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1、第13讲 原子结构与性质考点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表示，能量依次升高。(2)能级：同一能层里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的顺序依次升高，即：E(s)E(p)E(d)E(f)。(3)原子轨道：电子云轮廓图给出了电子在核外经常出现的区域。这种电子云轮廓图称为原子轨道。原子轨道轨道形状轨道个数s球形1p哑铃形3d复杂5f复杂7特别提醒第一能层(K)，只有s能级；第二能层(L)，有s
2、、p两种能级，p能级上有三个原子轨道px、py、pz，它们具有相同的能量；第三能层(M)，有s、p、d三种能级。(4)电子层、能级及其最多容纳电子数的关系电子层一二三四五符号KLMNO能级1s2s2p3s3p3d4s4p4d4f5s最多容纳电子数226261026101422818322n2特别提醒(1)任一电子层的能级总是从s能级开始，而且能级数等于该电子层序数；(2)以s、p、d、f排序的各能级可容纳的最多电子数依次为1、3、5、7的二倍。2.基态原子的核外电子排布(1)能量最低原理：即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，使整个原子的能量处于最低状态。如图为构造原理示意图
3、，即基态原子核外电子在原子轨道上的排布顺序图：注意所有电子排布规则都需要满足能量最低原理。(2)泡利原理每个原子轨道里最多只能容纳2个电子，且自旋状态相反。如2s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轨道，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)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1s22s22p63s23p63d54s1或Ar3d54s1。(4)基态原子核外电子排布的表示方法
4、表示方法以硫原子为例电子排布式1s22s22p63s23p4简化电子排布式Ne3s23p4轨道表示式价电子排布式3s23p4注意原子核外电子排布应熟记前四个能级组的顺序图1s(2s2p)(3s3p)(4s3d4p)。与4s、3d有关的问题.填充时一定是先填充4s后填充3d，但书写顺序则相反，将3d写在3p后4s前。.反应中失去电子时，由于4s轨道位于3d外，故在化学反应中，第4周期过渡元素首先失去4s上的电子，当4s上电子全部失去后才会失去3d上的电子。思考Fe3比Fe2更稳定的原因。3.原子状态及原子光谱(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，从低能级
5、跃迁到高能级状态的原子。(3)原子光谱：不同元素的原子发生电子跃迁时会吸收或发出不同的光，用光谱仪记录下来便得到原子光谱。利用原子光谱的特征谱线可以鉴定元素，称为光谱分析。说明电子的跃迁是物理变化，是在原子内部进行的，原子组成没有变化。电子跃迁一般发生在能量相近的能级间。(4)基态、激发态及光谱示意图(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)铁元素基态原子的电子排布式为1s22s22p63s23p64s23d6( )(6)Cr的基态
6、原子的简化电子排布式为Ar3d44s2( )(7)基态原子电子能量的高低顺序为E(1s)E(2s)E(2px)E(2py)E(2pz)( )(8)电子排布式(22Ti)1s22s22p63s23p10违反了能量最低原理( )(9)磷元素基态原子的电子排布图为 ( )写出下列原子或离子的电子排布式、价电子轨道表示式、电子占的原子轨道数、未成对电子数。(1)N：_。(2)Cl：_。(3)Fe2：_。(4)Cu：_。(5)Se：_。(6)Br：_。答案(1)1s22s22p353(2)1s22s22p63s23p5(或Ne3s23p5)91(3)1s22s22p63s23p63d6(或Ar3d6)1
7、44(4)1s22s22p63s23p63d104s1(或Ar3d104s1)151(5)1s22s22p63s23p63d104s24p4(或Ar3d104s24p4)182(6)1s22s22p63s23p63d104s24p6(或Ar3d104s24p6)180核外电子排布常见错误(1)在写基态原子的轨道表示式时，常出现以下错误： (违反能量最低原理) (违反泡利原理) (违反洪特规则) (违反洪特规则)(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，而失电子时，却先失4
8、s轨道上的电子，如Fe3：1s22s22p63s23p63d5。(3)注意比较原子核外电子排布式、简化电子排布式、价电子排布式的区别与联系。如Cu的电子排布式：1s22s22p63s23p63d104s1；简化电子排布式：Ar3d104s1；价电子排布式：3d104s1。1.图中所发生的现象与电子的跃迁无关的是()答案D2.下列叙述正确的是()A.Ar3d64s2是基态原子的电子排布式B.Cr原子的电子排布式：1s22s22p63s23p64s13d5C.Cu原子的价电子排布式是3d94s2D.C原子的轨道表示式是答案A3.下列电子排布图所表示的元素原子中，其能量处于最低状态的是()答案D4.
9、下列各组表述中，两个原子不属于同种元素原子的是()A.3p能级有一个空轨道的基态原子和核外电子的排布式为1s22s22p63s23p2的原子B.2p能级无空轨道，且有一个未成对电子的基态原子和原子的最外层电子排布式为2s22p5的原子C.M层全充满而N层为4s2的原子和核外电子排布式为1s22s22p63s23p64s2的原子D.最外层电子数是核外电子总数的原子和最外层电子排布式为4s24p5的原子答案C5.第三代半导体材料的优异性能和对新兴产业的巨大推动作用，使得发达国家都把发展第三代半导体材料及其相关器件等列为半导体重要新兴技术领域，投入巨资支持发展。第三代半导体材料有氮化镓、碳化硅等。请
10、回答下列问题：(1)硅原子占据电子的能级符号有_，其中占据电子的能量最高的能级符号为_，该能级已经容纳了_个电子。(2)N原子中，有电子占据的最高能层符号为_，该能层已经容纳的电子数为_个。(3)镓为元素周期表中第31号元素，位于元素周期表第4周期。镓原子具有_个能层，每个能层已经容纳的电子数之比为_。答案(1)1s、2s、2p、3s、3p3p2(2)L5(3)428183解析(1)硅位于元素周期表第3周期，有3个能层，分别为K、L、M，每个能层的能级数分别为1、2、2，其能级符号为1s、2s、2p、3s、3p，其中占据电子的能量最高的能级为3p，s能级最多容纳2个电子，p能级最多容纳6个电子
11、，故3p能级容纳的电子数为1422622。(2)N原子位于元素周期表第2周期，共2个能层，符号分别为K、L，L为最高能层，该能层包括2s能级的2个电子和2p能级的3个电子，共5个电子。(3)通过比较，可以得出规律，能层数与元素原子所在的周期数相等，故Ga有4个能层，每层的电子数为2、8、18、3。考点二原子结构、周期表、周期律三者的关系(一)原子结构与周期表的关系1.原子结构与周期表的关系周期能层数每周期第一个元素每周期最后一个元素原子序数基态原子的简化电子排布式原子序数基态原子的电子排布式二23He2s1101s22s22p6三311Ne3s1181s22s22p63s23p6四419Ar4
12、s1361s22s22p63s23p63d104s24p6五537Kr5s1541s22s22p63s23p63d104s24p64d105s25p6六655Xe6s1861s22s22p63s23p63d104s24p64d104f145s25p65d106s26p62.每族元素的价层电子排布特点(1)主族主族AAAA排布特点ns1ns2ns2np1ns2np2主族AAA排布特点ns2np3ns2np4ns2np5(2)0族：He：1s2；其他ns2np6。(3)过渡元素(副族和第族)：(n1)d110ns12。(三)元素周期表的分区1.根据核外电子排布(1)分区(2)各区元素化学性质及原子
13、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s区A、A族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A族A族、0族ns2np16(除He外)通常是最外层电子参与反应d区B族B族、族(除镧系、锕系外)(n1)d19ns12(除钯外)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)d10ns1-2金属元素f区镧系、锕系(n2)f0-14(n1)d0-2ns2镧系元素化学性质相近，锕系元素化学性质相近2.根据元素金属性与非金属性可将元素周期表分为金属元素区和非金属元素区(如下图)，处于金属与非金属交界线(又称梯形线)附近的非金属元素具有一定的金属性，又称为半金
14、属或准金属，但不能叫两性非金属。注意“外围电子排布”即“价电子层”，对于主族元素，价电子层就是最外电子层，而对于过渡元素原子不仅仅是最外电子层，如Fe的价电子层排布为3d64s2。1.请在下表中画出元素周期表的轮廓，并在表中按要求完成下列问题：(1)标出族序数。(2)画出金属与非金属的分界线，写出分界线处金属的元素符号，并用阴影表示出过渡元素的位置。(3)标出镧系、锕系的位置。(4)写出各周期元素的种类。(5)写出稀有气体元素的原子序数。(6)标出113号118号元素的位置。答案2.根据前四周期元素原子核外电子排布特点，回答下列问题：(1)价电子层有2个未成对电子的有_；有3个未成对电子的有_
15、。(2)未成对电子数与周期数相等的元素有_。答案(1)C、Si、Ge、O、S、Se、Ti、NiN、P、As、V、Co(2)H、C、O、P、Fe题组一原子结构特点与元素推断1.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。请回答下列问题：(1)写出M、R的价电子排布式：M_、R_。(2)写出X、Y的价电子轨道表示式：X_、Y_。(3)写出Z的核外电子排布式：_，Z的核外未成对电子数为_。答案(1)2s22p4
16、3s1(2) (3)1s22s22p63s23p63d54s1或Ar3d54s16解析根据题目给出的M、R和X的信息确定，M是氧元素，R是钠元素，X是硫元素。根据M、R、X、Y为原子序数依次增大的短周期主族元素确定Y是氯元素。根据Z的基态原子4s和3d轨道半充满，则Z元素原子的核外有24个电子，是铬元素。2.已知X、Y和Z三种元素的原子序数之和等于42。X元素原子的4p轨道上有3个未成对电子，Y元素原子的最外层2p轨道上有2个未成对电子。X跟Y可形成化合物X2Y3，Z元素可以形成负一价离子。请回答下列问题：(1)X元素原子基态时的电子排布式为_，该元素的符号为_。(2)Y元素原子的价层电子的电
17、子轨道表示式为_，该元素的名称是_。(3)比较X的氢化物与同族第2、3周期元素所形成的氢化物稳定性_。答案(1)1s22s22p63s23p63d104s24p3As(2) (或)氧(3)NH3PH3AsH3解析考查核外电子排布式、轨道表示式及氢化物稳定性的比较。由X原子的4p轨道上有3个未成对电子，可知X为As，原子序数为33；Y原子的2p轨道上有2个未成对电子，则Y为1s22s22p2(碳元素)或1s22s22p4(氧元素)，若Y为碳元素，碳元素原子序数为6，则Z元素原子序数为3，是锂元素，锂元素不能形成负一价离子，所以Y为氧元素，原子序数为8；Z为氢元素，氢元素可形成负一价离子。考点三元
18、素周期律及应用1.元素周期律2.电离能(1)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：I1，单位：kJmol1。(2)规律同种原子：逐级电离能越来越大(即I1I2I3)。3.电负性(1)含义：元素的原子在化合物中吸引键合电子能力的标度。元素的电负性越大，表示其原子在化合物中吸引键合电子的能力越强。(2)标准：以最活泼的非金属氟的电负性为4.0作为相对标准，计算得出其他元素的电负性(稀有气体未计)。(3)规律金属元素的电负性一般小于1.8，非金属元素的电负性一般大于1.8，而位于非金属三角区边界的“类金属”(如锗、锑等)的电负性则在1.8左右。4.主族
19、元素周期性变化规律项目同周期(从左右)同主族(从上下)原子核外电子排布电子层数相同，最外层电子数逐渐增多，17(第一周期12)最外层电子数相同，电子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由17最低负价由41最高正价主族序数(O、F除外)，非金属最低负价主族序数8原子得、失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元素的第一电离能第一电离能呈增大的趋势第一电离能逐渐减小元素的电负性电负性逐渐增大电负性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题组一原子结构与元素性质的综合应用1.(
20、2018安徽省淮南模拟)表1是元素周期表的一部分，表中所列的字母分别代表一种化学元素。试回答下列问题：表1(1)元素p为26号元素，请写出其基态原子电子排布式：_。(2)h的单质在空气中燃烧发出耀眼的白光，请用原子结构的知识解释发光的原因：_。(3)o、p两元素的部分电离能数据如表2：元素电离能/kJmol1OPI1717759I215091561I332482957表2比较两元素的I2、I3可知，气态o2再失去一个电子比气态p2再失去一个电子难。对此，你的解释是_。(4)第3周期8种元素单质熔点高低的顺序如图1所示，其中电负性最大的是_(填图1中的序号)。(5)表1中所列的某主族元素的电离能
21、情况如图2所示，则该元素是_(填元素符号)。答案(1)1s22s22p63s23p63d64s2(或Ar3d64s2)(2)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(3)Mn2的3d轨道电子排布为半充满状态，比较稳定(4)2(5)Al解析(2)h为Mg元素，Mg单质在空气中燃烧发出耀眼的白光，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。(3)o元素为Mn，其基态原子电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s2或Ar3d54s2，Mn2的基态电子排布式为1s22s22p63s23p63d5，其3d能级为半充满状态，相对比较稳定，当其失
22、去第3个电子时比较困难，而Fe2的基态电子排布式为1s22s22p63s23p63d6，其3d能级再失去一个电子即为半充满状态，故其失去第3个电子比较容易。(4)第3周期8种元素分别为钠、镁、铝、硅、磷、硫、氯、氩，其单质中钠、镁、铝形成金属晶体，熔点依次升高；硅形成原子晶体；磷、硫、氯、氩形成分子晶体，且常温下磷、硫为固体，氯气、氩为气体，8种元素熔点最低的为氩，其次为氯，其中电负性最大的为氯。(5)由图可知，该元素的电离能I4 远大于I3，故为第A族元素，应为Al。6.根据信息回答下列问题：不同元素的原子在分子内吸引电子的能力大小可用数值表示，该数值称为电负性。一般认为：如果两个成键原子间
23、的电负性差值大于1.7，原子之间通常形成离子键；如果两个成键原子间的电负性差值小于1.7，通常形成共价键。下表是某些元素的电负性值：元素符号LiBeBCOF电负性值1.01.52.02.53.54.0元素符号NaAlSiPSCl电负性值0.91.51.82.12.53.0(1)根据对角线规则，Be、Al元素最高价氧化物对应水化物的性质相似，它们都具有_性，其中Be(OH)2显示这种性质的离子方程式是_、_。(2)通过分析电负性值的变化规律，确定Mg元素的电负性值的最小范围_。(3)请归纳元素的电负性和金属性、非金属性的关系是_。(4)推测AlF3、AlCl3、AlBr3是离子化合物还是共价化合
24、物：AlF3_，AlCl3_，AlBr3_。答案(1)两Be(OH)22H=Be22H2OBe(OH)22OH=BeO2H2O(2)0.91.5(3)非金属性越强，电负性越大；金属性越强，电负性越小(4)离子化合物共价化合物共价化合物7.(2018南阳一中模拟)明代宋应星所著天工开物中已经记载了我国古代用炉甘石(主要成分为ZnCO3)和煤冶锌工艺，锌的主要用途是制造锌合金和作为其他金属的保护层。回答下列问题：(1)Zn基态原子核外电子排布式为_。(2)硫酸锌溶于氨水形成Zn(NH3)4SO4溶液。与SO42-互为等电子体的阴离子化学式为_(写出一种)。氨的热稳定性强于膦(PH3)，原因是_。(
25、3)本草纲目中记载炉甘石(主要成分为ZnCO3)可止血、消肿毒、生肌、明目等。Zn、C、O的电负性由大至小的顺序是_。答案(1)1s22s22p63s23p63d104s2(或Ar3d104s2)(2)PO(或ClO)氮元素的非金属性强于磷元素(3)OCZn解析(1)Zn是30号元素。位于元素周期表第4周期B族，故其基态原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s2(或Ar3d104s2)。(2)SO为5原子32个价电子微粒，故与其互为等电子体的阴离子有PO、ClO等。氮元素的非金属性强于磷元素，故氨的热稳定性比膦强。(3)通常非金属性越强的元素其电负性越大，且一般情况下，非
26、金属的电负性比金属的电负性大，故Zn、C、O电负性由大至小的顺序是OCZn。1.原子组成(2017海南，3)下列分子中，其中子总数为24的是()A.18O3 B.2H217O2 C.14N16O2 D.14C16O2答案D2.电子排布式和电子排布图(1)2018全国卷，35(1)节选基态Fe原子价层电子的电子排布图(轨道表达式)为_。(2)2018全国卷，35(1)Zn原子核外电子排布式为_。(3)2017全国卷，35(1)节选Co基态原子核外电子排布式为_。(4)2016全国卷，37(1)节选基态Ge原子的核外电子排布式为Ar_。(5)2016全国卷，37(1)节选镍元素基态原子的电子排布式
27、为_。(6)2016全国卷，37(1)写出基态As原子的核外电子排布式_。答案(1) (2)Ar3d104s2(3)1s22s22p63s23p63d74s2(或Ar3d74s2)(4)3d104s24p2(5)1s22s22p63s23p63d84s2(或Ar3d84s2)(6)1s22s22p63s23p63d104s24p3(或Ar3d104s24p3)3.核外未成对电子数(1)2017全国卷，35(1)节选元素Mn与O中，基态原子核外未成对电子数较多的是_。(2)2016全国卷，37(1)节选基态Ge原子有_个未成对电子。(3)2016全国卷，37(1)节选镍元素基态原子的3d能级上的未成对电子数为_。答案(1)Mn(2)2(3)24.电子云和电子运动状态(1)2018全国卷，35(1)节选基态S原子电子占据最高能级的电子云轮廓图为_形。(2)2017全国卷，35(2)节选基态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_。(3)2015全国卷，37(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14C原子中，核外存在_对自旋相反的电子。答案(1)哑铃(纺锤)(2)N球形(3)电子云2