高中化学选修3物质结构与性质重点知识归纳及易错点归纳.docx
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高中化学选修3物质结构与性质重点知识归纳及易错点归纳
高中化学选修3物质结构与性质重点知识归纳及易错点归纳
第一章重点知识归纳
一、原子结构
1.能层、能级与原子轨道
能层(n)
能级
最多容纳电子数
序号
符号
符号
原子轨道数
各能级
各能层
一
K
1s
1
2
2
二
L
2s
1
2
8
2p
3
6
三
M
3s
1
2
18
3p
3
6
3d
5
10
四
N
4s
1
2
32
4p
3
6
4d
5
10
4f
7
14
……
……
……
……
……
……
n
……
……
……
……
2n2
(1)能层(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能层。
通常用K、L、M、N……表示,能量依次升高。
(2)能级:
同一能层里电子的能量也可能不同,又将其分成不同的能级,通常用s、p、d、f等表示,同一能层里,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)。
(3)原子轨道:
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。
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。
原子轨道
轨道形状
轨道个数
s
球形
1
p
哑铃形
3
2.原子核外电子的排布规律
(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,所有电子排布规则都需要满足能量最低原理。
下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,由构造原理可知,从第三能层开始各能级不完全遵循能层顺序,产生了能级交错排列,即产生“能级交错”现象,能级交错指电子层数较大的某些能级的能量反而低于电子层数较小的某些能级的能量的现象,如:
4s<3d、6s<4f<5d,一般规律为ns<(n-2)f<(n-1)d<np。
注意排电子时先排4s轨道再排3d轨道,而失电子时,却先失4s轨道上的电子。
(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
。
因为每个原子轨道最多只能容纳2个电子且自旋方向相反,所以从能层、能级、原子轨道、自旋方向四个方面来说明电子的运动状态是不可能有两个完全相同的电子的。
如氟原子的电子排布可表示为1s22s22p
2p
2p
由于各原子轨道中的电子自旋方向相反,所以9个电子的运动状态互不相同。
(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
。
(4)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,易错写为1s22s22p63s23p63d44s2。
3.核外电子排布的表示方法
表示方法
书写规则
以硫原子为例
电子排布式
按电子排入各电子层中各能级的先后顺序,用能级符号依次写出各能级中的电子数,能直观地反映核外电子的能层、能级和各能级上的电子数,但不能表示原子核的情况,也不能表示各个电子的运动状态
1s22s22p63s23p4
简化电子排布式
为了避免电子排布式书写过于繁琐,把内层电子达到稀有气体结构的部分以相应稀有气体的元素符号外加方括号表示,得到简化的电子排布式,用“【稀有气体】+价层电子”的形式表示
【Ne】3s23p4
电子排布图
用方框表示原子轨道,用“↑”或“↓”表示自旋状态不同的电子,按排入各电子层中各能级的先后顺序和在轨道中的排布情况书写,能反映各轨道的能量的高低,各轨道上的电子分布情况及自旋方向
价电子排布式
仅用基态原子电子排布式中的价态电子排布,价电子排布式能反映基态原子的能层数和参与成键的电子数以及最外层电子数
3s23p4
原子结构示意图
圆圈内数字表示质子数,弧线表示能层(电子层),弧线内数字表示该能层(电子层)中的电子数,原子结构示意图能直观地反映核内的质子数和核外的电子层数及各层上的电子数
二、元素周期表
1.原子结构与元素周期表的关系
2.每族元素的价层电子排布特点
(1)主族
主族
ⅠA
ⅡA
ⅢA
ⅣA
ⅤA
ⅥA
ⅦA
排布特点
ns1
ns2
ns2np1
ns2np2
ns2np3
ns2np4
ns2np5
(2)0族:
除He外其余均为ns2np6。
(3)过渡元素(副族和第Ⅷ族,Pd、镧系、锕系除外):
(n-1)d1~10ns1~2。
3.元素周期表的分区
(1)元素周期表的分区
(2)各区元素价电子的排布特点
分区
价电子排布
s区
ns1~2
p区
ns2np1~6(除He外)
d区
(n-1)d1~9ns1~2(除钯外)
ds区
(n-1)d10ns1~2
f区
(n-2)f0~14(n-1)d0~2ns2
三、元素周期律
1.微粒半径大小的比较
(1)同周期元素的原子半径:
随着核电荷数增多,原子半径依次减小(稀有气体除外)。
(2)同主族元素的原子半径、相同价态阳离子半径和阴离子半径:
随着核电荷数增多,半径都依次增大。
(3)核外电子排布(即电子层结构)相同的离子半径:
随核电荷数增多,离子半径依次减小。
(4)同种元素形成的粒子半径:
阳离子<中性原子<阴离子,且阳离子价态越高,半径越小。
如:
Fe3+<Fe2+<Fe,Cl<Cl-,H+<H<H-。
(5)核电荷数和电子数都不同的粒子,一般要找参考物。
如比较Al3+和S2-,可找出与Al3+电子数相同,与S2-同一主族的元素O2-来比较,因为Al3+<O2-,且O2-<S2-,故Al3+<S2-。
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。
元素第一电离能可以衡量元素的原子失去一个电子的难易程度。
第一电离能数值越小,原子越容易失去一个电子;第一电离能数值越大,原子越难失去一个电子。
(2)规律:
对同一周期的元素而言,碱金属元素的第一电离能最小,稀有气体元素的第一电离能最大;从左到右,元素的第一电离能在总体上呈现从小到大的变化趋势,表示元素原子越来越难失去电子;同主族元素,自上而下第一电离能逐渐减小,表明自上而下原子越来越易失去电子;具有全充满、半充满及全空的电子构型的元素稳定性较高,其电离能数值较大,如稀有气体的电离能在同周期元素中最大,N为半充满、Mg为全充满状态,其电离能均比同周期相邻元素大;气态基态一价正离子再失去一个电子成为气态基态二价正离子所需的最低能量叫做第二电离能,第三电离能和第四、第五电离能依此类推。
由于原子失去电子形成离子后,若再失去电子会更加困难,因此同一原子的各级电离能之间存在如下关系:
I1<I2<I3……
(3)应用:
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
判断元素的化合价
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
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渐增大,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
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
3.电负性
(1)定义:
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。
(4)应用:
4.对角线规则
(1)在元素周期表中,某些主族元素与其右下方的主族元素(如图)的有些性质是相似的(如硼和硅的含氧酸盐都能形成玻璃,且互熔),被称为“对角线规则”。
(2)处于“对角线”位置的元素,它们的性质具有相似性的根本原因是由于它们的电负性接近,说明它们对键合电子的吸引力相当,因而表现出相似的性质。
5.元素周期律
项目
同周期(从左→右)
同主族(从上→下)
原子核外电子排布
电子层数相同,最外层电子数逐渐增多,1→7(第一周期1→2)
最外层电子数相同,电子层数递增
原子半径
逐渐减小(0族除外)
逐渐增大
元素主要化合价
最高正价由+1→+7,最低负价由-4→-1
最高正价=主族序数(O、F除外),非金属最低负价=主族序数-8
原子得、失电子能力
得电子能力逐渐增强,失电子能力逐渐减弱
得电子能力逐渐减弱,失电子能力逐渐增强
元素的第一电离能
第一电离能呈增大的趋势
第一电离能逐渐减小
元素的电负性
电负性逐渐增大
电负性逐渐减小
元素金属性、非金属性
金属性逐渐减弱,非金属性逐渐增强
金属性逐渐增强,非金属性逐渐减弱
单质氧化性、还原性
氧化性逐渐增强,还原性逐渐减弱
氧化性逐渐减弱,还原性逐渐增强
最高价氧化物对应水化物的酸碱性
碱性逐渐减弱
碱性逐渐增强
酸性逐渐增强
酸性逐渐减弱
非金属气态氢化物的稳定性
生成由难到易,稳定性逐渐增强
生成由易到难,稳定性逐渐减弱
【典例演练】
【例题1】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)Cu1s22s22p63s23p63d104s1或【Ar】3d104s1(5)2 2p
【例题2】
(1)基态Ge原子的核外电子排布式为【Ar】________,有________个未成对电子。
(2)元素Cu基态原子的核外电子排布式为____________。
(3)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。
(4)基态硼原子的电子排布式为______________。
(5)基态Si原子中,电子占据的最高能层符号为________,该能层具有的原子轨道数为________、电子数为________。
(6)Ni2+的价电子排布图为____________。
(7)Se原子序数为________,其核外M层电子的排布式为________________。
【答案】
(1)3d104s24p2 2
(2)1s22s22p63s23p63d104s1(3)电子云 2 (4)1s22s22p1 (5)M 9 4
(6)
(7)34 3s23p63d10
【例题3】W、X、Y、Z、N是短周期元素,它们的核电荷数依次增大。
元素
元素性质或原子结构
W
原子核内无中子
X
原子核外s能级上的电子总数与p能级上的电子总数相等
Y
元素的离子半径在该周期中最小
Z
原子核外p能级上的电子总数比s能级上的电子总数多2
N
最外层电子数比次外层电子数少1
(1)W单质的化学式为________,Z元素原子核外有______个原子轨道填充了电子。
(2)Y、Z和N三种元素第一电离能由大到小的顺序为____________(填元素符号)。
(3)X与Z两元素的电负性较大的是________(填元素符号)。
(4)Z元素原子共有________种不同运动状态的电子。
【答案】
(1)H2 8
(2)Cl>Si>Al (3)O (4)14
【过关练习】
1.下列说法中正确的是
A.s电子绕核旋转,其轨道为一圆圈,而p电子是∞字形
B.能层为1时,有自旋相反的两个轨道
C.能层为3时,有3s、3p、3d、4f四个轨道
D.s电子云是球形对称的,其疏密程度表示电子在该处出现的概率大小
2.为揭示原子光谱是线状光谱这一事实,玻尔提出了核外电子的分层排布理论。
下列说法中,不符合这一理论的是
A.电子绕核运动具有特定的半径和能量B.电子在特定半径的轨道上运动时不辐射能量
C.电子跃迁时,会吸收或放出特定的能量D.揭示了氢原子光谱存在多条谱线
3.短周期元素中,原子基态时具有1个未成对电子的元素共有
A.5B.6C.7D.8
4.下列叙述正确的是
A.【Ar】3d64s2是基态原子的电子排布式
B.铬原子的电子排布式是1s22s22p63s23p64s13d5
C.铜原子的外围电子排布式是:
3d94s2
D.氮原子的电子排布图是
5.下列离子中外层d轨道达半充满状态的是
A.Cr3+B.Fe3+C.Co3+D.Cu+
6.外围电子构型为4f75d16s2的元素在周期表中位置应是
A.第四周期ⅦB族B.第五周期ⅢB族C.第六周期ⅦB族D.第六周期ⅢB族
7.肯定属于同族元素且性质相似的是
A.原子核外电子排布式:
A为1s22s2,B为1s2
B.结构示意图:
A为
B为
C.A原子基态时2p轨道上有1个未成对电子,B原子基态时3p轨道上也有1个未成对电子
D.A原子基态时2p轨道上有一对成对电子,B原子基态时3p轨道上也有一对成对电子
8.下列元素相关粒子的电子排布式中,前者一定是金属元素,后者一定是非金属元素的是
A.【Ne】3s1 【Ne】3s2B.【Ar】4s1 【Ne】3s23p4
C.【Ne】3s2 【Ar】4s2D.【He】2s22p4 【Ne】3s23p5
9.下列叙述正确的是
A.通常,同周期元素的第一电离能ⅦA族的元素最大
B.在同一主族中,自上而下第一电离能逐渐减小
C.第ⅠA、ⅡA族元素的原子,其半径越大,第一电离能越大
D.主族元素的原子形成单原子离子时的化合价数都和它的族序数相等
10.X、Y、Z三种主族元素,已知X+和Y-具有相同的电子层结构,Z元素原子核电荷数比Y元素原子核电荷数少9,Y-在一定条件下可被氧化成YZ
则下列说法正确的是
A.X、Y、Z均属于短周期元素B.离子半径X+>Y-
C.X、Y、Z三种元素只能形成化合物XYZ3D.Y的气态氢化物的热稳定性较强
11.几种短周期元素的原子半径及主要化合价如下表:
元素代号
X
Y
Z
W
原子半径/pm
160
143
70
66
主要化合价
+2
+3
+5、+3、-3
-2
下列叙述正确的是
A.X、Y元素的金属性X<Y
B.一定条件下,Z单质与W的常见单质直接生成ZW2
C.Y的最高价氧化物对应的水化物能溶于稀氨水
D.一定条件下,W单质可以将Z单质从其氢化物中置换出来
12.气态中性原子失去一个电子转化为气态正离子所需要的最低能量叫做第一电离能(I1),气态正离子继续失去电子所需要的最低能量依次称为第二电离能(I2)、第三电离能(I3)……下表是第三周期部分元素的电离能【单位:
eV(电子伏特)】数据。
元素
I1/eV
I2/eV
I3/eV
甲
5.7
47.4
71.8
乙
7.7
15.1
80.8
丙
13.0
23.9
40.0
丁
15.7
27.6
40.7
下列说法正确的是
A.甲的金属性比乙强B.乙的化合价为+1C.丙一定为金属元素D.丁一定为金属元素
13.如图为元素周期表中短周期的一部分,关于Y、Z、M的说法正确的是
A.电负性:
Y>Z>M
B.离子半径:
M->Z2->Y-
C.ZM2分子中各原子的最外层均满足8电子稳定结构
D.Z元素基态原子最外层电子排布图为
14.下表为元素周期表前四周期的一部分,下列有关R、W、X、Y、Z五种元素的叙述中,正确的是
A.常压下五种元素的单质中Z单质的沸点最高
B.Y、Z的阴离子电子层结构都与R原子的相同
C.W的氢化物的沸点比X的氢化物的沸点高
D.Y元素的非金属性比W元素的非金属性强
15.某元素X的逐级电离能如图所示,下列说法正确的是
A.X元素可能为+4价B.X可能为非金属元素
C.X为第五周期元素D.X与氯反应时最可能生成的阳离子为X3+
16.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元素。
请回答下列问题:
(1)I的最高化合价为 ,K元素的名称为 。
(2)写出基态时Q元素原子的电子排布式:
,J元素原子的外围电子排布式为 。
(3)下列对比正确的是 (填字母,下同)。
a.原子半径:
H>G>B>Ab.第一电离能:
E>D>C>B
c.电负性:
A>H>G>Qd.最高价氧化物对应水化物的酸性:
B>A>H>G
(4)下列关于元素在元素周期表中的位置以及元素原子的外围电子排布特点的有关叙述不正确的是 。
a.L位于元素周期表第五周期ⅠA族,属于s区元素
b.O位于元素周期表第七周期Ⅷ族,属于ds区元素
c.M的外围电子排布式为6s1,属于ds区元素
d.H所在族的外围电子排布式为ns2np2,属于p区元素
17.元素周期表前四周期的A、B、C、D、E五种元素,A元素的原子最外层电子排布式为ns1;B元素的原子价电子排布式为ns2np2;C元素位于第二周期且原子中p能级与s能级的电子总数相等;D元素原子的M能层的p能级中有3个未成对电子;E元素原子有五个未成对电子。
(1)写出下列元素的名称:
C 、D 、E 。
(2)基态C原子的电子排布图为 。
(3)当n=2时,B的最简单气态氢化物的电子式为 ,BC2分子的结构式是 ;当n=3时,B与C形成的化合物与氢氧化钠溶液反应的离子方程式是 。
(4)若A元素的原子最外层电子排布为2s1,B元素的原子价电子排布为3s23p2,A、B、C、D四种元素的第一电离能由大到小的顺序是 (用元素符号表示)。
(5)E元素原子的外围电子排布式是 ,在元素周期表中的位置是 ,其最高价氧化物的化学式是 。
18.下表为元素周期表中第四周期的部分元素(从左到右按原子序数递增排列),根据要求回答下列各小题:
K
Ca
Sc
Ti
V
Cr
Mn
Fe
Co
Ni
Cu
Zn
Ga
Ge
(1)在以上元素的基态原子的电子排布中4s轨道上只有1个电子的元素有_______(填元素名称)。
(2)写出Cr3+的电子排布式:
__________________________________________。
(3)Fe3+的化学性质比Fe2+稳定的原因______________________________。
(4)前四周期元素中,基态原子中未成对电子数与其所在周期数相同的元素有________种。
(5)试比较:
第一电离能I1(Cr)________I1(Co)(填“>”、“<”或“=”)。
19.如图为周期表中部分元素的某种性质(X值)随原子序数变化的关系。
(1)短周期中原子核外p轨道上电子数与s轨道上电子总数相等的元素是________(写元素符号)。
(2)同主族内不同元素的X值变化的特点是_____________________________,同周期内,随着原子序数的增大,X值变化的总趋势是____________________。
周期表中X值的这种变化特点体现了元素性质的_______________________________________变化规律。
(3)X值较小的元素集中在元素周期表的________。
a.左下角 b.右上角 c.分界线附近
(4)下列关于元素该性质的说法中正确的是______(选填代号)。
a.X值可反映元素最高正化合价的变化规律
b.X值可反映原子在分子中吸引电子的能力
c.X值大小可用来衡量元素金属性和非金属性的强弱
20.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o为25号元素,请写出其基态原子的电子排布式:
__________________。
(2)d与a的单质发生反应,生成产物的分子式为___________。
(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/kJ·mol-1
I1
717
759
I2
1509
1561
I3
3248
2957
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)表中所列的某主族元素的电离能情况如图所示,则该元素是____________(填元素符号)。
参考答案
1.D2.D3.C4.A5.B6.D7.D8.B9.B10.D11.D12.A13.C14.D15.D16.
(1)+6铜
(2)1s22s22p63s23p63d104s24p13d64s2(3)c(4)bc
17.
(1)氧磷锰
(2)
(3)
O=C=OSiO2+2OH-=Si
+H2O(4)O>P>Si>Li(5)3d54s2第四周期ⅦB族Mn2O7
18.
(1)钾、铬、铜
(2)1s22s22p63s23p63d3(或【Ar】3d3)(3)Fe3+的3d轨道填充了5个电子,为半充满状态(4)5 (5)<
19.
(1)O、Mg
(2)同一主族,从上到下,X值逐渐减小 逐渐增大 周期性 (3)a (4)b、c
20.
(1)1s22s22p63s23p63d54s2(或【Ar】3d54s2)
(2)NH3(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轨道电子排布为半充满状态,比较稳定
(5)Al
第二
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