优化方案高考化学大一轮复习 第一讲 原子结构与性质讲义（选修3）.doc

第一讲原子结构与性质2017高考导航考纲要求真题统计命题趋势1.了解原子核外电子的排布原理及能级分布，能用电子排布式表示常见元素(136号)原子核外电子、价电子的排布。了解原子核外电子的运动状态。2了解元素电离能的含义，并能用以说明元素的某些性质。3了解原子核外电子在一定条件下会发生跃迁，了解其简单应用。4了解电负性的概念，知道元素的性质与电负性的关系。2015，卷 37t(1)；2015，卷 37t(1)；2014，卷 37t(2)；2014，卷 37t(1)；2013，卷 37t(1)；2013，卷 37t(1)(2)高考对本部分的考查主要有三个方面：前四周期元素核外电子排布式的书写与推断；运用电离能、电负性解释推断某些元素的性质；原子结构与性质的应用。考查题型为非选择题，分数约为36分。预计2017年高考将会稳中有变，可能与元素周期律、元素周期表的知识或元素及其化合物的知识相结合进行考查。注意本部分考查内容的规律性强，因此命题空间广阔，考查方式也会向多方位、多层次发展。考点一原子核外电子排布原理学生用书p261一、能层与能级能层(n)能级最多容纳电子数序数符号各能级各能层一k1s22二l2s282p6三m3s2183p63d10四n4s2324p64d104f14n2n2二、原子轨道1轨道形状(1)s电子的原子轨道呈球形。(2)p电子的原子轨道呈哑铃形。2各能级上的原子轨道数目能级nsnpndnf原子轨道数13573.能量关系(1)相同能层上原子轨道能量的高低：nsnpndnf。(2)形状相同的原子轨道能量的高低：1s2s3s4s。(3)同一能层内形状相同而伸展方向不同的原子轨道的能量相等，如npx、npy、npz轨道的能量相等。三、原子核外电子的排布规律1三个规律(1)能量最低原理：原子的核外电子排布遵循构造原理，使整个原子的能量处于最低状态。构造原理示意图：(2)泡利原理：一个原子轨道里，最多只能容纳2个电子，而且它们的自旋状态相反。(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，而且自旋状态相同。2基态原子核外电子排布的表示方法(以硫原子为例)电子排布式1s22s22p63s23p4简化电子排布式ne3s23p4价电子排布式3s23p4电子排布图 四、基态、激发态与光谱1基态原子：处于最低能量的原子。2激发态原子：当基态原子的电子吸收能量后，电子会跃迁到较高能级，变成激发态原子。3原子光谱不同元素的原子发生跃迁时会吸收或释放不同的光，可以用光谱仪摄取各种元素的电子的吸收光谱或发射光谱，总称原子光谱。(1)2015高考全国卷，37(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)2015高考全国卷，37(1)p原子的核外电子排布式为_。(3)2014高考全国卷，37(2)基态fe原子有_个未成对电子。fe3的电子排布式为_。(4)(2014高考浙江自选模块)31ga基态原子的核外电子排布式是_。答案：(1)电子层2(2)1s22s22p63s23p3或ne3s23p3(3)41s22s22p63s23p63d5或ar3d5(4)1s22s22p63s23p63d104s24p1或ar3d104s24p1名师点拨(1)当出现d轨道时，虽然电子按ns、(n1)d、np的顺序填充，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。(2)基态原子失电子的顺序,以fe为例，fefe3。(2016西安高三质检)(1)在短周期元素中基态原子的p轨道有1个未成对电子的元素可能是_(填元素符号，下同)，其核外电子排布式分别是_。(2)基态原子的n层有1个未成对电子，m层未成对电子最多的元素是_，其价电子排布式为_。(3)最外层电子数是次外层电子数3倍的元素是_，其电子排布图为_。(4)cu原子的结构示意图为_。(5)下列表示的为一激发态原子的是_。a1s12s1 b1s22s22p1c1s22p53s1 d1s22s22p63s2解析(1)可推断元素为b、f、al、cl；(2)可推断元素为cr；(3)可推断元素为o。答案(1)b、f、al、cl1s22s22p1、1s22s22p5、1s22s22p63s23p1、1s22s22p63s23p5(2)cr3d54s1(3)o)(4) (5)ac1.基态铜原子的电子排布式为ar4s23d9对吗？若不对请纠正。答案：不对，应为ar3d104s1。2请用核外电子排布的相关规则解释fe3比fe2更稳定的原因。答案：26fe价电子的电子排布式为3d64s2，fe3价电子的电子排布式为3d5，fe2价电子的电子排布式为3d6。根据“能量相同的轨道处于全空、全满和半满时能量最低”的原则，3d5处于半满状态，结构更稳定，所以fe3较fe2更稳定。(1)符合核外电子排布规律的原子，处于基态状态，此状态下能量最低。(2)违背核外电子排布规律的原子所处的状态能量较高。(3)轨道处于全空、全满和半满时能量最低，结构更稳定。 题组一基态原子核外电子排布及正误判断1(教材改编)下列电子排布图所表示的元素原子中，正确的是_。解析：不符合能量最低原理；不符合洪特规则；不符合能量最低原理。答案：2写出下列原子的电子排布式与简化电子排布式。原子电子排布式简化电子排布式nclcafecu答案：(从左到右，从上到下)1s22s22p3he2s22p31s22s22p63s23p5ne3s23p51s22s22p63s23p64s2ar4s21s22s22p63s23p63d64s2ar3d64s21s22s22p63s23p63d104s1ar3d104s1题组二核外电子的排布规律及应用3下列说法错误的是()ans电子的能量不一定高于(n1)p电子的能量b6c的电子排布式1s22s22p违反了洪特规则c电子排布式(21sc)1s22s22p63s23p63d3违反了能量最低原理d电子排布式(22ti)1s22s22p63s23p10违反了泡利原理解析：选a。a项，关键在于熟记构造原理，各能级能量的大小顺序为1s、2s、2p、3s、3p、4s、3d、4p、5s，故ns电子的能量一定高于(n1)p电子的能量；b项，对于6c原子来说，2p能级有3个能量相同的原子轨道，最后2个电子应该以自旋状态相同的方式分布在两个不同的2p轨道上，违反了洪特规则；c项，根据轨道能量高低顺序可知e(4s)sih4b离子半径：nas2c第一电离能：nod元素电负性：ch解析：选b。si、s在同一周期，s在si的右侧，非金属性s大于si，故热稳定性h2s比sih4强，a项正确；s2有三个电子层，na有两个电子层，故离子半径s2na，b项错误；氮原子的2p轨道电子处于半满状态，结构较稳定，其第一电离能大于氧的，c项正确；碳的非金属性比氢的强，故电负性碳大于氢，d项正确。名师点拨(2016潍坊高三模拟)下表是元素周期表的一部分，表中所列的字母分别代表一种化学元素。试回答下列问题：(1)元素p为26号元素，请写出其基态原子的电子排布式：_。(2)d与a的单质发生反应，生成产物的分子式为_。(3)h的单质在空气中燃烧发出耀眼的白光，请用原子结构的知识解释发光的原因：_。(4)o、p两元素的部分电离能数据列于下表：元素op电离能/kjmol1i1717759i21 5091 561i33 2482 957比较两元素的i2、i3可知，气态o2再失去一个电子比气态p2再失去一个电子难。对此，你的解释是_。(5)第三周期8种元素按单质熔点高低的顺序如图()所示，其中电负性最大的是_(填下图中的序号)。(6)表中所列的某主族元素的电离能情况如图()所示，则该元素是_(填元素符号)。解析(1)26号为铁元素，其基态原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2或ar3d64s2。(2)d为n元素，a为h元素，二者单质发生反应生成物的分子式为nh3。(3)h为mg元素，mg单质在空气中燃烧发出耀眼的白光，原因是电子从能量较高的轨道跃迁到能量较低的轨道时，以光(子)的形式释放能量。(4)o元素为mn，其基态原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s2，mn2的基态离子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d5，其3d能级为半充满结构，相对比较稳定，当其失去第三个电子时比较困难，而p2的基态离子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d6，其3d能级再失去一个电子即为半充满结构，形成相对比较稳定的结构，故其失去第三个电子比较容易。(5)第三周期8种元素分别为钠、镁、铝、硅、磷、硫、氯、氩，其单质中钠、镁、铝形成金属晶体，熔点依次升高；硅形成原子晶体；磷、硫、氯、氩形成分子晶体，且常温下磷、硫为固体，氯气、氩气为气体，故8种元素按单质熔点由高到低的顺序为硅、铝、镁、硫、磷、钠、氯、氩，其中电负性最大的为氯。(6)由图可知，该元素的电离能i4远大于i3，故为第a族元素，周期表中所列的第a族元素i属于第三周期，应为al。答案(1)1s22s22p63s23p63d64s2或ar3d64s2(2)nh3(3)电子从能量较高的轨道跃迁到能量较低的轨道时，以光(子)的形式释放能量(4)mn2的3d轨道电子排布为半满状态，比较稳定(5)2(6)al1为什么一个原子的逐级电离能是逐渐增大的？答案：随着电子的逐个失去，阳离子所带的正电荷数越来越大，再要失去一个电子需克服的电性吸力也越来越大，消耗的能量越来越多。2为什么na容易形成1价离子，而mg、al易形成2价、3 价离子？说明了什么？答案：na的i1比i2小很多，电离能差值很大，说明失去第一个电子比失去第二个电子容易得多，所以na容易失去一个电子形成1价离子；mg的i1和i2相差不多，而i2比i3小很多，所以mg容易失去两个电子形成2价离子；al的i1、i2、i3相差不多，而i3比i4小很多，所以al容易失去三个电子形成3价离子。而电离能的突跃变化，说明核外电子是分能层排布的。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a和a族元素，如第一电离能mgal，ps。 题组一由原子序数确定其在元素周期表中的位置1某元素的原子序数为29，试问：(1)写出该元素的名称及元素符号。(2)写出该元素基态原子的电子排布式。(3)它有多少个电子层？有多少个能级？(4)它的价电子排布式是什么？(5)它属于第几周期？第几族？主族还是副族？属于哪一个分区？(6)它有多少个未成对电子？解析：29号元素为铜(cu)元素，其原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s1或ar3d104s1，故有4个电子层，7个能级，价电子排布式为3d104s1，属于第b族，为ds区。其价电子的电子排布图为，故有1个未成对电子。答案：(1)铜；cu。(2)1s22s22p63s23p63d104s1或ar3d104s1。(3)4个电子层；7个能级。(4)3d104s1。(5)第四周期；b族；副族；ds区。(6)有1个未成对电子。题组二电离能及其应用2下列关于元素第一电离能的说法不正确的是()a钾元素的第一电离能小于钠元素的第一电离能，故钾的活泼性强于钠b因同周期元素的原子半径从左到右逐渐减小，故第一电离能必依次增大c最外层电子排布为ns2np6(当只有k层时为1s2)的原子，第一电离能较大d对于同一元素而言，原子的电离能i1i2i3o、mgal，b项错；c项所述元素为0族元素，性质稳定，第一电离能都较大。3(2016开封高三模拟)下列有关微粒性质的排列顺序中，错误的是()a元素的电负性：pofb元素的第一电离能：cnnamg2d原子的未成对电子数：mnsicl解析：选b。得电子能力：pof，所以元素的电负性：ponamg2，故c正确；mn、si、cl原子的未成对电子数分别为5、2、1，即原子的未成对电子数：mnsicl，故d正确。题组三电负性及其应用4电负性的大小也可以作为判断元素金属性和非金属性强弱的尺度。下列关于电负性的变化规律正确的是()a元素周期表从左到右，元素的电负性逐渐变大b元素周期表从上到下，元素的电负性逐渐变大c电负性越大，金属性越强d电负性越小，非金属性越强解析：选a。利用同周期从左至右元素电负性逐渐增大，同主族从上至下元素电负性逐渐减小的规律来判断。电负性越大，金属性越弱，非金属性越强。5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libebcofnaalsipscl电负性0.981.572.042.553.443.980.931.611.902.192.583.16(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，它们都具有两性，其中be(oh)2显示这种性质的离子方程式是_。(2)通过分析电负性变化规律，确定mg元素电负性的最小范围：_。(3)从电负性角度，判断alcl3是离子化合物还是共价化合物？请说出理由，并设计一个实验方案证明上述所得结论。答案：(1)be(oh)22h=be22h2o，be(oh)22oh=beo2h2o(2)0.931.57(3)al元素和cl元素的电负性差值为1.55alb锗的第一电离能高于碳而电负性低于碳cni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df、k、fe、ni四种元素中电负性最大的是f解析：选b。锗是金属元素而碳是非金属元素，锗的第一电离能低于碳，b不正确。3如图是第三周期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()ay轴表示的可能是第一电离能by轴表示的可能是电负性cy轴表示的可能是原子半径dy轴表示的可能是形成基态离子转移的电子数解析：选b。对于第三周期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。4下列有关说法正确的是()ac、n、o三种元素第一电离能从大到小的顺序是oncb根据同周期元素的第一电离能变化趋势，推出al的第一电离能比mg大c根据主族元素最高正化合价与族序数的关系，推出卤族元素最高正价都是7dni原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d84s2解析：选d。同一周期自左向右，元素的第一电离能呈现增大趋势，但由于p轨道处于全空、半充满或全充满时相对稳定，这使得第a族、第a族元素反常，故第一电离能no，mgal，a、b不正确；f没有正化合价，c不正确。5(2016秦皇岛高三模拟)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)。下列关于元素r的判断中一定正确的是()元素i1i2i3i4r7401 5007 70010 500r的最高正价为3价r元素位于元素周期表中第a族r元素第一电离能大于同周期相邻元素r元素基态原子的电子排布式为1s22s2abc d解析：选b。由表中数据可知，r元素的第三电离能与第二电离能的差距最大，故最外层有两个电子，最高正价为2价，位于第a族，可能为be或mg元素，因此不正确，正确，不确定；短周期第a族(ns2np0)的元素，因p轨道处于全空状态，比较稳定，所以其第一电离能大于同周期相邻主族元素，正确。6(2016西安高三模拟)在第二周期中，b、c、n、o四种元素的第一电离能由大到小的排列顺序正确的是()ai1(n)i1(c)i1(o)i1(b)bi1(n)i1(o)i1(b)i1(c)ci1(n)i1(o)i1(c)i1(b)di1(o)i1(n)i1(c)i1(b)解析：选c。b、c、n、o是第二周期原子序数依次增大的元素，第一电离能呈增大趋势，但是n元素电子亚层结构为半满，其第一电离能比c和o要大。7若某原子在处于能量最低状态时，外围电子排布为4d15s2，则下列说法正确的是()a该元素原子最外层共有3个电子b该元素处于第五周期a族c该元素原子核外第n层上共有9个不同状态的电子d该元素原子第四电子层上有5个空轨道解析：选c。该元素位于第五周期第b族，为39号元素，n层电子排布式4s24p64d1，共有9个不同状态的电子，该电子层共有4个空轨道。8(2016武汉高三调研)在核电荷数为26的元素fe的原子核外3d、4s轨道内，下列电子排布图正确的是()解析：选c。核电荷数为26的fe基态原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2,3d有5个轨道，只有1个轨道排满两个电子，且自旋方向相反，其他4个轨道各排1个电子，且自旋方向相同，4s轨道排满2个电子，且自旋方向相反，即c项正确。9(2016徐州高三质检)已知x、y元素同周期，且电负性xy，下列说法错误的是()ax与y形成的化合物中，x可以显负价，y显正价b第一电离能可能y小于xc最高价含氧酸的酸性x的弱于y的d气态氢化物的稳定性hmy弱于hnx解析：选c。由题意，非金属性xy，所以最高价含氧酸的酸性x的强于y的。二、非选择题10现有部分前36号元素的性质或原子结构如下表：元素编号元素的性质或原子结构r基态原子的最外层有3个未成对电子，次外层有2个电子 s单质能与水剧烈反应，所得溶液呈弱酸性t基态原子3d轨道上有1个电子 x(1)r元素的第一电离能要大于其同周期相邻的元素，原因是_。(2)s元素的常见化合价为_，原因是_。(3)t元素的原子n电子层上电子数为_。(4)x的核外电子排布图违背了_。解析：(1)由r的核外电子排布可知为n，n原子2p轨道半充满，能量低，较稳定，所以其第一电离能较大。(2)由题知s为氟元素，f的电负性最强，只能得电子，无正价，其常见化合价为1价。(3)t原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d14s2，由能量最低原理先排4s轨道再排3d轨道，则n电子层有2个电子。(4)x元素的核外电子排布应先排能量低的3s轨道。答案：(1)氮原子2p轨道半充满，能量低，较稳定(2)1价f的电负性最强，只能得电子(3)2(4)能量最低原理11已知a、b、c、d、e原子序数依次增大，且满足下表中条件，请推断各元素并回答相关问题。a基态原子有3个不同的能级，各能级中电子数相等b在d的上一周期c基态原子2p能级上的未成对电子数与a原子相同d在同周期元素中，d形成的简单离子半径最小e基态原子的m电子层上有4个未成对电子(1)e元素的基态原子的外围电子排布式为_；e可形成e2和e3，其中较稳定的是e3，原因是_。(2)a、b、c元素中，电负性最大的是_(填元素符号，下同)，第一电离能最大的是_。(3)d元素的基态原子的价电子的电子排布图为_。解析：由a的基态原子有3个不同的能级，各能级中电子数相等，可知a的基态原子电子排布式为1s22s22p2，为碳元素；由c的基态原子2p能级上的未成对电子数与a原子相同(为2个)，故其基态原子的电子排布式为1s22s22p4，为氧元素，依据a、b、c的原子序数逐渐增大可知b为氮元素；由d位于氮元素的下一周期，且形成的简单离子半径最小，则d为铝元素；由e的基态原子的m电子层上有4个未成对电子，可知其基态原子电子排布式为ar3d64s2，为铁元素。(1)fe3的核外电子排布式为ar3d5，其d能级处于半满状态，较为稳定；(2)氮原子的2p能级处于半满状态，较为稳定，难以失去电子，故其第一电离能较大。答案：(1)3d64s2fe3的d能级处于半满状态，较为稳定(2)on12(2016马鞍山高三质检)a、b、c、d、e、f、g、h是元素周期表前四周期常见元素，且原子序数依次增大，其相关信息如下表：元素相关信息a原子核外有6种不同运动状态的电子c基态原子中s电子总数与p电子总数相等d原子半径在同周期元素中最大e基态原子最外层电子排布式为3s23p1f基态原子的最外层p轨道有两个电子的自旋方向与其他电子的自旋方向相反g基态原子核外有7个能级且能量最高的能级上有6个电子h是我国使用最早的合金中的最主要元素请用化学用语填空：(1)a元素位于元素周期表第_周期_族；b元素和c元素的第一电离能比较，较大的是_；c元素和f元素的电负性比较，较小的是_。(2)g元素的低价阳离子的结构示意图是_，f元素原子的价电子的电子排布图是_，h元素的基态原子核外电子排布式是_。(3)g的高价阳离子的溶液与h单质反应的离子方程式为_；与e元素成对角线关系的某元素的最高价氧化物的水化物具有两性，写出该两性物质与d元素的最高价氧化物的水化物反应的化学方程式：_。解析：a的原子核外有6种不同运动状态的电子，即核外共有6个电子，a为碳元素。c的基态原子中s电子总数与p电子总数相等，则核外电子排布式为1s22s22p4，c是氧元素。由于a、b、c原子序数依次增大，故b是氮元素。e的基态原子最外层电子排布式为3s23p1，是铝元素。d的原子半径在同周期元素中最大，且d的原子序数比c大比e小，故d是钠元素。f的基态原子的最外层p轨道有两个电子的自旋方向与其他电子的自旋方向相反，说明p轨道上有5个电子，是氯元素。g的基态