步步高全国高考化学一轮复习 第12章 物质结构与性质选考第39讲 原子结构与性质讲义 新人教版Word文档下载推荐.docx

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能层

一

二

三

四

五

…

符号

K

L

M

N

O

能级

1s

2s

2p

3s

3p

3d

4s

4p

4d

4f

5s

最多容纳电子数

2

6

10

14

8

18

32

2n2

特别提醒　

（1）任一能层的能级总是从s能级开始，而且能级数等于该能层序数；

（2）以s、p、d、f……排序的各能级可容纳的最多电子数依次为1、3、5、7……的二倍；

（3）构造原理中存在着能级交错现象；

（4）我们一定要记住前四周期的能级排布（1s、2s、2p、3s、3p、4s、3d、4p）。

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

1s22s22p3

[He]2s22p3

Cl

1s22s22p63s23p5

[Ne]3s23p5

Ca

1s22s22p63s23p64s2

[Ar]4s2

Fe

1s22s22p63s23p63d64s2

[Ar]3d64s2

Cu

1s22s22p63s23p63d104s1

[Ar]3d104s1

As

1s22s22p63s23p63d104s24p3

[Ar]3d104s24p3

特别提醒　

（1）当出现d轨道时，虽然电子按ns，（n－1）d，np顺序填充，但在书写电子排布式时，仍把（n－1）d放在ns前，如Fe：

1s22s22p63s23p63d64s2，正确；

Fe：

1s22s22p63s23p64s23d6，错误。

（2）在书写简化的电子排布式时，并不是所有的都是[X]＋价电子排布式（注：

X代表上一周期稀有气体元素符号）。

3．请用核外电子排布的相关规则解释Fe3＋较Fe2＋更稳定的原因。

答案　26Fe价层电子的电子排布式为3d64s2，Fe3＋价层电子的电子排布式为3d5，Fe2＋价层电子的电子排布式为3d6。

根据“能量相同的轨道处于全空、全满和半满时能量最低”的原则，3d5处于半满状态，结构更为稳定，所以Fe3＋较Fe2＋更为稳定。

特别提醒　由于能级交错，3d轨道的能量比4s轨道的能量高，排电子时先排4s轨道再排3d轨道，而失电子时，却先失4s轨道上的电子。

题组一　根据核外电子排布，正确理解电子能量状态

1．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　③⑤

解析　①、④不符合能量最低原理；

②不符合洪特规则。

2.气态电中性基态原子的原子核外电子排布发生如下变化，吸收能量最多的是（　　）

A.1s22s22p63s23p2→1s22s22p63s23p1

B.1s22s22p63s23p3→1s22s22p63s23p2

C.1s22s22p63s23p4→1s22s22p63s23p3

D.1s22s22p63s23p63d104s24p2→1s22s22p63s23p63d104s24p1

答案　B

解析　np3处于半充满状态，结构稳定，失去一个电子吸收的能量多。

“两原理，一规则”的正确理解

1.原子核外电子排布符合能量最低原理、洪特规则、泡利原理，若违背其一，则电子能量不处于最低状态。

易误警示　在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）

（违反泡利原理）

（3）

（违反洪特规则）

（4）

2.半充满、全充满状态的原子结构稳定

如ns2、np3、np6

Cr：

3d54s1　　　Mn：

3d54s2

Cu：

3d104s1Zn：

3d104s2

3.当出现d轨道时，虽然电子按ns、（n－1）d、np的顺序填充，但在书写时，仍把（n－1）d放在ns前。

题组二　正确使用表示原子、离子、分子组成的化学用语

3.按要求填空：

（1）质量数为37的氯原子符号为________。

（2）S2－的结构示意图________。

（3）氮原子的电子式________，N2的电子式________，NH

的电子式________。

（4）磷原子的核外电子排布式____________________________________________________，

价电子排布式______________________________________________________________，

价电子排布图______________________________________________________________。

（5）按要求用三种化学用语表示基态铁原子和三价铁离子。

Fe3＋

原子（或离子）结构示意图

电子排布图

答案　

（1）

Cl　

（2）

（4）1s22s22p63s23p3　3s23p3　

（5）

[Ar]3d5

4.A、B、C、D、E、F代表6种元素。

请填空：

（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__________。

（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能级为半充满，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_________________________________________。

（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。

答案　

（1）C或O　

（2）Cl　K

（3）Fe　1s22s22p63s23p63d64s2或[Ar]3d64s2

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

（5）2　2p

解析　

（1）A元素基态原子次外层有2个电子，故次外层为K层，A元素有2个电子层，由题意可写出其电子排布图为

则该元素核外有6个电子，为碳元素，其元素符号为C，另外氧原子同样也符合要求，其电子排布图为

（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能级只有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N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能级能量最高。

化学用语的规范使用及意义

为了书写和学术交流的方便，采用国际统一的符号来表示各个元素。

元素符号

　↓

原子（核素）符号　

X代表一个质量数为A、质子数为Z的X原子。

原子结构示意图

电子式　在元素符号周围用“·

”或“×

”表示原子的最外层电子（价电子）。

电子排布式　根据构造原理表示：

能级符号＋（右上角）数字。

电子排布图　用方框表示原子轨道，用箭头表示电子。

用“数字＋能级符号”表示轨道名称。

它们有各自不同的侧重点：

（1）结构示意图：

能直观地反映核内的质子数和核外的电子层数及各层上的电子数。

（2）核组成式：

如

O，侧重于表示原子核的结构，它能告诉我们该原子核内的质子数和核外电子数以及质量数，但不能反映核外电子的排布情况。

（3）电子排布式：

能直观地反映核外电子的能层、能级和各能级上的电子数，但不能表示原子核的情况，也不能表示各个电子的运动状态。

（4）电子排布图：

能反映各轨道的能量的高低，各轨道上的电子分布情况及自旋方向。

（5）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。

考点二　原子结构与元素性质

1.原子结构与周期表的关系

（1）原子结构与周期表的关系（完成下列表格）

周期

能层数

每周期第一个元素

每周期最后一个元素

原子序数

基态原子的简化电子排布式

基态原子的电子排布式

[He]2s1

1s22s22p6

11

[Ne]3s1

1s22s22p63s23p6

4

19

[Ar]4s1

36

1s22s22p63s23p63d104s24p6

5

37

[Kr]5s1

54

1s22s22p63s23p63d104s24p64d105s25p6

六

55

[Xe]6s1

86

1s22s22p63s23p63d104s24p64d104f145s25p65d106s26p6

（2）每族元素的价层电子排布特点

①主族

主族

ⅠA

ⅡA

ⅢA

ⅣA

ⅤA

ⅥA

ⅦA

排布特点

ns1

ns2

ns2np1

ns2np2

ns2np3

ns2np4

ns2np5

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

①根据核外电子排布

a.分区

b.各区元素化学性质及原子最外层电子排布特点

分区

元素分布

外围电子排布

元素性质特点

s区

ⅠA、ⅡA族

ns1～2

除氢外都是活泼金属元素；

通常是最外层电子参与反应

p区

ⅢA族～ⅦA族、0族

ns2np1～6

d区

ⅢB族～ⅦB族、Ⅷ族（除镧系、锕系外）

（n－1）d1～10ns1～2

d轨道可以不同程度地参与化学键的形成

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

镧系元素化学性质相近，锕系元素化学性质相近

②根据元素金属性与非金属性可将元素周期表分为金属元素区和非金属元素区（如下图），处于金属与非金属交界线（又称梯形线）附近的非金属元素具有一定的金属性，又称为半金属或准金属，但不能叫两性非金属。

（1）“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的价电子层排布为3d64s2。

2.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

3.元素周期律

（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：

I1，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…）。

（3）电负性

①含义：

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作为相对标准，计算得出其他元素的电负性（稀有气体未计）。

③变化规律

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。

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。

1.根据前四周期元素原子核外电子排布特点，回答下列问题：

（1）外围电子层有2个未成对电子的有________；

有3个未成对电子的有________。

（2）未成对电子数与周期数相等的元素有________。

答案　

（1）C、Si、Ge、O、S、Se、Ti、Ni　N、P、As、V、Co

（2）H、C、O、P、Fe

2.根据4s24p4回答问题：

该元素位于________区，为第________周期________族，是________元素（填名称）

答案　p　四　ⅥA　硒

3.第四周期中，未成对电子数最多的元素是________（填名称）。

（1）它位于________族。

（2）核外电子排布式是________。

（3）它有________个能层，________个能级，________种运动状态不同的电子。

（4）价电子排布式________，价电子排布图__________。

（5）属于________区。

答案　铬　

（1）ⅥB

（2）1s22s22p63s23p63d54s1或[Ar]3d54s1

（3）4　7　24

（4）3d54s1　

（5）d

4.为什么镁的第一电离能比铝的大，磷的第一电离能比硫的大？

答案　Mg：

1s22s22p63s2　P：

1s22s22p63s23p3。

镁原子、磷原子最外层能级中，电子处于全满或半满状态，相对比较稳定，失电子较难。

用此观点可以解释N的第一电离能大于O，Zn的第一电离能大于Ga。

5.为什么Na容易形成＋1价离子，而Mg、Al分别易形成＋2价、＋3价离子？

答案　Na的I1比I2小很多，电离能差值很大，说明失去第一个电子比失去第二个电子容易得多，所以Na容易失去一个电子形成＋1价离子；

Mg的I1和I2相差不多，而I2比I3小很多，所以Mg容易失去两个电子形成＋2价离子；

Al的I1、I2、I3相差不多，而I3比I4小很多，所以Al容易失去三个电子形成＋3价离子。

而电离能的突跃变化，说明核外电子是分能层排布的。

6.正误判断，正确的划“√”，错误的划“×

”

（1）电负性大于1.8的一定为非金属，小于1.8的一定为金属（×

）

（2）电负性差值大于1.7时，一般形成离子键，小于1.7时，一般形成共价键（√）

（3）电负性越大，非金属性越强，第一电离能也越大（×

特别提醒　

（1）金属活动性顺序与元素相应的电离能大小顺序不完全一致，故不能根据金属活动性顺序表判断电离能的大小。

（2）不能将电负性1.8作为划分金属和非金属的绝对标准。

（3）共价化合物中，两种元素电负性差值越大，它们形成共价键的极性就越强。

（4）同周期元素，从左到右，非金属性越来越强，电负性越来越大，第一电离能总体呈增大趋势。

题组一　重视教材习题，做好回扣练习

1.下列说法中正确的是（　　）

A.处于最低能量的原子叫做基态原子

B.3p2表示3p能级有两个轨道

C.同一原子中，1s、2s、3s电子的能量逐渐减小

D.同一原子中，2p、3p、4p能级的轨道数依次增多

答案　A

2.X、Y、Z三种元素的原子，其最外层电子排布分别为ns1、3s23p1和2s22p4，由这三种元素组成的化合物的化学式可能是（　　）

A.XYZ2B．X2YZ3

C.X2YZ2D．XYZ3

3.下列说法中，不符合ⅦA族元素性质特征的是（　　）

A.从上到下原子半径逐渐减小

B.易形成－1价离子

C.从上到下单质的氧化性逐渐减弱

D.从上到下氢化物的稳定性依次减弱

4.下列说法中，正确的是（　　）

A.在周期表里，主族元素所在的族序数等于原子核外电子数

B.在周期表里，元素所在的周期数等于原子核外电子层数

C.最外层电子数为8的都是稀有气体元素的原子

D.元素的原子序数越大，其原子半径也越大

5.A、B、C、D都是短周期元素。

A的原子核外有两个电子层，最外层已达到饱和。

B位于A元素的下一周期，最外层的电子数是A最外层电子数的1/2。

C的离子带有两个单位正电荷，它的核外电子排布与A元素原子相同。

D与C属同一周期，D原子的最外层电子数比A的最外层电子数少1。

（1）根据上述事实判断：

A是________，B是________，C是________，D是________。

（2）C的离子的核外电子排布式为________________；

D原子的核外电子排布式为______________。

（3）B位于第________周期________族，它的最高价氧化物的化学式是__________，最高价氧化物的水化物是一种________（填“强”或“弱”）酸。

答案　

（1）Ne　Si　Mg　Cl　

（2）1s22s22p6　1s22s22p63s23p5　（3）三　ⅣA　SiO2　弱

题组二　元素推断与元素逐级电离能

6.根据下列五种元素的第一至第四电离能数据（单位：

mol－1），回答下列各题：

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RB．S和T

C.T和UD．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________________________________

________________________________________________________________________。

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

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。

题组三　电离能、电负性的综合应用

7.根据信息回答下列问题：

A.第一电离能I1是指气态原子X（g）处于基态时，失去一个电子成为气态阳离子X＋（g）所需的最低能量。

下图是部分元素原子的第一电离能I1随原子序数变化的曲线图（其中12号至17号元素的有关数据缺失）。

B.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：

Li

Be

B

C

F

Na

Al

Si

P

电负性值

1.0

1.5

2.0

2.5

3.5

4.0

0.9

1.8

2.1

3.0

（1）认真分析信息A图中同周期元素第一电离能的变化规律，推断第三周期Na～Ar这几种元素中，Al的第一电离能的大小范围为______＜Al＜______（填元素符号）。

（2）信息A图中第一电离能最小的元素在周期表中的位置是________周期________族。

（3）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