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2019版高考化学一轮精选教师用书苏教专用：选修物质结构与性质1第一单元 原子结构与元素的性质
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第一单元 原子结构与元素的性质
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轨道表达式。 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。
原子核外电子的排布
[知识梳理]
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。
[自我检测]
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。
(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：ns
③同一电子层内形状相同而伸展方向不同的原子轨道的能量相等，如npx、npy、npz轨道的能量相等。
(1)[2017·高考全国卷Ⅰ，35(1)(2)]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________。
(2)[2016·高考全国卷Ⅰ，37(1)]基态Ge原子的核外电子排布式为[Ar]__________，有________个未成对电子。
(3)[2016·高考全国卷Ⅱ，37(1)]镍元素基态原子的电子排布式为_______________，3d能级上的未成对电子数为________。
(4)[2015·高考全国卷Ⅰ，37(1)]处于一定空间运动状态的电子在原子核外出现的概率密度分布可用________形象化描述。在基态14C原子中，核外存在________对自旋相反的电子。
(5)下列表示的为激发态原子的是________。
A．1s12s1 B．1s22s22p1
C．1s22p53s1 D．1s22s22p63s2
[解析] (1)①当对金属钾或其化合物进行灼烧时，焰色反应显紫红色，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。
(2)在元素周期表中，锗位于硅正下方，锗的原子序数为14＋18＝32，基态锗原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p2或[Ar]3d104s24p2，由于4p能级有3个能量相同的轨道，根据洪特规则，4p上2个电子分别占据两个轨道且自旋方向相同，故未成对电子数为2。
(3)Ni元素原子核外有28个电子，电子排布式为1s22s22p63s23p63d84s2或[Ar]3d84s2。3d能级上有2个未成对电子。
(4)处于一定空间运动状态的电子在原子核外出现的概率密度分布用电子云形象地描述。基态14C原子的电子排布图为，则核外存在2对自旋相反的电子。
[答案] (1)①A ②N 球形
(2)3d104s24p2 2
(3)1s22s22p63s23p63d84s2(或[Ar]3d84s2) 2
(4)电子云 2
(5)AC
(1)31Ga的正三价阳离子的核外电子排布式为____________________。
(2)Cu2＋的外围电子排布式为_________________________________。
(3)[2015·高考全国卷Ⅱ，37(1)]磷原子的核外电子排布式为______________________。
(4)(2015·高考海南卷)钒在元素周期表中的位置为__________，其外围电子轨道表示式为________________________________________________________________________。
(5)(2015·高考江苏卷)Cr3＋基态核外电子排布式为______________________________。
答案：(1)1s22s22p63s23p63d10(或[Ar]3d10) (2)3d9
(3)1s22s22p63s23p3(或[Ne]3s23p3)
(4)第4周期ⅤB族
(5)1s22s22p63s23p63d3(或[Ar]3d3)
(1)复杂原子的核外电子排布式
对于复杂原子的核外电子排布式，应先按能量最低原理从低到高排列，然后将同一电子层的排在一起。例如：26Fe，先按能量从低到高排列为1s22s22p63s23p64s23d6，然后将同一电子层的电子排在一起，即该原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2。
(2)特殊原子的核外电子排布式
例如：24Cr，先将电子按能量从低到高排列为
1s22s22p63s23p64s23d4，因3d5是半充满状态稳定，因此需要将4s轨道上的一个电子调整到3d轨道上，得1s22s22p63s23p64s13d5，再将同一电子层的排在一起，得该原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s1。再如：29Cu，先将电子按能量从低到高排列为1s22s22p63s23p64s23d9，因3d10是全充满状态稳定，因此需要将4s轨道上的一个电子调整到3d轨道上，得1s22s22p63s23p64s13d10，再将同一电子层的排在一起，得该原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s1。
原子核外电子排布式的书写
1．(1)S的基态原子核外有________个未成对电子。
(2)基态硼原子的电子排布式为________________。
(3)Cu＋基态核外电子排布式为____________________。
(4)周期表前四周期元素中e的最外层只有1个电子，但次外层有18个电子，e的外围电子轨道表示式为________________。
(5)XY2是红棕色气体；X与氢元素可形成XH3。Y基态原子的电子排布式是___________。
(6)基态Fe原子有________个未成对电子。Fe3＋的电子排布式为______________________________。
解析：(1)S的外围电子排布式为3s23p4，利用洪特规则和泡利不相容原理可知S的基态原子核外有2个未成对电子。(2)硼原子的核外电子数是5，则基态硼原子的电子排布式为 1s22s22p1。(3)Cu为29号元素，Cu＋核外有28个电子，按照核外电子排布规律，其核外电子排布式应为1s22s22p63s23p63d10或[Ar]3d10。(4)由e的最外层只有1个电子且次外层有18个电子确定e为铜元素。(5)依据题目信息：XY2为红棕色气体，且X可以形成XH3，则X为氮元素，Y为氧元素。(6)基态Fe原子3d原子轨道排有6个电子，即基态Fe原子存在4个未成对电子；Fe3＋是由基态Fe原子失去4s原子轨道上的2个电子和3d原子轨道上的1个电子得到的，其电子排布式为1s22s22p63s23p63d5或[Ar]3d5。
答案：(1) 2 (2)1s22s22p1
(3)1s22s22p63s23p63d10(或[Ar]3d10)
(4)
(5)1s22s22p4 (6)4 1s22s22p63s23p63d5(或[Ar]3d5)
根据原子核外电子排布推断元素
2．A、B、C、D、E、F代表6种元素。请根据各项信息填空。
(1)A元素基态原子的最外层有3个未成对电子，次外层有8个电子，则A的元素符号为________。
(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，则B的元素符号为________，C的元素符号为________。
(3)D元素的正三价离子的3d轨道为半充满状态，则D的元素符号为____________，其基态原子的轨道表示式为_________________________。
(4)E元素基态原子的M层全充满，N层只有一个电子，则E的元素符号为________。
(5)F元素的原子最外层电子排布式为nsnnpn＋1，则n＝________；原子中能量最高的是________电子，其原子轨道呈________形。
解析：(1)根据A元素基态原子的电子排布情况：最外层有3个未成对电子，次外层有8个电子，其轨道表示式为，则该元素核外有15个电子，为磷元素，其元素符号为P。
(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D为26号元素铁。
(4)根据题意要求，首先写出电子排布式：
1s22s22p63s23p63d104s1，该元素为29号元素Cu。
(5)s轨道只有1个原子轨道，故最多只能容纳2个电子，即n＝2，所以元素F的原子最外层电子排布式为2s22p3，由此可知F是氮元素；根据核外电子排布的能量最低原理，可知氮原子的核外电子中的2p轨道能量最高，p电子的原子轨道呈纺锤形。
答案：(1)P (2)Cl K
(3)Fe
(4)Cu (5)2 2p 纺锤
核外电子排布式书写的几个易错点
(1)24Cr、29Cu的特殊性。前者半充满、后者全充满更稳定，所以二者简化的核外电子排布式分别为[Ar]3d54s1、[Ar]3d104s1。
(2)离子核外电子排布式的书写。要注意一定是先写原子的核外电子排布式，然后再从外到里失电子(阳离子)或最外层得电子(阴离子)，最后写出相应离子的核外电子排布式。
(3)注意区分“核外电子排布式”“外围电子排布式”和“最外层电子排布式”。外围电子排布式指去除“原子实”后的剩余部分。最外层电子排布式则指最外层电子的排布(对于主族元素的原子而言，外围电子就是最外层电子)。
元素性质的递变规律
[知识梳理]
一、原子结构与元素在周期表中的位置关系
1．原子结构与周期表的关系
周期
电子层数
每周期第一种元素
每周期最后一种元素
原子
序数
基态原子的
电子排布式
原子
序数
基态原子的简化电子排布式
2
2
3
[He]2s1
10
1s22s22p6
3
3
11
[Ne]3s1
18
1s22s22p63s23p6
4
4
19
[Ar]4s1
36
1s22s22p63s23p63d104s24p6
5
5
37
[Kr]5s1
54
1s22s22p63s23p63d104s24p64d105s25p6
6
6
55
[Xe]6s1
86
1s22s22p63s23p63d104s24p64d104f145s25p65d106s26p6
(1)电子层数＝周期序数。
(2)主族元素最外层电子数＝主族序数。
2．元素周期表的分区与外围电子排布的关系
(1)元素周期表的分区
(2)各区外围电子排布特点
分区
外围电子排布
s区
ns1～2
p区
ns2np1～6(除He外)
d区
(n－1)d1～9ns1～2(除Pd外)
ds区
(n－1)d10ns1～2
f区
(n－2)f0～14(n－1)d0～2ns2
二、第一电离能
1．含义
气态电中性基态原子失去一个电子形成＋1价气态阳离子所需的最低能量，符号为I1，单位为kJ·mol－1。
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，总体呈现从左至右逐渐增大的变化趋势。
(2)同主族元素：从上至下第一电离能逐渐减小。
(3)同种原子：逐级电离能越来越大(即I1
1．含义
不同元素的原子在化合物中吸引电子能力的标度。元素的电负性越大，表示其原子在化合物中吸引电子的能力越强。
2．标准
以最活泼的非金属元素氟的电负性为4.0作为相对标准，计算得出其他元素的电负性(稀有气体元素未计)。
3．规律
(1)金属元素的电负性一般小于1.8，非金属元素的电负性一般大于1.8，而位于非金属三角区边界的“类金属”(如锗、锑等)的电负性则在1.8左右，它们既有金属性又有非金属性。
(2)在元素周期表中，同周期从左至右，元素的电负性逐渐增大，同主族从上至下，元素的电负性逐渐减小。
[自我检测]
1．某元素的外围电子排布式为4s24p4，则该元素位于________区，为第________周期第________族，是________元素(填名称)。
答案：p 4 ⅥA 硒
2．第4周期中，未成对电子数最多的元素是____________(填名称)。
(1)它位于第________族。
(2)核外电子排布式是________________。
(3)它有________个电子层，________种不同原子轨道的电子，________种运动状态不同的电子。
(4)外围电子排布式为________，外围电子轨道表示式为__________________。
(5)属于________区。
答案：铬 (1)ⅥB
(2)1s22s22p63s23p63d54s1(或[Ar]3d54s1)
(3)4 7 24
(4)3d54s1
(5)d
(1)电离能越小，金属原子越容易失去电子，金属性越强；反之越弱。
(2)第2、3、4周期的同周期主族元素，第ⅡA族(ns2np0)和第ⅤA族(ns2np3)，因p轨道处于全空或半充满状态，比较稳定，所以其第一电离能分别大于同周期相邻的ⅢA和ⅥA族元素，如第一电离能Mg>Al，P>S。
(3)如果某元素的In＋1≫In，则该元素的常见化合价为＋n，如钠原子的最外层电子数为1，钠元素I2≫I1，其化合价为＋1。多电子原子中，元素的各级电离能逐级增大，当电离能的变化出现突变时，电子所在的电子层数就可能发生变化。
(1)[2017·高考全国卷Ⅱ，35(2)]元素的基态气态原子得到一个电子形成气态负一价离子时所放出的能量称作第一电子亲和能(E1)。第二周期部分元素的E1变化趋势如图所示，其中除氮元素外，其他元素的E1自左而右依次增大的原因是________________________；氮元素的E1呈现异常的原因是_________________________。
(2)[2017·高考全国卷Ⅲ，35(1)]研究发现，在CO2低压合成甲醇反应(CO2＋3H2===CH3OH＋H2O)中，Co氧化物负载的Mn氧化物纳米粒子催化剂具有高活性，显示出良好的应用前景。Co基态原子核外电子排布式为____________________。元素Mn与O中，第一电离能较大的是________，基态原子核外未成对电子数较多的是____________。
(3)[2016·高考全国卷Ⅰ，37(4)]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____________。
(4)[2016·高考全国卷Ⅲ，37(2)]根据元素周期律，原子半径Ga________As，第一电离能Ga________As。(填“大于”或“小于”)
(5)[2015·高考全国卷Ⅱ，37(1)改编]O、Na、P、Cl四种元素中电负性最大的是__________(填元素符号)。
[解析] (1)从题图可以看出：除N外，同周期元素随核电荷数依次增大，E1逐渐增大，这是因为随原子半径逐渐减小，结合一个电子需要释放出更多的能量；N原子的2p轨道处于半充满状态，不易再结合一个电子，故E1呈现异常。(2)根据构造原理可写出Co基态原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d74s2或[Ar]3d74s2。O是非金属元素，而Mn是金属元素，前者易得电子而不易失电子，后者则反之， 所以O的第一电离能大于Mn。Mn和O的基态原子核外电子排布式分别为1s22s22p63s23p63d54s2、1s22s22p4，前者的3d轨道中5个电子均未成对，后者的2p轨道中有2个电子未成对，所以Mn的基态原子核外未成对电子数较多。(3)锌、锗位于同周期，同一周期从左至右元素的电负性逐渐增大(稀有气体元素除外)，而氧位于元素周期表右上角，电负性仅次于氟，由此得出氧、锗、锌的电负性依次减小。(4)同周期主族元素从左到右，原子半径逐渐减小，第一电离能呈增大趋势，但ⅡA和ⅤA族元素例外。Ga的原子半径大于As，Ga的第一电离能小于As。(5)四种元素中，氧元素的非金属性最强，故其电负性最大。
[答案] (1)同周期元素随核电荷数依次增大，原子半径逐渐变小，故结合一个电子释放出的能量依次增大 N原子的2p轨道为半充满状态，具有额外稳定性，故不易结合一个电子
(2)1s22s22p63s23p63d74s2(或[Ar]3d74s2) O Mn
(3)O>Ge>Zn (4)大于 小于 (5)O
(1)N、O、S三种元素中电负性最大的是________(填元素符号)。
(2)F、K、Fe、Ni中第一电离能最大的元素是________，第一电离能最小的元素是________。
答案：(1)O (2)F K
第一电离能与电负性的比较
1．(1)镁所在周期中第一电离能最大的主族元素是________。
(2)第一电离能：Si________S(用“>”或“<”填空)。
(3)下列曲线表示卤族元素某种性质随核电荷数的变化趋势，正确的是________。
解析：(1)～(2)第3周期的第一电离能的大小为Cl>P>S>Si>Mg>Al>Na，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)< (3)a
2．(1) 依据第2周期元素第一电离能的变化规律，参照如图中B、F元素的位置，用小黑点标出C、N、O三种元素的相对位置。
(2)请回答下列问题：
①N、Al、Si、Zn四种元素中，有一种元素的电离能数据如下：
电离能
I1
I2
I3
I4
……
Ia/kJ·mol－1
578
1 817
2 745
11 578
……
则该元素是________(填写元素符号)。
②Ge的最高价氯化物的分子式是________。该元素可能的性质或应用有________(填字母)。
A．是一种活泼的金属元素
B．其电负性大于硫
C．其单质可作为半导体材料
D．其最高价氯化物的沸点低于其溴化物的沸点
(3)原子的第一电离能是指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，O、S、Se原子的第一电离能由大到小的顺序为__________。
解析：(1)第2周期从左向右元素的第一电离能呈增大趋势，但氮元素因为p轨道电子为半充满状态，其第一电离能大于氧。(2)①分析表中数据可知，该元素的逐级电离能中，I1、I2、I3与I4相差较大，说明该元素原子最外层有3个电子，显然该元素为Al元素。②锗原子基态原子的电子排布式为[Ar]3d104s24p2，最高化合价为＋4，其氯化物为GeCl4。Ge元素处于金属与非金属分界线附近，表现出一定的金属性和非金属性，其单质常用作半导体材料，不属于活泼金属。Ge元素的电负性小于Si元素的电负性，而Si元素的电负性小于S元素的电负性，则S元素的电负性大于Ge元素的。GeCl4的相对分子质量小于GeBr4，则GeCl4的分子间作用力小于GeBr4的分子间作用力，GeCl4的沸点低于GeBr4的沸点。(3)同主族元素自上而下第一电离能逐渐减小。
答案：(1)
(2)①Al ②GeCl4 CD
(3)O＞S＞Se
第一电离能与电负性的应用
3．下表列出了某短周期元素R的各级电离能数据(用I1、I2……表示，单位为kJ/mol)。
电离能
I1
I2
I3
I4
……
R
740
1 500
7 700
10 500
……
下列关于元素R的判断中一定正确的是( )
A．R元素的最高正价为＋3价
B．R元素位于元素周期表中第ⅡA族
C．R元素的原子最外层共有4个电子
D．R元素基态原子的电子排布式为1s22s2
解析：选B。由表中数据I3≫I2知其最高正价为＋2价，R元素位于第ⅡA族，最外层有2个电子，R不一定是Be元素，故电子排布式不一定是1s22s2。
4．(2018·延安调研)已知X、Y元素同周期，且电负性X>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
[课后达标检测]
一、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( )
A.He B．
C．1s2 D.
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．(2018·大原模拟)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
在周期表中，右上角元素(0族元素除外)的电负性最大，左下角元素的电负性最小。
7．下列表达方式或说法正确的是( )
A．CO2的分子模型示意图：
B．某元素原子的轨道表示式：
C．pp π键电子云模型：
D．乙烯分子的球棍模型：
解析：选C。A项，CO2为直线形分子，错误；B项，不符合洪特规则，错误；D项为比例模型，错误。
8．X、Y为两种元素的原子，X的阴离子与Y的阳离子具有相同的电子层结构，由此可知( )
A．X的原子半径大于Y的原子半径
B．X的电负性大于Y的电负性
C．X阴离子的半径小于Y阳离子的半径
D．X的第一电离能小于Y的第一电离能
解析：选B。X的阴离子与Y的阳离子具有相同的电子层结构，则Y在周期表中位于X的下一周期，且X为非金属元素，Y为金属元素，Y比X多一个电子层，故原子半径Y>X，电负性X>Y，A错误，B正确；电子层结构相同，核电荷数越多，离子半径越小，故X阴离子半径大于Y阳离子半径，C错误；X为非金属元素易得电子形成阴离子，而Y为金属元素易失电子形成阳离子，故其第一电离能X>Y，D错误。
9．A、B、C、D四种元素，已知A元素是地壳中含量最多的元素；B元素为金属元素，它的原子核外K、L层上电子数之和等于M、N层电子数之和；C元素是第3周期第一电离能最小的元素；D元素在第3周期中第一电离能最大。下列有关叙述错误的是( )
A．四种元素A、B、C、D分别为O、Ca、Na、Ar
B．元素A、B、C两两组成的化合物可为CaO、CaO2、Na2O、Na2O2等
C．元素A、C简单离子的半径大小关系为A＜C
D．元素B、C电负性大小关系为B
二、非选择题
10．物质结构决定性质，深入研究物质的微观结构，有利于理解物质变化的本质。请回答下列问题：
(1)C、Si、N的电负性由大到小的顺序是____________；C、N、O、F的第一电离能由大到小的顺序是______________________________。
(2)A、B均为短周期金属元素。依据表中的数据，写出B原子的电子排布式：________。
电离能/
(kJ·mol－1)
I1
I2
I3
I4
A
932
1 821
15 390
21 771
B
738
1 451
7 733
10 540
(3)过渡金属离子与水分子形成的配合物是否有颜色，与其d轨道电子排布有关。一般而言，为d0或d10排布时，无颜色；为d1～d9排布时，有颜色，如[Co(H2O)6]2＋显粉红色。据此判断，[Mn(H2O)6]2＋______________颜色(填“无”或“有”)。
(4)L的原子核外电子占有9个轨道，而且有一个未成对电子，L是________(填元素符号)。
答案：(1)N>C>Si F>N>O>C (2)1s22s22p63s2
(3)有 (4)Cl
11．下表为元素周期表中第4周期的部分元素(从左到右按原子序数递增排列)，根据要求回答下列各小题：
K
Ca
Sc
Ti
V
Cr
Mn
Fe
Co
Ni
Cu
Zn
Ga
Ge
(1)在以上元素的基态原子的电子排布中，4s轨道上只有1个电子的元素有________(填元素名称)。
(2)试比较：第一电离能I1(Cr)________I1(Co)(填“＞”“＜”或“＝”，下同)；晶格能U(FeO)________U(NaCl)(FeO与NaCl的晶胞结构相似)。
(3)前四周期元素中，基态原子中未成对电子数与其所在周期数相同的元素有________种。
解析：(1)4s轨道只有1个电子，则3d轨道可能为0、5(半充满)、10(全充满)，则有1s22s22p63s23p63d04s1、1s22s22p63s23p63d54s1、1s22s22p63s23p63d104s1，分别为钾、铬、铜。(2)铬元素的外围电子排布为3d54s1，钴元素的外围电子排布为3d74s2，前者第一电离能更小。晶格能与阴、阳离子所带电荷的乘积成正比，与阴、阳离子的半径成反比。(3)分周期一一讨论，第1周期中基态原子中未成对电子数为1个，是H原子；第2周期中基态原子中未成对电子数为2个，可以是1s22s22p2或1s22s22p4，是C原子或O原子；第3周期中基态原子中未成对电子数为3个，是1s22s22p63s23p3，是P原子；第4周期中基态原子中未成对电子数为4个，只能是过渡元素，可以是1s22s22p63s23p63d64s2，是Fe原子，因此共有5种元素符合题意。
答案：(1)钾、铬、铜 (2)＜ ＞ (3)5
12．(1)(2016·高考四川卷)M、R、X、Y为原子序数依次增大的短周期主族元素，Z是一种过渡元素。M基态原子L层中p轨道电子数是s轨道电子数的2倍，R是同周期元素中最活泼的金属元素，X和M形成的一种化合物是引起酸雨的主要大气污染物，Z的基态原子4s和3d轨道半充满。R基态原子的电子排布式是_________________________，
X和Y中电负性较大的是________(填元素符号)。
(2)根据下列五种元素的第一至第四电离能数据(单位：kJ·mo1－1)，回答下列各题：
元素代号
I1
I2
I3
I4
Q
2 080
4 000
6 100
9 400
R
500
4 600
6 900
9 500
S
740
1 500
7 700
10 500
T
580
1 800
2 700
11 600
U
420
3 100
4 400
5 900
①在周期表中，最可能处于同一族的是________。
A．Q和R B．S和T
C．T和U D．R和T
E．R和U
②每种元素都出现相邻两个电离能的数据相差较大的情况，这一事实从一个侧面说明：____________________________；如果U元素是短周期元素，你估计它的第2次电离能飞跃数据将发生在失去第______个电子时。
③如果R、S、T是同周期的三种主族元素，则它们的原子序数由小到大的顺序是____________，其中________元素的第一电离能异常高的原因是___________________
________________________________________________________________________。
解析：(1)R为钠元素，其基态原子的电子排布式为1s22s22p63s1；X为硫元素，Y为氯元素，氯比硫活泼，故电负性较大的是Cl。
(2)①根据电离能的变化趋势知，Q为稀有气体元素，R为第ⅠA族元素，S为第ⅡA族元素，T为第ⅢA族元素，U为第ⅠA族元素，所以R和U处于同一主族。
②电离能的突跃变化，说明核外电子是分层排布的，各电子层能量不同。若U是短周期元素，则U是Na，其核外电子排布式为1s22s22p63s1，由于2s22p6所处电子层相同，所以它的第2次电离能飞跃数据发生在失去第10个电子时。
③同一周期，第一电离能呈增大趋势，但ⅡA、ⅤA族比相邻元素要高，因为其最外层电子呈全充满或半充满状态。
答案：(1)1s22s22p63s1(或[Ne]3s1) Cl
(2)①E ②电子分层排布，各电子层能量不同 10
③R
元素编号
元素的性质或原子结构
R
基态原子的最外层有3个未成对电子，次外层有2个电子
S
单质能与水剧烈反应，所得溶液呈弱酸性
T
基态原子3d轨道上有1个电子
X
(1)R元素的第一电离能要大于其同周期相邻的元素，原因是____________________。
(2)S元素的常见化合价为________，原因是____________________________。
(3)T元素的原子N电子层上电子数为____________。
(4)X的核外电子轨道表示式违背了_____________________________________。
用X单质、碱金属盐及碱土金属盐等可以做成焰火。燃放时，焰火发出五颜六色的光，请用原子结构的知识解释发光的原因：____________________________。
解析：(1)由R的核外电子排布可知为N，N原子2p轨道半充满，能量低，较稳定，所以其第一电离能要大于同周期相邻元素。(2)由题知S为氟元素，F的电负性最强，只能得电子，无正价，其常见化合价为－1价。(3)T原子核外电子排布为1s22s22p63s23p63d14s2，由能量最低原理先排4s轨道再排3d轨道，则N电子层有2个电子。(4)X元素的核外电子排布应先排能量低的3s轨道。发射光谱是电子从较高能量的激发态跃迁至较低能量的激发态或基态时释放能量产生的。
答案：(1)氮原子2p轨道半充满，能量低，较稳定
(2)－1 F的电负性最强，只能得电子 (3)2 (4)能量最低原理 电子从能量较高的轨道跃迁到能量较低的轨道时，以光(子)的形式释放能量
14．A、B、C、D是四种短周期元素，E是过渡元素，A、B、C同周期，C、D同主族，A的原子结构示意图为，B是同周期第一电离能最小的元素，C的最外层有三个成单电子，E的外围电子排布式为3d64s2。回答下列问题：
(1)写出下列元素的符号：A__________，B__________，C________，D________。
(2)用化学式表示上述五种元素中最高价氧化物对应水化物酸性最强的是________，碱性最强的是________。
(3)用元素符号表示D所在周期第一电离能最大的元素是________，电负性最大的元素是________。
(4)画出D的核外电子轨道表示式：____________________________，
这样排布遵循了________原理和________规则。
解析：(1)由A的原子结构示意图可知，x＝2，原子序数为14，A是硅元素，则B是钠元素，C的最外层电子的排布式为3s23p3，是磷元素，则短周期D元素是氮元素；E的电子排布式为[Ar]3d64s2，核电荷数为18＋8＝26，是铁元素，位于d区的第4周期Ⅷ族。(2)五种元素中非金属性最强的是N元素，对应的HNO3酸性最强，金属性最强的是Na元素，对应的NaOH碱性最强。(3)D所在周期第一电离能最大的元素是稀有气体氖，电负性最大的元素是非金属最强的氟。
答案：(1)Si Na P N (2)HNO3 NaOH (3)Ne
F (4) 泡利不相容 洪特
第一单元 原子结构与元素的性质
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轨道表达式。 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。
原子核外电子的排布
[知识梳理]
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。
[自我检测]
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。
(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：ns
③同一电子层内形状相同而伸展方向不同的原子轨道的能量相等，如npx、npy、npz轨道的能量相等。
(1)[2017·高考全国卷Ⅰ，35(1)(2)]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________。
(2)[2016·高考全国卷Ⅰ，37(1)]基态Ge原子的核外电子排布式为[Ar]__________，有________个未成对电子。
(3)[2016·高考全国卷Ⅱ，37(1)]镍元素基态原子的电子排布式为_______________，3d能级上的未成对电子数为________。
(4)[2015·高考全国卷Ⅰ，37(1)]处于一定空间运动状态的电子在原子核外出现的概率密度分布可用________形象化描述。在基态14C原子中，核外存在________对自旋相反的电子。
(5)下列表示的为激发态原子的是________。
A．1s12s1 B．1s22s22p1
C．1s22p53s1 D．1s22s22p63s2
[解析] (1)①当对金属钾或其化合物进行灼烧时，焰色反应显紫红色，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。
(2)在元素周期表中，锗位于硅正下方，锗的原子序数为14＋18＝32，基态锗原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p2或[Ar]3d104s24p2，由于4p能级有3个能量相同的轨道，根据洪特规则，4p上2个电子分别占据两个轨道且自旋方向相同，故未成对电子数为2。
(3)Ni元素原子核外有28个电子，电子排布式为1s22s22p63s23p63d84s2或[Ar]3d84s2。3d能级上有2个未成对电子。
(4)处于一定空间运动状态的电子在原子核外出现的概率密度分布用电子云形象地描述。基态14C原子的电子排布图为，则核外存在2对自旋相反的电子。
[答案] (1)①A ②N 球形
(2)3d104s24p2 2
(3)1s22s22p63s23p63d84s2(或[Ar]3d84s2) 2
(4)电子云 2
(5)AC
(1)31Ga的正三价阳离子的核外电子排布式为____________________。
(2)Cu2＋的外围电子排布式为_________________________________。
(3)[2015·高考全国卷Ⅱ，37(1)]磷原子的核外电子排布式为______________________。
(4)(2015·高考海南卷)钒在元素周期表中的位置为__________，其外围电子轨道表示式为________________________________________________________________________。
(5)(2015·高考江苏卷)Cr3＋基态核外电子排布式为______________________________。
答案：(1)1s22s22p63s23p63d10(或[Ar]3d10) (2)3d9
(3)1s22s22p63s23p3(或[Ne]3s23p3)
(4)第4周期ⅤB族
(5)1s22s22p63s23p63d3(或[Ar]3d3)
(1)复杂原子的核外电子排布式
对于复杂原子的核外电子排布式，应先按能量最低原理从低到高排列，然后将同一电子层的排在一起。例如：26Fe，先按能量从低到高排列为1s22s22p63s23p64s23d6，然后将同一电子层的电子排在一起，即该原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2。
(2)特殊原子的核外电子排布式
例如：24Cr，先将电子按能量从低到高排列为
1s22s22p63s23p64s23d4，因3d5是半充满状态稳定，因此需要将4s轨道上的一个电子调整到3d轨道上，得1s22s22p63s23p64s13d5，再将同一电子层的排在一起，得该原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s1。再如：29Cu，先将电子按能量从低到高排列为1s22s22p63s23p64s23d9，因3d10是全充满状态稳定，因此需要将4s轨道上的一个电子调整到3d轨道上，得1s22s22p63s23p64s13d10，再将同一电子层的排在一起，得该原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s1。
原子核外电子排布式的书写
1．(1)S的基态原子核外有________个未成对电子。
(2)基态硼原子的电子排布式为________________。
(3)Cu＋基态核外电子排布式为____________________。
(4)周期表前四周期元素中e的最外层只有1个电子，但次外层有18个电子，e的外围电子轨道表示式为________________。
(5)XY2是红棕色气体；X与氢元素可形成XH3。Y基态原子的电子排布式是___________。
(6)基态Fe原子有________个未成对电子。Fe3＋的电子排布式为______________________________。
解析：(1)S的外围电子排布式为3s23p4，利用洪特规则和泡利不相容原理可知S的基态原子核外有2个未成对电子。(2)硼原子的核外电子数是5，则基态硼原子的电子排布式为 1s22s22p1。(3)Cu为29号元素，Cu＋核外有28个电子，按照核外电子排布规律，其核外电子排布式应为1s22s22p63s23p63d10或[Ar]3d10。(4)由e的最外层只有1个电子且次外层有18个电子确定e为铜元素。(5)依据题目信息：XY2为红棕色气体，且X可以形成XH3，则X为氮元素，Y为氧元素。(6)基态Fe原子3d原子轨道排有6个电子，即基态Fe原子存在4个未成对电子；Fe3＋是由基态Fe原子失去4s原子轨道上的2个电子和3d原子轨道上的1个电子得到的，其电子排布式为1s22s22p63s23p63d5或[Ar]3d5。
答案：(1) 2 (2)1s22s22p1
(3)1s22s22p63s23p63d10(或[Ar]3d10)
(4)
(5)1s22s22p4 (6)4 1s22s22p63s23p63d5(或[Ar]3d5)
根据原子核外电子排布推断元素
2．A、B、C、D、E、F代表6种元素。请根据各项信息填空。
(1)A元素基态原子的最外层有3个未成对电子，次外层有8个电子，则A的元素符号为________。
(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，则B的元素符号为________，C的元素符号为________。
(3)D元素的正三价离子的3d轨道为半充满状态，则D的元素符号为____________，其基态原子的轨道表示式为_________________________。
(4)E元素基态原子的M层全充满，N层只有一个电子，则E的元素符号为________。
(5)F元素的原子最外层电子排布式为nsnnpn＋1，则n＝________；原子中能量最高的是________电子，其原子轨道呈________形。
解析：(1)根据A元素基态原子的电子排布情况：最外层有3个未成对电子，次外层有8个电子，其轨道表示式为，则该元素核外有15个电子，为磷元素，其元素符号为P。
(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D为26号元素铁。
(4)根据题意要求，首先写出电子排布式：
1s22s22p63s23p63d104s1，该元素为29号元素Cu。
(5)s轨道只有1个原子轨道，故最多只能容纳2个电子，即n＝2，所以元素F的原子最外层电子排布式为2s22p3，由此可知F是氮元素；根据核外电子排布的能量最低原理，可知氮原子的核外电子中的2p轨道能量最高，p电子的原子轨道呈纺锤形。
答案：(1)P (2)Cl K
(3)Fe
(4)Cu (5)2 2p 纺锤
核外电子排布式书写的几个易错点
(1)24Cr、29Cu的特殊性。前者半充满、后者全充满更稳定，所以二者简化的核外电子排布式分别为[Ar]3d54s1、[Ar]3d104s1。
(2)离子核外电子排布式的书写。要注意一定是先写原子的核外电子排布式，然后再从外到里失电子(阳离子)或最外层得电子(阴离子)，最后写出相应离子的核外电子排布式。
(3)注意区分“核外电子排布式”“外围电子排布式”和“最外层电子排布式”。外围电子排布式指去除“原子实”后的剩余部分。最外层电子排布式则指最外层电子的排布(对于主族元素的原子而言，外围电子就是最外层电子)。
元素性质的递变规律
[知识梳理]
一、原子结构与元素在周期表中的位置关系
1．原子结构与周期表的关系
周期
电子层数
每周期第一种元素
每周期最后一种元素
原子
序数
基态原子的
电子排布式
原子
序数
基态原子的简化电子排布式
2
2
3
[He]2s1
10
1s22s22p6
3
3
11
[Ne]3s1
18
1s22s22p63s23p6
4
4
19
[Ar]4s1
36
1s22s22p63s23p63d104s24p6
5
5
37
[Kr]5s1
54
1s22s22p63s23p63d104s24p64d105s25p6
6
6
55
[Xe]6s1
86
1s22s22p63s23p63d104s24p64d104f145s25p65d106s26p6
(1)电子层数＝周期序数。
(2)主族元素最外层电子数＝主族序数。
2．元素周期表的分区与外围电子排布的关系
(1)元素周期表的分区
(2)各区外围电子排布特点
分区
外围电子排布
s区
ns1～2
p区
ns2np1～6(除He外)
d区
(n－1)d1～9ns1～2(除Pd外)
ds区
(n－1)d10ns1～2
f区
(n－2)f0～14(n－1)d0～2ns2
二、第一电离能
1．含义
气态电中性基态原子失去一个电子形成＋1价气态阳离子所需的最低能量，符号为I1，单位为kJ·mol－1。
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，总体呈现从左至右逐渐增大的变化趋势。
(2)同主族元素：从上至下第一电离能逐渐减小。
(3)同种原子：逐级电离能越来越大(即I1
1．含义
不同元素的原子在化合物中吸引电子能力的标度。元素的电负性越大，表示其原子在化合物中吸引电子的能力越强。
2．标准
以最活泼的非金属元素氟的电负性为4.0作为相对标准，计算得出其他元素的电负性(稀有气体元素未计)。
3．规律
(1)金属元素的电负性一般小于1.8，非金属元素的电负性一般大于1.8，而位于非金属三角区边界的“类金属”(如锗、锑等)的电负性则在1.8左右，它们既有金属性又有非金属性。
(2)在元素周期表中，同周期从左至右，元素的电负性逐渐增大，同主族从上至下，元素的电负性逐渐减小。
[自我检测]
1．某元素的外围电子排布式为4s24p4，则该元素位于________区，为第________周期第________族，是________元素(填名称)。
答案：p 4 ⅥA 硒
2．第4周期中，未成对电子数最多的元素是____________(填名称)。
(1)它位于第________族。
(2)核外电子排布式是________________。
(3)它有________个电子层，________种不同原子轨道的电子，________种运动状态不同的电子。
(4)外围电子排布式为________，外围电子轨道表示式为__________________。
(5)属于________区。
答案：铬 (1)ⅥB
(2)1s22s22p63s23p63d54s1(或[Ar]3d54s1)
(3)4 7 24
(4)3d54s1
(5)d
(1)电离能越小，金属原子越容易失去电子，金属性越强；反之越弱。
(2)第2、3、4周期的同周期主族元素，第ⅡA族(ns2np0)和第ⅤA族(ns2np3)，因p轨道处于全空或半充满状态，比较稳定，所以其第一电离能分别大于同周期相邻的ⅢA和ⅥA族元素，如第一电离能Mg>Al，P>S。
(3)如果某元素的In＋1≫In，则该元素的常见化合价为＋n，如钠原子的最外层电子数为1，钠元素I2≫I1，其化合价为＋1。多电子原子中，元素的各级电离能逐级增大，当电离能的变化出现突变时，电子所在的电子层数就可能发生变化。
(1)[2017·高考全国卷Ⅱ，35(2)]元素的基态气态原子得到一个电子形成气态负一价离子时所放出的能量称作第一电子亲和能(E1)。第二周期部分元素的E1变化趋势如图所示，其中除氮元素外，其他元素的E1自左而右依次增大的原因是________________________；氮元素的E1呈现异常的原因是_________________________。
(2)[2017·高考全国卷Ⅲ，35(1)]研究发现，在CO2低压合成甲醇反应(CO2＋3H2===CH3OH＋H2O)中，Co氧化物负载的Mn氧化物纳米粒子催化剂具有高活性，显示出良好的应用前景。Co基态原子核外电子排布式为____________________。元素Mn与O中，第一电离能较大的是________，基态原子核外未成对电子数较多的是____________。
(3)[2016·高考全国卷Ⅰ，37(4)]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____________。
(4)[2016·高考全国卷Ⅲ，37(2)]根据元素周期律，原子半径Ga________As，第一电离能Ga________As。(填“大于”或“小于”)
(5)[2015·高考全国卷Ⅱ，37(1)改编]O、Na、P、Cl四种元素中电负性最大的是__________(填元素符号)。
[解析] (1)从题图可以看出：除N外，同周期元素随核电荷数依次增大，E1逐渐增大，这是因为随原子半径逐渐减小，结合一个电子需要释放出更多的能量；N原子的2p轨道处于半充满状态，不易再结合一个电子，故E1呈现异常。(2)根据构造原理可写出Co基态原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d74s2或[Ar]3d74s2。O是非金属元素，而Mn是金属元素，前者易得电子而不易失电子，后者则反之， 所以O的第一电离能大于Mn。Mn和O的基态原子核外电子排布式分别为1s22s22p63s23p63d54s2、1s22s22p4，前者的3d轨道中5个电子均未成对，后者的2p轨道中有2个电子未成对，所以Mn的基态原子核外未成对电子数较多。(3)锌、锗位于同周期，同一周期从左至右元素的电负性逐渐增大(稀有气体元素除外)，而氧位于元素周期表右上角，电负性仅次于氟，由此得出氧、锗、锌的电负性依次减小。(4)同周期主族元素从左到右，原子半径逐渐减小，第一电离能呈增大趋势，但ⅡA和ⅤA族元素例外。Ga的原子半径大于As，Ga的第一电离能小于As。(5)四种元素中，氧元素的非金属性最强，故其电负性最大。
[答案] (1)同周期元素随核电荷数依次增大，原子半径逐渐变小，故结合一个电子释放出的能量依次增大 N原子的2p轨道为半充满状态，具有额外稳定性，故不易结合一个电子
(2)1s22s22p63s23p63d74s2(或[Ar]3d74s2) O Mn
(3)O>Ge>Zn (4)大于 小于 (5)O
(1)N、O、S三种元素中电负性最大的是________(填元素符号)。
(2)F、K、Fe、Ni中第一电离能最大的元素是________，第一电离能最小的元素是________。
答案：(1)O (2)F K
第一电离能与电负性的比较
1．(1)镁所在周期中第一电离能最大的主族元素是________。
(2)第一电离能：Si________S(用“>”或“<”填空)。
(3)下列曲线表示卤族元素某种性质随核电荷数的变化趋势，正确的是________。
解析：(1)～(2)第3周期的第一电离能的大小为Cl>P>S>Si>Mg>Al>Na，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)< (3)a
2．(1) 依据第2周期元素第一电离能的变化规律，参照如图中B、F元素的位置，用小黑点标出C、N、O三种元素的相对位置。
(2)请回答下列问题：
①N、Al、Si、Zn四种元素中，有一种元素的电离能数据如下：
电离能
I1
I2
I3
I4
……
Ia/kJ·mol－1
578
1 817
2 745
11 578
……
则该元素是________(填写元素符号)。
②Ge的最高价氯化物的分子式是________。该元素可能的性质或应用有________(填字母)。
A．是一种活泼的金属元素
B．其电负性大于硫
C．其单质可作为半导体材料
D．其最高价氯化物的沸点低于其溴化物的沸点
(3)原子的第一电离能是指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，O、S、Se原子的第一电离能由大到小的顺序为__________。
解析：(1)第2周期从左向右元素的第一电离能呈增大趋势，但氮元素因为p轨道电子为半充满状态，其第一电离能大于氧。(2)①分析表中数据可知，该元素的逐级电离能中，I1、I2、I3与I4相差较大，说明该元素原子最外层有3个电子，显然该元素为Al元素。②锗原子基态原子的电子排布式为[Ar]3d104s24p2，最高化合价为＋4，其氯化物为GeCl4。Ge元素处于金属与非金属分界线附近，表现出一定的金属性和非金属性，其单质常用作半导体材料，不属于活泼金属。Ge元素的电负性小于Si元素的电负性，而Si元素的电负性小于S元素的电负性，则S元素的电负性大于Ge元素的。GeCl4的相对分子质量小于GeBr4，则GeCl4的分子间作用力小于GeBr4的分子间作用力，GeCl4的沸点低于GeBr4的沸点。(3)同主族元素自上而下第一电离能逐渐减小。
答案：(1)
(2)①Al ②GeCl4 CD
(3)O＞S＞Se
第一电离能与电负性的应用
3．下表列出了某短周期元素R的各级电离能数据(用I1、I2……表示，单位为kJ/mol)。
电离能
I1
I2
I3
I4
……
R
740
1 500
7 700
10 500
……
下列关于元素R的判断中一定正确的是( )
A．R元素的最高正价为＋3价
B．R元素位于元素周期表中第ⅡA族
C．R元素的原子最外层共有4个电子
D．R元素基态原子的电子排布式为1s22s2
解析：选B。由表中数据I3≫I2知其最高正价为＋2价，R元素位于第ⅡA族，最外层有2个电子，R不一定是Be元素，故电子排布式不一定是1s22s2。
4．(2018·延安调研)已知X、Y元素同周期，且电负性X>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
[课后达标检测]
一、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( )
A.He B．
C．1s2 D.
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．(2018·大原模拟)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
在周期表中，右上角元素(0族元素除外)的电负性最大，左下角元素的电负性最小。
7．下列表达方式或说法正确的是( )
A．CO2的分子模型示意图：
B．某元素原子的轨道表示式：
C．pp π键电子云模型：
D．乙烯分子的球棍模型：
解析：选C。A项，CO2为直线形分子，错误；B项，不符合洪特规则，错误；D项为比例模型，错误。
8．X、Y为两种元素的原子，X的阴离子与Y的阳离子具有相同的电子层结构，由此可知( )
A．X的原子半径大于Y的原子半径
B．X的电负性大于Y的电负性
C．X阴离子的半径小于Y阳离子的半径
D．X的第一电离能小于Y的第一电离能
解析：选B。X的阴离子与Y的阳离子具有相同的电子层结构，则Y在周期表中位于X的下一周期，且X为非金属元素，Y为金属元素，Y比X多一个电子层，故原子半径Y>X，电负性X>Y，A错误，B正确；电子层结构相同，核电荷数越多，离子半径越小，故X阴离子半径大于Y阳离子半径，C错误；X为非金属元素易得电子形成阴离子，而Y为金属元素易失电子形成阳离子，故其第一电离能X>Y，D错误。
9．A、B、C、D四种元素，已知A元素是地壳中含量最多的元素；B元素为金属元素，它的原子核外K、L层上电子数之和等于M、N层电子数之和；C元素是第3周期第一电离能最小的元素；D元素在第3周期中第一电离能最大。下列有关叙述错误的是( )
A．四种元素A、B、C、D分别为O、Ca、Na、Ar
B．元素A、B、C两两组成的化合物可为CaO、CaO2、Na2O、Na2O2等
C．元素A、C简单离子的半径大小关系为A＜C
D．元素B、C电负性大小关系为B
二、非选择题
10．物质结构决定性质，深入研究物质的微观结构，有利于理解物质变化的本质。请回答下列问题：
(1)C、Si、N的电负性由大到小的顺序是____________；C、N、O、F的第一电离能由大到小的顺序是______________________________。
(2)A、B均为短周期金属元素。依据表中的数据，写出B原子的电子排布式：________。
电离能/
(kJ·mol－1)
I1
I2
I3
I4
A
932
1 821
15 390
21 771
B
738
1 451
7 733
10 540
(3)过渡金属离子与水分子形成的配合物是否有颜色，与其d轨道电子排布有关。一般而言，为d0或d10排布时，无颜色；为d1～d9排布时，有颜色，如[Co(H2O)6]2＋显粉红色。据此判断，[Mn(H2O)6]2＋______________颜色(填“无”或“有”)。
(4)L的原子核外电子占有9个轨道，而且有一个未成对电子，L是________(填元素符号)。
答案：(1)N>C>Si F>N>O>C (2)1s22s22p63s2
(3)有 (4)Cl
11．下表为元素周期表中第4周期的部分元素(从左到右按原子序数递增排列)，根据要求回答下列各小题：
K
Ca
Sc
Ti
V
Cr
Mn
Fe
Co
Ni
Cu
Zn
Ga
Ge
(1)在以上元素的基态原子的电子排布中，4s轨道上只有1个电子的元素有________(填元素名称)。
(2)试比较：第一电离能I1(Cr)________I1(Co)(填“＞”“＜”或“＝”，下同)；晶格能U(FeO)________U(NaCl)(FeO与NaCl的晶胞结构相似)。
(3)前四周期元素中，基态原子中未成对电子数与其所在周期数相同的元素有________种。
解析：(1)4s轨道只有1个电子，则3d轨道可能为0、5(半充满)、10(全充满)，则有1s22s22p63s23p63d04s1、1s22s22p63s23p63d54s1、1s22s22p63s23p63d104s1，分别为钾、铬、铜。(2)铬元素的外围电子排布为3d54s1，钴元素的外围电子排布为3d74s2，前者第一电离能更小。晶格能与阴、阳离子所带电荷的乘积成正比，与阴、阳离子的半径成反比。(3)分周期一一讨论，第1周期中基态原子中未成对电子数为1个，是H原子；第2周期中基态原子中未成对电子数为2个，可以是1s22s22p2或1s22s22p4，是C原子或O原子；第3周期中基态原子中未成对电子数为3个，是1s22s22p63s23p3，是P原子；第4周期中基态原子中未成对电子数为4个，只能是过渡元素，可以是1s22s22p63s23p63d64s2，是Fe原子，因此共有5种元素符合题意。
答案：(1)钾、铬、铜 (2)＜ ＞ (3)5
12．(1)(2016·高考四川卷)M、R、X、Y为原子序数依次增大的短周期主族元素，Z是一种过渡元素。M基态原子L层中p轨道电子数是s轨道电子数的2倍，R是同周期元素中最活泼的金属元素，X和M形成的一种化合物是引起酸雨的主要大气污染物，Z的基态原子4s和3d轨道半充满。R基态原子的电子排布式是_________________________，
X和Y中电负性较大的是________(填元素符号)。
(2)根据下列五种元素的第一至第四电离能数据(单位：kJ·mo1－1)，回答下列各题：
元素代号
I1
I2
I3
I4
Q
2 080
4 000
6 100
9 400
R
500
4 600
6 900
9 500
S
740
1 500
7 700
10 500
T
580
1 800
2 700
11 600
U
420
3 100
4 400
5 900
①在周期表中，最可能处于同一族的是________。
A．Q和R B．S和T
C．T和U D．R和T
E．R和U
②每种元素都出现相邻两个电离能的数据相差较大的情况，这一事实从一个侧面说明：____________________________；如果U元素是短周期元素，你估计它的第2次电离能飞跃数据将发生在失去第______个电子时。
③如果R、S、T是同周期的三种主族元素，则它们的原子序数由小到大的顺序是____________，其中________元素的第一电离能异常高的原因是___________________
________________________________________________________________________。
解析：(1)R为钠元素，其基态原子的电子排布式为1s22s22p63s1；X为硫元素，Y为氯元素，氯比硫活泼，故电负性较大的是Cl。
(2)①根据电离能的变化趋势知，Q为稀有气体元素，R为第ⅠA族元素，S为第ⅡA族元素，T为第ⅢA族元素，U为第ⅠA族元素，所以R和U处于同一主族。
②电离能的突跃变化，说明核外电子是分层排布的，各电子层能量不同。若U是短周期元素，则U是Na，其核外电子排布式为1s22s22p63s1，由于2s22p6所处电子层相同，所以它的第2次电离能飞跃数据发生在失去第10个电子时。
③同一周期，第一电离能呈增大趋势，但ⅡA、ⅤA族比相邻元素要高，因为其最外层电子呈全充满或半充满状态。
答案：(1)1s22s22p63s1(或[Ne]3s1) Cl
(2)①E ②电子分层排布，各电子层能量不同 10
③R
元素编号
元素的性质或原子结构
R
基态原子的最外层有3个未成对电子，次外层有2个电子
S
单质能与水剧烈反应，所得溶液呈弱酸性
T
基态原子3d轨道上有1个电子
X
(1)R元素的第一电离能要大于其同周期相邻的元素，原因是____________________。
(2)S元素的常见化合价为________，原因是____________________________。
(3)T元素的原子N电子层上电子数为____________。
(4)X的核外电子轨道表示式违背了_____________________________________。
用X单质、碱金属盐及碱土金属盐等可以做成焰火。燃放时，焰火发出五颜六色的光，请用原子结构的知识解释发光的原因：____________________________。
解析：(1)由R的核外电子排布可知为N，N原子2p轨道半充满，能量低，较稳定，所以其第一电离能要大于同周期相邻元素。(2)由题知S为氟元素，F的电负性最强，只能得电子，无正价，其常见化合价为－1价。(3)T原子核外电子排布为1s22s22p63s23p63d14s2，由能量最低原理先排4s轨道再排3d轨道，则N电子层有2个电子。(4)X元素的核外电子排布应先排能量低的3s轨道。发射光谱是电子从较高能量的激发态跃迁至较低能量的激发态或基态时释放能量产生的。
答案：(1)氮原子2p轨道半充满，能量低，较稳定
(2)－1 F的电负性最强，只能得电子 (3)2 (4)能量最低原理 电子从能量较高的轨道跃迁到能量较低的轨道时，以光(子)的形式释放能量
14．A、B、C、D是四种短周期元素，E是过渡元素，A、B、C同周期，C、D同主族，A的原子结构示意图为，B是同周期第一电离能最小的元素，C的最外层有三个成单电子，E的外围电子排布式为3d64s2。回答下列问题：
(1)写出下列元素的符号：A__________，B__________，C________，D________。
(2)用化学式表示上述五种元素中最高价氧化物对应水化物酸性最强的是________，碱性最强的是________。
(3)用元素符号表示D所在周期第一电离能最大的元素是________，电负性最大的元素是________。
(4)画出D的核外电子轨道表示式：____________________________，
这样排布遵循了________原理和________规则。
解析：(1)由A的原子结构示意图可知，x＝2，原子序数为14，A是硅元素，则B是钠元素，C的最外层电子的排布式为3s23p3，是磷元素，则短周期D元素是氮元素；E的电子排布式为[Ar]3d64s2，核电荷数为18＋8＝26，是铁元素，位于d区的第4周期Ⅷ族。(2)五种元素中非金属性最强的是N元素，对应的HNO3酸性最强，金属性最强的是Na元素，对应的NaOH碱性最强。(3)D所在周期第一电离能最大的元素是稀有气体氖，电负性最大的元素是非金属最强的氟。
答案：(1)Si Na P N (2)HNO3 NaOH (3)Ne
F (4) 泡利不相容 洪特
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