2021高考化学一轮复习专题11第1讲原子结构与性质学案新人教版

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1 第 1 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。 考点一 原子结构 知识梳理 1.能层与能级 (1)能层(n)：在多电子原子中，核外电子的____是不同的，按照电子的____差异将其分 成不同能层。通常用________________表示相应的第一、二、三、四、五、六、七……能层， 能量依次升高。 (2)能级：同一能层的电子的____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________的顺序升高，即__________。 2．原子轨道 (1)原子轨道：表示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 ________________的区域。 原子轨道 轨道形状 轨道个数 s 球形 ____ p 哑铃形 ____ (2)能量关系 ①相同能层上原子轨道能量的高低：____________。 ②形状相同的原子轨道能量的高低：____________。 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。 下图为构造原理示意图，即基态原子核外电子原子轨道排布顺序图： 2 (2)泡利原理 每个原子轨道里最多只能容纳____个电子，且自旋状态____。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________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____(p6、d10、f14)、____(p3、d5、f7)和____(p0、 d0 、 f0) 状 态 时 ， 体 系 的 能 量 最 低 ， 如 ： 24Cr 的 电 子 排 布 式 为 ________________________________________________________________________。 4．基态、激发态及光谱示意图 [回扣判断](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)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)钠元素的基态原子的电子排布式为 1s22s22p62d1( ) (5)磷元素基态原子的电子排布图为( ) 3 (6)电子排布式(22Ti)1s22s22p63s23p10 违反了能量最低原则( ) (7)1s22s12p1 表示的是激发态原子的电子排布( ) (8)铁元素基态原子的电子排布式为 1s22s22p63s23p64s23d6( ) (9)Cr 的基态原子的简化电子排布式为[Ar]3d44s2( ) (10)基态原子电子能量的高低顺序为 E(1s)＜E(2s)＜E(2px)＜E(2py)＜E(2pz)( ) (11)某些金属及它们的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光 的形式释放出来( ) [重点提醒] (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。 (2)在写基态原子的电子排布图时，常出现以下错误： (3)半充满、全充满状态的原子结构稳定 如 ns2、np3、np6；nd5、nd10 Cr：3d54s1 Mn：3d54s2 Cu：3d104s1 Zn：3d104s2 (4)当出现 d 轨道时，虽然电子按 ns、(n－1)d、np 的顺序填充，但在书写时，仍把(n －1)d 放在 ns 前。 (5)基态原子失电子的顺序 以 Fe 为例，Fe ――→ －2e－ 4s Fe2＋ ――→ －e－ 3d Fe3＋。 对点速练 练点一 原子核外电子排布规律及表示方法 1．写出下列原子或离子的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____________。 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____________。 2．下列电子排布式或轨道表示式正确的是( ) ①C 原子的轨道表示式： ②Cr 原子的电子排布式：1s22s22p63s23p63d44s2 ③O 原子的轨道表示式： ④Br 原子的外围电子排布式：3d104s24p5 ⑤B 原子的轨道表示式： A．①②③ B．②③④ C．①②④⑤ D．只有③ 练点二 核外电子排布中的能量变化 3．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( ) A．1s22s22p63s23p2→1s22s22p63s23p1 B．1s22s22p63s23p3→1s22s22p63s23p2 C．1s22s22p63s23p4→1s22s22p63s23p3 D．1s22s22p63s23p63d104s24p2→1s22s22p63s23p63d104s24p1 方法总结 核外电子排布的五种表示方法 表示方法 含义 举例 原子或离子结构示意图 表示核外电子分层排布和核 内质子数 Na： 5 Na＋： 电子式 表示原子最外层电子数目 :Cl ·· ·· · 核外电子排布式 表示每个能级上排布的电子 数 S：1s22s22p63s23p4 或[Ne]3s23p4 S2－：1s22s22p63s23p6 电子排布图(轨道表示式) 表示每个原子轨道中电子的 运动状态 价电子排布式或排布图 表示价电子的排布 考点二 原子结构与性质 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 电子排布式 原子 序数 基态原子的 电子排布式 二 2 3 [He]2s1 ____ ________ 三 3 11 ______ ____ 1s22s22p63s23p6 四 4 19 ________ ____ 1s22s22p63s23p6 3d104s24p6 五 5 ____ ______ 54 1s22s22p63s23p6 3d10 4s24p64d105s25p6 六 6 55 ____ ____ 1s22s22p63s23p6 3d104s24p6 4d104f145s25p65d 106s26p6 (2)每族元素的电子排布特点 ①主族 6 主族序数 ⅠA ⅡA ⅢA ⅣA ⅤA ⅥA ⅦA 排布特点 ____ ______ ______ ______ ______ ______ ______ ②0 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 a．根据核外电子排布分区 b．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 ⅠA 族、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(He 除外) 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)d1～9ns1～2(除钯外 ) 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 2.元素性质的规律性变化 (1)电离能 ①含义 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________。 ②规律 a．同周期：第一种元素的第一电离能____，最后一种元素的第一电离能____，总体呈 现从左至右逐渐____的变化趋势。 b．同族元素：从上至下第一电离能逐渐____。 7 c．同种原子：逐级电离能越来越____(即 I1____I2____I3…)。 (2)电负性 ①含义：不同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____。 ②标准：以最活泼的非金属氟的电负性为____和锂的电负性为 1.0 作为相对标准，计算 得出其他元素的电负性(稀有气体元素未计)。 ③变化规律 a．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，它们既有金属又有非金属 性。 b．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____。 [回扣判断](正确的打“√”，错误的打“×”) (1)共价化合物中，成键元素电负性大的表现为负价( ) (2)根据元素周期表，氮与氧相比，后者的第一电离能大( ) (3)过渡元素中含有非金属元素( ) (4)s 区全部是金属元素( ) (5)电负性越大，非金属性越强，第一电离能也越大( ) (6)价电子排布为 4s24p3 的元素位于第四周期ⅤA 族，是 p 区元素( ) (7)价电子排布为 5s25p1 的元素位于第五周期ⅠA 族，是 s 区元素( ) [重点提醒] (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，故不能根据金属活动性 顺序表判断电离能的大小。 (2)第二、三、四周期的同周期主族元素，第ⅡA(ns2np0)和第ⅤA 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第ⅢA 族和第ⅥA 族元素，如第一电离能：Mg>Al，P>S。 (3)不能将电负性 1.8 作为划分金属和非金属的绝对标准。 对点速练 练点一 原子结构与性质基础判断 1．下列说法中正确的是( ) A．第三周期所有元素中钠的第一电离能最小 B．钠的第一电离能比镁的第一电离能大 C．在所有元素中，氟的第一电离能最大 D．钾的第一电离能比镁的第一电离能大 8 2．电负性的大小也可以作为判断元素金属性和非金属性强弱的尺度。下列关于电负性 的变化规律正确的是( ) A．元素周期表从左到右，元素的电负性逐渐变大 B．元素周期表从上到下，元素的电负性逐渐变大 C．电负性越大，金属性越强 D．电负性越小，非金属性越强 3．现有三种元素的基态原子的电子排布式如下： ①1s22s22p63s23p4；②1s22s22p63s23p3；③1s22s22p5。则下列有关比较中正确的是( ) A．最高正化合价：③>②>① B．原子半径：③>②>① C．电负性：③>②>① D．第一电离能：③>②>① 练点二 原子结构与性质综合应用 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小于 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)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 9 种元素中，Al 的第一电离能的大小范围为________①>③，B 错误；非金属性越强，电负性越大，则电负性：③>①>②，C 错误；非金属性 越强，第一电离能越大，但 P 的 3p 轨道电子处于半充满状态，稳定性强，第一电离能强于 S，则第一电离能：③>②>①，D 正确。 答案：D 4．解析：(1)由信息所给的图可以看出，同周期的ⅠA 族元素的第一电离能最小，而第 ⅢA 族元素的第一电离能小于第ⅡA 族元素的第一电离能，故 NaMg>Ca，最 小范围应为 0.9～1.5。 (5)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：(1)Na Mg (2)第五 第ⅠA (3)两 Be(OH)2＋2H＋===Be2＋＋2H2O、 Be(OH)2＋2OH－===BeO2－ 2 ＋2H2O (4)0.9～1.5 (5)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；判 断方法：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 真题全体验 1．解析：(全国卷Ⅰ)：(1)A 表示基态镁原子的第二电离能，B 表示基态镁原子的第一 电离能，则电离能：A>B；C 表示激发态镁原子的第一电离能，则电离能：A>C；D 表示激发 态镁原子的第二电离能，则电离能：A>D。 (全国卷Ⅱ)：(2)金属原子变为阳离子，首先失去最外层电子。 (3)F－与 O2－具有相同电子层结构，F 原子序数较大，离子半径较小。 (全国卷Ⅲ)：(1)根据对角线原则，Li 与 Mg 的化学性质最相似。基态时 Mg 原子的两个 M 层电子处于 3s 轨道上，且自旋方向相反。 答案：(全国卷Ⅰ)：(1)A (全国卷Ⅱ)：(2)4s 4f5 (3)小于 (全国卷Ⅲ)：(1)Mg 相反 2．解析：(全国卷Ⅰ)：(1)根据能级能量 E(1s)O，故第一电离能较大的为 O。 Mn 原子的价电子排布式为 3d54s2，根据洪特规则，有 5 个未成对电子，而 O 原子的价电子排 布式为 2s22p4，仅有 2 个未成对电子，故基态原子核外未成对电子数较多的是 Mn。 答案：(全国卷Ⅰ)： 16 (1)A (2)N 球形 K 原子半径较大且价电子数较少，金属键较弱 (全国卷Ⅱ)： (1) (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 的 p 能级处于半充满状态，具有稳定性，故不易结合一个电子 (全国卷Ⅲ)： (1)1s22s22p63s23p63d74s2 或[Ar]3d74s2 O Mn 4．解析：(1)锗为 32 号元素，根据原子核外电子的排布规律，可写出其电子排布式为 1s22s22p63s23p63d104s24p2，其核外电子排布简式为[Ar]3d104s24p2，其中 4p 能级有 2 个未成对 电子。 (2)Zn、Ge、O 三种元素中，Zn 和 Ge 是金属元素，O 是非金属元素。O 的电负性比 Zn 和 Ge 的大，又根据同周期元素的电负性从左到右逐渐增大的规律，可知电负性：O>Ge>Zn。 答案：(1)3d104s24p2 2 (2)O>Ge>Zn