高三化学一轮复习优质学案原子结构与性质.docx
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高三化学一轮复习优质学案原子结构与性质
课时1 原子结构与性质
[2018备考·最新考纲]
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、价电子的电子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
（考点层次A→自学、识记、辨析）
对应学生用书P257
1．能层、能级与原子轨道
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
提醒：
①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能层数＝电子层数，每个能层所包含的能级数＝能层序数。
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：
提醒：
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。
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．基态、激发态及光谱示意图
教材
高考
1．（RJ选修3·P124改编）下列各原子或离子的电子排布式错误的是（ ）
A．K＋ 1s22s22p63s23p6B．F 1s22s22p5
C．S2- 1s22s22p63s23p4D．Ar 1s22s22p63s23p6
答案 C
2．（RJ选修3·P127改编）写出第9、17、35号元素原子的电子排布式。
答案 9号：
1s22s22p5或[He]2s22p5
17号：
1s22s22p63s23p5或[Ne]3s23p5
35号：
1s22s22p63s23p63d104s24p5或[Ar]3d104s24p5
3．（溯源题）
（1）Zn2＋基态核外电子排布式为________。
（2016·江苏）
（2）Cr3＋基态核外电子排布式为________。
[2015·江苏，21A
（1）节选]
（3）N的基态原子核外电子排布式为________；Cu的基态原子最外层有________个电子。
[2015·安徽理综，25
（2）]
（4）Si元素基态原子的电子排布式是________。
[2015·四川理综，8
（1）]
（5）基态硼原子的电子排布式为________。
[2014·福建理综，31（A）]
（6）31Ga基态原子的核外电子排布式是________。
[2014·浙江自选，15
（1）节选]
（7）Cu＋基态核外电子排布式为________。
[2014·江苏，21（A）
（1）]
答案
（1）1s22s22p63s23p63d9（或[Ar]3d9）
（2）1s22s22p63s23p63d3或[Ar]3d3
（3）1s22s22p3 1
（4）1s22s22p63s23p2（或[Ne]3s23p2）
（5）1s22s22p1或[Ne]2s22p1
（6）1s22s22p63s23p63d104s24p1或[Ar]3d104s24p1
（7）1s22s22p63s23p63d10或[Ar]3d10
探源：
该高考题组源于教材RJ选修3P12“学与问”，考查的是核外电子排布式的书写。
对应学生用书P258
[诊断性题组]
1．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处于半充满状态，结构稳定，失去一个电子吸收的能量多。
答案 B
2．（2016·昆明模拟）下列各组表述中，两个原子不属于同种元素原子的是（ ）
A．3p能级有一个空轨道的基态原子和核外电子的排布式为1s22s22p63s23p2的原子
B．2p能级无空轨道，且有一个未成对电子的基态原子和原子的最外层电子排布式为2s22p5的原子
C．M层全充满而N层为4s2的原子和核外电子排布式为1s22s22p63s23p64s2的原子
D．最外层电子数是核外电子总数
的原子和最外层电子排布式为4s24p5的原子
解析 A项，3p能级有一个空轨道的基态原子，按洪特规则可得其3p轨道上只能有两个电子，所以两个原子是同种元素的原子；B项，2p能级无空轨道，且有一个未成对电子的基态原子，它的2p能级上只能是5个电子，所以两原子是同种元素的原子；C项，M层全充满而N层为4s2的原子，其M层应为18个电子，而后者的M层上只有8个电子，所以两原子不是同种元素的原子；D项，最外层电子数是核外电子总数的
的原子中，最外层电子数要小于或等于8个电子，且电子总数为5的倍数，所以可得该原子可能是原子序数为5、10、15、20、25、30、35、40，其中满足最外层电子数是核外电子总数的
且符合核外电子排布规则的只能是35号元素，该元素原子的外围电子排布式为4s24p5，所以两原子是同种元素的原子。
答案 C
3．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
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。
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的原子的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。
答案
（1）C或O
（2）Cl K
（3）Fe 1s22s22p63s23p63d64s2或[Ar]3d64s2
（4）Cu 1s22s22p63s23p63d104s1或[Ar]3d104s1
（5）2 2p
『方法归纳』
“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、泡利不相容原理，若违背其一，则电子能量不处于最低状态。
易误警示 在书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
（违反泡利不相容原理）
③
（违反洪特规则）
④
（违反洪特规则）
⑤书写轨道表示式（或电子排布图）时，空轨道不能省略。
如C的轨道排布图表示为
，而不是
。
（2）半充满、全充满状态原子结构稳定
如ns2、np3、np6
Cr：
3d54s1 Mn：
3d54s2
Cu：
3d104s1 Zn：
3d104s2
考点二 原子结构与元素的性质
（考点层次B→共研、理解、整合）
对应学生用书P259
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
每周期第一种元素
每周期最后一种元素
原子
序数
基态原子的
电子排布式
原子
序数
基态原子的
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
1s22s22p63s23p6
3d104s24p6
五
5
37
[Kr]5s1
54
1s22s22p63s23p63d10
4s24p64d105s25p6
六
6
55
[Xe]6s1
86
1s22s22p63s23p63d104s24p6
4d104f145s25p65d106s26p6
提醒：
①能层数＝电子层数＝周期数
②价电子数＝主族序数
（2）每族元素的电子排布特点
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
a．根据核外电子排布分区
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族、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（He除外）
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）d1～9ns1～2（除钯外）
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
提醒：
“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提醒：
第二、三、四周期的同周期主族元素，第ⅡA族（ns2np0）和第ⅤA族（ns2np3），因p轨道处于全空或半充满状态，比较稳定，所以其第一电离能大于同周期相邻的第ⅢA族和第ⅥA族元素的，如第一电离能：
Mg＞Al，P＞S。
（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和锂的电负性为1.0作为相对标准，计算得出其他元素的电负性（稀有气体元素未计）。
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，它们既有金属性又有非金属性。
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。
④应用
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。
教材
高考
1．（RJ选修3·P246改编）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原子的核外电子排布式为________；D离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________酸。
答案
（1）Ne Si Mg Cl
（2）1s22s22p63s2（或[Ne]3s2） 1s22s22p63s23p6
（3）三 ⅣA SiO2 弱
2．（溯源题）
（1）（2016·全国卷Ⅲ）砷化镓（GaAs）是优良的半导体材料，可用于制作微型激光器或太阳能电池的材料等。
回答下列问题：
①写出基态As原子的核外电子排布式________。
②根据元素周期律，原子半径Ga________As，第一电离能Ga________As（填“大于”或“小于”）。
（2）[2015·课标Ⅱ，37
（1）]A、B、C、D为原子序数依次增大的四种元素，A2-和B＋具有相同的电子构型；C、D为同周期元素，C核外电子总数是最外层电子数的3倍；D元素最外层有一个未成对电子。
回答下列问题：
四种元素中电负性最大的是________（填元素符号），其中C原子的核外电子排布式为________。
答案
（1）①[Ar]3d104s24p3 ②大于 小于
（2）O 1s22s22p63s23p3（或[Ne]3s23p3）
探源：
本高考题组分别源于教材RJ选修3P18“图1-21元素的第一电离能的周期性变化”及P19“图1-23电负性的周期性变化”，分别考查了元素第一电离能和电负性的周期性变化及ⅤA族元素第一电离能的特殊性。
对应学生用书P260
[拓展性题性]
题组一 元素的电离能与电负性及元素推断
1．（2016·沈阳调研）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原子的价电子排布式为__________________，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）铬原子的价电子排布式为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或[Ar]4s2
2．下列关于元素第一电离能的说法不正确的是（ ）
A．钾元素的第一电离能小于钠元素的第一电离能，故钾的活泼性强于钠
B．因同周期元素的原子半径从左到右逐渐减小，故第一电离能必依次增大
C．最外层电子排布为ns2np6（当只有K层时为1s2）的原子，第一电离能较大
D．对于同一元素而言，原子的电离能I1＜I2＜I3……
解析 第一电离能越小，表明该元素原子越易失去电子，活泼性越强，A项正确；同周期元素的原子半径从左到右逐渐减小，第一电离能一般来说依次增大，但有反常，如第一电离能：
N＞O、Mg＞Al，B项错误；C项所述元素为零族元素，性质稳定，第一电离能都较大。
答案 B
3．如图：
元素
符号
Li
Be
B
C
O
F
Na
Al
Si
P
S
Cl
电负性
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）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，它们都具有两性，其中Be（OH）2显示这种性质的离子方程式是_____________。
（2）通过分析电负性变化规律，确定Mg元素电负性的最小范围________。
（3）请归纳元素的电负性和金属、非金属的关系是__________________________。
（4）从电负性角度，判断AlCl3是离子化合物还是共价化合物？
请说出理由，并设计一个实验方案证明上述所得结论。
_________________。
答案
（1）Be（OH）2＋2H＋===Be2＋＋2H2O，Be（OH）2＋2OH-===BeO
＋2H2O
（2）0.93～1.57
（3）元素的非金属性越强，电负性越大；元素的金属性越强，电负性越小
（4）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。
将氯化铝加热到熔融态，进行导电性实验，如果不导电，说明是共价化合物
『思维建模』
题组二 原子结构与元素性质的综合应用
4．（2016·天水模拟）现有三种元素的基态原子的电子排布式如下：
①1s22s22p63s23p4；②1s22s22p63s23p3；③1s22s22p5。
则下列有关比较中正确的是（ ）
A．最高正化合价：
③＞②＞①
B．原子半径：
③＞②＞①
C．电负性：
③＞②＞①
D．第一电子能：
③＞②＞①
解析 根据核外电子排布可知①是S，②是P，③是F。
F无最高正价，A错误；同周期自左向右原子半径逐渐减小，同主族自上而下原子半径逐渐增大，则原子半径：
②＞①＞③，B错误；非金属性越强，电负性越大，则电负性：
③＞①＞②，C错误；非金属性越强第一电离能越大，但P的3p轨道电子处于半充满状态，稳定性强，第一电离能强于S，则第一电离能：
③＞②＞①，D正确。
答案 D
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________＜Al＜________（填元素符号）；
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________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
电负性
1.5
2.0
1.5
2.5
3.0
4.0
1.0
元素
Mg
N
Na
O
P
S
Si
电负性
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．AlCl3 D．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Al的第一电离能：
Na＜Al＜Mg。
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ⅠA族。
（2）①将表中数据按照元素周期表的顺序重排，可以看出电负性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Na＜Mg＜Al，同主族Be＞Mg＞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。
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