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《物质结构与性质》(选修3) 第一章

物质结构与性质

一、本章教学目标：

1．了解原子结构的构造原理，知道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。

2．了解能量最低原理，知道基态与激发态，知道原子核外电子在一定条件下会发生跃迁产生原子光谱。 3．了解原子核外电子的运动状态，知道电子云和原子轨道。 4．认识原子结构与元素周期系的关系，了解元素周期系的应用价值。

5．能说出元素电离能、电负性的涵义，能应用元素的电离能说明元素的某些性质。

6．从科学家探索物质构成奥秘的史实中体会科学探究的过程和方法，在抽象思维、理论分析的过程中逐步形成科学的价值观。

二、本章知识分析：

本章是在学生已有原子结构知识的基础上，进一步深入地研究原子的结构，从构造原理和能量最低原理介绍了原子的核外电子排布以及原子光谱等，并图文并茂地描述了电子云和原子轨道；在原子结构知识的基础上，介绍了元素周期系、元素周期表及元素周期律。总之，本章按照课程标准要求比较系统而深入地介绍了原子结构与元素的性质，为后续章节内容的学习奠定基础。尽管本章内容比较抽象，是学习难点，但作为本书的第一章，教科书从内容和形式上都比较注意激发和保持学生的学习兴趣，重视培养学生的科学素养，有利于增强学生学习化学的兴趣。 通过本章的学习，学生能够比较系统地掌握原子结构的知识，在原子水平上认识物质构成的规律，并能运用原子结构知识解释一些化学现象。

注意本章不能挖得很深，属于略微展开。

三、本章教学过程：

（一）．能层与能级

多电子原子的核外电子的能量是不同的，按电子的能量差异将其分成不同的能层(n)；各能层最多容纳的电子数为n2。对于同一能层里能量不同的电子，将其分成不同的能级(l)；同一能层里，能级的能量按s、p、d、f的顺序升高，即E(s)＜E(p)＜E(d)＜E(f)。

各能层所包含的能级类型及各能层、能级最多容纳的电子数见下表：

1

（二）、构造原理

绝大多数元素的原子核外电子的排布遵循如下图所示的排布顺序，人们把它称为构造原理。

说明：(1)从图中可以看出，不同能层的能级有交错现象，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)构造原理是书写基态原子电子排布式的依据，也是绘制基态原子电子排布图(即轨道表示式)的主要依据之一。

（三）．基态原子核外电子排布式书写应遵循的规律

基态原子核外电子排布式的书写要考虑能量最低原理、泡利不相容原理、洪特规则等多方面因素。

“能量相同的原子轨道在全满(如p6，d10)、半满(如p3，d5)和全空(p0，d0)状态时，体系的能量最低”，这一点违反了洪特规则，可看成是洪特规则的特例。如：24Cr的电子排布式：1s22s22p63s23p63d54s1(3d5、4s1均为半充满状态)；29Cu的电子排布式：1s22s22p63s23p63d104s1(3d10为全充满状态，4s1为半充满状态)。

【练习】：1、请写出19到36号元素的原子核外电子排布式：

2、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________；

2

(4)E元素的基态原子的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________________________。

3、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________(填序号)。

【小结】表示原子结构的化学用语

1．原子结构示意图

(1)含义：表示原子核外电子分层排布和核电荷数。

(2)举例：硫的原子结构示意图：2．电子式

(1)含义：表示原子的最外层电子数。

(2)举例：氮原子的电子式·N

·。

···。

3．电子排布式

(1)含义：用数字在能级符号右上角标明该能级上排布的电子数。

(2)举例：氯原子的电子排布式：1s22s22p63s23p5或[Ne]3s23p5。

4．电子排布图

(1)含义：每个方框代表一个原子轨道，每个箭头代表一个电子。

(2)举例：氟原子的电子排布图：

（四）．原子半径、电离能、电负性等元素性质的周期性变化

(1)原子半径：影响原子半径大小的因素有电子的能层数、核电荷数。同周期元素(稀3

有气体元素除外)从左到右原子半径逐渐减小，同主族元素从上到下原子半径逐渐增大。

(2)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叫做第一电离能(用I1表示)，一价气态基态正离子再失去一个电子所需消耗的最低能量叫做第二电离能(用I2表示)，依此类推，可得到I3、I4……同一种元素的逐级电离能的大小关系为I1＜I2＜I3＜I4＜……即一个原子的逐级电离能是逐渐增大的。这是因为随着电子的逐个失去，阳离子所带的正电荷数越来越大，再要失去一个电子需克服的电性引力也越来越大，消耗的能量也越来越多。

每个周期的第一个元素第一电离能最小，最后一个元素的第一电离能最大；同族元素从上到下第一电离能变小。

(3)电负性：元素的电负性用以量度原子对成键电子吸引能力的相对大小，所以电负性表示的是原子吸引成键电子能力的相对强弱。同周期元素从左向右随着原子序数的递增，原子的电负性逐渐增大；同一主族元素从上到下，电负性逐渐减小。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。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。

电负性的应用：①判断金属元素和非金属元素：电负性小于2的多为金属元素，而大于2的元素多为非金属元素。②判断化合物中元素化合价的正负：化合物中电负性小的元素显正化合价，而电负性大的显负化合价，如HF中，电负性F＞H，F元素和H元素的化合价分别为－1价和＋1价。③判断化学键的类型：电负性差值大的元素原子间形成的化学键主要是离子键，而电负性差值小的元素原子间形成的化学键主要是共价键。

【练习】1.现有四种元素的基态原子的电子排布式如下：

①1s22s22p63s23p4

②1s22s22p63s23p3

③1s22s22p3

④1s22s22p5

则下列有关比较中正确的是(

) 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

2．根据信息回答下列问题：

A．第一电离能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(其中12号至17号元素的有关数据缺失)。

4

＋

B．不同元素的原子在分子内吸引电子的能力大小可用数值表示，该数值称为电负性。一般认为：如果两个成键原子间的电负性差值大于1.7，原子之间通常形成离子键；如果两个成键原子间的电负性差值小于1.7，通常形成共价键。下表是某些元素的电负性值：

元素

符号

电负

性值

Li Be B C O F Na Al Si P S Cl 0.98 1.57 2.04 2.55 3.44 3.98 0.93 1.61 1.90 2.19 2.58 3.16 (1)认真分析A图中同周期元素第一电离能的变化规律，推断Na～Ar元素中，Al的第一电离能的大小范围为________

(2)从A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____________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________；

(3)A图中第一电离能最小的元素在周期表中的位置是第________周期________族；

(4)根据对角线规则，Be、Al元素最高价氧化物对应水化物的性质相似，它们都具有________性，其中Be(OH)2显示这种性质的离子方程式是________________________________________________________________________，

__________________________________________________________________________；

(5)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________；

(6)请归纳元素的电负性和金属性、非金属性的关系是

_______________________________________________________________________ __________________________________________________________；

(7)从电负性角度，判断AlCl3是离子化合物还是共价化合物？________请说出理由__________________________(即写出判断的方法和结论)，请设计一个实验方案证明上述所得到的结论。________________________________________________________。

3．下表是元素周期表的一部分，表中所列的字母分别代表一种化学元素。试回答下列问题：

(1)元素p为26号元素，请写出其基态原子电子排布式________。

(2)h的单质在空气中燃烧发出耀眼的白光，请用原子结构的知识解释发光的原因____________________________________。

(3)o、p两元素的部分电离能数据列于下表：

5

元素

I1

电离能/kJ·mol1

－＋o 717 1 509 3 248 I2

I3

p 759 1 561 2 957 ＋比较两元素的I2、I3可知，气态o2再失去一个电子比气态p2再失去一个电子难。对此，你的解释是_________________________。

(4)第3周期8种元素按单质熔点高低的顺序如图(Ⅰ)所示，其中电负性最大的是________(填下图中的序号)。

(5)表中所列的某主族元素的电离能情况如图(Ⅱ)所示，则该元素是________(填元素符号)。

(Ⅰ)

(Ⅱ) 【高考题节选】

(一)原子核外电子排布

1．(2016·全国卷Ⅰ，37(1))基态Ge原子的核外电子排布式为[Ar]________，有________个未成对电子。

2．(2016·全国卷Ⅱ，37(1))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________。

3．(2015·全国卷Ⅰ，37(1))处于一定空间运动状态的电子在原子核外出现的概率密度分布可用________形象化描述。在基态子。

4．(2015·安徽理综，25(1)(2))(1)Si位于元素周期表第________周期第________族。

(2)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。

5．(2015·浙江自选模块，15(1))Cu2的电子排布式是________。

＋14C原子中，核外存在________对自旋相反的电6．(2014·全国卷Ⅰ，37(2))基态Fe原子有________个未成对电子。Fe3的电子排布＋式为________。可用硫氰化钾检验Fe3，形成的配合物的颜色为________。

＋7．(2014·江苏，21(A)－(1))Cu基态核外电子排布式为______________________。

8．(2014·安徽理综，25(1))Na位于元素周期表第________周期第________族；S的6

＋

基态原子核外有________个未成对电子；Si的基态原子核外电子排布式为________。

9．(2014·福建理综，31(1))基态硼原子的电子排布式为__________________________。

10．(2014·浙江自选模块，15(1)节选)31Ga基态原子的核外电子排布式是______________。

(二)原子结构与性质

1．(2016·全国卷Ⅰ，37(4))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________。

2. (2016·全国卷Ⅱ，37(3))单质铜及镍都是由________键形成的晶体；元素铜与镍的第二电离能分别为：ICu＝1 958

kJ·mol____________________________。

3．(2014·全国卷Ⅱ，37(1)改编)在N、O、S中第一电离能最大的是________。

4．(2014·四川理综，8(1))已知Z基态原子的M层与K层电子数相等，则Z所在周期中第一电离能最大的主族元素是________。

5．(2013·全国卷Ⅱ，37(2))前四周期原子序数依次增大的元素A、B、C、D中，A和B的价电子层中未成对电子均只有1个，并且A和B的电子数相差为8；与B位于同一周期的C和D，它们价电子层中的未成对电子数分别为4和2，且原子序数相差为2。

四种元素中第一电离能最小的是________，电负性最大的是________(填元素符号)。

6．(2013·山东理综，32(3))第一电离能介于B、N之间的第二周期元素有________种。

7．(2013·安徽理综，25(1)(2)改编)已知Z的基态原子最外层电子排布式为3s23p1，W的一种核素的质量数为28，中子数为14。

则：(1)W位于元素周期表第______周期第______族。

(2)Z的第一电离能比W的________(填“大”或“小”)。

8．(2013·山东理综，32(1))下列曲线表示卤族元素某种性质随核电荷数的变化趋势，正确的是________。

－＋－1、INi＝1 753

kJ·mol－1，ICu>INi的原因是7

8