1、第一讲 原子结构与性质选修3 物质结构与性质1了解原子核外电子的运动状态、能级分布和排布原理，能正确书写 136 号元素原子核外电子、价电子的电子排布式和电子排布图(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其简单应用。4了解电负性的概念，并能用以说明元素的某些性质。选修3 物质结构与性质 原子核外电子排布原理知识梳理1能层、能级与原子轨道之间的关系能层(n)能级最多容纳电子数序数符号符号原子轨道数各能级各能层一K1s122二L2s12 82p36能层(n)能级最多容纳电子数序数符号符号原子轨道数各能级各能层三M3s12 183p363d5
2、10四N4s12 32 4p364d5104f714 n_2n22.原子轨道的能量关系(1)轨道形状s 电子的原子轨道呈_。p 电子的原子轨道呈_。(2)能量关系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 npx、npy、npz 轨道的能量相等。球形哑铃形(1)第一能层(K)，只有 s 能级；第二能层(L)，有s、p 两种能级，p 能级上有三个原子轨道 px、py、pz，它们具有相同的能量；第三能层(M)，有 s、p、d 三种能级。(2)能层数电子层数，每个能层所包含的能级数能层序数。3
3、基态原子核外电子排布的三个原理(1)能量最低原理：电子优先占有能量低的轨道，然后依次进入能量较高的轨道，使整个原子的能量处于最低状态。即原子的核外电子排布遵循_能使整个原子的能量处于最低状态。构造原理如图为构造原理示意图：(2)泡利原理：在一个原子轨道中，最多只能容纳_个电子，而且它们的_相反。2自旋状态(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_，而且自旋状态_。洪特规则特例：当能量相同的原子轨道在_(p6、d10、f14)、_(p3、d5、f7)和_(p0、d0、f0)状态时，体系的能量最低，如 24Cr 的电子排布式为 1s22s22p63s23p63d5
4、4s1。单独占据一个轨道相同全满半满全空4原子(离子)核外电子排布式(图)的书写(1)核外电子排布式：按电子排入各能层中各能级的先后顺序，用数字在能级符号右上角标明该能级上排布的电子数的式子。如 Cu：1s22s22p63s23p63d104s1，其简化电子排布式为Ar3d104s1。(2)价电子排布式：如 Fe 原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2，价电子排布式为 3d64s2。价电子排布式能反映基态原子的能层数和参与成键的电子数以及最外层电子数。(3)电子排布图：方框表示原子轨道，用“”或“”表示自旋方向不同的电子，按排入各能层中的各能级的先后顺序和在轨道中的排布情
5、况书写。例如：S 的电子排布图为核外电子排布图能直观地反映出原子的核外电子的自旋情况以及成对电子对数和未成对的单电子数。5基态原子、激发态原子和原子光谱(1)基态原子：处于_的原子。(2)激发态原子：当基态原子的电子_后，电子会跃迁到较高能级，变成激发态原子。(3)原子光谱当电子从较高能量的激发态跃迁到较低能量的激发态乃至基态时，释放一定频率的光子，这是产生原子发射光谱的原因。不同元素的原子发生跃迁时会吸收或释放不同的光，可以用光谱仪摄取各种元素的电子的吸收光谱或发射光谱，总称原子光谱。最低能量吸收能量自我检测1判断正误(正确的打“”，错误的打“”)。(1)硫原子的价电子排布式是 3s23p4
6、。()(2)多电子原子中，在离核较近区域运动的电子能量较高。()(3)同一原子中，2p、3p、4p 能级的轨道数依次增多。()(4)电子排布式(22Ti)1s22s22p63s23p10 违反了能量最低原理。()(5)2s 和 3s 轨道形状均为球形对称，能量也相同。()(6)基态磷原子的核外电子排布图为()答案：(1)(2)(3)(4)(5)(6)2(教材改编题)下列各原子或离子的电子排布式错误的是()AK 1s22s22p63s23p6 BF 1s22s22p5CS2 1s22s22p63s23p4DAr 1s22s22p63s23p6答案：C3(1)2017高考全国卷，35(1)元素 K
7、 的焰色反应呈紫红色，其中紫色对应的辐射波长为_nm(填标号)。A404.4B553.5C589.2D670.8E766.5(2)2016高考全国卷，37(1)写出基态 As 原子的核外电子排布式：_。(3)(2016高考江苏卷)Zn2基态核外电子排布式为_。(4)基态 Si 原子中，电子占据的最高能层符号为_，该能层具有的原子轨道数为_、电子数为_。解析：(1)当对金属钾或其化合物进行灼烧时，焰色反应显紫红色，可见光的波长范围为 400760 nm，紫色光波长较短(钾原子中的电子吸收较多能量发生跃迁，但处于较高能量轨道的电子不稳定，跃迁到较低能量轨道时放出的能量较多，故放出的光的波长较短)。
8、(2)根据构造原理可写出基态 As 原子的核外电子排布式。(3)Zn2核外有 28 个电子，电子排布式为 1s22s22p63s23p63d10 或Ar3d10。(4)Si 的原子序数为 14，则核外电子数为 14，电子排布式为1s22s22p63s23p2，依据核外电子能量排布原理，电子由离核近的区域依次由里向外排布，所以电子占据的最高能层符号为 M，该能层具有 3 个能级(3s、3p、3d)，共计 9 个原子轨道，电子数为 4。答 案：(1)A (2)1s22s22p63s23p63d104s24p3(或 Ar3d104s24p3)(3)1s22s22p63s23p63d10(或Ar3d1
9、0)(4)M 9 4(1)任一电子层的能级总是从 s 能级开始，而且能级数等于该电子层序数。(2)以 s、p、d、f排序的各能级可容纳的最多电子数依次为1、3、5、7的二倍。(3)核外电子在排布时三条原则要兼顾，不可顾此失彼，同时要注意洪特规则的特例：当原子轨道为全空、半充满或全充满时，这些状态下总的电子云的分布是空间对称的，原子体系的能量最低，原子的电子排布最稳定。(4)构造原理中的排布顺序，其实质是各能级的能量高低顺序，能量大小规律是 ns(n2)f(n1)dnp。一定要记住前四周期的能级排布(1s、2s、2p、3s、3p、4s、3d、4p)。(5)电子的填充顺序与排布式的书写顺序不完全一
10、致，如 21 号以后的元素虽然电子先排布在能量较低的 4s，后填入 3d，但书写电子排布式时仍把 3d 写在前面。如 Fe：1s22s22p63s23p63d64s2 正确，Fe：1s22s22p63s23p64s23d6 错误。(6)基态原子失电子的顺序，以 Fe 为例，Fe-2e（4s）Fe2-e（3d）Fe3。(1)2017高考全国卷，35(2)基态 K 原子中，核外电子占据最高能层的符号是_，占据该能层电子的电子云轮廓图形状为_。(2)2016高考全国卷，37(1)基态 Ge 原子的核外电子排布式为Ar_，有_个未成对电子。(3)2016高考全国卷，37(1)镍元素基态原子的电子排布式
11、为_，3d 能级上的未成对电子数为_。(4)2015高考全国卷，37(1)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。(5)下列表示的为激发态原子的是_。A1s12s1 B1s22s22p1C1s22p53s1D1s22s22p63s2解析(1)基态钾原子核外有 4 个能层：K、L、M、N，能量依次增高，处于 N 层的 1 个电子位于 s 轨道，s 电子云轮廓图形状为球形。(2)在元素周期表中，锗位于硅正下方，锗的原子序数为 141832，基态锗原子的核外电子排布式为 1s22s22p63s23p63d104s24
12、p2或Ar3d104s24p2，由于 4p 能级有 3 个能量相同的轨道，根据洪特规则，4p 上 2 个电子分别占据两个轨道且自旋方向相同，故未成对电子数为 2。(3)Ni 元素原子核外有28 个电子，电子排布式为1s22s22p63s23p63d84s2或Ar3d84s2。3d 能级上有 2 个未成对电子。(4)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用电子云形象地描述。基态 14C 原子的电子排布图为，则核外存在 2 对自旋相反的电子。答案(1)N 球形(2)3d104s24p2 2(3)1s22s22p63s23p63d84s2(或Ar3d84s2)2(4)电子云 2(5)
13、AC(1)基态铜原子的核外电子排布式为Ar4s23d9，对吗？若不对请纠正。(2)请用核外电子排布的相关规则解释 Fe3比 Fe2更稳定的原因。答案：(1)不对。应为Ar3d104s1。(2)26Fe 价电子的电子排布式为 3d64s2，Fe3价电子的电子排布式为 3d5，Fe2价电子的电子排布式为 3d6。根据“能量相同的轨道处于全空、全充满和半充满时能量最低”的原则，3d5 处于半充满状态，结构更稳定，所以 Fe3比 Fe2更稳定。题组一 原子核外电子排布原理1(2018大原模拟)下列各项叙述正确的是()A镁原子由 1s22s22p63s21s22s22p63p2 时，原子释放能量，由基态
14、转化成激发态B价电子排布式为 5s25p1 的元素位于第五周期第A 族，是 s区元素C所有原子任一能层的 s 电子云轮廓图都是球形，但球的半径大小不同D24Cr 原子的核外电子排布式是 1s22s22p63s23p63d44s2解析：选 C。镁原子由 1s22s22p63s21s22s22p63p2时，原子吸收能量，由基态转化成激发态，A 错误；价电子排布式为 5s25p1 的元素，位于第五周期第A 族，是 p 区元素，B 错误；所有原子任一能层的 s 电子云轮廓图都是球形，能层越大，球的半径越大，C正确；24Cr 原子的核外电子排布式是 1s22s22p63s23p63d54s1，半充满轨道
15、能量较低，D 错误。2(2018长春高三模拟)如图是 s 能级和 p 能级的原子轨道图，试回答下列问题：(1)s 电子的原子轨道呈_形，每个 s 能级有_个原子轨道；p 电子的原子轨道呈_形，每个 p 能级有_个原子轨道。(2)元素 X 的原子最外层电子排布式为 nsnnpn1，原子中能量最高的是_电子，其电子云在空间有_的伸展方向；元素 X 的名称是_，它的氢化物的电子式是_。若元素 X 的原子最外层电子排布式为 nsn1npn1，那么X的元素符号为_，原子的电子排布图为_。解析：(1)s 电子的原子轨道都是球形的，每个 s 能级有 1 个原子轨道；p 电子的原子轨道都是哑铃形的，每个 p
16、能级有 3 个原子轨道，它们相互垂直，分别以 px、py、pz 表示。(2)因为元素 X 的原子最外层电子排布式为 nsnnpn1，np 轨道已排上电子，说明 ns 轨道已排满电子，即 n2，则元素 X 的原子核外电子排布式为 1s22s22p3，是氮元素，其中原子中能量最高的是 2p 电子，其电子云在空间有三个互相垂直的伸展方向；氮元素的氢化物是氨气，含有极性键，其电子式是；当元素 X 的原子最外层电子排布式为 nsn1npn1时，根据上述分析，有 n12，则 n3，所以 X 元素的原子核外电子排布式为 1s22s22p63s23p4，是硫元素，元素符号为 S，其原子的电子排布图为答案：(1
17、)球1 哑铃3(2)2p 三个互相垂直氮题组二 核外电子排布的表示方法 3.下列关于钠元素的几种表达式错误的是（）ANa的电子排布图：BNa的结构示意图：CNa 的电子排布式：1s22s22p53s2DNa 的简化电子排布式：Ne3s1解析：选 C。A 项，钠离子核外电子数为 10，核外电子排布式为 1s22s22p6，电子排布图为;B 项，Na的结构示意图为；C 项，基态 Na 原子的电子排布式为1s22s22p63s1；D 项，Na 的简化电子排布式为Ne3s1。4(1)在短周期元素中基态原子的 p 轨道有 1 个未成对电子的元素可能是_(填元素符号，下同)，其核外电子排布式分别是_。(2
18、)基态原子的 N 层有 1 个未成对电子，M 层未成对电子最多的元素是_，其价电子排布式为_。(3)2017高考全国卷，35(1)氮原子价层电子的轨道表达式(电子排布图)为_。(4)Cu 原子的结构示意图为_。解析：(1)可推断元素为 B、F、Al、Cl；(2)可推断元素为 Cr。答案：(1)B、F、Al、Cl1s22s22p1、1s22s22p5、1s22s22p63s23p1、1s22s22p63s23p5(2)Cr 3d54s1核外电子排布的表示方法及各自特点1方法对比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核组成式表示原子核的结构F：199 F 电子式表示原
19、子最外层电子数目 表示方法含义举例核外电子排布式表示每个能级上排布的电子数S：1s22s22p63s23p4S2：1s22s22p63s23p6 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 2.各方法的特点(1)结构示意图：能直观地反映核内的质子数和核外的电子层数及各层上的电子数。(2)核组成式：如168 O，侧重于表示原子核的结构，它能告诉我们该原子核内的质子数和核外电子数以及质量数，但不能反映核外电子的排布情况。(3)电子排布式：能直观地反映核外电子的能层、能级和各能级上的电子数，但不能表示原子核的情况，也不能表示各个电子的运动状态。(4)电子排布图：
20、能反映各轨道的能量的高低，各轨道上的电子分布情况及自旋方向。(5)价电子排布式：如 Mn 原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s2，价电子排布式为 3d54s2。价电子排布式能反映基态原子的能层数和参与成键的电子数以及最外层电子数。原子结构与元素性质知识梳理1原子结构与元素周期表的关系周期电子层数 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的简化电子排布式原子序数基态原子电子排布式二23He2s1101s22s22p6 三311_18_ Ne3s11s22s22p63s23p6周期电子层数 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
21、原子序数基态原子电子排布式四419_36_ 五537Kr5s1541s22s22p63s23p63d104s24p64d105s25p6六655Xe6s1861s22s22p63s23p63d104s24p64d104f145s25p65d106s26p6Ar4s11s22s22p63s23p63d104s24p6(1)能层数电子层数周期数。(2)价电子数主族序数。2每族元素的价电子排布特点(1)主族主族AAAA排布特点ns1_ 主族AAA 排布特点_ns2ns2np1ns2np2ns2np3ns2np4ns2np5(2)0 族：He：1s2；其他：ns2np6。(3)过渡元素(副族和第族，P
22、d、镧系、锕系除外)：(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分区元素分布外围电子排布元素性质特点 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)d10 ns12金属元素f 区镧系、锕系(n2)f014(n1)d02ns2镧系
23、元素化学性质相近，锕系元素化学性质相近4.元素周期律(1)原子半径影响因素能层数：能层数越多，原子半径_核电荷数：能层数相同，核电荷数越大，原子 半径_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_；同主族元素从上到下，原子半径逐渐_。越大越小减小增大(2)电离能第一电离能：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_，符号：_，单位：_。变化规律a同周期：第一种元素的第一电离能_，最后一种元素的第一电离能_，总体呈现从左至右_的变化趋势。b同族元素：从上至下第一电离能_。c同种原子：逐级电离能越来越_，即 I1_I2_I3最低能量I1kJmol1最小最大逐渐增大
24、逐渐减小大OFC。()(6)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。()(7)价电子排布式为 4s24p3 的元素位于第四周期A 族，是 p 区元素。()(8)s 区元素全部是金属元素。()(9)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)(7)(8)(9)2(1)2015高考全国卷，37(1)A、B、C、D 为原子序数依次增大的四种元素，A2和 B具有相同的电子构型；C、D 为同周期元素，C 核外电子总数是最外层电子数的 3 倍；D 元素最外层有一个未成对电子。四种元素中电负性最大的是_
25、(填元素符号)，其中 C 原子的核外电子排布式为_。(2)(2017高考江苏卷)C、H、O 三种元素的电负性由小到大的顺序为_。答案：(1)O 1s22s22p63s23p3(或Ne3s23p3)(2)HCO(1)“外围电子排布”即“价电子层”，对于主族元素，价电子层就是最外电子层，而对于过渡元素原子不仅仅是最外电子层，如 Fe 的价电子层排布为 3d64s2。(2)主族元素的最高正价(O、F 除外)族序数8|最低负价|。(3)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，故不能根据金属活动性顺序判断电离能的大小。也不能将电负性 1.8 作为划分金属和非金属的绝对标准。(4)共价化合物中
26、，两种元素电负性差值越大，它们形成共价键的极性就越强。(5)同周期元素，从左到右，非金属性逐渐增强，电负性越来越大，第一电离能总体呈增大趋势。(1)2017高考全国卷，35(1)Co 基态原子核外电子排布式为_。元素 Mn 与 O 中，基态原子核外未成对电子数较多的是_。(2)(2016高考四川卷)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。R基态原子的电子排布式是_，X 和
27、 Y 中电负性较大的是_(填元素符号)。(3)根据下列五种元素的第一至第四电离能数据(单位：kJmo11)，回答下列各题：元素代号I1I2I3I4 Q2 0804 0006 1009 400R5004 6006 9009 500S7401 5007 70010 500T5801 8002 70011 600U4203 1004 4005 900在周期表中，最可能处于同一族的是_。AQ 和 R BS 和 T CT 和 U DR 和 T ER 和 U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 R 元素是短周期元素，你估计它的第 2 次电离能飞跃数据将发生在失
28、去第_个电子时。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)根据构造原理可写出 Co 基态原子核外电子排布式为 1s22s22p63s23p63d74s2 或Ar3d74s2。Mn 和 O 的基态原子核外电子排布式分别为 1s22s22p63s23p63d54s2、1s22s22p4，前者的3d 轨道中 5 个电子均未成对，后者的 2p 轨道中有 2 个电子未成对，所以 Mn 的基态原子核外未成对电子数较多。(2)R 为钠元素，其基态原子的电子排布式为 1s22s22p63s1；X 为硫元素，Y 为氯元素，氯比
29、硫活泼，故电负性较大的是 Cl。(3)根据电离能的变化趋势知，Q 为稀有气体元素，R 为第A族元素，S 为第A 族元素，T 为第A 族元素，U 为第A族元素，所以 R 和 U 处于同一主族。电离能的突跃变化，说明核外电子是分层排布的，各能层能量不同。若 R 是短周期元素，则 R 是 Na，其核外电子排布式为 1s22s22p63s1，由于 2s22p6 所处能层相同，所以它的第 2 次电离能飞跃数据发生在失去第 10 个电子时。同一周期，第一电离能呈增大趋势，但A、A 族比相邻元素要高，因为其最外层电子呈全充满或半充满状态。答案(1)1s22s22p63s23p63d74s2(或Ar3d74s
30、2)Mn(2)1s22s22p63s1(或Ne3s1)Cl(3)E 电子分层排布，各能层能量不同 10RSB原子半径：C电负性：D第一电离能：解析：选 D。根据核外电子排布式可知是 S，是 P，是 F。F 无正价，A 错误；同周期自左向右原子半径逐渐减小，同主族自上而下原子半径逐渐增大，则原子半径：，B 错误；同周期自左向右电负性增大，同主族自上而下电负性减小，则电负性：，C 错误；同周期自左向右第一电离能呈增大趋势，但 P 的 3p 轨道电子处于半充满状态，稳定性强，第一电离能大于 S，则第一电离能：，D 正确。2对 Na、Mg、Al 的有关性质的叙述不正确的是()A第一电离能：NaMgAl
31、B电负性：NaMgMgAlD碱性：NaOHMg(OH)2Al(OH)3解析：选 A。A 项，第一电离能大小应为 NaAlSSe题组三 电离能、电负性的综合应用5下列关于第一电离能和电负性的说法不正确的是()A第一电离能的大小：PSB锗的第一电离能高于碳而电负性低于碳CNi 是元素周期表中第 28 号元素，第二周期基态原子未成对电子数与 Ni 相同且电负性最小的元素是碳DF、K、Fe、Ni 四种元素中电负性最大的是 F解析：选 B。锗是金属元素而碳是非金属元素，锗的第一电离能低于碳，B 不正确。6根据信息回答下列问题：(1)如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(其中 12
32、 号至 17 号元素的有关数据缺失)。认真分析图中同周期元素第一电离能的变化规律，推断 NaAr 元素中，Al 的第一电离能的大小范围为_Al_；(填元素符号)图中第一电离能最小的元素在周期表中的位置是第_周期_族。(2)已知元素的电负性和元素的化合价一样，也是元素的一种基本性质。下面给出常见元素的电负性。元素AlBBeCClFLi电负性1.52.01.52.53.04.01.0元素MgNNaOPSSi电负性3.00.93.52.12.51.8已知：两成键元素间电负性差值大于 1.7 时，形成离子键；两成键元素间电负性差值小于 1.7 时，形成共价键。根据表中给出的数据，可推知元素的电负性的变
33、化规律是_；通过分析电负性值变化规律，确定 Mg 元素电负性值的最小范围：_；判断下列物质是离子化合物还是共价化合物：ALi3NBBeCl2CAlCl3DSiC.属于离子化合物的是_；.属于共价化合物的是_；请设计一个实验方案证明上述所得到的结论：_。解析：(1)由图可以看出，同周期的第A 族元素的第一电离能最小，而第A 族元素的第一电离能小于第A 族元素的第一电离能，故 Al 的第一电离能：NaAlMg。图中电离能最小的应是碱金属元素 Rb，在元素周期表中第五周期A 族。(2)将表中数据按照元素周期表的顺序重排，可以看出电负性随着原子序数的递增呈周期性变化。根据电负性的递变规律：同周期从左到
34、右电负性逐渐增大，同主族从上到下电负性逐渐减小，可知，在同周期中电负性 NaMgMgCa，最小范围应为 0.91.5。根据已知条件及表中数值：Li3N 电负性差值为 2.0，大于 1.7，形成离子键，为离子化合物；BeCl2、AlCl3、SiC 电负性差值分别为 1.5、1.5、0.7，均小于 1.7，形成共价键，为共价化合物。共价化合物和离子化合物最大的区别在于熔融状态下能否导电。离子化合物在熔融状态下以离子形式存在，可以导电，但共价化合物却不能。答案：(1)Na Mg 五 A(2)随着原子序数的递增，元素的电负性呈周期性变化0.91.5 A BCD 测定各物质在熔融状态下能否导电，若导电则为离子化合物，反之则为共价化合物课后达标训练本部分内容讲解结束 按ESC键退出全屏播放
