31-

(1)]基态硼原子的电子排布式为________________。

(4)[2014·高考江苏卷21-

(1)]Cu+基态核外电子排布式为____________________。

(5)[2014·高考新课标全国卷Ⅱ37-

(1)]周期表前四周期元素中e的最外层只有1个电子,但次外层有18个电子,e的外围电子轨道表示式为________________。

(6)[2014·高考四川卷8-

(1)]XY2是红棕色气体;X与氢元素可形成XH3。

Y基态原子的电子排布式是________________________________________________________________________。

(7)[2014·高考新课标全国卷Ⅰ37-

(2)]基态Fe原子有________个未成对电子。

Fe3+的电子排布式为________________________________________________________________________。

[解析] 

(1)S的外围电子排布为3s23p4,利用洪特规则和泡利不相容原理可知S的基态原子核外有2个未成对电子;依据能量最低原理以及洪特规则和泡利不相容原理,14号元素Si的基态原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p2。

(3)硼原子的核外电子数是5,则基态硼原子的电子排布式为1s22s22p1。

(4)Cu为29号元素,Cu+核外有28个电子,按照核外电子排布规律,其核外电子排布式应为[Ar]3d10或1s22s22p63s23p63d10。

(5)由e的最外层只有1个电子且次外层有18个电子确定e为铜元素。

(6)依据题目信息:

XY2为红棕色气体,且X可以形成XH3,则X为氮元素,Y为氧元素。

(7)基态Fe原子3d原子轨道排有6个电子,即基态Fe原子存在4个未成对电子;Fe3+是由基态Fe原子失去4s原子轨道上的2个电子和3d原子轨道上的1个电子得到的,其电子排布式为1s22s22p63s23p63d5或[Ar]3d5。

[答案] 

(1)2 1s22s22p63s23p2

(2)1s22s22p63s23p63d104s24p1 (3)1s22s22p1

(4)[Ar]3d10(或1s22s22p63s23p63d10)

(5) (6)1s22s22p4

(7)4 1s22s22p63s23p63d5(或[Ar]3d5)

(1)复杂原子的核外电子排布式

对于复杂原子的电子排布式,应先按能量最低原理从低到高排列,然后将同一电子层的排在一起。

例如:

26Fe,先按能量从低到高排列为1s22s22p63s23p64s23d6,然后将同一电子层的电子排在一起,即该原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2。

(2)特殊原子的核外电子排布式

例如:

24Cr,先将电子按能量从低到高排列为1s22s22p63s23p64s23d4,因3d5是半充满状态稳定,因此需要将4s轨道上的一个电子调整到3d轨道上,得1s22s22p63s23p64s13d5,再将同一电子层的排在一起,得该原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s1;29Cu,先将电子按能量从低到高排列为1s22s22p63s23p64s23d9,因3d10是全充满状态稳定,因此需要将4s轨道上的一个电子调整到3d轨道上,得1s22s22p63s23p64s13d10,再将同一电子层的排在一起,得该原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s1。

   

 

1.下列轨道表示式所表示的元素原子中,其能量处于最低状态的是________。

解析:

①不符合能量最低原理;②不符合洪特规则;④不符合能量最低原理。

答案:

③⑤

2.写出下列原子的电子排布式与简化电子排布式。

原子

电子排布式

简化电子排布式

N

Cl

Ca

Fe

Cu

As

 

答案:

原子

电子排布式

简化电子排布式

N

1s22s22p3

[He]2s22p3

Cl

1s22s22p63s23p5

[Ne]3s23p5

Ca

1s22s22p63s23p64s2

[Ar]4s2

Fe

1s22s22p63s23p63d64s2

[Ar]3d64s2

Cu

1s22s22p63s23p63d104s1

[Ar]3d104s1

As

1s22s22p63s23p63d104s24p3

[Ar]3d104s24p3

 

3.A、B、C、D、E、F代表6种元素。

请根据各项信息填空。

(1)A元素基态原子的最外层有3个未成对电子,次外层有8个电子,则A的元素符号为________。

(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,则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轨道为半充满状态,则D的元素符号为________________________________________________________________________,其基态原子的轨道表示式为

________________________________________________________________________。

(4)E元素基态原子的M层全充满,N层只有一个电子,则E的元素符号为________,其基态原子的电子排布式为________________。

(5)F元素的原子最外层电子排布式为nsnnpn+1,则n=________;原子中能量最高的是________电子,其原子轨道呈________形。

解析:

(1)根据A元素基态原子的电子排布情况:

最外层有3个未成对电子,次外层有8个电子,其轨道表示式为,则该元素核外有15个电子,为磷元素,其元素符号为P。

(2)B-、C+的电子层结构都与Ar相同,即核外都有18个电子,则B为17号元素Cl,C为19号元素K。

(3)D元素原子失去2个4s电子和1个3d电子后变成+3价离子,其原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2,即D为26号元素铁。

(4)根据题意要求,首先写出电子排布式:

1s22s22p63s23p63d104s1,该元素为29号元素Cu。

(5)s轨道只有1个原子轨道,故最多只能容纳2个电子,即n=2,所以元素F的原子最外层电子排布式为2s22p3,由此可知F是氮元素;根据核外电子排布的能量最低原理,可知氮原子的核外电子中的2p轨道能量最高,p电子的原子轨道呈纺锤形。

答案:

(1)P 

(2)Cl K

(3)Fe

(4)Cu 1s22s22p63s23p63d104s1(或[Ar]3d104s1)

(5)2 2p 纺锤

 [反思归纳]

核外电子排布式书写的几个易错点

(1)24Cr、29Cu的特殊性。

前者半充满、后者全充满更稳定,所以两者简化的核外电子排布式分别为[Ar]3d54s1、[Ar]3d104s1。

 

(2)离子核外电子排布式的书写。

要注意一定是先写原子的核外电子排布式,然后再从外到里失电子(阳离子)或最外层得电子(阴离子),最后写出相应离子的核外电子排布式。

(3)注意区分“核外电子排布式”、“外围电子排布式”和“最外层电子排布式”。

外围电子排布式指去除原子实后的剩余部分。

最外层电子排布式则指最外层电子的排布。

 

考点二 元素性质的递变规律[学生用书P213]

一、原子结构与元素在周期表中的位置关系

1.原子结构与周期表的关系

周期

电子

层数

每周期第一个元素

每周期最后一个元素

原子

序数

基态原子

的电子排

布式

原子

序数

基态原子的

电子排布式

2

2

3

[He]2s1

10

1s22s22p6

3

3

11

[Ne]3s1

18

1s22s22p63s23p6

4

4

19

[Ar]4s1

3

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