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- 2021-07-02 发布
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1
第 1 讲 原子结构与性质
[考纲要求]
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。
考点一 原子结构
知识梳理
1.能层与能级
(1)能层(n):在多电子原子中,核外电子的____是不同的,按照电子的____差异将其分
成不同能层。通常用________________表示相应的第一、二、三、四、五、六、七……能层,
能量依次升高。
(2)能级:同一能层的电子的____也可能不同,又将其分成不同的能级,通常用________
等表示,同一能层里,各能级的能量按________的顺序升高,即__________。
2.原子轨道
(1)原子轨道:表示电子在原子核外的一个空间运动状态。电子云轮廓图给出了电子在
________________的区域。
原子轨道 轨道形状 轨道个数
s 球形 ____
p 哑铃形 ____
(2)能量关系
①相同能层上原子轨道能量的高低:____________。
②形状相同的原子轨道能量的高低:____________。
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.基态原子的核外电子排布
(1)能量最低原理:即电子尽可能地先占有能量低的轨道,然后进入能量高的轨道,使
整个原子的能量处于最低状态。
下图为构造原理示意图,即基态原子核外电子原子轨道排布顺序图:
2
(2)泡利原理
每个原子轨道里最多只能容纳____个电子,且自旋状态____。如 2s 轨道上的电子排布
为 ,不能表示为 。
(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________占据一个轨道,
且 自旋 状态 相同 。如 2p3 的 电子 排布 为 , 不能 表示 为 或
。
洪特规则特例:当能量相同的原子轨道在____(p6、d10、f14)、____(p3、d5、f7)和____(p0、
d0 、 f0) 状 态 时 , 体 系 的 能 量 最 低 , 如 : 24Cr 的 电 子 排 布 式 为
________________________________________________________________________。
4.基态、激发态及光谱示意图
[回扣判断](正确的打“√”,错误的打“×”)
(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)钠元素的基态原子的电子排布式为 1s22s22p62d1( )
(5)磷元素基态原子的电子排布图为( )
3
(6)电子排布式(22Ti)1s22s22p63s23p10 违反了能量最低原则( )
(7)1s22s12p1 表示的是激发态原子的电子排布( )
(8)铁元素基态原子的电子排布式为 1s22s22p63s23p64s23d6( )
(9)Cr 的基态原子的简化电子排布式为[Ar]3d44s2( )
(10)基态原子电子能量的高低顺序为 E(1s)<E(2s)<E(2px)<E(2py)<E(2pz)( )
(11)某些金属及它们的化合物在灼烧时会产生特殊的颜色,是由于电子跃迁时能量以光
的形式释放出来( )
[重点提醒]
(1)原子核外电子排布符合能量最低原理、洪特规则、泡利原理,若违背其一,则电子
能量不处于最低状态。
(2)在写基态原子的电子排布图时,常出现以下错误:
(3)半充满、全充满状态的原子结构稳定
如 ns2、np3、np6;nd5、nd10
Cr:3d54s1 Mn:3d54s2 Cu:3d104s1 Zn:3d104s2
(4)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。
(5)基态原子失电子的顺序
以 Fe 为例,Fe ――→
-2e- 4s
Fe2+ ――→
-e- 3d
Fe3+。
对点速练
练点一 原子核外电子排布规律及表示方法
1.写出下列原子或离子的①电子排布式、②价电子排布图、③电子占的原子轨道数、
④未成对电子数。
(1)N:①____________②____________
③____________④____________。
4
(2)Cl:①____________②____________
③____________④____________。
(3)Fe2+:①____________②____________
③____________④____________。
(4)Cu:①____________②____________
③____________④____________。
(5)Se:①____________②____________
③____________④____________。
(6)Br-:①____________②____________
③____________④____________。
2.下列电子排布式或轨道表示式正确的是( )
①C 原子的轨道表示式:
②Cr 原子的电子排布式:1s22s22p63s23p63d44s2
③O 原子的轨道表示式:
④Br 原子的外围电子排布式:3d104s24p5
⑤B 原子的轨道表示式:
A.①②③ B.②③④
C.①②④⑤ D.只有③
练点二 核外电子排布中的能量变化
3.气态电中性基态原子的原子核外电子排布发生如下变化,吸收能量最多的是( )
A.1s22s22p63s23p2→1s22s22p63s23p1
B.1s22s22p63s23p3→1s22s22p63s23p2
C.1s22s22p63s23p4→1s22s22p63s23p3
D.1s22s22p63s23p63d104s24p2→1s22s22p63s23p63d104s24p1
方法总结
核外电子排布的五种表示方法
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:
5
Na+:
电子式 表示原子最外层电子数目 :Cl
··
··
·
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
考点二 原子结构与性质
1.原子结构与周期表的关系
(1)原子结构与周期表的关系(完成下列表格)
周
期
能
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 ____ ________
三 3 11 ______ ____ 1s22s22p63s23p6
四 4 19 ________ ____
1s22s22p63s23p6
3d104s24p6
五 5 ____ ______ 54
1s22s22p63s23p6
3d10
4s24p64d105s25p6
六 6 55 ____ ____
1s22s22p63s23p6
3d104s24p6
4d104f145s25p65d
106s26p6
(2)每族元素的电子排布特点
①主族
6
主族序数 ⅠA ⅡA ⅢA ⅣA ⅤA ⅥA ⅦA
排布特点 ____ ______ ______ ______ ______ ______ ______
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
a.根据核外电子排布分区
b.各区元素化学性质及原子最外层电子排布特点
分区 元素分布 外围电子排布 元素性质特点
s 区 ⅠA 族、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(He 除外)
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(除钯外 )
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.元素性质的规律性变化
(1)电离能
①含义
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
______,符号____,单位________。
②规律
a.同周期:第一种元素的第一电离能____,最后一种元素的第一电离能____,总体呈
现从左至右逐渐____的变化趋势。
b.同族元素:从上至下第一电离能逐渐____。
7
c.同种原子:逐级电离能越来越____(即 I1____I2____I3…)。
(2)电负性
①含义:不同元素的原子在化合物中____________能力的标度。元素的电负性越大,表
示其原子在化合物中____________的能力越____。
②标准:以最活泼的非金属氟的电负性为____和锂的电负性为 1.0 作为相对标准,计算
得出其他元素的电负性(稀有气体元素未计)。
③变化规律
a.金属元素的电负性一般________,非金属元素的电负性一般________,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,它们既有金属又有非金属
性。
b.在元素周期表中,同周期从左至右,元素的电负性逐渐____,同主族从上至下,元
素的电负性逐渐____。
[回扣判断](正确的打“√”,错误的打“×”)
(1)共价化合物中,成键元素电负性大的表现为负价( )
(2)根据元素周期表,氮与氧相比,后者的第一电离能大( )
(3)过渡元素中含有非金属元素( )
(4)s 区全部是金属元素( )
(5)电负性越大,非金属性越强,第一电离能也越大( )
(6)价电子排布为 4s24p3 的元素位于第四周期ⅤA 族,是 p 区元素( )
(7)价电子排布为 5s25p1 的元素位于第五周期ⅠA 族,是 s 区元素( )
[重点提醒]
(1)金属活动性顺序与元素相应的电离能大小顺序不完全一致,故不能根据金属活动性
顺序表判断电离能的大小。
(2)第二、三、四周期的同周期主族元素,第ⅡA(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第ⅢA 族和第ⅥA
族元素,如第一电离能:Mg>Al,P>S。
(3)不能将电负性 1.8 作为划分金属和非金属的绝对标准。
对点速练
练点一 原子结构与性质基础判断
1.下列说法中正确的是( )
A.第三周期所有元素中钠的第一电离能最小
B.钠的第一电离能比镁的第一电离能大
C.在所有元素中,氟的第一电离能最大
D.钾的第一电离能比镁的第一电离能大
8
2.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
3.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
练点二 原子结构与性质综合应用
4.根据信息回答下列问题:
A.第一电离能 I1 是指气态原子 X(g)处于基态时,失去一个电子成为气态阳离子 X+(g)
所需的最低能量。下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)。
B.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小于 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
性值
1.0 1.5 2.0 2.5 3.5 4.0 0.9 1.5 1.8 2.1 2.5 3.0
(1)认真分析信息 A 图中同周期元素第一电离能的变化规律,推断第三周期 Na~Ar 这几
9
种元素中,Al 的第一电离能的大小范围为________①>③,B 错误;非金属性越强,电负性越大,则电负性:③>①>②,C 错误;非金属性
越强,第一电离能越大,但 P 的 3p 轨道电子处于半充满状态,稳定性强,第一电离能强于
S,则第一电离能:③>②>①,D 正确。
答案:D
4.解析:(1)由信息所给的图可以看出,同周期的ⅠA 族元素的第一电离能最小,而第
ⅢA 族元素的第一电离能小于第ⅡA 族元素的第一电离能,故 NaMg>Ca,最
小范围应为 0.9~1.5。
(5)AlCl3 中 Al 与 Cl 的电负性差值为 1.5,根据信息,电负性差值若小于 1.7,则形成
共价键,所以 AlCl3 为共价化合物,离子化合物在熔融状态下以离子形式存在,可以导电,
但共价化合物不能导电。
答案:(1)Na Mg
(2)第五 第ⅠA
(3)两 Be(OH)2+2H+===Be2++2H2O、
Be(OH)2+2OH-===BeO2-
2 +2H2O
(4)0.9~1.5
(5)Al 元素和 Cl 元素的电负性差值为 1.5(<1.7),所以形成共价键,为共价化合物;判
断方法: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
真题全体验
1.解析:(全国卷Ⅰ):(1)A 表示基态镁原子的第二电离能,B 表示基态镁原子的第一
电离能,则电离能:A>B;C 表示激发态镁原子的第一电离能,则电离能:A>C;D 表示激发
态镁原子的第二电离能,则电离能:A>D。
(全国卷Ⅱ):(2)金属原子变为阳离子,首先失去最外层电子。
(3)F-与 O2-具有相同电子层结构,F 原子序数较大,离子半径较小。
(全国卷Ⅲ):(1)根据对角线原则,Li 与 Mg 的化学性质最相似。基态时 Mg 原子的两个
M 层电子处于 3s 轨道上,且自旋方向相反。
答案:(全国卷Ⅰ):(1)A
(全国卷Ⅱ):(2)4s 4f5 (3)小于
(全国卷Ⅲ):(1)Mg 相反
2.解析:(全国卷Ⅰ):(1)根据能级能量 E(1s)O,故第一电离能较大的为 O。
Mn 原子的价电子排布式为 3d54s2,根据洪特规则,有 5 个未成对电子,而 O 原子的价电子排
布式为 2s22p4,仅有 2 个未成对电子,故基态原子核外未成对电子数较多的是 Mn。
答案:(全国卷Ⅰ):
16
(1)A
(2)N 球形 K 原子半径较大且价电子数较少,金属键较弱
(全国卷Ⅱ):
(1)
(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 的 p 能级处于半充满状态,具有稳定性,故不易结合一个电子
(全国卷Ⅲ):
(1)1s22s22p63s23p63d74s2 或[Ar]3d74s2 O Mn
4.解析:(1)锗为 32 号元素,根据原子核外电子的排布规律,可写出其电子排布式为
1s22s22p63s23p63d104s24p2,其核外电子排布简式为[Ar]3d104s24p2,其中 4p 能级有 2 个未成对
电子。
(2)Zn、Ge、O 三种元素中,Zn 和 Ge 是金属元素,O 是非金属元素。O 的电负性比 Zn
和 Ge 的大,又根据同周期元素的电负性从左到右逐渐增大的规律,可知电负性:O>Ge>Zn。
答案:(1)3d104s24p2 2
(2)O>Ge>Zn