（全国通用版）2019版高考化学大一轮复习 第十一章 物质结构与性质 第1讲 原子结构与性质学案.doc

第1讲原子结构与性质【2019备考】最新考纲：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轨道表达式。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。考点一原子核外电子排布原理(频数：难度：)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的顺序依次升高，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。原子轨道轨道形状轨道个数s球形1p哑铃形3第一能层(K)，只有s能级；第二能层(L)，有s、p两种能级，p能级上有三个原子轨道px、py、pz，它们具有相同的能量；第三能层(M)，有s、p、d三种能级。能层数电子层数，每个能层所包含的能级数能层序数。2基态原子的核外电子排布(1)能量最低原理：即电子尽可能地先占有能量低的轨道，然后进入能量高的轨道，使整个原子的能量处于最低状态。如图为构造原理示意图，即基态原子核外电子在原子轨道上的排布顺序图：(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。在书写简化的电子排布式时，并不是所有的都是X价电子排布式(注：X代表上一周期稀有气体元素符号)。3基态、激发态及光谱示意图1(RJ选修3P124改编)下列各原子或离子的电子排布式错误的是()AK1s22s22p63s23p6 BF1s22s22p5CS21s22s22p63s23p4 DAr1s22s22p63s23p6答案C2(RJ选修3P127改编)写出第9、17、35号元素原子的电子排布式。答案9号：1s22s22p5或He2s22p517号：1s22s22p63s23p5或Ne3s23p535号：1s22s22p63s23p63d104s24p5或Ar3d104s24p53(溯源题)(1)Co基态原子核外电子排布式为_。(2017课标全国，35节选)(2)Zn2基态核外电子排布式为_。2016江苏化学，21A(1)(3)Cr3基态核外电子排布式为_。2015江苏化学，21A(1)节选(4)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。2015安徽理综，25(2)(5)Si元素基态原子的电子排布式是_。2015四川理综，8(1)答案(1)Ar3d74s2或1s22s22p63s23p63d74s2(2)1s22s22p63s23p63d10或Ar3d10(3)1s22s22p63s23p63d3或Ar3d3(4)1s22s22p31(5)1s22s22p63s23p2或Ne3s23p2探源：该高考题组源于教材RJ选修3 P12“学与问”，考查的是核外电子排布式的书写。题组一电子排布式、排布图的书写与判断1写出下列原子的电子排布式与简化电子排布式原子电子排布式简化电子排布式N1s22s22p3He2s22p3Cl1s22s22p63s23p5Ne3s23p5Ca1s22s22p63s23p64s2Ar4s2Fe1s22s22p63s23p63d64s2Ar3d64s2Cu1s22s22p63s23p63d104s1Ar3d104s1As1s22s22p63s23p63d104s24p3Ar3d104s24p32.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()A1s22s22p63s23p21s22s22p63s23p1B1s22s22p63s23p31s22s22p63s23p2C1s22s22p63s23p41s22s22p63s23p3D1s22s22p63s23p63d104s24p21s22s22p63s23p63d104s24p1解析np3处于半充满状态，结构稳定，失去一个电子吸收的能量多。答案B3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_。解析、不符合能量最低原理；不符合洪特规则。答案【反思归纳】“两原理，一规则”的正确理解(1)原子核外电子排布符合能量最低原理、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。易误警示在写基态原子的电子排布图时，常出现以下错误：(2)半充满、全充满状态的原子结构稳定如ns2、np3、np6；nd5、nd10Cr：3d54s1Mn：3d54s2Cu：3d104s1Zn：3d104s2(3)当出现d轨道时，虽然电子按ns、(n1)d、np的顺序填充，但在书写时，仍把(n1)d放在ns前。题组二规范使用化学用语4按要求填空：(1)质量数为37的氯原子符号为_。(2)S2的结构示意图_。(3)氮原子的电子式_，N2的电子式_，NH的电子式_。(4)磷原子的核外电子排布式_，价电子排布式_，价电子排布图_。(5)按要求用三种化学用语表示基态铁原子和三价铁离子。答案(1)Cl(2)(5)5.A、B、C、D、E、F代表6种元素。请填空：(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_，其基态原子的电子排布式为_；(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_，其基态原子的电子排布式为_。(5)F元素的原子最外层电子排布式为nsnnpn1，则n_；原子中能量最高的是_电子。解析(1)A元素基态原子次外层有2个电子，故次外层为K层，A元素有2个电子层，由题意可写出其电子排布图为：，则该元素核外有6个电子，为碳元素，其元素符号为C，另外氧原子同样也符合要求，其电子排布图为：。(2)B、C的电子层结构都与Ar相同，即核外都有18个电子，则B为17号元素Cl，C为19号元素K。(3)D元素原子失去2个4s电子和1个3d电子后变成3价离子，其原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2即为26号元素铁。(4)根据题意要求，首先写出电子排布式：1s22s22p63s23p63d104s1，该元素为29号元素Cu。(5)s能级只有1个原子轨道，故最多只能容纳2个电子，即n2，所以元素F的原子的最外层电子排布式为2s22p3，由此可知F是N元素；根据核外电子排布的能量最低原理，可知氮原子的核外电子中的2p能级能量最高。答案(1)C或O(2)ClK(3)Fe1s22s22p63s23p63d64s2或Ar3d64s2(4)Cu1s22s22p63s23p63d104s1或Ar3d104s1(5)22p【解题指导】为了书写和学术交流的方便，采用国际统一的符号来表示各个元素。它们有各自不同的侧重点：(1)结构示意图：能直观地反映核内的质子数和核外的电子层数及各层上的电子数。(2)核组成式：如O，侧重于表示原子核的结构，它能告诉我们该原子核内的质子数和核外电子数以及质量数，但不能反映核外电子的排布情况。(3)电子排布式：能直观地反映核外电子的能层、能级和各能级上的电子数，但不能表示原子核的情况，也不能表示各个电子的运动状态。(4)电子排布图：能反映各轨道的能量的高低，各轨道上的电子分布情况及自旋方向。(5)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。考点二原子结构与元素性质(频数：难度：)1原子结构与周期表的关系(1)原子结构与周期表的关系(完成下列表格)周期能层数每周期第一种元素每周期最后一种元素原子序数基态原子的简化电子排布式原子序数基态原子的电子排布式二23He2s1101s22s22p6三311Ne3s1181s22s22p63s23p6四419Ar4s1361s22s22p63s23p63d104s24p6五537Kr5s1541s22s22p63s23p63d104s24p64d105s25p6六655Xe6s1861s22s22p63s23p63d104s24p64d104f145s25p65d106s26p6(2)每族元素的价层电子排布特点主族主族AAAA排布特点ns1ns2ns2np1ns2np2主族AAA排布特点ns2np3ns2np4ns2np50族：He：1s2；其他ns2np6。过渡元素(副族和第族)：(n1)d110ns12。(3)元素周期表的分区根据核外电子排布分区各区元素化学性质及原子最外层电子排布特点分区元素分布外围电子排布元素性质特点s区A族、A族ns12除氢外都是活泼金属元素；通常是最外层电子参与反应p区A族A族、0族ns2np16(He除外)通常是最外层电子参与反应d区B族B族、族(除镧系、锕系外)(n1)d19ns12(除钯外)d轨道可以不同程度地参与化学键的形成ds区B族、B族(n1)d10ns12金属元素f区镧系、锕系(n2)f014(n1)d02ns2镧系元素化学性质相近，锕系元素化学性质相近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。(1)能层数电子层数周期数主族序数价电子数(2)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3元素周期律(1)原子半径影响因素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I1，单位kJmol1。规律a同周期元素：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I1I2CH3OHCO2H2水含氢键比甲醇中多；CO2与H2均为非极性分子，CO2相对分子质量较大，范德华力大(4)离子键、键(5)0.148 0.076真题演练12016全国卷，37(1)基态Ge原子的核外电子排布式为Ar_，有_个未成对电子。答案3d104s24p2222016全国卷，37(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_。答案Ar3d84s2232015江苏，21(A)(1)节选Cr3基态核外电子排布式为_。答案1s22s22p63p23p63d3或Ar3d342015福建理综，31(3)基态Ni原子的电子排布式为_，该元素位于元素周期表中第_族。答案1s22s22p63s23p63d84s2或Ar3d84s252015全国卷，37(1)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262015安徽理综，25(1)(2)(1)Si位于元素周期表第_周期第_族。(2)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。答案(1)三A(2)1s22s22p3172017江苏化学Fe3基态核外电子排布式为_。答案Ar3d5或1s22s22p63s23p63d582014新课标全国卷，37(2)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_。解析基态Fe原子的核外电子排布式为Ar3d64s2，其中3d轨道有4个轨道未充满，含有4个未成对电子。Fe原子失去4s轨道的2个电子和3d轨道的1个电子形成Fe3，则其电子排布式为1s22s22p63s23p63d5或Ar3d5。检验Fe3时，Fe3与SCN形成配合物而使溶液显红色。答案41s22s22p63s23p63d5或Ar3d5红色92016全国卷，37(3)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：ICu1 958 kJmol1、INi1 753 kJmol1，ICuINi的原因是_。答案金属铜失去的是全充满的3d10电子，镍失去的是4s1电子102015福建理综，31(1)CH4和CO2所含的三种元素电负性从小到大的顺序为_。答案H、C、O112014新课标全国卷，37(1)改编在N、O、S中第一电离能最大的是_。答案N揭秘：考查视角主要有：电子排布式、价层电子排布式、价层电子排布图。基态原子电子云形状(主要考查球形和哑铃形)。不同运动状态、能级、能层、轨道数等。第一电离能、电负性大小比较。一、选择题1(2018潍坊模拟)下列说法正确的是()A原子核外电子排布式为1s2的原子与原子核外电子排布式为1s22s2的原子化学性质相似BFe3的最外层电子排布式为3s23p63d5C基态铜原子价电子的轨道表示式：D基态碳原子价电子的轨道表示式：解析核外电子排布式为1s2的原子是He，核外电子排布式为1s22s2的原子为Be，He是稀有气体元素，Be是金属元素，显然化学性质不相似，A项错误；Fe的价电子排布式为3d64s2，Fe失去3个电子变成Fe3时，最外层电子排布式为3s23p63d5，B项正确；基态铜原子价电子的轨道表示式应该为，C项错误；基态碳原子价电子的轨道表示式为，D项错误。答案B2已知下列元素的原子半径原子NSOSi半径(1010 m)0.751.020.741.17根据以上数据，磷原子的半径(1010 m)可能是()A0.80 B1.10C1.20 D0.70解析根据元素周期表的规律，同一周期，由左到右原子半径逐渐减小，同一主族，由上到下原子半径逐渐增大，则磷的半径应比硫的半径大，比硅的半径小，答案选B。答案B3下表中是A、B、C、D、E五种短周期元素的某些性质，下列判断正确的是()元素ABCDE最低化合价42121电负性2.52.53.03.54.0A.C、D、E的氢化物的稳定性：CDEB元素A的原子最外层轨道中无自旋状态相同的电子C元素B、C之间不可能形成化合物D与元素B同周期且第一电离能最小的元素的单质能与H2O发生置换反应解析根据电负性和最低化合价，推知A为C元素、B为S元素、C为Cl元素、D为O元素、E为F元素。A项，C、D、E的氢化物分别为HCl、H2O、HF，稳定性：HFH2OHCl；B项，元素A的原子最外层电子排布式为2s22p2，2p2上的两个电子分占两个原子轨道，且自旋状态相同；C项，S的最外层有6个电子，Cl的最外层有7个电子，它们之间可形成S2Cl2等化合物；D项，Na能与H2O发生置换反应生成NaOH和H2。答案D4下列说法中正确的是()A所有非金属元素都分布在p区B最外层电子数为2的元素都分布在s区C元素周期表中第B族到第B族10个纵行的元素都是金属元素D同一主族元素从上到下，金属性呈周期性变化解析非金属元素中氢在s区，其余非金属元素均分布在p区，A项错误；最外层电子数为2的元素可能在s区(如Mg)、p区(如He)或d区(如Ti、Fe)等，B项错误；同主族元素从上到下，金属性逐渐增强，非金属性逐渐减弱，属递变性质而不是周期性变化，D项错误。答案C5某元素基态原子的价电子排布式为3d54s2，则下列说法不正确的是()A该元素为Mn元素B该元素原子核外有4个能层C该元素原子最外层共有7个电子D该元素属于d区元素答案C6(2017衡水检测)元素的基态原子的核外电子排布式如下：1s22s22p63s23p4；1s22s22p63s23p3；1s22s22p5。则下列有关比较正确的是()A第一电离能：B原子半径：C电负性：D最高正化合价：答案A7原子核外电子填充在6个轨道上的元素有()A1种 B2种C3种 D4种解析此元素可能的排布式为1s22s22p63s1或1s22s22p63s2，所以B正确，选B。答案B8(2017济南一中期末)下列各项叙述中，正确的是()A镁原子由1s22s22p63s21s22s22p63p2时，原子释放能量，由基态转化成激发态B价电子排布为5s25p1的元素位于第五周期第A族，是s区元素C所有原子任一能层的s电子云轮廓图都是球形，但球的半径大小不同D24Cr原子的电子排布式是1s22s22p63s23p63d44s2解析A项镁原子由基态转化为激发态，要吸收能量；价电子排布为5s25p1的元素位于第五周期A族，是p区元素；原子轨道处于全空、全满或半充满状态时，能量最低，故24Cr原子的核外电子排布式应是1s22s22p63s23p63d54s1。答案C9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kJmol1)。I1I2I3I4R7401 5007 70010 500下列关于元素R的判断中一定正确的是()AR的最高正价为3价BR元素位于元素周期表中第A族CR元素的原子最外层共有4个电子DR元素基态原子的电子排布式为1s22s2解析由表示数据I3I2知其最高正价为2价，R元素位于第A族，最外层有2个电子，R不一定是Be元素。答案B10下列表示氮原子结构的化学用语中，对核外电子运动状态描述正确且能据此确定电子的能级的是()答案C二、填空题11有四种前四周期的元素，它们的结构、性质等信息如下表所述：元素结构、性质等信息A是应用最广泛的金属B是第三周期元素，其最高价氧化物的水化物呈两性C元素的气态氢化物极易溶于水，可用作制冷剂D是海水中除氢、氧元素外含量最多的元素，其单质或化合物也是自来水生产过程中常用的消毒杀菌剂请根据表中信息填写：(1)A原子的核外电子排布式为_。(2)B元素在周期表中第_族。(3)C的基态原子的轨道表示式为_，其原子核外有_个未成对电子，能量最高的电子为_轨道上的电子。(4)C的同周期元素中第一电离能小于C的非金属元素有_种。(5)B的最高价氧化物对应的水化物与NaOH溶液反应的化学方程式为_。与D的氢化物的水溶液反应的化学方程式为_。解析根据题中信息可推出：A为Fe，B为Al，C为N，D为Cl。(1)A为Fe，其核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2或Ar3d64s2。(2)B为Al，其在元素周期表中的位置为第A族。(3)C为N，其基态原子的轨道表示式为，其中有3个未成对电子，能量最高的为2p轨道上的电子。(4)第二周期元素中非金属元素有B、C、N、O、F、Ne，其中第一电离能小于氮元素的有B、C、O三种元素。(5)本题考查Al(OH)3与NaOH和HCl反应的化学方程式，Al(OH)3NaOH=NaAl(OH)4，Al(OH)33HCl=AlCl33H2O。答案(1)1s22s22p63s23p63d64s2或Ar3d64s2(2)A(3) 32p(4)3(5)NaOHAl(OH)3=NaAlO22H2O3HClAl(OH)3=AlCl33H2O12(2018唐山一模)自然界中存在大量的金属元素，其中钠、镁、铁、铜等在工农业生产中有着广泛的应用。(1)请写出Cu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表：电离能/(kJmol1)I1I2I3I4A9321 82115 39021 771则A原子的价电子排布式为_。(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)2AcCONH3Cu(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的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C原子和N原子轨道的杂化类型分别为_；1 mol尿素分子中，键的数目为_NA。(4)NaCl和MgO都是离子化合物，NaCl的熔点为801.3 ，MgO的熔点高达2 800 。造成两种晶体熔点差距的主要原因是_。解析(1)基态Cu核外有29个电子，电子排布式为Ar3d104s1。(2)I3突变，说明第三个电子很难失去，故最外层有2个电子，价电子排布式为3s2。(3)同周期元素从左到右第一电离能逐渐增大，但第A族元素反常，故C、N、O的第一电离能：CON。配合物Cu(NH3)3COAc的配体为NH3、CO，中心原子的配位数为4。尿素中C原子形成1个双键、2个单键，无孤电子对，杂化类型为sp2，N原子形成3个单键，有一对孤对电子，杂化类型为sp3。1 mol尿素分子中，键的数目为7NA。(4)MgO晶体所含离子半径小，电荷数多，晶格能大，熔点高。答案(1)Ar3d104s1或1s22s22p63s23p63d104s1(2)3s2(3)CON4sp2、sp37(4)MgO晶体所含离子半径小，电荷数多，晶格能大13W、X、Y、Z、N是短周期元素，它们的核电荷数依次增大。元素元素性质或原子结构W原子核内无中子X非金属元素，原子核外s能级上的电子总数与p能级上的电子总数相等Y元素的离子半径在该周期中最小Z原子核外p能级上的电子总数比s能级上的电子总数多2N最外层电子数比次外层电子数少1(1)W单质的化学式为_，Z元素原子核外有_个原子轨道填充了电子。(2)Y、Z和N三种元素第一电离能由大到小的顺序为_(填元素符号)。(3)X与Z两元素的电负性较大的是_(填元素符号)。(4)Z元素原子共有_种不同运动状态的电子。解析原子核内无中子的元素是氢元素；非金属元素原子核外s能级电子数与p能级电子数相等的是1s22s22p4(氧元素)；元素的离子半径在该周期中最小的是Al3，原子核外s能级电子数比p能级电子数少2的是1s22s22p63s23p2(硅元素)；最外层电子数比次外层电子数少1的是氯元素。核外有多少个电子就有多少种不同的运动状态。答案(1)H28(2)ClSiAl(3)O(4)1414(2017渭南模拟)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：(1)元素p为26号元素，请写出其基态原子电子排布式_。(2)d与a反应的产物的分子中，中心原子的杂化形式为_。(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：_。(4)o、p两元素的部分电离能数据列于下表：元素op电离能/kJmol1I1717759I21 5091 561I33 2482 957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_。(5)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_(填元素符号)。