2020新课标高考化学二轮教师用书：第1部分专题5　原子结构与性质（含元素周期律和周期表）



专题五 　 原子结构与性质(含元素周期律和周期表)

1．了解原子的构成、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号元素名称、符号、离子符号、原子结构示意图、电子式、原子核外电子、价电子的电子排布式和电子排布图。　2.掌握元素周期律的实质，了解元素周期表(长式)的结构(周期、族)及其应用。　3.掌握同一周期、同一主族元素的化合价，金属性、非金属性、电离能、电负性的递变规律与原子结构的关系。　4.了解电离能、电负性的含义并能用以说明元素的某些性质。　5.了解电子在原子轨道之间的跃迁及其简单应用。　6.熟悉常见元素的化合价，能根据化合价正确书写化学式(分子式)，或根据化学式判断元素的化合价。


■真题引领——感悟高考真题·········································
1．(2019·北京高考)2019年是元素周期表发表150周年，其间科学家为完善周期表做出了不懈努力。中国科学院院士张青莲教授曾主持测定了铟(49In)等9种元素相对原子质量的新值，被采用为国际新标准。铟与铷(37Rb)同周期。下列说法不正确的是(　　)
A．In是第五周期第ⅢA族元素
B．In的中子数与电子数的差值为17
C．原子半径：In>Al
D．碱性：In(OH)3>RbOH
D　[A项，由铟(49In)的原子结构示意图可推断In是第五周期第ⅢA族元素，正确；B项，In的中子数为115－49＝66，电子数为49，因此In的中子数与电子数的差值为17，正确；C项，铟和铝同属于ⅢA族元素，前者位于第五周期，后者位于第三周期，因此原子半径：In>Al，正确；D项，铟和铷同属于第五周期元素，前者位于ⅢA族，后者位于ⅠA族，根据同周期主族元素最高价氧化物的水化物的碱性递变规律得碱性：In(OH)3r(Z)>r(Y)>r(X)
B．由X、Y组成的化合物是离子化合物
C．Z的最高价氧化物对应水化物的酸性比W的强
D．W的简单气态氢化物的热稳定性比X的强
B　[短周期主族元素X、Y、Z、W的原子序数依次增大，X是地壳中含量最多的元素，X为O元素，Y原子的最外层有2个电子，Y为Mg元素，Z的单质晶体是应用最广泛的半导体材料，Z为Si元素，W与X位于同一主族，W为S元素。A项，原子半径应为r(Y)>r(Z)>r(W)>r(X)，错误；B项，由X、Y组成的化合物为氧化镁，是离子化合物，正确；C项，Z和W的最高价氧化物对应的水化物分别为硅酸和硫酸，硫酸的酸性强于硅酸，错误；D项，W和X形成的简单气态氢化物分别为H2S和H2O，热稳定性H2O强于H2S，错误。]
5．(1)(2019·全国卷Ⅱ)①Fe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_____。
②比较离子半径：F－________O2－(填“大于”“等于”或“小于”)。
(2)(2019·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)。

(3)(2019·全国卷Ⅲ)在周期表中，与Li的化学性质最相似的邻族元素是______，该元素基态原子核外M层电子的自旋状态_______(填“相同”或“相反”)。
[解析]　(1)①Fe的价层电子排布式为3d64s2，成为阳离子时首先失去的是4s轨道的电子。Sm3＋是Sm原子失去3个电子形成的，Sm的价层电子排布式为4f66s2，失去3个电子时，首先失去6s轨道上的2个电子，再失去4f轨道上的1个电子，因此Sm3＋的价层电子排布式为4f5。
②O2－和F－的核外电子层结构相同，F－的核电荷数大，因此F－的半径小。
(2)根据影响电离能大小的因素(有效核电荷数、微粒半径和电子层结构)可知，A中电离最外层一个电子所需能量最大。
(3)在周期表中存在“对角线”关系的元素化学性质相似，如Li和Mg、Be和Al、B和Si等，所以与Li的化学性质最相似的邻族元素是Mg。Mg元素基态原子核外M层上只有3s轨道上2个自旋状态相反的电子。
[答案]　(1)①4s　4f5　②小于　(2)A　(3)Mg　相反
6．(1)(2018·全国卷Ⅰ)①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)。

②Li＋与H－具有相同的电子构型，r(Li＋)小于r(H－)，原因是_____________________________________________________。
(2)(2018·全国卷Ⅲ)①Zn原子核外电子排布式为________。
②黄铜是人类最早使用的合金之一，主要由Zn和Cu组成。第一电离能I1(Zn)________I1(Cu)(填“大于”或“小于”)。原因是
_____________________________________________________
_____________________________________________________。
(3)(2018·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____________________，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)①D　C　②Li＋核电荷数较大　
(2)①[Ar]3d104s2　②大于　Zn核外电子排布为全满稳定结构，较难失电子
(3)　哑铃(纺锤)
7．(2017·全国卷Ⅱ)(1)氮原子价层电子的轨道表示式(电子排布图)为_____________________________________________________。
(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_______________________。

[答案]　(1)(或)
(2)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，具有稳定性，故不易结合一个电子

上述真题涉及的题型有选择题也有填空题。命题角度主要涉及：
(1)根据原子结构、元素周期表、元素化合物性质进行元素推断，进而考查①元素及其化合物的性质，②半径大小、化合物的酸碱性比较等，如T1、T2、T3。
(2)常见化学用语的书写与判断，如T3。
(3)“位—构—性”的关系及应用。如T1、T2、T4。
(4)原子结构与性质：①核外电子或价电子的排布式或轨道表达式，②核外电子排布与能量高低关系，③元素性质(第一电离能，电负性、粒子半径大小等)如T5、T6、T7。
预测2020年高考仍会在化学用语、“位—构—性”的关系和原子的某些性质进行命题，特别是涉及选修③的融合题要注意加强。

　原子结构与性质
(对应学生用书第33页)
■重难突破——重难知识梳理···········································
1．原子结构
(1)微粒中“各数”间的定量关系
①原子或离子：质量数(A)＝质子数(Z)＋中子数(N)。
②原子：核电荷数＝质子数＝原子序数＝核外电子数。
③阴离子：核外电子数＝质子数＋离子电荷数。
④阳离子：核外电子数＝质子数－离子电荷数。(2)“四同”比较

同位素
同素异形体
同分异构体
同系物
“同”含义
质子数相同
元素相同
分子式相同
结构相似
“异”含义
中子数不同
性质、结构、组成不同
结构不同
相差“CH2”
研究对象
核素、原子
单质
化合物
有机物
2.原子核外电子排布的“三”规律
(1)能量最低原理
原子核外电子总是先占据能量最低的原子轨道
(2)泡利原理
每个原子轨道上最多只能容纳2个自旋状态相反的电子
(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
3.表示核外电子排布的化学用语

(2)电子排布式

■考能提升——高考类题集训··········································
　原子结构与同位素
1．(2018·黑龙江大庆实验中学月考)下列说法正确的是(　　)
A．由H、D、T与16O、17O、18O相互结合为水，可得水分子18种，其中相对分子质量不同的水分子种数为8种
B．H2、D2、T2互为同素异形体
C．H2、D2、T2在相同条件下的密度之比为1∶2∶3
D．氕、氘发生核聚变成为其他元素，属于化学变化
C　[H、D、T组合为H2、D2、T2、HD、HT、DT共6种，16O、17O、18O共3种，所以构成的水分子共有6×3＝18种，相对分子质量介于18～24之间，共有7种，A项错误；H2、D2、T2均为氢气单质，属于同一种物质，B项错误；H2、D2、T2在相同条件下的密度比等于气体的相对分子质量之比，即H2、D2、T2的密度之比为2∶4∶6＝1∶2∶3，C项正确；氕、氘发生核聚变成为其他元素，此过程属于核反应，不是化学变化，D项错误。]
2．下列说法正确的是(　　)
A．2016年IUPAC公布了118号元素Og，其中核素Og中中子数与质子数之差为179
B．18 g H2O与20 g D2O中质子数与中子数均为10NA
C．a g X2－中核外电子数为(Z＋2)NA
D．金刚石与石墨互为同位素
C　[A项，中子数与质子数之差为(297－118－118)＝61，错误；B项，18 g H2O中中子数为8NA，错误；D项，金刚石与石墨互为同素异形体，错误。]

求一定质量的某物质中微粒数的答题模板
物质的质量物质的量指定粒子的物质的量粒子数
　核外电子排布
3．(2019·各地模拟精选)(1)氮族(ⅤA族)元素的外围电子排布式的通式为_______。Sb的元素名称为_____。基态P原子中，电子占据的最高能级符号为_______，该能层具有的原子轨道数为_______。
(2)已知银(Ag)位于元素周期表第五周期，与Cu同族，则基态Ag的价电子排布式为________。
(3)基态Ca原子M能层电子排布图________，若价层电子由4s2状态变化为4s14p1状态所得原子光谱为______光谱(填“发射”或“吸收”)。
(4)下列氧原子电子排布图表示的状态中，能量最高的是________(填序号，下同)，能量最低的是________。

(5)第四周期中，与N原子未成对电子数相同的金属元素有______种；最外层电子排布式为4s1的元素有______种。
(6)Si原子中未成对电子数与成对电子数的个数之比为________，最高能级的原子轨道形状为________。
(7)Fe2＋的结构示意图为__________________。
[答案]　(1)ns2np3　锑　3p　9
(2)4d105s1　(3)　吸收　(4)D　A　
(5)3　3　(6)1∶6　哑铃形　(7)
　“位—构—性”的关系及其应用
(对应学生用书第34页)
■重难突破——重难知识梳理···········································
1．原子序数与元素位置的“序数差值”规律
(1)同周期相邻主族元素的“序数差值”规律。
①除第ⅡA族和第ⅢA族外，其余同周期相邻元素序数差为1。
②同周期第ⅡA族和第ⅢA族元素，其原子序数差分别是：第二、三周期相差1，第四、五周期相差11，第六、七周期相差25。
(2)同主族相邻元素的“序数差值”规律。
①第二、三周期的同族元素原子序数相差8。
②第三、四周期的同族元素原子序数相差有两种情况：第ⅠA族、ⅡA族相差8，其他族相差18。
③第四、五周期的同族元素原子序数相差18。
④第五、六周期的同族元素原子序数镧系之前的相差18，镧系之后的相差32。
⑤第六、七周期的同族元素原子序数相差32。
2．元素金属性、非金属性强弱的实验比较法
(1)元素金属性强弱的实验比较法。
①单质与水或非氧化性酸反应越剧烈，金属性越强。
②单质还原性越强或离子氧化性越弱，金属性越强。
③最高价氧化物对应水化物的碱性越强，金属性越强。
④若Xn＋＋Y―→X＋Ym＋，则Y金属性比X强。
(2)元素非金属性强弱的实验比较法。
①与H2化合越容易，气态氢化物越稳定，非金属性越强。
②单质氧化性越强，阴离子还原性越弱，非金属性越强。
③最高价氧化物对应水化物的酸性越强，非金属性越强。
④An－＋B―→Bm－＋A，则B非金属性比A强。
3．元素性质递变规律
(1)同周期，从左到右，主族元素的金属性减弱，非金属性增强。电负性增强，第一电离能有增大趋势，ⅡA、ⅤA族反常较大。
(2)同主族，从上到下，元素的金属性增强，非金属性减弱。电负性减弱，第一电离能减弱。
4．“三看”突破粒子半径大小比较
(1)“一看”电子层数：当最外层电子数相同，电子层数不同时，电子层数越多，半径越大。(同主族)
(2)“二看”核电荷数：当电子层数相同时，核电荷数越大，半径越小。(同周期)
(3)“三看”核外电子数：当电子层数和核电荷数均相同时，核外电子数越多，半径越大。(同元素)
(4)“四看”原子序数：当核外电子数相同时，原子序数越高，离子半径越小。(同结构)
5．电离能与电负性的应用
(1)电离能的应用
①判断元素金属性的强弱。电离能越小，金属越容易失去电子，金属性越强；反之越弱。
②判断元素的化合价。根据逐级电离能确定最外层电子数和各层电子数。
③确定核外电子的分层排布
逐级电离能逐渐增大(即I1W
D．Y与W、Z与W形成的二元化合物都是大气污染物
C　[X、Y、Z、W、R为五种短周期主族元素，Y、Z、W是原子序数依次递增的同周期元素，且最外层电子数之和为15，设Z的最外层电子数为m，则Y的最外层电子数为m－1，W的最外层电子数为m＋1，即得出(m－1)＋m＋(m＋1)＝3m＝15，所以m＝5，则推知Y、Z、W分别为C、N和O；X比Y核外少一个电子层，则X为H；R的价电子排布式为3s1，则R为Na。]
3．(2019·聊城一中月考)W、X、Y、Z是四种短周期非金属元素，原子序数依次增大。W是原子半径最小的元素，X、Y原子核外L层的电子数之比为3∶4，X与Z同主族，W、X、Y、Z的最外层电子数之和为17。下列说法正确的是(　　)
A．Z离子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p4
B．X与W形成的化合物中一定只有极性键
C．氢化物的热稳定性：Z>Y
D．X、Z、W的电负性：XR
D．Y和Q的最高价氧化物对应水化物的酸性：Y>Q
B　[根据Z是组成叶绿素的金属元素，可知Z为Mg，则R为Al，Q为P，X为C，Y为N。工业上用电解熔融氯化镁的方法制Mg，用电解熔融氧化铝的方法制Al，A项正确；Mg的第一电离能大于Al，B项错误；Mg2＋、Al3＋、N3－均有两个电子层，核电荷数越大，离子半径越小，故离子半径：N3－>Mg2＋>Al3＋，C项正确；非金属性：N>P，故最高价氧化物对应水化物的酸性：HNO3>H3PO4，D项正确。]

建立“位—构—性”关系模型
这类题目往往将元素化合物知识、物质结构理论、化学基本理论等知识串联起来，综合性较强，难度较大，解题的关键是正确推断元素，常用的主要方法有：
①原子或离子结构示意图。
②元素主要化合价的特征关系。
③原子半径的递变规律。
④元素周期表中短周期的特殊结构。
如：a.元素周期表中第一周期只有两种元素H和He，H元素所在的第ⅠA族左侧无元素分布；
b．He为0族元素，0族元素为元素周期表的右侧边界，0族元素右侧没有元素分布。
　电离能、电负性判断与性质应用
5．(2019·各地模拟精选)(1)对于呋喃(和吡咯)所含的元素中，电负性最大的是________，最小的是________；第一电离能最大的是________。
(2)Ca的第一电离能________(填“大于”或“小于”)Ga。理由是________________________________________________________
_____________________________________________________。
(3)黄铜是由铜和锌所组成的合金，元素铜与锌的第一电离能分别为：ICu＝746 kJ·mol－1，IZn＝906 kJ·mol－1，ICu＜IZn的原因是_____________________________________________________。
(4)FeO和Fe2O3中较稳定的是________，从原子结构角度分析，其理由是_________________________________________________
_____________________________________________________。
(5)组成HClO4～NaClO4的4种元素的电负性由小到大的顺序为________________。
(6)从原子结构的角度解释形成焰色反应的原因为
_____________________________________________________
_____________________________________________________。
[答案]　(1)O　H　N　(2)大于　Ga的4p轨道上有一个电子，易失去，而Ca的4p轨道上全空较稳定　(3)锌失去的是全充满的4s2电子，铜失去的是4s1电子　
(4)Fe2O3　Fe2O3中的＋3价Fe的3d为半充满状态，很稳定　(5)NaF，A项错误；HF是弱酸，HCl为强酸，酸性：HFD>B
B．D的价电子排布图为
C．E离子的电子排布式为[Ne]3s23p5
D．A、C、D三元素组成的化合物溶于水显酸性
B　[A、B、C、D、E是原子序数依次递增的短周期主族元素，其中A、C同主族且能形成离子化合物。B、D同主族，由A、D两元素组成的一种化合物与B、D两元素组成的一种化合物反应，生成浅黄色固体分析可知A为H、B为O、C为Na、D为S、E为Cl。]
6．根据表中短周期元素的有关信息判断，下列说法错误的是(　　)
元素编号
E
F
G
H
I
J
K
L
原子半径/nm
0.037
0.074
0.082
0.099
0.102
0.143
0.160
0.186
最高化合
价或最低化合价
＋1
－2
＋3
－1
－2
＋3
＋2
＋1
A．最高价氧化物对应水化物的酸性：H＞I
B．简单离子半径：K>F
C．同温下，形状、大小相同的单质与等浓度、等体积的稀硫酸反应的速率：L>K>J
D．原子半径：I>H>G>F
B　[F、I的最低负化合价都为－2，应该为第ⅥA族元素，根据原子半径可知F为O，I为S；E、L的最高正化合价为＋1，结合原子半径大小可知E为H，L为Na；K的最高正化合价为＋2，结合原子半径可知K为Mg；G、J的最高正化合价为＋3，结合原子半径可知G为B，J为Al；H的最低化合价为－1，为ⅦA族元素，其原子半径大于F，则H为Cl。选项A，Cl的最高价氧化物对应的水化物为高氯酸，S的最高价氧化物对应的水化物为硫酸，由于非金属性：Cl＞S，则高氯酸的酸性大于硫酸，正确；选项B，Mg2＋、O2－电子层结构相同，核电荷数越大离子半径越小，故离子半径：Mg2＋＜O2－，错误；选项C，L、K、J分别为Na、Mg、Al，三者的单质与等浓度、等体积的稀硫酸反应的速率：Na＞Mg＞Al，正确。]
　融合物质转化关系的推断
7．(2019·湖北七市联考有改动)A、B、C是三种短周期主族元素。甲是一种常见的温室气体，A、B、C原子序数之和为26，它们之间存在如图所示关系。下列说法正确的是 (　　)

A．简单气态氢化物的稳定性：C>B
B．原子半径大小：C>B>A
C．A、B的单电子数相同
D．工业上常用电解熔融乙物质来制取A的单质
A　[甲是一种常见的温室气体，高中阶段常见的温室气体包括二氧化碳(CO2)、甲烷等，但是有B和C两种单质可以生成甲，那么甲为二氧化碳，A、B、C原子序数之和为26，包括了C和O两种元素，另一种元素为12号元素，为Mg。可以知道Mg和CO2的反应：2Mg＋CO2===2MgO＋C，乙为MgO。A为Mg，B为C，C为O。]
8．A、B、C、D、E、F是原子序数依次增大的短周期主族元素。E是同周期元素金属性最强的元素，B、C、D同周期相邻。甲、乙、丙、丁、戊是由上述部分元素中的两种或几种组成的化合物，它们的转化关系如图所示。其中甲是生活中的调味品，丁是淡黄色固体。下列说法不正确的是(　　)

A．原子半径由大到小的顺序为r(E)>r(F)>r(C)>r(D)
B．元素F的氧化物的水化物的酸性一定比硫酸酸性强
C．元素B的氢化物可能具有正四面体结构
D．化合物A4BC2D既可能是共价化合物，也可能是离子化合物
B　[A、B、C、D、E、F是原子序数依次增大的短周期主族元素。E是同周期元素金属性最强的元素，则E为钠元素；根据流程图推导，且甲是生活中的调味品，丁是淡黄色固体，可知甲为氯化钠，丁为过氧化钠，则丙为碳酸钠，乙为氢氧化钠，戊是二氧化碳，则A、B、C、D、E、F分别为H、C、N、O、Na、Cl。]
9．短周期元素W、X、Y、Z的原子序数依次增加。A、B、C、D分别是这些元素形成的单质，甲、乙、丙、丁、戊是由这些元素形成的二元化合物。其中，乙是一种能使湿润的红色石蕊试纸变蓝的无色气体；丙是一种高能燃料，其组成元素与乙相同；丁是常见的两性氧化物。上述物质的转化关系如图所示。下列说法正确的是(　　)

A．原子半径的大小：W