2018届高考一轮复习人教版物质结构与性质原子结构与性质学案(1)
第一讲 原子结构与性质
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考纲要求
真题统计
命题趋势
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。
2015，卷Ⅰ 37T(1)；
2015，卷Ⅱ 37T(1)；
2014，卷Ⅰ 37T(2)；
2014，卷Ⅱ 37T(1)；
2013，卷Ⅰ 37T(1)；
2013，卷Ⅱ 37T(1)(2)
高考对本部分的考查主要有三个方面：前四周期元素核外电子排布式的书写与推断；运用电离能、电负性解释推断某些元素的性质；原子结构与性质的应用。考查题型为非选择题，分数约为3～6分。预计2017年高考将会稳中有变，可能与元素周期律、元素周期表的知识或元素及其化合物的知识相结合进行考查。注意本部分考查内容的规律性强，因此命题空间广阔，考查方式也会向多方位、多层次发展。
考点一 原子核外电子排布原理[学生用书P261]
一、能层与能级
能层(n)
能级
最多容纳电子数
序数
符号
各能级
各能层
一
K
1s
2
2
二
L
2s
2
8
2p
6
三
M
3s
2
18
3p
6
3d
10
四
N
4s
2
32
4p
6
4d
10
4f
14
…
…
…
…
…
n
…
…
…
2n2
二、原子轨道
1．轨道形状
(1)s电子的原子轨道呈球形。
(2)p电子的原子轨道呈哑铃形。
2．各能级上的原子轨道数目
能级
ns
np
nd
nf
…
原子轨道数
1
3
5
7
…
3.能量关系
(1)相同能层上原子轨道能量的高低：ns
SiH4
B．离子半径：Na＋>S2－
C．第一电离能：N>O
D．元素电负性：C>H
解析：选B。Si、S在同一周期，S在Si的右侧，非金属性S大于Si，故热稳定性H2S比SiH4强，A项正确；S2－有三个电子层，Na＋有两个电子层，故离子半径S2－>Na＋，B项错误；氮原子的2p轨道电子处于半满状态，结构较稳定，其第一电离能大于氧的，C项正确；碳的非金属性比氢的强，故电负性碳大于氢，D项正确。
名师点拨
(2016·潍坊高三模拟)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p为26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
1 509
1 561
I3
3 248
2 957
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)第三周期8种元素按单质熔点高低的顺序如图(Ⅰ)所示，其中电负性最大的是____________(填下图中的序号)。
(6)表中所列的某主族元素的电离能情况如图(Ⅱ)所示，则该元素是____________(填元素符号)。
[解析] (1)26号为铁元素，其基态原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2或[Ar]3d64s2。
(2)d为N元素，a为H元素，二者单质发生反应生成物的分子式为NH3。
(3)h为Mg元素，Mg单质在空气中燃烧发出耀眼的白光，原因是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)o元素为Mn，其基态原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s2，Mn2＋的基态离子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d5，其3d能级为半充满结构，相对比较稳定，当其失去第三个电子时比较困难，而p2＋的基态离子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d6，其3d能级再失去一个电子即为半充满结构，形成相对比较稳定的结构，故其失去第三个电子比较容易。
(5)第三周期8种元素分别为钠、镁、铝、硅、磷、硫、氯、氩，其单质中钠、镁、铝形成金属晶体，熔点依次升高；硅形成原子晶体；磷、硫、氯、氩形成分子晶体，且常温下磷、硫为固体，氯气、氩气为气体，故8种元素按单质熔点由高到低的顺序为硅、铝、镁、硫、磷、钠、氯、氩，其中电负性最大的为氯。
(6)由图可知，该元素的电离能I4远大于I3，故为第ⅢA族元素，周期表中所列的第ⅢA族元素i属于第三周期，应为Al。
[答案] (1)1s22s22p63s23p63d64s2或[Ar]3d64s2 (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轨道电子排布为半满状态，比较稳定
(5)2 (6)Al
1．为什么一个原子的逐级电离能是逐渐增大的？
答案：随着电子的逐个失去，阳离子所带的正电荷数越来越大，再要失去一个电子需克服的电性吸力也越来越大，消耗的能量越来越多。
2．为什么Na容易形成＋1价离子，而Mg、Al易形成＋2价、＋3 价离子？说明了什么？
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。而电离能的突跃变化，说明核外电子是分能层排布的。
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ⅢA和ⅥA族元素，如第一电离能Mg>Al，P>S。
题组一 由原子序数确定其在元素周期表中的
位置
1．某元素的原子序数为29，试问：
(1)写出该元素的名称及元素符号。
(2)写出该元素基态原子的电子排布式。
(3)它有多少个电子层？有多少个能级？
(4)它的价电子排布式是什么？
(5)它属于第几周期？第几族？主族还是副族？属于哪一个分区？
(6)它有多少个未成对电子？
解析：29号元素为铜(Cu)元素，其原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s1或[Ar]3d104s1，故有4个电子层，7个能级，价电子排布式为3d104s1，属于第ⅠB族，为ds区。其价电子的电子排布图为，故有1个未成对电子。
答案：(1)铜；Cu。
(2)1s22s22p63s23p63d104s1或[Ar]3d104s1。
(3)4个电子层；7个能级。
(4)3d104s1。
(5)第四周期；ⅠB族；副族；ds区。
(6)有1个未成对电子。
题组二 电离能及其应用
2．下列关于元素第一电离能的说法不正确的是( )
A．钾元素的第一电离能小于钠元素的第一电离能，故钾的活泼性强于钠
B．因同周期元素的原子半径从左到右逐渐减小，故第一电离能必依次增大
C．最外层电子排布为ns2np6(当只有K层时为1s2)的原子，第一电离能较大
D．对于同一元素而言，原子的电离能I1O、Mg>Al，B项错；C项所述元素为0族元素，性质稳定，第一电离能都较大。
3．(2016·开封高三模拟)下列有关微粒性质的排列顺序中，错误的是( )
A．元素的电负性：PNa＋>Mg2＋
D．原子的未成对电子数：Mn>Si>Cl
解析：选B。得电子能力：PNa＋>Mg2＋，故C正确；Mn、Si、Cl原子的未成对电子数分别为5、2、1，即原子的未成对电子数：Mn>Si>Cl，故D正确。
题组三 电负性及其应用
4．电负性的大小也可以作为判断元素金属性和非金属性强弱的尺度。下列关于电负性的变化规律正确的是( )
A．元素周期表从左到右，元素的电负性逐渐变大
B．元素周期表从上到下，元素的电负性逐渐变大
C．电负性越大，金属性越强
D．电负性越小，非金属性越强
解析：选A。利用同周期从左至右元素电负性逐渐增大，同主族从上至下元素电负性逐渐减小的规律来判断。电负性越大，金属性越弱，非金属性越强。
5．不同元素的原子在分子内吸引电子的能力大小可用数值表示，该数值称为电负性。一般认为：如果两个成键原子间的电负性差值大于1.7，原子之间通常形成离子键；如果两个成键原子间的电负性差值小于1.7，通常形成共价键。下表是某些元素的电负性值：
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
(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)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)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。
一、选择题
1．下列说法正确的是( )
A．同一原子中，2p、3p、4p能级的轨道依次增多
B．当碳原子的核外电子排布由 转变为 时，这一过程中释放能量
C．3p2表示3p能级有两个轨道
D．在同一能级上运动的电子，其运动状态可能相同
解析：选B。A项，2p、3p、4p能级的轨道一样多，均有3个轨道；B项，由激发态到基态，释放能量，正确；C项，3p2表示3p轨道上有2个电子；D项，在同一能级上运动的电子，其运动状态不可能相同。
2．下列关于第一电离能和电负性的说法不正确的是( )
A．第一电离能的大小：Mg>Al
B．锗的第一电离能高于碳而电负性低于碳
C．Ni是元素周期表中第28号元素，第二周期基态原子未成对电子数与Ni相同且电负性最小的元素是碳
D．F、K、Fe、Ni四种元素中电负性最大的是F
解析：选B。锗是金属元素而碳是非金属元素，锗的第一电离能低于碳，B不正确。
3．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。
4．下列有关说法正确的是( )
A．C、N、O三种元素第一电离能从大到小的顺序是O＞N＞C
B．根据同周期元素的第一电离能变化趋势，推出Al的第一电离能比Mg大
C．根据主族元素最高正化合价与族序数的关系，推出卤族元素最高正价都是＋7
D．Ni原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d84s2
解析：选D。同一周期自左向右，元素的第一电离能呈现增大趋势，但由于p轨道处于全空、半充满或全充满时相对稳定，这使得第ⅡA族、第ⅤA族元素反常，故第一电离能N>O，Mg>Al，A、B不正确；F没有正化合价，C不正确。
5．(2016·秦皇岛高三模拟)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( )
元素
I1
I2
I3
I4
……
R
740
1 500
7 700
10 500
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1s22s2
A．①② B．②③
C．③④ D．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主族元素，③正确。
6．(2016·西安高三模拟)在第二周期中，B、C、N、O四种元素的第一电离能由大到小的排列顺序正确的是( )
A．I1(N)>I1(C)>I1(O)>I1(B)
B．I1(N)>I1(O)>I1(B)>I1(C)
C．I1(N)>I1(O)>I1(C)>I1(B)
D．I1(O)>I1(N)>I1(C)>I1(B)
解析：选C。B、C、N、O是第二周期原子序数依次增大的元素，第一电离能呈增大趋势，但是N元素电子亚层结构为半满，其第一电离能比C和O要大。
7．若某原子在处于能量最低状态时，外围电子排布为4d15s2，则下列说法正确的是( )
A．该元素原子最外层共有3个电子
B．该元素处于第五周期ⅡA族
C．该元素原子核外第N层上共有9个不同状态的电子
D．该元素原子第四电子层上有5个空轨道
解析：选C。该元素位于第五周期第ⅢB族，为39号元素，N层电子排布式4s24p64d1，共有9个不同状态的电子，该电子层共有4个空轨道。
8．(2016·武汉高三调研)在核电荷数为26的元素Fe的原子核外3d、4s轨道内，下列电子排布图正确的是( )
解析：选C。核电荷数为26的Fe基态原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2,3d有5个轨道，只有1个轨道排满两个电子，且自旋方向相反，其他4个轨道各排1个电子，且自旋方向相同，4s轨道排满2个电子，且自旋方向相反，即C项正确。
9．(2016·徐州高三质检)已知X、Y元素同周期，且电负性X>Y，下列说法错误的是( )
A．X与Y形成的化合物中，X可以显负价，Y显正价
B．第一电离能可能Y小于X
C．最高价含氧酸的酸性X的弱于Y的
D．气态氢化物的稳定性HmY弱于HnX
解析：选C。由题意，非金属性X>Y，所以最高价含氧酸的酸性X的强于Y的。
二、非选择题
10．现有部分前36号元素的性质或原子结构如下表：
元素编号
元素的性质或原子结构
R
基态原子的最外层有3个未成对电子，次外层有2个电子
S
单质能与水剧烈反应，所得溶液呈弱酸性
T
基态原子3d轨道上有1个电子
X
(1)R元素的第一电离能要大于其同周期相邻的元素，原因是____________________________。
(2)S元素的常见化合价为________，原因是____________________________。
(3)T元素的原子N电子层上电子数为________________________________________________________________________。
(4)X的核外电子排布图违背了________________________________________________________________________。
解析：(1)由R的核外电子排布可知为N，N原子2p轨道半充满，能量低，较稳定，所以其第一电离能较大。(2)由题知S为氟元素，F的电负性最强，只能得电子，无正价，其常见化合价为－1价。(3)T原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d14s2，由能量最低原理先排4s轨道再排3d轨道，则N电子层有2个电子。(4)X元素的核外电子排布应先排能量低的3s轨道。
答案：(1)氮原子2p轨道半充满，能量低，较稳定 (2)－1价 F的电负性最强，只能得电子 (3)2 (4)能量最低原理
11．已知A、B、C、D、E原子序数依次增大，且满足下表中条件，请推断各元素并回答相关问题。
A
基态原子有3个不同的能级，各能级中电子数相等
B
在D的上一周期
C
基态原子2p能级上的未成对电子数与A原子相同
D
在同周期元素中，D形成的简单离子半径最小
E
基态原子的M电子层上有4个未成对电子
(1)E元素的基态原子的外围电子排布式为________________________________________________________________________；
E可形成E2＋和E3＋，其中较稳定的是E3＋，原因是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)A、B、C元素中，电负性最大的是________(填元素符号，下同)，第一电离能最大的是________。
(3)D元素的基态原子的价电子的电子排布图为________。
解析：由A的基态原子有3个不同的能级，各能级中电子数相等，可知A的基态原子电子排布式为1s22s22p2，为碳元素；由C的基态原子2p能级上的未成对电子数与A原子相同(为2个)，故其基态原子的电子排布式为1s22s22p4，为氧元素，依据A、B、C的原子序数逐渐增大可知B为氮元素；由D位于氮元素的下一周期，且形成的简单离子半径最小，则D为铝元素；由E的基态原子的M电子层上有4个未成对电子，可知其基态原子电子排布式为[Ar]3d64s2，为铁元素。(1)Fe3＋的核外电子排布式为[Ar]3d5，其d能级处于半满状态，较为稳定；(2)氮原子的2p能级处于半满状态，较为稳定，难以失去电子，故其第一电离能较大。
答案：(1)3d64s2 Fe3＋的d能级处于半满状态，较为稳定
(2)O N
12．(2016·马鞍山高三质检)A、B、C、D、E、F、G、H是元素周期表前四周期常见元素，且原子序数依次增大，其相关信息如下表：
元素
相关信息
A
原子核外有6种不同运动状态的电子
C
基态原子中s电子总数与p电子总数相等
D
原子半径在同周期元素中最大
E
基态原子最外层电子排布式为3s23p1
F
基态原子的最外层p轨道有两个电子的自旋方向与其他电子的自旋方向相反
G
基态原子核外有7个能级且能量最高的能级上有6个电子
H
是我国使用最早的合金中的最主要元素
请用化学用语填空：
(1)A元素位于元素周期表第________周期________族；B元素和C元素的第一电离能比较，较大的是________；C元素和F元素的电负性比较，较小的是________。
(2)G元素的低价阳离子的结构示意图是__________，F元素原子的价电子的电子排布图是________________，H元素的基态原子核外电子排布式是________________________________________________________________________。
(3)G的高价阳离子的溶液与H单质反应的离子方程式为__________________________；与E元素成对角线关系的某元素的最高价氧化物的水化物具有两性，写出该两性物质与D元素的最高价氧化物的水化物反应的化学方程式：
________________________________________________________________________。
解析：A的原子核外有6种不同运动状态的电子，即核外共有6个电子，A为碳元素。C的基态原子中s电子总数与p电子总数相等，则核外电子排布式为1s22s22p4，C是氧元素。由于A、B、C原子序数依次增大，故B是氮元素。E的基态原子最外层电子排布式为3s23p1，是铝元素。D的原子半径在同周期元素中最大，且D的原子序数比C大比E小，故D是钠元素。F的基态原子的最外层p轨道有两个电子的自旋方向与其他电子的自旋方向相反，说明p轨道上有5个电子，是氯元素。G的基态原子核外有7个能级且能量最高的能级上有6个电子，则其电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2，是铁元素。H是我国使用最早的合金中的最主要元素，是铜元素。
答案：(1)二 ⅣA N Cl
1s22s22p63s23p63d104s1或[Ar]3d104s1
(3)2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋ Be(OH)2＋2NaOH===Na2BeO2＋2H2O
13．根据信息回答下列问题：
(1)如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号至17号元素的有关数据缺失)。
①认真分析图中同周期元素第一电离能的变化规律，推断Na～Ar元素中，Al的第一电离能的大小范围为________
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