1、第五章物质结构与性质元素周期律第1节原子结构核外电子排布规律备考要点素养要求1.了解元素、核素和同位素的含义。2.了解原子的构成。了解原子序数、核电荷数、质子数、中子数、核外电子数以及它们之间的相互关系。3.了解原子核外电子的排布规律。4.知道原子核外电子的能级顺序,了解原子核外电子排布的构造原理,认识基态原子核外电子的排布遵循能量最低原理、泡利不相容原理和洪特规则等。知道136号元素基态原子核外电子的排布。1.证据推理与模型认知:运用原子结构模型解释化学现象,揭示现象的本质与规律。2.科学探究与创新意识:发现和提出有探究价值的原子结构问题,确定探究目的,设计探究方案。考点一原子构成必备知识自
2、主预诊知识梳理1.原子构成(1)构成原子的微粒。原子(AZX)原子核质子(Z个)决定的种类中子(A-Z)个在质子数确定后决定种类核外电子(Z个)最外层电子数决定元素的性质(2)微粒的基本关系式。质子数(Z)=核电荷数=;质量数(A)=(Z)+(N);阳离子的核外电子数=质子数-;阴离子的核外电子数=质子数+。(3)有关元素的相对原子质量与核素质量数的注意事项。原子的相对原子质量原子的质量数;只有具体的原子才有质量数,元素没有质量数;某核素的质量数可视为该核素的近似相对原子质量。2.元素、核素、同位素(1)元素、核素、同位素的关系。(2)同位素的性质。同一元素不同核素的不同,相同,化学性质,物理
3、性质。(3)氢元素的三种核素。11H:名称为,不含中子;12H:也可用字母表示,名称为;13H:也可用字母表示,名称为。(4)几种重要核素的用途。核素92235U614C12H13H818O用途核燃料测定一些文物的年代制造氢弹示踪原子微点拨(1)原子不一定都有中子,如11H。(2)质子数相同的微粒不一定属于同一种元素,如F与OH-。(3)现行元素周期表已发现的元素有118种,由于同位素的存在,故核素的种数远大于118种。(4)不同核素可能具有相同的质子数,如12H、13H;也可能具有相同的中子数,如614C、816O;也可能具有相同的质量数,如614C、714N。(5)一种元素可以有多种核素,
4、也可能只有一种核素。(6)同位素之间的转化,既不是物理变化也不是化学变化,是核反应。(7)同位素是指同一元素的不同核素之间的关系,同素异形体是指同一元素的不同单质间的关系。自我诊断1.判断正误,正确的打“”,错误的打“”。(1)一种元素可以有多种核素,也可能只有一种核素,有多少种核素就有多少种原子。()(2)核聚变如12H+13HHe+01n,因为有新微粒生成,所以该变化是化学变化。()(3)1735Cl与1737Cl得电子能力几乎相同。()(4)一种核素只有一种质量数。()(5)硫离子的结构示意图为。()(6)最外层电子数为8的粒子一定是稀有气体元素的原子。()(7)核外电子排布相同的微粒化
5、学性质也相同。()2.现有下列9种微粒:11H、12H、613C、614C、714N、2656Fe2+、2656Fe3+、816O2、816O3。按要求完成以下各题:(1)11H、12H分别是氢元素的一种,它们互称为。(2)互为同素异形体的物质是。(3)2656Fe2+的中子数为,核外电子数为。(4)上述9种微粒中有种核素,含有种元素。关键能力考向突破考向1核素、同位素等易混概念辨析【典例1】(2020浙江7月选考,7)下列说法正确的是()A.35Cl和37Cl是两种不同的元素B.单晶硅和石英互为同素异形体C.HCOOH和HOCH2CHO互为同系物D.H与Na在元素周期表中处于同一主族对点演练
6、1(2020辽宁锦州期末)地表水和地下水都来源于大气降水,但重水和轻水中同位素的含量不同。氢包括两种稳定核素:H和D,氧常见的核素包括:16O、17O和18O,下列有关说法正确的是()A.H2和D2互为同分异构体,其化学性质完全相同B.H216O、H217O、H218O互为同位素,都能与金属钠发生反应C.18O2和18O3互为同素异形体,其密度之比一定为23D.电解一定量的D218O时,阴、阳两极所得气体的质量之比约为29易混辨析元素、核素、同位素、同素异形体的辨析概念元素核素同位素同素异形体本质质子数相同的一类原子质子数、中子数都一定的一种原子质子数相同、中子数不同的核素之间的互称同种元素形
7、成的不同单质之间的互称研究对象同类原子原子原子单质特性只有种类,没有个数化学反应中的最小微粒化学性质几乎完全相同组成元素相同、物理性质差异较大决定因素质子数质子数、中子数质子数、中子数构成和结构举例H、C、O三种元素1H、2H、3H三种核素12C、14C互称同位素O2与O3互为同素异形体考向2各种微粒数目之间的关系及计算【典例2】(2020全国1,11)1934年约里奥-居里夫妇在核反应中用粒子(即氦核24He)轰击金属原子ZWX,得到核素Z+230Y,开创了人造放射性核素的先河:ZWX+24HeY+01n其中元素X、Y的最外层电子数之和为8。下列叙述正确的是()A.ZWX的相对原子质量为26
8、B.X、Y均可形成三氯化物C.X的原子半径小于Y的D.Y仅有一种含氧酸对点演练2(双选)(2020四川成都质检)我国科技工作者发现铂的一种原子78202Pt。下列说法正确的是()A.78202Pt原子质量为202 gB.78202Pt的质子数是78C.78202Pt原子质子数与中子数之差为78D.78202Pt核内的中子数是124对点演练3下列说法不正确的是()质子数相同的粒子一定是同种元素同位素的性质几乎完全相同质子数相同,电子数也相同的两种粒子,不可能是一种分子和一种离子电子数相同的粒子不一定是同一种元素一种元素只能有一种质量数某种元素的相对原子质量取整数,就是质量数A.B.C.D.深度指
9、津(1)微粒符号周围数字的含义。(2)求一定质量的某物质中粒子数的答题模板物质的质量物质的量指定粒子的物质的量指定粒子数(3)任何微粒中,质量数=质子数+中子数,但质子数与电子数不一定相等,如阴离子、阳离子中质子数与电子数不相等。有质子的微粒不一定有中子,如1H;有质子的微粒不一定有电子,如H+。质子数相同的微粒不一定属于同一种元素,如F-与OH-。核外电子数相同的微粒,其质子数不一定相同,如Al3+和Na+,F-、NH4+和OH-等。(4)两种相对原子质量。原子(即核素)的相对原子质量:一个原子(即核素)的质量与12C质量的112的比值。一种元素有几种核素,就有几种不同核素的相对原子质量。元
10、素的相对原子质量:是按该元素各种天然同位素原子所占的原子百分比算出的平均值。如Ar(Cl)=Ar(35Cl)a%+Ar(37Cl)b%。考点二原子核外电子排布原理必备知识自主预诊知识梳理1.能层与能级(1)能层(n):在多电子原子中,核外电子的是不同的,按照电子的差异将其分成不同能层。通常用K、L、M、N等表示,能量依次升高。(2)能级:同一能层里电子的也可能不同,又将其分成不同的能级,通常用等表示。同一能层里,各能级的能量按的顺序依次升高,即:。特别提醒第一能层(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
11、、d三种能级,d能级包含了能量相等的五个原子轨道。2.基态与激发态原子光谱(1)原子的状态:基态原子:处于状态的原子。激发态原子:基态原子吸收能量后,它的电子会跃迁到,变为激发态原子。(2)原子光谱:不同元素原子的电子发生跃迁时会或不同的光,可以用光谱仪摄取各种元素原子的吸收光谱或发射光谱,总称原子光谱。在现代化学中,常利用原子光谱上的特征谱线来鉴定元素,称为光谱分析。(3)基态、激发态及光谱的关系示意图:3.构造原理与电子排布式(1)构造原理:随着原子序数的递增,基态原子的“外层电子”按照箭头的方向依次排布在各原子轨道上:1s、2s、2p、3s、3p、4s、3d、4p、5s、4d、5p、6s
12、这一规律称为构造原理。下图为基态原子核外电子在原子轨道上的排布顺序。(2)基态原子核外电子排布式:表示方法举例(以硫原子为例)电子排布式简化电子排布式Ne3s23p4价电子排布式3s23p4(3)原子结构示意图:(4)核外电子排布与元素性质的关系:金属元素原子的最外层电子数一般小于4,较易电子形成阳离子,表现出性,在化合物中显正化合价。非金属元素原子的最外层电子数一般大于或等于4,较易电子,活泼非金属原子易形成阴离子。在化合物中主要显负化合价。稀有气体元素的原子最外层为8电子(氦为2电子)稳定结构,不易失去或得到电子,通常表现为0价。4.电子云图与原子轨道(1)通常用单位体积内小点的来表示电子
13、在原子核外某处单位体积内出现概率的大小:点密集的地方,表示电子在此处单位体积内出现的概率大;点稀疏的地方,表示电子在此处单位体积内出现的概率小。这种形象地描述电子在的概率分布的图形称为电子云图。(2)原子轨道。原子中单个电子的称为原子轨道。原子轨道轨道形状轨道个数sp5.泡利不相容原理、洪特规则、能量最低原理(1)泡利不相容原理。一个原子轨道中最多只能容纳个电子,且这两个电子的自旋。如2s轨道上的轨道表示式为,不能表示为。(2)洪特规则。对于基态原子中,核外电子在能量相同的原子轨道上排布时,将尽可能分占的原子轨道并且相同。如2p3的轨道表示式为,不能表示为或。当能量相同的原子轨道在(p6、d1
14、0、f14)、(p3、d5、f7)和(p0、d0、f0)状态时,体系的能量较低,如24Cr的电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s1或Ar3d54s1。(3)能量最低原理:核外电子在原子轨道上排布时,电子尽可能地占据能量最低的原子轨道,使整个原子的能量最低,这就是能量最低原理。【注意】基态原子的核外电子排布遵循泡利不相容原理、洪特规则和能量最低原理。核外电子排布中的几个简单数量规律:数量规律每层最多容纳的电子为2n2个(n表示能层序数)最外层电子不超过8个(K层为最外层时不超过2个)次外层电子不超过18个,倒数第三层不超过32个自我诊断1.判断正误,正确的打“”,错误的打“”。(
15、1)两种粒子,若核外电子排布完全相同,则其化学性质一定相同。()(2)凡单原子形成的离子,一定具有稀有气体元素原子的核外电子排布。()(3)稀有气体元素原子的最外层都排有8个电子。()(4)当M层是最外层时,最多可排布18个电子。()(5)某原子最外层只有一个电子,它一定是金属元素。()(6)某原子M层上电子数可能为L层上电子数的4倍。()(7)质子数和核外电子数分别相等的两种微粒可以是两种原子、两种分子、两种阳离子或两种阴离子。()(8)氯离子的结构示意图为。()2.判断正误,正确的打“”,错误的打“”。(1)原子核外的电子像云雾一样笼罩在原子核周围,故称电子云图。()(2)p能级能量一定比
16、s能级的能量高。()(3)基态钠原子的电子排布式为1s22s22p62d1。()(4)基态磷原子的轨道表示式为。()(5)同一原子中,2p、3p、4p能级的轨道数依次增多。()(6)Cr的电子排布式为1s22s22p63s23p63d44s2。()(7)2p和3p轨道形状均为哑铃形,能量也相等。()关键能力考向突破考向1核外电子排布规律及其应用【典例1】(2020山东青岛二中模拟)核电荷数小于18的某元素X,其原子核外电子层数为a,最外层电子数为(2a+1)。下列有关元素X的说法不正确的是()A.元素X的原子核内质子数为(2a2-1)B.元素X的原子半径一定小于钠的原子半径C.由元素X形成的某
17、些化合物,可能具有杀菌消毒的作用D.元素X形成的简单离子,各电子层的电子数均达到2n2个(n表示电子层序数)对点演练1两种元素原子的核外电子层数之比与最外层电子数之比相等,则在元素周期表的前10号元素中,满足上述关系的元素共有()A.1对B.2对C.3对D.4对归纳总结120号元素原子核外电子排布的特点(1)原子核中无中子的原子:H。(2)最外层只有一个电子的原子:H、Li、Na、K;最外层有两个电子的原子:He、Be、Mg、Ca。(3)最外层电子数等于次外层电子数的原子:Be、Ar;最外层电子数是次外层电子数2倍的原子:C;最外层电子数是次外层电子数3倍的原子:O。(4)电子层数与最外层电子
18、数相等的原子:H、Be、Al;最外层电子数是电子层数2倍的原子:He、C、S;最外层电子数是电子层数3倍的原子:O。(5)次外层电子数是最外层电子数2倍的原子:Li、Si。(6)内层电子总数是最外层电子数2倍的原子:Li、P。(7)与He原子电子层结构相同的离子:H-、Li+、Be2+。(8)次外层电子数是其他各层电子总数2倍的原子:Li、Mg。(9)次外层电子数与其他各层电子总数相等的原子:Be、S。考向2等电子微粒及应用【典例2】A+、B+、C-、D、E五种粒子(分子或离子)中,每个粒子均有10个电子,已知:A+C-D+E;B+C-2D。请回答:(1)C-的电子式是。(2)A+中的键角为。
19、(3)分别写出A+和D反应、B+和E反应的离子方程式:、。(4)除D、E外,请再写出两种含10个电子的分子的分子式:。(5)除A+、B+外,请再写出两种含10个电子的阳离子:。对点演练2已知A、B、C、D是中学化学中常见的四种不同粒子,它们之间存在如图所示的转化关系(反应条件已略去):(1)如果A、B、C、D均是10电子的粒子,且C的水溶液呈碱性,请写出A、D的电子式:、。(2)如果A和C是18电子的粒子,B和D是10电子的粒子。A与B在溶液中反应的离子方程式为。根据上述离子方程式,可以判断C与B结合质子的能力大小是(用化学式或离子符号表示)。归纳总结等电子微粒(1)10电子微粒。(2)18电
20、子微粒。考向3电子排布式、轨道表示式的书写【典例3】按要求填空:(1)(2020江苏化学,21节选)基态Fe原子的核外电子排布式为。(2)(2020全国2,35节选)基态Ti原子的核外电子排布式为。(3)(2019全国2,35节选)Fe成为阳离子时首先失去轨道电子,Sm的价层电子排布式为4f66s2,Sm3+的价层电子排布式为。(4)(2019江苏化学,21节选)Cu2+基态核外电子排布式为。(5)(2018全国1,35节选)Li是最轻的固体金属,采用Li作为负极材料的电池具有小而轻、能量密度大等优良性能,得到广泛应用。回答下列问题:下列Li原子电子的轨道表示式表示的状态中,能量最低和最高的分
21、别为、(填标号)。Li+与H-具有相同的电子构型,r(Li+)小于r(H-),原因是。(6)(2018全国2,35节选)基态Fe原子价电子的轨道表示式为,基态S原子电子占据最高能级的电子云轮廓图为形。对点演练3(2020广东北江中学模拟)(1)A元素基态原子的最外层有3个未成对电子,次外层有2个电子,其元素符号为;其价电子轨道表示式为。(2)B元素的负一价离子和C元素的正一价离子的电子层结构都与氩相同,B的元素符号为,C离子的结构示意图为。(3)D元素的正三价离子的3d能级为半充满,D的元素符号为,其基态原子的电子排布式为,其原子的结构示意图为。(4)E元素基态原子的M层全充满,N层没有成对电
22、子且只有一个未成对电子,E的元素符号为,其基态原子的电子排布式为。(5)F元素的原子最外层电子排布式为nsnnpn+2,则n=;原子中能量最高的是电子,其基态原子核外电子轨道表示式为。归纳总结1.核外(价)电子排布的表示方法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Na:+11281Na+: +1128电子式表示原子最外层电子数Cl核外电子排布式表示每个能级上排布的电子数S:1s22s22p63s23p4或Ne3s23p4S2-:1s22s22p63s23p6轨道表示式表示每个原子轨道中电子的运动状态O:价电子排布式(或轨道表示式)表示价电子的排布S:3s23p4Fe
23、:3d64s22.“两原理,一规则”的正确理解(1)原子核外电子排布符合能量最低原理、洪特规则和泡利不相容原理,若违背其一,则原子能量不处于最低状态。注意:在写基态原子的轨道表示式时,常出现以下错误:(2)半充满、全充满状态的原子结构稳定,即ns2、np3、np6、nd5、nd10等处于相对稳定结构状态。如Cr:Ar3d54s1、Mn:Ar3d54s2、Cu:Ar3d104s1、Zn:Ar3d104s2。(3)当出现d轨道时,虽然电子按ns、(n-1)d、np的顺序填充,但在书写时,仍把(n-1)d放在ns前。3.书写常见基态原子电子排布式的一般方法(1)由原子序数书写核外电子排布式。根据构造
24、原理、各能级最多容纳的电子数及能量最低原理,由低能级向高能级依次填充电子。如31号元素镓,其基态原子核外电子填充顺序为1s、2s、2p、3s、3p、4s、3d、4p,最后1个电子排入4p能级;我们也可以通过31-18=13,以Ar的电子排布式为基础再填充13个电子,即Ar3d104s24p1。(2)由元素名称书写核外电子排布式。前三周期主族元素可以根据最外层电子数书写,如S的最外层电子数为6,其电子排布式为Ne3s23p4;第4周期从K开始数,数到几,就可以写成Ar(从4s能级开始,依次填充多余的电子)。如写Fe的基态原子电子排布式时,从钾开始数到铁为8,则其电子排布式为Ar3d64s2;写S
25、e的基态原子电子排布式时,从钾开始数到Se为16,则其电子排布式为Ar3d104s24p4。网络构建核心速记原子结构核外电子排布规律原子核元素种类质子中子同位素原子种类核外电子排布能层与能级核外电子排布规律核外电子排布的表达方法1.牢记的1种符号:AZXmba。A表示质量数,Z表示质子数,X表示元素符号,m表示化合价数,a表示电荷数,b表示粒子中所含的原子数。2.熟记“两素”“三同”:元素、核素;同位素、同素异形体、同分异构体。3.书写基态原子核外电子排布的三条规律(1)能量最低原理(2)泡利不相容原理(3)洪特规则4.掌握原子中的两种关系(1)质子数=核电荷数=核外电子数=原子序数(2)质量
26、数(A)=质子数(Z)+中子数(N)第五章物质结构与性质元素周期律第1节原子结构核外电子排布规律考点一原子构成必备知识自主预诊1.(1)元素原子化学(2)原子的核外电子数质子数中子数阳离子所带的电荷数阴离子所带的电荷数2.(1)核电荷数质子中子质子数中子数(2)中子数质子数几乎完全相同差异较大(3)氕D氘T氚自我诊断1.答案(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)2.答案(1)核素同位素(2)816O2和816O3(3)3024(4)75关键能力考向突破典例1D35Cl和37Cl同是氯元素,二者互为同位素的关系,A项错误;单晶硅是硅单质,石英的主要成分是SiO2,B项错误;HCOOH和HOC
27、H2CHO不是同类物质,不是同系物的关系,C项错误。对点演练1 D同分异构体一般指分子式相同,结构不同的有机化合物,H2和D2都是无机物,A错误;16O、17O、18O互为同位素,H216O、H217O、H218O既不互为同位素,也不互为同素异形体,B错误;18O2和18O3互为同素异形体,但温度、压强未知,它们的密度之比不一定为23,C错误;电解一定量的D218O时,阴、阳两极会收集到物质的量之比为21的D2和18O2,其质量之比约为29,D正确。典例2B依据题给的反应过程,可确定W=27。根据X、Y的最外层电子数之和为8,Y原子的质子数比X原子的质子数多2,可以得出X原子最外层电子数为3,
28、Y原子最外层电子数为5,结合Y的质量数为30,可以判定X为铝元素,Y为磷元素。由上述分析可知A项错误;Al、P两元素均可形成三氯化物AlCl3和PCl3,B项正确;Al、P两元素位于同一周期且原子序数P原子大于Al原子,故原子半径Al原子大于P原子,C项错误;磷元素的含氧酸有H3PO4、H3PO3、H3PO2等,D项错误。对点演练2 BD78202Pt原子的质量约为202NAg,故A错误;78202Pt的质子数是78,故B正确;78202Pt原子质子数与中子数之差为202-78-78=46,故C错误;78202Pt核内的中子数是202-78=124,故D正确。对点演练3 C粒子包括原子、分子、
29、离子等。H2O与Ne的电子数、质子数均相同,故错误、正确;一种分子和一种离子,如果质子数相等,其电子数一定不相等,如O2与S2-,故正确;同位素的化学性质几乎完全相同,而物理性质有所不同,故错误;质量数是针对某原子而言的,某些元素往往有几种同位素,它们的质量数各不相同,故错误。考点二原子核外电子排布原理必备知识自主预诊1.(1)能量能量(2)能量s、p、d、fs、p、d、fE(ns)E(np)E(nd)S2-(或OH-HS-)解析(1)由C的水溶液呈碱性可知C为NH3,A为NH4+,与NH4+反应生成NH3的应为OH-,所以B、D分别为OH-、H2O。(2)在常见的18电子微粒中,由中和反应易
30、想到H2S+OH-HS-+H2O(或HS-+OH-S2-+H2O)的反应,故B为OH-,C为HS-(或S2-),根据离子方程式,结合质子的能力:OH-HS-(或OH-S2-)。典例3答案(1)Ar3d64s2或1s22s22p63s23p63d64s2(2)1s22s22p63s23p63d24s2或Ar3d24s2(3)4s4f5(4)Ar3d9或1s22s22p63s23p63d9(5)DCLi+核电荷数较大(6)哑铃解析(1)Fe为26号元素,价电子数为26-18=8,在4s轨道上面填充2个电子,在3d轨道上填充6个电子,则基态Fe原子的核外电子排布式为Ar3d64s2或1s22s22p
31、63s23p63d64s2。(2)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。(3)Fe为26号元素,Fe原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2,Fe原子失去1个电子使4s轨道为半充满状态,能量较低,故首先失去4s轨道电子;Sm的价电子排布式为4f66s2,失去3个电子变成Sm3+成为稳定状态,要失去最外层6s上的2个电子和4f上的1个电子,所以Sm3+的价电子排布式为4f5。(4)Cu位于第4周期B族,其价电子排布式为3d104s1,因此Cu2+基态核外电子排布式为Ar3d9或1s22s22p63s2
32、3p63d9。(5)根据轨道表示式可知,对应的四种电子排布式分别是1s12s2、2s22p1、2s12p2、1s22s1,根据构造原理可知能级能量大小关系是:1s2s2p,则D状态能量最低、C状态能量最高。由于Li+的核电荷数较大,原子核对核外电子的吸引力较大,因此Li+半径小于H-。(6)基态Fe原子核外电子排布式为Ar3d64s2,则价层电子轨道表示式为。基态S原子的核外电子排布式为Ne3s23p4,电子占据的最高能级为3p能级,p能级电子云轮廓图为哑铃形。对点演练3答案(1)N(2)Cl(3)Fe1s22s22p63s23p63d64s2或Ar3d64s2(4)Cu1s22s22p63s23p63d104s1或Ar3d104s1(5)22p