高中化学选修三第一章原子结构与性质讲义及习题含答案.doc

第一章 原子结构与性质一.原子结构1、能级与能层2、原子轨道3、原子核外电子排布规律（1）构造原理：随着核电荷数递增，大多数元素的电中性基态原子的电子按下图顺序填入核外电子运动轨道（能级），叫做构造原理。能级交错：由构造原理可知，电子先进入4s轨道，后进入3d轨道，这种现象叫能级交错。（PS：构造原理并非4s能级比3d能级能量低，而是指这样顺序填充电子可以使整个原子的能量最低。）（2）能量最低原理原子的电子排布遵循构造原理能使整个原子的能量处于最低状态，简称能量最低原理。（3）泡利（不相容）原理：一个轨道里最多只能容纳两个电子，且电旋方向相反（用“”表示），这个原理称为泡利原理。（4）洪特规则：当电子排布在同一能级的不同轨道（能量相同）时，总是优先单独占据一个轨道，而且自旋方向相同，这个规则叫洪特规则。比如，p3的轨道式为，而不是。洪特规则特例：当p、d、f轨道填充的电子数为全空、半充满或全充满时，原子处于较稳定的状态。即p0、d0、f0、p3、d5、f7、p6、d10、f14时，是较稳定状态。前36号元素中，全空状态的有4Be 2s22p0、12Mg 3s23p0、20Ca 4s23d0；半充满状态的有：7N 2s22p3、15P 3s23p3、24Cr 3d54s1、25Mn 3d54s2、33As 4s24p3；全充满状态的有10Ne 2s22p6、18Ar 3s23p6、29Cu 3d104s1、30Zn 3d104s2、36Kr 4s24p6。4、基态原子核外电子排布的表示方法（1）电子排布式用数字在能级符号的右上角表明该能级上排布的电子数，这就是电子排布式，例如K：1s22s22p63s23p64s1。为了避免电子排布式书写过于繁琐，把内层电子达到稀有气体元素原子结构的部分以相应稀有气体的元素符号外加方括号表示，例如K：Ar4s1。（2）电子排布图(轨道表示式)每个方框或圆圈代表一个原子轨道，每个箭头代表一个电子。如基态硫原子的轨道表示式为二、原子结构与元素周期表1、原子的电子构型与周期的关系（1）每周期第一种元素的最外层电子的排布式为ns1。每周期结尾元素的最外层电子排布式除He为1s2外，其余为ns2np6。He核外只有2个电子，只有1个s轨道，还未出现p轨道，所以第一周期结尾元素的电子排布跟其他周期不同。（2）一个能级组最多所容纳的电子数等于一个周期所包含的元素种类。但一个能级组不一定全部是能量相同的能级，而是能量相近的能级。2、元素周期表的分区分区元素分布外围电子排布元素性质特点s区A族、A族及He元素ns12除氢、氦外都是活泼金属元素；通常是最外层电子参与反应p区AA族、0族（除氦外）ns2np16通常是最外层电子参与反应d区BB族、(除镧系、锕系外)(n-1)d19ns12d轨道可以不同程度地参与化学键的形成ds区B族、B族(n-1)d10ns12金属元素f区镧系、锕系(n-2)f014(n-1)d02 ns2镧系元素化学性质相近、锕系元素化学性质相近根据核外电子排布，可确定：分区各区元素化学性质及原子最外层电子排布特点若已知元素的外围电子排布，可直接判断该元素在周期表中的位置。如：某元素的外围电子排布为4s24p4，由此可知，该元素位于p区，为第四周期A族元素。即最大能层为其周期数，最外层电子数为其族序数，但应注意过渡元素(副族与第族)的最大能层为其周期数，外围电子数应为其纵列数而不是其族序数(镧系、锕系除外)。三、元素周期律1、电离能、电负性（1）电离能是指气态原子或离子失去1个电子时所需要的最低能量，第一电离能是指电中性基态原子失去1个电子转化为气态基态正离子所需要的最低能量。第一电离能数值越小，原子越容易失去1个电子。在同一周期的元素中，碱金属(或第A族)第一电离能最小，稀有气体(或0族)第一电离能最大，从左到右总体呈现增大趋势。同主族元素，从上到下，第一电离能逐渐减小。同一原子的第二电离能比第一电离能要大。（2）元素的电负性用来描述不同元素的原子对键合电子吸引力的大小。以氟的电负性为4.0，锂的电负性为1.0作为相对标准,得出了各元素的电负性。电负性的大小也可以作为判断金属性和非金属性强弱的尺度，金属的电负性一般小于1.8，非金属的电负性一般大于1.8，而位于非金属三角区边界的“类金属”的电负性在1.8左右。它们既有金属性，又有非金属性。（3）电负性的应用判断元素的金属性和非金属性及其强弱金属的电负性一般小于1.8，非金属的电负性一般大于1.8，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。金属元素的电负性越小，金属元素越活泼；非金属元素的电负性越大，非金属元素越活泼。同周期自左到右，电负性逐渐增大，同主族自上而下，电负性逐渐减小。2、原子结构与元素性质的递变规律性质同周期（从左往右）同主族（自上而下）（1）能层数（电子层数）相同从1递增到6（或7）（2）最外层电子数从1递增到8（第一周期例外）相同（3）原子半径减小增大（4）金属性（原子失电子能力）减弱增强（5）非金属性（原子得电子能力）增强减弱（6）电负性增强减弱（7）第一电离能增大的趋势减小（8）单质还原性减弱增强（9）单质氧化性增强减弱（10）最高价氧化物对应水化物的酸碱性碱性减弱，酸性增强碱性增强、酸性减弱（11）非金属形成气态氢化物的难易程度由难到易由易到难（12）气态氢化物的稳定性增强减弱（13）主要化合价最高正价从+1递增到+7（O、F除外），最低负价从-4递增到-1相同（14）离子半径r（阴离子）减小，r（阳离子）减小。r(阴)r(阳)增大 3、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，如第一章 原子结构与性质第一节 原子结构考查点一能层、能级、构造原理1下列说法中正确的是()。A同一原子中，1s、2s、3s电子的能量逐渐减小B同一原子中，2p、3p、4p能级的轨道数依次增多C能量高的电子在离核近的区域运动，能量低的电子在离核远的区域运动D各能层含有的能级数为n(n为能层序数)解析同一原子中能层序数越大，能量越高，离核越远，A、C项均错误；在同一能级中，其轨道数是一定的，不论其在哪一能层中，B项错误；D项正确。答案D2下列说法中正确的是()。A1s22s12p1表示的是激发态原子的电子排布B3p2表示3p能级有两个轨道C同一原子中，3d轨道的能量小于4s轨道的能量D同一原子中，2p、3p、4p电子的能量逐渐减小解析A项中1个2s电子被激发到2p能级上，表示的是激发态原子，正确；B项中3p2表示3p能级上填充2个电子，错误；C项中由于能级交错，3d轨道的能量大于4s轨道的能量，错误；D项，同一原子中电子层数越大，能量也就越高，离核越远，故2p、3p、4p电子的能量增大，错误；故选A。答案A3比较下列多电子原子的能级的能量高低(1)2s_3s (2)2s_3d(3)3p_3s (4)4f_6f解析相同能层上不同能级的能量高低：nsnpndnf，不同能层上符号相同的能级的能量高低：1s2s3s4s答案(1) (2) (4)B原子半径：C电负性：D最高正化合价：解析由电子排布式可知：为S，为P，为N，为F。根据元素周期、律可知：第一电离能为，A项正确；原子半径应是最大，最小，B项不正确；电负性应是最大，最小，C项不正确；F无正价，、最高正化合价为5价，的最高正化合价为6价，D项不正确。答案A考查点三微粒半径大小比较7An、B(n1)、Cn、D(n1)有相同的电子层结构，则原子半径由大到小的顺序是ACDBA BABCDCDCAB DABDC解析A、B、C、D四种元素的相对位置DCABZ，根据原子半径大小变化规律可知ABDC。答案D8a、b、c、d是四种短周期元素。a、b、d同周期，c、d同主族。a的原子结构示意图为，b与c形成的化合物的电子式为。下列说法中正确的是A原子半径：acdbB电负性：abdcC原子序数：dacbD最高价含氧酸的酸性：cda解析由a的原子结构示意图分析得，a应为硅元素，位于第三周期；因为a、b、d同周期，b元素显1价，故b应为Na；又因c显3价，则c应为氮或磷，但d为第三周期元素，且c与d同主族，故d应为磷，c应为氮元素。将a、b、c、d四种元素代入分析即可解答。答案D考查点四综合应用9如图所示为元素周期表的大致框架(1)在如图所示元素周期表中画出金属元素与非金属元素的分界线(2)鉴于NaH的存在，有人建议可把氢元素归到A族。但根据氢元素最高正化合价与最低负化合价的绝对值相等，可把氢元素归到元素周期表中的_族。(3)现有甲、乙两种元素，甲元素原子核外3p能级上有5个电子，乙元素的焰色反应呈黄色。在如图所示的元素周期表中，将甲、乙两元素的元素符号填在甲、乙两元素在元素周期表中的相应位置。甲元素与硫元素相比较，非金属性较强的是_(填名称)，写出可以验证该结论的一个化学方程式：_。81Tl铊204.46s26p1(4)2008年8月2日，CCTV1焦点访谈栏目中报道了“铊中毒事件”，铊再次成为公众关注的焦点。铊的相关信息如右图卡片中所示。下列叙述不正确的是()。A铊在元素周期表中的位置是第六周期A族B铊原子的中子数为20481123C6s26p1表示铊原子有6个电子层，最外电子层中有3个电子D铊的金属性比铝的强E铊元素是p区元素解析(1)在周期表中沿着B、Si、As、Te、At和Al、Ge、Sb、Po划一条折线，即为金属元素和非金属元素的分界线。(2)首先要灵活接受信息，有人建议可把氢元素归到A族，是因为NaH中的H与X(F、Cl、Br、I)有相似之处，即最低化合价相等。当氢元素最高正化合价与最低负化合价的绝对值相等时，可认为氢元素处在周期表中的A族。(3)甲元素原子核外3p轨道上有5个电子，即该元素原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p5，由此可知甲为Cl元素；乙元素的焰色反应呈黄色，说明乙元素是Na元素。甲位于周期表中第三周期A族，乙位于周期表中第三周期A族。因为同一周期时，元素的非金属性随着核电荷数的递增而增强，所以氯、硫相比，非金属较强的是氯元素。例如，Cl2可以与H2S发生置换反应：H2SCl2=2HClS。(4)根据铊的原子序数为81，可推知该元素位于第六周期A族，与Al同主族，且位于Al元素的下方，属于p区元素，A选项错误，C、D选项正确；204.4是铊元素的相对原子质量，不是质量数，故B选项错误。答案(1)如下图所示(2)A(3)如下图所示氯H2SCl2=2HClS(4)AB10第三周期元素X、Y、Z的各级电离能数据如下表：I/(kJmol1)I1I2I3I4 X7381 4517 73310 540Y4964 5626 9129 540Z5771 8172 74511 578请回答：X、Y、Z 三种元素的元素符号分别为_、_、_；常见化合价分别为_、_、_；电负性由小到大的顺序是_。解析应用电离能的数值来推断元素，主要是通过电离能判断稳定化合价，再通过化合价来判断元素。如：Y4964 5626 9129 540可以推断出Y元素1价稳定，进而推断为Na。答案MgNaAl2价1价3价NaMgAl11W、X、Y、Z是周期表前36号元素中的四种常见元素，其原子序数一次增大。W、Y的氧化物是导致酸雨的主要物质，X的基态原子核外有7个原子轨道填充了电子，Z能形成红色(或砖红色)的Z2O和黑色的ZO两种氧化物。(1)W位于元素周期表第_周期第_族。W的气态氢化物稳定性比H2O(g)_(填“强”或“弱”)。(2)Y的基态原子核外电子排布式是_，Y的第一电离能比X的_(“大”或“小”)(3)Y的最高价氧化物对应水化物的浓溶液与Z的单质反应的化学方程式是_。解析首先推出题中几种元素，W、Y的氧化物是导致酸雨的主要物质，在结合原子序数的大小可知，W是氮元素，Y是硫元素，X的基态原子核外有7个原子轨道填充了电子，根据基态原子核外电子所遵循的原则，可以写出电子排布式为：1s22s22p63s23p1，X为铝元素，Z能够形成红色的Z2O和黑色的ZO两种氧化物，推知Z为铜元素，两种氧化物分别为Cu2O和CuO。答案(1)二VA弱(2)1s22s22p63s23p4大(3)Cu2H2SO4(浓)CuSO4SO22H2O12电离能是指由蒸气状态的孤立原子移去电子形成阳离子需要的能量。从中性原子中移去第一个电子所需的能量为第一电离能(I1)，移去第二个电子所需要的能量为第二电离能(I2)，依次类推。现有5种元素A，B，C，D，E，其中I1I3分裂下表，根据表中数据判断其中的金属元素有_，稀有气体元素有_，最活泼的金属是_，显二价的金属是_