高考化学总复习第十一章 《物质结构与性质》选修基础课1原子结构与性质

基础课1 原子结构与性质
能级分布和
号元素原子核外电子、价电子的电子排布式和轨道表示式。

．了解电离能的含义，并能用以说明元素的．了解电子在原子轨道之间的跃迁及其简单．了解电负性的概念，并能用以说明元素的
(对应学生用书P 214) 考点一 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：同一能层里的电子的__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。

完成下表，理解能层(n)、能级及其最多容纳电子数的关系
2．基态原子核外电子排布的三个规律
(1)能量最低原理：电子尽先占有能量低的轨道，然后依次进入能量较__高__的轨道，使整个原子的能量处于最低状态。

即原子的电子排布遵循__构造原理__能使整个原子的能量处于最低状态。

如图为构造原理示意图：
(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。

正误判断，正确的划“√”，错误的划“×”
(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)2p x,2p y,2p z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(×)
3．原子(离子)核外电子排布式(图)的书写
(1)核外电子排布式：按电子排入各能层中各能级的先后顺序，用数字在能级符号右上角标明该能级上排布的电子数的式子。

如Cu：1s22s22p63s23p63d104s1，其简化电子排布式为：__[Ar]3d104s1__。

(2)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。

(3)电子排布图(轨道表示式)：
用方框表示原子轨道，用“↑”或“↓”表示自旋方向不同的电子，按排入各能层中的各能级的先后顺序和在轨道中的排布情况书写。

如：S：__
__。

核外电子排布图能直观地反映出原子的核外电子的自旋情况以及成对电子对数和未成对的单电子数。

Fe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＋26
价层电子的电子排布式为__3d6__。

(1)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。

(2)Fe3＋比Fe2＋稳定的原因是__Fe3＋的3d轨道处于半充满状态，结构更为稳定，能量最低__。

4．基态、激发态及光谱示意图
题组一根据核外电子排布规律正确理解原子的能量状态
1．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：C
2．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
答案：B
“两原理，一规则”的正确理解
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。

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。

题组二核外电子排布的表示方法
3．写出下列原子的价电子排布式及其价电子排布图
____
____
____
(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____________，其基态二价阳离子的电子排布式为____________。

(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____________，其基态一价阳离子的价电子排布式为________________________________________________________________________。

(5)F元素的原子最外层电子排布式为n s n n p n＋1，则n＝____________；原子中能量最高的是____________电子。

答案：(1)C或O(2)Cl K(3)Fe1s22s22p63s23p63d64s2(或[Ar]3d64s2)(4)Cu3d104s1
(5)22p
规避能级交错时的三个易错点
当出现d轨道时发生能级交错现象，3d轨道的能量比4s轨道的能量高，电子排布时先排4s轨道，再排3d轨道，而失电子时却先失去4s轨道上的电子，但在书写电子排布式时仍把3d轨道放在4s轨道前，如Fe：1s22s22p63s23p63d64s2，Fe2＋：1s22s22p63s23p63d6，Fe3＋：1s22s22p63s23p63d5。

考点二原子结构与元素性质
1．原子结构与元素周期表的关系
(1)原子结构与周期的关系：
__电子层数____能层数__
(2)原子结构与族的关系
①主族
总结：①主族序数＝__价电子数__
②0族：He：1s2；其他n s2n p6。

③过渡元素(副族和第Ⅷ族)：(n－1)d1～10n s1～2。

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__C__Si__Ge__O__S__Se__Ti__Ni__；有3个未成对电子的有__N__P__As__V__Co__。

(2)未成对电子数与周期数相等的元素有__H、C、O、P、Fe__。

(3)元素周期表的分区与价电子排布的关系
①元素周期表的分区：
②各区元素的性质及原子外围电子排布特点
而对于过渡元素原子不仅仅是最外电子层，如Fe的价电子层排布式为3d64s2。

③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。

2．原子结构与元素性质的关系
(1)原子半径
①影响因素
⎩⎪
⎨
⎪⎧能层数：能层数越多，原子半径__越大__
核电荷数：核电荷数越大，原子半径__越小__
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含义
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__I__，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应用
a．判断元素金属性的强弱：
电离能越小，金属原子越__容易__失去电子，金属性__越强__；反之越__弱__。

b．判断元素的化合价(I1、I2……表示各级电离能)：
如果某元素的I n＋1≫I n，则该元素的常见化合价为__＋n__。

如钠元素I2≫I1，所以钠原子的最外层电子数为1，其化合价为＋1。

c．判断核外电子的分层排布情况：
多电子原子中，元素的各级电离能逐级增大，当电离能的变化出现突变时，电子层数就可能发生变化。

d．判断原子的核外电子排布特点：
同周期元素从左向右，元素的第一电离能并不是逐渐增大的，当元素的核外电子排布是全空、半充满和全充满状态时，第一电离能就会反常的大。

提醒：第二、三、四周期的同周期主族元素，第ⅡA族(n s2n p0)和第ⅤA族(n s2n p3)，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。

1．为什么一个原子的逐级电离能是逐渐增大的？
提示：随着电子的逐个失去，阳离子所带的正电荷数越来越多，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。

2．为什么镁的第一电离能比铝的大，磷的第一电能比硫的大？
提示：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。

3．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：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。

而电离能的突变变化，说明核外电子是分层排布的。

(3)电负性
①含义：不同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
a．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。

b．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
正误判断，正确的划“√”，错误的划“×”
(1)共价化合物中，成键元素电负性大的表现为负价(√)
(2)电负性越大，非金属性越强，第一电离能也越大(×)
(3)电负性大于1.8的一定为非金属，小于1.8的一定为金属(×)
(4)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(√)
(4)元素性质的对角线规则
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。

题组一原子电子层结构与元素位置的互判
1．(2018·南开附中开学考试)外围电子构型为3d104s1的元素的原子在周期表中应位于()
A．第五周期第ⅠB族B．第五周期第ⅡB族
C．第四周期第ⅦB族D．第四周期第ⅠB族
答案：D
2．根据要求回答下列问题：
(1)①某元素位于第三周期第ⅤA族，其原子的价电子排布式为____________；②某元素位于第四周期第ⅦB族，则其原子的价电子排布式为____________。

(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____________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：(1)①3s23p33d54s2
(2)铬①ⅥB②1s22s22p63s23p63d54s1或[Ar]3d54s1
③4724
④3d54s1⑤d
元素、原子结构、元素位置的推断关系
题组二元素周期律的判断
3．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
4．(2018·太原质检)下列四种元素的基态原子的电子排布式如下：
①1s22s22p63s23p4②1s22s22p63s23p3③1s22s22p3④1s22s22p5
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
5．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
题组三电离能、电负性的判断与应用
6．根据信息回答下列问题：
A．第一电离能I1是指气态原子X(g)处于基态时，失去一个电子成为气态阳离子X＋(g)所需的最低能量。

下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)。

B．不同元素的原子在分子内吸引电子的能力大小可用数值表示，该数值称为电负性。

一般认为：如果两个成键原子间的电负性差值大于1.7，原子之间通常形成离子键；如果两个成键原子间的电负性差值小于1.7，通常形成共价键。

下表是某些元素的电负性值：
几种元素中，Al的第一电离能的大小范围为____________<Al<____________(填元素符号)。

(2)信息A图中第一电离能最小的元素在周期表中的位置是____________周期____________族。

(3)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____________性，其中Be(OH)2显示这种性质的离子方程式是______________________________________________________________________。

(4)通过分析电负性值的变化规律，确定Mg元素的电负性值的最小范围是____________________。

(5)请归纳元素的电负性和金属性、非金属性的关系是________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。

(6)从电负性角度，判断AlCl3是离子化合物还是共价化合物，说出理由并写出判断的方法：________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。

答案：(1)Na Mg(2)第五第ⅠA
(3)两Be(OH)2＋2H＋===Be2＋＋2H2O、Be(OH)2＋2OH－===BeO2－2＋2H2O(4)0.9～1.5
(5)非金属性越强，电负性越大；金属性越强，电负性越小
(6)Al元素和Cl元素的电负性差值为1.5(＜1.7)，所以形成共价键，为共价化合物；判
断方法：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
元素周期表的“七大规律”
(对应学生用书P219)
(一)核外电子排布
1．[2017·全国卷Ⅰ，35(2)]基态K原子中，核外电子占据最高能层的符号是____________，占据该能层电子的电子云轮廓图形状为____________。

答案：(1)N球形
2．[2017·全国卷Ⅱ，35(1)]氮原子价层电子的轨道表示式(电子排布图)为____________。

答案：
3．[2017·全国卷Ⅲ，35(1)]Co基态原子的核外电子排布式为____________，元素Mn 与O中，基态原子核外未成对电子数较多的是____________。

答案：[Ar]3d74s2Mn
4．[2017·江苏卷21A(1)]Fe3＋基态核外电子排布式为____________。

答案：[Ar]3d5或1s22s22p63s23p63d5
5．(2016·全国卷Ⅰ，37)基态Ge原子的核外电子排布式为[Ar]____________，有____________个未成对电子。

答案：3d104s24p2 2
6．(2016·全国卷Ⅱ，37)镍元素基态原子的电子排布式为____________，3d能级上的未成对电子数为____________。

答案：1s22s22p63s23p63d84s2(或[Ar]3d84s2) 2
7．(2016·全国卷Ⅲ，37)写出基态As原子的核外电子排布式________________________________________________________________________。

答案：1s22s22p63s23p63d104s24p3(或[Ar]3d104s24p3)
8．(2016·江苏卷，21)Zn2＋基态核外电子排布式为
________________________________________________________________________。

答案：1s22s22p63s23p63d10(或[Ar]3d10)
9．(2016·四川卷，8)R是第三周期中最活泼的金属元素，则R基态原子的电子排布式为________________________________________________________________________。

答案：1s22s22p63s1
(二)原子结构与元素的性质
1．[2017·全国卷Ⅰ，35(1)]元素K的焰色反应呈紫红色，其中紫色对应的辐射波长为____________nm(填标号)。

A．404.4 B．553.5
C．589.2 D．670.8
E．766.5
答案：A
2．[2017·全国卷Ⅱ，35(2)]元素的基态气态原子得到一个电子形成气态负一价离子时所放出的能量称作第一电子亲和能(E1)。

第二周期部分元素的E1变化趋势如图所示，其中除氮元素外，其他元素的E1自左而右依次增大的原因是___________________________________ ______________________________________________________________________________；
氮元素的E1呈现异常的原因是_________________________________________________
_________________________________________________________________________。

答案：同周期元素随核电荷数依次增大，原子半径逐渐变小，故结合一个电子释放出的能量依次增大N原子的2p轨道为半充满状态，具有额外稳定性，故不易结合一个电子3．[2017·全国卷Ⅲ，35(1)]元素Mn与O中，第一电离能较大的是____________。

答案：O
4．[2017·江苏卷，21A(3)]C、H、O三种元素的电负性由小到大的顺序为____________。

答案：H＜C＜O
5．(2016·全国卷Ⅰ，37)光催化还原CO2制备CH4反应中，带状纳米Zn2GeO4是该反应的良好催化剂。

Zn、Ge、O电负性由大至小的顺序是____________________。

答案：O＞Ge＞Zn
6．(2016·全国卷Ⅱ，37)元素铜与镍的第二电离能分别为：I Cu＝1 958 kJ·mol－1、I Ni＝1 753 kJ·mol－1，I Cu＞I Ni的原因是_____________________________________________________。

答案：铜失去的是全充满的3d10电子，镍失去的是4s1电子。

7．(2016·全国卷Ⅲ，37)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”)。

答案：大于小于
8．(2016·四川卷，8)Cl和S两种元素中电负性大的是____________。

答案：Cl。