高中化学人教版 (新课标)选修3 物质结构与性质第一章 原子结构与性质综合与测试教案设计

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章末复习提升







专题一　元素推断技巧
1．元素推断的一般思路

2．推断元素名称的方法
(1)利用稀有气体元素原子结构的特殊性。
稀有气体元素原子的电子层结构与同周期的非金属元素原子形成的阴离子的电子层结构相同，与下一周期的金属元素原子形成的阳离子的电子层结构相同。
①与He电子层结构相同的离子有H－、Li＋、Be2＋等。
②与Ne电子层结构相同的离子有F－、O2－、Na＋、Mg2＋、Al3＋等。
③与Ar电子层结构相同的离子有Cl－、S2－、K＋、Ca2＋等。
(2)利用常见元素及其化合物的特征。
①形成化合物种类最多的元素之一、单质是自然界中硬度最大的物质的元素或气态氢化物中氢的质量分数最高的元素：C。
②空气中含量最多的元素或气态氢化物的水溶液呈碱性的元素；N。
③地壳中含量最多的元素或氢化物在通常情况下呈液态的元素；O。
④单质密度最小的元素：H；单质密度最小的金属元素：Li。
⑤单质在常温下呈液态的非金属元素：Br；金属元素：Hg。
⑥最高价氧化物及其对应水化物既能与强酸反应，又能与强碱反应的元素：Be、Al。
⑦元素的气态氢化物和它的最高价氧化物对应水化物能发生化合反应的元素：N；能发生氧化还原反应的元素：S。
⑧元素的单质在常温下能与水反应放出气体的短周期元素：Li、Na、F。
3．确定元素位置的方法
(1)由基态原子的价电子排布式给元素定位。
周期序数＝电子层数(能层序数)＝最高能层序数
主族元素的族序数＝价电子数
第ⅢB族～第ⅦB族的价电子排布式为(n－1)d1－10ns1～2(镧系、锕系除外)，族序数＝价电子数。如锰的价电子排布式为3d54s2，它位于元素周期表中第四周期第ⅦB族。
第ⅠB族和第ⅡB族的价电子排布式为(n－1)d10ns1～2，弱序数＝ns轨道上的电子数。
(2)根据原子序数以0族为基准给元素定位：
稀有气体元素
He
Ne
Ar
Kr
Xe
Rn
周期序数
一
二
三
四
五
六
原子序数
2
10
18
36
54
86
①原子序数－稀有气体元素的原子序数(相近且小)＝元素所在的纵列数。
第1、2纵列为第ⅠA族、ⅡA族，第3～7纵列为第ⅢB族～第ⅦB族，第8～10纵列为第Ⅷ族，第11、12纵列为第ⅠB族、ⅡB族，第13～17纵列为第ⅢA族～第ⅦA族。该元素的周期数＝稀有气体元素的周期数＋1。
如判断原子序数为41的元素在元素周期表中的位置。
分析：41与36接近，有41－36＝5，故该元素位于第五周期第ⅤB族。
注意：使用此法若为第六、七周期第ⅢB族(合镧系、锕系元素)后的元素需再减14定位。
②稀有气体元素的原子序数(相近且大)－原子序数＝18－该元素所在纵列数。
如判断新发现的114号元素在元素周期表中的位置。
分析：118－114＝4，为顺数第14纵列或倒数第5纵列，故114号元素位于第七周期第ⅣA族。
典例1　已知X、Y和Z三种元素的原子序数之和等于42。X元素原子的4p轨道上有3个未成对电子，Y元素原子的最外层2p轨道上有2个未成对电子。X跟Y可形成化合物X2Y3，Z元素可以形成负一价离子。请回答下列问题：
(1)X元素基态原子的电子排布式为__1s22s22p63s23p63d104s24p3____，该元素的符号是__As____。
(2)Y元素基态原子的价层电子的轨道表示式为______，元素X与Y的电负性比较：X__＜____Y(填“＞”或“＜”)。
解析：X的最外层电子排布式为4s24p3，故为砷元素，原子序数为33；2p轨道上有两个未成对电子，可能是2p轨道上有2个或4个电子，即Y元素可能是碳或氧，因Y能够与砷形成As2Y3化合物，故Y为氧元素；As、O、Z的原子序数之和为42，故Z为氢元素。(2)在元素周期表中氧元素位于砷元素的右上方，故电负性大于砷。
〔变式训练1〕　A、B、C、D、E是元素周期表前四周期中五种常见的元素，其相关信息如下表：
元素
相关信息
A
原子核外L层电子数是K层的2倍
B
其一种单质可构成地球生物的“保护伞”
C
原子的第一电离能在第三周期中最小
D
基态原子最外层电子排布式为(n＋1)sn(n＋1)p(n＋2)
E
可形成多种氧化物，其中一种为具有磁性的黑色晶体
请回答下列问题：
(1)C在元素周期表中位于第__三____周期、第__ⅠA____族；E的基态原子核外电子排布式是__1s22s22p63s23p63d64s2或[Ar]3d64s2____。
(2)B、C、D的简单离子半径由大到小的顺序为(用化学符号表示，下同)__S2－>O2－>Na＋____，B、D的简单气态氢化物中稳定性较大的是__H2O____。
(3)B、C的单质按物质的量之比为1︰2形成的化合物中化学键的类型为__共价键、离子键____。
解析：(1)同一周期从左到右，第一电离能逐渐增大，则C为钠元素，根据题给信息可推知E为铁元素。(2)臭氧层是地球生物的“保护伞”，则B为氧元素；根据D的基态原子最外层电子排布式可知n＝2，则D为硫元素。(3)B、C的单质按物质的量之比为1︰2形成的化合物为Na2O2，既含共价键，又含离子键。
专题二　元素“位、构、性”关系
1．元素“位、构、性”关系图解

2．同周期、同主族元素性质变化规律
性质
同一周期
(从左到右)
同一主族
(从上到下)
核外电子
的排布
电子层数
相同
增加
最外层
电子数
1→2或8
相同
金属性和
非金属性
金属性
减弱
增强
非金属性
增强
减弱
原子半径
减小
增大
单质的
氧化性
和还原性
氧化性
增强
减弱
还原性
减弱
增强
最高价氧
化物对应
水化物的
酸碱性
酸性
增强
减弱
碱性
减弱
增强
气态氢化物的稳定性
增强
减弱
第一电离能
增大(但ⅡA>
ⅢA，ⅤA>ⅥA )
减小
电负性
增大
减小
典例2　现有下列短周期元素性质的数据：
　元素编号
元素性质
①
②
③
④
⑤
⑥
⑦
⑧
原子半径
(10－10m)
0.74
1.60
1.52
1.10
0.99
1.86
0.75
1.43
最高或最低
化合价

＋2
＋1
＋5
＋7
＋1
＋5
＋3
－2


－3
－1

－3

试回答下列问题：
(1)上述元素中处于第ⅤA族的有__④⑦____，处于第二周期的有__①③⑦____(以上均用编号表示)。
(2)上述元素中金属性最强的是__⑥____(用编号表示)。
(3)写出元素①⑧形成的化合物与KOH溶液反应的化学方程式：__Al2O3＋2KOH===2KAlO2＋H2O____。
(4)经验表明，除氢和氦外，当元素原子的电子层数(n)多于或等于原子最外层电子数(m)即(n－m)≥0时，该元素属于金属元素；当元素原子的最外层电子数(m)多于原子的电子层数(n)即(n－m)E(4s)，先排4s能级后排3d能级。Fe的基态原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2，形成Fe2＋时，先失去最外层4s能级上的2个电子，故Fe2＋的价层电子排布式为3d6。根据洪特规则可知，p能级上有3个电子时，应分占三个轨道，则15P原子的电子排布式为1s22s22p63s23p3p3p。
4．下列元素中，基态原子的价电子排布式、电子排布式或电子排布图不正确的是(　B　)
A．Al　3s23p1
B．As　[Ar]4s24p3
C．Ar　3s23p6
D．Ni　3d84s2　
解析：B项应为[Ar]3d104s24p3。
5．下列叙述正确的是(　B　)
A．通常，同周期元素的第一电离能ⅦA族的元素最大
B．在同一主族中，自上而下第一电离能逐渐减小
C．第ⅠA、ⅡA族元素的原子，其半径越大，第一电离能越大
D．主族元素的原子形成单原子离子时的化合价数都和它的族序数相等
解析：通常，同周期元素中碱金属元素的第一电离能最小，零族元素的第一电离能最大。同一主族中，从上而下原子半径逐渐增大，失电子能力增强，第一电离能逐渐减小。非金属元素形成的简单阴离子，其化合价不等于族序数，如Cl－中Cl显－1价。
6．甲、乙两元素原子的L层电子数都是其他层电子总数的2倍。下列推断正确的是(　D　)
A．甲与乙位于同一周期
B．甲与乙位于同一主族
C．甲与乙都位于元素周期表的p区
D．甲与乙的原子序数之和为偶数
解析：甲和乙的电子层排布可能为1s22s22p2和1s22s22p63s2，即为碳和镁元素，它们位于不同的周期、不同的主族、不同的区域。
7．下列元素相关粒子的电子排布式中，前者一定是金属元素，后者一定是非金属元素的是(　B　)
A．[Ne]3s1　[Ne]3s2
B．[Ar]4s1　[Ne]3s23p4
C．[Ne]3s2　[Ar]4s2
D．[He]2s22p4　[Ne]3s23p5
解析：A项，两种元素分别为Na、Mg，均为金属；B项，两种元素分别为K、S，符合题意；C项，两种元素分别为Mg、Ca，均为金属；D项，两种元素分别为O、Cl，均为非金属。
8．下列说法正确的是(　B　)
A．原子核外电子排布式为1s2的原子与原子核外电子排布式为1s22s2的原子化学性质相似
B．Zn2＋的最外层电子排布式为3s23p63d10
C．基态铜原子的外围电子排布图：
D．基态碳原子的最外层电子排布图：
解析：A．原子核外电子排布式为1s2的元素为He，原子核外电子排布式为1s22s2的元素为Be，He性质稳定，Be较活泼，性质不同，故A错误；B．Zn的原子序数为30，电子排布为[Ar]3d104s2，失去2个电子变为锌离子，Zn2＋的最外层电子排布式为3s23p63d10，故B正确；C．Cu的原子序数为29，价电子排布为3d104s1，基态铜原子的价电子排布图为，故C错误；D．C的原子序数为6，价电子排布为2s22p2，基态碳原子的价电子排布图为，故D错误；故选B。
9．下列各项叙述正确的是(　C　)
A．镁原子由1s22s22p63s2→1s22s22p63p2时，原子释放能量，由基态转化成激发态
B．价电子排布为5s25p1的元素位于第五周期第ⅠA族，是s区元素
C．所有原子任一能层的s电子云轮廓图都是球形，但球的半径大小不同
D．24Cr原子的电子排布式是：1s22s22p63s23p63d44s2
解析：A．镁原子由1s22s22p63s2→1s22s22p63p2时，原子吸收能量，由基态转化成激发态，故A错误；B．价电子排布为5s25p1的元素，最外层电子数为3，则元素位于第五周期第Ⅲ A族，是p区元素，故B错误；C．所有原子任一能层的S电子云轮廓图都是球形，能层越大，球的半径越大，故C正确；D．24Cr原子的电子排布是：1s22s22p63s23p63d54s1，半充满轨道能量较低，故D错误；故选C。
10．(2018·湖北武汉月考)下列元素中基态原子的第一电离能最大的是(　C　)
A．B　 B．C
C．N　 D．O
解析：非金属性越强，第一电离能越大，氮元素的2p轨道电子处于半充满状态，稳定性强，因此第一电离能最大的是N，答案选C。
11．A元素的阳离子与B元素的阴离子具有相同的电子层结构，下列有关两元素的叙述中正确的是(　B　)
①原子半径：A B　③原子序数：A>B　④第一电离能：A>B　⑤A的正价与B的负价的绝对值相等　⑥电负性：AN>C>K____。
(2)CH4中共用电子对偏向C，SiH4中共用电子对偏向H，则C、Si、H的电负性由大到小的顺序为__C>H>Si____。
(3)右图是周期表中短周期的一部分，A的单质是空气中含量最多的物质，其中第一电离能最小的元素是__D____(填“A”“B”“C”或“D”)。

(4)氮化硼(BN)是一种重要的功能陶瓷材料。基态B原子的电子排布式为__1s22s22p1____；B和N相比，电负性较大的是__N____，BN中B元素的化合价为__＋3价____。
解析：(1)C、N、O位于第二周期，且相对位置为从左到右，电负性逐渐增大，K位于第四周期最左边，所以电负性最小。(2)共用电子对偏向电负性大的原子，所以C的电负性大于H的电负性，Si的电负性小于H的电负性。(3)A为N，A、C为第ⅤA族元素，其第一电离能大于第ⅥA族的，同一主族从上往下第一电离能逐渐减小，D的最小。(4)同一周期，从左至右，电负性增大，故电负性N>B。
19．(10分)W、X、Y、Z是四种常见的短周期元素，其原子半径随原子序数变化如图所示。已知W的一种核素的质量数为18，中子数为10；X和Ne原子的核外电子数相差1；Y的单质是一种常见的半导体材料；Z的电负性在同周期主族元素中最大。

(1)X位于元素周期表中第__三____周期第__ⅠA____族；W的基态原子核外有__2____个未成对电子。
(2)Z的气态氢化物和溴化氢相比，较稳定的是__HCl____(写化学式)。
(3)Y与Z形成的化合物和足量水反应，生成一种弱酸和一种强酸，该反应的化学方程式是__SiCl4＋3H2O===H2SiO3＋4HCl____。
解析：W的质子数Z＝A－N＝18－10＝8，则W为氧；X和Ne的核外电子数相差1，且图中X的原子半径大于W，则X为钠；Y的单质是一种常见的半导体材料，则Y为硅；Z的原子序数大于Y，且在同周期主族元素中电负性最大，则Z为氯。
(1)Na在元素周期表中位于第三周期第ⅠA族。O的基态原子的轨道表示式为，故有2个未成对电子。
(2)氯的非金属性强于溴，故HCl的稳定性更强。
(3)SiCl4与H2O反应的化学方程式为SiCl4＋3H2O===H2SiO3＋4HCl。
20．(8分)现有五种元素，其中A、B、C为短周期主族元素，D、E为第四周期元素，它们的原子序数依次增大。请根据下列相关信息，回答问题。
A元素的核外电子数和电子层数相等，也是宇宙中最丰富的元素
B元素原子的核外p电子数比s电子数少1
C原子的第一至第四电离能分别是：I1＝738 kJ·mol－1，
I2＝1 451 kJ·mol－1，I3＝7 733 kJ·mol－1，
I4＝10 540 kJ·mol－1
D是前四周期中电负性最小的元素
E在周期表的第七列
(1)已知BA5为离子化合物，写出其电子式______。
(2)B基态原子中能量最高的电子，其电子云在空间有__3____个方向，原子轨道呈__纺锤(或哑铃)____形。
(3)某同学根据上述信息，推断C基态原子的核外电子排布图为该同学所画的电子排布图违背了__泡利不相容原理____。
(4)E位于__第ⅦB____族__d____区，价电子排布式为__3d54s2____。
(5)检验D元素的方法是__焰色反应____，请用原子结构的知识解释产生此现象的原因是__当基态原子的电子吸收能量后，电子会跃迁到较高能级，变成激发态原子。电子从较高能量的激发态跃迁到较低能量的激发态乃至基态时，将以光的形式释放能量____。
解析：根据提供信息，可以推断A为H，B为N，C为Mg，D为K，E为Mn。
(1)NH5的电子式为 。
(2)N的基态原子中能量最高的电子为2p能级上的电子，电子云在空间有3个方向，原子轨道呈纺锤形(或哑铃形)。
(3)该同学所画的电子排布图中3s能级上的两个电子自旋方向相同，违背了泡利不相容原理。
(4)Mn的价电子排布式为3d54s2，位于第四周期第ⅦB族，属于d区元素。
(5)检验钾元素可以利用焰色反应。
21．(13分)已知A、B、C、D、E、F、G都是元素周期表中短周期主族元素，它们的原子序数依次增大。A是元素周期表中原子半径最小的元素，D3B中阴、阳离子具有相同的电子层结构，B、C均可分别与A形成10电子分子，B、C属同一周期，两者可以形成许多种共价化合物，C、F属同一主族，B原子最外电子层的p能级上的电子处于半满状态，C的最外层电子数是内层电子数的3倍，E最外层电子数比最内层多1。请用具体的元素回答下列问题：
(1)E元素基态原子电子排布式为__1s22s22p63s23p1____。
(2)用电子排布图表示F元素原子的价电子构型______。
(3)F、G元素对应的最高价含氧酸中酸性较强的化学式为__HClO4____。
(4)离子半径：D＋__＜____B3－，第一电离能：B__＞____C，电负性：C__＞____F。(填“＜”、“＞”或“＝”)
(5)A、C形成的一种绿色氧化剂X有广泛应用，X分子中A、C原子个数比为1∶1，X的电子式为______，试写出Cu、稀硫酸与X反应制备硫酸铜的离子方程式__Cu＋2H＋＋H2O2===Cu2＋＋2H2O____。
(6)写出E与D的最高价氧化物对应的水化物反应的化学方程式__2Al＋2H2O＋2NaOH===2NaAlO2＋3H2↑____。
解析：A是原子半径最小的元素，为H，B是N，C是O，D是Na，E是Al，F是S，G是Cl。
(1)元素E(即A1)的基态原子电子排布式为1s22s22p63s23p1。
(2)用电子排布图表示F元素(即硫元素)原子的价电子构型：
(3)硫、氯元素对应的最高价含氧酸中酸性较强的化学式为HClO4。
(4)D＋(Na＋)与B3－(N3－)具有相同的电子层结构，所以离子半径：Na＋