2022届高考化学二轮专题复习学案练习专题十二 考点一　原子结构与性质

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考点一 原子结构与性质
(一)基态原子的核外电子排布
1．排布规律
(1)能量最低原理：基态原子核外电子优先占据能量最低的原子轨道，如Ge：1s22s22p63s23p63d104s24p2。
(2)泡利原理：每个原子轨道上最多只能容纳2个自旋状态相反的电子。
(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。
2．表示方法
3.特殊原子的核外电子排布式
(1)Cr的核外电子排布：
先按能量从低到高排列：1s22s22p63s23p64s23d4，因3d5为半充满状态，比较稳定，故需要将4s轨道的一个电子调整到3d轨道，得到1s22s22p63s23p64s13d5，再将同一能层的排到一起，得到该原子的电子排布式：1s22s22p63s23p63d54s1。
(2)Cu的核外电子排布：
先按能量从低到高排列：1s22s22p63s23p64s23d9，因3d10为全充满状态，比较稳定，故需要将4s轨道的一个电子调整到3d轨道，得到1s22s22p63s23p64s13d10，再将同一能层的排到一起，得该原子的电子排布式：1s22s22p63s23p63d104s1。
易错提醒 (1)在写基态原子的电子排布式时，常出现以下错误：
①3d、4s书写顺序混乱
如eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(Fe：1s22s22p63s23p64s23d6×,Fe：1s22s22p63s23p63d64s2√))
②违背洪特规则特例
如eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(Cr：1s22s22p63s23p63d44s2×,Cr：1s22s22p63s23p63d54s1√))
eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(Cu：1s22s22p63s23p63d94s2×,Cu：1s22s22p63s23p63d104s1√))
(2)在写基态原子的电子排布图时，常出现以下错误：
①(违反能量最低原理)
②(违反泡利原理)
③(违反洪特规则)
④(违反洪特规则)
(3)注意元素电子排布式、简化电子排布式、元素价电子排布式的区别与联系。如Fe的电子排布式：1s22s22p63s23p63d64s2；简化电子排布式：[Ar]3d64s2；价电子排布式：3d64s2。
4．原子核外电子排布的周期性
随着原子序数的增加，主族元素原子的外围电子排布呈现周期性的变化：每隔一定数目的元素，主族元素原子的外围电子排布重复出现从ns1到ns2np6的周期性变化(第一周期除外)。
(二)元素的第一电离能和电负性的递变性及应用
1．元素的电离能
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叫做第一电离能。常用符号I1表示，单位为kJ·ml－1。
(1)元素第一电离能的周期性变化
随着原子序数的递增，元素的第一电离能呈周期性变化：
同周期元素从左到右，第一电离能有逐渐增大的趋势，稀有气体的第一电离能最大，碱金属的第一电离能最小。
同主族元素从上到下，第一电离能逐渐减小。
说明 同周期元素，从左到右第一电离能呈增大趋势。同能级的轨道为全充满、半充满时元素第一电离能较相邻元素要大，即第ⅡA族、第ⅤA族元素的第一电离能分别大于同周期相邻元素。例如，Be、N、Mg、P。
(2)元素电离能的应用
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，则越弱。
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价，如钠元素I2≫I1，所以钠元素的化合价为＋1价。
2．元素的电负性
(1)元素电负性的周期性变化
元素的电负性：不同元素的原子对键合电子吸引力的大小。
随着原子序数的递增，元素的电负性呈周期性变化：同周期元素从左到右，主族元素电负性逐渐增大；同一主族元素从上到下，元素电负性逐渐减小。
(2)元素电负性的应用
角度一 基态原子的核外电子排布
1．[2020·天津，13(1)]Fe、C、Ni在周期表中的位置为________________，基态Fe原子的电子排布式为______________。
答案 第四周期Ⅷ族 1s22s22p63s23p63d64s2(或[Ar]3d64s2)
解析 Fe、C、Ni三种元素在周期表中位于第四周期Ⅷ族；Fe的原子序数为26，根据核外电子排布规律可知，基态Fe原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2或[Ar]3d64s2。
2．[2019·全国卷Ⅰ，35(1)]下列状态的镁中，电离最外层一个电子所需能量最大的是________(填标号)。
答案 A
解析 由题给信息知，A项和D项代表Mg＋，B项和C项代表Mg。A项，Mg＋再失去一个电子较难，即第二电离能大于第一电离能，所以电离最外层一个电子所需能量A大于B；3p能级的能量高于3s,3p能级上电子较3s上易失去，故电离最外层一个电子所需能量：A>C、A>D，选A。
3．[2019·全国卷Ⅱ，35(2)(3)](2)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＋价层电子排布式为________。
(3)比较离子半径：F－________O2－(填“大于”“等于”或“小于”)。
答案 (2)4s 4f5 (3)小于
解析 (2)Fe的价层电子排布式为3d64s2，其阳离子Fe2＋、Fe3＋的价层电子排布式分别是3d6、3d5，二者均首先失去4s轨道上的电子；Sm失去3个电子成为Sm3＋时，首先失去6s轨道上的电子，然后再失去1个4f轨道上的电子，故Sm3＋的价层电子排布式为4f5。(3)F－与O2－核外电子层结构相同，核电荷数越大，原子核对核外电子的吸引力越大，离子半径越小，故离子半径：F－4．[2018·全国卷Ⅰ，35(1)(2)](1)下列Li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)。
(2)Li＋与H－具有相同的电子构型，r(Li＋)小于r(H－)，原因是_______________________。
答案 (1)D C (2)Li＋核电荷数较大
5．[2018·全国卷Ⅱ，35(1)]基态Fe原子价层电子的电子排布图(轨道表达式)为_______，基态S原子电子占据最高能级的电子云轮廓图为________形。
答案 (或) 哑铃(纺锤)
“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。
(2)同能级的轨道半充满、全充满或全空状态的原子结构稳定。
如np3、np6
Cr：3d54s1 Mn：3d54s2 Cu：3d104s1 Zn：3d104s2
(3)31Ga、33As等基态原子核外电子排布(简写)常出现以下错误：
31Ga [Ar]4s24p1应为[Ar]3d104s24p1
33As [Ar]4s24p3应为[Ar]3d104s24p3
角度二 元素的电离能和电负性
6．[2020·全国卷Ⅰ，35(1)(2)]Gdenugh等人因在锂离子电池及钴酸锂、磷酸铁锂等正极材料研究方面的卓越贡献而获得2019年诺贝尔化学奖。回答下列问题：
(1)基态Fe2＋与Fe3＋离子中未成对的电子数之比为________。
(2)Li及其周期表中相邻元素的第一电离能(I1)如表所示。I1(Li)>I1(Na)，原因是___________。I1(Be)>I1(B)>I1(Li)，原因是____________________________。
答案 (1)4∶5 (2)Na与Li同主族，Na的电子层数更多，原子半径更大，更易失电子，故第一电离能更小 Li、Be和B为同周期元素，同周期元素从左至右，第一电离能呈现增大的趋势；但由于基态Be原子的s能级轨道处于全充满状态，能量更低更稳定，故其第一电离能大于B的
解析 (1)基态Fe2＋的价电子排布式为3d6，未成对电子数为4，基态Fe3＋的价电子排布式为3d5，未成对电子数为5，所以两者之比为4∶5。
(2)Li和Na在同一主族，价电子数相同，Li在Na的上一周期，原子半径：Li小于Na，Li的原子核对核外电子的有效吸引作用大于Na的，所以第一电离能：I1(Li)＞I1(Na)。Be的电子排布式为1s22s2，是全充满稳定结构，故第一电离能大于B、Li；Li、B在同一周期，元素原子核外电子层数相同，但随核电荷数增大，原子半径减小，原子核对核外电子的有效吸引作用依次增强，故第一电离能I1(B)＞I1(Li)。
7．[2020·全国卷Ⅱ，35(3)]钙钛矿(CaTiO3)型化合物是一类可用于生产太阳能电池、传感器、固体电阻器等的功能材料，回答下列问题：
CaTiO3的晶胞如图所示，其组成元素的电负性大小顺序是________________；金属离子与氧离子间的作用力为________________，Ca2＋的配位数是________。
答案 O＞Ti＞Ca 离子键 12
解析 三种元素中O的电负性最大，Ca的电负性最小，因此三种元素电负性的大小顺序为O＞Ti＞Ca。氧离子与金属离子之间形成的是离子键。由图可知，每个Ca2＋周围与之等距离的O2－的个数为12，即配位数为12。
8．[2017·江苏，21(A)－(3)]C、H、O三种元素的电负性由小到大的顺序为__________。
答案 H9．[2017·全国卷Ⅱ，35(2)]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_____________________________________________。
答案 同周期元素随核电荷数依次增大，原子半径逐渐变小，故结合一个电子释放出的能量依次增大 N的2p能级处于半充满状态，具有稳定性，故不易结合一个电子
10．[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________。
答案 O>Ge>Zn
11．[2016·全国卷Ⅱ，37(3)]元素铜与镍的第二电离能分别为ICu＝1 959 kJ·ml－1，INi＝1 753 kJ·ml－1，ICu>INi的原因是__________________________________________。
答案 铜失去的是全充满的3d10电子，而镍失去的是4s1电子
1．按要求书写：
(1)Sc的价电子排布式为_______________________________________________。
答案 3d14s2
(2)V的价电子排布图为______________________________________________。
答案
(3)基态铜原子的核外电子排布式(简写)为
________________________________________________________________________。
答案 [Ar]3d104s1
(4)基态Ga原子的核外电子排布式(简写)为
________________________________________________________________________。
答案 [Ar]3d104s24p1
(5)第四周期核外电子排布未成对电子数和周期数相同的基态原子的核外电子排布式(简写)为________________________________________________________________________。
答案 [Ar]3d64s2
2．按要求回答问题：
(1)半夹心结构催化剂M能催化乙烯、丙烯、苯乙烯的聚合，其结构如下图所示。
组成M的元素中，电负性最大的是__________(填名称)。
答案 氧
(2)钛元素基态原子未成对电子数为______，能量最高的电子占据的能级符号为________。
答案 2 3d
(3)①已知Al的第一电离能为578 kJ·ml－1、第二电离能为1 817 kJ·ml－1、第三电离能为2 745 kJ·ml－1、第四电离能为11 575 kJ·ml－1。请解释其第二电离能增幅较大的原因
________________________________________________________________________。
②第二电离能I(Cu)________(填“＞”或“＜”)I(Zn)。
③基态铜原子核外电子占有的空间运动状态有____种。
答案 ①Al原子失去一个电子后，其3s上有2个电子，为全充满状态，较稳定 ②＞ ③29
(4)①科学家可以通过________法发现太阳存在大量的铁元素，写出基态Fe原子的价电子排布图：____________________。
②SCN－常用来检测Fe3＋的存在，三种元素电负性由大到小的顺序为________________。
答案 ①原子光谱
②N>S>C表示方法
举例
电子排布式
Cr：1s22s22p63s23p63d54s1
简化电子排布式
Cu：[Ar]3d104s1
价电子排布式
Fe：3d64s2
电子排布图(或轨道表示式)
I1/(kJ·ml－1)
Li
520
Be
900
B
801
Na
496
Mg
738
Al
578