专题03原子结构与性质-2021-2022学年高二化学疑难剖析与突破（人教版2019选择性必修2）【学科网名师堂】.docx

1、专题03 原子结构与性质归纳与练习【重点归纳】一、原子结构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。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npx、npy、npz轨道的能量相等。原子轨道轨道

2、形状轨道个数s球形1p哑铃形32原子核外电子的排布规律 (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，所有电子排布规则都需要满足能量最低原理。下图为构造原理示意图，即基态原子核外电子在原子轨道上的排布顺序图，由构造原理可知，从第三能层开始各能级不完全遵循能层顺序，产生了能级交错排列，即产生“能级交错”现象，能级交错指电子层数较大的某些能级的能量反而低于电子层数较小的某些能级的能量的现象，如：4s3d、6s4f5d，一般规律为ns(n2)f(n1)dnp。注意排电子时先排4s轨道再排3d轨道，而失电子时，却先失4s轨道上的电子。(2)泡

3、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。因为每个原子轨道最多只能容纳2个电子且自旋方向相反，所以从能层、能级、原子轨道、自旋方向四个方面来说明电子的运动状态是不可能有两个完全相同的电子的。如氟原子的电子排布可表示为1s22s22p2p2p，由于各原子轨道中的电子自旋方向相反，所以9个电子的运动状态互不相同。(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。（4）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、

4、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，易错写为1s22s22p63s23p63d44s2。3.核外电子排布的表示方法表示方法书写规则以硫原子为例电子排布式按电子排入各电子层中各能级的先后顺序，用能级符号依次写出各能级中的电子数，能直观地反映核外电子的能层、能级和各能级上的电子数，但不能表示原子核的情况，也不能表示各个电子的运动状态1s22s22p63s23p4简化电子排布式为了避免电子排布式书写过于繁琐，把内层电子达到稀有气体结构的部分以相应稀有气体的元素符号外加方括号表示，得到简化的电子排布式，用“稀有气体

5、价层电子”的形式表示Ne3s23p4电子排布图用方框表示原子轨道，用“”或“”表示自旋状态不同的电子，按排入各电子层中各能级的先后顺序和在轨道中的排布情况书写，能反映各轨道的能量的高低，各轨道上的电子分布情况及自旋方向价电子排布式仅用基态原子电子排布式中的价态电子排布，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3s23p4原子结构示意图圆圈内数字表示质子数，弧线表示能层(电子层)，弧线内数字表示该能层(电子层)中的电子数，原子结构示意图能直观地反映核内的质子数和核外的电子层数及各层上的电子数二、元素周期表1原子结构与元素周期表的关系2.每族元素的价层电子排布特点（1）

6、主族主族AAAAAAA排布特点ns1ns2ns2np1ns2np2ns2np3ns2np4ns2np5（2）0族：除He外其余均为ns2np6。（3）过渡元素(副族和第族，Pd、镧系、锕系除外)：(n1)d110ns12。3.元素周期表的分区（1）元素周期表的分区（2）各区元素价电子的排布特点分区价电子排布s区ns12p区ns2np16(除He外)d区(n1)d19ns12(除钯外)ds区(n1)d10ns12f区(n2)f014(n1)d02ns2 三、元素周期律1.微粒半径大小的比较(1)同周期元素的原子半径：随着核电荷数增多，原子半径依次减小(稀有气体除外)。(2)同主族元素的原子半径、

7、相同价态阳离子半径和阴离子半径：随着核电荷数增多，半径都依次增大。(3)核外电子排布(即电子层结构)相同的离子半径：随核电荷数增多，离子半径依次减小。(4)同种元素形成的粒子半径：阳离子中性原子阴离子，且阳离子价态越高，半径越小。如：Fe3Fe2Fe，ClCl，HHH。(5)核电荷数和电子数都不同的粒子，一般要找参考物。如比较Al3和S2，可找出与Al3电子数相同，与S2同一主族的元素O2来比较，因为Al3O2，且O2S2，故Al3S2。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。元素第一电离能可以衡量元素的原

8、子失去一个电子的难易程度。第一电离能数值越小，原子越容易失去一个电子；第一电离能数值越大，原子越难失去一个电子。（2）规律：对同一周期的元素而言，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上呈现从小到大的变化趋势，表示元素原子越来越难失去电子；同主族元素，自上而下第一电离能逐渐减小，表明自上而下原子越来越易失去电子；具有全充满、半充满及全空的电子构型的元素稳定性较高，其电离能数值较大，如稀有气体的电离能在同周期元素中最大，N为半充满、Mg为全充满状态，其电离能均比同周期相邻元素大；气态基态一价正离子再失去一个电子成为气态基态二价正离子所需的最低能

9、量叫做第二电离能，第三电离能和第四、第五电离能依此类推。由于原子失去电子形成离子后，若再失去电子会更加困难，因此同一原子的各级电离能之间存在如下关系：I1I2SiAl(3)O(4)14【单元过关】1下列说法中正确的是()As电子绕核旋转，其轨道为一圆圈，而p电子是字形B能层为1时，有自旋相反的两个轨道C能层为3时，有3s、3p、3d、4f四个轨道Ds电子云是球形对称的，其疏密程度表示电子在该处出现的概率大小2为揭示原子光谱是线状光谱这一事实，玻尔提出了核外电子的分层排布理论。下列说法中，不符合这一理论的是()A电子绕核运动具有特定的半径和能量B电子在特定半径的轨道上运动时不辐射能量C电子跃迁时

10、，会吸收或放出特定的能量D揭示了氢原子光谱存在多条谱线3短周期元素中，原子基态时具有1个未成对电子的元素共有()A5 B6 C7 D84下列叙述正确的是()AAr3d64s2是基态原子的电子排布式B铬原子的电子排布式是1s22s22p63s23p64s13d5C铜原子的外围电子排布式是：3d94s2D氮原子的电子排布图是5下列离子中外层d轨道达半充满状态的是()ACr3 BFe3 CCo3 DCu6外围电子构型为4f75d16s2的元素在周期表中位置应是()A第四周期B族 B第五周期B族C第六周期B族 D第六周期B族7肯定属于同族元素且性质相似的是()A原子核外电子排布式：A为1s22s2，B

11、为1s2B结构示意图：A为，B为CA原子基态时2p轨道上有1个未成对电子，B原子基态时3p轨道上也有1个未成对电子DA原子基态时2p轨道上有一对成对电子，B原子基态时3p轨道上也有一对成对电子8下列元素相关粒子的电子排布式中，前者一定是金属元素，后者一定是非金属元素的是()ANe3s1Ne3s2 BAr4s1Ne3s23p4CNe3s2Ar4s2 DHe2s22p4Ne3s23p59下列叙述正确的是()A通常，同周期元素的第一电离能A族的元素最大B在同一主族中，自上而下第一电离能逐渐减小C第A、A族元素的原子，其半径越大，第一电离能越大D主族元素的原子形成单原子离子时的化合价数都和它的族序数相

12、等10X、Y、Z三种主族元素，已知X和Y具有相同的电子层结构，Z元素原子核电荷数比Y元素原子核电荷数少9，Y在一定条件下可被氧化成YZ，则下列说法正确的是()AX、Y、Z均属于短周期元素B离子半径XYCX、Y、Z三种元素只能形成化合物XYZ3DY的气态氢化物的热稳定性较强11几种短周期元素的原子半径及主要化合价如下表： 元素代号XYZW原子半径/pm1601437066主要化合价235、3、32下列叙述正确的是()AX、Y 元素的金属性XZMB离子半径：MZ2YCZM2分子中各原子的最外层均满足8电子稳定结构DZ元素基态原子最外层电子排布图为14下表为元素周期表前四周期的一部分，下列有关R、W

13、、X、Y、Z五种元素的叙述中，正确的是()A常压下五种元素的单质中Z单质的沸点最高BY、Z的阴离子电子层结构都与R原子的相同CW的氢化物的沸点比X的氢化物的沸点高DY元素的非金属性比W元素的非金属性强15某元素X的逐级电离能如图所示，下列说法正确的是()AX元素可能为4价 BX可能为非金属元素CX为第五周期元素 DX与氯反应时最可能生成的阳离子为X316.下表为元素周期表前三周期的一部分：(1)X的氢化物的稳定性与W的氢化物的稳定性比较_(填化学式)，原因是_。(2)X的基态原子的电子排布图是_(填序号)，另一电子排布图不能作为基态原子的电子排布图是因为它不符合_(填选项字母)。A.能量最低原

14、理 B.泡利原理C.洪特规则(3)以上五种元素中，_(元素符号)元素第一电离能最大。(4)由以上某种元素与氢元素组成的三角锥形分子E和由以上某种元素组成的直线形分子G反应，生成两种直线形分子L和M(组成E、G、L、M分子的元素原子序数均小于10)，反应如图所示，该反应的化学方程式是_。17.下表列出前20号元素中的某些元素性质的一些数据：元素原子半径(1010m)最高价态(价)最低价态(价)1.02622.2710.7421.4330.77441.10530.99711.8610.75531.1744请回答下列问题：(1)以上10种元素中，第一电离能最小的是_(填序号)。(2)上述三种元素中的

15、某两种元素形成的化合物中，每一个原子都满足8电子稳定结构的物质可能是_(写分子式)。元素和形成的化合物的化学式为_，元素的原子价电子排布式是_。(3)四种元素的气态氢化物的稳定性，由强到弱的顺序是_(填化学式)。(4)和两元素比较，非金属性较弱的是_(填名称)，可以验证你的结论的是下列中的_(双选；填选项字母)。A.气态氢化物的挥发性和稳定性B.单质中的键能C.两元素的电负性D.含氧酸的酸性E.氢化物中XH键的键长(X代表和两元素)F.两单质在自然界的存在形式18.现有属于前4周期的A、B、C、D、E、F、G七种元素，原子序数依次增大。A元素的价电子构型为nsnnpn1；C元素为最活泼的非金属

16、元素；D元素核外有三个电子层，最外层电子数是核外电子总数的1/6；E元素正三价离子的3d轨道为半充满状态；F元素基态原子的M层全充满，N层没有成对电子，只有一个未成对电子；G元素与A元素位于同一主族，其某种氧化物有剧毒。(1)A元素的第一电离能_(填“”或“”)B元素的第一电离能，A、B、C三种元素电负性由小到大的顺序为_(用元素符号表示)。(2)D元素原子的价电子排布式是_。(3)C元素原子的电子排布图为_；E3的离子符号为_。(4)F元素位于元素周期表的_区，其基态原子的电子排布式为_。(5)G元素可能的性质_(填字母)。A.其单质可作为半导体材料B.其电负性大于磷C.其原子半径大于锗D.

17、其第一电离能小于硒(6)活泼性：D_(填“”或“Y，A错；根据Z、W的原子半径相差不大，化合价不同，且W只有负价，则其可能是O，Z是N，两者的单质直接生成NO，B错；据题意判断可知X是Mg，Y是Al；Y的最高价氧化物的水化物是氢氧化铝，其不溶于氨水，C错；一定条件下，氧气可以和氨气反应生成水和氮气，D对。12A【解析】由题意可知甲易失去1个电子，而乙易失去2个电子，故甲为Na元素，乙为Mg元素，丙与丁的各级电离能都较高，故丙、丁不易失电子，应为非金属元素。13C【解析】由图示关系可推知：X为氦元素，Y为氟元素，M为氯元素，Z为硫元素。元素的电负性关系为FClS，故A项不正确；离子半径关系为S2

18、ClF，故B项不正确；SCl2的电子式为故C项正确；S元素基态原子最外层电子排布图为故D项不正确。14D【解析】据元素周期表的结构知X、W、Y、R、Z元素分别为N、P、S、Ar、Br。A项中溴单质的沸点不是最高；C项中沸点：NH3PH3；B项中Br的电子层结构与Kr原子的电子层结构相同而与Ar原子的电子层结构不同。15D【解析】由图像知，该元素的I4I3，故该元素最外层有3个电子，易形成3价阳离子，A、B两项错误，D项正确；无法确定该元素是否位于第五周期，C项错误。16.(1) 洪特规则(2)Be、C、O(3)60制造火箭推进剂或炸药(其他合理答案均可)(4) 【解析】(1)基态氮原子核外有7

19、个电子，其核外电子排布图为。2p轨道上3个电子分别单独占据1个轨道且自旋状态相同，遵循洪特规则。(2)Be原子2s能级处于全充满状态，其第一电离能比B大，N原子2p能级处于半充满状态，其第一电离能比O的大，所以第一电离能介于B和N之间的有Be、C、O，共三种。(3)N4分子和P4分子类似，该分子中NNN的键角为60。N4分解后能产生N2并释放出大量能量，可以制造火箭推进剂或炸药。(4)根据每个氮原子均达到8电子稳定结构，可以推断该离子为N。17.(1)NH3PH3氮元素的非金属性(或电负性)比磷强(或者是NH键的键长比PH的短)(2)C(3)Ne(4)2NH33F2=6HFN2【解析】根据元素

20、周期表的结构可知X为N，Z为F，R为Ne，W为P，Y为S。(1)X、W的氢化物为NH3和PH3，非金属性越强气态氢化物越稳定。(2)当电子排布在同一能级的不同轨道时，总是优先单独占据一个轨道，且自旋状态相同，因此氮元素的基态原子的电子排布图为。(3)原子失电子所需能量不仅与原子核对核外电子的吸引力有关，还与形成稳定结构的倾向有关。结构越稳定，失去电子所需能量越高，在所给五种元素中，氖元素最外层已达8电子的稳定结构，因此失去核外第一个电子需要的能量最多，即第一电离能最大。(4)根据题给图示可知E为NH3，G为F2，L为HF，M为N2，应是2NH33F2=6HFN2。18.(1)(2)PCl3、C

21、Cl4Si3N43s23p4(3)HClH2SPH3SiH4(4)氮元素CE【解析】由题意可知，10种元素是前20号元素，根据表中数据，我们不难推出S，K，O，Al，C，P，Cl，Na，N，Si。(1)在同一周期中，从第A族到第A族，元素的第一电离能呈增大趋势；同一主族中，从上向下，元素的第一电离能逐渐减小，故在10种元素中，第一电离能最小的是K。(2)C、P、Cl中的某两种元素形成的化合物中，PCl3或CCl4分子中的每一个原子都满足8电子稳定结构；根据化合价知氮和硅形成氮化硅Si3N4；硫元素的原子价电子排布式是3s23p4。(3)元素的非金属性越强，形成气态氢化物越稳定，非金属性强弱为C

22、lSPSi，故其氢化物稳定性为HClH2SPH3SiH4。(4)氧元素和氮元素相比，非金属性较弱的是氮元素，可通过C、E验证。19.(1) NOF (2)3s2 (3) (4)ds1s22s22p63s23p63d104s1 或 Ar3d104s1(5)A(6)镁原子的3p轨道处于全空状态，比较稳定，而铝原子3p轨道只有一个电子，不稳定【解析】现有属于前4周期的A、B、C、D、E、F、G七种元素，原子序数依次增大。A元素的价电子构型为nsnnpn1，n2，所以A是N；C元素为最活泼的非金属元素，则C是F，所以B是O；D元素核外有三个电子层，最外层电子数是核外电子总数的1/6，所以D是Mg；E元

23、素正三价离子的3d轨道为半充满状态，则E的原子序数是185326，即E是Fe；F元素基态原子的M层全充满，N层没有成对电子，只有一个未成对电子，则F是Cu；G元素与A元素位于同一主族，其某种氧化物有剧毒，则G是As。(1)一般来讲非金属性越强，第一电离能越大，但由于氮元素的2p轨道电子处于半充满状态，稳定性强，则氮元素的第一电离能大于氧元素的第一电离能；非金属性越强，电负性越大，则A、B、C三种元素电负性由小到大的顺序为NOF。(2)根据核外电子排布规律可知镁元素原子的外围电子排布式是3s2。(3)根据核外电子排布规律可知氟元素的轨道表示式为；E3的离子符号为Fe3。(4)铜元素位于元素周期表

24、的ds区，其基态原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s1 或 Ar3d104s1。(5)G为As，位于金属与非金属的分界线处，其单质为半导体，其电负性小于磷，原子半径小于锗，第一电离能大于硒。(6)元素D为Mg，活泼性MgAl，I1(Mg)I1(Al)，因为Mg的3p轨道处于全空状态，比较稳定，而Al的3p轨道只有一个电子，不稳定，故活泼性MgAl，而第一电离能则是I1(Mg)I1(Al)。20.(1)ls22s22p63s1或Ne3s1(2)第三周期A族;小于(3);3;p;哑铃(4)1s22s22p63s23p5或Ne3s23p5;(5)NO(6)NCl;NH3(或NH3H2O)和HClO【解析】根据题中信息可推出:A为Na,B为Al,C为N,D为Cl,E为O。(1)A为Na,其核外电子排布式为ls22s22p63s1,简化电子排布式为Ne3s1。(2)B为Al,其在元素周期表中的位置为第三周期A族,Na+与Al3+核外电子排布相同,核电荷数Al3+大于Na+,故r(Al3+)O。(6)NCl3分子中N为-3价,Cl为+1价,故N的电负性强于Cl,且水解产物为NH3(或NH3H2O)和HClO。