2022届高三统考化学人教版一轮课件：选修3 第1节　原子结构与性质

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考纲要求: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电子排布图。　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。
原子核外电子的排布及其表示方法1.能层、能级与原子轨道(1)能层。根据多电子原子的核外电子的能量不同,将核外电子分成不同的能层,用n表示,n=1,2,3,4,…,n越大,该能层中的电子能量越高。原子核外的每一能层(序号为n)最多可容纳的电子数为2n2。(2)能级。多电子原子中,同一能层的电子,能量也可能不同,还可以把它们分成能级;同一能层里,能级的能量按s、p、d、f……的顺序升高。
(3)原子轨道的形状和能量高低。
2.基态原子核外电子排布规律(1)能量最低原理:原子的电子排布遵循构造原理,能使整个原子的能量处于最低状态。构造原理即基态原子核外电子进入原子轨道的顺序。示意图如下:
(2)泡利原理:1个原子轨道里最多容纳2个电子,且它们的自旋状态相反。(3)洪特规则: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。洪特规则的特例: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、f 0)状态时,体系的能量最低。如24Cr的基态原子电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s1, 而不是1s22s22p63s23p63d44s2。
3.原子结构示意图:11Na的原子结构示意图为 。表明原子核外各电子层上排布的电子数。
4.电子排布式(1)用核外电子分布的能级及各能级上的电子数来表示电子排布的式子。电子排布式中各符号、数字的意义为:(以钾原子为例) (2)电子排布式中的内层电子排布可用相应的稀有气体的元素符号加方括号来表示,以简化电子排布式。例如K的电子排布式可写成[Ar]4s1。(3)元素的化学性质与价电子关系密切,人们常常只表示出原子的价电子排布。如铁原子3d64s2。
(3)原子状态与原子光谱。①原子的状态。基态原子:处于最低能量的原子。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。②基态、激发态及光谱示意图。
1.核外电子的排布规律(1)遵守三大基本原理:能量最低原理、泡利原理、洪特规则。(2)能级交错现象: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。
例1(1)化学作为一门基础自然科学,在材料科学、生命科学、能源科学等诸多领域发挥着重要作用。①高温超导材料钇钡铜氧的化学式为YBaCu3O7,其中 的Cu以罕见的Cu3+形式存在。Cu在元素周期表中的位置为　　　,基态Cu3+的核外电子排布式为　　　　　　　　　　　　。 ②(2018全国Ⅰ,节选)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)。 
③(2018全国Ⅱ,节选)基态Fe原子价层电子的电子排布图为　　,基态S原子电子占据最高能级的电子云轮廓图为　　　　　形。 
(2)物质的结构决定物质的性质。请回答下列涉及物质结构和性质的问题:①第二周期中,元素的第一电离能处于B与N之间的元素有　 种。②某元素位于第四周期第Ⅷ族,其基态原子的未成对电子数与基态碳原子的未成对电子数相同,则其基态原子的价层电子排布式为　　　　　　。 
答案 (1)①第四周期第ⅠB族　1s22s22p63s23p63d8或[Ar]3d8　②D　C　③ 　哑铃　(2)①3　②3d84s2
解析 (1)①据元素周期表得,铜在周期表中位于第四周期第ⅠB族;铜是29号元素,故Cu3+的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d8或[Ar]3d8。②基态Li原子能量最低,而电子排布图中D图所示状态为基态。处于激发态的电子数越多,原子能量越高,A中只有1个1s电子跃迁到2s轨道;B中1s轨道中的两个电子1个跃迁到2s轨道,另一个跃迁到2p轨道;C中1s轨道的两个电子都跃迁到2p轨道,故C表示的能量最高。③基态Fe原子价层电子的电子排布图为 ,基态S原子电子占据的最高能级为3p,其电子云轮廓图为哑铃形。
(2)①同一周期元素中,元素的第一电离能随着原子序数的增大而呈增大趋势,但第ⅡA族、第ⅤA族元素第一电离能大于相邻元素,根据电离能的变化规律,第一电离能介于B、N之间的第二周期元素有Be、C、O三种元素。②元素位于第四周期第Ⅷ族,其基态原子的未成对电子数与基态碳原子的未成对电子数相同,基态碳原子的电子排布式为1s22s22p2,未成对电子数为2,则该元素为Ni,其基态原子的价层电子排布式为3d84s2。
易错警示 (1)出现d轨道时,虽然电子排布按ns、(n-1)d、np的顺序填充,但书写核外电子排布式时,仍把(n-1)d放在ns前,如Ti:1s22s22p63s23p63d24s2正确,Ti:1s22s22p63s23p64s23d2错误。(2)基态原子失电子生成金属阳离子时,应先失去最外层上的电子,如铁原子核外电子排布式为[Ar]3d64s2,失电子变为Fe2+,失去的不是能量高的3d能级上的电子,而是能量低的4s能级上的电子。所以Fe2+的基态核外电子排布式正确的为[Ar]3d6,其他[Ar]3d44s2、[Ar]3d54s1均错误。
跟踪训练1.A、B、C、D、E、F代表6种元素。请回答下列问题:(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。 
答案:(1)C或O　(2)Cl　K(3)Fe　[Ar]3d64s2(或1s22s22p63s23p63d64s2)(4)Cu　[Ar]3d104s1(或1s22s22p63s23p63d104s1)　(5)2　2p
(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D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F元素的原子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。
2.(1)基态14C原子的核外存在　　　　　　对自旋状态相反的电子,硅原子的电子排布式为　。 (2)基态Si原子中,电子占据的最高能层具有的原子轨道数为　　, 1 ml氮气分子中σ键和π键的物质的量之比为　　　　　;基态钛原子的价电子排布式为　　　　　　。 (3)基态Fe2+的电子排布式为　。 (4)Fe2+的价层电子排布图(或轨道表示式)是　　　　　　　　, Cu原子的电子排布式是　。 
答案:(1)2　1s22s22p63s23p2或[Ne]3s23p2(2)9　1∶2　3d24s2(3)1s22s22p63s23p63d6或[Ar]3d6(4) 　1s22s22p63s23p63d104s1或[Ar]3d104s1
解析:(1)14C的电子排布式为1s22s22p2,两个s轨道上分别有2个自旋状态相反的电子,根据洪特规则,另两个p电子分占两个2p轨道且电子自旋状态相同;硅原子的电子排布式为1s22s22p63s23p2或[Ne]3s23p2;(2)硅原子的质子数为14,根据电子排布式,其最高能层为M层,具有的原子轨道数为9;每个氮气分子中有1个σ键和2个π键,N2中σ键和π键的物质的量之比为1∶2;Ti是22号元素,其价电子包括M层d能级与N层s能级上的电子;(3)基态Fe2+的电子排布式为1s22s22p63s23p63d6或[Ar]3d6;(4)铁的原子序数是26,根据核外电子排布规律知,亚铁离子的价层电子排布图(或轨道表示式)是 ;铜的原子序数是29,则铜的电子排布式是1s22s22p63s23p63d104s1或[Ar]3d104s1。
原子结构与元素周期律1.原子结构与元素周期表的关系
2.元素周期表的分区(1)根据核外电子排布分区。
3.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最低能量叫做第一电离能。常用符号I1表示,单位为kJ·ml-1。(2)电离能的递变规律。①同一元素:I1