2021-2022学年高中化学新人教版选择性必修2 第1章 原子结构与性质复习 学案

第一章

主题整合·践行素养

以“超导材料”为载体复习“原子结构与性质”

　化学材料不断改变人类的生产生活方式，新材料的研究发现与应用，是科技发展与社会进步的重要基石。化学材料种类众多，其中近年来超导材料的研究与应用是全球重要的研究热点，下面让我们来了解一下有关超导材料的知识。

　近年来我国科学家发现了一系列意义重大的铁系超导材料，其中一类为Fe­Sm­As­F­N­O组成的化合物。

(1)Sm的价层电子排布式为4f66s2，则该元素位于周期表中第________周期，4f轨道的电子排布图为____________。As的简化电子排布式为________。

提示：根据价电子排布可知最高能层数为6，所以位于周期表的第六周期；4f有7个轨道，所以4f6的电子排布图为；As的简化电子排布式为[Ar]3d104s24p3。

(2)下列四种N原子的电子排布图表示的状态中，能量由低到高的顺序是____________(用标号表示)。

提示：A为基态原子，能量最低，B、C、D均发生了跃迁，B中发生1s轨道电子跃迁至2p轨道，C中发生2s轨道电子跃迁至2p轨道，由于1s轨道能量低，故能量B>C；D中将1s轨道、2s轨道电子跃迁至2p，能量最高，A＜C＜B＜D

(3)该化合物中几种非金属元素的电负性从大到小排列的顺序为________，N、O、F第一电离能从大到小的顺序为__________，原因为________。

提示：电负性F>O>N>As；第一电离能：F>N>O，原因：N、O、F位于同一周期，原子半径减小，核电荷数增大，失电子能力减弱，所以F的第一电离能最大，由于N的2p轨道半充满，能量低且稳定，所以N的第一电离能大于O。

应用实践·提升素养

　钇钡铜氧(YBa2Cu3O7－x)类高温超导材料(其中Y显＋3价，Cu显＋2、＋3价)可由Y2(CO3)3、BaCO3和CuCO3混合在高温下反应制得。回答下列问题：

(1)Y(钇)是一种稀土金属元素，与Sc(钪)同族相邻。Y在元素周期表中的位置是____________，目前的周期表中，该族共有________种元素。

(2)基态Cu3＋的电子排布式为_______________________________________。

铜有CuO和Cu2O两种氧化物，后者比前者热稳定性强，原因是_________。

(3)磁性材料在生活和科学技术中应用广泛。研究表明，若构成化合物的阳离子有未成对电子时，则该化合物具有磁性。下列物质适合作录音磁带磁粉原料的为________(填序号)。

A．V2O5　　　B．CrO2　　　C．PbO　　　D．ZnO

(4)某种钇钡铜氧材料中x＝0.2，n(Cu3＋)∶n(Cu2＋)＝_________________。

【解析】(1)Sc是第21号元素，处于周期表的第四周期ⅢB族，所以Y在第五周期ⅢB族。该族中包括Sc、Y、镧系(15个元素)、锕系(15个元素)一共32种元素。(2)Cu为第29号元素，基态排布为[Ar]3d104s1，所以Cu3＋应该失去3个电子变为[Ar]3d8。铜有CuO和Cu2O两种氧化物，后者比前者热稳定性强，原因是Cu2O中Cu为＋1价，失去最外层的1个电子，变为[Ar]3d10结构，此时3d能级达到全充满的稳定结构，所以Cu2O的稳定性较强。(3)构成化合物的阳离子有未成对电子时，则该化合物具有磁性，V5＋的核外电子排布式为1s22s22p63s23p6，不含未成对电子；Cr4＋的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d2，含2个未成对电子；Pb和C元素同主族，Pb2＋的6s能级处于最外层，有2个电子，故Pb2＋不含未成对电子；Zn2＋的价电子排布式为3d10，不含未成对电子，故具有磁性的为CrO2。(4)某种钇钡铜氧材料中x＝0.2，则化学式为YBa2Cu3O6.8，设其中Cu3＋和Cu2＋分别有X个和Y个，所以有X＋Y＝3；再根据化合价代数之和为0，得到3＋2×2＋3X＋2Y＝2×6.8；解得：X＝0.6，Y＝2.4；所以n(Cu3＋)∶n(Cu2＋)＝1∶4。

答案：(1)第五周期ⅢB族　32

(2)[Ar]3d8　Cu2O中Cu＋的3d能级为全充满状态，较稳定

(3)B　(4)1∶4

　　　【补偿训练】

1．(2021·潍坊高二检测)近年来我国科学家发现了一系列铁系超导材料，其中一类为Fe­Nd­B­N组成的化合物。下列说法正确的是(　　)

A．B元素位于元素周期表的d区

B．基态Fe原子核外电子占据的轨道总数为13

C．Nd的价层电子排布式为4f46s2，则Nd2＋价层电子排布式为4f26s2

D．电负性N＞B＞Fe

【解析】选D。B元素位于元素周期表第二周期第ⅢA族，属于p区，A错误；基态Fe原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2，其中3d上占有5个轨道，故共占据的轨道总数为15，B错误；Nd的价层电子排布式为4f46s2，Nd失去6s上的2个电子，故Nd2＋价层电子排布式为4f4，C错误；N和B为非金属，Fe为金属，所以Fe的电负性最小；由于B和N同周期，且N的原子序数大，所以N的电负性大于B，D正确。

2．(1)高温超导材料，是具有高临界转变温度，能在液氮温度条件下工作的超导材料。高温超导材料钪钇钡铜氧化物中含有Sc2＋。 基态时Sc2＋的电子排布式为__________________。Sc＋含有能量不同的电子有________种。化合物中，稀土元素最常见的化合价是＋3，但也有少数的稀土元素可以显＋4价。下面四种稀土元素的电离能(单位：kJ·mol－1)数据如表，判断最有可能显＋4价的稀土元素是______________(填元素符号)

提示：基态时Sc2＋的电子排布式为1s22s22p63s23p63d1，Sc＋有7种能量不同的电子； 最有可能显＋4价的稀土元素是Ce。

(2)如表是Fe与Cu的部分电离能数据，解释I2(Cu)大于I2(Fe)的主要原因是______________________。

提示：铜的价电子排布式为3d104s1，失去一个电子后，价层电子为3d10，全充满，较稳定。