2021版新高考化学（人教版）一轮复习教师用书：第1部分第12章第1节原子结构与性质


第一节　原子结构与性质
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1.了解原子核外电子的运动状态、能级分布和排布原理，能正确书写1～36号元素原子核外电子、价电子的电子排布式和电子排布图。
2．了解电离能的含义，并能用以说明元素的某些性质。
3．了解电子在原子轨道之间的跃迁及其简单应用。
4．了解电负性的概念，并能用以说明元素的某些性质。


原子核外电子排布

1．能层、能级和原子轨道
能层
K
L
M
N
……
能级
1s
2s、2p
3s、3p、3d
4s、4p、4d、4f
……
原子轨
道数目
1
1＋3＝4
1＋3＋5＝9
1＋3＋5
＋7＝16
……
最多容纳
电子数目
2
8
18
32
……
2．原子轨道的形状、数目及能量关系
(1)轨道形状
(2)s、p、d、f能级上原子轨道数目依次为1、3、5、7，其中npx、npy、npz三个原子轨道在三维空间相互垂直，各能级的原子轨道半径随能层数(n)的增大而增大。
(3)能量关系
3．原子核外电子排布规律
(1)能量最低原理：原子的电子排布遵循构造原理能使整个原子的能量处于最低状态，简称能量最低原理。
构造原理：原子的核外电子在填充原子轨道时，随着原子核电荷数的递增，原子核每增加一个质子，原子核外便增加一个电子，这个电子大多是按着能级的能量由低到高的顺序依次填充的，填满一个能级再填一个新能级，这种规律称为构造原理。其填充能级顺序为
1s→2s→2p→3s→3p→4s→3d→4p→5s→4d→5p→6s→4f→5d→6p→7s→5f→6d→7p……，总之：填充顺序为ns→(n－2)f→(n－1)d→np。
(2)泡利原理：在一个原子轨道里，最多只能容纳2个电子，且它们的自旋状态相反。如2s的2个电子可表示为，不可表示为。
(3)洪特规则：当电子排布在同一能级的不同轨道时，基态原子中的电子总是优先单独占据一个轨道，而且自旋状态相同。如2p3的电子排布图为，不能表示为或。
特例：当能量相同的原子轨道在全充满(p6、d10、f14)、半充满(p3、d5、f7)和全空(p0、d0、f0)状态时，体系的能量最低。如24Cr的基态原子电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s1，而不是1s22s22p63s23p63d44s2。
注意：①一个原子轨道若有2个电子且自旋状态相反，这2个电子称为成对电子，即电子对。
②一个原子轨道若有1个电子，这个电子称为未成对电子，即单电子。如N的电子排布图为，原子中有2对电子对，3个单电子或未成对电子。
4．电子的跃迁与原子光谱
(1)电子的跃迁
①基态―→激发态：
当基态原子的电子吸收能量后，电子会从低能级跃迁到较高能级，变成激发态原子。
②激发态―→基态：
激发态原子的电子从较高能级跃迁到较低能级时会释放出能量。
(2)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，用光谱仪记录下来便得到原子光谱。包括吸收光谱和发射光谱。用原子光谱的特征谱线可以鉴定元素，称为光谱分析。
注意：①“七基色”与波长的关系为：按“红、橙、黄、绿、青、蓝、紫”的顺序，波长逐渐变小。
②基态、激发态及光谱示意图。


命题点1　核外电子排布及表达方式
1．下列各组表述中，两个原子不属于同种元素原子的是(　　)
A．3p能级有一个空轨道的基态原子和核外电子的排布式为1s22s22p63s23p2的原子
B．2p能级无空轨道，且有一个未成对电子的基态原子和原子的最外层电子排布式为2s22p5的原子
C．M层全充满而N层为4s2的原子和核外电子排布式为1s22s22p63s23p64s2的原子
D．最外层电子数是核外电子总数的原子和最外层电子排布式为4s24p5的原子
C　[A项，3p能级有一个空轨道的基态原子，按洪特规则可得其3p轨道上只能有两个电子，所以两个原子是同种元素的原子；B项，2p能级无空轨道，且有一个未成对电子的基态原子，它的2p能级上只能是5个电子，所以两原子是同种元素的原子；C项，M层全充满而N层为4s2的原子，其M层应为18个电子，而后者的M层上只有8个电子，所以两原子不是同种元素的原子；D项，最外层电子数是核外电子总数的的原子中，最外层电子数要小于或等于8个电子，且电子总数为5的倍数，所以可得该原子可能是原子序数为5、10、15、20、25、30、35、40，其中满足最外层电子数是核外电子总数的且符合核外电子排布规则的只能是35号元素，该元素原子的外围电子排布式为4s24p5，所以两原子是同种元素的原子。]
2．完成下列化学用语
(1)Cr原子的核外电子排布式______________________________________，
外围电子排布式________，原子结构示意图________，价电子排布图________________。
(2)Cu2＋的核外电子排布式_______________________________________，
离子结构示意图________。
(3)As的核外电子排布式_________________________________________，
原子结构示意图________，价电子排布图______________________________。
(4)Co的外围电子排布式__________________________________________，
外围电子排布图________________。
[答案]　(1)1s22s22p63s23p63d54s1　3d54s1　

(2)1s22s22p63s23p63d9　
(3)[Ar]3d104s24p3　
(4)3d74s2　
3．(1)A元素基态原子的最外层有3个未成对电子，次外层有2个电子，其元素符号为__________；其价层电子排布图为___________________________。
(2)B元素的负一价离子和C元素的正一价离子的电子层结构都与氩相同，B的元素符号为________，C＋的结构示意图为________。
(3)D元素的正三价离子的3d能级为半充满，D的元素符号为________，其基态原子的电子排布式为________，其原子的结构示意图为________。
(4)E元素基态原子的M层全充满，N层没有成对电子且只有一个未成对电子，E的元素符号为________，其基态原子的电子排布式为_________________________________。
(5)F元素的原子最外层电子排布式为nsnnpn＋2，则n＝________；原子中能量最高的是________电子，核外电子排布图为________________________。
(6)G基态原子L层中p轨道电子数是s轨道电子数的2倍，则G的价电子排布式为________________。
(7)H的基态原子4s和3d轨道电子半充满，则H的外围电子排布图为______________________________________________________________，
未成对电子数为________________。
[解析]　(1)A元素基态原子的电子排布图由题意可写成：
，则该元素核外有7个电子，为氮元素，其元素符号为N。
(2)B－、C＋的电子层结构都与Ar相同，即核外都有18个电子，则B为17号元素Cl，C为19号元素K。
(3)D元素原子失去2个4s电子和1个3d电子后变成＋3价离子，其原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2，即26号元素铁。
(4)E元素的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s1，故E为Cu。
(5)F元素最外层电子排布式为2s22p4。
(6)G基态原子的L层电子排布式为 2s22p4，也是价电子排布式。
(7)H基态原子的外围电子排布式为3d54s1，为Cr；其未成对电子数有6个。
[答案]　(1)N　　　(2)Cl　
(3)Fe　1s22s22p63s23p63d64s2(或[Ar]3d64s2)
　(4)Cu　1s22s22p63s23p63d104s1(或[Ar]3d104s1)
(5)2　2p　
(6)2s22p4　(7) 　6

表示电子排布的两类化学用语
(1)电子排布式
(2)
注意：①上述两类化学用语还应注意是原子还是离子，对于阳离子，先失去最外层电子再失去次外层的d电子，如Fe2＋的电子排布式为[Ar]3d6。
②当出现d轨道时，虽然电子按ns、(n－1)d、np的顺序填充，但在书写电子排布式时，仍把(n－1)d放在ns前。
③p、d、f轨道处于半充满、全充满和全空时原子结构稳定，能量低。
命题点2　电子跃迁与原子光谱
4．下列原子的电子跃迁能形成发射光谱的是(　　)
A．1s22s22p63s2―→1s22s22p63p2
B．1s22s22p33s1―→1s22s22p4
C．1s22s2―→1s22s12p1
D．1s22s22p―→1s22s22p
B　[A项，吸收光能，形成吸收光谱；B项，由激发态→基态，释放光能，形成发射光谱；C项，形成吸收光谱；D项，2px与2py能量相同，不属于电子跃迁。]
5．从电子跃迁的角度，说明节日烟花呈现不同颜色光的原理为___________________________________________________________________
_________________________________________________________________。
[答案]　吸收能量后，电子从激发态向基态发生跃迁，跃迁时以不同颜色光的形式释放出不同能量
原子结构与元素的性质

1．元素周期表的结构与性质特点
分区
元素分布
外围电子排布
元素性质特点
s区
ⅠA族、ⅡA族
ns1～2
除氢外都是活泼金属元素
p区
ⅢA族～ⅦA族、
0族
ns2np1～6
(He除外)
最外层电子参与反应(0族元素一般不考虑)
d区
ⅢB族～ⅦB族、
Ⅷ族(镧系、
锕系除外)
(n－1)d1～9ns1～2
(Pd除外)
d轨道也不同程度地参与化学键的形成
ds区
ⅠB族、ⅡB族
(n－1)d10ns1～2
金属元素
f区
镧系、锕系
(n－2)f0～14
(n－1)d0～2ns2
镧系元素化学性质相近，锕系元素化学性质相近
2．原子半径
(1)影响因素
(2)变化规律
元素周期表中的同周期主族元素从左到右，原子半径逐渐减小；同主族元素从上到下，原子半径逐渐增大。
3．电离能
(1)定义：气态电中性基态原子失去一个电子转化为气态基态正离子所需要的最低能量叫作第一电离能。
(2)规律
①同周期：第一种元素的第一电离能最小，最后一种元素的第一电离能最大，总体呈现从左至右变大的变化趋势。
②同族元素：从上至下第一电离能逐渐变小。
③同种元素的逐级电离能逐渐变大，即I1Se
(4)Cu失去一个电子变成电子结构为[Ar]3d10的Cu＋，能量较低，结构稳定，所以Cu的第二电离能相对较大(或Zn失去一个电子变成电子结构为[Ar]3d104s1的Zn＋，易再失去一个电子，所以Zn的第二电离能相对较小或Cu原子失去一个电子后，核外电子排布式为[Ar]3d10，而锌原子失去1个电子后的核外电子排布式变为[Ar]3d104s1，铜达到了较稳定状态，所以Cu的第二电离能相对较大)
2．下表是某些元素的电负性值：
元素符号
Li
Be
B
C
O
F
Na
Al
Si
P
S
Cl
电负性值
1.0
1.5
2.0
2.5
3.5
4.0
0.9
1.5
1.8
2.1
2.5
3.0
(1)根据对角线规则，Be、Al元素最高价氧化物对应水化物的性质相似，它们都具有________性，其中Be(OH)2显示这种性质的离子方程式是_________________________________________________________________
_________________________________________________________________。
(2)通过分析电负性值的变化规律，确定Mg元素的电负性值的最小范围________。
(3)请归纳元素的电负性和金属性、非金属性的关系是
_____________________________________________________________。
(4)推测AlF3、AlCl3、AlBr3是离子化合物还是共价化合物。
AlF3________，AlCl3________，AlBr3________。
[答案]　(1)两　Be(OH)2＋2H＋===Be2＋＋2H2O、Be(OH)2＋2OH－===BeO＋2H2O　(2)0.9～1.5
(3)非金属性越强，电负性越大；金属性越强，电负性越小
(4)离子化合物　共价化合物　共价化合物
3．已知电负性：C—2.5、N—3.0、O—3.5、S—2.5。某有机化合物结构简式为
(1)S===O键中共用电子对偏向________(写原子名称，下同)，S—N键中共用电子对偏向________。
(2)N的化合价为________。
[解析]　共用电子对偏向电负性大的原子。
[答案]　(1)氧　氮　(2)－3

(1)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。利用此规律可解释①原子核外电子排布式，如Cr：[Ar]3d54s1，Cu：[Ar]3d104s1；②第一电离能反常大，如I1(N)＞I1(O)；③稳定性强弱，如Cu2O比CuO稳定；Fe2O3比FeO稳定。
(2)金属活动性顺序与元素相应的第一电离能大小顺序不完全一致，不能根据金属活动性顺序判断第一电离能的大小。如I1(Mg)>I1(Na)，但活泼性Na>Mg。
(3)共价化合物中，两种元素电负性差值越大，它们形成共价键的极性就越强。
(4)同周期稀有气体元素的第一电离能最大，但电负性不是最大。
命题点2　“位—构—性”的综合推断
4．A、B、C、D、E、F为原子序数依次增大的六种元素，其中A、B、C、D、E为短周期元素，F为第四周期元素，F还是前四周期中电负性最小的元素。
已知：A原子的核外电子数与电子层数相等；B元素原子的核外p电子数比s电子数少1个；C原子的第一至第四电离能为I1＝738 kJ·mol－1，I2＝1 451 kJ·mol－1，I3＝7 733 kJ·mol－1，I4＝10 540 kJ·mol－1；D原子核外所有p轨道为全充满或半充满；E元素的族序数与周期序数的差为4。
(1)写出E元素在周期表中的位置：_____________________；
D元素原子的核外电子排布式：________________；D、F分别在的区为________。
(2)B、C、D电负性大小顺序为______________(填元素符号)。
(3)D、E的第一电离能：D________E(填“”或“＝”)。
(4)某同学根据题目信息和掌握的知识分析C的核外电子排布图为。该同学所画的核外电子排布图违背了_______________________________________。
[解析]　由题意分析知F为K，A为H，B为N；由电离能知C的＋2价稳定，为Mg，D为P，E为Cl。
[答案]　(1)第三周期ⅦA族　1s22s22p63s23p3　p和s区　(2)N>P>Mg　(3)