全国版2021高考化学一轮复习第31讲原子结构与性质课件 49页

《 物质结构与性质 》 选修 3 第十一章 第 31 讲　原子结构与性质 　 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示式。　 2. 了解电离能的含义，并能用以说明元素的某些性质。　 3. 了解电负性的概念，并能用以说明元素的某些性质。　 4. 了解电子在原子轨道之间的跃迁及其简单应用。 栏 目 导 航 考考点一　原子核外电子排布原理一 　 考点二　原子结构与周期表、元素性质的关系 　 探究高考 · 明确考向 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 ________ 是不同的，按照电子的 ________ 差异将其分成不同能层。通常用 K 、 L 、 M 、 N …… 表示，能量依次升高。 (2) 能级：同一能层里的电子的 ________ 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 ________________________ 。 考点一　原子核外电子排布原理 能量　 能量 能量 s 、 p 、 d 、 f s 、 p 、 d 、 f E(s) ＜ E(p) ＜ E(d) ＜ E(f) (3) 原子轨道：电子云轮廓图给出了电子在 ________________ 的区域，这种电子云轮廓图称为原子轨道。 [ 填一填 ] 若能层序数用 n 表示，则同一能层内有 __ __ __ 个能级，有 __ ____ __ 个原子轨道，最多容纳 __ ______ __ 的电子，最多有 __ ____ __ 种不同能量状态的电子，最多有 __ ______ __ 种电子运动状态。 核外经常出现 　 原子轨道 轨道形状 轨道个数 s ________ ______ p __________ ______ 球形 　 1 　 哑铃形 　 3 　 n 　 n 2 　 2 n 2 　 n 2 　 2 n 2 　 2 ． 基态原子核外电子排布的三个规律 (1) 能量最低原理：电子总是尽先占有能量 ________ 的轨道，然后依次进入能量较 ______ 的原子轨道，使整个原子的能量处于最低状态。即原子的电子排布遵循 ____________ 能使整个原子的能量处于最低状态。 如图为构造原理示意图： 最低 　 高 　 构造原理 　 2 　 相反 　 优先单独 　 全满 　 半满 　 全空 　 [ 填一填 ] 下列电子排布图所表示的元素原子中，其能量处于最低状态的是 ( 　　 ) 答案 　 ③ 3 ． 原子 ( 离子 ) 核外电子排布式 ( 图 ) 的书写 (1) 核外电子排布式：按电子排入各能层中各能级的先后顺序，用数字在能级符号右上角标明该能级上排布的电子数的式子。如 Cu ： 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 1 ，其简化电子排布式为： __________________________ 。 (2) 价电子排布式：如 Fe 原子的电子排布式为 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 6 4s 2 ，价电子排布式为 ________________ 。价电子排布式能反映基态原子的能层数和参与成键的电子数以及最外层电子数。 [Ar] 3d 10 4s 1 　 3d 6 4s 2 　 (3) 电子排布图 ( 轨道表示式 ) ： 用方框表示原子轨道，用 “ ↑ ” 或 “ ↓ ” 表示自旋方向不同的电子，按排入各能层中的各能级的先后顺序和在轨道中的排布情况书写。如： S ： ________________________________________ 。核外电子排布图能直观地反映出原子的核外电子的自旋情况以及成对电子对数和未成对的单电子数。 [ 填一填 ] 写出下列原子或离子的①电子排布式和②价电子排布图。 (1)Fe 2 ＋ ：① ________________________________ ， ② ________________________ 。 (2)Cu ：① __________________________________ ， ② _____________________________ 。 (3)Se ：① __________________________________________ ， ② ____________________ 。 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 6 ( 或 [Ar] 3d 6 ) 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 1 ( 或 [Ar] 3d 10 4s 1 ) 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2 4p 4 ( 或 [Ar] 3d 10 4s 2 4p 4 ) 4 ． 基态、激发态及光谱示意图 [ 填一填 ] 下列气态电中性基态原子的电子发生跃迁过程中吸收能量最多的是 ______ 。 ① [Ne] 3s 2 3p 2 → [Ne] 3s 2 3p 1 ② [Ne] 3s 2 3p 3 → [Ne] 3s 2 3p 2 ③ [Ne] 3s 2 3p 4 → [Ne] 3s 2 3p 3 ④ [Ar] 3d 10 4s 2 4p 2 → [Ar] 3d 10 4s 2 4p 1 ② 　 1 ．请根据下列要求填空： (1)A 元素基态原子的最外层有 2 个未成对电子，次外层有 2 个电子，其元素符号为 __________ 。 (2)B 元素的负一价离子和 C 元素的正一价离子的电子层结构都与氩相同， B 的元素符号为 ________ ， C 的元素符号为 ______ 。 (3)D 元素的正三价离子的 3d 能级为半充满， D 的元素符号为 ________ ，其基态二价阳离子的电子排布式为 ____________________________________________ 。 C 或 O 　 Cl 　 K 　 Fe 　 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 6 4s 2 ( 或 [Ar] 3d 6 4s 2 ) 　 (4)E 元素基态原子的 M 层全充满， N 层没有成对电子，只有一个未成对电子， E 的元素符号为 ______ ，其基态一价阳离子的价电子排布式为 ____________ 。 (5)F 元素的原子最外层电子排布式为 ns n n p n ＋ 1 ，则 n ＝ ______ ；原子中能量最高的是 ________ 电子。 Cu 3d 10 4s 1 2 2p 2 ． 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 是同周期元素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。请回答下列问题： (1) 写出 M 、 R 的价电子排布式： M________ 、 R________ 。 (2) 写出 X 、 Y 的价电子排布图： X______________________ 、 Y_______________________ 。 (3) 写出 Z 的核外电子排布式： _________________________________ ， Z 的核外未成对电子数为 ____ 。 2s 2 2p 4 　 3s 1 　 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 5 4s 1 或 [Ar] 3d 5 4s 1 　 6 　 解析　 根据题目给出的 M 、 R 和 X 的信息确定， M 是氧元素， R 是钠元素， X 是硫元素。根据 M 、 R 、 X 、 Y 为原子序数依次增大的短周期主族元素确定 Y 是氯元素。根据 Z 的基态原子 4s 和 3d 轨道半充满，则 Z 元素原子的核外有 24 个电子，是铬元素。 1 ． 原子结构与元素周期表的关系 (1) 原子结构与周期的关系： 周期 电子层 ( 能层 ) 数 每周期第一个元素 每周期最后一个元素 原子 序数 外围 电子排布式 原子 序数 外围电子 排布式 二 2 3 __________ 10 __________ 三 3 11 __________ 18 __________ 四 4 19 4s 1 36 __________ 五 5 37 5s 1 54 _________ 六 6 55 __________ 86 __________ 2s 1 　 2s 2 2p 6 　 3s 1 　 3s 2 3p 6 　 4s 2 4p 6 　 5s 2 5p 6 　 6s 1 　 6s 2 6p 6 　 考点二　原子结构与周期表、元素性质的关系 总结：周期序数＝ ____________ ＝ __________ 。 电子层数 　 能层数 　 (2) 原子结构与族的关系 总结：①主族序数＝价电子数 ② 0 族： He ： 1s 2 ；其他 n s 2 n p 6 。 ③过渡元素 ( 副族和第 Ⅷ 族 ) ： ( n － 1)d 1 ～ 10 n s 1 ～ 2 。 主族 Ⅰ A Ⅱ A Ⅲ A Ⅳ A 排布特点 __ __ ______ __ __ ______ __ ___ ______ __ ____ ______ 主族 Ⅴ A Ⅵ A Ⅶ A 排布特点 __ ___ ______ __ __ ________ __ ____ ______ n s 1 　 n s 2 　 n s 2 n p 1 　 n s 2 n p 2 　 n s 2 n p 3 　 n s 2 n p 4 　 n s 2 n p 5 　 (3) 元素周期表的分区与价电子排布的关系 ①元素周期表的分区 ② 各区元素的性质及原子外围电子排布特点 分区 元素分布 外围电子排布 元素性质特点 s 区 Ⅰ A 族、 Ⅱ A 族 __ __ __________ 除氢外都是活泼金属元素；最外层电子参与反应 p 区 Ⅲ A 族～ Ⅶ A 族、 0 族 __ __ ____ __ __________ (________ 除外 ) 最外层电子参与反应 d 区 Ⅲ B 族～ Ⅶ B 族、 Ⅷ 族 ( 除镧系、锕系外 ) ____ __ ____ __ _____ ( 除 ________ 外 ) d 轨道可以不同程度地参与反应 ds 区 Ⅰ B 族、 Ⅱ B 族 ____ __ ____________ __ 金属元素 f 区 镧系、锕系 ( n － 2)f 0 ～ 14 ( n － 1)d 0 ～ 2 n s 2 同系列元素化学性质相近 n s 1 ～ 2 　 n s 2 n p 1 ～ 6 　 He 　 ( n － 1)d 1 ～ 9 n s 1 ～ 2 　 Pb 　 ( n － 1)d 10 n s 1 ～ 2 　 提醒： “ 外围电子排布 ” 即 “ 价电子层 ” ，对于主族元素，价电子层就是最外电子层，而对于过渡元素原子不仅仅是最外电子层，如 Fe 的价电子层排布式为 3d 6 4s 2 。 增大　 越小　 减小 　 增大 　 (2) 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 ________ 。 c ．同种原子：逐级电离能越来越 ______( 即 I 1 ______ I 2 ______ I 3 … ) 。 最低能量 　 I 　 kJ · mol － 1 　 最小 　 最大 　 增大 　 减小 　 大 　 ＜ 　 ＜ 　 提醒： 第二、三、四周期的同周期主族元素，第 ⅡA 族 ( n s 2 n p 0 ) 和第 ⅤA 族 ( n s 2 n p 3 ) ，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 族元素的，如第一电离能： Mg ＞ Al ， P ＞ S 。 电离能的三维应用 ①判断元素金属性的强弱： 电离能越小，金属原子越容易失去电子，金属性越强；反之越弱。 ②判断元素的化合价 ( I 1 、 I 2 …… 表示各级电离能 ) ： 如果某元素的 I n ＋ 1 ≫ I n ，则该元素的常见化合价为＋ n 。如钠元素 I 2 ≫ I 1 ，所以钠原子的最外层电子数为 1 ，其化合价为＋ 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，当电离能的变化出现突变时，电子层数就可能发生变化。 (3) 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，它们既有金属性又有非金属性。 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 ________ 。 吸引键合电子 　 吸引键合电子 　 强 　 4.0 　 小于 1.8 　 大于 1.8 　 增大 　 减小 　 [ 填一填 ] ①C 、 N 、 O 、 F 的第一电离能大小顺序为 __________________ ，电负性大小顺序为 __________________ 。 ② F 、 Cl 、 Br 、 I 的第一电离能大小顺序为 ______________________ ，电负性大小顺序为 ______________________ 。 C ＜ O ＜ N ＜ F 　 C ＜ N ＜ O ＜ F 　 F ＞ Cl ＞ Br ＞ I F ＞ Cl ＞ Br ＞ I 　 电负性的三维应用 右下方 　 题组一　原子电子层结构与元素位置的互判 1 ． (2019 · 天津南开考试 ) 外围电子构型为 3d 10 4s 1 的元素的原子在周期表中应位于 ( 　　 ) A ．第五周期第 ⅠB 族　 B ．第五周期第 ⅡB 族 C ．第四周期第 ⅦB 族　 D ．第四周期第 ⅠB 族 答案　 D 2 ．根据要求回答下列问题： (1)① 某元素位于第三周期第 ⅤA 族，其原子的价电子排布式为 ________________ ； ②某元素位于第四周期第 ⅦB 族，则其原子的价电子排布式为 ________________ 。 (2) 第四周期中，未成对电子数最多的元素是 ______( 填名称 ) 。 ①核外电子排布式是 ______________________________________________ ，价电子排布式 __________ ，价电子排布图 ___________________ 。 ②它有 ______ 个能层， ______ 个能级， ________ 种运动状态不同的电子。 ③它位于 ________ 族，属于 ______ 区。 3s 2 3p 3 　 3d 5 4s 2 　 铬 　 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 5 4s 1 或 [Ar] 3d 5 4s 1 　 3d 5 4s 1 　 4 　 7 　 24 　 ⅥB 　 d 　 原子结构、元素位置、元素性质的推断关系 题组二　元素性质的变化规律 3 ． (2019 · 河北邢台质检 ) 下列四种元素的基态原子的电子排布式如下： ① 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 4 　② 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 3 　③ 1s 2 2s 2 2p 3 　④ 1s 2 2s 2 2p 5 则下列有关的比较中正确的是 ( 　　 ) 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 >③ ＝② >① 答案　 A 4 ． A 元素的阳离子与 B 元素的阴离子具有相同的电子层结构，有关两元素的下列叙述：①原子半径 A ＜ B ，②离子半径 A>B ，③原子序数 A>B ，④原子最外层电子数 A ＜ B ，⑤ A 的正价与 B 的负价绝对值一定相等，⑥ A 的电负性小于 B 的电负性，⑦ A 的第一电离能大于 B 的第一电离能。其中正确的是 ( 　　 ) A ．①②⑦　　 B ．③④⑥　　 C ．③⑤　　 D ．③④⑤⑥⑦ 答案　 B 题组三　电离能、电负性的判断与应用 5 ． (2019 · 江西景德镇模拟 ) 根据下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 I 1 I 2 I 3 I 4 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) 在周期表中，最可能处于同一族的是 ________ 。 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 ． S 2 ＋ B ． R 2 ＋ 　　 C ． T 3 ＋ 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 E 　 D 　 C 　 (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 次电离能飞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 ______________________________________________________________________________________ 。 电子分层排布，各能层能量不同 　 10 　 R ＜ S ＜ T 　 S 　 S 元素的最外层电子处于 s 能级全充满状态，能量较低，比较稳定，失去第一个电子吸收的能量较多 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 Ⅰ A 族元素， S 为第 Ⅱ A 族元素， T 为第 Ⅲ A 族元素， U 为第 Ⅰ A 族元素，所以 R 和 U 处于同一主族。 (2) 由于 U ＋ 为第 Ⅰ A 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 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1 ，由于 2s 2 2p 6 所处能层相同，所以它的第 2 次电离能飞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 Ⅱ A 、 Ⅴ A 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。 6 ．根据信息回答下列问题： 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大于 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) 根据对角线规则， Be 、 Al 元素最高价氧化物对应水化物的性质相似，它们都具有 ______ 性，其中 Be(OH) 2 显示这种性质的离子方程式是 __________________________________________________ 、 ____________________________________________________ 。 (2) 通过分析电负性值的变化规律，确定 Mg 元素的电负性值的最小范围是 __________________ 。 (3) 请归纳元素的电负性和金属性、非金属性的关系是 ____________________________________________________ 。 (4) 推测 AlF 3 、 AlCl 3 、 AlBr 3 是离子化合物还是共价化合物： AlF 3 ______________ ， AlCl 3 ______________ ， AlBr 3 ______________ 。 两 　 Be(OH) 2 ＋ 2H ＋ ===Be 2 ＋ ＋ 2H 2 O 　 0.9 ～ 1.5 　 非金属性越强，电负性越大；金属性越强，电负性越小 　 离子化合物 　 共价化合物 　 共价化合物 　 ( 一 ) 核外电子排布 1 ． [2018 · 全国卷 Ⅰ ， 35(1)] 下列 Li 原子电子排布图表示的状态中，能量最低和最高的分别为 ______ 、 ______( 填标号 ) 。 探究高考 · 明确考向 D 　 解析　 D 选项表示基态，为能量最低状态； A 、 B 、 C 选项均表示激发态，但 C 选项被激发的电子处于高能级的电子数多，为能量最高状态。 C 　 2 ． [2018 · 全国卷 Ⅱ ， 35(1)] 基态 Fe 原子价层电子的电子排布图 ( 轨道表达式 ) 为 _________________________ ，基态 S 原子电子占据最高能级的电子云轮廓图为 ________________ 形。 哑铃 ( 纺锤 ) 　 3 ． [2018 · 海南卷， 21(1)] 黄铜矿是主要的炼铜原料， CuFeS 2 是其中铜的主要存在形式，其中有关元素基态原子或离子的价层电子排布图正确的 ________ 。 解析　 CuFeS 2 中铁原子的价电子排布式为 3d 6 4s 2 ，铜原子的价电子排布式为 3d 10 4s 1 ，则： A ．二价铁离子是铁原子失去最外层 2 个电子形成的阳离子， 3d 轨道有一个成对电子， 4s 轨道为空轨道，故 A 错误； B ．铜原子价电子为 3d 10 4s 1 ，轨道表示式不符合，故 B 错误； C ．三价铁离子是铁原子失去 4s 两个电子和 3d 一个电子， 3d 轨道上各有一个电子为稳定结构，故 C 正确； D ．亚铜离子是失去 4s 轨道一个电子形成的阳离子，轨道表示式正确，故 D 正确。 CD [Ar] 3d 6 或 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 6 　 Li ＋ 核电荷数较大 　 520 　 Cl ＞ P ＞ S ＞ Si 　 O 　 H ＜ C ＜ O