2019-2020年高考化学一轮复习物质结构与性质第1节原子结构与性质学案.doc

2019-2020年高考化学一轮复习物质结构与性质第1节原子结构与性质学案考试说明1了解原子核外电子的运动状态、能级分布、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。命题规律本节是高考的必考点，高考中对本节知识点的考查为：对原子结构的考查，常常指定原子或离子，然后写出其基态电子排布式，或电子排布图，或价层电子排布式；对元素性质的考查，通常是比较元素第一电离能的大小，并从原子结构角度解释原因。考点1原子结构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、O、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的顺序升高，即：E(s)E(p)E(d)E(f)。(3)原子轨道：电子在原子核外的一个空间运动状态。电子云轮廓图给出了电子在核外经常出现的区域，这种电子云轮廓图也就是轨道的形象化描述。轨道形状各能级上的原子轨道数目 (4)原子轨道的能量关系 (5)能层、能级与原子轨道关系2基态原子核外电子排布(1)填充顺序构造原理绝大多数元素的原子核外电子的排布遵循如图所示的排布顺序，人们把它称为构造原理。它是书写基态原子核外电子排布式的依据。(2)排布原则(3)电子排布式和电子排布图(或轨道表达式)以硫原子为例电子排布式1s22s22p63s23p4简化电子排布式Ne3s23p4电子排布图(或轨道表达式)价电子排布式3s23p43电子跃迁与原子光谱(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，简称能量最低原理。(2)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，从低能级跃迁到高能级状态的原子。(3)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。(4)基态、激发态及光谱示意图 (1)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(n1)d放在ns前，如Fe：1s22s22p63s23p63d64s2正确，Fe：1s22s22p63s23p64s23d6错误。(2)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。(3)书写轨道表达式时，空轨道不能省略。如C的轨道表达式为，而不是。(4)当能量相同的原子轨道在全满(p6、d10、f14)、半满(p3、d5、f7)、全空(p0、d0、f0)时原子的能量较低，如24Cr的电子排布式为Ar3d54s1,29Cu的电子排布式为Ar3d104s1。【基础辨析】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)磷元素基态原子的电子排布图为。()(3)同一原子中，2p、3p、4p能级的轨道数依次增多。()(4)电子排布式(22Ti)1s22s22p63s23p10违反了能量最低原理。()(5)某些金属及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一定频率的光释放出来。()(6)1s22s12p1表示的是激发态原子的电子排布。()题组一 原子核外电子排布的表示方法1下列轨道表达式能表示氮原子的最低能量状态的是()答案A解析A项，符合电子的基态排布原理，表示氮原子的最低能量状态，正确；B、C项，2p的3个电子排布违背洪特规则，不是基态原子的排布，错误；D项，表示B原子的基态核外电子排布，错误。2下列各项叙述正确的是()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D24 Cr原子的电子排布式是1s22s22p63s23p63d44s2答案C解析镁原子由1s22s22p63s21s22s22p63p2时，原子吸收能量，由基态转化成激发态，A错误；价电子排布为5s25p1的元素，位于第五周期第A族，是p区元素，B错误；所有原子任一能层的s电子云轮廓图都是球形，能层越大，球的半径越大，C正确；24Cr原子的电子排布式是1s22s22p63s23p63d54s1，半充满轨道能量较低，D错误。题组二 核外电子的排布规律及应用3下列说法错误的是()Ans电子的能量不一定高于(n1)p电子的能量B6C的电子排布式1s22s22p违反了洪特规则C电子排布式(21Sc)1s22s22p63s23p63d3违反了构造原理D电子排布式(22Ti)1s22s22p63s23p10违反了泡利原理答案A解析ns电子的能量一定高于(n1)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E4sAl，PS。b同族元素：从上至下第一电离能逐渐减小。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I1I2B原子半径：C电负性：D第一电离能：答案D解析根据核外电子排布式可知是S，是P，是F。F无正价，A错误；同周期自左向右原子半径逐渐减小，同主族自上而下原子半径逐渐增大，则原子半径：，B错误；同周期自左向右电负性增大，同主族自上而下电负性减小，则电负性：，C错误；同周期自左向右第一电离能呈增大趋势，但P的3p轨道电子处于半充满状态，稳定性强，第一电离能大于S，则第一电离能：，D正确。3已知元素X、Y同周期，且电负性XY，下列说法错误的是()AX的原子序数一定大于YB第一电离能Y一定小于XCX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：HmX大于HnY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A、A族，因为第A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。4碲化锌(ZnTe)具有宽禁带的特性，常用于制作半导体材料，在太阳能电池、太赫兹器件、波导以及绿光光电二极管等方面具有良好应用前景。(1)碲(Te)元素在周期表中的位置：_；核外未成对电子数有_个。(2)原子的第一电离能是指气态电中性基态原子失去一个电子转化为气态正离子所需的最低能量，第一电离能Zn_Ga(填“”“(3)3d104s2解析(1)碲的核电荷数为52，与氧元素同主族，位于周期表中第五周期第A族；碲的基态原子电子排布式为Kr4d105s25p4，则根据泡利不相容原理可知，其核外5p轨道上有2个未成对电子。(2)Zn的核外电子排布式为Ar3d104s2，Ga的核外电子排布式为Ar3d104s24p1，Zn的4p轨道为全空结构，相对稳定，其第一电离能大于Ga。1xx高考集萃(1)全国卷元素K的焰色反应呈紫红色，其中紫色对应的辐射波长为_nm(填标号)。A404.4B553.5C589.2D670.8E766.5基态K原子中，核外电子占据最高能层的符号是_，占据该能层电子的电子云轮廓图形状为_。(2)全国卷氮原子价层电子的轨道表达式(电子排布图)为_。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_。(3)全国卷Co基态原子核外电子排布式为_。元素Mn与O中，第一电离能较大的是_，基态原子核外未成对电子数较多的是_。(4)江苏高考Fe3基态核外电子排布式为_。C、H、O三种元素的电负性由小到大的顺序为_。答案(1)AN球形(2)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(3)Ar3d74s2OMn(4)Ar3d5或1s22s22p63s23p63d5HCINi的原因是_。(3)全国卷根据元素周期律，原子半径Ga_As，第一电离能Ga_As。(填“大于”或“小于”)(4)四川高考M、R、X、Y为原子序数依次增大的短周期主族元素，Z是一种过渡元素。M基态原子L层中p轨道电子数是s轨道电子数的2倍，R是同周期中最活泼的金属元素，X和M形成的一种化合物是引起酸雨的主要大气污染物，Z的基态原子4s和3d轨道半充满。则R基态原子的电子排布式是_，X和Y中电负性较大的是_(填元素符号)。答案(1)3d104s24p22OGeZn(2)1s22s22p63s23p63d84s2或Ar3d84s22铜失去的是全充满的3d电子，镍失去的是4s电子(3)大于小于(4)1s22s22p63s1或Ne3s1Cl解析(1)在元素周期表中，锗位于硅正下方，锗的原子序数为141832，基态原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p2或Ar3d104s24p2，未成对电子数为2。锌、锗位于同周期，同一周期从左至右元素的电负性逐渐增大(稀有气体元素除外)，而氧位于元素周期表右上角，电负性仅次于氟，由此得出氧、锗、锌的电负性依次减小。(2)Ni元素原子核外有28个电子，电子排布式为1s22s22p63s23p63d84s2或Ar3d84s2。3d能级上有2个未成对电子。Cu、Ni失去一个电子后电子排布式分别为Ar3d10、Ar3d84s1，铜的3d轨道全充满，达到稳定状态，所以Cu的第二电离能相对较大。(3)同周期主族元素从左到右，原子半径逐渐减小，第一电离能呈增大趋势。(4)由M基态原子L层中p轨道电子数是s轨道电子数的2倍，可知M为O元素；R是同周期元素中最活泼的短周期金属元素，且原子序数大于O元素，故R为Na元素；X和M形成的一种化合物是引起酸雨的主要大气污染物，故X为S元素，Y为Cl元素；Z的基态原子4s和3d轨道半充满，故其电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s1，故Z为Cr元素。R为Na元素，其基态原子的电子排布式为1s22s22p63s1；电负性较大的是Cl元素。3xx高考集萃(1)全国卷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。(2)全国卷A、B、C、D为原子序数依次增大的四种元素，A2和B具有相同的电子构型；C、D为同周期元素，C核外电子总数是最外层电子数的3倍；D元素最外层有一个未成对电子。四种元素中电负性最大的是_(填元素符号)，其中C原子的核外电子排布式为_。(3)福建高考CH4和CO2所含的三种元素电负性从小到大的顺序为_。(4)四川高考Si基态原子的电子排布式是_。(5)海南高考钒在元素周期表中的位置为_，其价层电子排布图为_。(6)江苏高考Cr3基态核外电子排布式为_。答案(1)电子云2(2)O1s22s22p63s23p3(或Ne3s23p3)(3)H、C、O(4)1s22s22p63s23p2(或Ne3s23p2)(5)第四周期第B族(6)1s22s22p63s23p63d3(或Ar3d3)解析(1)电子在核外出现的概率密度分布以电子云形象化描述；14C中含有6个电子，其中1s和2s轨道存在自旋相反的电子，2p轨道上有2个未成对电子，所以核外存在2对自旋相反的电子。(2)A为O，B为Na，C为P，D为Cl，四种元素中，电负性最大即非金属性最强的是O，P为15号元素，原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p3。(3)元素的非金属性越强，其电负性越大，故H、C、O的电负性由小到大的顺序为HCO，C项错误；Cu位于ds区，D项错误。3在d轨道中电子排布成，而不能排布成，其最直接的根据是()A能量最低原理 B泡利原理C原子轨道构造原理 D洪特规则答案D解析据图知，4个电子占据不同的轨道且自旋状态相同，其根据是洪特规则。4下列有关电子排布图的表述正确的是()A.可表示单核10电子粒子基态时电子排布B.此图错误，违背了泡利原理C.表示基态N原子的价电子排布D.表示处于激发态的B的电子排布图答案A解析A项，单核10电子粒子基态时电子排布式为1s22s22p6，每个轨道内排布2个电子，自旋方向相反，正确；B项，此图违背了洪特规则，错误；C项，正确的价电子排布图为，错误；D项，该电子排布图中的电子没有激发跃迁到能量更高的轨道上，错误。5周期表共有18个纵行，从左到右排为118列，即碱金属为第一列，稀有气体元素为第18列。按这种规定，下列说法正确的是()A第9列元素中没有非金属元素B只有第2列的元素原子最外层电子排布为ns2C第四周期第9列元素是铁元素D第10、11列为ds区答案A解析A项，第9列中元素是第族元素，都是金属元素，没有非金属元素，正确；B项，第2列的元素原子最外层电子排布为ns2，此外He核外电子排布是1s2，也符合该最外层电子排布，错误；C项，第四周期第9列元素是Co元素，错误；D项，第11、12列元素为ds区，错误。6下列关于元素第一电离能的说法不正确的是()A钾元素的第一电离能小于钠元素的第一电离能，故钾的活泼性强于钠B因同周期元素的原子半径从左到右逐渐减小，故第一电离能必依次增大C最外层电子排布式为ns2np6(当只有K层时为1s2)的原子，第一电离能较大D对于同一元素而言，原子的电离能I1I2O、MgAl，B项错；C项所述元素为0族元素，性质稳定，第一电离能都较大。7已知X、Y是主族元素，I为电离能，单位是kJmol1。请根据下表数据判断，错误的是()元素I1I2I3I4X500460069009500Y5801800270011600A元素X的常见化合价是1价B元素Y是第A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A族元素，Y为第A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。8下列各组原子中，彼此化学性质一定相似的是()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C2p轨道上只有2个电子的X原子与3p轨道上只有2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C解析A中1s2结构的原子为He,1s22s2结构的原子为Be，两者性质不相似；B项X原子为Mg，Y原子N层上有2个电子的有多种元素，如第四周期中Ca、Fe等都符合，化学性质不一定相似；C项为同主族的元素，化学性质一定相似；D项最外层只有1个电子的元素有H、Li、Na、K、Cr、Cu等，故性质不一定相似。9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)。下列关于元素R的判断中一定正确的是()I1I2I3I4R7401500770010500R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1s22s2A B C D答案B解析由表中数据可知，R元素的第三电离能与第二电离能的差距最大，故最外层有两个电子，最高正价为2价，位于第A族，可能为Be或者Mg元素，因此不正确，正确，不确定；短周期第A族(ns2np0)的元素，因p轨道处于全空状态，比较稳定，所以其第一电离能大于同周期相邻主族元素，正确。二、非选择题(共37分)10(12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。A元素的核外电子数和电子层数相等B元素原子的核外p电子数比s电子数少1C原子第一至第四电离能如下：I1738 kJmol1，I21451 kJmol1，I37733 kJmol1，I410540 kJmol1D原子核外所有p轨道全满或半满E元素的主族序数与周期数的差为4F是前四周期中电负性最小的元素G在周期表的第七列(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，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：_。答案(1) (2)3哑铃(或纺锤)(3)泡利原理(4)Bd 1s22s22p63s23p63d54s2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。(5)检验钾元素的方法是利用焰色反应。其原理是电子跃迁时会释放能量，释放特定频率的光谱。11(12分)(1)周期表前四周期的元素a、b、c、d、e，原子序数依次增大。a的核外电子总数与其周期数相同，b的价电子层中的未成对电子有3个，c的最外层电子数为其内层电子数的3倍，d与c同族；e的最外层只有1个电子，但次外层有18个电子。b、c、d中第一电离能最大的是_(填元素符号)，e的价层电子轨道示意图为_。(2)X、Y、Z、R为前四周期元素，且原子序数依次增大。XY2是红棕色气体；X与氢元素可形成XH3；Z基态原子的M层与K层电子数相等；R2离子的3d轨道中有9个电子。请回答下列问题：Y基态原子的电子排布式是_；Z所在周期中第一电离能最大的主族元素是_。(3)基态硼原子的电子排布式为_。(4)Cu基态核外电子排布式为_。(5)Na位于元素周期表第_周期第_族；S的基态原子核外有_个未成对电子；Si的基态原子核外电子排布式为_。答案(1)N(2)1s22s22p4Cl(3)1s22s22p1(4)1s22s22p63s23p63d10(或Ar3d10)(5)三A21s22s22p63s23p2(或Ne3s23p2)解析(1)由题意推出a、b、c、d、e依次是H、N、O、S、Cu。第一电离能同周期从左向右呈逐渐增大趋势，由于N的2p轨道处于半满，较稳定，所以第一电离能NO。同主族从上到下，第一电离能逐渐减小，故OS。Cu的价层电子轨道示意图为。(2)根据题给信息，可以推断X为N，Y为O，Z为Mg，R为Cu。O原子核外有8个电子，基态原子的核外电子排布式为1s22s22p4。Mg位于第三周期，第三周期中第一电离能最大的主族元素为Cl。(5)钠位于第三周期第A 族；S的基态原子电子排布式为1s22s22p63s23p4，其中3p轨道示意图为，有2个未成对电子。12(13分)根据信息回答下列问题：(1)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)。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_Al_(填元素符号)；图中第一电离能最小的元素在周期表中的位置是第_周期第_族。(2)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：元素AlBBeCClFLi电负性1.52.01.52.53.04.01.0元素MgNNaOPSSi电负性3.00.93.52.12.51.8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。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_；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_；判断下列物质是离子化合物还是共价化合物：ALi3N BBeCl2 CAlCl3 DSiC.属于离子化合物的是_(填序号)；.属于共价化合物的是_(填序号)；请设计一个实验方案证明上述所得到的结论_。答案(1)NaMg五A(2)随着原子序数的递增，元素的电负性呈周期性变化0.91.5ABCD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(1)由图可以看出，同周期的第A族元素的第一电离能最小，而第A族元素的第一电离能小于第A族元素的第一电离能，故Al的第一电离能：NaAlMg。图中电离能最小的应是碱金属元素Rb，在元素周期表中第五周期第A族。(2)将表中数据按照元素周期表的顺序重排，可以看出电负性随着原子序数的递增呈周期性变化。由同周期从左到右电负性逐渐增大，同主族从上到下电负性逐渐减小可知，在同周期中电负性NaMgMgCa，最小范围应为0.91.5。Li3N中电负性差值为2.0，大于1.7，形成离子键，为离子化合物；BeCl2、AlCl3、SiC中电负性差值分别为1.5、1.5、0.7，均小于1.7，形成共价键，为共价化合物。离子化合物在熔融状态下可以导电，但共价化合物在熔融状态下不能导电。