1、必备知识 整合 关键能力 突破 专题十一物质结构与性质专题十一物质结构与性质 第第1 1讲原子结构与性质讲原子结构与性质 必备知识 整合 关键能力 突破 一、原子核外电子排布一、原子核外电子排布 必备知识 整合 1.能层与能级能层与能级 (1)能层:根据电子的能量差异,可以将核外电子分成不同的能层。 (2)能级:在多电子原子中,同一能层的电子,能量也可能不同,不同能量的电子 分成不同的能级。 必备知识 整合 关键能力 突破 (3)能层与能级的关系 能层 (n) 一二三四五六七 符号KLMNOPQ 能级1s2s2p3s3p3d4s4p4d4f5s 原子轨道数11313513571 必备知识 整合
2、 关键能力 突破 最多容纳 的电子数 2 2 6 26 10 2610142 2 8 18 32 2n2 离核远近 近 远 能量高低 低 高 必备知识 整合 关键能力 突破 2.电子云与原子轨道电子云与原子轨道 (1)电子云 a.由于核外电子的概率密度分布看起来像一片云雾,因此被形象地称为电子云。 b.电子云轮廓图称为原子轨道。 (2)原子轨道 s p a.: spdf b.:1s2s3s4s c., 2p 2p 2p xyz nnnn 电子的原子轨道呈球形 对称 轨道形状 电子的原子轨道呈哑铃 或纺锤形 相同能层上原子轨道能量的高低 形状相同的原子轨道能量的高低 能量关系 同一能层内形状相同
3、而伸展方向不同的原子轨道的能量相等 如、 、 轨道的能量相等 必备知识 整合 关键能力 突破 3.基态原子核外电子排布规律基态原子核外电子排布规律 (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。构造原理示意图如下图所示: 必备知识 整合 关键能力 突破 (2)泡利原理:在一个原子轨道中,最多只能容纳2 个电子,并且它们的自旋 状态相反 。如2s2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轨道时,基态原子中的电子 总是优先单独 占据一个
4、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)、全空 (p0、d0、f0)时原子的能量最低,如24Cr的电子排布式为 Ar3d54s1,29Cu的电子排布式为Ar3d104s1。 必备知识 整合 关键能力 突破 4.基态原子核外电子排布的表示方法基态原子核外电子排布的表示方法 表示方法以硫原子为例 电子排布式1s22s22p63s23p4 简化电子排布式Ne3s23p4 价电子排布图 (轨道表示式) 价电子排布式3s23p4 必备知识 整合 关键能力 突破 5.原子状态与原子
5、光谱原子状态与原子光谱 (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,电子会跃迁到较高能级,此 时原子的能量较基态高,变成激发态原子。 (3)原子光谱 不同元素的原子发生跃迁时会吸收 或释放 不同的光,可以用光谱仪 摄取各种元素的电子的吸收光谱或发射光谱,总称原子光谱。利用原子光谱 上的特征谱线来鉴定元素,称为光谱分析。 必备知识 整合 关键能力 突破 吸收 光谱 发射 光谱 (4)基态、激发态及光谱示意图 必备知识 整合 关键能力 突破 二、原子结构与元素周期表、元素的性质关系二、原子结构与元素周期表、元素的性质关系 1.原子结构与元素周期表的关系原子
6、结构与元素周期表的关系 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 二23 He2s1101s22s22p6 三311 Ne3s1181s22s22p63s23p6 四419Ar4s1 361s22s22p63s23p63d104s24p6 五537Kr5s154 1s22s22p63s23p63d10 4s24p64d105s25p6 六655Xe6s186 1s22s22p63s23p63d104s24p6 4d104f145s25p65d106s26p6 必备知识 整合 关键能力 突破 及时提醒及时提醒能层数=电子层数=周期数
7、。价电子数=主族序数。 必备知识 整合 关键能力 突破 2.每族元素的价电子排布特点每族元素的价电子排布特点 (1)主族 主族AAAAAAA 排布特点ns1ns2ns2np1ns2np2ns2np3ns2np4ns2np5 (2)0族 He:1s2;其他:ns2np6。 (3)过渡元素(副族和第族,Pd、镧系、锕系除外):(n-1)d110ns12。 必备知识 整合 关键能力 突破 3.元素周期表的分区与价电子排布的关系元素周期表的分区与价电子排布的关系 (1)元素周期表的分区 必备知识 整合 关键能力 突破 (2)各区元素化学性质及原子最外层电子排布特点 分区元素分布外围电子排布元素性质特点
8、 s区A、A族ns12除氢外,都是活泼金属元素 p区A族A族、0族ns2np16(He除外)通常是最外层电子参与反应 d区 B族B族、族 (镧系、锕系除外) (n-1)d19ns12 (Pd除外) d轨道可以不同程度地参与化学键 的形成 ds区B族、B族(n-1)d10ns12金属元素 f区镧系、锕系(n-2)f014(n-1)d02ns2 镧系元素化学性质相近,锕系元素化 学性质相近 必备知识 整合 关键能力 突破 4.元素周期律元素周期律 (1)电离能、电负性 a.第一电离能: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。 b.电负性:用来描述不同元素的原子对键合电
9、子吸引力 的大小。 金属的电负性一般小于 1.8,非金属的电负性一般大于 1.8,位于非金 属三角区边界的“类金属”的电负性则在1.8左右,它们既有金属 性,又 有非金属 性。 必备知识 整合 关键能力 突破 项目同周期(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 (0族除外)逐渐增大 元素主要 化合价 最高正价+1+7 (O、F 除外),最低负价-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 (2)原子结构与元素性质的递变规律 必备知识 整合 关键能力 突破 原子得、失
10、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 第一电离能呈增大 的趋势逐渐减小 电负性逐渐增大 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 必备知识 整合 关键能力 突破 (3)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:。 必备知识 整合 关键能力 突破 1.易错易混辨析(正确的画“”,错误的画“”)。 (1)p能级的能量一定比s能级的能量高() (2)同一原子中,2p、3p、4p能级的轨道数依次增多() (3)2p和3p轨道形状均为
11、哑铃形,能量也相等() (4)2px、2py、2pz的能量相等() (5)铁元素基态原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p64s23d6() 必备知识 整合 关键能力 突破 (6)磷元素基态原子的电子排布图为 () (7)电子排布式1s22s22p63s23p10违反了能量最低原理() (8) 表示的原子能量处于最低状态() (9)价电子排布式为4s24p3的元素位于第四周期第A族,是p区元素() (10)电负性越大,非金属性越强,第一电离能也越大() (11)电负性大于1.8的一定为非金属,小于1.8的一定为金属() (12)电负性差值大于1.7时,一般形成离子键,小于1.7时,
12、一般形成共价键( ) 必备知识 整合 关键能力 突破 2.(1)基态Ge原子的核外电子排布式为Ar3d104s24p2 ,有2 个未成对电子。 (2)镍元素基态原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d84s2或Ar3d84s2 , 3d能级上的未成对电子数为2 。 (3)写出基态As原子的核外电子排布式:1s22s22p63s23p63d104s24p3或Ar3d104s24p3 。 (4)处于一定空间运动状态的电子在原子核外出现的概率密度分布可用 电子云 形象化描述。在基态14C原子中,核外存在2 对自旋相反的 电子。 (5)P原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p3
13、或Ne3s23p3 。 必备知识 整合 关键能力 突破 (6)基态Fe原子核外有4 个未成对电子。Fe3+的电子排布式为 Ar3d5或1s22s22p63s23p63d5 。 (7)31Ga基态原子的核外电子排布式是Ar3d104s24p1或1s22s22p63s23p63d104s24p1 。 必备知识 整合 关键能力 突破 3.某元素的原子序数为29,试问: (1)该元素的元素名称及元素符号是什么? (2)该元素原子的核外电子排布式是什么? (3)其电子占有多少个能层?多少个能级? (4)它的价电子排布式是什么? (5)它位于元素周期表中第几周期?第几族?属于主族元素还是副族元素?属于 哪
14、一个区? (6)它有多少个未成对电子? 必备知识 整合 关键能力 突破 答案答案(1)铜Cu (2)1s22s22p63s23p63d104s1 (3)4个能层7个能级 (4)3d104s1 (5)第四周期第B族副族ds区 (6)有1个未成对电子 必备知识 整合 关键能力 突破 考点一原子核外电子排布 关键能力 突破 题组一核外电子排布的表示方法题组一核外电子排布的表示方法 1.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D 、 C 。 必备知识 整合 关键能力 突破 解析解析D选项表示基态,为能量最低状态;A、B、C选项均表示激发态,但C选 项被激发的电子处于高能级的多,为能量
15、最高状态。 必备知识 整合 关键能力 突破 2.写出下列原子或离子的电子排布式、价电子排布图、电子占的原 子轨道数、未成对电子数。 (1)N:1s22s22p3 ; ;5 ;3 。 (2)Cl:1s22s22p63s23p5或Ne3s23p5 ; ;9 ; 1 。 (3)Fe2+:1s22s22p63s23p63d6或Ar3d6 ; ;14 ; 4 。 必备知识 整合 关键能力 突破 (4)Cu:1s22s22p63s23p63d104s1或Ar3d104s1 ; ; 15 ;1 。 (5)Se:1s22s22p63s23p63d104s24p4或Ar3d104s24p4 ; ; 18 ;2
16、。 (6)Br-:1s22s22p63s23p63d104s24p6或Ar3d104s24p6 ; ; 18 ;0 。 必备知识 整合 关键能力 突破 题组二根据核外电子排布特点推断元素题组二根据核外电子排布特点推断元素 3.(1)钾和碘的相关化合物在化工、医药、材料等领域有着广泛的应用。回 答下列问题: 元素K的焰色反应呈紫红色,其中紫色对应的辐射波长为A nm(填标号)。 A.404.4 B.553.5 C.589.2 D.670.8 E.766.5 基态K原子中,核外电子占据最高能层的符号是N ,占据该能层电子的 电子云轮廓图形状为球形 。 必备知识 整合 关键能力 突破 (2)氮原子价
17、层电子的轨道表达式(电子排布图)为 。 (3)Co基态原子核外电子排布式为Ar3d74s2 。元素Mn与O中,第一电离 能较大的是O ,基态原子核外未成对电子数较多的是Mn 。 (4)Zn2+基态核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d10或Ar3d10 。 必备知识 整合 关键能力 突破 解析解析(1)紫色对应的辐射波长是可见光里最短的,应选A。K原子核外 共四层电子,最高能层为N层;价电子排布式为4s1,电子云轮廓图形状为球形。 (2)根据构造原理可知氮原子价电子排布式为2s22p3,根据洪特规则和泡利原 理可知其价电子的轨道表达式为。 (3)Co的原子序数为27,其基态原子核外
18、电子排布式为Ar3d74s2;根据第一电 离能的变化规律可知,O元素第一电离能较大;Mn基态原子价电子排布式为 3d54s2,O基态原子价电子排布式为2s22p4,Mn基态原子核外未成对电子数较多。 (4)基态Zn原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s2或Ar3d104s2,Zn原子 失去4s轨道上的2个电子形成Zn2+,由此可写出Zn2+基态核外电子排布式。 必备知识 整合 关键能力 突破 4.有A、B、C、D、E 5种元素,它们的核电荷数依次增大,且都小于20。其中 A为非金属元素;A和E属同一族,它们原子最外层电子排布为ns1,B和D也属同 一族,它们原子最外层
19、的p能级电子数是s能级电子数的两倍。C原子最外层 上电子数等于D原子最外层上电子数的一半。请回答下列问题: (1)A是H (填元素符号,下同),B是O ,C是Al ,D是S ,E是K 。 (2)由这5种元素组成的一种化合物是KAl(SO4)212H2O (写化学式)。写出 该物质的一种用途:作净水剂 。 必备知识 整合 关键能力 突破 (3)写出C元素基态原子的电子排布式:1s22s22p63s23p1 。 (4)D元素基态原子的价电子排布图为 。 (5)元素B与D的电负性的大小关系是B (填“”“ E。 解析解析由A、E最外层电子排布为ns1可知A、E为第A族元素,因A为非金 属元素,故A为
20、氢元素;B、D同族,最外层电子排布为ns2np4,则B为氧元素、 D为硫元素;结合题给其他信息可推知C为铝元素,E为钾元素。 必备知识 整合 关键能力 突破 考点二原子结构与元素周期表、元素性质的关系 题组一电离能及其应用题组一电离能及其应用 1.周期表前四周期的元素a、b、c、d、e,原子序数依次增大。a的核外电子 总数与其周期数相同,b的价电子层中的未成对电子有3个,c的最外层电子数 为其内层电子数的3倍,d与c同族;e的最外层只有1个电子,但次外层有18个电 子。则b、c、d中第一电离能最大的是N (填元素符号),e的价电子轨道示 意图为 。 必备知识 整合 关键能力 突破 解析解析依题
21、给信息可知a为氢(H),c为氧(O),d为硫(S),e为铜(Cu),又知b的价 电子层中未成对电子有3个,且其原子序数介于a、c之间,可确定b为氮(N)。 N、O、S三种元素中第一电离能最大的是N;Cu的价电子轨道示意图为 。 必备知识 整合 关键能力 突破 2.下图是部分元素的第一电离能(I1)随原子序数变化的曲线图(其中12号至17 号元素的有关数据缺失)。 必备知识 整合 关键能力 突破 (1)认真分析图中同周期元素第一电离能的变化规律,推断NaAr 元素中,Al的 第一电离能的大小范围为Na AlMg (填元素符号)。 (2)图中第一电离能最小的元素在周期表中的位置是第五 周期第 A
22、族。 解析解析(1)由题图中信息可知,同周期元素中第A族元素的第一电离能最小, 而第A族元素的第一电离能小于第A族元素的第一电离能,故电离能: NaAlI1(O),I1(Mg)I1(Al)。 必备知识 整合 关键能力 突破 题组二电负性及其应用题组二电负性及其应用 3.(1)用“”或“”填空。 电负性:Na Mg Al,C N O F,Zn GeNPS (用元素符号表示,下同),原子半径:PSNF , 电负性:FNSP ,最高正化合价:SN=P 。 解析解析(1)同周期从左到右,元素电负性逐渐增大;同主族从上到下,元素电负 性逐渐减小。(2)据电子排布式可知号元素分别为S、P、N、F。 必备知
23、识 整合 关键能力 突破 4.下表中给出了部分元素的电负性。 元素AlBBeCClFLi 电负性1.52.01.52.53.04.01.0 元素MgNNaOPSSi 电负性 3.00.93.52.12.51.8 已知:一般情况下,两成键原子对应元素间电负性差值大于1.7时,形成离子键; 两成键原子对应元素间电负性差值小于1.7时,形成共价键。 必备知识 整合 关键能力 突破 (1)根据表中给出的数据,可推知元素的电负性具有的变化规律是随着原子 序数的递增,元素的电负性与原子半径一样呈周期性变化 。 (2)通过分析电负性的变化规律,确定Mg元素电负性的最小范围:0.91.5 。 (3)现有下列物
24、质: A.Li3NB.BeCl2C.AlCl3D.SiC 属于离子化合物的是A (填字母,下同);属于共价化合物的是BCD ;请 设计一个实验方案证明上述所得到的结论:测定各物质在熔融状态下能否 导电,若能导电则为离子化合物,反之则为共价化合物 。 必备知识 整合 关键能力 突破 解析解析(1)元素的电负性是元素的基本性质,且随着原子序数的递增呈周期性 变化。(2)根据电负性的递变规律:同周期从左到右,元素电负性逐渐增大,同 主族从上到下,元素电负性逐渐减小,可知在同周期中电负性:NaMgMgCa,由题表中数据可确定Mg的电负性最小范围应为 0.91.5。(3)根据已知条件及题表中数据可知,L
25、i3N为离子化合物;BeCl2、AlCl3、 SiC为共价化合物。共价化合物和离子化合物最大的区别在于离子化合 物在熔融状态下以离子形式存在,可以导电,但共价化合物不能。 必备知识 整合 关键能力 突破 名师总结名师总结 电负性的应用 必备知识 整合 关键能力 突破 题组三元素题组三元素“位、构、性位、构、性”之间的综合判断之间的综合判断 5.有四种短周期元素,它们的结构、性质等信息如下表所示: 元素代号结构、性质等信息 A 短周期中(除稀有气体外)原子半径最大的元素,该元素的某种 合金是原子反应堆的导热剂 BB与A同周期,其最高价氧化物的水化物呈两性 C在空气中含量第二,在地壳中含量第一 D
26、 海水中除氢、氧元素外含量最多的元素,其单质或化合物是自 来水生产过程中常用的消毒杀菌剂 必备知识 整合 关键能力 突破 请根据表中信息填空。 (1)A原子的核外电子排布式为Ne3s1或1s22s22p63s1 。 (2)B元素在元素周期表中的位置是第三周期第A族 ;离子半径: B小于 (填“大于”或“小于”)A。 (3)C元素基态原子核外电子排布图为 ,其原子 核外有2 个未成对电子,能量最高的电子为2p 轨道上的电子,其轨道 呈哑铃(或纺锤) 形。 必备知识 整合 关键能力 突破 (4)D原子的电子排布式为Ne3s23p5或1s22s22p63s23p5 ,D-的结构示意图是 。 (5)B
27、的最高价氧化物对应的水化物与A的最高价氧化物对应的水化物反应的 化学方程式为NaOH+Al(OH)3NaAlO2+2H2O ,与D的氢化物的水溶液 反应的化学方程式为Al(OH)3+3HClAlCl3+3H2O 。 解析解析由题表中信息可知A为钠元素、B为铝元素、C为氧元素、D为氯元素。 必备知识 整合 关键能力 突破 1.(2020天津,8,3分)短周期元素X、Y、Z、W的原子序数依次增大。用表中 信息判断下列说法正确的是() XYZW 分子式 H3ZO4 0.1 molL-1溶液对 应的pH(25 ) 1.0013.001.570.70 最高价氧化 物的水化物 元素 A 必备知识 整合 关
28、键能力 突破 A.元素电负性:ZW B.简单离子半径:WY C.元素第一电离能:ZW D.简单氢化物的沸点:XP,正确;B项,简单离子半径:S2-Na+,错误; 必备知识 整合 关键能力 突破 C项,P位于第A族,价电子排布式为3s23p3,是比较稳定的半满结构,第一电离 能大于同周期的S元素,即元素的第一电离能:PS,错误;D项,X的简单氢化物 是NH3,Z的简单氢化物是PH3,NH3分子间存在氢键,故沸点:NH3PH3,错误。 必备知识 整合 关键能力 突破 2.(2020山东,3,2分)短周期主族元素X、Y、Z、W的原子序数依次增大,基态 X原子的电子总数是其最高能级电子数的2倍,Z可与
29、X形成淡黄色化合物 Z2X2,Y、W最外层电子数相同。下列说法正确的是() A.第一电离能:WXYZ B.简单离子的还原性:YXW C.简单离子的半径:WXYZ D.氢化物水溶液的酸性:YW C 必备知识 整合 关键能力 突破 解析解析由“基态X原子的电子总数是其最高能级电子数的2倍,Z可与X形成 淡黄色化合物Z2X2”可知,X是氧元素,Z是钠元素;Y的原子序数介于氧元素 与钠元素之间且Y为短周期主族元素,说明Y是氟元素;W的最外层电子数与 Y相同,说明W是氯元素。A项,第一电离能:FOClNa,错误;B项,F-、O2-、 Cl-三者还原性的强弱顺序:Cl-O2-F-,错误;C项,简单离子的半
30、径大小顺序: Cl-O2-F-Na+,正确;D项,氢化物水溶液的酸性:HClHF,错误。 必备知识 整合 关键能力 突破 3.(1)(2019课标)下列状态的镁中,电离最外层一个电子所需能量最大的是 A (填标号)。 (2)(2019课标)在周期表中,与Li的化学性质最相似的邻族元素是Mg , 该元素基态原子核外M层电子的自旋状态相反 (填“相同”或“相 反”)。 必备知识 整合 关键能力 突破 解析解析(1)A表示基态镁原子的第二电离能,B表示基态镁原子的第一电离能, 则电离能:AB;C表示激发态镁原子的第一电离能,则电离能:ABC;D表示 激发态镁原子的第二电离能,则电离能:AD。 (2)
31、根据对角线规则,Li与Mg的化学性质最相似。基态时Mg原子的两个M层 电子处于3s轨道上,且自旋方向相反。 必备知识 整合 关键能力 突破 4.(1)(2018课标)基态Fe原子价层电子的电子排布图(轨道表达式)为 ,基态S原子电子占据最高能级的电子云轮廓图 为哑铃(纺锤) 形。 (2)(2018课标)Zn原子核外电子排布式为Ar3d104s2 。 必备知识 整合 关键能力 突破 解析解析(1)基态Fe原子价层电子排布式为3d64s2,排布图为 ; 基态S原子电子排布式为1s22s22p63s23p4,最高能级为3p,电子云轮廓图为哑铃形。 (2)Zn是30号元素,核外有30个电子,故核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s2 或Ar3d104s2。 必备知识 整合 关键能力 突破 5.(1)(2018课标)Li+与H-具有相同的电子构型,r(Li+)小于r(H-),原因是Li+核 电荷数较大 。 (2)(2018课标)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)大于 I1(Cu)(填“大于”或“小于”)。原因是Zn核外电子 排布为全满稳定结构,较难失电子 。
