高考化学 3.1 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 知识梳理 一 原子结构1 能层与能级 1 能层符号及各能层最多容纳电子数 k l m n o 8 18 32 50 2 能级的符号和所能容纳的最多电子数如下 1s 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2 4p 6 4d 10 4f 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 简称能量最低原理 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 最低 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 2 原子光谱 不同元素的原子发生电子跃迁时会 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 最低能量 低能级 高 能级 吸收 释放 3 基态 激发态及光谱示意图 微点拨 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 二 元素周期表1 元素周期表中每周期所含元素种数 3d 4p 18 4d 5p 18 4f 5d 6p 32 5f 6d 7p 32 2 每族元素的价电子排布特点 1 主族 ns1 ns2 ns2np1 ns2np2 ns2np3 ns2np4 ns2np5 2 0族 he 1s2 其他 ns2np6 3 过渡元素 副族和第 族 n 1 d1 10ns1 2 3 元素周期表的分区与价电子排布的关系 1 周期表的分区 2 各区外围电子排布特点 ns1 2 ns2np1 6 3 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 三 元素周期律1 电离能 电负性 1 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 2 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 考点一原子核外电子排布及表示方法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 高考警示 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正确 fe 1s22s22p63s23p64s23d6错误 典题 1 2014 江苏高考 cu 基态核外电子排布式为 2 2014 新课标全国卷 基态fe原子有 个未成对电子 fe3 的电子排布式为 3 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 4 2014 新课标全国卷 cu的价层电子轨道示意图为 5 2013 新课标全国卷 基态si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 解析 1 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 2 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 3 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 4 cu的价层电子轨道示意图为 5 si的原子序数为14 则核外电子数为14 电子排布式为1s22s22p63s23p2 依据核外电子能量排布原理 电子由离核近的区域依次由里向外排布 所以电子占据的最高能层符号为m 该能层具有的原子轨道为s p d 共计9个原子轨道 电子数为4 答案 1 ar 3d10 或1s22s22p63s23p63d10 2 41s22s22p63s23p63d5 3 21s22s22p63s23p2 4 5 m94 针对训练 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3p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 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 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 已知x y和z三种元素的原子序数之和等于42 x元素原子的4p轨道上有3个未成对电子 y元素原子的最外层2p轨道上有2个未成对电子 x跟y可形成化合物x2y3 z元素可以形成负一价离子 请回答下列问题 1 x元素原子基态时的电子排布式为 该元素的符号是 2 y元素原子的价层电子的电子排布图为 该元素的名称是 3 x与z可形成化合物xz3 该化合物能使湿润的红色石蕊试纸变 4 已知化合物x2y3在稀硫酸溶液中可被金属锌还原为xz3 产物还有znso4和h2o 该反应的化学方程式是 5 比较x的氢化物与同族第2 3周期元素所形成的氢化物稳定性高低并说明理由 解析 x元素原子的4p轨道上有3个未成对电子 基态原子电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p3 是砷元素 as y元素原子的最外层2p轨道上有2个未成对电子 且能与x形成化合物x2y3 故基态电子排布式为1s22s22p4 是氧元素 o z的原子序数为42 33 8 1 是氢元素 h ash3类似于nh3 水溶液显碱性 答案 1 1s22s22p63s23p63d104s24p3as 2 氧 3 蓝 4 as2o3 6zn 6h2so4 2ash3 6znso4 3h2o 5 稳定性 nh3 ph3 ash3 因为键长越短 键能越大 化合物越稳定 考点二元素 位 构 性 的关系 自主训练 2015 石家庄模拟 下表列出前20号元素中的某些元素性质的一些数据 试回答下列问题 1 以上10种元素中第一电离能最小的是 填编号 比元素b原子序数大10的元素在元素周期表中的位置 第 周期 第 族 其基态原子的核外电子排布式是 2 由上述c e g三种元素中的某两种元素形成的化合物中 每个原子的最外层都满足8电子稳定结构的可能是 写分子式 写出两种即可 元素g i分别和j形成的两种化合物的晶体类型分别是 3 元素e与c及氢元素可形成一种相对分子质量为60的一元羧酸分子 其分子中共形成 个 键 个 键 4 短周期某主族元素k的电离能情况如图 a 所示 则k元素位于周期表的第 族 图 b 是研究部分元素的氢化物的沸点变化规律的图象 折线c可以表达出第 族元素氢化物的沸点的变化规律 不同同学对某主族元素的氢化物的沸点的变化趋势画出了两条折线 折线a和折线b 你认为正确的是 理由是 解析 确定表中10种元素是解题的关键 先由最高正价及最低负价可初步确定元素在周期表中所在的族 如a是第 a族 e是第 a族等 再结合原子半径的数据即可确定a j10种元素依次为s k o al c p cl na n si 1 第一电离能最小的应是钾元素 即b 钾原子序数是19 比钾原子序数大10的元素是29号元素铜 在第4周期第 b族 基态原子的核外电子排布式为 ar 3d104s1 2 c e g即o c cl 三种元素中任两种组成的化合物有多种 最外层都满足8电子结构的有co2 ccl4 cl n分别与si形成的化合物为sicl4和si3n4 分别是分子晶体和原子晶体 3 c o h三种元素形成的一元酸 相对分子质量为60 是醋酸 ch3cooh 分子中共有7个 键 1个 键 4 元素k的电离能i4 i3 故应属于第 a族元素 图 b 中折线c表明氢化物沸点逐渐升高 表达的是 a元素氢化物沸点的变化规律 折线a和b相比较 b比较合理 因为a的最高点大于a点 100 不合理 答案 1 b4 b1s22s22p63s23p63d104s1或 ar 3d104s1 2 co2 ccl4分子晶体 原子晶体 3 71 4 a aba点所示的氢化物是水 其沸点在氧族元素的氢化物中最高是由于在水分子间存在着氢键 其强度远大于范德华力 归纳总结 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 1 电子层数 周期数 2 主族元素的最外层电子数 族序数 3 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 加固训练 1 2015 内江模拟 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4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 1 已知ba5为离子化合物 写出其电子式 2 b元素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位于第 族 区 该元素的核外电子排布式为 5 de3中心原子的杂化方式为 用价层电子对互斥理论推测其空间构型为 解析 由题给信息可知元素a b c d e f g分别为h n mg p cl k mn 1 离子化合物nh5为氢化铵 2 氮原子的基态原子能量最高的电子为p电子 p电子云有三个方向 原子轨道呈哑铃形 3 题图中3s轨道的两个电子自旋方向相同 违背了泡利原理 5 pcl3的中心原子p的价层电子对数为4 故为sp3杂化 因外层有一对孤电子对 故空间构型为三角锥形 答案 1 2 3哑铃 3 泡利原理 4 bd1s22s22p63s23p63d54s2 5 sp3三角锥形 2 w x y z是四种常见的短周期元素 其原子半径随原子序数变化如右图所示 已知w的一种核素的质量数为18 中子数为10 x和氖原子的核外电子数相差1 y的单质是一种常见的半导体材料 z的电负性在同周期主族元素中最大 1 x位于元素周期表中第 周期第 族 w的基态原子核外有 个未成对电子 2 x的单质和y的单质相比 熔点较高的是 写化学式 z的气态氢化物和溴化氢相比 较稳定的是 写化学式 3 y与z形成的化合物和足量水反应 生成一种弱酸和一种强酸 该反应的化学方程式是 4 在25 101kpa下 已知y的气态氢化物在氧气中完全燃烧后恢复至原状态 平均每转移1mol电子放热190 0kj 该反应的热化学方程式是 解析 根据题意 w的一种核素的质量数为18 中子数为10 则w为o x和氖原子的核外电子数相差1 且原子半径比w大 则x为na y的单质是一种常见的半导体材料 不难推断y为si z的电负性在同周期主族元素中最大 且原子半径比o大 而比na小 不难推出z为cl 答案 1 3 a2 2 sihcl 3 sicl4 3h2o h2sio3 4hcl 4 sih4 g 2o2 g sio2 s 2h2o l h 1520 0kj mol 1 考点三电离能和电负性的应用1 递变规律 2 应用 1 电离能的应用 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 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 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 2 电负性的应用 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 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 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 高考警示 1 利用第一电离能的变化解决问题时的注意事项 同一周期的主族元素从左到右第一电离能呈增大趋势 原因是核电荷数增多 而电子层数不变 原子核对核外电子的吸引力增大 由于第一电离能与原子核外电子排布有关 所以在解答此类题目时注意第一电离能的总体变化趋势与个别元素的反常现象 2 利用 电负性与1 8的关系 判断金属性与非金属性只是一般规律 不是绝对的 如bi pb等元素 利用电负性的差值判断化学键类型也不是绝对的 典题 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阳离子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号 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 针对训练 2015 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共四个不同的能级 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 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 稳定性较强的是 填化学式 下同 沸点较高的是 原因 解析 根据周期表可以确定 元素分别为h c n f mg p cl ar ca fe 进而回答各个问题 1