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- 2021-07-05 发布
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第十二章 物质结构与性质
第39讲 原子结构与性质
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I1Na，同主族中电负性Mg< Be，最小范围应为0.93～1.57。
(6)因电负性可以用来衡量原子吸引电子能力的大小，所以电负性越大，原子吸引电子的能力越强，非金属性越强，反之金属性越强。
答案 (1)Na Mg
(2)从上到下依次减小
(3)第五 ⅠA
(4)两 Be(OH)2＋2H＋===Be2＋＋2H2O、Be(OH)2＋2OH－===BeO＋2H2O
(5)0.93～1.57
(6)元素的非金属性越强，电负性越大；元素的金属性越强，电负性越小
名师精讲
(1)电离能的应用,判断元素的化合价,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。
(2)电负性的应用
①确定元素类型(电负性>1.8，一般为非金属元素；电负性<1.8，一般为金属元素)。
②确定化学键类型(两成键元素电负性差值>1.7，为离子键；两成键元素电负性差值<1.7，为共价键)。
③判断化合物中元素价态正、负(电负性大的元素呈现负价，电负性小的元素呈现正价)。
④判断元素金属性和非金属性的强弱。
(3)共价化合物中，两种元素电负性差值越大，它们形成共价键的极性就越强。
(4)同周期元素，从左到右，非金属性越来越强，电负性越来越大，第一电离能总体呈增大趋势。元素第一电离能变化的反常情况：ⅡA族和ⅤA族元素的第一电离能分别比同周期相邻元素的第一电离能都高。
3．某储氢材料是短周期金属元素M的氢化物。M的部分电离能如下表所示：
I1
I2
I3
I4
I5
/(kJ·mol－1)
/(kJ·mol－1)
/(kJ·mol－1)
/(kJ·mol－1)
/(kJ·mol－1)
738
1451
7733
10540
13630
M是________(填元素符号)，Al原子的第一电离能________(填“大于”“小于”或“等于”)738 kJ·mol－1，原因是______________
__________________________________________________________。
答案 Mg 小于 Mg、Al位于同一周期，Mg最外层电子排布式为3s2，而Al最外层电子排布式为3s23p1，当3p处于全充满、半充满或全空时较稳定，因此，失去p能级的1个电子相对比较容易，故Al原子的第一电离能小于738 kJ·mol－1
解析 M的第三电离能突增，则M最外层有2个电子，故M为Mg。
4．(1)元素C、N、O、K的电负性从大到小依次为________。
(2)CH4中共用电子对偏向C，SiH4中共用电子对偏向H，则C、Si、H三种元素的电负性由大到小的顺序为________________。
答案 (1)O>N>C>K (2)C>H>Si
解析 (1)第二周期从左到右依次为C、N、O，电负性逐渐增大，K位于第四周期最左边，所以电负性最小。
(2)共用电子对偏向电负性大的原子，所以C的电负性大于H的电负性，Si的电负性小于H的。
5．有A、B、C、D、E 5种元素，它们的核电荷数依次增大，且都小于20。其中A为非金属元素；A和E属同一族，它们原子最外层电子排布为ns1，B和D也属同一族，它们原子最外层的p能级电子数是s能级电子数的两倍。C原子最外层上电子数等于D原子最外层上电子数的一半。
请回答下列问题：
(1)A是________，B是________，C是________，D是________，E是________。
(2)由这五种元素组成的一种化合物是____________(写化学式)
。写出该物质的一种主要用途：__________________________________。
(3)写出C元素基态原子的电子排布式：________________。
(4)用电子排布图表示D元素原子的价电子排布：____________________。
(5)元素B与D的电负性大小关系是B________D，C与E的第一电离能的大小关系是C________E。(填“>”“<”或“＝”)
答案 (1)H O Al S K(写元素名称也可)
(2)KAl(SO4)2·12H2O 作净水剂
(3)1s22s22p63s23p1
(4)
(5)> >
解析 A、B、C、D、E 5种元素核电荷数都小于20，故都为主族元素，A、E同一族且最外层电子排布为ns1，故为第ⅠA族，而A为非金属元素，则A为H；B、D为同一族，其原子最外层的p能级电子数是s能级电子数的两倍，故其最外层电子排布为ns2np4，为第ⅥA族元素，B核电荷数小于D，则B为O，D为S，E为K；C原子最外层上的电子数为S原子最外层上电子数的一半，则C为Al，同主族元素自上而下电负性逐渐减小，故B(O)的电负性大于D(S)，E(K)的第一电离能小于Na，Na的第一电离能小于C(Al)，故第一电离能Al>K。
微专题 基态原子电子排布式的书写方法
(1)由原子序数书写核外电子排布式
常根据构造原理(1s、2s、2p、3s、3p、4s、3d、4p)、各能级最多容纳的电子数，依次由低能级向高能级排列，如31号元素镓，首先排满1s2，依次填充2s2、2p6、3s2、3p6、4s2、3d10，最后填充4p1；也可以用31－18＝13，然后再填充13个电子，如[Ar]3d104s24p1。
(2)由元素在周期表中的位置书写核外电子排布式
如第四周期中各元素基态原子的电子排布式有如下规律：
①位于s区的ⅠA、ⅡA分别为[Ar]4s1、[Ar]4s2；
②位于p区的主族元素为[Ar]3d104s24p族序数－2；
③位于d区的副族元素为[Ar]3dm4sn(m＋n＝族序数)；
④位于ds区的副族元素为[Ar]3d104sm(m＝族序数)。
(3)由元素名称书写核外电子排布式
①前三周期主族元素可以根据最外层电子数书写，如S的最外层电子数为6，其核外电子排布式为[Ne]3s23p4；
②第四周期从K开始数，数到n，就可以写成“[Ar]＋n个电子”。如Fe，从K开始数到Fe为8，其核外电子排布式为[Ar]3d64s2；Se，从K开始数到Se为16，其核外电子排布式为[Ar]3d104s24p4。
(建议用时：40分钟)
一、选择题(每题6分，共72分)
1．下列关于钠元素的几种表达式错误的是( )
A．基态Na＋的电子排布图：
B．基态Na＋的结构示意图：
C．基态Na的电子排布式：1s22s22p63s1
D．基态Na的简化电子排布式：[Na]3s1
答案 D
解析 Na的简化电子排布式为[Ne]3s1。
2．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。
3．(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( )
答案 A
解析 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。
4．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。
5．(2017·福州模拟)微粒M和N，肯定属于同族元素且化学性质相似的是( )
A．原子核外电子排布式：M为1s22s2，N为1s2
B．结构示意图：
C．M原子基态2p轨道上有一对成对电子，N原子基态3p轨道上有一对成对电子
D．M原子基态2p轨道上有1个未成对电子，N原子基态3p轨道上有1个未成对电子
答案 C
解析 A项，M为Be，N为He，两者不属于同主族，错误；B项，前者属于原子，后者属于离子，性质不相似，错误；C项，推断出M为O，N为S，属于同主族，性质具有相似性，正确；D项，有可能M为B、F，N为Al、Cl，不一定属于同一主族，错误。
6．(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
答案 C
解析 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。
7．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( )
I1
I2
I3
I4
……
R
740
1500
7700
10500
……
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。
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个电子的可能是第ⅠA族元素，过渡元素中也有很多最外层只有1个电子的元素，故性质不一定相似。
9．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。
10．(2017·东北育才模拟)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
I1
I2
I3
I4
X
500
4600
6900
9500
Y
580
1800
2700
11600
A．元素X的常见化合价是＋1价
B．元素Y是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。
11．(2017·昆明模拟)下列各组表述中，两个原子不属于同种元素原子的是( )
A．3p能级有一个空轨道的基态原子和核外电子的排布式为1s22s22p63s23p2的原子
B．2p能级无空轨道，且有一个未成对电子的基态原子和原子的最外层电子排布式为2s22p5的原子
C．M层全充满而N层为4s2的原子和核外电子排布式为1s22s22p63s23p64s2的原子
D．最外层电子数是核外电子总数的原子和最外层电子排布式为4s24p5的原子
答案 C
解析 A项，3p能级有一个空轨道的基态原子，按洪特规则可得其3p轨道上只能有两个电子，所以两个原子是同种元素的原子；B项，2p能级无空轨道，且有一个未成对电子的基态原子，它的2p能级上只能是5个电子，所以两原子是同种元素的原子；C项，M层全充满而N层为4s2的原子，其M层应为18个电子，而后者的M层上只有8个电子，所以两原子不是同种元素的原子；D项，最外层电子数是核外电子总数的的原子中，最外层电子数要小于或等于8个电子，且电子总数为5的倍数，所以可得该原子可能是原子序数为5、10、15、20、25、30、35、40
，其中满足最外层电子数是核外电子总数的且符合核外电子排布规则的只能是35号元素，该元素原子的外围电子排布式为4s24p5，所以两原子是同种元素的原子。
12．现有四种元素的基态原子的电子排布式如下：
①1s22s22p63s23p4；②1s22s22p63s23p3；
③1s22s22p3；④1s22s22p5。则下列有关比较中正确的是( )
A．第一电离能：④>③>②>①
B．原子半径：④>③>②>①
C．电负性：④>③>②>①
D．最高正化合价：④>①>③＝②
答案 A
解析 ①表示S，②表示P，③表示N，④表示F。第一电离能：F>N>P>S，A正确；原子半径：P>S>N>F，B错误；电负性：F>N>S>P，C错误；F无正价，D错误。
二、非选择题(共28分)
13．(14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。
14．(14分)X、Y、Z、M、R、Q为元素周期表中前四周期元素，且原子序数之和为105。X位于周期表的s区，有两种氧化物；Y
是良好的半导体材料，晶体Y结构与金刚石类似；Z原子价电子层的p轨道半充满，核外电子总数是最外层电子数的3倍；X＋与M－相差一个电子层；M原子得到一个电子后3p轨道全充满；R有“生物金属”之称，R4＋离子和氩原子的核外电子排布相同。
请填写下列空白：
(1)六种元素中电负性最大的是____________(填元素符号)；其中Q的基态原子核外电子排布式为__________；化合物XM的电子式为____________。
(2)X、Y、Z、M的第一电离能由小到大的顺序是____________(填元素符号)。
(3)Q元素可形成两种常见的离子Q2＋与Q3＋，其中化学性质较稳定的是__________(填离子符号)，其原因是______________________。
(4)与R位于同周期的元素中，基态原子的电子排布中4s轨道上只有1个电子的元素有____________(填元素名称)。
答案 (1)Cl 1s22s22p63s23p63d64s2(或[Ar]3d64s2) Na＋[]－ (2)Na
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