第十二章 第37讲.docx

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第十二章第37讲

考纲要求

　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、价电子的排布式和轨道表达式。

2.了解电离能的含义，并能用以说明元素的某些性质。

3.了解电子在原子轨道之间的跃迁及其简单应用。

4.了解电负性的概念，并能用以说明元素的某些性质。

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的顺序依次升高，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

特别提醒　第一能层（K），只有s能级；第二能层（L），有s、p两种能级，p能级上有三个原子轨道px、py、pz，它们具有相同的能量；第三能层（M），有s、p、d三种能级。

2．基态原子的核外电子排布

（1）能量最低原理：

即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。

如图为构造原理示意图，即基态原子核外电子在原子轨道上的排布顺序图：

注意：

所有电子排布规则都需要满足能量最低原理。

（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。

3．基态、激发态及光谱示意图

深度思考

1．正误判断，正确的打“√”，错误的打“×”

（1）p能级能量一定比s能级的能量高（　　）

（2）同一原子中，2p、3p、4p能级的轨道数依次增多（　　）

（3）2p和3p轨道形状均为哑铃形，能量也相等（　　）

（4）2px,2py,2pz的能量相等（　　）

（5）2s轨道的电子排布图为

（　　）

（6）2p3的电子排布图为

（　　）

答案　

（1）×　

（2）×　（3）×　（4）√　（5）×　（6）×

2．完成下表，理解能层、能级及其最多容纳电子数的关系

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

2

6

2

6

10

2

6

10

14

2

…

…

2

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）。

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　电子排布式、排布图的书写与判断

1．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

1s22s22p3

[He]2s22p3

Cl

1s22s22p63s23p5

[Ne]3s23p5

Ca

1s22s22p63s23p64s2

[Ar]4s2

Fe

1s22s22p63s23p63d64s2

[Ar]3d64s2

Cu

1s22s22p63s23p63d104s1

[Ar]3d104s1

As

1s22s22p63s23p63d104s24p3

[Ar]3d104s24p3

2.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。

“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：

（违反能量最低原理）

（违反泡利原理）

（违反洪特规则）

（违反洪特规则）

（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。

注意　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）。

题组二　化学用语的规范使用

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。

Fe

Fe3＋

原子（或离子）结构示意图

电子排布式

电子排布图

答案　

（1）

Cl　

（2）

（3）

（4）1s22s22p63s23p3　3s23p3　　

（5）

原子（或离子）结构示意图

电子排布式

[Ar]3d64s2

[Ar]3d5

电子排布图

[Ar]

[Ar]

4.已知A原子中只含1个电子；B原子的3p轨道上得到1个电子后不能容纳外来电子；C原子的2p轨道上有1个电子的自旋方向与其他电子的自旋方向相反；D原子的第三电子层上有8个电子，第四电子层上只有1个电子；E原子的价电子排布式为3s23p6。

按要求书写下列图式。

（1）B原子的结构示意图：

____________________________；

（2）C原子的电子排布图：

________________________________________；

（3）D原子的核外电子排布式：

______________________________________________；

（4）B离子的电子式：

____________________________________________________。

答案　

（1）

（2）

（3）1s22s22p63s23p64s1或[Ar]4s1

（4）

解析　由题意可知，A原子中只有1个电子，A为H；B原子的3p轨道上有5个电子，则B为Cl；C原子的2p轨道上有4个电子，则C为O；D原子的价电子排布式为4s1，则D为K；由E原子的价电子排布式可知E为Ar。

5.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。

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　根据构造原理表示：

能级符号＋（右上角）数字。

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

基态原子的简

原子

基态原子的

序数

化电子排布式

序数

电子排布式

二

2

3

[He]2s1

10

1s22s22p6

三

3

11

[Ne]3s1

18

1s22s22p63s23p6

四

4

19

[Ar]4s1

36

1s22s22p63s23p63d104s24p6

五

5

37

[Kr]5s1

54

1s22s22p63s23p63d10

4s24p64d105s25p6

六

6

55

[Xe]6s1

86

1s22s22p63s23p63d104s24p6

4d104f145s25p65d106s26p6

（2）每族元素的价层电子排布特点

①主族

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

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

价电子排布

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

通常是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）d1～10ns1～2

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

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。

注意　

（1）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。

深度思考

1.正误判断，正确的打“√”，错误的打“×”

（1）s区全部是金属元素（　　）

（2）共价化合物中，成键元素电负性大的表现为负价（　　）

（3）电负性越大，非金属性越强，第一电离能也越大（　　）

（4）第四周期元素中，锰原子价电子层中未成对电子数最多（　　）

[2016·海南，19－Ⅰ（A）]

（5）电负性大于1.8的一定为非金属，小于1.8的一定为金属（　　）

（6）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（　　）

答案　

（1）×　

（2）√　（3）×　（4）×　（5）×　（6）√

2.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）价电子层有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

3.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

4.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

5.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。

6.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。

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　元素周期律的准确判断

1.对Na、Mg、Al的有关性质的叙述不正确的是（　　）

A.第一电离能：

Na＜Mg＜Al

B.电负性：

Na＜Mg＜Al

C.还原性：

Na＞Mg＞Al

D.碱性：

NaOH＞Mg（OH）2＞Al（OH）3

答案　A

解析　第一电离能同周期从左到右一般呈增大趋势，但ⅡA、ⅤA族元素的p轨道全空或半充满是较稳定结构，所以其电离能较相邻元素的略大。

2.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

解析　由电子排布式可知：

①为S，②为P，③为N，④为F。

第一电离能为④＞③＞②＞①，A正确；B不正确，原子半径应是②最大，④最小；C不正确，电负性：

④最大，②最小；D不正确，F无正价，最高正价：

①＞②＝③。

3.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.①②⑦B．③④⑥

C.③⑤D．③④⑤⑥⑦

答案　B

解析　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，则A在B的下一周期。

①错误，因A原子半径大于同一主族的上一周期元素原子的半径，该原子的半径又大于同一周期的B原子的半径，所以原子半径A＞B；②错误，具有相同的电子层结构的离子，核电荷数越大，离子半径越小；⑦错误，A的第一电离能小于B的第一电离能。

题组二　元素推断与元素的逐级电离能

4.下表列出了某短周期元素R的各级电离能数据（用I1、I2……表示，单位为kJ·mol－1）。

I1

I2

I3

I4

……

R

740

1500

7700

10500

下列关于元素R的判断中一定正确的是（　　）

①R的最高正价为＋3价

②R元素位于元素周期表中第ⅡA族

③R元素第一电离能大于同周期相邻元素

④R元素基态原子的电子排布式为1s22s2

A.①②B．②③

C.③④D．①④

答案　B

解析　由表中数据可知，R元素的第三电离能与第二电离能的差距最大，故最外层有2个电子，最高正价为＋2价，位于第ⅡA族，可能为Be或Mg元素，故①错误，②正确；短周期第ⅡA族（ns2np0）的元素，因p轨道处于全空状态，比较稳定，故其第一电离能大于同周期相邻主族元素，③正确。

5.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