2022高考一轮轮复习化学-专题第34讲 原子结构与性质.docx

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1、第34讲 原子结构与性质【知识梳理】一、原子结构1. 能层和能级：在多电子原子中，电子的排布分成不同的能层，同一能层的电子能量也可能不同，还可以分成不同的能级。电子层（能层）原子轨道类型（能级）原子轨道数目最多容纳电子数K（1）1s12L（2）2s 2p48M（3）3s 3p 3d918N （4）4s 4p 4d 4f1632O（5）5s 5p 5d 5f 5g2550(n)n 22n 2（1）任一能层，能级数等于能层序数；（2）s、p、d、f的轨道数依次是1、3、5、7，s、p、d、f可容纳的电子数依次是其轨道数1、3、5、7的两倍；（3）各电子层最多容纳的电子数为2n2个。最外层最多容纳8

2、个电子；次外层最多容纳18个（若此外层为1或2，最多只能有2或8个电子）；倒数第三层最多只有32个电子（若该层n=1，2，3，最多只能有2，8，18个电子）2. 原子轨道：不同能级上的电子出现概率约为90%的电子云空间轮廓图 称为原子轨道。（1）s电子的原子轨道呈球形对称，ns能级各有1个原子轨道；p电子的原子轨道呈纺锤形，np能级各有3个原子轨道，相互垂直（用px、py、pz表示）；nd能级各有5个原子轨道；nf能级各有7个原子轨道。（2）相同能层上原子轨道能量的高低：nsnpndnf；形状相同的原子轨道能量的高低：1s2s3s4s；同一能层内形状相同而伸展方向不同的原子轨道的能量相等，如n

3、px、npy、npz轨道的能量相等。3. 原子核外电子排布规律：（1）能量最低原理：基态原子的核外电子排布遵循构造原理，电子总是优先排布在能量最低的原子轨道里，然后再依次进入能量逐渐升高的原子轨道，这样使整个原子处于最低的能量状态。构造原理示意图如下图：随着原子核电荷数的递增，基态原子的核外电子按照上图中箭头的方向依次排布，即1s,2s,2p,3s,3p,4s,3d,4p,5s,4d,5p该原理适用于绝大多数基态原子的核外电子排布。能级交错：由构造原理可知，电子先进入4s轨道，后进入3d轨道，这种现象叫能级交错。温馨提示：构造原理并不是说4s能级比3d能级能量低（实际上4s能级比3d能级能量高

4、），而是指这样顺序填充电子可以使整个原子的能量最低。也就是说，整个原子的能量不能机械地看做是各电子所处轨道的能量之和。（2）泡利不相容原理：基态多电子原子中，不可能同时存在4个量子数完全相同的电子。换言之，一个轨道里最多只能容纳两个电子，且电旋方向相反（用“”表示），这个原理称为泡利（Pauli）原理。如N原子的轨道表示式是：，不能写成：，也不能写成：。（3）洪特规则：当电子排布在同一能级的不同轨道（能量相同）时，总是优先单独占据一个轨道，而且自旋方向相同，这个规则叫洪特（Hund）规则。比如，p3的轨道式为，而不是。（4）洪特规则的特例：电子排布在p、d、f等能级时，当其处于全空 、半充满或

5、全充满时，即p0、d0、f0、p3、d5、f7、p6、d10、f14，整个原子的能量最低，最稳定。前36号元素中，全空状态的有4Be 2s22p0、12Mg 3s23p0、20Ca 4s23d0；半充满状态的有：7N 2 s22p3、15P 3 s23p3、24Cr 3d54s1、25Mn 3d54s2、33As 4s24p3；全充满状态的有10Ne 2s22p6、18Ar 3s23p6、29Cu 3d104s1、30Zn 3d104s2、36Kr 4s24p6。温馨提示：能量最低原理表述的是“整个原子处于能量最低状态”，而不是说电子填充到能量最低的轨道中去，泡利原理和洪特规则都使“整个原子处

6、于能量最低状态”。4. 基态和激发态（1）基态：最低能量状态。处于 最低能量状态的原子称为基态原子 。（2）激发态：较高能量状态（相对基态而言）。基态原子的电子吸收能量后，电子跃迁至较高能级时的状态，处于激发态的原子称为激发态原子 。 （3）原子光谱：不同元素的原子发生电子跃迁时会吸收（基态激发态）和放出（激发态较低激发态或基态）不同的能量（主要是光能），产生不同的光谱原子光谱（吸收光谱和发射光谱）。利用光谱分析可以发现新元素或利用特征谱线鉴定元素。5.基态原子核外电子排布的表示方法：电子排布式在能级符号的右上方用数字表示该能级上排布的电子数的式子17Cl：1s22s22p63s23p521S

7、c：1s22s22p63s23p63d14s2简化电子排布式把内层已达到稀有气体的电子层写成原子实，并以稀有气体符号加方括号表示17Cl：Ne3s23p521Sc： Ar 3d14s2价电子排布式只标出基态原子的外围电子排布17Cl：3s23p5 轨道表示式用方框表示原子轨道，框内的箭头表示电子的式子6C：例题1、(1)镍元素基态原子的电子排布式为_，3d能级上的未成对电子数为_。(2)基态Ge原子的核外电子排布式为_，有_个未成对电子。(3) Zn2基态核外电子排布式为_。(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_，形象化描述。在基态 14C原子中，核外存在_对自旋相

8、反的电子。(5)基态Fe原子有_个未成对电子。Fe3的电子排布式为_。(6)基态硼原子的电子排布式为_。(7) S的基态原子核外有_个未成对电子。(8) Si的基态原子核外电子排布式为_，电子占据的最高能层符号为_，该能层具有的原子轨道数为_、电子数为_。（9）基态K原子中，核外电子占据的最高能层的符号是_，占据该能层电子的电子云轮廓图形状为_。（10）氮原子价层电子对的轨道表达式（电子排布图）为_。（11）Co基态原子核外电子排布式为_，元素Mn与O中，基态原子核外未成对电子数较多的是_。（12）基态Mn2+的核外电子排布式为，Ni2+的价电子排布图为。指点迷津 (1)在写基态原子的电子排布

9、图时，常出现以下错误：(2)当出现d轨道时，虽然电子按ns、(n1)d、np的顺序填充，但在书写电子排布式时，仍把(n1)d放在ns前，如Fe：1s22s22p63s23p63d64s2，不能写成1s22s22p63s23p64s23d6。(3)注意对比电子排布式、价电子排布式(即外围电子排布式)的区别与联系。如Fe的电子排布式：1s22s22p63s23p63d64s2或Ar3d64s2，价电子排布式：3d64s2。二、原子结构与元素的性质1元素周期表的结构：原子核外的能层数决定元素所在的周期，原子的价电子总数决定元素所在的族。（1）原子的电子层构型和周期的划分：周期是指能层（电子层）相同，

10、按照最高能级组电子数依次增多的顺序排列的一行元素，即元素周期表中的一个横行为一个周期，周期表共有七个周期。同周期元素从左到右（除稀有气体外），元素的金属性逐渐减弱， 非金属性逐渐增强。每周期第一种元素的最外层电子的排布式为ns1。每周期结尾元素的最外层电子排布式除He为1s2外，其余为ns2np6。He核外只有2个电子，只有1个s轨道，还未出现p轨道，所以第一周期结尾元素的电子排布跟其他周期不同。一个能级组最多所容纳的电子数等于一个周期所包含的元素种类。但一个能级组不一定全部是能量相同的能级，而是能量相近的能级。元素周期表中每周期所含元素种数如下：周期元素数目各周期增加的能级一21s二82s2

11、p三83s3p四184s3d4p五185s4d5p六326s4f5d6p七26(未完)7s5f6d(未完)（2）原子的电子构型和族的划分：族是指价电子数相同（外围电子排布相同），按照电子层数依次增加的顺序排列的一列元素。即元素周期表中的一个列为一个族（第族除外），共有十八个列，十六个族。同主族周期元素从上到下，元素的金属性逐渐增强，非金属性逐渐减弱。每族元素的价电子排布特点如下：主族主族AAAAAAA排布特点ns1ns2ns2np1ns2np2ns2np3ns2np4ns2np50族：He：1s2；其他：ns2np6。过渡元素(副族和第族，Pd除外)：(n1)d110ns12。（3）原子的电子

12、构型和元素的分区：按电子排布可把周期表里的元素划分成 5个区，分别为s区、p区、d区、f区和ds区，除ds区外，区的名称来自按构造原理最后填入电子的能级的符号。周期表的分区：各区价电子排布特点：分区价电子排布元素性质特点s区ns12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ns2np16(除He外 )通常是最外层电子参与反应d区(n1)d19ns12(除Pd外)d轨道可以不同程度地参与化学键的形成ds区(n1)d10ns12金属元素f区(n2)f014(n1)d02ns2镧系元素化学性质相近，锕系元素化学性质相近温馨提示：若已知元素的外围电子排布，可直接判断该元素在周期表中的位置。如

13、：某元素的外围电子排布为4s24p4，由此可知，该元素位于p区，为第四周期A族元素。即最大能层为其周期数，最外层电子数为其族序数，但应注意过渡元素(副族与第族)的最大能层为其周期数，外围电子数应为其纵列数而不是其族序数(镧系、锕系除外)。2元素周期律：（1）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要的最低能量叫做第一电离能(用I1表示)。+1价正离子再失去一个电子所需能量称为第二电离能，依次类推。电离能的大小取决于原子的有效核电荷、原子半径以及原子的电子层结构。电离能的变化规律同周期碱金属元素的第一电离能最小，稀有气体元素的第一电离能最大，从左到右，元素的第一电离能在总体

14、上呈现由小到大的趋势同主族从上到下第一电离能逐渐减小同种元素同一种元素的逐级电离能的大小关系：I1I2I3I4MgAlSiPSCl同主族元素（比较原子和离子半径）：随原子序数的增大，原子的原子半径依次增大。如：LiNaKRbCs，F-Cl-Br- Na+Mg2+Al3+（5）元素金属性与非金属性强弱的判断金属性本质原子越易失电子，金属性越强，第一电离能越小，电负性越小判据在金属活动顺序表中越靠前，金属性越强单质与水或非氧化性酸反应越剧烈，金属性越强单质还原性越强，离子氧化性越弱，金属性越强（电解中在阴极上得电子的先后）最高价氧化物的对应水化物的碱性越强，金属性越强xn+yx+ym+ 则y比x金

15、属性强原电池反应中负极的金属性强与同种氧化剂反应，先反应的金属性强失去相同数目的电子，吸收能量少的金属性强非金属性本质原子越易得电子，非金属性越强，电负性越大判据与H2化合越易，气态氢化物越稳定，非金属性越强单质氧化性越强，阴离子还原性越弱，非金属性越强（电解中在阳极上得电子的先后）最高价氧化物的对应水化物酸性越强，非金属性越强An-+BBm-+A 则B比A非金属性强与同种还原剂反应，先反应的非金属性强得到相同数目的电子，放出能量多的非金属性强3.元素周期表的应用（1）根据原子结构、元素性质及表中位置的关系预测元素的性质：比较同主族元素的金属性、非金属性、最高价氧化物水化物的酸、碱性、氢化物的

16、稳定性等。如碱性：Ra(OH)2Ba(OH)2；气态氢化物稳定性：CH4SiH4比较同周期元素及其化合物的性质。如酸性：HClO4H2SO4；稳定性：HClH2S比较不同周期、不同主族元素性质时，要找出参照物。例如：比较氢氧化镁和氢氧化钾的碱性，可以把氢氧化钠作为参照物得出氢氧化钾的碱性强于氢氧化镁。推断一些未学过的元素的某些性质。如根据A族的Ca(OH)2微溶，Mg(OH)2难溶，可以推知Be(OH)2更难溶。（2）启发人们在一定范围内寻找某些物质：半导体元素在两性线附近，如：Si、Ge、Ga等。农药中常用元素在右上方，如：F、Cl、S、P、As等。催化剂和耐高温、耐腐蚀合金材料、主要在过渡

17、元素中找。如：Fe、Ni、Rh、Pt、Pd等。例题2、（1）写出基态As原子的核外电子排布式_、基态碳原子的电子排布图_，根据元素周期律，原子半径GaAs，第一电离能GaAs。（填“大于”或“小于”）（2）镍元素基态原子的电子排布式为，3d能级上的未成对电子数为；C、N、O；N、S、P；C 、N、Si；N、 O、F的第一电离能由大到小的顺序为；电负性：H、O、S电负性由大到小的顺序是。B和N相比，电负性较大的是；BN中B元素的化合价为；从电负性角度分析，C、Si和O元素的非金属活泼性由强至弱的顺序为。（3）铬，铜，铁，锰等原子的基态电子排布式，氯元素的基态原子的价电子层排布式是_，与铬同周期的

18、所有元素的基态原子中最外层电子数与铬原子相同的元素有（填元素符号），第一电离能I1(C)、I1(N)、I1(O)由大到小的顺序为_。（4）基态Co原子核外电子排布式为_，C、N、O三种元素的第一电离能由大到小的顺序为_(用具体元素符号表示)。（5）基态Fe3的M层电子排布式为_，铝原子核外自旋方向相同的电子最多有_个，与铝同族的第四周期元素原子的价电子排布式为_，基态磷原子的核外电子运动状态共有_种，其价电子排布式为_。在硼、氧、氟、氮中第一电离能由大到小的顺序是_(用元素符号表示)。（6）基态Ge原子的核外电子排布式为Ar_，有_个未成对电子。光催化还原CO2制备CH4反应中，带状纳米Zn2

19、GeO4是该反应的良好催化剂。Zn、Ge、O电负性由大至小的顺序是_。（7）镍元素基态原子的电子排布式为_，3d能级上的未成对电子数为_。元素铜与镍的第二电离能分别为：ICu1 958 kJmol1、INi1 753 kJmol1，ICuINi的原因是_。(8) C、N、O、Al、Si、Cu是常见的六种元素。Si位于元素周期表第_周期第_族。N的基态原子核外电子排布式为_；Cu的基态原子最外层有_个电子。用“”或“”填空：原子半径电负性熔点沸点Al_SiN_O金刚石_晶体硅CH4_SiH4(9) O、Na、P、Cl四种元素中电负性最大的是_(填元素符号)，其中P原子的核外电子排布式为_。(10

20、)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。b、c、d中第一电离能最大的是_(填元素符号)，e的价层电子轨道示意图为_。(11)N、Al、Si、Zn四种元素中，有一种元素的电离能数据如下，则该元素是_(填写元素符号)。电离能I1I2I3I4In/(kJmol1)5781 8172 74511 578基态锗(Ge)原子的电子排布式是_。Ge的最高价氯化物的分子式是_。Ge元素可能的性质或应用有_。A是一种活泼的金属元素

21、B其电负性大于硫C其单质可作为半导体材料 D其最高价氯化物的沸点低于其溴化物的沸点（12）下图表示碳、硅和磷元素的四级电离能变化趋势,其中表示磷的曲线是 (填字母)。碳、硅和磷元素的四级电离能变化趋势【课时练习】1下列说法中正确的是（ ）A同一原子中3s、3p、3d、4s能量依次升高B某原子核外电子由1s22s22p63s23p11s22s22p63s13p2，原子放出能量Cp能级的原子轨道呈哑铃形，随着能层数的增加，p能级原子轨道数也在增多D按照泡利原理，在同一个原子中不可能存在两个运动状态完全相同的电子2下列有关微粒性质的排列顺序正确的是A离子半径：O2-Na+S2-B第一电离能：ONCC

22、电负性：FPOD基态原子中未成对电子数：MnSiCl3以下有关元素性质的说法不正确的是A具有下列价电子排布式的原子中，3s23p13s23p23s23p33s23p4电负性最大的是B某元素气态基态原子的逐级电离能(kJmol1)分别为738、1451、7733、10540、13630、17995、21703，当它与氯气反应时可能生成的阳离子是X2CNa、K、RbN、P、AsO、S、SeNa、P、Cl，元素的第一电离能随原子序数增大而递增的是D具有下列电子排布式的原子中，1s22s22p63s23p21s22s22p31s22s22p21s22s22p63s23p4原子半径最大的是4下列说法中正

23、确的是()I1I2I3I4I5I6I75781 8172 74511 57514 83018 37623 293AHF、HCl、H2S、PH3的稳定性依次增强B在P、S，Mg、Ca，Al、Si三组元素中，每组中第一电离能较大的元素的原子序数之和为41C某主族元素的电离能I1I7数据如下表所示(单位：kJ/mol)，可推测该元素位于元素周期表第A族D按Mg、Si、N、F的顺序，原子半径由小变大5人们通常将在同一原子轨道上运动、自旋方向相反的2个电子，称为“电子对”，将在某一原子轨道上运动的单个电子，称为“未成对电子”。下列基态原子的电子排布式中，未成对电子数最多的是A1s22s22p63s23p

24、6B1s22s22p63s23p63d54s2C1s22s22p63s23p63d54s1D1s22s22p63s23p63d104s16下列各组原子中彼此化学性质一定相似的是()A原子核外电子排布式为1s2的X原子与原子核外电子排布式为1s22s2的Y原子B原子核外M层上仅有两个电子的X原子与原子核外N层上仅有两个电子的Y原子C2p轨道上有一对成对电子的X原子和3p轨道上只有一对成对电子的Y原子D最外层都只有一个电子的X、Y原子7下列表达方式错误的是A四氯化碳的电子式：B氟化钠的电子式：C硫离子的核外电子排布式：1s22s22p63s23p6D碳-12原子：8现有四种元素的基态原子的电子排布

25、式如下：1s22s22p63s23p41s22s22p63s23p31s22s22p31s22s22p5则下列有关比较中正确的是A第一电离能： B原子半径：C电负性： D最高正化合价：9科学研究证明：核外电子的能量不仅与电子所处的电子层、能级有关，还与核外电子的数目及核电荷数有关。氩原子与硫离子的核外电子排布相同，都是。下列说法正确的是（ ）A两粒子的1s能级上电子的能量相同B两粒子的3p能级上的电子离核的距离相同C两粒子的电子发生跃迁时，产生的光谱不同D两粒子最外层都达8电子稳定结构，化学性质相同10已知某原子结构示意图为，下列有关说法正确的是（ ）A结构示意图中x4B该原子的电子排布式为1

26、s22s22p63s23p4C该原子的电子排布图为D该原子结构中共有5个能级上填充有电子11元素X、Y、Z、M在周期表中的相对位置如图所示，已知M元素原子的价电子排布式ns2pn+1,且最外层有9个原子轨道。下列说法错误的是XYMZAM元素原子的价电子排布为3s23p4BY元素在周期表的第四周期第VA族CX基态原子核外有两个未成对电子DZ元素原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p212宋代张杲医说引集验方载：每每外出，用雄黄桐子大，在火中烧烟薰脚绷、草履、领袖间，以消毒灭菌，防止疫菌通过衣物的接触而传染。雄黄(As4S4)的结构如图所示，下列说法正确的是A雄黄中

27、硫的价态为+2 价BAs 原子的核外电子排布式为Ar4s24p3CAs4S4 分子中 As 原子和 S 原子的杂化类型都为 sp3 杂化D古代熏蒸的消毒原理与 H2O2、酒精相同13黑色金属是指铁、铬、锰及其合金，在生产生活中有广泛的用途。请回答下列问题：(1)基态铬原子的核外电子排布式_，能量最高的原子轨道有_种空间伸展方向。(2)Cr(H2O)3(NH3)33+中，与Cr3+形成配位键的原子是_，NH3的VSEPR模型为_，H2O中氧原子的杂化类型为_。(3)H2O的稳定性_(填大于或小于)NH3的稳定性，请用共价键知识解释原因：_。(4)元素铁和锰的逐级电离能如图所示，元素X是_(填元素

28、符号)，判断理由是_。 (5)Fe与CO能形成一种重要的催化剂Fe(CO)5，该分子中和键个数比为_，C、O元素的第一电离能是C_O。(填“”“”或“=”)(6)Fe3+可用SCN-检验，类卤素(SCN)2对应的酸有两种，分别为硫氰酸(HSCN)和异硫氰酸(HN=C=S)，这两种酸中沸点较高的是_(填名称)，原因是_。14在一定条件下，金属相互化合形成的化合物称为金属互化物，如Cu9Al4、Cu5Zn8等。(1)某金属互化物具有自范性，原子在三维空间里呈周期性有序排列，该金属互化物属于_(填“晶体”或“非晶体”)。(2)基态铜原子有_个未成对电子；Cu2的电子排布式为_；在CuSO4溶液中加入

29、过量氨水，充分反应后加入少量乙醇，析出一种深蓝色晶体，该晶体的化学式为_，其所含化学键有_，乙醇分子中C原子的杂化轨道类型为_。(3)铜能与类卤素(SCN)2反应生成Cu(SCN)2,1 mol(SCN)2分子中含有键的数目为_。(SCN)2对应的酸有硫氰酸(HSCN)、异硫氰酸(HN=C=S)两种。理论上前者沸点低于后者，其原因是_。(4)ZnS的晶胞结构如图所示，在ZnS晶胞中，S2的配位数为_。(5)铜与金形成的金属互化物的晶胞结构如图所示，其晶胞边长为a nm，该金属互化物的密度为_ gcm3(用含a、NA的代数式表示)。15黄铜矿是工业冶炼铜的原料，主要成分为 CuFeS2。试回答下

30、列问题：(1)基态硫原子核外电子有_种不同运动状态，能量最高的电子所占据的原子轨道形状为_。(2)基态Cu原子的价层电子排布式为_；Cu、Zn的第二电离能大小I2(Cu) _I2(Zn)(填“”“OC、NPS、NCSi、FNO；OSHN3OCSi（3）铬：1s22s22p63s23p63d54s1；铜：1s22s22p63s23p63d104s1；铁： 1s22s22p63s23p63d64s2；锰：1s22s22p63s23p63d54s2；3s23p5；K、Cu；I1(N)I1(O)I1(C) （4）1s22s22p63s23p63d74s2或Ar3d74s2NOC（5）3s23p63d5

31、 74s24p1 153s23p3 FNOB（6）3d104s24p2 ；2；OGeZn（7）1s22s22p63s23p63d84s2或Ar 3d84s2 ；2；金属；铜失去的是全充满的3d10电子，镍失去的是4s1电子(8)三A1s22s22p31(9)O1s22s22p63s23p3(或Ne3s23p3)(10)N (11)Al1s22s22p63s23p63d104s24p2GeCl4CD（12）b【解析】（1）As的原子序数为33，则基态As原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p3或Ar3d104s24p3。同周期元素从左到右原子半径逐渐减小，故原子半径Ga大于As，As原子的4p轨道处于半满的稳定结构，所以第一电离能Ga小于As。（2）镍是28号元素，位于第四周期，第族，根据核外电子排布规则，其基态原子的电子排布式为1s22s2 2p63s23p63d84s2；3d能级有5个轨道，根据洪特原则，先占满5个自旋方向相同的电子，再分别占据三个轨道，电子自旋方向相反，所以未成对的电子数为2；同周期第一电离能从左往右一般逐渐增大，但IAA；AA，同主族从上往下第一电离能逐渐减小；同周期电负性从左往右逐渐增大，同主族从上往下电负性逐渐减小。（3）24号Cr元素核外24个电子，最后6个电子的排布有两种可能：3