归纳与整理名师教学设计

选修3

物质结构与性质教学设计

第1讲

原子结构与性质

最新考纲：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.了解电离能的含义，并能用以说明元素的某些性质。

3.了解电子在原子轨道之间的跃迁及其简单应用。

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

原子核外电子排布原理

1．能层、能级与原子轨道

(1)能层(n)：在多电子原子中，核外电子的能量是不同的，按照电子的能量差异将其分成不同能层。通常用K、L、M、N……表示，能量依次升高。

(2)能级：同一能层里电子的能量也可能不同，又将其分成不同的能级，通常用s、p、d、f等表示，同一能层里，各能级的能量按s、p、d、f的顺序依次升高，即：E(s)＜E(p)＜E(d)＜E(f)。

(3)原子轨道：电子云轮廓图给出了电子在核外经常出现的区域。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

①第一能层(K)，只有s能级；第二能层(L)，有s、p两种能级，p能级上有三个原子轨道px、py、pz，它们具有相同的能量；第三能层(M)，有s、p、d三种能级。

②能层数＝电子层数，每个能层所包含的能级数＝能层序数。

2．基态原子的核外电子排布

(1)能量最低原理：即电子尽可能地先占有能量低的轨道，然后进入能量高的轨球形

哑铃形

1 3

道，使整个原子的能量处于最低状态。

如图为构造原理示意图，即基态原子核外电子在原子轨道上的排布顺序图：

(2)泡利原理

每个原子轨道里最多只能容纳2个电子，且自旋状态相反。

如2s轨道上的电子排布为(3)洪特规则

，不能表示为。

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单独占据一个轨道，且自旋状态相同。如2p3的电子排布为，不能表示为或。

洪特规则特例：当能量相同的原子轨道在全满(p6、d10、f14)、半满(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。

②在书写简化的电子排布式时，并不是所有的都是[X]＋价电子排布式(注：X代表上一周期稀有气体元素符号)。

3．基态、激发态及光谱示意图

1．(RJ选修3·P124改编)下列各原子或离子的电子排布式错误的是(

) A．K＋

1s22s22p63s23p6

C．S2－

1s22s22p63s23p4

答案

C 2．(RJ选修3·P127改编)写出第9、17、35号元素原子的电子排布式。

答案

9号：1s22s22p5或[He]2s22p5

17号：1s22s22p63s23p5或[Ne]3s23p5

35号：1s22s22p63s23p63d104s24p5或[Ar]3d104s24p5

3．(溯源题)(1)Co基态原子核外电子排布式为________。

(2017·课标全国Ⅲ，35节选)

(2)Zn2＋基态核外电子排布式为________。

[2016·江苏化学，21A(1)]

(3)Cr3＋基态核外电子排布式为________。

[2015·江苏化学，21A(1)节选]

(4)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。

[2015·安徽理综，25(2)]

(5)Si元素基态原子的电子排布式是________。

[2015·四川理综，8(1)]

答案

(1)[Ar]3d74s2或1s22s22p63s23p63d74s2

(2)1s22s22p63s23p63d10或[Ar]3d10

(3)1s22s22p63s23p63d3或[Ar]3d3

(4)1s22s22p3

1 (5)1s22s22p63s23p2或[Ne]3s23p2

探源：该高考题组源于教材RJ选修3 P12“学与问”，考查的是核外电子排布式的书写。

题组一

电子排布式、排布图的书写与判断

B．F

1s22s22p5

D．Ar

1s22s22p63s23p6

1．写出下列原子的电子排布式与简化电子排布式

原子

N Cl Ca Fe Cu As 电子排布式

1s22s22p3

1s22s22p63s23p5

1s22s22p63s23p64s2

1s22s22p63s23p63d64s2

1s22s22p63s23p63d104s1

1s22s22p63s23p63d104s24p3

简化电子排布式

[He]2s22p3

[Ne]3s23p5

[Ar]4s2

[Ar]3d64s2

[Ar]3d104s1

[Ar]3d104s24p3

2.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处于半充满状态，结构稳定，失去一个电子吸收的能量多。

答案

B 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________。

解析

①、④不符合能量最低原理；②不符合洪特规则。

答案

③⑤

【反思归纳】

“两原理，一规则”的正确理解

(1)原子核外电子排布符合能量最低原理、洪特规则、泡利原理，若违背其一，则电子能量不处于最低状态。

易误警示

在写基态原子的电子排布图时，常出现以下错误：

(2)半充满、全充满状态的原子结构稳定

如ns2、np3、np6；nd5、nd10

Cr：3d54s1

Mn：3d54s2

Cu：3d104s1

Zn：3d104s2

(3)当出现d轨道时，虽然电子按ns、(n－1)d、np的顺序填充，但在书写时，仍把(n－1)d放在ns前。

题组二

规范使用化学用语

4．按要求填空：

(1)质量数为37的氯原子符号为________。

(2)S2－的结构示意图________。

(3)氮原子的电子式________，N2的电子式________，NH＋4的电子式________。

(4)磷原子的核外电子排布式_____________________________________，

价电子排布式__________________________________________________，

价电子排布图__________________________________________________。

(5)按要求用三种化学用语表示基态铁原子和三价铁离子。

答案

(1)3717Cl

(2)

(5)

5.A、B、C、D、E、F代表6种元素。请填空：

(1)A元素基态原子的最外层有2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能级为半充满，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)F元素的原子最外层电子排布式为nsnnpn＋1，则n＝________；原子中能量最高的是________电子。

解析

(1)A元素基态原子次外层有2个电子，故次外层为K层，A元素有2个

电子层，由题意可写出其电子排布图为：，则该元素核外有6个电子，为碳元素，其元素符号为C，另外氧原子同样也符合要求，其电子排布图为：。

(2)B－、C＋的电子层结构都与Ar相同，即核外都有18个电子，则B为17号元素Cl，C为19号元素K。

(3)D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即为26号元素铁。

(4)根据题意要求，首先写出电子排布式：

1s22s22p63s23p63d104s1，该元素为29号元素Cu。

(5)s能级只有1个原子轨道，故最多只能容纳2个电子，即n＝2，所以元素F的原子的最外层电子排布式为2s22p3，由此可知F是N元素；根据核外电子排布的能量最低原理，可知氮原子的核外电子中的2p能级能量最高。

答案

(1)C或O

(2)Cl

K (3)Fe

1s22s22p63s23p63d64s2或[Ar]3d64s2

(4)Cu

1s22s22p63s23p63d104s1或[Ar]3d104s1

(5)2

2p 【解题指导】

为了书写和学术交流的方便，采用国际统一的符号来表示各个元素。

它们有各自不同的侧重点：

(1)结构示意图：能直观地反映核内的质子数和核外的电子层数及各层上的电子数。

(2)核组成式：如16

8O，侧重于表示原子核的结构，它能告诉我们该原子核内的质子数和核外电子数以及质量数，但不能反映核外电子的排布情况。

(3)电子排布式：能直观地反映核外电子的能层、能级和各能级上的电子数，但不能表示原子核的情况，也不能表示各个电子的运动状态。

(4)电子排布图：能反映各轨道的能量的高低，各轨道上的电子分布情况及自旋方向。

(5)价电子排布式：如Fe原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2，价电子排布式为3d64s2。价电子排布式能反映基态原子的能层数和参与成键的电子数以及最外层电子数。

题组一

元素周期律的准确判断

1．下列四种元素的基态原子的电子排布式如下：

①1s22s22p63s23p4

②1s22s22p63s23p3

③1s22s22p3

④1s22s22p5

则下列有关的比较中正确的是(

) 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

解析

由电子排布式可知：①为S，②为P，③为N，④为F。第一电离能为④＞③＞②＞①，A正确；B不正确，原子半径应是②最大，④最小；C不正确，电负性：④最大，②最小；D不正确，F无正价，最高正价：①＞②＝③。

答案

A 2．A元素的阳离子与B元素的阴离子具有相同的电子层结构，有关两元素的下列叙述：①原子半径A＜B，②离子半径A＞B，③原子序数A＞B，④原子最外层电子数A＜B，⑤A的正价与B的负价绝对值一定相等，⑥A的电负性小于B的电负性，⑦A的第一电离能大于B的第一电离能。其中正确的是(

) A．①②⑦

C．③⑤

B．③④⑥

D．③④⑤⑥⑦

解析

A元素的阳离子与B元素的阴离子具有相同的电子层结构，则A在B的下一周期。①错误，因A原子半径大于同一主族的上一周期元素原子的半径，该原子的半径又大于同一周期的B原子的半径，所以原子半径A＞B；因原子序数A＞B，则离子半径A＜B，②错误；A的正价与B的负价绝对值不一定相等，⑤错误；A的第一电离能小于B的第一电离能，因为A为金属，B为非金属，⑦错误。

答案

B 题组二

元素的电离能与电负性及元素推断

3．(2017·沈阳调研)已知A、B、C、D、E都是元素周期表中前36号的元素，它们的原子序数依次增大。A原子基态时最外层电子数是其内层电子总数的2倍，B原子基态时s电子数与p电子数相等，C在元素周期表的各元素中电负性最大，D的基态原子核外有6个能级且全部充满电子，E原子基态时未成对电子数是同周期元素中最多的。

(1)基态E原子的价电子排布式为__________________，E在________区。

(2)A、B、C的电负性大小顺序(填元素符号，下同)________，第一电离能大小顺序为________。

(3)D的核外电子排布式为________，价电子排布图为________。

解析

由题意可知A为C，B为O，C为F，D为Ca，E为Cr。(1)铬原子的价电子排布式为3d54s1, 在d区。(2)根据同周期电负性和第一电离能的递变性可知答案。(3)价电子数为2，价电子排布图为答案

(1)3d54s1

d

(2)F＞O＞C

F＞O＞C

(3)1s22s22p63s23p64s2或[Ar]4s2

[真题演练] 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。

答案

3d104s24p2

2 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________。

答案

[Ar]3d84s2

2 3．[2015·江苏，21(A)(1)节选]Cr3＋基态核外电子排布式为

_________________________________________________________________。

答案

1s22s22p63p23p63d3或[Ar]3d3

4．[2015·福建理综，31(3)①]基态Ni原子的电子排布式为______________，该元素位于元素周期表中第________族。

答案

1s22s22p63s23p63d84s2或[Ar]3d84s2

Ⅷ

5．[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14C原子中，核外存在________对自旋相反的电子。

答案

电子云

2 6．[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。

答案

(1)三

ⅣA

(2)1s22s22p3

1 7．[2017·江苏化学]Fe3＋基态核外电子排布式为________。

答案

[Ar]3d5或1s22s22p63s23p63d5

8．[2014·新课标全国卷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________。

解析

基态Fe原子的核外电子排布式为[Ar]3d64s2，其中3d轨道有4个轨道未充满，含有4个未成对电子。Fe原子失去4s轨道的2个电子和3d轨道的1个电子形成Fe3＋，则其电子排布式为1s22s22p63s23p63d5或[Ar]3d5。检验Fe3＋时，Fe3＋与SCN－形成配合物而使溶液显红色。

答案

4

1s22s22p63s23p63d5或[Ar]3d5

红色

9．[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－1、INi＝1 753 kJ·mol－1，ICu＞INi的原因是________________________________________________________。

答案

金属

铜失去的是全充满的3d10电子，镍失去的是4s1电子

10．[2015·福建理综，31(1)]CH4和CO2所含的三种元素电负性从小到大的顺序为______________________________________________________________。

答案

H、C、O 11．[2014·新课标全国卷Ⅱ，37(1)改编]在N、O、S中第一电离能最大的是________。

答案

N 揭秘：考查视角主要有：①电子排布式、价层电子排布式、价层电子排布图。②基态原子电子云形状(主要考查球形和哑铃形)。③不同运动状态、能级、能层、轨道数等。④第一电离能、电负性大小比较。