通用版201X版高考化学一轮复习 选修3 物质结构与性质 第1节 原子结构与性质学案 新人教版.docx

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通用版201X版高考化学一轮复习选修3物质结构与性质第1节原子结构与性质学案新人教版

第1节　原子结构与性质

【考纲要求】

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。

了解电离能的含义，并能用以说明元素的某些性质。

了解电子在原子轨道之间的跃迁及其简单应用。

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

1．能层、能级与原子轨道之间的关系

能层（n）

能级

最多容纳电子数

序数

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[HT]

2．原子轨道的能量关系

（1）轨道形状

①s电子的原子轨道呈球形。

②p电子的原子轨道呈哑铃形。

（2）能量关系

①相同能层上原子轨道能量的高低：

ns

②形状相同的原子轨道能量的高低：

1s<2s<3s<4s……

③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。

3．基态原子核外电子排布的三个原理

（1）能量最低原理：

电子优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。

即原子的核外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，并且它们的自旋状态相反。

（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，而且自旋状态相同。

4．核外电子排布的表示方法

（1）电子排布式

按电子排入各能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，同时注意特例。

如Cu：

1s22s22p63s23p63d104s1。

（2）简化电子排布式

用“[稀有气体]＋价层电子”的形式表示。

如Cu：

[Ar]3d104s1。

（3）电子排布图（轨道表示式）

用方框表示原子轨道，用“↑”或“↓”表示自旋状态不同的电子，按排入各能层中各能级的先后顺序和在轨道中的排布情况书写。

如S：

5.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。

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（　　）

8．

表示的原子能量处于最低状态（　　）

答案：

1.×　2.×　3.×　4.√　5.×　6.×　7.×　8.×

题组一　考查电子排布式、排布图的书写

1．

（1）基态C原子的核外电子排布式为。

（2）基态Ni原子的简化电子排布式为。

（3）基态Cr3＋的核外电子排布式为。

（4）基态Mn2＋的核外电子排布式为。

（5）基态氮原子的价电子排布式为。

（6）基态钒原子的价电子排布图为。

（7）基态镓（Ga）原子的电子排布式为。

（8）基态铜原子的核外电子排布式为。

（9）基态Ni2＋的价电子排布图为。

答案：

（1）1s22s22p2　

（2）[Ar]3d84s2

（3）1s22s22p63s23p63d3（或[Ar]3d3）

（4）1s22s22p63s23p63d5（或[Ar]3d5）　（5）2s22p3　

（6）

（7）1s22s22p63s23p63d104s24p1（或[Ar]3d104s24p1）

（8）1s22s22p63s23p63d104s1（或[Ar]3d104s1）

（9）

题组二　考查化学用语的规范使用

2．已知A原子中只含1个电子；B原子的3p轨道上得到1个电子后不能容纳外来电子；C原子的2p轨道上有1个电子的自旋状态与其他电子的自旋状态相反；D原子的第三能层上有8个电子，第四能层上只有1个电子；E原子的价电子排布式为3s23p6。

按要求书写下列图式。

（1）B原子的结构示意图：

；

（2）C原子的电子排布图：

；

（3）D原子的核外电子排布式：

；

（4）B离子的电子式：

；

（5）A、E原子的化学式分别为。

解析：

由题意可知，A原子中只有1个电子，A为H；B原子的3p轨道上有5个电子，则B为Cl；C原子的2p轨道上有4个电子，则C为O；D原子的价电子排布式为4s1，则D为K；由E原子的价电子排布式可知E为Ar。

答案：

（3）1s22s22p63s23p64s1（或[Ar]4s1）　（4）

　（5）H、Ar

3．A、B、C、D、E代表5种元素。

请填空：

（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；

（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。

解析：

（1）A元素基态原子的电子排布图由题意可写成：

可见该元素核外有7个电子，为氮元素，其元素符号为N。

（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26号元素Fe。

（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。

答案：

（1）N　

（2）Cl　K　

（3）Fe　1s22s22p63s23p63d64s2（或[Ar]3d64s2）

（4）Cu

考点二　原子结构与元素的性质[学生用书P174]

1．原子结构与元素周期表的关系

周期

电子层数

每周期第一个元素

每周期最后一个元素

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

1s22s22p63s23p63d104s24p6

五

5

37

[Kr]5s1

54

1s22s22p63s23p63d10

4s24p64d105s25p6

六

6

55

[Xe]6s1

86

1s22s22p63s23p63d104s2

4p64d104f145s25p65d10

6s26p6

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

（2）0族：

He：

1s2；其他：

ns2np6。

（3）过渡元素（副族和第Ⅷ族）：

（n－1）d1～10ns1～2（Pd、镧系和锕系元素除外）。

3．元素周期表的分区与价电子排布的关系

（1）周期表的分区

（2）各区价电子排布特点

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Pd外）

ds区

（n－1）d10ns1～2

f区

（n－2）f0～14（n－1）d0～2ns2

4．电离能、电负性

（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。

（2）电负性：

用来描述不同元素的原子对键合电子吸引力的大小。

电负性越大的原子，对键合电子的吸引力越大。

5．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。

例如：

1．第四周期元素中，锰原子价电子层中未成对电子数最多（　　）

2．最外层有2个未成对电子的可能是ns2np2或ns2np4，短周期元素中分别为C、Si和O、S。

（　　）

3．价电子排布式为4s24p3的元素位于第四周期第ⅤA族，是p区元素（　　）

4．价电子排布式为5s25p1的元素位于第五周期第ⅠA族，是s区元素（　　）

5．共价化合物中，成键元素电负性大的表现为负价（　　）

6．电负性越大，非金属性越强，第一电离能也越大（　　）

7．电负性大于1.8的一定为非金属，小于1.8的一定为金属（　　）

8．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（　　）

答案：

1.×　2.√　3.√　4.×　5.√　6.×　7.×　8.√

题组一　考查元素周期律的准确判断

1．对Na、Mg、Al的有关性质的叙述不正确的是（　　）

A．第一电离能：

Na＜Mg＜Al

B．电负性：

Na＜Mg＜Al

C．还原性：

Na＞Mg＞Al

D．碱性：

NaOH＞Mg（OH）2＞Al（OH）3

解析：

选A。

第一电离能同周期从左到右一般呈增大趋势，但ⅡA、ⅤA族元素的p轨道全空或半充满是较稳定结构，所以其电离能较相邻元素的略大。

2．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．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：

选A。

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。

题组二　考查电离能、电负性的应用

3．下表列出了某短周期元素R的各级电离能数据（用I1、I2……表示，单位为kJ·mol

－1）。

下列关于元素R的判断中一定正确的是（　　）

I1

I2

I3

I4

……

740

1500

7700

10500

①R的最高正价为＋3价　②R元素位于元素周期表中第ⅡA族　③R元素第一电离能大于同周期相邻元素　④R元素基态原子的电子排布式为1s

22s2

A．①②　　　　　　　B．②③

C．③④D．①④

解析：

选B。

由表中数据可知，R元素的第三电离能与第二电离能的差距最大，故最外层有两个电子，最高正价为＋2价，位于第ⅡA族，可能为Be或Mg元素，因此①不正确，②正确，④不确定；短周期第ⅡA族（ns2np0）的元素，因p轨道处于全空状态，比较稳定，所以其第一电离能大于同周期相邻元素，③正确。

4．部分短周期元素的电负性值如表所示：

元素

符号

Li

Be

B

C

O

F

Na

Al

Si

P

S

Cl

电负

性值

0.98

1.57

2.04

2.55

3.44

3.98

0.93

1.61

1.90

2.19

2.58

3.16

（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）通过分析电负性值变化规律，确定Mg元素电负性值的最小范围：

。

（3）请归纳元素的电负性和金属性、非金属性的关系：

。

（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）非金属性越强，电负性越大；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，AlCl3为共价化合物。

将氯化铝加热到熔融态，进行导电性实验，如果不导电，说明是共价化合物。

1．应用电离能判断元素的性质

（1）判断元素的金属性和非金属性强弱。

一般I1越大，元素的非金属性越强；I1越小，元素的金属性越强。

（2）判断元素在化合物中的化合价，如钾元素I1≪I2

（3）判断元素核外电子的分层排布情况，如锂元素I1≪I2

2．应用电负性判断元素的性质

（1）判断元素金属性、非金属性强弱。

电负性越大，非金属性越强，金属性越弱。

（2）判断元素在化合物中的化合价的正负。

电负性大的元素易呈现负价，电负性小的元素易呈现正价。

（3）判断化学键的类型。

一般认为如果两种成键原子间的电负性差值大于1.7，通常形成离子键；若差值小于1.7，通常形成共价键。

[学生用书P176]

1．[2017·高考全国卷Ⅲ，35

（1）]研究发现，在CO2低压合成甲醇反应（CO2＋3H2===CH3OH＋H2O）中，Co氧化物负载的Mn氧化物纳米粒子催化剂具有高活性，显示出良好的应用前景。

Co基态原子核外电子排布式为。

元素Mn与O中，第一电离能较大的是，基态原子核外未成对电子数较多的是。

解析：

根据构造原理可写出Co基态原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d74s2或[Ar]3d74s2。

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。

Mn和O的基态原子核外电子排布式分别为1s22s22p63s23p63d54s2、1s22s22p4，前者的3d轨道中5个电子均未成对，后者的2p轨道中有2个电子未成对，所以Mn的基态原子核外未成对电子数较多。

答案：

1s22s22p63s23p63d74s2（或[Ar]3d74s2）　O　Mn

2．[2016·高考全国卷Ⅰ，37

（1）（4）]锗（Ge）是典型的半导体元素，在电子、材料等领域应用广泛。

回答下列问题：

（1）基态Ge原子的核外电子排布式为[Ar]，

有个未成对电子。

（2）光催化还原CO2制备CH4反应中，带状纳米Zn2GeO4是该反应的良好催化剂。

Zn、Ge、O电负性由大至小的顺序是。

解析：

（1）在元素周期表中，锗位于硅正下方，锗的原子序数为14＋18＝32，基态锗原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p2或[Ar]3d104s24p2，由于4p能级有3个能量相同的轨道，根据洪特规则，4p上2个电子分别占据两个轨道且自旋状态相同，故未成对电子数为2。

（2）锌、锗位于同周期，同一周期从左至右元素的电负性逐渐增大（稀有气体元素除外），而氧位于元素周期表右上角，电负性仅次于氟，由此得出氧、锗、锌的电负性依次减小。

答案：

（1）3d104s24p2　2　

（2）O>Ge>Zn

3．[2016·高考全国卷Ⅲ，37

（1）

（2）]砷化镓（GaAs）是优良的半导体材料，可用于制作微型激光器或太阳能电池的材料等。

回答下列问题：

（1）写出基态As原子的核外电子排布式：

。

（2）根据元素周期律，原子半径GaAs，第一电离能GaAs。

（填“大于”或“小于”）

解析：

（1）根据构造原理可写出基态As原子的核外电子排布式。

（2）同周期主族元素从左到右，原子半径逐渐减小，第一电离能呈现逐渐增大的趋势（第ⅡA、ⅤA族除外）。

Ga的原子半径大于As，Ga的第一电离能小于As。

答案：

（1）1s22s22p63s23p63d104s24p3（或[Ar]3d104s24p3）

（2）大于　小于

4．[2016·高考全国卷Ⅱ，37

（1）（3）]

（1）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。

（2）单质铜及镍都是由键形成的晶体；元素铜与镍的第二电离能分别为ICu＝1958kJ/mol、INi＝1753kJ/mol，ICu>INi的原因是

。

答案：

（1）1s22s22p63s23p63d84s2（或[Ar]3d84s2）　2

（2）金属　铜失去的是全充满的3d10电子，镍失去的是4s1电子

5．[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。

解析：

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用电子云形象地描述。

基态14C原子的轨道表示式为

，则核外存在2对自旋相反的电子。

答案：

电子云　2

6．[2014·高考全国卷Ⅰ，37

（2）]基态Fe原子有个未成对电子。

Fe3＋的电子排布式为。

解析：

基态Fe原子电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2，在3d轨道有4个未成对电子；Fe原子失去3个电子得Fe3＋，则Fe3＋的电子排布式为1s22s22p63s23p63d5或[Ar]3d5。

答案：

4　1s22s22p63s23p63d5（或[Ar]3d5）

[学生用书P319（单独成册）]

一、选择题

1．当镁原子由1s22s22p63s2→1s22s22p63p2时，以下认识正确的是（　　）

A．镁原子由基态转化成激发态，这一过程中吸收能量

B．镁原子由激发态转化成基态，这一过程中释放能量

C．转化后位于p能级上的两个电子处于同一轨道，且自旋状态相同

D．转化后镁原子与硅原子电子层结构相同，化学性质相似

答案：

A

2．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：

选B。

对于第三周期11～17号元素，随着原子序数的增大，第一电离能总体上呈现增大的趋势，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。

3．下列说法中正确的是（　　）

A．所有非金属元素都分布在p区

B．最外层电子数为2的元素都分布在s区

C．元素周期表中第ⅢB族到第ⅡB族10个纵行的元素都是金属元素

D．同一主族元素从上到下，金属性呈周期性变化

解析：

选C。

非金属元素中氢在s区，其余非金属元素均分布在p区，A项错误；最外层电子数为2的元素可能在s区（如Mg）、p区（如He）或d区（如Ti、Fe）等，B项错误；同主族元素从上到下，金属性逐渐增强，非金属性逐渐减弱，属递变性质而不是周期性变化，D项错误。

4．周期表中27号元素钴的方格中注明“3d74s2”，由此可以推断（　　）

A．它位于周期表的第四周期ⅡA族

B．它的基态核外电子排布式可简写为[Ar]4s2

C．Co2＋的核外价电子排布式为3d54s2

D．Co位于周期表中第9列

解析：

选D。

从左向右数，应为过渡元素，A项错误；“3d74s2”为Co的价电子排布

，其简写式中也要注明3d轨道，B项错误；失电子时，应失去最外层的电子，即先失去4s上的电子，Co2＋的价电子排布式为3d7，C项错误；“7＋2＝9”，说明它位于周期表的第9列，D项正确。

5．下列曲线表示卤族元素某种性质随核电荷数的变化趋势，正确的是（　　）

解析：

选A。

同主族元素从上到下电负性依次减小，A正确；卤族元素中氟无正价，B错；HF分子间存在氢键，所以HF沸点最高，C错；卤族元素从上到下单质分子间范德华力依次增大，熔点依次升高，D错。

6．已知X、Y元素同周期，且电负性X>Y，下列说法错误的是（　　）

A．第一电离能：

Y一定小于X

B．气态氢化物的稳定性：

HmY小于HnX

C．最高价含氧酸的酸性：

X对应的酸性强于Y对应的酸性

D．X和Y形成化合物时，X显负价，Y显正价

解析：

选A。

若Y为氮元素，X为氧元素，则第一电离能：

Y>X；由于电负性：

X>Y，则非金属性：

X>Y，故气态氢化物稳定性：

HmY

X>Y；得电子能力：

X>Y，X和Y形成化合物时，X显负价，Y显正价。

7．下表中是A、B、C、D、E五种短周期元素的某些性质，下列判断正确的是（　　）

元素

A

B

C

D

E

最低化合价

－4

－2

－1

－2

－1

电负性

2.5

2.5

3.0

3.5

4.0

A.C、D、E的氢化物的稳定性：

C>D>E

B．元素A的原子最外层轨道中无自旋状态相同的电子

C．元素B、C之间不可能形成化合物

D．与元素B同周期且第一电离能最小的元素的单质能与H2O发生置换反应

解析：

选D。

根据电负性和最低化合价，推知A为C元素、B为S元素、C为Cl元素、D为O元素、E为F元素。

A项，C、D、E的氢化物分别为HCl、H2O、HF，稳定性：

HF>H2O>HCl；B项，元素A的原子最外层电子排布式为2s22p2，2p2上的两个电子分占两个原子轨道

，且自旋状态相同；C项，S的最外层有6个电子，Cl的最外层有7个电子，它们之间可形成S2Cl2等化合物；D项，Na能与H2O发生置换反应生成NaOH和H2。

8．X、Y、Z、W是短周期元素，X元素原子的最外层未达到8电子稳定结构，工业上通过分离液态空气获得其单质；Y元素原子最外电子层上s、p电子数相等；Z元素＋2价阳离子的核外电子排布与氖原子相同；W元素原子的M层有1个未成对的p电子。

下列有关这些元素性质的说法一定正确的是（　　）

A．X元素的氢化物的水溶液显碱性

B．Z元素的离子半径小于W元素的离子半径

C．Z元素的单质在一定条件下能与X元素的单质反应

D．Y元素最高价氧化物的晶体具有很高的熔点和沸点

解析：

选C。

根据题意，Z元素为Mg，Y元素原子最外电子层电子排布为ns2np2，是C或Si，X为N或O，W为Al或Cl。

N的氢化物的水溶液显碱性，但O的氢化物的水溶液显中性或弱酸性，A错误；Al3＋的半径比Mg2＋小，B错误；氮气、氧气均能与镁反应，C正确；CO2形成的晶体熔沸点低，D错误。

二、非选择题

9．如图是s能级和p能级的原子轨道图，试回答下列问题：

（1）s电子的原子轨道呈形，每个s能级有个原子轨道；p电子的原子轨道呈形，每个p能级有个原子轨道。

（2）元素X的原子最外层电子排布式为nsnnpn＋1，原子中能量最高的是电