（江苏专用）2020版高考化学专题九第1讲原子结构与元素的性质学案.docx

第1讲原子结构与元素的性质【2020备考】最新考纲：1.认识原子核外电子的运动状态，了解电子云、电子层(能层)、原子轨道(能级)的含义。2.了解多电子原子中核外电子分层排布遵循的原理，能用电子排布式表示136号元素的原子和离子的基态核外电子排布。3.了解主族元素第一电离能、电负性等性质的周期性变化规律，能根据元素电负性说明元素的金属性和非金属性的周期性变化规律。新课标要求：能说明微观粒子的运动状态与宏观物体运动特点的差异。能结合能量最低原理、泡利不相容原理、洪特规则书写136号元素基态原子的核外电子排布式和轨道表示式，并说明含义。能说出元素电离能、电负性的含义，能描述主族元素第一电离能、电负性变化的一般规律，能从电子排布的角度对这一规律进行解释。能说明电负性大小与原子在化合物中吸引电子能力的关系，能利用电负性判断元素的金属性与非金属性的强弱，推测化学键的极性。能从原子价电子数目和价电子排布的角度解释元素周期表的分区、周期和族的划分。能列举元素周期律(表)的应用。最新考情：本讲知识在江苏高考中主要考查内容有：一是考查电子排布式的书写，如2018年T21(2)、2017年T21(1)、2016年T21(1)、 2015年T21(1)等；二是考查电离能、电负性的变化规律，如2017年T21(3)等；预计2020年高考中考查视角主要有：电子排布式、价层电子排布式、价层电子排布图。基态原子电子云形状(主要考查球形和哑铃形)。不同运动状态、能级、能层、轨道数等。第一电离能、电负性大小比较。考点一原子核外电子排布原理知识梳理1.电子层与原子轨道原子轨道名师助学：第一电子层(K)，只有s原子轨道；第二电子层(L)，有s、p两种原子轨道，p原子轨道上有三个原子轨道px、py、pz，它们具有相同的能量；第三电子层(M)，有s、p、d三种原子轨道。2.基态原子的核外电子排布(1)能量最低原理：即电子尽可能地先占有能量低的轨道，然后进入能量高的轨道，使整个原子的能量处于最低状态。如图为构造原理示意图，即基态原子核外电子在原子轨道上的排布顺序图：名师助学：所有电子排布规则都需要满足能量最低原理。(2)泡利不相容原理每个原子轨道里最多只能容纳2个电子，且自旋状态相反。如2s轨道上的电子排布为，不能表示为。 (3)洪特规则当电子排布在同一能级的不同轨道时，基态原子中的电子总是优先单独占据一个轨道，且自旋状态相同。如2p3的电子排布为，不能表示为或洪特规则特例：当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，如：24Cr的电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s1。名师助学：当出现d轨道时，虽然电子按ns、(n1)d、np顺序填充，但在书写电子排布式时，仍把(n1)d放在ns前，如Fe：1s22s22p63s23p63d64s2，正确；Fe：1s22s22p63s23p64s23d6，错误。在书写简化的电子排布式时，并不是所有的都是X价电子排布式(注：X代表上一周期稀有气体元素符号)。3.基态、激发态及光谱示意图题组诊断原子核外电子排布原理1.(1)2018江苏化学，21A(2)Fe2基态核外电子排布式为_。(2)2017江苏化学，21A(1)Fe3基态核外电子排布式为_。(3)2016江苏化学，21A(1)Zn2基态核外电子排布式为_。(4)2015江苏化学，21A(1)Cr3基态核外电子排布式为_。(5)2014江苏化学，21A(1)Cu基态核外电子排布式为_。(6)2012江苏化学，21A(1)Mn2基态的电子排布式可表示为_。解析(1)26号元素铁，先写出基态铁原子的核外电子排布式Ar3d64s2，再由外向内失电子。(2)Fe3基态核外电子排布式为Ar3d5。(3)Zn是30号元素，Zn2核外有28个电子，根据原子核外电子排布规律可知基态Zn2核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d10；(4)基态Cr的电子排布遵循“半满”稳定原理，其基态电子排布式为Ar3d54s1，失去电子时，先失最外层上的电子，所以Cr3的核外电子排布式为Ar3d3；(5)Cu为29号，核外电子排布为Ar3d104s1，Cu失去4s上面的一个电子，则为Ar3d10。(6)Mn原子序数为25，Mn的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s2，Mn2的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d5。答案(1)Ar3d6或1s22s22p63s23p63d6(2)1s22s22p63s23p63d5(或Ar3d5)(3)1s22s22p63s23p63d10(或Ar 3d10)(4)1s22s22p63s23p63d3(或Ar3d3)(5)1s22s22p63s23p63d10(或Ar3d10)(6)1s22s22p63s23p63d5(或Ar3d5)2.A、B、C、D、E、F代表6种元素。请填空：(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_，其基态原子的电子排布式为_；(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nsnnpn1，则n_；原子中能量最高的是_电子。解析(1)A元素基态原子次外层有2个电子，故次外层为K层，A元素有2个电子层，由题意可写出其轨道表示式(或电子排布图)为：，则该元素核外有6个电子，为碳元素，其元素符号为C，另外氧原子同样也符合要求，其轨道表示式(或电子排布图)为：。(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即为26号元素铁。(4)根据题意要求，首先写出电子排布式：1s22s22p63s23p63d104s1，该元素为29号元素Cu。(5)s能级只有1个原子轨道，故最多只能容纳2个电子，即n2，所以元素F原子的最外层电子排布式为2s22p3，由此可知F是N元素；根据核外电子排布的能量最低原理，可知氮原子的核外电子中的2p能级能量最高。答案(1)C或O(2)ClK(3)Fe1s22s22p63s23p63d64s2或Ar3d64s2(4)Cu1s22s22p63s23p63d104s1或Ar3d104s1(5)22p【方法技巧】“两原理，一规则”的正确理解原子核外电子排布符合能量最低原理、洪特规则、泡利不相容原理，若违背其一，则电子能量不处于最低状态。易误警示在书写基态原子的轨道表示式(或电子排布图)时，常出现以下错误： (2)半充满、全充满状态原子结构稳定如ns2、np3、np6Cr：3d54s1Mn：3d54s2Cu：3d104s1Zn：3d104s2考点二原子结构与元素的性质知识梳理1.原子结构与周期表的关系 (1)原子结构与周期表的关系(完成下列表格)周期电子层数每周期第一种元素每周期最后一种元素原子序数基态原子的电子排布式原子序数基态原子的电子排布式二23He2s1101s22s22p6三311Ne3s1181s22s22p63s23p6四419Ar4s1361s22s22p63s23p63d104s24p6五537Kr5s1541s22s22p63s23p63d104s24p64d105s25p6六655Xe6s1861s22s22p63s23p63d104s24p64d104f145s25p65d106s26p6名师助学：电子层数周期数价电子数主族序数(2)每族元素的电子排布特点主族主族AAAA排布特点ns1ns2ns2np1ns2np2主族AAA排布特点ns2np3ns2np4ns2np50族：He：1s2；其他ns2np6。过渡元素(副族和第族)：(n1)d110ns12。(3)元素周期表的分区根据核外电子排布分区名师助学：“外围电子排布”即“价电子层”，对于主族元素原子，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的价电子层排布为3d64s2。2.元素周期律(1)原子半径影响因素变化规律元素周期表中的同周期主族元素从左到右，原子半径逐渐减小；同主族元素从上到下，原子半径逐渐增大。(2)电离能第一电离能：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最低能量，符号I1，单位kJmol1。规律a.同周期：第一种元素的第一电离能最小，最后一种元素的第一电离能最大，总体呈现从左至右逐渐增大的变化趋势。b.同族元素：从上至下第一电离能逐渐减小。c.同种原子：逐级电离能越来越大(即I1I2I3)。名师助学：第二、三、四周期的同周期主族元素，第A族(ns2np0)和第A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第A族和第A族元素的，如第一电离能：MgAl，PS。(3)电负性含义：元素的原子在化合物中吸引键合电子能力的标度。元素的电负性越大，表示其原子在化合物中吸引键合电子的能力越强。标准：以最活泼的非金属氟的电负性为4.0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)。变化规律金属元素的电负性一般小于1.8，非金属元素的电负性一般大于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。在元素周期表中，同周期从左至右，元素的电负性逐渐增大，同主族从上至下，元素的电负性呈现减小的趋势。应用名师助学：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。不能将电负性1.8作为划分金属和非金属的绝对标准。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。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。题组诊断元素的电离能与电负性及元素推断1.(1)元素铜与镍的第二电离能分别为：ICu1 958 kJmol1、INi1 753 kJmol1，ICuINi的原因是_。(2)根据元素周期律，原子半径Ga_As，第一电离能Ga_As。(填“大于”或“小于”)(3)(2017江苏高考)C、H、O三种元素的电负性由小到大的顺序为_。(4) O、Na、P、Cl四种元素中电负性最大的是_。解析(1)铜的第二电离能失去的是全充满的3d10电子所需要的能量，镍的第二电离能失去的是4s1电子所需要的能量，前者属于稳定状态，故第二电离能：ICuINi。(2)Ga和As均属于第四周期元素，且原子序数：GaAs，则原子半径：GaAs，第一电离能：IGaIAs。 (3)非金属性：OCH，则电负性：OCH。 (4)非金属性：OClPNa，则电负性：OClPNa。答案(1)铜失去的是全充满的3d10电子，镍失去的是4s1电子(2)大于小于 (3)HCO(4)O2.尿素是一种重要的工业原料，在160 分解制备异氰酸和氨气，化学方程式为CO(NH2)2HCNONH3。完成下列各题：(1)在上述反应所涉及的各元素中，原子半径最大的元素是_。(2)在上述物质中有三种元素处于同周期，完成下列填空：a.气态氢化物的稳定性由大到小顺序是_；b.元素的第一电离能由大到小顺序是_；c.元素的电负性由大到小顺序是_。(3)氰酸有两种结构，一种分子内含有叁键HNCN，称为氰酸，另一种分子内不含叁键HN=C=O，称为异氰酸。则异氰酸分子中碳元素的化合价是_。解析(1)碳、氢、氧、氮中碳的原子半径最大。(2)碳、氮、氧位于同一周期，非金属性逐渐增强，气态氢化物的稳定性逐渐增大，电负性逐渐增大，由于N原子结构中p轨道为半充满结构，比较稳定，所以第一电离能大小为CONH3CH4NOCONC(3)43.现有三种元素的基态原子的电子排布式如下：1s22s22p63s23p4；1s22s22p63s23p3；1s22s22p5。则下列有关比较中正确的是()A.最高正化合价：B.原子半径：C.电负性：D.第一电离能：解析根据核外电子排布可知是S，是P，是F。F无正价，A错误；同周期自左向右原子半径逐渐减小，同主族自上而下原子半径逐渐增大，则原子半径：，B错误；非金属性越强，电负性越大，则电负性：，C错误；非金属性越强第一电离能越大，但P的3p轨道电子处于半充满状态，稳定性强，第一电离能强于S，则第一电离能：，D正确。答案D【规律方法】正确表述元素周期律【知识网络回顾】1.下列说法中正确的是()A.所有金属元素都分布在d区和ds区B.最外层电子数为2的元素都分布在s区C.元素周期表中B族到B族10个纵列的元素都是金属元素D.s区均为金属元素解析A项，s区、p区也有金属元素；B项，最外层电子数为2的元素有的也位于d区或ds区；D项，s区中的氢是非金属元素。答案C2.在基态多电子原子中，关于核外电子能量的叙述错误的是()A.最易失去的电子能量最高B.电离能最小的电子能量最高C.p轨道电子能量一定高于s轨道电子能量D.在离核最近区域内运动的电子能量最低解析在同一电子层中p轨道电子能量一定高于s轨道电子能量，但在不同电子层中s轨道电子能量也可能高于p轨道电子能量，如E(3s)E(2p)。答案C3.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()答案B4.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kJmol1)。I1I2I3I4R7401 5007 70010 500下列关于元素R的判断中一定正确的是()A.R的最高正价为3价B.R元素位于元素周期表中第A族C.R元素的原子最外层共有4个电子D.R元素基态原子的电子排布式为1s22s2解析由表示数据I3I2知其最高正价为2价，R元素位于第A族，最外层有2个电子，R不一定是Be元素，也可能为Mg。答案B一、选择题1.下列表示氮原子结构的化学用语中，对核外电子运动状态描述正确且能据此确定电子的能级的是()A.答案C2.下列关于电离能和电负性的说法不正确的是()A.第一电离能的大小：MgAlB.锗的第一电离能高于碳而电负性低于碳C.Ni是元素周期表中第28号元素，第二周期基态原子未成对电子数与Ni相同且电负性最小的元素是碳D.F、K、Fe、Ni四种元素中电负性最大的是F解析同周期从左到右第一电离能呈增大趋势，但第A族的第一电离能比相邻的第A族元素的第一电离能大，A项正确； 锗是金属元素而碳是非金属元素，第一电离能低于碳，B项错误；Ni的价电子排布式为3d84s2，未成对电子数为2，第二周期未成对电子数为2的元素有碳和氧，同周期从左到右电负性逐渐增大，则电负性：CO，故该元素为碳，C项正确；一般来说，元素的非金属性越强，电负性越大，D项正确。答案B3.下列说法中正确的是()A.第三周期所有元素中钠的第一电离能最小B.钠的第一电离能比镁的第一电离能大C.在所有元素中，氟的第一电离能最大D.钾的第一电离能比镁的第一电离能大解析C项，在所有元素中，He的第一电离能最大。答案A4.(2019银川一中月考)周期表中27号元素钴的方格中注明“3d74s2”，由此可以推断()A.它位于周期表的第四周期A族B.它的基态核外电子排布式可简写为Ar4s2C.Co2的核外价电子排布式为3d54s2D.Co位于周期表中第9列解析“3d74s2”为Co的价电子排布，其简写式中，也要注明3d轨道，B项错误；“729”，说明它位于周期表的第9列，D项正确；从左向右数，应为过渡元素，A项错误；失电子时，应失去最外层的电子，即先失4s上的电子，Co2的价电子排布为3d7，C项错误。答案D5.下列叙述中正确的是()A.同周期元素中，A族元素的原子半径最大B.A族元素的原子，其半径越大，越容易得到电子C.当各轨道处于全满、半满、全空时原子较稳定D.同一周期中，碱金属元素的第一电离能最大解析同周期元素中，从左至右原子半径依次减小，所以同周期元素中，A族元素的原子半径最小，A错误；A族元素的原子，其半径越大，越不容易得电子，B错误；当各轨道处于全满、半满、全空时，能量最低，原子较稳定，C正确；同一周期中，碱金属元素的第一电离能最小，D错误。答案C6.下列说法或有关化学用语的表达正确的是()A.在基态多电子原子中，p轨道电子能量一定高于s轨道电子能量B.因氧元素电负性比氮元素大，故氧原子第一电离能比氮原子第一电离能大C.基态Fe原子的外围轨道表示式为D.根据原子核外电子排布的特点，Cu在元素周期表中位于s区解析同一能级中的p轨道电子的能量一定比s轨道电子能量高，但外层s轨道电子能量则比内层p轨道电子能量高，A项错误；N原子的2p轨道处于半满，第一电离能大于O原子，B项错误；基态Fe外围电子排布式为3d64s2，C正确；Cu的外围电子排布式为3d104s1，位于元素周期表的ds区，D项错误。 答案C7.以下有关元素性质的说法不正确的是()A.具有下列电子排布式的原子中：1s22s22p63s23p2，1s22s22p3，1s22s22p2，1s22s22p63s23p4，原子半径最大的是B.具有下列价电子排布式的原子中：3s23p1，3s23p2，3s23p3，3s23p4，第一电离能最大的是C.Na、K、Rb，N、P、As，O、S、Se，Na、P、Cl中，元素的电负性随原子序数增大而递增的是D.某元素气态基态原子的逐级电离能分别为738、1 451、7 733、10 540、13 630、17 995、21 703(单位kJmol1)，当它与氯气反应时可能生成的阳离子是X3解析A项，为Si，为N，为C，为S，原子半径最大的为Si，正确；B项，为Al，为Si，为P，为S，第一电离能最大的为P，正确；C项，同一主族元素，电负性从上到下呈逐渐减小的趋势；同一周期元素，电负性从左到右逐渐增大，正确；D项，根据各级电离能变化趋势，基态原子的最外层应有2个电子，所以与Cl2反应时应呈2价，D错。答案D8.如图是第3周期1117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解析对于第3周期1117号元素，随着原子序数的增大，第一电离能呈现增大的趋势，但Mg、P特殊，A项错误；原子半径逐渐减小，C项错误；形成基态离子转移的电子数依次为：Na为1，Mg为2，Al为3，Si不易形成离子，P为3，S为2，Cl为1，D项错误。答案B9.(2018金陵中学高三模拟)已知X、Y是主族元素，I为电离能，单位是kJmol1。请根据下表数据判断，下列选项错误的是 ()元素I1I2I3I4X5004 6006 9009 500Y5801 8002 70011 600A.元素X的常见化合价是2B.元素Y是A族元素C.元素X与氯形成化合物时，化学式可能是XClD.若元素Y处于第3周期，它可与冷水剧烈反应解析X为第A族元素，Y为第A族元素；D项，若元素Y处于第3周期，则Y为Al，Al不与冷水反应。答案AD二、填空题10.完成下列化学用语。(1)Cr原子的核外电子排布式_，价电子排布式_，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的价电子排布式_，价电子排布图_。11.已知A、B、C、D、E都是元素周期表中前36号的元素，它们的原子序数依次增大。A原子基态时最外层电子数是其内层电子总数的2倍，B原子基态时s电子数与p电子数相等，C在元素周期表的各元素中电负性最大，D的基态原子核外有6个原子轨道且全部充满电子，E原子基态时未成对电子数是同周期元素中最多的。(1)基态E原子的价电子排布式为_，E在_区。(2)A、B、C的电负性大小顺序(填元素符号，下同)_，第一电离能大小顺序为_。(3)D的核外电子排布式为_，价电子排布图为_。解析由题意可知A为C，B为O，C为F，D为Ca，E为Cr。(1)铬原子的价电子排布式为3d54s1, 在d区。(2)根据同周期元素电负性和第一电离能的递变性可知答案。(3)价电子数为2，价电子轨道表示式为。答案(1)3d54s1d(2)FOCFOC(3)1s22s22p63s23p64s2或Ar4s212.(2017江苏无锡期末)尿素(H2NCONH2)是一种农业生产中常用的氮肥。在工业上，尿素还用于制造有机铁肥，回答下列问题：(1)基态Fe2的核外电子排布式为_。(2)C、N、O三种元素的第一电离能由小到大的顺序为_。(3)CO2分子晶体的晶胞如图所示，每个晶胞中含有CO2的分子个数是_。(4)在一定条件下，NH3 与CO2能合成尿素CO(NH2)2，尿素中C原子轨道的杂化类型为_；1 mol尿素分子中，键的数目为_ mol。(5)(NH4)2SO4、NH4NO3等颗粒物及扬尘等易引起雾霾。与NO互为等电子体的分子是_(填化学式)。解析(1)Fe为26号，价电子数为26188，核外电子排布为Ar