5专题五　原子结构　元素

专题五原子结构元素化学新高考适用考点透析目录考点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、同位素注意

核素中的中子数可能为0,如

H。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)

价电子排布式3s23p4(3)基态原子核外电子排布的表示方法(以硫原子为例)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→……注意

①当能量相同(能层、能级相同)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,可使整个原子的能量较低,如24Cr的核外电子排布式为

Cu的核外电子排布式为[Ar]3d104s1。②注意主族、副族元素价电子(价层电子)的区别。

(4)基态、激发态及光谱分类

考点2元素与元素1.元素的结构及分区

注意

f区未列出。分区元素分布价电子排布元素性质特点s区ⅠA、ⅡA族ns1~2除H外都是金属元素。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金属元素活泼性相差较大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内容同(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(注意H、B元素的化合价)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,3p能级电子的能量比Mg失去的3s能级电子的高;N的价电子排布中2p能级是半充满

的,原子的能量较低,比较稳定。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

①HF中两种元素的电负性差值较大,但其化学键为共价键。②N、Cl的电负性相同,但高氯酸的酸性比硝酸强,说明非金属性Cl>N,但在NCl3中N显-3价,Cl显+1价。③电负性:H>B>Si。4.对角线规则在元素中,某些主族元素与其右下方的主族元素(锂与镁、铍与铝、硼与硅)的

一些性质具有相似性。例如,锂与镁的单质在过量O2中燃烧均生成正常氧化物,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。注意

电子层数多,原子的半径不一定大,如rLi>rCl。6.元素金属性、非金属性强弱判断依据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

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

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

(2024江西,5,3分)某新材料阳离子为W36X18Y2Z6M+。W、X、Y、Z和M是原子

序数依次增大的前20号主族元素,前四M原子半径最大,X、Y、Z同。X6

W6分子含有大π键(

),XZ2分子呈直线形。下列说法正确的是

()A.WYZ2是强酸B.MZW是强碱C.M2Z2是共价化合物D.X2W2是离子化合物

B

方法链接根据解题步骤第一步,先找到题眼:①XZ2分子呈直线形,X、Y、Z同,②X6W6分子

含大π键(

),③前四族元素中M的原子半径最大。再推出各元素。依据推出的元素结合元素和物质结构知识判断各选项正误。解析前四族元素中M原子半径最大,则M为K。X、Y、Z同,原子序数依

次增大,XZ2分子呈直线形;X6W6分子含有大π键(

),则X为C、Z为O、Y为N、W为H。HNO2为弱酸,KOH为强碱,K2O2为离子化合物,C2H2是共价化合物;故选B。典题展示典例2

(2024新课标,11,6分)我国科学家最近研究的一种无机盐Y3[Z(WX)6]2纳米药物,

具有高效的细胞内亚铁离子捕获和抗氧化能力。W、X、Y、Z的原子序数依次增加,

且W、X、Y属于不同族的短素。W的外层电子数是其内层电子数的2倍,X和Y

的第一电离能都比左右相邻元素的高。Z的M层未成对电子数为4。下列叙述错误的

是

()A.W、X、Y、Z四种元素的单质中,Z的熔点最高B.在X的简单氢化物中,X原子轨道杂化类型为sp3C.Y的氢氧化物难溶于NaCl溶液,可溶于NH4Cl溶液

A

D.Y3[Z(WX)6]2中,WX-提供电子对与Z3+形成配位键方法链接根据解题步骤第一步找到题眼:①W的外层电子数是其内层电子数的2倍,W是短

元素,推出W元素。②X和Y的第一电离能都比左右相邻元素高;X、Y属于不同族的短

素;X、Y的原子序数依次增加;结合①和无机盐组成可推出X元素、Y元素。③

结合Z的M层未成对电子数为4,结合Y3[Z(WX)6]2推出Z元素。解析W、X、Y的原子序数依次增加,且W、X、Y是属于不同族的短素,W的

外层电子数是其内层电子数的2倍,则W为C元素;X、Y的第一电离能都比左右相邻元

素的高,结合无机盐Y3[Z(WX)6]2的组成,可知Y为Mg元素,X为N元素;Z的原子序数大于

W、X、Y,且能形成[Z)6]3-,根据化合物中各元素的化合价代数和为0,可知Z呈+3价,

再结合Z的M层未成对电子数为4,得出Z为Fe元素。C的单质如果是金刚石,则比Fe的熔

点高,A错误;X的简单氢化物是NH3,N原子采用sp3杂化,B正确;由于N

水解,则NH4Cl溶液显酸性,可溶解Mg(OH)2,C正确;Y3[Z(WX)6]2即Mg3[Fe)6]2,Fe3+提供空轨道-提

供电子对形成配位键,D正确。方法突破一、解题步骤

二、解题方法1.充分利用元素的“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;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质量

数=质子数+中子数。2.充分利用前20号元素原子的特定结构或性质[典例1,典例2,变式1,变式2]①族序数等于的元素:H、Be、Al②族序数等于2倍的元素:C、S③族序数等于3倍的元素:O④是族序数2倍的元素:Li、Ca⑤是族序数3倍的元素:Na⑥最高正价与最低负价代数和为零元素:H、C、Si⑦最高正价是最低负价绝对值3倍元素:S⑧除H外,原子半径最小的元素;非金属性最强的元素:F⑨最外层电子数是其内层电子总数2倍的元素:C⑩最外层电子数是其内层电子总数3倍的元素:O

最外层电子数是其内层电子总数一半的元素:Li、P

最外层电子数是次外层的一半的元素:Li、Si

s、p轨道上电子总数相等的原子:O、Mg。

2p轨道上有2个未成对电子的原子:C、O。

原子半径最小的元素,宇宙中最多的元素:H。

短族元素中金属性最强、原子半径最大的元素:Na

短第三子半径最小的元素:Al

前四族元素中原子半径最大、金属性最强的元素:K3.充分利用微粒电子数相等的特征(1)2电子微粒:以He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。

(2)10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。

(3)18电子微粒:以Ar为出发点,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。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

充分利用前20号元素原子的特定结构或性质(20某省市联考河南卷,6)某

化合物的分子式为YWZX2。W、X、Y、Z是原子序数依次增大的短素,X与Z

同主族,W与X质子数之和等于Z的质子数,Y最外层电子数是其内层电子总数的一半。

下列说法正确的是

()A.电负性:W<YB.WX2的空间结构为直线形C.最简单氢化物的沸点:X<ZD.Y的第一电离能高于同邻元素

D

解析W、X、Y、Z是原子序数依次增大的短素,Y最外层电子数是其内层电

子总数的一半,则Y为P元素。X和Z同主族,则原子序数相差8,W与X的质子数之和等于

Z的质子数,则W为O元素,X为F元素,Z为Cl元素。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,P的电负性小于N,N的电负性小于O,则电

负性:O>P,A错误;OF2中中心原子O的价层电子对数=2+

=4,孤电子对数为2,空间结构为V形,B错误;HF分子间存在氢键,其沸点高于HCl,C错误;P原子的3p轨道半充满,

较稳定,其第一电离能高于同邻元素,D正确。变式2

充分利用元素的“位—构—性”关系(2024黑、吉、辽,11,3分)如下反应

相关元素中,W、X、Y、Z为原子序数依次增大的短素,基态X原子的核外电子

有5种空间运动状态,基态Y、Z原子有两个未成对电子,Q是ds区元素,焰色呈绿色。QZY4溶液

QZX4Y4W12溶液下列说法错误的是

()A.单质沸点:Z>Y>WB.简单氢化物键角:X>YC.反应过程中有蓝色沉淀产生D.QZX4Y4W12是配合物,配位原子是Y

D

解析W、X、Y、Z为原子序数依次增大的短素,基态X原子的核外电子有5种

空间运动状态,即有5个原子轨道(1s、2s、2px、2py、2pz),则X可能为N、O、F;Y、Z原

子有两个未成对电子,且原子序数大于X,则可能为O、Si、S;Q是ds区元素,焰色呈绿色,

则Q为Cu元素,再结合题给反应,可知是向CuSO4溶液中通入NH3至过量生成[Cu(NH3)4]

SO4,推得W为H元素、X为N元素、Y为O元素、Z为S元素。S单质常固体,H2、

O2(或O3)常气体,O2或O3的相对分子质量大于H2,则单质沸点:Z>Y>W,A正确;NH3

和H2O中N、O原子都是sp3杂化,N原子有1个孤电子对,O原子有2个孤电子对,故键角:

NH3>H2O,B正确;向CuSO4溶液中逐渐通入N成蓝色沉淀[Cu(OH)2],继续通入NH

3生成[Cu(NH3)4]2+,C正确;由[Cu(NH3)4]2+的结构可知,配位原子是氮原子(X),D错误。题型2信息综合型元素推断典题导入典题展示典例1

(2022广东,7,2分)甲~戊均为短素,在元素中的相对位置如图所示;戊的最高价氧化物对应的水化物为强酸。下列说法不正确的是

()A.原子半径:丁>戊>乙B.非金属性:戊>丁>丙

C

C.甲的氢化物遇氯化氢一定有白烟产生D.丙的最高价氧化物对应的水化物一定能与强碱反应方法链接以元素在中的相对位置为载体的元素推断。信息“戊的最高价氧化物的水化

物为强酸”为题眼,依据元素结构及元素可得戊为S或Cl。解析根据“戊的最高价氧化物对应的水化物为强酸”,结合题图可知,戊可能为S或

Cl;若戊为S,则甲为C、乙为O、丙为Si、丁为P;若戊为Cl,则甲为N、乙为F、丙为P、

丁为S。A根据原子半径变化规律√B依据同族元素非金属性变化规律√C甲为C或N,则当氢化物为CH4时遇HCl不产生白烟×D丙为Si或P,其最高价氧化物对应的水化物都是酸,一定可与强碱反应√典题展示典例2

(2024福建,3,4分)某电解质阴离子的结构如图所示。X、Y、Z、Q为原子序数依序增大的同素,Z的单质为空气的主要成分之一。下列说法错误的是

()A.第一电离能:X>Y>ZB.最简单氢化物沸点:Y<ZC.键长:Y—Y>Y—Z>Y—QD.Y的最高价氧化物对应水化物在水中电离:HnYOm

Hn-1Y

+H+

A

方法链接以“结构式”为载体的元素推断。①由Z的成键情况及Z的单质为空气的主要成分之

一,可推出Z元素。②参考以“结构式”为载体的元素推断可得应是X得到1个电子,形成了-1价阴离子。解析Z的单质为空气的主要成分之一,阴离子中Z形成2个共价键,则Z为O元素。X、

Y、Z、Q为原子序数依序增大的同素,阴离子中Y形成4个共价键、Q形成1个共

价键,则Y为C元素,Q为F元素;只有1个X原子,则应是X得到1个电子,则X原子的最外层

电子数为8-4-1=3,为B元素。第一电离能:O>C>B,A错误。简单氢化物沸点:CH4<H2O,B

正确。C、O、F的原子半径逐渐减小,则键长:C—C>C—O>C—F,C正确。Y的最高价

氧化物对应的水化物为H2CO3,是一种二元弱酸,在水中电离的方程式为H2CO3

HC

+H+,D正确。方法突破1.以元素在中的位置或相对位置为载体的元素推断[典例1,变式1]通常考查短素,根据元素的位置关系寻找元素间的结构关系,进而根据题目信息

确定元素种类。(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.以“结构式”为载体的元素推断[典例2,变式2](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、SiPSCl②在离子化合物中,简单阳离子所带的正电荷数一般等于元素的族序数。(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。(4)存在配位键时,会改变原子所形成的共价键数目。如在

中,由于存在N→B配位键,使得N、B的成键数均为4,与常规成键数目不一致。归纳总结

核反应中质量数守恒、质子数守恒的应用用中子轰击

X原子产生α粒子(即氦核

He)的核反应为

X

n

He,同时已知元素Y在化合物中呈+1价、推断X、Y。由质量数守恒可知,X的质量数N为4+7-1=10,又因为元素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

以元素在中的相对位置为载体的元素推断(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Fe2