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第1節(jié) 原子結構與性質
【考綱要求】
了解原子核外電子的運動狀態(tài)、能級分布和排布原理，能正確書寫1～36號元素原子核外電子、價電子的電子排布式和軌道表達式。 了解電離能的含義，并能用以說明元素的某些性質。 了解電子在原子軌道之間的躍遷及其簡單應用。 了解電負性的概念，并能用以說明元素的某些性質。
考點一 原子核外電子排布原理
1．能層、能級與原子軌道之間的關系
能層(n)
能級
最多容納電子數(shù)
序數(shù)
符號
符號
原子軌道數(shù)
各能級
各能層
一
K
1s
1
2
2
二
L
2s
1
2
8
2p
3
6
三
M
3s
1
2
18
3p
3
6
3d
5
10
四
N
4s
1
2
32
4p
3
6
4d
5
10
4f
7
14
…
…
…
…
…
…
n
…
…
…
…
2n2[HT]
2．原子軌道的能量關系
(1)軌道形狀
①s電子的原子軌道呈球形。
②p電子的原子軌道呈啞鈴形。
(2)能量關系
①相同能層上原子軌道能量的高低：ns
②>①
B．原子半徑：③>②>①
C．電負性：③>②>①
D．最高正化合價：③>②>①
解析：選A。根據(jù)元素的基態(tài)原子的電子排布式可知，三種元素分別是S、P、F。一般非金屬性越強，第一電離能越大，但P原子的3p軌道處于半充滿狀態(tài)，穩(wěn)定性強，所以第一電離能大于S，A正確；原子半徑應是②>①>③，B不正確；非金屬性越強，電負性越大，應是③>①>②，C不正確；F沒有正價，S最高價為＋6，P最高價為＋5，D不正確。
題組二 考查電離能、電負性的應用
3．下表列出了某短周期元素R的各級電離能數(shù)據(jù)(用I1、I2……表示，單位為kJmol－1)。下列關于元素R的判斷中一定正確的是( )
I1
I2
I3
I4
……
740
1 500
7 700
10 500
①R的最高正價為＋3價?、赗元素位于元素周期表中第ⅡA族?、跼元素第一電離能大于同周期相鄰元素?、躌元素基態(tài)原子的電子排布式為1s22s2
A．①② B．②③
C．③④ D．①④
解析：選B。由表中數(shù)據(jù)可知，R元素的第三電離能與第二電離能的差距最大，故最外層有兩個電子，最高正價為＋2價，位于第ⅡA族，可能為Be或Mg元素，因此①不正確，②正確，④不確定；短周期第ⅡA族(ns2np0)的元素，因p軌道處于全空狀態(tài)，比較穩(wěn)定，所以其第一電離能大于同周期相鄰元素，③正確。
4．部分短周期元素的電負性值如表所示：
元素
符號
Li
Be
B
C
O
F
Na
Al
Si
P
S
Cl
電負
性值
0.98
1.57
2.04
2.55
3.44
3.98
0.93
1.61
1.90
2.19
2.58
3.16
(1)根據(jù)對角線規(guī)則，Be、Al元素最高價氧化物對應水化物的性質相似，它們都具有兩性，其中Be(OH)2顯示這種性質的離子方程式是
。
(2)通過分析電負性值變化規(guī)律，確定Mg元素電負性值的最小范圍： 。
(3)請歸納元素的電負性和金屬性、非金屬性的關系：
。
(4)從電負性角度，判斷AlCl3是離子化合物還是共價化合物？請說出理由，并設計一個實驗方案證明上述所得結論。
答案：(1)Be(OH)2＋2H＋===Be2＋＋2H2O，
Be(OH)2＋2OH－===BeO＋2H2O
(2)0.93～1.57
(3)非金屬性越強，電負性越大；金屬性越強，電負性越小
(4)Al元素和Cl元素的電負性差值為1.55<1.7，所以形成共價鍵，AlCl3為共價化合物。將氯化鋁加熱到熔融態(tài)，進行導電性實驗，如果不導電，說明是共價化合物。
1．應用電離能判斷元素的性質
(1)判斷元素的金屬性和非金屬性強弱。一般I1越大，元素的非金屬性越強；I1越小，元素的金屬性越強。
(2)判斷元素在化合物中的化合價，如鉀元素I1?I2Ge>Zn
3．[2016高考全國卷Ⅲ，37(1)(2)]砷化鎵(GaAs)是優(yōu)良的半導體材料，可用于制作微型激光器或太陽能電池的材料等?；卮鹣铝袉栴}：
(1)寫出基態(tài)As原子的核外電子排布式： 。
(2)根據(jù)元素周期律，原子半徑Ga As，第一電離能Ga As。(填“大于”或“小于”)
解析：(1)根據(jù)構造原理可寫出基態(tài)As原子的核外電子排布式。(2)同周期主族元素從左到右，原子半徑逐漸減小，第一電離能呈現(xiàn)逐漸增大的趨勢(第ⅡA、ⅤA族除外)。Ga的原子半徑大于As，Ga的第一電離能小于As。
答案：(1)1s22s22p63s23p63d104s24p3(或[Ar]3d104s24p3)
(2)大于 小于
4．[2016高考全國卷Ⅱ，37(1)(3)](1)鎳元素基態(tài)原子的電子排布式為 ，
3d能級上的未成對電子數(shù)為 。
(2)單質銅及鎳都是由 鍵形成的晶體；元素銅與鎳的第二電離能分別為ICu＝1 958 kJ/mol、INi＝1 753 kJ/mol，ICu >INi的原因是
。
答案：(1)1s22s22p63s23p63d84s2(或[Ar]3d84s2) 2
(2)金屬 銅失去的是全充滿的3d10電子，鎳失去的是4s1電子
5．[2015高考全國卷Ⅰ，37(1)]處于一定空間運動狀態(tài)的電子在原子核外出現(xiàn)的概率密度分布可用 形象化描述。在基態(tài)14C原子中，核外存在 對自旋相反的電子。
解析：處于一定空間運動狀態(tài)的電子在原子核外出現(xiàn)的概率密度分布用電子云形象地描述?；鶓B(tài)14C原子的軌道表示式為，則核外存在2對自旋相反的電子。
答案：電子云 2
6．[2014高考全國卷Ⅰ，37(2)]基態(tài)Fe原子有 個未成對電子。Fe3＋的電子排布式為 。
解析：基態(tài)Fe原子電子排布式為1s22s22p63s23p63d64s2，在3d軌道有4個未成對電子；Fe原子失去3個電子得Fe3＋，則Fe3＋的電子排布式為1s22s22p63s23p63d5或[Ar]3d5。
答案：4 1s22s22p63s23p63d5(或[Ar]3d5)
[學生用書P319(單獨成冊)]
一、選擇題
1．當鎂原子由1s22s22p63s2→1s22s22p63p2時，以下認識正確的是( )
A．鎂原子由基態(tài)轉化成激發(fā)態(tài)，這一過程中吸收能量
B．鎂原子由激發(fā)態(tài)轉化成基態(tài)，這一過程中釋放能量
C．轉化后位于p能級上的兩個電子處于同一軌道，且自旋狀態(tài)相同
D．轉化后鎂原子與硅原子電子層結構相同，化學性質相似
答案：A
2．如圖是第三周期11～17號元素某些性質變化趨勢的柱形圖，下列有關說法中正確的是( )
A．y軸表示的可能是第一電離能
B．y軸表示的可能是電負性
C．y軸表示的可能是原子半徑
D．y軸表示的可能是形成基態(tài)離子轉移的電子數(shù)
解析：選B。對于第三周期11～17號元素，隨著原子序數(shù)的增大，第一電離能總體上呈現(xiàn)增大的趨勢，但Mg、P特殊，A項錯誤；原子半徑逐漸減小，C項錯誤；形成基態(tài)離子轉移的電子數(shù)依次為Na為1，Mg為2，Al為3，Si不易形成離子，P為3，S為2，Cl為1，D項錯誤。
3．下列說法中正確的是( )
A．所有非金屬元素都分布在p區(qū)
B．最外層電子數(shù)為2的元素都分布在s區(qū)
C．元素周期表中第ⅢB族到第ⅡB族10個縱行的元素都是金屬元素
D．同一主族元素從上到下，金屬性呈周期性變化
解析：選C。非金屬元素中氫在s區(qū)，其余非金屬元素均分布在p區(qū)，A項錯誤；最外層電子數(shù)為2的元素可能在s區(qū)(如Mg)、p區(qū)(如He)或d區(qū)(如Ti、Fe)等，B項錯誤；同主族元素從上到下，金屬性逐漸增強，非金屬性逐漸減弱，屬遞變性質而不是周期性變化，D項錯誤。
4．周期表中27號元素鈷的方格中注明“3d74s2”，由此可以推斷( )
A．它位于周期表的第四周期ⅡA族
B．它的基態(tài)核外電子排布式可簡寫為[Ar]4s2
C．Co2＋的核外價電子排布式為3d54s2
D．Co位于周期表中第9列
解析：選D。從左向右數(shù)，應為過渡元素，A項錯誤；“3d74s2”為Co的價電子排布，其簡寫式中也要注明3d軌道，B項錯誤；失電子時，應失去最外層的電子，即先失去4s上的電子，Co2＋的價電子排布式為3d7，C項錯誤；“7＋2＝9”，說明它位于周期表的第9列，D項正確。
5．下列曲線表示鹵族元素某種性質隨核電荷數(shù)的變化趨勢，正確的是( )
解析：選A。同主族元素從上到下電負性依次減小，A正確；鹵族元素中氟無正價，B錯；HF分子間存在氫鍵，所以HF沸點最高，C錯；鹵族元素從上到下單質分子間范德華力依次增大，熔點依次升高，D錯。
6．已知X、Y元素同周期，且電負性X>Y，下列說法錯誤的是( )
A．第一電離能：Y一定小于X
B．氣態(tài)氫化物的穩(wěn)定性：HmY小于HnX
C．最高價含氧酸的酸性：X對應的酸性強于Y對應的酸性
D．X和Y形成化合物時，X顯負價，Y顯正價
解析：選A。若Y為氮元素，X為氧元素，則第一電離能：Y>X；由于電負性：X>Y，則非金屬性：X>Y，故氣態(tài)氫化物穩(wěn)定性：HmYY；得電子能力：X>Y，X和Y形成化合物時，X顯負價，Y顯正價。
7．下表中是A、B、C、D、E五種短周期元素的某些性質，下列判斷正確的是( )
元素
A
B
C
D
E
最低化合價
－4
－2
－1
－2
－1
電負性
2.5
2.5
3.0
3.5
4.0
A.C、D、E的氫化物的穩(wěn)定性：C>D>E
B．元素A的原子最外層軌道中無自旋狀態(tài)相同的電子
C．元素B、C之間不可能形成化合物
D．與元素B同周期且第一電離能最小的元素的單質能與H2O發(fā)生置換反應
解析：選D。根據(jù)電負性和最低化合價，推知A為C元素、B為S元素、C為Cl元素、D為O元素、E為F元素。A項，C、D、E的氫化物分別為HCl、H2O、HF，穩(wěn)定性：HF>H2O>HCl；B項，元素A的原子最外層電子排布式為2s22p2，2p2上的兩個電子分占兩個原子軌道，且自旋狀態(tài)相同；C項，S的最外層有6個電子，Cl的最外層有7個電子，它們之間可形成S2Cl2等化合物；D項，Na能與H2O發(fā)生置換反應生成NaOH和H2。
8．X、Y、Z、W是短周期元素，X元素原子的最外層未達到8電子穩(wěn)定結構，工業(yè)上通過分離液態(tài)空氣獲得其單質；Y元素原子最外電子層上s、p電子數(shù)相等；Z元素＋2價陽離子的核外電子排布與氖原子相同；W元素原子的M層有1個未成對的p電子。下列有關這些元素性質的說法一定正確的是( )
A．X元素的氫化物的水溶液顯堿性
B．Z元素的離子半徑小于W元素的離子半徑
C．Z元素的單質在一定條件下能與X元素的單質反應
D．Y元素最高價氧化物的晶體具有很高的熔點和沸點
解析：選C。根據(jù)題意，Z元素為Mg，Y元素原子最外電子層電子排布為ns2np2，是C或Si，X為N或O，W為Al或Cl。N的氫化物的水溶液顯堿性，但O的氫化物的水溶液顯中性或弱酸性，A錯誤；Al3＋的半徑比Mg2＋小，B錯誤；氮氣、氧氣均能與鎂反應，C正確；CO2形成的晶體熔沸點低，D錯誤。
二、非選擇題
9．如圖是s能級和p能級的原子軌道圖，試回答下列問題：
(1)s電子的原子軌道呈 形，每個s能級有 個原子軌道；p電子的原子軌道呈 形，每個p能級有 個原子軌道。
(2)元素X的原子最外層電子排布式為nsnnpn＋1，原子中能量最高的是 電子，其電子云在空間有 方向；元素X的名稱是 ，它的氫化物的電子式是 。若元素X的原子最外層電子排布式為nsn－1npn＋1，那么X的元素符號為 ，原子的電子排布圖為 。
解析：(1)s電子的原子軌道都是球形的，每個s能級有1個原子軌道；p電子的原子軌道都是啞鈴形的，每個p能級有3個原子軌道，它們相互垂直，分別以px、py、pz表示。
(2)因為元素X的原子最外層電子排布式為nsnnpn＋1，np 軌道已排上電子，說明ns軌道已排滿電子，即n＝2，則元素X的原子核外電子排布式為1s22s22p3，是氮元素，其中原子中能量最高的是2p電子，其電子云在空間有三個互相垂直的伸展方向；氮元素的氫化物是氨氣，含有極性鍵，其電子式是 ；當元素X的原子最外層電子排布式為nsn－1npn＋1時，根據(jù)上述分析，有n－1＝2，則n＝3，所以X元素的原子核外電子排布式為1s22s22p63s23p4，是硫元素，元素符號為S，其原子的電子排布圖為
。
答案：(1)球 1 啞鈴 3
(2)2p 三個互相垂直的伸展 氮
10．W、X、Y、Z、N是短周期元素，它們的核電荷數(shù)依次增大。
元素
元素性質或原子結構
W
原子核內無中子
X
原子核外s能級上的電子總數(shù)與p能級上的電子總數(shù)相等，且是非金屬元素
Y
元素的離子半徑在該周期中最小
Z
原子核外p能級上的電子總數(shù)比s能級上的電子總數(shù)多2
N
最外層電子數(shù)比次外層電子數(shù)少1
(1)W單質的化學式為 ，Z元素原子核外有 個原子軌道填充了電子。
(2)Y、Z和N三種元素第一電離能由大到小的順序為 (填元素符號)。
(3)X與Z兩元素的電負性較大的是 (填元素符號)。
(4)Z元素原子共有 種不同運動狀態(tài)的電子。
解析：W、X、Y、Z、N是核電荷數(shù)依次增大的短周期元素，原子核內無中子的元素是氫元素；原子核外s能級電子數(shù)與p能級電子數(shù)相等的非金屬元素是氧元素(1s22s22p4)；元素的離子半徑在該周期中最小的是Al3＋；原子核外s能級電子數(shù)比p能級電子數(shù)少2的是硅元素(1s22s22p63s23p2)；最外層電子數(shù)比次外層電子數(shù)少1的是氯元素。核外有多少個電子就有多少種不同的運動狀態(tài)。
答案：(1)H2 8 (2)Cl>Si>Al (3)O (4)14
11．如圖為周期表中部分元素的某種性質(X值)隨原子序數(shù)變化的關系。
(1)同主族內不同元素的X值變化的特點是 ，同周期內，隨著原子序數(shù)的增大，X值總體上呈現(xiàn) 趨勢。
周期表中X值的這種變化特點體現(xiàn)了元素性質的 變化規(guī)律。
(2)X值較小的元素集中在元素周期表的 。
a．左下角 b．右上角 c．金屬與非金屬分界線附近
(3)下列關于元素該性質的說法中正確的是 (選填代號)。
a．X值可反映元素最高正化合價的變化規(guī)律
b．X值可反映原子在分子中吸引電子的能力
c．X值大小可用來衡量元素金屬性和非金屬性的強弱
解析：(1)根據(jù)圖示，同主族元素從上到下，X值逐漸減??；同周期元素從左到右，X值總體上呈現(xiàn)增大趨勢。
(2)X值較小的元素集中在元素周期表左下角。
(3)X值為元素的電負性，能夠反映原子在分子中吸引電子的能力，能衡量元素金屬性和非金屬性的強弱。
答案：(1)同一主族，從上到下，X值逐漸減小 增大 周期性
(2)a (3)bc
12．有A、B、C、D、E 5種元素，它們的核電荷數(shù)依次增大，且都小于20。其中A為非金屬元素；A和E屬同一族，它們原子最外層電子排布為ns1，B和D也屬同一族，它們原子最外層的p能級電子數(shù)是s能級電子數(shù)的兩倍。C原子最外層電子數(shù)等于D原子最外層電子數(shù)的一半。請回答下列問題：
(1)A是 ，B是 ，C是 ，D是 ，E是 。
(2)由這五種元素組成的一種化合物是(寫化學式) 。寫出該物質的一種主要用途： 。
(3)寫出C元素基態(tài)原子的電子排布式： 。
(4)用電子排布圖表示D元素原子的價電子排布為
。
(5)元素B與D的電負性的大小關系是B D，C與 E的第一電離能的大小關系是C E。(填“>”“<”或“＝”)
解析：(1)A、B、C、D、E 5種元素核電荷數(shù)都小于20，A、E屬同一族且最外層電子排布為ns1，故為第ⅠA族，而A為非金屬元素，則A為氫；B、D為同一族，其原子最外層的p能級電子數(shù)是s能級電子數(shù)的兩倍，故其最外層電子排布為ns2np4，為第ⅥA族元素，B核電荷數(shù)小于D，則B為氧，D為硫，E為鉀；C原子最外層電子數(shù)為硫原子最外層電子數(shù)的一半，則C為鋁。(5)同主族元素自上而下電負性逐漸減小，故B(氧)的電負性大于D(硫)，E(鉀)的第一電離能小于鈉，鈉的第一電離能小于C(鋁)，故第一電離能Al>K。
答案：(1)H O Al S K(寫元素名稱也可)
(2)KAl(SO4)212H2O 凈水劑
(3)1s22s22p63s23p1
(4)
(5)> >
13．月球上的主要礦物有輝石(CaMgSi2O6)、斜長石(KAlSi3O8)和橄欖石{可分為鐵橄欖石(Fe2SiO4)、鎂橄欖石(Mg2SiO4)、鐵鎂橄欖石[(MgFe)2SiO4]}等。
(1)鐵橄欖石中鐵元素化合價為 ，硅元素原子核外電子排布式為 。
(2)硅元素的原子核外共有 種不同能級的電子，其原子最外層共有 種不同運動狀態(tài)的電子。
(3)月球上的上述主要礦物中，屬于短周期元素的原子半徑由大到小的順序為 (填元素符號)。
(4)某元素與氧元素同周期，且與氧元素組成的化合物中氧元素顯＋2價，兩者電負性關系是 (填元素符號)。
解析：(1)根據(jù)氧元素為－2價、硅元素為＋4價，鐵橄欖石Fe2SiO4中鐵元素化合價為＋2價，硅元素原子核外電子排布式為1s22s22p63s23p2。(2)硅元素原子核外有5種不同能級的電子，最外層有4種不同運動狀態(tài)的電子。(3)屬于短周期元素的是Mg、Al、Si、O。(4)與氧元素組成的化合物中氧元素顯＋2價，說明電負性比氧元素更強，只有F元素。
答案：(1)＋2 1s22s22p63s23p2 (2)5 4 (3)Mg>Al>Si>O (4)F>O
14．已知：A～F都是周期表中前四周期的元素，它們的原子序數(shù)依次增大。其中A、C原子的L層有2個未成對電子。D與E同主族，D的二價陽離子與C的陰離子具有相同的電子層結構。F3＋的M層3d軌道電子為半充滿狀態(tài)。請根據(jù)以上信息，回答下列問題：
(1)A、B、C的電負性由小到大的順序為
(用元素符號表示)。
(2)D元素的原子核外共有 種不同運動狀態(tài)的電子、 種不同能級的電子。
(3)寫出E的基態(tài)原子的電子排布式： 。
(4)F和X(質子數(shù)為25)兩元素的部分電離能數(shù)據(jù)列于下表，比較兩元素的I2、I3可知，氣態(tài)X2＋再失去一個電子比氣態(tài)F2＋再失去一個電子難。對此，你的解釋是 。
元素
X
F
電離能/kJmol－1
I1
717
759
I2
1 509
1 561
I3
3 248
2 957
解析：據(jù)題意可知A原子電子排布式為1s22s22p2，故為碳元素；C原子電子排布式為1s22s22p4，故為氧元素，則B為氮元素；由D2＋與C2－核外電子排布相同，可知D為Mg，則E為Ca；由F3＋的3d軌道電子半充滿可知為3d5，則F為Fe。
答案：(1)C
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選修3
物質結構與性質
第1節(jié)
原子結構與性質學案
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