第61讲 原子结构与性质（原卷版） 高考化学【一轮 夯实基础】复习精讲精练

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【复习目标】
1．能结合能量最低原理、泡利原理、洪特规则书写1～36 号元素基态原子的核外电子排布式和轨道表示式。
2．掌握元素电离能、电负性。
3．能从原子价电子数目和价电子排布的角度解释元素周期表的分区、周期和族的划分。
【知识精讲】
考点一 原子核外电子排布
1．能层与能级的关系
(1)能层：
原子核外电子是分层排布的，根据电子的能量不同，可将核外电子分成不同的能层。能层用n表示。n值越大，能量越高。
(2)能级：
①在多电子原子中，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。
②能级用相应能层的序数和字母s、p、d、f组合在一起来表示，如n能层的能级按能量由低到高的顺序排列为ns、np、nd、nf等。
③能层序数等于该能层所包含的能级数，如第三能层有3s、3p、3d能级。
④s、p、d、f能级可容纳的电子数为1、3、5、7的二倍。
(3)能层、能级与其容纳的最多电子数之间的关系
2．原子状态与原子光谱
(1)原子状态
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，电子跃迁到较高能级，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，利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．基态原子的核外电子排布
(1)排布规律
①每个电子层最多能容纳2n2个电子(n代表电子层数)。
②最外层电子数最多不超过8个。
③次外层电子数最多不超过18个，倒数第三层不超过32个。
(2)遵循原则
(3)填充顺序——构造原理
随着原子核电荷数的递增，原子核每增加一个质子，原子核外便增加一个电子，这个电子大多是按如图所示的能级顺序填充的，填满一个能级再填一个新能级。
【规律总结】“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、泡利不相容原理，若违背其一，则原子能量不处于最低状态。
在写基态原子的轨道表示式时，常出现以下错误：
(2)半充满、全充满状态的原子结构稳定，即ns2、np3、np6等是相对稳定结构状态。如
Cr：[Ar]3d54s1、Mn：[Ar]3d54s2、Cu：[Ar]3d104s1、Zn：[Ar]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。
(4)表示方法
【规律总结】电子排布式的书写方法
1．原子的电子排布式
(1)简单原子：按照构造原理将电子依次填充到能量逐渐升高的能级中。如14Si：1s22s22p6 3s23p2。
(2)复杂原子：先按构造原理从低到高排列，然后将同能层的能级移到一起。如26Fe：先排列为1s22s22p63s23p64s23d6，然后将同一能层的能级排到一起，即该原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2。
2．离子的电子排布式
(1)判断该原子变成离子时会得到或失去多少个电子。
(2)原子失去电子时，总是从能量高的能级失去电子，即失去电子的顺序是由外向里。一般来说，主族元素只失去它们的最外层电子，而副族和第Ⅷ族元素可能还会进一步向里失去内层电子。
(3)原子得到电子而形成阴离子，则得到的电子填充在最外一个能层的某一个能级上。
3．简化电子排布式
如K：1s22s22p63s23p64s1，其简化电子排布式可表示为[Ar]4s1，其中[Ar]代表Ar的核外电子排布式，即1s22s22p63s23p6。
4．价层电子排布式
如K：1s22s22p63s23p64s1，其价层电子排布式可表示为4s1。
4．电子云和原子轨道
(1)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。小黑点越密，表示概率密度越大。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。
(2)原子轨道——电子云轮廓图：量子力学把电子在原子核外的一个空间运动状态称为一个原子轨道。
(3)轨道能量
①同能层的不同能级能量sZ
C．工业上常用电解熔融物ZY制取Z单质
D．Z为镁元素
10．（2022·湖北·襄阳五中模拟预测）(式量为M)是生物医药、太阳能电池等领域的理想荧光材料，其晶胞结构如图所示，阿伏加德罗常数为。已知：原子中运动的电子有两种相反的自旋状态，一种自旋状态用表示，与之相反的表示，称为电子的自旋磁量子数。下列说法错误的是
A．的价层电子排布式为
B．基态S原子电子自旋磁量子数的代数和为1
C．若A点的分数坐标为，则B点的分数坐标为
D．晶体的密度为
11．（2019·新疆兵团第二师华山中学一模）四种元素的基态原子的电子排布式如下：① 1s22s22p63s23p4；②1s22s22p63s23p3；③1s22s22p3；④1s22s22p5，则下列有关比较中正确的是
A．原子半径：④>③>②>①B．第一电离能：④>③>②>①
C．电负性：④>③>②>①D．最高正化合价：④>③=②>①
12．（2022·江苏·南京市第十三中学模拟预测）银锌电池以为正极、Zn为负极，KOH溶液作电解质，放电反应为：，下列说法不正确的是
A．基态的价电子排布式：B．为含有极性键的非极性分子
C．的电子式：D．放电时，电子由Zn流向
13．（2022·湖北·天门市教育科学研究院模拟预测）20世纪30年代，科学家查德威克用α粒子(即氦核)轰击某金属原子X发现了中子，该核反应还可得到了Y，核反应方程式为+ X →Y +n，其中X、Y的L能层上的电子数之比为1：2。下列叙述错误
A．X原子核内中子数与质子数相等
B．X的氢氧化物与Al(OH)3的性质相似
C．Y有多种不同的含氧酸
D．电负性： X＜Y
14．（2020·山东省青岛第五十八中学模拟预测）同周期有下列电子排布式的原子中，第一电离能最小的是
A．ns2np3B．ns2np4
C．ns2np5D．ns2np6
15．（2022·江苏省木渎高级中学模拟预测）短周期主族元素X、Y、Z、W原子序数依次增大，其中只有Y、Z处于同一周期且相邻，Z是地壳中含量最多的元素，W是短周期中金属性最强的元素。下列说法正确的是
A．原子半径：
B．气态氢化物的稳定性：Y>Z
C．第一电离能：Y＜Z
D．X、Y、Z三种元素可以组成共价化合物和离子化合物
16．（2022·山东青岛·模拟预测）抗氧化剂香豆酰缬氨酸乙酯(Z)可由图中反应制得。
+
下列关于化合物X、Y、Z说法不正确的是
A．化合物X中所有原子一定共平面
B．化合物Y中所含元素的电负性：O＞N＞C＞H
C．化合物Z中的含氧官能团有：酯基、酰胺基、羟基
D．化合物Z的分子式为C16H21O4N
第II卷（非选择题）
17．（2022·四川绵阳·一模）碳元素是形成化合物最多的元素，碳及其化合物构成了丰富多彩的物质世界。回答下列问题：
(1)基态碳原子的电子占据的最高能级电子云形状为_______，与碳元素同主族的第四周期元素基态原子外围电子排布式为_______。
(2)是常见的含碳化合物，其构成元素电负性从大到小的顺序为_______，该分子中具有孤对电子的原子是_______。
(3)碳酸盐是构成岩石、土壤等的主要成分，其阴离子的立体构型为_______。已知碳酸镁的热分解温度(402℃)比碳酸钙(900℃)低，试解释原因_______。
(4)在碳酸氢盐中，存在阴离子的多聚链状结构(其结构单元如图)，连接结构单元的主要作用力是氢键，请在下图中前后各链接一个结构单元：该结构中，碳原子杂化方式为_______。
(5)一种碳化钨的晶体结构如图，若晶胞的高为bpm，阿伏加德罗常数值为，晶体的密度为，则晶胞底面六边形的边长为_______pm(列出计算式)。
18．（2022·广西南宁·模拟预测）软包电池(水系)具有优异的稳定性，良好的容量保持率，且成本较低，大规模储能的应用前景广泛。
回答下列问题：
(1)基态原子核外电子排布式为_______；原子中运动的电子有两种相反的自旋状态，若一种自旋状态用表示，则与之相反的用表示，称为电子的自旋磁量子数。对于基态原子，其核外电子自旋磁量子数的代数和为_______。
(2)是锰的一种配合物。配体与中心原子形成配位键时，提供孤对电子的原子是_______(填元素符号)，其能量最高的电子所在的能级符号为_______，配合物中心原子的配位数是_______。
(3)软包电池的关键组件结构如图所示。
①其中S原子的杂化轨道类型为_______。
②中存在的作用力为_______(填标号)。
A．金属键 B．键 C．键 D．氢键
③中第二周期非金属元素的第一电离能由大到小的顺序为_______，原因是_______。
(4)掺杂的氮化钛晶胞结构如图所示。距离最近的有_______个，已知阿伏加德罗常数的值为，若晶体的密度为，该晶胞的边长为_______cm(列出算式)。
19．（2022·陕西·武功县教育局教育教学研究室一模）中国科学家在国际上首次实现了CO2到淀粉的合成，不依赖植物光合作用，原料只需CO2、H2和电，相关成果发表在《科学》上。回答下列问题：
(1)CO2的空间结构为_______。
(2)淀粉遇碘变蓝。单质碘易溶于KI溶液，原因是_______(用离子方程式表示)。
(3)淀粉在一定条件下可水解成葡萄糖()，葡萄糖分子中键角∠H1C1O1_______∠C1C2O2 (填“＞”、“＜”或“=”)。
(4)(CH3NH3)PbI3的晶胞结构如图所示，其中B代表Pb2+。
①Pb位于第六周期第IVA族，其基态原子的价电子排布图为_______，基态I原子核外电子占据最高能级的电子云轮廓图为_______。
②(CH3NH3)PbI3中涉及的短周期元素的电负性由大到小的顺序为_______(用元素符号表示)。
③有机阳离子可通过CH3NH2制备，CH3NH2中C和N的杂化类型分别是_______、_______。
④_______(填“A”或“C”)代表I-，原子分数坐标A为(0，0，0)，B为，则C的原子分数坐标为_______。NA为阿伏加德罗常数的值，则(CH3NH3)PbI3晶体的密度为_______ g∙cm-3。
20．（2022·广东佛山·模拟预测）乙二胺四乙酸(EDTA)及其盐类能与多种金属离子发生络合反应，具有广泛用途。EDTA的分子结构如图所示。
(1)EDTA所含元素电负性有小到大的顺序为_______。
(2)EDTA分子中碳原子采取的杂化类型为_______。基态氧原子核外电子有_______种运动状态。
(3)EDTA可以与形成盐，分子的VSEPR模型为_______。氨熔沸点低，铵盐熔沸点高，原因是_______。
(4)EDTA及其盐可与形成稳定络合物，用于测定水的硬度，这一性质与EDTA分子中_______原子能够提供孤电子对有关。
21．（2022·河南·焦作市第一中学模拟预测）BP晶体超硬、耐磨，是耐高温飞行器的红外增透的理想材料，其合成途径之一为。
请回答下列问题：
(1)基态溴原子的核外电子排布式为_______；基态磷原子中自旋方向相反的电子数目相差_______个。
(2)①的熔沸点比的熔沸点高的原因为_______。
②在分子中，有B的_______杂化轨道与Br的4p轨道形成的_______键(填“σ”或“π”)，并且还有B_______(填“杂化”或“未杂化”)的2p空轨道与Br的4p轨道形成4中心6电子的大π键。
(3)的空间构型为_______。
(4)BP的晶胞结构如图所示，B原子在P原子围成的_______空隙中(填“四面体”或“八面体”)；若晶胞的棱长为，用表示阿伏加德罗常数的值，则BP晶体的摩尔体积=_______(用含a、的代数式表示)。
22．（2022·广西·模拟预测）我国“嫦娥”五号首次实现地外天体采样返回，这是我国航天事业的又一突破。带回的月壤中含有H、N、O、Al、S、Cd、Zn、Ti、Cu、Au、Cr等多种元素。请完成下列问题：
(1)N、O、Al、S四种元素第一电离能从大到小的顺序为_______。
(2)Cu、Au是同一副族的元素，Au的原子序数更大，它们属于_______区元素，基态Au原子的价电子排布式为_______。
(3)SO2分子的空间构型为_______，请写出一种与SO2互为等电子体的单质_______(填化学式)。
(4)某晶体的晶胞结构如图所示，该晶体的化学式为_______。如果将Se原子看做密堆积，则其堆积模型为_______。
能层
一
二
三
四
…
符号
K
L
M
N
…
能级
eq \a\vs4\al(1s)
eq \a\vs4\al(2s)
eq \a\vs4\al(2p)
eq \a\vs4\al(3s)
eq \a\vs4\al(3p)
eq \a\vs4\al(3d)
eq \a\vs4\al(4s)
eq \a\vs4\al(4p)
eq \a\vs4\al(4d)
eq \a\vs4\al(4f)
…
最多电子数
eq \a\vs4\al(2)
eq \a\vs4\al(2)
eq \a\vs4\al(6)
eq \a\vs4\al(2)
eq \a\vs4\al(6)
eq \a\vs4\al(10)
eq \a\vs4\al(2)
eq \a\vs4\al(6)
eq \a\vs4\al(10)
eq \a\vs4\al(14)
…
eq \a\vs4\al(2)
eq \a\vs4\al(8)
eq \a\vs4\al(18)
eq \a\vs4\al(32)
…
电子离核远近
近→远
电子能量高低
低→高
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
泡利原理
在一个原子轨道里，最多只能容纳2个电子，而且它们的自旋状态相反
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，而且自旋状态相同
表示方法
以硫原子为例
原子结构示意图
电子排布式
1s22s22p63s23p4
简化电子排布式
[Ne]3s23p4
电子排布图
（轨道表示式）
价电子排布式
3s23p4
能级符号
电子云形状
空间延伸方向
s
球形
1种
p
哑铃形
3种(相互垂直，分别相对于x、y、z轴对称)
d
/
5
f
/
7
周
期
能层数
每周期第一个元素
每周期最后一个元素
基态原子的简化电子排布式
原子序数
基态原子的电子排布式
原子序数
二
2
3
[He]2s1
10
1s22s22p6
三
3
11
[Ne]3s1
18
1s22s22p63s23p6
四
4
19
[Ar]4s1
36
1s22s22p63s23p63d104s24p6
五
5
37
[Kr]5s1
54
1s22s22p63s23p63d10
4s24p64d105s25p6
六
6
55
[Xe]6s1
86
1s22s22p63s23p63d104s24p6
4d104f145s25p65d106s26p6
主族
ⅠA
ⅡA
ⅢA
ⅣA
排布特点
ns1
ns2
ns2np1
ns2np2
主族
ⅤA
ⅥA
ⅦA
排布特点
ns2np3
ns2np4
ns2np5
分区
元素分布
价层电子排布
元素性质特点
s区
ⅠA、ⅡA族
ns1～2
除氢外都是活泼金属元素；通常是最外层电子参与反应
p区
ⅢA族～ⅦA族、0族
ns2np1～6(除He外)
通常是最外层电子参与反应
d区
ⅢB族～ⅦB族、Ⅷ族
(除镧系、锕系外)
(n－1)d1～9ns1～2(除钯外)
d轨道可以不同程度地参与化学键的形成
ds区
ⅠB族、ⅡB族
(n－1)d10ns1～2
金属元素
f区
镧系、锕系
(n－2)f0～14(n－1)d0～2ns2
镧系元素化学性质相近，锕系元素化学性质相近
项目
同周期(左→右)
同主族(上→下)
原子结构
核电荷数
逐渐增大
逐渐增大
电子层数
相同
逐渐增多
原子半径
逐渐减小(稀有气体元素除外)
逐渐增大
离子半径
阳离子半径逐渐减小，
阴离子半径逐渐减小，
r(阴离子)>r(阳离子)
逐渐增大
性质
化合价
最高正化合价由＋1→＋7
(O、F除外)
负化合价＝－(8－主族序数)
(H显－1价)
相同，最高正化合价＝主族序数
(O、F除外)
元素的金属性、非金属性
金属性逐渐减弱
非金属性逐渐增强
金属性逐渐增强
非金属性逐渐减弱
第一电离能
有逐渐增大的趋势
逐渐减小
电负性
逐渐增强
逐渐减弱
气态氢化物的稳定性
逐渐增强
逐渐减弱
最高价氧化物对应的水化物的酸碱性
碱性逐渐减弱
酸性逐渐增强
碱性逐渐增强
酸性逐渐减弱
三表
元素周期表：金属性“右弱左强，上弱下强，右上弱左下强”；非金属性“左弱右强，下弱上强，左下弱右上强”
金属活动性顺序表：按K、Ca、Na、Mg、Al、Zn、Fe、Sn、Pb、Cu、Hg、Ag、Pt、Au的顺序，金属性逐渐减弱(其中Pb>Sn)
非金属活动性顺序表：按F、O、Cl、Br、I、S的顺序，非金属性逐渐减弱
三反应
置换反应：强的置换弱的，适合金属也适合非金属
与水或非氧化性酸反应越剧烈，或最高价氧化物对应水化物的碱性越强，则金属性越强
与氢气反应越容易，生成的气态氢化物的稳定性越强，或最高价氧化物对应水化物的酸性越强，则非金属性越强
氧化性
金属离子的氧化性越弱，对应单质的金属性越强
还原性
非金属氢化物或非金属阴离子的还原性越弱，对应单质的非金属性越强
金属性比较
本
质
原子越易失电子，金属性越强(与原子失电子数目无关)
判断方法
①在金属活动性顺序表中越靠前，金属性越强
②单质与水或非氧化性酸反应越剧烈，金属性越强
③单质还原性越强或阳离子氧化性越弱，金属性越强
④最高价氧化物对应水化物的碱性越强，金属性越强
⑤若Xn＋＋Y―→X＋Ym＋，则Y比X的金属性强
⑥元素在周期表中的位置：左边或下方元素的金属性强
非金属性比较
本质
原子越易得电子，非金属性越强(与原子得电子数目无关)
判断方法
①与H2化合越容易，气态氢化物越稳定，非金属性越强
②单质氧化性越强或阴离子还原性越弱，非金属性越强
③最高价氧化物对应水化物的酸性越强，非金属性越强
④元素在周期表中的位置：右边或上方元素的非金属性强
I1
I2
I3
I4
…
740
1 500
7 700
10 500
…
元素
Na
Mg
Al
Si
P
S
Cl
K
电负性
0.9
1.2
1.5
1.7
2.1
2.3
3.0
0.8
最外层电子数(N)
3≤N＜8
N＝1或2
N＞次外
层电子数
元素在周期表中的位置
ⅢA族～ⅦA族
第ⅠA族、第ⅡA族、第Ⅷ族、副族、0族元素氦
第二周期(Li、Be)除外
族序数等于周期数的元素
H、Be、Al
族序数等于周期数2倍的元素
C、S
族序数等于周期数3倍的元素
O
周期数是族序数2倍的元素
Li、Ca
周期数是族序数3倍的元素
Na、Ba
最高正价与最低负价代数和为零的短周期元素
H、C、Si
最高正价是最低负价绝对值3倍的短周期元素
S
除H外，原子半径最小的元素
F
物质特性
推断元素
形成化合物种类最多的元素或单质是自然界中硬度最大的物质的元素或气态氢化物中氢的质量分数最大的元素
C
空气中含量最多的元素或气态氢化物的水溶液呈碱性的元素
N
地壳中含量最多的元素或氢化物的沸点最高的元素或氢化物在通常情况下呈液态的元素
O
最活泼的金属元素或最高价氧化物对应水化物碱性最强的元素或阳离子的氧化性最弱的元素
Cs
单质最易着火的非金属元素
P
焰色试验呈黄色的元素
Na
焰色试验呈紫色(透过蓝色钴玻璃)的元素
K
单质密度最小的元素
H
单质密度最小的金属元素
Li
常温下单质呈液态的非金属元素
Br
常温下单质呈液态的金属元素
Hg
最高价氧化物及其水化物既能与强酸反应，又能与强碱反应的元素
Al
元素的气态氢化物和它的最高价氧化物对应水化物发生氧化还原反应的元素
S
常见的一种元素存在几种单质的元素
C、P、O、S
元素
X
Y
Z
W
最高价氧化物的水化物
H3ZO4
溶液对应的pH(25℃)
1.00
13.00
1.57
0.70
7 N氮
2s22p3
14.01
选项
陈述I
陈述II
A
甲苯可使酸性高锰酸钾溶液褪色
甲苯中甲基使苯环活化
B
乙醇与足量反应生成
乙醇分子中氢氧键极性大，易断裂；碳氢键极性小，不易断裂
C
SiO2的熔点比干冰高
SiO2分子间的范德华力比干冰大
D
某些金属盐灼烧呈现不同焰色
电子从低能轨道跃迁至高能轨道时吸收光波长不同