高考化学一轮总复习第12章物质结构与性质选考第1节原子结构与性质检测鲁科版.docx

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第12章　物质结构与性质（选考）

第1节　原子结构与性质

考纲定位

1.了解原子核外电子的运动状态、排布原理和能级分布，能正确书写1～36号元素原子核外电子、价电子的电子排布式和轨道表达式。

2.了解电离能的含义，并能用以说明元素的某些性质。

3.了解电子在原子轨道之间的跃迁及简单应用。

4.了解电负性的概念，并能用以说明元素的某些性质。

考点1|基态原子的核外电子排布

[基础知识自查]

1．电子层、能级和原子轨道

电子层

能级

2s、2p

3s、3p、3d

4s、4p、4d、4f

原子轨道数目

1＋3＝4

1＋3＋5＝9

1＋3＋5＋7＝16

最多容纳电子数目

2.原子轨道的形状、数目及能量关系

（1）轨道形状

（2）s、p、d、f能级上原子轨道数目依次为1、3、5、7，其中npx、npy、npz三个原子轨道在三维空间相互垂直，各能级的原子轨道半径随电子层数（n）的增大而增大。

（3）能量关系

3．基态原子的核外电子排布原则

（1）能量最低原理：

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，简称能量最低原理。

基态原子核外电子在原子轨道上的排布顺序：

（2）泡利不相容原理：

在一个原子轨道里，最多只能容纳2个电子，且它们的自旋状态相反。

（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，且自旋状态相同。

【注】　洪特规则特例：

当能量相同的原子轨道在全充满（p6、d10、f14）、半充满（p3、d5、f7）和全空（p0、d0、f0）状态时，体系的能量最低。

如24Cr的基态原子电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s1，而不是1s22s22p63s23p63d44s2。

4．电子的跃迁与原子光谱

（1）电子的跃迁

①基态―→激发态：

当基态原子的电子吸收能量后，电子会从低能级跃迁到较高能级，变成激发态原子。

②激发态―→基态：

激发态原子的电子从较高能级跃迁到较低能级时会释放出能量。

（2）原子光谱：

不同元素的原子发生电子跃迁时会吸收或释放不同的光，用光谱仪记录下来便得到原子光谱。

包括吸收光谱和发射光谱。

用原子光谱的特征谱线可以鉴定元素，称为光谱分析。

[应用体验]

　写出下列原子或离子的①电子排布式②价电子轨道表示式③电子占的原子轨道数④未成对电子数。

（1）N：

①________②________③________④________。

（2）Cl：

①________②________③________④________。

（3）Fe2＋：

①________②________③________④________。

（4）Cu：

①________②________③________④________。

（5）Se：

①________②________③________④________。

（6）Br－：

①________②________③________④________。

[提示]　

（1）①1s22s22p3　

　③5　④3

[考点多维探究]

角度1　核外电子排布的表示

1．（高考组合题）

（1）（2016·全国乙卷）基态Ge原子的核外电子排布式为[Ar]________，有________个未成对电子。

（2）（2016·全国甲卷）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________。

（3）（2015·全国卷Ⅰ）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。

（4）（2014·全国卷Ⅰ）基态Fe原子有________个未成对电子。

Fe3＋的电子排布式为________。

（5）（2013·全国卷Ⅰ）基态Si原子中，电子占据的最高电子层符号为________，该电子层具有的原子轨道数为______、电子数为________。

（6）（2012·全国卷）Se原子序数为________，其核外M层电子的排布式为________。

（7）（2016·江苏高考）Zn2＋基态核外电子排布式为________。

（8）（2015·海南高考）钒在元素周期表中的位置为________，其价层轨道表示式为________________。

（9）（2015·上海高考）Mg原子核外电子排布式为________；Ca原子最外层电子的能量________Mg原子最外层电子的能量（选填“低于”、“高于”或“等于”）。

[答案]　

（1）3d104s24p2　2

（2）[Ar]3d84s2或1s22s22p63s23p63d84s2　2

（3）电子云　2

（4）4　[Ar]3d5或1s22s22p63s23p63d5

（5）M　9　4

（6）34　3s23p63d10　（7）[Ar]3d10或1s22s22p63s23p63d10

（8）第4周期ⅤB族　

（9）1s22s22p63s2　高于

2．完成下列化学用语

（1）Cr原子的核外电子排布式________，外围电子排布式________，原子结构示意图________，价电子轨道表示式________________。

（2）Cu2＋的核外电子排布式________，离子结构示意图________。

（3）As的核外电子排布式________，原子结构示意图________价，价电子轨道表示式________________。

（4）Co的外围电子排布式________________，外围轨道表示式________________。

[答案]　

（1）1s22s22p63s23p63d54s1　3d54s1　

描述核外电子排布的两种化学用语

（1）电子排布式

注意：

当出现d轨道时，虽然电子按ns、（n－1）d、np的顺序填充，但在书写电子排布式时，仍把（n－1）d放在ns前，如Fe：

1s22s22p63s23p63d64s2正确，1s22s22p63s23p64s23d6错误。

角度2　根据核外电子的排布特点推断元素

3．

（1）A元素基态原子的最外层有3个未成对电子，次外层有2个电子，其元素符号为__________；其价层轨道表示式为__________________________。

（2）B元素的负一价离子和C元素的正一价离子的电子层结构都与氩相同，B的元素符号为________，C离子的结构示意图为________。

（3）D元素的正三价离子的3d能级为半充满，D的元素符号为________，其基态原子的电子排布式为________，其原子的结构示意图为________。

（4）E元素基态原子的M层全充满，N层没有成对电子且只有一个未成对电子，E的元素符号为________，其基态原子的电子排布式为_________________。

（5）F元素的原子最外层电子排布式为nsnnpn＋2，则n＝________；原子中能量最高的是________电子，核外轨道表示式为________。

[解析]　

（1）A元素基态原子的轨道表示式由题意可写成：

，则该元素核外有7个电子，为氮元素，其元素符号为N。

（2）B－、C＋的电子层结构都与Ar相同，即核外都有18个电子，则B为17号元素Cl，C为19号元素K。

（3）D元素原子失去2个4s电子和1个3d电子后变成＋3价离子，其原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2即26号元素铁。

（4）E元素的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s1故E为Cu。

（5）F最外层电子排布式为2s22p4。

[答案]　

（1）N　

（3）Fe　1s22s22p63s23p63d64s2或[Ar]3d64s2

（4）Cu　[Ar]3d104s1

（5）2　2p　

4．（2016·四川高考改编）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________。

[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，它是铬元素。

[答案]　

（1）2s22p4　3s1

（3）[Ar]3d54s1　6

根据电子排布推断元素的思维模板

分析题意

―→确定元素―→完成题中问题

角度3　电子跃迁与原子光谱

5．下列原子的电子跃迁能释放光能形成发射光谱的是（　　）

A．1s22s22p63s2―→1s22s22p63p2

B．1s22s22p33s1―→1s22s22p4

C．1s22s2―→1s22s12p1

D．1s22s22p

―→1s22s22p

B　[A项，吸收光能，形成吸收光谱；B项，由激发态→基态，释放光能，形成发射光谱；C项，形成吸收光谱；D项，2px与2py能量相同，不属于电子跃迁。

]

6．从电子跃迁的角度指出焰色反应呈现不同颜色光的原理是

______________________________________________________________

______________________________________________________________。

[答案]　吸收能量后，电子从激发态向基态发生跃迁，跃迁时以不同颜色光的形式释放出不同能量

基态、激发态及光谱示意图

考点2|原子结构与元素的性质

[基础知识自查]

1．元素周期表的结构与性质特点

分区

元素分布

外围电子排布

元素性质特点

s区

ⅠA族、ⅡA族、0族

ns1～2

除氢、氦外都是活泼金属元素

p区

ⅢA族～ⅦA族、0族

ns2np1～6（He除外）

最外层电子参与反应（0族元素一般不考虑）

d区

ⅢB族～ⅦB族、Ⅷ族

（n－1）d1～9ns1～2（Pd除外）

d轨道也不同程度地参与化学键的形成

ds区

ⅠB族、ⅡB族

（n－1）d10ns1～2

金属元素

f区

镧系、锕系

（n－2）f0～14（n－1）d0～2ns2

镧系元素化学性质相近，锕系元素化学性质相近

2.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）定义：

气态原子或气态离子失去一个电子所需要的最小能量叫做电离能。

（2）规律

①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，总体呈现从左至右增大的变化趋势。

②同族元素：

从上至下第一电离能逐渐减小。

③同种元素的逐级电离能逐渐增大，即I1

不同电子层的逐级电离能发生突跃。

如Na的I1≪I2。

（3）电离能的3个重要应用

①判断元素的金属性和非金属性强弱。

I1越大，元素的非金属性越强，I1越小，元素的金属性越强。

②判断元素在化合物中的化合价。

如K：

I1≪I2

③判断元素核外电子的分层排布情况。

如Li：

I1≪I2

注意：

同周期元素从左向右，元素的第一电离能并不是逐渐增大的，当元素的核外电子排布是全空、半充满和全充满状态时，第一电离能就会反常的大。

4．电负性

（1）定义

元素的原子在化合物中吸引电子能力的标度。

（2）意义

电负性越大，其原子在化合物中吸引电子的能力越强。

利用电负性的大小可以判断元素的金属性和非金属性的强弱。

如电负性最大的元素为氟元素。

（3）标准

以最活泼的非金属氟的电负性为4.0和锂的电负性为1.0作为相对标准，计算得出其他元素的电负性（稀有气体元素未计）。

（4）变化规律

①金属元素的电负性一般较小，非金属元素的电负性一般较大，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，它们既有金属性，又有非金属性。

②在元素周期表中，同周期从左至右，元素的电负性逐渐增大，同主族从上至下，元素的电负性逐渐减小。

（5）电负性的一般应用

①判断元素金属性、非金属性强弱。

电负性越大，非金属性越强，金属性越弱。

②判断化学键的类型。

一般认为：

如果两种成键原子间的电负性差值大于1.7，通常形成离子键，若差值小于1.7，通常形成共价键。

③判断元素在化合物中的价态。

共价化合物中，成键元素电负性大的表现负价。

如ClO2中氯呈＋4价。

（6）对角线规则

在元素周期表中，某些主族元素与右下方的主族元素的有些性质是相似的，如

。

[应用体验]

1．第4周期中，未成对电子数最多的元素是________（填名称）。

（1）它位于________族。

（2）核外电子排布式是______________。

（3）它有________个电子层，________个能级，________种运动状态不同的电子。

（4）价电子排布式________，价电子轨道表示式________。

（5）属于________区。

[提示]　铬　

（1）ⅥB　

（2）1s22s22p63s23p63d54s1　（3）4

7　24　（4）3d54s1　

　（5）d

2．

（1）第3周期所有元素的第一电离能（I1）大小顺序为________________（用元素符号表示）。

（2）Na的逐级电离能中有________次突跃。

分别是哪级电离能发生突跃？

________、________。

（3）C、N、O、F的电负性大小顺序为________，第一电离能大小顺序为________。

（4）F、Cl、Br、I的第一电离能大小顺序为________，电负性大小顺序为________。

[提示]　

（1）Na

（2）2　I2≫I1　I10≫I9

（3）C

（4）F>Cl>Br>I　F>Cl>Br>I

[考点多维探究]

角度1　原子结构与元素周期表的关系

1．某元素X的原子核外电子排布式为[Ar]3d64s2，则元素X位于________周期________族________区，其外围轨道表示式为__________________________，

X3＋的核外电子排布式为________，从原子结构的角度解释X3＋比X2＋稳定的理由是_____________________________________________________________。

[答案]　第4　Ⅷ　d　

　[Ar]3d5　X3＋的3d轨道为半充满状态，能量低稳定

2．（2017·信阳模拟）A、B、C三种短周期元素，它们的原子序数依次增大。

A元素原子的核外p电子数比s电子数少1；B元素原子核外有4种能级，且全部充满电子；C元素的主族序数与周期数的差为4。

【导学号：

99682398】

（1）A的基态原子中能量最高的电子，其电子云在空间有________个方向，原子轨道呈________形。

（2）某同学推断B基态原子的核外电子排布为

该同学所画的轨道表示式违背了________________________。

（3）C位于________族________区，价电子排布式为________。

[解析]　根据题意可知A为N，B为Mg，C为Cl。

[答案]　

（1）3　哑铃　

（2）泡利不相容原理　（3）ⅦA　p　3s23p5

角度2　元素周期律（电离能、电负性、原子半径）

3．（高考组合题）

（1）（2016·全国乙卷）Zn、Ge、O电负性由大至小的顺序是________。

（2）（2016·全国甲卷）元素铜与镍的第二电离能分别为：

ICu＝1958kJ·mol－1、INi＝1753kJ·mol－1，ICu>INi的原因是____________________________________。

（3）（2016·全国丙卷）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”）

（4）（2013·全国卷Ⅱ）F、K、Fe、Ni四种元素中第一电离能最小的是________（填元素符号）。

（5）（2013·浙江高考）①N、Al、Si、Zn四种元素中，有一种元素的电离能数据如下：

电离能

……

Im/（kJ·mol－1）

578

1817

2745

11578

则该元素是________（填写元素符号）。

②基态锗（Ge）原子的电子排布式是______________________________。

Ge的最高价氯化物分子式是________。

该元素可能的性质或应用有________。

A．是一种活泼的金属元素

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

[解析]　（5）I4≫I3，所以该元素原子最外层有3个电子，为Al。

Ge是ⅣA族元素，最高价氯化物分子式是GeCl4，Ge位于金属与非金属交界处，可作半导体材料。

[答案]　

（1）O>Ge>Zn

（2）铜失去的是全充满的3d10电子，镍失去的是4s1电子

（3）大于　小于

（4）K

（5）①Al

②1s22s22p63s23p63d104s24p2或[Ar]3d104s24p2　GeCl4　CD

4．根据表中所列五种元素的第一至第四电离能数据（单位：

kJ·mol－1），回答下列问题：

【导学号：

99682399】

元素代号

2080

4000

6100

9400

500

4600

6900

9500

740

1500

7700

10500

580

1800

2700

11600

420

3100

4400

5900

（1）在元素周期表中，最可能处于同一族的是________（填字母，下同）。

A．Q和R　　B．S和T　　　　

C．T和UD．R和TE．R和U

（2）下列离子的氧化性最弱的是________。

A．S2＋B．R2＋　　

C．T3＋D．U＋

（3）下列元素中，化学性质和物理性质最像Q元素的是________。

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次电离能突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______________________________________________________________

______________________________________________________________。

[解析]　

（1）由表中数据可确定R与U的最外层有一个电子，最可能处于同一族。

（2）还原性越强，越易失电子，电离能越小，相应离子的氧化性越弱。

（3）Q的四级电离能没有突变，属于性质稳定的稀有气体元素。

（4）相邻两个电离能数据相差较大，说明各层电子能量不同，电子是分层排布的。

[答案]　

（1）E　

（2）D　（3）C

（4）电子分层排布，各电子层能量不同　10

（5）R

5．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

电负性值

1.0

1.5

2.0

2.5

3.5

4.0

0.9

1.5

1.8

2.1

2.5

3.0

（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物。

AlF3________，AlCl3________，AlBr3________。

[答案]　

（1）两　Be（OH）2＋2H＋===Be2＋＋2H2O、

Be（OH）2＋2OH－===BeO

＋2H2O　

（2）0.9～1.5

（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

电离能与电负性的理解

（1）金属活动性顺序与元素相应的电离能大小顺序不完全一致，不能根据金属活动性顺序判断电离能的大小。

如I1（Mg）>I1（Na），但活泼性Na>Mg。

（2）第2、3、4周期的同周期主族元素，ⅡA族（ns2np0）和ⅤA族（ns2np3），因p轨道处于全空或半充满状态，比较稳定，所以其第一电离能大于同周期相邻的ⅢA族和ⅥA族元素，如第一电离能Mg>Al，P>S。

（3）同一周期中0族元素的I1最大，但非金属性和金属性均很弱。

（4）不能将电负性1.8作为划分金属和非金属的绝对标准。

（5）共价化合物中，两种元素电负性差值越大，它们形成共价键的极性就越强。

（6）同周期稀有气体元素的第一电离能最大，但电负性不是最小。

角度3　

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