高考化学一轮复习 选修3 物质结构与性质 第一章 原子结构与性质课件.ppt

选修3物质结构与性质第一章原子结构与性质 考点一原子结构 核心知识通关 1 能层与能级 1 能层符号及各能层最多容纳电子数 k l 8 m 18 n 32 o 50 2 能级的符号和所能容纳的最多电子数如下 1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p 4d 4f 2 6 2 6 10 2 6 10 14 2 原子轨道的能量关系 球形 哑铃 1 3 相等 3 原子核外电子排布规律 1 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 状态 最低 构造原理即基态原子核外电子进入原子轨道的顺序 示意图如下 2 泡利原理 在一个原子轨道里最多只能容纳 电子 且它们的自旋状态 3 洪特规则 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 且自旋状态 2个 相反 单独占据一个轨道 相同 4 基态原子核外电子排布的表示方法 1s22s22p63s23p4 5 原子状态与原子光谱 1 原子的状态 基态原子 处于 的原子 激发态原子 基态原子的电子吸收能量后 从 跃迁到 状态的原子 最低能量 低能 级 高能级 2 原子光谱 不同元素的原子发生跃迁时会 或 不同的光 用光谱仪记录下来便得到原子光谱 利用原子光谱的特征谱线可以鉴定元素 称为光谱分析 吸收 释放 3 基态 激发态及光谱示意图 特别提醒 1 任一电子层的能级总是从s能级开始 而且能级数等于该电子层序数 2 以s p d f 排序的各能级可容纳的最多电子数依次为1 3 5 7 的二倍 3 核外电子在排布时三条原则要兼顾 不可顾此失彼 同时要注意洪特规则的特例 当原子轨道为全空 半充满或全充满时 这些状态下总的电子云的分布是空间对称的 原子体系的能量低 原子的电子排布最稳定 4 构造原理中的排布顺序 其实质是各能级的能量高低顺序 能量大小规律是ns n 2 f n 1 d np 5 电子的填充顺序与排布式的书写顺序不完全一致 如21号以后的元素虽然电子先排布在能量较低的4s 后填入3d 但书写电子排布式时仍把3d写在前面 方法规律 1 核外电子排布规律 1 遵守三大基本原理 能量最低原理 泡利原理 洪特规则 2 能级交错现象 核外电子的能量并不是完全按能层序数的增加而升高 不同能层的能级之间的能量高低有交错现象 如e 3d e 4s e 4d e 5s e 5d e 6s e 6d e 7s e 4f e 5p e 4f e 6s 等 3 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的基态原子电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s1 而不是1s22s22p63s23p63d44s2 2 核外 价 电子排布的表示方法 高考模拟精练 1 1 2015 全国卷 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 2014 江苏高考 cu 基态核外电子排布式为 3 2014 全国卷 基态铁原子有 个未成对电子 fe3 的电子排布式为 4 2014 安徽高考 s的基态原子核外有 个未成对电子 si的基态原子核外电子排布式为 5 2014 全国卷 cu的价层电子轨道示意图为 解析 1 电子在核外出现的概念分布以电子云形象化描述 14c中含有6个电子 其中1s和2s轨道存在自旋相反的电子 2p轨道上有2个未成对电子 所以核外存在2对自旋相反的电子 2 cu为29号元素 核外电子排布式为 ar 3d104s1 cu 失去4s上面的一个电子 则为 ar 3d10 3 基态铁原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2 所以有4个未成对电子 失去2个4s 1个3d电子形成fe3 其电子排布式为1s22s22p63s23p63d5 4 硫基态原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p4 其中最外层的p轨道上有2个未成对电子 硅基态原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p2 5 cu的价层电子轨道示意图为 答案 1 电子云2 2 ar 3d10 或1s22s22p63s23p63d10 3 41s22s22p63s23p63d5 4 21s22s22p63s23p2 5 2 2016 长春模拟 如图是s能级和p能级的原子轨道图 试回答下列问题 1 s电子的原子轨道呈 形 每个s能级有 个原子轨道 p电子的原子轨道呈 形 每个p能级有 个原子轨道 2 元素x的原子最外层电子排布式为nsnnpn 1 原子中能量最高的是 电子 其电子云在空间有 方向 元素x的名称是 它的氢化物的电子式是 若元素x的原子最外层电子排布式为nsn 1npn 1 那么x的元素符号为 原子的电子排布图为 解析 1 s电子的原子轨道都是球形的 每个s能级有1个原子轨道 p电子的原子轨道都是哑铃形的 每个p能级有3个原子轨道 它们相互垂直 分别以px py pz表示 2 因为元素x的原子最外层电子排布式为nsnnpn 1 np轨道已排上电子 说明ns轨道已排满电子 即n 2 则元素x的原子核外电子排布式为1s22s22p3 是氮元素 其中原子中能量最高的是2p电子 其电子云在空间有三个互相垂直的伸展方向 氮元素的氢化物是氨气 含有极性键 其电子式是 当元素x的原子最外层电子排布式为nsn 1npn 1时 根据上述分析 有n 1 2 则n 3 所以x元素的原子核外电子排布式为 1s22s22p63s23p4 是硫元素 硫元素的元素符号为s 其原子的电子排布图为 答案 1 球1哑铃3 2 2p三个互相垂直的伸展氮s 3 2016 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基态原子的核外电子排布为 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 解析 根据提供的信息 可以推断a为n b为mg c为cl 1 n的基态原子中能量最高的电子为2p能级上电子 电子云在空间有3个方向 原子轨道呈哑铃形 2 该同学所画的电子排布图中3s能级上两个电子自旋方向相同 违背了泡利原理 3 cl的价电子排布式为3s23p5 位于第3周期 a族 属于p区元素 答案 1 3哑铃 2 泡利原理 3 ap3s23p5 加固训练 1 有a b c d e f g七种前四周期元素 g的原子序数最大 已知 a b c三种元素的原子次外层电子排布都是 n 1 s2 n 1 p6 d e f三种元素的原子序数分别等于a b c的最外层电子数 g元素原子的最外层电子数和a相同 内层电子排布均符合2n2 c的气态单质在标准状况下每升的质量为3 17g a与c能 形成离子化合物ac a离子比c离子少一个能层 e原子的最外电子层中p能级的电子数等于前一能层的电子总数 回答下列问题 1 上述元素的基态原子中 含有2个未成对电子的元素是 填元素符号 它们位于元素周期表的 区 2 a与d能形成离子化合物ad 则ad的电子式是 3 c元素基态原子的价电子排布式为 f元素基态原子最外层电子的电子排布图为 解析 由于a b c三种元素的原子次外层电子排布都是 n 1 s2 n 1 p6 说明a b c都在第3周期或第4周期 由c的气态单质在标准状况下每升的质量为3 17g 可求得单质c的摩尔质量为71g mol 1 即c是氯 f为氮 a b为第3周期元素 根据a与c能形成离子化合物ac a离子比c离子少一个能层 说明a是钠 d为氢 根据g元素原子的最外层电子数和a相同 内层电子排布均 符合2n2 且g的原子序数最大 说明g是铜 根据e原子的最外电子层中p能级的电子数等于前一能层的电子总数 说明e是碳 b为硫 答案 1 c sp 2 3 3s23p5 2 2016 保定模拟 根据题意回答下列问题 1 写出基态fe2 核外电子排布式 基态氟原子价电子排布图 2 电负性 s o 填 下同 第一电离能 n f h3o 空间构型是 中s的杂化类型是 3 hcn分子中 键与 键数目之比为 4 与cn 互为等电子体的分子是 写分子式 解析 1 铁的原子序数是26 因此基态fe2 核外电子排布式为 ar 3d6或1s22s22p63s23p63d6 f的原子序数是9 则基态氟原子价电子排布图为 2 同主族自上而下电负性逐渐减弱 则电负性 s o 非金属性越强 第一电离能越大 则第一电离能 n f h3o 中价层电子对数是4 其中含有一对孤电子对 其空间构型是三角锥 中硫原子含有的孤电子对数是 1 价层电子对数是4 因此其中s杂化类型是sp3 3 单键都是 键 三键是由1个 键和2个 键组成的 hcn的结构式为h c n 所以分子中 键与 键数目之比为1 1 4 原子数和价电子数分别都相等的是等电子体 则与cn 互为等电子体的分子是n2 答案 1 ar 3d6或1s22s22p63s23p63d6 2 三角锥sp3 3 1 1 4 n2 考点二原子结构与元素的性质 核心知识通关 1 原子结构与元素周期表 1 原子结构与周期表的关系 完成下列表格 ne 3s1 18 1s22s22p63s23p6 ar 4s1 36 1s22s22p63s23p63d104s24p6 2 每族元素的价电子排布特点 主族 ns1 ns2 ns2np1 ns2np2 ns2np3 ns2np4 ns2np5 0族 he 1s2 其他 ns2np6 过渡元素 副族和第 族 n 1 d1 10ns1 2 pd除外 3 元素周期表的分区 周期表的分区 各区元素化学性质及原子最外层电子排布特点 ns1 2 ns2np1 6 元素的分布 非金属在元素周期表中主要集中在右上角三角区内 处于非金属三角区与金属接近的边缘的元素常被称为 或 半金属 准金属 2 元素周期律 1 电离能 电负性 第一电离能 气态电中性基态原子 一个电子转化为气态基态正离子所需的最低能量 电负性 用来描述不同元素的原子对键合电子 的大小 失去 吸引 力 2 原子结构与元素性质的递变规律 相同 逐渐增多 相 同 递增 逐渐减小 逐渐增大 1 7 4 1 主族序 数 主族序数 8 逐渐增 强 逐渐减 弱 逐渐减 弱 逐渐增强 增大的趋势 逐渐减小 逐渐增大 逐渐减小 逐渐减弱 逐渐增强 逐渐增强 逐渐减弱 3 对角线规则 在元素周期表中 某些主族元素与 的主族元素的有些性质是相似的 如 右下方 特别提醒 1 外围电子排布 即 价电子层 对于主族元素 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 主族元素的最高正价 o f除外 族序数 8 最低负价 3 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判断电离能的大小 4 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 5 同周期元素 从左到右 非金属性逐渐增强 电负性越来越大 第一电离能总体呈增大趋势 典题技法归纳 考向1 元素 位 构 性 的关系 2016 双鸭山模拟 现有属于前四周期的a b c d e f g七种元素 原子序数依次增大 a元素的价电子构型为nsnnpn 1 c元素为最活泼的非金属元素 d元素核外有三个电子层 最外层电子数是核外电子总数的1 6 e元素正三价离子的3d轨道为半充满状态 f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 g元素与a元素位于同一主族 其某种氧化物有剧毒 1 a元素的第一电离能 填 或 b元素的第一电离能 a b c三种元素的电负性由小到大的顺序为 用元素符号表示 2 d元素原子的价电子排布式是 3 c元素的电子排布图为 e3 的离子符号为 4 f元素位于元素周期表的 区 其基态原子的电子排布式为 5 g元素可能的性质 a 其单质可作为半导体材料b 其电负性大于磷c 最高价氧化物对应的水化物是强酸 解析 a元素的价电子构型为nsnnpn 1 则a是n c元素为最活泼的非金属元素 则c是f 那么b是o d元素核外有三个电子层 最外层电子数是核外电子总数的1 6 则d是mg e元素正三价离子的3d轨道为半充满状态 则e是fe f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 则f是cu g元素与a元素位于同一主族 其某种氧化物有剧毒 则g是as 1 由于n的最外层电子处于半充满的稳定状态 失去电子比o难 所以元素的第一电离能a b 一般情况下同一周期的元素 原子序数越大 元素的电负性越大 所以a b c三种元素的电负性由小到大的顺序为n o f 2 镁元素原子的价电子排布式是3s2 3 c元素是f 其电子排布图为 e是fe e3 的离子符号为fe3 4 f是cu cu位于元素周期表的ds 区 其基态原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s1或 ar 3d104s1 5 a as是非金属 位于金属与非金属交界区 其单质为半导体材料 正确 b as的电负性小于磷 错误 c as的最高价氧化物对应的水化物h3aso4 酸性弱于磷酸 所以是弱酸 错误 答案 1 n o f 2 3s2 3 fe3 4 ds1s22s22p63s23p63d104s1或 ar 3d104s1 5 a 母题变式 1 e3 较e2 更稳定的原因是 提示 fe3 的3d为半充满状态 能量低更稳定e3 为fe3 其电子排布式为1s22s22p63s23p63d5 而e2 为fe2 其电子排布式为1s22s22p63s23p63d6 fe3 的3d为半充满 能量低 更稳定 2 活泼性 d 填 或 或 镁原子的3p轨道处于全空 比较稳定 而铝原子3p轨道只有一个电子不稳定元素d为mg 活泼性mg al i1 mg i1 al 因为mg的3p轨道处于全空 比较稳定 而al的3p轨道只有一个电子 不稳定 故活泼性mg al 而第一电离能则是i1 mg i1 al 考向2 电离能和电负性的应用 2016 宜宾模拟 根据信息回答下列问题 信息a 第一电离能i1是指气态原子x g 处于基态时 失去一个电子成为气态基态正离子x g 所需的能量 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 17号元素的有关数据缺失 信息b 不同元素的原子在分子内吸引电子的能力大小可用电负性表示 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 1 认真分析a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 al 填元素符号 2 由图分析可知 同一主族元素原子的第一电离能i1变化规律是 3 图中第一电离能最小的元素在周期表中的位置是第 周期 族 4 根据对角线规则 铍 铝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 5 通过分析电负性值变化规律 确定镁元素电负性值的最小范围 6 请归纳元素的电负性和金属性 非金属性的关系是 7 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 即写出判断的方法和结论 请设计一个实验方案证明上述所得到的结论 解析 1 由所给的图可以看出 同周期的 a族元素的第一电离能最小 而 a族元素第一电离能小于 a族元素第一电离能 故na al mg 2 同主族元素第一电离能从图中可看出从上到下逐渐减小 3 根据第一电离能的递变规律可以看出 图中所给元素中rb的第一电离能最小 其位置为第5周期第 a族 4 根据对角线规则 al oh 3与be oh 2性质相似 be oh 2应具有两性 根据al oh 3 naoh naalo2 2h2o al oh 3 3hcl alcl3 3h2o可以类似地写出be oh 2与酸或碱反应的离子方程式 5 根据电负性的递变规律 同周期从左到右电负性逐渐增大 同主族从上到下电负性逐渐减小 可知 在同周期中电负性namg ca 最小范围应为0 93 1 57 6 因电负性可以用来衡量原子吸引电子能力大小 所以 电负性越大 原子吸引电子能力越强 非金属性越强 反之金属性越强 7 alcl3中al与cl的电负性差值为1 55 根据信息 电负性差值若小于1 7 则形成共价键 所以alcl3为共价化合物 共价化合物和离子化合物最大的区别在于熔融状态下是否导电 离子化合物在熔融状态下以离子形式存在 可以导电 但共价化合物却不能 答案 1 namg 2 从上到下依次减小 3 5 a 4 两be oh 2 2h be2 2h2o be oh 2 2oh 2h2o 5 0 93 1 57 6 非金属性越强 电负性越大 金属性越强 电负性越小 7 铝元素和氯元素的电负性差值为1 55 1 7 所以形成共价键 为共价化合物将氯化铝加热到熔融态 进行导电性实验 如果不导电 说明是共价化合物 归纳总结 1 元素位置和结构的互推方法 1 原子结构和元素在周期表中的位置互推的依据 电子层数 周期数 主族元素的最外层电子数 族序数 主族元素的最高正价 o f除外 族序数 8 最低负价 2 依据元素的原子序数推断元素在周期表中的位置 依据核外每个电子层最多排布电子规律 每个周期元素种数 推出稀有气体的原子序数 结合周期表中各纵行的排列规律 确定未知元素所在的周期及族 2 电离能和电负性的应用 1 递变规律 2 应用 电离能的应用 a 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 b 判断元素在化合物中的化合价 如钾元素i1 i2 i3表明钾原子易失去1个电子形成 1价阳离子 c 判断元素核外电子的分层排布情况 如锂元素i1 i2 i3表明锂原子核外的三个电子排布在两个能层 k l 上 且最外层上只有一个电子 电负性的应用 a 判断元素金属性 非金属性强弱 电负性越大 非金属性越强 金属性越弱 b 判断化学键的类型 一般认为如果两种成键原子间的电负性差值大于1 7 通常形成离子键 若差值小于1 7 通常形成共价键 c 判断元素在化合物中的价态 共价化合物中 成键元素电负性大的表现为负价 高考模拟精练 1 2016 西安模拟 现有a b c d e f原子序数依次增大的六种元素 它们位于元素周期表的前四周期 a元素原子的核外电子数与其所在周期数相等 b元素原子核外有3个能级上有电子 且每个能级上的电子数相同 d元素原子核外有8个运动状态不同的电子 e元素与f元素处于同一周期相邻的族 它们的原子序数相差3 且e元素的基态原子有4个未成对电子 请回答下列问题 1 e元素基态原子的核外价层电子排布式为 2 用元素符号表示b c d三种元素的第一电离能由低到高的排序 3 a元素与b c元素可形成化合物b2a4 c2a4 其结构式分别为 解析 a元素原子的核外电子数与其所在周期数相等 a为氢元素 b元素含有3个能级1s 2s 2p 且每个能级所含的电子数相同 都是2个电子 则b为碳元素 d的原子核外有8个运动状态不同的电子 所以d是氧元素 则c是氮元素 e元素与f元素处于同一周期相邻的族 它们的原子序数相差3 说明e f是第4周期元素 因为前三周期相邻主族元素的原子序数只差1 e元素的基态原子有4个未成对电子 则e为26号元素fe f为29号元素cu 1 铁元素基态原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2 故价层电子排布式为3d64s2 2 同周期元素第一电离能随核电荷数增大而呈增大趋势 但n的2p轨道电子是半充满 比较稳定 不易失去 所以c n o三种元素的第一电离能由低到高的顺序是c o n 3 化合物b2a4 c2a4分别为c2h4 n2h4 它们的结构式分别为答案 1 3d64s2 2 c o n 3 2 2016 青岛模拟 已知 a f都是周期表中前4周期的元素 它们的原子序数依次增大 其中a c原子的l层有2个未成对电子 d与e同主族 d的二价阳离子与c的阴离子具有相同的电子层结构 f3 的m层3d轨道电子为半充满状态 请根据以上信息 回答下列问题 1 a b c的电负性由小到大的顺序为 用元素符号表示 2 d元素的原子核外共有 种不同运动状态的电子 种不同能级的电子 3 写出e的基态原子的电子排布式 4 f和x 质子数为25 两元素的部分电离能数据列于下表 比较两元素的i2 i3可知 气态x2 再失去一个电子比气态f2 再失去一个电子难 对此 你的解释是 解析 a c原子的l层有2个未成对电子 则a为1s22s22p2 c为1s22s22p4 a为c 碳 c为o a f原子序数依次增大 则b为n d与e同主族 d的二价阳离子与c的阴离子具有相同的电子层结构 则d为mg e为ca f3 的m层3d轨道电子为半充满状态 则f为fe 1 c n o的电负性 由小到大顺序为c n o 2 mg的原子核外有12个电子 即12种不同的运动状态 具有1s 2s 2p 3s共4个不同的能级 3 e为ca 电子排布式为1s22s22p63s23p64s2 4 mn2 的3d轨道电子排布为半充满状态 较稳定 故再失去一个电子比fe2 难 答案 1 c n o 2 124 3 1s22s22p63s23p64s2 4 mn2 的3d轨道电子排布为半充满状态 较稳定 加固训练 1 2013 新课标全国卷 前四周期原子序数依次增大的元素a b c d中 a和b的价电子层中未成对电子均只有1个 并且a 和b 的电子数相差为8 与b位于同一周期的c和d 它们价电子层中的未成对电子数分别为4和2 且原子序数相差为2 回答下列问题 1 d2 的价层电子排布图为 2 四种元素中第一电离能最小的是 电负性最大的是 填元素符号 解析 由题目信息可以推出 a为f b为k c为fe d为ni 1 d2 的价电子排布图为 2 k的4s轨道只有1个电子 失电子能力比较强 铁元素的4s轨道有2个电子 3d轨道有6个电子 镍元素的4s轨道有2个电子 3d轨道有8个电子 故这四种元素中第一电离能最小的元素是k 一般来说 元素的非金属性越强 电负性就越大 所以这四种元素中电负性最大的元素是f 答案 1 2 kf 2 下表为元素周期表的一部分 请回答 1 写出 的基态原子的电子排布式 2 第一电离能 填 或 3 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 4 分别形成的气态氢化物 稳定性较