高考化学一轮复习学案选修三1原子结构与性质.docx
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高考化学一轮复习学案选修三1原子结构与性质
第一节 原子结构与性质
1.了解原子核外电子的排布原理及能级分布，能用电子排布式表示常见元素（1～36号）原子核外电子、价电子的排布。
了解原子核外电子的运动状态。
（高频）
2.了解元素电离能的含义，并能用以说明元素的某些性质。
（高频）
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。
（高频）
原子结构和核外电子排布
1．能层、能级和原子轨道
能层
K
L
M
N
能级
1s
2s、2p
3s、3p、3d
4s、4p、4d、4f
原子轨道数目
1
1＋3＝4
1＋3＋5＝9
1＋3＋5＋7＝16
最多容纳电子数目
2
8
18
32
2.原子轨道的形状和数目
（1）形状
s电子的原子轨道都是球形的，能层序数n越大，原子轨道的半径越大。
p电子的原子轨道是纺锤形状的，每个p能级有3个原子轨道，它们相互垂直。
而且原子轨道的平均半径也随n增大而增大。
（2）数目
①ns能级各有1个轨道，np能级各有3个轨道，nd能级各有5个轨道，nf能级各有7个轨道。
②能层序数（n）与原子轨道数（m）的关系为m＝n2。
3．原子核外电子排布规律
（1）能量最低原理：
原子的电子排布遵循构造原理，能使整个原子的能量最低，简称能量最低原理。
构造原理：
原子的核外电子在填充原子轨道时，随着原子核电荷数的递增，原子核每增加一个质子，原子核外便增加一个电子，这个电子大多是按着能级的能量由低到高依次填充，填满一个能级再填一个新能级，这种规律称为构造原理。
构造原理示意图：
（2）泡利原理：
在一个原子轨道里最多只能容纳2个电子，且它们的自旋状态相反。
（3）洪特规则：
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。
4．电子的跃迁与原子光谱
（1）电子的跃迁：
①基态―→激发态：
当基态原子的电子吸收能量后，电子会从低能级跃迁到较高能级，变成激发态原子。
②激发态―→基态：
激发态原子的电子从较高能级跃迁到较低能级时会释放出能量。
（2）原子光谱：
不同元素的原子发生电子跃迁时会吸收或释放不同的光，用光谱仪记录下来便得到原子光谱。
利用原子光谱的特征谱线可以鉴定元素，称为光谱分析。
电离能、电负性
1．电离能
（1）定义：
气态原子或气态离子失去一个电子所需要的最小能量叫做电离能。
（2）分类
（3）影响因素
电离能数值的大小取决于原子的有效核电荷数、电子层结构及原子的半径。
（4）电离能的变化规律
同周期
碱金属元素的第一电离能最小，稀有气体元素的第一电离能最大，从左到右，元素的第一电离能在总体上呈现由小到大的趋势
同主族
从上到下第一电离能逐渐减小
同种元素的原子
电离能逐级增大（例如，某种元素的第二电离能大于第一电离能）
2.电负性
（1）概念
元素的原子在化合物中吸引电子能力的标度。
（2）意义
电负性越大，其原子在化合物中吸引电子的能力越强。
（3）电负性的变化规律
①同周期：
左―→右，逐渐增大
②同主族：
上―→下，逐渐减小
元素周期表和周期律
1．元素周期表的结构与性质特点
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
p区
ⅢA族～ⅦA族、0族
ns2np1～6（He除外）
最外层电子参与反应（0族元素一般不考虑）
d区
ⅢB族～ⅦB族、Ⅷ族
（n－1）d1～9ns1～2（Pd除外）
d轨道也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.元素周期律
元素性质
同一周期（左→右）
同一主族（上→下）
原子半径
逐渐减小（0族除外）
逐渐增大
第一电离能
有增大的趋势，0族元素最大
逐渐减小
电负性
逐渐增大
逐渐减小
1．易误诊断（正确的打“√”，错误的打“×”）。
（1）各能层的能级都是从s能级开始至f能级结束（ ）
（2）各能级的原子轨道数按s、p、d、f的顺序依次为1、3、5、7（ ）
（3）各能层所含有的电子数一定是该能层序数平方的2倍（ ）
（4）3p2表示3p能级有两个轨道（ ）
（5）1s22s12p1表示的是激发态原子的电子排布（ ）
（6）原子的电子层数越多，原子半径越大（ ）
（7）根据元素周期律，氮与氧、镁与铝相比，都是后者的第一电离能大（ ）
（8）同一周期第一电离能越大，电负性越强（ ）
【答案】
（1）×
（2）√ （3）× （4）× （5）√ （6）√ （7）× （8）×
2．写出下列电子排布式：
（1）O原子的核外电子排布式：
____________________________________________。
（2）S原子的价电子排布式：
_______________________________________________。
（3）N原子的原子轨道表达式（电子排布图）：
__________________________________。
（4）Br－的原子结构示意图：
______________________________________________。
【答案】
（1）1s22s22p4
（2）3s23p4
（3）
（4）
3．
（1）价电子排布式为5s25p1的元素在______区，______族______周期。
（2）元素周期表的第11列元素在______区，______族。
（3）第一电离能大小比较：
O____F，Na____Mg____Al。
（4）电负性大小比较：
Cl______S，Br______Cl。
（5）最外层电子数为1的元素可能在________族。
【答案】
（1）p ⅢA 五
（2）ds ⅠB （3）＜ ＜ ＞
（4）＞ ＜ （5）ⅠA、ⅠB、ⅥB
基态原子核外电子排布的1个顺序：
1s2s2p3s3p4s3d4p5s4d5p6s4f5d6p7s5f6d7p
元素性质的2个递变规律
（1）第一电离能：
同周期（左→右），有增大的趋势；同主族（上→下），逐渐减小；
（2）电负性：
同周期（左→右），逐渐增大；同主族（上→下），逐渐减小。
元素在周期表中的5个分区
s区：
ns1～2，p区：
ns2np1～6，
d区：
（n－1）d1～9ns1～2，ds区：
（n－1）d10ns1～2，
f区：
（n－2）f0～14（n－1）d0～2ns2。
核外电子排布及表示方法
1.核外电子排布规律
（1）遵守三大基本原理：
能量最低原理、泡利原理、洪特规则。
（2）能级交错现象：
核外电子的能量并不是完全按能层序数的增加而升高，不同能层的能级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。
（3）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的基态原子电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s1，而不是1s22s22p63s23p63d44s2。
2．核外电子排布的表示方法
表示方法
含义
举例
原子或离子结构示意图
表示核外电子分层排布和核内质子数
电子式
表示原子最外层电子数目
核外电子排布式
表示每个能级上排布的电子数
S：
1s22s22p63s23p4或[Ne]3s23p4
S2－：
1s22s22p63s23p6
电子排布图（轨道表示式）
表示每个原子轨道中电子的运动状态
价层电子排布式或排布图
表示价层电子的排布
3.电子跃迁与原子光谱
（2）当出现d轨道时，虽然电子按ns、（n－1）d、np的顺序填充，但在书写电子排布式时，仍把（n－1）d放在ns前，如Fe：
1s22s22p63s23p63d64s2正确，Fe：
1s22s22p63s23p64s23d6错误。
（3）注意对比元素电子排布式、价电子排布式（即外围电子排布式）的区别与联系。
如Fe的电子排布式：
1s22s22p63s23p63d64s2或[Ar]3d64s2，价电子排布式：
3d64s2。
（1）（2013·新课标全国卷Ⅰ）基态Si原子中，电子占据的最高能层符号为________，该能层具有的原子轨道数为________、电子数为________。
（2）（2013·福建高考）基态铜原子的核外电子排布式为________。
（3）（2013·浙江高考）基态锗（Ge）原子的电子排布式是________。
（4）（2012·新课标全国卷）Se的原子序数为________，其核外M层电子的排布式为________。
（5）（2012·安徽高考）Y的基态原子最外层电子排布式为nsnnpn＋2则Y为________元素。
【解析】
（1）Si的原子序数为14，则核外电子数为14，电子排布式为1s22s22p63s23p2，依据核外电子能量排布原理，电子由离核近的区域依次由里向外排布，所以电子占据的最高能层符号为M，该能层具有的原子轨道为s、p、d轨道，共计9个原子轨道，电子数为4。
（2）铜为29号元素，根据构造原理和全满能量低，其排布式为1s22s22p63s23p63d104s1。
（3）（4）题，Ge和Se的原子序数分别为32和34，根据构造原理可写电子排布式分别为[Ar]3d104s24p2、[Ar]3d104s24p4。
（5）根据ns容纳的电子数知nsnnpn＋2为2s22p4，可推Y为O。
【答案】
（1）M 9 4
（2）[Ar]3d104s1
（3）[Ar]3d104s24p2 （4）34 3s23p63d10 （5）氧或O
考向1 根据核外电子排布特点确定元素
1．
（1）（2013·四川高考）R基态原子3d轨道的电子数是4s轨道电子数的3倍。
则R为________，其价层电子排布式为________。
（2）（2013·江苏高考）元素Y基态原子的3p轨道上有4个电子，则Y为________。
【解析】
（1）根据题意可知R的价层电子排布式为3d64s2，为Fe元素。
（2）根据题意可知Y的价层电子排布式为3s23p4，为S元素。
【答案】
（1）Fe 3d64s2
（2）S
考向2 核外电子排布表示法
2．
（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，其元素符号为__________；其价层电子排布图为________。
（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离子的结构示意图为________。
（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________，其原子的结构示意图为________。
【解析】
（1）A元素基态原子的电子排布图由题意可写成：
，则该元素核外有7个电子，为氮元素，其元素符号为N。
（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26号元素铁。
【答案】
（1）N
（2）Cl
（3）Fe 1s22s22p63s23p63d64s2或[Ar]3d64s2
考向3 电子的跃迁
3．图中所发生的现象与电子的跃迁无关的是（ ）
【解析】 燃放烟火、霓虹灯、燃烧蜡烛等获得的光能都是电子跃迁时能量以光的形式释放出来导致的，而平面镜成像则是光线反射的结果。
【答案】 D
电离能和电负性的规律及其应用
1.元素电离能和电负性的递变及应用
电离能
电负性
变化规律
同周期（左→右）
增大的趋势
逐渐增大（0族除外）
同主族（上→下）
逐渐减小
逐渐减小
应用
①判断元素的金属性和非金属性强弱。
I1越大，元素的非金属性越强，I1越小，元素的金属性越强。
②判断元素在化合物中的化合价，如K元素I1≪I2＜I3表明K原子易失去1个电子形成＋1价阳离子。
③判断元素核外电子的分层排布情况。
如Li：
I1≪I2＜I3表明Li原子核外的三个电子排布在两个能层（K、L）上，且最外层上只有一个电子。
①判断元素金属性、非金属性强弱。
电负性越大，非金属性越强，金属性越弱。
②判断化学键的类型。
一般认为：
如果两种成键原子间的电负性差值大于1.7，通常形成离子键，若差值小于1.7，通常形成共价键。
③判断元素在化合物中的价态。
共价化合物中，成键元素电负性大的表现负价。
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
。
（1）第2、3、4周期的同周期主族元素，第ⅡA族（ns2np0）和第ⅤA族（ns2np3），因p轨道处于全空和半充满状态，比较稳定，所以其第一电离能大于同周期相邻的ⅢA和ⅥA族元素，如第一电离能Mg>Al，P>S。
（2）利用“电负性与1.8的关系”判断金属性与非金属性只是一般规律，不是绝对的，如第Ⅷ族元素。
利用电负性的差值判断化学键类型也不是绝对的。
（2013·新课标全国卷Ⅱ节选）前四周期原子序数依次增大的元素A、B、C、D中，A和B的价电子层中未成对电子均只有1个，并且A－和B＋的电子数相差为8；与B位于同一周期的C和D，它们价电子层中的未成对电子数分别为4和2，且原子序数相差为2。
回答下列问题：
（1）D2＋的价层电子排布图为________。
（2）四种元素中第一电离能最小的是________，电负性最大的是________。
（填元素符号）
【解析】 A、B、C、D元素的原子序数依次增大，A和B的价电子层中未成对电子均只有1个，且B＋比A－多8个电子，故A为F元素，B为K元素，在第四周期中未成对电子数为4的原子的价电子排布式为3d64s2，故C为Fe元素，D的原子序数比Fe大2，D为Ni元素。
（1）Ni原子的价电子排布式为3d84s2，Ni原子失去最外层4s轨道的两个电子变成Ni2＋，故价层电子排布图为
3d
↑↓
↑↓
↑↓
↑
↑
。
（2）F是电负性最大的元素；同周期元素中随原子序数的增大，第一电离能呈增大趋势，四种元素中第一电离能最小的是K元素。
【答案】
（1）3d
↑↓
↑↓
↑↓
↑
↑
（2）K F
（1）同一周期从左至右，元素的第一电离能有增大的趋势但不是依次增大。
（2）第一电离能越大，非金属性不一定越强。
（3）第一电离能越大，该元素的电负性不一定越大。
（4）稀有气体元素在同周期中第一电离能最大，但电负性不最大。
考向1 直接判断第一电离能和电负性的大小
4．（2014·河北石家庄第二次质检）已知A、B、C、D、E都是元素周期表中前36号的元素，它们的原子序数依次增大。
A原子基态时最外层电子数是其内层电子总数的2倍，B原子基态时s电子数与p电子数相等，C在元素周期表的各元素中电负性最大，D的基态原子核外有6个能级且全部充满电子，E原子基态时未成对电子数是同周期元素中最多的。
（1）基态E的价电子排布式为______，E在______区。
（2）A、B、C的电负性大小顺序（填元素符号，下同）______，第一电离能大小顺序为________。
（3）D的核外电子排布式为________________，价电子排布图为____________。
【解析】 由题意可知A为C，B为O，C为F，D为Ca，E为Cr。
（1）铬原子价电子排布式为3d54s1，在d区。
（2）根据同周期电负性和第一电离能的递变性可知答案。
（3）价电子数为2，价电子排布图为
。
【答案】
（1）3d54s1 d
（2）F＞O＞C F＞O＞C
（3）1s22s22p63s23p64s2
考向2 电离能和电负性的应用
5．
（1）（2013·浙江自选模块，节选）N、Al、Si、Zn四种元素中，有一种元素的电离能数据如下：
电离能
I1
I2
I3
I4
……
Ia/kJ·mol－1
578
1817
2745
11578
……
则该元素是________（填写元素符号）。
（2）如表：
元素符号
Li
Be
B
C
O
F
Na
Al
Si
P
S
Cl
电负性值
0.98
1.57
2.04
2.55
3.44
3.98
0.93
1.61
1.90
2.19
2.58
3.16
①通过分析电负性值变化规律，确定Mg元素电负性值的最小范围________________。
②请归纳元素的电负性和金属、非金属性的关系是
_____________________________________________。
③从电负性角度，判断AlCl3是离子化合物还是共价化合物？
________，理由是_________。
【解析】
（1）分析表中数据可知，该元素的逐级电离能中，I1、I2、I3与I4相差较大，说明该元素原子最外层有3个电子，显然该元素为Al元素。
（2）①根据同周期和同主族的电负性的变化规律Mg的电负性范围为0.93～1.57。
②电负性是原子对电子对的吸引力，非金属性越强，电负性越大。
③可根据Al与Cl的电负性差值确定。
【答案】
（1）Al
（2）①0.93～1.57
②非金属性越强，电负性越大；金属性越强，电负性越小
③共价化合物 Al元素和Cl元素的电负性差值为1.55<1.7，所以形成共价键，为共价化合物
元素推断及其元素性质的综合试题解题指导
（2014·云南省重点高中高三联考）A、B、C、D、E、F、G七种元素，它们的原子序数依次增大，除G外均为前20号元素。
A原子基态时，p能级原子轨道上电子数等于次外能层电子数，C元素的原子基态时，s能级与p能级上的电子数相等，C、D处于相同的能级，且D是同周期中电负性最大的元素，E原子的第一至第四电离能（kJ·mol－1）分别为：
578、1817、2745、11575，F元素原子中4s能级有2个电子。
G元素的原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s1。
（1）写出A元素基态原子电子排布式________。
（2）写出G＋的电子排布式________。
（3）写出D的价层电子排布式________。
（4）B、C、D、E电负性的大小顺序________（填元素符号）。
（5）A、G在周期表中分别属于________区、________区。
（6）B元素的第一电离能比C元素的大的原因是_____________________。
审题指导
信息①：
基态A原子中p能级的电子数与次外层电子数相等⇒电子排布为1s22s22p2⇒A为C。
信息②：
C原子的s能级与p能级上的电子数相等⇒电子排布为1s22s22p4⇒C为O⇒B为N，再根据C、D处于同一能级，且D的电负性在同周期中最大⇒D为F。
信息③：
E的I4≫I3且属于前20号⇒E为Al。
信息④：
F的4s能级有2个电子，且属于前20号⇒F为Ca。
评分细则
（1）1s22s22p2（写[He]2s22p2也给分）
（2）1s22s22p63s23p63d10（写[Ar]3d10也给分，写1s22s22p63s23p63d104s1或[Ar]3d104s1均不给分）
（3）2s22p5（写1s22s22p5不给分）
（4）F＞O＞N＞Al（填Al（5）p ds（其他答案不给分）
（6）B为N元素，其原子的2p轨道为半充满，能量低、稳定
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