高考化学一轮复习第2部分物质结构与性质第1单元原子结构与元素的性质教案苏教版选修

原子结构与元素的性质考纲定位核心素养1.了解原子核外电子的运动状态、能级分布和排布原理，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示式。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其简单应用。4．了解电负性的概念，并能用以说明元素的某些性质。1.微观探析——能从电子层、能级等不同层次认识原子的结构，以及核外电子的排布规律，能从宏观和微观相结合的视角分析原子结构与元素性质的关系。2．模型认知——能运用构造原理，用电子排布式、轨道表示式揭示元素原子核外电子的排布。3．科学探究——从结构上探究元素的电离能和电负性及其影响因素。考点一|原子核外电子的运动1．玻尔的原子结构模型(1)原子核外电子在一系列稳定的原子轨道上运动，核外电子在原子轨道上运动时，既不放出能量，也不吸收能量。(2)不同的原子轨道具有不同的能量，原子轨道的能量变化是不连续的，即量子化的。(3)原子核外电子可以在能量不同的轨道上发生跃迁。①电子从能量较高的轨道跃迁到能量较低的轨道时，可以得到发射光谱，②电子从能量较低的轨道跃迁到能量较高的轨道时，可以得到吸收光谱。2．电子云(1)概念形象地描绘电子在原子核外空间出现的机会大小的图形。(2)意义电子云图中，点密集的地方表示在那里电子在单位体积内出现的机会大；点稀疏的地方表示在那里电子在单位体积内出现的机会小。3．电子层和原子轨道电子层KLMN原子轨道及其数目1s2s、2p3s、3p、3d4s、4p、4d、4f11＋3＝41＋3＋5＝91＋3＋5＋7＝16最多容纳电子数目2818324．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电子的原子轨道呈纺锤形))(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高低：,ns<np<nd<nf,②形状相同的原子轨道能量的高低：,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))5．原子核外电子排布规律(1)能量最低原理：其原子轨道能量顺序图示如下：(2)泡利不相容原理：每个原子轨道上最多只能容纳两个自旋状态不同的电子。(3)洪特规则：原子核外电子在能量相同的各上轨道上排布时，电子尽可能分占不同的原子轨道，且自旋状态相同。注：洪特规则特例：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。6．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，电子会从能量较低轨道跃迁到能量较高轨道变成激发态原子，得到吸收光谱。②激发态→基态激发态原子的电子从能量较高轨道跃迁到能量较低轨道时会释放出光子，得到发射光谱。(2)原子光谱：不同元素的原子中电子发生跃迁时会吸收或放出不同的光子，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。提醒：①“七基色”与波长的关系为：按“红、橙、黄、绿、青、蓝、紫”的顺序，波长逐渐变小。②基态、激发态及光谱示意图。eq\a\vs4\al([应用体验])完成下列化学用语(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________，价电子轨道表示式________________。(4)Co的外围电子轨道表示式________________，外围电子轨道表示式________________。答案：(1)1s22s22p63s23p63d54s13d54s1(2)1s22s22p63s23p63d9(3)[Ar]3d104s24p3(4)3d74s2考法1核外电子的排布规律及表示方式1．下列轨道表示式所表示的元素原子中，其能量处于最低状态的是________(填序号)。解析：①不符合能量最低原理；②不符合洪特规则；④不符合能量最低原理。答案：③⑤2．(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__________；其价层电子轨道表示式为____________。(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＋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，则n＝________；原子中能量最高的是________电子，核外电子轨道表示式为______________________________。(6)G基态原子L层中p轨道电子数是s轨道电子数的2倍，则G的价电子排布式为________________。(7)H的基态原子4s和3d轨道电子半充满，则H的外围电子轨道表示式为________________，未成对电子数为________________。解析：(1)A元素基态原子的轨道表示式由题意可写成：，则该元素核外有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，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元素最外层电子排布式为2s22p4。(6)G基态原子的L层电子排布式为2s22p4，也是价电子排布式。(7)H基态原子的外围电子排布式为3d54s1，为Cr；其未成对电子数有6个。答案：(1)N(2)Cl(3)Fe1s22s22p63s23p63d64s2(或[Ar]3d64s2)(4)Cu1s22s22p63s23p63d104s1(或[Ar]3d104s1)(5)22p(6)2s22p4(7)6eq\a\vs4\al([思维建模]电子排布表示的两化学用语)(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))(2)eq\a\vs4\al(轨道表,示式)eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(核外电子，如N：,,价电子或外围电子，如N：,))注意：(1)上述两类化学用语还应注意是原子还是离子，对于阳离子，先失去最外层电子再失去次外层的d电子，如Fe2＋的电子排布式为[Ar]3d6。(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。考法2电子跃迁与原子光谱3．下列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。]4．(2017·全国卷Ⅰ，节选)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)。A404.4B．553.5A[紫色光对应的波长最短，一般范围为400～430nm。]5．从电子跃迁的角度指出焰色反应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考点二|元素的性质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ns1～2除氢外都是活泼金属元素p区ⅢA族～ⅦA族、0族ns2np1～6(He除外)最外层电子参与反应(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．电离能(1)定义：元素的气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，叫做该元素的第一电离能。(2)分类M(g)eq\o(→,\s\up10(第一电离能I1),\s\do16(失e－))M＋(g)eq\o(→,\s\up10(第二电离能I2),\s\do16(失e－))M2＋(g)eq\o(→,\s\up10(第三电离能I3),\s\do16(失e－))M3＋(g)(3)影响因素电离能数值的大小取决于原子的有效核电荷数、电子层结构及原子的半径。(4)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。(5)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表明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表明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。提醒：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。3．电负性(1)概念衡量元素在化合物中吸引电子的能力。(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)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，若差值小于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。(4)对角线规则在元素周期表中，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。4．元素周期律元素性质同一周期(左→右)同一主族(上→下)原子半径逐渐减小(0族除外)逐渐增大第一电离能有增大的趋势，0族元素最大逐渐减小电负性逐渐增大(0族除外)逐渐减小eq\a\vs4\al([应用体验])(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________。【答案】(1)Na<Al<Mg<Si<S<P<Cl<Ar(2)2I2≫I1I10≫I9(3)C<N<O<FC<O<N<F(4)I＜Br＜Cl＜FI＜Br＜Cl＜F考法1元素性质的判断与比较1．已知X、Y和Z均为第3周期元素，其原子的第一至第四电离能如下表：电离能/(kJ·mol－1)I1I2I3I4X496456269129543Y7381451773310540Z5781817274511578(1)写出X的核外电子排布式：_____________________________。(2)元素Y的第一电离能大于Z的第一电离能的原因是_______________________________________________________。(3)X、Y、Z的原子半径从小到大的顺序为________(填元素符号)。(4)X的逐级电离能中有________次突跃，分别是I2≫I1，________。(5)Y的常见的化合价为________价，Z的最高价氧化物的化学式为________。解析：根据题意知X为Na，Y为Mg，Z为Al。答案：(1)1s22s22p63s1(2)Mg的3p轨道全空，Al的3p轨道为3p1，Mg结构稳定，Al易失去1个电子(3)Na＞Mg＞Al(4)2I10≫I9(5)＋2Al2O32．根据信息回答下列问题：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)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________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)＋2H2(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3．已知电负性：C—2.5、N—3.0、O—3.5、S—2.5。某有机化合物结构简式为(1)S=O键中共用电子对偏向________(写原子名称，下同)，S—N键中共用电子对偏向________。(2)N的化合价为________。解析：共用电子对偏向电负性大的原子。答案：(1)氧氮(2)－3考法2“位—构—性”的综合应用4．A、B、C、D、E、F为原子序数依次增大的六种元素，其中A、B、C、D、E为短周期元素，F为第4周期元素，F还是前四周期中电负性最小的元素。已知：A原子的核外电子数与电子层数相等；B元素原子的核外p电子数比s电子数少1个；C原子的第一至第四电离能为I1＝738kJ·mol－1，I2＝1451kJ·mol－1，I3＝7733kJ·mol－1，I4＝10540kJ·mol－1；D原子核外所有p轨道为全充满或半充满；E元素的族序数与周期序数的差为4。(1)写出E元素在周期表中的位置：________；D元素原子的核外电子排布式：________；D、F分别在的区为________。(2)某同学根据题目信息和掌握的知识分析C的核外电子轨道表示式为。该同学所画的核外电子轨道表示式违背了________。(3)基态F原子的电子排布式为______________________________。解析：由题意分析知F为K，A为H，B为N；由电离能知C的＋2价稳定，为Mg，D为P，E为Cl。(2)该同学未排满3s能级就排3p能级，违背了能量最低原理。(3)F为19号元素钾，其基态原子的电子排布式为1s22s22p63s23p64s1。5．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)o、p两元素的部分电离能数据列于下表：元素op电离能(kJ·mol－1)I1717759I215091561I332482957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_____________________________________________________________________________________________。(2)p元素存在两种离子，从原子轨道的角度较稳定的离子是________，理由是____________________________________________。(3)q元素可形成两种氧化物，高温条件下较稳定的为________(写化学式)。解析：根据元素周期表知，a～q各元素分别是H、Li、C、N、O、F、Na、Mg、Al、Si、S、Cl、Ar、K、Mn、Fe、Cu。(1)由Mn2＋转化为Mn3＋时，3d能级由较稳定的3d5半充满状态转为不稳定的3d4状态需要的能量较多；而Fe2＋到Fe3＋时，3d能级由不稳定的3d6到稳定的3d5半充满状态，需要的能量相对要少。(2)Fe2＋为3d6、Fe3＋为3d5，Fe3＋的3d轨道半充满，稳定。(3)Cu＋为3d10,3d轨道全充满，较稳定，故较稳定的氧化物为Cu2O。答案：(1)Mn2＋的3d轨道电子排布为半充满状态，比较稳定(2)Fe3＋Fe3＋的外围电子排布式为3d5,3d轨道半充满，较稳定(3)Cu2O课堂反馈真题体验1．(2018·全国卷Ⅰ，T35(1)(2))(1)下列Li原子轨道表示式表示的状态中，能量最低和最高的分别为________、______(填标号)。(2)Li＋与H－具有相同的电子构型，r(Li＋)小于r(H－)，原因是__________________________________________________________________。解析：(1)根据能级能量E(1s)<E(2s)<E(2p)判断，能量最低的为D，能量最高的为C。(2)Li＋和H－的电子层结构相同，而具有相同电子层结构的离子半径大小与核电荷数有关，核电荷数越大，离子半径越小。答案：(1)DC(2)Li＋的核电荷数大于H－的核电荷数，对核外电子的吸引力大，r(Li＋)＜r(H＋)2．(1)(2018·全国卷Ⅱ，T35(1))基态Fe原子价层电子的轨道表示式为___________________________________________________________，基态S原子电子占据最高能级的电子云轮廓图为________________形。(2)(2018·全国卷Ⅲ，T35(1)(2))①Zn原子核外电子排布式为________。②黄铜是人类最早使用的合金之一，主要由Zn和Cu组成。第一电离能I1(Zn)________I1(Cu)(填“大于”或“小于”)。原因是________________________________________。解析：(1)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[Ar]3d64s2，按照洪特规则，价层电子