2023版高考化学一轮总复习第12章物质结构与性质（选考）第1节原子结构与性质检测鲁科版

PAGEPAGE1第12章物质结构与性质(选考)第1节原子结构与性质考纲定位1.了解原子核外电子的运动状态、排布原理和能级分布，能正确书写1～36号元素原子核外电子、价电子的电子排布式和轨道表达式。2.了解电离能的含义，并能用以说明元素的某些性质。3.了解电子在原子轨道之间的跃迁及简单应用。4.了解电负性的概念，并能用以说明元素的某些性质。考点1|基态原子的核外电子排布[根底知识自查]1．电子层、能级和原子轨道电子层KLMN能级1s2s、2p3s、3p、3d4s、4p、4d、4f原子轨道数目11＋3＝41＋3＋5＝91＋3＋5＋7＝16最多容纳电子数目2818322.原子轨道的形状、数目及能量关系(1)轨道形状eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(s电子的原子轨道呈球形对称,p电子的原子轨道呈哑铃形))(2)s、p、d、f能级上原子轨道数目依次为1、3、5、7，其中npx、npy、npz三个原子轨道在三维空间相互垂直，各能级的原子轨道半径随电子层数(n)的增大而增大。(3)能量关系eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(①相同电子层上原子轨道能量的上下：,ns<np<nd<nf,②形状相同的原子轨道能量的上下：,1s<2s<3s<4s……,③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2px、2py、2pz,轨道的能量相同))3．基态原子的核外电子排布原那么(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最低状态，简称能量最低原理。基态原子核外电子在原子轨道上的排布顺序：(2)泡利不相容原理：在一个原子轨道里，最多只能容纳2个电子，且它们的自旋状态相反。(3)洪特规那么：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。【注】洪特规那么特例：当能量相同的原子轨道在全充满(p6、d10、f14)、半充满(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。4．电子的跃迁与原子光谱(1)电子的跃迁①基态→激发态：当基态原子的电子吸收能量后，电子会从低能级跃迁到较高能级，变成激发态原子。②激发态→基态：激发态原子的电子从较高能级跃迁到较低能级时会释放出能量。(2)原子光谱：不同元素的原子发生电子跃迁时会吸收或释放不同的光，用光谱仪记录下来便得到原子光谱。包括吸收光谱和发射光谱。用原子光谱的特征谱线可以鉴定元素，称为光谱分析。[应用体验]写出以下原子或离子的①电子排布式②价电子轨道表示式③电子占的原子轨道数④未成对电子数。(1)N：①________②________③________④________。(2)Cl：①________②________③________④________。(3)Fe2＋：①________②________③________④________。(4)Cu：①________②________③________④________。(5)Se：①________②________③________④________。(6)Br－：①________②________③________④________。[提示](1)①1s22s22p3③5④3[考点多维探究]角度1核外电子排布的表示1．(高考组合题)(1)(2022·全国乙卷)基态Ge原子的核外电子排布式为[Ar]________，有________个未成对电子。(2)(2022·全国甲卷)镍元素基态原子的电子排布式为________，3d能级上的未成对电子数为________。(3)(2022·全国卷Ⅰ)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(4)(2022·全国卷Ⅰ)基态Fe原子有________个未成对电子。Fe3＋的电子排布式为________。(5)(2022·全国卷Ⅰ)基态Si原子中，电子占据的最高电子层符号为________，该电子层具有的原子轨道数为______、电子数为________。(6)(2022·全国卷)Se原子序数为________，其核外M层电子的排布式为________。(7)(2022·江苏高考)Zn2＋基态核外电子排布式为________。(8)(2022·海南高考)钒在元素周期表中的位置为________，其价层轨道表示式为________________。(9)(2022·上海高考)Mg原子核外电子排布式为________；Ca原子最外层电子的能量________Mg原子最外层电子的能量(选填“低于〞、“高于〞或“等于〞)。[答案](1)3d104s24p22(2)[Ar]3d84s2或1s22s22p63s23p63d84s22(3)电子云2(4)4[Ar]3d5或1s22s22p63s23p63d5(5)M94(6)343s23p63d10(7)[Ar]3d10或1s22s22p63s23p63d10(8)第4周期ⅤB族(9)1s22s22p63s2高于2．完成以下化学用语(1)Cr原子的核外电子排布式________，外围电子排布式________，原子结构示意图________，价电子轨道表示式________________。(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，价电子轨道表示式________________。(4)Co的外围电子排布式________________，外围轨道表示式________________。[答案](1)1s22s22p63s23p63d54s13d54s1描述核外电子排布的两种化学用语(1)电子排布式eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(核外电子排布式：如Fe：[Ar]3d64s2,价外围电子排布式：如Fe：3d64s2))注意：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，1s22s22p63s23p64s23d6错误。角度2根据核外电子的排布特点推断元素3．(1)A元素基态原子的最外层有3个未成对电子，次外层有2个电子，其元素符号为__________；其价层轨道表示式为__________________________。(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离子的结构示意图为________。(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________，其原子的结构示意图为________。(4)E元素基态原子的M层全充满，N层没有成对电子且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nsnnpn＋2，那么n＝________；原子中能量最高的是________电子，核外轨道表示式为________。[解析](1)A元素基态原子的轨道表示式由题意可写成：，那么该元素核外有7个电子，为氮元素，其元素符号为N。(2)B－、C＋的电子层结构都与Ar相同，即核外都有18个电子，那么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26号元素铁。(4)E元素的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s1故E为Cu。(5)F最外层电子排布式为2s22p4。[答案](1)N(3)Fe1s22s22p63s23p63d64s2或[Ar]3d64s2(4)Cu[Ar]3d104s1(5)22p4．(2022·四川高考改编)M、R、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，R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。请答复以下问题：(1)写出M、R的价电子排布式：M________、R________。(2)写出X、Y的价电子轨道表示式：X________、Y________。(3)写出Z的核外电子排布式________，Z的核外未成对电子数为________。[解析]根据题目给出的M、R和X的信息确定，M是氧元素，R是钠元素，X是硫元素。根据M、R、X、Y为原子序数依次增大的短周期主族元素确定Y是氯元素。根据Z的基态原子4s和3d轨道半充满，那么Z元素原子的核外有24个电子，它是铬元素。[答案](1)2s22p43s1(3)[Ar]3d54s16根据电子排布推断元素的思维模板分析题意eq\o(→,\s\up15(确定))eq\b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\co1(电子层电子数,能级电子数,原子轨道电子数,其他特征等))→确定元素→完成题中问题角度3电子跃迁与原子光谱5．以下原子的电子跃迁能释放光能形成发射光谱的是()A．1s22s22p63s2→1s22s22p63p2B．1s22s22p33s1→1s22s22p4C．1s22s2→1s22s12p1D．1s22s22peq\o\al(1,x)→1s22s22peq\o\al(1,y)B[A项，吸收光能，形成吸收光谱；B项，由激发态→基态，释放光能，形成发射光谱；C项，形成吸收光谱；D项，2px与2py能量相同，不属于电子跃迁。]6．从电子跃迁的角度指出焰色反响呈现不同颜色光的原理是____________________________________________________________________________________________________________________________。[答案]吸收能量后，电子从激发态向基态发生跃迁，跃迁时以不同颜色光的形式释放出不同能量基态、激发态及光谱示意图考点2|原子结构与元素的性质[根底知识自查]1．元素周期表的结构与性质特点分区元素分布外围电子排布元素性质特点s区ⅠA族、ⅡA族、0族ns1～2除氢、氦外都是活泼金属元素p区ⅢA族～ⅦA族、0族ns2np1～6(He除外)最外层电子参与反响(0族元素一般不考虑)d区ⅢB族～ⅦB族、Ⅷ族(n－1)d1～9ns1～2(Pd除外)d轨道也不同程度地参与化学键的形成ds区ⅠB族、ⅡB族(n－1)d10ns1～2金属元素f区镧系、锕系(n－2)f0～14(n－1)d0～2ns2镧系元素化学性质相近，锕系元素化学性质相近2.原子半径(1)影响因素eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(电子层数：电子层数越多，原子半径越大,核电荷数：核电荷数越大，原子半径越小))(2)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。3．电离能(1)定义：气态原子或气态离子失去一个电子所需要的最小能量叫做电离能。(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，总体呈现从左至右增大的变化趋势。②同族元素：从上至下第一电离能逐渐减小。③同种元素的逐级电离能逐渐增大，即I1<I2<I3。不同电子层的逐级电离能发生突跃。如Na的I1≪I2。(3)电离能的3个重要应用①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。②判断元素在化合物中的化合价。如K：I1≪I2<I3说明K原子易失去1个电子形成＋1价阳离子。③判断元素核外电子的分层排布情况。如Li：I1≪I2<I3说明Li原子核外的三个电子排布在两个电子层(K、L)上，且最外层上只有一个电子。注意：同周期元素从左向右，元素的第一电离能并不是逐渐增大的，当元素的核外电子排布是全空、半充满和全充满状态时，第一电离能就会反常的大。4．电负性(1)定义元素的原子在化合物中吸引电子能力的标度。(2)意义电负性越大，其原子在化合物中吸引电子的能力越强。利用电负性的大小可以判断元素的金属性和非金属性的强弱。如电负性最大的元素为氟元素。(3)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)。(4)变化规律①金属元素的电负性一般较小，非金属元素的电负性一般较大，而位于非金属三角区边界的“类金属〞(如锗、锑等)的电负性那么在1.8左右，它们既有金属性，又有非金属性。②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，元素的电负性逐渐减小。(5)电负性的一般应用①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。②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，假设差值小于1.7，通常形成共价键。③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负价。如ClO2中氯呈＋4价。(6)对角线规那么在元素周期表中，某些主族元素与右下方的主族元素的有些性质是相似的，如。[应用体验]1．第4周期中，未成对电子数最多的元素是________(填名称)。(1)它位于________族。(2)核外电子排布式是______________。(3)它有________个电子层，________个能级，________种运动状态不同的电子。(4)价电子排布式________，价电子轨道表示式________。(5)属于________区。[提示]铬(1)ⅥB(2)1s22s22p63s23p63d54s1(3)4724(4)3d54s1(5)d2．(1)第3周期所有元素的第一电离能(I1)大小顺序为________________(用元素符号表示)。(2)Na的逐级电离能中有________次突跃。分别是哪级电离能发生突跃？________、________。(3)C、N、O、F的电负性大小顺序为________，第一电离能大小顺序为________。(4)F、Cl、Br、I的第一电离能大小顺序为________，电负性大小顺序为________。[提示](1)Na<Al<Mg<Si<S<P<Cl<Ar(2)2I2≫I1I10≫I9(3)C<N<O<FC<O<N<F(4)F>Cl>Br>IF>Cl>Br>I[考点多维探究]角度1原子结构与元素周期表的关系1．某元素X的原子核外电子排布式为[Ar]3d64s2，那么元素X位于________周期________族________区，其外围轨道表示式为__________________________，X3＋的核外电子排布式为________，从原子结构的角度解释X3＋比X2＋稳定的理由是_____________________________________________________________。[答案]第4Ⅷd[Ar]3d5X3＋的3d轨道为半充满状态，能量低稳定2．(2022·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。【导学号：99682398】(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轨道表示式违背了________________________。(3)C位于________族________区，价电子排布式为________。[解析]根据题意可知A为N，B为Mg，C为Cl。[答案](1)3哑铃(2)泡利不相容原理(3)ⅦAp3s23p5角度2元素周期律(电离能、电负性、原子半径)3．(高考组合题)(1)(2022·全国乙卷)Zn、Ge、O电负性由大至小的顺序是________。(2)(2022·全国甲卷)元素铜与镍的第二电离能分别为：ICu＝1958kJ·mol－1、INi＝1753kJ·mol－1，ICu>INi的原因是____________________________________。(3)(2022·全国丙卷)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〞)(4)(2022·全国卷Ⅱ)F、K、Fe、Ni四种元素中第一电离能最小的是________(填元素符号)。(5)(2022·浙江高考)①N、Al、Si、Zn四种元素中，有一种元素的电离能数据如下：电离能I1I2I3I4……Im/(kJ·mol－1)5781817274511578那么该元素是________(填写元素符号)。②基态锗(Ge)原子的电子排布式是______________________________。Ge的最高价氯化物分子式是________。该元素可能的性质或应用有________。A．是一种活泼的金属元素B．其电负性大于硫C．其单质可作为半导体材料D．其最高价氯化物的沸点低于其溴化物的沸点[解析](5)I4≫I3，所以该元素原子最外层有3个电子，为Al。Ge是ⅣA族元素，最高价氯化物分子式是GeCl4，Ge位于金属与非金属交界处，可作半导体材料。[答案](1)O>Ge>Zn(2)铜失去的是全充满的3d10电子，镍失去的是4s1电子(3)大于小于(4)K(5)①Al②1s22s22p63s23p63d104s24p2或[Ar]3d104s24p2GeCl4CD4．根据表中所列五种元素的第一至第四电离能数据(单位：kJ·mol－1)，答复以下问题：【导学号：99682399】元素代号I1I2I3I4Q2080400061009400R500460069009500S7401500770010500T5801800270011600U420310044005900(1)在元素周期表中，最可能处于同一族的是________(填字母，下同)。A．Q和R B．S和TC．T和U D．R和T E．R和U(2)以下离子的氧化性最弱的是________。A．S2＋ B．R2＋C．T3＋ D．U＋(3)以下元素中，化学性质和物理性质最像Q元素的是________。A．硼 B．铍C．氦 D．氢(4)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U元素是短周期元素，你估计它的第2次电离能突跃数据将发生在失去第________个电子时。(5)如果R、S、T是同周期的三种主族元素，那么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)由表中数据可确定R与U的最外层有一个电子，最可能处于同一族。(2)复原性越强，越易失电子，电离能越小，相应离子的氧化性越弱。(3)Q的四级电离能没有突变，属于性质稳定的稀有气体元素。(4)相邻两个电离能数据相差较大，说明各层电子能量不同，电子是分层排布的。[答案](1)E(2)D(3)C(4)电子分层排布，各电子层能量不同10(5)R<S<TSS元素的最外层电子处于s能级全充满状态，能量较低，比拟稳定，失去一个电子吸收的能量较多5．根据信息答复以下问题：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电负性值1.01.52.02.53.54.00.91.51.82.12.53.0(1)根据对角线规那么，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________性，其中Be(OH)2显示这种性质的离子方程式是____________________________________________________________________________________________________________________________。(2)通过分析电负性值的变化规律，确定Mg元素的电负性值的最小范围________。(3)请归纳元素的电负性和金属性、非金属性的关系是______________________________________________________________。(4)推测AlF3、AlCl3、AlBr3是离子化合物还是共价化合物。AlF3________，AlCl3________，AlBr3________。[答案](1)两Be(OH)2＋2H＋=Be2＋＋2H2O、Be(OH)2＋2OH－=BeOeq\o\al(2－,2)＋2H2O(2)0.9～1.5(3)非金属性越强，电负性越大；金属性越强，电负性越小(4)离子化合物共价化合物共价化合物电离能与电负性的理解(1)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，不能根据金属活动性顺序判断电离能的大小。如I1(Mg)>I1(Na)，但活泼性Na>Mg。(2)第2、3、4周期的同周期主族元素，ⅡA族(ns2np0)和ⅤA族(ns2np3)，因p轨道处于全空或半充满状态，比拟稳定，所以其第一电离能大于同周期相邻的ⅢA族和ⅥA族元素，如第一电离能Mg>Al，P>S。(3)同一周期中0族元素的I1最大，但非金属性和金属性均很弱。(4)不能将电负性1.8作为划分金属和非金属的绝对标准。(5)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。(6)同周期稀有气体元素的第一电离能最大，但电负性不是最小。角度3“位—构—性〞的综合判断6．(2022·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。【导学号：99682400】(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元素的轨道表示式为_______________________________________；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．其原子半径大于锗D．其第一电离能小于硒(6)活泼性：D________Al(填“>〞或“<〞，下同)，I1(Mg)________I1(Al)，其原因是____________________________________________________________________________________________________________________________。[解析]A元素的价电子构型为nsnnpn＋1，那么A是N；C元素为最活泼的非金属元素，那么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，那么D是Mg；E元素正三价离子的3d轨道为半充满状态，那么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，那么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，那么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，其轨道表示式为；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)G为As，位于金属与非金属的分界线处，其单质为半导体，其电负性小于磷，原子半径小于锗，第一电离能大于硒。(6)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，比拟稳定，而Al的3p轨道只有一个电子，不稳定，故活泼性Mg>Al，而第一电离能那么是I1(Mg)>I1(Al)。[答案](1)>N<O<F(2)3s2(3)Fe3＋(4)ds1s22s22p63s23p63d104s1或[Ar]3d104s1(5)A(6)>>镁原子的3p轨道处于全空，比拟稳定，而铝原子3p轨道只有一个电子，不稳定7．(2022·青岛模拟)：A～F都是周期表中前四周期的元素，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，答复以下问题：(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：________________