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- 2021-07-09 发布
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考点 57 原子结构与元素的性质
一、原子核外电子排布原理
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。
各能层最多可容纳的电子数为 2n2。
（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 I11.8，为非金属元素；电负性<1.8，为金属元素)。
b．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)。
c．判断元素价态正、负(电负性大的元素呈现负价，电负性小的元素呈现正价)。
d．电负性是判断元素金属性和非金属性强弱的重要参数之一(表征原子得电子能力强弱)。
（4）对角线规则
在元素周期表中，某些主族元素与右下方的主族元素的有些性质是相似的，如：
易错警示
（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）不能将电负性 1.8 作为划分金属和非金属的绝对标准。
（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。
考向一 原子核外电子排布与表示方法
典例 1 （1）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）基态 Fe 原子有 个未成对电子，Fe3+的电子排布式为 。
（3）Cu+基态核外电子排布式为 。
（4）基态硅原子中，电子占据的最高能层符号为 ，该能层具有的原子轨道数为 ，电
子数为 。
1．下列说法正确的是
A．原子核外电子排布式为 1s2 的原子与原子核外电子排布式为 1s22s2 的原子化学性质相似
B．Zn2＋的最外层电子排布式为 3s23p63d10
C．基态铜原子的最外层电子排布图：
D．基态碳原子的最外层电子排布图：
核外电子排布常见错误
（1）在写基态原子的电子排布图时，常出现以下错误：
（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，如 Fe：1s22s22p63s23p63d64s2，而失电子时，却先失 4s 轨道上的电子，如 Fe3+：1s22s22p63s23p63d5。
（3）注意比较原子核外电子排布式、简化电子排布式、原子外围价层电子排布式的区别与联系。如 Cu
的电子排布式：1s22s22p63s23p63d104s1；简化电子排布式：[Ar]3d104s1；外围价层电子排布式：3d104s1。
考向二 电离能的判断及其应用
典例 2 气态中性原子失去一个电子转化为气态正离子所需要的最低能量叫做第一电离能(I1)，气态正离子
继续失去电子所需要的最低能量依次称为第二电离能(I2)、第三电离能(I3)……下表是第三周期部分元素
的电离能[单位：eV(电子伏特)]数据：
元素 I1/eV I2/eV I3/eV
甲 5.7 47.4 71.8
乙 7.7 15.1 80.3
丙 13.0 23.9 40.0
丁 15.7 27.6 40.7
下列说法正确的是
A．甲的金属性比乙强 B．乙的化合价为＋1 价
C．丙不可能为非金属元素 D．丁一定为金属元素
2．根据信息回答下列问题：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 I1(Al)，但活泼性 Mg>Al。
（2）第二、三、四周期的同周期主族元素，第ⅡA 族(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ⅢA 和ⅥA 族元素，如第一电离能 Mg>Al，
P>S。
考向三 电负性的判断及其应用
典例 3 下列图示中横坐标是表示元素的电负性数值，纵坐标表示同一主族的五种元素的序数的是
3．已知元素的电负性和元素的化合价一样，也是元素的一种基本性质。下面给出 14 种元素的电负性：
元素 Al B Be C Cl F Li
电负性 1.5 2.0 1.5 2.5 3.0 4.0 1.0
元素 Mg N Na O P S Si
电负性 3.0 0.9 3.5 2.1 2.5 1.8
已知：两成键元素间电负性差值大于 1.7 时，形成离子键，两成键元素间电负性差值小于 1.7 时，形成共
价键。
（1）根据表中给出的数据，可推知元素的电负性具有的变化规律是 。
（2）通过分析电负性值变化规律，确定 Mg 元素电负性值的最小范围 。
（3）判断下列物质是离子化合物还是共价化合物：
A．Li3N B．BeCl2 C．AlCl3 D．SiC
Ⅰ.属于离子化合物的是 ；
Ⅱ.属于共价化合物的是 ；
请设计一个实验方案证明上述所得到的结论 。
考向四 “位、构、性”三者的关系与元素推断
典例 4 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。
元素 相关信息
A 元素的核外电子数和电子层数相等，也是宇宙中最丰富的元素
B 元素原子的核外 p 电子数比 s 电子数少 1
C
原子的第一至第四电离能分别是
I1＝738 kJ/mol；I2＝1 451 kJ/mol；
I3＝7 733 kJ/mol；I4＝10 540 kJ/mol
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 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__________族__________区，价电子排布式为__________。
4．X、Y、Z、W 是短周期元素，X 元素原子的最外层未达到 8 电子稳定结构，工业上通过分离液态空气获
得其单质；Y 元素原子最外电子层上 s、p 电子数相等；Z 元素+2 价阳离子的核外电子排布与氖原子相
同；W 元素原子的 M 层有 1 个未成对的 p 电子。下列有关这些元素性质的说法一定正确的是
A．X 元素的氢化物的水溶液显碱性
B．Z 元素的离子半径大于 W 元素的离子半径
C．Z 元素的单质在一定条件下能与 X 元素的单质反应
D．Y 元素最高价氧化物的晶体具有很高的熔点和沸点
1．下列各项叙述中，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．价电子排布式为 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
2．现有四种元素的基态原子的电子排布式如下：
①1s22s22p63s23p4；②1s22s22p63s23p3；③1s22s22p3；④1s22s22p5
下列有关判断正确的是
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
3．下列曲线表示卤族元素某种性质随核电荷数的变化趋势，正确的是
4．如图是第三周期 11～17 号元素某些性质变化趋势的柱形图，下列有关说法中正确的是
A．y 轴表示的可能是第一电离能
B．y 轴表示的可能是电负性
C．y 轴表示的可能是原子半径
D．y 轴表示的可能是形成基态离子转移的电子数
5．下表为元素周期表前三周期的一部分：
（1）X 的氢化物的稳定性与 W 的氢化物的稳定性比较________>________(填化学式)，原因是________。
（2）X 的基态原子的电子排布图是________(填序号)，
另一电子排布图不能作为基态原子的电子排布图是因为它不符合________(填选项字母)。
A．能量最低原理 B．泡利原理 C．洪特规则
（3）以上五种元素中，________(元素符号)元素第一电离能最大。
（4）由以上某种元素与氢元素组成的三角锥形分子 E 和由以上某种元素组成的直线形分子 G 反应，生
成两种直线形分子 L 和 M(组成 E、G、L、M 分子的元素原子序数均小于 10)，反应如图所示，该
反应的化学方程式是________________________________________。
6．A、B、C、D 是四种短周期元素，E 是过渡元素，A、B、C 同周期，C、D 同主族，A 的原子结构示意
图为 ，B 是同周期第一电离能最小的元素，C 的最外层有三个成单电子，E 的外围电子排布式
为 3d64s2。回答下列问题：
（1）写出下列元素的符号：A__________，B__________，C__________，D__________。
（2）用化学式表示上述五种元素中最高价氧化物对应水化物酸性最强的是__________(填化学式，下同)，
碱性最强的是__________。
（3）用元素符号表示 D 所在周期第一电离能最大的元素是________，电负性最大的元素是________(填
元素符号)。
（4）画出 D 的核外电子排布图：______________________________________________，这样排布遵循
了________原理和________规则。
7．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式为 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 元素基态原子的核外电子排布式：________________。
（4）用电子排布图表示 D 元素原子的价电子排布为__________________。
（5）元素B与D 的电负性的大小关系是B________D，C与E的第一电离能的大小关系是C________E(填
“＞”“＜”或“＝”)。
8．（1）C、N、O、Al、Si、Cu 是常见的六种元素。
①Si 位于元素周期表第______周期第______族。
②N 的基态原子核外电子排布式为____________。Cu 的基态原子最外层有________个电子。
③用“＞”或“＜”填空：
原子半径 电负性 熔点 沸点
Al____Si N____O 金刚石____晶体硅 CH4____SiH4
（2）O、Na、P、Cl 四种元素中电负性最大的是________(填元素符号)，其中 P 原子的核外电子排布式
为________________________。
（3）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___________________________。
（4）①N、Al、Si、Zn 四种元素中，有一种元素的电离能数据如下：
电离能 I1 I2 I3 I4 ……
In/(kJ·mol－1) 578 1817 2745 11 578 ……
则该元素是________(填写元素符号)。
②基态锗(Ge)原子的电子排布式是____________。Ge 的最高价氯化物的分子式是__________。
③Ge 元素可能的性质或应用有________。
A．是一种活泼的金属元素
B．其电负性大于硫
C．其单质可作为半导体材料
D．其最高价氯化物的沸点低于其溴化物的沸点
9．开发新型储氢材料是氢能利用的重要研究方向。
（1）Ti(BH4)3 是一种储氢材料，可由 TiCl4 和 LiBH4 反应制得。
①基态 Ti3＋的未成对电子数有________个。
②LiBH4 由 Li ＋ 和 BH －
4 构成，BH －
4 的等电子体是________(写一种)。LiBH4 中不存在的作用力有
________(填序号)。
A．离子键 B．共价键 C．金属键 D．配位键
③Li、B、H 元素的电负性由大到小排列顺序为________。
（2）金属氢化物是具有良好发展前景的储氢材料。
①LiH 中，离子半径：Li＋________H－(填“＞”“＝”或“＜”)。
②某储氢材料是短周期金属元素 M 的氢化物，M 的部分电离能如表格所示：
I1
kJ·mol－1
I2
kJ·mol－1
I3
kJ·mol－1
I4
kJ·mol－1
I5
kJ·mol－1
738 1 451 7 733 10 540 13 630
M 是________(填元素符号)。
（3）某种新型储氢材料的理论结构模型如图所示，图中虚线框内碳原子的杂化轨道类型有________种。
（4）若已知氟元素电负性大于氧元素，试解释 H2O 沸点高于 HF：____________________________；
分子 X 可以通过氢键形成“笼状结构”而成为潜在的储氢材料。X 一定不是________(填序号)。
A．H2O B．CH4 C．HF D．CO(NH2)2
1．（2020 年新课标Ⅰ）Goodenough 等人因在锂离子电池及钴酸锂、磷酸铁锂等正极材料研究方面的卓越贡
献而获得 2019 年诺贝尔化学奖。回答下列问题：
（1）基态 Fe2+与 Fe3+离子中未成对的电子数之比为_________。
（2）Li 及其周期表中相邻元素的第一电离能(I1)如表所示。I1(Li)> I1(Na)，原因是_________。I1(Be)> I1(B)>
I1(Li)，原因是________。
2．（2020 年新课标Ⅲ）氨硼烷(NH3BH3)含氢量高、热稳定性好，是一种具有潜力的固体储氢材料。回答下
列问题：
（1）H、B、N 中，原子半径最大的是______。根据对角线规则，B 的一些化学性质与元素______的相似。
3．（2020 年天津卷）Fe、Co、Ni 是三种重要的金属元素。回答下列问题:
（1）Fe、Co、Ni 在周期表中的位置为_________，基态 Fe 原子的电子排布式为__________。
4．（2020·天津高考真题）短周期元素 X、Y、Z、W 的原子序数依次增大。用表中信息判断下列说法正确的
是
元素 X Y Z W
最高价氧化物的水化物 H3ZO4
10.1mol L 溶液对应的 pH(25℃) 1.00 13.00 1.57 0.70
A．元素电负性：ZX>Y>Z B．简单离子的还原性：Y>X>W
C．简单离子的半径：W>X>Y>Z D．氢化物水溶液的酸性：Y>W
6．[2019 新课标Ⅰ，节选] 在普通铝中加入少量 Cu 和 Mg 后，形成一种称为拉维斯相的 MgCu2 微小晶粒，
其分散在 Al 中可使得铝材的硬度增加、延展性减小，形成所谓“坚铝”，是制造飞机的主要村料。回答下
列问题：
（1）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)。
A． B． C． D．
7．[2019 新课标Ⅱ，节选] 近年来我国科学家发现了一系列意义重大的铁系超导材料，其中一类为
Fe−Sm−As−F−O 组成的化合物。回答下列问题：
（1）元素 As 与 N 同族。预测 As 的氢化物分子的立体结构为_______，其沸点比 NH3 的_______（填“高”
或“低”），其判断理由是________________________。
（2）Fe 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+的价层电子排布
式为______________________。
（3）比较离子半径：F−__________O2−（填“大于”等于”或“小于”）。
8．[2018 新课标Ⅰ卷，节选] Li 是最轻的固体金属，采用 Li 作为负极材料的电池具有小而轻、能量密度大
等优良性能，得到广泛应用。回答下列问题：
（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）。
A．
B．
C．
D．
（2）Li+与 H−具有相同的电子构型，r（Li+）小于 r（H−），原因是______。
9．[2018 新课标Ⅱ卷，节选] 硫及其化合物有许多用途，相关物质的物理常数如下表所示：
H2S S8 FeS2 SO2 SO3 H2SO4
熔点/℃ −85.5 115.2
>600（分解）
−75.5 16.8 10.3
沸点/℃ −60.3 444.6 −10.0 45.0 337.0
回答下列问题：
（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。
10．[2018 新课标Ⅲ卷，节选]锌在工业中有重要作用，也是人体必需的微量元素。回答下列问题：
锌在工业中有重要作用，也是人体必需的微量元素。回答下列问题：
（1）Zn 原子核外电子排布式为________________。
（2）黄铜是人类最早使用的合金之一，主要由 Zn 和 Cu 组成。第一电离能Ⅰ1（Zn）_______Ⅰ1（Cu)(填
“大于”或“小于”)。原因是________________。
11．[2017 江苏]铁氮化合物(FexNy)在磁记录材料领域有着广泛的应用前景。某 FexNy 的制备需铁、氮气、丙
酮和乙醇参与。
（1）Fe3+基态核外电子排布式为____________________。
（2）丙酮( )分子中碳原子轨道的杂化类型是_______________，1 mol 丙酮分子中含有σ
键的数目为______________。
（3）C、H、O 三种元素的电负性由小到大的顺序为________________。
12．[2017·新课标 I]钾和碘的相关化合物在化工、医药、材料等领域有着广泛的应用。回答下列问题：
（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___________。K 和 Cr 属于同一周期，且核外最外层电子构型相同，但金属 K 的熔点、沸点等
都比金属 Cr 低，原因是___________________________。
（3）X 射线衍射测定等发现，I3AsF6 中存在 +
3I 离子。 +
3I 离子的几何构型为_____________，中心原子的
杂化形式为________________。
（4）KIO3 晶体是一种性能良好的非线性光学材料，具有钙钛矿型的立方结构，边长为 a=0.446 nm，晶
胞中 K、I、O 分别处于顶角、体心、面心位置，如图所示。K 与 O 间的最短距离为______nm，与
K 紧邻的 O 个数为__________。
（5）在 KIO3 晶胞结构的另一种表示中，I 处于各顶角位置，则 K 处于______位置，O 处于______位置。
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