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人教版2022届高中化学一轮复习 选修3 第1节 原子结构与性质 精品课件
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这是一份人教版2022届高中化学一轮复习 选修3 第1节 原子结构与性质 精品课件，共60页。PPT课件主要包含了必备知识自主预诊，关键能力考向突破，答案C等内容，欢迎下载使用。
知识梳理1.能层与能级(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(ns)
2.基态与激发态 原子光谱(1)原子的状态。①基态原子:处于最低能量状态的原子。②激发态原子:基态原子吸收能量后,它的电子会跃迁到较高能级,变为激发态原子。(2)原子光谱:不同元素原子的电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。在现代化学中,常利用原子光谱上的特征谱线来鉴定元素,称为光谱分析。
(3)基态、激发态及光谱的关系示意图。
3.构造原理与电子排布式(1)构造原理:以光谱学事实为基础,从氢开始,随核电荷数递增,新增电子填入能级的顺序称为构造原理。下图为构造原理示意图。
能级交错:随核电荷数递增,电子并不总是填满一个能层后再开始填入下一个能层的。如电子是按3p→4s→3d的顺序而不是按3p→3d→4s的顺序填充的,这种现象被称为能级交错。
(2)基态原子核外电子排布式。
1s22s22p63s23p4
(3)原子结构示意图。
(4)核外电子排布与元素性质的关系。①金属元素原子的最外层电子数一般小于4,较易失去电子形成阳离子,表现出还原性,在化合物中显正化合价。②非金属元素原子的最外层电子数一般大于或等于4,较易得到电子,活泼非金属原子易形成阴离子。在化合物中主要显负化合价。③稀有气体元素的原子最外层为8电子(氦为2电子)稳定结构,不易失去或得到电子,通常表现为0价。
4.电子云与原子轨道(1)由于核外电子的概率密度分布看起来像一片云雾,因而被形象地称作电子云。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。(2)原子轨道。量子力学把电子在原子核外的一个空间运动状态称为原子轨道。
5.泡利原理、洪特规则、能量最低原理(1)泡利原理。在一个原子轨道里,最多只能容纳2个电子,它们的自旋状态相反。
洪特规则特例:当能量相同的原子轨道在全充满(p6、d10、f14)、半充满(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或[Ar]3d54s1。
(3)能量最低原理。在构建基态原子时,电子将尽可能地占据能量最低的原子轨道,使整个原子的能量最低,这就是能量最低原理。【注意】①基态原子的核外电子排布遵循泡利原理、洪特规则和能量最低原理。②核外电子排布中的几个简单数量规律:
自我诊断1.判断正误,正确的打“√”,错误的打“×”。(1)两种粒子,若核外电子排布完全相同,则其化学性质一定相同。( )(2)凡单原子形成的离子,一定具有稀有气体元素原子的核外电子排布。( )(3)稀有气体元素原子的最外层都排有8个电子。( )(4)当M层是最外层时,最多可排布18个电子。( )(5)某原子最外层只有一个电子,它一定是金属元素。( )
(6)某原子M层上电子数可能为L层上电子数的4倍。( )(7)质子数和核外电子数分别相等的两种微粒可以是两种原子、两种分子、两种阳离子或两种阴离子。( )
(8)硫离子的结构示意图: 。( )
答案 (1)× (2)× (3)× (4)× (5)× (6)×(7)√ (8)×
2.判断正误,正确的打“√”,错误的打“×”。(1)原子核外的电子像云雾一样笼罩在原子核周围,故称电子云。( )(2)p能级能量一定比s能级的能量高。( )(3)基态钠原子的电子排布式为1s22s22p62d1。( )(4)基态磷原子的电子排布图为
( )(5)同一原子中,2p、3p、4p能级的轨道数依次增多。( )(6)Cr的电子排布式为1s22s22p63s23p63d44s2。( )(7)2p和3p轨道形状均为哑铃形,能量也相等。( )
答案 (1)× (2)× (3)× (4)× (5)× (6)× (7)×
考向1 电子排布式、电子排布图的书写【典例1】 按要求填空:(1)(2020江苏化学,21节选)基态铁原子的核外电子排布式为 。 (2)(2020全国2,35节选)基态钛原子的核外电子排布式为 。 (3)(2019全国2,35节选)Fe成为阳离子时首先失去 轨道电子,Sm的价层电子排布式为4f66s2,Sm3+的价层电子排布式为 。
(4)(2019江苏化学,21节选)Cu2+基态核外电子排布式为 。 (5)(2018全国1,35节选)Li是最轻的固体金属,采用Li作为负极材料的电池具有小而轻、能量密度大等优良性能,得到广泛应用。回答下列问题:①下列锂原子电子排布图表示的状态中,能量最低和最高的分别为 、 (填标号)。
②Li+与H-具有相同的电子构型,r(Li+)小于r(H-),原因是 。 (6)(2018全国2,35节选)基态铁原子价层电子的电子排布图(轨道表示式)为 ,基态硫原子电子占据最高能级的电子云轮廓图为 形。
答案 (1)[Ar]3d64s2或1s22s22p63s23p63d64s2(2)1s22s22p63s23p63d24s2或[Ar]3d24s2(3)4s 4f5 (4)[Ar]3d9或1s22s22p63s23p63d9(5)①D C ②Li+核电荷数较大
解析 (1)Fe为26号元素,价电子数为26-18=8,在4s轨道上填充2个电子,在3d轨道上填充6个电子,则基态铁原子的核外电子排布式为[Ar]3d64s2或1s22s22p63s23p63d64s2。(2)钛元素是22号元素,故其基态原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d24s2或[Ar]3d24s2。(3)Fe为26号元素,铁原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2,铁原子失去1个电子使4s轨道为半充满状态,能量较低,故首先失去4s轨道电子;Sm的价电子排布式为4f66s2,失去3个电子变成Sm3+成为稳定状态,要失去最外层6s上的2个电子和4f上的1个电子,所以Sm3+的价电子排布式为4f5。(4)Cu位于第四周期第ⅠB族,其价电子排布式为3d104s1,因此Cu2+基态核外电子排布式为[Ar]3d9或1s22s22p63s23p63d9。
(5)①根据电子排布图可知,对应的四种电子排布式分别是1s12s2、2s22p1、2s12p2、1s22s1,根据构造原理可知能级能量大小关系是:1s<2s<2p,则D状态能量最低、C状态能量最高。②由于Li+的核电荷数较大,原子核对核外电子的吸引力较大,因此Li+半径小于H-。(6)基态铁原子核外电子排布式为[Ar]3d64s2,则价层电子轨道表示式为 。基态硫原子的核外电子排布式为[Ne]3s23p4,电子占据的最高能级为3p能级,p能级电子云轮廓图为哑铃形。
易错警示 核外电子排布常见的错误(1)在书写基态原子的电子排布图(轨道表示式)时,常出现以下错误:
(2)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之前,如铁原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2,而失电子时,也是先失4s轨道上的电子,如Fe3+的电子排布式为1s22s22p63s23p63d5。(3)半充满、全充满状态的原子结构稳定。如Cr、Mn、Cu、Zn的价电子排布式分别为3d54s1、3d54s2、3d104s1、3d104s2。
对点演练1下列关于钠元素的几种表达式错误的是( )
A.Na+的电子排布图:B.Na+的结构示意图:C.基态Na原子的电子排布式:1s22s22p53s2D.基态Na原子的简化电子排布式:[Ne]3s1
考向2 根据基态原子核外电子排布推断元素
【典例2】 (2020广东北江中学模拟)(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 ;其价层电子的电子排布图为 。 (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离子的结构示意图为 。
(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 ,其原子的结构示意图为 。 (4)E元素基态原子的M层全充满,N层没有成对电子且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nsnn ,则n= ;原子中能量最高的是 电子,其基态原子核外电子的电子排布图为 。
归纳总结 熟记3种最外层电子的排布特征(1)最外层有3个未成对电子的为ns2np3。1~36号元素中分别为N、P、As。(2)最外层有2个未成对电子的可能是ns2np2、ns2np4。短周期元素中分别为C、Si和O、S。(3)最外层有一个未成对电子的可能是ns1、ns2np1、(n-1)d5ns1、(n-1)d10ns1、ns2np5。第四周期中的对应元素有K、Ga、Cr、Cu、Br。
对点演练2A、B、C三种短周期元素,它们的原子序数依次增大。A元素原子的核外p电子数比s电子数少1,B元素原子核外有4种能级,且全部充满电子;C元素的主族序数与周期序数的差为4。(1)A的基态原子中能量最高的电子,其电子云在空间有 个方向,原子轨道呈 形。 (2)某同学推断基态B原子的核外电子排布为 ,该同学所写的电子排布图违背了 。 (3)C位于第 族,属于 区,其价电子排布式为 。
答案 (1)3 哑铃 (2)泡利原理(3)ⅦA p 3s23p5
解析 根据提供的信息,可以推断A为N,B为Mg,C为Cl。(1)N的基态原子中能量最高的电子为2p能级上的电子,其电子云在空间有3个方向,原子轨道呈哑铃形。(2)该同学所写的电子排布图中3s能级上两个电子自旋状态相同,违背了泡利原理。(3)氯原子的价电子排布式为3s23p5,位于第三周期第ⅦA族,属于p区元素。
知识梳理1.原子结构与元素在周期表中的位置关系(1)原子结构与元素周期表的关系。
(2)每族元素的价电子排布特点。①主族:
②0族:He为1s2;其他为ns2np6。③过渡元素(镧系和锕系除外):(n-1)d1~10ns1~2。
(3)根据元素原子的价电子排布进行分区。①分区简图:
②各区元素分布与价电子排布特点及性质:
(4)根据元素金属性与非金属性分区。①分区简图:
②特别说明:处于金属与非金属分界处的元素既具有一定的金属性,又具有一定的非金属性,可以找到半导体材料。
微点拨 (1)①能层序数=电子层数=周期序数②主族序数=价电子数(2)对于主族元素原子,价电子层就是最外电子层;而对于过渡元素价电子层不仅仅是最外电子层,如Fe的价电子层排布式为3d64s2。
2.元素周期律(1)原子半径。
②变化规律。同周期主族元素从左到右,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。①第一电离能: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。符号:I1;单位:kJ·ml-1。②递变规律。a.同周期第一种元素的第一电离能最小,最后一种元素的第一电离能最大,总体呈现从左至右逐渐增大的变化趋势。b.同族元素从上至下,第一电离能逐渐减小。c.同种元素原子的逐级电离能越来越大(即I1
③变化规律。金属元素的电负性一般小于1.8,非金属元素的电负性一般大于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。在元素周期表中,同周期从左至右,主族元素的电负性逐渐增大;同主族从上至下,元素的电负性一般是逐渐减小。④两元素电负性差值大于1.7时,一般形成离子键,小于1.7时,一般形成共价键。
3.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。如右图所示。
微点拨 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判断电离能的大小。②第二、三、四周期的同周期主族元素,第ⅡA族(ns2np0)和第ⅤA族(ns2np3)因原子p轨道分别处于全空或半充满状态而比较稳定,所以其第一电离能分别大于同周期相邻的第ⅢA族和第ⅥA族元素,如第一电离能:Mg>Al,P>S。③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。④同周期主族元素从左到右,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。
自我诊断1.已知某主族元素的逐级电离能为I1=500 kJ·ml-1、I2=4 600 kJ·ml-1,I3=6 900 kJ·ml-1,I4=9 500 kJ·ml-1,可推知该元素可能在哪一族?最高化合价可能为多少?
提示 第ⅠA族,+1价。
2.判断正误,正确的打“√”,错误的打“×”。(1)第四周期元素中,锰原子价电子层中未成对电子数最多。( )(2)最外层有2个未成对电子的可能是ns2np2或ns2np4,短周期元素中分别为C、Si和O、S。( )(3)价电子排布式为4s24p3的元素位于第四周期第ⅤA族,是p区元素。( )(4)价电子排布式为5s25p1的元素位于第五周期第ⅠA族,是s区元素。( )(5)共价化合物中,成键元素电负性大的表现为负价。( )(6)元素电负性越大,非金属性越强,第一电离能也越大。( )(7)电负性大于1.8的一定为非金属,小于1.8的一定为金属。( )
答案 (1)× (2)√ (3)√ (4)× (5)√ (6)× (7)×
考向1 电离能的判断及其应用【典例1】 (1)(2020全国1,35节选)I1(Li)>I1(Na),原因是 。I1(Be)>I1(B)>I1(Li),原因是 。 (2)(2018全国3,35节选)锌在工业中有重要作用,也是人体必需的微量元素。回答下列问题:①锌原子核外电子排布式为 。 ②黄铜是人类最早使用的合金之一,主要由Zn和Cu组成。第一电离能I1(Zn) I1(Cu)(填“大于”或“小于”),原因是 。
(3)(2017全国2,35节选)我国科学家最近成功合成了世界上首个五氮阴离子盐(N5)6(H3O)3(NH4)4Cl(用R代表)。回答下列问题:
元素的基态气态原子得到一个电子形成气态负一价离子时所放出的能量称作第一电子亲和能(E1)。第二周期部分元素的E1变化趋势如图所示,其中除氮元素外,其他元素的E1自左而右依次增大的原因是 ;氮元素的E1呈现异常的原因是 。 (4)(2017全国3,35节选)元素Mn与O中,第一电离能较大的是 。
答案 (1)Na与Li同主族,Na的电子层数更多,原子半径大,易失电子 Li、Be、B同周期,核电荷数依次增加。Be为1s22s2全充满稳定结构,第一电离能最大。与Li相比,B的核电荷数大,原子半径小,较难失去电子,第一电离能较大。(2)①[Ar]3d104s2 ②大于 Zn的3d能级与4s能级为全充满稳定结构,较难失电子(3)从左到右原子半径减小,元素非金属性增强,得电子能力增强 氮原子的2p轨道为半充满状态(4)O
解析 (1)同主族元素从上至下,原子半径增大,第一电离能逐渐减小,所以I1(Li)>I1(Na);同周期元素从左至右,第一电离能呈现增大的趋势,但由于第ⅡA族元素基态原子最外层s能级处于全充满的状态,能量更低更稳定,所以其第一电离能大于同周期的第ⅢA族元素,因此I1(Be)>I1(B)>I1(Li)。(2)①Zn位于第四周期第ⅡB族,属于ds区,Zn的核外电子排布为[Ar]3d104s2。②根据洪特规则特例进行判断,锌失去一个电子的价电子层变化为3d104s2→3d104s1,铜失去一个电子的价电子层变化为3d104s1→3d104s0,锌由稳定的全充满结构变为较稳定的半充满结构,而铜为较稳定的4s1半充满结构变为较稳定的4s0全空结构,故Zn的第一电离能比Cu的第一电离能大。
(3)从题图可以看出:除N外,第二周期元素随核电荷数依次增大,E1逐渐增大,这是因为随原子半径逐渐减小,元素非金属性增强,得电子能力增强;氮原子的2p轨道处于半充满状态,不易再结合一个电子,故E1呈现异常。(4)O是非金属元素,而Mn是金属元素,O易得电子而不易失电子,所以O的第一电离能大于Mn的。
归纳总结 电离能的四大应用(1)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。I1、I2……表示各级电离能。如果某元素的In+1≫In,则该元素的常见化合价为+n价。如钠元素I2≫I1,所以钠元素的化合价为+1价。
(3)判断核外电子的分层排布情况。多电子原子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跃时,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、半充满或全充满状态时,第一电离能就会反常的大。
对点演练1(2021湖北天门质检)X、Y是同周期的两种主族元素,它们的逐级电离能(I)数据如下表所示:
下列有关说法正确的是 。 ①电负性:X
对点演练2(2020河北廊坊月考节选)为了纪念元素周期表诞生150周年,联合国将2019年定为“国际化学元素周期表年”。回答下列问题:(1)Ag与Cu在同一族,则Ag在周期表中 (填“s”“p”“d”或“ds”)区。 [Ag(NH3)2]+中Ag+空的5s轨道和5p轨道以sp杂化成键,则该配离子的立体构型是 。 (2)下表是Fe和Cu的部分电离能数据。请解释I2(Cu)大于I2(Fe)的主要原因: 。
答案 (1)ds 直线形(2)失去第二个电子时,Cu失去的是全充满的3d10电子,Fe失去的是4s1电子解析 (1)Ag位于第五周期第ⅠB族,价电子排布式为4d105s1,属于ds区;[Ag(NH3)2]+中Ag+空的5s轨道和5p轨道以sp杂化成键,所以其立体构型为直线形。(2)根据表中数据可知,I2(Cu)大于I2(Fe),主要原因是失去第二个电子时,Cu失去的是全充满的3d10电子,Fe失去的是4s1电子。
考向2 电负性及其应用【典例2】 已知A、B、C、D、E五种元素的原子序数依次增大,其中A原子所处的周期序数、族序数都与其原子序数相等;B原子核外电子有6种不同的运动状态,s轨道电子数是p轨道电子数的两倍;D原子L层上有2对成对电子;E+的核外有3层电子且M层3d轨道电子全充满。请回答:(1)E元素基态原子的电子排布式为 。 (2)B、C、D三种元素的第一电离能数值由小到大的顺序为 (填元素符号)。
(3)D元素与氟元素相比,电负性:D (填“>”“=”或“<”)F,下列表述中能证明这一事实的是 (填序号)。 A.常温下氟气的颜色比D单质的颜色深B.氟气与D的氢化物剧烈反应,产生D的单质C.氟与D形成的化合物中D元素呈正价态D.比较两元素的单质与氢气化合时得电子的数目
答案 (1)1s22s22p63s23p63d104s1 (2)C
易错警示 活泼金属与活泼非金属形成的化合物一般是离子化合物。但也不是绝对的,例如AlCl3是共价化合物。
归纳总结 电负性的三大应用
对点演练3下表为一些元素的电负性:
回答下列问题:(1)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,它们都具有两性,其中Be(OH)2显示这种性质的离子方程式是 。
(2)通过分析电负性变化规律,确定Mg元素电负性的最小范围: 。 (3)请归纳元素的电负性与金属性、非金属性的关系是 。 (4)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,并设计一个实验方案证明上述所得结论。
答案 (1)Be(OH)2+2H+==Be2++2H2O,Be(OH)2+2OH-==Be +2H2O(2)0.9~1.5 (3)元素的非金属性越强,电负性越大;元素的金属性越强,电负性越小(4)铝元素和氯元素的电负性差值为1.5,小于1.7,所以形成共价键,为共价化合物。将AlCl3加热到熔融态,进行导电性实验,如果不导电,说明是共价化合物
解析 (1)Be(OH)2的性质与Al(OH)3的性质相似,根据Al(OH)3既能和酸反应,又能与强碱溶液反应,可写出Be(OH)2分别与酸、碱反应的离子方程式。(2)根据同周期主族元素从左到右,电负性逐渐增大,可知Mg的电负性大于Na的电负性,根据同主族元素从上到下,电负性依次减小,可知Mg的电负性小于Be的电负性,则Mg的电负性最小范围是0.9~1.5。(3)元素的非金属性越强,电负性越大;元素的金属性越强,电负性越小。(4)Al和Cl的电负性差值为1.5<1.7,所以形成共价键,则AlCl3为共价化合物。将AlCl3加热到熔融态,进行导电性实验,如果不导电,说明是共价化合物。
对点演练4(1)B和N相比,电负性较大的是 。 (2)中国古代四大发明之一——黑火药,它的爆炸反应为2KNO3+3C+S==K2S+N2↑+3CO2↑,除S外,所列元素的电负性从大到小依次为 。 (3)A、B、C、D为原子序数依次增大的四种元素,A2-和B+具有相同的电子层结构;C、D为同周期元素,C原子核外电子总数是最外层电子数的3倍;D元素原子最外层有一个未成对电子。回答下列问题,四种元素中电负性最大的是 (填元素符号),其中C原子的核外电子排布式为 。
答案 (1)N (2)O、N、C、K(3)O 1s22s22p63s23p3(或[Ne]3s23p3)
解析 (1)N的非金属性比B强,故N的电负性大于B的电负性,在BN中B元素显正价。(2)Li、C、N、O同周期,从左到右非金属性增强,所以电负性从大到小为O、N、C、Li,Li、K同主族,从上到下金属性增强,所以电负性Li>K。(3)C原子核外电子总数是最外层电子数的3倍,则C为磷元素。A、B的原子序数小于C,且A2-和B+具有相同的电子层结构,则A为氧元素,B为钠元素。C、D为同周期元素,且D元素最外层有一个未成对电子,则D为氯元素。O、Na、P和Cl四种元素中,氧元素的电负性最大。磷原子核外有15个电子,其基态原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p3或[Ne]3s23p3。
考向3 “位、构、性”三者的关系与元素推断【典例3】 现有属于前四周期的A、B、C、D、E、F、G七种元素,原子序数依次增大。A元素的价电子排布式为nsnnpn+1;C元素为最活泼的非金属元素;D元素原子核外有三个电子层,最外层电子数是核外电子总数的 ;E元素正三价离子的3d轨道为半充满状态;F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;G元素与A元素位于同一主族,其某种氧化物有剧毒。
(1)A元素的第一电离能 (填“<”“>”或“=”)B元素的第一电离能,A、B、C三种元素的电负性由小到大的顺序为 (用元素符号表示)。 (2)D元素原子的价电子排布式是 。 (3)C元素基态原子的电子排布图为 ;E3+的离子符号为 。 (4)F元素位于元素周期表的 区,其基态原子的电子排布式为 。
(5)G元素可能的性质 。 A.其单质可作为半导体材料B.其电负性大于磷C.其原子半径大于锗D.其第一电离能小于硒(6)活泼性:D (填“>”或“<”,下同)Al,第一电离能I1(Mg) I1(Al),其原因是 。
答案 (1)> N > 镁原子的3p轨道处于全空状态,比较稳定,而铝原子的3p轨道只有一个电子,不稳定
解析 A元素的价电子排布为nsnnpn+1,则A是N元素;C元素为最活泼的非金属元素,则C是F(氟)元素,那么B是O元素;D元素原子核外有三个电子层,最外层电子数是核外电子总数的 ,则D是Mg元素;E元素正三价离子的3d轨道为半充满状态,则E是Fe元素;F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,则F是Cu元素;G元素与A元素位于同一主族,其某种氧化物有剧毒,则G是As元素。(1)由于N原子的最外层p轨道处于半充满的稳定状态,失去电子比O难,所以元素的第一电离能A>B;一般情况下同一周期的元素,原子序数越大,元素的电负性越大。所以A、B、C三种元素的电负性由小到大的顺序为N
对点演练5已知:A、B、C、D、E、F都是元素周期表中前四周期的元素,它们的原子序数依次增大。其中A、C原子的L层有2个未成对电子。D与E同主族,D的二价阳离子与C的阴离子具有相同的电子层结构。F3+的M层3d轨道电子为半充满状态。请根据以上信息,回答下列问题:(1)A、B、C三种元素的电负性由小到大的顺序为 (用元素符号表示)。
(2)D元素的原子核外共有 种不同运动状态的电子,有 种不同能级的电子。 (3)写出E的基态原子的电子排布式: 。
(4)F和X(质子数为25)两元素的部分电离能数据列于下表,比较两元素的I3可知,气态X2+再失去一个电子比气态F2+再失去一个电子难。对此,你的解释是 。
答案 (1)C
(1)这九种元素中,电负性最大的是 ,第一电离能最小的元素是 ,最不活泼的是 (均用元素符号填空)。 (2)这九种元素中,最外层电子排布式为4s1的元素为 (用元素符号填空)。
(3)c、d、e三种元素的原子半径由大到小的顺序是 ,第一电离能由大到小的顺序是 ,电负性由大到小的顺序是 (均用元素符号填空)。 (4)画出d元素基态原子的电子排布图: ,i元素基态原子的电子排布式为 。
答案 (1)F K Ne (2)K和Cu(3)Si>P>S P>S>Si S>P>Si(4)1s22s22p63s23p63d104s24p1或[Ar]3d104s24p1
解析 (1)题中所给的九种元素中,电负性最大的是F,第一电离能最小的是K,最不活泼的是Ne。(2)最外层电子排布式为4s1的元素为K和Cu。(3)c、d、e三种元素分别为Si、P、S,原子半径:Si>P>S,第一电离能:P>S>Si,电负性:S>P>Si。(4)d元素基态原子的电子排布图为 ,i元素为Ga,电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p1或[Ar]3d104s24p1。
归纳总结 正确表述元素周期律
知识梳理1.能层与能级(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(ns)
2.基态与激发态 原子光谱(1)原子的状态。①基态原子:处于最低能量状态的原子。②激发态原子:基态原子吸收能量后,它的电子会跃迁到较高能级,变为激发态原子。(2)原子光谱:不同元素原子的电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。在现代化学中,常利用原子光谱上的特征谱线来鉴定元素,称为光谱分析。
(3)基态、激发态及光谱的关系示意图。
3.构造原理与电子排布式(1)构造原理:以光谱学事实为基础,从氢开始,随核电荷数递增,新增电子填入能级的顺序称为构造原理。下图为构造原理示意图。
能级交错:随核电荷数递增,电子并不总是填满一个能层后再开始填入下一个能层的。如电子是按3p→4s→3d的顺序而不是按3p→3d→4s的顺序填充的,这种现象被称为能级交错。
(2)基态原子核外电子排布式。
1s22s22p63s23p4
(3)原子结构示意图。
(4)核外电子排布与元素性质的关系。①金属元素原子的最外层电子数一般小于4,较易失去电子形成阳离子,表现出还原性,在化合物中显正化合价。②非金属元素原子的最外层电子数一般大于或等于4,较易得到电子,活泼非金属原子易形成阴离子。在化合物中主要显负化合价。③稀有气体元素的原子最外层为8电子(氦为2电子)稳定结构,不易失去或得到电子,通常表现为0价。
4.电子云与原子轨道(1)由于核外电子的概率密度分布看起来像一片云雾,因而被形象地称作电子云。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。(2)原子轨道。量子力学把电子在原子核外的一个空间运动状态称为原子轨道。
5.泡利原理、洪特规则、能量最低原理(1)泡利原理。在一个原子轨道里,最多只能容纳2个电子,它们的自旋状态相反。
洪特规则特例:当能量相同的原子轨道在全充满(p6、d10、f14)、半充满(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或[Ar]3d54s1。
(3)能量最低原理。在构建基态原子时,电子将尽可能地占据能量最低的原子轨道,使整个原子的能量最低,这就是能量最低原理。【注意】①基态原子的核外电子排布遵循泡利原理、洪特规则和能量最低原理。②核外电子排布中的几个简单数量规律:
自我诊断1.判断正误,正确的打“√”,错误的打“×”。(1)两种粒子,若核外电子排布完全相同,则其化学性质一定相同。( )(2)凡单原子形成的离子,一定具有稀有气体元素原子的核外电子排布。( )(3)稀有气体元素原子的最外层都排有8个电子。( )(4)当M层是最外层时,最多可排布18个电子。( )(5)某原子最外层只有一个电子,它一定是金属元素。( )
(6)某原子M层上电子数可能为L层上电子数的4倍。( )(7)质子数和核外电子数分别相等的两种微粒可以是两种原子、两种分子、两种阳离子或两种阴离子。( )
(8)硫离子的结构示意图: 。( )
答案 (1)× (2)× (3)× (4)× (5)× (6)×(7)√ (8)×
2.判断正误,正确的打“√”,错误的打“×”。(1)原子核外的电子像云雾一样笼罩在原子核周围,故称电子云。( )(2)p能级能量一定比s能级的能量高。( )(3)基态钠原子的电子排布式为1s22s22p62d1。( )(4)基态磷原子的电子排布图为
( )(5)同一原子中,2p、3p、4p能级的轨道数依次增多。( )(6)Cr的电子排布式为1s22s22p63s23p63d44s2。( )(7)2p和3p轨道形状均为哑铃形,能量也相等。( )
答案 (1)× (2)× (3)× (4)× (5)× (6)× (7)×
考向1 电子排布式、电子排布图的书写【典例1】 按要求填空:(1)(2020江苏化学,21节选)基态铁原子的核外电子排布式为 。 (2)(2020全国2,35节选)基态钛原子的核外电子排布式为 。 (3)(2019全国2,35节选)Fe成为阳离子时首先失去 轨道电子,Sm的价层电子排布式为4f66s2,Sm3+的价层电子排布式为 。
(4)(2019江苏化学,21节选)Cu2+基态核外电子排布式为 。 (5)(2018全国1,35节选)Li是最轻的固体金属,采用Li作为负极材料的电池具有小而轻、能量密度大等优良性能,得到广泛应用。回答下列问题:①下列锂原子电子排布图表示的状态中,能量最低和最高的分别为 、 (填标号)。
②Li+与H-具有相同的电子构型,r(Li+)小于r(H-),原因是 。 (6)(2018全国2,35节选)基态铁原子价层电子的电子排布图(轨道表示式)为 ,基态硫原子电子占据最高能级的电子云轮廓图为 形。
答案 (1)[Ar]3d64s2或1s22s22p63s23p63d64s2(2)1s22s22p63s23p63d24s2或[Ar]3d24s2(3)4s 4f5 (4)[Ar]3d9或1s22s22p63s23p63d9(5)①D C ②Li+核电荷数较大
解析 (1)Fe为26号元素,价电子数为26-18=8,在4s轨道上填充2个电子,在3d轨道上填充6个电子,则基态铁原子的核外电子排布式为[Ar]3d64s2或1s22s22p63s23p63d64s2。(2)钛元素是22号元素,故其基态原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d24s2或[Ar]3d24s2。(3)Fe为26号元素,铁原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2,铁原子失去1个电子使4s轨道为半充满状态,能量较低,故首先失去4s轨道电子;Sm的价电子排布式为4f66s2,失去3个电子变成Sm3+成为稳定状态,要失去最外层6s上的2个电子和4f上的1个电子,所以Sm3+的价电子排布式为4f5。(4)Cu位于第四周期第ⅠB族,其价电子排布式为3d104s1,因此Cu2+基态核外电子排布式为[Ar]3d9或1s22s22p63s23p63d9。
(5)①根据电子排布图可知,对应的四种电子排布式分别是1s12s2、2s22p1、2s12p2、1s22s1,根据构造原理可知能级能量大小关系是:1s<2s<2p,则D状态能量最低、C状态能量最高。②由于Li+的核电荷数较大,原子核对核外电子的吸引力较大,因此Li+半径小于H-。(6)基态铁原子核外电子排布式为[Ar]3d64s2,则价层电子轨道表示式为 。基态硫原子的核外电子排布式为[Ne]3s23p4,电子占据的最高能级为3p能级,p能级电子云轮廓图为哑铃形。
易错警示 核外电子排布常见的错误(1)在书写基态原子的电子排布图(轨道表示式)时,常出现以下错误:
(2)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之前,如铁原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2,而失电子时,也是先失4s轨道上的电子,如Fe3+的电子排布式为1s22s22p63s23p63d5。(3)半充满、全充满状态的原子结构稳定。如Cr、Mn、Cu、Zn的价电子排布式分别为3d54s1、3d54s2、3d104s1、3d104s2。
对点演练1下列关于钠元素的几种表达式错误的是( )
A.Na+的电子排布图:B.Na+的结构示意图:C.基态Na原子的电子排布式:1s22s22p53s2D.基态Na原子的简化电子排布式:[Ne]3s1
考向2 根据基态原子核外电子排布推断元素
【典例2】 (2020广东北江中学模拟)(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 ;其价层电子的电子排布图为 。 (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离子的结构示意图为 。
(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 ,其原子的结构示意图为 。 (4)E元素基态原子的M层全充满,N层没有成对电子且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nsnn ,则n= ;原子中能量最高的是 电子,其基态原子核外电子的电子排布图为 。
归纳总结 熟记3种最外层电子的排布特征(1)最外层有3个未成对电子的为ns2np3。1~36号元素中分别为N、P、As。(2)最外层有2个未成对电子的可能是ns2np2、ns2np4。短周期元素中分别为C、Si和O、S。(3)最外层有一个未成对电子的可能是ns1、ns2np1、(n-1)d5ns1、(n-1)d10ns1、ns2np5。第四周期中的对应元素有K、Ga、Cr、Cu、Br。
对点演练2A、B、C三种短周期元素,它们的原子序数依次增大。A元素原子的核外p电子数比s电子数少1,B元素原子核外有4种能级,且全部充满电子;C元素的主族序数与周期序数的差为4。(1)A的基态原子中能量最高的电子,其电子云在空间有 个方向,原子轨道呈 形。 (2)某同学推断基态B原子的核外电子排布为 ,该同学所写的电子排布图违背了 。 (3)C位于第 族,属于 区,其价电子排布式为 。
答案 (1)3 哑铃 (2)泡利原理(3)ⅦA p 3s23p5
解析 根据提供的信息,可以推断A为N,B为Mg,C为Cl。(1)N的基态原子中能量最高的电子为2p能级上的电子,其电子云在空间有3个方向,原子轨道呈哑铃形。(2)该同学所写的电子排布图中3s能级上两个电子自旋状态相同,违背了泡利原理。(3)氯原子的价电子排布式为3s23p5,位于第三周期第ⅦA族,属于p区元素。
知识梳理1.原子结构与元素在周期表中的位置关系(1)原子结构与元素周期表的关系。
(2)每族元素的价电子排布特点。①主族:
②0族:He为1s2;其他为ns2np6。③过渡元素(镧系和锕系除外):(n-1)d1~10ns1~2。
(3)根据元素原子的价电子排布进行分区。①分区简图:
②各区元素分布与价电子排布特点及性质:
(4)根据元素金属性与非金属性分区。①分区简图:
②特别说明:处于金属与非金属分界处的元素既具有一定的金属性,又具有一定的非金属性,可以找到半导体材料。
微点拨 (1)①能层序数=电子层数=周期序数②主族序数=价电子数(2)对于主族元素原子,价电子层就是最外电子层;而对于过渡元素价电子层不仅仅是最外电子层,如Fe的价电子层排布式为3d64s2。
2.元素周期律(1)原子半径。
②变化规律。同周期主族元素从左到右,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。①第一电离能: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。符号:I1;单位:kJ·ml-1。②递变规律。a.同周期第一种元素的第一电离能最小,最后一种元素的第一电离能最大,总体呈现从左至右逐渐增大的变化趋势。b.同族元素从上至下,第一电离能逐渐减小。c.同种元素原子的逐级电离能越来越大(即I1
③变化规律。金属元素的电负性一般小于1.8,非金属元素的电负性一般大于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。在元素周期表中,同周期从左至右,主族元素的电负性逐渐增大;同主族从上至下,元素的电负性一般是逐渐减小。④两元素电负性差值大于1.7时,一般形成离子键,小于1.7时,一般形成共价键。
3.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。如右图所示。
微点拨 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判断电离能的大小。②第二、三、四周期的同周期主族元素,第ⅡA族(ns2np0)和第ⅤA族(ns2np3)因原子p轨道分别处于全空或半充满状态而比较稳定,所以其第一电离能分别大于同周期相邻的第ⅢA族和第ⅥA族元素,如第一电离能:Mg>Al,P>S。③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。④同周期主族元素从左到右,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。
自我诊断1.已知某主族元素的逐级电离能为I1=500 kJ·ml-1、I2=4 600 kJ·ml-1,I3=6 900 kJ·ml-1,I4=9 500 kJ·ml-1,可推知该元素可能在哪一族?最高化合价可能为多少?
提示 第ⅠA族,+1价。
2.判断正误,正确的打“√”,错误的打“×”。(1)第四周期元素中,锰原子价电子层中未成对电子数最多。( )(2)最外层有2个未成对电子的可能是ns2np2或ns2np4,短周期元素中分别为C、Si和O、S。( )(3)价电子排布式为4s24p3的元素位于第四周期第ⅤA族,是p区元素。( )(4)价电子排布式为5s25p1的元素位于第五周期第ⅠA族,是s区元素。( )(5)共价化合物中,成键元素电负性大的表现为负价。( )(6)元素电负性越大,非金属性越强,第一电离能也越大。( )(7)电负性大于1.8的一定为非金属,小于1.8的一定为金属。( )
答案 (1)× (2)√ (3)√ (4)× (5)√ (6)× (7)×
考向1 电离能的判断及其应用【典例1】 (1)(2020全国1,35节选)I1(Li)>I1(Na),原因是 。I1(Be)>I1(B)>I1(Li),原因是 。 (2)(2018全国3,35节选)锌在工业中有重要作用,也是人体必需的微量元素。回答下列问题:①锌原子核外电子排布式为 。 ②黄铜是人类最早使用的合金之一,主要由Zn和Cu组成。第一电离能I1(Zn) I1(Cu)(填“大于”或“小于”),原因是 。
(3)(2017全国2,35节选)我国科学家最近成功合成了世界上首个五氮阴离子盐(N5)6(H3O)3(NH4)4Cl(用R代表)。回答下列问题:
元素的基态气态原子得到一个电子形成气态负一价离子时所放出的能量称作第一电子亲和能(E1)。第二周期部分元素的E1变化趋势如图所示,其中除氮元素外,其他元素的E1自左而右依次增大的原因是 ;氮元素的E1呈现异常的原因是 。 (4)(2017全国3,35节选)元素Mn与O中,第一电离能较大的是 。
答案 (1)Na与Li同主族,Na的电子层数更多,原子半径大,易失电子 Li、Be、B同周期,核电荷数依次增加。Be为1s22s2全充满稳定结构,第一电离能最大。与Li相比,B的核电荷数大,原子半径小,较难失去电子,第一电离能较大。(2)①[Ar]3d104s2 ②大于 Zn的3d能级与4s能级为全充满稳定结构,较难失电子(3)从左到右原子半径减小,元素非金属性增强,得电子能力增强 氮原子的2p轨道为半充满状态(4)O
解析 (1)同主族元素从上至下,原子半径增大,第一电离能逐渐减小,所以I1(Li)>I1(Na);同周期元素从左至右,第一电离能呈现增大的趋势,但由于第ⅡA族元素基态原子最外层s能级处于全充满的状态,能量更低更稳定,所以其第一电离能大于同周期的第ⅢA族元素,因此I1(Be)>I1(B)>I1(Li)。(2)①Zn位于第四周期第ⅡB族,属于ds区,Zn的核外电子排布为[Ar]3d104s2。②根据洪特规则特例进行判断,锌失去一个电子的价电子层变化为3d104s2→3d104s1,铜失去一个电子的价电子层变化为3d104s1→3d104s0,锌由稳定的全充满结构变为较稳定的半充满结构,而铜为较稳定的4s1半充满结构变为较稳定的4s0全空结构,故Zn的第一电离能比Cu的第一电离能大。
(3)从题图可以看出:除N外,第二周期元素随核电荷数依次增大,E1逐渐增大,这是因为随原子半径逐渐减小,元素非金属性增强,得电子能力增强;氮原子的2p轨道处于半充满状态,不易再结合一个电子,故E1呈现异常。(4)O是非金属元素,而Mn是金属元素,O易得电子而不易失电子,所以O的第一电离能大于Mn的。
归纳总结 电离能的四大应用(1)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。I1、I2……表示各级电离能。如果某元素的In+1≫In,则该元素的常见化合价为+n价。如钠元素I2≫I1,所以钠元素的化合价为+1价。
(3)判断核外电子的分层排布情况。多电子原子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跃时,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、半充满或全充满状态时,第一电离能就会反常的大。
对点演练1(2021湖北天门质检)X、Y是同周期的两种主族元素,它们的逐级电离能(I)数据如下表所示:
下列有关说法正确的是 。 ①电负性:X
对点演练2(2020河北廊坊月考节选)为了纪念元素周期表诞生150周年,联合国将2019年定为“国际化学元素周期表年”。回答下列问题:(1)Ag与Cu在同一族,则Ag在周期表中 (填“s”“p”“d”或“ds”)区。 [Ag(NH3)2]+中Ag+空的5s轨道和5p轨道以sp杂化成键,则该配离子的立体构型是 。 (2)下表是Fe和Cu的部分电离能数据。请解释I2(Cu)大于I2(Fe)的主要原因: 。
答案 (1)ds 直线形(2)失去第二个电子时,Cu失去的是全充满的3d10电子,Fe失去的是4s1电子解析 (1)Ag位于第五周期第ⅠB族,价电子排布式为4d105s1,属于ds区;[Ag(NH3)2]+中Ag+空的5s轨道和5p轨道以sp杂化成键,所以其立体构型为直线形。(2)根据表中数据可知,I2(Cu)大于I2(Fe),主要原因是失去第二个电子时,Cu失去的是全充满的3d10电子,Fe失去的是4s1电子。
考向2 电负性及其应用【典例2】 已知A、B、C、D、E五种元素的原子序数依次增大,其中A原子所处的周期序数、族序数都与其原子序数相等;B原子核外电子有6种不同的运动状态,s轨道电子数是p轨道电子数的两倍;D原子L层上有2对成对电子;E+的核外有3层电子且M层3d轨道电子全充满。请回答:(1)E元素基态原子的电子排布式为 。 (2)B、C、D三种元素的第一电离能数值由小到大的顺序为 (填元素符号)。
(3)D元素与氟元素相比,电负性:D (填“>”“=”或“<”)F,下列表述中能证明这一事实的是 (填序号)。 A.常温下氟气的颜色比D单质的颜色深B.氟气与D的氢化物剧烈反应,产生D的单质C.氟与D形成的化合物中D元素呈正价态D.比较两元素的单质与氢气化合时得电子的数目
答案 (1)1s22s22p63s23p63d104s1 (2)C
易错警示 活泼金属与活泼非金属形成的化合物一般是离子化合物。但也不是绝对的,例如AlCl3是共价化合物。
归纳总结 电负性的三大应用
对点演练3下表为一些元素的电负性:
回答下列问题:(1)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,它们都具有两性,其中Be(OH)2显示这种性质的离子方程式是 。
(2)通过分析电负性变化规律,确定Mg元素电负性的最小范围: 。 (3)请归纳元素的电负性与金属性、非金属性的关系是 。 (4)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,并设计一个实验方案证明上述所得结论。
答案 (1)Be(OH)2+2H+==Be2++2H2O,Be(OH)2+2OH-==Be +2H2O(2)0.9~1.5 (3)元素的非金属性越强,电负性越大;元素的金属性越强,电负性越小(4)铝元素和氯元素的电负性差值为1.5,小于1.7,所以形成共价键,为共价化合物。将AlCl3加热到熔融态,进行导电性实验,如果不导电,说明是共价化合物
解析 (1)Be(OH)2的性质与Al(OH)3的性质相似,根据Al(OH)3既能和酸反应,又能与强碱溶液反应,可写出Be(OH)2分别与酸、碱反应的离子方程式。(2)根据同周期主族元素从左到右,电负性逐渐增大,可知Mg的电负性大于Na的电负性,根据同主族元素从上到下,电负性依次减小,可知Mg的电负性小于Be的电负性,则Mg的电负性最小范围是0.9~1.5。(3)元素的非金属性越强,电负性越大;元素的金属性越强,电负性越小。(4)Al和Cl的电负性差值为1.5<1.7,所以形成共价键,则AlCl3为共价化合物。将AlCl3加热到熔融态,进行导电性实验,如果不导电,说明是共价化合物。
对点演练4(1)B和N相比,电负性较大的是 。 (2)中国古代四大发明之一——黑火药,它的爆炸反应为2KNO3+3C+S==K2S+N2↑+3CO2↑,除S外,所列元素的电负性从大到小依次为 。 (3)A、B、C、D为原子序数依次增大的四种元素,A2-和B+具有相同的电子层结构;C、D为同周期元素,C原子核外电子总数是最外层电子数的3倍;D元素原子最外层有一个未成对电子。回答下列问题,四种元素中电负性最大的是 (填元素符号),其中C原子的核外电子排布式为 。
答案 (1)N (2)O、N、C、K(3)O 1s22s22p63s23p3(或[Ne]3s23p3)
解析 (1)N的非金属性比B强,故N的电负性大于B的电负性,在BN中B元素显正价。(2)Li、C、N、O同周期,从左到右非金属性增强,所以电负性从大到小为O、N、C、Li,Li、K同主族,从上到下金属性增强,所以电负性Li>K。(3)C原子核外电子总数是最外层电子数的3倍,则C为磷元素。A、B的原子序数小于C,且A2-和B+具有相同的电子层结构,则A为氧元素,B为钠元素。C、D为同周期元素,且D元素最外层有一个未成对电子,则D为氯元素。O、Na、P和Cl四种元素中,氧元素的电负性最大。磷原子核外有15个电子,其基态原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p3或[Ne]3s23p3。
考向3 “位、构、性”三者的关系与元素推断【典例3】 现有属于前四周期的A、B、C、D、E、F、G七种元素,原子序数依次增大。A元素的价电子排布式为nsnnpn+1;C元素为最活泼的非金属元素;D元素原子核外有三个电子层,最外层电子数是核外电子总数的 ;E元素正三价离子的3d轨道为半充满状态;F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;G元素与A元素位于同一主族,其某种氧化物有剧毒。
(1)A元素的第一电离能 (填“<”“>”或“=”)B元素的第一电离能,A、B、C三种元素的电负性由小到大的顺序为 (用元素符号表示)。 (2)D元素原子的价电子排布式是 。 (3)C元素基态原子的电子排布图为 ;E3+的离子符号为 。 (4)F元素位于元素周期表的 区,其基态原子的电子排布式为 。
(5)G元素可能的性质 。 A.其单质可作为半导体材料B.其电负性大于磷C.其原子半径大于锗D.其第一电离能小于硒(6)活泼性:D (填“>”或“<”,下同)Al,第一电离能I1(Mg) I1(Al),其原因是 。
答案 (1)> N
解析 A元素的价电子排布为nsnnpn+1,则A是N元素;C元素为最活泼的非金属元素,则C是F(氟)元素,那么B是O元素;D元素原子核外有三个电子层,最外层电子数是核外电子总数的 ,则D是Mg元素;E元素正三价离子的3d轨道为半充满状态,则E是Fe元素;F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,则F是Cu元素;G元素与A元素位于同一主族,其某种氧化物有剧毒,则G是As元素。(1)由于N原子的最外层p轨道处于半充满的稳定状态,失去电子比O难,所以元素的第一电离能A>B;一般情况下同一周期的元素,原子序数越大,元素的电负性越大。所以A、B、C三种元素的电负性由小到大的顺序为N
对点演练5已知:A、B、C、D、E、F都是元素周期表中前四周期的元素,它们的原子序数依次增大。其中A、C原子的L层有2个未成对电子。D与E同主族,D的二价阳离子与C的阴离子具有相同的电子层结构。F3+的M层3d轨道电子为半充满状态。请根据以上信息,回答下列问题:(1)A、B、C三种元素的电负性由小到大的顺序为 (用元素符号表示)。
(2)D元素的原子核外共有 种不同运动状态的电子,有 种不同能级的电子。 (3)写出E的基态原子的电子排布式: 。
(4)F和X(质子数为25)两元素的部分电离能数据列于下表,比较两元素的I3可知,气态X2+再失去一个电子比气态F2+再失去一个电子难。对此,你的解释是 。
答案 (1)C
(1)这九种元素中,电负性最大的是 ,第一电离能最小的元素是 ,最不活泼的是 (均用元素符号填空)。 (2)这九种元素中,最外层电子排布式为4s1的元素为 (用元素符号填空)。
(3)c、d、e三种元素的原子半径由大到小的顺序是 ,第一电离能由大到小的顺序是 ,电负性由大到小的顺序是 (均用元素符号填空)。 (4)画出d元素基态原子的电子排布图: ,i元素基态原子的电子排布式为 。
答案 (1)F K Ne (2)K和Cu(3)Si>P>S P>S>Si S>P>Si(4)1s22s22p63s23p63d104s24p1或[Ar]3d104s24p1
解析 (1)题中所给的九种元素中,电负性最大的是F,第一电离能最小的是K,最不活泼的是Ne。(2)最外层电子排布式为4s1的元素为K和Cu。(3)c、d、e三种元素分别为Si、P、S,原子半径:Si>P>S,第一电离能:P>S>Si,电负性:S>P>Si。(4)d元素基态原子的电子排布图为 ,i元素为Ga,电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p1或[Ar]3d104s24p1。
归纳总结 正确表述元素周期律
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