2019届一轮复习人教版原子结构与性质学案(3) 29页

第 1 节　原子结构与性质 考试说明 1．了解原子核外电子的运动状态、能级分布、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。 命题规律 本节是高考的必考点，高考中对本节知识点的考查为：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，或电 子排布图，或价层电子排布式；对元素性质的考查，通常是比较元素 第一电离能的大小，并从原子结构角度解释原因。 考点 1　原子结构 1．能层、能级与原子轨道 (1)能层(n)：在多电子原子中，核外电子的能量是不同的，按照 电子的能量差异将其分成不同能层。通常用 K、L、M、N、O、P、 Q……表示相应的第一、二、三、四、五、六、七……能层，能量依 次升高。 (2)能级：同一能层里的电子的能量也可能不同，又将其分成不 同的能级，通常用 s、p、d、f 等表示，同一能层里，各能级的能量 按 s、p、d、f 的顺序升高，即：E(s)Al，P>S。 b．同族元素：从上至下第一电离能逐渐减小。 c．同种原子：随着电子的逐个失去，阳离子所带的正电荷数越 来越多，再失去电子需克服的电性引力越来越大，消耗的能量越来越 大，逐级电离能越来越大(即 I1②>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 答案　D 解析　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。 3．已知元素 X、Y 同周期，且电负性 X>Y，下列说法错误的是 (　　) A．X 的原子序数一定大于 Y B．第一电离能 Y 一定小于 X C．X 和 Y 在形成化合物时，X 显负价、Y 显正价 D．气态氢化物的稳定性：HmX 大于 HnY 答案　B 解析　由电负性大小可知 X 在 Y 的右边，A、C、D 均正确；如 果 Y、X 分别是ⅤA、ⅥA 族，因为第ⅤA 族最外层 p 能级半充满， 所以 Y 的第一电离能大于 X，B 错误。 4．碲化锌(ZnTe)具有宽禁带的特性，常用于制作半导体材料， 在太阳能电池、太赫兹器件、波导以及绿光光电二极管等方面具有良 好应用前景。 (1)碲(Te)元素在周期表中的位置：____________；核外未成对电 子数有________个。 (2)原子的第一电离能是指气态电中性基态原子失去一个电子转 化为气态正离子所需的最低能量，第一电离能 Zn________Ga(填 “>”“<”或“＝”)。 (3)基态锌原子的核外电子排布式为[Ar]________。 答案　(1)第五周期第ⅥA 族　2 (2)>　(3)3d104s2 解析　(1)碲的核电荷数为 52，与氧元素同主族，位于周期表中 第五周期第ⅥA 族；碲的基态原子电子排布式为[Kr]4d105s25p4，则根 据泡利不相容原理可知，其核外 5p 轨道上有 2 个未成对电子。 (2)Zn 的核外电子排布式为[Ar]3d104s2，Ga 的核外电子排布式为 [Ar]3d104s24p1，Zn 的 4p 轨道为全空结构，相对稳定，其第一电离能 大于 Ga。 1．[2017·高考集萃](1)[全国卷Ⅰ]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________________。 (2)[全国卷Ⅱ]①氮原子价层电子的轨道表达式(电子排布图)为 ________________________。 ②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)[全国卷Ⅲ]Co 基态原子核外电子排布式为____________。元 素 Mn 与 O 中，第一电离能较大的是________，基态原子核外未成 对电子数较多的是________。 (4)[江苏高考]①Fe3＋基态核外电子排布式为____________。 ②C、H、O 三种元素的电负性由小到大的顺序为____________。 答案　(1)①A　②N　球形 (2)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 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)[Ar]3d74s2　O　Mn (4)①[Ar]3d5 或 1s22s22p63s23p63d5　②HINi 的原因是 ____________________________。 (3)[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”) (4)[四川高考]M、R、X、Y 为原子序数依次增大的短周期主族 元素，Z 是一种过渡元素。M 基态原子 L 层中 p 轨道电子数是 s 轨 道电子数的 2 倍，R 是同周期中最活泼的金属元素，X 和 M 形成的 一种化合物是引起酸雨的主要大气污染物，Z 的基态原子 4s 和 3d 轨 道半充满。则 R 基态原子的电子排布式是________，X 和 Y 中电负 性较大的是________(填元素符号)。 答案　(1)①3d104s24p2　2　②O>Ge>Zn (2)1s22s22p63s23p63d84s2 或[Ar]3d84s2　2 铜失去的是全充满的 3d 电子，镍失去的是 4s 电子 (3)大于　小于　(4)1s22s22p63s1 或[Ne]3s1　Cl 解析　(1)①在元素周期表中，锗位于硅正下方，锗的原子序数 为 14 ＋ 18 ＝ 32 ， 基 态 原 子 的 核 外 电 子 排 布 式 为 1s22s22p63s23p63d104s24p2 或[Ar]3d104s24p2，未成对电子数为 2。②锌、 锗位于同周期，同一周期从左至右元素的电负性逐渐增大(稀有气体 元素除外)，而氧位于元素周期表右上角，电负性仅次于氟，由此得 出氧、锗、锌的电负性依次减小。 (2)Ni 元素原子核外有 28 个电子，电子排布式为 1s22s22p63s23p63d84s2 或[Ar]3d84s2。3d 能级上有 2 个未成对电子。 Cu、Ni 失去一个电子后电子排布式分别为[Ar]3d10、[Ar]3d84s1，铜 的 3d 轨道全充满，达到稳定状态，所以 Cu 的第二电离能相对较大。 (3)同周期主族元素从左到右，原子半径逐渐减小，第一电离能 呈增大趋势。 (4)由 M 基态原子 L 层中 p 轨道电子数是 s 轨道电子数的 2 倍， 可知 M 为 O 元素；R 是同周期元素中最活泼的短周期金属元素，且 原子序数大于 O 元素，故 R 为 Na 元素；X 和 M 形成的一种化合物 是引起酸雨的主要大气污染物，故 X 为 S 元素，Y 为 Cl 元素；Z 的 基 态 原 子 4s 和 3d 轨 道 半 充 满 ， 故 其 电 子 排 布 式 为 1s22s22p63s23p63d54s1，故 Z 为 Cr 元素。R 为 Na 元素，其基态原子 的电子排布式为 1s22s22p63s1；电负性较大的是 Cl 元素。 3．[2015·高考集萃](1)[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。 (2)[全国卷Ⅱ]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。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________。 (3)[福建高考]CH4 和 CO2 所含的三种元素电负性从小到大的顺 序为________。 (4)[四川高考]Si 基态原子的电子排布式是________。 (5)[海南高考]钒在元素周期表中的位置为______________，其价 层电子排布图为________。 (6)[江苏高考]Cr3＋基态核外电子排布式为________。 答案　(1)电子云　2 (2)O　1s22s22p63s23p3(或[Ne]3s23p3) (3)H、C、O (4)1s22s22p63s23p2(或[Ne]3s23p2) (5)第四周期第ⅤB 族　 (6)1s22s22p63s23p63d3(或[Ar]3d3) 解析　(1)电子在核外出现的概率密度分布以电子云形象化描述； 14C 中含有 6 个电子，其中 1s 和 2s 轨道存在自旋相反的电子，2p 轨 道上有 2 个未成对电子，所以核外存在 2 对自旋相反的电子。 (2)A 为 O，B 为 Na，C 为 P，D 为 Cl，四种元素中，电负性最 大即非金属性最强的是 O，P 为 15 号元素，原子核外电子排布式为 1s22s22p63s23p3。 (3)元素的非金属性越强，其电负性越大，故 H、C、O 的电负性 由小到大的顺序为 HO， C 项错误；Cu 位于 ds 区，D 项错误。 3．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 答案　D 解析　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．下列有关电子排布图的表述正确的是(　　) A. 可表示单核 10 电子粒子基态时电子排布 B. 此图错误，违背了泡利原理 C. 表示基态 N 原子的价电子排布 D. 表示处于激发态的 B 的电子排布图 答案　A 解析　A 项，单核 10 电子粒子基态时电子排布式为 1s22s22p6， 每个轨道内排布 2 个电子，自旋方向相反，正确；B 项，此图违背了 洪特规则，错误；C 项，正确的价电子排布图为 ，错 误；D 项，该电子排布图中的电子没有激发跃迁到能量更高的轨道上， 错误。 5．周期表共有 18 个纵行，从左到右排为 1～18 列，即碱金属为 第一列，稀有气体元素为第 18 列。按这种规定，下列说法正确的是 (　　) A．第 9 列元素中没有非金属元素 B．只有第 2 列的元素原子最外层电子排布为 ns2 C．第四周期第 9 列元素是铁元素 D．第 10、11 列为 ds 区 答案　A 解析　A 项，第 9 列中元素是第Ⅷ族元素，都是金属元素，没有 非金属元素，正确；B 项，第 2 列的元素原子最外层电子排布为 ns2， 此外 He 核外电子排布是 1s2，也符合该最外层电子排布，错误；C 项， 第四周期第 9 列元素是 Co 元素，错误；D 项，第 11、12 列元素为 ds 区，错误。 6．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．最外层电子排布式为 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。 7．已知 X、Y 是主族元素，I 为电离能，单位是 kJ·mol －1。请 根据下表数据判断，错误的是(　　) 元 素 I 1 I 2 I 3 I 4 X 5 00 4 600 6 900 9 500 Y 5 80 1 800 2 700 1 1600 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 答案　D 解析　X 为第ⅠA 族元素，Y 为第ⅢA 族元素；D 项，若元素 Y 处于第三周期，则 Y 为 Al，Al 不与冷水反应。 8．下列各组原子中，彼此化学性质一定相似的是(　　) A．原子核外电子排布式为 1s2 的 X 原子与原子核外电子排布式 为 1s22s2 的 Y 原子 B．原子核外 M 层上仅有两个电子的 X 原子与原子核外 N 层上 仅有两个电子的 Y 原子 C．2p 轨道上只有 2 个电子的 X 原子与 3p 轨道上只有 2 个电子 的 Y 原子 D．最外层都只有一个电子的 X、Y 原子 答案　C 解析　A 中 1s2 结构的原子为 He,1s22s2 结构的原子为 Be，两者 性质不相似；B 项 X 原子为 Mg，Y 原子 N 层上有 2 个电子的有多种 元素，如第四周期中 Ca、Fe 等都符合，化学性质不一定相似；C 项 为同主族的元素，化学性质一定相似；D 项最外层只有 1 个电子的元 素有 H、Li、Na、K、Cr、Cu 等，故性质不一定相似。 9．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 (　　) I 1 I 2 I 3 I 4 … … R 7 40 1 500 7 700 1 0500 … … 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 答案　B 解析　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 或者 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。 二、非选择题(共 37 分) 10．(12 分)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 原子第一至第四电离能如下： I1＝738 kJ·mol－1，I2＝1451 kJ·mol－1，I3＝7733 kJ·mol－ 1，I4＝10540 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 基态原子的核外电子排布图为 ，该同学所画的电子排布图违背 了_______________________________________________________。 (4)G 位于第________族________区，该元素的核外电子排布式 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 ： _________________________________________ _______________________________________________________ ___。 答案　(1) 　(2)3　哑铃(或纺锤)　 (3)泡利原理 (4)ⅦB　d　 1s22s22p63s23p63d54s2 或[Ar]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 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)离子化合物 NH5 为氢化铵。 (2)氮原子的基态原子能量最高的电子为 p 电子，p 电子云有 3 个 方向，原子轨道呈哑铃形或纺锤形。 (3)题图中 3s 轨道的两个电子自旋状态相同，违背了泡利原理。 (5)检验钾元素的方法是利用焰色反应。其原理是电子跃迁时会 释放能量，释放特定频率的光谱。 11．(12 分)(1)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。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________________________。 (2)X、Y、Z、R 为前四周期元素，且原子序数依次增大。XY 2 是红棕色气体；X 与氢元素可形成 XH3；Z 基态原子的 M 层与 K 层 电子数相等；R2＋离子的 3d 轨道中有 9 个电子。 请回答下列问题： Y 基态原子的电子排布式是________；Z 所在周期中第一电离 能最大的主族元素是________。 (3)基态硼原子的电子排布式为____________。 (4)Cu＋基态核外电子排布式为________。 (5)Na 位于元素周期表第________周期第________族；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________。 答案　(1)N　 (2)1s22s22p4　Cl (3)1s22s22p1 (4)1s22s22p63s23p63d10(或[Ar]3d10) (5)三　ⅠA　2　1s22s22p63s23p2(或[Ne]3s23p2) 解析　(1)由题意推出 a、b、c、d、e 依次是 H、N、O、S、Cu。 第一电离能同周期从左向右呈逐渐增大趋势，由于 N 的 2p 轨道处于 半满，较稳定，所以第一电离能 N>O。同主族从上到下，第一电离 能 逐 渐 减 小 ， 故 O>S 。 Cu 的 价 层 电 子 轨 道 示 意 图 为 。 (2)根据题给信息，可以推断 X 为 N，Y 为 O，Z 为 Mg，R 为 Cu。O 原子核外有 8 个电子，基态原子的核外电子排布式为 1s22s22p4。 Mg 位于第三周期，第三周期中第一电离能最大的主族元素为 Cl。 (5)钠位于第三周期第ⅠA 族；S 的基态原子电子排布式为 1s22s22p63s23p4，其中 3p 轨道示意图为 ，有 2 个未成 对电子。 12．(13 分)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 ________Mg>Ca，最小范围应为 0.9～1.5。③Li3N 中 电负性差值为 2.0，大于 1.7，形成离子键，为离子化合物；BeCl2、AlCl3、 SiC 中电负性差值分别为 1.5、1.5、0.7，均小于 1.7，形成共价键， 为共价化合物。离子化合物在熔融状态下可以导电，但共价化合物在 熔融状态下不能导电。