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选考部分,选修3 物质结构与性质,第1节 原子结构与元素的性质,-4-,考纲要求:1.了解原子核外电子的排布原理及能级分布,能用电子排布式表示常见元素(136号)原子核外电子、价电子的排布。了解原子核外电子的运动状态。 2.了解元素电离能的含义,并能用以说明元素的某些性质。 3.了解原子核外电子在一定条件下会发生跃迁,了解其简单应用。 4.了解电负性的概念,知道元素的性质与电负性的关系。,-5-,基础梳理,考点突破,原子结构,1.能层、能级和最多容纳电子数之间的关系,-6-,基础梳理,考点突破,-7-,基础梳理,考点突破,2.原子轨道的形状和能量关系,-8-,基础梳理,考点突破,3.原子核外电子排布规律 (1)能量最低原则: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。 基态原子核外电子进入原子轨道的顺序。示意图如下:,-9-,基础梳理,考点突破,(2)泡利不相容原理:一个原子轨道里最多容纳2个电子,并且这两个电子的自旋方向必须相反。 (3)洪特规则:对于基态原子,电子在能量相同的轨道上排布时,将尽可能分占不同的轨道并且自旋方向相同。 洪特规则特例:当能量相同的原子轨道在全充满(p6、d10、f14)、半充满(p3、d5、f7)和全空(p0、d0、f0)状态时,体系的能量较低,原子较稳定。如 24Cr的基态原子电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s1,而不是1s22s22p63s23p63d44s2。,-10-,基础梳理,考点突破,4.基态原子核外电子排布的表示方法,-11-,基础梳理,考点突破,5.原子状态与原子光谱 (1)原子的状态。 基态原子:处于最低能量的原子。 激发态原子:基态原子的电子吸收能量后,从基态跃迁到激发状态的原子。 (2)原子光谱:不同元素的原子发生电子跃迁时会吸收或释放不同的光,用光谱仪记录下来便得到原子光谱。利用原子光谱的特征谱线可以鉴定元素,称为光谱分析。 (3)基态、激发态及光谱示意图。,-12-,基础梳理,考点突破,自主巩固 判断正误,正确的画“”,错误的画“”。 (1)p能级能量一定比s能级的能量高 ( ) (2)铁元素基态原子的电子排布式为1s22s22p63s23p64s23d6( ) (3)Cr的基态原子的简化电子排布式为Ar3d44s2 ( ) (4)基态原子电子能量的高低顺序为E(1s)E(2s)E(2px)E(2py) E(2pz) ( ) (5)电子排布式(22Ti)1s22s22p63s23p10违反了能量最低原则( ) (6)磷元素基态原子的轨道表示式为 ( ) (7)2p和3p轨道形状均为哑铃形,能量也相等 ( ),-13-,基础梳理,考点突破,考查角度一 原子核外电子排布规律 基态原子核外电子排布原则,-14-,基础梳理,考点突破,例1(1)(2014江苏高考)Cu+基态核外电子排布式为Ar3d10(或1s22s22p63s23p63d10)。 (2)(2014全国)基态Fe原子有4个未成对电子,Fe3+的电子排布式为1s22s22p63s23p63d5。 (3)(2014安徽高考)S的基态原子核外有2个未成对电子;Si的基态原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p2。 (4)(2014全国)Cu的价层电子轨道示意图为 。 (5)(2013全国)基态Si原子中,电子占据的最高能层符号为M,该能层具有的原子轨道数为9、电子数为4。,-15-,基础梳理,考点突破,解析:(1)Cu为29号元素,核外电子排布式为Ar3d104s1,Cu+失去4s上面的一个电子,则为Ar3d10; (2)基态铁原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2,所以有4个未成对电子,失去2个4s、1个3d电子形成Fe3+,其电子排布式为1s22s22p63s23p63d5; (3)硫基态原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p4,其中最外层的p轨道上有2个未成对电子,硅基态原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p2;,-16-,基础梳理,考点突破,-17-,基础梳理,考点突破,-18-,基础梳理,考点突破,跟踪训练 1.下列原子或离子的电子排布式或轨道表示式正确的是,违反能量最低原则的是,违反洪特规则的是,违反泡利不相容原理的是。 Ca2+:1s22s22p63s23p6 F-:1s22s23p6 P: Cr:1s22s22p63s23p63d44s2 Fe:1s22s22p63s23p63d64s2 Mg2+:1s22s22p6 C:,-19-,基础梳理,考点突破,2.(2015福州模拟)下列各组原子中,彼此化学性质一定相似的是(C) A.原子核外电子排布式为1s2的X原子与原子核外电子排布式为1s22s2的Y原子 B.原子核外M层上仅有两个电子的X原子与原子核外N层上仅有两个电子的Y原子 C.2p轨道上只有两个电子的X原子与3p轨道上只有两个电子的Y原子 D.最外层都只有一个电子的X、Y原子,答案,解析,-20-,基础梳理,考点突破,考查角度二 原子核外电子排布的表示形式 基态原子核外电子排布的表示方法 (1)电子排布式 用数字在能级符号的右上角标明该能级上排布的电子数,这就是电子排布式,例如K:1s22s22p63s23p64s1。 为了避免电子排布式书写过于烦琐,把内层电子达到稀有气体元素原子结构的部分以相应稀有气体的元素符号 外加方括号表示,例如K:Ar4s1。,(2)轨道表示式 用 或表示原子轨道,和分别表示两种不同自旋方向的电子。每个方框或圆圈代表一个原子轨道,每个箭头代表一个电子,例如O:,-21-,基础梳理,考点突破,答案,解析,-22-,基础梳理,考点突破,归纳总结: 书写电子排布式的方法 第一步:按照能量关系排出轨道; 第二步:根据各轨道数与轨道上容纳的电子数排列,并将空轨道删去; 第三步:按能层的顺序进行整理得出。 以26Fe为例: 第一步:1s2s2p3s3p4s3d4p5s4d5p6s4f5d6p7s5f6d7p 第二步:1s22s22p63s23p64s23d64p5s4d5p6s4f5d6p7s5f6d7p 第三步:1s22s22p63s23p63d64s2,-23-,基础梳理,考点突破,跟踪训练 1.填空题 (1)(2013四川理综)S的基态原子的核外电子排布式为 1s22s22p63s23p4。 (2)(2013福建理综)基态铜原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s1或Ar3d104s1。 (3)(2013浙江理综)基态锗(Ge)原子的电子排布式是1s22s22p63s23p63d104s24p2。 (4)(2013全国)Ni2+的价电子轨道表示式为 。,-24-,基础梳理,考点突破,(5)(2012浙江理综)可正确表示原子轨道的是AC。 A.2s B.2d C.3px D.3f 写出基态镓(Ga)原子的电子排布式:1s22s22p63s23p63d104s24p1。 (6)(2012福建理综)基态Mn2+的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d5。,解析,-25-,基础梳理,考点突破,2.(2015山西模拟)X、Y、Z、M、W是元素周期表中136号元素,且原子序数依次增大,X、Y、Z三种元素的质子数之和为21,且这三种元素的基态原子的能层相同,Y元素基态原子的2p轨道为半充满状态,元素X和Z的基态原子的核外电子均有2个单电子,M为元素周期表136号元素中电负性最小的元素,W元素基态原子的价电子构型为3d74s2。 请回答下列问题: (1)X、M的元素符号分别为C、K。,请回答下列问题: (1)X、M的元素符号分别为C、K。 (2)Y原子的基态电子排布图为 。 (3)Z原子中能量最高的能级是2p,其原子轨道呈哑铃形。,-26-,基础梳理,考点突破,(4)M离子的结构示意图为 (5)第4周期过渡元素中与W原子成单电子数相等的元素是V(填写元素符号),其基态原子的简化电子排布式为Ar3d34s2。,解析,-27-,基础梳理,考点突破,原子结构与元素周期表、元素周期律,1.原子结构与元素周期表的关系,-28-,基础梳理,考点突破,注意:能层数=电子层数=周期数 主族元素价电子数=主族序数=该族元素最外层电子数 2.核外电子排布与族之间的关系 (1)主族:,(2)0族:He:1s2;其他:ns2np6 (3)过渡元素(副族和第族):(n-1)d110ns12,-29-,基础梳理,考点突破,3.元素周期表的分区与价电子排布的关系 (1)周期表的分区。,-30-,基础梳理,考点突破,(2)各区外围电子排布特点。,(3)元素的分布:非金属在元素周期表中主要集中在右上角三角区内;处于非金属三角区与金属接近的边缘的元素常被称为半金属或准金属。,-31-,基础梳理,考点突破,4.电离能与电负性 (1)电离能 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。常用符号I1表示,单位为kJmol-1。 规律: 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。但有些元素(如Be、Mg、N、P等)的第一电离能比其右边相邻元素的第一电离能高些,这是因为它们的外层能级中的电子达到了全充满或半充满的稳定状态。 同主族元素:从上到下第一电离能变小。但在同一副族中,自上而下第一电离变化幅度不大且不太规律。,-32-,基础梳理,考点突破,同种原子:随着电子逐个失去,阳离子所带的正电荷数越来越多,再失去电子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。 (2)电负性 含义: 用来描述不同元素的原子对键合电子吸引力的大小。电负性越大的原子,对键合电子的吸引力越大。 标准: 以氟的电负性为4.0作为标准,得出了各元素的电负性。,-33-,基础梳理,考点突破,5.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某些性质相似,如:,-34-,基础梳理,考点突破,自主巩固 现有四种元素的基态原子的电子排布式: 1s22s22p63s23p4 1s22s22p63s23p3 1s22s22p3 1s22s22p5 则下列有关比较中正确的是(A) A.第一电离能: B.原子半径: C.电负性: D.最高正化合价:=,-35-,基础梳理,考点突破,考查角度一 原子结构与元素周期表 (1)核外电子排布与周期的划分 一个能级组最多所能容纳的电子数等于一个周期所包含的元素种类数,因此元素周期表中7个周期分别对应7个能级组,7个周期对应的元素种数分别为2、8、8、18、18、32、32。周期与主量子数n相关,最外层电子的主量子数为n时,该原子所属元素属第n周期。 (2)核外电子排布与族的划分 价电子与外围电子排布 与化学反应有密切联系的电子,称为价电子。价电子一般是最外层原子轨道上的电子,部分元素涉及次外层及倒数第三层上的电子,故将价电子层排布称为外围电子层排布。,-36-,基础梳理,考点突破,核外电子排布与族的划分 族的划分与原子的价电子数目和价电子排布密切相关。 一般说,同族元素的价电子数目相同。主族元素价电子全部排在最外层的ns和np轨道上,主族元素族序数等于最外层电子数(价电子数)。稀有气体除氦元素外,最外层电子排布均为ns2np6。 过渡元素中,BB族,价电子数目仍与族序数相同,价电子排布为(n-1)d68ns2的为族。B与B族则是按ns轨道上的电子数划分的。 (3)元素周期表区的划分 s区元素:A族和A族;p区元素:AA族和0族;d区元素:B族族;ds区元素:包括B族和B族;f区元素:包括镧系元素和锕系元素。,-37-,基础梳理,考点突破,例3在研究原子核外电子排布与元素周期表的关系时,人们发现价电子排布相似的元素集中在一起。据此,人们将元素周期表分为五个区,并以最后填入电子的轨道能级符号作为该区的符号,如图所示。,-38-,基础梳理,考点突破,(1)在s区中,族序数最大、原子序数最小的元素,原子的价电子的电子云形状为球形。 (2)在d区中,族序数最大、原子序数最小的元素,常见离子的电子排布式为Fe2+:1s22s22p63s23p63d6,Fe3+:1s22s22p63s23p63d5,其中较稳定的是Fe3+。 (3)在ds区中,族序数最大、原子序数最小的元素,原子的价电子排布式为3d104s2。 (4)在p区中,第2周期第A族元素原子价电子的轨道表示式为 。 (5)当今常用于核能开发的元素是铀和钚,它们在f区中。,解析,-39-,基础梳理,考点突破,跟踪训练 1.在下列横线上填上适当的元素符号(在自然界中能稳定存在的元素)。 (1)在第3周期中,第一电离能最小的元素是Na,第一电离能最大的元素是Ar。 (2)在元素周期表中,电负性最大的元素是F,电负性最小的元素是Cs。 (3)最活泼的金属元素是Cs。 (4)最活泼的非金属元素是F。 (5)第2、3、4周期原子中p能级半充满的元素是N、P、As。,-40-,基础梳理,考点突破,解析:同周期从左到右,元素的I1呈增大趋势,同周期最左边金属元素I1最小,稀有气体I1最大,故第3周期中I1最小的为Na,最大的为Ar。电负性的递变规律:同周期(0族除外)从左到右逐渐增大,同主族从上到下逐渐减小,故在自然界能稳定存在的元素中,电负性最大的元素是氟,电负性最小的元素为铯。,-41-,基础梳理,考点突破,2.下表为元素周期表前三周期的一部分:,(1)X的氢化物的稳定性与W的氢化物的稳定性比较:NH3PH3(填化学式),原因是氮元素的非金属性(或电负性)比磷强(或者是NH键的键长比PH的短)。 (2)X的基态原子的轨道表示式是(填序号),-42-,基础梳理,考点突破,另一轨道表示式不能作为基态原子的轨道表示式是因为它不符合C。 A.能量最低原理 B.泡利不相容原理 C.洪特规则 (3)以上五种元素中,Ne(填元素符号)元素第一电离能最大。 (4)由以上某种元素与氢元素组成的三角锥形分子E和由以上某种元素组成的直线形分子G反应,生成两种直线形分子L和M(组成E、G、L、M分子的元素原子序数均小于10),反应如图所示,试写出该反应的化学方程式是2NH3+3F2 6HF+N2。,解析,-43-,基础梳理,考点突破,考查角度二 电离能及应用 1.判断元素金属性的强弱 电离能越小,金属越容易失去电子,金属性越强;反之越弱。 2.判断元素的化合价(I1、I2表示各级电离能) 如果某元素的In+1In,则该元素的常见化合价为+n价。如钠元素I2I1,所以钠元素的化合价为+1价。 3.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,有一定的规律性。当电离能的变化出现突变时,电子层数就可能发生变化。 4.反映元素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。,-44-,基础梳理,考点突破,例4(2015河北秦皇岛模拟)下表列出了某短周期元素R的各级电离能数据(用I1、I2表示,单位为kJmol-1)。下列关于元素R的判断中一定正确的是(B),R的最高正价为+3价 R元素位于元素周期表中第A族 R元素第一电离能大于同周期相邻元素 R元素基态原子的电子排布式为1s22s2 A. B. C. D.,答案,解析,-45-,基础梳理,考点突破,误区警示: 利用第一电离能的变化解决问题时的注意事项:同一周期的主族元素从左到右第一电离能呈增大趋势,原因是核电荷数增多,而电子层数不变,原子核对核外电子的吸引力增大;由于第一电离能与原子核外电子排布有关,所以在解答此类题目时注意第一电离能的总体变化趋势与个别元素的反常现象。,-46-,基础梳理,考点突破,跟踪训练 1.(2015陕西模拟)A、B、C、D、E、F为原子序数依次增大的六种元素,其中A、B、C、D、E为短周期元素,F为第4周期元素,F还是前四周期中电负性最小的元素。 已知:A原子的核外电子数与电子层数相等;B元素原子的核外p电子数比s电子数少1个;C原子的第一至第四电离能为I1=738 kJmol-1,I2=1 451 kJmol-1,I3=7 733 kJmol-1,I4=10 540 kJmol-1;D原子核外所有p轨道为全充满或半充满;E元素的族序数与周期序数的差为4。 (1)写出E元素在周期表中的位置:第3周期A族;D元素的原子的核外电子排布式:1s22s22p63s23p3。 (2)某同学根据题目信息和掌握的知识分析C的核外电子排布为 。该同学所画的轨道式违背了能量最低原理。,-47-,基础梳理,考点突破,(3)已知BA5为离子化合物,写出其电子式: (4)DE3中心原子杂化方式为sp3,其空间构型为三角锥形。 2.(2015潍坊昌乐模拟)下表是元素周期表的一部分,表中所列的字母分别代表一种化学元素。试回答下列问题:,-48-,基础梳理,考点突破,(1)元素p为26号元素,请写出其基态原子的电子排布式:1s22s22p63s23p63d64s2。 (2)d与a反应的产物的分子中,中心原子的杂化形式为sp3。 (3)h的单质在空气中燃烧发出耀眼的白光,请用原子结构的知识解释发光的原因:电子从能量较高的轨道跃迁到能量较低的轨道时,以光(子)的形式释放能量。 (4)o、p两元素的部分电离能数据列于下表:,-49-,基础梳理,考点突破,比较两元素的I2、I3可知,气态o2+再失去一个电子比气态p2+再失去一个电子难。对此,你的解释是Mn2+的3d轨道电子排布为半满状态,比较稳定。 (5)第3周期8种元素按单质熔点高低的顺序如图()所示,其中电负性最大的是2(填下图中的序号)。,(),-50-,基础梳理,考点突破,(6)表中所列的某主族元素的电离能情况如图()所示,则该元素是Al(填元素符号)。,(),解析,-51-,基础梳理,考点突破,考查角度三 电负性和电负性的应用,-52-,基础梳理,考点突破,例5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:,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。,-53-,基础梳理,考点突破,(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随着原子序数的递增,元素的电负性呈周期性变化; (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为0.9x1.5; (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 .属于离子化合物的是A; .属于共价化合物的是BCD; 请设计一个实验方案证明上述所得到的结论测定各物质在熔融状态下能否导电,若导电则为离子化合物,反之则为共价化合物。,解析,-54-,基础梳理,考点突破,误区警示: 利用“电负性与2的关系”判断金属性与非金属性只是一般规律,不是绝对的,如Bi、Pb等元素。利用电负性的差值判断化学键类型也不是绝对的。,-55-,基础梳理,考点突破,跟踪训练 1.下列关于电离能和电负性的说法不正确的是(B) A.第一电离能的大小:MgAl B.锗的第一电离能高于碳而电负性低于碳 C.Ni是元素周期表中第28号元素,第2周期基态原子未成对电子数与Ni相同且电负性最小的元素是碳 D.F、K、Fe、Ni四种元素中电负性最大的是F,-56-,基础梳理,考点突破,2.根据信息回答下列问题: 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)。,-57-,基础梳理,考点突破,(1)认真分析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NaAlMg(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5周期A族。,-58-,基础梳理,考点突破,考查角度四 原子结构与元素性质的递变规律,-59-,基础梳理,考点突破,-60-,基础梳理,考点突破,例6下列元素的原子半径依次减小的是( ) A.C、N、O、F B.S、Si、Al、Mg C.B、Be、Mg、Na D.Mg、Na、K、Ca,答案,解析,-61-,基础梳理,考点突破,技巧点拨: 可用“三看”法快速判断简单微粒半径大小: “一看”电子层数:最外层电子数相同时,电子层数越多,半径越大。 “二看”核电荷数:当电子层结构相同时,核电荷数越大,半径越小。 “三看”核外电子数:当电子层数和核电荷数均相同时,核外电子数越多,半径越大。,-62-,基础梳理,考点突破,跟踪训练 1.(2015四川成都模拟)下列有关物质结构和性质的说法中,正确的是(D) A.元素非金属性:ClS的实验依据是酸性:HClH2S B.碳元素的电负性小于氧元素,每个CO2分子中有4个键 C.同周期主族元素的原子形成的简单离子的电子层结构一定相同 D.Na、Mg、Al三种元素,其第一电离能由大到小的顺序为MgAlNa,答案,解析,-63-,基础梳理,考点突破,2.(2015安徽理综)C、N、O、Al、Si、Cu是常见的六种元素。 (1)Si位于元素周期表第3周期第A族。 (2)N的基态原子核外电子排布式为1s22s22p3,Cu的基态原子最外层有1个电子。 (3)用“”或“”填空:,-64-,基础梳理,考点突破,图1,图2,(4)常温下,将除去表面氧化膜的Al、Cu片插入浓硝酸中组成原电池(图1),测得原电池的电流强度(I)随时间(t)的变化如图2所示。反应过程中有红棕色气体产生。,-65-,基础梳理,考点突破,解析:(1)Si是14号元素,位于元素周期表中第3周期第A族。 (2)N是7号元素,基态原子核外电子排布式为1s22s22p3;Cu是29号元素,基态原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s1,故最外层有1个电子。 (3)同一短周期主族元素,原子序数越大,半径越小,故半径:AlSi;同一短周期主族元素,原子序数越大,电负性越大,故电负性:NSiSi键,故熔点:金刚石晶体硅;CH4和SiH4都形成分子晶体,且两者的结构相似,但SiH4的相对分子质量大,故沸点:CH4SiH4。,-66-,基础梳理,考点突破,(4)在0t1时,正极上是 得电子后结合H+生成NO2和H2O;在原电池中,阳离子向正极移动,故H+向正极移动;由于Al与浓硝酸反应后在表面生成了致密的氧化膜阻止了Al的进一步反应,t1时发生Cu与浓硝酸的反应,Cu作负极,原电池中电子流动方向发生了改变。,
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