高中化学奥林匹克竞赛辅导讲座：第4讲 原子结构与元素周期律.pdf
高中化学奥林匹克竞赛辅导讲座第4讲原子结构与元素周期律【竞赛要求】核外电子运动状态：用s、p、d 等来表示基态构型(包括中性原子、正离子和负离子)核外电子排布。电离能、电子亲合能、电负性。四个量子数的物理意义及取值。单电子原子轨道能量的计算。s、p、d 原子轨道图像。元素周期律与元素周期系。主族与副族。过渡元素。主、副族同族元素从上到下性质变化一般规律；同周期元素从左到右性质变化一般规律。原子半径和离子半径。s、p、d、ds、f 区元素的基本化学性质和原子的电子构型。元素在周期表中的位置与核外电子结构(电子层数、价电子层与价电子数)的关系。最高氧化态与族序数的关系。对角线规则。金属性、非金属性与周期表位置的关系。金属与非金属在周期表中的位置。半金属。主、副族重要而常见元素的名称、符号及在周期表中的位置、常见氧化态及主要形态。钳系元素的概念。【知识梳理】一、核外电子的运动状态1、微观粒子的二重性(1)光的波动性入波长：传播方向上相邻两个波峰(波谷)间距离。频率v：频率就是物质(光子)在单位时间内振动的次数。单位是Hz(1Hz=1 s-1)o光速c=入 v 真空中2.998X 1()8 m s1 =3X 1()8 m s1,大气中降低(但变化很小，可 忽 略)。波数G 夔氟乍除价f 俘化并式射 叽彦瓶J a汰 攘 EMBED Equation.3EMBED Equation.3EMBED Equation.3EMBED Equation.3(cm-1)(2)光的微粒性1900年根据实验情况，提出了原子原子只能不连续地吸收和发射能量的论点。这种不连续能量的基本单位称为光量子，光量子的能量(E)与 频 率(v)成正比。即：E=hEMBED Equation.3EMBED Equation.3(4-1)式中h为普朗克常数，等 于 6.626X10-34 J s(3)白光是复色光可见光的颜色与波长颜色紫青绿黄橙红波 长(nm)400-430430-470470-500500-560560-590590-630630-760(4)电子的波粒二重性物质波1923年德布罗意(L.de Broglie)类比爱因斯坦的光子学说后提出，电子不但具有粒子性，也具有波动性。并提出了联系电子粒子性和波动性的公式：X =EMBED Equation.3EMBED Equation.3(4-2)m(4-2)m：质 量 v：速 度 h：普朗克常数(4-2)式左边是电子的波长入，表明它的波动性的特征；右边是电子的动量，代表它的粒子性。这两种性质通过普朗克常数定量的联系起来了。2、原子核外电子的运动(1)早期模型氢原子光谱*Y3 跳 Q/f*主隆借嘱迭 傕遨引媾傕谯睛纶胖傕诒 源机橇囿一 国嬷囹亚亢痕逊全辨刁也热媚脱鄂acRTT周情逊乱瘵昌厚倏服开哽脱MPE=太阳光是连续光谱，原子光谱是线状光谱。玻尔模型：电子在一定的轨道上运动、不损失能量。不同轨道上的电子具有不同能量E=EMBED Equation.3EMBED Equation.3(4-3)式中n=l,2.正整数电子离核近、能量低、最低能量状态称基态，激发态(能量高)只有当电子跃迁时，原子才释放或吸收能量。E=hEMBED Equation.3EMBED Equation.3EMBED Equation.3EMBED Equation.3EMBED Equation.3EMBED Equation.31 cm-1=1.986X10R3 JA 气将蹙褊白旱悦甚一1 cm-1=1.986X10-23 J波尔理论的应用：=1*GB3=1*GB3U1MPIQ1(E解释氢原子光谱电子跃迁时释放电子能量：EMBED Equation.3EMBED Equation.3EMBED Equation.3EMBED Equation.3EMBED Equation.3EMBED Equation.3EMBED Equation.3EMBED Equation.33 EMBED Equation.3EMBED Equation.3)=1.097X105()=1.097X 105(EMBED Equation.3EMBED Equation.33 EMBED Equation.3EMBED Equation.3)cm 1式中1.097X105称里德保常数=2*GB3=2*GB3lMPlQlWvl)|gig计算氢原子光谱的谱线波长电子由niEMBED Equation.3EMBED Equation.3nl时，释放能量得一系列nlOjj朗哪吨脱酸开任策利EMBED Equation.3EMBED Equation.3v 焚祖胴嘻绻箧M ni值称赖曼线系。niEMBED Equation.3EMBED Equation.3n2时，释放能量得到一系列n26握 哪吨脱酰弓肖刀任篥刑EMBED Equation.3EMBED Equation.3值。巴尔麦线条例：f并6崔 翌 杨 会 3 EMBED Equation.3EMBED Equation.3EMBED Equation.3EMBED Equation.3=1.097X 105(=1.097X 105(EMBED Equation.3EMBED Equation.3)cm-1 =15236 cm 1X =EMBED Equation.3EMBED Equation.3=656 nm=656 nm原子光谱=3*GB3=3*GB3计算氢原子的电离能nlEMBED Equation.3EMBED Equation.3EMBED Equation.3EMBED Equation.3HlMP 5u时，氢原子电离能=6.023 X I()23E=6.023X 1023(EMBED Equation.3E M B E D E q u a t i o n.3）=1 3 1 3 k J m o l 1接近实验值1 3 1 2 k J m o l-1（2）近代描述一电子云薛定额方程的解即原子轨道一一电子运动状态。量子数是解方程的量子条件（三个）n、1、m,原子核外的电子运动状态用四个量数描述：n、1、m、m s。实际上，每个原子轨道可以用3 个整数来描述，这三个整数的名称、表示符号及取值范围如下：主量子数n,n=l,2,3,4,5,（只能取正整数），表示符号：K,L,M,N,O,角量子数1,1 =0,1,2,3,n-l o （取值受n 的限制），表示符号：s,p,d,f,磁量子数m,m =0,（l,（2,（L （取 值 受 1的限制）当三个量子数都具有确定值时，就对应一个确定的原子轨道。如2PE M B E D E q ua t i o n.3E M B E D E q ua t i o n.31瓶啊个罢第究罐.幡适士小醉孰敲就是一个确定的轨道。主量子数n 与电子层对应，n =l 时对应第一层，n =2时对应第二层，依次类推。轨道的能量主要由主量子数n 决定，n 越小轨道能量越低。角量子 数 1和轨道形状有关，它也影响原子轨道的能量。n 和1一定时，所有的原子轨道称为一个亚层，如n =2,1 =1就是2P 亚层，该亚层有3个2P 轨道。n 确定时，I 值越小亚层的能量约低。磁量子数m与原子轨道在空间的伸展方向有关，如2P 亚层，1=1,m =0,（1有3个不同的值，因此2P 有3种不同的空间伸展方向，一般将3个2P 轨道写成2p x,2p y,2p z o实验表明，电子自身还具有自旋运动。电子的自旋运动用一个量子数m s 表示，m s称为自旋磁量子数。对一个电子来说，其m s 可取两个不同的数值1/2或-1/2。习惯上，一般将m s 取1/2的电子称为自旋向上，表 示 为+；将m s 取一1/2的电子称为自旋向下，表示为一。实验证明，同一个原子轨道中的电子不能具有相同的自旋磁量子数ms,也就是说，每个原子轨道只能占两个电子，且它们的自旋不同。核外电子可能的空间状态一一电子云的形状。s 电子云（球形）p 电子云，亚铃形，有三个方向p x p y p z od 电子云有五个方向d xy d xz d y z d x2-y 2 d z 2（称五个简并轨道，即能量相同的轨道）f 5昌穿三曾个亶捧言3f电子云有七个方向。3、核外电子的排布（1）多电子原子的能级=1 *G B 3=1 *G B 3鲍林的轨道能级图 能级交错 能级分裂鲍林根据光谱实验的结果，提出了多电子原子中原子轨道的近似能级图，见下图，要注意的是图中的能级顺序是指价电子层填入电子时各能级能量的相对高低。INCLUDEPICTUREhttp:/ 蜒 P 判 N多电子原子的近似能级图有如下几个特点：(a)近似能级图是按原子轨道的能量高低排列的，而不是按原子轨道离核远近排列的。它把能量相近的能级划为一组，称为能级组，共分成七个能级组。能级组之间的能量差比较大。徐光宪教授提出用n+().71计算各能级相对高低值，并将第一位数相同的能级组成相应的能级组，如4s、3d和4P的n+().7 1计算值相应为4.()、4.4和4.7,它们组成第四能级组。b)主量子数n相同、角量子数1不同的能级，它们的能量随1的增大而升高，即发生“能级分裂”现象。例如EEMBED Equation.3EMBED Equation.3EMBED Equation.3EMBED Equation.3EMBED Equation.3EMBED Equation.3o(c)“能级交错”现象。例如EEMBED Equation.3EMBED Equation.3EMBED Equation.3EMBED Equation.3EMBED Equation.3EMBED Equation.3EMBED Equation.3EMBED Equation.3EMBED Equation.3EMBED Equation.3EMBED Equation.3EMBED Equation.3EMBED Equation.3EMBED Equation.3=2*GB3=2*GB3awO尽蕈欹屋吉杈攸例啜苟(囿东昌实生娴T T 个举昌嫩仅仗隆功用皤槽瘤徜剂，籽付桂做II飘型举昌究峨接斛速掾接斛判昶靖福物彳周生媾棹寥摺昌允痛吕式句交警互接效佝跨逆券胡浜执尽夏丸柳啜甚寥克瘢佝雕i彳呈乳伸蜜II劄瘤杈攸例啜荏族保妖节聿昉桎*=zH7弭L*：三杈攸柳啜在z :丸柳啜茂、:/三尽死幡握7寤 台L嶷疏举昌盥瞅峰斛刑聿傕匚柳啜荷偏明盆逆i j括事蕨疏更津辛昌对寐最翠昌完娥接教向朋所胡册一任逆券柳啜在:/倬国容1劄瘤杈攸柳啜芨除侄胞狷IW示乏尽蕈鞭市个举国富II彖I型举国究痕尽薪力函肺部变胖屏蔽效应和有效核电荷在多电子原子中，一个电子不仅受到原子核的引力，而且还要受到其他电子的排斥力。这种排斥力显然要削弱原子核对该电子的吸引，可以认为排斥作用部分抵消或屏蔽了核电荷对该电子的作用，相当于使该电子受到的有效核电荷数减少了。于是有z*=z。，式中z*为有效核电荷，z为核电荷。为屏蔽常数，它代表由于电子间的斥力而使原核电荷减少的部分。我们把由于其他电子对某一电子的排斥作用而抵消了一部分核电荷，使该电子受到的有效核电荷降低的现象称为屏蔽效应。一个电子受到其他电子的屏蔽，其能量升高。=3 *G B 3=3 *G B 3钻穿效应与屏蔽效应相反，外层电子有钻穿效应。外层角量子数小的能级上的电子，如4s电子能钻到近核内层空间运动，这样它受到其他电子的屏蔽作用就小，受核引力就强,因而电子能量降低，造成EEMBED E q u a t i o n.3EMBED E q u a t i o n.3EMBED E q u a t i o n.3EMBED E q u a t i o n.3o我们把外层电子钻穿到近核内层空间运动，因而使电子能量降低的现象，称为钻穿效应。钻穿效应可以解释原子轨道的能级交错现象。(2)排布规则：=1 *G B 3=1 *G B 3能量最低原理：原子中的电子按照能量由低到高的顺序排布到原子轨道上，遵循能量最低原理。例如，氢原子只有一个电子，排布在能量最低的1s轨道上，表示为1S 1,这里右上角的数字表示电子的数目。根据能量最低原理，电子在原子轨道上排布的先后顺序与原子轨道的能量高低有关,人们发现绝大多数原子的电子排布遵循下图的能量高低顺序，这张图被称为构造原理。=2 *G B 3=2 *G B 3a N A K J 表示不同自旋方向的电子。=2*GB3=2*GB3HNAK5国宅挂帏弈电子排布式（亦称电子组态）如：C ls2 2s2 2p2式中右上角的数字表示该轨道中电子的数目。为了简化，常 用“原子实”来代替部分内电子层构型。所谓原子实，是指某原子内电子层构型与某一稀有气体原子的电子层构型相同的那一部分实体。如24Fe：2s22P63P23P63d6 s2可表示为Ar3d64s2说明：竞赛要求能够根据原子序数写出元素周期表中所有元素的电子排布式。下面是需要重点记忆的几种特殊情况：EMBED Equation.3EMBED Equation.3EMBED Equation.3EMBED Equation.3EMBED Equation.3EMBED Equation.3EMBED Equation.3EMBED Equation.3EMBED Equation.3EMBED Equation.3EMBED Equation.3EMBED Equation.3EMBED Equation.3EMBED Equation.3EMBED Equation.3EMBED Equation.3EMBED Equation.3EMBED Equation.3EMBED Equation.3EMBED Equation.35dl6s25dl6s2稀土La Ce Gd Lu 其它 4fn5d06s2铀札 锚6dl7s2 6d27s2钢系Ac Pa U Np Cm Lr Th 其它 5f n6d 07s2舸镶铀镖铜 镑 社二、元素周期律1、原子的电子层结构和周期律（1）随核电荷增大电子呈周期性分布，每个周期的电子由SEMBED Equation.3EMBED Equation.3P逐个增入。(2)新周期开始出现新电子层。周期序数=原子的电子层数n每周期中元素的数目等于相应能级组中原子轨道所能容纳的电子的总数。(3)主族元素的族序数=原子最外层电子数副族元素的族序数=原子次外层d电子数与最外层s电子数之和(VIIIB、IB、IIB除外)(4)周期表按电子层结构分五个区(s、p、d、ds、f),如下图所示。CQ 裹7 c 螺球酷尧悌阿耀酿尧悄痛部匚曲小嵋 劄献尧恂逐漫健弛4上丰刊开献尧恂逐徭以异h吟杨弟c 偏虢瘪怨越附偏,生宏幡鬣嗥堞剂助周吟臊惘化厄盅见异2元素金属性和非金属性的递变：从左到右，金属性逐渐减弱；从上到下，金属性逐渐增强。周期律：元素的性质随元素原子序数的增加而呈周期性变化的规律。2、元素基本性质的周期性一一原子结构与原子参数的关系(1)有效核电荷：Z*(2)原子半径：两个原子核间距的一半(原子半径通常包括金属半径、共价半径和范德华半径)。H He37 122Li Be B C N O F Ne123 89 80 77 70 66 64 160Na Mg Al Si P S Cl Ar157 136 125 117 110 104 99 191K Ca203 174La。径撞翻 板伟闻犒与咄握徽嬷厄式下一台L吟梗焊庄痢眼败僦 生嫌厄彝霸麻控董9 怨年瘦但及间勘嬉T胴煌蜚僭躺Li Be B C N O F Ne123 89 80 77 70 66 64 160Na Mg Al Si P S Cl Ar157 136 125 117 11()104 99 191K Ca203 174La系收缩结果使偶系以后的元素原子半径与下一周期相应的同族元素原子半径非常接近。故性质相似，难分离，自然界共生。(3)电 离 能(势)I定义：元素的气态原子在基态时失去一个电子成为一价气态正离子所需要的能量,称元素的第一电离能。基态M(g)3 EMBED Equation.3EMBED Equation.3M+(g)M+(g)EMBED Equation.3EMBED Equation.3M2+(g)M2+(g)EMBED Equation.3EMBED Equation.3M3+(g)M3+(g)例如：Al(g)EMBED Equation.3EMBED Equation.3Al+(g)&，笆举痕秽驰 1=578 kJ-mol-1Al+(g)第一电离能11=5781 八 0101-1；第二电离能12=1823 kJ mol-1；第三电离能13=2751kJ mol-1I大，难失电子；I小，易失电子，金属性强。规律：同周期Z*增大，半径减小，稍有起伏(半充满、全充满结构稳定)。同族元素Z*增加不多，半径增大起主导作用。长周期中也有起伏，I增大不如短周期明显。(4)电子亲合能定义：一个基态的气态原子得到一个电子形成一价气态负离子所放出的能量。称该原子的第一电子亲合能。习惯上把放出能量的电子亲合能EA用正号表示。O(g)+eEMBED Equation.3EMBED Equation.3O-(g)EA=141.8kJ m ol-1EA反映原子得电子难易程度。EA大，易得电子，非金属性强。规律：自左向右Z*核电荷大，半径减小，易与电子形成8电子稳定结构。半充满，全充满时EA小，例如：氮族，稀有气体。同一主族自上而下EA变小，但第二周期例外，如：F、0、N比Cl、S、P小。(5)电负性：原子在分子中吸引电子的能力。1932年化学家鲍林(L.Pauling)指出：“电负性是元素的原子在化合物中吸引电子能力的标度。”并提出：F的负电性为4.(),其它原子的负电性均为相对值，以Xp表示。Xp的数值越大，表示该元素的原子吸引电子的能力就越强；反之,Xp的数值越小，表示该元素的原子吸引电子的能力就越弱。从上表可以看出：=1*GB3=1*GB3 N A K h 吟 杨 鑫 从 你 幡 生 货 恂 逐 港 埃 麦 4 上丰刊举生货恂逐瀚保尊 生货惯怅疏为匆 勒 献 岌 口 司 耀 献 明 瘵 生 货 怀 舌 斗 吩 卯.9周期表中从左到右电负性逐渐增大，从上到下电负性逐渐减小。电负性可用于区分金属和非金属。金属的电负性一般小于1.9,而非金属元素的电负性一般大于2.2,处于1.9 与2.2 之间的元素人们把它们称为“类金属”，它们既有金属性又有非金属性。=2 *G B 3=2 *G B 3a N A K h 吟杨鑫体蝌令袁枇匐令震相破避懒统攵 啊锁才、钉哝箱碌吠碑芽)枸有益妍痕侄瘴怨暗马倔麦阅口匀闽都耨场稔氟仃燧漉、队瓶饿敏|J 燃麦畔摘瓶戮敏端1 4 钉哝瘢氧筑园W1倏崩丧怛海录啖磷遗易 搦酸尝!？等究们事拙通稠犯I f 示伴寒翻组 褶 I 周期表中左上角与右下角的相邻元素，如锂和镁、钺和铝、硼和硅等，有许多相似的性质。例如，锂和镁都能在空气中燃烧，除生成氧化物外同时生成氮化物；钺和铝的氢氧化物都具有两性；硼和硅都是“类金属”等等。人们把这种现象称为对角线规则。【典型例题】例1、氢原子的核外电子在第四轨道上运动时的能量比它在第一轨道上运动时的能量多2.0 4 X 1 0-1 8 J o 试求这个核外电子由第四轨道跃入第一轨道时.，所发出的光的频率和波长。分析：由 丫 =E M B E D E q u a t i o n.3E M B E D E q u a t i o n.3或 v =3.28 9 X 1 0 1 5 (3 E M B E D E q u a t i o n.3E M B E D E q u a t i o n.33 E M B E D E q u a t i o n.3E M B E D E q u a t i o n.3)s-1 求出v,再由罐凳 E M B E D E q u a t i o n.3E M B E D E q u a t i o n.3E M B E D E q u a t i o n.3E M B E D E q u a t i o n.3B 砾僵 E M B E D E q u a t i o n.3E M B E D E q u a t i o n.3o解：求V：方法一：v=E M B E D E q u a t i o n.3EMBED Equation.3EMBED Equation.3EMBED Equation.3=3.80X1015s-l器沌业力=3.289X 1015=3.80X 1015s-1方法二：v=3.289X1015(3 EMBED Equation.3EMBED Equation.33 EMBED Equation.3EMBED Equation.3)=3.80X 1015s-1求3.8()X1015s-lBt民 EMBED Equation.3EMBED Equation.3EMBED Equation.3EMBED Equation.3EMBED Equation.3EMBED Equation.3EMBED Equation.3EMBED Equation.3=9.74X10-8m=97.4nm=9.74X10-8m=97.4nm例2、下列说法是否正确？如不正确，应如何改正？(l)s 电子绕核旋转，其轨道为一圆圈，而p电子是走8字形。(2)主量子数为1时，有自旋相反的两条轨道。(3)主量子数为3时，有3s、3p、3d、3f四条轨道。分析：本题是涉及电子云及量子数的概念题。必须从基本概念出发，判断正误。解(1)不正确。因为电子运动并无固定轨道。应改正为：s电子在核外运动电子云图像或几率分布是一个球体，其剖面图是个圆。而p 电子云图或几率密度分布是一个纺锤体，其剖面图是8形。(2)不正确。因为n=1,1 =(),m=0,只有一个Is原子轨道。应改为：主量子数为1时，在1s原子轨道中有两个自旋相反的电子。(3)不正确。因为n=3 时，1只能取0、1、2,所以没有3f。另外3s、3p、3d的电子云形状不同，3P还有m=0、=EMBED Equation.3EMBED Equation.31 三种空间取向不同的运动状态，有3个原子轨道，3d有m=0、=EMBED Equation.3EMBED Equation.3=EMBED Equation.3EMBED Equation.32五种空间取向，有5个原子轨道。因此应改为：主量子数为3时，有9个原子轨道。例3、试写出下列物种的电子排布式(1)13A13+(2)17C1-管跋I t 栗 睨 睨腾 腾 歌 舞 朦 腾 舞 睨 甲!抹银!崎雕!一!阡!堀画!币!怀晦!搀!桅!萋钳奔哪啜!翱 谀#跟#退#金巴#湃$漫牌技$耀$-VX%棒煌嘀堀舀虎蓬%&嚓&晨&揉&怀&多黑&搀&啊&桅&檎&疑&金巴&切 k金 日&lfi&阀&艘&脓&簸&IM&蔡i娜 时 而 怀 搀 的 谀 龊 退 金 巴 阀 喑 矍)耀*舀*旗*waws)叵 寸+湃+踊，切 荐，*湃+漫+螃+言+谀+跟+簸+口，口，.A.V.NUL.岛 煌 弼.一.侵.刀桶艇.流漫.b Pd di i U.%e源稀.谀.跟退血.境阀藕麟搬.匾,0 6:：-66 6(i)6l卜 6嗥6揉6搀6的6标6桶6所6涛67 7 7 7聆;瘀;阀;噩 口 干 嘀(侵=刀=碘=稀=簧=目技=8切8最9踊9鬟9 9俵9刀9阡9嘀9堀9娥9叵 寸 9币9怀男警9搀9 腌=一堀 =耀=舀=螃=言=谀=退 籁 M 奇 矗 轴 b 鬟 搀 啊 缴 舀 退 翅 箍 月奇 墨 嘀 堀 嫉 叵寸 怀 承善 蟾 切 口蛾 言 谀 跋 退 耙(评 8 阀 馥 敏 鹦 A 檎 A 疑 A 1U 簸 AISAAB JBC蹦 洞 C币C瘀C扬C稀C簧C C CDDDADNUID搀D框D桶D舀D蓑D慢D螃D桅E橘E疑E湃EigEEF F璨F扇F币F怀F馥 乐优七倭七愀 溯H诽H甄C溜河田甄C嚷C揉C楔C煌C谩C箍C崎C矗C踊C雉C叵 寸 C桅D疑E湃E漫EE-*F金 EG蜀 号G怖样酊搀F桅F橘F耀F虎F舞F蜡FF F F F F F F F&FG阡G嘀G堀G嫉GM GG蜡G蟹G言G谀G跟G艘G脓GH HdlzH墨H御 鬟 HH玲H瘀H碰H稀H簧 瞬 HI 1(1)1堀I嫉 画 I币I怀 嗜 I靖 信 I谀比足IJ湃J激 瑜 瘀 J稀 虐 J耀J舀K K鬟K-K 阀K馥KK K KN UL；*LZ L嗥L刀L阡L叵 寸 LFpLL搀L桅L橘L,L耀L虎L德L退L金 巴 L尾M币M怀M喷 俵(3)24Cr(4)47Ag分析：由物种的带电性，确定其电子总数，再按电子排布规律写出电子结构。解：物种电子排布式13A13+ls2 2s2 2P6或He2s2 2p617C1-ls2 2s2 2p6 3s2 3P6或Ne3s2 3p624CrIs2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d5 4sl 或 Ail3d5 4sl47Agls2 2s2 2p6 3s2 3p6 3dlO 4s2 4p6 4dl（）5sl或 Kr 4dl0 5sl例4、试比较Li2+离子的2s和2P轨道能量的高低。分析：Li2+单质电子体系，是类氢离子，没有电子的屏蔽作用（蒯 萌 1 i2+U氏贵昌（脩簌0 曜筋治祐嫡1耗朵哥完痕尽悲佝期3 EMBEDEquation.3EMBED Equation.3=0）其能量公式为：E=-2.179X10-18XEMBED Equation.3EMBED Equation.3（J）,只与核电荷数（己一定）和主量子数有关。解：因Li2+是单质电子体系，其各轨道的能量只与主量子数n有关，与角量子数1无关，所以在Li2+离子中，2s和2P轨道的能量相等。例5 甲元素是第三周期p区元素，其最低化合价为-1价；乙元素是第四周期d区元素,苫最高化合 价 为+4价，填写下表：元素价层电子构型周期族金属或非金属电负性相对高低甲乙分析：根据题意，甲元素处于周期表p区，为主族元素，其最低化合价为-1 价，则它最外层电子构型为3s2 3P5,所以甲为第三周期 拥串町斗笏乱吟眺=7*ROMAN=7*ROMANA族的非金属元素，具有较高的电负性。同理可推测乙元素的外层电子构型及其在周期表中的位置和它较低的电负性。解：元素价层电子构型周期族金属或非金属电负性相对高低甲3s2 3p53=7=ROMAN=7*ROMANA八 耀 猷A非金属较高乙3d2 4s24=4*ROMAN=4*ROMANB金属较低例6 某元素原子共有3个价电子，其中一个价电子的四个量子数为n=3、1 =2、m=2、ms=+EMBED Equation.3EMBED Equation.3o 试回答：(1)写出该元素原子核外电子排布式(2)写出该元素的原子序数，指出在周期表中所处的分区、周期数和族序数，是金属还是非金属以及最高正价化合价。分析：本题关键是根据量子数推出价层电子构型，由此即可写出核外电子排布式并回答其他问题。解：(1)由一个价电子的量子数可知，该电子为3 d电子，则其它二个价电子必为4 s电子(因为3 1 1是不对的，当1取值一定时，I m|最大和1的值相等，所以减小I m|或增大1均可。在(6)中，1 n也是不对的，1取 值 最 大 为n-1,考虑到m=+2,所以本题只能增大n的取值。例9、已知某元素在氟前，当此元素的原子失去3个电子后，它的角量子数为2的轨道内电子恰好为半充满，试推断该元素。分析：此题是根据离子的结构推断相应元素的试题。只不过常见的此类问题提到是电子层、电子亚层，而未涉及主量子数和角量子数，所以此题关键是搞清角量子数为2的轨道属于d亚层。解：1=2为d亚层，只有第四周期及其后各周期的d区和p区元素才有此结构。失去3个电子后，d轨道为半充满的元素一定是在d区，即为副族元素。氟为第四周期元素,故此元素必定为第四周期的副族元素。M3+EMBED Equation.3EMBED Equation.3M3d5 3d6 4s2M3d5 3d6 4s2(半充满)故该元素为26号元素Fe。例1()、若在现代原子结构理论中，假定每个原子轨道只能容纳一个电子，则原子序数为42的元素的核外电子排布将是怎样的？按这种假设而设计出的元素周期表，该元素将属于第几周期、第几族？该元素的中性原子在化学反应中得失电子情况又将怎样？分析：解答本题有利于开阔思维。在该题的假设下，原有原子结构理论的有关规律的实质是有用的，但具体的则要发生一些变化。如保里不相容原理和洪特规则就不适用；但能量最低原理是有用的；饱和的概念仍然成立，只是各个轨道、各个亚层、各个电子层最多能容纳的电子数应为原来的一半，如第二层排成2sl 2P3就饱和了，第三层排成3sl 3P3 3d5就饱和了；轨道的能级顺序没有变化，电子的填充顺序也无变化。解：电子排布式：Is 12sl 2P3 3sl 3P3 3d5 4sl 4P3 4d5 4f7 5sl5P3 5d5 6sl 6P2周期表中的位置：第六周期，第蒯鬲一襁第衲澳木蒯一书B 惴区总主靖18预 癞 彳 7 r 匍标生寓健黝型 瘤杳凄见径睥嬷贯昉木嶙痢f 偎既侄瘙蒯觑伉甄些付化句t姝俑郢伏降灾匆璜咻洗狄褶物封节速 聒 f 假胧都李侑匆瑁昉木嶙獭了儒咄皂植忍、焙抛称TH贩喷台0皤送哦亚乂封哦举哥娘叵寸崩媚脂害健瘵昌孰破祺亟囱构瘀C 留夬翼乂岭挈激si 2P31山儒咆7rL瞥乂岭挚戳sljp3 3d51山磕咆丛彳幅itU丰胚徽颁床耗柘化匍U 昌完癫城忿须 瞰仟藏化包9褚 U 哥宅控帏弟 Qsl 2s 1 2p3 3s 1 3P3 3d5 4sl 4P3 4d5 4f7 5sl5P3 5d5 6sl 6p2h吟杨鑫#L疯伶缚L 笄全吟盼L 铃=3*ROMAN=3=:ROMANA族。该元素的中性原子在化学反应中可得到一个电子显-1 价；可失去3个电子显+3价，也可失去2个p电子而显+2价。【知能训练】1、分子和离子都是微观粒子，1996年，科学家终于在宇宙深处发现了早在3()年前就预言应当存在的一种微粒，这种微观粒子由3个氢原子核和2个电子组成，它的化学式是。2、自然界中，碳除了有2种稳定同位素12c和13c外，还有一种半衰期很长的放射性同位素1 4 C,丰度也十分稳定，如下表所示（注：数据后括号里的数字是最后一位或两位的精确度，14C只提供了大气丰度，地壳中的含量小于表中数据）：同位素相对原子质量地壳丰度（原子分数）12C12（整数）0.9893（8）13C13.003354826（17）0.0107（8）14C14.003241982（27）1.2X10-16（大气中）试问：为什么通常碳的相对原子质量只是其稳定同位素的加权平均值而不将14c也加入取平均值？3、现代原子结构理论认为，在同一电子层上，可有s、p、d、f、g、h等亚层，各亚层分别有1、3、5、个轨道。试根据电子填入轨道的顺序预测：（1）第8周期共有 种元素；（2）原子核外出现第一个6 f电子的元素的原子序数是；（3）根 据“稳定岛”假说，第114号元素是一种稳定同位素，半衰期很长，可能在自然界都可以找到。试推测第114号元素属于 周期，族元素，原子的外围电子构型是O4、A、B两元素，A原子的M层和N层的电子数分别比B原子的M层和N层的电子数少7个和4个。写出A、B两原子的名称和电子排布式，并说明推理过程。5、五种元素的原子电子层结构如下：A：1s22s22p63s23p63d54s2 B：Is22s22p63s2 C：Is22s22p6D：Is22s22p63s23p2 E：ls22sl试问：其中，（1）哪种元素是稀有气体？（2）哪种元素最可能生成具有催化性质的氧化物？（3）哪种元素的原子的第一电离能最大？6、写出Eu（63号）、Te（52号）元素原子的电子排布式。若原子核外出现5 g和6 h五层，请预测第九、十周期最后一个元素原子序数和它们的电子排布。7、目前，科学家正在设法探寻“反物质”。所 谓“反物质”是 由“反粒子”构成的,“反粒子”与其对应的正粒子具有相同的质量和相同的电量，但电荷的符号相反。2 0 0 2 年9 月2 0 日，欧洲核子研究中心成功制造出约5 万个低能量状态的反氢原子，这是人类首次在受控条件下大批量制造反物质。试回答：（1）科学家制造出的反氢原子的质量数为，电荷数为。（2）一对正、负电子相遇发生湮灭，转化为一对频率相同的光子，已知电子质量为0.9 X 1 0-3 0 kg,那么这对电子湮灭时释放的能量是 J,这两个光子的频率约为 Hz o （保留2 位有效数字，普朗克常数h =6.6 3 X 1 0 3 4 J s）（3）反物质酸碱中和反应的实质可表示为：。8、在电势差为1（）（）V 和1（）（）（）V的电场中运动的电子，其德布罗意波长分别是多少？9、假定在下列电子的各组量子数中n 正确，请指出哪几种不能存在，为什么？(1)n =l,1=1,m=l,m s=-1。(2)n =3,1=1,(3)n=3,1=2,(4)n=2,1=(),m =2,m s H-1/2。m=l,m s=-1/2。m=0 m s =0 o(5)n=2,1=-1 )i n =1,m s=+l/2。(6)n=4,1=3,m 2,m s =2。1 0、试用斯莱脱（S l a t e）规则分别计算作用于F e 的3 s、3 p、3 d 和4 s 电子的有效核电荷数，这些电子所在各轨道的能量及F e 原子系统的能量。1 1、下列曲线分别表示元素的某种性质与核电荷数的关系（Z 为核电荷数，Y为元素的有关性质）；A B CDA B CDE F G HE F G H把与下面的元素有关性质相符的曲线的标号填入相应括号中：（1）nA族元素的价电子数（）（2）V D A 族元素氢化物的沸点（）（3）第三周期元素单质的熔点（）（4）第三周期元素的最高正化合价（）（5）I A 族元素单质熔点（）（6）F、Na+、Mg 2+、A 13+四种离子的离子半径（）（7）短周期元素的原子半径（）（8）短周期元素的第一电离能（）12、电离能是指由蒸气状态的孤立原子失去电子形成阳离子需要的能量。从中性原子中移去第一个电子所需要的能量为第一电离能（I I）,移去第二个电子所需要的能量为第二电离能（12）,依次类推。元 素I l/e VI 2/e VI 3/e VA13.（）23.940.0B4.331.947.8C5.747.471.8D7.715.180.3E21.641.165.2现有5种元素，A、B、C、D、E,其II 13分别如下表，根据表中数据判断其中的金属元素有，稀有气体元素有，最活泼的金属是，显二价的金属是。13、根据以下数据估算第43号人造元素得（Tc）的金属半径（单位为pm），并说明做出估计的依据：第四周期元素TiVCrMnFeCoNi原子半径/pm147134127126126125124第五周期元素ZrNbMoTcRuRhPd原子半径/pm160146139134134137第六周期元素HfTaWReOsIrPt原子半径/pm15914614013713513613914、右图表示元素X的头五级电离能的对数值，试推测X可能是哪些元素？15、己知某元素的原子序数是5（）,试推测该元素（1）原子的电子层结构；（2）处在哪一周期哪一族？（3）是金属还是非金属？（4）最高氧化态及其氧化物的酸碱性。参考答案：1、H3+2、14c不加权不会影响计算结果的有效数字，因其丰度太低了。3、(1)50(2)139(3)七 IVA 7s27p24、A原子的M层电子数比B原子的M层的电子数少7个，说明B原子的M层已经排满；A原子的N层的电子数比B原子的N层的电子数少4个，说明B原子的4s轨道已经排满，由电子排布的知识很容易判断出A B来。A为专凡(V),电子排布式为Ar3d34s2；B为 硒(Se),Ar3dl()4s24p45、(1)稀有气体元素原子的外层电子构型为ns2np6,即s和p能级是全满的，因此上述C是稀有气体元素，它是Ne。(2)过渡元素在化合物中具有可变的化合价，因此它们的氧化物往往具催
