第43讲　原子结构与性质

【考纲要求】　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.了解元素电离能的含义，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。4.了解电负性的概念，并能用以说明元素的某些性质。

考点一|原子核外电子排布(基础送分型——自主学习)

授课提示：对应学生用书第217页

[巩固教材知识]

1．能层与能级

2.原子轨道

原子轨道

3．基态原子核外电子排布依据

(1)能量最低原理：原子的核外电子排布遵循构造原理，使整个原子的能量处于最低状态。

构造原理示意图：

(2)泡利原理：1个原子轨道里最多容纳2个电子，且它们的自旋状态相反。

(3)洪特规则：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，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的电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s1。

4．基态原子核外电子排布的表示方法

5.基态、激发态与光谱

6．正误判断，正确的打“√”，错误的打“×”。

(1)p能级能量一定比s能级的能量高。(　　)

(2)钠元素的基态原子的电子排布式为1s22s22p62d1。(　　)

(3)磷元素基态原子的电子排布图为

。　(　　)

(4)同一原子中，2p、3p、4p能级的轨道数依次增多。(　　)

(5)Cr的电子排布式为1s22s22p63s23p63d44s2。(　　)

(6)2p和3p轨道形状均为哑铃形，能量也相等。(　　)

答案：(1)×　(2)×　(3)×　(4)×　(5)×　(6)×

[练透基础小题]

题点一　正确理解基态原子核外电子排布的依据及

表示方法

1．(RJ选修3·P124题改编)下列各原子或离子的电子排布式错误的是(　　)

A．K＋　1s22s22p63s23p6

B．F　1s22s22p5

C．S2－　1s22s22p63s23p4

D．Ar　1s22s22p63s23p6

答案：C

2．下列关于钠元素的几种表达式错误的是(　　)

A．Na＋的电子排布图：

B．Na＋的结构示意图：

C．Na的电子排布式：1s22s22p63s1

D．Na的简化电子排布式：[Na]3s1

解析：Na的简化电子排布式为[Ne]3s1。

答案：D

3．(1)写出基态镓(Ga)原子的电子排布式：_______________________________。

(2)基态Mn2＋的核外电子排布式为____________________________________。

(3)铜原子基态电子排布式为________________________________________。

(4)基态氮原子的价电子排布式是________________________________________。

答案：(1)1s22s22p63s23p63d104s24p1

(2)1s22s22p63s23p63d5或[Ar]3d5

(3)1s22s22p63s23p63d104s1或[Ar]3d104s1

(4)2s22p3

题点二　正确理解原子(离子)的能量状态

4．气态电中性基态原子的原子核外电子排布发生如下变化，吸收能量最多的是(　　)

A．1s22s22p63s23p2→1s22s22p63s23p1

B．1s22s22p63s23p3→1s22s22p63s23p2

C．1s22s22p63s23p4→1s22s22p63s23p3

D．1s22s22p63s23p63d104s24p2→1s22s22p63s23p63d104s24p1

解析：np3处于半充满结构，稳定，失去一个电子吸收能量多。

答案：B

5．下列电子排布图所表示的元素原子中，其能量处于最低状态的是________。

解析：①、④不符合能量最低原理；②不符合洪特规则。

答案：③⑤

题点三　三年高考

6．(1)(2016·全国高考卷Ⅱ)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________。

(2)(2016·全国高考卷Ⅰ)基态Ge原子的核外电子排布式为[Ar]________，有________个未成对电子。

(3)(2016·全国高考卷Ⅲ)写出基态As原子的核外电子排布式________。

(4)(2015·浙江高考卷)Cu2＋的电子排布式是________。

(5)(2015·浙江高考卷)Cr3＋基态核外电子排布式为________。

(6)(2015·安徽高考卷)N的基态原子核外电子排布式为________；Cu的基态原子最外层有________个电子。

(7)(2015·四川高考卷)Si元素基态原子的电子排布式是________。

(8)(2014·福建高考卷)基态硼原子的电子排布式为______________。

(9)(2014·浙江高考卷)31Ga基态原子的核外电子排布式是________。

(10)(2014·江苏高考卷)Cu＋基态核外电子排布式为________。

答案：(1)1s22s22p63s23p63d84s2或[Ar]3d84s2　2

(2)3d104s24p2　2

(3)1s22s22p63s23p63d104s24p3或[Ar]3d104s24p3

(4)1s22s22p63s23p63d9(或[Ar]3d9)

(5)1s22s22p63s23p63d3或[Ar]3d3

(6)1s22s22p3　1

(7)1s22s22p63s23p2或[Ne]3s23p2

(8)1s22s22p1或[He]2s22p1

(9)1s22s22p63s23p63d104s24p1或[Ar]3d104s24p1

(10)1s22s22p63s23p63d10或[Ar]3d10

考点二|原子结构与元素的性质(重点保分型——师生共研)

授课提示：对应学生用书第219页

[核心知识大通关]

1．原子结构与元素周期表

(1)原子核外电子排布与周期的关系

(2)每族元素的电子排布特点

①主族

②0族：He：1s2；其他：ns2np6。

③过渡元素(副族和第Ⅷ族)：(n－1)d1～10ns1～2。

(3)元素周期表的分区

①根据核外电子排布分区

②各区外围电子排布特点

2.电离能

(1)第一电离能：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。

(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，总体呈现增大的变化趋势。

②同族元素：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<I2<I3…)。

3．电负性

(1)含义：用来描述不同元素的原子对键合电子吸引力的大小。电负性越大的原子，对键合电子的吸引力越大。

(2)标准：以最活泼的非金属氟的电负性为4.0作为相对标准，计算得出其他元素的电负性(稀有气体未计)。

(3)变化规律

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。

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。

4．对角线规则

在元素周期表中，某些主族元素与右下方的主族元素的有些性质相似，如。

小题热身

正误判断，正确的打“√”，错误的打“×”。

(1)共价化合物中，成键元素电负性大的表现为负价。(　　)

(2)根据元素周期律，氮与氧相比，后者的第一电离能大。(　　)

(3)过渡元素中含有非金属元素。(　　)

(4)s区全部是金属元素。(　　)

(5)电负性越大，非金属性越强，第一电离能也越大。(　　)

(6)价电子排布为4s24p3的元素位于第四周期ⅤA族，是p区元素。(　　)

(7)价电子排布为5s25p1的元素位于第五周期ⅠA族，是s区元素。(　　)

答案：(1)√　(2)×　(3)×　(4)×　(5)×　(6)√　(7)×

[考向精练提考能]

考向一　元素原子核外电子排布与元素周期表

1．根据前四周期元素原子核外电子排布特点，回答下列问题：

(1)外围电子层有2个未成对电子的有________；有3个未成对电子的有________。

(2)未成对电子数与周期数相等的元素有________。

答案：(1)C、Si、Ge、O、S、Se、Ti、Ni　N、P、As、V、Co　(2)H、C、O、P、Fe

2．根据4s24p4回答问题：

该元素位于________区，为第________周期________族，是________元素(填名称)。

答案：p　四　ⅥA　硒

3．第四周期中，未成对电子数最多的元素是________(填名称)。

(1)它位于________族。

(2)核外电子排布式是________。

(3)它有________个能层，________个能级，________种运动状态不同的电子。

(4)价电子排布式________，价电子排布图________。

(5)属于________区。

答案：铬　(1)ⅥB　(2)1s22s22p63s23p63d54s1或

[Ar]3d54s1　(3)4　7　24　(4)3d54s1　　(5)d

考向二　电离能及其应用

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(I1、I2……表示各级电离能)

如果某元素的In＋1≫In，则该元素的常见化合价为＋n。如钠元素I2≫I1，所以钠元素的化合价为＋1。

3．判断核外电子的分层排布情况

多电子原子中，元素的各级电离能逐级增大，有一定的规律性。当电离能的变化出现突变时，电子层数就可能发生变化。

4．反映元素原子的核外电子排布特点

同周期元素从左向右，元素的第一电离能并不是逐渐增大的，当元素的核外电子排布是全空、半充满和全充满状态时，第一电离能就会反常的大。

4．下列说法中正确的是(　　)

A．第三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：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不正确；由于Mg的外围电子排布式为3s2，而Al的外围电子排布式为3s23p1，故铝的第一电离能小于镁的；D中钾比镁更易失电子，钾的第一电离能小于镁的。

答案：A

5．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－1)。

下列关于元素R的判断中一定正确的是(　　)

A．R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：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。

答案：B

6．(2016·全国高考卷Ⅱ)元素铜与镍的第二电离能分别为ICu＝1 958 kJ·mol－1、INi＝1 753 kJ·mol－1，ICu>INi的原因是_________________________________________________。

答案：铜失去的是全充满的3d10电子，镍失去的是4s1电子

7．依据第二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。

解析：依据第二周期元素第一电离能的变化规律，C、N、O三种元素第一电离能的大小关系为C，图中相对位置见答案。

答案：

考向三　电负性及其应用

8．电负性的大小也可以作为判断元素金属性和非金属性强弱的尺度。下列关于电负性的变化规律正确的是(　　)

A．同周期元素从左到右，元素的电负性逐渐变大

B．周期表从上到下，元素的电负性逐渐变大

C．电负性越大，金属性越强

D．电负性越小，非金属性越强

解析：利用同周期从左至右元素电负性逐渐增大，同主族从上至下元素电负性逐渐减小的规律来判断。

答案：A

9．(2016·全国高考卷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________。

答案：O>Ge>Zn

10．已知元素的电负性和元素的化合价一样，也是元素的一种基本性质。下面给出14种元素的电负性：

已知：两成键元素间电负性差值大于1.7时，形成离子键，两成键元素间电负性差值小于1.7时，形成共价键。

(1)根据表中给出的数据，可推知元素的电负性具有的变化规律是________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

(2)通过分析电负性值变化规律，确定Mg元素电负性值的最小范围________________________________________________________________________。

(3)判断下列物质是离子化合物还是共价化合物：

A．Li3N　　　　　　　　 B．BeCl2

C．AlCl3 D．SiC

①属于离子化合物的是_____________________________________________；

②属于共价化合物的是_______________________________________________；

请设计一个实验方案证明上述所得到的结论。________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

解析：(1)元素的电负性是元素的基本性质，且随着原子序数的递增呈周期性变化。

(2)根据电负性的递变规律：同周期从左到右电负性逐渐增大，同主族从上到下电负性逐渐减小，可知，在同周期中电负性：Na，同主族：Be>Mg>Ca，最小范围应为0.9～1.5。

(3)根据已知条件及表中数值：Li3N电负性差值为2.0，大于1.7形成离子键，为离子化合物；BeCl2、AlCl3、SiC电负性差值分别为1.5、1.5、0.7，均小于1.7，形成共价键，为共价化合物。共价化合物和离子化合物最大的区别在于熔融状态下能否导电。离子化合物在熔融状态下以离子形式存在，可以导电，但共价化合物却不能。

答案：(1)随着原子序数的递增，元素的电负性与原子半径一样呈周期性变化

(2)0.9～1.5

(3)①A　②BCD　测定各物质在熔融状态下能否导电，若能导电则为离子化合物，反之则为共价化合物

课时作业(授课提示：对应学生用书第331页)

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：A项只能表示最外层电子数；B项只表示核外的电子分层排布情况；C项具体到能级上的电子数；而D项包含了能层、能级、轨道以及轨道内电子的自旋方向，故该项符合题意。

答案：D

2．下列有关认识正确的是(　　)

A．各能级的原子轨道数按s、p、d、f的顺序分别为1、3、5、7

B．各能层的能级都是从s能级开始至f能级结束

C．各能层含有的能级数为n－1

D．各能层含有的电子数为2n2

解析：各能层的能级之间存在着交错现象，B错；各能层含有的能级数为n，C错；各能层最多含有的电子数为2n2，价电子层含有的电子数不一定为2n2，D错。

答案：A

3．在基态多电子原子中，关于核外电子能量的叙述错误的是(　　)

A．最易失去的电子能量最高

B．电离能最小的电子能量最高

C．p轨道电子能量一定高于s轨道电子能量

D．在离核最近区域内运动的电子能量最低

解析：C项没指明p轨道电子和s轨道电子是否处于同一电子层。

答案：C

4．下列关于价电子排布式3s23p4的叙述正确的是(　　)

A．它的元素符号为O

B．它的核外电子排布式为1s22s22p63s23p4

C．它的单质可以与H2化合生成液态化合物

D．其电子排布图为

解析：由价电子排布式为3s23p4，可知该元素为S，S单质与H2化合生成H2S气体，D项电子排布图违背了洪特规则。

答案：B

5．下列叙述正确的是(　　)

A．可能存在核外电子排布式为1s22s22p63s23p64s24p1

的原子

B．当电子排布在同一能级的不同轨道时，总是优先单独占据一个轨道，而且自旋方向相反

C．1个原子轨道里最多容纳2个电子，且自旋方向相同

D．基态原子的电子获得一定能量变为激发态原子，而激发态原子变为基态原子，则要放出能量

解析：按照各能级能量的大小顺序，原子中电子排满4s轨道后应排3d轨道，A项错误；根据洪特规则，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，而且自旋方向相同，B项错误；根据泡利原理，同一轨道上的2个电子自旋方向相反，C项错误。

答案：D

6．某元素原子外围电子排布式为3d54s2，其应在(　　)

A．第四周期ⅡA族 B．第四周期ⅡB族

C．第四周期ⅦA族 D．第四周期ⅦB族

解析：该元素是Mn，位于第四周期ⅦB族。

答案：D

7．下列有关物质性质的比较不正确的是(　　)

A．热稳定性：H2S>SiH4

B．离子半径：Na＋>S2－

C．第一电离能：N>O

D．元素电负性：C>H

解析：Si、S在同一周期，S在Si的右侧，非金属性S大于Si，故热稳定性：H2S比SiH4强，A项正确；S2－有三个电子层，Na＋有两个电子层，故离子半径：S2－>Na＋，B项错误；氮原子的2p轨道电子处于半充满状态，结构较稳定，其第一电离能大于氧的，C项正确；碳的非金属性比氢的强，故电负性碳大于氢，D项正确。

答案：B

8．现有四种元素的基态原子的电子排布式如下：

①1s22s22p63s23p4　②1s22s22p63s23p3

③1s22s22p3　④1s22s22p5

则下列有关比较正确的是(　　)

A．第一电离能：④>③>②>①

B．原子半径：④>③>②>①

C．电负性：④>③>②>①

D．最高正化合价：④>③＝②>①

解析：①～④四种元素分别为S、P、N、F，第一电离能：F>N、P>S，又由于第一电离能：N>P，所以A项正确；原子半径：N>F，故B项错误；电负性应：S>P，即①>②，故C项错误；F无正化合价，N、S、P最高正化合价分别为＋5、＋6、＋5价，故应为①>③＝②，D项错误。

答案：A

9．如图是第三周期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：对于第三周期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。

答案：B

10．以下有关元素性质的说法不正确的是(　　)

A．具有下列电子排布式的原子：①1s22s22p63s23p2；②1s22s22p3；③1s22s22p2；④1s22s22p63s23p4，原子半径最大的是①

B．具有下列价电子排布式的原子：①3s23p1；②3s23p2；③3s23p3；④3s23p4，第一电离能最大的是③

C．①Na、K、Rb；②N、P、S；③Na、P、Cl，元素的电负性随原子序数增大而增大的是③

D．某主族元素气态基态原子的逐级电离能分别为738、1 451、7 733、10 540、13 630、17 995、21 703……它与氯气反应时，生成的阳离子是X3＋

解析：A正确，①～④分别表示Si、N、C、S；B正确，①～④分别表示Al、Si、P、S；C正确，因为元素非金属性越强，电负性越大；根据电离能数据可知，D中所述元素的最高价是＋2，属于第ⅡA族元素，D不正确。

答案：D

11．如图是s能级和p能级的原子轨道图，试回答下列问题：

(1)s电子的原子轨道呈________形，每个s能级有________个原子轨道；p电子的原子轨道呈________形，每个p能级有________个原子轨道。

(2)元素X的原子最外层电子排布式为nsnnpn＋1，原子中能量最高的是________电子，其电子云在空间有________方向；元素X的名称是________，它的氢化物的电子式是________________。

若元素X的原子最外层电子排布式为nsn－1npn＋1，那么X的元素符号为________，原子的电子排布图为___________________________________________________________

________________________________________________________________________。

答案：(1)球　1　哑铃(纺锤)　3　(2)2p　三个互相垂直的伸展　氮

S

12．已知X、Y、Z、W、Q、R、E七种元素中，原子序数X，其结构或性质信息见下表：

请根据信息回答有关问题：

(1)元素X的原子核外共有________种不同运动状态的电子，有________种不同能级的电子。

(2)元素Y原子中能量最高的是________电子，其原子轨道呈________状。

(3)Q的基态电子排布式为__________，R的元素符号为________，E元素原子的价电子排布式为________。

(4)含有元素W的盐的焰色反应为________色，许多金属盐都可以发生焰色反应，其原因是________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

解析：(1)X原子的L层上s电子数等于p电子数，即其电子排布式为1s22s22p2，故X为碳元素，其原子核外共有6种不同运动状态的电子，有3种不同能级的电子；

(2)因Y元素s轨道最多容纳2个电子，所以n＝2，其原子最外层电子排布式为2s22p3，其能量最高的电子是2p电子，原子轨道呈哑铃(纺锤)状；

(3)Z原子的M层上有1个未成对的p电子，可能为Al或Cl，单质常温、常压下是气体的只有Cl元素，故Z为氯元素，Q为铬元素，基态电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s1；

R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Fe；

根据题意要求，E元素的电子排布式：1s22s22p63s23p63d104s1，该元素为29号元素Cu，价电子排布式为3d104s1；

(4)钾元素的焰色为紫色，激发态的电子从能量较高的轨道跃迁到能量较低的轨道时，以一定波长(可见光区域)光的形式释放能量，形成不同的颜色。

答案：(1)6　3

(2)2p　哑铃(纺锤)

(3)1s22s22p63s23p63d54s1　Fe　3d104s1

(4)紫　激发态的电子从能量较高的轨道跃迁到能量较低的轨道时，以一定波长(可见光区域)光的形式释放能量，形成不同的颜色

13．根据下列五种元素的第一至第四电离能数据(单位：kJ·mol－1)，回答下列各题：

(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)下列离子的氧化性最弱的是________。

a．S2＋ b．R2＋

c．T3＋ d．U＋

(3)下列元素中，化学性质和物理性质最像Q元素的是________。

a．硼 b．铍

c．氦 d．氢

(4)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。

(5)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________________________________________

________________________________________________________________________。

答案：(1)E　(2)d　(3)c

(4)电子分层排布，各能层能量不同　10

(5)R　S　S元素的最外层电子处于s能级全充满状态，能量较低，比较稳定，失去第一个电子吸收的能量较多

14．现有五种元素，其中A、B、C为短周期主族元素，D、E为第四周期元素，它们的原子序数依次增大。请根据下列相关信息，回答问题。

(1)已知BA5为离子化合物，写出其电子式________。

(2)B基态原子中能量最高的电子，其电子云在空间有________个方向，原子轨道呈________形。

(3)某同学根据上述信息，推断C基态原子的核外电子排布图为该同学所画的电子排布图违背了________。

(4)E位于__________族__________区，价电子排布式为________。

(5)检验D元素的方法是________，请用原子结构的知识解释产生此现象的原因是________________________________________________________________________。

解析：根据提供信息，可以推断A为H，B为N，C为Mg，D为K，E为Mn。

(1)NH5的电子式为。

(2)N的基态原子中能量最高的电子为2p能级上的电子，电子云在空间有3个方向，原子轨道呈纺锤形或哑铃形。

(3)该同学所画的电子排布图中3s能级上的两个电子自旋方向相同，违背了泡利不相容原理。

(4)Mn的价电子排布式为3d54s2，位于第四周期ⅦB族，属于d区元素。

(5)检验钾元素可以利用焰色反应。

答案：(1)

(2)3　纺锤或哑铃

(3)泡利不相容原理

(4)第ⅦB　d　3d54s2

(5)焰色反应　当基态原子的电子吸收能量后，电子会跃迁到较高能级，变成激发态原子。电子从较高能量的激发态跃迁到较低能量的激发态乃至基态时，将以光的形式释放能量

K12学习2018版高考化学一轮复习 第43讲 原子结构与性质练习 新人教版