2021届高考化学一轮复习（江苏专用）原子结构与元素的性质学案 15页

第一单元　原子结构与元素的性质 考纲定位 要点网络 ‎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.微观探析——能从电子层、能级等不同层次认识原子的结构，以及核外电子的排布规律，能从宏观和微观相结合的视角分析原子结构与元素性质的关系。‎ ‎2.模型认知——能运用构造原理，用电子排布式、轨道表示式揭示元素原子核外电子的排布。‎ ‎3.科学探究——从结构上探究元素的电离能和电负性及其影响因素。‎ ‎ 原子核外电子的运动 ‎1．玻尔的原子结构模型 ‎(1)原子核外电子在一系列稳定的原子轨道上运动，核外电子在原子轨道上运动时，既不放出能量，也不吸收能量。‎ ‎(2)不同的原子轨道具有不同的能量，原子轨道的能量变化是不连续的，即量子化的。‎ ‎(3)原子核外电子可以在能量不同的轨道上发生跃迁。‎ ‎①电子从能量较高的轨道跃迁到能量较低的轨道时，可以得到发射光谱，②电子从能量较低的轨道跃迁到能量较高的轨道时，可以得到吸收光谱。‎ ‎2．电子云 ‎(1)概念 形象地描绘电子在原子核外空间出现的机会大小的图形。‎ ‎(2)意义 电子云图中，点密集的地方表示在那里电子在单位体积内出现的机会大；点稀疏的地方表示在那里电子在单位体积内出现的机会小。‎ ‎3．电子层和原子轨道 电子层 K L M N 原子轨道及其数目 ‎1s ‎2s、2p ‎3s、3p、3d ‎4s、4p、4d、4f ‎1‎ ‎1＋3＝4‎ ‎1＋3＋5＝9‎ ‎1＋3＋5＋7＝16‎ 最多容纳电子数目 ‎2‎ ‎8‎ ‎18‎ ‎32‎ ‎4.原子轨道的形状、数目及能量关系 ‎(1)轨道形状 ‎(2)s、p、d、f轨道数目依次为1、3、5、7，其中npx、npy、npz三个原子轨道在三维空间相互垂直，各原子轨道半径随电子层数(n)的增大而增大。‎ ‎(3)能量关系 ‎5．原子核外电子排布规律 ‎(1)能量最低原理：其原子轨道能量顺序图示如下：‎ ‎(2)泡利不相容原理：每个原子轨道上最多只能容纳两个自旋状态不同的电子。‎ ‎(3)洪特规则：原子核外电子在能量相同的各上轨道上排布时，电子尽可能分占不同的原子轨道，且自旋状态相同。‎ 洪特规则特例：当能量相同的原子轨道在全充满(p6、d10、f14)、半充满(p3‎ ‎、d5、f7)和全空(p0、d0、f0)状态时，体系的能量最低。如24Cr的基态原子电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s1，而不是1s22s22p63s23p63d44s2。‎ ‎[补短板]‎ ‎①一个原子轨道若有2个电子且自旋状态相反，这2个电子称为成对电子，即电子对。‎ ‎②一个原子轨道若有1个电子，这个电子称为未成对电子，即单电子。如N的电子排布图为，原子中有2对电子对，3个单电子或未成对电子。‎ ‎6．电子的跃迁与原子光谱 ‎(1)电子的跃迁 ‎①基态―→激发态 当基态原子的电子吸收能量后，电子会从能量较低轨道跃迁到能量较高轨道变成激发态原子，得到吸收光谱。‎ ‎②激发态―→基态 激发态原子的电子从能量较高轨道跃迁到能量较低轨道时会释放出光子，得到发射光谱。‎ ‎(2)原子光谱：不同元素的原子中电子发生跃迁时会吸收或放出不同的光子，用光谱仪记录下来便得到原子光谱。包括吸收光谱和发射光谱。用原子光谱的特征谱线可以鉴定元素，称为光谱分析。‎ 提醒：①“七基色”与波长的关系为：按“红、橙、黄、绿、青、蓝、紫”的顺序，波长逐渐变小。‎ ‎②基态、激发态及光谱示意图。‎ 完成下列化学用语 ‎(1)Cr原子的核外电子排布式________，外围电子排布式________，原子结构示意图________，价电子轨道表示式________________。‎ ‎(2)Cu2＋的核外电子排布式________，离子结构示意图________。‎ ‎(3)As的核外电子排布式________，原子结构示意图________，价电子轨道表示式________________。‎ ‎(4)Co的外围电子轨道表示式________________，外围电子轨道表示式________________。‎ ‎[答案]　(1)1s22s22p63s23p63d54s1　3d54s1　‎ ‎ ‎ ‎◎命题点1　核外电子的排布规律及表示方式 ‎1．完成下列化学用语 ‎(1)Cr原子的核外电子排布式________________________，外围电子排布式________，原子结构示意图________，价电子排布图________________。‎ ‎(2)Cu2＋的核外电子排布式_____________________________，‎ 离子结构示意图________。‎ ‎(3)As的核外电子排布式_________________________，‎ 原子结构示意图________，价电子排布图____________。‎ ‎(4)Co的外围电子排布式_____________________________________________________，‎ 外围电子排布图________________。‎ ‎[答案]　(1)1s22s22p63s23p63d54s1　3d54s1　‎ ‎2．(1)A元素基态原子的最外层有3个未成对电子，次外层有2个电子，其元素符号为__________；其价层电子轨道表示式为________________________。‎ ‎(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＋的结构示意图为________。‎ ‎(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________，其基态原子的电子排布式为________，其原子的结构示意图为________。‎ ‎(4)E元素基态原子的M层全充满，N层没有成对电子且只有一个未成对电子，E的元素符号为________，其基态原子的电子排布式为________________________。‎ ‎(5)F元素的原子最外层电子排布式为nsnnpn＋2，则n＝________；原子中能量最高的是________电子，核外电子轨道表示式为______________________________。‎ ‎(6)G基态原子L层中p轨道电子数是s轨道电子数的2倍，则G的价电子排布式为________________。‎ ‎(7)H的基态原子4s和3d轨道电子半充满，则H的外围电子轨道表示式为________________，未成对电子数为________________。‎ ‎[解析]　(1)A元素基态原子的轨道表示式由题意可写成：‎ ‎，则该元素核外有7个电子，为氮元素，其元素符号为N。‎ ‎(2)B－、C＋的电子层结构都与Ar相同，即核外都有18个电子，则B为17号元素Cl，C为19号元素K。‎ ‎(3)D元素原子失去2个4s电子和1个3d电子后变成＋3价离子，其原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2，即26号元素铁。‎ ‎(4)E元素的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s1，故E为Cu。‎ ‎(5)F元素最外层电子排布式为2s22p4。‎ ‎(6)G基态原子的L层电子排布式为 2s22p4，也是价电子排布式。‎ ‎(7)H基态原子的外围电子排布式为3d54s1，为Cr；其未成对电子数有6个。‎ ‎[答案]　‎ ‎ ‎ 电子排布表示的两化学用语 ‎(1)电子排布式 ‎(2) ‎ 注意：(1)上述两类化学用语还应注意是原子还是离子，对于阳离子，先失去最外层电子再失去次外层的d电子，如Fe2＋的电子排布式为[Ar]3d6。‎ ‎(2)当出现d轨道时，虽然电子按ns、(n－1)d、np的顺序填充，但在书写电子排布式时，仍把(n－1)d放在ns前。‎ ‎◎命题点2　电子跃迁与原子光谱 ‎3．下列原子的电子跃迁能释放光能形成发射光谱的是(　　)‎ A．1s22s22p63s2―→1s22s22p63p2‎ B．1s22s22p33s1―→1s22s22p4‎ C．1s22s2―→1s22s12p1‎ D．1s22s22p―→1s22s22p B　[A项，吸收光能，形成吸收光谱；B项，由激发态→基态，释放光能，形成发射光谱；C项，形成吸收光谱；D项，2px与2py能量相同，不属于电子跃迁。]‎ ‎4．(2017·全国卷Ⅰ，节选)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 A　[紫色光对应的波长最短，一般范围为400～430 nm。]‎ ‎5．从电子跃迁的角度指出焰色反应呈现不同颜色光的原理是 ‎_____________________________________________________‎ ‎_____________________________________________________‎ ‎_____________________________________________________。‎ ‎[答案]　吸收能量后，电子从激发态向基态发生跃迁，跃迁时以不同颜色光的形式释放出不同能量 ‎ 元素性质的递变规律 ‎1．元素周期表的结构与性质特点 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 p区 ⅢA族～ⅦA族、0族 ns2np1～6‎ ‎(He除外)‎ 最外层电子参与反应(0族元素一般不考虑)‎ d区 ⅢB族～ⅦB族、Ⅷ族 ‎(n－1)d1～9ns1～2‎ ‎(Pd除外)‎ d轨道也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.电离能 ‎(1)定义：元素的气态原子失去一个电子形成＋1价气态阳离子所需的最低能量，叫做该元素的第一电离能。‎ ‎(2)分类 M(g)M＋(g)M2＋(g)M3＋(g)‎ ‎(3)影响因素 电离能数值的大小取决于原子的有效核电荷数、电子层结构及原子的半径。‎ ‎(4)同种元素的逐级电离能逐渐增大，即I1＜I2＜I3。不同电子层的逐级电离能发生突跃。如Na的I1≪I2。‎ ‎(5)电离能的3个重要应用 ‎①判断元素的金属性和非金属性强弱。I1越大，元素的非金属性越强，I1越小，元素的金属性越强。‎ ‎②判断元素在化合物中的化合价。如K：I1≪I2Se>As　Br>As>Se ‎(4)Cu失去一个电子变成电子结构为[Ar]3d10的Cu＋，能量较低，结构稳定，所以Cu的第二电离能相对较大(或Zn失去一个电子变成电子结构为[Ar]3d104s1的Zn＋，易再失去一个电子，所以Zn的第二电离能相对较小或Cu原子失去一个电子后，核外电子排布式为[Ar]3d10，而锌原子失去1个电子后的核外电子排布式变为[Ar]3d104s1，铜达到了较稳定状态，所以Cu的第二电离能相对较大)‎ ‎2．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________。‎ ‎(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AlF3、AlCl3、AlBr3是离子化合物还是共价化合物。‎ AlF3________，AlCl3________，AlBr3________。‎ ‎[答案]　(1)两　Be(OH)2＋2H＋===Be2＋＋2H2O、Be(OH)2＋2OH－===BeO＋2H2O　(2)0.9～1.5‎ ‎(3)非金属性越强，电负性越大；金属性越强，电负性越小 ‎(4)离子化合物　共价化合物　共价化合物 ‎3．已知电负性：C—2.5、N—3.0、O—3.5、S—2.5。某有机化合物结构简式为 ‎(1)S===O键中共用电子对偏向________(写原子名称，下同)，S—N键中共用电子对偏向________。‎ ‎(2)N的化合价为________。‎ ‎[解析]　共用电子对偏向电负性大的原子。‎ ‎[答案]　(1)氧　氮　(2)－3‎ ‎(1)能量相同的原子轨道在全满(p6、d10、f14)、半满(p3、d5、f7)和全空(p0、d0、f0)状态时，体系的能量最低。‎ 利用此规律可解释①原子核外电子排布式，如Cr：[Ar]3d54s1，Cu：[Ar]3d104s1；②第一电离能反常大，如I1(N)＞I1(O)；③稳定性强弱，如Cu2O比CuO稳定；Fe2O3比FeO稳定。‎ ‎(2)金属活动性顺序与元素相应的第一电离能大小顺序不完全一致，不能根据金属活动性顺序判断第一电离能的大小。如I1(Mg)>I1(Na)，但活泼性Na>Mg。‎ ‎(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)同周期稀有气体元素的第一电离能最大，但电负性不是最大。‎ ‎◎命题点2　“位—构—性”的综合推断 ‎4．A、B、C、D、E、F为原子序数依次增大的六种元素，其中A、B、C、D、E为短周期元素，F为第4周期元素，F还是前四周期中电负性最小的元素。‎ 已知：A原子的核外电子数与电子层数相等；B元素原子的核外p电子数比s电子数少1个；C原子的第一至第四电离能为I1＝738 kJ·mol－1，I2＝1 451 kJ·mol－1，I3＝7 733 kJ·mol－1，I4＝10 540 kJ·mol－1；D原子核外所有p轨道为全充满或半充满；E元素的族序数与周期序数的差为4。‎ ‎(1)写出E元素在周期表中的位置：__________________；‎ D元素原子的核外电子排布式：________________；D、F分别在的区为________。‎ ‎(2)B、C、D电负性大小顺序为________________(填元素符号)。‎ ‎(3)D、E的第一电离能：D________E(填“<”“>”或“＝”)。‎ ‎(4)某同学根据题目信息和掌握的知识分析C的核外电子排布图为。该同学所画的核外电子排布图违背了__________________________。‎ ‎[解析]　由题意分析知F为K，A为H，B为N；由电离能知C的＋2价稳定，为Mg，D为P，E为Cl。‎ ‎[答案]　(1)第3周期ⅦA族　1s22s22p63s23p3　p和s区　(2)N>P>Mg　(3)<　(4)能量最低原理 ‎5．(2019·信阳模拟)A、B、C三种短周期元素，它们的原子序数依次增大。A元素原子的核外p电子数比s电子数少1；B元素原子核外有4种能级，且全部充满电子；C元素的主族序数与周期数的差为4。‎ ‎(1)A的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。‎ ‎(2)某同学推断B的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________________________。‎ ‎(3)C位于________族________区，价电子排布式为________。‎ ‎(4)A与氧的第一电离能较大的为________，电负性较大的为________(填元素符号)。‎ ‎[解析]　根据题意可知A为N，B为Mg，C为Cl。‎ ‎[答案]　(1)3　哑铃　(2)泡利原理　(3)ⅦA　p　3s23p5　(4)N　O ‎1．(1)(2019·全国卷Ⅱ，节选)①Fe成为阳离子时首先失去________轨道电子，Sm的价层电子排布式为4f66s2，Sm3＋价层电子排布式为________。‎ ‎②比较离子半径：F－________O2－(填“大于”“等于”或“小于”)。‎ ‎(2)(2019·全国卷Ⅰ，节选)下列状态的镁中，电离最外层一个电子所需能量最大的是________(填标号)。‎ ‎ ‎ ‎(3)(2019·全国卷Ⅲ，节选)在周期表中，与Li的化学性质最相似的邻族元素是________，该元素基态原子核外M层电子的自旋状态________(填“相同”或“相反”)。‎ ‎[答案]　(1)①4s　4f5　②小于 ‎(2)A ‎(3)Mg　相反 ‎2．(2018·全国卷Ⅰ，T35(1)(2))(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)。‎ ‎ ‎ ‎(2)Li＋与H－具有相同的电子构型，r(Li＋)小于r(H－)，原因是_____________________________________________________。‎ ‎[解析]　(1)根据能级能量E(1s)