第38讲 原子结构与性质.docx
- 文档编号:25222374
- 上传时间:2023-06-06
- 格式:DOCX
- 页数:30
- 大小:215.57KB
第38讲 原子结构与性质.docx
《第38讲 原子结构与性质.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《第38讲 原子结构与性质.docx(30页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
第38讲原子结构与性质
第十二章物质结构与性质
第38讲原子结构与性质
[考纲要求] 1.了解原子核外电子的排布原理及能级分布,能用电子排布式表示常见元素(1~36号)原子核外电子、价电子的排布。
了解原子核外电子的运动状态。
2.了解元素电离能的含义,并能用以说明元素的某些性质。
3.了解原子核外电子在一定条件下会发生跃迁,了解其简单应用。
4.了解电负性的概念,知道元素的性质与电负性的关系。
考点一 原子核外电子排布原理
1.能层、能级与原子轨道
(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、O、P、Q……表示相应的第一、二、三、四、五、六、七……能层,能量依次升高。
(2)能级:
同一能层里的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的顺序升高,即E(s) (3)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核外经常出现的区域,这种电子云轮廓图也就是原子轨道的形象化描述。 原子轨道 轨道形状 轨道个数 s 球形 1 p 哑铃形 3 2.基态原子核外电子排布的三个原理 (1)能量最低原理: 电子尽先占有能量低的轨道,然后依次进入能量较高的轨道,使整个原子的能量处于最低状态。 即原子的电子排布遵循构造原理能使整个原子的能量处于最低状态。 如图为构造原理示意图: (2)泡利原理: 在一个原子轨道中,最多只能容纳2个电子,并且这两个电子的自旋状态相反。 (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,并且自旋状态相同。 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。 3.原子(离子)核外电子排布式(图)的书写 (1)核外电子排布式: 按电子排入各能层中各能级的先后顺序,用数字在能级符号右上角标明该能级上排布的电子数的式子。 如Cu: 1s22s22p63s23p63d104s1,其简化电子排布式为: [Ar]3d104s1。 (2)价电子排布式: 如Fe原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2,价电子排布式为3d64s2。 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。 (3)电子排布图(轨道表示式): 方框表示原子轨道,用“↑”或“↓”表示自旋方向不同的电子,按排入各能层中的各能级的先后顺序和在轨道中的排布情况书写。 如: S: 。 核外电子排布图能直观地反映出原子的核外电子的自旋情况以及成对电子对数和未成对的单电子数。 4.基态原子、激发态原子和原子光谱 (1)基态原子: 处于最低能量的原子。 (2)激发态原子: 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。 (3)原子光谱: ①当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,释放一定频率的光子,这是产生原子发射光谱的原因。 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。 1.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 2.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价层电子的电子排布式为3d64s2,Fe3+价层电子的电子排布式为3d5,Fe2+价层电子的电子排布式为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,结构更为稳定,所以Fe3+较Fe2+更为稳定。 考向1 原子核外电子排布原理 (1)[2015·高考全国卷Ⅰ,37 (1)]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。 (2)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________。 [解析] (1)C原子的核外电子排布式为1s22s22p2,共有2对电子在相同原子轨道,自旋方向相反; (2)基态Si原子中,有14个电子,核外电子排布式为1s22s22p63s23p2,电子占据的最高能层符号为M。 该能层具有的原子轨道数为1个s轨道,3个p轨道,5个d轨道。 [答案] (1)电子云 2 (2)M 9 4 1.(教材改编题)下列说法错误的是( ) A.ns电子的能量不一定高于(n-1)p电子的能量 B.6C的电子排布式1s22s22p 违反了洪特规则 C.电子排布式(21Sc)1s22s22p63s23p63d3违反了能量最低原理 D.电子排布式(22Ti)1s22s22p63s23p10违反了泡利原理 解析: 选A。 A项,关键在于熟记构造原理,各能级能量的大小顺序为1s、2s、2p、3s、3p、4s、3d、4p、5s……,故ns电子的能量一定高于(n-1)p电子的能量;B项,对于C原子来说,2p能级有3个能量相同的原子轨道,最后2个电子应该以自旋状态相同的方式分布在两个不同的2p轨道上,违反了洪特规则;C项,根据轨道能量高低顺序可知E(4s) 2.下列电子排布图所表示的元素原子中,其能量处于最低状态的是________。 解析: ①不符合能量最低原理;②不符合洪特规则;④不符合能量最低原理。 答案: ③⑤ 核外电子排布规律 (1)遵守三大基本原理: 能量最低原理、泡利原理、洪特规则。 (2)能级交错现象: 核外电子的能量并不是完全按能层序数的增加而升高,不同能层的能级之间的能量高低有交错现象,如E(3d)>E(4s)、E(4d)>E(5s)、E(5d)>E(6s)、E(6d)>E(7s)、E(4f)>E(5p)、E(4f)>E(6s)等。 考向2 核外电子排布式和电子排布图(轨道表示式)的书写 (1)(2015·高考全国卷Ⅱ节选) (1)P原子的核外电子排布式为________。 (2)(2014·高考全国卷Ⅰ节选)基态Fe原子有________个未成对电子,Fe3+的电子排布式为________。 (3)(2014·高考全国卷Ⅱ节选)前四周期元素中e的最外层只有1个电子,但次外层有18个电子,e的价层电子轨道示意图为________。 (4)Ni2+的价层电子排布图为________。 [解析] (1)P原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p3。 (2)基态Fe原子3d能级排有6个电子,即存在4个未成对电子,Fe3+是在基态Fe原子上失去4s能级上的2个电子和3d能级上的1个电子,其电子排布式为1s22s22p63s23p63d5。 (3)由e的最外层只有1个电子且次外层有18个电子确定e为铜元素。 (4)Ni2+的价层电子排布图为 。 [答案] (1)1s22s22p63s23p3 (2)4 1s22s22p63s23p63d5 (3) (4) 「名师点拨」 核外电子排布的表示方法对比 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 电子式 表示原子最外层电子数目 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 价层电子排布式或排布图 表示价层电子的排布 3.按要求填空 (1)质量数为37的氯原子符号为________。 (2)S2-的结构示意图________。 (3)氮原子的电子式________,N2的电子式________,NH 的电子式________。 (4)磷原子的核外电子排布式________________________,价电子排布式________________________,价电子排布图________________________。 (5)按要求用三种化学用语表示基态铁原子和三价铁离子。 Fe Fe3+ 原子(或离子)结构示意图 电子排布式 电子排布图 答案: (1) Cl (2) (5) Fe Fe3+ 原子(或离子)结构示意图 电子排布式 [Ar]3d64s2 [Ar]3d5 电子排布图 4.(2016·陕西西安质检) (1)在短周期元素中基态原子的p轨道有1个未成对电子的元素可能是________(填元素符号,下同),其核外电子排布式分别是__________________________。 (2)基态原子的N层有1个未成对电子,M层未成对电子最多的元素是________,其价层电子排布式为__________。 (3)最外层电子数是次外层电子数3倍的元素是________,其电子排布图为________________。 (4)Cu原子的结构示意图为________________。 (5)下列表示的为一激发态原子的是________。 A.1s12s1 B.1s22s22p1 C.1s22p53s1D.1s22s22p63s2 解析: (1)可推断元素为B、F、Al、Cl; (2)可推断元素为Cr;(3)可推断元素为O。 答案: (1)B、F、Al、Cl 1s22s22p1、1s22s22p5、1s22s22p63s23p1、1s22s22p63s23p5 (2)Cr 3d54s1 (3)O (4) (5)AC 常见物质间转化的几个误区 (1)在写基态原子的电子排布图时,常出现以下错误: (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。 (3)注意对比元素电子排布式、价电子排布式(即外围电子排布式)的区别与联系。 如Fe的电子排布式: 1s22s22p63s23p63d64s2或[Ar]3d64s2,价电子排布式: 3d64s2。 考点二 原子结构与元素性质 1.原子结构与周期表的关系 (1)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 基态原子的简化电子排布式 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 1s22s22p63s23p63d10 4s24p6 五 5 37 [Kr]5s1 54 1s22s22p6 3s23p63d10 4s24p64d10 5s25p6 六 6 55 [Xe]6s1 86 1s22s22p6 3s23p63d10 4s24p64d10 4f145s25p6 5d106s26p6 (2)每族元素的价电子排布特点 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,Pd除外): (n-1)d1~10ns1~2。 (3)元素周期表的分区 ①根据核外电子排布 a.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、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 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 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。 注意: “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·mo1-1。 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I1 (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。 1.判断正误,正确的划“√”,错误的划“×” (1)电负性大于1.8的一定为非金属,小于1.8的一定为金属。 ( ) (2)电负性差值大于1.7时,一般形成离子键,小于1.7时,一般形成共价键。 ( ) (3)电负性越大,非金属性越强,第一电离能也越大。 ( ) 答案: (1)× (2)√ (3)× 2.根据4s24p4回答问题 该元素位于________区,为第________周期第________族,是________元素(填名称) 答案: p 四 ⅥA 硒 3.第四周期中,未成对电子数最多的元素是________。 (填名称) (1)它位于第________族。 (2)核外电子排布式是________。 (3)它有________个能层,________个能级,________种运动状态不同的电子。 (4)价电子排布式________,价电子排布图________。 (5)属于________区。 答案: 铬 (1)ⅥB (2)1s22s22p63s23p63d54s1 (3)4 7 24 (4)3d54s1 (5)d 4.为什么镁的第一电离能比铝的大,磷的第一电离能比硫的大? 答案: Mg: 1s22s22p63s2 P: 1s22s22p63s23p3。 镁原子、磷原子最外层能级中,电子处于全满或半满状态,相对比较稳定,失电子较难。 用此观点可以解释P的第一电离能大于S,Mg的第一电离能大于Al。 考向1 元素推断与元素逐级电离能 根据下列五种元素的第一至第四电离能数据(单位: kJ·mo1-1),回答下列各题: 元素代号 I1 I2 I3 I4 Q 2080 4000 6100 9400 R 500 4600 6900 9500 S 740 1500 7700 10500 T 580 1800 2700 11600 U 420 3100 4400 5900 (1)在周期表中,最可能处于同一族的是________。 A.Q和R B.S和T C.T和UD.R和T E.R和U (2)下列离子的氧化性最弱的是________。 A.S2+B.R2+ C.T3+D.U+ (3)下列元素中,化学性质和物理性质最像Q元素的是________。 A.硼 B.铍 C.氦 D.氢 (4)每种元素都出现相邻两个电离能的数据相差较大的情况,这一事实从一个侧面说明: ________________________________,如果U元素是短周期元素,你估计它的第2次电离能飞跃数据将发生在失去第________个电子时。 (5)如果R、S、T是同周期的三种主族元素,则它们的原子序数由小到大的顺序是________________,其中________元素的第一电离能异常高的原因是________________________________________。 [解析] (1)根据电离能的变化趋势知,Q为稀有气体元素,R为第ⅠA族元素,S为第ⅡA族元素,T为第ⅢA族元素,U为第ⅠA族元素,所以R和U处于同一主族。 (2)由于U+为第ⅠA族元素且比R电离能小,所以U+的氧化性最弱。 (3)由于Q是稀有气体元素,所以氦的物理性质和化学性质与其最像。 (4)电离能的突跃变化,说明核外电子是分层排布的。 若U是短周期元素,则U是Na,其核外电子排布式为1s22s22p63s1,由于2s22p6所处能层相同,所以它的第2次电离能飞跃数据发生在失去第10个电子时。 (5)同一周期,第一电离能呈增大趋势,但ⅡA、ⅤA族比相邻元素要高,因为其最外层电子呈全充满或半充满结构。 [答案] (1)E (2)D (3)C (4)电子分层排布,各能层能量不同 10 (5)R 「思维建模」 元素名称、 比较应用 1.(教材改编题)下列说法中正确的是( ) A.第三周期所含元素中钠的第一电离能最小 B.铝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: 选A。 同周期中碱金属元素的第一电离能最小,稀有气体元素的最大,故A正确,C不正确;由于Mg的外围电子排布式为3s2,而Al的外围电子排布式为3s23p1,故铝的第一电离能小于镁的;D中钾比镁更易失电子,钾的第一电离能小于镁的。 2.(高考题汇编) (1)第一电离能介于B、N之间的第二周期元素有________种。 (2)依据第二周期元素第一电离能的变化规律,参照如图B、F元素的位置,用小黑点标出C、N、O三种元素的相对位置。 (3)原子的第一电离能是指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,O、S、Se原子的第一电离能由大到小的顺序为____________。 解析: (1)同周期元素从左到右,第一电离能呈增大的趋势,但第ⅡA与ⅢA族、第ⅤA与ⅥA族反常,互换位置。 第一电离能介于B、N之间的元素有Be、C、O三种。 (2)B的第一电离能最小,F的第一电离能最大,注意N的第一电离能比O的大。 则第一电离能: B<C<O<N<F。 (3)同主族元素,从上往下第一电离能逐渐减小,所以其顺序是O>S>Se。 答案: (1)3 (2) (3)O>S>Se 考向2 电离能、电负性的综合应用 (1)(2015·高考全国卷Ⅱ节选)A、B、C、D为原子序数依次增大的四种元素,A2-和B+具有相同的电子构型;C、D为同周期元素,C核外电子总数是最外层电子数的3倍;D元素最外层有一个未成对电子。 则四种元素中电负性最大的是________(填元素符号)。 (2)前四周期原子序数依次增大的元素A、B、C、D中,A和B的价电子层中未成对电子均只有1个,并且A-和B+的电子数相差为8;与B位于同一周期的C和D,它们价电子层中的未成对电子数分别为4和2,且原子序数相差为2。 则四种元素中第一电离能最小的是________,电负性最大的是________。 (填元素符号) [解析] (1)根据题意推出A、B、C、D依次为O、Na、P、Cl。 氧元素的非金属性最强,四种元素中电负性最大的是O。 (2)A、B、C、D元素的原子序数依次增大,A和B的价电子层中未成对电子均只有1个,且B+比A-多8个电子,故A为F元素,B为K元素,在第四周期中未成对电子数为4的原子的价电子排布式为3d64s2,故C为Fe元素,D的原子序数比Fe大2,D为Ni元素。 F是电负性最大的元素;同周期元素中随原子序数的增大,第一电离能呈增大趋势,四种元素中第一电离能最小的是K元素。 [答案] (1)O (2)K F 「名师点拨」 正确表述元素周期律 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,酸性逐渐增强 碱性逐渐增强,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 3.(2016·黑龙江四校联考)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
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 第38讲 原子结构与性质 38 原子结构 性质
![提示](https://static.bdocx.com/images/bang_tan.gif)