高考化學(xué)一輪復(fù)習(xí) 專題二十七 物質(zhì)的結(jié)構(gòu)與性質(zhì) 考點一 原子結(jié)構(gòu)與性質(zhì)教學(xué)案

專題二十七物質(zhì)的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)考綱展示命題探究1能層、能級與原子軌道(1)概念能層：原子核外電子是分層排布的，根據(jù)電子的能量差異，可將核外電子分成不同的能層(n)；各能層最多可容納的電子數(shù)為2n2。能級：在多電子原子中，同一能層的電子，能量也可能不同，可將不同能量的電子分成不同的能級；同一能層里，能級的能量按s、p、d、f的順序升高，即E(ns)<E(np)<E(nd)<E(nf)。原子軌道：表示電子在原子核外的一個空間運動狀態(tài)。電子云輪廓圖給出了電子在核外經(jīng)常出現(xiàn)的區(qū)域，這種電子云輪廓圖也就是軌道的形象化描述。學(xué)霸巧學(xué)卡能層、能級和最多容納電子數(shù)之間的關(guān)系能層(n)能級最多容納電子數(shù)序數(shù)符號符號原子軌道數(shù)各能級各能層一K1s122二L2s1282p36三M3s12183p363d510四N4s12324p364d5104f714n2n2(2)原子軌道的能量關(guān)系 (3)原子核外電子排布的構(gòu)造原理絕大多數(shù)元素的原子核外電子的排布遵循如下圖所示的排布順序，人們把它稱為構(gòu)造原理。它是書寫基態(tài)、原子核外電子排布式的依據(jù)。學(xué)霸巧學(xué)卡核外電子的能量并不是完全按能層序數(shù)的增加而升高，不同能層的能級之間的能量高低有交錯現(xiàn)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。2基態(tài)原子的核外電子排布(1)排布規(guī)律能量最低原理原子核外電子優(yōu)先占有能量較低的軌道，然后依次進入能量較高的軌道，這樣使整個原子處于能量最低的狀態(tài)。學(xué)霸巧學(xué)卡所有電子排布規(guī)則都需滿足能量最低原理。泡利原理每個原子軌道里最多只能容納2個電子，且自旋狀態(tài)相反。如2s軌道上的電子排布為，不能表示為。洪特規(guī)則當(dāng)電子排布在同一能級的不同軌道時，基態(tài)原子中的電子總是優(yōu)先單獨占據(jù)一個軌道，且自旋狀態(tài)相同。如2p3的電子排布為，不能表示為或。學(xué)霸巧學(xué)卡當(dāng)能量相同的原子軌道在全充滿(p6、d10、f14)、半充滿(p3、d5、f7)或全空(p0、d0、f0)狀態(tài)時，體系的能量最低，這一點違反了洪特規(guī)則，可看成洪特規(guī)則的特例。如24Cr 的電子排布式：1s22s22p63s23p63d54s1(3d5、4s1均為半充滿穩(wěn)定狀態(tài))；29Cu的電子排布式：1s22s22p63s23p63d104s1(3d10為全充滿穩(wěn)定狀態(tài)，4s1為半充滿穩(wěn)定狀態(tài))。(2)表示方法表示方法以硫原子為例電子排布式1s22s22p63s23p4簡化電子排布式Ne3s23p4電子排布圖(或軌道表示式)價電子排布式3s23p4學(xué)霸巧學(xué)卡(1)當(dāng)出現(xiàn)d軌道時，雖然電子按ns、(n1)d、np的順序填充，但在書寫電子排布式時，仍把(n1)d放在ns前，如Fe：1s22s22p63s23p63d64s2正確，F(xiàn)e：1s22s22p63s23p64s23d6錯誤。(2)由于能級交錯，3d軌道的能量比4s軌道的能量高，排電子時先排4s軌道再排3d軌道，而失電子時，卻先失4s軌道上的電子。(3)書寫軌道表示式時，空軌道不能省略。如C的軌道表示式為，而不是(4)在書寫簡化的電子排布式時，并不是所有的都是X價電子排布式(注：X代表上一周期稀有氣體元素符號)。例如：Mn：Ar3d54s2，Br：Ar3d104s24p5。3電子的躍遷與原子光譜(1)基態(tài)原子：處于最低能量的原子叫基態(tài)原子；(2)激發(fā)態(tài)原子：當(dāng)基態(tài)原子的電子吸收能量后，電子會躍遷到較高能級，變成激發(fā)態(tài)原子。(3)電子的躍遷基態(tài)激發(fā)態(tài)當(dāng)基態(tài)原子的電子吸收能量后，會從低能級躍遷到較高能級，變成激發(fā)態(tài)原子。激發(fā)態(tài)基態(tài)激發(fā)態(tài)原子的電子從較高能級躍遷到低能級時會釋放出能量。(4)原子光譜不同元素的原子發(fā)生躍遷時會吸收或釋放不同的光，可以用光譜儀攝取各種元素原子的吸收光譜或發(fā)射光譜，總稱原子光譜。利用原子光譜的特征譜線可以鑒定元素，稱為光譜分析。4原子結(jié)構(gòu)與元素性質(zhì)(1)原子結(jié)構(gòu)與周期表的關(guān)系周期電子層數(shù)每周期第一種元素每周期最后一種元素原子序數(shù)基態(tài)原子的電子排布式原子序數(shù)基態(tài)原子的電子排布式二23He2s1101s22s22p6三311Ne3s1181s22s22p63s23p6四419Ar4s1361s22s22p63s23p63d104s24p6五537Kr5s1541s22s22p63s23p63d104s24p64d105s25p6六655Xe6s1861s22s22p63s23p63d104s24p64d104f145s25p65d106s26p6每周期第一種元素的最外層電子的排布式為ns1。每周期結(jié)尾元素的最外層電子排布式除He為1s2外，其余為ns2np6。氦原子核外只有2個電子，只有1個s軌道，還未出現(xiàn)p軌道，所以第一周期結(jié)尾元素的電子排布跟其他周期不同。一個能級組最多容納的電子數(shù)等于一個周期所包含的元素種類。但一個能級組不一定全部是能量相同的能級，而是能量相近的能級。(2)元素周期表的分區(qū)與原子的價電子排布的關(guān)系分區(qū)元素分布價電子排布s區(qū)第A族、第A族ns12p區(qū)第A族第A族、0族ns2np16(除He外)d區(qū)第B族第B族、第族(n1)d19ns12(除鈀外)ds區(qū)第B族、第B族(n1)d10ns12f區(qū)鑭系、錒系(n2)f 014(n1)d02ns25第一電離能(1)含義氣態(tài)電中性基態(tài)原子失去一個電子轉(zhuǎn)化為氣態(tài)基態(tài)正離子所需要的最低能量叫作第一電離能。常用符號I1表示，單位為kJmol1。(2)電離能的遞變規(guī)律同一元素：I1<I2<I3同周期元素，自左至右，元素的第一電離能在總體上呈現(xiàn)逐漸增大的趨勢，表明元素原子越來越難失去電子。同主族元素，自上而下，元素的第一電離能逐漸減小，表明元素原子越來越易失去電子。元素第一電離能變化的反常情況：第A族和第A族元素的第一電離能分別比同周期相鄰元素的第一電離能都高。學(xué)霸巧學(xué)卡(1)金屬活動性順序與元素相應(yīng)的電離能大小順序不完全一致，故不能根據(jù)金屬活動性順序表來判斷電離能的大小。(2)第一電離能的變化與元素原子的核外電子排布有關(guān)。通常情況下，當(dāng)原子核外電子排布在能量相等的軌道上形成全空(p0、d0、f0)、半充滿(p3、d5、f7)或全充滿(p6、d10、f14)的狀態(tài)時，原子的能量較低，該元素具有較大的第一電離能。(3)通常第A族元素的第一電離能大于第A族元素的，第A族元素的第一電離能大于第A族元素的，如I1(Mg)>I1(Al)、I1(P)>I1(S)。這是由于第A族、第A族元素原子的價電子排布分別為ns2、ns2np3，是較穩(wěn)定的全充滿、半充滿狀態(tài)，因而失去電子所需的能量較高。6電負(fù)性(1)含義用來描述不同元素的原子對鍵合電子吸引力的大小。電負(fù)性越大的原子，對鍵合電子的吸引力越大。(2)標(biāo)準(zhǔn)以氟的電負(fù)性為4.0和鋰的電負(fù)性為1.0作為標(biāo)準(zhǔn)，得出了各元素的電負(fù)性。(3)規(guī)律同一周期，從左至右，電負(fù)性逐漸增大，同一主族，從上至下，電負(fù)性逐漸減小。學(xué)霸巧學(xué)卡(1)不能將電負(fù)性1.8作為劃分金屬和非金屬的絕對標(biāo)準(zhǔn)。(2)共價化合物中，兩種元素電負(fù)性差值越大，它們形成共價鍵的極性就越強。(3)同周期元素，從左到右，非金屬性越來越強，電負(fù)性越來越大，第一電離能總體呈增大趨勢。1.思維辨析(1)p能級能量一定比s能級的能量高。()(2)鐵元素基態(tài)原子的電子排布式為1s22s22p63s23p64s23d6。()(3)磷元素基態(tài)原子的電子排布圖為 ()(4)同一原子中，2p、3p、4p能級的軌道數(shù)依次增多。()(5)價電子排布為4s24p3的元素位于第四周期第A族，是p區(qū)元素。()(6)價電子排布為5s25p1的元素位于第五周期第A族，是s區(qū)元素。()(7)電負(fù)性差值大于1.7時，一般形成離子鍵，小于1.7時，一般形成共價鍵。()(8)根據(jù)元素周期律，氮與氧、鎂與鋁相比，都是后者的第一電離能大。()(9)同一周期第一電離能越大，電負(fù)性越強。()答案(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)(8)(9)2下列關(guān)于元素第一電離能的說法不正確的是()A鉀元素的第一電離能小于鈉元素的第一電離能，故鉀的活潑性強于鈉B因同周期元素的原子半徑從左到右逐漸減小，故第一電離能必依次增大C最外層電子排布式為ns2np6(當(dāng)只有K層時為1s2)的原子，第一電離能較大D對于同一元素而言，原子的電離能I1<I2<I3答案B解析第一電離能越小，表明該元素原子越易失去電子，活潑性越強，A項正確；同周期元素的原子半徑從左到右逐漸減小，第一電離能一般來說依次增大，但有反常，如第一電離能：N>O、Mg>Al，B項錯；C項所述元素為0族元素，性質(zhì)穩(wěn)定，第一電離能都較大?？挤ňC述高考對本考點的考法主要圍繞微觀粒子的幾種表現(xiàn)形式(如掌握利用構(gòu)造原理書寫核外電子排布式)以及電離能、電負(fù)性的大小比較和應(yīng)用。命題法1原子核外電子排布表示方法典例1(1)基態(tài)鎵(Ga)原子的電子排布式：_。(2)Fe3的電子排布式為_。(3)基態(tài)Mn2的核外電子排布式為_。(4)Ni2的價層電子排布圖為_。解析(1)鎵(Ga)的原子序數(shù)為31，電子分布的能級為1s、2s、2p、3s、3p、3d、4s、4p。(2)Fe的原子序數(shù)為26，F(xiàn)e3的電子分布的能級為1s、2s、2p、3s、3p、3d。(3)Mn是25號元素，其電子排布式為Ar3d54s2，失去最外層2個電子，即得Mn2的電子排布式為Ar3d5。(4)Ni2的價電子排布圖為答案(1)1s22s22p63s23p63d104s24p1(2)1s22s22p63s23p63d5(或Ar3d5)(3)1s22s22p63s23p63d5(或Ar3d5)(4) 【解題法】核外(價)電子排布的表示方法表示方法含義舉例原子或離子結(jié)構(gòu)示意圖表示核外電子分層排布和核內(nèi)質(zhì)子數(shù)電子式表示原子最外層電子數(shù) 核外電子排布式表示每個能級上排布的電子數(shù)S：1s22s22p63s23p4或Ne3s23p4 S2：1s22s22p63s23p6電子排布圖(軌道表示式)表示每個原子軌道中電子的運動狀態(tài)價層電子排布式或排布圖表示價層電子的排布命題法2電離能、電負(fù)性的大小比較典例2(1)N、O、S中第一電離能最大的是_(填元素符號)。(2)鎂所在周期中第一電離能最大的主族元素是_。(3)第一電離能：Si_S(用“>”或“<”填空)。(4)F、K、Fe、Ni四種元素中電負(fù)性最大的是_(填元素符號)。(5)Ni是元素周期表中第28號元素，第二周期基態(tài)原子中未成對電子數(shù)與Ni相同且電負(fù)性最小的元素是_。解析第一電離能一般規(guī)律：同周期從左到右呈遞增趨勢，同主族從上至下遞減，當(dāng)原子軌道呈全滿、半滿、全空狀態(tài)時穩(wěn)定，第一電離能反常的大。第三周期元素的第一電離能的大小順序為Cl>P>S>Si>Mg>Al>Na，則第一電離能最大的是Cl。(4)同周期，從左到右，元素的電負(fù)性逐漸增大，同主族，從上到下，元素的電負(fù)性逐漸減小，由此可知，四種元素中電負(fù)性最大的是F元素。(5)Ni的外圍電子排布為3d84s2,3d能級上有2個未成對電子。第二周期中未成對電子數(shù)為2的元素有C、O，其中C的電負(fù)性小于O。答案(1)N(2)Cl(3)<(4)F(5)C【解題法】電離能、電負(fù)性的變化規(guī)律及應(yīng)用(1)變化規(guī)律(2)電離能的應(yīng)用判斷元素金屬性的強弱：電離能越小，金屬越容易失去電子，金屬性越強；反之越弱。判斷元素的化合價如果某元素的In1In，則該元素的常見化合價為n，如鈉元素I2I1，所以鈉元素化合價為1。判斷核外電子的分層排布情況多電子原子中，元素的各級電離能逐級增大，有一定的規(guī)律性。當(dāng)電離能的變化出現(xiàn)突變時，電子層數(shù)就可能發(fā)生變化。反映元素原子的核外電子排布特點同周期元素從左向右，元素的第一電離能并不是逐漸增大的，當(dāng)元素的核外電子排布是全空、半充滿和全充滿狀態(tài)時，第一電離能就會反常地大。(3)電負(fù)性的應(yīng)用判斷金屬性與非金屬性強弱金屬元素的電負(fù)性一般小于1.8，金屬元素的電負(fù)性越小，金屬元素越活潑非金屬元素的電負(fù)性一般大于1.8，非金屬元素的電負(fù)性越大，非金屬元素越活潑判斷元素在化合物中的價態(tài)電負(fù)性大的元素易呈現(xiàn)負(fù)價電負(fù)性小的元素易呈現(xiàn)正價判斷化學(xué)鍵類型電負(fù)性差值大的元素原子之間形成的化學(xué)鍵主要是離子鍵電負(fù)性差值小的元素原子之間形成的化學(xué)鍵主要是共價鍵1下列曲線表示鹵族元素某種性質(zhì)隨核電荷數(shù)的變化趨勢，正確的是()答案A解析同主族元素從上到下電負(fù)性減小，A項正確；F沒有最高正價，Cl、Br的最高正價為7，B項錯誤；沸點：HF>HCl<HBr，因為HF分子間可形成氫鍵，故C項錯誤；熔點：F2<Cl2<Br2，因為對于組成和結(jié)構(gòu)相似的物質(zhì)，相對分子質(zhì)量越大，分子間作用力越大，熔點越高。2X、Y、Z、W是短周期元素，X元素原子的最外層未達到8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，工業(yè)上通過分離液態(tài)空氣獲得其單質(zhì)；Y元素原子最外電子層上s、p電子數(shù)相等；Z元素2價陽離子的核外電子排布與氖原子相同；W元素原子的M層有1個未成對的p電子。下列有關(guān)這些元素性質(zhì)的說法一定正確的是()AX元素的氫化物的水溶液顯堿性BZ元素的離子半徑大于W元素的離子半徑CZ元素的單質(zhì)在一定條件下能與X元素的單質(zhì)反應(yīng)DY元素最高價氧化物的晶體具有很高的熔點和沸點答案C解析X為N或O；Y的最外層電子排布式為ns2np2為C或Si；Z為Mg；W的最外層電子排布式為3s23p1或3s23p5，為Al或Cl；如果X是O，由H2O2、H2O可知A選項錯誤；Mg2的半徑大于Al3的半徑小于Cl的半徑，B選項錯誤；Mg與O2、N2均能發(fā)生反應(yīng)，C選項正確；由CO2可知D選項錯誤。3下列各組表述中，兩個原子不屬于同種元素原子的是()A3p能級有一個空軌道的基態(tài)原子和核外電子的排布式為1s22s22p63s23p2的原子B2p能級無空軌道且有一個未成對電子的基態(tài)原子和原子的最外層電子排布式為2s22p5的原子CM層全充滿而N層為4s2的原子和核外電子排布式為1s22s22p63s23p64s2的原子D最外層電子數(shù)是核外電子總數(shù)1/5的原子和最外層電子排布式為4s24p5的原子答案C解析A項，3p能級有一個空軌道的基態(tài)原子，按洪特規(guī)則可得其3p軌道上只能有兩個電子，所以兩個原子是同種元素的原子；B項，2p能級無空軌道且有一個未成對電子的基態(tài)原子，它的2p能級上只能是5個電子，所以兩原子是同種元素的原子；C項，M層全充滿而N層為4s2的原子，其M層應(yīng)為18個電子，而后者的M層上只有8個電子，所以兩原子不是同種元素的原子；D項，最外層電子數(shù)是核外電子總數(shù)的1/5的原子中，最外層電子數(shù)要小于或等于8個電子，且電子總數(shù)為5的倍數(shù)，所以可得該原子可能是原子序數(shù)為5、10、15、20、25、30、35、40，其中滿足最外層電子數(shù)是核外電子總數(shù)的1/5且符合核外電子排布規(guī)則的只能是35號元素，該元素原子的外圍電子排布式為4s24p5，所以兩原子是同種元素的原子。4下列各組原子中，彼此化學(xué)性質(zhì)一定相似的是()A原子核外電子排布式為1s2的X原子與原子核外電子排布式為1s22s2的Y原子B原子核外M層上僅有兩個電子的X原子與原子核外N層上僅有兩個電子的Y原子C2p軌道上只有2個電子的X原子與3p軌道上只有2個電子的Y原子D最外層都只有一個電子的X、Y原子答案C解析本題考查的是核外電子排布的知識。A中1s2結(jié)構(gòu)的原子為He,1s22s2結(jié)構(gòu)的原子為Be，兩者性質(zhì)不相似；B項X原子為Mg，Y原子N層上有2個電子的有多種元素，如第四周期中Ca、Fe等都符合，化學(xué)性質(zhì)不一定相似；C項為同主族的元素，化學(xué)性質(zhì)一定相似；D項最外層只有1個電子的不僅A族元素是，過渡元素中也有很多最外層只有1個電子，故性質(zhì)不一定相似。5C、N、O、Al、Si、Cu是常見的六種元素。(1)Si位于元素周期表第_周期第_族。(2)N的基態(tài)原子核外電子排布式為_，Cu的基態(tài)原子最外層有_個電子。(3)用“>”或“<”填空：原子半徑電負(fù)性熔點沸點Al_SiN_O金剛石_晶體硅CH4_SiH4答案(1)三A(2)1s22s22p31(3)><><解析(1)Si元素位于元素周期表第三周期第A族。(2)氮基態(tài)原子電子排布式為1s22s22p3；Cu原子核外電子數(shù)為29，基態(tài)原子核外電子排布式為1s22s22p63s23p63d104s1，最外層有1個電子。(3)同一周期元素的原子半徑隨著原子序數(shù)的增大而減小，所以原子半徑：Al>Si；對于非金屬而言，非金屬性越強電負(fù)性越大，所以電負(fù)性：O>N；金剛石與晶體硅均屬于原子晶體，由于C原子半徑小于Si，CC鍵的鍵長小于SiSi鍵的鍵長，鍵長越短，鍵能越大，熔點越高，故熔點：金剛石>晶體硅；CH4與SiH4屬于結(jié)構(gòu)相似的分子，范德華力隨著相對分子質(zhì)量的增大而增大，范德華力越大，沸點越高，所以沸點：CH4<SiH4。6(1)基態(tài)Fe原子有_個未成對電子，F(xiàn)e3的電子排布式為_?？捎昧蚯杌洐z驗Fe3，形成的配合物的顏色為_。(2)周期表前四周期的元素a、b、c、d、e，原子序數(shù)依次增大。a的核外電子總數(shù)與其周期數(shù)相同，b的價電子層中的未成對電子有3個，c的最外層電子數(shù)為其內(nèi)層電子數(shù)的3倍，d與c同族；e的最外層只有1個電子，但次外層有18個電子。b、c、d中第一電離能最大的是_(填元素符號)，e的價層電子軌道示意圖為_。(3)X、Y、Z、R為前四周期元素，且原子序數(shù)依次增大。XY2是紅棕色氣體；X與氫元素可形成XH3；Z基態(tài)原子的M層與K層電子數(shù)相等；R2離子的3d軌道中有9個電子。請回答下列問題：Y基態(tài)原子的電子排布式是_；Z所在周期中第一電離能最大的主族元素是_。(4)基態(tài)硼原子的電子排布式為_。31Ga基態(tài)原子的核外電子排布式是_。Cu基態(tài)核外電子排布式為_。答案(1)41s22s22p63s23p63d5血紅色(2)N(3)1s22s22p4Cl(4)1s22s22p11s22s22p63s23p63d104s24p11s22s22p63s23p63d10解析(1)基態(tài)鐵原子的3d能級軌道示意圖為，有4個未成對電子，F(xiàn)e3的電子排布式為1s22s22p63s23p63d5，F(xiàn)e(SCN)3溶液呈血紅色。(2)由題意推出a、b、c、d、e依次是H、N、O、S、Cu。第一電離能同周期從左向右呈逐漸增大趨勢，由于N的2p軌道處于半滿，較穩(wěn)定，所以第一電離能N>O。同主族從上到下，第一電離能逐漸減小，故O>S。Cu的價層電子軌道示意圖為(3)根據(jù)題給信息，可以推斷X為N，Y為O，Z為Mg，R為Cu。O原子核外有8個電子，基態(tài)原子的核外電子排布式為1s22s22p4。Mg位于第三周期，第三周期中第一電離能最大的主族元素為Cl。