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物质结构16

高考选3物质结构

模块1（A）.原子结构与性质

1、能层与能级

1能层：

能层就是电子层，用符合：

K、L、M、N、O、P、Q分别表示第一、二、三、四、五、六、七能层。

由K→Q能层，电子离核的距离由近→远，电子能量由低→高。

2能级：

按能量差异将能层分成不同的能级，如s、p、d、f等能级。

同一能层上的电子，由ns→np→nd→nf能级，电子能量由低→高。

同一能层上能级相同的电子的能量相同。

3能层与能级的关系：

任一能层的能级总是从s能级开始，且第一能层（K能层）只有1个能级，第二能层（L能层）有2个能级（2s和2p），第三能层（M能层）有3个能级（3s、3p和3d），第四能层（N能层）有4个能级（4s、4p、4d、4f）。

4每一能层的能级种类数=能层的序数（n）。

每个能层最多容纳2n2个电子。

5各能层、各能级所能容纳的最多电子数：

能层

...

能级

...

最多电子数

...

2n2

考题1：

基态Si原子，电子占据的最高能层符号为，该能层上有个能级，电子数为。

考题2:

以下能级符号书写正确的是（）

A.5sB.2dC.3fD.1p

考题3下列能层中，不包含d能级的是（）

A.N能层B.M能层C.L能层D.O能层

2、原子构造原理，电子的填充顺序

1绝大多数元素的核外电子排布遵循排布顺序，此排布顺序成为构造原理，核外电子并不是按照能层由低到高的顺序逐渐填入的，而是按能级的能量由低到高的顺序依次填入的，这就是电子的填充顺序。

：

1s22s22p63s23p64s23d104p65s24d105p66s24f145d106p67s25f146d107p6

注：

一般来说，比较电子能量先看能层，能层越高，能量越高；能层相同时再看能级，按ns→np→nd→nf能级，电子能量由低→高。

如：

1s<2s<2p<3s<3p，1s<2s<3s<4s<4p<5f等。

但，能层高的能级的能量有可能比能层低的能级的能量低，这种现象叫能级交错，如：

4s<3d<4p；其中4s<3d<4p和6s<4f<5d<6p是两组重要的能级交错顺序。

考题1构造原理揭示的电子排布能级顺序，实质是各能级能量的高低排序，若E表示能量，以下正确的是（）

A.E（5s）>E（4f）>E（4s）>E（3d）B.E（3d）>E（4s）>E（3p）>E（3s）

C.E（4s）E（4s）>E（4f）>E（3d）

考题2某元素的基态原子3d能级上有2个电子，则它的N能层上有（）个电子。

A.0B.2C.5D.8

3、电子排布式

1电子排布式：

用核外电子分布的能级及各能级上的电子数来表示电子排布的式子。

依据构造原理可写出大多数元素原子的电子排布式。

如铝原子的电子排布式是1s22s22p63s23p1，钙原子的电子排布式是1s22s22p63s23p64s2。

以铝原子为例，电子排布式中各符号、数字的意义为:

能级上的电子数

Al:

1s22s22p63s23p1

能层

能级

简化的电子排布式：

将电子排布式中的内层电子排布用相应的稀有气体元素符号加[]来表示而得到的式子。

如，碳、钠、钙原子的简化电子排布式分别为[He]2s22p2、[Ne]3s1、[Ar]4s2.

注意：

虽然电子填充是遵循构造原理的，但书写电子排布式应按照能层的顺序书写，将能层低的能级写在左边，而不能按填充顺序书写。

如，21Sc原子的电子排布式中最后两个能级表示为3d14s2，而不能写作4s23d1,；锰原子电子排布式应写作1s22s22p63s23p63d54s2，而不能写成1s22s22p63s23p64s23d5。

2.外围电子排布（又称价电子层排布）:

这是由于这些能级上的电子可在化学反应中发生变化（与化合价有关）

主族元素的最外层电子就是外围电子（价电子），最外层电子排布式=价电子排布式，如K为4s1，Br为4s24p5。

过渡元素的外围电子（价电子）一般包括最外层的s电子和次外层的d电子。

最外层电子排布与外围电子层排布是不同的，如Mn、Fe的最外层电子排布式均为4s2，而外围电子排布式分别是3d54s2、3d64s2。

以Fe和As为例，列表比较几种电子排布式：

元素

26Fe

33As

电子排布式

1s22s22p63s23p63d64s2

1s22s22p63s23p63d104s24p3

简化的电子排布式

[Ar]3d64s2

[Ar]3d104s24p3

外围电子排布式

3d64s2

4s24p3

最外层电子排布式

4s2

4s24p3

注：

21~30号过渡金属元素虽然3d能级能量比4s能级高，但原子失去电子时先失去4s电子后失去3d电子。

如Mn原子的价电子排布为3d54s2，则Mn2+的价电子排布为3d5,，而不是3d34s2。

几种常见过渡金属原子和离子的价电子排布式如下表：

原子

价电子排布

3d54s2

3d64s2

3d84s2

3d104s1

3d104s2

离子

Mn2+

Fe2+

Ni2+

Cu2+

Zn2+

价电子排布

3d5

3d6

3d8

3d9

3d10

考题1

（1）基态硼原子的电子排布式为。

（2）W有多种化合价，其白色氢氧化物在空气中会迅速变成灰绿色，最后变成红褐色。

W位于元素周期表第周期族，其基态原子最外层有个电子。

（3）基态铜原子的核外电子排布式为。

（4）X、Y、Z、R为前四周期元素且原子序数依次增大。

已知XY2是红棕色气体，则Y的基态原子的电子排布式是。

4、基态与激发态

1基态原子：

处于最低能量的原子叫基态原子。

2激发态原子：

基态原子的电子吸收能量后，电子会跃迁到较高能级，成为激发态原子：

吸收能量

基态原子激发态原子

释放能量

如：

C原子的基态原子电子排布式为1s22s22p2，激发态原子的电子排布式为1s22s12p3（1个2s能级上的电子跃迁到了2p能级上）

电子的跃迁过程都伴随能量变化，高能级向低能级跃迁会有释放光谱，低能级向高能级跃迁会有吸收光谱，如焰色反应，通过原子光谱可鉴别、分析元素。

考题1下列叙述正确的是（）

A.能量高的电子在离核近的区域运动，能量低的电子在离核远的区域运动。

B.处于最低能量的原子叫激发态原子。

C.电子仅在激发态跃迁至基态时才产生原子光谱。

D.利用光谱的特征谱线，可以鉴定元素，也可以发现元素。

考题2下列叙述正确的是（）

A.因为p轨道是“8”字形，所以p电子的运动轨迹也是“8”字形

B.M能层有3s、3p、3d三个原子轨道

C.同一原子中，1s、2s、3s电子的能量逐渐升高

D.同一原子中，2p、3p、4p能级的轨道数依次增多。

5、核外电子排布原理电子排布图

1.核外电子排布的三个原理

（1）能量最低原理：

原子的电子优先排布在能量最低的能级里。

（2）泡利不相容原理：

在一个原子轨道里，最多只容纳2个电子，且自旋方向相反（换句话说，在任何一个原子中，不可能存在运动状态完全相同的两个单子）

（3）洪特规则:

当电子排布在同一能级的不同轨道时，基态原子的电子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：

当同一能级上的电子排布为全充满（p6、d10）、半充满（p3、d5）和全空状态（p0、d0）时，具有较低的能量和较高的稳定性。

说明，洪特规则的特例适用于IB族、VIB族元素原子的核外电子排布（如Cu、Cr等）：

铬（24Cr）的外围电子排布式是3d54s1（3d、4s能级均为半充满）而不是3d44s2，铜（29Cu）的外围电子排布式是3d104s1（3d全充满、4s半充满）而不是3d94s2。

2.电子排布图

用一个方框表示一个原子轨道，用一个箭头表示一个电子，以此来表示原子核外电子排布的式子叫电子排布图。

以铝原子为例，电子排布图中各符号、数字的意义为：

1s2s2p3s3p

Al:

书写电子排布图注意：

虽然电子填充遵循构造原理，但书写时还是按能层和能级顺序来写。

例如书写基态26Fe的电子排布图为：

。

6、电子云

1电子在原子核外空间一定范围内出现，可以想象为一团带负电荷的云雾笼罩在原子核周围，所以人们形象的把它叫做电子云，它反映电子在核周围出现的概率大小。

2原子轨道：

s电子的原子轨道是球形的，每个s能级都只有1个原子轨道，原子轨道的半径随能层序数n的增大而增大；p电子的原子轨道是纺锤形的，每个p能级有3个相互垂直的原子轨道，可以分别标记为npx、npy、npz。

考题1A、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，其元素符号，其电子排布图为，其原子核外有种不同运动状态的电子。

（2）B元素的-1价离子和C元素的+1价离子的电子层结构都与氩原子相同，B的元素符号为，C的元素符号为，B、C所形成的化合物的电子式是。

（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，E+的外围电子排布图为

。

考题2原子序数小于36的元素Q和T，在周期表中既处于同一周期又处于同一族，且原子序数T比Q多2。

T的基态原子外围电子排布式为，Q2+的未成对电子数为。

考题3A、B、C、D四种短周期元素，E是过渡元素。

A、B、C同周期，C、D同主族，A是地壳中含量第二的非金属元素，B是同周期除稀有气体外原子半径最大的元素，C的最外层有三个未成对电子，E的外围电子排布式为3d64s2。

回答问题：

（1）A为（填元素符号，下同），电子排布式是A的原子结构示意图为：

，。

（2）B为，简化的电子排布式为。

（3）C为，价电子排布式是。

（4）D为，电子排布图是。

（5）E为，原子结构示意图为：

。

考题4Y是前四周期元素，其单质是一种黄色晶体，Y的基态原子的核外电子排布式是

。

考题5Se的原子序数为，其核外M层电子的排布式是。

考题6铝原子核外电子云有种不同的伸展方向，有种不同运动状态的电子，有种不同能级的电子。

模块1（B）.原子结构与性质

7、元素的金属性和非金属性的递变规律

同周期（从左→右）

同主族（从上→下）

外围电子排布

ns1→ns2np6

外围电子排布相同

原子半径

逐渐减小

逐渐增大

得失电子能力

得（失）电子能力增强（减弱）

得（失）电子能力减弱（增强）

金属性

逐渐减弱

逐渐增强

非金属性

逐渐增强

逐渐减弱

气态氢化物稳定性

逐渐增强

逐渐减弱

最高价氧化物对应水化物的酸性

酸性增强

碱性增强

最高价氧化物对应水化物的碱性

碱性减弱

酸性减弱

8、元素周期表的分区（s区、p区、ds区、d区、f区）

由电子排布式来推断元素时有这样的规律：

最外层np能级上有电子的一定是主族（或0族）元素，n为周期序数，位于p区。

考题1在研究原子核外电子排布与元素周期表的关系时，人们发现价电子排布相似的元素集中在一起，据此，人们以最后填入电子的轨道符号将周期表分为五个区，其符号为s、p、d、ds、f。

回答下列问题：

（1）在S区中，族序数最大、原子序数最小的元素，其原子的价电子的电子云现状是

。

（2）d区，族序数最大、原子序数最小的元素，它常见离子的电子排布式为。

考题2短周期主族元素X、Y、Z、W的原子序数依次增大。

X原子的最外层电子数是其内层电子数的2倍，Y是地壳中含量最高的元素，Z2+与Y2-具有相同的电子层结构，W与X同主族。

下列说法正确的是（）

A.原子半径大小顺序：

r（W）>r（Z）>r（Y）>r（X）

B.Y分别与Z、W形成的化合物中化学键类型相同

C.X最高价氧化物对应水化物的酸性比W的弱

D.Y的气态简单氢化物的热稳定性比W的强

9、原子半径和离子半径的变化规律

1比较离子半径：

（1）同种元素，电子数多的离子半径大；

（2）同主族元素，从上到下离子半径逐渐增大，如：

r（Na+）

电子层结构相同的离子，核电荷数越大，半径越小，如：

r（O2-）>r（F-）>r（Na+）>r（Mg2+）。

1考题已知33As和35Br位于同一周期。

下列关系中正确的是（）

A.原子半径：

As>Cl>PB.热稳定性：

HCl>AsH3>HBr

C.还原性：

As3->S2->Cl-D.酸性：

H3AsO4>H2SO4>H3PO4

2考题，下列化合物中阳离子半径与阴离子半径比值最小的是（）

A.NaFB.MgI2C.BaI2D.KBr

3考题A、B、C、D、E是同周期的五种元素，A和B的最高价氧化物对应的水化物呈碱性，且碱性B>A，C和D的气态氢化物的稳定性C>D，五种元素所形成的简单离子中，E的离子半径最小，则它们的原子序数由小到大的顺序是（）

A.C、D、E、A、BB.E、C、D、A、BC.B、A、E、D、CD.B、A、D、C、E

10、电离能及其变化规律

1电离能定义：

气态基态原子失去一个e-转化为气态基态正离子所需要的最低能量叫第一电力能，即M（g）=M+（g）+e-，I1（第一电离能）。

原子的+1价气态基态正离子再失去1个电子所需要的能量叫第二电离能，即M+（g）=M2+（g）+e-，I2（第二电离能），依次类推I3、I4等。

单位：

kJ/mol。

2影响因素：

主要取决于原子的电子层结构、核电荷数以及原子半径的大小。

如：

同周期元素中碱金属元素的原子半径最大，最易失去电子，所以第一电离能最小，同主族从上到下，原子半径的增大，使得外层电子逐渐离核越来越远，失电子能力增强，元素第一电离能逐渐减小。

3必记：

同周期IIA族元素的第一电离能>IIIA族元素，VA族元素的第一电离能>VIA族。

同种元素逐级电离能逐渐增大，是由于原子失去电子变成+1价阳离子后，半径变小，核对电子的吸引作用增强，因而失去第二个电子比失去第一个电子需要更多能量。

考题1.Z的基态原子的M层与K层电子数相等，Z所在周期中第一电离能最大的主族元素是。

考题2.四种元素（F、K、Fe、Ni）中第一电离能最小的是。

考题3.O、S、Se原子的第一电离能由大到小的顺序为。

考题4.C、N、O第一电离能由大到小的顺序为。

考题5.某主族元素A的各级电离能数据如下：

I/kJ.mol-1

578

1817

2745

11578

14831

18378

则A元素常见的化合价为（）

A.+1B.+2C.+3D.+4

11、元素电负性及其变化规律

1电负性：

元素的原子在化合物中吸引电子能力的标度。

元素电负性越大，吸引电子的能力越强。

（了解性知识：

以最活泼的非金属元素F的电负性为4.0和Li的电负性为1.0作为相对标准）

2变化规律：

同周期，自左到右，元素的电负性增大；同主族，从上到下，元素的电负性减小。

3应用（了解性知识）：

一般地，电负性<1.8被认为是金属元素，电负性>1.8被认为是非金属元素；电负性差值<1.7的两种元素的化合通常形成共价键，所形成的化合物为共价化合物，电负性差值越大，键的极性越强，如极性：

H-F>H-Cl>H-Br。

电负性差大于1.7的两元素化合通常形成离子键，形成的化合物为离子化合物。

考题1：

Q、R、X、Y、Z五种元素的原子序数依次递增。

已知：

（1）Z的原子序数是29，其余均是短周期主族元素；

（2）Y原子价电子（外围电子）排布式为：

msnmpn；（3）R原子核外L层电子数为奇数；（4）Q、X原子p轨道的电子数分别为2和4.回答：

（1）Z2+的核外电子排布式是。

（2）Q、R、Y三种元素第一电离能数值由小到大的顺序为（填元素符号）

（3）五种元素中，非金属元素的电负性由小到大的顺序为，电负性最大与最小的两种非金属元素形成的化合物是（填化学式）。

考题2.已知X、Y元素同周期，且电负性X>Y。

下列说法错误的是（）

A.原子半径：

HmY>HnX

C.最高价含氧酸的酸性：

X对应的酸的酸性>Y的对应的酸的酸性

D.X和Y形成化合物时，X显负价。

考题3.下列各组元素各项性质比较正确的是（）

A.第一电离能：

B>Al>GaB.电负性：

F>N>O

C.最高正价：

F>S>SiD.原子半径：

P>N>C

考题4.已知X、Y是主族元素，I是电离能，单位是kJ/mol。

请根据下表所列数据判断，下列错误的是（）

元素

500

4600

6900

9500

580

1800

2700

11600

A.元素X的常见化合价是+1B.元素Y是IIIA族元素

C.元素X与氯形成化合物时，化学式可能是XCl

D.若元素Y处于第三周期，它可与冷水剧烈反应。

考题5.X、Y、Z、W是元素周期表中原子序数依次增大的四种短周期元素，相关信息如下表：

元素