高中化学 选修三 第一章 原子结构与性质 讲义及习题含答案.docx

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高中化学选修三第一章原子结构与性质讲义及习题含答案

第一章原子结构与性质

一.原子结构

1、能级与能层

2、原子轨道

3、原子核外电子排布规律

（1）构造原理：

随着核电荷数递增，大多数元素的电中性基

态原子的电子按下图顺序填入核外电子运动轨道（能级），叫做构造原理。

能级交错：

由构造原理可知，电子先进入4s轨道，后进入3d轨道，这种现象叫能级交错。

（PS：

构造原理并非4s能级比3d能级能量低，而是指这样顺序填充电子可以使整个原子的能量最低。

）

（2）能量最低原理

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，简称能量最

低原理。

（3）泡利（不相容）原理：

一个轨道里最多只能容纳两个电子，且电旋方向相反（用“↑↓”表示），这个原理称为泡利原理。

（4）洪特规则：

当电子排布在同一能级的不同轨道（能量相同）时，总是优先单独占据一个轨道，而且自旋方向相同，这个规则叫洪特规则。

比如，p3的轨道式为

，而不是

。

洪特规则特例：

当p、d、f轨道填充的电子数为全空、半充满或全充满时，原子处于较稳定的状态。

即p0、d0、f0、p3、d5、f7、p6、d10、f14时，是较稳定状态。

前36号元素中，全空状态的有4Be2s22p0、12Mg3s23p0、20Ca4s23d0；半充满状态的有：

7N2s22p3、15P3s23p3、24Cr3d54s1、25Mn3d54s2、33As4s24p3；全充满状态的有10Ne2s22p6、18Ar3s23p6、29Cu3d104s1、30Zn3d104s2、36Kr4s24p6。

4、基态原子核外电子排布的表示方法

（1）电子排布式

①用数字在能级符号的右上角表明该能级上排布的电子数，这就是电子排布式，例如K：

1s22s22p63s23p64s1。

②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元素原子结构的部分以相应稀有气体的元素符号外加方括号表示，例如K：

[Ar]4s1。

（2）电子排布图（轨道表示式）

每个方框或圆圈代表一个原子轨道，每个箭头代表一个电子。

如基态硫原子的轨道表示式为

二、原子结构与元素周期表

1、原子的电子构型与周期的关系

（1）每周期第一种元素的最外层电子的排布式为ns1。

每周期结尾元素的最外层电子排布式除He为1s2外，其余为ns2np6。

He核外只有2个电子，只有1个s轨道，还未出现p轨道，所以第一周期结尾元素的电子排布跟其他周期不同。

（2）一个能级组最多所容纳的电子数等于一个周期所包含的元素种类。

但一个能级组不一定全部是能量相同的能级，而是能量相近的能级。

2、元素周期表的分区

分区

元素分布

外围电子排布

元素性质特点

s区

ⅠA族、ⅡA族及He元素

ns1~2

除氢、氦外都是活泼金属元素；通常是最外层电子参与反应

p区

ⅢA~ⅦA族、0族（除氦外）

ns2np1~6

通常是最外层电子参与反应

d区

ⅢB~ⅦB族、Ⅷ（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

根据核外电子排布，可确定：

①分区

②各区元素化学性质及原子最外层电子排布特点

③若已知元素的外围电子排布，可直接判断该元素在周期表中的位置。

如：

某元素的外围电子排布为4s24p4，由此可知，该元素位于p区，为第四周期ⅥA族元素。

即最大能层为其周期数，最外层电子数为其族序数，但应注意过渡元素（副族与第Ⅷ族）的最大能层为其周期数，外围电子数应为其纵列数而不是其族序数（镧系、锕系除外）。

三、元素周期律

1、电离能、电负性

（1）电离能是指气态原子或离子失去1个电子时所需要的最低能量，第一电离能是指电中性基态原子失去1个电子转化为气态基态正离子所需要的最低能量。

第一电离能数值越小，原子越容易失去1个电子。

在同一周期的元素中，碱金属（或第ⅠA族）第一电离能最小，稀有气体（或0族）第一电离能最大，从左到右总体呈现增大趋势。

同主族元素，从上到下

，第一电离能逐渐减小。

同一原子的第二电离能比第一电离能要大。

（2）元素的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。

以氟的电负性为4.0，锂的电负性为1.0作为相对标准,得出了各元素的电负性。

电负性的大小也可以作为判断金属性和非金属性强弱的尺度，金属的电负性一般小于1.8，非金属的电负性一般大于1.8，而位于非金属三角区边界的“类金属”的电负性在1.8左右。

它们既有金属性，又有非金属性。

（3）电负性的应用

①判断元素的金属性和非金属性及其强弱

②金属的电负性一般小于1.8，非金属的电负性一般大于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。

③金属元素的电负性越小，金属元素越活泼；非金属元素的电负性越大，非金属元素越活泼。

④同周期自左到右，电负性逐渐增大，同主族自上而下，电负性逐渐减小。

2、原子结构与元素性质的递变规律

性质

同周期（从左往右）

同主族（自上而下）

（1）能层数（电子层数）

相同

从1递增到6（或7）

（2）最外层电子数

从1递增到8（第一周期例外）

相同

（3）原子半径

减小

增大

（4）金属性（原子失电子能力）

减弱

增强

（5）非金属性（原子得电子能力）

增强

减弱

（6）电负性

增强

减弱

（7）第一电离能

增大的趋势

减小

（8）单质还原性

减弱

增强

（9）单质氧化性

增强

减弱

（10）最高价氧化物对应水化物的酸碱性

碱性减弱，酸性增强

碱性增强、酸性减弱

（11）非金属形成气态氢化物的难易程度

由难到易

由易到难

（12）气态氢化物的稳定性

增强

减弱

（13）主要化合价

最高正价从+1递增到+7（O、F除外），最低负价从-4递增到-1

相同

（14）离子半径

r（阴离子）减小，r（阳离子）减小。

r（阴）>r（阳）

增大

3、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

第一章原子结构与性质

第一节原子结构

考查点一　能层、能级、构造原理

1．下列说法中正确的是（　　）。

A．同一原子中，1s、2s、3s电子的能量逐渐减小

B．同一原子中，2p、3p、4p能级的轨道数依次增多

C．能量高的电子在离核近的区域运动，能量低的电子在离核远的区域运动

D．各能层含有的能级数为n（n为能层序数）

解析　同一原子中能层序数越大，能量越高，离核越远，A、C项均错误；在同一能级中，其轨道数是一定的，不论其在哪一能层中，B项错误；D项正确。

答案　D

2．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，3d轨道的能量小于4s轨道的能量

D．同一原子中，2p、3p、4p电子的能量逐渐减小

解析　A项中1个2s电子被激发到2p能级上，表示的是激发态原子，正确；B项中3p2表示3p能级上填充2个电子，错误；C项中由于能级交错，3d轨道的能量大于4s轨道的能量，错误；D项，同一原子中电子层数越大，能量也就越高，离核越远，故2p、3p、4p电子的能量增大，错误；故选A。

答案　A

3．比较下列多电子原子的能级的能量高低

（1）2s____3s

（2）2s____3d

（3）3p____3s（4）4f____6f

解析　相同能层上不同能级的能量高低：

ns

1s<2s<3s<4s……

答案　

（1）<

（2）<（3）>（4）<

考查点二　核外电子排布规律

4．主族元素原子失去最外层电子形成阳离子，主族元素的原子得到电子填充在最外层形成阴离子。

下列各原子或离子的电子排布式错误的是（　　）。

A．Ca2＋：

1s22s22p63s23p6B．O2－：

1s22s22p4

C．Cl－：

1s22s22p63s23p6D．Ar：

1s22s22p63s23p6

解析　本题主要考查根据构造原理来书写电子排布式，已知氧原子的电子排布式为1s22s22p4，故O2－的电子排布式应为1s22s22p6，B错，A、C、D均正确。

答案　B

5．铁位于元素周期表第四周期Ⅷ族，原子序数为26，则Fe2＋的结构示意图为（　　）。

A.

B.

C.

D.

解析　根据轨道能量顺序图，电子首先进入能量低的原子轨道，铁原子中的电子在填满K层和L层及3s、3p原子轨道后，接着在4s原子轨道上填2个电子，然后在3d原子轨道上填6个电子，则铁元素的基态原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2，即铁原子的结构示意图是

。

从Fe―→Fe2＋，Fe原子首先失去的是最外层4s原子轨道上的电子，而不是失去3d原子轨道上的电子。

所以，Fe2＋的电子排布式为1s22s22p63s23p63d6，Fe2＋的结构示意图为

。

“最外层不超过8个电子，次外层不超过18个电子，倒数第三层不超过32个电子”是针对原子而言的，不适用于离子。

故选C。

答案　C

6．写出具有下列电子排布的原子的核电荷数、名称、元素符号及元素周期表中的位置。

（1）1s22s22p63s23p4；

（2）1s22s22p63s23p63d104s24p65s2；

（3）1s22s22p63s23p63d104s24p64d105s25p66s1

解析　此题的突破口是各原子的电子排布式，根据电子层数和最外层电子数确定原子在元素周期表中的位置。

答案　

（1）核电荷数16　硫　S　第三周期ⅥA族

（2）核电荷数38　锶　Sr　第五周期ⅡA族

（3）核电荷数55　铯　Cs　第六周期ⅠA族

考查点三　原子光谱、电子云与原子轨道

7．以下电子排布式是基态原子的电子排布的是（　　）。

①1s12s1　②1s22s12p1　③1s22s22p63s2④1s22s22p63s23p1

　A．①②B．①③C．②③D．③④

解析　根据构造原理，核外电子的排布总是首先占据能量较低的轨道，当能量较低轨道填满后再进入能量较高的轨道，此时整个原子能量最低，处于基态。

①中1s轨道未填满就进入2s轨道属于激发态，②中2s轨道未填满就进入2p轨道也属于激发态。

只有③④属于基态原子的电子排布。

答案　D

8．下列有关电子云和原子轨道的说法中正确的是（　　）。

A．原子核外的电子像云雾一样笼罩在原子核周围，故称电子云

B．s能级原子轨道呈球形，处于该轨道上的电子只能在球壳内运动

C．p能级原子轨道呈哑铃状，随着能层的增加，p能级原子轨道也在增多

D．p能级原子轨道与s能级原子轨道的平均半径都随能层序数的增大而增大

解析　电子云表示电子在核外某一区域出现的概率，故A项错误；原子轨道是电子出现概率为90%的电子云空间，只是表明电子在这一空间区域内出现的机会大，在此空间区域外出现的机会少，故B项错误；无论能层序数n如何变化，每个p能级都有3个原子轨道且相互垂直，故C项错误；电子的能量越高，电子在离核更远的区域出现的机会越大，电子云将向更大的空间扩展，原子轨道半径会逐渐增大。

答案　D

9．X元素原子的最外层电子排布式为nsnnpn＋1，试回答下列问题：

（1）电子排布式中的n＝________；原子中能量最高的是________电子，其电子云在空间有________方向，呈现________形。

（2）X元素的名称是________；它的氢化物的电子式是________。

解析　

（1）根据构造原理，先填满ns能级，而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X元素原子的最外层电子排布式为2s22p3，由此可知X是氮元素；根据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，p电子云呈现哑铃形，在空间伸展为三种互相垂直的方向。

（2）X是氮元素，则其氢化物的分子式为NH3，所以其电子式是

答案　

（1）2　2p（写成np也可以）　三种互相垂直的　哑铃

（2）氮　

考查点四　综合应用

10．短周期的三种主族元素A、B、C，原子序数依次减小。

A元素的2p能级上有3个未成对电子；B元素原子的最外电子层上的电子数是其电子层数的2倍；A、B、C三原子的核外电子层数之和是5。

请回答：

（1）三种元素的元素符号分别为：

A________，B________，C________。

（2）A与C形成的化合物的分子式是________，写出该化合物与A的最高价氧化物对应水化物发生反应的化学方程式。

解析　A元素原子的2p能级上有3个未成对电子，即A的电子排布式为1s22s22p3，是氮元素；B元素原子的最外电子层上的电子数是其电子层数的2倍，可得出该元素为碳元素，核外电子排布式为1s22s22p2；由三种元素原子核外电子层数之和为5，可以推出C元素只有一个电子层，且为主族元素，所以C只能为氢元素。

答案　

（1）N　C　H　

（2）NH3　NH3＋HNO3===NH4NO3

11．有A、B、C、D、E5种元素，它们的核电荷数依次增大，且都小于20。

其中A为非金属元素，A和E属同一族，它们原子的最外层电子排布式为ns1。

B和D也属同一族，它们原子最外层的p能级电子数是s能级电子数的两倍，C原子最外层上电子数等于D原子最外层上电子数的一半。

请回答下列问题：

（1）A是________，B是________，C是________，D是________，E是________。

（2）由这5种元素组成的一种化合物是（写化学式）______________________。

写出该物质的一种主要用途：

________________________________________。

（3）写出C元素基态原子的电子排布式：

_______________________________。

（4）用电子排布图表示D元素原子的最外层电子排布：

________________。

解析　B和D属同一族，它们原子最外层的p能级电子数是s能级电子数的两倍，所以可得B、D的最外层电子排布式为ns2np4，所以B为氧元素、D为硫元素；而A和E属同一族，它们原子的最外层电子排布式为ns1，所以A为氢元素，E为钾元素；C原子最外层上电子数等于D原子最外层上电子数的一半，所以C的最外层电子排布式为ns2np1，即C为铝元素。

答案　

（1）H　O　Al　S　K（写元素名称也可）

（2）KAl（SO4）2·12H2O　净水剂

（3）1s22s22p63s23p1　（4）

12.已知X、Y和Z三种元素的原子序数之和等于42。

X元素原子的4p轨道上有3个未成对电子，Y元素原子的最外层2p轨道上有2个未成对电子。

X跟Y可形成化合物X2Y3，Z元素可以形成负一价离子。

请回答下列问题：

（1）X元素原子基态时的电子排布式为　　　　，该元素的符号是　　　　。

（2）Y元素原子的价层电子的电子排布图为　　　　，该元素的名称是　　　　。

（3）已知化合物X2Y3在稀硫酸溶液中可被金属锌还原为XZ3，产物还有ZnSO4和H2O，该反应的化学方程式是__________________________________________________。

解析　

（1）X元素原子的4p轨道上有3个未成对电子，则X是第四周期第ⅤA族元素，即X为As，其电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p3。

（2）Y元素原子的最外层2p轨道上有2个未成对电子，且As跟Y可形成化合物As2Y3，可推知Y为O；又因为X、Y和Z三种元素的原子序数之和等于42，可得到Z为H。

（3）X2Y3为As2O3，XZ3为AsH3，则As2O3与稀硫酸和Zn反应的化学方程式为As2O3＋6Zn＋6H2SO4===2AsH3↑＋6ZnSO4＋3H2O。

答案　

（1）1s22s22p63s23p63d104s24p3　As

（3）As2O3＋6Zn＋6H2SO4===2AsH3↑＋6ZnSO4＋3H

第二节原子结构与元素的性质

考查点一　原子结构与元素周期表

1．元素周期表中，非金属元素存在的区域为（　　）。

A．只有s区B．只有p区

C．s区、d区和ds区D．s区和p区

解析　非金属元素除H元素在s区外，其余的均在p区。

答案　D

2．闪烁着银白色光泽的金属钛（22Ti）因具有密度小、强度大、无磁性等优良的机械性能，被广泛的应用于军事、医学等领域，号称“崛起的第三金属”。

已知钛有48Ti、49Ti、50Ti等同位素，下列关于金属钛的叙述中不正确的是（　　）。

A．上述钛原子中，中子数不可能为22

B．钛元素在周期表中处于第四周期

C．钛的不同同位素在周期表中处于不同的位置

D．钛元素是d区的过渡元素

解析　题给三种同位素原子中，中子数最小为26，故A选项正确；Ti位于第四周期ⅣB族，属于d区元素，故B、D选项正确；同种元素的不同同位素在周期表中的位置相同，C选项错误。

答案　C

考查点二　元素周期律的应用

3．下列各组元素性质的递变情况错误的是（　　）。

A．Li、Be、B原子的最外层电子数依次增多

B．P、S、Cl元素的最高化合价依次升高

C．N、O、F电负性依次增大

D．Na、K、Rb第一电离能逐渐增大

解析　同周期元素的电负性从左至右逐渐增大，故C项正确；同主族元素的第一电离能从上至下逐渐减小，故D项错误。

答案　D

4．下列叙述中正确的是（　　）。

A．同一周期中，ⅦA族元素的原子半径最大

B．ⅥA族元素的原子，其半径越大，越容易得到电子

C．室温时，0族元素的单质都是气体

D．同一周期中，碱金属元素的第一电离能最大

解析　同一周期中，ⅦA族元素的原子半径最小，A项错误；同一主族中，原子半径越大，越难得电子，B项错误；C项正确；同一周期中，碱金属元素的第一电离能最小，D项错误。

答案　C

5．下列各元素，最易形成离子化合物的组合是（　　）。

①第三周期第一电离能最小的元素　②外围电子构型为2s22p6的原子　③2p

能级为半满的元素　④电负性最大的元素

A．①②B．③④C．②③D．①④

解析　①为Na元素，④为活泼非金属元素F，故①④易形成离子键，故选D。

答案　D

6．现有四种元素的基态原子的电子排布式如下：

①1s22s22p63s23p4　②1s22s22p63s23p3　③1s22s22p3　④1s22s22p5

则下列有关比较中正确的是（　　）。

A．第一电离能：

④>③>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>③＝②>①

解析　由电子排布式可知：

①为S，②为P，③为N，④为F。

根据元素周期、律可知：

第一电离能为④>③>②>①，A项正确；原子半径应是②最大，④最小，B项不正确；电负性应是④最大，②最小，C项不正确；F无正价，②、③最高正化合价为＋5价，①的最高正化合价为＋6价，D项不正确。

答案　A

考查点三　微粒半径大小比较

7．An＋、B（n＋1）＋、Cn－、D（n＋1）－有相同的电子层结构，则原子半径由大到小的顺序是

A．C>D>B>AB．A>B>C>D

C．D>C>A>BD．A>B>D>C

解析　A、B、C、D四种元素的相对位置

……

D

C

A

B

Z，根据原子半径大小变化规律可知A>B>D>C。

答案　D

8．a、b、c、d是四种短周期元素。

a、b、d同周期，c、d同主族。

a的原子结构示意图为

，b与c形成的化合物的电子式为

。

下列说法中正确的是

A．原子半径：

a>c>d>b

B．电负性：

a>b>d>c

C．原子序数：

d>a>c>b

D．最高价含氧酸的酸性：

c>d>a

解析　由a的原子结构示意图分析得，a应为硅元素，位于第三周期；因为a、b、d同周期，b元素显＋1价，故b应为Na；又因c显－3价，则c应为氮或磷，但d为第三周期元素，且c与d同主族，故d应为磷，c应为氮元素。

将a、b、c、d四种元素代入分析即可解答。

答案　D

考查点四　综合应用

9．如图所示为元素周期表的大致框架

（1）在如图所示元素周期表中画出金属元素与非金属元素的分界线．

（2）鉴于NaH的存在，有人建议可把氢元素归到ⅦA族。

但根据氢元素最高正化合价与最低负化合价的绝对值相等，可把氢元素归到元素周期表中的________族。

（3）现有甲、乙两种元素，甲元素原子核外3p能级上有5个电子，乙元素的焰色反应呈黄色。

①在如图所示的元素周期表中，将甲、乙两元素的元素符号填在甲、乙两元素在元素周期表中的相应位置。

②甲元素与硫元素相比较，非金属性较强的是________（填名称），写出可以验证该结论的一个化学方程式：

____________________________________________。

81

Tl

铊

204.4

6s26p1

（4）2008年8月2日，CCTV－1《焦点访谈》栏目中报道了“铊中毒事件”，铊再次成为公众关注的焦点。

铊的相关信息如右图卡片中所示。

下列叙述不正确的是（　　）。

A．铊在元素周期表中的位置是第六周期ⅡA族

B．铊原子的中子数为204－81＝123

C．6s26p1表示铊原子有6个电子层，最外电子层中有3个电子

D．铊的金属性比铝的强

E．铊元素是p区元素

解析　

（1）在周期表中沿着B、Si、As、Te、At和Al、Ge、Sb、Po划一条折线，即为金属元素和非金属元素的分界线。

（2）首先要灵活接受信息，有人建议可把氢元素归到ⅦA族，是因为NaH中的H－与X－（F－、Cl－、Br－、I－）有相似之处，即最低化合价相等。

当氢元素最高正化合价与最低负化合价的绝对值相等时，可认为氢元素处在周期表中的ⅣA族。

（3）①甲元素原子核外3p轨道上有5个电子，即该元素原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p5，由此可知甲为Cl元素；乙元素的焰色反应呈黄色，说明乙元素是Na元素。

甲位于周期表中第三周期ⅦA族，乙位于周期表中第三周期ⅠA族。

②因为同一周期时，元素的非金属性随着核电荷数的递增而增强，所以氯、硫相比，非金属较强的是氯元素。

例如，Cl2可以与H2S发生置换反应：

H2S＋Cl2===2HCl＋S↓。

（4）根据铊的原子序数为81，可推知该元素位于第六周期ⅢA族，与Al同主族，且位于Al元素的下方，属于p区元素，A选项错误，C、D选项正确；204.4是铊元素的相对原子质量，不是质量数，故B选项错误。

答案　

（1）如下图所示　

（2）ⅣA　（3）①如下图所示

②氯　H2S＋Cl2===2HCl＋S↓　（4）AB

10．第三周期元素X、Y、Z的各级电离能数据如下表：

I/（kJ·mol－1）

I1

I2

I3

I4

X

738

1451

7733

10540

Y