2021-2022年高中化学 专题2 原子结构与元素的性质整合提升 苏教版选修3

2021-2022年高中化学 专题2 原子结构与元素的性质整合提升 苏教版选修3

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一、原子的构成

⎪⎪⎪

⎩⎪⎪⎪⎨⎧⎪⎩⎪⎨⎧-18361008.1)(007.1)X(A Z 单位负电荷，相对质量

个，每一个电子带一个核外电子：个，不带电，相对质量中子： 单位正电荷，相对质量个，每一个质子带一个质子：原子核原子Z Z A Z 二、构成原子的粒子及其性质 构成原子的粒子

电子

原子核 质子

中子

电性和电量

1个电子带1个单位负电荷

一个质子带1个单位正电荷 不显电性 质量/kg 9.109×10-31 1.63×10-27 1.675×10-27 相对质量①

1/1 836②

1.007

1.008

①是指12C 原子（原子核内有6个中子的碳原子）质量的1[]12（1.661×10-27 kg ）作标准，其他原子的质量跟它相比较所得的数值。

②是电子质量与质子或中子质量之比。

原子不显电性，因此，核电荷数（Z）=核内质子数=核外电子数。

质量数（A）=质子数（Z）+中子数（N）

三、原子核外电子的运动特征

1.核外电子运动的量子化特征——玻尔理论

中心意思有以下两点：

（1）核外电子运动取一定的轨道。在此轨道上运动的电子不放出能量也不吸收能量。这就能解释原子可以稳定存在的问题。

（2）在一定轨道上运动的电子有一定的能量，这能量只能取某些由量子化条件决定的正整数值。玻尔把量子条件引入原子结构中，得到了核外电子运动的能量是量子化的结论。

2.（1）在经典力学中能量、角动量等物理量是连续变化的。在微观世界中，核外电子运动的能量是不连续的，分为不同的等级。

（2）在经典力学中，质点的运动状态可以同时有确定的坐标和动量（或速度），质点的运动状态可用位置和动量（速度）来描述。在量子力学中，微观粒子具有波粒二象性。不能同时有确定的位置和动量，仅用位置坐标和动量来描述电子的空间运动状态是不够恰当的。在描述核外电子的运动时只能指出它在原子核外空间某处出现机会的多少。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，人们形象地把它叫做“电子云”。电子云密度较大的地方，表明电子在核外空间单位体积内出现的机会多；电子云密度小的地方，表明电子在核外空间单位体积内出现的机会少。电子云实际上

是用统计的方法对核外电子运动规律所做的一种描述。

3.原子轨道与电子填充顺序

描述多电子原子核外电子的运动状态，需要知道不同电子层上轨道的数目和电子在原子轨道上填充的顺序。

下表各电子层包含的原子轨道数目和可容纳的电子数

电子层原子轨道类型原子轨道数目可容纳电子数

11s12

22s,2p48

33s,3p,3d918

44s,4p,4d,4f1632

n—n22n2

多电子原子中，电子填充原子轨道时，原子轨道能量的高低存在如下规律：

①相同电子层上原子轨道能量的高低：n s

②形状相同的原子轨道能量的高低：1s<2s<3s<4s…

③电子层和形状相同的原子轨道的能量相等，如2p

x 、2p

y

、2p

z

轨道的能量相等。

4.电子的自旋运动

核外电子的自旋可以有两种不同状态，用向上箭头“↑”和向下箭头“↓”表示，电子在填充时总是先自旋方向相同。利用电子的自旋可以解释一些物质的结构。

四、基态原子的核外电子排布

1.泡利原理

一个原子轨道中最多只能容纳两个电子，并且这两个电子的自旋方向必须相反；或者说，一个原子中不会存在四个量子数完全相同的电子。

2.能量最低原则

电子在核外的分布，应使该原子体系所处的能量状态最低。

3.洪特规则

电子在等价轨道（即n和l相同的轨道）中分布时，应尽量分别占据不同的轨道，且保持自旋平行。

五、核外电子排布与元素周期表

核外电子排布和周期表的关系：周期表有7个横行，表示7个周期；18个纵行。从左到右，各主、副族元素的排列顺序已在元素的分区示意图中反映出来。通常把周期表的各副族元素和第Ⅷ族元素叫过渡元素。除零族外，周期表共有三大部分：主族元素，在表中左右两端。过渡元素，在表的中部。镧系、锕系在表中的底部。

说明：（1）元素的电子层数=能级组中最高主量子数=周期数

主族元素原子的价层电子数=该元素在周期表中的族数

（2）当已知元素在周期表中的位置，可以推出它的原子序数或确定其核外电子排布，这种方法须熟练掌握。

六、核外电子排布与原子半径

1.共价半径

同种元素的两个原子以共价单键结合时，其核间距离的一半叫该原子的共价单键半径，简称共价半径。

2.金属半径

金属单质的晶体中，两个相邻金属原子核间距的一半，称为该金属原子的金属半径。

3.范德华半径

在分子晶体中，分子间是以范德华力结合的。例如，稀有气体的晶体中相邻分子核间距离的一半，称为该原子的范德华半径。

4.原子半径（r）的变化规律

（1）同一元素：r(负离子)>r(原子)>r（正离子）

（2）同一周期：随原子序数的增加，原子半径逐渐减小，但长周期中部各元素的原子半径的减小幅度越来越小。

（3）同一主族：随原子序数的增加，半径增大，但副族变化不明显。

七、电离能及其变化规律

1.电离能

气态原子或气态离子失去一个电子所需要的最小能量叫做电离能。常用符号I表示，单位为kJ·mol-1。