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第一章 原子结构与性质

第一节

原子结构

一、原子的构成

原子由居于原子中心的带正电荷的 和核外带负电荷的 构成，原子核又是由 和 构成。

1．构成原子的粒子间的电性关系

-19中子不带电，1个质子带1个单位正电荷（1．96×10c），1个电子带1个单位负电荷，由此可知，原子核的电荷就是 ，核电荷数等于 。因此，原子作为一个整体不显电性。

2．构成原子粒子之间的质量关系

一个质子的质量为

，一个中子的质量为

，一个电子的质量为

。由于电子的质量很小，因此，原子质量主要集中在

上。

如果忽略电子的质量，将原子核内所有的质子和中子的相对质量取近似整数值加起来所得的数值，叫做质量数（A）。

质量数（A）=质子数（Z）+中子数（N）

二、核外电子的排布

1．核外电子的运动状态

核外电子的运动，不同于宏观物体的运动，有以下特点：

（1）电子的质量

（约是质子质量的1/1836）

（2）电子运动空间范围

（原子直径为10-10m）

（3）电子运动速率

（接近光速）

（4）电子带

电

所以，不能用牛顿的三个定律描述，量力学上用电子云来描述。

2．电子云：

电子云是处于一定空间运动状态的电子在原子核外空间的概率密度分布的形象化描述。黑点密的地方表示

，黑点疏的地方表示

。

3．核外电子排布规律

（1）能层与能级

A．能层：

多电子原子的核外电子的能量是不同的，按电子的能量差异及运动区域离核远近，可以将核外电子分为不同能层，以符号

、

、

、

、

、

、

．．．．．．表示相应的第一、二、三、四、五、六、七．．．．．．能层。

B．能级：

同一能层的电子，能量也不同，可以把它们干分成不同的能级，即不同的原子轨道。

能层

一

二

三

四

五

六

七

符号

能级

5s．．．．．．

．．．．．．

．．．．．．

能级数 （填“等于”或“不等于”）能层序数

C．能级的能量顺序：

①不同能层，相同能级能量顺序：

E（1s） E（2s） E（3s） E（4s） E（5s） E（6s） E（7s）

E（2p） E（3p） E（4p） E（5p） E（6p） E（7p）

E（3d） E（4d） E（5d） E（6d） E（7d）

E（4f） E（5f） E（6f） E（7f）

②相同能层，不同能级的能量顺序：

E（ns） E（np） E（nd） E（nf）

（2）构造原理

1

随电荷数递增，大多数元素电中性基态原子的电子按如下顺序填入核外电子运动轨道，叫做构造原理。

构造原理中的排布顺序，其实质是能级的能量高低顺序，即有以下关系：E（ns）

第八能级组: 8s 8p 8d 8f 第七能级组: 7s 7p 7d 7f 第六能级组: 6s 6p 6d 6f 第五能级组: 5s 5p 5d 5f 第四能级组: 4s 4p 4d 4f 第三能级组: 3s 3p 3d 第二能级组: 2s 2p 第一能级组: 1s 各周期所容纳的元素总数 该能级组所能容纳的最多电子数。

（3）电子填充规则

A．能量最低原理：

B．泡利原理：

C．洪特规则：

D．洪特规则特例：

例如：

①前36号元素中，全空状态的有：

4Be ：

2s22p0；12Mg：

3s23p0；20Ca：

4s23d0；

②半充满状态的有：

7N：

15P：

2s22p3；

3s23p3；

3d54s1；

3d54s2；

24Cr：

25Mn：

33As：

4s24p3；

③全充满状态的有：

10Ne：

18Ar：

29Cu：

30Zn：

2s22p6；

3s23p6；

3d104s1；

3d104s2；

2

4s24p6。

4．电子排布式与电子排布图

（1）电子排布式：

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：

H：

Li：

Na：

K：

Be：

Mg：

Ca：

B：

Al：

Ga：

C：

Si：

Ge：

N：

P：

As：

O：

S：

Se：

F：

Cl：

Br：

（2）电子排布图：用方框表示原子轨道，用箭头代表电子。

例如：

H：

Li：

Be：

B：

C：

N：

O：

F：

5．基态与激发态、光谱

（1）基态：

（2）激发态：

36Kr：

3

（3）光谱：

知识点一：原子的构成

1、电子数相等的微粒叫做等电子体。下列各组粒子属于等电子体的是（

）

A、CH4、NH3、Na+、F-、NH4+

B、H2O 、HF、H3O+、OH-、Al3+

C、Ne 、H2S、H2O、K+、Cl-

D、F2、H2O2、C2H2、Mg2+、HS-

2、已知元素X、Y的核电荷数分别为a、b，它们的离子Xm+、Yn-的核外电子排布相同，则下列关系式中正确的是（

）

A、a=b+m+n B、a=b-m-n C、a=b+m-n D、a=b-m-n

3、填写下列表格。

微粒

O S Na Mg Ne HF H2O NH3

CH4

质子数

电子数

微粒

Na+

Mg2+

Al3+

NH4+

H3O+

O2-

F-

OH-

NH2-

质子数

电子数

知识点二：核外电子的排布

1．氢原子的电子云图中的小黑点可表示

（

）

A．表示每一个电子

B．表示电子个数的多少

C．表示电子离核的远近

D．表示电子在核外空间出现机会的多少

2．下列各电子层中不包含p能级的是 ( ) A．M电子层 B．N电子层 C．L电子层 D．K电子层

3．具有1s22s22p63s23p1电子结构的原子是

（

）

A．Mg

B．Na

C．He

D．Al 4．下列表示式错误的是 (

) A．Na的轨道表示式：2261 ＋ B．Na的结构示意图：＋

1C．Na的电子排布式：1s2s2p3s D．Na的简化电子排布式：[Ne]3s

5．

某元素的原子3d能级上有1个电子，它的N能层上电子数是 (

) A．0

B．2

C．5

D．8 6．下列各原子和离子的电子排布式错误的是 (

) A．Ca:1s2s2p3s3p B．F:1s2s3p C．S:1s2s2p3s3p D．Ar:1s2s2p3s3p

7．具有下列电子排布式的原子中，半径最大的是

(

) A．1s22s22p63s23p1 B．1s22s22p5

C．1s22s22p63s23p4 D．1s22s22p1

8. 主族元素的原子失去最外层电子形成阳离子，主族元素的原子得到电子填充在最外层形成阴离子。下列各原子和离子的电子排布式错误的是 ( ) 2＋22626－226A．Ca：1s2s2p3s3p B．F：1s2s3p

2262422626C．S：1s2s2p3s3p

D．Ar：1s2s2p3s3p

9．下列关于硅原子的核外电子排布表示式中，错误的是 （ ）

A.1s2s2p3s3p

4 226222＋22626－2262222422626

B.［Ne］3s3p

22C.

D.

1310．CNMR（核磁共振）、15NNMR可用于测定蛋白质、核酸等生物大分子的空间结构，Kurt Wuithrich1315等人为此获得2002年诺贝尔化学奖。下面有关C、N的叙述正确的是

（

）

131513223A．C与N有相同的中子数

B．C电子排布式为1s2s2p C．15N与14N互为同位素

D．15N的电子排布式为1s22s22p4 11．下列原子构成的单质中既能与稀硫酸反应又能与烧碱溶液反应，都产生H2的是

（

）

A．核内无中子的原子

C．最外层电子数等于倒数第三层上的电子数的原子

B．价电子构型为3s23p1

D．N层上无电子，最外层上的电子数等于电子层数的原子

12．下列说法中正确的是

(

) A．同一原子中，2p、3p、4p能级的轨道数依次增多B．3p2表示3p能级有两个轨道 C．同一原子中，1s、2s、3s电子的能量逐渐减小

D．处于最低能量的原子叫做基态原子

13．下列轨道表示式能表示氧原子的最低能量状态的是

（

）

14．M、N两种元素的原子，当它们每个原子获得两个电子形成稀有气体元素原子的电子层结构时，放出的能量M大于N，由此可知

（

）

A．M的氧化性弱于N

B．M的氧化性强于N C．N2-的还原性弱于M2-

D．N2-的还原性强于M2-

15．对于第n能层，若它作为原子的最外层，则容纳的电子数最多与

—1层相同，当它作为次外层，则其容纳的电子数比 +1层上电子最多能多10个，则第

层为

) A．L能层 B．M能层

C．N能层 D．任意层

16．下列说法正确的是 (

) 222A．原子核外电子排布式为1s的原子与原子核外电子排布式为1s2s的原子化学性质相似

265B．Fe3＋的最外层电子排布式为：3s3p3d

C．基态铜原子的轨道表示式

D．基态碳原子的轨道表示式

17．下列各组原子中，彼此化学性质一定相似的是 (

) 222A．原子核外电子排布式为1s的X原子与原子核外电子排布式为1s2s的Y原子

B．原子核外M层上仅有两个电子的X原子与原子核外N层上仅有两个电子的Y原子

C．2p轨道上有一个空轨道的X原子与3p轨道上有一个空轨道的Y原子

D．最外层都只有一个电子的X、Y原子

18．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

19．有第四周期的A、B、C、D四种元素，其价电子数依次为1、2、2、7，其原子序数按照A、B、C、D依次增大。已知A与B的次外层电子数为8，而C与D为18。根据原子结构，判断A、B、C、D各是什么元素？

(1)哪些是金属元素？

5

(2)D与A的简单离子是什么？并写出其离子的电子排布式。

(3)哪一元素的氢氧化物碱性最强？

(4)B与D两原子间能形成何种化合物？写出化学式，并写出电子式。

18．已知元素X、Y的原子最外层分别有n个和m－5个电子，次外层分别有n＋2个和m个电子，据此推断元素X和Y分别是________和________(填元素符号)；其电子排布式分别为________________和________________；其价电子的轨道表示式分别为________和________。这两种元素最高价氧化物对应水化物和NaOH三者之间发生反应的离子方程式为： ____________________________________________。

20．今有A、B两种元素的原子，已知A原子M层有x个电子，N层有y个电子，B原子的M层有(x＋5)个电子，N层有(y＋5)个电子，则A、B分别是(填写元素符号)________，其电子排布式分别为_______。 21．现有部分短周期元素的性质或原子结构如下表：元素编号

元素性质或原子结构

元素编号

元素性质或原子结构

T M层上有2对成对电子

X 最外层电子数是次外层电子数的2倍

Y 常温下单质为双原子分子，其氢化物水溶液呈碱性

Z 元素最高正价是＋7价

(1)元素T的原子最外层共有________种不同运动状态的电子。元素X的一种同位素可测定文物年代，这种同位素的符号是________。

(2)元素Y________。(用元素符号表示) (3)元素Z与元素T相比，非金属性较强的是________________(用元素符号表示)，下列表述中能证明这一事实的是____________________________________________________________。

a．常温下Z的单质和T的单质状态不同

b．Z的氢化物比T的氢化物稳定

c．一定条件下Z和T的单质都能与氢氧化钠溶液反应

(4)探寻物质的性质差异性是学习的重要方法之一。T、X、Y、Z四种元素的最高价氧化物的水化物中化学性质明显不同于其他三种酸的是________，理由是__________________________________ 22．根据下列叙述，写出元素名称，画出原子结构示意图，并写出核外电子排布式及价电子(或最外层电子)的轨道表示式。

(1)A元素原子核外M层电子数是L层电子数的一半：_________________________________________；

(2)B元素原子的最外层电子数是次外层电子数的1．5倍：________________________________；

(3)C元素的单质在常温下可与水剧烈反应，产生的气体能使带火星的木条复燃：_______________；

(4)D元素的次外层电子数是最外层电子数的1/4： ______________________________；

(5)1～36号元素原子核外电子排布中未成对电子数最多：____________________________________。

6

第二节

原子结构与元素的性质

一、原子结构与元素周期表

1．原子结构与周期的关系

(1)每周期第一种元素的最外层电子的排布式为ns1，每周期结尾元素的最外层电子排布式除He为1s2外，其余为ns2np6。He核外只有2个电子，只有1个s轨道，还未出现p轨道，所以第一周期结尾元素的电子排布跟其他周期不同。

(2)一个能级组最多所容纳的电子数等于一个周期所包含的元素种类，但一个能级组不一定全部是能量相同的能级，而是能量相近的能级。

2．原子结构与族的关系

（1）主族的族序数等于

（2）副族序数等于

（IB、IIB除外）

2．原子结构与元素周期表的分区

(1)根据核外电子排布

除ds区外，区的名称来自按构造原理进行电子排布最后填入电子的能级符号。可以把周期表里的元素划分为5个区，分别为

区，

区，

区，

区，

区。

①分区

②各区元素化学性质及原子最外层电子

分区

S区

P区

d区

ds区

F区

2

元素性质特点

除氢和氦都是活泼金属；通常最外层电子参与反应

通常最外层电子参与反应

d轨道可以不同程度参与化学键形成

金属元素

镧系元素化学性质相近，锕系元素化学性质相近。

元素分区

IA族、IIA族、He元素

IIIA-VII族、O族（氦除外）

IIIB族-VIIB族、VIII（除

外）

IB族、IIB 镧系和锕系

外围电子排布

ns

21-6nsnp

1-91-2（n-1）dns

101-2（n-1）dns

1-140-22（n-2）f（n-1）dns

1-2③若已知元素的外围电子排布，可直接判断该元素在周期表中的位置。如：某元素的外围电子排布为4s4p4，由此可知，该元素位于p区，为第四周期ⅥA族元素。即最大能层为其周期数，最外层电子数为其族序数，但应注意过渡元素(副族与第Ⅷ族)的最大能层为其周期数，外围电子数应为其纵列数而不是其族序数(镧系、锕系除外)。

二、元素周期律

1．原子半径

（1）原子半径

A．同周期主族元素从左到右，原子半径逐渐 。其主要原因是由于核电荷数的增加使原子核对电子的引力增加而带来原子半径 的趋势 于增加电子后电子间斥力增大带来原子半径 的趋势。

B．同主族元素从上到下，原子半径逐渐 。其主要原因是由于电子能层 ，电子间的斥力使原子半径 。

（2）离子半径变化规律

A．在周期表中，同一主族自上而下，电子层数依次增多，具有相同电荷的离子半径也依次增大，而在同一周期中，正离子的电荷数愈高，半径愈小；负离子的电荷数愈高，半径愈大。

B．同一元素的正离子半径小于它的原子半径，简单的负离子半径大于它的原子半径，正离子半径一般较小，则在10～170 pm之间，负离子半径一般较大，则在130～250 pm之间。

2+3+C．同一元素形成几种不同电荷的离子时，电荷高的正离子半径小。如r（Fe）>r（Fe）

7

D．对等电子离子而言，离子半径随负电荷的降低和正电荷的升高而减小。例如：O> F> Na> 3+Al； 。

（5）相同电荷的过渡元素和内过渡元素正离子的半径均随原子序数的增加而减小。

2．电离能

（1）电离能定义：

电离能是指气态原子或离子失去1个电子时所需要的最低能量，第一电离能是指电中性基态原子失去1个电子转化为气态基态正离子所需要的最低能量。

（2）电离能的变化规律

A．同一周期，随着原子序数增加，元素的第一电离能呈

的趋势。同一周期内，碱金属的第一电离能

，稀有气体的第一电离能

。但第IIA族元素较同周期第IIIA族元素的第一电离能

；第VA族元素较同周期第VIA族元素的第一电离能

。

B．同一主族，从上到下第一电离能

。

（3）电离能的应用

A．第一电离能数值越小，原子越容易失去1个电子。

B．由电离能能确定元素的化合价：如果某元素的In+1>>In，则该元素的常见化合价为+n，如钠元素的In2>>I1，所以钠元素的化合价为+1，过渡元素的价电子较多，且各级电离能之间相差不大，所以常表现为多种化合价。若果电离能都较大，且相互之间相差不大，则该元素一般为惰性元素。

3．电负性

（1）电负性的概念：

元素的电负性用来描述不同元素的原子对键合电子吸引力的大小。以氟的电负性为4．0，锂的电负性为1．0作为相对标准,得出了各元素的电负性。

（2）电负性的应用

①判断元素的金属性和非金属性及其强弱：金属元素的电负性越小，金属元素越

；非金属元素的电负性越大，非金属元素越

。

金属的电负性一般小于1．8，非金属的电负性一般大于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判断化学键的类型：一般认为，如果两个成键元素原子间的电负性差值大于1.7，它们之间通常形成

键；如果两个成键元素原子间的电负性差值小于1.7，它们之间通常形成

键。

③判断共价键的类型：共价化合物中，两种元素电负性差值越大，它们形成共价键的极性就越强。

（3）电负性的变化规律

同周期，自左到右，电负性逐渐

。同主族，自上到下，电负性逐渐

。

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是相似的。如

2- - + 知识点一

7121．外围电子构型为4f5d6s元素在周期表中的位置是 ( ) A、第四周期ⅦB族 B、第五周期ⅢB族 C、

第六周期ⅦB族 D、

第六周期ⅢB族

2．S区元素价电子特征排布 ，主族序数= ；p区元素特征电子排布为 ，主族序数= ；ｄ区元素价电子排布特征为 ，副族序数= Ⅷ较特殊；ds区元素特征电子排布为 ，所在的列序数= 。

知识点二

一．选择题

1．下列各组微粒中，半径大小的比较中错误的是 (

) 2++-+2+3+--A．K＞Na＞Li B．Mg＞Na＞F C．Na＞Mg＞Al D．Cl＞F＞F 2．

已知X+

、Y2+、

Z-、

W2-四种离子均具有相同的电子层结构。关于X、

Y、

W、

Z 四种元素的描述，不正确的是

(

)

A．原子半径X>Y>W>Z

B．原子序数Y>X>Z>W

C．原子最外层电子数Y>X>Z>W

D．金属性X>Y m+(m+1)+m－(m-1)-3．已知A，B，C，D四种离子的电子层结构相同，则A、B、C、D的原子半径由大到小的顺序是 （ ）

A．A＞B＞C＞D B．A＞B＞C＞D

C．B＞C＞D＞A

D．C＞A＞B＞D

8

4．依据元素周期表及元素周期律，下列推断正确的是

（

）

＋2－A．H3BO3的酸性比H2CO3的强

D．若M和R的核外电子层结构相同，则原子序数：R＞M B．Mg(OH)2的碱性比Be(OH)2的强

C．HCl、HBr、HI的热稳定性依次增强

5．短周期元素X、Y、Z、W、Q在元素周期表中的相对位置如图1所示。下列说法正确的是（

）

A.元素X与元素Z的最高正化合价之和的数值等于8 B.原子半径的大小顺序为：rX＞rY＞rZ＞rW＞rQ

－＋C.离子Y2和Z 3的核外电子数和电子层数都不相同 D.元素W的最高价氧化物对应的水化物的酸性比Q的强

6．具有下列电子构型的基态原子中，第二电离能最大的是 （ ）

22522622612262 A．1s2s2p B．1s2s2p C．1s2s2p3s D．1s2s2p3s7．下列元素的原子中，第一电离能最小的是 （ ）

A．Mg B．Al C．O D．Si 8．下列说法正确的是 （ ）

A．第3周期所含的元素中钠的第一电离能最小 B．铝的第一电离能比镁的的第一电离能大

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的第一电离能大

9．下列各组元素，按原子半径依次减小，元素第一电离能逐渐升高的顺序排列的是 （ ）

A．Al、Mg 、Na B．N、O、C C．Cl、S、P D．K、Na 、Li 10．

关于电负性的叙述正确的是 ( ) A．同族元素原子序数越大，电负性数值越大 B．同周期元素原子序越大，电负性数值越大

C．电负性数值以F=4.0最大，因其最易失去电子 D．电负性数值大者金属性较强，电负性数值小者非金属性较强。

11．下列元素电负性最大的是 ( ) A．O B．S C．Ge D．Sb 12．X、Y、Z三种短周期元素的原子序数之和为28，X、Y为相邻周期元素，X、Z为同周期元素，Y的质子数比X多5个，X的最外层电子数是Y的2倍，X和Z的最外层电子数之和为11。下列叙述中，不正确的是 (

) A．元素Z的气态氢化物和最高价氧化物的水化物水溶液均呈酸性

B．X、Y、Z三种元素组成的化合物，其化学式为Y(ZX3)3

C．元素Z可组成由共价键构成的单质

D．X、Y两种元素构成一种阴离子，该阴离子与酸反应时，可能变成Y的阳离子

二．填空题

13．X、Y、Z三种主族元素，X的电负性仅次于F，Y原子无不成对电子，Y离子比Z原子多一个电子层，Z原子核外有一个单电子，其单质在通常情况下为易挥发的液体。

（1）X、Y、Z的元素符号依次是__O__、___Ba___、___Br___。

（2）在X与Y形成的一种化合物中，Y与X所含质子数之比为7：2，则此化合物的化学式是________。

（3）Y与Z形成的化合物的化学式为__________。

（4）Z呈最高价时与X和氢三种元素形成的化合物的化学式是________________。

14．有A、B、C、D四种元素，其价电子依次为1、2、6、7，电子层数依次减小。已知D－的电子结构与Ar原子相同，A和B的次外层只有8个电子，C的此外层有18个电子。判断这四种元素并回答下面问题：

（1）原子半径r由大到小的顺序_________________。

（2）第一电离能由大到小的顺序_________________。

（3）电负性由大到小的顺序_____________________。

（4）金属性由强到弱的顺序_____________________。

15．四种短周期元素在周期表中的相对位置如下所示，其中Z元素原子核外电子总数是其最外层电子数的3倍。请回答下列问题：

X

Y Z

W （1）元素Z位于周期表中第______________周期，___________族；

9

（2）这些元素的氢化物中，水溶液碱性最强的是_______________（写化学式）；

（3）XW2的电子式为_______________；

（4）Y的最高价氧化物的化学式为________________；

（5）W和Y形成的一种二元化合物具有色温效应，请相对分子质量在170～190之间，且W的质量分数约为70％。该化合物的化学式为_________________。

16．某元素的全部电离能（KJ/Mol）如下：

I1

1310 I2

3381 I3

5288 I4

7455 I5

10971 I6

13302 I7

71190 I8

83904 回答以下问题

24（1）

此元素原子的能层有 2 层。最外层电子构型为

2S2P ，此元素在周期表中的位置为

2周期VIA族

。

（2）

I1到I6得电离能为什么较小？___________________________________________________而I7和I8为什么是很大的数值？________________________________

（3）由数据可知，此原子的化合价为

+2 。

17．一电离能I1是指气态原子X（g）处于基态时，失去一个电子成为气态阳离子X+（g）所需的能量．如图是部分元素原子的第一电离能I1随原子序数变化的曲线图．

请回答以下问题：

（1）认真分析上图中同周期元素第一电离能的变化规律，将Na--Ar之间六种元素用短线连接起来，构成完整的图象．

（2）从图分析可知，同一主族元素原子的第一电离能I1变化规律是

（从上到下依次减小）

（3）图中5号元素在周期表中的位置是

第三周期，ⅤA族

（4）图中4、5、6三种元素的电负性大小顺序为

（6＞5＞4）

18．原子结构与元素性质的递变规律

性质

同周期（从左到右）

同主族（自上到下）

（1）能层数

（2）最外层电子数

（3）原子半径

（4）金属性（原子失电子能力）

（5）非金属性（原子得电子能力）

（6）电负性

（7）第一电离能

（8）单质还原性

（9）单质氧化性

（10）最高价氧化物对应水化物的酸碱性

（11）非金属形成气态氢化物的难易程度

（12）气态氢化物的稳定性

（13）主要化合价

（14）离子半径

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