（江苏选考）2021版新高考化学一轮复习 选修1 第一单元 原子结构与元素的性质教学案 苏教版

第一单元原子结构与元素的性质学习任务1原子核外电子的排布1核外电子的排布特征(1)电子云用小点的疏密来描述电子在原子核外空间出现的机会的大小所得到的图形。(2)电子层(又称为能层)在多电子原子中，核外电子的能量是不同的。能量不同的电子在核外不同的区域内运动，这种不同的区域称为电子层。习惯上人们用英文字母n表示电子层。原子中由里向外的电子层数可取1、2、3、4、5等正整数，对应的电子层符号分别为k、l、m、n、o等。每一电子层最多容纳的电子数为2n2。离核越近的电子层，能量越低。不同电子层的能量是不连续的。(3)原子轨道(又称为能级)在多电子原子中，同一电子层的电子，能量也可能不同，不同能量的电子分占在不同的原子轨道，不同形状的原子轨道分别用s、p、d、f表示。原子轨道有不同的形状：s轨道呈球形，p轨道呈纺锤形，d轨道和f轨道较复杂。形状相同的原子轨道在原子核外空间还有不同的伸展方向。2原子核外电子排布的原理(1)能量最低原理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。如图为原子核外电子排布的轨道能量顺序图。(2)泡利不相容原理每个原子轨道最多容纳2个电子，并且自旋状态相反。(3)洪特规则当电子排布在不同轨道时，原子中的电子总是优先单独占据一个轨道，并且自旋状态相同。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。3原子核外电子排布的表示方法表示方法以硫原子为例电子排布式1s22s22p63s23p4简化电子排布式ne3s23p4轨道表示式外围电子排布式3s23p44.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，电子会跃迁到能量较高的原子轨道，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：原子电子排布式简化电子排布式n1s22s22p3he2s22p3cl1s22s22p63s23p5ne3s23p5ca1s22s22p63s23p64s2ar4s2fe1s22s22p63s23p63d64s2ar3d64s2cu1s22s22p63s23p63d104s1ar3d104s12.请用核外电子排布的相关规则解释fe3较fe2更稳定的原因。答案：26fe外围电子的电子排布式为3d64s2，fe3外围电子的电子排布式为3d5，fe2外围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，结构更为稳定，所以fe3较fe2更为稳定。3(1)(2018高考江苏卷)fe2基态核外电子排布式为_。(2)(2018高考全国卷)基态fe原子价层电子的电子排布图(轨道表达式)为_。(3)(2018高考全国卷)zn原子核外电子排布式为_。(4)(2017高考全国卷 )元素k的焰色反应呈紫红色，其中紫色对应的辐射波长为_nm(填标号)。a404.4b553.5c589.2 d670.8e766.5基态k原子中，核外电子占据最高能层的符号是_，占据该能层电子的电子云轮廓图形状为_。解析：(1)fe的原子序数是26，fe2核外有24个电子，其基态核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d6。(2)基态fe原子核外有26个电子，按照构造原理，其核外电子排布式为ar3d64s2，按照洪特规则，价层电子3d上6个电子优先占据5个不同轨道，故价层电子的电子排布图为。(3)zn原子核外有30个电子，电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s2或ar3d104s2。(4)当对金属钾或其化合物进行灼烧时，焰色反应显紫色，可见光的波长范围为400760 nm，紫色光波长较短(钾原子中的电子吸收较多能量发生跃迁，但处于较高能量轨道的电子不稳定，跃迁到较低能量轨道时放出的能量较多，故放出的光的波长较短)。基态钾原子核外有4个能层：k、l、m、n，能量依次增高，处于n层的1个电子位于s轨道，s电子云轮廓图形状为球形。答案：(1)1s22s22p63s23p63d6(或ar3d6)(2)(3)1s22s22p63s23p63d104s2(或ar3d104s2)(4)an球形 (1)第一电子层(k)只有s一种原子轨道；第二电子层(l)有s、p两种原子轨道；第三电子层(m)有s、p、d三种原子轨道。(2)s轨道只有1个轨道，p轨道有3个轨道，d轨道有5个轨道，f轨道有7个轨道。(3)核外电子的能量并不是完全按电子层序数的增加而升高，不同电子层的原子轨道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。(4)原子轨道的能量关系相同电子层上原子轨道能量的高低：nsnpndnf形状相同的原子轨道能量的高低：1s2s3s4s同一电子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。 提升一原子核外电子排布式的书写1(1)31ga的正三价阳离子的核外电子排布式为_。(2)cu2的外围电子排布式为_。(3)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。(4)下列表示的为激发态原子的是_。a1s12s1 b1s22s22p1c1s22p53s1 d1s22s22p63s2答案：(1)1s22s22p63s23p63d10(或ar3d10)(2)3d9(3)电子云2(4)ac2(1)s的基态原子核外有_个未成对电子。(2)基态硼原子的电子排布式为_。(3)cu基态核外电子排布式为_。(4)周期表前四周期元素中e的最外层只有1个电子，但次外层有18个电子，e的外围电子轨道表示式为_。(5)xy2是红棕色气体；x与氢元素可形成xh3。y基态原子的电子排布式是_。(6)基态fe原子有_个未成对电子。解析：(1)s的外围电子排布式为3s23p4，利用洪特规则和泡利不相容原理可知s的基态原子核外有2个未成对电子。(2)硼原子的核外电子数是5，则基态硼原子的电子排布式为 1s22s22p1。(3)cu为29号元素，cu核外有28个电子，按照核外电子排布规律，其核外电子排布式应为1s22s22p63s23p63d10或ar3d10。(4)由e的最外层只有1个电子且次外层有18个电子确定e为铜元素。(5)依据题目信息：xy2为红棕色气体，且x可以形成xh3，则x为氮元素，y为氧元素。(6)基态fe原子3d原子轨道排有6个电子，即基态fe原子存在4个未成对电子。答案：(1)2(2)1s22s22p1(3)1s22s22p63s23p63d10(或ar3d10)(4)(5)1s22s22p4(6)4 (1)复杂原子的核外电子排布式对于复杂原子的核外电子排布式，应先按能量最低原理从低到高排列，然后将同一电子层的排在一起。例如：26fe，先按能量从低到高排列为1s22s22p63s23p64s23d6，然后将同一电子层的电子排在一起，即该原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2。(2)特殊原子的核外电子排布式例如：24cr，先将电子按能量从低到高排列为1s22s22p63s23p64s23d4，因3d5是半充满稳定状态，因此需要将4s轨道上的一个电子调整到3d轨道上，得1s22s22p63s23p64s13d5，再将同一电子层的排在一起，得该原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s1。再如：29cu，先将电子按能量从低到高排列为1s22s22p63s23p64s23d9，因3d10是全充满稳定状态，因此需要将4s轨道上的一个电子调整到3d轨道上，得1s22s22p63s23p64s13d10，再将同一电子层的排在一起，得该原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s1。 提升二根据原子核外电子排布推断元素3a、b、c、d、e、f代表6种元素。请根据各项信息填空。(1)a元素基态原子的最外层有3个未成对电子，次外层有8个电子，则a的元素符号为_。(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，则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轨道为半充满状态，则d的元素符号为_，其基态原子的轨道表示式为_。(4)e元素基态原子的m层全充满，n层只有一个电子，则e的元素符号为_。(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，其原子轨道呈_形。解析：(1)根据a元素基态原子的电子排布情况：最外层有3个未成对电子，次外层有8个电子，其轨道表示式为，则该元素核外有15个电子，为磷元素，其元素符号为p。(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d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轨道只有1个原子轨道，故最多只能容纳2个电子，即n2，所以f元素的原子最外层电子排布式为2s22p3，由此可知f是氮元素；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轨道能量最高，p电子的原子轨道呈纺锤形。答案：(1)p(2)clk(3)fe(4)cu(5)22p纺锤核外电子排布式书写的几个易错点(1)24cr、29cu的特殊性。前者半充满、后者全充满更稳定，所以二者简化的核外电子排布式分别为ar3d54s1、ar3d104s1。 (2)离子核外电子排布式的书写。要注意一定是先写原子的核外电子排布式，然后再从外到里失电子(阳离子)或最外层得电子(阴离子)，最后写出相应离子的核外电子排布式。(3)注意区分“核外电子排布式”“外围电子排布式”和“最外层电子排布式”。外围电子排布式指去除“原子实”后的剩余部分。最外层电子排布式则指最外层电子的排布(对于主族元素的原子而言，外围电子就是最外层电子)。学习任务2元素性质的递变规律一、原子结构与元素在周期表中的位置关系1原子结构与周期表的关系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简化电子排布式原子序数基态原子的电子排布式223he2s1101s22s22p63311ne3s1181s22s22p63s23p64419ar4s1361s22s22p63s23p63d104s24p65537kr5s1541s22s22p63s23p63d104s24p64d105s25p66655xe6s1861s22s22p63s23p63d104s24p64d104f145s25p65d106s26p6（1）电子层数周期序数。（2）主族元素最外层电子数主族序数。2元素周期表的分区与外围电子排布的关系(1)元素周期表的分区(2)各区外围电子排布特点分区外围电子排布s区ns12p区ns2np16(除he外)d区(n1)d19ns12(除pd外)ds区(n1)d10ns12f区(n2)f014(n1)d02ns2二、第一电离能1含义气态电中性基态原子失去一个电子形成1价气态阳离子所需的最低能量，符号为i1，单位为kjmol1。2规律(1)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。(2)同主族元素：从上至下第一电离能逐渐减小。(3)同种原子：逐级电离能越来越大(即i1i2al，ps。(3)如果某元素的in1in，则该元素的常见化合价为n，如钠原子的最外层电子数为1，钠元素i2i1，其化合价为1。多电子原子中，元素的各级电离能逐级增大，当电离能的变化出现突变时，电子所在的电子层数就可能发生变化。 提升一第一电离能与电负性的比较1(1)镁所在周期中第一电离能最大的主族元素是_。(2)第一电离能：si_s(填“”或“pssimgalna，则第一电离能最大的是cl。(3)元素非金属性越强，电负性越大。同主族元素自上而下非金属性逐渐减弱，电负性逐渐降低，a正确；f的非金属性最强，没有正价，b错误；hf分子间存在氢键，其沸点高于hcl和hbr，c错误；卤素单质自上而下熔点逐渐升高，d错误。答案：(1)cl(2)y，下列说法错误的是()ax与y形成的化合物中，x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弱于yd气态氢化物的稳定性：hmy小于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强于y。电负性的应用 1(电子排布式和轨道表示式)(1)(2019高考江苏卷)cu2基态核外电子排布式为_。(2)(2019高考全国卷)fe成为阳离子时首先失去_轨道电子，sm的价层电子排布式为4f66s2，sm3价层电子排布式为_。(3)(2018高考全国卷 )下列li原子电子排布图表示的状态中，能量最低和最高的分别为_、_(填标号)。a.b.c. d.(4)(2017高考全国卷)氮原子价层电子的轨道表达式(电子排布图)为_。(5)(2017高考全国卷)co基态原子核外电子排布式为_。答案：(1)1s22s22p63s23p63d9(或ar3d9)(2)4s4f52(核外未成对电子数)(1)(2016高考全国卷)基态ge原子有_个未成对电子。(2)(2016高考全国卷)镍元素基态原子的3d能级上的未成对电子数为_。答案：(1)2(2)23(电子运动状态和电子云)(1)(2019高考全国卷改编)镁元素基态原子核外m层电子的自旋状态_(填“相同”或“相反”)。(2)(2018高考全国卷)基态s原子电子占据最高能级的电子云轮廓图为_形。答案：(1)相反(2)纺锤(哑铃)4(电离能)(1)(2019高考全国卷)下列状态的镁中，电离最外层一个电子所需能量最大的是_(填标号)。(2)(2018高考全国卷改编)由2li(晶体)2li(g)2li(g)可知，li原子的第一电离能为_kjmol1。(3)(2016高考全国卷)根据元素周期律，第一电离能ga_as(填“大于”或“小于”)。答案：(1)a(2)520(3)小于5(电负性)(1)(2017高考江苏卷)c、h、o三种元素的电负性由小到大的顺序为_。(2)(2016高考全国卷)光催化还原co2制备ch4反应中，带状纳米zn2geo4是该反应的良好催化剂。zn、ge、o电负性由大至小的顺序是_。(3)(2015高考全国卷改编)o、na、p、cl四种元素中电负性最大的是_(填元素符号)。答案：(1)hcgezn(3)o6(离子半径或原子半径)(1)(2018高考全国卷)li与h具有相同的电子构型，r(li)小于r(h)，原因是_。(2)(2016高考全国卷)根据元素周期律，原子半径ga_as(填“大于”或“小于”)。答案：(1)li核电荷数较大(2)大于一、单项选择题1.以下表示氦原子结构的化学用语中，对电子运动状态描述最详尽的是() 解析：选d。a、b、c三个选项只是表达出氦原子核外有2个电子，而d项能详尽地描述出电子的运动状态。2(2020太原模拟)下列各项叙述正确的是()a镁原子由1s22s22p63s21s22s22p63p2时，原子释放能量，由基态转化成激发态b价电子排布式为5s25p1的元素位于第5周期第a 族，是s区元素c所有原子任一电子层的s电子云轮廓图都是球形，但球的半径大小不同d24cr原子的核外电子排布式是1s22s22p63s23p63d44s2解析：选c。镁原子由1s22s22p63s21s22s22p63p2时，原子吸收能量，由基态转化成激发态，a错误；价电子排布式为5s25p1的元素，位于第5周期第a 族，是p区元素，b错误；所有原子任一电子层的s电子云轮廓图都是球形，电子层越大，球的半径越大，c正确；24cr原子的核外电子排布式是1s22s22p63s23p63d54s1，半充满轨道能量较低，d错误。3下列说法中正确的是()a第3周期所含元素中钠的第一电离能最小b铝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：选a。同周期中碱金属元素的第一电离能最小，稀有气体元素的最大，故a正确，c错误；由于镁的外围电子排布式为3s2，而铝的外围电子排布式为3s23p1，故铝的第一电离能小于镁的，故b错误；钾比镁更易失电子，钾的第一电离能小于镁的，故d错误。4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()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。5美国“海狼”号潜艇上的核反应堆内使用了液体铝钠合金做载热介质，下列关于al、na原子结构的分析中正确的是()a原子半径：alnab第一电离能：alnac电负性：naald基态原子未成对电子数：naal解析：选b。根据元素周期律，原子半径：naal，电负性：naal；al基态原子的电子排布式为ne3s23p1，na基态原子的电子排布式为ne3s1，故未成对电子数相等。6下列关于元素电负性大小的比较中，不正确的是()aossete bcnofcpsof dknamgx，电负性xy，a错误，b正确；电子层结构相同，核电荷数越多，离子半径越小，故x的阴离子半径大于y的阳离子半径，c正确；x为非金属元素易得电子形成阴离子，而y为金属元素易失电子形成阳离子，故其第一电离能xy，d错误。9a、b、c、d四种元素，已知a元素是地壳中含量最多的元素；b元素为金属元素，它的原子核外k、l层上电子数之和等于m、n层电子数之和；c元素是第3周期第一电离能最小的元素；d元素在第3周期中第一电离能最大。下列有关叙述错误的是()a四种元素a、b、c、d分别为o、ca、na、arb元素a、b、c两两组成的化合物可为cao、cao2、na2o、na2o2等c元素a、c简单离子的半径大小关系为acd元素b、c电负性大小关系为bcsifnoc(2)1s22s22p63s2(3)有(4)cl11下表为元素周期表中第4周期的部分元素(从左到右按原子序数递增排列)，根据要求回答下列各小题：kcasctivcrmnfeconicuzngage(1)在以上元素的基态原子的电子排布中，4s轨道上只有1个电子的元素有_(填元素名称)。(2)试比较：第一电离能i1(cr)_i1(co)(填“”“”或“”，下同)；晶格能u(feo)_u(nacl)(feo与nacl的晶胞结构相似)。(3)前四周期元素中，基态原子中未成对电子数与其所在周期数相同的元素有_种。解析：(1)4s轨道只有1个电子，则3d轨道电子数可能为0、5(半充满)、10(全充满)，则有1s22s22p63s23p64s1、1s22s22p63s23p63d54s1、1s22s22p63s23p63d104s1，分别为钾、铬、铜。(2)铬元素的外围电子排布为3d54s1，钴元素的外围电子排布为3d74s2，前者第一电离能更小。晶格能与阴、阳离子所带电荷的乘积成正比，与阴、阳离子的半径成反比。(3)分周期一一讨论，第1周期中基态原子中未成对电子数为1个，是h原子；第2周期中基态原子中未成对电子数为2个，可以是1s22s22p2或1s22s22p4，是c原子或o原子；第3周期中基态原子中未成对电子数为3个，是1s22s22p63s23p3，是p原子；第4周期中基态原子中未成对电子数为4个，只能是过渡元素，是1s22s22p63s23p63d64s2，是fe原子，因此共有5种元素符合题意。答案：(1)钾、铬、铜(2)(3)512(1)m、n、x、y为原子序数依次增大的短周期主族元素，z是一种过渡元素。m基态原子l层中p轨道电子数是s轨道电子数的2倍，n是同周期元素中最活泼的金属元素，x和m形成的一种化合物是引起酸雨的主要大气污染物，z的基态原子4s和3d轨道半充满。n基态原子的电子排布式是_，x和y中电负性较大的是_(填元素符号)。(2)根据下列五种元素的第一至第四电离能数据(单位：kjmo11)，回答下列各题：元素代号i1i2i3i4q2 0804 0006 1009 400r5004 6006 9009 500s7401 5007 70010 500t5801 8002 70011 600u4203 1004 4005 900在周期表中，最有可能处于同一族的是_。aq和r bs和tct和u dr和ter和u每种元素都出现相邻两个电离能的数据相差较大的情况，这一事实从一个侧面说明：_；如果r元素是短周期元素，你估计它的第2次电离能飞跃数据将发生在失去第_个电子时。如果r、s、t是同周期的三种主族元素，则它们的原子序数由小到大的顺序是_，其中_元素的第一电离能异常高的原因是_。解析：(1)n为钠元素，其基态原子的电子排布式为1s22s22p63s1；x为硫元素，y为氯元素，氯比硫活泼，故电负性较大的是cl。(2)根据电离能的变化趋势知，q为稀有气体元素，r为第a族元素，s为第a族元素，t为第a族元素，u为第a族元素，所以r和u处于同一主族。电离能的突跃变化，说明核外电子是分层排布的，各电子层能量不同。若r是短周期元素，则r是na，其核外电子排布式为1s22s22p63s1，由于2s22p6所处电子层相同，所以它的第2次电离能飞跃数据发生在失去第10个电子时。同一周期，第一电离能呈增大趋势，但a、a族比相邻元素要高，因为其最外层电子呈全充满或半充满状态。答案：(1)1s22s22p63s1(或ne3s1)cl(2)e电子分层排布，各电子层能量不同10rstss元素的最外层电子处于s能级全充满状态，能量较低，比较稳定，失去第一个电子吸收的能量较多13现有部分前36号元素的性质或原子结构