归纳与整理课时教案

第十三章

物质结构与性质(选考)

学案63

原子结构与性质

[考纲要求]

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，知道元素的性质与电负性的关系。

知识点一

原子核外电子排布及表示方法

1．能层、能级及其最多容纳电子数的关系

能层

一

二

三

四

五

…

K L M

N

O

符号

…

2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p 4d 4f 5s 能级

1s …

…

2 2 6 2 6 10 2 6 10 14 2 最多…

…

容纳

2

8

18

32

2n2

电子…

数

2.原子轨道

电子云轮廓图给出了电子在____________的区域。这种电子云轮廓图称为原子轨道。

原子轨道

轨道形状

轨道个数

s

p

第1电子层：只有s轨道。

第2电子层：有s、p两种轨道。

第3电子层：有s、p、d三种轨道。

3．构造原理

构造原理：多电子原子的核外电子排布遵循构造原理，根据构造原理可以写出元素基态原子的电子排布式。

随着__________的递增，基态原子的核外电子按照右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。

4．原子核外电子排布规律

(1)能量最低原理

①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。

②基态原子：______________。当基态原子________能量后，电子会______________，变成__________原子。

(2)泡利原理

一个原子轨道最多容纳____个电子，并且____________相反。

(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________________，并且__________相同。

问题思考

1．电子按构造原理排布时，先排在4s轨道，再排3d轨道，为什么？而失电子时，是先失4s轨道上的，还是先失3d轨道上的？

知识点二

元素周期表中元素及其化合物的性质递变规律

1．电离能

(1)第一电离能：气态电中性基态原子____________转化为气态基态正一价离子所需要的最低能量。

(2)元素第一电离能的意义：元素的第一电离能可以衡量元素的原子失去一个电子的难易程度。第一电离能数值越小，原子越易失去一个电子，该元素的金属性越强；反之，第一电离能数值越大，原子越难失去一个电子。

(3)变化规律：

①同一周期从左到右元素的第一电离能呈________的趋势，但某些地方出现曲折变化，如____>____，____>____，____>____，____>____。

②同一族从上到下元素的第一电离能__________。

2．电负性

(1)成键电子：原子中用于形成________的电子。

(2)电负性：用来描述不同元素的原子对________吸引力的大小。

(3)意义：电负性越大的原子，对成键电子的吸引力越大，非金属性越强。故电负性的大小可用来衡量元素非金属性和金属性的大小。

(4)变化规律

①同周期从__________元素的电负性逐渐增大。

②同主族从上到下元素的电负性逐渐________。

(5)应用

①判断元素的金属性和非金属性的强弱：非金属的电负性>1.8；金属的电负性<1.8；类金属的电负性在1.8左右，它们既有金属性又有非金属性。

②判断化学键的类型：两元素的电负性差值大于1.7，它们之间通常形成离子键；两元素的电负性差值小于1.7，它们之间通常形成共价键。

问题思考

2．为什么同周期的ⅡA族元素的第一电离能大于ⅢA族元素的，ⅤA族的大于ⅥA族的？如I1(Al)

一、原子结构

1．构造原理

(1)能级序数与能层能量之间有什么关系？

(2)在同一能层中，各能级间的能量关系如何？

(3)当能层不同，能级相同时，其能量关系如何？

(4)高能层上的电子能量一定比低能层上的能量高吗？

2．电子云

怎样理解电子云的小黑点及小黑点的疏密？

3．基态原子核外电子排布的表示方法

基态原子核外电子的表示方法有哪些？各表示什么含义？请举例说明。

典例导悟1

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的元素符号为____，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__________________。

二、元素周期律与元素推断

1．元素周期律所描述内容汇总(完成下表) 项目

同周期(从左→右) 同主族(从上→下)

电子层数相同，最外层电子数原子核外

最外层电子数相同，电子层数逐渐增多，1→7(第一周期电子排布

递增

1→2) 原子半径

元素

主要化合价

原子得、失电子能力

逐渐____(0族除外) 最高正价由(＋1→＋7)

最低负价由－4→－1 得电子能力逐渐增强，失电子能力逐渐减弱

逐渐增大

最高正价＝________，非金属最低负价＝_______ 得电子能力逐渐减弱，失电子能力逐渐增强

元素的第

一电离能

元素的

电负性

元素金属性、

非金属性

单质氧化性、还原性

最高价氧

化物对应

水化物的

酸碱性

第一电离能呈______的趋势

电负性逐渐____ 金属性逐渐________ 非金属性逐渐________ 氧化性逐渐____ 还原性逐渐____ 碱性逐渐____ 酸性逐渐____ 第一电离能________ 电负性________ 金属性逐渐增强

非金属性逐渐减弱

氧化性逐渐____ 还原性逐渐____ 碱性逐渐____ 酸性逐渐___ 非金属气态氢化物的稳定性

_ 生成由__到__稳定性逐渐____ 生成由__到__稳定性逐渐____ 2.元素周期律与元素推断的关系

在试题中，通常用元素周期律的某项内容，来推断新元素名称，然后再考查该元素的其它性质。

典例导悟2

下表列出前20号元素中的某些元素性质的一些数据：

性质

元素

原子半径(10－10m) 最高价态

最低价态

1.02 ①

＋6 －2 2.27

②

＋1 0.74

③

－2 1.43

④

＋3 0.77 ⑤

＋4 －4 1.10 ⑥

＋5 －3 0.99 ⑦

＋7 －1 1.86

⑧

＋1 0.75 ⑨

＋5 －3 1.17 ⑩

＋4 －4 请回答下列问题：

(1)以上10种元素中，第一电离能最小的是________(填编号)。

(2)上述⑤⑥⑦三种元素中的某两种元素形成的化合物中，每一个原子都满足8电子稳定结构的物质可能是________________(写分子式)。元素⑨和⑩形成的化合物的化学式为________，它是一种重要的结构材料，推测它应属于__________晶体；元素①的原子价电子排布式是__________________________。

(3)①⑥⑦⑩四种元素的气态氢化物的稳定性，由大到小的顺序是

________________________________________________________________________ (填化学式)。

(4)③和⑨两元素比较，非金属性较弱的是______(填名称)，可以验证你的结论的是下列中的______(填序号)。

A．气态氢化物的挥发性和稳定性

B．单质分子中的键能

C．两元素的电负性

D．含氧酸的酸性

E．氢化物中X—H键的键长(X代表③和⑨两元素)

F．两单质在自然界的存在形式

题组一

原子的核外电子排布

1．判断正误

(1)硫原子的最外层电子排布式为3s23p4(

) (2010·上海－2C) (2)B.电离能最小的电子能量最高(

) C．(在基态多电子原子中)p轨道电子能量一定高于s轨道电子能量(

) (2008·海南－23B、C) 2．[2011·福建理综－30(1)节选]氮元素可以形成多种化合物。基态氮原子的价电子排布式是________________________________________________________________________。

3．[2011·山东理综－32(1)节选]氧是地壳中含量最多的元素。氧元素基态原子核外未成对电子数为_________________________________________________________个。

4．[2010·福建理综－30(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多2。T的基态原子外围电子(价电子)排布式为________，＋Q2的未成对电子数是________。

姓名：________

班级：________

学号：________5.[2010·课标全国卷一41(1)]W(O)元素的L层电子排布式为________。

＋6．[2010·江苏－21A(2)]Cu基态核外电子排布式为______________。

7．[2010·海南，19(1)]Ni原子的核外电子排布式为

________________________________________________________________________ ____________。

8．[2011·课标全国卷－37(2)节选]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__________。

9．[2011·福建理综－30(2)节选]C、N、O三种元素第一电离能从大到小的顺序是______________。

题组二

原子结构与元素性质

10．[2010·山东理综，32(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

________________________________________________________________________。

11．(2009·安徽理综，25改编)W、X、Y、Z是周期表前36号元素中的四种常见元素，其原子序数依次增大。W、Y的氧化物是导致酸雨的主要物质，X的基态原子核外有7个原子轨道填充了电子，Z能形成红色(或砖红色)的Z2O和黑色的ZO两种氧化物。

(1)W位于元素周期表第________周期第________族。W的气态氢化物稳定性比H2O(g)________(填“强”或“弱”)。

(2)Y的基态原子核外电子排布式是

________________________________________________________________________，

Y的第一电离能比X的________(填“大”或“小”)。

(3)Y的最高价氧化物对应水化物的浓溶液与Z的单质反应的化学方程式是________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。

题组一

原子核外电子的排布

1．下列关于硅原子的核外电子排布表示式中，错误的是(

) A．1s22s22p63s23p2

B．[Ne]3s23p2

2．(2011·大连质检)主族元素A原子的结构示意图为。则X、Y及该原子3p能级上的电子数分别为(

) A．18、6、4

B．20、8、6 C．18、8、6

D．15～20、3～8、1～6 题组二

元素的推断

3．(2011·烟台调研)下列各组中的X和Y两种原子，化学性质一定相似的是(

) A．X原子和Y原子最外层都只有一个电子

B．X原子的核外电子排布为1s2，Y原子的核外电子排布为1s22s2

C．X原子2p能级上有三个电子，Y原子的3p能级上有三个电子

D．X原子核外M层上仅有两个电子，Y原子核外N层上仅有两个电子

4．(2011·南昌模拟)(1)某质量数为32，核内有16个中子的原子，其电子排布式是____________，该原子中有____个未成对电子，这些未成对电子具有________(填“相同”或“相反”)的自旋状态。

(2)某元素的原子最外层电子排布为3s23p2，它的次外层上电子云形状有____种，原子中所有电子占有____个轨道，核外共有____个电子。

(3)M电子层上有____个能级，有____个轨道，作为内层最多可容纳____个电子，作为最外层时，最多可含有____个未成对电子。

(4)在元素周期表中，最外层只有1个未成对电子的主族元素原子处于__________族；最外层有2个未成对电子的主族元素原子处于__________族。

(5)A元素的最高正价是＋4，A原子次外层上有2个电子，A原子的电子排布式是____________。

(6)B元素在气态氢化物中显－3价，气态氢化物极易溶于水，B原子的电子排布式是__________。

(7)E原子核外占有9个轨道，且具有1个未成对电子，E离子结构示意图是

____________。

－＋－(8)F、G都是短周期元素，F2与G3的电子层结构相同，则F2的电子排布式是____________，G元素的原子序数是______。

题组三

元素周期律

5．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

1 2 3 5 题号

答案

6.(2011·苏州模拟)不同元素的气态原子失去最外层一个电子所需要的能量(设其为E)如下图所示。试根据元素在周期表中的位置，分析图中曲线的变化特点，并回答下列问题。

(1)同主族内不同元素的E值变化的特点是______________________________。各主族中E值的这种变化特点体现了元素性质的__________变化规律。

(2)同周期内，随原子序数增大，E值增大。但个别元素的E值出现反常现象。试预测下列关系式中正确的是

________________________________________________________________________。

①E(砷)>E(硒)

②E(砷)E(硒)

④E(溴)

(4)10号元素E值较大的原因是

________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。

题组四

综合探究

7．A、B、C、D、E、F六种元素的原子序数依次递增。已知：

①F的原子序数为29，其余的均为短周期主族元素；②E原子价电子(外围电子)排布式－为msnmpn1；③D原子最外层电子数为偶数；④A、C原子p轨道的电子数分别为2和4。

请回答下列问题：

(1)下列叙述正确的是________(填序号)。

A．金属键的强弱：D>E B．基态原子第一电离能：D>E C．五种元素中，电负性最大与最小的两种金属元素形成晶体的化学式为EB，属于离子晶体

D．晶格能：NaCl>DCl2

(2)F的核外电子排布式为

________________________________________________________________________；

与F同一周期的副族元素的基态原子中最外层电子数与F原子相同的元素为__________(填元素符号)。

(3)A与C形成的非极性分子中，σ键与π键的个数之比为________；该分子与过量强碱反应生成的酸根离子的空间构型为__________。

(4)已知原子数和价电子数相同的分子或离子互为等电子体，互为等电子体的微粒结构相－同，B3中心原子的杂化轨道类型为____________。

8．有四种短周期元素，它们的结构、性质等信息如下表所述：

元素

结构、性质等信息

是短周期中(除稀有气体外)原子半径最大的元素，该元素的某种合金是原子反应堆A 的导热剂

B B与A同周期，其最高价氧化物的水化物呈两性

C 元素的气态氢化物极易溶于水，可用作制冷剂

是海水中除氢、氧元素外含量最多的元素，其单质或化合物也是自来水生产过程中D 常用的消毒杀菌剂

请根据表中信息填写：

(1)A原子的核外电子排布式为

________________________________________________________________________。

(2)B元素在周期表中的位置是

________________________________________________________________________；

离子半径：B______A(填“大于”或“小于”)。

(3)C原子的电子排布图是

________________________________________________________________________，

其原子核外有____个未成对电子，能量最高的电子为______轨道上的电子，其轨道呈______形。

－(4)D原子的核外电子排布式为__________，D的结构示意图是__________。

(5)B的最高价氧化物对应的水化物与A的最高价氧化物对应的水化物反应的化学方程式为________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________，

与D的氢化物的水化物反应的化学方程式为

________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。

学案63 原子结构与性质

【课前准备区】

知识点一

2.核外经常出现

球形

1

纺锤形

3 3．原子核电荷数

3s

3p

4s

3d

4p

5s 4．(1)②处于最低能量的原子

吸收

跃迁到较高能级

激发态

(2)2

自旋状态

(3)单独占据一个轨道

自旋状态

知识点二

1．(1)失去一个电子

(3)①增大

Be

B

N

O

Mg

Al

P

S ②变小

2．(1)化学键

(2)成键电子

(4)①左到右

②减小

问题思考

1．先排4s轨道再排3d轨道，原因是3d轨道能量高，而失电子时，却先失4s轨道上的。

2．主要是因为ⅡA族元素原子最外电子层的s轨道处于全充满状态，p轨道处于全空状态，ⅤA族的元素原子最外层3个能量相同的p轨道处于半充满状态，均属于相对稳定的状态，故这两个主族的元素原子相对难失去第1个电子，第一电离能相对较大，属于电离能周期性变化的特例。

【课堂活动区】

一、1.(1)随着能级序数n的增大，能层能量逐渐升高，即E(K)

(2)在同一能层中，各能级是按s、p、d、f的顺序逐渐

升高，即E(ns)

(4)不一定，不同能层的能级上，能量有交错现象，

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。

2．(1)电子云表示电子在核外空间某处出现的几率，不代表电子的运动轨迹。

(2)一个小黑点不代表一个电子，只是代表电子在此处出现过。

(3)电子云图中的小黑点的疏密表示电子出现几率的大小。密：几率大；疏：几率小。

3．基态原子核外电子排布的表示方法

(1)原子结构示意图(或称原子结构简图)可表示核外电子分层排布和核内质子数，如。

(2)电子式可表示原子最外层电子数目，如。

(3)电子排布式

①用数字在能级符号右上角标明该能级上排布的电子数，这就是电子排布式。例如：K：

1s22s22p63s23p64s1。

②为了避免电子排布式书写过于繁琐，把内层电子达到稀有气体元素原子结构的部分用相应稀有气体的元素符号外加方括号表示。如K：[Ar]4s1。

(4)电子排布图(又称为轨道表示式) 每个圆圈(或方框)代表一个原子轨道，每个箭头代表一个电子，如第二周期元素基态原子的电子排布图如图所示。

二、1.减小

主族序数

主族序数－8

增大

逐渐减小

增大

逐渐减小

减弱

增强

增强

减弱

减弱

增强

减弱

增强

增强

减弱

难

易

增强

易

难

减弱

典例导悟

1．(1)N

(2)Cl

K

(3)Fe

1s22s22p63s23p63d64s2或[Ar]3d64s2

(4)Cu

1s22s22p63s23p63d104s1或[Ar]3d104s1

解析

(1)根据A元素基态原子的最外层有3个未成对电子，次外层有两个电子，可推知该元素是氮元素，符号为N。

(2)根据B、C元素的离子的电子层结构与氩相同，可推知B为氯(Cl)，C为钾(K)。

(3)因D元素的正三价离子的3d亚层为半充满，可知D为铁元素(Fe)，其基态原子的排布式为1s22s22p63s23p63d64s2。

(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，推知E为铜(Cu)，基态原子电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s1。

2．(1)②

(2)PCl3、CCl4

Si3N4

原子

3s23p4

(3)HCl>H2S>PH3>SiH4

(4)氮元素

CE 【课后练习区】

高考集训

1．(1)√

(2)B.√

C．×

解析

电离能是原子失去电子时所要吸收的能量，能量越高的电子在失去时消耗的能量也就越少，因而电离能也就越小，B正确；同一层即同一能级中的p轨道电子的能量一定比s轨道电子能量高，但外层s轨道电子能量则比内层p轨道电子能量高，C错误。

2．2s22p3

解析

氮原子的价电子排布式：2s22p3。

3．2 解析

氧元素基态原子的核外电子轨道表示式为：

，故未成对电子数为2个。

4．3d84s2

4 解析

原子序数小于36的元素既处于同一周期又位于同一族，只有第Ⅷ族中的Fe、Co、822＋Ni符合条件，由题意知T为Ni，Q为Fe，Ni为28号元素，价电子排布式为3d4s。Fe外围电子轨道表示式为

，而内层电子全部成对，故未成对电子有4个。

5．2s22p4

6．1s22s22p63s23p63d10

7．1s22s22p63s23p63d84s2或[Ar]3d84s2

解析

核外电子排布式与价电子排布式要区别开。

8．1s22s22p1

N

＋3 解析

B原子的原子序数为5，其电子排布式为1s22s22p1；B、N处于同周期，依据同周期元素随原子序数增大电负性依次增大可知，N的电负性较大；B位于元素周期表的第ⅢA族，由化学式BN得B元素的化合价为＋3价。

9．N>O>C 解析

同周期元素第一电离能从左向右有增大的趋势，第ⅤA族元素最外层p轨道电子处于半充满稳定状态，第一电离能大于第ⅥA族元素，因此三者的第一电离能从大到小的顺序为N>O>C。

10．C>H>Si 解析

共用电子对偏向电负性大的原子，故电负性：C>H>Si。

11．(1)二

ⅤA

弱

(2)1s22s22p63s23p4

大

(3)Cu＋2H2SO4(浓)=====CuSO4＋SO2↑＋2H2O 考点集训

1．C

[A和B两个选项都是电子排布式，C和D两个选项都是轨道表示式，其中C选项违背了洪特规则。] 2．B 3．C

[A项，H与Na最外层都只有一个电子，但二者性质差别很大；B项，X为He，Y为Be，二者性质差别很大；C项，X为N，Y为P，二者同主族性质相似；D项X为Mg，Y原子可能为Ca，也可能是过渡金属元素的原子，故选C。] 4．(1)1s22s22p63s23p4

2

相同

(2)2

8

14 (3)3

9

18

3 (4)ⅠA、ⅢA、ⅦA

ⅣA、ⅥA (5)1s22s22p2

(6)1s22s22p3

△(7)

22(8)1s2s2p6

13 5．A

[同周期中碱金属元素的第一电离能最小，稀有气体元素最大，故A正确，C不正确；由于Mg为3s2而Al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，D不正确。] 6．(1)随着原子序数的增大，E值减小

周期性

(2)①③

(3)485

738 (4)10号元素为氖，该元素原子的最外层电子排布已达到8电子稳定结构

解析

(1)从H、Li、Na、K等可以看出，同主族元素随元素原子序数的增大，E值变小；H到He、Li到Ne、Na到Ar呈现明显的周期性。

(2)从第二、三周期可以看出，第ⅢA和ⅥA族元素比同周期相邻两种元素E值都低。由此可以推测E(砷)>E(硒)、E(溴)>E(硒)。

(3)根据同主族、同周期规律可以推：E(K)

(4)10号元素是稀有气体元素氖，该元素原子的最外层电子排布已达到8电子稳定结构。

226261017．(1)D

(2)1s2s2p3s3p3d4s

Cr (3)1∶1

平面三角形

(4)sp杂化

8．(1)1s22s22p63s1

(2)第三周期第ⅢA族

小于

(3)

3

p

哑铃

(4)1s22s22p63s23p5或[Ne]3s23p5

(5)NaOH＋Al(OH)3===NaAlO2＋2H2O 3HCl＋Al(OH)2===AlCl3＋3H2O 解析

根据题中信息可推出：A为Na，B为Al，C为N，D为Cl。

(1)A为Na，其核外电子排布式为1s22s22p63s1。

＋＋(2)B为Al，其在元素周期表中的位置为第三周期第ⅢA族，Na与Al3核外电子排布相＋＋＋＋同，核电荷数Al3大于Na，故r(Al3)

(3)C为N，其电子排布图为

，其中有3个未成对电子，能量最高的为p轨道上的电子，其轨道呈哑铃形。

－(4)D为Cl，其核外电子排布式为1s22s22p63s23p5，简化电子排布式为[Ne]3s23p5，Cl的结构示意图为。

(5)本题考查Al(OH)3与NaOH和HCl反应的化学方程式，Al(OH)3＋NaOH===NaAlO2＋2H2O，Al(OH)3＋3HCl===AlCl3＋3H2O。