1、1第一单元 原子结构与元素的性质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轨道表达式。 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。原子核外电子的排布知识梳理1核外电子的排布特征(1)电子云用小点的疏密来描述电子在原子核外空间出现的机会的大小所得到的图形。(2)电子层(又称为能层)在多电子原子中，核外电子的能量是不同的。能量不同的电子在核外不同的区域内运动，这种不同的区域称为电子层。习惯上人们用英文字母 n 表示电子层。原
2、子中由里向外的电子层数可取1、2、3、4、5 等正整数，对应的电子层符号分别为 K、L、M、N、O 等。每一电子层最多容纳的电子数为 2n2。离核越近的电子层，能量越低。不同电子层的能量是不连续的。(3)原子轨道(又称为能级)在多电子原子中，同一电子层的电子，能量也可能不同，不同能量的电子分占在不同的原子轨道，不同形状的原子轨道分别用 s、p、d、f 表示。原子轨道有不同的形状：s 轨道呈球形，p 轨道呈纺锤形，d 轨道和 f 轨道较复杂。形状相同的原子轨道在原子核外空间还有不同的伸展方向。2原子核外电子排布的原理(1)能量最低原理电子尽可能地先占有能量低的轨道，然后进入能量高的轨道，使整个原
3、子的能量处于最低状态。如图为原子核外电子排布的轨道能量顺序图：2(2)泡利不相容原理每个原子轨道最多容纳 2 个电子，并且自旋状态相反。(3)洪特规则当电子排布在不同轨道时，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。洪特规则特例：当能量相同的原子轨道在全满(p 6、d 10、f 14)、半满(p 3、d 5、f 7)和全空(p 0、d 0、f 0)状态时，体系的能量最低，如 24Cr 的电子排布式为 1s22s22p63s23p63d54s1。3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轨道表示式外围
4、电子排布式 3s23p44.基态、激发态与光谱(1)基态原子：处于最低能量的原子。(2)激发态原子：当基态原子的电子吸收能量后，电子会跃迁到能量较高的原子轨道，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。自我检测1写出下列原子的电子排布式与简化电子排布式。原子 电子排布式 简化电子排布式NCl3CaFeCu答案：原子 电子排布式 简化电子排布式N 1s22s22p3 He2s22p3Cl 1s22s22p63s23p5 Ne3s23p5Ca 1s22s22p63s23p64s2 Ar4s2Fe
5、1s22s22p63s23p63d64s2 Ar3d64s2Cu 1s22s22p63s23p63d104s1 Ar3d104s12.请用核外电子排布的相关规则解释 Fe3 较 Fe2 更稳定的原因。答案： 26Fe 外围电子的电子排布式为 3d64s2，Fe 3 外围电子的电子排布式为 3d5，Fe 2外围电子的电子排布式为 3d6。根据“能量相同的轨道处于全空、全满和半满时能量最低”的原则，3d 5处于半满状态，结构更为稳定，所以 Fe3 较 Fe2 更为稳定。(1)第一电子层(K)只有 s 一种原子轨道；第二电子层(L)有 s、p 两种原子轨道；第三电子层(M)有 s、p、d 三种原子轨
6、道。(2)s 轨道只有 1 个轨道，p 轨道有 3 个轨道，d 轨道有 5 个轨道，f 轨道有 7 个轨道。(3)核外电子的能量并不是完全按电子层序数的增加而升高，不同电子层的原子轨道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。(4)原子轨道的能量关系相同电子层上原子轨道能量的高低： nsAl，PS。(3)如果某元素的 In1 In，则该元素的常见化合价为 n，如钠原子的最外层电子数为 1，钠元素 I2I1，其化合价为 1。多电子原子中，元素的各级电离能
7、逐级增大，当电离能的变化出现突变时，电子所在的电子层数就可能发生变化。(1)2017高考全国卷，35(2)元素的基态气态原子得到一个电子形成气态负一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10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_。(2)2017高考全国卷，35(1)研究发现，在 CO2低压合成甲醇反应(CO23H 2=CH3OHH 2O)中， Co 氧化物负载的 Mn 氧化物纳米粒子催化剂具有高活性，显示出良好的应用前景。Co 基态原子核外电子排布式为_。元素 Mn 与 O中，第一电离能
8、较大的是_，基态原子核外未成对电子数较多的是_。(3)2016高考全国卷，37(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_。(4)2016高考全国卷，37(2)根据元素周期律，原子半径 Ga_As，第一电离能 Ga_As。(填“大于”或“小于”)(5)2015高考全国卷，37(1)改编O、Na、P、Cl 四种元素中电负性最大的是_(填元素符号)。解析 (1)从题图可以看出：除 N 外，同周期元素随核电荷数依次增大， E1逐渐增大，这是因为随原子半径逐渐减小，结合一个电子需要释放出更多的能量；N 原子的 2p
9、轨道处于半充满状态，不易再结合一个电子，故 E1呈现异常。(2)根据构造原理可写出 Co 基态原子核外电子排布式为 1s22s22p63s23p63d74s2或Ar3d 74s2。O 是非金属元素，而 Mn 是金属元素，前者易得电子而不易失电子，后者则反之， 所以 O 的第一电离能大于 Mn。Mn 和 O的基态原子核外电子排布式分别为 1s22s22p63s23p63d54s2、1s 22s22p4，前者的 3d 轨道中 5个电子均未成对，后者的 2p 轨道中有 2 个电子未成对，所以 Mn 的基态原子核外未成对电子数较多。(3)锌、锗位于同周期，同一周期从左至右元素的电负性逐渐增大(稀有气体
10、元素除外)，而氧位于元素周期表右上角，电负性仅次于氟，由此得出氧、锗、锌的电负性依次减小。(4)同周期主族元素从左到右，原子半径逐渐减小，第一电离能呈增大趋势，但A 和A 族元素例外。Ga 的原子半径大于 As，Ga 的第一电离能小于 As。(5)四种元素中，氧元素的非金属性最强，故其电负性最大。答案 (1)同周期元素随核电荷数依次增大，原子半径逐渐变小，故结合一个电子释放出的能量依次增大 N 原子的 2p 轨道为半充满状态，具有额外稳定性，故不易结合一个电子(2)1s22s22p63s23p63d74s2(或Ar3d 74s2) O Mn(3)OGeZn (4)大于 小于 (5)O11(1)
11、N、O、S 三种元素中电负性最大的是_(填元素符号)。(2)F、K、Fe、Ni 中第一电离能最大的元素是_，第一电离能最小的元素是_。答案：(1)O (2)F K第一电离能与电负性的比较1(1)镁所在周期中第一电离能最大的主族元素是_。(2)第一电离能：Si_S(用“”或“PSSiMgAlNa，则第一电离能最大的是 Cl。(3)元素非金属性越强，电负性越大。同主族元素自上而下非金属性逐渐减弱，电负性逐渐降低，a 正确；F 的非金属性最强，没有正价，b 错误；HF 分子间存在氢键，其沸点高于 HCl 和 HBr，c 错误；卤素单质自上而下熔点逐渐升高，d 错误。答案：(1)Cl (2)Y，下列说
12、法错误的是( )AX 与 Y 形成的化合物中，X 显负价，Y 显正价B第一电离能可能 Y 小于 XC最高价含氧酸的酸性：X 弱于 YD气态氢化物的稳定性：H mY 小于 HnX13解析：选 C。由题意，非金属性：XY，所以最高价含氧酸的酸性：X 强于 Y。电负性的应用课后达标检测一、选择题1以下表示氦原子结构的化学用语中，对电子运动状态描述最详尽的是( )A. He BC1s 2 D. 解析：选 D。A、B、C 三个选项只是表达出氦原子核外有 2 个电子，而 D 项能详尽地描述出电子的运动状态。2(2018大原模拟)下列各项叙述正确的是( )A镁原子由 1s22s22p63s21s 22s22
13、p63p2时，原子释放能量，由基态转化成激发态B价电子排布式为 5s25p1的元素位于第 5 周期第A 族，是 s 区元素C所有原子任一电子层的 s 电子云轮廓图都是球形，但球的半径大小不同D 24Cr 原子的核外电子排布式是 1s22s22p63s23p63d44s2解析：选 C。镁原子由 1s22s22p63s21s 22s22p63p2时，原子吸收能量，由基态转化成激发态，A 错误；价电子排布式为 5s25p1的元素，位于第 5 周期第A 族，是 p 区元素，B 错误；所有原子任一电子层的 s 电子云轮廓图都是球形，电子层越大，球的半径越大，C正确； 24Cr 原子的核外电子排布式是 1
14、s22s22p63s23p63d54s1，半充满轨道能量较低，D 错误。3下列说法中正确的是( )A第 3 周期所含元素中钠的第一电离能最小B铝的第一电离能比镁的第一电离能大14C在所有元素中，氟的第一电离能最大D钾的第一电离能比镁的第一电离能大解析：选 A。同周期中碱金属元素的第一电离能最小，稀有气体元素的最大，故 A 正确，C 错误；由于镁的外围电子排布式为 3s2，而铝的外围电子排布式为 3s23p1，故铝的第一电离能小于镁的，故 B 错误；钾比镁更易失电子，钾的第一电离能小于镁的，故 D 错误。4如图是第 3 周期 1117 号元素某些性质变化趋势的柱形图，下列有关说法中正确的是( )
15、A y 轴表示的可能是第一电离能B y 轴表示的可能是电负性C y 轴表示的可能是原子半径D y 轴表示的可能是形成基态离子转移的电子数解析：选 B。对于第 3 周期 1117 号元素，随着原子序数的增大，第一电离能呈现增大的趋势，但 Mg、P 特殊，A 项错误；原子半径逐渐减小，C 项错误；形成基态离子转移的电子数依次为 Na 为 1，Mg 为 2，Al 为 3，Si 不易形成离子，P 为 3，S 为 2，Cl 为 1，D 项错误。5美国“海狼”号潜艇上的核反应堆内使用了液体铝钠合金做载热介质，下列关于Al、Na 原子结构的分析中正确的是( )A原子半径：AlNaB第一电离能：AlNaC电负
16、性：NaAlD基态原子未成对电子数：NaAl解析：选 B。根据元素周期律，原子半径：NaAl，电负性：NaAl，Al 基态原子的电子排布式为Ne3s 23p1，Na 基态原子的电子排布式为Ne3s 1，故未成对电子数相等。6下列关于元素电负性大小的比较中，不正确的是( )AOX，电负性 XY，A 错误，B 正确；电子层结构相同，核电荷数越多，离子半径越小，故 X 阴离子半径大于 Y 阳离子半径，C 错误；X 为非金属元素易得电子形成阴离子，而 Y 为金属元素易失电子形成阳离子，故其第一电离能 XY，D 错误。9A、B、C、D 四种元素，已知 A 元素是地壳中含量最多的元素；B 元素为金属元素，
17、它的原子核外 K、L 层上电子数之和等于 M、N 层电子数之和；C 元素是第 3 周期第一电离能最小的元素；D 元素在第 3 周期中第一电离能最大。下列有关叙述错误的是( )A四种元素 A、B、C、D 分别为 O、Ca、Na、ArB元素 A、B、C 两两组成的化合物可为 CaO、CaO 2、Na 2O、Na 2O2等C元素 A、C 简单离子的半径大小关系为 ACD元素 B、C 电负性大小关系为 BCSi FNOC (2)1s 22s22p63s2(3)有 (4)Cl11下表为元素周期表中第 4 周期的部分元素(从左到右按原子序数递增排列)，根据要求回答下列各小题：K Ca Sc Ti V Cr
18、 Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge(1)在以上元素的基态原子的电子排布中，4s 轨道上只有 1 个电子的元素有_(填元素名称)。(2)试比较：第一电离能 I1(Cr)_I1(Co)(填“”“”或“”，下同)；晶格能 U(FeO)_U(NaCl)(FeO 与 NaCl 的晶胞结构相似)。(3)前四周期元素中，基态原子中未成对电子数与其所在周期数相同的元素有_种。解析：(1)4s 轨道只有 1 个电子，则 3d 轨道可能为 0、5(半充满)、10(全充满)，则有1s22s22p63s23p63d04s1、1s 22s22p63s23p63d54s1、1s 22s22p63s23p63
19、d104s1，分别为钾、铬、铜。(2)铬元素的外围电子排布为 3d54s1，钴元素的外围电子排布为 3d74s2，前者第一电离能更小。晶格能与阴、阳离子所带电荷的乘积成正比，与阴、阳离子的半径成反比。(3)分周期一一讨论，第 1 周期中基态原子中未成对电子数为 1 个，是 H 原子；第 2 周期中基态原子中未成对电子数为 2 个，可以是 1s22s22p2或 1s22s22p4，是 C 原子或 O 原子；第 3 周期中基态原子中未成对电子数为 3 个，是 1s22s22p63s23p3，是 P 原子；第 4 周期中基态原子中未成对电子数为 4 个，只能是过渡元素，可以是 1s22s22p63s
20、23p63d64s2，是 Fe 原子，因此17共有 5 种元素符合题意。答案：(1)钾、铬、铜 (2) (3)512(1)(2016高考四川卷)M、R、X、Y 为原子序数依次增大的短周期主族元素，Z 是一种过渡元素。M 基态原子 L 层中 p 轨道电子数是 s 轨道电子数的 2 倍，R 是同周期元素中最活泼的金属元素，X 和 M 形成的一种化合物是引起酸雨的主要大气污染物，Z 的基态原子4s 和 3d 轨道半充满。R 基态原子的电子排布式是_，X 和 Y 中电负性较大的是_(填元素符号)。(2)根据下列五种元素的第一至第四电离能数据(单位：kJmo1 1 )，回答下列各题：元素代号 I1 I2
21、 I3 I4Q 2 080 4 000 6 100 9 400R 500 4 600 6 900 9 500S 740 1 500 7 700 10 500T 580 1 800 2 700 11 600U 420 3 100 4 400 5 900在周期表中，最可能处于同一族的是_。AQ 和 R BS 和 TCT 和 U DR 和 TER 和 U每种元素都出现相邻两个电离能的数据相差较大的情况，这一事实从一个侧面说明：_；如果 U 元素是短周期元素，你估计它的第 2 次电离能飞跃数据将发生在失去第_个电子时。如果 R、S、T 是同周期的三种主族元素，则它们的原子序数由小到大的顺序是_，其中_
22、元素的第一电离能异常高的原因是_。解析：(1)R 为钠元素，其基态原子的电子排布式为 1s22s22p63s1；X 为硫元素，Y 为氯元素，氯比硫活泼，故电负性较大的是 Cl。(2)根据电离能的变化趋势知，Q 为稀有气体元素，R 为第A 族元素，S 为第A 族元素，T 为第A 族元素，U 为第A 族元素，所以 R 和 U 处于同一主族。电离能的突跃变化，说明核外电子是分层排布的，各电子层能量不同。若 U 是短周期元素，则 U 是 Na，其核外电子排布式为 1s22s22p63s1，由于 2s22p6所处电子层相同，所以它的第 2 次电离能飞跃数据发生在失去第 10 个电子时。同一周期，第一电离
23、能呈增大趋势，但A、A 族比相邻元素要高，因为其最外层电子呈全充满或半充满状态。18答案：(1)1s 22s22p63s1(或Ne3s 1) Cl(2)E 电子分层排布，各电子层能量不同 10RST S S 元素的最外层电子处于 s 能级全充满状态，能量较低，比较稳定，失去第一个电子吸收的能量较多13现有部分前 36 号元素的性质或原子结构如下表：元素编号 元素的性质或原子结构R 基态原子的最外层有 3 个未成对电子，次外层有 2 个电子 S 单质能与水剧烈反应，所得溶液呈弱酸性T 基态原子 3d 轨道上有 1 个电子 X(1)R 元素的第一电离能要大于其同周期相邻的元素，原因是_。(2)S
24、元素的常见化合价为_，原因是_。(3)T 元素的原子 N 电子层上电子数为_。(4)X 的核外电子轨道表示式违背了_。用 X 单质、碱金属盐及碱土金属盐等可以做成焰火。燃放时，焰火发出五颜六色的光，请用原子结构的知识解释发光的原因：_。解析：(1)由 R 的核外电子排布可知为 N，N 原子 2p 轨道半充满，能量低，较稳定，所以其第一电离能要大于同周期相邻元素。(2)由题知 S 为氟元素，F 的电负性最强，只能得电子，无正价，其常见化合价为1 价。(3)T 原子核外电子排布为1s22s22p63s23p63d14s2，由能量最低原理先排 4s 轨道再排 3d 轨道，则 N 电子层有 2 个电子
25、。(4)X 元素的核外电子排布应先排能量低的 3s 轨道。发射光谱是电子从较高能量的激发态跃迁至较低能量的激发态或基态时释放能量产生的。答案：(1)氮原子 2p 轨道半充满，能量低，较稳定(2)1 F 的电负性最强，只能得电子 (3)2 (4)能量最低原理 电子从能量较高的轨道跃迁到能量较低的轨道时，以光(子)的形式释放能量14A、B、C、D 是四种短周期元素，E 是过渡元素，A、B、C 同周期，C、D 同主族，A 的原子结构示意图为 ，B 是同周期第一电离能最小的元素，C 的最外层有三个成单电子，E 的外围电子排布式为 3d64s2。回答下列问题：(1)写出下列元素的符号：A_，B_，C_，
26、D_。(2)用化学式表示上述五种元素中最高价氧化物对应水化物酸性最强的是_，碱19性最强的是_。(3)用元素符号表示 D 所在周期第一电离能最大的元素是_，电负性最大的元素是_。(4)画出 D 的核外电子轨道表示式：_，这样排布遵循了_原理和_规则。解析：(1)由 A 的原子结构示意图可知， x2，原子序数为 14，A 是硅元素，则 B 是钠元素，C 的最外层电子的排布式为 3s23p3，是磷元素，则短周期 D 元素是氮元素；E 的电子排布式为Ar3d 64s2，核电荷数为 18826，是铁元素，位于 d 区的第 4 周期族。(2)五种元素中非金属性最强的是 N 元素，对应的 HNO3酸性最强，金属性最强的是 Na 元素，对应的 NaOH 碱性最强。(3)D 所在周期第一电离能最大的元素是稀有气体氖，电负性最大的元素是非金属最强的氟。答案：(1)Si Na P N (2)HNO 3 NaOH (3)NeF (4) 泡利不相容 洪特
