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2021届高考化学一轮复习 第12章 物质结构与性质 第39讲 原子结构与性质教案 新人教版

2021届高考化学一轮复习 第12章 物质结构与性质 第39讲 原子结构与性质教案 新人教版

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第39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

1．能层与能级

2.原子轨道
(1)轨道形状
①s电子的原子轨道呈球形对称。
②p电子的原子轨道呈哑铃形。
(2)各能级上的原子轨道数目
能级
ns
np
nd
nf
…
原子轨道数
1
3
5
7
…
(3)能量关系
①相同能层上原子轨道能量的高低：ns<np<nd<nf…
②形状相同的原子轨道能量的高低：1s<2s<3s<4s…
③同一能层内形状相同而伸展方向不同的原子轨道的能量相等，如npx、npy、npz轨道的能量相等。
3．基态原子核外电子排布依据
(1)能量最低原理
原子的核外电子排布遵循构造原理，使整个原子的能量处于最低状态。
如图为构造原理示意图，亦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
1个原子轨道里最多容纳2个电子，且自旋方向相反。
如2s轨道上的电子排布为，不能表示为。
(3)洪特规则
电子排布在同一能级的不同轨道时，总是优先单独占据一个轨道，且自旋方向相同。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)或全空(p0、d0、f0)状态时，体系的能量最低，如：24Cr的电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s1。
4．基态原子核外电子排布的表示方法
表示方法
举例(以S原子为例)
电子排布式
1s22s22p63s23p4
简化电子排布式
[Ne]3s23p4
电子排布图(轨道表示式)

价电子排布式
3s23p4
5.基态、激发态及光谱

1．判断正误，正确的打“√”，错误的打“×”。
(1)p能级的能量一定比s能级的能量高(　　)
(2)同一原子中，2p、3p、4p能级的轨道数依次增多(　　)
(3)2p和3p轨道形状均为哑铃形，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[Ar]3d44s2(　　)
(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违反了能量最低原则(　　)
(9)磷元素基态原子的电子排布图为

答案：　(1)×　(2)×　(3)×　(4)√　(5)×　(6)× (7)×　(8)×　(9)×
2．写出下列基态原子或离子的①电子排布式、②价电子排布图、③电子占的原子轨道数、④未成对电子数。
(1)N：①____________________，②____________________________，
③__________________，④ ________________________________。
(2)Cl：①____________________，② ________________________________，
③__________________，④ ________________________________。
(3)Fe2＋：①____________________，② ______________________________，
③__________________，④ ___________________________________。
(4)Cu：①____________________，②___________________________________，
③__________________，④ _______________________________________。
(5)Se：①____________________，② ___________________________________，
③__________________，④ _______________________________。
(6)Br－：①____________________，② ______________________________，
③__________________，④ ______________________________________。

(4)①1s22s22p63s23p63d104s1(或[Ar]3d104s1)

1．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：　①不符合能量最低原理；②不符合洪特规则；④不符合能量最低原理。
答案：　③⑤
2．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nsnnpn＋1，则n＝
________________________________________________________________________；
原子中能量最高的是________电子。
答案：　(1)C或O　(2)Cl　K
(3)Fe　1s22s22p63s23p63d64s2或[Ar]3d64s2
(4)Cu　1s22s22p63s23p63d104s1或[Ar]3d104s1
(5)2　2p
3．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是同周期元素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。请回答下列问题：
(1)写出M、R的价电子排布式：M________、R________。
(2)写出X、Y的价电子排布图：X______________、Y______________。
(3)写出Z的核外电子排布式：
________________________________________________________________________，
Z的核外未成对电子数为________。
解析：　根据题目给出的M、R和X的信息确定，M是氧元素，R是钠元素，X是硫元素。根据M、R、X、Y为原子序数依次增大的短周期主族元素确定Y是氯元素。根据Z的基态原子4s和3d轨道半充满，则Z元素原子的核外有24个电子，是铬元素。
答案：　(1)2s22p4　3s1

(3)1s22s22p63s23p63d54s1或[Ar]3d54s1　6
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(完成下列表格)
周期
能层数
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
二
2
3
[He]2s1
10
1s22s22p6
三
3
11
[Ne]3s1
18
1s22s22p63s23p6
四
4
19
[Ar]4s1
36
1s22s22p63s23p64s24p6
五
5
37
[Kr]5s1
54
1s22s22p63s23p63d10
4s24p64d105s25p6
六
6
55
[Xe]6s1
86
1s22s22p63s23p63d104s24p64d104f145s25p65d106s26p6
2.每族元素的价电子排布特点
(1)主族
主族
ⅠA
ⅡA
ⅢA
ⅣA
排布特点
ns1
ns2
ns2np1
ns2np2
主族
ⅤA
ⅥA
ⅦA

排布特点
ns2np3
ns2np4
ns2np5

(2)0族：He：1s2；其他ns2np6。
(3)过渡元素(副族和第Ⅷ族)：(n－1)d1～10ns1～2。
3．元素周期表的分区
(1)分区

(2)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
价电子排布
元素性质特点
s区
ⅠA、ⅡA族
ns1～2
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
ⅢA族～ⅦA族、0族
ns2np1～6
通常是最外层电子参与反应
d区
ⅢB族～ⅦB族、Ⅷ族(除镧
系、锕系外)
(n－1)d1～10ns1～2
d轨道可以不同程度地参与化学键的形成
ds区
ⅠB族、ⅡB族
(n－1)d10ns1～2
金属元素
f区
镧系、锕系
(n－2)f0～14(n－1)d0～2ns2
镧系元素化学性质相近，锕系元素化学性质相近
4.元素周期律
(1)电离能、电负性
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的最低能量。
②电负性
用来描述不同元素的原子对键合电子吸引力的大小。
(2)原子结构与元素性质的递变规律
项目
同周期(从左→右)
同主族(从上→下)
原子核外电子排布
能层数相同，最外层电子数依次增多
最外层电子数相同，能层数依次递增
原子半径
依次减小(0族除外)
依次增大
元素的第一电离能
依次增大
依次减小
元素的电负性
依次增大
依次减小
(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相似，如。

1．判断正误，正确的打“√”，错误的打“×”。
(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)第二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N>O>F>C(×)
(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Ⅷ族(√)
(5)外围电子排布式为4s24p3的元素位于第四周期ⅤA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(×)
2．(1)第三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)C、N、O、F的电负性大小顺序为________，第一电离能大小顺序为____________。
(4)F、Cl、Br、I的第一电离能大小顺序为________，电负性大小顺序为________。
答案：　(1)Na<Al<Mg<Si<S<P<Cl<Ar
(2)2　I2≫I1　I10≫I9
(3)F>O>N>C　F>N>O>C
(4)F>Cl>Br>I　F>Cl>Br>I

题组一　由原子序数确定元素周期表中的位置
1．某元素的原子序数为29，试问：
(1)写出该元素的名称及元素符号。
(2)画出该元素基态原子的电子排布式。
(3)它有多少个电子层？有多少个能级？
(4)它的价电子构型是什么？
(5)它属于第几周期？第几族？主族还是副族？属于哪一个分区？
(6)它有多少个未成对电子？
解析：　29号元素为铜(Cu)元素，其原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s1，故有四个电子层，7个能级，价电子排布为3d104s1，属于第ⅠB族，为ds区。其价电子的电子排布图为，故有一个未成对电子。
答案：　(1)铜　Cu
(2)1s22s22p63s23p63d104s1
(3)4个电子层　7个能级　(4)3d104s1
(5)第四周期　ⅠB族　副族　ds区
(6)有1个未成对电子
题组二　元素周期律
2．下列四种元素的基态原子的电子排布式如下：
①1s22s22p63s23p4　②1s22s22p63s23p3　③1s22s22p3
④1s22s22p5
则下列有关的比较中正确的是(　　)
A．第一电离能：④>③>②>①
B．原子半径：④>③>②>①
C．电负性：④>③>②>①
D．最高正化合价：④>③＝②>①
A
3．(2019·安徽淮南调研)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：

(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/kJ·mol－1　　　　　　　
o
p
I1
717
759
I2
1 509
1 561
I3
3 248
2 957
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)第三周期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[Ar]3d64s2)
(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
4．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
Li
Be
B
C
O
F
Na
Al
Si
P
S
Cl
电负
性值
1.0
1.5
2.0
2.5
3.5
4.0
0.9
1.5
1.8
2.1
2.5
3.0
(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)2＋2H＋===Be2＋＋2H2O
Be(OH)2＋2OH－===BeO＋2H2O
(2)0.9～1.5
(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

1．[2019·全国卷Ⅰ，35(1)]下列状态的镁中，电离最外层一个电子所需能量最大的是________(填标号)。

A　[由题给信息知，A项和D项代表Mg＋，B项和C项代表Mg。A项，Mg＋再失去一个电子较难，即第二电离能大于第一电离能，所以电离最外层一个电子所需能量A大于B；3p能级的能量高于3s,3p能级上电子较3s上易失去，故电离最外层一个电子所需能量A>C、A>D，选A。]
2．[2019·全国卷Ⅱ，35(2)(3)](1)Fe成为阳离子时首先失去________轨道电子，Sm的价层电子排布式为4f66s2，Sm3＋价层电子排布式为________。
(2)比较离子半径：F－______O2－(填“大于”“等于”或“小于”)。
解析：　(1)Fe的价层电子排布式为3d64s2，其阳离子Fe2＋、Fe3＋的价层电子排布式分别是3d6、3d5，二者均首先失去4s轨道上的电子；Sm失去3个电子成为Sm3＋时首先失去6s轨道上的电子，然后失去1个4f轨道上的电子，故Sm3＋的价层电子排布式为4f5。(2)F－与O2－电子层结构相同，核电荷数越大，原子核对核外电子的吸引力越大，离子半径越小，故离子半径F－<O2－。
答案：　(1)4s　4f5　(2)小于
3．[2019·全国卷Ⅲ，35(1)(4)](1)在周期表中，与Li的化学性质最相似的邻族元素是________，该元素基态原子核外M层电子的自旋状态________(填“相同”或“相反”)。
(2)NH4H2PO4中，电负性最高的元素是________。
解析：　(1)由元素周期表中的“对角线规则”可知，与Li的化学性质最相似的邻族元素是Mg；Mg为12号元素，M层只有2个电子，排布在3s轨道上，故M层的2个电子自旋状态相反。(2)同周期从左到右，主族元素的电负性逐渐增强，故O的电负性大于N，同主族从上到下，元素的电负性逐渐减小，故电负性N大于P，又H的电负性小于O，因此NH4H2PO4中电负性最高的元素是O。
答案：　(1)Mg　相反　(2)O
4．[2018·全国卷Ⅰ，35(1)(2)](1)下列Li原子电子排布图表示的状态中，能量最低和最高的分别为________、________(填标号)。

(2)Li＋与H－具有相同的电子构型，r(Li＋)小于r(H－)，原因是
________________________________________________________________________。
解析：　(1)根据能级能量E(1s)<E(2s)<E(2p)判断，能量最低的为D，能量最高的为C。(2)Li＋和H－的电子层结构相同，而具有相同电子层结构的离子半径大小与核电荷数有关，核电荷数越大，离子半径越小。
答案：　(1)D　C
(2)Li＋核电荷数较大
5．[2018·全国卷Ⅱ，35(1)]基态Fe原子价层电子的电子排布图(轨道表达式)为________，基态S原子电子占据最高能级的电子云轮廓图为________形。
解析：　基态Fe原子核外电子排布式为
1s22s22p63s23p63d64s2，因此其价层电子的电子排布图为；基态S原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p4，最高能级为3p，其电子云轮廓图为哑铃(纺锤)形。
答案：　　哑铃(纺锤)
6．[2018·全国卷Ⅲ，35(1)(2)](1)Zn原子核外电子排布式为________。
(2)黄铜是人类最早使用的合金之一，主要由Zn和Cu组成。第一电离能I1(Zn)________I1(Cu)(填“大于”或“小于”)。原因是
________________________________________________________________________。
解析：　(1)锌的核外有30个电子，因此其核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s2，也可写作[Ar]3d104s2。
(2)锌的价层电子排布式为3d104s2，为全充满稳定结构，较难失去电子，铜的价层电子排布式为3d104s1，较易失去一个电子，因此锌的第一电离能大于铜的第一电离能。
答案：　(1)[Ar]3d104s2
(2)大于　Zn核外电子排布为全充满稳定结构，较难失电子
7．[2017·全国卷Ⅰ，35(1)(2)](1)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)。
A．404.4　 B．553.5　
C．589.2　　 D. 670.8
E．766.5
(2)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________。
解析：　(1)紫色光对应的辐射波长范围是400～430 nm(此数据来源于物理教材　人教版　选修3－4)。
(2)基态K原子占据K、L、M、N四个能层，其中能量最高的是N能层。N能层上为4s电子，电子云轮廓图形状为球形。
答案：　(1)A　(2)N　球形
8．[2017·全国卷Ⅱ，35(1)]氮原子价层电子的轨道表达式(电子排布图)为
________________________________________________________________________。
答案：　
9．[2017·全国卷Ⅲ，35(1)]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________。
答案：　1s22s22p63s23p63d74s2或[Ar]3d74s2　O　Mn
10．[2016·全国卷Ⅰ，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：　3d104s24p2　2
11．[2016·全国卷Ⅱ，35(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：　1s22s22p63s23p63d84s2或[Ar]3d84s2　2
12．[2016·全国卷Ⅲ，35(1)]写出基态As原子的核外电子排布式：__________。
答案：　1s22s22p63s23p63d104s24p3(或[Ar]3d104s24p3)
13．[2015·全国卷Ⅰ，35(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　2
14．[2017·全国卷Ⅱ，35(2)]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__________________________________________________。

答案：　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
15．(1)[2016·全国卷Ⅰ，37(4)]Zn、Ge、O电负性由大到小的顺序是__________。
(2)[2016·全国卷Ⅲ，37(2)]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”)
答案：　(1)O>Ge>Zn
(2)大于　小于