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文档介绍
2018届一轮复习人教版原子结构与性质学案(7)
第一节 原子结构与性质 高考研究——把握考情，方向不对努力白费 考 纲 要 求 高 频 考 点 1.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。 2．了解电离能的含义，并能用以说明元素的某些性质。 3．了解电子在原子轨道之间的跃迁及其简单应用。 4．了解电负性的概念，并能用以说明元素的某些性质。 1.考查电子排布式、轨道表达式的书写 5年5考 2.考查原子核外电子的排布原理 5年3考 3.考查电离能、电负性的大小比较及应用 5年5考 [高考这样考] 1．(1)(2016·全国甲卷节选)东晋《华阳国志·南中志》卷四中已有关于白铜的记载，云南镍白铜(铜镍合金)闻名中外，曾主要用于造币，亦可用于制作仿银饰品。回答下列问题： 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＝1 958 kJ·mol－1、INi＝1 753 kJ·mol－1，ICu＞INi的原因是________________________________。 (2)(2016·全国乙卷节选)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________。 (3)(2016·全国丙卷节选)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Ga________As，第一电离能Ga________As。(填“大于”或“小于”) 解析：(1)①Ni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。② Cu、Ni均属于金属晶体，它们均通过金属键形成晶体。因Cu元素基态原子的价层电子排布式为3d104s1,3d能级全充满，较稳定，失去第2个电子较难，因此ICu＞INi。 (2)①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[Ar]3d104s24p2，p轨道上的2个电子是未成对电子。②Zn和Ge为同周期元素，Ge在Zn的右边，因此Ge的电负性比Zn的强；O为活泼的非金属元素，电负性强于Ge和Zn，因此三者电负性由大至小的顺序为O、Ge、Zn。 (3)①As元素在周期表中处于第ⅤA族，位于P元素的下一周期，则基态As原子核外有33个电子，根据核外电子排布规律写出其核外电子排布式：1s22s22p63s23p63d104s24p3或[Ar]3d104s24p3。②同周期主族元素的原子半径随原子序数的递增而逐渐减小，Ga与As在周期表中同位于第四周期，Ga位于第ⅢA族，则原子半径：Ga＞As。Ga、As原子的价电子排布式分别为4s24p1、4s24p3，其中As原子的4p轨道处于半充满的稳定状态，其第一电离能较大，则第一电离能：Ga＜As。 答案：(1)①1s22s22p63s23p63d84s2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 (2)①3d104s24p2 2 ②O＞Ge＞Zn (3)①1s22s22p63s23p63d104s24p3或[Ar]3d104s24p3 ②大于 小于 2．(1)(2015·全国卷Ⅰ节选)碳及其化合物广泛存在于自然界中。回答下列问题： 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)(2015·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。回答下列问题： 四种元素中电负性最大的是________(填元素符号)，其中C原子的核外电子排布式为________。 解析：(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。 (2)C核外电子总数是最外层电子数的3倍，则C为P元素。A、B的原子序数小于C，且A2－和B＋具有相同的电子构型，则A为O元素，B为Na元素。C、D为同周期元素，且D元素最外层有一个未成对电子，则D为Cl元素。O、Na、P和Cl四种元素中，O元素的电负性最大。P原子核外有15个电子，其基态原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p3或[Ne]3s23p3。 答案：(1)电子云 2 (2)O 1s22s22p63s23p3或[Ne]3s23p3 3．(1)(2014·全国卷Ⅰ节选)早期发现的一种天然二十面体准晶颗粒由Al、Cu、Fe三种金属元素组成。回答下列问题： 基态Fe原子有________个未成对电子，Fe3＋的电子排布式为________。可用硫氰化钾检验Fe3＋，形成的配合物的颜色为________。 (2)(2014·全国卷Ⅱ节选)周期表前四周期的元素a、b、c、d、e，原子序数依次增大。a的核外电子总数与其周期数相同，b的价电子层中的未成对电子有3个，c的最外层电子数为其内层电子数的3倍，d与c同族；e的最外层只有1个电子，但次外层有18个电子。回答下列问题： b、c、d中第一电离能最大的是________(填元素符号)，e的价层电子轨道示意图为________。 解析：(1)基态铁原子的3d能级上有4个未成对电子，Fe3＋的电子排布式为1s22s22p63s23p63d5，Fe(SCN)3呈血红色。(2)由题意推出元素a、b、c、d、e依次是H、N、O、S、Cu。N、O、S中第一电离能最大的是N，Cu的价层电子轨道示意图为 答案：(1)4 1s22s22p63s23p63d5 血红色 (2)N 4．(1)(2013·全国卷Ⅰ节选)硅是重要的半导体材料，构成了现代电子工业的基础。回答下列问题： 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________。 (2)(2013·全国卷Ⅱ节选)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。 回答下列问题： ①D2＋的价层电子排布图为________。 ②四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)硅的基态原子中，能量最高的能层是第三电子层，符号为M，该能层有9个原子轨道，电子数为4。(2)①由元素C的价电子层中未成对电子数为4知，其不可能位于短周期，结合题意知，元素C位于第四周期，进一步可推出元素A为F，元素B为K，元素C为Fe，元素D为Ni。② K原子易失电子，第一电离能最小，F的非金属性最强，电负性最大。 答案：(1)M 9 4 (2)① ②K F [师说高考] 知考情 高考题目中，对原子结构的考查，常常指定原子或离子，然后写出其基态电子排布式，或轨道示意图，或价层电子轨道示意图；对元素性质考查的形式，通常有比较两元素第一电离能的大小；给出两种元素，电离能大小，从原子结构角度解释原因 明考向 备考时，熟记电子进入轨道的顺序(构造原理)，依据三原理书写轨道示意图，牢记简单离子是由基态原子从最外层开始逐渐失去电子形成的。对于元素的性质要注意第一电离能的周期性变化中的特殊性，一种元素电离能突变与原子结构的关系，稳定性原子(或离子)结构与相应电离能大小的关系 原子结构 [备考这样办] 1．能层与能级 (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．原子轨道形状及能量关系 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)时原子的能量较低，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)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．原子的状态和原子光谱 (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，从低能级跃迁到较高能级状态的原子。 (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 [拓展] “两原理，一规则”的正确理解 (1)在写基态原子的电子排布图时，常出现以下错误： (2)半充满、全充满状态的原子结构稳定，即ns2、np3、np6等处于相对稳定结构状态。如Cr：3d54s1、Mn：3d54s2、Cu：3d104s1、Zn：3d104s2。 (3)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。 [对点训练] 1．(2017·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．(2017·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，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，错误，符合题意；D项，Na的简化的电子排布式：[Ne]3s1。 原子结构与元素的性质 [备考这样办] 1．原子结构与元素周期表 (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 原子序数 基态原子的电子排布式 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 ②0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 a．分区简图： b．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 a．分区简图： b．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。 2．元素周期律 (1)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。 (2)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 (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。如右所示。 3．电离能应用的规律 (1)判断元素金属性的强弱 电离能越小，金属越容易失去电子，金属性越强；反之越弱。 (2)判断元素的化合价(I1、I2……表示各级电离能) 如果某元素的In＋1≫In，则该元素的常见化合价为＋n。如钠元素I2≫I1，所以钠元素的化合价为＋1。 (3)判断核外电子的分层排布情况 多电子原子中，元素的各级电离能逐级增大，有一定的规律性。当电离能的变化出现突跃时，电子层数就可能发生变化。 (4)反映元素原子的核外电子排布特点 同周期元素从左向右，元素的第一电离能并不是逐渐增大的，当元素的核外电子排布是全空、半充满和全充满状态时，第一电离能就会反常的大。 4．电负性应用的规律 [对点训练] 1．已知X、Y是主族元素，I为电离能，单位是kJ·mol－1。请根据表中所列数据判断，下列说法错误的是( ) 元素 I1 I2 I3 I4 X 500 4 600 6 900 9 500 Y 580 1 820 2 750 11 600 A．元素X的常见化合价是＋1价 B．元素Y是第ⅢA族元素 C．元素X与氯形成化合物时，化学式可能是XCl D．若元素Y处于第三周期，它可与冷水剧烈反应 解析：选D 由数据分析X中I2≫I1，X易呈＋1价，为第Ⅰ A族元素，A、C均正确；Y中I4≫I3，易呈＋3价，应在第ⅢA族，B正确；若Y处于第三周期，则Y为铝元素，Al不与冷水反应，D错误。 2．根据表中所列五种元素的第一至第四电离能数据(单位：kJ·mol－1)，回答下列问题： 元素代号 I1 I2 I3 I4 Q 2 080 4 000 6 100 9 400 R 500 4 600 6 900 9 500 S 740 1 500 7 700 10 500 T 580 1 800 2 700 11 600 U 420 3 100 4 400 5 900 (1)在元素周期表中，最可能处于同一族的是________(填字母，下同)。 A．Q和R B．S和T C．T和U D．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次电离能突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次电离能突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，但第ⅡA族、第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查看更多