2019届高考化学一轮复习 第33讲 原子结构与性质课件.ppt

选修3物质结构与性质第33讲原子结构与性质 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1 36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1原子核外电子排布原理 知识梳理 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 s p d f 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 称为原子轨道 球形 哑铃形 1 3 特别提示 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 2 能层 能级的符号和所能容纳的最多电子数 2 2 6 2 6 10 2 6 10 14 2 2 8 18 32 2n2 3 基态原子核外电子排布 1 排布原则 注意 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 体系的能量最低 如24Cr的基态原子电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s1 而不是1s22s22p63s23p63d44s2 最低 相反 2 相同 2 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 3 基态原子核外电子排布的表示方法 1s22s22p63s23p4 4 原子状态与原子光谱 原子的状态a 基态原子 处于的原子 b 激发态原子 基态原子的电子吸收能量后 从跃迁到状态的原子 原子光谱 不同元素的原子发生电子跃迁时会或不同的光 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 最低能量 低能级 高能级 吸收 释放 基态 激发态及光谱示意图 多维思考 提示 1 2 3 4 5 6 1 判断下列说法是否正确 正确的打 错误的打 1 p能级能量一定比s能级的能量高 2 某原子M层上的电子数一定比L层上的电子数多 3 磷元素基态原子的电子排布图为 4 S2 的基态原子电子排布式 1s22s22p63s23p4 5 Cr原子有6个未成对的电子 6 2p和3p轨道形状均为哑铃形 能量也相等 提示 H C O P Fe 2 前四周期中 未成对电子数与周期数相等的元素有 考点演练 考向一原子核外电子排布与表示方法 D 1 导学号96656215下列关于钠元素的几种表达式错误的是 解析 Na的简化电子排布式为 Ne 3s1 2 下列说法错误的是 A ns电子的能量不一定高于 n 1 p电子的能量B 6C的电子排布式1s22s22违反了洪特规则C 电子排布式 21Sc 1s22s22p63s23p63d3违反了能量最低原理D 电子排布式 22Ti 1s22s22p63s23p10违反了泡利原理 A 解析 各能级能量的大小顺序为1s2s2p3s3p4s3d4p5s 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E4s E3d 对于21Sc原子来说 最后3个电子应先排满4s轨道 再排3d轨道 电子排布式应为1s22s22p63s23p63d14s2 故违反了能量最低原理 C正确 对于22Ti原子来说 3p能级共有3个轨道 最多可以排6个电子 如果排10个电子 则违反了泡利原理 D正确 3 2017 云南昆明模拟 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的排布式为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原子的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 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 归纳总结核外电子排布常见错误1 在写基态原子的电子排布图时 常出现以下错误 2 当出现d轨道时 虽然电子按ns n 1 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 而失电子时 却先失4s轨道上的电子 如Fe3 1s22s22p63s23p63d5 3 注意比较原子核外电子排布式 简化电子排布式 原子外围价层电子排布式的区别与联系 如Cu的电子排布式 1s22s22p63s23p63d104s1 简化电子排布式 Ar 3d104s1 外围价层电子排布式 3d104s1 考向二根据基态原子核外电子排布推断元素4 某元素的原子最外层电子排布是6s26p4 该元素或其化合物不可能具有的性质是 A 该元素单质可能是导体B 该元素的最高化合价呈 6价C 该元素能与氢气反应生成气态氢化物D 基态该原子的价电子排布图为 C 5 导学号96656216A 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 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 答案 1 C或O 2 ClK 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 解析 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 答案 3 Fe1s22s22p63s23p63d64s2或 Ar 3d64s2 4 Cu1s22s22p63s23p63d104s1或 Ar 3d104s1 解析 5 s能级只有1个原子轨道 故最多只能容纳2个电子 即n 2 所以元素F的原子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 5 22p 5 F元素的原子最外层电子排布式为nsnn 则n 原子中能量最高的是电子 思维建模根据电子排布推断元素的思维模板 考点2原子结构与元素性质 知识梳理 1 原子结构与元素在周期表中的位置关系 1 原子结构与周期表的关系 2 每族元素的价电子排布特点 主族 ns2 ns2np1 ns2np3 ns2np2 ns2np4 0族 He 1s2 其他 ns2np6 过渡元素 副族和第 族 n 1 d1 10ns1 2 ns2np5 3 元素周期表的分区 根据原子核外电子排布分区a 分区简图 b 各区元素分布及性质与价电子排布特点 根据元素金属性与非金属性分区a 分区简图 b 特别说明 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 2 元素周期律 1 原子半径 越大 越小 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 同主族元素从上到下 原子半径逐渐 减小 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 符号 单位 规律a 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 总体呈现的变化趋势 b 同族元素 从上至下第一电离能 c 同种原子 逐级电离能越来越 即I1I2I3 应用a 判断元素金属性的强弱 电离能越小 金属原子越失去电子 金属性 反之越 最低能量 I1 kJ mol 1 最大 从左至右逐渐增大 逐渐减小 大 容易 越强 弱 b 判断元素的化合价 I1 I2 表示各级电离能 如果某元素的 In 则该元素的常见化合价为 如钠元素I2 I1 所以钠原子的最外层电子数为1 其化合价为 c 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渐增大 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 3 电负性 含义 元素的原子在化合物中能力的标度 元素的电负性越大 表示其原子在化合物中的能力越 标准 以最活泼的非金属氟的电负性为作为相对标准 计算得出其他元素的电负性 稀有气体未计 n 1 吸引键合电子 吸引键合电子 强 4 0 变化规律金属元素的电负性一般 非金属元素的电负性一般 而位于非金属三角区边界的 类金属 如锗 锑等 的电负性则在1 8左右 在元素周期表中 同周期从左至右 元素的电负性逐渐 同主族从上至下 元素的电负性逐渐 小于1 8 大于1 8 增大 减小 应用 3 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 如图所示 多维思考 1 判断下列说法是否正确 正确的打 错误的打 1 第一电离能 O N 2 共价化合物中 成键元素电负性大的表现为负价 3 Be OH 2属于两性氢氧化物 4 s区全部是金属元素 5 主族元素的电负性越大 元素原子的第一电离能一定越大 6 价电子排布为5s25p1的元素位于第五周期第 A族 是s区元素 提示 1 2 3 4 5 6 2 已知某主族元素的逐级电离能为I1 500kJ mol I2 4600kJ mol I3 6900kJ mol I4 9500kJ mol 可推知该元素可能在哪一族 最高化合价可能为多少 提示 A族 1价 3 为什么I1 Mg I1 Al I1 P I1 S 提示 镁原子 磷原子最外层3p能级中 电子处于全空或半满稳定状态 失去电子较难 考点演练 考向一电离能的判断及其应用 1 下表是某短周期元素R的各级电离能数据 用I1 I2 表示 单位为kJ mol 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 R元素位于元素周期表中第 A族 R元素的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 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 位于第 A族 可能为Be或Mg 不正确 正确 不确定 短周期第 A族的元素 价电子排布式为ns2np0 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 2 导学号96656217根据表中所列五种元素的第一至第四电离能数据 单位 kJ mol 1 回答下列问题 解析 1 根据电离能的变化趋势知 Q为稀有气体元素 R为第 A族元素 S为第 A族元素 T为第 A族元素 U为第 A族元素 所以R和U处于同一主族 2 由于U 为第 A族元素且比R电离能小 所以U 的氧化性最弱 3 由于Q是稀有气体元素 所以氦的物理性质和化学性质与其最像 答案 1 E 2 D 3 C 1 在元素周期表中 最可能处于同一族的是 填字母 下同 A Q和RB S和TC T和UD R和TE R和U 2 下列离子的氧化性最弱的是 A S2 B R2 C D U 3 下列元素中 化学性质和物理性质最像Q元素的是 A 硼B 铍C 氦D 氢 解析 4 电离能的突跃变化 说明核外电子是分层排布的 若U是短周期元素 则U是Na 其核外电子排布式为1s22s22p63s1 由于2s22p6所处能层相同 所以它的第2次电离能突跃数据发生在失去第10个电子时 答案 4 电子分层排布 各能层能量不同10 4 每种元素都出现相邻两个电离能的数据相差较大的情况 这一事实从一个侧面说明 如果U元素是短周期元素 你估计它的第2次电离能突跃数据将发生在失去第个电子时 解析 5 同一周期 第一电离能呈增大趋势 但第 A族 第 A族比相邻元素要高 因为其最外层电子呈全充满或半充满结构 答案 5 R S TSS元素原子的3p轨道处于全空状态 能量较低 比较稳定 失去一个电子吸收的能量较多 5 如果R S T是同周期的三种主族元素 则它们的原子序数由小到大的顺序是 其中元素的第一电离能异常高的原因是 归纳总结第一电离能的比较应注意的问题 2 第二 三 四周期的同周期主族元素 第 A族 ns2np0 和第 A族 ns2np3 因p轨道处于全空或半充满状态 比较稳定 所以其第一电离能大于同周期相邻的 A和 A族元素 如第一电离能Mg Al P S 1 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 不能根据金属活动性顺序判断电离能的大小 如I1 Mg I1 Al 但活泼性Mg Al 考向二电负性的判断及其应用3 导学号96656218下列图示中横坐标是表示元素的电负性数值 纵坐标表示同一主族的五种元素的序数的是 B 4 根据信息回答下列问题 A 第一电离能I1是指气态原子X g 处于基态时 失去一个电子成为气态阳离子X g 所需的最低能量 下图是部分元素原子的第一电离能I1随原子序数变化的曲线图 其中12号至17号元素的有关数据缺失 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 1 认真分析信息A图中同周期元素第一电离能的变化规律 推断第三周期Na Ar这几种元素中 Al的第一电离能的大小范围为 Al 填元素符号 2 信息A图中第一电离能最小的元素在周期表中的位置是周期族 解析 1 由信息所给的图可以看出 同周期的 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Na Al Mg 2 根据第一电离能的递变规律可以看出 图中所给元素中Rb的第一电离能最小 其在周期表中的位置为第五周期第 A族 答案 1 NaMg 2 第五第 A 3 根据对角线规则 Be Al元素最高价氧化物对应水化物的性质相似 它们都具有性 其中Be OH 2显示这种性质的离子方程式是 4 通过分析电负性值的变化规律 确定Mg元素的电负性值的最小范围 5 请归纳元素的电负性和金属性 非金属性的关系是 解析 4 根据电负性的递变规律 同周期元素 从左到右电负性逐渐增大 同主族元素从上到下电负性逐渐减小可知 在同周期中电负性NaMg Ca 最小范围应为0 9 1 5 5 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 答案 4 0 9 1 5 5 非金属性越强 电负性越大 金属性越强 电负性越小 6 从电负性角度 判断AlCl3是离子化合物还是共价化合物 说出理由并写出判断的方法 解析 6 AlCl3中Al与Cl的电负性差值为1 5 根据信息 电负性差值若小于1 7 则形成共价键 所以AlCl3为共价化合物 离子化合物在熔融状态下以离子形式存在 可以导电 但共价化合物不能导电 答案 6 Al元素和Cl元素的电负性差值为1 5 1 7 所以形成共价键 为共价化合物 将氯化铝加热到熔融态 进行导电性实验 如果不导电 说明是共价化合物 考向三 位 构 性 三者的关系与元素推断5 导学号96656219现有属于前四周期的A B C D E F G七种元素 原子序数依次增大 A元素的价电子构型为nsnn C元素为最活泼的非金属元素 D元素核外有三个电子层 最外层电子数是核外电子总数的1 6 E元素正三价离子的3d轨道为半充满状态 F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 G元素与A元素位于同一主族 其某种氧化物有剧毒 1 A元素的第一电离能 填 或 B元素的第一电离能 A B C三种元素的电负性由小到大的顺序为 用元素符号表示 解析 A元素的价电子构型为nsnn 则A是N C元素为最活泼的非金属元素 则C是F 那么B是O D元素核外有三个电子层 最外层电子数是核外电子总数的1 6 则D是Mg E元素正三价离子的3d轨道为半充满状态 则E是Fe F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 则F是Cu G元素与A元素位于同一主族 其某种氧化物有剧毒 则G是As 1 由于N的最外层电子处于半充满的稳定状态 失去电子比O难 所以元素的第一电离能A B 一般情况下同一周期的元素 原子序数越大 元素的电负性越大 所以A B C三种元素的电负性由小到大的顺序为N O F 答案 1 N O F 答案 2 3s2 2 D元素原子的价电子排布式是 3 C元素的电子排布图为 的离子符号为 4 F元素位于元素周期表的区 其基态原子的电子排布式为 5 G元素可能的性质 A 其单质可作为半导体材料B 其电负性大于磷C 其原子半径大于锗D 其第一电离能小于硒 解析 4 F是Cu Cu位于元素周期表的ds区 其基态原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s1或 Ar 3d104s1 5 G为As 位于金属与非金属的分界线处 其单质为半导体 其电负性小于磷 原子半径小于锗 第一电离能大于硒 答案 4 ds1s22s22p63s23p63d104s1或 Ar 3d104s1 5 A 6 活泼性 DAl 填 或 下同 I1 Mg I1 Al 其原因是 解析 6 元素D为Mg 活泼性Mg Al I1 Mg I1 Al 因为Mg的3p轨道处于全空 比较稳定 而Al的3p轨道只有一个电子 不稳定 故活泼性Mg Al 而第一电离能则是I1 Mg I1 Al 答案 6 镁原子的3p轨道处于全空 比较稳定 而铝原子3p轨道只有一个电子 不稳定 真题体验感悟考法 明确考向 考向一原子核外电子排布 1 按要求回答下列各小题 1 2017 全国 卷 氮原子价层电子的轨道表达式 电子排布图 为 解析 2 Co是27号元素 位于元素周期表第四周期第 族 其基态原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d74s2或 Ar 3d74s2 3 Fe是26号元素 故Fe3 基态核外电子排布式为 Ar 3d5或1s22s22p63s23p63d5 2 2017 全国 卷 Co基态原子核外电子排布式为 3 2017 江苏卷 Fe3 基态核外电子排布式为 答案 2 1s22s22p63s23p63d74s2或 Ar 3d74s2 3 Ar 3d5或1s22s22p63s23p63d5 4 2016 全国 卷 基态Ge原子的核外电子排布式为 Ar 有个未成对电子 5 2016 全国 卷 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 4 Ge的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p2或 Ar 3d104s24p2 p轨道有2个未成对电子 5 镍元素位于第四周期 族 原子序数为28 依据能量最低原理 基态原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d84s2或 Ar 3d84s2 其3d能级上未成对电子数为2 答案 4 3d104s24p22 5 1s22s22p63s23p63d84s2或 Ar 3d84s22 6 2016 全国 卷 写出基态As原子的核外电子排布式 解析 6 As位于第四周期第 A族 其基态原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p3 答案 6 1s22s22p63s23p63d104s24p3或 Ar 3d104s24p3 考向二原子结构与元素性质 2 按要求回答下列各小题 1 2017 全国 卷 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 解析 1 元素Mn与O中 由于O元素是非金属元素而Mn是金属元素 所以第一电离能较大的是O O元素的基态原子价电子排布式为2s22p4 所以其核外未成对电子数是2 而Mn元素的基态原子价电子排布式为3d54s2 所以其核外未成对电子数是5 因此核外未成对电子数较多的是Mn 答案 1 OMn 2 2017 全国 卷 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 解析 2 根据题图 同周期随着核电荷数依次增大 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 氮元素的2p轨道为半充满状态 原子相对稳定 不易结合电子 答案 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 2016 全国 卷 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 4 2016 全国 卷 根据元素周期律 原子半径GaAs 第一电离能GaAs 填 大于 或 小于 解析 3 结合元素周期律知识可知 同周期元素从左到右 同主族元素从下到上 元素的电负性增强 故电负性O C Ge Zn 4 Ga和As同在第四周期 结合Ga在As的左边 故原子半径Ga大于As 第一电离能Ga小于As 答案 3 O Ge Zn 4 大于小于 5 2015 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 解析 5 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 则A为O元素 B为Na元素 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 则C为P元素 D为Cl元素 非金属性越强 元素的电负性越大 则四种元素中电负性最大的是O元素 答案 5 O 6 2014 全国 卷 N O S中第一电离能最大的是 填元素符号 解析 6 第一电离能的一般规律为 同周期从左至右呈增大的趋势 同主族从上至下递减 但当原子轨道呈全满 半满 全空状态时稳定 第一电离能反常的大 答案 6 N