1、模块 5结构化学与有机化学第十一单元物质结构与性质(选修3)第1节原子结构与性质课标要求核心素养1.了解原子核外电子的运动状态。2.了解原子结构的构造原理，知道原子核外电子的能级分布，能用电子排布式表示常见元素(136 号)原子核外电子的排布。3.能说出元素电离能、电负性的涵义，能应用元素的电离能说明元素的某些性质。4.知道原子核外电子在一定条件下会发生跃迁，了解其简单应用。微观探析 能从原子的微观层面理解其结构和性质的联系，形成“结构决定性质，性质决定应用”的观念；能根据原子的微观结构预测物质在特定条件下可能具有的性质。能层KLMN能级1s2s、2p3s、3p、3d4s、4p、4d、4f原子
2、轨道数目_ _ _135716最多容纳电子数目_ _ _32考点一原子核外电子排布原理1134 13591.能层、能级和原子轨道2818球形哑铃2.原子轨道的形状、数目及能量关系(1)轨道形状s电子的原子轨道呈_p电子的原子轨道呈_对称形(2)s、p、d、f 能级上原子轨道数目依次为_，其中npx、npy、npz三个原子轨道在三维空间相互_，各能级的原子轨道半径随能层数(n)的增大而_。1、3、5、7垂直增大(3)能量关系相同相同能层上原子轨道能量的高低：nsnpndnf形状相同的原子轨道能量的高低：1s2s3s4s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 2px、2py、2p
3、z轨道的能量_3.基态原子核外电子排布依据(1)排布原则最低2相反相同洪特规则特例：当能量相同的原子轨道在全满(p6、d10、f14)、半满(p3、d5、f7)、全空(p0、d0、f0)时原子的能量最低，如24Cr的电子排布式为Ar3d54s1，29Cu 的电子排布式为Ar3d104s1。(2)填充顺序构造原理绝大多数元素的原子核外电子的排布遵循如图所示的排布顺序，人们把它称为构造原理。它是书写基态原子核外电子排布式的依据。表示方法含义举例原子或离子结构示意图表示核外电子分层排布和核内质子数电子式表示原子最外层电子数目核外电子排布式表示每个能级上排布的电子数S：1s22s22p63s23p4或
4、Ne3s23p4S2：1s22s22p63s23p64.核外电子排布的表示方法表示方法含义举例轨道表示式(电子排布图)表示每个原子轨道中电子的运动状态价电子排布式或排布图表示价电子的排布(续表)5.原子状态和原子光谱(1)基态原子：处于_能量的原子。(2)激发态原子：当基态原子的电子_能量后，电子会跃迁到较高能级，变成激发态原子。(3)基态、激发态及光谱示意图最低吸收 自主测评 1.易错易混辨析(正确的画“”，错误的画“”)。(1)p能级能量一定比 s 能级的能量高()(2)钾元素的基态原子的电子排布式为 1s22s22p63s23p63d1()(3)铁元素的基态原子的核外电子排布式为(4)磷
5、元素的基态原子的电子排布图为()1s22s22p63s23p64s23d6()(5)Cr 的基态原子的简化电子排布式为Ar3d44s2()(6)基态原子电子能量的高低顺序为 E(1s)E(2s)E(2px)E(2py)E(2pz)()(7)电子排布式(22Ti)1s22s22p63s23p10违反了能量最低原理()答案：(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)2.【深度思考】(1)基态镍原子的价电子排布式为_，能量最高的电子所占能级的原子轨道有_个伸展方向。(2)下列氮原子的电子排布图表示的状态中，能量由低到高的顺序是_(填选项字母)。ACBD(4)铜或铜盐的焰色反应为绿色，该光谱是_(填“
6、吸收光谱”或“发射光谱”)。答案：(1)3d84s25(2)ACBE4s，所以电子先排4s 轨道，再排3d 轨道，而失电子时，都先失4s 轨道上的电子。(2)书写轨道表示式时，空轨道不能省略。如C 的轨道表示式为，而不是。考向2根据基态原子核外电子排布推断元素3.(2020 年泰安一模)下列各组原子中，彼此化学性质一定相似的是()A.最外层都只有一个电子的 X、Y 原子B.原子核外 M 层上仅有两个电子的 X 原子与 N 层上仅有两个电子的 Y 原子C.2p 轨道上有三个未成对电子的 X 原子与 3p 轨道上有三个未成对电子的 Y 原子D.原子核外电子排布式为1s2的 X 原子与原子核外电子排
7、布式为 1s22s2 的 Y 原子解析：最外层只有一个电子的原子有 H、Na、Cu 等，化学性质不一定相似，A 错误；原子核外 M 层上仅有两个电子的 X原子为 Mg，原子核外 N 层上仅有两个电子的 Y 原子有 Ca、Fe、Ti 等，二者性质不一定相似，B 错误；2p 轨道上有三个未成对电子的 X 原子为 N,3p 轨道上有三个未成对电子的 Y 原子为 P，N、P 位于同一主族，化学性质相似，C 正确；原子核外电子排布式为1s2 的原子是 He，性质稳定，原子核外电子排布式为1s22s2 的原子是 Be，性质较活泼，二者性质一定不相似，D 错误。答案：CA.该元素位于周期表第四周期B 族B.
8、该元素的最高化合价为7 价C.该元素的化合物常用作催化剂D.该元素位于周期表 ds 区解析：元素原子价电子排布式为 3d54s2，则该元素的原子序数为 25，为 Mn 元素。Mn 元素位于周期表第四周期B 族，A 正确；Mn 元素的最高化合价为7 价，B 正确；MnO2 常用作催化剂，C 正确；Mn 元素位于周期表 d 区，D 错误。答案：D考点二原子结构与元素性质1.原子结构与周期表的关系Ne3s1181s22s22p63s23p6Ar4s136周期能层数每周期第一个元素每周期最后一个元素原子序数基态原子的简化电子排布式原子序数基态原子的电子排布式二23He2s1101s22s22p6三31
9、1_四419_五537Kr5s1541s22s22p63s23p63d104s24p64d105s25p6六655Xe6s1861s22s22p63s23p63d104s24p64d104f145s25p65d106s26p61s22s22p63s23p63d104s24p62.每族元素的价电子排布特点(1)主族主族AAAA排布特点_主族AAA排布特点_ns1ns2ns2np1ns2np2ns2np3ns2np4ns2np5(2)0 族：He_；其他_。1s2ns2np6(3)过渡元素(副族和第族)：(n1)d110ns12。3.元素周期表的分区与价电子排布的关系(1)周期表的分区(2)各区元
10、素化学性质及原子最外层电子排布特点分区元素分布外围电子排布元素性质特点s区A、A族ns12除氢外都是活泼金属元素，通常是最外层电子参与反应p区A族A族、0族ns2np16(He除外)通常是最外层电子参与反应d区B族B族、族(镧系、锕系除外)(n1)d19ns12(Pd除外)d轨道可以不同程度地参与化学键的形成ds区B族、B族(n1)d10ns12f区镧系、锕系(n2)f014(n1)d02ns2镧系元素化学性质相近，锕系元素化学性质相近4.元素周期律失去最低能量kJmol1(1)电离能、电负性第一电离能：气态电中性基态原子_一个电子转化为气态基态正离子所需的_。符号：_，单位：_。吸引力电负性
11、：用来描述不同元素的原子对键合电子_的大小。I1判断元素电负性大小的标准以氟的电负性为 4.0 和锂的电负性为 1.0 作为相对标准。电负性没有单位，且均为正值。在元素周期表中氟的电负性数值最大，铯的电负性数值最小，为 0.7(放射性元素除外)。电负性的变化规律小于 1.8大于 1.8金属元素的电负性一般_，非金属元素的电负性一般_，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。(2)原子结构与元素性质的递变规律项目同周期(从左到右)同主族(从上到下)原子核外电子排布能层数_，最外层电子数_最外层电子数_，能层数_原子半径_(0 族除外)_元素主要化合价最高正价由
12、_(O、F 除外)，最低负价由_最高正价_(O、F 除外)，非金属最低负价_原子得、失电子能力得电子能力_，失电力能力_得电力能力_，失电子能力_相同递增相同递增逐渐减小逐渐增大1741主族序数主族序数8逐渐增强逐渐减弱逐渐减弱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_元素的电负性_元素金属性、非金属性金属性_，非金属性_金属性_，非金属性_（续表）增大的趋势逐渐减小逐渐增大逐渐减弱逐渐增强逐渐增强逐渐减弱逐渐减小(3)对角线规则右下方在元素周期表中，某些主族元素与其_主族元素的有些性质是相似的。如：自主测评 1.易错易混辨析(正确的画“”，错误的画“”)。(1)钠元素
13、的第一、第二电离能分别小于镁元素的第一、第二电离能()(2)第二周期主族元素的原子半径随核电荷数的增大依次减小()(3)C、N、O、F 四种元素第一电离能从大到小的顺序是NOFC()(4)正三价阳离子的电子排布式为 1s22s22p63s23p63d5的元素在周期表中位于第族()(5)价电子排布式为 4s24p3 的元素位于第四周期第A 族，是 p 区元素()(6)元素的电负性越大，非金属性越强，第一电离能也越大()答案：(1)(2)(3)(4)(5)(6)2.【深度思考】铜、锌两种元素的第一电离能、第二电离能如表所示：铜的第一电离能(I1)小于锌的第一电离能，而铜的第二电离能(I2)却大于锌
14、的第二电离能，其主要原因是_。电离能/(kJmol1)I1I2铜7461958锌9061733答案：Cu失去一个电子变成电子结构为Ar3d10的Cu，能量较低，结构稳定，所以Cu的第二电离能相对较大(或Zn失去一个电子变成电子结构为Ar3d104s1的Zn，易再失去一个电子，所以Zn的第二电离能相对较小或Cu原子失去一个电子后，核外电子排布式为Ar3d10，而锌原子失去1个电子后的核外电子排布式变为Ar3d104s1，铜达到了较稳定状态，所以Cu的第二电离能相对较大)。考向 1 电离能及其应用1.(2020 年滨州二模)现代污水处理工艺中常利用聚合铁在水体中形成絮状物，以吸附 Mn2等重金属离
15、子，聚合铁简称PFS，化学式为Fe2(OH)n(SO4)3n/2m(n5，mI1(O)，I1(Mg)I1(Al)。考向2电负性及其应用A.Bi 的价电子排布式为 5d106s26p3B.有关元素的电负性：OClSC.Bi3O2S2Cl 属于含共价键的离子化合物D.该新型超导体的组成元素全部位于元素周期表 p 区解析：Bi位于第六周期A 族，Bi的价电子排布式为 6s26p3，A 错误；电负性同周期从左到右依次增大，ClS，同主族从上到下依次减小 OS，而在 ClO2 中氧为负价，则 OCl，B 正确；Bi3O2S2Cl 由Bi2O22和BiS2Cl2交替堆叠构成，为离子化合物，在原子团内含共价
16、键，属于含共价键的离子化合物，C正确；该新型超导体的组成元素位于AA 之间，全部位于元素周期表 p 区，D 正确。答案：A4.(2020 年天津零模)现有三种元素的基态原子的电子排布式如下：1s22s22p63s23p4；1s22s22p63s23p3；1s22s22p5。则下列有关比较中正确的是()A.第一电离能：B.价电子数：C.电负性：D.质子数：解析：根据三种基态原子的电子排布式：1s22s22p63s23p4；1s22s22p63s23p3；1s22s22p5可判断、分别代表的元素为：S、P、F。同周期自左而右，第一电离能增大，但 P 元素原子 3p 能级为半满稳定状态，第一电离能高
17、于同周期相邻元素，所以第一电离能 ClPS；同主族自上而下第一电离能减弱，故FCl，故第一电离能FPS，即，A 正确；S、P、F 价电子数分别为：6、5、7，即，B 错误；根据同周期电负性从左往右逐渐变大，同族电负性从下往上越来越大，所以 FSP，C 错误；S、P、F 的质子数分别为：16、15、9，即，D 错误。答案：A归纳提升电负性的应用1.(2020 年新课标卷节选)Goodenough 等人因在锂离子电池及钴酸锂、磷酸铁锂等正极材料研究方面的卓越贡献而获得2019 年诺贝尔化学奖。回答下列问题：(1)基态 Fe2与 Fe3离子中未成对的电子数之比为_。(2)Li 及其周期表中相邻元素的
18、第一电离能(I1)如下表所示。I1(Li)I1(Na)，原因是_。I1(Be)I1(B)I1(Li)，原因是_。I1/(kJmol1)Li520Be900B801Na496Mg738Al578解析：(1)基态铁原子的价电子排布式为3d64s2，失去外层电子转化为Fe2和Fe3，这两种基态离子的价电子排布式分别为3d6和3d5，根据Hund规则可知，基态Fe2有4个未成对电子，基态Fe3有5个未成对电子，所以未成对电子个数比为45。(2)同主族元素，从上至下，原子半径增大，第一电离能逐渐减小，所以I1(Li)I1(Na)；同周期元素，从左至右，第一电离能呈现增大的趋势，但由于A元素基态原子s能级
19、轨道处于全充满的状态，能量更低更稳定，所以其第一电离能大于同一周期的A元素，因此I1(Be)I1(B)I1(Li)。答案：(1)45(2)Na 与 Li 同主族，Na 的电子层数更多，原子半径更大，更易失电子故第一电离能更小Li，Be 和 B 为同周期元素，同周期元素从左至右，第一电离能呈现增大的趋势；但由于基态Be 原子的 s 能级轨道处于全充满状态，能量更低更稳定，故其第一电离能大于 B 的2.(2020 年新课标卷节选)钙钛矿(CaTiO3)型化合物是一类可用于生产太阳能电池、传感器、固体电阻器等的功能材料。回答下列问题：(1)基态 Ti 原子的核外电子排布式为_。(2)CaTiO3 的
20、晶胞如下图所示，其组成元素的电负性大小顺序是_；金属离子与氧离子间的作用力为_。解析：(1)钛元素是 22 号元素，故其基态原子的核外电子排布式为 1s22s22p63s23p63d24s2或Ar3d24s2。(2)CaTiO3晶体中含有Ca、Ti、O 三种元素，Ca、Ti是同为第四周期的金属元素，Ca 在 Ti 的左边，同一周期元素的电负性从左往右依次增大，故 TiCa，O 为非金属，故其电负性最强，故三者电负性由大到小的顺序是 OTiCa，金属阳离子和氧负离子之间以离子键结合。答案：(1)1s22s22p63s23p63d24s2或Ar3d24s2(2)OTiCa离子键3.(2020 年新
21、课标卷节选)氨硼烷(NH3BH3)含氢量高、热稳定性好，是一种具有潜力的固体储氢材料。H、B、N 中，原子半径最大的是_。根据对角线规则，B 的一些化学性质与元素_的相似。解析：(1)在所有元素中，H 原子的半径是最小的，同一周期从左到右，原子半径依次减小，所以，H、B、N 中原子半径最大的是 B。B 与 Si 在元素周期表中处于对角线的位置，根据对角线规则，B 的一些化学性质与 Si 元素相似。答案：BSi(硅)4.(2020 年江苏卷节选)以铁、硫酸、柠檬酸、双氧水、氨水等为原料可制备柠檬酸铁铵(NH4)3Fe(C6H5O7)2。(1)Fe基态核外电子排布式为_。(2)C、N、O 元素的第一电离能由大到小的顺序为_。解析：(1)Fe 核外有 26 个电子，其基态核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2或Ar3d64s2；同周期，从左到右，第一电离能呈增大的趋势，但第A 族大于第A 族，第A 族大于第A 族，因此 C、N、O 元素的第一电离能由大到小的顺序为NOC。答案：(1)1s22s22p63s23p63d64s2或Ar3d64s2(2)NOC
