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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(jí)與原子軌道
(1)概念
①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。
②能級(jí):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(jí);同一能層里,能級(jí)的能量按s、p、d、f的順序升高,即E(ns)
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
①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(jìn)入能量較高的軌道,這樣使整個(gè)原子處于能量最低的狀態(tài)。
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所有電子排布規(guī)則都需滿足能量最低原理。
②泡利原理
每個(gè)原子軌道里最多只能容納2個(gè)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。
③洪特規(guī)則
當(dāng)電子排布在同一能級(jí)的不同軌道時(shí),基態(tài)原子中的電子總是優(yōu)先單獨(dú)占據(jù)一個(gè)軌道,且自旋狀態(tài)相同。如2p3的電子排布為,不能表示為或。
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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(shí),體系的能量最低,這一點(diǎn)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(jiǎn)化電子排布式
[Ne]3s23p4
電子排布圖(或軌道表示式)
價(jià)電子排布式
3s23p4
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(1)當(dāng)出現(xiàn)d軌道時(shí),雖然電子按ns、(n-1)d、np的順序填充,但在書寫電子排布式時(shí),仍把(n-1)d放在ns前,如Fe:1s22s22p63s23p63d64s2正確,F(xiàn)e:1s22s22p63s23p64s23d6錯(cuò)誤。
(2)由于能級(jí)交錯(cuò),3d軌道的能量比4s軌道的能量高,排電子時(shí)先排4s軌道再排3d軌道,而失電子時(shí),卻先失4s軌道上的電子。
(3)書寫軌道表示式時(shí),空軌道不能省略。如C的軌道表示式為,而不是
(4)在書寫簡(jiǎn)化的電子排布式時(shí),并不是所有的都是[X]+價(jià)電子排布式(注:X代表上一周期稀有氣體元素符號(hào))。例如:Mn:[Ar]3d54s2,Br:[Ar]3d104s24p5。
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(huì)躍遷到較高能級(jí),變成激發(fā)態(tài)原子。
(3)電子的躍遷
①基態(tài)→激發(fā)態(tài)
當(dāng)基態(tài)原子的電子吸收能量后,會(huì)從低能級(jí)躍遷到較高能級(jí),變成激發(fā)態(tài)原子。
②激發(fā)態(tài)→基態(tài)
激發(fā)態(tài)原子的電子從較高能級(jí)躍遷到低能級(jí)時(shí)會(huì)釋放出能量。
(4)原子光譜
不同元素的原子發(fā)生躍遷時(shí)會(huì)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
2
3
[He]2s1
10
1s22s22p6
三
3
11
[Ne]3s1
18
1s22s22p63s23p6
四
4
19
[Ar]4s1
36
1s22s22p63s23p63d104s24p6
五
5
37
[Kr]5s1
54
1s22s22p63s23p63d104s24p64d105s25p6
六
6
55
[Xe]6s1
86
1s22s22p63s23p63d104s24p64d104f145s25p65d106s26p6
①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(gè)電子,只有1個(gè)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。
②一個(gè)能級(jí)組最多容納的電子數(shù)等于一個(gè)周期所包含的元素種類。但一個(gè)能級(jí)組不一定全部是能量相同的能級(jí),而是能量相近的能級(jí)。
(2)元素周期表的分區(qū)與原子的價(jià)電子排布的關(guān)系
分區(qū)
元素分布
價(jià)電子排布
s區(qū)
第ⅠA族、第ⅡA族
ns1~2
p區(qū)
第ⅢA族~第ⅦA族、0族
ns2np1~6(除He外)
d區(qū)
第ⅢB族~第ⅦB族、第Ⅷ族
(n-1)d1~9ns1~2(除鈀外)
ds區(qū)
第ⅠB族、第ⅡB族
(n-1)d10ns1~2
f區(qū)
鑭系、錒系
(n-2)f 0~14(n-1)d0~2ns2
5 第一電離能
(1)含義
氣態(tài)電中性基態(tài)原子失去一個(gè)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(hào)I1表示,單位為kJmol-1。
(2)電離能的遞變規(guī)律
①同一元素:I1I1(Al)、I1(P)>I1(S)。這是由于第ⅡA族、第ⅤA族元素原子的價(jià)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(duì)鍵合電子吸引力的大小。電負(fù)性越大的原子,對(duì)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。
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(1)不能將電負(fù)性1.8作為劃分金屬和非金屬的絕對(duì)標(biāo)準(zhǔn)。
(2)共價(jià)化合物中,兩種元素電負(fù)性差值越大,它們形成共價(jià)鍵的極性就越強(qiáng)。
(3)同周期元素,從左到右,非金屬性越來越強(qiáng),電負(fù)性越來越大,第一電離能總體呈增大趨勢(shì)。
1.思維辨析
(1)p能級(jí)能量一定比s能級(jí)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(jí)的軌道數(shù)依次增多。( )
(5)價(jià)電子排布為4s24p3的元素位于第四周期第ⅤA族,是p區(qū)元素。( )
(6)價(jià)電子排布為5s25p1的元素位于第五周期第ⅠA族,是s區(qū)元素。( )
(7)電負(fù)性差值大于1.7時(shí),一般形成離子鍵,小于1.7時(shí),一般形成共價(jià)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(qiáng)。( )
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(qiáng)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(shí)為1s2)的原子,第一電離能較大
D.對(duì)于同一元素而言,原子的電離能I1O、Mg>Al,B項(xiàng)錯(cuò);C項(xiàng)所述元素為0族元素,性質(zhì)穩(wěn)定,第一電離能都較大。
[考法綜述] 高考對(duì)本考點(diǎn)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(jià)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(jí)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(jí)為1s、2s、2p、3s、3p、3d。
(3)Mn是25號(hào)元素,其電子排布式為[Ar]3d54s2,失去最外層2個(gè)電子,即得Mn2+的電子排布式為[Ar]3d5。
(4)Ni2+的價(jià)電子排布圖為
[答案] (1)1s22s22p63s23p63d104s24p1
(2)1s22s22p63s23p63d5(或[Ar]3d5)
(3)1s22s22p63s23p63d5(或[Ar]3d5)
(4)
【解題法】 核外(價(jià))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(gè)能級(jí)上排布的電子數(shù)
S:1s22s22p63s23p4或[Ne]3s23p4
S2-:1s22s22p63s23p6
電子排布圖(軌道表示式)
表示每個(gè)原子軌道中電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)
價(jià)層電子排布式或排布圖
表示價(jià)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(hào))。
(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(hào))。
(5)Ni是元素周期表中第28號(hào)元素,第二周期基態(tài)原子中未成對(duì)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(shì),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(shí)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?yàn)镃l>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(jí)上有2個(gè)未成對(duì)電子。第二周期中未成對(duì)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
①判斷元素金屬性的強(qiáng)弱:電離能越小,金屬越容易失去電子,金屬性越強(qiáng);反之越弱。
②判斷元素的化合價(jià)
如果某元素的In+1?In,則該元素的常見化合價(jià)為+n,如鈉元素I2?I1,所以鈉元素化合價(jià)為+1。
③判斷核外電子的分層排布情況
多電子原子中,元素的各級(jí)電離能逐級(jí)增大,有一定的規(guī)律性。當(dāng)電離能的變化出現(xiàn)突變時(shí),電子層數(shù)就可能發(fā)生變化。
④反映元素原子的核外電子排布特點(diǎn)
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(shí),第一電離能就會(huì)反常地大。
(3)電負(fù)性的應(yīng)用
判斷金屬性與非金屬性強(qiáng)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(jià)態(tài)
電負(fù)性大的元素易呈現(xiàn)負(fù)價(jià)
電負(fù)性小的元素易呈現(xiàn)正價(jià)
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(jià)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(shì),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(xiàng)正確;F沒有最高正價(jià),Cl、Br的最高正價(jià)為7,B項(xiàng)錯(cuò)誤;沸點(diǎn):HF>HCl”或“<”填空:
原子半徑
電負(fù)性
熔點(diǎn)
沸點(diǎn)
Al____Si
N____O
金剛石____晶體硅
CH4____SiH4
答案 (1)三?、鬉 (2)1s22s22p3 1
(3)> < > <
解析 (1)Si元素位于元素周期表第三周期第ⅣA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(gè)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(duì)于非金屬而言,非金屬性越強(qiáng)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,C—C鍵的鍵長(zhǎng)小于Si—Si鍵的鍵長(zhǎng),鍵長(zhǎng)越短,鍵能越大,熔點(diǎn)越高,故熔點(diǎn):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(duì)分子質(zhì)量的增大而增大,范德華力越大,沸點(diǎn)越高,所以沸點(diǎn):CH4O。同主族從上到下,第一電離能逐漸減小,故O>S。Cu的價(jià)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(gè)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。
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