1、第第1 1节原子结构与性质节原子结构与性质-2-考纲要求: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136号元素原子核外电子、价电子的电子排布式和电子排布图。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。-3-考点一考点二基础梳理考点突破原子核外电子的排布及其表示方法1.能层、能级与原子轨道(1)能层。根据多电子原子的核外电子的能量不同,将核外电子分成不同的能层,用n表示,n=1,2,3,4,n越大,该能层中的电子能量越高。原子核外的每一能层(序号为n)最多可容纳的电子数为2
2、n2。(2)能级。多电子原子中,同一能层的电子,能量也可能不同,还可以把它们分成能级;同一能层里,能级的能量按s、p、d、f的顺序升高。-4-考点一考点二基础梳理考点突破(3)原子轨道的形状和能量高低。-5-考点一考点二基础梳理考点突破2.基态原子核外电子排布规律(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。构造原理即基态原子核外电子进入原子轨道的顺序。示意图如下:-6-考点一考点二基础梳理考点突破(2)泡利原理:1个原子轨道里最多容纳2个电子,且它们的自旋状态相反。(3)洪特规则: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
3、旋状态相同。洪特规则的特例: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、f 0)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。-7-考点一考点二基础梳理考点突破3.原子结构示意图:11Na的原子结构示意图为 。表明原子核外各电子层上排布的电子数。-8-考点一考点二基础梳理考点突破4.电子排布式(1)用核外电子分布的能级及各能级上的电子数来表示电子排布的式子。电子排布式中各符号、数字的意义为:(以钾原子为例)(2)电子排布式中的内层电子排
4、布可用相应的稀有气体的元素符号加方括号来表示,以简化电子排布式。例如K的电子排布式可写成Ar4s1。(3)元素的化学性质与价电子关系密切,人们常常只表示出原子的价电子排布。如铁原子3d64s2。-9-考点一考点二基础梳理考点突破-10-考点一考点二基础梳理考点突破(3)原子状态与原子光谱。原子的状态。基态原子:处于最低能量的原子。激发态原子:当基态原子的电子吸收能量后,电子会跃迁到较高能级,变成激发态原子。基态、激发态及光谱示意图。-11-考点一考点二基础梳理考点突破-12-考点一考点二基础梳理考点突破1.核外电子的排布规律(1)遵守三大基本原理:能量最低原理、泡利原理、洪特规则。(2)能级交
5、错现象:核外电子的能量并不是完全按能层序数的增加而升高,不同能层的能级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。-13-考点一考点二基础梳理考点突破-14-考点一考点二基础梳理考点突破-15-考点一考点二基础梳理考点突破例1(1)化学作为一门基础自然科学,在材料科学、生命科学、能源科学等诸多领域发挥着重要作用。高温超导材料钇钡铜氧的化学式为YBaCu3O7,其中 的Cu以罕见的Cu3+形式存在。Cu在元素周期表中的位置为,基态Cu3+的核外电子排布式为。(2018全国,节选)
6、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)。(2018全国,节选)基态Fe原子价层电子的电子排布图为,基态S原子电子占据最高能级的电子云轮廓图为形。-16-考点一考点二基础梳理考点突破(2)物质的结构决定物质的性质。请回答下列涉及物质结构和性质的问题:第二周期中,元素的第一电离能处于B与N之间的元素有 种。某元素位于第四周期第族,其基态原子的未成对电子数与基态碳原子的未成对电子数相同,则其基态原子的价层电子排布式为。答案(1)第四周期第B族1s22s22p63s23p63d8或Ar3d8DC 哑铃(2)33d84s2-17-考点一考点二基础梳理考点突破解析(1)据元
7、素周期表得,铜在周期表中位于第四周期第B族;铜是29号元素,故Cu3+的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d8或Ar3d8。基态Li原子能量最低,而电子排布图中D图所示状态为基态。处于激发态的电子数越多,原子能量越高,A中只有1个1s电子跃迁到2s轨道;B中1s轨道中的两个电子1个跃迁到2s轨道,另一个跃迁到2p轨道;C中1s轨道的两个电子都跃迁到2p轨道,故C表示的能量最高。基态Fe原子价层电子的电子排布图为 ,基态S原子电子占据的最高能级为3p,其电子云轮廓图为哑铃形。-18-考点一考点二基础梳理考点突破(2)同一周期元素中,元素的第一电离能随着原子序数的增大而呈增大趋势,但
8、第A族、第A族元素第一电离能大于相邻元素,根据电离能的变化规律,第一电离能介于B、N之间的第二周期元素有Be、C、O三种元素。元素位于第四周期第族,其基态原子的未成对电子数与基态碳原子的未成对电子数相同,基态碳原子的电子排布式为1s22s22p2,未成对电子数为2,则该元素为Ni,其基态原子的价层电子排布式为3d84s2。-19-考点一考点二基础梳理考点突破易错警示(1)出现d轨道时,虽然电子排布按ns、(n-1)d、np的顺序填充,但书写核外电子排布式时,仍把(n-1)d放在ns前,如Ti:1s22s22p63s23p63d24s2正确,Ti:1s22s22p63s23p64s23d2错误。
9、(2)基态原子失电子生成金属阳离子时,应先失去最外层上的电子,如铁原子核外电子排布式为Ar3d64s2,失电子变为Fe2+,失去的不是能量高的3d能级上的电子,而是能量低的4s能级上的电子。所以Fe2+的基态核外电子排布式正确的为Ar3d6,其他Ar3d44s2、Ar3d54s1均错误。-20-考点一考点二基础梳理考点突破跟踪训练跟踪训练1.(2019河南洛阳期末)下面说法中正确的是()。A.电子云图中的小黑点越密集,说明该原子核外空间电子数目越多B.某基态原子外围电子排布中最高能级的符号为3fC.3d3表示3d能级上有3个轨道D.ns能级的原子轨道图可表示为 答案解析解析关闭 答案解析关闭-
10、21-考点一考点二基础梳理考点突破2.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()。A.B.C.D.答案解析解析关闭不符合能量最低原理;不符合洪特规则;不符合能量最低原理。答案解析关闭D-22-考点一考点二基础梳理考点突破3.(1)基态14C原子的核外存在对自旋状态相反的电子,硅原子的电子排布式为。(2)基态Si原子中,电子占据的最高能层具有的原子轨道数为;基态钛原子的价层电子排布式为。(3)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+的价层电子排布式为。(4)Co基态原子核外电子排布式为。答案:(1)21s22s22p63s23p2或Ne3s
11、23p2(2)93d24s2(3)4s4f5(4)1s22s22p63s23p63d74s2或Ar3d74s2-23-考点一考点二基础梳理考点突破解析:(1)14C的电子排布式为1s22s22p2,两个s轨道上分别有2个自旋状态相反的电子,根据洪特规则,另两个p电子分占两个2p轨道且电子自旋状态相同;硅原子的电子排布式为1s22s22p63s23p2或Ne3s23p2。(2)硅原子的质子数为14,根据电子排布式,其最高能层为M层,具有的原子轨道数为9;Ti是22号元素,其价层电子包括M层d能级与N层s能级上的电子。(3)Fe为26号元素,Fe原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p63
12、d64s2,Fe原子失去1个电子使4s轨道为半充满状态,能量较低,故首先失去4s轨道电子;Sm的价层电子排布式为4f66s2,失去3个电子变成Sm3+,成为稳定状态,则应先失去能量较高的4s电子,所以Sm3+的价层电子排布式为4f5。(4)Co是27号元素,位于元素周期表第四周期第族,其基态原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d74s2或Ar3d74s2。-24-考点一考点二基础梳理考点突破原子结构与元素周期律1.原子结构与元素周期表的关系-25-考点一考点二基础梳理考点突破2.元素周期表的分区(1)根据核外电子排布分区。-26-考点一考点二基础梳理考点突破-27-考点一考点二
13、基础梳理考点突破3.电离能(1)含义:气态电中性基态原子失去一个电子转化为气态基态正离子所需要吸收的能量叫做第一电离能。常用符号I1表示,单位为kJmol-1。(2)电离能的递变规律。同一元素:I1I2”“=”或“”)H-。某储氢材料是短周期金属元素M的氢化物。M的部分电离能如下表所示:M是(填元素符号)。-36-考点一考点二基础梳理考点突破(2)(2018全国,节选)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)(填“大于”或“小于”)I1(Cu),原因是。(3)太阳能电池板材料除单晶硅外,还有铜、铟、镓、硒等化学物质。硒为A族元素,与其相邻的元素有砷和溴,则三种
14、元素的电负性由小到大的顺序为(用元素符号表示)。答案(1)M9LiBHMg(2)大于Zn的3d能级与4s能级为全充满稳定结构,较难失电子(3)AsSeBr-37-考点一考点二基础梳理考点突破解析(1)氯原子核外有17个电子,基态原子的核外电子层有3层,电子占据的最高能层符号为M,该能层有1个s轨道、3个p轨道、5个d轨道,所以具有的原子轨道数为9。电负性与元素非金属性强弱保持一致,所以氢元素电负性最大,其次是硼元素,锂元素的电负性最小。核外电子排布相同的离子,核电荷数越大,离子半径越小,Li+与H-核外电子排布相同,Li+的核电荷数大,所以半径小。根据M的部分电离能数据,I3出现突变,说明最外
15、层电子数为2;元素有I5,说明核外电子数大于5,所以该元素为Mg。-38-考点一考点二基础梳理考点突破归纳总结(1)“外围电子排布”即“价电子层”,对于主族元素,价电子层就是最外电子层,而对于过渡元素原子不仅仅是最外电子层。(2)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,故不能根据金属活动性顺序判断电离能的大小。(3)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。-39-考点一考点二基础梳理考点突破跟踪跟踪训练训练 4.按要求回答下列各小题。(1)元素Mn与O中,第一电离能较大的是,基态原子核外未成对电子数较多的是。(2)元素的基态气态原子得到一个电子形成气态负一
16、价离子时所放出的能量称作第一电子亲和能(E1)。第二周期部分元素的E1变化趋势如图所示,其中除氮元素外,其他元素的E1自左而右依次增大的原因是;氮元素的E1呈现异常的原因是。-40-考点一考点二基础梳理考点突破(3)C、H、O三种元素的电负性由小到大的顺序为。(4)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。(5)根据元素周期律,原子半径Ga(填“大于”或“小于”,下同)As,第一电离能GaAs。(6)A、B、C、D为原子序数依次增大的四种元素,A2-和B+具有相同的电子构型;C、D为同周期元素,C核外电子总数是最外层电子
17、数的3倍;D元素最外层有一个未成对电子。四种元素中电负性最大的是(填元素符号)。-41-考点一考点二基础梳理考点突破答案:(1)OMn(2)从左到右原子半径减小,元素非金属性增强,得电子能力增强N的2p能级处于半充满状态(3)HCGeZn(5)大于小于(6)O-42-考点一考点二基础梳理考点突破解析:(1)元素Mn与O中,由于O元素是非金属元素,而Mn是金属元素,所以第一电离能较大的是O。O元素的基态原子价层电子排布式为2s22p4,所以其核外未成对电子数是2,而Mn元素的基态原子价层电子排布式为3d54s2,所以其核外未成对电子数是5,因此核外未成对电子数较多的是Mn。(2)根据题图可知,同
18、周期从左到右,元素的原子半径逐渐减小,元素的非金属性增强,得电子能力增强,因此同周期从左到右元素的第一电子亲和能(E1)呈增大趋势;N原子的2p能级处于半充满状态,原子结构相对稳定,故氮元素的E1呈现异常。(3)C、H、O三种元素的电负性由小到大的顺序为HCGeZn。-43-考点一考点二基础梳理考点突破(5)Ga和As同在第四周期,结合Ga在As的左边,故原子半径Ga大于As,第一电离能Ga小于As。(6)A、B、C、D为原子序数依次增大的四种元素,C、D为同周期元素,C核外电子总数是最外层电子数的3倍,则C为P元素,D为Cl元素。A2-和B+具有相同的电子构型,则A为O元素,B为Na元素。一
19、般情况下,非金属性越强,元素的电负性越大,则四种元素中电负性最大的是O元素。-44-考点一考点二基础梳理考点突破5.自然界中存在大量的金属元素,其中钠、镁、铝、铁、铜等在工农业生产中有着广泛的应用。(1)请写出Fe的基态原子核外电子排布式。(2)金属A的原子只有3个电子层,其第一至第四电离能如下:则A原子的价电子排布式为。-45-考点一考点二基础梳理考点突破(3)合成氨工业中,原料气(N2、H2及少量CO、NH3的混合气)在进入合成塔前常用醋酸二氨合铜()溶液来吸收原料气体中的CO(Ac-代表CH3COO-),其反应是:Cu(NH3)2Ac+CO+NH3 Cu(NH3)3COAc醋酸羰基三氨合
20、铜()H0C、N、O三种元素的第一电离能由小到大的顺序为。配合物Cu(NH3)3COAc中心原子的配位数为。在一定条件下NH3与CO2能合成尿素CO(NH2)2,尿素中碳原子和氮原子轨道的杂化类型分别为;1 mol尿素分子中,键的数目为NA。答案:(1)1s22s22p63s23p63d64s2或Ar3d64s2(2)3s2(3)CON4sp2杂化、sp3杂化7-46-考点一考点二基础梳理考点突破解析(1)Fe是26号元素,Fe的基态原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2或Ar3d64s2。(2)A原子核外有3个电子层,根据原子核外电子的电离能大小关系可知,第一电离能与
21、第二电离能相对较小,而第三电离能较第二电离能大很多,说明原子最外层只有2个电子,所以其价电子排布式为3s2。-47-考点一考点二基础梳理考点突破(3)C、N、O三种元素是同一周期的元素,一般情况下,原子序数越大,元素的第一电离能越大,而氮元素的原子最外层电子处于半充满状态为稳定状态,失去电子比O还难,所以三种元素的第一电离能由小到大的顺序为COINi的原因是。答案:(1)1s22s22p63s23p63d84s2或Ar3d84s22(2)金属铜失去的是全充满的3d10电子,镍失去的是4s1电子-51-2134解析:(1)镍为28号元素,其基态原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d
22、84s2或Ar3d84s2,3d能级上的电子排布图为 ,故3d能级上未成对电子数为2。(2)金属晶体中金属阳离子和自由电子以金属键结合。Ni、Cu的外围电子排布式分别为3d84s2、3d104s1,二者的第二电离能是:Cu失去的是全充满的3d10上的1个电子,而镍失去的是4s1上的1个电子。-52-21342.砷化镓(GaAs)是优良的半导体材料,可用于制作微型激光器或太阳能电池的材料等。回答下列问题:(1)写出基态砷原子的核外电子排布式。(2)根据元素周期律,原子半径Ga(填“大于”或“小于”,下同)As,第一电离能GaAs。答案(1)1s22s22p63s23p63d104s24p3或Ar
23、3d104s24p3(2)大于小于解析(1)As的原子序数是33,则基态砷原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p3或Ar3d104s24p3。(2)Ga和As位于同一周期,同周期主族元素从左向右原子半径逐渐减小,则原子半径GaAs;由于As的4p能级处于半充满状态,稳定性强,因此第一电离能Ga”或“B-56-4312解析(1)Cu为第29号元素,位于元素周期表中第四周期第B族,所以基态Cu原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s1或Ar3d104s1;CuO中Cu+的价电子排布式为3d9,Cu2O中Cu2+的价电子排布式为3d10,3d1
24、0为稳定结构,所以在高温时能生成Cu2O。(2)若“SiH”中共用电子对偏向氢原子,说明硅显正价,氢气与硒反应时单质硒是氧化剂,则硒的氢化物中硒显负价,所以硒与硅的电负性相对大小为SeSi;在第三周期元素中,钠原子失去1个电子后,就已经达到稳定结构,所以钠的第二电离能最大;镁原子最外层为2个电子,失去2个电子后为稳定结构,所以镁的第三电离能最大;即得a代表第二电离能I2,b代表第三电离能I3,c代表第一电离能I1。-57-43124.(2019河北承德各县一中期末)镧系为元素周期表中第B族、原子序数为5771的元素。(1)镝(Dy)的基态原子电子排布式为Xe4f106s2,画出镝(Dy)原子的
25、价电子排布图:。(2)高温超导材料镧钡铜氧化物中含有Cu3+,基态时Cu3+的电子排布式为。-58-4312(3)观察下面四种镧系元素的电离能数据,判断最有可能显示+3价的元素是(填元素名称)。几种镧系元素的电离能(单位:kJmol-1)-59-4312(4)元素铈(Ce)可以形成配合物(NH4)2Ce(NO3)6。组成配合物的四种元素,电负性由大到小的顺序为(用元素符号表示)。写出氮的最简单气态氢化物水溶液中存在的氢键:(任写一种)。元素Al也有类似成键情况,气态氯化铝分子可表示为(AlCl3)2,分子中Al原子的杂化方式为 ,分子中所含化学键类型有(填字母)。A.离子键 B.极性键C.非极
26、性键D.配位键-60-4312(5)PrO2(二氧化镨)的晶体结构与CaF2相似,晶胞中镨原子位于面心和顶点,则PrO2(二氧化镨)的晶胞中有个氧原子;已知晶胞参数为a pm,密度为 gcm-3,NA=(用含a、的代数式表示)。-61-4312-62-4312解析:(1)根据镝(Dy)的基态原子电子排布式Xe4f106s2可知,镝(Dy)原子4f能级上有10个电子,6s能级上有2个电子,则其价电子排布图为 。(2)Cu是29号元素,基态原子的电子排布式为Ar3d104s1,高温超导材料镧钡铜氧化物中含有Cu3+,说明Cu失去3个电子,则基态时Cu3+的电子排布式为Ar3d8(或1s22s22p
27、63s23p63d8)。(3)第三电离能与第一电离能、第二电离能相差越小,第三个电子越容易失去,显示+3价的可能性越大,在题述表中,镧的I1、I2和I3最接近,则最有可能显示+3价的元素是镧。-63-4312(4)元素铈(Ce)可以形成配合物(NH4)2Ce(NO3)6,组成配合物的四种元素中,因元素非金属性越强,电负性越大,则ONH,又因Ce是金属,其电负性在四种元素中最小,所以电负性的大小顺序为ONHCe。N和O的电负性强,则NH3的水溶液中存在的氢键有:NHO(或NHN或OHN或OHO)。在气态氯化铝(AlCl3)2中,每个Al原子与4个Cl原子形成4个键,则Al原子的杂化方式为sp3,在该分子中,与Al原子形成极性共价键的两个Cl原子中,有1个是配位键,氯原子提供电子,铝原子提供空轨道。
