05专题五　原子结构　元素

专题五原子结构元素考点透析目录考点1原子结构

核外电子排布考点2元素与元素题型透析题型1文字叙述型元素推断题型2信息综合型元素推断考点1原子结构核外电子排布1.原子的构成原子

X)

(1)原子序数=核电荷数=质子数=核外电子数(2)质量数(A)=质子数(Z)+中子数(N)考点透析2.元素、核素、同位素3.基态原子的核外电子排布(1)排布原则:能量最低原理、泡利不相容原理、洪特规则。(2)构造原理:1s→2s→2p→3s→3p→4s→3d→4p→5s→……(3)基态原子核外电子排布的表示方法(以硫原子为例)电子排布式1s22s22p63s23p4简化电子排布式[Ne]3s23p4电子排布图(轨道表示式)

价层电子排布式3s23p4注意

当能量相同的原子轨道在全充满(p6、d10、f14)、半充满(p3、d5、f7)或全空(p0、d0、f0)时体系的能量较低,如24Cr的电子排布式为

Cu的电子排布式为[Ar]3d104s1。考点2元素与元素1.元素的分区分区元素分布价层电子排布元素性质特点s区ⅠA、ⅡA族ns1~2除H外都是活泼金属元素;

通常是最外层电子参与反

应p区ⅢA~ⅦA族、0族ns2np1~6(He除外)通常是最外层电子参与反

应d区ⅢB~ⅦB族(除镧系、锕系

外)、第Ⅷ族(n-1)d1~9ns1~2(Pd除外)d轨道可以不同程度地参与

化学键的形成ds区ⅠB、ⅡB族(n-1)d10ns1~2—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.主族元素性质的递变规律项目同(左→右)同主族(上→下)原子核外电子排布能层数相同,最外层电子数逐渐增多最外层电子数相同,能层数递增原子半径逐渐减小逐渐增大元素主要化合价最高正价由+1→+7(O、F除外),最低负价由-4→-1最高正价=主族序数(O、F除外),非

金属元素最低负价=主族序数-8(H、

B除外)元素金属性、非金属性金属性逐渐减弱,非金属性逐渐增强金属性逐渐增强,非金属性逐渐减弱第一电离能呈增大趋势逐渐减小电负性逐渐增大逐渐减小注意①同种元素的电离能:I1<I2<I3……②第ⅡA、ⅤA族元素的第一电离能大于同邻元素的第一电离能,如I1(Mg)>I1

(Al)>I1(Na),I1(N)>I1(O)>I1(C),一般解释为Al的第一电离能是失去3p能级电子所需的能

量,该能级电子的能量比Mg失去的3s能级电子的高;N的价层电子排布中2p轨道是半充

满的,原子的能量较低,比较稳定,第一电离能较高。③若某元素的In+1≫In,则该元素的常见化合价为+n。例如,镁元素的I3≫I2,则其常见化合

价为+2。3.电负性的应用注意HF中两种元素的电负性差值较大,但其化学键为共价键。4.对角线规则在元素中,某些主族元素与右下方的主族元素(锂与镁、铍与铝、硼与硅)的一

些性质具有相似性。

例如,锂与镁的单质与氧气反应均生成正常氧化物,而不是过氧化物;铍与铝的单质都能与酸或碱反应,氢氧化物均具有两性。5.微粒半径大小的比较方法:“三看”法(1)一看电子层数,最外层电子数相同时,电子层数越多半径越大,例如,rLi<rNa<rK<rRb<rCs,

<

<

。(2)二看核电荷数,电子层数相同时,核电荷数越小半径越大,例如,rNa>rMg>rAl,

>

>

>

>

。(3)三看电子数,核电荷数相同时,电子数越多半径越大,例如,rFe>

>

,

>rCl。6.元素金属性、非金属性强弱判断金属性比较本质元素原子越子,元素的金属性越强判断依据单质与水或酸反应置换出H2越容易(反应越剧烈)元素的金属性越强最高价氧化物的水化物(即氢氧化物)的碱性越强单质的还原性越强(或对应阳离子的氧化性越弱)一般来说在金属活动性顺序中位置越靠前非金属性比较本质元素原子越子,元素的非金属性越强判断依据单质与H2化合越容易,生成的简单气态氢化物越稳定元素的非金属性越强最高价氧化物的水化物(即最高价含氧酸)的酸性越强单质的氧化性越强(或对应阴离子的还原性越弱)注意只有最高价氧化物对应水化物的酸、碱性才可用于比较元素的非金属性和金

属性强弱。例如HNO3的酸性强于H3PO4,可推出非金属性:N>P,而HNO2与H3PO4的酸性

强弱关系无法用于判断N和P的非金属性强弱。题型1文字叙述型元素推断题型透析典题导入典题展示典例1

(2023浙江6月选考,11,3分)X、Y、Z、W四种短族元素,原子序数依次

增大。X、Y与Z位于同一,且只有X、Y元素相邻。X基态原子核外有2个未成对

电子,W原子在同原子半径最大。下列说法不正确的是

()A.第一电离能:Y>Z>XB.电负性:Z>Y>X>WC.Z、W原子形成稀有气体电子构型的简单离子的半径:W<ZD.W2X2与水反应生成产物之一是非极性分子A方法链接元素的“位—构—性”关系及应用D项:分子极性判断(专题六)解析W原子在同原子半径最大,则W为Li或Na,但X、Y、Z、W的原子序数依

次增大,故W只能为Na,则X、Y、Z为第二素;X基态原子核外有2个未成对电子,

则X为C或O,又X、Y、Z三种元素中只有X、Y元素相邻,故X为C、Y为N、Z为F。A

项,同族元素从左到右,第一电离能呈增大趋势,故第一电离能:F>N>C,错误;B项,

同一族元素从左到右,电负性逐渐增大,同一主族元素从上到下,电负性逐渐减

小,故电负性:F>N>C>Na,正确;C项,F-和Na+具有相同的电子层结构,Na的原子序数大,故

离子半径:Na+<F-,正确;D项,W2X2为Na2C2,它与水反应生成NaOH和

,其中

是非极性分子,正确。典例2

(2024广东二模,15)XY4Z(ME4)2是一种分析试剂,所含的5种元素在前四

有分布,基态Z3+的d轨道半充满,基态M原子价层电子排布式为ns2npn+1,E和M位于同一主

族,X原子比E原子少一个电子。下列说法正确的是

()A.第一电离能:M<X<EB.单质的沸点:Y<E<XC.Z的单质能与Y2E发生置换反应D.M

和X

的VSEPR模型名称相同

C

方法链接元素的“位—构—性”关系及应用解析基态Z3+的d轨道半充满,则基态Z原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2,Z为

Fe;基态M原子价层电子排布式为ns2npn+1,若n=2,M原子的价层电子排布式为2s22p3,则M

为N,若n=3,M原子的价层电子排布式为3s23p4,则M为S;E和M位于同一主族,结合该化合

物的化学式可知,M为S,E为O;X原子比E原子少一个电子,则X为N;根据“5种元素在前

四有分布”可知,Y为第一素,则Y为H。同族元素从左到右,第一

电离能呈增大趋势,但第ⅡA、ⅤA族元素的第一电离能大于同邻元素的第一电

离能;同主族元素从上到下,第一电离能逐渐减小,则第一电离能:N>O>S,A错误。H2、

O2和N2均为分子晶体,相对分子质量越大,分子间作用力越强,晶体熔、沸点越高,相对

分子质量:O2>N2>H2,则沸点:O2>N2>H2,B错误。Fe在高下与H2O(g)反应生成Fe3O4和H2,属于置换反应,C正确。S

中心原子S上的价层电子对数为3+

(6+2-3×2)=4,则S

的VSEPR模型为四面体形,N

中心原子N上的价层电子对数为3+

(5+1-3×2)=3,则N

的VSEPR模型为平面三角形,D错误。示Fe与水蒸气的反应是单质与化合物反应生成另一种单质和另一种化合物

的反应,属于置换反应。置换反应不一定是单质与盐生成另一种单质和另一种盐的反

应。方法突破1.元素的“位—构—性”关系[典例1,典例2,变式1,变式2]

点拨掌握五个关系式:①原子的核外电子层数=;②质子数=原子序数=核电荷

数=原子的核外电子数;③主族元素原子最外层电子数=主族序数;④主族元素的最高正

价=族序数(O、F例外);⑤非金属主族元素的最低负价=最外层电子数-8(H、B例外)。2.元素“位—构—性”关系的应用[典例1,典例2,变式1,变式2](1)依据元素在中的特殊位置推断元素(前36号非稀有气体元素)

元素特征元素短主族序数等于H、Be、Al主族序数等于的2倍C、S主族序数等于的3倍O是主族序数的2倍Li是主族序数的3倍Na最高正价与最低负价代数和为0H、C、Si最高正价是最低负价绝对值的3倍S原子半径最小的元素H最外层电子数是次外层的2倍C短最外层电子数是次外层的3倍O最外层电子数是次外层的一半Li、Si简单氢化物能和最高价氧化物的水

化物反应形成盐N第一电离能大于同邻元素Be、N、Mg、Ps能级上的电子总数与p能级上的电

子总数相等O、Mg非金属性最强F金属性最强,原子半径最大的元素Na第三离子半径最小Al某种核素没有中子H第四最外层电子数为1K、Cr、Cu有4个未成对电子Fe有6个未成对电子Cr(2)电子数相等的微粒的确定方法①10电子微粒:以Ne为核心,推断同非金属元素形成的微粒和下一金属元

素形成的微粒。

②18电子微粒:以Ar为核心,推断同非金属元素形成的微粒和下一主族金属元素形成的微粒等。

注意

SiH4中Si显正价,H显负价,为18电子分子。变式训练变式1

元素的“位—构—性”关系及应用(2024广州一模,14)化合物X3YZE4ME3

所含的5种元素均为短族元素,X、Y和Z为同素,原子序数依次增大。X的

基态原子价层电子排布式为nsn-2,Z的基态原子价层p轨道半充满,E是地壳中含量最多的

元素,M是有机分子的骨架元素,下列说法正确的是()A.元素电负性:M>E>ZB.简单氢化物沸点:Z>E>MC.第一电离能:Z>Y>XD.E3和ME2的空间结构均为直线形

C

解析E是地壳中含量最多的元素,则E为O;M是有机分子的骨架元素,则M

为C;X、Y、Z均为短族元素且X、Y和Z位于同一,原子序数依次增大,X的

基态原子价层电子排布式为n

,即X的基态原子价层电子排布式为3s1,则X为Na;Z的基态原子价层p轨道半充满,则Z为P;根据化合物中各元素正、负化合价代数和为0可

知,Y为Mg。同族元素从左到右,电负性逐渐增大,则元素电负性:O>C,A错误;H2O能形成分子间氢键,PH3不能形成分子间氢键,则沸点:H2O>PH3,B错误;同族元

素从左到右,第一电离能呈增大趋势,则第一电离能:P>Mg>Na,C正确;O3的中心原子上

的价层电子对数为3,孤电子对数为1,空间结构为V形,CO2的中心原子上的价层电子对

数为2,无孤电子对,空间结构为直线形,D错误。变式2

元素的“位—构—性”关系及应用(2024深圳一模,14)W、X、Y、Z是原

子序数依次增大的主族元素,在前三有分布。基态X原子有四种不同空间运动

状态的电子;Y为地壳中含量最多的元素,其简单离子与Z的简单离子具有相同电子数;

工业上常通过电解Z的氧化物制取其单质。下列说法不正确的是

()A.元素电负性:Y>X>ZB.简单氢化物的沸点:Y>XC.原子半径:X>Y>WD.与Z同第一电离能小于Z的元素有2种D解析W、X、Y、Z是原子序数依次增大的主族元素,且在前三有分布,则W为

H;Y为地壳中含量最多的元素,则Y为O;基态X原子有四种不同空间运动状态的电子,则

X的核外电子排布式为1s22s22p2,X为C;Z的简单离子与O2-具有相同电子数且工业上常

通过电解Z的氧化物制取其单质,则Z为Al。同族元素从左到右,电负性逐渐增

大,同主族元素从上到下,电负性逐渐减小,故元素电负性:O>C>Al,A正确;H2O能形成分

子间氢键,则沸点:H2O>CH4,B正确;原子半径:C>O>H,C正确;同族元素从左到右,

第一电离能呈增大趋势,但第ⅡA、ⅤA族元素的第一电离能大于同邻元素的第

一电离能,故与Al同第一电离能小于Al的元素只有1种(Na),D错误。关键点拨短族元素在前三有分布时,则第一元素一定为H。题型2信息综合型元素推断典题导入典题展示典例1

(2021浙江6月选考,15,2分)已知短素X、Y、Z、M、Q和R在中

的相对位置如图所示,其中Y的最高化合价为+3。下列说法不正确的是

()

A.还原性:ZQ2<ZR4B.X能从ZO2中置换出ZC.Y能与Fe2O3反应得到FeD.M最高价氧化物的水化物能与其最低价氢化物反应A解析根据各元素在中的相对位置可知,Z、M处于第二,X、Y、Q、R处

于第三;Y的最高化合价为+3,根据短素的最高化合价=原子最外层电子数

可知,Y为第ⅢA族元素,结合各元素在中的相对位置,可知Y为Al、X为Mg、Z为

C、M为N、Q为S、R为Cl。S的非金属性比Cl的非金属性弱,故还原性:CS2>CCl4,A不

正确。Mg能与CO2反应生成MgO和C,B正确。Al能与Fe2O3发生铝热反应生成Al2O3和

Fe,C正确。N的最高价氧化物的水化物(HNO3)能与其最低价氢化物(NH3)反应生成NH4

NO3,D正确。方法链接局部元素型元素推断典例2

(2024肇庆一模,12)化合物M可作为一种废水处理剂,去除废水中的金属离子,

其结构如图所示。W、X、Y和Z均为短族元素,X、Y和Z位于同一,W原子

核外的电子只有一种自旋取向,基态Z原子s轨道上的电子数和p轨道上的电子数相等。

下列说法正确的是

()

A.第一电离能:Z>Y>WB.原子半径:X<Y<ZDC.简单氢化物沸点:Y>ZD.化合物M中X、Y、Z均满足8电子稳定结构方法链接结构式型元素推断解析W、X、Y和Z均为短族元素,W原子核外的电子只有一种自旋取向,则W

为H;X、Y和Z位于同一,基态Z原子s轨道上的电子数和p轨道上的电子数相等,则

基态Z原子的核外电子排布式为1s22s22p4或1s22s22p63s2,结合化合物中Z形成2个共价键

(或得到1个电子形成1个共价键)可知,Z为O;Y失去1个电子形成4个共价键,则Y为N;X

形成4个共价键,则X为C。同族元素从左到右第一电离能呈增大趋势,但第

ⅡA、ⅤA族元素的第一电离能大于同邻元素的第一电离能,则第一电离能:N>

O>H,A错误;同族元素从左到右,原子半径逐渐减小,则原子半径:O<N<C,B错误;

常,H2O为液态,NH3为气态,则沸点:H2O>NH3,C错误;化合物M中C、N、O原子均满

足8电子稳定结构,D正确。典例3

(2021天津,12,3分)元素X、Y、Z、Q、R的原子序数依次增大且小于20,其原

子半径和最外层电子数之间的关系如图所示。下列判断正确的是

()A.X的电负性比Q的大BB.Q的简单离子半径比R的大C.Z的简单气态氢化物的热稳定性比Q的强D.Y的最高价氧化物对应的水化物的碱性比R的强方法链接坐标图像型元素推断解析同族元素从左到右,原子半径逐渐减小,结合最外层电子数可知,X为C、Z

为S、Q为Cl。Y、R的最外层电子数为1,属于第ⅠA族元素,结合“X、Y、Z、Q、R的

原子序数依次增大且小于20”可知Y为Na、R为K。A项,非金属性:Cl>C,则电负性:Cl>

C,错误;B项,Cl-与K+电子层数相同,核电荷数:K+>Cl-,则半径:Cl->K+,正确;C项,非金属性:

Cl>S,则简单气态氢化物的热稳定性:HCl>H2S,错误;D项,金属性:K>Na,则最高价氧化

物对应的水化物的碱性:KOH>NaOH,错误。方法突破1.局部元素型元素推断[典例1,变式4](1)常考类型

(2)相邻主族元素的原子序数之间的关系

例如:X

Y

Z

已知X、Y、Z为短素,若它们的核外电子数之和为29,那么它们为哪些元素?假

设X的核外电子数为x,则Y与Z的核外电子数分别为x+2和x+9,由x+(x+2)+(x+9)=29得出x=6,即X为C,Y为O,Z为P。2.结构式型元素推断[典例2,变式1](1)一般情况下,在分子的结构式中,短族元素原子与其形成共价键数目的关系如

下:共价键数目1234567元素H、F、ClO、SB、Al、N、PC、SiPSCl(2)不满足8电子稳定结构的情况:①B、Al只形成3个共价键时;②P、S、Cl分别形成

5、6、7个共价键时;③有H原子出现时。(3)出现多核离子结构时,一定要注意阴离子多出的电子给了谁,阳离子少的电子从哪里

找,基本方法如下:①与“常规”共价键数目不一致,如O应该形成2个共价键,若只形成1个,则多出的电子

给了O。②结构中同种原子形成的共价键数目不同,则多出的电子算在成键数目少的原子上,如

[

]-,多出的电子算在成1个键的X上,则X原子最外层有6个电子,位于第ⅥA族。③若其他元素的多个原子形成的共价键数目只有1种,结构中只有1个Y原子,则电子一

般算到Y原子上,如[

]-中Y原子得到1个电子,则Y原子的最外层电子数为8-2-1=5(2为Y形成的共价键数),Y应位于第ⅤA族。3.坐标图像型元素推断[典例3,变式2]

4.核反应型元素推断[变式3]根据核反应式,结合原子结构知识,利用质子数、中子数、质量数间的关系推断元素原

子的质子数,确定元素种类。例如:用中子轰击

X原子产生α粒子(即氦核

He)的核反应为

X

n

He。已知元素Y在化合物中呈+1价。分析:根据核反应

X

n

Y

He可知,X的质量数N为4+7-1=10,又因为Y在化合物中呈+1价,则Y位于第ⅠA族,Y的质量数为7(介于H和Na的质量数之间),得出Y为Li,其

质子数P=3,所以X的质子数Z=3+2-0=5,X是硼元素。变式训练变式1

结构式型元素推断(2024清远一模,12)一种可用来治疗心脑血管疾病的有

机物的结构式如图所示。已知:R、W、X、Y、Z为原子序数依次增大的短族

元素,Y和Z同主族。下列说法正确的是

()A.第一电离能:X>Y>WB.简单氢化物沸点:X>Z>YC.最高价氧化物对应水化物的酸性:W>ZD.W

和X

的中心原子均采取sp3杂化A解析R、W、X、Y、Z为原子序数依次增大的短族元素,R形成1个共价键,则

R为H;W形成4个共价键,则W为C;X形成3个共价键,则X为N;Z形成6个共价键,则Z为S;

Y形成2个共价键且与Z同主族,则Y为O。同族元素从左到右第一电离能呈增大

趋势,但第ⅡA、ⅤA族元素的第一电离能大于同邻元素的第一电离能,则第一

电离能:N>O>C,A正确;NH3、H2O均可形成分子间氢键,沸点较高,常,H2O为液态,

NH3为气态,则沸点:H2O>NH3>H2S,B错误;元素非金属性越强,最高价氧化物对应水化物

的酸性越强,非金属性:S>C,则酸性:H2SO4>H2CO3,C错误;C

的中心原子上的价层电子对数为3+

=3,N

的中心原子上的价层电子对数为3+

=3,故C

和N

的中心原子均采取sp2杂化,D错误。变式2

坐标图像型元素推断(2024大湾区一模,14)2024年是元素诞生的第

155。已知短族元素X、Y、Z、M、N,其原子序数与其对应的0.1mol·L-1最

高价氧化物的水化物溶液在常pH关系如图所示。下列说法中正确的是()

DA.X和Y元素均在p区B.元素的电负性:Z>M>NC.M的含氧酸根离子的中心原子为sp2杂化D.XN3和ZN3的空间结构均为三角锥形解析X、Y、Z、M、N为短族元素且原子序数依次增大,0.1mol·L-1Y的最高

价氧化物的水化物溶液pH=13,说明Y的最高价氧化物的水化物是一元强碱,则Y为Na;

0.1mol·L-1X、N的最高价氧化物的水化物溶液pH=1,说明X、N的最高价氧化物的水化

物是一元强酸,且X的原子序数小于Na,N的原子序数大于Na,则X为N,N为Cl;0.1mol·L-1

M的最高价氧化物的水化物溶液pH<1,说明M的最高价氧化物的水化物是多元强酸,且

M与Cl相邻,则M为S;0.1mol·L-1Z的最高价氧化物的水化物溶液呈酸性且pH>1,说明Z

的最高价氧化物的水化物是弱