2019届一轮复习人教版原子结构与性质学案

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第十一章 物质结构与性质(选修③)‎ 考点一　原子结构 ‎1．能层和能级 ‎(1)能层：原子核外电子是分层排布的，根据电子的能量差异，可将核外电子分成不同的能层。‎ ‎(2)能级：在多电子原子中，同一能层的电子，能量也可能不同，不同能量的电子分成不同的能级。‎ ‎(3)能层与能级的关系 能层 一 二 三 四 五……‎ 符号 K L M N O……‎ 能级 ‎1s ‎2s 2p ‎3s 3p 3d ‎4s 4p 4d ‎‎4f ‎5s 5p……‎ 最多 电子数 ‎2‎ ‎2 6‎ ‎ 2 6 10 ‎ ‎ 2 6 1014‎ ‎26……‎ 电子离核远近 近→远 电子能量高低 低→高 ‎2．电子云与原子轨道 ‎(1)电子云 ‎①由于核外电子的概率分布看起来像一片云雾，因而被形象地称为电子云。‎ ‎②电子云轮廓图称为原子轨道。‎ ‎(2)原子轨道 原 子 轨 道 ‎3．基态原子核外电子排布 ‎(1)排布原则 ‎[注意]　当能量相同的原子轨道在全满(p6、d10、f14)、半满(p3、d5、f7)、全空(p0、d0、f0)时原子的能量最低，如24Cr的电子排布式为[Ar]3d54s1,29Cu的电子排布式为[Ar]3d104s1。‎ ‎(2)填充顺序——构造原理 绝大多数元素的原子核外电子的排布遵循如图所示的排布顺序，人们把它称为构造原理。它是书写基态原子核外电子排布式的依据。‎ ‎(3)基态原子核外电子排布的表示方法 ‎①电子排布式 a．用数字在能级符号的右上角标明该能级上排布的电子数，这就是电子排布式，例如K：1s22s22p63s23p64s1。‎ b．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 用或表示原子轨道，↑和↓分别表示两种不同自旋方向的电子。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，例如O：‎ ‎(4)电子排布式和电子排布图(或轨道表达式)‎ 以硫原子为例 电子排布式 ‎1s22s22p63s23p4‎ 简化电子排布式 ‎[Ne]3s23p4‎ 电子排布图(或轨道表示式)‎ 价电子排布式 ‎3s23p4‎ ‎4．原子状态与原子光谱 ‎(1)原子的状态 ‎①基态原子：处于最低能量的原子。‎ ‎②激发态原子：基态原子的电子吸收能量后，从低能级跃迁到高能级状态的原子。‎ ‎(2)原子光谱 不同元素的原子发生电子跃迁时会吸收或释放不同的光，用光谱仪记录下来便得到原子光谱。利用原子光谱的特征谱线可以鉴定元素，称为光谱分析。‎ ‎(3)基态、激发态及光谱示意图 ‎1．(2017·全国卷Ⅰ)钾和碘的相关化合物在化工、医药、材料等领域有着广泛的应用。回答下列问题：‎ ‎(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．404.4　　　　　　　　 　B．553.5‎ C．589.2 D．670.8‎ E．766.5‎ ‎(2)基态K原子中，核外电子占据最高能层的符号是______，占据该能层电子的电子云轮廓图形状为________。‎ 解析：(1)当对金属钾或其化合物进行灼烧时，焰色反应显紫红色，紫色光的辐射波长范围为400 nm～430 nm。(2)基态K原子核外有4个能层：K、L、M、N，能量依次增高，处于N层上的1个电子位于s轨道，s电子云轮廓图形状为球形。‎ 答案：(1)A　(2)N　球形 ‎2．按要求填空：‎ ‎(1)(2017·全国卷Ⅱ)氮原子价层电子的轨道表达式(电子排布图)为____________________________。‎ ‎(2)(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________。‎ ‎(3)(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________。‎ ‎(4)(2016·全国卷Ⅰ)‎ 基态Ge原子的核外电子排布式为________，有________个未成对电子。‎ ‎(5)(2016·江苏高考)Zn2＋基态核外电子排布式为______。‎ ‎(6)(2015·全国卷Ⅰ)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。‎ ‎(7)(2014·全国卷Ⅰ)基态Fe原子有________个未成对电子。Fe3＋的电子排布式为________________________________________________________________________。‎ ‎(8)(2014·福建高考)基态硼原子的电子排布式为______。‎ ‎(9)(2014·安徽高考)S的基态原子核外有________个未成对电子；Si的基态原子核外电子排布式为______________。‎ ‎(10)(2013·全国卷Ⅰ)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)根据构造原理可知氮原子价电子排布式为2s22p3，根据洪特规则和泡利原理可知其价电子的轨道表达式为 ‎(2)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。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。‎ ‎(3)Ni是28号元素，根据核外电子的排布规律可知，其基态原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d84s2。根据洪特规则可知，Ni原子3d能级上8个电子尽可能分占5个不同的轨道，其未成对电子数为2。‎ ‎(4)Ge(锗)元素在周期表的第四周期、第ⅣA族，因此核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p2或[Ar]3d104s24p2，p轨道上的2个电子是未成对电子。‎ ‎(5)Zn为30号元素，其基态原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s2，失去最外层的2个电子即可得到Zn2＋，Zn2＋的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d10或[Ar]3d10。‎ ‎(6)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原子的电子排布图为则核外存在2对自旋相反的电子。‎ ‎(7)基态Fe原子的核外电子排布式为[Ar]3d64s2，其中3d能级有4个轨道未充满，含有4个未成对电子。Fe原子失去4s轨道的2个电子和3d轨道的1个电子形成Fe3＋，则其电子排布式为1s22s22p63s23p63d5或[Ar]3d5。‎ ‎(8)B是5号元素，其基态原子的电子排布式为1s22s22p1。‎ ‎(9)基态S原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p4‎ ‎，有2个未成对电子，Si是14号元素，基态原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p2。‎ ‎(10)Si的最高能层为第三能层，其符号为M，该能层有 1个 s轨道、3个p轨道和5个d轨道，共9个轨道，Si在该能层有4个电子。‎ 答案：(1) ‎ ‎(2)1s22s22p63s23p63d74s2或[Ar]3d74s2　Mn ‎(3)1s22s22p63s23p63d84s2或[Ar]3d84s2　2‎ ‎(4)1s22s22p63s23p63d104s24p2或[Ar]3d104s24p2　2‎ ‎(5)1s22s22p63s23p63d10或[Ar]3d10‎ ‎(6)电子云　2‎ ‎(7)4　1s22s22p63s23p63d5或[Ar]3d5　(8)1s22s22p1‎ ‎(9)2　1s22s22p63s23p2　(10)M　9　4‎ ‎1．(2018·太原模拟)下列各项叙述正确的是(　　)‎ A．镁原子由1s22s22p63s2→1s22s22p63p2时，原子释放能量，由基态转化成激发态 B．价电子排布为5s25p1的元素位于第五周期第ⅠA族，是s区元素 C．所有原子任一能层的s电子云轮廓图都是球形，但球的半径大小不同 D．24Cr原子的电子排布式是1s22s22p63s23p63d44s2‎ 解析：选C　镁原子由1s22s22p63s2→1s22s22p63p2时，原子吸收能量，由基态转化成激发态，A错误；价电子排布为5s25p1的元素，位于第五周期第ⅢA族，是p区元素，B错误；所有原子任一能层的s电子云轮廓图都是球形，能层越大，球的半径越大，C正确；24Cr原子的电子排布式是1s22s22p63s23p63d54s1，半充满轨道能量较低，D错误。‎ ‎2．(2018·天水模拟)下列轨道表示式能表示氮原子的最低能量状态的是(　　)‎ 解析：选A　A项，符合电子的基态排布原理，表示氮原子的最低能量状态，正确；B、C项，2p的3个电子排布违背洪特规则，不是基态原子的排布，错误；D项，表示B原子的基态核外电子排布，错误。‎ ‎3．下列关于钠元素的几种表达式错误的是(　　)‎ A．Na＋的电子排布图：‎ B．Na＋的结构示意图：‎ C．Na的电子排布式：1s22s22p53s2‎ D．Na的简化电子排布式：[Ne]3s1‎ 解析：选C　A项，钠离子核外电子数为10，核外电子排布式为1s22s22p6，电子排布图：‎ ‎；B项，Na＋的结构示意图为；C项，基态Na原子的电子排布式：1s22s22p63s1，符合题意；D项，Na的简化电子排布式：[Ne]3s1。‎ ‎4．现有七种元素，其中A、B、C、D、E为短周期主族元素，F、G为第四周期元素，它们的原子序数依次增大。请根据下列相关信息，回答问题。‎ A元素的核外电子数和电子层数相等 B元素原子的核外p电子数比s电子数少1‎ C原子的第一至第四电离能依次为I1＝738 kJ·mol－1，I2＝1 451 kJ·mol－1，I3＝7 733 kJ·mol－1，I4＝10 540 kJ·mol－1‎ D原子核外所有p轨道全满或半满 E元素的主族序数与周期数的差为4‎ F是前四周期中电负性最小的元素 G在元素周期表的第七列 ‎(1)已知BA5为离子化合物，写出其电子式：________________________________________________________________________。‎ ‎(2)B元素基态原子中能量最高的电子，其电子云在空间有________个方向，原子轨道呈________形。‎ ‎(3)某同学根据上述信息，推断C的基态原子的核外电子排布图如下：‎ 该同学所画的电子排布图违背了______________________________________。‎ ‎(4)G位于________族________区，该元素的价电子排布式为____________________。‎ ‎(5)检验F元素的方法是__________________，请用原子结构的知识解释产生此现象的原因：________________________________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ 解析：‎ 由题给信息可知元素A、B、C、D、E、F、G分别为H、N、Mg、P、Cl、K、Mn。‎ ‎(1)NH5为离子化合物，由NH和H－两种离子组成，故其电子式为 ‎(2)N原子的核外电子排布式为1s22s22p3，能量最高的电子位于2p能级，共有3个，其电子云在空间有3个方向，原子轨道呈哑铃形。‎ ‎(3)该同学所画电子排布图中的3s能级的两个电子自旋方向相同，违背了泡利原理。‎ ‎(4)G为Mn，是25号元素，位于第四周期第ⅦB族，最后填充的是d电子，为d区元素，价电子排布式为3d54s2。‎ 答案：(1) ‎ ‎(2)3　哑铃 ‎(3)泡利原理 ‎(4)第ⅦB　d　3d54s2‎ ‎(5)焰色反应　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；电子从较高能量的激发态跃迁到较低能量的激发态或基态时，将以光的形式释放能量 ‎[规律方法]　核外电子排布的表示方法 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 Na：‎ Na＋：‎ 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 价电子排布式或排布图 表示价电子的排布 ‎[注意]　(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，但在书写时，仍把(n－1)d放在ns前。‎ 考点二　原子结构与元素的性质 ‎1．原子结构与元素周期表的关系 周期 电子 层数 每周期第一种元素 每周期最后一种元素 原子 序数 基态原子的 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 ‎1s22s22p63s23p63d104s24p6‎ ‎4d105s25p6 　　　　　　‎ 六 ‎6‎ ‎55‎ ‎[Xe]6s1‎ ‎86‎ ‎1s22s22p63s23p63d104s24p6‎ ‎4d‎104f145s25p65d106s26p6 ‎ ‎2．每族元素的价电子排布特点 ‎(1)主族 主族 ⅠA ⅡA ⅢA ⅣA ⅤA ⅥA ⅦA 排布 特点 ns1‎ ns2‎ ns2np1‎ ns2np2‎ 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。‎ ‎3．元素周期表的分区 ‎(1)根据原子核外电子排布分区 ‎①分区简图：‎ ‎②各区元素分布及性质与价电子排布特点：‎ 分区 元素分布 价电子排布 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分区 ‎①分区简图：‎ ‎②特别说明：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。‎ ‎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强。‎ ‎5．原子结构与元素性质的递变规律 项目 同周期(从左→右)‎ 同主族(从上→下)‎ 原子核外 电子排布 ‎ 能层数相同，最外层电子数逐渐增多 最外层电子数相同，能层数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(O，F除外)，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 第一电离能 增大的趋势 逐渐减小 电负性 逐渐增大 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 ‎6．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。如右所示。‎ 命题点(一)　电离能及其应用 按要求填空：‎ ‎(1)(2017·全国卷Ⅲ)元素Mn与O中，第一电离能较大的是________。‎ ‎(2)(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称作第一电子亲和能(E1)。第二周期部分元素的E1变化趋势如图所示，其中除氮元素外，其他元素的E1自左而右依次增大的原因是____________________________________‎ ‎________________________________________________________________________；‎ 氮元素的E1呈现异常的原因是________________________________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ ‎(3)(2016·全国卷Ⅱ)元素铜与镍的第二电离能分别为：ICu＝1 958 kJ·mol－1、INi＝1 753 kJ·mol－1，ICu＞INi的原因是__________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ ‎(4)(2016·全国卷Ⅲ)根据元素周期律，原子半径Ga________As，第一电离能Ga________As。(填“大于”或“小于”)‎ 解析：(1)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的。(2)从图中可以看出：除N外，同周期元素随核电荷数依次增大，E1逐渐增大，这是因为随原子半径逐渐减小，结合一个电子需要释放出更多的能量；N原子的2p轨道处于半充满状态，不易再结合一个电子，故E1呈现异常。(3)铜的第二电离能失去的是全充满的3d10电子所需要的能量，镍的第二电离能失去的是4s1电子所需要的能量，前者属于稳定状态，故第二电离能：ICu＞INi。(4)Ga和As均属于第四周期元素，且原子序数：Ga＜As，则原子半径：Ga＞As，第一电离能：IGa＜IAs。‎ 答案：(1)O　(2)同周期元素随核电荷数依次增大，原子半径逐渐变小，故结合一个电子释放出的能量依次增大 N原子的2p轨道为半充满状态，具有额外稳定性，故不易结合一个电子　(3)铜失去的是全充满的3d10电子，镍失去的是4s1电子　(4)大于　小于 命题点(二)　电负性及其应用 按要求填空：‎ ‎(1)(2017·江苏高考)C、H、O三种元素的电负性由小到大的顺序为____________。‎ ‎(2)(2016·全国卷Ⅰ)Zn、Ge、O电负性由大至小的顺序是____________。‎ ‎(3)(2015·全国卷Ⅱ)O、Na、P、Cl四种元素中电负性最大的是____________。‎ ‎(4)(2015·福建高考)CH4和CO2所含三种元素电负性从小到大的顺序为________________。‎ 解析：(1)非金属性：O＞C＞H，则电负性：O＞C＞H。‎ ‎(2)非金属性：O＞Ge＞Zn，则电负性：O＞Ge＞Zn。‎ ‎(3)非金属性：O＞Cl＞P＞Na，则电负性：O＞Cl＞P＞Na。‎ ‎(4)非金属性：O＞C＞H，则电负性：O＞C＞H。‎ 答案：(1)H3d C．5d＞‎4f D．5p＞4d 解析：选B　B项，3d能级的能量高于4s能级的能量，B项错误。‎ ‎3．(2018·唐山模拟)在d轨道中电子排布成而不能排布成 其最直接的根据是(　　)‎ A．能量最低原理 B．泡利原理 C．原子轨道构造原理 D．洪特规则 解析：选D　据图知，4个电子占据不同的轨道且自旋状态相同，其根据是洪特规则。‎ ‎4．(2018·天水模拟)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．最高正化合价：③＞②＞①‎ B．原子半径：③＞②＞①‎ C．电负性：③＞②＞①‎ D．第一电离能：③＞②＞①‎ 解析：选D　根据核外电子排布式可知①是S，②是P，③是F。F无正价，A错误；同周期自左向右原子半径逐渐减小，同主族自上而下原子半径逐渐增大，则原子半径：②＞①＞③，B错误；同周期自左向右电负性增大，同主族自上而下电负性减小，则电负性：③＞①＞②，C错误；同周期自左向右第一电离能呈增大趋势，但P的3p轨道电子处于半充满状态，稳定性强，第一电离能大于S，则第一电离能：③＞②＞①，D正确。‎ ‎5．下列说法或有关化学用语的表达正确的是(　　)‎ A．在基态多电子原子中，p轨道电子能量一定高于s轨道电子能量 B．基态Fe原子的外围电子排布图为 C．因氧元素电负性比氮元素大，故氧原子第一电离能比氮原子第一电离能大 D．根据原子核外电子排布的特点，Cu在元素周期表中位于s区 解析：选B　同一能层中的p轨道电子能量一定比s轨道电子能量高，但外层s轨道电子能量比内层p轨道电子能量高，A错误；基态铁原子外围电子排布式为3d64s2，外围电子排布图为B正确；N原子的2p轨道处于半充满状态，第一电离能大于氧原子，C错误；Cu的外围电子排布式为3d104s1，位于元素周期表的ds区，D错误。‎ ‎6．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．该元素原子处于能量最低状态时，原子中共有3个未成对电子 B．该元素原子核外共有5个电子层 C．该元素原子的M能层共有8个电子 D．该元素原子最外层共有3个电子 解析：选B　A项，该元素原子处于能量最低状态时，只有4d能级上有1个未成对电子，错误；B项，该原子核外有5个电子层，正确；C项，该元素原子M能层电子排布为3s23p63d10，共有18个电子，错误；D项，该原子最外层上有2个电子，错误。‎ ‎7．下列关于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　同周期从左到右第一电离能呈增大趋势，但第ⅡA族元素的第一电离能比相邻的第ⅢA族元素的第一电离能大，A正确；同一主族元素的第一电离能自上而下逐渐减小，锗的第一电离能低于碳，B不正确；Ni的价电子排布为3d84s2，未成对电子数为2，第二周期未成对电子数为2的元素有C和O，同周期从左到右电负性逐渐增大，则电负性C

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