新高考总复习选修3 物质结构与性质第1讲原子结构与性质doc.docx

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新高考总复习选修3物质结构与性质第1讲原子结构与性质doc

第1讲　原子结构与性质

考点一　基态原子核外电子排布

1．能层与能级

2.原子轨道

原子轨道

3．基态原子核外电子排布依据

（1）能量最低原理

原子的核外电子排布遵循构造原理，使整个原子的能量处于最低状态。

如图为构造原理示意图，亦即基态原子核外电子在原子轨道上的排布顺序图：

（2）泡利原理

1个原子轨道里最多容纳2个电子，且自旋方向相反。

（3）洪特规则

电子排布在同一能级的不同轨道时，总是优先单独占据一个轨道，且自旋方向相同。

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．基态原子核外电子排布的表示方法

5.电子的跃迁与原子光谱

（1）电子的跃迁

（2）原子光谱：

不同元素的原子发生电子跃迁时会吸收或放出不同的光，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。

1．基态铜原子的电子排布式为[Ar]4s23d9对吗？

若不对请纠正。

2．请用核外电子排布的相关规则解释Fe3＋比Fe2＋更稳定的原因。

3．以下是表示铁原子和铁离子的3种不同化学用语。

（1）铁原子最外层电子数为________，铁在发生化学反应时，参加反应的电子可能是____________________________________________________________。

（2）请你通过比较、归纳，分别说出3种不同化学用语所能反映的粒子结构信息。

提示：

　1.不对，应为[Ar]3d104s1。

2．26Fe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。

3．

（1）2　4s上的2个电子和3d上的1个电子

（2）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能层上的电子数。

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。

轨道表示式：

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。

1．下列电子排布图所表示的元素原子中，正确的是________。

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

答案：

　（从左到右，从上到下）1s22s22p3　[He]2s22p3　1s22s22p63s23p5　[Ne]3s23p5　1s22s22p63s23p64s2　[Ar]4s2　1s22s22p63s23p63d64s2　[Ar]3d64s2　1s22s22p63s23p63d104s1　[Ar]3d104s1

1．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。

2．基态原子失电子的顺序：

以Fe为例，Fe

Fe2＋

Fe3＋。

3．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

解析：

　np3处于半充满结构，稳定，失去一个电子吸收能量多。

答案：

　B

1．符合核外电子排布规律的原子，处于基态状态，此状态下能量最低。

2．违背核外电子排布规律的原子所处的状态能量较高。

4．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．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

1．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。

2．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。

3．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．元素周期表中每周期所含元素种数

周期

元素种数

各周期增加的能级

一

2

1s

二

8

2s　2p

三

8

3s　3p

四

18

4s　3d　4p

五

18

5s　4d　5p

六

32

6s　4f　5d　6p

2.周期表的分区与原子的价电子排布的关系

分区

元素分布

外围电子排布

s区

ⅠA族、ⅡA族及He

ns1～2

p区

ⅢA族～ⅦA族、0族

ns2np1～6

d区

ⅢB族～ⅦB族、Ⅷ族

（n－1）d1～9ns1～2（除钯外）

ds区

ⅠB族、ⅡB族

（n－1）d10ns1～2

f区

镧系、锕系

（n－2）f0～14（n－1）d0～2ns2

3.周期表的分区示意图

4．元素周期律

（1）电离能、电负性

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的最低能量。

②电负性

用来描述不同元素的原子对键合电子吸引力的大小。

（2）原子结构与元素性质的递变规律

项目

同周期（从左→右）

同主族（从上→下）

原子核外电子排布

能层数相同，最外层电子数依次增多

最外层电子数相同，能层数依次递增

原子半径

依次减小（0族除外）

依次增大

元素的第一电离能

依次增大

依次减小

元素的电负性

依次增大

依次减小

（3）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相似，如

。

1．前四周期中，未成对电子数与周期数相等的元素有________。

2．第四周期中，未成对电子数最多的元素是________。

（填名称）

（1）它位于第________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________分区。

3．为什么一个原子的逐级电离能是逐渐增大的？

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？

5．为什么Na容易形成＋1价离子，而Mg、Al易形成＋2价、＋3价离子？

提示：

　1.H、C、O、P、Fe

2．铬　

（1）ⅥB　

（2）1s22s22p63s23p63d54s1

（3）4　7　24

（4）3d54s1　

（5）d

3．随着电子的逐个失去，阳离子所带的正电荷数越来越大，再要失去一个电子需克服的电性吸力也越来越大，消耗的能量越来越多。

4．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。

如此相同观点可以解释N的第一电离能大于O，Zn的第一电离能大于Ga。

5．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。

1．某元素的原子序数为29，试问：

（1）写出该元素的名称及元素符号。

（2）画出该元素基态原子的电子排布式。

（3）它有多少个电子层？

有多少个能级？

（4）它的价电子构型是什么？

（5）它属于第几周期？

第几族？

主族还是副族？

属于哪一个分区？

（6）它有多少个未成对电子？

解析：

　29号元素为铜（Cu）元素，其原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s1，故有四个电子层，七个能级，价电子排布为3d104s1，属于第ⅠB族，为ds区。

其价电子的电子排布图为

，故有一个未成对电子。

答案：

（1）铜　Cu

（2）1s22s22p63s23p63d104s1

（3）4个电子层　7个能级

（4）3d104s1

（5）第4周期　ⅠB族　副族　ds区

（6）有1个未成对电子

2．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（　　）

A．R的最高正价为＋3价

B．R元素位于元素周期表中第ⅡA族

C．R元素的原子最外层共有4个电子

D．R元素基态原子的电子排布式为1s22s2

解析：

　由表中数据I3≫I2知其最高正价为＋2价，R元素位于ⅡA族，最外层有2个电子，R不一定是Be元素。

答案：

　B

3．下列说法中正确的是（　　）

A．第三周期所含元素中钠的第一电离能最小

B．铝的第一电离能比镁的第一电离能大

C．在所有元素中，氟的第一电离能最大

D．钾的第一电离能比镁的第一电离能大

解析：

　同周期中碱金属元素的第一电离能最小，稀有气体元素的最大，故A正确，C不正确；由于Mg的外围电子排布式为3s2，而Al的外围电子排布式为3s23p1，故铝的第一电离能小于镁的；D中钾比镁更易失电子，钾的第一电离能小于镁的。

答案：

　A

4．电负性的大小也可以作为判断元素金属性和非金属性强弱的尺度。

下列关于电负性的变化规律正确的是（　　）

A．同周期元素从左到右，元素的电负性逐渐变大

B．周期表从上到下，元素的电负性逐渐变大

C．电负性越大，金属性越强

D．电负性越小，非金属性越强

解析：

　利用同周期从左至右元素电负性逐渐增大，同主族从上至下元素电负性逐渐减小的规律来判断。

答案：

　A

5．根据信息回答下列问题：

（1）如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）。

①认真分析图中同周期元素第一电离能的变化规律，推断Na～Ar元素中，Al的第一电离能的大小范围为________

②图中第一电离能最小的元素在周期表中的位置是第______周期第__________族；

（2）已知元素的电负性和元素的化合价一样，也是元素的一种基本性质。

下面给出14种元素的电负性：

元素

Al

B

Be

C

Cl

F

Li

Mg

N

Na

O

P

S

Si

电负性

1.5

2.0

1.5

2.5

3.0

4.0

1.0

3.0

0.9

3.5

2.1

2.5

1.8

已知：

两成键元素间电负性差值大于1.7时，形成离子键，两成键元素间电负性差值小于1.7时，形成共价键。

1根据表中给出的数据，可推知元素的电负性具有的变化规律是_______________

________________________________________________________________________。

②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_________________

_______________________________________________________。

③判断下列物质是离子化合物还是共价化合物：

A．Li3N　　　　　　　　　B．BeCl2

C．AlCl3D．SiC

Ⅰ.属于离子化合物的是_________________________________________________；

Ⅱ.属于共价化合物的是__________________________________________________；

请设计一个实验方案证明上述所得到的结论________________________________

________________________________________________________________________。

解析：

（1）①由信息所给的图可以看出，同周期的第ⅠA族元素的第一电离能最小，而第ⅢA族元素的第一电离能小于第ⅡA族元素的第一电离能，故Na

②图中电离能最小的应是碱金属元素Rb，在元素周期表中第五周期第ⅠA族。

（2）①元素的电负性是元素的基本性质，且随着原子序数的递增呈周期性变化。

②根据电负性的递变规律：

同周期从左到右电负性逐渐增大，同主族从上到下电负性逐渐减小，可知，在同周期中电负性NaMg>Ca，最小范围应为0.9～1.5。

③根据已知条件及表中数值：

Li3N电负性差值为2.0，大于1.7形成离子键，为离子化合物；BeCl2、AlCl3、SiC电负性差值分别为1.5、1.5、0.7，均小于1.7，形成共价键，为共价化合物。

共价化合物和离子化合物最大的区别在于熔融状态下能否导电。

离子化合物在熔融状态下以离子形式存在，可以导电，但共价化合物却不能。

答案：

（1）①Na　Mg　②五　ⅠA

（2）①随着原子序数的递增，元素的电负性与原子半径一样呈周期性变化　②0.9～1.5

③Ⅰ.A　Ⅱ.B、C、D　测定各物质在熔融状态下能否导电，若导电则为离子化合物，反之则为共价化合物

电负性的应用

1．

（1）[2014·新课标全国卷Ⅰ，37

（2）]基态Fe原子有________个未成对电子，Fe3＋的电子排布式为________。

（2）[2014·新课标全国卷Ⅱ，37

（1）]周期表前四周期的元素a、b、c、d、e，原子序数依次增大。

a的核外电子总数与其周期数相同，b的价电子层中的未成对电子有3个，c的最外层电子数为其内层电子数的3倍，d与c同族；e的最外层只有1个电子，但次外层有18个电子。

b、c、d中第一电离能最大的是______（填元素符号），e的价层电子轨道示意图为________。

（3）[2013·新课标全国卷Ⅰ，37

（1）]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________。

（4）[2013·新课标全国卷Ⅱ，37

（1）]Ni2＋的价层电子排布图为__________。

（5）[2012·新课标全国卷，37（3）]Se原子序数为________，其核外M层电子的排布式为__________。

（6）[2011·新课标全国卷，37

（2）]基态B原子的电子排布式为________。

答案：

（1）4　1s22s22p63s23p63d5或[Ar]3d5

（2）N　

（3）M　9　4

（4）

↓↑

↓↑

↓↑

↑

↑

（5）34　3s23p63d10　（6）1s22s22p1

2．

（1）[2014·安徽理综，25

（1）]Na位于元素周期表第________周期第________族；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）[2014·四川理综，8

（1）]X、Y、Z、R为前四周期元素，且原子序数依次增大。

XY2是红棕色气体；X与氢元素可形成XH3；Z基态原子的M层与K层电子数相等；R2＋离子的3d轨道中有9个电子。

Y基态原子的电子排布式是________；Z所在周期中第一电离能最大的主族元素是________。

（3）[2013·福建理综，31

（2）]基态铜原子的核外电子排布式为________。

（4）[2012·福建理综，30

（2）]基态Mn2＋的核外电子排布式为________。

（5）[2012·浙江自选，15

（1）]可正确表示原子轨道的是____。

A．2s　　　B．2d　　　

C．3pz　　　D．3f

（6）[2012·浙江自选，15

（2）]写出基态镓（Ga）原子的电子排布式：

__________________________。

答案：

（1）三　ⅠA　2　1s22s22p63s23p2或[Ne]3s23p2

（2）1s22s22p4　Cl

（3）1s22s22p63s23p63d104s1或[Ar]3d104s1

（4）1s22s22p63s23p63d5或[Ar]3d5

（5）AC

（6）1s22s22p63s23p63d104s24p1或[Ar]3d104s24p1

3．

（1）[2013·新课标全国卷Ⅱ，37

（2）]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。

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）

（2）[2012·新课标全国卷，37

（2）]原子的第一电离能是指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，O、S、Se原子的第一电离能由大到小的顺序为________。

答案：

（1）K　F

（2）O>S>Se

4．

（1）[2013·山东理综，32（3）]第一电离能介于B、N之间的第二周期元素有____________种。

（2）[2013·安徽理综，25

（1）

（2）]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，已知X的最高价氧化物对应的水化物化学式为H2XO3，Z的基态原子最外层电子排布式为3s23p1，W的一种核素的质量数为28，中子数为14。

则：

①W位于元素周期表第________周期第________族；W的原子半径比X的________（填“大”或“小”）。

②Z的第一电离能比W的________（填“大”或“小”）。

（3）[2013·福建理综，31

（1）]依据第2周期元素第一电离能的变化规律，参照图中B、F元素的位置，用小黑点标出C、N、O三种元素的相对位置。

（4）[2012·安徽理综，25

（2）]已知X的基态原子L层电子数是K层电子数的2倍，Y的基态原子最外层电子排布式为nsnnpn＋2，则X的电负性比Y的________（填“大”或“小”）。

（5）[2011·福建理综，30

（2）]C、N、O三种元素第一电离能从大到小的顺序是________。

（6）[2012·山东理综，32

（2）]Ni是元素周期表中第28号元素，第二周期基态原子未成对电子数与Ni相同且电负性最小的元素是________。

答案：

（1）3　

（2）①三　ⅣA　大　②小

（3）

（4）小　（5）N>O>C　（6）C（碳）