2018届一轮复习人教版原子结构与性质学案(1)

2018届一轮复习人教版原子结构与性质学案(1)

原子结构与性质 ‎[2018备考·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　原子核外电子排布原理 ‎(考点层次A→自学、识记、辨析)‎ 对应学生用书P257‎ ‎1．能层、能级与原子轨道 能层 一 二 三 四 五 ‎…‎ 符号 K L M N O ‎…‎ 能级 ‎1s ‎2s ‎2p ‎3s ‎3p ‎3d ‎4s ‎4p ‎4d ‎4f ‎5s ‎…‎ ‎…‎ 最多容纳 电子数 ‎2‎ ‎2‎ ‎6‎ ‎2‎ ‎6‎ ‎10‎ ‎2‎ ‎6‎ ‎10‎ ‎14‎ ‎2‎ ‎…‎ ‎…‎ ‎2‎ ‎8‎ ‎18‎ ‎32‎ ‎…‎ ‎2n2‎ 提醒：①‎ 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能层数＝电子层数，每个能层所包含的能级数＝能层序数。‎ ‎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：‎ 提醒：所有电子排布规则都需要满足能量最低原理。‎ ‎(2)泡利原理 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。‎ 提醒：①当出现d轨道时，虽然电子按ns、(n-1)d、np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。‎ ‎②在书写简化的电子排布式时，并不是所有的都是[X]＋价电子排布式(注：X代表上一周期稀有气体元素符号)。‎ ‎3．基态、激发态及光谱示意图 教材高考 ‎1．(RJ选修3·P124改编)下列各原子或离子的电子排布式错误的是(　　)‎ A．K＋　1s22s22p63s23p6 B．F　1s22s22p5‎ C．S2-　1s22s22p63s23p4 D．Ar　1s22s22p63s23p6‎ 答案　C ‎2．(RJ选修3·P127改编)写出第9、17、35号元素原子的电子排布式。‎ 答案　9号：1s22s22p5或[He]2s22p5‎ ‎17号：1s22s22p63s23p5或[Ne]3s23p5‎ ‎35号：1s22s22p63s23p63d104s24p5或[Ar]3d104s24p5‎ ‎3．(溯源题)(1)Zn2＋基态核外电子排布式为________。‎ ‎(2016·江苏)‎ ‎(2)Cr3＋基态核外电子排布式为________。‎ ‎[2015·江苏，21A(1)节选]‎ ‎(3)N的基态原子核外电子排布式为________；Cu的基态原子最外层有________个电子。‎ ‎[2015·安徽理综，25(2)]‎ ‎(4)Si元素基态原子的电子排布式是________。‎ ‎[2015·四川理综，8(1)]‎ ‎(5)基态硼原子的电子排布式为________。‎ ‎[2014·福建理综，31(A)]‎ ‎(6)31Ga基态原子的核外电子排布式是________。‎ ‎[2014·浙江自选，15(1)节选]‎ ‎(7)Cu＋基态核外电子排布式为________。‎ ‎[2014·江苏，21(A)(1)]‎ 答案　(1)1s22s22p63s23p63d9(或[Ar]3d9)‎ ‎(2)1s22s22p63s23p63d3或[Ar]3d3‎ ‎(3)1s22s22p3　1‎ ‎(4)1s22s22p63s23p2(或[Ne]3s23p2)‎ ‎(5)1s22s22p1或[Ne]2s22p1‎ ‎(6)1s22s22p63s23p63d104s24p1或[Ar]3d104s24p1‎ ‎(7)1s22s22p63s23p63d10或[Ar]3d10‎ 探源：该高考题组源于教材RJ选修3 P12“学与问”，考查的是核外电子排布式的书写。‎ 对应学生用书P258‎ ‎[诊断性题组]‎ ‎1．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 解析　np3处于半充满状态，结构稳定，失去一个电子吸收的能量多。‎ 答案　B ‎2．(2016·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 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。‎ 答案　C ‎3．写出下列原子的电子排布式与简化电子排布式 原子 电子排布式 简化电子排布式 N ‎1s22s22p3‎ ‎[He]2s22p3‎ Cl ‎1s22s22p63s23p5‎ ‎[Ne]3s23p5‎ Ca ‎1s22s22p63s23p64s2‎ ‎[Ar]4s2‎ Fe ‎1s22s22p63s23p63d64s2‎ ‎[Ar]3d64s2‎ Cu ‎1s22s22p63s23p63d104s1‎ ‎[Ar]3d104s1‎ As ‎1s22s22p63s23p63d104s24p3‎ ‎[Ar]3d104s24p3‎ ‎4.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。‎ 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。‎ ‎(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。‎ ‎(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的原子的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　(1)C或O　(2)Cl　K ‎(3)Fe　1s22s22p63s23p63d64s2或[Ar]3d64s2‎ ‎(4)Cu　1s22s22p63s23p63d104s1或[Ar]3d104s1‎ ‎(5)2　2p ‎【方法归纳】‎ ‎“两原理，一规则”的正确理解 ‎(1)原子核外电子排布符合能量最低原理、洪特规则、泡利不相容原理，若违背其一，则电子能量不处于最低状态。‎ 易误警示　在书写基态原子的电子排布图时，常出现以下错误：‎ ‎①(违反能量最低原理)‎ ‎②(违反泡利不相容原理)‎ ‎③(违反洪特规则)‎ ‎④(违反洪特规则)‎ ‎⑤书写轨道表示式(或电子排布图)时，空轨道不能省略。如C的轨道排布图表示为，而不是。‎ ‎(2)半充满、全充满状态原子结构稳定 如ns2、np3、np6‎ Cr：3d54s1　Mn：3d54s2‎ Cu：3d104s1　Zn：3d104s2‎ 考点二　原子结构与元素的性质 ‎(考点层次B→共研、理解、整合)‎ 对应学生用书P259‎ ‎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 ‎10‎ ‎1s22s22p6‎ 三 ‎3‎ ‎11‎ ‎[Ne]3s1‎ ‎18‎ ‎1s22s22p63s23p6‎ 四 ‎4‎ ‎19‎ ‎[Ar]4s1‎ ‎36‎ ‎1s22s22p63s23p6‎ ‎3d104s24p6‎ 五 ‎5‎ ‎37‎ ‎[Kr]5s1‎ ‎54‎ ‎1s22s22p63s23p63d10‎ ‎4s24p64d105s25p6‎ 六 ‎6‎ ‎55‎ ‎[Xe]6s1‎ ‎86‎ ‎1s22s22p63s23p63d104s24p6‎ ‎4d104f145s25p65d106s26p6‎ 提醒：①能层数＝电子层数＝周期数 ‎②价电子数＝主族序数 ‎(2)每族元素的电子排布特点 ‎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 ‎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 提醒：“外围电子排布”即“价电子层”，对于主族元素，价电子层就是最外电子层，而对于过渡元素原子不仅仅是最外电子层，如Fe的价电子层排布为3d64s2。‎ ‎2．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 ‎3．元素周期律 ‎(1)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。‎ ‎(2)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kJ·mol-1。‎ ‎②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最大，总体呈现从左至右逐渐增大的变化趋势。‎ b．同族元素：从上至下第一电离能逐渐减小。‎ c．同种原子：逐级电离能越来越大(即I1③>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>①>③＝②‎ 解析　①表示S，②表示P，③表示N，④表示F。第一电能：F＞N＞P＞S，A项正确；原子半径：P＞S＞N＞F，B项错误；电负性F＞N＞S＞P，C项错误；F无正价，D项错误。‎ 答案　A ‎7．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 解析　C项，在所有元素中，He的第一电离能最大。‎ 答案　A ‎8．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(　　)‎ 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为：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。‎ 答案　B ‎9．(2016·黄冈模拟)以下有关元素性质的说法不正确的是(　　)‎ 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。‎ 答案　D 二、填空题 ‎10．(2016·银川质检)现有1～20号元素A、B、C、D所对应的物质的性质或微粒结构如下表：‎ 元素 物质性质或微粒结构 A M层上有2对成对电子 B B的离子与D的离子具有相同电子层结构，且可以相互组合形成干燥剂 C 常温下单质为双原子分子，其氢化物水溶液呈碱性 D 元素最高正价是＋7价 ‎(1)元素A的原子最外层共有________种不同运动状态的电子，这些电子中有________种能量不同的电子。B的离子与D的离子相互组合形成的干燥剂的化学式是________。‎ ‎(2)元素C与氢元素形成带一个单位正电荷的离子，写出该微粒的电子式________(用元素符号表示)。‎ ‎(3)元素A与元素D相比，非金属性较强的是________(用元素符号表示)，下列表述中能证明这一事实的是________。‎ A．常温下A的单质和D的单质状态不同 B．A的氢化物比D的氢化物稳定 C．一定条件下D能从A的氢化物水溶液中置换出A单质 D．D的氢化物水溶液酸性比A的氢化物水溶液酸性强 ‎(4)C的氢化物固态时属于________晶体，该氢化物与A的最高价氧化物对应的水化物反应的化学方程式是 ‎____________________________________________________。‎ 解析　根据物质性质和微粒结构，A为S，D为Cl，B为Ca，C为N。(1)S的最外层有6个电子，其运动状态各不相同，3s、3p轨道上电子能量不相同，所以应有2种能量不同的电子。CaCl2是一种中性干燥剂。(2)该离子应为NH，其电子式为(3)S和Cl相比较，Cl的非金属性强，可以根据氢化物的稳定性，最高价氧化物对应水化物的酸性以及Cl2＋H2S===2HCl＋S↓进行判断。(4)NH3为分子晶体，NH3和H2SO4反应生成(NH4)2SO4。‎ 答案　(1)6　2　CaCl2　(2)‎ ‎(3)Cl　C　(4)分子　2NH3＋H2SO4===(NH4)2SO4‎ ‎11．A、B、C、D、E、F为原子序数依次增大的六种元素，其中A、B、C、D、E为短周期元素，F为第四周期元素，F还是前四周期中电负性最小的元素。‎ 已知：A原子的核外电子数与电子层数相等；B元素原子的核外p电子数比s电子数少1个；C原子的第一至第四电离能为I1＝738 kJ·mol-1，I2＝1 451 kJ·mol-1，I3＝7 733 kJ·mol-1，I4＝10 540 kJ·mol-1；D原子核外所有p轨道为全充满或半充满；E元素的族序数与周期序数的差为4。‎ ‎(1)写出E元素在周期表中位置：________；D元素的原子的核外电子排布式：__________________。‎ ‎(2)某同学根据题目信息和掌握的知识分析C的核外电子排布为 该同学所画的轨道式违背了________。‎ ‎(3)已知BA5为离子化合物，写出其电子式：________。‎ ‎(4)DE3中心原子杂化方式为________，其空间构型为_________________。‎ 解析　(1)由题意分析知F为K，A为H，B为N；由电离能知C的常见化合价为＋2价，为Mg，D为P，E为Cl。(2)原子的核外电子分能级排布，按构造原理先排能量低的能级，再排能量高的能级，遵循能量最低原理时，该原子才最稳定。该同学未排满3s能级就排3p能级，违背了能量最低原理。(3)NH5为离子化合物，则为铵盐，存在NH和H-。(4)PCl3中心原子P上的价层电子对＝3＋(5-3×1)＝4，杂化类型为sp3杂化；存在一个孤电子对，故分子构型为三角锥形。‎ 答案　(1)第三周期ⅦA族　1s22s22p63s23p3　(2)能量最低原理 ‎(3)　(4)sp3　三角锥形 ‎12．(选做题)(2016·昌乐模拟)下表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，请写出其基态原子的电子排布式________________。‎ ‎(2)d与a反应的产物的分子中，中心原子的杂化形式为________________。‎ ‎(3)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：________________________________________________。‎ ‎(4)o、p两元素的部分电离能数据列于下表：‎ 元素 o p 电离能/‎ I1‎ ‎717‎ ‎759‎ ‎(kJ·mol-1)‎ I2‎ ‎1 509‎ ‎1 561‎ I3‎ ‎3 248‎ ‎2 957‎ 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__________________________________________‎ ‎_______________________________________________________。‎ ‎(5)第三周期8种元素按单质熔点高低的顺序如图Ⅰ所示，其中电负性最大的是________(填图中的序号)。‎ ‎(6)表中所列的某主族元素的电离能情况如图Ⅱ所示，则该元素是________(填元素符号)。‎ 解析　(1)26号为铁元素，其基态原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2。(2)d为N元素，a为H元素，二者形成的NH3中N原子的杂化形式为sp3。(3)h为Mg元素，Mg单质在空气中燃烧发出耀眼的白光，原因是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。(4)o元素为Mn，其基态原子电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s2，Mn2＋的基态离子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d5，其3d能级为半充满结构，相对比较稳定，当其失去第三个电子时比较困难，而p2＋的基态离子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d6，其 ‎3d能级再失去一个电子即为半充满结构，形成相对比较稳定的结构，故其失去第三个电子比较容易。(5)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，故8种元素按单质熔点由高到低的顺序为硅、铝、镁、硫、磷、钠、氯、氩，其中电负性最大的为氯。(6)由图可知，该元素的电离能I4远大于I3，故为第ⅢA族元素，周期表中所列的第ⅢA族元素i属于第三周期，应为Al。‎ 答案　(1)1s22s22p63s23p63d64s2‎ ‎(2)sp3‎ ‎(3)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 ‎(4)Mn2＋的3d轨道电子排布为半满状态，比较稳定 ‎(5)2‎ ‎(6)Al