1、一、原子结构【知识纲要】要点1. 能层和能级（1）能层和能级的划分 在同一个原子中，离核越近能层能量越低。 同一个能层的电子，能量也可能不同，还可以把它们分成能级s、p、d、f，能量由低到高依次为s、p、d、f。 任一能层，能级数等于能层序数。s、p、d、f可容纳的电子数依次是1、3、5、7的两倍。能层不同能级相同，所容纳的最多电子数相同。（2）能层、能级、原子轨道之间的关系：每能层所容纳的最多电子数是：2n2（n为能层的序数）。要点2. 核外电子排布规律构造原理：随着核电荷数递增，大多数元素的电中性基态原子的电子按右图顺序填入核外电子运动轨道（能级），叫做构造原理。由构造原理可知，电子先进入
2、4s轨道，后进入3d轨道，这种现象叫能级交错。构造原理是电子排入轨道的顺序，构造原理揭示了原子核外电子的能级分布。构造原理是书写基态原子电子排布式的依据，也是绘制基态原子轨道表示式的主要依据之一。不同能层的能级有交错现象，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。原子轨道的能量关系是：ns（n-2）f （n-1）d np能级组序数对应着元素周期表的周期序数，能级组原子轨道所容纳电子数目对应着每个周期的元素数目。根据构造原理，在多电子原子的电子排布中：各能层最多容纳的电子数为2n2 。即最外层不超过8个
3、电子；次外层不超过18个电子；倒数第三层不超过32个电子。（2）能量最低原理: 在基态原子里，电子优先排布在能量最低的能级里，然后排布在能量逐渐升高的能级里。（3）泡利（不相容）原理：1个原子轨道里最多只能容纳2个电子，且自旋方向相反。原子核外电子的运动特征可以用电子层、原子轨道(亚层)和自旋方向来进行描述，在含有多个核外电子的原子中，不存在运动状态完全相同的两个电子。（4）洪特规则：当电子排布在同一能级的不同轨道（能量相同）时，总是优先单独占据一个轨道，而且自旋方向相同，这个规则叫洪特（Hund）规则。比如，p3的轨道式为或，而不是。洪特规则特例：当p、d、f轨道填充的电子数为全空、半充满或
4、全充满时，原子处于较稳定的状态。即p0、d0、f0、p3、d5、f7、p6、d10、f14时是较稳定状态。前36号元素中，全空状态的有4Be 2s22p0、12Mg 3s23p0、20Ca 4s23d0；半充满状态的有：7N 2s22p3、15P 3s23p3、24Cr 3d54s1、25Mn 3d54s2、33As 4s24p3；全充满状态的有10Ne 2s22p6、18Ar 3s23p6、29Cu 3d104s1、30Zn 3d104s2、36Kr 4s24p6。（n-1）d能级上电子数等于10时，副族元素的族序数=ns能级电子数要点3. 基态原子核外电子排布的表示方法(1)电子排布式：用
5、数字在能级符号的右上角表明该能级上排布的电子数，这就是电子排布式，例如K：1s22s22p63s23p64s1。（2）简化电子电子排布式：为了避免电子排布式书写过于繁琐，把内层电子达到稀有气体元素原子结构的部分以相应稀有气体的元素符号外加方括号表示，例如K：Ar4s1。(3)轨道表示式:每个方框或圆圈代表一个原子轨道，每个箭头代表一个电子。如基态硫原子的轨道表示式为：（4）价电子排布式：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。如Fe原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2，价电子排布式为3d64s2。要点4. 原子光谱(1)基态：最低能量状态。
6、处于最低能量状态的原子称为基态原子。（2）激发态：较高能量状态（相对基态而言）。基态原子的电子吸收能量后，电子跃迁至较高能级时的状态,处于激发态的原子称为激发态原子 。 (3)原子光谱：不同元素的原子发生电子跃迁时会吸收（基态激发态）和放出（激发态较低激发态或基态）不同的能量（主要是光能），产生不同的光谱原子光谱（吸收光谱和发射光谱）。利用光谱分析可以发现新元素或利用特征谱线鉴定元素。【典例分析】例题1下列说法错误的是()Ans电子的能量不一定高于(n1)p电子的能量B6C的电子排布式1s22s22p违反了洪特规则C电子排布式(21Sc)1s22s22p63s23p63d3违反了能量最低原理D
7、电子排布式(22Ti)1s22s22p63s23p10违反了泡利原理答案解析AA项，关键在于熟记构造原理，各能级能量的大小顺序为1s、2s、2p、3s、3p、4s、3d、4p、5s，故ns电子的能量一定高于(n1)p电子的能量；B项，对于C原子来说，2p能级有3个能量相同的原子轨道，最后2个电子应该以自旋状态相同的方式分布在两个不同的2p轨道上，违反了洪特规则；C项，根据轨道能量高低顺序可知E(4s)MgAlSiPSCl同主族元素（比较原子和离子半径）：随原子序数的增大，原子的原子半径依次增大。如：LiNaKRbCs，F-Cl-Br- Na+Mg2+Al3+（5）元素金属性强弱的判断方法金属性
8、比较本质原子越易失电子，金属性越强判断依据在金属活动顺序表中越靠前，金属性越强单质与水或非氧化性酸反应越剧烈，金属性越强单质还原性越强或离子氧化性越弱，金属性越强（电解中在阴极上得电子的先后）最高价氧化物对应水化物的碱性越强，金属性越强若xn+yx+ym+ 则y比x金属性强原电池反应中负极的金属性强与同种氧化剂反应，先反应的金属性强失去相同数目的电子，吸收能量少的金属性强（6）非金属性强弱的判断方法非金属性比较本质原子越易得电子，非金属性越强判断方法与H2化合越易，气态氢化物越稳定，非金属性越强单质氧化性越强，阴离子还原性越弱，非金属性越强（电解中在阳极上得电子的先后）最高价氧化物的水化物酸性
9、越强，非金属性越强An-+BBm-+A 则B比A非金属性强与同种还原剂反应，先反应的非金属性强得到相同数目的电子，放出能量多的非金属性强（7）“对角线规则”：某些主族元素与右下方的主族元素的有些性质相似，被称为对角线原则。【典例分析】例题3现有四种元素的基态原子的电子排布式如下：1s22s22p63s23p41s22s22p63s23p31s22s22p31s22s22p5则下列有关比较中正确的是()A第一电离能： B原子半径：C电负性： D最高正化合价：答案解析A四种元素分别为S、P、N、F，第一电离能FNPS，A项正确；原子半径PSNF，B项错误；电负性FNSP，C项错误；F无正化合价，N
10、、S、P最高正化合价分别为5、6、5价，D项错误变式练习3. 已知X、Y是主族元素，I为电离能，单位是kJ/mol。请根据下表所列数据判断，错误的是()元素I1I2I3I4X5004 6006 9009 500Y5801 8202 75011 600A元素X的常见化合价是1B元素Y是第A族元素C元素X与氯形成化合物时，化学式可能是XClD若元素Y处于第3周期，它可与冷水剧烈反应答案解析D由数据分析X中I2I1，X易呈1价，为第A 族，A、C均正确；Y中I4I3，易呈3价，应在第A族，B正确；若Y处于第3周期，则Y为铝元素，铝单质不与冷水反应，D错误例题4(1)前四周期原子序数依次增大的元素A、
11、B、C、D中,A和B的价电子层中未成对电子均只有1个,并且A-和B+的电子数相差为8;与B位于同一周期的C和D,它们价电子层中的未成对电子数分别为4和2,且原子序数相差为2。回答下列问题:D2+的价层电子排布图为。四种元素中第一电离能最小的是,电负性最大的是。(填元素符号)(2)依据第二周期元素第一电离能的变化规律,参照如图中B、F元素的位置,用小黑点标出C、N、O三种元素的相对位置。(3) X、Y、Z、W是元素周期表中原子序数依次增大的四种短周期元素,其相关信息如下表:元素相关信息XX的最高价氧化物对应的水化物化学式为H2XO3YY是地壳中含量最高的元素ZZ的基态原子最外层电子排布式为3s2
12、3p1WW的一种核素的质量数为28,中子数为14W位于元素周期表第周期第 族,W的原子半径比X的(填“大”或“小”)。Z的第一电离能比W的 (填“大”或“小”)。(4)第一电离能介于B、N之间的第二周期元素有种。答案解析(1)，KF(2) (3)三A大小(1)短周期主族元素中未成对电子数最多为3,所以B、C、D均为第四周期的元素,B的价电子层中未成对电子数为1,结合B+可知B为K,A为F;未成对电子数为4的只能为Ar3d64s2排布,C为Fe,D为Ni;同一周期从左到右元素的第一电离能(除A、A族特殊外)、电负性逐渐增大,四种元素中K的第一电离能最小、F的电负性最大。(2)依据第二周期元素第一
13、电离能的变化规律,C、N、O三种元素第一电离能的大小关系为CO”“”或“=”表示下列各项关系。第一电离能:NaMg,MgCa。电负性:OF,FCl。能量高低:ns(n+1)s,nsnp。主族序数价电子数元素最高正化合价。答案解析(1)(2)1s22s22p63s23p4H2SO4(3)=(1)同一个原子轨道中不应有自旋状态相同的电子,违反了泡利原理;对于基态原子,电子在能量相同的轨道上排布时,将尽可能分占不同的轨道并且自旋状态相同,违反了洪特规则。(2)3p能量小于3d,激发态为1s22s22p63s13p33d2,基态应为1s22s22p63s23p4。此原子核外电子数为16,其质子数也为1
14、6,该元素为硫元素,其最高价氧化物对应水化物的化学式是H2SO4。(3)同周期中主族元素从左到右第一电离能有增大的趋势,电负性逐渐增大;同主族中自上而下电负性与第一电离能均逐渐减小。由构造原理可知,能量ns(n+1)s,ns”“O，MgAl，A、B不正确；F的电负性最大，没有正化合价，C不正确3B核外电子排布式为1s2的原子是He,核外电子排布式是1s22s2的为铍(Be),He是稀有气体元素,Be是金属元素,显然化学性质不相似,A项错;Fe的最外层的电子排布式为3d64s2,失去电子时先失最外层,再失次外层,失去2个电子变成Fe2+时最外层电子排布式为3s23p63d6,失去3个电子变成Fe
15、3+时,最外层电子排布式为3s23p63d5,B项正确;基态铜原子的最外层的电子排布图,符合3d全充满时能量最低,即洪特规则特例,C项错;基态碳原子是2s比2p轨道能量低,先填满2s再填2p,即,不存在半充满能量低的问题,D项错4D根据五种元素所处位置,X、W、Y、R、Z五种元素分别为F、P、S、Ar、Br。P元素的第一电离能比S元素的第一电离能要略大,A项错误;Z的阴离子比R原子多一个电子层,B项错误;W元素的p能级上有3个未成对的电子,C项错误;X是所有元素中非金属性最强的元素,D项正确5C由表中数据可知，R元素的第三电离能与第二电离能的差距最大，故最外层有两个电子，最高正价为2价，位于第
16、A族，可能为Be或者Mg元素，因此不正确，正确，不确定；短周期第A族(ns2np0)的元素，因p轨道处于全空状态，比较稳定，所以其第一电离能大于同周期相邻主族元素，正确6DAl的第一电离能比Mg小,A错误;卤族元素中F没有正价,B错误;Ar最外层已达8个电子稳定结构,电负性比Cl小很多,C错误;H2CO3的酸性强于HClO,所以CO2通入NaClO溶液中能生成HClO,离子方程式为CO2+ClO-+H2OHC+HClO,因此只有D项正确l小很多,C错误;H2CO3的酸性强于HClO,所以CO2通入NaClO溶液中能生成HClO,离子方程式为CO2+ClO-+H2OHC+HClO,因此只有D项正
17、确7DAl的第一电离能比Mg小,A错误;卤族元素中F没有正价,B错误;Ar最外层已达8个电子稳定结构,电负性比Cl小很多,C错误;H2CO3的酸性强于HClO,所以CO2通入NaClO溶液中能生成HClO,离子方程式为CO2+ClO-+H2OHC+HClO,因此只有D项正确非选择题题号答案解析8(1)2A小于(2)三角锥形极性(3)1s22s22p63s23p63d104s13Cu+8H+2NO3-=3Cu2+2NO+4H2OQ、W、X、Y、Z元素为前四周期元素，且原子序数依次增大，Q元素的阳离子核外无电子，则Q是氢元素。W元素原子的最外层电子数是次外层电子数的2倍，因此W是碳元素。Y是地壳中
18、含量最多的元素，则Y是氧元素，因此X是氮元素。Z的价电子排布式为3d104s1，则Z的原子序数是29，即为铜元素。(1)碳位于元素周期表第2周期第A族。非金属性越强第一电离能越大，则碳的第一电离能小于氮的第一电离能。(2)氨气分子的空间构型为三角锥形，所含化学键类型为非极性共价键。(3)铜的原子序数是29，则根据核外电子排布规律可知基态原子的电子排布式是1s22s22p63s23p63d104s1。硝酸具有强氧化性，Z的单质与过量的X的最高价氧化物对应的水化物的稀溶液反应的离子方程式为3Cu+8H+2N O3-=3Cu2+2NO+4H2O9(1)1s22s22p63s1(2)第3周期A族小于(
19、3)3p哑铃(4)1s22s22p63s23p5或Ne3s23p5根据题中信息可推出A为Na，B为Al，C为N，D为Cl。(1)A为Na，其核外电子排布式为1s22s22p63s1。(2)B为Al，其在元素周期表中的位置为第3周期A族，Na+与Al3+核外电子排布相同，核电荷数Al3+大于Na+，故r(Al3+)r(Na+)。(3)C为N，其电子排布图为，其中有3个未成对电子，能量最高的为p轨道上的电子，其轨道呈哑铃形。(4)D为Cl，其核外电子排布式为1s22s22p63s23p5，简化电子排布式为Ne3s23p5，Cl-的结构示意图为10(1)(2)1s22s22p63s23p4H2SO4
20、(3)=(1)同一个原子轨道中不应有自旋状态相同的电子,违反了泡利原理;对于基态原子,电子在能量相同的轨道上排布时,将尽可能分占不同的轨道并且自旋状态相同,违反了洪特规则。(2)3p能量小于3d,激发态为1s22s22p63s13p33d2,基态应为1s22s22p63s23p4。此原子核外电子数为16,其质子数也为16,该元素为硫元素,其最高价氧化物对应水化物的化学式是H2SO4。(3)同周期中主族元素从左到右第一电离能有增大的趋势,电负性逐渐增大;同主族中自上而下电负性与第一电离能均逐渐减小。由构造原理可知,能量ns(n+1)s,nsnp;主族元素的价电子数与主族序数、元素的最高正化合价数
21、相等11(1)1s22s22p63s23p42相同(2)2814(3)39183(4)A、A、AA、A(5)1s22s22p2(6)1s22s22p3(7)(1)判断该元素为S元素。(2)由最外层电子排布知其为Si元素,其次外层为L层,包括2s、2p两个能级。(3)M层有3s、3p、3d三个能级,轨道数为1+3+5=9,作内层时最多容纳18个电子,作为最外层时,3p轨道上各有1个未成对电子时最多。(4)最外层只有1个未成对电子的有第A、第A、第A族元素,最外层有2个未成对电子的有第A和第A族元素。(5)A元素为C元素,电子排布式为1s22s22p2。(6)B元素为N元素,电子排布式为1s22s22p3。(7)E元素为Cl元素,其离子结构示意图为(8)F元素为8号元素O,G为13号元素Al
