专题11 第1讲原子结构与元素性质Word格式文档下载.docx
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(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:
(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
或
①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。
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)。
基态原子:
处于最低能量的原子。
当基态原子吸收能量后,电子会跃迁到较高能级,变成激发态原子。
电子从激发态跃迁回基态时,释放一定频率的光子,这是产生原子光谱的原因。
[速查速测]
1.(易混点排查)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)基态钠原子的电子排布式为1s22s22p62d1(×
(3)基态磷原子的电子排布图为
(×
(4)同一原子中,2p、3p、4p能级的轨道数依次增多(×
(5)Cr的电子排布式为1s22s22p63s23p63d44s2(×
2.(教材改编题)(SJ选修3·
P164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
3.(思维探究题)请用核外电子排布的相关规则解释Fe3+较Fe2+更稳定的原因。
答案 26Fe的价电子排布式为3d64s2,Fe3+的价电子排布式为3d5,Fe2+的价电子排布式为3d6。
根据“能量相同的轨道处于全空、全满和半满时能量最低”的原则,3d5处于半满状态,结构更稳定,所以Fe3+较Fe2+更稳定。
[A组 基础知识巩固]
1.(2018·
北京东城区检测)下列说法中正确的是( )
A.1s22s12p1表示的是激发态原子的电子排布
B.3p2表示3p能级有两个轨道
C.同一原子中,1s、2s、3s电子的能量逐渐减小
D.同一原子中,2p、3p、4p能级的轨道数依次增多
解析 A项,根据能量最低原理,1s22s12p1中2s能级未排满电子,但2p能级排布1个电子,故为激发态原子,其基态原子的电子排布式应为1s22s2,正确;
B项,3p2表示3p能级上填充了2个电子,错误;
C项,同一原子中,电子层数越多,离核越远,能量也就越高,故1s、2s、3s电子的能量逐渐增大,错误;
D项,同一原子中,2p、3p、4p的轨道数是相等的,都含有3个原子轨道,错误。
答案 A
2.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。
3.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
【归纳总结】
1.核外电子排布的三大表示方法
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
2.“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、泡利原理,若违背其一,则电子能量不处于最低状态。
(2)半充满、全充满状态的原子结构稳定。
(3)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。
[B组 考试能力过关]
4.按要求完成以下试题
(1)(2018·
课标全国Ⅰ)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)。
答案 D C
(2)(2018·
课标全国Ⅱ)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。
答案
哑铃(纺锤)
(3)(2018·
课标全国Ⅲ)Zn原子核外电子排布式为_____________________________________________________________________。
答案 [Ar]3d104s2
(4)(2017·
全国卷Ⅰ)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.404.4B.553.5
C.589.2D.670.8
E.766.5
②基态K原子中,核外电子占据最高电子层的符号是________,占据该电子层电子的电子云轮廓图形状是________。
答案 ①A ②N 球形
(5)(2017·
全国卷Ⅱ)氮原子价层电子的轨道表达式(电子排布图)为_____________________________________________________________________。
(6)(2017·
全国卷Ⅲ)Co基态原子核外电子排布式为________。
元素Mn与O中,基态原子核外未成对电子数较多的是________。
答案 [Ar]3d74s2 Mn
(7)(2017·
江苏卷)Fe3+基态核外电子排布式为________。
答案 [Ar]3d5或1s22s22p63s23p63d5
(8)(2016·
全国卷Ⅱ)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
(9)(2016·
全国卷Ⅰ)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
(10)(2016·
全国卷Ⅲ)写出基态As原子的核外电子排布式________。
答案 1s22s22p63s23p63d104s24p3(或[Ar]3d104s24p3)
考点二 原子结构与元素性质
★★☆ 难度:
★★☆)
名师课堂导语本考点在选修中主要侧重于电负性与电离能的考查,注意掌握常见元素电负性与电离能的比较方法及特殊情况。
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
电子层数
每周期第一种元素
每周期最后一种元素
原子序数
基态原子的简
化电子排布式
原子
序数
基态原子的
电子排布式
二
2
[He]2s1
10
1s22s22p6
三
11
[Ne]3s1
18
四
4
19
[Ar]4s1
36
3d104s24p6
五
5
37
[Kr]5s1
54
1s22s22p63s23p63d10
4s24p64d105s25p6
六
6
55
[Xe]6s1
86
1s22s22p63s23p63d104s24p6
4d104f145s25p65d106s26p6
(2)每族元素的价层电子排布特点
①主族
主族
ⅠA
ⅡA
ⅢA
ⅣA
排布特点
ns1
ns2
ns2np1
ns2np2
ⅤA
ⅥA
ⅦA
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
①根据核外电子排布分区
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
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)
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
③根据元素金属性与非金属性可将元素周期表分为金属元素区和非金属元素区(如下图),处于金属与非金属交界线(又称梯形线)附近的非金属元素具有一定的金属性,又称为半金属或准金属,但不能叫两性非金属。
(1)①电子层数=电子层数=周期数
②主族序数=价电子数
(2)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.同周期元素:
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I1<
I2<
I3…)。
(3)电负性
①含义:
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
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,它们既有金属性又有非金属性。
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。
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族(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族元素的,如第一电离能:
Mg>Al,P>S。
③共价化合物中,两种元素电负性差值越大,它们形成共价键的极性就越强。
④同周期元素,从左到右,非金属性越来越强,电负性越来越大,第一电离能总体呈增大趋势。
(1)价电子排布为5s25p1的元素位于第5周期ⅠA族,是s区元素(×
(2)主族元素的电负性越大,元素原子的第一电离能一定越大(×
(3)在元素周期表中,同周期主族元素电负性从左到右越来越大(√)
(4)在形成化合物时,电负性越小的元素越容易显示正价(√)
(5)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(√)
2.(教材改编题)(LK选修3·
P28改编题)下表列出了九种元素在元素周期表中的位置。
(1)这九种元素电负性最大的是________,第一电离能最小的元素是________,最不活泼的是________(均用元素符号填空)。
(2)这九种元素中最外层电子排布为4s1的元素为________(用元素符号填空)。
(3)c、d、e三种元素第一电离能由大到小的顺序是________,电负性由大到小的顺序是________(均用元素符号填空)。
(4)写出d元素原子的轨道表示式______________________________________,
i元素原子基态电子排布式______________________________________________。
答案
(1)F K Ne
(2)K和Cu
(3)P>S>Si S>P>Si
(4)
1s22s22p63s23p63d104s24p1(或[Ar]3d104s24p1)
3.(思维探究题)为什么Na容易形成+1价离子,而Mg、Al易形成+2价、+3价离子?
_________________________________________________________________。
答案 Na的I1比I2小很多,电离能差值很大,说明失去第一个电子比失去第二个电子容易得多,所以Na容易失去一个电子形成+1价离子;
Mg的I1和I2相差不多,而I2比I3小很多,所以Mg容易失去两个电子形成+2价离子;
Al的I1、I2、I3相差不多,而I3比I4小很多,所以Al容易失去三个电子形成+3价离子。
1.已知X、Y是主族元素,I为电离能,单位是kJ·
请根据下表数据判断,错误的是( )
元素
I1
I2
I3
I4
X
500
4600
6900
9500
Y
580
1800
2700
11600
A.元素X的常见化合价是+1价
B.元素Y是ⅢA族元素
C.元素X与氯形成化合物时,化学式可能是XCl
D.若元素Y处于第三周期,它可与冷水剧烈反应
解析 由数据分析X中I2≫I1,X易呈+1价,为第ⅠA族元素,A、C均正确;
Y中I4≫I3,易呈+3价,应在第ⅢA族,B正确;
若Y处于第三周期,则Y为铝元素,Al不与冷水反应,D错误。
答案 D
2.下表为一些元素的电负性:
元素符号
Li
Be
B
C
O
F
Na
Al
Si
P
S
Cl
电负性
0.98
1.57
2.04
2.55
3.44
3.98
0.93
1.61
1.90
2.19
2.58
3.16
回答下列问题:
(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,它们都具有两性,其中Be(OH)2显示这种性质的离子方程式是______________________________________________________________________
_____________________________________________________________________。
(2)通过分析电负性变化规律,确定Mg元素电负性的最小范围________。
(3)请归纳元素的电负性和金属、非金属的关系是______________________________________________________________________
(4)从电负性角度,判断AlCl3是离子化合物还是共价化合物?
请说出理由,并设计一个实验方案证明上述所得结论。
答案
(1)Be(OH)2+2H+===Be2++2H2O,Be(OH)2+2OH-===BeO
+2H2O
(2)0.93~1.57
(3)元素的非金属性越强,电负性越大;
元素的金属性越强,电负性越小
(4)Al元素和Cl元素的电负性差值为1.55<
1.7,所以形成共价键,为共价化合物。
将AlCl3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。
【方法规律】
电离能和电负性的应用
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
3.按要求完成以下试题
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________kJ·
mol-1
解析 锂原子的第一电离能是指1mol气态锂原子失去1mol电子变成1mol气态锂离子所吸收的能量,即为
=520kJ·
答案 520
课标全国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)________I1(Cu)(填“大于”或“小于”)。
原因是______________________________________________________________________
答案 大于 Zn核外电子排布为全满稳定结构,较难失电子
(3)(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
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