02s第二节 原子结构与性质.docx

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02s第二节原子结构与性质

第二节原子结构与元素的性质

一、原子结构与元素周期表

（1）元素周期律的形成是由于元素的原子中________的排布发生周期性的重复。

（2）元素的分区

①s区：

包括________和________，价电子排布为________，容易失去________电子，形成________价离子，除________外，这些元素都是________。

价电子数等于主族族序数。

②p区：

包括从________到________、________（氦除外）共六族元素，它们原子的价电子排布为________。

价电子总数等于主族序数。

③d区：

包括________族的元素（镧系和锕系元素除外），价电子排布为________，一般最外层电子数为________，价电子总数等于副族序数。

④ds区：

包括________元素，它们的原子的________轨道为充满电子的轨道，价电子排布为________。

⑤f区：

包括________元素。

1．原子结构与周期的关系

（1）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。

氦原子核外只有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。

（2）一个能级组最多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。

周期

一

二

三

四

五

六

七

相应能级组的原子轨道

1s

2s、2p

3s、3p

4s、3、4p

5s、4d、5p

6s、4f、5d、6p

7s、5f、6d

……

容纳的最多电子数

2

8

8

18

18

32

未满

元素数目

2

8

8

18

18

32

未满

金属元素数目

0

2

3

14

15

30

？

2．原子结构与族的关系

（1）对主族元素：

主族元素的族序数＝原子的最外层电子数

（2）对副族元素：

次外层电子数多于8个而少于18个的一些元素，它们除了能失去最外层的电子外，还能失去次外层上的一部分电子。

例如元素钪[Ar]3d14s2，可以失去三个电子，钪为ⅢB族。

所以，失去的（或参加反应的）电子总数，就等于该元素所在的族数。

除第Ⅷ族元素外，其大多族序数等于（n－1）d＋ns的电子数。

3．元素周期表的分区

（1）根据核外电子排布分区

分区

元素分布

外围电子排布

元素性质特点

s区

ⅠA、ⅡA族

ns1～2

除氢外都是活泼金属元素

p区

ⅢA族～ⅦA族、0族

ns2np1～6

最外层电子参与反应

d区

ⅢB族～ⅦB族、第Ⅷ族

（n－1）d1～9ns1～2

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

元素在元素周期表中定位：

（1）根据原子序数以0族为基准定位。

稀有气体元素HeNeArKrXeRn

周期数一二三四五六七

原子序数21018365486118

1　原子序数—上一周期稀有气体原子序数（相近且小）=元素所在的纵行数

周期数=稀有气体元素的周期数+1

如，判断原子序数为41的元素在周期表中的位置。

纵行数=41-36=5

周期数=4+1=5

所以是第五周期第ⅤB族。

注意：

此法不适用于短周期元素，为第六、七周期

B（含镧系、錒系）后的元素需要建14再定位。

2　同周期稀有气体元素的原子序数—原子序数=18-该元素所在纵行数

如，推断新发现的114号元素在元素周期表中的位置。

118—114=4

18-4=14=该元素所在纵行数

为正数第14纵行或倒数第5纵桁元素。

故位于第七周期ⅣA族

（2）若已知元素的外围电子排布，可直接判断该元素在元素周期表中的位置。

主族元素

外围电子的能层数=元素周期序数

外围电子数=元素族序数

过渡元素

（副族元素与第Ⅷ族元素）

外围电子的能层数=元素周期序数

外围电子数=元素纵列数，镧系、锕系除外

0族

外围电子的能层数=元素周期序数

如，某元素的外围电子排布式为4s24p4，该元素位于p区，为第四周期第ⅣA族元素。

（2）根据元素金属性与非金属性分区

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，又称为半金属或准金属，但不能叫两性非金属。

【例1】四种短周期元素的性质或结构信息如下表。

请根据信息回答下列问题。

元素

性质或结构信息

A

室温下单质呈粉末状固体，加热易熔化；单质在空气中燃烧，发出淡蓝色火焰

B

单质常温、常压下是气体，能溶于水；原子的M层有1个未成对的p电子

C

单质质软、银白色固体、导电性强；单质在空气中燃烧发出黄色的火焰

D

原子最外层电子层上s电子数等于p电子数；单质为空间网状晶体，具有很高的熔、沸点

（1）B元素在周期表中的位置为________，写出A原子的电子排布式________。

（2）写出C单质与水反应的化学方程式________________________。

A与C形成的化合物溶于水后，溶液的pH________7（填“大于”、“等于”或“小于”）。

（3）D元素最高价氧化物晶体的硬度________（填“大”、“小”），其理由是

________________________________________________________________________。

（4）A、B两元素非金属性较强的是________（写元素符号）。

写出证明这一结论的一个实验事实

________________________________________________________________________。

【练习】

1.某化学学习小组在学习元素周期表和周期的划分时提出了以下观点：

①周期表的形成是由原子的结构决定的；

②元素周期表中IA族元素统称为碱金属元素；

③每一周期的元素原子外围电子排布均是从ns1开始至ns2np6结束；

④元素周期表的每一周期元素的种类均相等；

⑤基态原子电子排布为ls22s22p3和ls22s22p63s23p3的两元素原子位于同一周期；

⑥周期序号越大，该周期所含金属元素一般越多．

你认为正确的是（　　）

A．①②③⑤⑥B．①⑥C．①④⑥D．②③⑤

2.长式周期表共有18个纵行，从左到右排为1﹣18列，即碱金属为第一列，稀有气体元素为第18列．按这种规定，下列说法正确的是（　　）

A．第16列中元素中没有非金属元素

B．只有第二列的元素原子最外层电子排布为ns2

C．第四周期第8列元素是铁元素

D．第15列元素原子的最外层电子排布为ns2np5

3.有A、B、C、D、E5种元素，它们的核电荷数依次增大，且都小于20．其中C、E是金属元素；A和E属同一族，它们原子的最外层电子排布为ns1．B和D也属同一族，它们原子最外层的p能级电子数是s能级电子数的两倍，C原子最外层上电子数等于D原子最外层上电子数的一半．请回答下列问题．

（1）A是H，B是，C是，E是．

（2）B在周期表中位于区．

（3）写出C元素基态原子的电子排布式．

（4）用轨道表示式表示D元素原子的价电子构型．．

二、元素周期律

（1）①随着原子序数的递增，主族元素原子半径的大小呈现周期性变化：

同周期中（除稀有气体），随着原子序数的增大，元素的原子半径________。

②原子半径的大小取决于两个相反的因素：

一是原子的________，另一个是________。

（2）电离能及其变化规律

①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。

②由电离能的定义推知，电离能越小，表示在气态时该原子________，反之电离能越大，表明气态时该原子________，因此运用电离能的数值可以判断________。

③由电离能大小可以看出，对同一周期元素而言，________的第一电离能最小，________的第一电离能最大；从左到右呈现________的变化趋势。

同主族元素从上到下的第一电离能逐渐________。

1.原子半径

（1）原子半径周期性变化

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（稀有气体元素除外），同主族元素从上到下，原子半径逐渐增大。

（2）微粒半径比较

在中学要求的范围内可按“三看”规律来比较微粒半径的大小。

“一看”电子层数：

当电子层数不同时，电子层数越多，半径越大。

“二看”核电荷数：

当电子层数相同时，核电荷数越大，半径越小。

“三看”核外电子数：

当电子层数和核电荷数均相同时，核外电子数越多，半径越大。

判断微粒半径大小的规律：

①同周期从左到右，原子半径依次减小（稀有气体元素除外）。

②同主族从上到下，原子或同价态离子半径均增大。

③阳离子半径小于对应的原子半径，阴离子半径大于对应的原子半径，如r（Na＋）

r（S）

④电子层结构相同的离子，随核电荷数增大，离子半径减小，如r（S2－）>r（Cl－）>r（K＋）>r（Ca2＋）。

⑤不同价态的同种元素的离子，核外电子数多的半径大，如r（Fe2＋）>r（Fe3＋），r（Cu＋）>r（Cu2＋）。

2.电离能、电负性

（1）第一电离能：

气态电中性基态原子失去1个电子转化为气态基态正离子所需要的最低能量。

①电离能是衡量气态原子失去电子难易程度的物理量，元素的电离能越小，表示气态时越容易失电子，还原性越强。

②镁和铝相比，镁第一电离能大，磷与硫相比，磷第一电离能大。

（2）电负性：

用来描述不同元素的原子吸引电子的能力强弱。

①电负性越大，非金属性越强，反之越弱。

②电负性的变化规律是：

同周期从左到右，元素的电负性逐渐变大，同主族从上到下，元素的电负性逐渐变小。

因此电负性大的元素集中在元素周期表的右上角，电负性小的元素位于元素周期表的左下角。

③在元素周期表中，电负性最大的元素是氟，电负性最小的元素是铯。

短周期元素中电负性最小的是钠。

④金属的电负性一般小于1.8，非金属的电负性一般大于1.8。

而位于非金属三角区边界的“类金属”的电负性则在1.8左右，它们既有金属性，又有非金属性。

⑤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，被称为“对角线规则”。

⑥用电负性判断化学键的类型

一般认为：

如果两个成键元素原子间的电负性差值大于1.7，它们之间通常形成离子键；如果两个成键元素原子间的电负性差值小于1.7，它们之间通常形成共价键。

①电负性以氟的电负性为4.0和锂的电负性为1.0作为相对标准。

电负性没有单位。

②电负性越大的原子，对键合电子的吸引力越大。

【例1】已知X、Y元素同周期，且非金属性X＞Y，下列说法错误的是（）

A．X与Y形成化合物时，X显负价，Y显正价

B．第一电离能Y一定小于X

C．最高价含氧酸的酸性：

X对应的酸性强于Y对应的酸性

D．气态氢化物的稳定性：

HmY小于HmX

【例2】A元素的阳离子与B元素的阴离子具有相同的电子层结构，有关两元素的下列叙述：

①原子半径A＜B；②离子半径A＞B；③原子序数A＞B；④原子最外层电子数A＜B；⑤A的正价与B的负价绝对值一定相等；⑥A的电负性小于B的电负性；⑦A的第一电离能大于B的第一电离能．其中正确的组合是（）

A．③④⑥B．①②⑦C．③⑤D．③④⑤⑥⑦

【例3】　不同元素的气态原子失去最外层一个电子所需要的能量（设其为E）如图所示。

试根据元素在周期表中的位置，分析图中曲线的变化特点，并回答下列问题。

（1）同主族内不同元素的E值变化的特点是________。

各主族中E值的这种变化特点体现了元素性质的________变化规律。

（2）同周期内，随原子序数增大，E值增大。

但个别元素的E值出现反常现象。

试预测，下列关系式中正确的是________。

①E（砷）>E（硒）　　　②E（砷）

③E（溴）>E（硒）④E（溴）

（3）估计1mol气态Ca原子失去最外层一个电子所需能量E值的范围：

________

（4）10号元素E值较大的原因是__________________________________________。

【练习】

1.已知1～18号元素的离子aW3+、bX+、cY2﹣、dZ﹣都具有相同的电子层结构，下列关系正确的是（　　）

A．质子数c＞d，离子的还原性Y2﹣＞Z﹣

B．氢化物的稳定性H2Y＞HZ

C．原子半径X＜W，第一电离能X＜W

D．电负性Z＞Y＞W＞X

2.某元素原子价电子构型3d104s2，其应在（　　）

A．第四周期ⅡA族B．第四周期ⅡB族C．第四周期ⅦA族D．第四周期ⅦB族

3.下表列出了某短周期元素R的各级电离能数据（用I1、I2…表示，单位为kJ•mol﹣1）．下列关于元素R的判断中一定正确的是（　　）

I1

I2

I3

I4

I5

…

R

740

1500

7700

10500

13600

…

①R的最高正价为+3价

②R元素位于元素周期表中第ⅡA族

③R元素第一电离能大于同周期相邻元素

④R元素的原子最外层共有4个电子

⑤R元素基态原子的电子排布式为1s22s2．

A．①③B．②③C．②③④D．②③⑤

4.A元素的阳离子与B元素的阴离子具有相同的电子层结构，有关两元素的下列叙述：

①原子半径A＜B；②离子半径A＞B；③原子序数A＞B；④原子最外层电子数A＜B；⑤A的正价与B的负价绝对值一定相等；⑥A的电负性小于B的电负性；⑦A的第一电离能大于B的第一电离能．其中正确的组合是（）

A．③④⑥B．①②⑦C．③⑤D．③④⑤⑥⑦

5.第三周期元素的原子，其最外层p能级上仅有一个未成对电子，它最高价氧化物对应的水化物的酸根离子是（）

A．RO3—B．RO5—C．RO42—D．RO4—

6.下列各组元素的性质正确的是（　　）

A．第一电离能：

B＞Al＞Ga

B．电负性：

F＞N＞O

C．最高正价：

F＞S＞Si

D．原子半径：

P＞N＞C

7.第一电离能I1是指气态原子X（g）失去一个电子成为气态阳离子X+（g）所需的能量．图是部分元素原子的第一电离能I1随原子序数变化的曲线图．

请回答以下问题：

（1）认真分析图中同周期元素第一电离能的变化规律，将Na～Ar之间六种元素用短线连接起来，构成完整的图象．

（2）从如图分析可知，同一主族元素原子的第一电离能I1的变化规律是　．

（3）N元素的第一电离能比C、O元素的第一电离能大的原因是：

　　．

（4）气态锂原子失去核外不同电子所需的能量分别为：

失去第一电子为519kJ•mol﹣1，失去第二个电子为

7296kJ•mol﹣1，失去第三个电子为11799kJ•mol﹣1，由此数据分析为何锂原子失去核外第二个电子时所需的能量要远远大于失去第一个电子所需的能量　　．

3．元素性质递变规律

项目

同周期（从左到右）

同主族（从上到下）

原子核外电子排布

电子层数相同，最外层电子数逐渐增多，1→8（第一周期1→2）

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＋1→＋7，最低负价－4→－1

最高正价＝主族序数，

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

项目

同周期（从左到右）

同主族（从上到下）

元素的第一电离能

呈增大的趋势

逐渐减小

元素的电负性

逐渐增大

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

4.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

。

【例1】　下表列出前20号元素中的某些元素性质的一些数据：

性质元素

原子半径（10－10m）

最高价态

最低价态

①

1.02

＋6

－2

②

2.27

＋1

—

③

0.74

—

－2

④

1.43

＋3

—

⑤

0.77

＋4

－4

⑥

1.10

＋5

－3

⑦

0.99

＋7

－1

⑧

1.86

＋1

—

⑨

0.75

＋5

－3

⑩

1.17

＋4

－4

试回答下列问题。

（1）以上10种元素中，第一电离能最小的是________（填编号）。

（2）上述⑤⑥⑦三种元素中的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⑨和⑩形成的化合物的化学式为________，它是一种重要的结构材料，推测它应属于________晶体；元素①的原子价电子排布式是________。

（3）①⑥⑦⑩四种元素的气态氢化物的稳定性，由大到小的顺序是________（填化学式）。

（4）③和⑨两元素比较，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________（填序号）。

A．气态氢化物的挥发性和稳定性

B．单质分子中的键能

C．两元素的电负性

D．含氧酸的酸性

E．氢化物中X—H键的键长（X代表③和⑨两元素）

F．两单质在自然界的存在形式

【练习】

1.下列有关物质性质的比较顺序中，不正确的是（　　）

A．热稳定性：

HF＜HCl＜HBr＜HI

B．微粒半径：

K+＞Na+＞Mg2+＞Al3+

C．酸性：

HClO4＞H2SO4＞H3PO4＞H2SiO3

D．熔点：

Li＞Na＞K＞Rb

2.下列各组元素性质的递变情况错误的是（）

A．Na、Mg、Al原子最外层电子数依次增多

B．P、S、Cl元素最高正价依次升高

C．N、O、F第一电离能依次增大

D．Na、K、Rb电负性逐渐减小

元素推断常见题眼：

一、位置与结构

1.周期序数等于族序数两倍的元素是锂、钙（Li、Ca）

2.最高正价数等于最低负价绝对值三倍的元素是硫（S）

3.次外层电子数等于最外层电子数四倍的元素是镁（Mg）钙Ca

4.次外层电子数等于最外层电子数八倍的元素是钠（Na）、钾K

5.族序数与周期数相同的元素是H、Be、Al；族序数是周期数两倍的元素是C、S；族序数是周期数三倍的元素是O

6.只由质子和电子构成的元素原子是H（11H）

二、含量与物理性质

1.地壳中质量分数最大的元素是氧（O），其次是硅（Si）

2.地壳中质量分数最大的金属元素是铝（Al）

3.其单质是人工制得纯度最高的元素是硅（Si）

4.其单质为天然物质中硬度最大的元素是碳（C）

5.其气态氢化物最易溶于水的元素是氮（N）。

在常温、常压下，1体积水溶解700体积的NH3

6.其氢化物沸点最高的非金属元素是氧（O）

7.常温下，其单质是有色气体的元素是氟、氯（F、Cl）

8.所形成的化合物种类最多的元素是碳（C）

9.在空气中，其最高价氧化物的含量增加会导致“温室效应”的元素是碳（C）

10.其单质是最易液化的气体元素是氯（Cl）

11.其单质是最轻的金属元素的是锂（Li）

12.其最高价氧化物的水化物酸性最强的元素是氯（Cl）

13.电负性最大的元素是F

14.同周期中，碱金属的第一电离能最小，稀有气体的第一电离能最大。

三、化学性质与用途

1.单质与水反应最剧烈的非金属元素是氟（F）

2.其气态氢化物与最高价氧化物对应水化物能起化合反应的是氮（N）

NH3+HNO3=NH4NO3

3.其气态氢化物与其低价氧化物能反应生成该元素的单质的元素是硫（S）

2H2S+SO2=3S↓+2H2O

4.在空气中，其一种同素异形体易在空气中自燃的元素是磷（P）

5.其气态氢化物水溶液可雕刻玻璃的元素是氟（F）

6.其两种同素异形体对人类生存都非常重要的元素是氧（O），臭氧层被称为地球生物的保护伞。

7.能导电的非金属单质有石墨（C）和晶体硅（Si）

8.能与强碱溶液作用的单质有Al、Cl2、Si、S

2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2↑

Cl2+2NaOH=NaCl+NaClO+H2O

Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H2↑

3S+6NaOH（浓）=2Na2S+Na2SO3+3H2O

9.既能在CO2中燃烧又能在N2中燃烧的金属单质是镁（Mg）

CO2+2Mg点燃C+2MgO

N2+3Mg点燃Mg3N2

【例1】写出下列元素原子的电子排布式，并给出原子序数和元素名称。

（1）含有半满p轨道核电荷数最小的元素原子的电子排布式为_______，原子序数为_______，元素名称是_____。

（2）自然界中最活泼的金属元素原子的电子排布式为_______，原子序数为_______，元素名称是_____。

（3）最活泼的非金属元素原子的电子排布式为___________，原子序数为_______，元素名称是_____。

（4）第4周期稀有气体元素原子的电子排布式为___________，原子序数为_______，元素名称是_____。

（5）4p轨道半充满的元素原子的电子排布式为___________，原子序数为_______，元素名称是_____。

【例2】如图为元素周期表前四周期的一部分，下列有关R、W、X、Y、Z五种元素的叙述中，正确的是（　　）

A．W元素的第一电离能小于Y元素的第一电离能

B．Y、Z的阴离子电子层结构都与R原子的相同

C．p能级未成对电子最多的是Z元素

D．X元素是电负性最大的元素

【例3】四种短周期元素A、B、C、D，A、B、C同周期，C、D同主族，E是过渡元素．A的原子结构示意图为：

，B是同周期第一电离能最小的元素，C的最外层有三个成单电子，E的外围电子排布式为3d64s2．回答下列问题：

（1）写出下列元素的符号：

A　B　　

（2）用化学式表示上述五种元素中最高价氧化物对应水化物酸性最强的是　　．

（3）用元素符号表示D所在周期第一电离能最大的元素是　　．

（4）D的氢化物比C的氢化物的沸点　　（填“高“或“低“），原因是　　．

（5）E元素原子的核电荷数是　　，E元素在周期表的第　　族．元素周期表可按电子排布分为s区、p区等，则E元素在　　区．

（6）画出D的核外电子排布图　　，这样排布遵循了构造原理、　　原理和　　规则．

【例4】用“＞”、“＜”、“=”填空

（1）第一电离能：

PS；

（2）酸性：

H3PO4H2SO4；

（3）稳定性：

H2OH2SH2Se；

（4）微粒半径：

S2﹣Cl﹣K+；SS2﹣

（5）碱性：

KOHNaOHAl（OH）3；

（6）元素的电负性：

SCl．

【练习】

1、某元