专题12.1 原子结构与性质（教学案）-高考化学一轮复习（解析版）.doc

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1、一、原子核外电子排布原理 1能层、能级与原子轨道(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、O、P、Q表示相应的第一、二、三、四、五、六、七能层，能量依次升高。(2)能级：同一能层里的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的顺序升高，即E(s)E(p)E(d)E(f)。(3)原子轨道：表示电子在原子核外的一个空间运动状态。电子云轮廓图给出了电子在核外经常出现的区域，这种电子云轮廓图也就是原子轨道的形象化描述。原子轨道轨道形状轨道个数s球形1p纺缍形3

2、2.基态原子核外电子排布的三个原理(1)能量最低原理：电子尽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。(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(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1s22s22p63s

3、23p63d54s1。3原子(离子)核外电子排布式(图)的书写(1)核外电子排布式：按电子排入各能层中各能级的先后顺序，用数字在能级符号右上角标明该能级上排布的电子数的式子。如Cu：1s22s22p63s23p63d104s1，其简化电子排布式为：Ar3d104s1。(2)价电子排布式：如Fe原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2，价电子排布式为3d64s2。价电子排布式能反映基态原子的能层数和参与成键的电子数以及最外层电子数。(3)电子排布图(轨道表示式)：用方框表示原子轨道，用“”或“”表示自旋方向不同的电子，按排入各能层中的各能级的先后顺序和在轨道中的排布情况书写。

4、如：S： 。核外电子排布图能直观地反映出原子的核外电子的自旋情况以及成对电子对数和未成对的单电子数。4基态原子、激发态原子和原子光谱(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，电子会跃迁到较高能级，变成激发态原子。(3)原子光谱：当电子从较高能量的激发态跃迁到较低能量的激发态乃至基态时，释放一定频率的光子，这是产生原子发射光谱的原因。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。二、元素性质的递变规律1原子结构与元素在周期表中的位置关系(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来

5、源:每周期最后一种元素来源:Z#xx#k.Com来源:Z,xx,k.Com来源:学。科。网Z。X。X。K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二23He2s1101s22s22p6三311Ne3s1181s22s22p63s23p6四419Ar4s1361s22s22p63s23p63d104s24p6五537Kr5s1541s22s22p63s23p63d104s24p64d105s25p6六655Xe6s1861s22s22p63s23p63d104s24p64d104f145s25p65d106s26p6注意：能层数电子层数周期数价电子数主族序数(2)周期表的分区与原子

6、的价电子排布的关系分区元素分布外围电子排布s区A族、A族ns12p区A族A族、0族ns2np16(He除外)d区B族B族、族(n1)d19ns12(除钯外)ds区B族、B族(n1)d10ns12f区镧系、锕系(n2)f014(n1)d02ns22.原子半径(1)影响因素(2)变化规律元素周期表中的同周期主族元素从左到右，原子半径逐渐减小；同主族元素从上到下，原子半径逐渐增大。3电离能(1)含义第一电离能：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要的最低能量，符号I，单位kJmol1。(2)规律同周期：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，总体呈现从左至右逐渐增

7、大的变化趋势。同族元素：从上至下第一电离能逐渐减小。同种原子：逐级电离能越来越大(即I1I2SSe【变式探究】根据下列五种元素的第一至第四电离能数据(单位：kJmol1)，回答下列各题：元素代号I1I2I3I4Q2 0804 0006 1009 400R5004 6006 9009 500S7401 5007 70010 500T5801 8002 70011 600U4203 1004 4005 900(1)在周期表中，最可能处于同一族的是_。AQ和RBS和TCT和UDR和TER和U(2)下列离子的氧化性最弱的是_。AS2BR2CT3DU(3)下列元素中，化学性质和物理性质最像Q元素的是_。

8、A硼B铍C氦D氢(4)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。(5)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_元素的第一电离能异常高的原因是_。 (5)同一周期，第一电离能呈增大趋势，但A、A族比相邻元素要高，是因为其最外层电子呈全充满或半充满结构。【答案】(1)E(2)D(3)C(4)电子分层排布，各能层能量不同10(5)RSTSS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1【2016年高考新课标

9、卷】化学选修3：物质结构与性质（15分）砷化镓（GaAs）是优良的半导体材料，可用于制作微型激光器或太阳能电池的材料等。回答下列问题：（1）写出基态As原子的核外电子排布式_。（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”）（3）AsCl3分子的立体构型为_，其中As的杂化轨道类型为_。（4）GaF3的熔点高于1000，GaCl3的熔点为77.9，其原因是_。（5）GaAs的熔点为1238，密度为gcm-3，其晶胞结构如图所示。该晶体的类型为_,Ga与As以_键键合。Ga和As的摩尔质量分别为MGa gmol-1 和MAs gmol-1，原子半径分别为r

10、Ga pm和rAs pm，阿伏伽德罗常数值为NA，则GaAs晶胞中原子的体积占晶胞体积的百分率为_。【答案】（1）1s22s22p63s23p63d104s24p3；（2） 大于，小于；（3）三角锥形，sp3；（4）GaF3是离子晶体，GaCl3是分子晶体，离子晶体GaF3的熔沸点高；（5）原子晶体；共价键；。2【2016年高考海南卷】（14分）M是第四周期元素，最外层只有1个电子，次外层的所有原子轨道均充满电子。元素Y的负一价离子的最外层电子数与次外层的相同。回答下列问题：（1）单质M的晶体类型为_，晶体中原子间通过_作用形成面心立方密堆积，其中M原子的配位数为_。（2）元素Y基态原子的核外

11、电子排布式为_，其同周期元素中，第一电离能最大的是_（写元素符号）。元素Y的含氧酸中，酸性最强的是_（写化学式），该酸根离子的立体构型为_。（3）M与Y形成的一种化合物的立方晶胞如图所示。该化合物的化学式为_，已知晶胞参数a=0.542 nm，此晶体的密度为_gcm3。（写出计算式，不要求计算结果。阿伏加德罗常数为NA）该化合物难溶于水但易溶于氨水，其原因是_。此化合物的氨水溶液遇到空气则被氧化为深蓝色，深蓝色溶液中阳离子的化学式为_。【答案】19- （14分）（1）金属晶体 金属键 12 （每空1分，共3分）（2）1s22s22p63s23p5 Ar HClO4 正四面体 （每空1分，共4分

12、）（3）CuCl （每空2分，共4分）Cu+可与氨形成易溶于水的配位化合物（或配离子） Cu(NH3)42+ (2分，1分，共3分)3【2016年高考江苏卷】物质结构与性质 Zn(CN)42-在水溶液中与HCHO发生如下反应：4HCHO+Zn(CN)42-+4H+4H2O=Zn(H2O)42+4HOCH2CN（1）Zn2+基态核外电子排布式为_。（2）1 mol HCHO分子中含有键的数目为_mol。（3）HOCH2CN分子中碳原子轨道的杂化类型是_。（4）与H2O分子互为等电子体的阴离子为_。（5）Zn(CN)42-中Zn2+与CN-的C原子形成配位键。不考虑空间构型，Zn(CN)42-的结

13、构可用示意图表示为_。【答案】（1）1s22s22p62s23p63d10（或Ar 3d10）（2）3；（3）sp3和sp；（4）NH2；（5）； 4【2016年高考上海卷】（本题共12分）NaCN超标的电镀废水可用两段氧化法处理：（1）NaCN与NaClO反应，生成NaOCN和NaCl（2）NaOCN与NaClO反应，生成Na2CO3、CO2、NaCl和N2已知HCN（Ki=6.310-10）有剧毒；HCN、HOCN中N元素的化合价相同。完成下列填空：（5）上述反应涉及到的元素中，氯原子核外电子能量最高的电子亚层是_；H、C、N、O、Na的原子半径从小到大的顺序为_。（6）HCN是直线型分子

14、，HCN是_分子（选填“极性”或“非极性”）。HClO的电子式为_。【答案】（5）2p；HONCINi的原因是_。（4）某镍白铜合金的立方晶胞结构如图所示。晶胞中铜原子与镍原子的数量比为_。若合金的密度为dg/cm3，晶胞参数a=_nm【答案】37.（ 1）1s22s22p63s23p63d84s2或Ar 3d84s2 2（2）正四面体配位键 N高于 NH3分子间可形成氢键 极性 sp3（3）金属 铜失去的是全充满的3d10电子，镍失去的是4s1电子（4）3:1根据上述分析，该晶胞的组成为Cu3Ni，若合金的密度为dg/cm3，根据=mV，则晶胞参数a=nm。1【2015新课标卷理综化学】化学

15、选修3：物质结构与性质碳及其化合物广泛存在于自然界中，回答下列问题：（1）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。在基态原子中，核外存在 对自旋相反的电子。（2）碳在形成化合物时，其键型以共价键为主，原因是 。 （3）CS2分子中，共价键的类型有 ，C原子的杂化轨道类型是 ，写出两个与CS2具有相同空间构型和键合形式的分子或离子 。（4）CO能与金属Fe形成Fe(CO)5，该化合物的熔点为253K，沸点为376K，其固体属于 晶体。（5）碳有多种同素异形体，其中石墨烯与金刚石的晶体结构如图所示： 石墨烯晶体 金刚石晶体在石墨烯晶体中，每个C原子连接 个六元环，每

16、个六元环占有 个C原子。在金刚石晶体中，C原子所连接的最小环也为六元环，每个C原子连接 个六元环，六元环中最多有 个C原子在同一平面。【答案】（1）电子云 2（2）C有4个价电子且半径较小，难以通过得或失电子达到稳定电子结构（3）键和键 sp CO2、SCN-（4）分子（5）3 212 42【2015新课标卷理综化学】化学选修3：物质结构与性质(15分）A、B、C、D为原子序数依次增大的四种元索，A2-和B+具有相同的电子构型；C、 D为同周期元索，C核外电子总数是最外层电子数的3倍；D元素最外层有一个未成对电子。回答下列问题： （1)四种元素中电负性最大的是 (填元素符号），其中C原子的核外

17、电子排布式为_。（2）单质A有两种同素异形体，其中沸点高的是 (填分子式)，原因是 ；A和B的氢化物所属的晶体类型分别为 和 。（3）C和D反应可生成组成比为1：3的化合物E， E的立体构型为 ，中心原子的杂化轨道类型为 。（4）化合物D2A的立体构型为 ，中心原子的价层电子对数为 ，单质D与湿润的Na2CO3反应可制备D2A，其化学方程式为 。（5）A和B能够形成化合物F，其晶胞结构如图所示，晶胞参数，a0.566nm， F 的化学式为 ：晶胞中A 原子的配位数为 ；列式计算晶体F的密度(g.cm-3) 。【答案】（1）O；1s22s22p63s23p3（或Ne 3s23p3）（2）O3；O

18、3相对分子质量较大，范德华力大；分子晶体；离子晶体（3）三角锥形；sp3 （4）V形；4；2Cl22Na2CO3H2OCl2O2NaHCO32NaCl（或2Cl22Na2CO3Cl2OCO22NaCl）（5）Na2O；8；3【2015山东理综化学】（12分）化学-物质结构与性质氟在自然界中常以CaF2的形式存在。（1）下列关于CaF2的表述正确的是_。aCa2与F间仅存在静电吸引作用bF的离子半径小于Cl，则CaF2的熔点高于CaCl2c阴阳离子比为2：1的物质，均与CaF2晶体构型相同dCaF2中的化学键为离子键，因此CaF2在熔融状态下能导电（2）CaF2难溶于水，但可溶于含Al3的溶液中

19、，原因是_(用离子方程式表示)。已知AlF63-在溶液中可稳定存在。（3）F2通入稀NaOH溶液中可生成OF2，OF2分子构型为_，其中氧原子的杂化方式为_。（4）F2与其他卤素单质反应可以形成卤素互化物，例如ClF3、BrF3等。已知反应Cl2(g)3F2(g)=2ClF3(g) H=313kJmol1，FF键的键能为159kJmol1，ClCl键的键能为242kJmol1，则ClF3中ClF键的平均键能为_kJmol1。ClF3的熔、沸点比BrF3的_(填“高”或“低”)。【答案】（1）bd（2）Al3+3CaF2= 3Ca2+AlF63-（3）角形或V形；sp3。（4）172；低。4【2

20、015福建理综化学】 化学-物质结构与性质（13分）科学家正在研究温室气体CH4和CO2的转化和利用。（1）CH4和CO2所含的三种元素电负性从小到大的顺序为_。（2）下列关于CH4和CO2的说法正确的是_(填序号)。a固态CO2属于分子晶体bCH4分子中含有极性共价键，是极性分子c因为碳氢键键能小于碳氧键，所以CH4熔点低于CO2dCH4和CO2分子中碳原子的杂化类型分别是sp3和sp（3）在Ni基催化剂作用下，CH4和CO2反应可获得化工原料CO和H2.基态Ni原子的电子排布式为_，该元素位于元素周期表的第_族。Ni能与CO形成正四面体形的配合物Ni(CO)4,1mol Ni(CO)4中含

21、有_mol键。（4）一定条件下，CH4和CO2都能与H2O形成笼状结构(如下图所示)的水合物晶体，其相关参数见下表。CH4与H2O形成的水合物俗称“可燃冰”。“可燃冰”中分子间存在的2种作用力是_。为开采深海海底的“可燃冰”，有科学家提出用CO2置换CH4的设想。已知上图中笼状结构的空腔直径为0. 586nm，根据上述图表，从物质结构及性质的角度分析，该设想的依据是_。【答案】(13分)（1）H、C、O；（2）a、d；（3）1s22s22p63s23p63d84s2或Ar 3d84s2；VIII；8。（4）氢键、范德华力；CO2的分子直径小于笼状空腔直径，且与H2O的结合力大于CH4。中心原子

22、之间形成一个键，所以1mol Ni(CO)4中含有8mol键。（4）“可燃冰”中分子间存在的2种作用力是分子间作用力和氢键，分子间作用力也叫范德华力。根据表格数据可知，笼状空腔的直径是0. 586nm，而CO2分子的直径是0. 512nm，大于分子的直径，而且CO2与水分子之间的结合力大于CH4，因此可以实现用CO2置换CH4的设想。根据表格数据可知，笼状空腔的直径是0. 586nm，而CO2分子的直径是0. 512nm，大于分子的直径，而且CO2与水分子之间的结合力大于CH4，因此可以实现用CO2置换CH4的设想。5【2015海南化学】选修3物质结构与性质19（6分）下列物质的结构或性质与氢

23、键无关的是 A乙醚的沸点 B乙醇在水中的溶解度C氢化镁的晶格能 DDNA的双螺旋结构19（14分）钒（23V）是我国的丰产元素，广泛用于催化及钢铁工业。回答下列问题：（1）钒在元素周期表中的位置为 ，其价层电子排布图为 。（2） 钒的某种氧化物的晶胞结构如图1所示。晶胞中实际拥有的阴、阳离子个数分别为 、 。（3）V2O5常用作SO2 转化为SO3的催化剂。SO2 分子中S原子价层电子对数是 对，分子的立体构型为 ；SO3气态为单分子，该分子中S原子的杂化轨道类型为 ；SO3的三聚体环状结构如图2所示，该结构中S原子的杂化轨道类型为 ；该结构中SO键长由两类，一类键长约140pm，另一类键长约

24、为160pm，较短的键为 (填图2中字母)，该分子中含有 个键。（4）V2O5 溶解在NaOH溶液中，可得到钒酸钠（Na3VO4），该盐阴离子的立体构型为 ；也可以得到偏钒酸钠，其阴离子呈如图3所示的无限链状结构，则偏钒酸钠的化学式为 。【答案】19AC。19（1）第4周期B族，电子排布图略。（2）4，2。（3）2，V形；sp2杂化； sp3杂化； a，12。（4）正四面体形；NaVO3。6【2015江苏化学】物质结构与性质下列反应曾用于检测司机是否酒后驾驶：2Cr2O723CH3CH2OH16H13H2O4Cr(H2O)633CH3COOH（1）Cr3基态核外电子排布式为_；配合物Cr(H2

25、O)63中，与Cr3形成配位键的原子是_(填元素符号)。（2）CH3COOH中C原子轨道杂化类型为_；1molCH3COOH分子中含有键的数目为 _。（3）与H2O互为等电子体的一种阳离子为_(填化学式)；H2O与CH3CH3OH可以任意比例互溶，除因为它们都是极性分子外，还因为_。【答案】（1）1s22s22p63s23p63d3或Ar2d3，O；（2）sp3、sp2，7mol或7NA；（3）H2F，H2O与CH3CH2OH之间可以形成氢键。【解析】（1）Cr属于第四周期B族，根据洪特特例，Cr3基态核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d3或Ar2d3，Cr3提供空轨道，另一方提

26、供孤电子对，只有氧元素有孤电子对，与Cr3形成配位键的原子是O；（2）甲基中碳原子有4个键，无孤电子对，价层电子对数为4，则杂化类型是sp3，羧基中碳有3个键，无孤电子对，价层电子对数3，则杂化类型是sp2，两个成键原子间只能形成1个键，根据醋酸的结构简式，得出含有7mol或7NA；（3）等电子体：原子总数相等，价电子总数相等，故与H2O等电子体的是H2F，溶解度除相似相溶外，还跟能形成分子间氢键、反应等有关，因此形成分子间氢键的缘故。1(1)(2014安徽)S的基态原子核外有_个未成对电子；Si 的基态原子核外电子排布式为_。(2)(2014浙江)31Ga基态原子的核外电子排布式是_。(3)

27、(2014福建)基态硼原子的电子排布式为_。(4)(2014江苏)Cu基态核外电子排布式为_。(5)(2014新课标)前四期元素中e的最外层只有1个电子，但次外层有18个电子，e的价层电子轨道示意图为_。(6)(2014四川)XY2是红棕色气体；X与氢元素可形成XH3；Y基态原子的电子排布式是_。(7)(2014新课标)基态 Fe 原子有_个未成对电子，Fe3的电子排布式为_【答案】(1)21s22s22p63s23p2(2)1s22s22p63s23p63d104s24p1(3)1s22s22p1(4)Ar3d10或1s22s22p63s23p63d10(6)1s22s22p4(7)41s2

28、2s22p63s23p63d52(1)(2014新课标)N、O、S 中第一电离能最大的是_(填元素符号)。(2)(2014四川)镁所在周期中第一电离能最大的主族元素是_。(3)(2014安徽)第一电离能：Si_S(用“”或“”填空)。【解析】(1)第一电离能的一般规律为：同周期从左至右递增，同主族从上至下递减，但当原子轨道呈全满、半满、全空状态时稳定，第一电离能反常的大；(2)第三周期的第一电离能的大小为 ClPSSiMgAlNa ，则第一电离能最大的是 Cl 。(3)非金属性 Si S，因此第一电离能 SiS。【答案】(1)N(2)Cl(3)3(1)(2013课标，37节选)基态Si原子中，

29、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_。(2)(2013课标，37节选)Ni2的价层电子排布图为_。(3)(2012课标，37节选)Se原子序数为_，其核外M层电子的排布式为_。(4)(2013福建，30 节选)基态铜原子的核外电子排布式为_。(5)(2012江苏化学，21A 节选)Mn2基态的电子排布式可表示为_。【答案】(1)M94 (3)343s23p63d10(4)1s22s22p63s23p63d104s1或Ar3d104s1(5)1s22s22p63s23p63d5(或Ar3d5)1已知某2价离子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d9，该元素

30、在周期表中所属的族是 ()AABBCDB【解析】：考查元素推断。已知某2价离子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d9，该元素的原子序数是29，即是铜元素，在周期表中所属的族是B，答案选D。【答案】：D2下列离子中，外层d轨道达半充满状态的是 ()AFe3BCr3CCo3DCu【解析】：考查核外电子排布。A.Fe3的价电子排布式为3d5，d轨道达半充满状态，A正确；B.Cr3的价电子排布式为3d3，d轨道不是半充满状态，B错误；C.Co3的价电子排布式为3d6，d轨道不是半充满状态，C错误；D.Cu的价电子排布式为3d10，d轨道处于全满状态，D错误，答案选A。【答案】：A3下列关于价电子构型为3s23p4的粒子描述正确的是 ()A它的元素符号为OB它的核外电子排布式为1s22s22p63s23p4C可以与H2化合生成液态化合物D其电子排布图为： 【答案】：B4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轨道上有三个未成对的电子的X