2021高三化学人教版一轮学案：第十一章 第一节 原子结构与性质 Word版含解析
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第一节 原子结构与性质
最新考纲：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示式。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。
核心素养：1.宏观辨识与微观探析：能从能层、能级等不同层次认识原子的结构，以及核外电子的排布规律，能从宏观和微观相结合的视角分析原子结构与元素性质的关系。2.科学探究与创新意识：能发现和提出有探究价值的原子结构及性质的问题，如核外电子排布、元素第一电离能的特殊性等，面对异常现象敢于提出自己的见解。
知识点一 原子结构
1．能层和能级
(1)能层：原子核外电子是分层排布的，根据电子的能量差异，可将核外电子分成不同的能层。
(2)能级：在多电子原子中，同一能层的电子，能量也可能不同，不同能量的电子分成不同的能级。
(3)能层与能级的关系
2.电子云与原子轨道
(1)电子云
①电子在核外空间出现的概率分布图看起来像一片云雾，因而被形象地称为电子云。
②电子云轮廓图称为原子轨道。
(2)原子轨道
3．基态原子核外电子排布
(1)排布原则
(2)填充顺序——构造原理
(3)基态原子核外电子排布的表示方法
4.电子的跃迁与原子光谱
(1)电子的跃迁
(2)不同元素的原子发生跃迁时会吸收或释放不同的光，可以用光谱仪摄取各种元素的电子的吸收光谱或发射光谱，总称原子光谱。
判断正误(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( × )
4．2px、2py、2pz的能量相等( √ )
5．铁元素基态原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p64s23d6( × )
6．磷元素基态原子的电子排布图为
( × )
7．电子排布式1s22s22p63s23p10违反了能量最低原理( × )
( × )
1．应用能量最低原理时，要注意原子轨道能量的高低，如能量E3d>E4s。所以电子先排4s轨道，再排3d轨道，而失电子时，都先失4s轨道上的电子。
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正确，Fe：1s22s22p63s23p64s23d6错误。
4．注意比较原子核外电子排布式、简化电子排布式、原子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：[Ar]3d104s1；外围电子排布式：3d104s1。
1．(2020·衡水中学高二检测)下列关于能层与能级的说法中不正确的是( D )
A．原子的核外各能层最多可容纳的电子数为2n2
B．各能层的能级总是从s能级开始，而且所含能级数等于该能层的序数
C．同是s轨道，不论在哪个能层中所能容纳的最多电子数相同
D．1个原子轨道里最多只能容纳2个电子，且自旋状态相同
解析：根据原子的核外电子排布规律可知，每个电子层最多容纳的电子数为2n2，所以A正确；B正确。同是s能级，在任一能层中都最多只能容纳2个电子，所以C正确；D选项中要注意1个原子轨道里排满2个电子时，其自旋状态必须相反。
2．下列各项叙述中，正确的是( C )
A．镁原子由1s22s22p63s2→1s22s22p63p2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5周期ⅠA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
D．24Cr原子的电子排布式是1s22s22p63s23p63d44s2
解析：镁原子由基态转化为激发态，要吸收能量；价电子排布为5s25p1的元素位于第5周期ⅢA族，是p区元素；原子轨道处于全空、全满或半充满状态时，能量最低，故24Cr原子的核外电子排布式应是1s22s22p63s23p63d54s1。
3．下列关于价电子构型为4s24p4的原子的描述正确的是( D )
解析：A项，其基态原子电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p4，错误；B项，违反了洪特规则，错误；C项，违反了泡利原理，错误；D正确。
4．下列有关原子轨道的叙述正确的是( B )
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
C．p能级的原子轨道呈哑铃形，随着能层序数的增加，p能级原子轨道也在增多
D．能层n＝4的原子轨道最多可容纳16个电子
解析：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能级的原子轨道呈哑铃形，p能级含有3个原子轨道，随着能层序数的增加，p能级原子轨道数目不变，错误；D项，各电子层最多容纳电子数2n2，则能层n＝4的原子轨道最多可容纳32个电子，错误。
5．下列各组表述中，两个原子不属于同种元素原子的是( C )
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
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。
6．(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N；其价电子排布图为
(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Cl，C离子的结构示意图为。
(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Fe，其基态原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2(或[Ar]3d64s2)，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Cu，其基态原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s1(或[Ar]3d104s1)。
(5)F元素的原子最外层电子排布式为nsnnpn＋2，则n＝2；原子中能量最高的是2p电子，核外电子排布图为
7．(2020·衡水月考)有四种短周期元素，它们的结构、性质等信息如下表所述：
元素
结构、性质等信息
A
短周期中(除稀有气体外)原子半径最大的元素，该元素的某种合金是原子反应堆的导热剂
B
B与A同周期，其最高价氧化物对应的水化物呈两性
C
在空气中含量第二，在地壳中含量第一
D
海水中除氢、氧元素外含量最多的元素，其单质或化合物也是自来水生产过程中常用的消毒杀菌剂
请根据表中信息填写：
(1)A元素原子的核外电子排布式为1s22s22p63s1。
(2)B元素在周期表中的位置是第三周期第ⅢA族；离子半径：B小于(填“大于”或“小于”)A。
(3)C元素原子的电子排布图是，其原子核外有2个未成对电子，能量最高的电子为2p轨道上的电子，其轨道呈哑铃(纺锤)形。
(4)D元素原子的电子排布式为1s22s22p63s23p5或[Ne]3s23p5，D－的结构示意图是。
(5)B的最高价氧化物对应的水化物与A的最高价氧化物对应的水化物反应的化学方程式为NaOH＋Al(OH)3===NaAlO2＋2H2O。与D的氢化物的水溶液反应的化学方程式为3HCl＋Al(OH)3===AlCl3＋3H2O。
解析：根据题中信息可推出：A为Na，B为Al，C为O，D为Cl。(1)A为Na，其核外电子排布式为1s22s22p63s1。(2)B为Al，其在元素周期表中的位置为第三周期第ⅢA族，Na＋与Al3＋核外电子排布相同，核电荷数Al3＋大于Na＋，故r(Al3＋)
I1(Al)、I1(P)>I1(S)。这是由于第ⅡA族、第ⅤA族元素原子的价电子排布分别为ns2、ns2np3，是较稳定的全充满、半充满状态，因而失去电子所需的能量较高。
1.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 )
A.第一电离能：③>②>①
B.原子半径：③>②>①
C.电负性：③>②>①
D.最高正化合价：③>②>①
解析：根据元素的基态原子的电子排布式可知，三种元素分别是S、P、F。一般非金属性越强，第一电离能越大，但P原子的3p轨道处于半充满状态，稳定性强，所以第一电离能大于S，A正确；原子半径应是②>①>③，B不正确；非金属性越强，电负性越大，应是③>①>②，C不正确；F没有正价，S最高价为＋6，P最高价为＋5，D不正确。
2.以下有关元素性质的说法不正确的是( D )
A.具有下列电子排布式的原子中：①1s22s22p63s23p2，②1s22s22p3，③1s22s22p2，④1s22s22p63s23p4，原子半径最大的是①
B.具有下列价电子排布式的原子中：①3s23p1，②3s23p2，③3s23p3，④3s23p4，第一电离能最大的是③
C.①Na、K、Rb，②N、P、As，③O、S、Se，④Na、P、Cl中，元素的电负性随原子序数增大而递增的是④
D.某元素气态基态原子的逐级电离能分别为738、1 451、7 733、10 540、13 630、17 995、21
703，当它与氯气反应时可能生成的阳离子是X3＋
解析：A项，①为Si，②为N，③为C，④为S，原子半径最大的为Si，正确；B项，①为Al，②为Si，③为P，④为S，第一电离能最大的为P，正确；C项，同一主族元素，电负性从上到下逐渐减小；同一周期元素，电负性呈增大趋势，正确；D项，根据各级电离能变化趋势，基态原子的最外层应有2个电子，所以与Cl2反应时应呈＋2价，D错误。
3.(2020·河北武邑中学月考)如图是第三周期11～17号元素某些性质变化趋势的柱形图，下列有关说法中正确的是( B )
A.y轴表示的可能是第一电离能
B.y轴表示的可能是电负性
C.y轴表示的可能是原子半径
D.y轴表示的可能是形成基态离子转移的电子数
解析：对于第三周期11～17号元素，随着原子序数的增大，第一电离能呈现增大的趋势，但Mg、P特殊，A项错误；原子半径逐渐减小，C项错误；形成基态离子转移的电子数依次是：Na为1，Mg为2，Al为3，Si不易形成离子，P为3，S为2，Cl为1，D项错误。
4.下列有关微粒性质的排列顺序中，错误的是( B )
A.元素的电负性：PNa＋>Mg2＋
D.原子的未成对电子数：Mn>Si>Cl
解析：得电子能力PNa＋>Mg2＋
，C正确；Mn、Si、Cl原子的未成对电子数分别为5、2、1，D正确。
5.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)。
①认真分析图中同周期元素第一电离能的变化规律，推断Na～Ar元素中，Al的第一电离能的大小范围为NaMg>Ca，最小范围应为0.9～1.5。③根据已知条件及表中数值：Li3N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。共价化合物和离子化合物最大的区别在于熔融状态下能否导电。离子化合物在熔融状态下以离子形式存在，可以导电，但共价化合物却不能。
6.现有五种元素，其中A、B、C为短周期主族元素，D、E为第4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，也是宇宙中最丰富的元素
B元素原子的核外p电子数比s电子数少1
C原子的第一至第四电离能分别是
I1＝738 kJ·mol－1，I2＝1 451 kJ·mol－1，
I3＝7 733 kJ·mol－1，I4＝10 540 kJ·mol－1
D是前四周期中电负性最小的元素
E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基态原子中能量最高的电子，其电子云在空间有3个方向，原子轨道呈哑铃形。
(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泡利不相容原理。
(4)E位于ⅦB族d区，价电子排布式为3d54s2。
(5)检验D元素的方法是焰色反应，请用原子结构的知识解释产生此现象的原因是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乃至基态时，将以光的形式释放能量。
解析：根据提供信息，可以推断A为H，B为N，C为Mg，D为K，E为Mn。
(1)NH5的电子式为。
(2)N的基态原子中能量最高的电子为2p能级上的电子，电子云在空间有3个方向，原子轨道呈哑铃形。
(3)该同学所画的电子排布图中3s能级上的两个电子自旋方向相同，违背了泡利不相容原理。
(4)Mn的价电子排布式为3d54s2，位于第4周期ⅦB族，属于d区元素。
(5)检验钾元素可以利用焰色反应。
7.(2020·安徽省淮南模拟)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：1s22s22p63s23p63d64s2(或[Ar]3d64s2)。
(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：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、p两元素的部分电离能数据如表2：
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Mn2＋的3d轨道电子排布为半充满状态，比较稳定。
(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2(填图1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Al(填元素符号)。
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)第三周期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ⅢA族元素，应为Al。
素养一 电离能与电负性应用
1.电离能的四大应用
(1)判断元素金属性的强弱。
电离能越小，金属越容易失去电子，金属性越强；反之越弱。
(2)判断元素的化合价
I1、I2……表示各级电离能。如果某元素的In＋1≫In，则该元素的常见化合价为＋n。如钠元素I2≫I1，所以钠元素的化合价为＋1。
(3)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级增大，有一定的规律性。当电离能的变化出现突跃时，电子层数就可能发生变化。
(4)反映元素原子的核外电子排布特点
同周期元素从左向右，元素的第一电离能并不是逐渐增大的，当元素的核外电子排布是全空、半充满和全充满状态时，第一电离能就会反常的大。
2.电负性的三大应用
1.(2018·课标全国Ⅰ)Li2O是离子晶体，其晶格能可通过下图的BornHaber循环计算得到。
可知，Li原子的第一电离能为520kJ·mol－1。
解析：锂原子的第一电离能是指1 mol气态锂原子失去1 mol电子变成1 mol气态锂离子所吸收的能量，即为
＝520 kJ·mol－1。
2.(2018·全国卷Ⅲ)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)大于I1(Cu)(填“大于”或“小于”)。原因是Zn核外电子排布为全充满稳定结构，较难失电子。
解析：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。
3.(2017·全国卷Ⅲ)元素Mn与O中，第一电离能较大的是O。
解析：O是非金属元素，而Mn是金属元素，前者易得电子而不易失电子，后者则反之，所以O的第一电离能大于Mn的。
4.(2017·全国卷Ⅱ)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；
氮元素的E1呈现异常的原因是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。
解析：从图中可以看出：除N外，同周期元素随核电荷数依次增大，E1逐渐增大，这是因为随原子半径逐渐减小，结合一个电子需要释放出更多的能量；N原子的2p轨道处于半充满状态，不易再结合一个电子，故E1呈现异常。
5.(2017·江苏高考)C、H、O三种元素的电负性由小到大的顺序为HGe>Zn。
解析：非金属性：O>Ge>Zn，则电负性：O>Ge>Zn。
7.(2016·全国卷Ⅱ)元素铜与镍的第二电离能分别为：ICu＝1 958 kJ·mol－1、INi＝1 753 kJ·mol－1，ICu>INi的原因是铜失去的是全充满的3d10电子，镍失去的是4s1电子。
解析：铜的第二电离能失去的是全充满的3d10电子所需要的能量，镍的第二电离能失去的是4s1电子所需要的能量，前者属于稳定状态，故第二电离能：ICu>INi。
8.(2016·全国卷Ⅲ)根据元素周期律，原子半径Ga大于As，第一电离能Ga小于As。(填“大于”或“小于”)
解析：Ga和As均属于第四周期元素，且原子序数：GaAs，第一电离能：IGaCl>P>Na，则电负性：O>Cl>P>Na。
