第05讲 原子结构与性质（寒假复习讲义）高二化学人教版

第05讲 原子结构与性质 内容导航 考点聚焦：紧扣考试命题常考点，有的放矢 重点速记：知识点和关键点梳理，查漏补缺 难点强化：难点内容标注与讲解，能力提升 复习提升：基础巩固+提升专练，全面突破 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．了解电离能、电负性的概念，并能用以说明元素的某些性质。 一、能层、能级、原子轨道 1．能层、能级与原子轨道的含义 (1)能层(n)：在多电子原子中，核外电子的_能量__是不同的，按照电子的_能量__差异将其分成不同能层。通常用K、L、M、N……表示，能量依次升高。 (2)能级：在多电子原子中，同一能层里电子的_能量__也可能不同，又将其分成不同的能级，通常用_s、p、d、f__等表示，同一能层里，各能级的能量按_s、p、d、f__的顺序依次升高，即_E(s)<E(p)<E(d)<E(f)__。 (3)原子轨道：电子云轮廓图给出了电子在_核外经常出现__的区域。这种电子云轮廓图称为原子轨道。 2．能层、能级与原子轨道之间的关系 能层 一 二 三 四 五 六 七 能层 符号 _K__ _L__ _M__ _N__ _O__ P Q 能级 符号 _1s__ _2s__ _2p__ _3s__ _3p__ _3d__ _4s__ _4p__ _4d__ 4f 5s 5p …… …… 原子轨道数 1 1 3 1 3 5 1 3 5 7 …… …… 最多容纳电子数 2 _2__ _6__ _2__ _6__ _10__ _2__ _6__ _10__ 14 …… …… 2 _8__ _18__ _32__ 50 2n2 3．原子轨道的形状与能量的关系 原子轨道 二、基态原子核外电子排布的三个原理 1．能量最低原理 电子总是先占有_能量低__的轨道，然后依次进入_能量较高__的轨道，使整个原子的能量处于_最低状态__。即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。如图为构造原理示意图： 2．泡利不相容原理 在一个原子轨道中，最多只能容纳_2个__电子，并且这两个电子的自旋状态_相反__。如2s轨道上的电子排布为，不能表示为。 (3)洪特规则 当电子排布在同一能级的不同的轨道时，基态原子中的电子总是优先_单独__占据一个轨道，并且自旋状态_相同__。如2p3的电子排布为，不能表示为或。 洪特规则特例：当能量相同的原子轨道在_全满__(p6、d10、f14)、_半满__(p3、d5、f7)和_全空__(p0、d0、f0)状态时，体系的能量最低，如：24Cr的电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s1；29Cu的电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s1。 3．基态原子核外电子排布的表示方法 表示方法 举例(以硫原子为例) 电子排布式 S：_1s22s22p63s23p4__ 简化电子排布式 [Ne]3s23p4 电子排布图(轨道表达式)注意空轨道不能省略 外围(价层)电子排布式 3s23p4 4．基态原子电子排布式的书写方法 (1)知道原子序数书写核外电子排布式的方法。 ①常规方法：常根据构造原理(1s、2s、2p、3s、3p、4s、3d、4p)，各能级最多容纳的电子数及能量最低原理，依次由低能级向高能级排列，如31号元素镓，首先排满1s2，依次2s2、2p6、3s2、3p6、4s2、3d10最后4p1。 ②原子序数大于18的方法：如31号元素，我们也可以用31－18＝13，然后在[Ar]的基础上再填充13个电子，如[Ar]3d104s24p1。 (2)知道元素名称书写核外电子排布式的方法。 ①前三周期主族元素可以根据最外层电子数书写，如S的最外层电子数为6，其排布式为[Ne]3s23p4。 ②第四周期的元素，要熟记元素名称，然后从K开始数，数到几，就可以写成“[Ar]＋几个电子”。如Fe，从钾开始数到铁为8，其排布式为[Ar]3d64s2；Se，从钾开始数到Se为16，其排布式为[Ar]3d104s24p4。 (3)注意事项。 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Fe原子核外电子排布式为[Ar]3d64s2，失电子变为Fe2＋，失去的不是能量高的3d轨道上的电子，而是能量低的4s轨道上的电子。所以Fe2＋的基态核外电子排布式正确的为[Ar]3d6，其他[Ar]3d44s2、[Ar]3d54s1均错误。 三、原子状态与原子光谱 1．原子的状态 ①基态原子：处于_最低能量__的原子。 ②激发态原子：基态原子的电子吸收能量后，从_低能级__跃迁到_高能级__状态的原子。 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。利用原子光谱的特征谱线可以鉴定元素，称为_光谱__分析。 3．基态、激发态及光谱示意图 提醒：对于同一元素来说，能量：基态原子<激发态原子；稳定性：基态原子>激发态原子。 四、电离能 1．定义：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的_最低能量__。 2．电离能的规律 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__，总体呈现从左至右呈_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。 五、电负性 1．概念 用来描述不同元素的原子对键合电子_吸引力__的大小。 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 以氟的电负性为_4.0__作为相对标准，计算得出其他元素的电负性。电负性没有单位，且均为正值。在元素周期表中氟的电负性数值最大，铯的电负性数值最小，为0.7(放射性元素除外) 4．变化规律 金属元素的电负性一般_较小(一般小于1.8)__，非金属元素的电负性一般_较大(一般大于1.8)__，而位于非金属三角区边界的“类金属”(如锗、锑等)的电负性则在1.8左右，它们既有_金属__性，又有_非金属__性。 六、原子结构与元素在周期表中位置关系 1．原子结构与周期表的关系 周期 能层数 每周期第一种元素 每周期最后一种元素 原子序数 基态原子的电子排布式 原子序数 基态原子的电子排布式 二 2 3 [He]2s1 10 1s22s22p6 三 3 11 _[Ne]3s1__ _18__ _1s22s22p63s23p6__ 四 4 19 _[Ar]4s1__ _36__ _1s22s22p63s23p63d104s24p6__ 五 5 37 [Kr]5s1 54 1s22s22p63s23p63d10 4s24p64d105s25p6 六 6 55 [Xe]6s1 86 1s22s22p63s23p63d10 4s24p64d104f145s25p6 5d106s26p6 2．每族元素的价电子排布特点。 ①主族。 主族 ⅠA ⅡA ⅢA ⅣA 排布特点 _ns1__ _ns2__ _ns2np1__ _ns2np2__ 主族 ⅤA ⅥA ⅦA 排布特点 _ns2np3__ _ns2np4__ _ns2np5__ ②0族：He：1s2；其他：ns2np6。 ③过渡元素(副族和第Ⅷ族)：(n－1)d1～10ns1～2(Pd、镧系、锕系除外)。 3．元素周期表的分区。 ①周期表的分区。 ②各区元素化学性质及原子最外层电子排布特点。 分区 元素分布 价电子排布 元素性质特点 s区 ⅠA、ⅡA族 _ns1～2__ 除氢外都是活泼金属元素；通常是最外层电子参与反应 p区 ⅢA族～ⅦA族、0族 _ns2np1～6__ (除He外) 通常是最外层电子参与反应 d区 ⅢB族～ⅦB族、Ⅷ族(除镧系锕系外) (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 ③元素的分布：非金属在元素周期表中主要集中在右上角三角区内，处于非金属三角区与金属接近的边缘的元素常被称为_半金属__或_准金属__，但不能叫两性非金属。 1．基态原子核外电子排布的表示方法（以铁原子为例） （1）各类要求的电子排布式 ①电子排布式：1s22s22p63s23p63d64s2 ②简化电子排布式：［Ar］3d64s2 ③价电子（外围电子、特征电子）排布式：3d64s2 ④最外层电子排布式：4s2 ⑤M层电子排布式：3s23p63d6 ⑥最高能级电子排布式：3d6 （2）各类要求的电子排布图 ①电子排布图： ②轨道表示式： ③价电子排布图： ④原子结构示意图： 2．书写电子排布式的技巧与常见错误 3．正确表述元素周期律 项目 同周期(从左→右) 同主族(从上→下) 原子核外电子排布 电子层数相同，最外层电子数逐渐增多，1→7(第一周期1→2) 最外层电子数相同，电子层数递增 原子半径 逐渐减小(0族除外) 逐渐增大 元素主要化合价 最高正价由＋1→＋7 最低负价由－4→－1 最高正价＝主族序数(O、F除外)，非金属最低负价＝主族序数－8 原子得、失电子能力 得电子能力逐渐增强，失电子能力逐渐减弱 得电子能力逐渐减弱，失电子能力逐渐增强 元素的第一电离能 第一电离能呈增大的趋势 第一电离能逐渐减小 元素的电负性 电负性逐渐增大 电负性逐渐减小 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 单质氧化性、还原性 氧化性逐渐增强 还原性逐渐减弱 氧化性逐渐减弱 还原性逐渐增强 最高价氧化物对应水化物的酸碱性 碱性逐渐减弱 碱性逐渐增强 酸性逐渐增强 酸性逐渐减弱 非金属气态氢化物的稳定性 生成由难到易 稳定性逐渐增强 生成由易到难 稳定性逐渐减弱 4．电负性的三应用 基础巩固 1．下列关于电子层与能级的说法中正确的是 A．同一原子中，符号相同的能级，其电子能量不一定相同 B．任一电子层的能级总是从s能级开始，而且能级数不一定等于该电子层序数 C．钠原子的3s、3p、3d原子轨道均填满电子 D．3d能级最多容纳5个电子，3f能级最多容纳7个电子 【答案】A 【解析】A．同一原子中，符号相同的能级（如2s和3s）因处于不同电子层，能量不同，因此电子能量不一定相同，A正确； B．每个电子层的能级数等于该电子层序数（如第三层有s、p、d三个能级），B错误； C．钠原子基态电子排布为1s22s22p63s1，3p和3d轨道均未填充电子，3s也未填满电子，C错误； D．3d能级最多容纳10个电子，且3f能级不存在，D错误； 故选A。 2．下列化学用语或图示表述正确的是 A．分子的空间结构模型： B．的电子云轮廓图为，其中的黑点代表核外电子的运动轨迹 C．HCl中键形成的示意图： D．分子的空间结构为，可推测出为非极性分子 【答案】C 【解析】A．NH3的中心N原子形成3个键且有1个孤电子对，价层电子对数为4，其空间构型为三角锥形，图示为NH3的VSEPR模型，不是NH3的空间构型，A错误； B．电子云轮廓图中黑点代表电子在核外空间出现的概率密度，而非运动轨迹（电子无固定轨迹），B错误； C．HCl中H的1s轨道（球形）与Cl的3p轨道（哑铃形）沿键轴方向头碰头重叠形成s-p σ键，图示中H的s轨道与Cl的p轨道重叠过程正确，C正确； D．H2O2为二面角形结构，分子结构不对称（两个O-H键不在同一直线，分子无对称中心），正电中心与负电中心不重合，为极性分子，D错误； 故答案选C。 3．下列有关元素单质或化合物的叙述错误的是 A．As元素位于周期表p区 B．焰色试验为黄色，与电子跃迁有关 C．N2分子中存在键，键能很大，常做保护气 D．碳的基态原子轨道表示式： 【答案】D 【解析】A．As是第VA族元素，其价电子排布式为，根据元素在周期表中的分区规则，最后填充的电子进入p轨道的元素就属于p区，叙述正确，A不选； B．钠元素的焰色试验为黄色，是因为钠原子中的电子吸收能量后跃迁到较高能级，然后从高能级回落到低能级时释放出能量，以光的形式表现出来，与Na电子跃迁有关，叙述正确，B不选； C．分子中存在键，键能很大，分子结构稳定，化学性质不活泼，常做保护气，叙述正确，C不选； D．根据洪特规则，基态原子中，电子在能量相同的轨道上排布时，将尽可能分占不同的轨道并且自旋方向相同，碳的基态原子轨道表示式中，2p轨道上的2个电子应分占不同轨道且自旋方向相同，，叙述错误，D选； 故答案选D。 4．下列不同状态硼原子的电子轨道表示式中，能量最高的是 A． B． C． D． 【答案】A 【解析】B项中电子处于基态，能量最低，C、D项中电子由激发至，A项中电子由激发至，所以A项中能量最高； 答案选A。 5．下列关于原子结构的说法不正确的是 A．基态Cr原子的电子排布式[Ar]3d54s1遵循能量最低原理 B．光是电子跃迁吸收能量的重要形式 C．基态C原子的轨道表示式为，违反了洪特规则 D．基态Sc原子的电子排布式1s22s22p63s23p9违反了泡利原理 【答案】B 【解析】A．基态Cr原子的电子排布式为[Ar]3d54s1，而非 [Ar]3d44s2，原因是3d轨道半满时体系能量更低，更稳定，遵循能量最低原理，A正确； B．光是电子跃迁释放能量的重要形式，B错误； C．洪特规则是指在基态原子中，当电子填充能量相等的简并轨道时，优先以自旋平行方式分占不同轨道，基态C原子的轨道表示式为，违反了洪特规则，C正确； D．泡利不相容原理是指在基态原子中，指每个轨道最多只能容纳两个电子，且自旋相反，3p能级含有3个轨道，最多容纳6个电子，基态Sc原子的电子排布式1s22s22p63s23p9违反了泡利原理，D正确； 故选B。 6．若15P原子的电子排布式写成1s22s22p63s23px23py1，它违背了 A．能量守恒原理 B．洪特规则 C．能量最低原理 D．泡利不相容原理 【答案】B 【解析】A．能量守恒原理与电子排布无关，此处不涉及能量转化问题，A错误； B．洪特规则要求等价轨道（如3p的三个轨道）上的电子应尽可能分占不同轨道且自旋相同。题目中的排布使同一轨道（3px）填入两个电子，而其他轨道未填满，违背了洪特规则，B正确； C．能量最低原理要求电子优先填入低能级轨道，但题目中的能级顺序（1s→2s→2p→3s→3p）正确，未违反该原理，C错误； D．泡利不相容原理规定同一轨道最多容纳两个自旋相反的电子。题目中的两个电子可以满足自旋相反，未违反该原理，D错误； 故答案选B。 7．下列各组物质的性质比较正确的是 A．第一电离能： B．碱性： C．离子半径： D．氢化物的沸点： 【答案】D 【解析】A. 同周期的元素，从左到右，第一电离能是呈现增大趋势的，但是氮原子的轨道半充满更稳定，故其第一电离能，A错误； B. 同周期的元素，从左到右，金属性逐渐减小。金属性，故碱性，B错误； C. 粒子半径比较，层大则大（电子层大则半径大），层同质大则小（电子层数相同，质子数大，半径小），故同周期阳离子半径随核电荷数增大而减小，，C错误； D. 分子晶体沸点比较，主要考虑范德华力和氢键，因含有氢键沸点显著高于，D正确； 故答案选D。 8．W、X、Y、Z、Q是原子序数依次增大的5种短周期主族元素，W原子的电子只有一种自旋取向，X的基态原子2p轨道为半充满，Y的族序数是周期数的3倍，Z原子半径在短周期中最大，非金属元素Q的基态原子只有一个未成对电子。下列说法正确的是 A．原子半径： B．电负性： C．第一电离能： D．最高化合价： 【答案】B 【解析】W原子的电子只有一种自旋取向，W为H；X的基态原子2p轨道为半充满， X为N（半充满）；Y的族序数6=周期数2×3，Y为O；第三周期原子半径最大的 Z为Na； Q的基态原子只有一个未成对电子，为Cl。 A．原子半径O＞N＞H错误，正确顺序N＞O＞H， A错误； B．电负性Cl＞H＞Na正确，符合电负性递变规律，B正确； C．第一电离能O<N，N因半充满更稳定，电离能更大，C错误； D．O无最高正化合价，Cl最高+7＞N最高+5，D错误。 故选B。 9．以下有关元素性质的说法不正确的是 A．具有下列电子排布式的原子①；②；③；④，原子半径最大的是① B．有下列价电子排布式的原子①；②；③；④，第一电离能最大的是③ C．①Na、K、Rb；②N、P、S；③Na、P、Cl，元素的电负性随原子序数增大而增大的是③ D．某主族元素气态基态原子的逐级电离能分别为738、1415、7733、10450、13630、17995等，它与氯气反应时，生成的阳离子是 【答案】D 【解析】A．①是Si（第三周期），②是N（第二周期），③是S（第三周期），④是C（第二周期）。电子层数越多半径越大，电子层数相同时，核电荷数越大，半径越小；则硅原子半径最大，A正确； B．①为Al，②为Si，③为P，④为S。第三周期中P的第一电离能因3p3半充满更稳定而最大，B正确； C．同周期从左到右，金属性减弱，非金属性变强，元素的电负性变强；同主族由上而下，金属性增强，非金属性逐渐减弱，元素电负性减弱；③中Na、P、Cl同周期，电负性随原子序数增大而递增（Na＜P＜Cl），C正确； D．第三电离能剧增，表明最外层有2个电子，应形成X2+而非X3+，D错误； 故选D。 10．下列说法正确的是 ①Na核外电子存在6种空间运动状态 ②在金属活动性顺序表中，金属镁比铝活泼，因此镁的第一电离能小于铝的第一电离能 ③杂化轨道用于形成σ键或用来容纳孤电子对 ④Zn2+的价层电子排布式：3s23p63d10 ⑤键角：H2O＜NH3 A．①③⑤ B．②③⑤ C．③④⑤ D．①②④ 【答案】A 【解析】①基态Na的电子排布为1s22s22p63s1，轨道数为1+1+3+1=6，对应6种空间运动状态，①正确； ②镁的金属活动性虽强于铝，但因镁的第一电离能失去的是能量较低的3s能级上的电子、而铝的第一电离能失去的是能量较高的3p能级上的电子，且Mg的3s2全充满更稳定，镁第一电离能反而大于铝，②错误； ③杂化轨道用于形成σ键或容纳孤电子对，③正确； ④Zn2+的电子排布为[Ar]3d10，价层电子排布式为3d10，而非3s23p63d10，④错误； ⑤水分子、氨分子的中心原子杂化方式相同、均为sp3杂化，H2O中O上有2个孤电子对，NH3中N上有1个孤电子对，孤电子对数越多、键角越小，键角：H2O＜NH3，⑤正确； 综上所述，正确的为①③⑤；故选A。 提升专练 11．下列化学用语正确的是 A．基态Al原子最高能级电子云轮廓图： B．在电子云图中，用小黑点表示绕核做高速圆周运动的电子 C．总共含有3个能级的能层符号：L D．基态Ti原子的轨道表示式为1s22s22p63s23p63d24s2 【答案】A 【解析】A．Al原子的基态电子排布为 1s22s22p63s23p1，最高能级是 3p ，电子云轮廓为哑铃形，A正确； B．在电子云图中，小黑点表示电子在核外空间中出现的概率，B错误； C．含有3个能级的能层符号是M，C错误； D．1s22s22p63s23p63d24s2为基态Ti原子的核外电子排布式，不是轨道表示式，D错误； 故答案选A。 12．下列有关电子运动状态及电子云的叙述正确的是 A．电子的运动速率特别快，运动范围特别小，不可能同时准确地测定其位置和速度 B．电子云直观地表示了核外电子的数目 C．1s电子的电子云轮廓图是一个球形，表示在这个球以外，电子出现的概率为零 D．电子云是电子绕核运动形成的一团带负电荷的云雾 【答案】A 【解析】A．电子的质量小、运动速率快，运动范围小，无法准确地测定其位置和速度，A正确； B．电子云表示电子出现的概率分布，而不是核外电子数目，B错误； C．1s电子云轮廓图的球形表示电子出现概率较高的区域，球外仍有概率，并非为零，C错误； D．电子云是概率分布模型，并非实际存在的云雾，D错误； 故选A。 13．原子光谱在化学研究中有重要意义。下列叙述错误的是 A．利用原子光谱的特征谱线可以鉴定元素 B．激光、LED灯光与原子发射光谱有关 C．电子由激发态跃迁到基态将吸收能量 D．不同元素原子的电子跃迁会吸收或释放不同的光 【答案】C 【解析】A．每种元素在原子光谱中都有自己的特征谱线，可用于元素鉴定，A正确； B．激光和LED灯光的产生源于电子从激发态跃迁到基态时的发射光谱有关，B正确； C．电子从高能级的激发态跃迁到低能级的基态时，会以光子形式释放能量，C错误； D．不同元素原子的电子跃迁时，有的吸收能量，有的释放能量，不同的元素的原子发生跃迁时，会吸收或释放不同的光，具有特征性，D正确； 故选C。 14．下列元素的价电子排布与其在周期表中的位置对应正确的是 A．  第4周期Ⅷ族 B．  第1周期ⅡA族 C．  第4周期ⅦB族 D．  第4周期ⅠA族 【答案】C 【解析】A．价电子排布，对应第4周期0族的Kr，A错误； B．价电子排布，对应第1周期0族的He，B错误； C．价电子排布，对应第4周期ⅦB族的锰，位置一致，C正确； D．价电子排布，对应第4周期ⅠB族的铜，D错误； 故选C。 15．短周期主族元素X、Y、Z、W、Q在周期表中的位置如图所示，其中X、W最低负化合价之和为。下列说法错误的是 Q Y Z X W A．单核离子半径： B．第一电离能： C．基态X原子有3个未成对电子 D．简单氢化物的稳定性： 【答案】A 【分析】由题干可知，五种元素都是短周期主族元素，则Q、Y、Z位于第二周期，X、W位于第三周期。已知X、W的最低负化合价之和为-4，二者原子序数相差2，则最外层电子数也差2。设X原子价层电子数为n，最低化合价为n-8；W的价层电子数为n+2，最低化合价为n+2-8。则有n-8+(n+2-8)=-4，解得n=5。则X是P元素，W是Cl元素。结合图像可知，X、Y、Z、W、Q分别是P、O、F、Cl、N。据此作答。 【解析】A．电子层数相同时，原子序数越大，离子半径越小。O和F的原子序数分别是8和9，则的离子半径大于。A错误； B．N原子价层电子排布式为，O原子价层电子排布式为。N的2p能级处于半充满状态，比O更稳定。因此N的第一电离能大于O。B正确； C．根据洪特规则，填入简并轨道的电子总是先单独分占轨道且自旋平行。基态P原子价层电子排布式为，能级的三条轨道会被P原子的3p能级电子分占。因此基态P原子有三个未成对电子。C正确； D．元素的非金属性越强，简单氢化物越稳定。Z和W的氢化物分别是HF和HCl，F的非金属性更强，则HF比HCl更稳定。D正确； 故答案选A。 16．联氨(N2H4)为二元弱碱，在水中性质与氨相似，可用于处理锅炉水中的溶解氧，防止锅炉被腐蚀，其中一种反应机理如图所示。下列说法正确的是 A．微粒半径：r(Cu)> r(Cu2+) B．电负性：χ(N)> χ(O)> χ(H) C．第一电离能：I1(O)> I1(N)> I1(Cu) D．Cu元素位于元素周期表中的d区 【答案】A 【解析】A．同一元素不同粒子，核外电子数越多，半径越大，则r(Cu)> r(Cu2+)，A正确； B．非金属性越强，电负性越大，电负性：χ(O) > χ(N) > χ(H)，B错误； C．同周期主族元素，原子序数越大，第一电离能越大，但氮原子2p轨道电子属于半充满结构，第一电离能大于相邻元素，故第一电离能：I1(N) > I1(O)> I1(Cu)，C错误； D．Cu元素为29号元素，基态原子的价电子排布式为3d104s1，位于元素周期表中的ds区，D错误； 故答案选A。 17．原子结构与元素周期表存在着内在联系。根据已学知识，回答下列问题： (1)31号元素镓(Ga)在元素周期表中的位置为第 周期 族。 (2)X原子在第二电子层上只有一个空轨道，则X的轨道表示式为 。 (3)基态中，电子占据的能量最高的电子层符号是 ，该电子层有 个能级。 (4)写出原子序数最小的ⅠB族元素原子的核外电子排布式： 。 (5)写出3p轨道上有2个未成对电子的元素符号： 。 (6)镍元素基态原子的核外电子排布式为 ，3d能级上的未成对电子数为 。 (7)日常生活中广泛使用的不锈钢的生产过程中添加了某种元素，该元素的价电子排布式为，该元素的名称为 。 【答案】(1) 四 ⅢA (2) (3) M 3 (4)或 (5)Si、S (6) 或 2 (7)铬 【解析】（1）31号元素镓(Ga)，核外电子数为31，核外有四个电子层，最外层3个电子，故Ga在元素周期表中的位置为第四周期ⅢA族。 （2） X原子在第二电子层上只有一个空轨道，则其价电子排布式为，X为C元素，轨道表示式为。 （3）Ti的原子序数为22，基态Ti原子的电子排布式为，故基态的电子排布式为，电子占据能量最高的电子层符号为M，该电子层有3s、3p、3d共3个能级。 （4）原子序数最小的ⅠB族元素为29号Cu元素，其核外电子排布式为或。 （5）3p轨道上有2个未成对电子，则其价层电子排布式为或，分别对应元素Si和S。 （6）Ni是28号元素，根据核外电子的排布规律可知，其基态原子的核外电子排布式为或，根据洪特规则可知，Ni原子3d能级上8个电子尽可能分占5个不同的轨道，则未成对电子数为2。 （7）价电子排布式为，即电子排布式为，可知原子序数为24，该元素为铬。 18．现有七种元素A、B、C、D、E、F、G，其中A、B、C、D、E为短周期主族元素，F和G为第四周期元素，它们的原子序数依次增大，请根据下列相关信息，回答问题。 元素形成的物质种类繁多，其形成的一种固体单质工业上常用作切割工具 元素原子的核外电子数比电子数少 元素是地壳中含量最多的元素 元素原子的第一至第四电离能分别是：；；； 原子核外所有轨道全满或半满 在周期表的第纵列 元素原子最外层只有一个电子，其次外层内的所有轨道的电子都成对 (1)某同学根据上述信息，推断A基态原子的轨道表示式为，该同学所画的轨道表示式违背了 。 (2)B元素的电负性 （填“大于”，“小于”或“等于”）C元素的电负性。 (3)下列状态的D中，电离最外层一个电子所需能量最大的是 （填序号），当该原子从b状态到c状态，所形成的是 光谱（“发射”或者“吸收”）。 a．    b．    c．    d． (4)E基态原子中能量最高的电子，其电子云在空间有 个伸展方向。 (5)基态F原子的价层电子排布式是 。 (6)G元素位于元素周期表的 区，该区元素价电子结构的特点是 。 【答案】(1)洪特规则 (2)小于 (3) a 吸收 (4)3 (5)3d64s2 (6) ds d轨道为全满 【分析】A、B、C、D、E为短周期主族元素，F和G为第四周期元素，它们的原子序数依次增大，A元素形成的物质种类繁多，其形成的一种固体单质工业上常用作切割工具，为金刚石，则A为C元素；B元素原子的核外p电子数比s电子数少1，B有2个电子层，故B为N元素；C元素是地壳中含量最多的元素，即C为O；D原子电离能数据可知，其为第二主族元素，为Mg；E原子核外所有p轨道全满或半满，即为P；F在周期表的第8列，为第四周期元素，则F为Fe；元素原子最外层只有一个电子，其次外层内的所有轨道的电子都成对，为铜。 【解析】（1）洪特规则是指在相同能量的轨道上，电子总是尽可能分占不同的轨道且自旋方向相同；图示是C元素的原子，2p轨道自旋方向相反，其违反了洪特规则； （2）同周期从左到右，金属性减弱，非金属性变强，元素的电负性变强；N元素的电负性小于O元素的电负性。 （3）第二电离能大于第一电离能，a、d电离的是第二个电子，d的电子被激发到3p能级上，电离需要的能量小于a在3s能级上的电子，故电离最外层一个电子所需能量最大的是a，当该原子从b状态到c状态，c为激发态能量更高，3s电子到3p轨道吸收能量发生跃迁，所形成的是吸收光谱； （4）E为P元素，P元素能量最高的电子是3p轨道上的电子，其电子云在空间有3个方向； （5）F原子为26号元素铁，基态Fe原子核外电子排布为1s22s22p63s23p63d64s2，故价电子轨道表示式3d64s2； （6）G为铜，基态Cu原子核外电子排布为1s22s22p63s23p63d104s1；位于元素周期表的ds区，该区元素价电子结构的特点是d轨道为全满。 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $ 第05讲 原子结构与性质 内容导航 考点聚焦：紧扣考试命题常考点，有的放矢 重点速记：知识点和关键点梳理，查漏补缺 难点强化：难点内容标注与讲解，能力提升 复习提升：基础巩固+提升专练，全面突破 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．了解电离能、电负性的概念，并能用以说明元素的某些性质。 一、能层、能级、原子轨道 1．能层、能级与原子轨道的含义 (1)能层(n)：在多电子原子中，核外电子的_ __是不同的，按照电子的_ __差异将其分成不同能层。通常用K、L、M、N……表示，能量依次升高。 (2)能级：在多电子原子中，同一能层里电子的_ __也可能不同，又将其分成不同的能级，通常用_ __等表示，同一能层里，各能级的能量按_ __的顺序依次升高，即_ __。 (3)原子轨道：电子云轮廓图给出了电子在_ __的区域。这种电子云轮廓图称为原子轨道。 2．能层、能级与原子轨道之间的关系 能层 一 二 三 四 五 六 七 能层 符号 _ __ ___ ___ ___ ___ P Q 能级 符号 ___ ___ ___ ___ ___ ___ ___ ___ ___ 5s 5p …… …… 原子轨道数 1 1 3 1 3 5 1 3 5 7 …… …… 最多容纳电子数 2 ___ ___ ___ __ ___ ___ ___ ___ 14 …… …… 2 ___ ___ ___ 50 2n2 3．原子轨道的形状与能量的关系 原子轨道 二、基态原子核外电子排布的三个原理 1．能量最低原理 电子总是先占有_ __的轨道，然后依次进入_ __的轨道，使整个原子的能量处于_ __。即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。如图为构造原理示意图： 2．泡利不相容原理 在一个原子轨道中，最多只能容纳_ __电子，并且这两个电子的自旋状态_ __。如2s轨道上的电子排布为，不能表示为。 (3)洪特规则 当电子排布在同一能级的不同的轨道时，基态原子中的电子总是优先_ __占据一个轨道，并且自旋状态_ __。如2p3的电子排布为，不能表示为或。 洪特规则特例：当能量相同的原子轨道在_ __(p6、d10、f14)、_ __(p3、d5、f7)和_ __(p0、d0、f0)状态时，体系的能量最低，如：24Cr的电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s1；29Cu的电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s1。 3．基态原子核外电子排布的表示方法 表示方法 举例(以硫原子为例) 电子排布式 S：_ __ 简化电子排布式 [Ne]3s23p4 电子排布图(轨道表达式)注意空轨道不能省略 外围(价层)电子排布式 3s23p4 4．基态原子电子排布式的书写方法 (1)知道原子序数书写核外电子排布式的方法。 ①常规方法：常根据构造原理(1s、2s、2p、3s、3p、4s、3d、4p)，各能级最多容纳的电子数及能量最低原理，依次由低能级向高能级排列，如31号元素镓，首先排满1s2，依次2s2、2p6、3s2、3p6、4s2、3d10最后4p1。 ②原子序数大于18的方法：如31号元素，我们也可以用31－18＝13，然后在[Ar]的基础上再填充13个电子，如[Ar]3d104s24p1。 (2)知道元素名称书写核外电子排布式的方法。 ①前三周期主族元素可以根据最外层电子数书写，如S的最外层电子数为6，其排布式为[Ne]3s23p4。 ②第四周期的元素，要熟记元素名称，然后从K开始数，数到几，就可以写成“[Ar]＋几个电子”。如Fe，从钾开始数到铁为8，其排布式为[Ar]3d64s2；Se，从钾开始数到Se为16，其排布式为[Ar]3d104s24p4。 (3)注意事项。 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Fe原子核外电子排布式为[Ar]3d64s2，失电子变为Fe2＋，失去的不是能量高的3d轨道上的电子，而是能量低的4s轨道上的电子。所以Fe2＋的基态核外电子排布式正确的为[Ar]3d6，其他[Ar]3d44s2、[Ar]3d54s1均错误。 三、原子状态与原子光谱 1．原子的状态 ①基态原子：处于_ __的原子。 ②激发态原子：基态原子的电子吸收能量后，从_ __跃迁到_ __状态的原子。 2．原子光谱：不同元素的原子发生电子跃迁时会_ __或_ __不同的光，用光谱仪记录下来便得到原子光谱。利用原子光谱的特征谱线可以鉴定元素，称为_ __分析。 3．基态、激发态及光谱示意图 提醒：对于同一元素来说，能量：基态原子<激发态原子；稳定性：基态原子>激发态原子。 四、电离能 1．定义：气态电中性基态原子_ __一个电子转化为气态基态正离子所需的_ __。 2．电离能的规律 ①同周期：第一种元素的第一电离能_ __，最后一种元素的第一电离能_ __，总体呈现从左至右呈_ __的变化趋势。 ②同族元素：从上至下第一电离能逐渐_ __。 ③同种元素的逐级电离能逐渐_ __，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。 五、电负性 1．概念 用来描述不同元素的原子对键合电子_ __的大小。 2．意义 电负性越大，其原子在化合物中吸引电子的能力_ __。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_ __元素。 3．标准 以氟的电负性为_ __作为相对标准，计算得出其他元素的电负性。电负性没有单位，且均为正值。在元素周期表中氟的电负性数值最大，铯的电负性数值最小，为0.7(放射性元素除外) 4．变化规律 金属元素的电负性一般_ __，非金属元素的电负性一般_ __，而位于非金属三角区边界的“类金属”(如锗、锑等)的电负性则在1.8左右，它们既有_ __性，又有_ __性。 六、原子结构与元素在周期表中位置关系 1．原子结构与周期表的关系 周期 能层数 每周期第一种元素 每周期最后一种元素 原子序数 基态原子的电子排布式 原子序数 基态原子的电子排布式 二 2 3 [He]2s1 10 1s22s22p6 三 3 11 _ __ _ __ _ __ 四 4 19 _ __ _ __ _ __ 五 5 37 [Kr]5s1 54 1s22s22p63s23p63d10 4s24p64d105s25p6 六 6 55 [Xe]6s1 86 1s22s22p63s23p63d10 4s24p64d104f145s25p6 5d106s26p6 2．每族元素的价电子排布特点。 ①主族。 主族 ⅠA ⅡA ⅢA ⅣA 排布特点 _ __ _ __ _ __ _ __ 主族 ⅤA ⅥA ⅦA 排布特点 _ __ _ __ _ __ ②0族：He：1s2；其他：ns2np6。 ③过渡元素(副族和第Ⅷ族)：(n－1)d1～10ns1～2(Pd、镧系、锕系除外)。 3．元素周期表的分区。 ①周期表的分区。 ②各区元素化学性质及原子最外层电子排布特点。 分区 元素分布 价电子排布 元素性质特点 s区 ⅠA、ⅡA族 _ __ 除氢外都是活泼金属元素；通常是最外层电子参与反应 p区 ⅢA族～ⅦA族、0族 _ _ (除He外) 通常是最外层电子参与反应 d区 ⅢB族～ⅦB族、Ⅷ族(除镧系锕系外) (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 ③元素的分布：非金属在元素周期表中主要集中在右上角三角区内，处于非金属三角区与金属接近的边缘的元素常被称为_ __或_ _，但不能叫两性非金属。 1．基态原子核外电子排布的表示方法（以铁原子为例） （1）各类要求的电子排布式 ①电子排布式：1s22s22p63s23p63d64s2 ②简化电子排布式：［Ar］3d64s2 ③价电子（外围电子、特征电子）排布式：3d64s2 ④最外层电子排布式：4s2 ⑤M层电子排布式：3s23p63d6 ⑥最高能级电子排布式：3d6 （2）各类要求的电子排布图 ①电子排布图： ②轨道表示式： ③价电子排布图： ④原子结构示意图： 2．书写电子排布式的技巧与常见错误 3．正确表述元素周期律 项目 同周期(从左→右) 同主族(从上→下) 原子核外电子排布 电子层数相同，最外层电子数逐渐增多，1→7(第一周期1→2) 最外层电子数相同，电子层数递增 原子半径 逐渐减小(0族除外) 逐渐增大 元素主要化合价 最高正价由＋1→＋7 最低负价由－4→－1 最高正价＝主族序数(O、F除外)，非金属最低负价＝主族序数－8 原子得、失电子能力 得电子能力逐渐增强，失电子能力逐渐减弱 得电子能力逐渐减弱，失电子能力逐渐增强 元素的第一电离能 第一电离能呈增大的趋势 第一电离能逐渐减小 元素的电负性 电负性逐渐增大 电负性逐渐减小 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 单质氧化性、还原性 氧化性逐渐增强 还原性逐渐减弱 氧化性逐渐减弱 还原性逐渐增强 最高价氧化物对应水化物的酸碱性 碱性逐渐减弱 碱性逐渐增强 酸性逐渐增强 酸性逐渐减弱 非金属气态氢化物的稳定性 生成由难到易 稳定性逐渐增强 生成由易到难 稳定性逐渐减弱 4．电负性的三应用 基础巩固 1．下列关于电子层与能级的说法中正确的是 A．同一原子中，符号相同的能级，其电子能量不一定相同 B．任一电子层的能级总是从s能级开始，而且能级数不一定等于该电子层序数 C．钠原子的3s、3p、3d原子轨道均填满电子 D．3d能级最多容纳5个电子，3f能级最多容纳7个电子 2．下列化学用语或图示表述正确的是 A．分子的空间结构模型： B．的电子云轮廓图为，其中的黑点代表核外电子的运动轨迹 C．HCl中键形成的示意图： D．分子的空间结构为，可推测出为非极性分子 3．下列有关元素单质或化合物的叙述错误的是 A．As元素位于周期表p区 B．焰色试验为黄色，与电子跃迁有关 C．N2分子中存在键，键能很大，常做保护气 D．碳的基态原子轨道表示式： 4．下列不同状态硼原子的电子轨道表示式中，能量最高的是 A． B． C． D． 5．下列关于原子结构的说法不正确的是 A．基态Cr原子的电子排布式[Ar]3d54s1遵循能量最低原理 B．光是电子跃迁吸收能量的重要形式 C．基态C原子的轨道表示式为，违反了洪特规则 D．基态Sc原子的电子排布式1s22s22p63s23p9违反了泡利原理 6．若15P原子的电子排布式写成1s22s22p63s23px23py1，它违背了 A．能量守恒原理 B．洪特规则 C．能量最低原理 D．泡利不相容原理 7．下列各组物质的性质比较正确的是 A．第一电离能： B．碱性： C．离子半径： D．氢化物的沸点： 8．W、X、Y、Z、Q是原子序数依次增大的5种短周期主族元素，W原子的电子只有一种自旋取向，X的基态原子2p轨道为半充满，Y的族序数是周期数的3倍，Z原子半径在短周期中最大，非金属元素Q的基态原子只有一个未成对电子。下列说法正确的是 A．原子半径： B．电负性： C．第一电离能： D．最高化合价： 9．以下有关元素性质的说法不正确的是 A．具有下列电子排布式的原子①；②；③；④，原子半径最大的是① B．有下列价电子排布式的原子①；②；③；④，第一电离能最大的是③ C．①Na、K、Rb；②N、P、S；③Na、P、Cl，元素的电负性随原子序数增大而增大的是③ D．某主族元素气态基态原子的逐级电离能分别为738、1415、7733、10450、13630、17995等，它与氯气反应时，生成的阳离子是 10．下列说法正确的是 ①Na核外电子存在6种空间运动状态 ②在金属活动性顺序表中，金属镁比铝活泼，因此镁的第一电离能小于铝的第一电离能 ③杂化轨道用于形成σ键或用来容纳孤电子对 ④Zn2+的价层电子排布式：3s23p63d10 ⑤键角：H2O＜NH3 A．①③⑤ B．②③⑤ C．③④⑤ D．①②④ 提升专练 11．下列化学用语正确的是 A．基态Al原子最高能级电子云轮廓图： B．在电子云图中，用小黑点表示绕核做高速圆周运动的电子 C．总共含有3个能级的能层符号：L D．基态Ti原子的轨道表示式为1s22s22p63s23p63d24s2 12．下列有关电子运动状态及电子云的叙述正确的是 A．电子的运动速率特别快，运动范围特别小，不可能同时准确地测定其位置和速度 B．电子云直观地表示了核外电子的数目 C．1s电子的电子云轮廓图是一个球形，表示在这个球以外，电子出现的概率为零 D．电子云是电子绕核运动形成的一团带负电荷的云雾 13．原子光谱在化学研究中有重要意义。下列叙述错误的是 A．利用原子光谱的特征谱线可以鉴定元素 B．激光、LED灯光与原子发射光谱有关 C．电子由激发态跃迁到基态将吸收能量 D．不同元素原子的电子跃迁会吸收或释放不同的光 14．下列元素的价电子排布与其在周期表中的位置对应正确的是 A．  第4周期Ⅷ族 B．  第1周期ⅡA族 C．  第4周期ⅦB族 D．  第4周期ⅠA族 15．短周期主族元素X、Y、Z、W、Q在周期表中的位置如图所示，其中X、W最低负化合价之和为。下列说法错误的是 Q Y Z X W A．单核离子半径： B．第一电离能： C．基态X原子有3个未成对电子 D．简单氢化物的稳定性： 16．联氨(N2H4)为二元弱碱，在水中性质与氨相似，可用于处理锅炉水中的溶解氧，防止锅炉被腐蚀，其中一种反应机理如图所示。下列说法正确的是 A．微粒半径：r(Cu)> r(Cu2+) B．电负性：χ(N)> χ(O)> χ(H) C．第一电离能：I1(O)> I1(N)> I1(Cu) D．Cu元素位于元素周期表中的d区 17．原子结构与元素周期表存在着内在联系。根据已学知识，回答下列问题： (1)31号元素镓(Ga)在元素周期表中的位置为第 周期 族。 (2)X原子在第二电子层上只有一个空轨道，则X的轨道表示式为 。 (3)基态中，电子占据的能量最高的电子层符号是 ，该电子层有 个能级。 (4)写出原子序数最小的ⅠB族元素原子的核外电子排布式： 。 (5)写出3p轨道上有2个未成对电子的元素符号： 。 (6)镍元素基态原子的核外电子排布式为 ，3d能级上的未成对电子数为 。 (7)日常生活中广泛使用的不锈钢的生产过程中添加了某种元素，该元素的价电子排布式为，该元素的名称为 。 18．现有七种元素A、B、C、D、E、F、G，其中A、B、C、D、E为短周期主族元素，F和G为第四周期元素，它们的原子序数依次增大，请根据下列相关信息，回答问题。 元素形成的物质种类繁多，其形成的一种固体单质工业上常用作切割工具 元素原子的核外电子数比电子数少 元素是地壳中含量最多的元素 元素原子的第一至第四电离能分别是：；；； 原子核外所有轨道全满或半满 在周期表的第纵列 元素原子最外层只有一个电子，其次外层内的所有轨道的电子都成对 (1)某同学根据上述信息，推断A基态原子的轨道表示式为，该同学所画的轨道表示式违背了 。 (2)B元素的电负性 （填“大于”，“小于”或“等于”）C元素的电负性。 (3)下列状态的D中，电离最外层一个电子所需能量最大的是 （填序号），当该原子从b状态到c状态，所形成的是 光谱（“发射”或者“吸收”）。 a．    b．    c．    d． (4)E基态原子中能量最高的电子，其电子云在空间有 个伸展方向。 (5)基态F原子的价层电子排布式是 。 (6)G元素位于元素周期表的 区，该区元素价电子结构的特点是 。 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $