物质结构与性质原子结构与性质导学案教师版.docx
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物质结构与性质原子结构与性质导学案教师版
原子结构与性质
考点1 核外电子的运动状态与核外电子排布规律
1.原子核外电子的运动特征：
将多电子原子的核外电子按能量的差异分成不同的 ；各能层（n）最多容纳的电子数为 。
对于同一能层里能量不同的电子，将其分成不同的 ；能级类型的种类数与能层数相对应。
能层（n）
一
二
三
四
五
六
七
符号
K
L
M
N
O
P
Q
能级（l）
1s
2s
2p
3s
3p
3d
4s
4p
4d
4f
5s
…
…
最多电子数
2
2
6
2
6
10
2
6
10
14
2
…
…
2
8
18
32
…
2n2
2.同一个原子中，离核越近，n越小的电子层能量 。
同一电子层中，各能级的能量按s、p、d、f…的次序 。
3.电子云指电子在原子核外出现的 ，是核外电子运动状态的形象化描述。
4.原子轨道指不同能级上的电子在原子核外空间出现几率约为90%的电子云空间轮廓图。
s能级电子的原子轨道都是 形的；p能级电子的原子轨道都是 形的，每个p能级有3个原子轨道，它们相互垂直，分别以 表示；d能级电子有 个原子轨道；f能级电子有 个原子轨道。
5.构造原理：
绝大多数基态原子核外电子的排布都遵循构造原理。
顺序如下图：
构造原理揭示了原子核外电子的能级分布。
从中可以看出，不同能层的能级有 现象，如E（3d）>E（4s）、E（4d）>E（5s）、E（5d）>E（6s）、E（6d）>E（7s）、E（4f）>E（5p）、E（4f）>E（6s）等。
构造原理是书写基态原子电子排布式的依据，也是绘制基态原子电子排布图（即轨道表示式）的主要依据之一。
6.能量最低原理：
现代物质结构理论原理证实，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 。
处于最低能量的原子叫做 原子。
原子核外电子遵循构造原理排布时，原子的能量处于最低状态。
即在基态原子里，电子优先排布在能量 的能级里，然后排布在能量逐渐 的能级里。
7.泡利原理：
每个原子轨道里最多只能容纳2个自旋方向 的电子。
8.洪特规则：
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，而且自旋方向 。
（注意：
全空、半充满或全充满状态能量最低、最稳定）
9.不同元素的原子发生跃迁时会吸收或释放不同颜色的光，可以用光谱仪摄取各种元素原子的 ，总称原子光谱。
例题1 请完成下列相关的核外电子排布式：
（1）Cu+基态核外电子排布式为 。
（2）基态Mn2+的电子排布式可表示为 。
（3）Cr3+基态核外电子排布式为 。
【答案】
（1）1s22s22p63s23p63d10（或[Ar]3d10）
（2）1s22s22p63s23p63d5（或[Ar]3d5）
（3）1s22s22p63s23p63d3（或[Ar]3d3）
变式1 请完成下列相关的核外电子排布式：
（1）基态Ni原子的电子排布式为 。
（2）Mg原子核外电子排布式为 ；Ca原子最外层电子的能量 （填“低于”、“高于”或“等于”）Mg原子最外层电子的能量。
（3）Si基态原子的电子排布式是 。
（4）N基态原子的核外电子排布式为 ；Cu的基态原子最外层有 个电子。
【答案】
（1）1s22s22p63s23p63d84s2（或[Ar]3d84s2）
（2）1s22s22p63s2 高于 （3）1s22s22p63s23p2（或[Ne]3s23p2） （4）1s22s22p3 1
1.最易失去的电子的能量相对较高，但不一定是最高的，如Fe失去电子时是先失去能量较高的4s电子，然后才失去能量最高的3d电子。
2.能量越低的电子在离核越近的区域运动，能量较高的电子在离核较远的区域运动。
3.电子排布式的书写：
①要依据构造原理来完成；②对于副族元素要注意能级交错；③要注意“价电子排布”、“核外电子排布”的区别；④关注原子电子排布式与离子电子排布式的区别。
4.电子排布式的几个特例。
Cr：
[Ar]3d54s1、Cu：
[Ar]3d104s1、Fe2+：
[Ar]3d6。
考点2 原子的性质
1.电离能
（1）气态原子或离子 叫做电离能，单位为 。
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称为 。
（2）根据电离能的定义可知，电离能越小，表示在气态时该原子 ；反之，电离能越大，表示在气态时该原子 。
同一周期从左到右，元素的第一电离能总体上具有 的趋势（一定要注意例外情况），同一主族从上到下，元素的第一电离能 。
2.电负性
（1） 叫做键合电子；我们用电负性描述 。
在不同元素形成的化合物中，电负性大的元素显负价，电负性小的元素显正价。
电负性越大，元素的非金属性越强，反之越弱。
（2）变化规律：
在元素周期表中，同周期从左到右元素的电负性逐渐增大，同主族从上到下元素的电负性逐渐 。
（3）金属元素的电负性越小，金属元素越 ；非金属元素的电负性越大，非金属元素越 。
3.原子半径:
元素周期表中，同周期主族元素从左到右，原子半径逐渐 ；同主族元素从上到下，原子半径逐渐 。
4.原子结构与元素周期表
（1）s区：
特征电子排布ns1~2，均为主族元素，其价电子数= 。
（2）p区：
特征电子排布ns2np1~6（He：
1s2除外），包括ⅢA~ⅦA族、0族，其中主族元素的价电子数= ，0族元素的价电子数为8（He为2）。
（3）d区：
特征电子排布（n-1）d1~9ns1~2，均为金属元素，其价电子数= 。
（4）ds区：
特征电子排布（n-1）d10ns1~2，均为金属元素，其最外层电子数= 。
例题2 尿素是一种重要的工业原料，在160℃分解制备异氰酸和氨气，化学方程式为CO（NH2）2
HCNO+NH3。
完成下列各题：
（1）在上述反应所涉及的各元素中，原子半径最大的元素是 。
（2）在上述物质中有三种元素处于同周期，完成下列填空：
a.气态氢化物的稳定性由大到小顺序是 ；
b.元素的第一电离能由大到小顺序是 ；
c.元素的电负性由大到小顺序是 。
（3）氰酸有两种结构，一种分子内含有三键
≡N，称为氰酸，另一种分子内不含三键
，称为异氰酸。
则异氰酸分子中碳元素的化合价是 。
【答案】
（1）C
（2）H2O>NH3>CH4 N>O>C O>N>C （3）+4
变式2 已知元素的某种性质“X”和原子半径、金属性、非金属性等一样，也是元素的一种基本性质。
下面给出13种元素的X的数值：
元素
Al
B
Be
C
Cl
F
Li
X的数值
1.5
2.0
1.5
2.5
2.8
4.0
1.0
元素
Mg
Na
O
P
S
Si
X的数值
1.2
0.9
3.5
2.1
2.5
1.7
试结合元素周期律知识完成下列问题：
（1）经验规律告诉我们：
当形成化学键的两原子相应元素的X差值大于1.7时，所形成的一般为离子键；当小于1.7时，一般为共价键。
试推断AlBr3中的化学键类型：
。
（2）根据上表给出的数据，简述主族元素的X的数值大小与元素的金属性或非金属性强弱之间的关系：
；简述第2周期元素（除惰性气体外）的X的数值大小与原子半径之间的关系：
。
（3）请你预测Br与I元素的X数值的大小关系：
。
（4）某有机化合物分子中含有S—N键，你认为该共用电子对偏向于 （填元素符号）原子。
【答案】
（1）共价键
（2）元素X的数值越大，元素的非金属性越强（或元素X的数值越小，元素的金属性越强） 原子半径越小，X的数值越大 （3）Br大于I （4）N
1.同主族从上到下，元素的第一电离能逐渐减小，电负性逐渐减小；而同一周期从左到右，元素的第一电离能总的趋势逐渐增大，电负性也逐渐增大，但需注意第一电离能中的特殊情况（如半满和全满情况），如第2周期的Be>B、N>O，第3周期的Mg>Al、P>S等。
2.掌握用第一电离能、第二电离能、第三电离能等逐级电离能判断相应的元素，若第一电离能与第二电离能相差很大，则该元素的价电子为1个，若第一、第二电离能相差不大，但第二电离能与第三电离能相差较大，则该元素的价电子为2个，以此类推。
3.电负性的大小可以作为判断元素金属性和非金属性强弱的尺度。
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”的电负性则在1.8左右。
一般来说电负性越小，金属性越强；电负性越大，非金属性越强。
两元素电负性差值大于1.7一般形成的是离子键；两元素电负性差值小于1.7一般形成的是共价键。
【随堂检测】
1.书写下列原子或离子基态时电子排布式。
微粒
电子排布式
微粒
电子排布式
微粒
电子排布式
Cu原子
Cu+
Cu2+
Fe原子
Fe2+
Fe3+
Cr原子
Cr3+
Mn原子
Mn2+
微粒
电子排布式
微粒
电子排布式
微粒
电子排布式
Cu原子
[Ar]3d104s1
Cu+
[Ar]3d10
Cu2+
[Ar]3d9
Fe原子
[Ar]3d64s2
Fe2+
[Ar]3d6
Fe3+
[Ar]3d5
Cr原子
[Ar]3d54s1
Cr3+
[Ar]3d3
Mn原子
[Ar]3d54s2
Mn2+
[Ar]3d5
2.书写下列原子或离子基态时电子排布式。
（1）（2016·盐城期中）锌离子基态时核外电子排布式为 。
（2）（2016·徐州期中）写出基态镍原子的核外电子排布式：
。
（3）（2016·苏州调研）Cu元素基态原子的外围电子排布式为 。
（4）（2015·宿迁联考）Mn元素价电子层的电子排布式为 。
【答案】
（1）1s22s22p63s23p63d10（或[Ar]3d10）
（2）1s22s22p63s23p63d84s2（或[Ar]3d84s2）（3）3d104s1（4）3d54s2
3.在Fe、Ni、F、K四种元素中第一电离能最小的是 ，电负性最大的是 。
【答案】 K F
【课后检测】
1.
（1）CH4和CO2所含的三种元素电负性从小到大的顺序为 。
（2）基态Ni原子的电子排布式为 ，该元素位于元素周期表 族。
2.合成氨是人类科学技术上的一项重大突破，工业合成氨生产中常用铁触媒作催化剂。
（1）请写出Fe元素的基态原子核外电子排布式：
。
（2）合成氨工业中，原料气（N2、H2及少量CO、NH3的混合气）中C、N、O三种元素的第一电离能由小到大的顺序为 。
3.第一电离能介于B、N之间的第2周期元素有 种。
4.N、Al、Si、Zn四种元素中，有一种元素的电离能数据如下：
电离能
I1
I2
I3
I4
……
In/kJ·mol-1
578
1817
2745
11578
……
则该元素是 （填写元素符号）。
5.铁是地壳中含量较丰富的元素，仅次于氧、硅、铝元素，其单质及合金在生产生活中应用广泛。
化学上常用KSCN溶液等来检验溶液中是否存在Fe3+。
（1）Fe3+基态的电子排布式可表示为 。
（2）C、N两种元素的简单气态氢化物的热稳定性由强到弱的顺序为 （填化学式）。
（3）C、N、O三种元素的第一电离能由大到小的顺序为 （填元素符号）。
6.W、X、Y、Z、N是短周期元素，它们的核电荷数依次增大。
元素
元素性质或原子结构
W
原子核内无中子
X
原子核外s亚层上的电子总数与p亚层上的电子总数相等
Y
元素的离子半径在该周期中最小
Z
原子核外p亚层上的电子总数比s亚层上的电子总数多2
N
最外层电子数比次外层电子数少1
（1）W单质的化学式为 ，Z元素原子核外有 个原子轨道填充了电子。
（2）Y、Z和N三种元素第一电离能由大到小的顺序为 （填元素符号）。
（3）X与Z两元素的电负性较大的是 （填元素符号）。
（4）Z元素原子共有 种不同运动状态的电子。
7.我国发射的嫦娥卫星圆满完成了多项科学任务。
月球上的主要矿物有辉石（CaMgSi2O6）、斜长石（KAlSi3O8）和橄榄石（可分为铁橄榄石（Fe2SiO4）、镁橄榄石（Mg2SiO4）、铁-镁橄榄石[（Mg·Fe）2SiO4]）等。
（1）铁橄榄石中铁元素化合价为 ，硅元素原子核外电子排布式为 。
（2）硅元素的原子核外共有 种不同能级的电子，其原子最外层共有 种不同运动状态的电子。
（3）月球上的上述主要矿物中，属于短周期元素的原子半径由大到小的顺序为 （填元素符号）。
（4）某元素与氧元素同周期，且与氧元素组成的化合物中氧元素显+2价，两者电负性关系是 （填元素符号）。
8.下表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：
（1）元素p为26号元素，请写出其基态原子电子排布式：
。
（2）d单质与a单质反应的产物分子中，中心原子的杂化形式为 。
（3）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：
。
（4）o、p两元素的部分电离能数据如下表：
元素
电离能/kJ·mol-1
o
p
I1
717
759
I2
1509
1561
I3
3248
2957
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 。
（5）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）。
（6）表中所列的某主族元素的电离能情况如图2所示，则该元素是 （填元素符号）。
图1图2
9.X、Y、Z、W是元素周期表前四周期中的常见元素，其相关信息如下表：
元素
相关信息
X
X的基态原子L层电子数是K层电子数的2倍
Y
Y的基态原子最外层电子排布式为nsnnpn+2
Z
Z存在质量数为23，中子数为12的核素
W
W有多种化合价，其白色氢氧化物在空气中会迅速变成灰绿色，最后变成红褐色
（1）W位于元素周期表第 周期 族，其基态原子最外层有 个电子。
（2）X的电负性比Y的 （填“大”或“小”）；X和Y的气态氢化物中，较稳定的是 （填化学式）。
（3）写出Z2Y2与XY2反应的化学方程式，并标出电子转移的方向和数目：
。
（4）X元素和氢元素可形成多种有机物，有些物质的核磁共振氢谱显示有两种氢，写出其中一种物质的名称：
。
氢元素、X元素和Y元素也可共同形成多种有机物和某种常见无机阴离子，写出其中一种有机物与该无机阴离子反应的离子方程式：
。
【课后检测答案】
专题八 物质结构与性质
课时33 原子结构与性质
1.
（1）H（2）1s22s22p63s23p63d84s2（或[Ar]3d84s2） Ⅷ
【解析】
（1）元素的非金属性越强，其电负性越大，由于非金属性：
O>C>H，故电负性：
H（2）Ni为28号元素，基态Ni原子的电子排布式为[Ar]3d84s2，处于元素周期表第4周期Ⅷ族。
2.
（1）1s22s22p63s23p63d64s2（或[Ar]3d64s2）
（2）C【解析】
（1）铁的原子序数为26，根据构造原理书写Fe基态核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2或[Ar]3d64s2。
（2）由于N原子结构中p轨道为半充满结构，比较稳定，所以第一电离能大小顺序为C
3.3 【解析】 因N的p轨道处于半充满的稳定状态，因此N的第一电离能大于O，Be的s轨道处于全满的稳定状态，其第一电离能大于B，因此第一电离能介于在B、N间的第2周期元素有Be、C、O三种元素。
4.Al 【解析】 从电离能数据来看，在I3和I4之间产生突跃，所以判断该元素的最外层有三个电子，则应为铝。
5.
（1）1s22s22p63s23p63d5（或[Ar]3d5）
（2）NH3>CH4 （3）N>O>C
6.
（1）H2 8
（2）Cl>Si>Al （3）O （4）14
【解析】 原子核内无中子的元素是氢元素；原子核外s亚层电子数与p亚层电子数相等的是1s22s22p4（氧元素）；元素的离子半径在该周期中最小的是Al3+，原子核外s亚层电子数比p亚层电子数少2的是1s22s22p63s23p2（硅元素）；最外层电子数比次外层电子数少1的是氯元素。
核外有多少个电子就有多少种不同的运动状态。
7.
（1）+2 1s22s22p63s23p2
（2）5 4
（3）Mg>Al>Si>O （4）F>O
【解析】
（1）根据氧元素-2价、硅元素+4价，铁橄榄石Fe2SiO4中铁元素化合价为+2价，硅元素原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p2。
（2）硅元素原子核外有5种不同能级的电子，最外层有4种不同运动状态的电子。
（3）属于短周期元素的是Mg、Al、Si、O。
（4）与氧元素组成的化合物中氧元素显+2价，说明电负性比氧元素更强，只有F元素。
8.
（1）1s22s22p63s23p63d64s2（或[Ar]3d64s2）
（2）sp3 （3）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 （4）Mn2+的3d轨道电子排布为半充满状态，比较稳定 （5）2 （6）Al
【解析】
（2）d为N元素，a为H元素，N2和H2反应生成的NH3中N原子的杂化类型为sp3。
（3）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。
（4）o元素为Mn，其基态原子电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s2，Mn2+的基态电子排布式为1s22s22p63s23p63d5，其3d能级为半充满结构，相对比较稳定，当其失去第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结构，故其失去第3个电子比较容易。
（5）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。
（6）由图可知，该元素的电离能I4远大于I3，故为ⅢA族元素，应为Al。
9.
（1）4 Ⅷ 2
（2）小 H2O
（3）
（4）丙烷（合理即可）
HC
+CH3COOH
CH3COO-+CO2↑+H2O（合理即可）
【解析】 由题中信息可推知X、Y、Z、W分别为C、O、Na、Fe元素。
（1）Fe的基态原子价电子排布式为3d64s2，最外层有2个电子。
（2）同周期元素从左到右，电负性逐渐增大，所以C的电负性小于O。
（3）Na2O2与CO2反应的化学方程式为2Na2O2+2CO2
2Na2CO3+O2，在标电子转移的方向和数目时，应注意Na2O2中氧元素化合价一部分升高，一部分降低。
（4）含有两种氢原子的烃较多，如丙烷（CH3CH2CH3）、丙炔（CH3C≡CH）等。
由C、H、O三种元素形成的分子很多，但形成的无机阴离子只有HC
，因此能与HC
反应的有机物必须为羧酸，如CH3COOH、HCOOH等。
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