2021版江苏新高考选考化学（苏教版）一轮复习教师用书：选修1第一单元　原子结构与元素的性质


第一单元　原子结构与元素的性质

学习任务1　原子核外电子的排布

1．核外电子的排布特征
(1)电子云
用小点的疏密来描述电子在原子核外空间出现的机会的大小所得到的图形。
(2)电子层(又称为能层)
①在多电子原子中，核外电子的能量是不同的。能量不同的电子在核外不同的区域内运动，这种不同的区域称为电子层。
②习惯上人们用英文字母n表示电子层。原子中由里向外的电子层数可取1、2、3、4、5等正整数，对应的电子层符号分别为K、L、M、N、O等。每一电子层最多容纳的电子数为2n2。
③离核越近的电子层，能量越低。不同电子层的能量是不连续的。
(3)原子轨道(又称为能级)
①在多电子原子中，同一电子层的电子，能量也可能不同，不同能量的电子分占在不同的原子轨道，不同形状的原子轨道分别用s、p、d、f表示。
②原子轨道有不同的形状：s轨道呈球形，p轨道呈纺锤形，d轨道和f轨道较复杂。形状相同的原子轨道在原子核外空间还有不同的伸展方向。
2．原子核外电子排布的原理
(1)能量最低原理
电子尽可能地先占有能量低的轨道，然后进入能量高的轨道，使整个原子的能量处于最低状态。如图为原子核外电子排布的轨道能量顺序图。

(2)泡利不相容原理
每个原子轨道最多容纳2个电子，并且自旋状态相反。
(3)洪特规则
当电子排布在不同轨道时，原子中的电子总是优先单独占据一个轨道，并且自旋状态相同。
洪特规则特例：当能量相同的原子轨道在全满(p6、d10、f14)、半满(p3、d5、f7)和全空(p0、d0、f0)状态时，体系的能量最低，如24Cr的电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s1。
3．原子核外电子排布的表示方法
表示方法
以硫原子为例
电子排布式
1s22s22p63s23p4
简化电子排布式
[Ne]3s23p4
轨道表示式

外围电子排布式
3s23p4
4.基态、激发态与光谱
(1)基态原子：处于最低能量的原子。
(2)激发态原子：当基态原子的电子吸收能量后，电子会跃迁到能量较高的原子轨道，变成激发态原子。
(3)原子光谱：不同元素的原子发生跃迁时会吸收或释放不同的光，可以用光谱仪摄取各种元素的电子的吸收光谱或发射光谱，总称原子光谱。

1．写出下列原子的电子排布式与简化电子排布式。
原子
电子排布式
简化电子排布式
N


Cl


Ca


Fe


Cu


答案：
原子
电子排布式
简化电子排布式
N
1s22s22p3
[He]2s22p3
Cl
1s22s22p63s23p5
[Ne]3s23p5
Ca
1s22s22p63s23p64s2
[Ar]4s2
Fe
1s22s22p63s23p63d64s2
[Ar]3d64s2
Cu
1s22s22p63s23p63d104s1
[Ar]3d104s1
2.请用核外电子排布的相关规则解释Fe3＋较Fe2＋更稳定的原因。
答案：26Fe外围电子的电子排布式为3d64s2，Fe3＋外围电子的电子排布式为3d5，Fe2＋外围电子的电子排布式为3d6。根据“能量相同的轨道处于全空、全满和半满时能量最低”的原则，3d5处于半满状态，结构更为稳定，所以Fe3＋较Fe2＋更为稳定。
3．(1)(2018·高考江苏卷)Fe2＋基态核外电子排布式为__________________________________________________________。
(2)(2018·高考全国卷Ⅱ)基态Fe原子价层电子的电子排布图(轨道表达式)为________________________________________________________________________。
(3)(2018·高考全国卷Ⅲ)Zn原子核外电子排布式为____________________。
(4)(2017·高考全国卷 Ⅰ)①元素K的焰色反应呈紫红色，其中紫色对应的辐射波长为______nm(填标号)。
A．404.4　　　　　　　　 B．553.5
C．589.2 D．670.8
E．766.5
②基态K原子中，核外电子占据最高能层的符号是____________，占据该能层电子的电子云轮廓图形状为________。
解析：(1)Fe的原子序数是26，Fe2＋核外有24个电子，其基态核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d6。
(2)基态Fe原子核外有26个电子，按照构造原理，其核外电子排布式为[Ar]3d64s2，按照洪特规则，价层电子3d上6个电子优先占据5个不同轨道，故价层电子的电子排布图为。
(3)Zn原子核外有30个电子，电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s2或[Ar]3d104s2。
(4)①当对金属钾或其化合物进行灼烧时，焰色反应显紫色，可见光的波长范围为400～760 nm，紫色光波长较短(钾原子中的电子吸收较多能量发生跃迁，但处于较高能量轨道的电子不稳定，跃迁到较低能量轨道时放出的能量较多，故放出的光的波长较短)。②基态钾原子核外有4个能层：K、L、M、N，能量依次增高，处于N层的1个电子位于s轨道，s电子云轮廓图形状为球形。
答案：(1)1s22s22p63s23p63d6(或[Ar]3d6)
(2)
(3)1s22s22p63s23p63d104s2(或[Ar]3d104s2)
(4)①A　②N　球形

(1)第一电子层(K)只有s一种原子轨道；第二电子层(L)有s、p两种原子轨道；第三电子层(M)有s、p、d三种原子轨道。
(2)s轨道只有1个轨道，p轨道有3个轨道，d轨道有5个轨道，f轨道有7个轨道。
(3)核外电子的能量并不是完全按电子层序数的增加而升高，不同电子层的原子轨道之间的能量高低有交错现象，如E(3d)＞E(4s)、E(4d)＞E(5s)、E(5d)＞E(6s)、E(6d)＞E(7s)、E(4f)＞E(5p)、E(4f)＞E(6s)等。
(4)原子轨道的能量关系
①相同电子层上原子轨道能量的高低：nsNa，则第一电离能最大的是Cl。(3)元素非金属性越强，电负性越大。同主族元素自上而下非金属性逐渐减弱，电负性逐渐降低，a正确；F的非金属性最强，没有正价，b错误；HF分子间存在氢键，其沸点高于HCl和HBr，c错误；卤素单质自上而下熔点逐渐升高，d错误。
答案：(1)Cl　(2)Y，下列说法错误的是(　　)
A．X与Y形成的化合物中，X显负价，Y显正价
B．第一电离能可能Y小于X
C．最高价含氧酸的酸性：X弱于Y
D．气态氢化物的稳定性：HmY小于HnX
解析：选C。由题意，非金属性：X>Y，所以最高价含氧酸的酸性：X强于Y。

电负性的应用


1．(电子排布式和轨道表示式)(1)(2019·高考江苏卷)Cu2＋基态核外电子排布式为________________________________________________________________________。
(2)(2019·高考全国卷Ⅱ)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＋价层电子排布式为________。
(3)(2018·高考全国卷 Ⅰ )下列Li原子电子排布图表示的状态中，能量最低和最高的分别为______、______(填标号)。
A.　 B.
C. D.
(4)(2017·高考全国卷Ⅱ)氮原子价层电子的轨道表达式(电子排布图)为__________。
(5)(2017·高考全国卷Ⅲ)Co基态原子核外电子排布式为____________。
答案：(1)1s22s22p63s23p63d9(或[Ar]3d9)　(2)4s　4f5

2．(核外未成对电子数)(1)(2016·高考全国卷Ⅰ)基态Ge原子有________个未成对电子。
(2)(2016·高考全国卷Ⅱ)镍元素基态原子的3d能级上的未成对电子数为________。
答案：(1)2　(2)2
3．(电子运动状态和电子云)(1)(2019·高考全国卷Ⅲ改编)镁元素基态原子核外M层电子的自旋状态________________(填“相同”或“相反”)。
(2)(2018·高考全国卷Ⅱ)基态S原子电子占据最高能级的电子云轮廓图为________形。
答案：(1)相反　(2)纺锤(哑铃)
4．(电离能)(1)(2019·高考全国卷Ⅰ)下列状态的镁中，电离最外层一个电子所需能量最大的是________(填标号)。

(2)(2018·高考全国卷Ⅰ改编)由2Li(晶体)2Li(g)2Li＋(g)可知，Li原子的第一电离能为________kJ·mol－1。
(3)(2016·高考全国卷Ⅲ)根据元素周期律，第一电离能Ga________As(填“大于”或“小于”)。
答案：(1)A　(2)520　(3)小于
5．(电负性)(1)(2017·高考江苏卷)C、H、O三种元素的电负性由小到大的顺序为________________________________________________________________________。
(2)(2016·高考全国卷Ⅰ)光催化还原CO2制备CH4反应中，带状纳米Zn2GeO4是该反应的良好催化剂。Zn、Ge、O电负性由大至小的顺序是________________。
(3)(2015·高考全国卷Ⅱ改编)O、Na、P、Cl四种元素中电负性最大的是____________(填元素符号)。
答案：(1)HZn　(3)O
6．(离子半径或原子半径)(1)(2018·高考全国卷Ⅰ)Li＋与H－具有相同的电子构型，r(Li＋)小于r(H－)，原因是____________________________________________。
(2)(2016·高考全国卷Ⅲ)根据元素周期律，原子半径Ga________As(填“大于”或“小于”)。
答案：(1)Li＋核电荷数较大　(2)大于

一、单项选择题
1.以下表示氦原子结构的化学用语中，对电子运动状态描述最详尽的是(　　)

解析：选D。A、B、C三个选项只是表达出氦原子核外有2个电子，而D项能详尽地描述出电子的运动状态。
2．(2020·太原模拟)下列各项叙述正确的是(　　)
A．镁原子由1s22s22p63s2→1s22s22p63p2时，原子释放能量，由基态转化成激发态
B．价电子排布式为5s25p1的元素位于第5周期第ⅠA 族，是s区元素
C．所有原子任一电子层的s电子云轮廓图都是球形，但球的半径大小不同
D．24Cr原子的核外电子排布式是1s22s22p63s23p63d44s2
解析：选C。镁原子由1s22s22p63s2→1s22s22p63p2时，原子吸收能量，由基态转化成激发态，A错误；价电子排布式为5s25p1的元素，位于第5周期第ⅢA 族，是p区元素，B错误；所有原子任一电子层的s电子云轮廓图都是球形，电子层越大，球的半径越大，C正确；24Cr原子的核外电子排布式是1s22s22p63s23p63d54s1，半充满轨道能量较低，D错误。
3．下列说法中正确的是(　　)
A．第3周期所含元素中钠的第一电离能最小
B．铝的第一电离能比镁的第一电离能大
C．在所有元素中，氟的第一电离能最大
D．钾的第一电离能比镁的第一电离能大
解析：选A。同周期中碱金属元素的第一电离能最小，稀有气体元素的最大，故A正确，C错误；由于镁的外围电子排布式为3s2，而铝的外围电子排布式为3s23p1，故铝的第一电离能小于镁的，故B错误；钾比镁更易失电子，钾的第一电离能小于镁的，故D错误。
4．如图是第3周期11～17号元素某些性质变化趋势的柱形图，下列有关说法中正确的是(　　)

A．y轴表示的可能是第一电离能
B．y轴表示的可能是电负性
C．y轴表示的可能是原子半径
D．y轴表示的可能是形成基态离子转移的电子数
解析：选B。对于第3周期11～17号元素，随着原子序数的增大，第一电离能呈现增大的趋势，但Mg、P特殊，A项错误；原子半径逐渐减小，C项错误；形成基态离子转移的电子数依次为Na为1，Mg为2，Al为3，Si不易形成离子，P为3，S为2，Cl为1，D项错误。
5．美国“海狼”号潜艇上的核反应堆内使用了液体铝钠合金做载热介质，下列关于Al、Na原子结构的分析中正确的是(　　)
A．原子半径：Al＞Na
B．第一电离能：Al＞Na
C．电负性：Na＞Al
D．基态原子未成对电子数：Na＞Al
解析：选B。根据元素周期律，原子半径：Na＞Al，电负性：Na＜Al；Al基态原子的电子排布式为[Ne]3s23p1，Na基态原子的电子排布式为[Ne]3s1，故未成对电子数相等。
6．下列关于元素电负性大小的比较中，不正确的是(　　)
A．O