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选修三物修三物质结构与性构与性质第第1 1节原子原子结构与性构与性质考纲要求: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136号元素原子核外电子、价电子的电子排布式和电子排布图。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。考点一考点二基础梳理考点突破原子核外电子的排布及其表示方法1.能层、能级与原子轨道(1)能层。根据多电子原子的核外电子的能量不同,将核外电子分成不同的能层,用n表示,n=1,2,3,4,n越大,该能层中的电子能量越高。原子核外的每一能层(序号为n)最多可容纳的电子数为2n2。(2)能级。多电子原子中,同一能层的电子,能量也可能不同,还可以把它们分成能级;同一能层里,能级的能量按s、p、d、f的顺序升高。考点一考点二基础梳理考点突破(3)原子轨道的形状和能量高低。考点一考点二基础梳理考点突破2.原子核外电子排布规律(1)能量最低原理: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。构造原理即基态原子核外电子进入原子轨道的顺序。示意图如下:考点一考点二基础梳理考点突破(2)泡利原理:1个原子轨道里最多容纳2个电子,且它们的自旋状态相反。(3)洪特规则: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。洪特规则的特例: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的基态原子电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s1,而不是1s22s22p63s23p63d44s2。3.原子结构示意图:11Na的原子结构示意图为 。表明原子核外各电子层上排布的电子数。考点一考点二基础梳理考点突破4.电子排布式(1)用核外电子分布的能级及各能级上的电子数来表示电子排布的式子。电子排布式中各符号、数字的意义为:(以钾原子为例)(2)电子排布式中的内层电子排布可用相应的稀有气体的元素符号加方括号来表示,以简化电子排布式。例如K的电子排布式可写成Ar4s1。(3)元素的化学性质与价电子关系密切,人们常常只表示出原子的价电子排布。如铁原子3d64s2。考点一考点二基础梳理考点突破考点一考点二基础梳理考点突破(3)原子状态与原子光谱。原子的状态。基态原子:处于最低能量的原子。激发态原子: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。基态、激发态及光谱示意图。考点一考点二基础梳理考点突破考点一考点二基础梳理考点突破1.核外电子的排布规律(1)遵守三大基本原理:能量最低原理、泡利原理、洪特规则。(2)能级交错现象:核外电子的能量并不是完全按能层序数的增加而升高,不同能层的能级之间的能量高低有交错现象,如E(3d)E(4s)、E(4d)E(5s)、E(5d)E(6s)、E(6d)E(7s)、E(4f)E(5p)、E(4f)E(6s)等。(3)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29Cu的基态原子电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s1,而不是1s22s22p63s23p63d94s2。考点一考点二基础梳理考点突破考点一考点二基础梳理考点突破考点一考点二基础梳理考点突破例1(1)化学作为一门基础自然科学,在材料科学、生命科学、能源科学等诸多领域发挥着重要作用。高温超导材料钇钡铜氧的化学式为YBaCu3O7,其中的Cu以罕见的Cu3+形式存在。Cu在元素周期表中的位置为,基态Cu3+的核外电子排布式为。磁性材料在生活和科学技术中应用广泛。研究表明,若构成化合物的阳离子有未成对电子时,则该化合物具有磁性。下列物质适合作录音磁带磁粉原料的为(填选项字母)。A.V2O5B.CrO2C.PbOD.ZnO考点一考点二基础梳理考点突破(2)(2016河南中原名校仿真模拟联考)物质的结构决定物质的性质。请回答下列涉及物质结构和性质的问题:第二周期中,元素的第一电离能处于B与N之间的元素有种。某元素位于第四周期第族,其基态原子的未成对电子数与基态碳原子的未成对电子数相同,则其基态原子的价层电子排布式为。考点一考点二基础梳理考点突破答案:(1)第四周期第B族1s22s22p63s23p63d8或Ar3d8B(2)33d84s2解析:(1)据元素周期表得,铜在周期表中位于第四周期第B族;铜是29号元素,故Cu3+的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d8或Ar3d8。+4价Cr核外有未成对电子,故有磁性。(2)同一周期元素中,元素的第一电离能随着原子序数的增大而呈增大趋势,但第A族、第A族元素第一电离能大于相邻元素,根据电离能的变化规律,第一电离能介于B、N之间的第二周期元素有Be、C、O三种元素。元素位于第四周期第族,其基态原子的未成对电子数与基态碳原子的未成对电子数相同,基态碳原子的电子排布式为1s22s22p2,未成对电子数为2,则该元素为Ni,其基态原子的价层电子排布式为3d84s2。考点一考点二基础梳理考点突破易错警示(1)出现d轨道时,虽然电子排布按ns、(n-1)d、np的顺序填充,但书写核外电子排布式时,仍把(n-1)d放在ns前,如Ti:1s22s22p63s23p63d24s2正确,Ti:1s22s22p63s23p64s23d2错误。(2)基态原子失电子生成金属阳离子时,应先失去最外层上的电子,如铁原子核外电子排布式为Ar3d64s2,失电子变为Fe2+,失去的不是能量高的3d能级上的电子,而是能量低的4s能级上的电子。所以Fe2+的基态核外电子排布式正确的为Ar3d6,其他Ar3d44s2、Ar3d54s1均错误。考点一考点二基础梳理考点突破跟踪跟踪训练1.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 答案解析解析关闭 答案解析关闭考点一考点二基础梳理考点突破2.(1)(2017河南豫南九校质检)基态14C原子的核外存在对自旋状态相反的电子,硅原子的电子排布式为。(2)(2017河北衡水中学模拟)基态Si原子中,电子占据的最高能层具有的原子轨道数为,1mol氮气分子中键和键的物质的量之比为;基态钛原子的价电子排布式为。(3)(2017黑龙江实验中学模拟)基态Fe2+的电子排布式为。(4)(2017山西绛州模拟)Fe2+的价层电子排布图(或轨道表示式)是,Cu原子的电子排布式是。考点一考点二基础梳理考点突破答案(1)21s22s22p63s23p2或Ne3s23p2(2)9123d24s2(3)1s22s22p63s23p63d6或Ar3d6考点一考点二基础梳理考点突破解析(1)14C的电子排布式为1s22s22p2,两个s轨道上分别有2个自旋状态相反的电子,根据洪特规则,另两个p电子分占两个2p轨道且电子自旋状态相同;硅原子的电子排布式为1s22s22p63s23p2或Ne3s23p2;(2)硅原子的质子数为14,根据电子排布式,其最高能层为M层,具有的原子轨道数为9;每个氮气分子中有1个键和2个键,N2中键和键的物质的量之比为12;Ti是22号元素,其价电子包括M层d能级与N层s能级上的电子;(3)基态Fe2+的电子排布式为1s22s22p63s23p63d6或Ar3d6;(4)铁的原子序数是26,根据核外电子排布规律知,亚铁离子的价层电子排布图(或轨道表示式)是铜的原子序数是29,则铜的电子排布式是1s22s22p63s23p63d104s1或Ar3d104s1。考点一考点二基础梳理考点突破原子结构与元素周期律1.原子结构与元素周期表的关系考点一考点二基础梳理考点突破提醒:能层数=电子层数=周期序数价电子数=主族序数考点一考点二基础梳理考点突破2.元素周期表的分区(1)根据核外电子排布分区。考点一考点二基础梳理考点突破考点一考点二基础梳理考点突破3.电离能(1)含义: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吸收的能量叫做第一电离能。常用符号I1表示,单位为kJmol-1。(2)电离能的递变规律。同一元素:I1I2”“=”或“”)H-。某储氢材料是短周期金属元素M的氢化物。M的部分电离能如下表所示:M是(填元素符号)。考点一考点二基础梳理考点突破(2)铜原子在基态时,价电子(外围电子)排布式为。已知高温下Cu2O比CuO更稳定,试从核外电子结构变化角度解释:。(3)太阳能电池板材料除单晶硅外,还有铜、铟、镓、硒等化学物质。基态硅原子的电子排布式为。硒为A族元素,与其相邻的元素有砷和溴,则三种元素的电负性由小到大的顺序为(用元素符号表示)。考点一考点二基础梳理考点突破答案:(1)M9LiBHMg(2)3d104s1Cu+的价电子排布式为3d10,Cu+核外电子处于稳定的全充满状态(3)1s22s22p63s23p2AsSeBr解析:(1)氯原子核外有17个电子,基态原子的核外电子层有3层,电子占据的最高能层符号为M,该能层有1个s轨道、3个p轨道、5个d轨道,所以具有的原子轨道数为9。电负性与元素非金属性强弱保持一致,所以氢元素电负性最大,其次是硼元素,锂元素的电负性最小。核外电子排布相同的离子,核电荷数越大,离子半径越小,Li+与H-核外电子排布相同,Li+的核电荷数大,所以半径小。根据M的部分电离能数据,I3出现突变,说明最外层电子数为2;元素有I5,说明核外电子数大于5,所以该元素为Mg。考点一考点二基础梳理考点突破(2)Cu为29号元素,基态铜原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s1,价电子排布式为3d104s1。轨道中电子处于全满、全空、半满时原子最稳定,Cu+的最外层电子排布式为3s23p63d10,而Cu2+的最外层电子排布式为3s23p63d9,价电子排布达到全满时较稳定,所以固态Cu2O稳定性强于CuO。(3)硅是14号元素,根据原子核外电子排布规律可以写出电子排布式为1s22s22p63s23p2。考点一考点二基础梳理考点突破归纳总结(1)“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)主族元素的最高正价(O、F除外)=族序数=8-|最低负价|。(3)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判断电离能的大小。(4)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。考点一考点二基础梳理考点突破跟踪跟踪训练3.A、B、C、D、E、F、G、H是元素周期表前四周期常见的元素,且原子序数依次增大,其相关信息如下表:考点一考点二基础梳理考点突破请用化学用语填空:(1)A元素位于元素周期表第周期族;B和C的第一电离能比较,较大的是;C和F的电负性比较,较小的是。(2)G元素的低价阳离子的结构示意图是,F原子的价电子的电子排布图是,H的基态原子核外电子排布式是。(3)G的高价阳离子的溶液与H单质反应的离子方程式为;与E元素成对角线关系的某元素的最高价氧化物的水化物具有两性,写出该两性物质与D的最高价氧化物的水化物反应的化学方程式:。考点一考点二基础梳理考点突破考点一考点二基础梳理考点突破解析A的原子核外有6种不同运动状态的电子,即核外共有6个电子,A为碳元素。C的基态原子中s电子总数与p电子总数相等,则核外电子排布式为1s22s22p4,C是氧元素。由于A、B、C原子序数依次增大,故B是氮元素。E的基态原子最外层电子排布式为3s23p1,是铝元素。D的原子半径在同周期元素中最大,且D的原子序数比C大比E小,故D是钠元素。F的基态原子的最外层p轨道有两个电子的自旋状态与其他电子的自旋状态相反,说明p轨道上有5个电子,是氯元素。G的基态原子核外有7个能级且能量最高的能级上有6个电子,则其电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2,是铁元素。H是我国使用最早的合金中的最主要元素,是铜元素。考点一考点二基础梳理考点突破4.自然界中存在大量的金属元素,其中钠、镁、铝、铁、铜等在工农业生产中有着广泛的应用。(1)请写出Fe的基态原子核外电子排布式。(2)金属A的原子只有3个电子层,其第一至第四电离能如下:则A原子的价电子排布式为。考点一考点二基础梳理考点突破(3)合成氨工业中,原料气(N2、H2及少量CO、NH3的混合气)在进入合成塔前常用醋酸二氨合铜()溶液来吸收原料气体中的CO(Ac-代表CH3COO-),其反应是:Cu(NH3)2Ac+CO+NH3Cu(NH3)3COAc醋酸羰基三氨合铜()H0C、N、O三种元素的第一电离能由小到大的顺序为。配合物Cu(NH3)3COAc中心原子的配位数为。在一定条件下NH3与CO2能合成尿素CO(NH2)2,尿素中碳原子和氮原子轨道的杂化类型分别为;1mol尿素分子中,键的数目为NA。考点一考点二基础梳理考点突破解析(1)Fe是26号元素,Fe的基态原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2或Ar3d64s2。(2)A原子核外有3个电子层,根据原子核外电子的电离能大小关系可知,第一电离能与第二电离能相对较小,而第三电离能较第二电离能大很多,说明原子最外层只有2个电子,所以其价电子排布式为3s2。答案:(1)1s22s22p63s23p63d64s2或Ar3d64s2(2)3s2(3)CON4sp2杂化、sp3杂化7考点一考点二基础梳理考点突破(3)C、N、O三种元素是同一周期的元素,一般情况下,原子序数越大,元素的第一电离能越大,而氮元素的原子最外层电子处于半满状态为稳定状态,失去电子比O还难,所以三种元素的第一电离能由小到大的顺序为COGeZn解析:(1)Ge是第四周期A族元素,是32号元素,电子排布式为Ar3d104s24p2,2个4p电子分别位于2个不同轨道上,有2个未成对电子。(2)元素的非金属性越强,吸引电子能力就越强,则电负性越大,电负性由大到小的顺序为OGeZn。2134652.(2016课标全国,节选)东晋华阳国志南中志卷四中已有关于白铜的记载,云南镍白铜(铜镍合金)闻名中外,曾主要用于造币,亦可用于制作仿银饰品。回答下列问题:(1)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。(2)单质铜及镍都是由键形成的晶体;元素铜与镍的第二电离能分别为ICu=1958kJmol-1、INi=1753kJmol-1,ICuINi的原因是。答案:(1)1s22s22p63s23p63d84s2或Ar3d84s22(2)金属铜失去的是全充满的3d10电子,镍失去的是4s1电子213465解析:(1)镍为28号元素,其基态原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d84s2或Ar3d84s2,3d能级上的电子排布图为,故3d能级上未成对电子数为2。(2)金属晶体中金属阳离子和自由电子以金属键结合。Ni、Cu的外围电子排布式分别为3d84s2、3d104s1,二者的第二电离能是:Cu失去的是全充满的3d10上的1个电子,而镍失去的是4s1上的1个电子。4312653.(2016课标全国,节选)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)写出基态砷原子的核外电子排布式。(2)根据元素周期律,原子半径GaAs,第一电离能GaAs(填“大于”或“小于”)。答案:(1)1s22s22p63s23p63d104s24p3或Ar3d104s24p3(2)大于小于解析:(1)As的原子序数是33,则基态砷原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p3或Ar3d104s24p3。(2)Ga和As位于同一周期,同周期主族元素从左向右原子半径逐渐减小,则原子半径GaAs;由于As的4p能级处于半充满状态,稳定性强,因此第一电离能GaAs。4312654.处于一定空间运动状态的电子在原子核外出现的概率密度分布可用形象化描述。在基态14C原子中,核外存在对自旋相反的电子。答案:电子云2解析:核外电子出现的概率密度可以用电子云表示;根据14C的核外电子排布式1s22s22p2,可知1s22s2上存在2对自旋相反的电子。6531245.钒在元素周期表中的位置为,其价层电子排布图为。6531246.(2017课标全国)我国科学家最近成功合成了世界上首个五氮阴离子盐(N5)6(H3O)3(NH4)4Cl(用R代表)。回答下列问题:(1)氮原子价层电子的轨道表达式(电子排布图)为。(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(a)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。图(a)653124(3)经X射线衍射测得化合物R的晶体结构,其局部结构如图(b)所示。从结构角度分析,R中两种阳离子的相同之处为,不同之处为。(填标号)A.中心原子的杂化轨道类型B.中心原子的价层电子对数C.立体结构D.共价键类型图(b)653124图(b)中虚线代表氢键,其表示式为()NHCl、。(4)R的晶体密度为dgcm-3,其立方晶胞参数为anm,晶胞中含有y个(N5)6(H3O)3(NH4)4Cl单元,该单元的相对质量为M,则y的计算表达式为。653124653124653124
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