第一章原子结构

原子结构与性质1.能层、能级与原子轨道能层(n)：在多电子原子中，核外电子的是不同的，按照电子的 差 异将其分成不同能层。通常用K、L、M、N、0、P、Q表示相应的第一、 二、三、四、五、六、七能层，能量依次升高。(2) 能级：同一能层里的电子的 _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：。(3) 原子轨道：表示电子在原子核外的一个空间 。(4) 原子轨道的能量关系有形淋尸电子的原子轨道呈楚形对称机快电子的原子轨道呈圆纺锤(或哑铃)形5能级型个 P能级莎个 各能级上的原子轨道数能级亶个原子轨道f能级圜2个相同能层上原子轨道能量的高低皿 ZnpZndZnt 形状相同的原子轨道能量的高低5能量关系2s3sAl, P S。b. 同族元素：从上至下第一电离能。c. 同种原子：随着电子的逐个失去，阳离子所带的正电荷数越来越多，再 失去电子需克服的电性引力越来越大，消耗的能量越来越大，逐级电离能越来越 大(即I1I2MgA1Si彳飘自测1.判断正误，正确的画“厂，错误的画“X”，并指明错因。(1) p能级能量一定比s能级的能量高。(X)错因：3s能级的能量大于2p能级的能量。(2) 磷元素基态原子的电子排布图为错因：磷元素基态原子的电子排布图中3p能级的排布为：tJk(3)价电子排布为5s25pi的元素位于第五周期第I A族，是s区元素。(X)错因：价电子排布为5s25pi的是第IIIA_族，是p区元素。电子排布式(22Ti)ls22s22p63s23pio违反了能量最低原理。(X)错因：该电子排布式违反了泡利原理。(5) 某些金属及它们的化合物在灼烧时会产生特殊的颜色，是由于电子跃迁时能量以光的形式释放出来。(丿)错因： (6) 主族元素的电负性越大，元素原子的第一电离能一定越大。 (X)错因：氧元素的电负性大于氮元素的电负性，但氧原子的第一电离能小于氮原子的第一电离能。(7) 136号元素中，原子最外层有3个未成对电子的元素为N、P、As。(V)错因： (8) 根据元素周期律，氮与氧、镁与铝相比，都是后者的第一电离能大。 (X)错因：氮的第一电离能大于氧的，镁的第一电离能大于铝的。2教材改编题(据人教选修三P24 T6)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(用元素符号填空)。(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 Ne3s2 1s22s22p63s23p6(3) 三 WA SiO2 弱重难突破考点一原子核外电子排布原理典例1(2018全国卷I )Li是最轻的固体金属，采用Li作为负极材料 的电池具有小而轻、能量密度大等优良性能，得到广泛应用。回答下列问题：下列Li原子电子排布图表示的状态中，能量最低和最高的分别是、(填标号)。化迅因口B,DEfflnDIs 2s 2p 2却 2j)jIs 2s 2pf 2pr 2屯C.囚旦口d.EULE口Is 2s 2卩丈 2py 2p21 s 2s 2h 2pY 2(2) (2017全国卷II)氮原子价层电子的轨道表达式(电子排布图)为。(3) (2016全国卷II)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。解析 (1)根据核外电子排布规律可知 Li 的基态原子核外电子排布式为1s22s1 ,则D中能量最低；C中有2个电子处于2p能级上，能量最高。(2)氮原子的核外电子排布式为1s22s22p3 ,所以价层电子的轨道表达式(电子Jl1t排布图)为 h 。(3) 镍是28号元素依据构造原理、泡利原理、洪特规则及特例，可得镍元素基态原子排布式为：1s22s22p63s23p63d84s2o 答案 (1)D C(3) 1s22s22p63s23p63d84s2 或Ar3d84s2 2名师精讲(1) 核外电子排布的表示方法表示方法含义举例核外电子排布式表示每个能级上 排布的电子数S: Is 2s2 2p6 3s_ 3p4 或 CNe3sE 3p4S2_ :ls-2ss2pB3s23pfi电子排布图(轨道表示每个原子 轨道中电子的 运动状态f J1fIs 2s 2p价层电子排布弍或排布图表示价层电子的排布在写基态原子的电子排布图时，常出现以下错误：(3)半充满、全充满状态的原子结构稳定。(2) 原子核外电子排布符合构造原理、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。如 Cr：3d54s1、Cu：3d104s1。(4)当出现 d 轨道时，虽然电子按 ns、(n1)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。(5)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。(6)书写轨道表示式时， 空轨道不能省略。如 C 的轨道表示式为0对点精练1.图中所发生的现象与电子的跃迁无关的是()平面镜成像D燃放烟火霓虹灯B燃烧蜡烛C答案 D解析 燃放烟火、霓虹灯、燃烧蜡烛等获得的光能都是电子跃迁时能量以光的形式释放出来导致的，而平面镜成像则是光线反射的结果。2 . (1)(2016全国卷III)写出基态 As原子的核外电子排布式(2)(2016江苏高考)Zn2+基态核外电子排布式为。(2015福建高考)基态Ni原子的电子排布式为，该元素位于元素周期表中的第族。(2015安徽高考)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。(5) (浙江高考)3Ga基态原子的核外电子排布式是。(6) (全国卷I)基态Fe原子有个未成对电子，Fe3+的电子排布式为。可用硫氰化钾检验Fe3+,形成的配合物的颜色为。答案 (1)1s22s22p63s23p63d104s24p3(或Ar3d104s24p3) (2)1s22s22p63s23p63d10( 或 Ar3d10)(3) ls22s22p63s23p63d84s2 (或Ar3d84s2) W(4) 1s22s22p31(5) 1s22s22p63s23p63d104s24p1 (或Ar3d104s24p1)(6) 4 1s22s22p63s23p63d5(或Ar3d5)血红色解析 (1)根据构造原理即可写出 As 的电子排布式Zn2 +核外有28个电子，电子排布式为1s22s22p63s23p63d10。(3) Ni是28号元素，位于元素周期表的第四周期W族，基态Ni原子的电子 排布式为 1s22s22p63s23p63d84s2。(4) N为7号元素，故基态原子核外电子排布式为1s22s22p3，铜基态原子核 外价电子排布式为 3d104s1 ，故基态原子最外层有1个电子。tl1*t4*(6)基态铁原子的 价电子排布式为 3d64s2,3d 能级轨道示意图为 有4个未成对电子Fe3 +的电子排布式为1s22s22p63s23p63d5，Fe(SCN)3溶液呈血红色。3. (1)(2018青岛市一模)在现代化学中，常利用上的特征谱线来鉴定元素，称为光谱分析。 写出Cu2+的外围电子排布式。(2) (2018太原市一模)基态Fe3+的价电子排布式为： 。(3) (2018石家庄市质检一)基态Cu原子的价层电子的轨道表达式为，其核外电子共占据个能级。(2018广东省二模)原子序数小于36的元素Q和T,在周期表中既位于同 一周期又位于同一族，且T的原子序数比Q多2。T的基态原子的外围电子(价电子)排布式为, Q2+的未成对电子数是答案(1)原子光谱3d9 (2)3d5解析 Cu是29号元素，电子排布式为：Ar3d104s1 , Cu2 +的外围电子排布式为 3d9。(2) 铁元素是 26 号元素，铁原子核外有 26 个电子，根据构造原理知其基态原子核外电子排布方式，铁原子失去 3 个电子变为铁离子，铁离子核外有 23 个 电子，3d电子为其价电子，铁离子3d能级上有5个电子，4s能级上没有电子， 所以其价电子排布式为：3d5。(3) Cu 元素为 29 号元素，原子核外有 29 个电子，所以核外电子排布式为 4s 1s22s22p63s23p63d104s1，价层电子的轨道表达式为，其核外电子共占据7个能级。(4) Q、T位于同一周期的同一族，且T的原子序数比Q多2,则断定Q、T位于第四周期第训族Q为Fe T为Ni Ni的基态原子的价电子排布式为3d84s2，Fe2+的3d轨道有6个电子，电子排布图为1 *1AAA所以未成对电子数为 4。考点二 原子结构与元素的性质典例2 (1)(2017全国卷II)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(E)。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9氮元素的 E1 呈现异常的原因是(2)(2016全国卷I )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。解析 (2)元素的非金属性越强，原子吸引电子能力越强，元素的电负性越大。答案 (1)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(2)OGeZn名师精讲(1) 电离能的应用判断元素的化合价如果某元素的I +11，则该元素的常见化合价为+n，如钠元素厶I所 n 1n2 1以钠元素的化合价为+1。(2) 电负性的应用 确定元素类型(电负性1.8，一般为非金属元素；电负性1.8，一般为金属 元素 )。 确定化学键类型(一般来说，两成键元素电负性差值1.7，为离子键；两 成键元素电负性差值1.7，为共价键)。 判断化合物中元素价态正、负(电负性大的元素呈现负价，电负性小的元 素呈现正价)。 判断元素金属性和非金属性的强弱。(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。元素第一电离能变化的反常情况：IIA族和V A族元素的 第一电离能分别比同周期相邻元素的第一电离能都高。IZ对点梢练4. (1)元素C、N、0、K的电负性从大到小依次为。(2)CH4中共用电子对偏向C, SiH4中共用电子对偏向H,则C、Si、H三种 元素的电负性由大到小的顺序为。答案 (1)ONCK (2)CHSi解析(1)第二周期从左到右依次为C、N、0 ,电负性逐渐增大，K位于第 四周期最左边，所以电负性最小。(2) 共用电子对偏向电负性大的原子，所以C的电负性大于H的电负性，Si 的电负性小于 H 的电负性。5. (1)(2018广东省二模)铜元素在周期表中的位置是,Cu(NH3)4SO4中，N、0、S三种元素的第一电离能由大到小的顺序为。(2) (2018石家庄市质检一)甲醇可以在铜作催化剂的条件下直接氧化成甲醛(HCH0)；甲醇和甲醛的组成元素的电负性由小到大的顺序为。(3) (2018青岛市一模)第四周期过渡元素如铁、锰、铜、锌等在太阳能电池、磁性材料等科技方面有广泛的应用，回答下列问题：比较铁与锰的第三电离能(13)： 铁锰(填“”“二”或“V”)，原因是。答案(1)第四周期IB族 N0S(2) H、 C、 0(3) Y,下列说法错误的是（）A. X的原子序数一定大于YB. 第一电离能Y 一定小于XC. X和Y在形成化合物时，X显负价、Y显正价D. 气态氢化物的稳定性：HX大于HYmn答案 B解析 由电负性大小可知X在Y的右边，A、C、D均正确；如果Y、X分 别是VA、WA族，因为第VA族最外层p能级半充满，所以Y的第一电离能大 于 X， B 错误。5. （2018福州模拟）微粒M和N,肯定属于同族元素且化学性质相似的是 （）A.原子核外电子排布式：M为1s22s2, N为1s2B. 结构示意图：C. M原子基态2p轨道上有一对成对电子，N原子基态3p轨道上有一对成 对电子D. M原子基态2p轨道上有1个未成对电子，N原子基态3p轨道上有1个 未成对电子答案 C解析A项，M为Be，N为He ,两者不属于同族，错误；B项，前者属于 原子，后者属于离子，性质不相似，错误；C项，推断出M为O，N为S，属于 同主族，性质具有相似性，正确；D项，有可能M为B、F，N为Al、Cl，不一 定属于同一主族，错误。6.下列说法中正确的是（）A. 任何一个能层最多只有s、p、d、f四个能级B. 用n表示能层序数，则每一能层最多容纳电子数为2n2C. 核外电子运动的概率分布图（电子云）就是原子轨道D. 电子的运动状态只可从能层、能级、轨道3个方面进行描述答案 B解析 在多电子原子中，同一能层的电子能量也不同，还可以把它们分成能 级，随着能层数的增大，能级逐渐增多，能级分为s、p、d、f等，A错误；多 电子的原子核外电子的能量是不同的，按电子的能量差异，可将核外电子分成不 同的能层，用 n 表示能层序数，则每一能层最多容纳电子数为 2n2， B 正确；电 子云就是用小黑点疏密来表示空间电子出现概率密度大小的一种图形，电子在原 子核外的一个空间运动状态称为一个原子轨道，核外电子运动的概率密度分布图 (电子云)并不完全等同于原子轨道， C 错误；电子的运动状态可从能层、能级、 轨道、自旋方向 4 个方面进行描述， D 错误。7下列说法错误的是()A. ns电子的能量不一定高于(nl)p电子的能量B. 6C的电子排布式1s22s22p2违反了洪特规则 6xC. 电子排布式(21Sc)1s22s22p63s23p63d3违反了构造原理D. 电子排布式(22 Ti)1s22s22p63s23pio违反了泡利原理答案 A解析ns电子的能量一定高于(n - 1)p电子的能量，A错误；对于C原子来 说， 2p 能级有 3 个能量相同的原子轨道，最后 2 个电子应以自旋状态相同的方 式分布在两个不同的 2p 轨道上，违反了洪特规则， B 正确；根据轨道能量高低 顺序可知E NPS， A正确；原子半径：PSNF，B错误；电负性：FNSP，C错误；F无正价， D 错误。11. (2018济南模拟)下列各组表述中，两个原子不属于同种元素原子的是 ()A3p 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B2p 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CM 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5的原子和最外层电子排布式为4s24p5的 原子答案 C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1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1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。12. (2018东北育才模拟)已知X、Y是主族元素，I为电离能，单位是kJ.mol 1。请根据下表数据判断，错误的是()-*1 =1元糸I1I2I3I4X500460069009500Y5801800270011600A. 元素X的常见化合价是+1价B. 元素Y是IIIA族元素C. 元素X与氯形成化合物时，化学式可能是XClD. 若元素Y处于第三周期，它可与冷水剧烈反应 答案 D解析 X为第I A族元素，Y为第IIIA族元素；D项，若元素Y处于第三周 期，则Y为Al , Al不与冷水反应。二、非选择题(共28 分)13. (9分)现有七种元素，其中A、B、C、D、E为短周期主族元素，F、G 为第四周期元素，它们的原子序数依次增大。请根据下列相关信息，回答问题。(1) 已知ba5为离子化合物，写出其电子式：。(2) B 元素基态原子中能量最高的电子，其电子云在空间有个方向，原子轨道呈形。(3) 某同学根据上述信息，推断C基态原子的核外电子排布图为Is 2f?2 p 3sEl ffl I仃Q，该同学所画的电子排布图违背了。(4) G 位于第族区， 该元素的核外电子排布式为(5) 检验 F 元素的方法是，请用原子结构的知识解释产生此现象的原因： H： N : H 厂:H_答案T(2)3 哑铃(或纺锤)(3)泡利原理(4) WB d1s22s22p63s23p63d54s2 或Ar3d54s2(5) 焰色反应当基态原子的电子吸收能量后，电子会跃迁到较高能级，变成激发态原子。电子从较高能量的激发态跃迁到较低能量的激发态或基态时， 将以光的形式释放能量解析 由题给信息可知元素 A、B、C、D、E、F、G 分别为 H、N、Mg、P、 Cl、K、Mn。(1) 离子化合物nh5为氢化铵。(2) 氮原子的基态原子能量最高的电子为p电子，p电子云有3个方向，原子 轨道呈哑铃形或纺锤形。(3) 题图中3s轨道的两个电子自旋状态相同，违背了泡利原理。14. (9分)X、Y、Z、M、R、Q为元素周期表中前四周期元素，且原子序数 之和为105。Y是良好的半导体材料，晶体Y结构与金刚石类似；Z原子价电子 层的p轨道半充满，核外电子总数是最外层电子数的3倍；X+与M-相差一个电 子层；M原子得到一个电子后3p轨道全充满；R有“生物金属”之称，R4+离子 和氩原子的核外电子排布相同。请填写下列空白：(1) 六种元素中电负性最大的是(填元素符号);其中Q的基态原子核外电子排布式为;化合物XM的电子式为。(2) X、Y、Z、M 的第一电离能由小到大的顺序是(填元素符号)。(3) Q元素可形成两种常见的离子Q2+与Q3+,其中化学性质较稳定的是(填离子符号)，其原因是。(4) 与R位于同周期的元素中，基态原子的电子排布中4s轨道上只有1个电子的元素有(填元素名称)。答案(1)Cl 1s22s22p63s23p63d64s2( 或 Ar3d64s2)Na +.xCl卜(2)NavSivPvCl (3)Fe3 + Fe3 +的 3d 轨道填充了 5 个电子，为 半充满状态(4)钾、铬、铜解析 Y为硅；Z的价电子层的p轨道半充满，说明为ns2np3结构，为第VA 族元素，核外电子总数为15，为磷元素；M为氯元素；X +与Cl-相差一个电子 层，则X为Na ； R为22号元素钛；Q为26号元素铁。(1) 电负性最大，即非金属性最强，为Cl元素。Q为26号元素铁，核外电子 排布式为Ar3d64s2 , NaCl为离子化合物，电子式写成阴、阳离子形式。(2) Na、Si、P、Cl处于同一周期，随原子序数递增，第一电离能逐渐增大。Fe3 +的3d轨道处于半充满状态，比Fe2 +稳定。(4)第四周期中，最外层电子排布为4s1的有K、Cr、Cu。15. (10分)已知：A.第一电离能I是指气态原子X处于基态时，失去一个 电子转化为气态基态正离子所需的最低能量。下图是部分元素原子的第一电 离能I1随原子序数的变化曲线图(其中12号至17号元素的有关数据缺失)。F0Bt500()2y b Li第一电离能/kJ * mnF125Oot目尸2(m1500II1000-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：根据信息回答下列问题：(1) 认真分析A图中同周期元素第一电离能的变化规律，推断NaAr元素中， Al 的第一电离能的大小范围为AlNa，同主族中 电负性Mg Be，最小范围应为0.93 1.57。(6) 因电负性可以用来衡量原子吸引电子能力的大小，所以电负性越大，原 子吸引电子的能力越强，非金属性越强，反之金属性越强。