归纳与整理优秀教学设计

《原子结构与性质》

[考纲要求]

1.了解原子核外电子的排布原理及能级分布，能用电子排布式表示常见元素(1～36号)原子核外电

子、价电子的排布。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。

1

能层、能级与原子轨道

(1)概念

①能层：原子核外电子是分层排布的，根据电子的能量差异，可将核外电子分成不同的能层(n)；各能层最多可容纳的电子数为2n。

②能级：在多电子原子中，同一能层的电子，能量也可能不同，可将不同能量的电子分成不同的能级；同一能层里，能级的能量按s、p、d、f的顺序升高，即2

E(ns)

③原子轨道：表示电子在原子核外的一个空间运动状态。电子云轮廓图给出了电子在核外经常出现的区域，这种电子云轮廓图也就是轨道的形象化描述。

能层、能级和最多容纳电子数之间的关系

能层(n) 序数

一

二

符号

K L 符号

1s 2s 2p 3s 三

M 3p 3d 4s 4p 四

N 4d 4f …

n …

…

…

…

能级

原子轨道数

1 1 3 1 3 5 1 3 5 7 …

…

最多容纳电子数

各能级

2 2 6 2 6 10 2 6 10 14 …

…

…

2n

2各能层

2 8 18 32 (2)原子轨道的能量关系

(3)原子核外电子排布的构造原理

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。它是书写基态、原子核外电子排布式的依据。

核外电子的能量并不是完全按能层序数的增加而升高，不同能层的能级之间的能量高低有交错现象，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 基态原子的核外电子排布

(1)排布规律

①能量最低原理

原子核外电子优先占有能量较低的轨道，然后依次进入能量较高的轨道，这样使整个原子处于能量最低的状态。

所有电子排布规则都需满足能量最低原理。

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，不能表示为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单独占据一个轨道，且自旋状态相同。如2p的电子排布为3，不能表示为或610。

14357000当能量相同的原子轨道在全充满(p、d、f)、半充满(p、d、f)或全空(p、d、f)状态时，体系的能量最低，这一点违反了洪特规则，可看成洪特规则的特例。如22626515124Cr 的电子排布式：1s2s2p3s3p3d4s(3d、4s均为半充满稳定状态)；29Cu的电子排布式：1s2s2p3s3p3d4s(3d为全充满稳定状态，4s为半充满稳定状态)。(2)表示方法

表示方法

电子排布式

简化电子排布式

电子排布图(或轨道表示式)

价电子排布式

3s3p

2422626101101ziyuanku.com以硫原子为例

1s2s2p3s3p

[Ne]3s3p

2422624 (1)当出现d轨道时，虽然电子按ns、(n－1)d、np的顺序填充，但在书写电子排布式时，仍把(n－1)d放在ns前，如Fe：1s2s2p3s3p3d4s正确，Fe：2262662

1s2s2p3s3p4s3d错误。

(2)由于能级交错，3d轨道的能量比4s轨道的能量高，排电子时先排4s轨道再排3d轨道，而失电子时，却先失4s轨道上的电子。

(3)书写轨道表示式时，空轨道不能省略。如C的轨道表示式为2262626，而不是

(4)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)。例如：Mn：[Ar]3d4s，Br：[Ar]3d4s4p。

3 电子的跃迁与原子光谱

(1)基态原子：处于最低能量的原子叫基态原子；

(2)激发态原子：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。

(3)电子的跃迁

①基态→激发态

当基态原子的电子吸收能量后，会从低能级跃迁到较高能级，变成激发态原子。

②激发态→基态

激发态原子的电子从较高能级跃迁到低能级时会释放出能量。

(4)原子光谱

不同元素的原子发生跃迁时会吸收或释放不同的光，可以用光谱仪摄取各种元素原子的吸收光谱或发射光谱，总称原子光谱。利用原子光谱的特征谱线可以鉴定元素，称为光谱分析。

4 原子结构与元素性质

(1)原子结构与周期表的关系

电子层数

2 3 4 5 6 每周期第一种元素

原子序数

3 11 19 37 55 基态原子的电子排布式

[He]2s

[Ne]3s

[Ar]4s

[Kr]5s

[Xe]6s

11111521025每周期最后一种元素

原子序数

10 18 36 54 86 122周期

基态原子的电子排布式

1s2s2p

1s2s2p3s3p

1s2s2p3s3p3d4s4p

1s2s2p3s3p3d4s4p4d5s5p

1s2s2p3s3p3d4s4p4d4f5s5p5d6s6p

61026226261026101422626102610262626102622626226二

三

四

五

六

①每周期第一种元素的最外层电子的排布式为ns。每周期结尾元素的最外层电子排布

式除He为1s外，其余为nsnp。氦原子核外只有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)元素周期表的分区与原子的价电子排布的关系

分区

s区

p区

d区

ds区

f区

5 第一电离能

(1)含义

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作第一电离能。常用符号I1表示，单位为kJ·mol。

(2)电离能的递变规律

①同一元素：I1

②同周期元素，自左至右，元素的第一电离能在总体上呈现逐渐增大的趋势，表明元素原子越来越难失去电子。

③同主族元素，自上而下，元素的第一电离能逐渐减小，表明元素原子越来越易失去电子。

④元素第一电离能变化的反常情况：第ⅡA族和第ⅤA族元素的第一电离能分别比同周期相邻元素的第一电离能都高。

(1)金属活动性顺序与元素相应的电离能大小顺序不完全一致，故不能根据金属活动性顺序表来判断电离能的大小。

(2)第一电离能的变化与元素原子的核外电子排布有关。通常情况下，当原子核外电子排布在能量相等的轨道上形成全空(p、d、f)、半充满(p、d、f)或全充满(p、d、f)的状态时，原子的能量较低，该元素具有较大的第一电离能。

(3)通常第ⅡA族元素的第一电离能大于第ⅢA族元素的，第ⅤA族元素的第一电离能大于第ⅥA族元素的，如I1(Mg)>I1(Al)、I1(P)>I1(S)。这是由于第ⅡA族、第ⅤA族元素原子的价电子排布分别为ns、nsnp，是较稳定的全充满、半充满状态，因而失去电子所需的能量较高。

6 电负性

(1)含义

22300035761014－1226元素分布

第ⅠA族、第ⅡA族

第ⅢA族～第ⅦA族、0族

第ⅢB族～第ⅦB族、第Ⅷ族

第ⅠB族、第ⅡB族

镧系、锕系

价电子排布

nsnsnp(n－1)d21～61～2

(除He外) 1～21～9ns(除钯外) 1～2(n－1)dns(n－2)f 0～1410

0～2(n－1)dns

2

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

以氟的电负性为4.0和锂的电负性为1.0作为标准，得出了各元素的电负性。

(3)规律

同一周期，从左至右，电负性逐渐增大，同一主族，从上至下，电负性逐渐减小。

(1)不能将电负性1.8作为划分金属和非金属的绝对标准。

(2)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)同周期元素，从左到右，非金属性越来越强，电负性越来越大，第一电离能总体呈增大趋势。

习题练习：

(1)p能级能量一定比s能级的能量高。(

) (2)铁元素基态原子的电子排布式为1s2s2p3s3p4s3d。(

) (3)磷元素基态原子的电子排布图为

2262626 (

) (4)同一原子中，2p、3p、4p能级的轨道数依次增多。(

) (5)价电子排布为4s4p的元素位于第四周期第ⅤA族，是p区元素。(

) (6)价电子排布为5s5p的元素位于第五周期第ⅠA族，是s区元素。(

) (7)电负性差值大于1.7时，一般形成离子键，小于1.7时，一般形成共价键。(

) (8)根据元素周期律，氮与氧、镁与铝相比，都是后者的第一电离能大。(

) (9)同一周期第一电离能越大，电负性越强。(

) 答案

(1)×

(2)×

(3)×

(4)×

(5)√

(6)×

(7)√

(8)×

(9)×

2．下列关于元素第一电离能的说法不正确的是(

) A．钾元素的第一电离能小于钠元素的第一电离能，故钾的活泼性强于钠

B．因同周期元素的原子半径从左到右逐渐减小，故第一电离能必依次增大

C．最外层电子排布式为nsnp(当只有K层时为1s)的原子，第一电离能较大

D．对于同一元素而言，原子的电离能I1

答案

B 解析

第一电离能越小，表明该元素原子越易失去电子，活泼性越强，A项正确；同周期元素的原子半径从左到右逐渐减小，第一电离能一般来说依次增大，但有反常，如第一电离能：N>O、Mg>Al，B项错；C项所述元素为0族元素，性质稳定，第一电离能都较大。

2622123

[考法综述] 高考对本考点的考法主要围绕微观粒子的几种表现形式(如掌握利用构造原理书写核外电子排布式)以及电离能、电负性的大小比较和应用。

命题法1 原子核外电子排布表示方法

典例1

(1)基态镓(Ga)原子的电子排布式：________。

(2)Fe的电子排布式为________。

(3)基态Mn的核外电子排布式为________。

(4)Ni的价层电子排布图为________。

[解析]

(1)镓(Ga)的原子序数为31，电子分布的能级为1s、2s、2p、3s、3p、3d、4s、4p。

(2)Fe的原子序数为26，Fe的电子分布的能级为1s、2s、2p、3s、3p、3d。

(3)Mn是25号元素，其电子排布式为[Ar]3d4s，失去最外层2个电子，即得Mn的电子排布式为[Ar]3d。

5522＋3＋2＋2＋3＋(4)Ni的价电子排布图为[答案]

(1)1s2s2p3s3p3d4s4p

(2)1s2s2p3s3p3d(或[Ar]3d) (3)1s2s2p3s3p3d(或[Ar]3d) 226265522626552262610212＋

(4)

【解题法】

核外(价)电子排布的表示方法

表示方法

含义

举例

原子或离子结构示意图

表示核外电子分层排布和核内质子数

··电子式

核外电子排布式

表示原子最外层电子数

表示每个能级上排布的电子数

226····2Cl

·

424S：1s2s2p3s3p或[Ne]3s3p S：1s2s2p3s3p

2－22626

电子排布图(轨道表示式) 表示每个原子轨道中电子的运动状态

价层电子排布式或排布图

表示价层电子的排布

命题法2 电离能、电负性的大小比较

典例2

(1)N、O、S中第一电离能最大的是________(填元素符号)。

(2)镁所在周期中第一电离能最大的主族元素是________。

(3)第一电离能：Si________S(用“>”或“<”填空)。

(4)F、K、Fe、Ni四种元素中电负性最大的是________(填元素符号)。

(5)Ni是元素周期表中第28号元素，第二周期基态原子中未成对电子数与Ni相同且电负性最小的元素是________。

[解析]

第一电离能一般规律：同周期从左到右呈递增趋势，同主族从上至下递减，当原子轨道呈全满、半满、全空状态时稳定，第一电离能反常的大。第三周期元素的第一电离能的大小顺序为Cl>P>S>Si>Mg>Al>Na，则第一电离能最大的是Cl。

(4)同周期，从左到右，元素的电负性逐渐增大，同主族，从上到下，元素的电负性逐渐减小，由此可知，四种元素中电负性最大的是F元素。

(5)Ni的外围电子排布为3d4s3d能级上有2个未成对电子。第二周期中未成对电子数为2的元素有C、O，其中C的电负性小于O。

[答案]

(1)N (2)Cl (3)< (4)F (5)C 【解题法】

电离能、电负性的变化规律及应用

(1)变化规律

82,

①同周期从左到右逐渐增大电负性的变化趋势②同主族从上到下逐渐减小

①同周期从左到右呈增大趋势电离能的变化趋势②同主族从上到下逐渐减小

(2)电离能的应用资源库 ziyuanku.com①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

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地大。

(3)电负性的应用

金属元素的电负性一般小于1.8，金属元素的电负性越小，判断金属性与非金属性强弱

金属元素越活泼

非金属元素的电负性一般大于1.8，非金属元素的电负性越大，非金属元素越活泼

Ziyuanku.com判断元素在化合物中的价态WWW.ziyuanku.com 判断化学

键类型

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(

) 电负性差值大的元素原子之间形成的化学键主要是离子键

电负性差值小的元素原子之间形成的化学键主要是共价键

电负性小的元素易呈现正价

电负性大的元素易呈现负价

答案

A 解析

同主族元素从上到下电负性减小，A项正确；F没有最高正价，Cl、Br的最高正价为7，B项错误；沸点：HF>HCl

2．X、Y、Z、W是短周期元素，X元素原子的最外层未达到8电子稳定结构，工业上通

过分离液态空气获得其单质；Y元素原子最外电子层上s、p电子数相等；Z元素＋2价阳离子的核外电子排布与氖原子相同；W元素原子的M层有1个未成对的p电子。下列有关这些元素性质的说法一定正确的是(

)A．X元素的氢化物的水溶液显碱性

B．Z元素的离子半径大于W元素的离子半径

C．Z元素的单质在一定条件下能与X元素的单质反应

D．Y元素最高价氧化物的晶体具有很高的熔点和沸点

答案

C 解析

X为N或O；Y的最外层电子排布式为nsnp为C或Si；Z为Mg；W的最外层电子排布式为3s3p或3s3p，为Al或Cl；如果X是O，由H2O2、H2O可知A选项错误；Mg3＋－21252＋22WWW.ziyuanku.comZiyuanku.com的半径大于Al的半径小于Cl的半径，B选项错误；Mg与O2、N2均能发生反应，C选项正确；由CO2可知D选项错误。

3．下列各组表述中，两个原子不属于同种元素原子的是(

) A．3p能级有一个空轨道的基态原子和核外电子的排布式为1s2s2p3s3p的原子

B．2p能级无空轨道且有一个未成对电子的基态原子和原子的最外层电子排布式为2s2p的原子

C．M层全充满而N层为4s的原子和核外电子排布式为1s2s2p3s3p4s的原子252226262Ziyuanku.com2262225D．最外层电子数是核外电子总数1/5的原子和最外层电子排布式为4s4p的原子

答案

C 解析

A项，3p能级有一个空轨道的基态原子，按洪特规则可得其3p轨道上只能有两个电子，所以两个原子是同种元素的原子；B项，2p能级无空轨道且有一个未成对电子的基态原子，它的2p能级上只能是5个电子，所以两原子是同种元素的原子；C项，M层全充满而N层为4s的原子，其M层应为18个电子，而后者的M层上只有8个电子，所以两原子不是同种元素的原子；D项，最外层电子数是核外电子总数的1/5的原子中，最外层电子数要小于或等于8个电子，且电子总数为5的倍数，所以可得该原子可能是原子序数为5、10、15、20、25、30、35、40，其中满足最外层电子数是核外电子总数的1/5且符合核外电子排布规则的只能是35号元素，该元素原子的外围电子排布式为4s4p，所以两原子是同种元素的原子。

4．下列各组原子中，彼此化学性质一定相似的是(

) A．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轨道上只有2个电子的X原子与3p轨道上只有2个电子的Y原子

D．最外层都只有一个电子的X、Y原子

答案

C 222252

解析

本题考查的是核外电子排布的知识。A中1s结构的原子为He,1s2s结构的原子为Be，两者性质不相似；B项X原子为Mg，Y原子N层上有2个电子的有多种元素，如第四周期中Ca、Fe等都符合，化学性质不一定相似；C项为同主族的元素，化学性质一定相似；D项最外层只有1个电子的不仅ⅠA族元素是，过渡元素中也有很多最外层只有1个电子，故性质不一定相似。

5．C、N、O、Al、Si、Cu是常见的六种元素。

(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。

(3)用“>”或“<”填空：

原子半径

Al____Si 电负性

N____O 223222熔点

金刚石____晶体硅

沸点

CH4____SiH4

答案

(1)三

ⅣA

(2)1s2s2p

1 (3)> < > < 解析

(1)Si元素位于元素周期表第三周期第ⅣA族。

(2)氮基态原子电子排布式为1s2s2p；Cu原子核外电子数为29，基态原子核外电子排布式为1s2s2p3s3p3d4s，最外层有1个电子。

(3)同一周期元素的原子半径随着原子序数的增大而减小，所以原子半径：Al>Si；对于非金属而言，非金属性越强电负性越大，所以电负性：O>N；金刚石与晶体硅均属于原子晶体，由于C原子半径小于Si，C—C键的键长小于Si—Si键的键长，键长越短，键能越大，熔点越高，故熔点：金刚石>晶体硅；CH4与SiH4属于结构相似的分子，范德华力随着相对分子质量的增大而增大，范德华力越大，沸点越高，所以沸点：CH4

6．(1)基态Fe原子有________个未成对电子，Fe的电子排布式为________。可用硫氰化钾检验Fe，形成的配合物的颜色为________。

(2)周期表前四周期的元素a、b、c、d、e，原子序数依次增大。a的核外电子总数与其周期数相同，b的价电子层中的未成对电子有3个，c的最外层电子数为其内层电子数的3倍，d与c同族；e的最外层只有1个电子，但次外层有18个电子。b、c、d中第一电离能最大的是________(填元素符号)，e的价层电子轨道示意图为________。

(3)X、Y、Z、R为前四周期元素，且原子序数依次增大。XY2是红棕色气体；X与氢元素可形成XH3；Z基态原子的M层与K层电子数相等；R离子的3d轨道中有9个电子。

请回答下列问题：

Y基态原子的电子排布式是________；Z所在周期中第一电离能最大的主族元素是________。

(4)基态硼原子的电子排布式为________。

312＋3＋3＋22626101223Ga基态原子的核外电子排布式是________。

Cu基态核外电子排布式为________。

答案

(1)4 1s2s2p3s3p3d

血红色

226265＋(2)N (3)1s2s2p

Cl (4)1s2s2p

1s2s2p3s3p3d4s4p

1s2s2p3s3p3d

解析

(1)基态铁原子的3d能级轨道示意图为

↑↓

3＋2262610221226261021224

↑

↑

2↑

26↑

265，有4个未成对电子，Fe的电子排布式为1s2s2p3s3p3d，Fe(SCN)3溶液呈血红色。

(2)由题意推出a、b、c、d、e依次是H、N、O、S、Cu。第一电离能同周期从左向右呈逐渐增大趋势，由于N的2p轨道处于半满，较稳定，所以第一电离能N>O。同主族从上到下，第一电离能逐渐减小，故O>S。Cu的价层电子轨道示意图为

(3)根据题给信息，可以推断X为N，Y为O，Z为Mg，R为Cu。O原子核外有8个电子，基态原子的核外电子排布式为1s2s2p。Mg位于第三周期，第三周期中第一电离能最大的主族元素为Cl。

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