选修三 物质结构与性质
第1节 原子结构与性质
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1．了解原子核外电子的能级分布，能用电子排布式表示常见元素(1～36号)原子核外电子的排布。了解原子核外电子的运动状态。
2．了解元素电离能、电负性的含义，并能用以说明元素的某些性质。
3．了解原子核外电子在一定条件下会发生跃迁，了解其简单应用。
一、能层与能级
1．能层、能级、原子轨道
(1)能层
多电子原子的核外电子的________是不同的。按电子的______差异，可将核外电子分成不同的能层。原子核外电子的每一能层(序号为n)最多可容纳的电子数为________。
(2)能级
多电子原子中，同一能层的电子，能量也不同，还可以把它们分成________；同一能层里，能级的能量按__________的顺序升高。
(3)原子轨道
电子云轮廓图称为原子轨道。s电子的原子轨道都是______形的，ns能级上各有____个原子轨道；p电子的原子轨道都是________形的，np能级上各有____个原子轨道；nd能级上各有____个原子轨道。
2．能层、能级、原子轨道及其最多容纳电子数之间的关系
能层
一
二
三
四
…
符号
K
L
M
N
…
能级
1s
2s
2p
3s
3p
3d
4s
4p
4d
4f
…
轨道数
1
1
3
1
3[来源:Z+xx+k.Com]
5[来源:学科网ZXXK]
1
3
5
7
…
最多容纳的电子数
2
2
6
2
6
10
2
6[来源:Zxxk.Com]
10[来源:Z+xx+k.Com]
14
…
2
8
18
32
2n2
能量
K＜L＜M＜N＜O＜P＜Q
3.构造原理
随着____________的递增，基态原子的核外电子按照上图中箭头的方向依次排布，即1s,2s,2p，______，____，____，____，____，____，4d,5p……该原理适用于绝大多数基态原子的核外电子排布。
即时训练1 下列说法中错误的是____________。
①在n＝3的电子层中，可能有的最多轨道数是8
②电子云表示电子在核外单位体积的空间出现的机会多少
③3s的能量小于2p的能量
④3p的能量小于4p的能量
⑤3d的能量小于4s的能量
⑥Fe原子中有3f轨道
⑦3d轨道最多容纳的电子数小于4d轨道最多容纳的电子数
⑧L电子层只有两个能级
特别提示：(1)任一能层的能级总是从s能级开始，而且能级数等于该能层序数；(2)以s、p、d、f……排序的各能级可容纳的最多电子数依次为1、3、5、7……的二倍；(3)构造原理中存在着能级交错现象；(4)一定要记住前四周期的能级排布(1s、2s、2p、3s、3p、4s、3d、4p)。
二、原子核外电子排布规律
1．能量最低原理、基态与激发态光谱
(1)能量最低原理
原子的电子排布遵循________________，能使整个原子的________处于________状态。
(2)基态与激发态
原子核外电子在一定条件下会发生跃迁，跃迁过程中伴随着能量的变化。
基态原子激发态原子
(3)光谱
光(辐射)是电子__________的重要形式之一。不同元素的原子发生跃迁时会________或________不同的光，用光谱仪摄取各种元素的电子的____________或____________，总称为原子光谱。利用原子光谱上的________________来鉴定元素，称为光谱分析。
2．泡利原理和洪特规则
(1)泡利原理
条件：当电子在__________________排布时。
结论：1个原子轨道里最多容纳________，且________相反。
(2)洪特规则
条件：当电子排布在______________________时。
结论：总是优先__________________，而且__________相同。
(3)基态原子的核外电子在原子轨道上排布要遵循三个原则：____________、________________、______________。
即时训练2 下列说法中错误的有__________。
①2px和2py的能量相等
②3p3轨道中的电子自旋方向全部相同
③Na原子的基态核外电子排布式为1s22s22p53s2
④Cr原子的基态核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d44s2
⑤核外电子排布式1s22s22p63s1属于激发态
⑥原子光谱是因为电子的跃迁引起的
三、元素周期表及元素周期律
1．核外电子排布与族之间的关系
按电子排布，可把周期表里的元素划分为5个区，如下图：
其中s区(____除外)、____区、______区、____区的元素都为金属元素。
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________；同主族元素从上到下，原子半径逐渐________。
3．电离能
(1)第一电离能
气态电中性基态原子失去__________转化为________正离子所需要的最低能量。第一电离能越______，越易失去电子，金属的活泼性越强。
(2)规律
同周期：第一种元素的第一电离能__________，最后一种元素的第一电离能__________。
同主族元素：从上到下第一电离能变______。
同种原子：随着电子的逐个失去，阳离子所带的正电荷数越来越________，再失去电子需克服的电性引力越来越______，消耗的能量越来越______，逐级电离能越来越____。
4．电负性
(1)含义
用来描述不同元素的原子对________吸引力的大小。电负性越大的原子，对键合电子的吸引力______。
(2)标准
以氟的电负性为__________和锂的电负性为______作为标准，得出了各元素的电负性。
(3)应用
判断元素金属性、非金属性的强弱。金属的电负性一般________1.8，非金属的电负性一般________1.8，位于非金属三角区边界的元素的电负性则在1.8左右，它们既有________性，又有__________性。
5．对角线规则
在元素周期表中，某些主族元素与__________的主族元素的某些性质相似，如Li和______，Be和______。
6．元素周期律
(1)概念
元素的性质随____________呈现______变化。
(2)实质
元素周期律的实质是____________________________。
即时训练3下列说法中正确的是____________。
①同主族元素，随着核电荷数增加，原子半径增大
②第一电离能F＞Cl＞Br
③第一电离能O＞N＞C
④电负性O＞N＞C
⑤F的电负性最大
一、原子结构及其核外电子排布
1．基态原子核外电子排布的表示方法
表示方法
举例
原子结构示意图
S
电子式
电子排布式
S：1s22s22p63s23p4或[ Ne]3s23p4
电子排布图
S：
2．基态原子电子排布式的书写方法
(1)由原子序数书写核外电子排布式
①常根据构造原理(1s、2s、2p、3s、3p、4s、3d、4p)、各能级最多容纳的电子数及能量最低原理，依次由低能级向高能级排列，如31号元素镓，首先排满1s2，依次2s2、2p6、3s2、3p6、4s2、3d10最后4p1；②我们也可以用31－18＝13，然后再填充13个电子，如[Ar]3d104s24p1。
(2)由在周期表中的位置书写核外电子排布式
常根据元素周期表进行书写。如第四周期中各元素基态原子的电子排布式有如下规律：
①位于s区的ⅠA、ⅡA分别为[Ar]4s1、[Ar]4s2；
②位于p区的主族元素[Ar]3d104s24p族序数－2(0族除外)；
③位于d区的副族元素[Ar]3dm4sn(m＋n＝族序数，Ⅷ除外)；
④位于ds区的副族元素[Ar]3d104sm(m＝族序数)。
(3)由元素名称书写核外电子排布式
①前三周期主族元素可以根据最外层电子数书写，如S的最外层电子数为6，其排布式为[Ne]3s23p4；
②第四周期从K开始数，数到几，就可以写成“[Ar]＋几个电子”。如Fe，从钾开始数到铁为8，其排布式为[Ar]3d64s2；Se，从钾开始数到Se为16，其排布式为[Ar]3d104s24p4。
3．注意事项
(1)能量相同的原子轨道在全充满(p6、d10)、半充满(p3、d5)、全空时(p0、d0)的状态，具有较低的能量和较大的稳定性。如24Cr[Ar]3d54s1、29Cu[Ar]3d104s1。
(2)出现d轨道时，虽然电子排布按ns、(n－1)d、np的顺序填充，但书写原子的电子排布式时，仍把(n－1)d放在ns前，如Ti：1s22s22p63s23p63d24s2正确，Ti：1s22s22p63s23p64s23d2错误。
【例1】 (1)Ni原子的电子排布式为_________________________________________。
(2)原子序数小于36的元素Q和T，在周期表中既处于同一周期又位于同一族，且原子序数T比Q大2。T的基态原子外围电子(价电子)排布为______________，Q2＋的未成对电子数是________________。
(3)D元素的正三价离子的3d亚层为半充满，D的元素符号为______，其基态原子的电子排布式为______________________________。
(4)E元素基态原子的M层全充满，N层没有成对电子，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__________________________。
方法归纳
规律学习是主线，特性、特点往往是考点，所以我们在复习时要抓住核外电子排布的一些特性，如前四周期中①Cr、Cu的基态原子核外电子排布；②Cr的基态原子未成对电子最多——6个；③当np能级中未成对电子数m小于3时，np能级的电子排布可能为npm或np6－m。
二、电离能、电负性的大小判断
1．依据元素周期律进行判断
同一周期(从左往右)
同一族(从上到下)
第一电离能
呈增大的趋势
逐渐减小
电负性
逐渐增大
逐渐减小
注意：同周期主族元素，第ⅡA族(ns2)全充满、ⅤA族(np3)半充满，比较稳定，所以其第一电离能大于同周期相邻的ⅢA和ⅥA元素。
2．依据化合价及物质类别判断电负性大小
元素电负性越大，原子吸引电子的能力越强，此原子在反应中得电子成阴离子或电子对偏向它显负价，所以两种元素化合时显负价的元素电负性大。
如果一种元素与另外两种元素结合形成两种化合物，一种为离子化合物，一种为共价化合物，则可判断电负性大小，如：①由MCl是离子化合物、NCl是共价化合物，可知M的电负性小于N的电负性；②由Al2O3是离子化合物、AlCl3是共价化合物，可知O的电负性大于Cl的电负性。
【例2】 (1)元素C、N、O、K的电负性从大到小依次为____________。
(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__________________________________________________________________。
(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____________(填“A“B”“ C”或“D”)。
1．(高考集萃)(1)(2012课标全国理综)ⅥA族的氧、硫、硒(Se)、碲(Te)有许多重要用途。①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________________；
②Se原子序数为________，其核外M层电子的排布式为____________。
(2)(2012福建理综)①元素的第一电离能：Al________Si。(填“＞”或“＜”)
②基态Mn2＋的核外电子排布式为________________________。
(3)(2012海南化学)铜原子基态电子排布式为____________________________。
(4)(2012浙江理综)①可正确表示原子轨道的是________。
A．2s B．2d C．3p D．3f
②写出基态镓(Ga)原子的电子排布式：______________________。
③用“＞”“＜”“＝”填空：第一电离能的大小：Mg________Al；熔点的高低：KCl________Mg。
(5)(2012山东理综)Ni是元素周期表中第28号元素，第二周期基态原子未成对电子数与Ni相同且电负性最小的元素是________。
2．Ⅰ.氮化硼(BN)是一种重要的功能陶瓷材料，以天然硼砂为起始物，经过一系列反应可以得到BF3和BN，如下图所示：
请回答下列问题：
(1)由B2O3制备BF3、BN的化学方程式依次是______________________________、______________________________；
(2)基态B原子的电子排布式为________；B和N相比，电负性较大的是________，BN中B元素的化合价为________。
Ⅱ.氧元素基态原子核外未成对电子数为________个。
Ⅲ.(1)基态氮原子的价电子排布式是________。
(2)C、N、O三种元素第一电离能从大到小的顺序是________。
3．根据信息及要求填空。
(1)B原子3p能级上有一个未成对电子，常温下B单质呈气态，B是_______元素。
(2)C原子L层上的电子数等于次外层上的电子数、电子层数，C是________元素。
(3)D原子L层上有两个轨道充满电子，D是________元素。
(4)E原子的电子分布在四个轨道上，E是________元素。
(5)L原子核外电子占有9个轨道，而且有一个未成对电子，L是________元素。
4．A、B、C、D、E代表5种元素。请填空：
(1)A元素基态原子的最外层有3个未成对电子，次外层有2个电子，其元素符号为________。
(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，B的元素的基态原子的电子排布式为________________，C的元素符号为________。
(3)D元素的正三价离子的3d亚层为半充满，D的元素符号为________，其基态原子的电子排布式为______________________________________________________________。
(4)E元素基态原子的M层全充满，N层没有成对电子，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)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。
参考答案
基础梳理整合
一、1.(1)能量 能量 2n2
(2)能级 s、p、d、f
(3)球 1 哑铃 3 5
3．原子核电荷数 3s 3p 4s 3d 4p 5s
即时训练1
答案：①③⑤⑥⑦
二、1.(1)构造原理 能量 最低
(3)释放能量 吸收 释放 吸收光谱 发射光谱 特征谱线
2．(1)同一个原子轨道中 2个电子 自旋方向
(2)同一能级的不同轨道 单独占据一个轨道 自旋方向
(3)能量最低原理 泡利原理 洪特规则
即时训练2
答案：③④⑤
三、1.s d ds p H d ds f
2．(1)越大 越小
(2)减小 增大
3．(1)一个电子 气态基态 小
(2)最小 最大 小 多 大 大 大
4．(1)键合电子 越大
(2)4.0 1.0
(3)小于 大于 金属 非金属
5．右下方 Mg Al
6．(1)核电荷数递增 周期性
(2)元素原子结构的周期性变化必然引起元素性质的周期性变化
即时训练3
答案：①②④⑤
核心归纳突破
【例1】 答案：(1)[Ar]3d84s2或1s22s22p63s23p63d84s2
(2)[Ar]3d84s2 4
(3)Fe 1s22s22p63s23p63d64s2或[Ar]3d64s2
(4)Cu 1s22s22p63s23p63d104s1
解析：(1)镍原子序数为28，比氩多10，所以外围电子排布为[Ar]3d84s2；(2)位于同一族，且原子序数T比Q多2，所以T、Q只能位于第Ⅷ族，所以T为Ni、Q为Fe，注意28号元素Ni的核外电子排布式为[Ar]3d84s2,26号元素Fe的核外电子排布式为[Ar]3d64s2，所以Fe2＋的核外电子排布式为[Ar]3d6，有4个未成对电子；(3)D元素失去2个4s电子和1个3d电子后变成3d5，所以其基态原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2即第Ⅷ族元素铁；(4)根据题意要求，首先写出电子排布式：1s22s22p63s23p63d104s1即第ⅠB族元素Cu。
【例2】 答案：(1)O＞N＞C＞K (2)C＞H＞Si (3)D
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位于第三周期最左边，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。
演练巩固提升
1．答案：(1)①O＞S＞Se ②34 3s23p63d10
(2)①＜ ②1s22s22p63s23p63d5或[Ar]3d5
(3)1s22s22p63s23p63d104s1或[Ar]3d104s1
(4)①AC ②1s22s22p63s23p63d104s24p1或[Ar]3d104s24p1 ③＞ ＞
(5)C
2．答案：Ⅰ.(1)B2O3＋3CaF2＋3H2SO42BF3＋3CaSO4＋3H2O B2O3＋2NH32BN＋3H2O
(2)1s22s22p1 N ＋3
Ⅱ.2
Ⅲ.(1)2s22p3 (2)N＞O＞C
3．答案：(1)氯 (2)铍 (3)氧 (4)碳 (5)氯
4．答案：(1)N
(2)1s22s22p63s23p5 K
(3)Fe 1s22s22p63s23p63d64s2或[Ar]3d64s2
(4)Cu 1s22s22p63s23p63d104s1
(5)5
解析：(1)A次外层有2个电子，只能是第二周期的元素，由最外层有3个未成对电子可知为p能级上有3个电子，为ⅤA族元素，所以A元素为氮元素；(3)D元素失去2个4s电子和1个3d电子后变成3d5，所以其基态原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2即Ⅷ族元素铁元素；(4)根据题意要求，首先写出电子排布式：1s22s22p63s23p63d104s1即ⅠB族元素Cu；(5)第一周期中，有一个未成对电子的是氢原子，其电子排布为1s1；第二周期中，未成对电子是两个的有两种——C：1s22s22p2和O：1s22s22p4；第三周期中，未成对电子是三个的是P：1s22s22p63s23p3；第四周期中未成对电子是四个的是Fe：1s22s22p63s23p63d64s2。
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