江苏省2020版高考化学新增分大一轮复习专题11物质结构与性质第35讲原子结构与元素性质讲义含解析苏教版.docx

第35讲原子结构与元素性质考纲要求1.认识原子核外电子的运动状态，了解电子云、电子层(能层)、原子轨道(能级)的含义。2.了解多电子原子核外电子分层排布遵循的原理，能用电子排布式表示136号元素的原子和离子的基态核外电子排布。3.了解主族元素第一电离能、电负性等性质的周期性变化规律，能根据元素电负性说明元素的金属性和非金属性的周期性变化规律。考点一原子核外电子排布原理1电子层、原子轨道(1)电子层(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电子层。通常用K、L、M、N表示，能量依次升高。(2)原子轨道：同一能层里电子的能量也可能不同，又将其分成不同的原子轨道，通常用s、p、d、f等表示，同一电子层里，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)。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纺锤形3特别提醒第一电子层(K)，只有s轨道；第二电子层(L)，有s、p两种原子轨道，p轨道上有三个原子轨道px、py、pz，它们具有相同的能量；第三电子层(M)，有s、p、d三种轨道。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：注意所有电子排布规则都需要满足能量最低原理。(2)泡利不相容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或Ar3d54s1。3基态、激发态及光谱示意图(1)p轨道的能量一定比s轨道的能量高()(2)同一原子中，2p、3p、4p轨道的轨道数依次增多()(3)2p和3p轨道形状均为纺锤形，能量也相等()(4)2px、2py、2pz的能量相等()(5)铁元素基态原子的电子排布式为1s22s22p63s23p64s23d6()(6)Cr的基态原子的简化电子排布式为Ar3d44s2()(7)基态原子电子能量的高低顺序为E(1s)E(2s)E(2px)E(2py)E(2pz)()(8)电子排布式(22Ti)1s22s22p63s23p10违反了能量最低原理()(9)磷元素基态原子的轨道表示式为()写出下列原子或离子的电子排布式、价电子轨道表示式、电子占的原子轨道数、未成对电子数。(1)N：_。(2)Cl：_。(3)Fe2：_。(4)Cu：_。(5)Se：_。(6)Br：_。答案(1)1s22s22p353(2)1s22s22p63s23p5(或Ne3s23p5)91(3)1s22s22p63s23p63d6(或Ar3d6)144(4)1s22s22p63s23p63d104s1(或Ar3d104s1)151(5)1s22s22p63s23p63d104s24p4(或Ar3d104s24p4)182(6)1s22s22p63s23p63d104s24p6(或Ar3d104s24p6)180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：(违反能量最低原理)(违反泡利不相容原理)(违反洪特规则)(违反洪特规则)(2)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，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、外围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：Ar3d104s1；外围电子排布式：3d104s1。1第三代半导体材料的优异性能和对新兴产业的巨大推动作用，使得发达国家都把发展第三代半导体材料及其相关器件等列为半导体重要新兴技术领域，投入巨资支持发展。第三代半导体材料有氮化镓、碳化硅等。请回答下列问题：(1)硅原子占据电子的原子轨道符号有_，其中占据电子的能量最高的原子轨道符号为_，该电子层已经容纳了_个电子。(2)N原子中，有电子占据的最外电子层符号为_，该电子层已经容纳的电子数为_个。(3)镓为元素周期表中第31号元素，位于元素周期表第4周期。镓原子具有_个电子层，每个电子层已经容纳的电子数之比为_。答案(1)1s、2s、2p、3s、3p3p2(2)L5(3)428183解析(1)硅位于元素周期表第3周期，有3个电子层，分别为K、L、M，每个电子层的轨道数分别为1、2、2，其轨道符号为1s、2s、2p、3s、3p，其中占据电子的最高轨道为3p，s轨道最多容纳2个电子，p轨道最多容纳6个电子，故3p轨道容纳的电子数为1422622。(2)N原子位于元素周期表第2周期，共2个电子层，符号分别为K、L，L为最外电子层，该电子层包括2s轨道的2个电子和2p轨道的3个电子，共5个电子。(3)通过比较，可以得出规律，电子层数与元素原子所在的周期数相等，故Ga有4个电子层，每层的电子数为2、8、18、3。2(1)A元素基态原子的最外层有3个未成对电子，次外层有2个电子，其元素符号为_；其价电子轨道表示式为_。(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离子的结构示意图为_。(3)D元素的正三价离子的3d轨道为半充满，D的元素符号为_，其基态原子的电子排布式为_，其原子的结构示意图为_。(4)E元素基态原子的M层全充满，N层没有成对电子且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nsnnpn2，则n_；原子中能量最高的是_电子，轨道表示式为_。答案(1)N(2)Cl(3)Fe1s22s22p63s23p63d64s2(或Ar3d64s2)(4)Cu1s22s22p63s23p63d104s1(或Ar3d104s1)(5)22p考点二原子结构与周期表、元素性质的关系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)周期电子层数每周期第一个元素每周期最后一个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223He2s1101s22s22p63311Ne3s1181s22s22p63s23p64419Ar4s1361s22s22p63s23p63d104s24p65537Kr5s1541s22s22p63s23p63d104s24p64d105s25p66655Xe6s1861s22s22p63s23p63d104s24p64d104f145s25p65d106s26p6(2)每族元素的外围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)元素周期表的分区与外围电子排布的关系周期表的分区各区外围电子排布特点分区外围电子排布s区ns12p区ns2np16(除He外)d区(n1)d19ns12(除钯外)ds区(n1)d10ns12f区(n2)f014(n1)d02ns22.原子半径(1)影响因素(2)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。3电离能(1)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。(2)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，总体呈现从左至右逐渐增大的变化趋势。同族元素：从上至下第一电离能逐渐减小。同种原子：逐级电离能越来越大(即I1I2I3)。4电负性(1)含义：元素的原子在化合物中吸引键合电子能力的标度。元素的电负性越大，表示其原子在化合物中吸引键合电子的能力越强。(2)标准：以最活泼的非金属氟的电负性为4.0作为相对标准，计算得出其他元素的电负性(稀有气体未计)。(3)变化规律金属元素的电负性一般小于1.8，非金属元素的电负性一般大于1.8，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，元素的电负性逐渐增大，同主族从上至下，元素的电负性逐渐减小。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有些性质是相似的，如。(1)钠元素的第一、第二电离能分别小于镁元素的第一、第二电离能()(2)第2周期主族元素的原子半径随核电荷数的增大依次减小()(3)C、N、O、F四种元素第一电离能从大到小的顺序是NOFC()(4)正三价阳离子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d5的元素在周期表中位于族()(5)外围电子排布式为4s24p3的元素位于第4周期A族，是p区元素()(6)元素的电负性越大，非金属性越强，第一电离能也越大()(1)第3周期所有元素的第一电离能(I1)大小顺序为_(用元素符号表示)。(2)Na的逐级电离能中有_次突跃。分别是哪级电离能发生突跃？_、_。(3)F、Cl、Br、I的第一电离能由大到小的顺序为_，电负性由大到小的顺序为_。答案(1)NaAlMgSiSPClAr(2)2I2I1I10I9(3)FClBrIFClBrI1表1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：表1(1)元素p为26号元素，请写出其基态原子电子排布式_。(2)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：_。(3)o、p两元素的部分电离能数据如表2：元素电离能/kJmol1opI1717759I215091561I332482957表2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_。(4)第3周期8种元素单质熔点高低的顺序如图1所示，其中电负性最大的是_(填图1中的序号)。(5)表1中所列的某主族元素的电离能情况如图2所示，则该元素是_(填元素符号)。答案(1)1s22s22p63s23p63d64s2(或Ar3d64s2)(2)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(3)Mn2的3d轨道电子排布为半充满状态，比较稳定(4)2(5)Al解析(2)h为Mg元素，Mg单质在空气中燃烧发出耀眼的白光，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。(3)o元素为Mn，其基态原子电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s2，Mn2的基态电子排布式为1s22s22p63s23p63d5，其3d能级为半充满状态，相对比较稳定，当其失去第3个电子时比较困难，而Fe2的基态电子排布式为1s22s22p63s23p63d6，其3d能级再失去一个电子即为半充满状态，故其失去第3个电子比较容易。(4)第3周期8种元素分别为钠、镁、铝、硅、磷、硫、氯、氩，其单质中钠、镁、铝形成金属晶体，熔点依次升高；硅形成原子晶体；磷、硫、氯、氩形成分子晶体，且常温下磷、硫为固体，氯气、氩为气体，8种元素熔点最低的为氩，其次为氯，其中电负性最大的为氯。(5)由图可知，该元素的电离能I4远大于I3，故为第A族元素，应为Al。2根据信息回答下列问题：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：元素符号LiBeBCOFNaAlSiPSCl电负性值1.01.52.02.53.54.00.91.51.82.12.53.0(1)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_、_。(2)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_。(3)请归纳元素的电负性和金属性、非金属性的关系是_。(4)推测AlF3、AlCl3、AlBr3是离子化合物还是共价化合物：AlF3_，AlCl3_，AlBr3_。答案(1)两Be(OH)22H=Be22H2OBe(OH)22OH=BeO2H2O(2)0.91.5(3)非金属性越强，电负性越大；金属性越强，电负性越小(4)离子化合物共价化合物共价化合物3明代宋应星所著天工开物中已经记载了我国古代用炉甘石(主要成分为ZnCO3)和煤冶锌工艺，锌的主要用途是制造锌合金和作为其他金属的保护层。回答下列问题：(1)Zn基态原子核外电子排布式为_。(2)硫酸锌溶于氨水形成Zn(NH3)4SO4溶液。与SO互为等电子体的阴离子化学式为_(写出一种)。氨的热稳定性强于膦(PH3)，原因是_。(3)黄铜是由铜和锌所组成的合金，元素铜与锌的第一电离能分别为ICu746kJmol1，IZn906kJmol1，ICuCZn解析(1)Zn是30号元素。位于元素周期表第4周期B族，故其基态原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s2(或Ar3d104s2)。(2)SO为5原子32个价电子微粒，故与其互为等电子体的阴离子有PO、ClO等。氮元素的非金属性强于磷元素，故氨的热稳定性比膦强。(3)Cu与Zn的第一电离能分别为ICu746kJmol1，IZn906kJmol1，ICuCZn。(一)江苏试题组合12018江苏，21(2)Fe2基态核外电子排布式为_。答案Ar3d6(或1s22s22p63s23p63d6)22017江苏，21(A)(1)Fe3基态核外电子排布式为_。答案Ar3d5(或1s22s22p63s23p63d5)32016江苏，21(A)(1)Zn2基态核外电子排布式为_。答案1s22s22p63s23p63d10(或Ar3d10)42015江苏，21(A)(1)Cr3基态核外电子排布式为_。答案1s22s22p63s23p63d3(或Ar3d3)52017江苏，21(A)(3)C、H、O三种元素的电负性由小到大的顺序为_。答案HCINi的原因是_。(4)2016全国卷，37(2)节选根据元素周期律，第一电离能Ga_As(填“大于”或“小于”)。答案(1)大于Zn核外电子排布为全满稳定结构，较难失电子(2)O(3)铜失去的是全充满的3d10电子，镍失去的是4s1电子(4)小于5电负性(1)2016全国卷，37(4)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_。(2)2015全国卷，37(1)改编O、Na、P、Cl四种元素中电负性最大的是_(填元素符号)。答案(1)OGeZn(2)O6原子半径或离子半径(1)2018全国卷，35(2)Li与H具有相同的电子构型，r(Li)小于r(H)，原因是_。(2)2016全国卷，37(2)节选根据元素周期律，原子半径Ga_As。(填“大于”或“小于”)答案(1)Li核电荷数较大(2)大于一、单项选择题1元素“氦、铷、铯”等是用下列哪种科学方法发现的()A红外光谱B质谱C原子光谱D核磁共振谱答案C2下列有关原子轨道的叙述中正确的()A氢原子的2s轨道能量较3p轨道高B锂原子的2s与5s轨道皆为球形分布Cp轨道的原子轨道呈纺锤形，随着电子层序数的增加，p轨道原子轨道也在增多D电子层n4的原子轨道最多可容纳16个电子答案B解析A项，距离原子核越远的能层，其能量越高，所以氢原子的2s轨道能量较3p轨道低，错误；B项，s轨道为球形，所以锂原子的2s与5s轨道皆为球形分布，正确；C项，p轨道的原子轨道呈纺锤形，p轨道含有3个原子轨道，随着电子层序数的增加，p轨道原子轨道数目不变，错误；D项，各电子层最多容纳电子数2n2，则电子层n4的原子轨道最多可容纳32个电子，错误。3(2018无锡高三模拟)在核电荷数为26的元素Fe的原子核外3d、4s轨道内，下列轨道表示式正确的是()A.B.C.D.答案C解析核电荷数为26的Fe基态原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2，3d有5个轨道，只有1个轨道排满两个电子，且自旋方向相反，其他4个轨道各排1个电子，4s轨道排满2个电子，且自旋方向相反，即C项正确。4下列说法中正确的是()A随原子序数的递增，第3周期元素的电负性逐渐减小B铝的第一电离能比镁的第一电离能大C在所有的元素中，氟的第一电离能最大D在所有的元素中，氟的电负性最大答案D5(2018南京调研)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()答案B6(2018苏州高三模拟)周期表中27号元素钴的方格中注明“3d74s2”，由此可以推断()A它位于周期表的第4周期A族B它的基态核外电子排布式可简写为Ar4s2CCo2的核外价电子排布式为3d54s2DCo位于周期表中第9列答案D解析“3d74s2”为Co的价电子排布，其简写式中，也要注明3d轨道，B项错误；“729”，说明它位于周期表的第9列，D项正确；从左向右数，应为过渡元素，A项错误；失电子时，应失去最外层的电子，即先失4s上的电子，Co2的价电子排布为3d7，C项错误。7某元素基态原子的外围电子排布式为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C8下列原子的电子跃迁能释放光能形成发射光谱的是()A1s22s22p63s21s22s22p63p2B1s22s22p33s11s22s22p4C1s22s21s22s12p1D1s22s22p1s22s22p答案B解析A项，吸收光能，形成吸收光谱；B项，由激发态基态，释放光能，形成发射光谱；C项，形成吸收光谱；D项，2px与2py能量相同，不属于电子跃迁。二、不定项选择题9(2019扬州高三上学期期初)以下有关元素性质的说法不正确的是()ANa，K，Rb；N，P，As；O，S，Se；Na，P，Cl元素的电负性随原子序数增大而递增的是B下列原子中，1s22s22p63s23p1，1s22s22p63s23p2，1s22s22p63s23p3，1s22s22p63s23p4对应的第一电离能最大的是C某短周期元素的逐级电离能分别为738、1451、7733、10540、13630、17995、21703等，该元素在第3周期A族D以下原子中，1s22s22p63s23p2，1s22s22p3，1s22s22p2，1s22s22p63s23p4半径最大的是答案BC解析A项，同周期自左而右电负性逐渐增大，同主族自上而下电负性逐渐减小；B项，同周期随原子序数增大第一电离能呈增大趋势，A族3p轨道为半充满稳定状态，能量较低，第一电离能高于同周期相邻元素；C项，该元素第三电离能剧增，最外层应有2个电子，表现2价；D项，同周期自左而右原子半径逐渐减小，同主族自上而下原子半径逐渐增大。10下列各组原子中，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C11下列各项叙述中，正确的是()AN、P、As的电负性随原子序数的增大而增大B外围电子排布为4s24p3的元素位于第4周期A族，是p区元素C2p和3p轨道形状均为纺锤形，能量也相等D氮原子的最外层电子轨道表示式：答案BD解析同主族元素从上到下，电负性逐渐减小；2p轨道能量低于3p轨道；利用洪特规则可知D项正确。12下列各项叙述中，正确的是()A镁原子由1s22s22p63s2转变为1s22s22p63p2时，原子释放能量，由基态转化成激发态B外围电子排布为5s25p1的元素位于第5周期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答案C解析镁原子由基态转化为激发态，要吸收能量；原子轨道处于全空、全满或半充满状态时，能量最低，故24Cr原子的电子排布式应是1s22s22p63s23p63d54s1。三、非选择题13开发新型储氢材料是氢能源利用的重要研究方向之一。请回答以下问题：(1)Ti(BH4)3是一种储氢材料，可由TiCl4和LiBH4反应制得。基态Ti3的电子排布式为_；LiBH4中Li、B、H元素的电负性由大到小的排列顺序为_。(2)氨硼烷(NH3BH3)是优良的储氢材料，少量氨硼烷可以由硼烷(B2H6)和NH3合成。B、C、N、O的第一电离能由大到小的顺序为_。氨硼烷在高温下释放氢后生成的立方氮化硼晶体，具有类似金刚石的结构，硬度略小于金刚石。则立方氮化硼晶体可用作_(填字母)。a切削工具b钻探钻头c导电材料d耐磨材料(3)一种有储氢功能的铜合金晶体具有面心立方最密堆积结构，该晶体储氢后的化学式为Cu3AuH8。铜与其他许多金属及其化合物都可以发生焰色反应，其原因是_。(4)金属氢化物也是具有良好发展前景的储氢材料。某储氢材料是短周期金属元素R的氢化物。R的部分电离能数据如表所示：I1/ kJmol1I2/ kJmol1I3/ kJmol1I4/ kJmol1I5/ kJmol1738145177331054013630该金属元素是_(填元素符号)。答案(1)Ar3d1HBLi(2)NOCBabd(3)激发态的电子从能量较高的轨道跃迁到能量较低的轨道时，以一定波长的光的形式释放能量(4)Mg14下表为长式周期表的一部分，其中的编号代表对应的元素。请回答下列问题：(1)元素的基态原子的外围电子排布式为_。(2)这10种元素，其中电负性最大的是_(填元素符号)。(3)下表为原子序数依次增大的短周期元素AF的第一到第五电离能数据。电离能I(eV)ABCDEFI111.314.513.65.27.66.0I224.429.635.149.315.018.8I347.947.454.971.680.128.4I464.577.577.498.9109.2112.0I5392.197.9113.9138.3141.3153.7请回答：表中的D、E、F可能是哪三种元素：_(填元素符号)；若A、B、C为原子序数依次增大的同周期相邻元素，表中显示B比A和C的第一电离能都略大，其原因是_。答案(1)3d84s2(2)O(3)Na、Mg、AlB的np轨道上的电子半充满，能量比A和C低，自身更稳定，所以第一电离能比A和C大解析由元素在周期表中的位置可知，为H，为C，为O，为Mg，为Al，为S，为Cl，为Ca，为Ni，为Cu。(1)元素为Ni，为28号元素，基态原子的外围电子排布式为3d84s2。(2)元素非金属性越强，电负性越大，这10种元素中非金属性最强的为O元素，则电负性最大的是O。(3)原子越容易失电子，则其电离能越小，金属元素的第一电离能比较小，第一个电子容易失去，表中A、B、C第一电离能较大，应该是非金属元素，D、E、F第一电离能较小，因此D、E、F应该是金属元素，可能是Na、Mg、Al三种元素。同周期元素从左向右第一电离能呈增大趋势，但AA，AA，B的np轨道上的电子半充满，能量比A和C低，自身更稳定，所以第一电离能比A和C大。