高考化学一轮复习讲练 第12章 第36讲　原子结构与性质 (含解析)

这是一份高考化学一轮复习讲练 第12章 第36讲　原子结构与性质 (含解析)，共19页。试卷主要包含了4 B，原子半径，9～1等内容，欢迎下载使用。
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、价电子的排布式和轨道表达式。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。
1．能层、能级与原子轨道
(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(s)＜E(p)＜E(d)＜E(f)。
(3)原子轨道
电子云轮廓图给出了电子在核外经常出现的区域。这种电子云轮廓图称为原子轨道。
特别提醒 第一能层(K)，只有s能级；第二能层(L)，有s、p两种能级，p能级上有三个原子轨道px、py、pz，它们具有相同的能量；第三能层(M)，有s、p、d三种能级。
2．基态原子的核外电子排布
(1)能量最低原理：即电子尽可能地先占有能量低的轨道，然后进入能量高的轨道，使整个原子的能量处于最低状态。
如图为构造原理示意图，即基态原子核外电子在原子轨道上的排布顺序图：
注意 所有电子排布规则都需要满足能量最低原理。
(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2p3的电子排布为，不能表示为或。
洪特规则特例：当能量相同的原子轨道在全满(p6、d10、f14)、半满(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．基态原子核外电子排布的表示方法
理解应用
写出下列原子或离子的①电子排布式、②价电子排布图、③电子占的原子轨道数、④未成对电子数。
(1)N：①________________，②_____________________________________________，
③____________________，④_______________________________________________。
(2)Cl：①________________，②_____________________________________________，
③____________________，④_______________________________________________。
(3)Fe2＋：①____________，②_______________________________________________，
③____________________，④_______________________________________________。
(4)Cu：①______________，②______________________________________________，
③____________________，④______________________________________________。
(5)Se：①______________，②______________________________________________，
③____________________，④_______________________________________________。
(6)Br－：①____________，②________________________________________________，
③____________________，④_______________________________________________。
答案 (1)①1s22s22p3 ② ③5 ④3
(2)①1s22s22p63s23p5(或[Ne]3s23p5)
② ③9 ④1
(3)①1s22s22p63s23p63d6(或[Ar]3d6)
② ③14 ④4
(4)①1s22s22p63s23p63d104s1(或[Ar]3d104s1)
② ③15 ④1
(5)①1s22s22p63s23p63d104s24p4(或[Ar]3d104s24p4)
② ③18 ④2
(6)①1s22s22p63s23p63d104s24p6(或[Ar]3d104s24p6)
② ③18 ④0
核外电子排布常见错误
(1)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)
(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前，如Fe：1s22s22p63s23p63d64s2，而失电子时，却先失4s轨道上的电子，如Fe3＋：1s22s22p63s23p63d5。
(3)注意比较原子核外电子排布式、简化电子排布式、价电子排布式的区别与联系。如Cu的电子排布式：1s22s22p63s23p63d104s1；简化电子排布式：[Ar]3d104s1；价电子排布式：3d104s1。
4．电子的跃迁与原子光谱
(1)电子的跃迁
(2)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的电子的吸收光谱或发射光谱，总称原子光谱。
理解应用
钾和碘的相关化合物在化工、医药、材料等领域有着广泛的应用。则元素K的焰色反应呈紫红色，其中紫色对应的辐射波长为________ nm(填字母)。
A．404.4 B. 553.5 C．589.2 D．670.8
E．766.5
答案 A
(1)2p和3p轨道形状均为哑铃形，能量也相等(×)
(2)2px、2py、2pz的能量相等(√)
(3)铁元素基态原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p64s23d6(×)
(4)磷元素基态原子的电子排布图为
(×)
(5)电子排布式1s22s22p63s23p10违反了能量最低原理(×)
(6)表示的原子能量处于最低状态(×)
题组一 电子排布式、电子排布图的书写
1．按要求书写电子排布式或电子排布图。
(1)基态C原子的核外电子排布式为___________________________________________。
(2)基态Ni原子的简化电子排布式为__________________________________________。
(3)基态Cr3＋的核外电子排布式为_____________________________________________。
(4)基态Mn2＋的核外电子排布式为____________________________________________。
(5)基态钒原子的价电子排布图为_____________________________________________。
(6)基态镓(Ga)原子的电子排布式为___________________________________________。
(7)基态Ni2＋的价电子排布图为_______________________________________________。
答案 (1)1s22s22p2 (2)[Ar]3d84s2 (3)[Ar]3d3 (4)[Ar]3d5 (5)
(6)[Ar]3d104s24p1 (7)
题组二 多种“化学用语”的规范使用
2．有四种短周期元素，它们的结构、性质等信息如下表所述：
请根据表中信息填写：
(1)A原子的核外电子排布式_______________________________________________。
(2)B元素在周期表中的位置______________________；离子半径：B______(填“大于”或“小于”)A。
(3)C原子的电子排布图是________________________，其原子核外有____个未成对电子，能量最高的电子为______轨道上的电子，其轨道呈______形。
(4)D原子的电子排布式为____________________________________________________，
D－的结构示意图是______________________。
(5)B的最高价氧化物对应的水化物与A的最高价氧化物对应的水化物反应的化学方程式为_______________，与D的氢化物的水溶液反应的化学方程式为___________________。
答案 (1)1s22s22p63s1 (2)第三周期ⅢA族 小于
(3) 3 2p 哑铃
(4)1s22s22p63s23p5(或[Ne]3s23p5)
(5)NaOH＋Al(OH)3===NaAlO2＋2H2O
3HCl＋Al(OH)3===AlCl3＋3H2O
解析 根据题中信息可推出：A为Na，B为Al，C为N，D为Cl。
3．(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nsnnpn＋2，则n＝________；原子中能量最高的是________电子，核外电子排布图为__________________________________________。
答案 (1)N
(2)Cl
(3)Fe 1s22s22p63s23p63d64s2(或[Ar]3d64s2)
(4)Cu 1s22s22p63s23p63d104s1(或[Ar]3d104s1)
(5)2 2p
化学用语的规范使用及意义
为了书写和学术交流的方便，采用国际统一的符号来表示各个元素。
元素符号
↓
原子(核素)符号 eq \\al(A,Z)X代表一个质量数为A、质子数为Z的X原子。
↓
原子结构示意图
↓
电子式在元素符号周围用“·”或“×”表示原子的最外层电子价电子。
↓
电子排布式 根据构造原理表示：能级符号＋(右上角)数字。
↓
电子排布图 用方框表示原子轨道，用箭头表示电子。用“数字＋能级符号”表示轨道名称。
它们有各自不同的侧重点：
(1)结构示意图：能直观地反映核内的质子数和核外的电子层数及各层上的电子数。
(2)核组成式：如eq \\al(16, 8)O，侧重于表示原子核的结构，它能告诉我们该原子核内的质子数和核外电子数以及质量数，但不能反映核外电子的排布情况。
(3)电子排布式：能直观地反映核外电子的能层、能级和各能级上的电子数，但不能表示原子核的情况，也不能表示各个电子的运动状态。
(4)电子排布图：能反应各轨道的能量的高低，各轨道上的电子分布情况及自旋方向。
(5)价电子排布式：如Fe原子的电子排布式为
1s22s22p63s23p63d64s2，价电子排布式为3d64s2。价电子排布式能反映基态原子的能层数和参与成键的电子数以及最外层电子数。
1．原子结构与周期表的关系
(1)原子结构与周期表的关系(完成下列表格)
(2)每族元素的价层电子排布特点
①主族
②0族：He：1s2；其他ns2np6。
③过渡元素(副族和第Ⅷ族)：(n－1)d1～10ns1～2。
(3)元素周期表的分区与价层电子排布的关系
①周期表的分区
②各区价层电子排布特点
2.原子半径
(1)影响因素eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(能层数：能层数越多，原子半径越大,核电荷数：能层数相同，核电荷数越大，, 原子半径越小))
(2)变化规律
元素周期表中的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。
3．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)规律
①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。
②同族元素：从上至下第一电离能逐渐减小。
③同种原子：逐级电离能越来越大(即I1＜I2＜I3…)。
理解应用
按要求回答下列问题
(1)第三周期所有元素的第一电离能(I1)大小顺序为
____________________________________________________________(用元素符号表示)。
(2)Na的逐级电离能中有________次突跃。分别是哪级电离能发生突跃？________、________。
(3)F、Cl、Br、I的第一电离能由大到小的顺序为_____________________________________
________，电负性由大到小的顺序为________________。
答案 (1)Na＜Al＜Mg＜Si＜S＜P＜Cl＜Ar
(2)2 I2≫I1 I10≫I9
(3)F＞Cl＞Br＞I F＞Cl＞Br＞I
4．电负性
(1)含义：元素的原子在化合物中吸引键合电子能力的标度。元素的电负性越大，表示其原子在化合物中吸引键合电子的能力越强。
(2)标准：以最活泼的非金属氟的电负性为4.0作为相对标准，计算得出其他元素的电负性(稀有气体未计)。
(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，元素的电负性逐渐增大，同主族从上至下，元素的电负性逐渐减小。
理解应用
根据信息回答下列问题：
不同元素的原子在分子内吸引电子的能力大小可用数值表示，该数值称为电负性。一般认为：如果两个成键原子间的电负性差值大于1.7，原子之间通常形成离子键；如果两个成键原子间的电负性差值小于1.7，通常形成共价键。下表是某些元素的电负性值：
(1)通过分析电负性值的变化规律，确定Mg元素的电负性值的最小范围________________。
(2)请归纳元素的电负性和金属性、非金属性的关系是
________________________________________________________________________。
(3)推测AlF3、AlCl3、AlBr3是离子化合物还是共价化合物：
AlF3__________________，AlCl3________________________________________，
AlBr3________________。
答案 (1)0.9～1.5
(2)非金属性越强，电负性越大；金属性越强，电负性越小
(3)离子化合物 共价化合物 共价化合物
5．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。
理解应用
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________性，其中Be(OH)2显示这种性质的离子方程式是_________________________________、
________________________________________________________________________。
答案 两 Be(OH)2＋2H＋===Be2＋＋2H2O
Be(OH)2＋2OH－===BeOeq \\al(2－,2)＋2H2O
(1)钠元素的第一、第二电离能分别小于镁元素的第一、第二电离能(×)
(2)C、N、O、F四种元素第一电离能从大到小的顺序是N>O>F>C(×)
(3)正三价阳离子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d5的元素在周期表中位于Ⅷ族(√)
(4)价电子排布式为4s24p3的元素位于第四周期ⅤA族，是p区元素(√)
(5)元素的电负性越大，非金属性越强，第一电离能也越大(×)
(6)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(√)
(7)价电子排布式为5s25p1的元素位于第五周期ⅠA族，是s区元素(×)
1．(2019·青岛模拟)表1是元素周期表的一部分，表中所列的字母分别代表一种化学元素。试回答下列问题：
表1
(1)元素p为26号元素，请写出其基态原子电子排布式：
________________________________________________________________________。
(2)h的单质在空气中燃烧发出耀眼的白光，请用原子结构的知识解释发光的原因：________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)、p两元素的部分电离能数据如表2：
表2
比较两元素的I2、I3可知，气态2＋再失去一个电子比气态p2＋再失去一个电子难。对此，你的解释是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(4)第三周期8种元素单质熔点高低的顺序如图1所示，其中电负性最大的是________(填图1中的序号)。
(5)表1中所列的某主族元素的电离能情况如图2所示，则该元素是__________(填元素符号)。
答案 (1)1s22s22p63s23p63d64s2(或[Ar]3d64s2)
(2)电子从能量较高的轨道跃迁到能量较低的轨道时，以光(子)的形式释放能量
(3)Mn2＋的3d轨道电子排布为半充满状态，比较稳定
(4)2 (5)Al
解析 (2)h为Mg元素，Mg单质在空气中燃烧发出耀眼的白光，电子从能量较高的轨道跃迁到能量较低的轨道时以光(子)的形式释放能量。(3)元素为Mn，其基态原子电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s2，Mn2＋的基态电子排布式为1s22s22p63s23p63d5，其3d能级为半充满状态，相对比较稳定，当其失去第3个电子时比较困难，而Fe2＋的基态电子排布式为1s22s22p63s23p63d6，其3d能级再失去一个电子即为半充满状态，故其失去第3个电子比较容易。(4)第三周期8种元素分别为钠、镁、铝、硅、磷、硫、氯、氩，其单质中钠、镁、铝形成金属晶体，熔点依次升高；硅形成原子晶体；磷、硫、氯、氩形成分子晶体，且常温下磷、硫为固体，氯气、氩为气体，8种元素熔点最低的为氩，其次为氯，其中电负性最大的为氯。(5)由图可知，该元素的电离能I4 远大于I3，故为第ⅢA族元素，应为Al。
2．(2020·无锡模拟)明代宋应星所著《天工开物》中已经记载了我国古代用炉甘石(主要成分为ZnCO3)和煤冶锌工艺，锌的主要用途是制造锌合金和作为其他金属的保护层。回答下列问题：
(1)Zn基态原子核外电子排布式为___________________________________________。
(2)硫酸锌溶于氨水形成[Zn(NH3)4]SO4溶液。
①与SOeq \\al(2－,4)互为等电子体的阴离子化学式为________(写出一种)。
②氨的热稳定性强于膦(PH3)，原因是______________________________________。
(3)黄铜是由铜和锌所组成的合金，元素铜与锌的第一电离能分别为ICu＝746 kJ·ml－1，IZn＝906 kJ·ml－1，ICuC>Zn
解析 (1)Zn是30号元素。位于元素周期表第四周期ⅡB族，故其基态原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s2(或[Ar]3d104s2)。(2)①SOeq \\al(2－,4)为5原子32个价电子微粒，故与其互为等电子体的阴离子有POeq \\al(3－,4)、ClOeq \\al(－,4)等。②氮元素的非金属性强于磷元素，故氨的热稳定性比膦强。(3)Cu与Zn的第一电离能分别为ICu＝746 kJ·ml－1，IZn＝906 kJ·ml－1，ICuC>Zn。
1．电子排布式和电子排布图
(1)[2019·全国卷Ⅱ，35(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4f66s2，Sm3＋价层电子排布式为________。
(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)。
A．[Ne] B．[Ne]
C．[Ne] D．[Ne]
(3)[2018·全国卷Ⅱ，35(1)节选]基态Fe原子价层电子的电子排布图(轨道表达式)为_______
____________________________________________________。
(4)[2018·全国卷Ⅲ，35(1)]Zn原子核外电子排布式为________________。
(5)[2017·全国卷Ⅲ，35(1)节选]C基态原子核外电子排布式为___________________。
(6)[2016·全国卷Ⅰ，37(1)节选]基态Ge原子的核外电子排布式为[Ar]________________。
(7)[2016·全国卷Ⅱ，37(1)节选]镍元素基态原子的电子排布式为____________________。
(8)[2016·全国卷Ⅲ，37(1)]写出基态As原子的核外电子排布式_____________________。
答案 (1)4s 4f5 (2)A
(3)
(4)[Ar]3d104s2
(5)1s22s22p63s23p63d74s2(或[Ar]3d74s2)
(6)3d104s24p2
(7)1s22s22p63s23p63d84s2(或[Ar]3d84s2)
(8)1s22s22p63s23p63d104s24p3(或[Ar]3d104s24p3)
2．核外未成对电子数
(1)[2017·全国卷Ⅲ，35(1)节选]元素Mn与O中，基态原子核外未成对电子数较多的是________。
(2)[2016·全国卷Ⅰ，37(1)节选]基态Ge原子有______个未成对电子。
(3)[2016·全国卷Ⅱ，37(1)节选]镍元素基态原子的3d能级上的未成对电子数为________。
答案 (1)Mn (2)2 (3)2
3．电子云和电子运动状态
(1)[2018·全国卷Ⅱ，35(1)节选]基态S原子电子占据最高能级的电子云轮廓图为____________形。
(2)[2017·全国卷Ⅰ，35(2)节选]基态K原子中，核外电子占据的最高能层的符号是________，占据该能层电子的电子云轮廓图形状为________。
(3)[2015·全国卷Ⅰ，37(1)]处于一定空间运动状态的电子在原子核外出现的概率密度分布可用__________形象化描述。在基态14C原子中，核外存在________对自旋相反的电子。
答案 (1)哑铃(纺锤) (2)N 球形 (3)电子云 2
4．电离能
(1)[2018·全国卷Ⅲ，35(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______________________
________________________________________________________________________。
(2)[2017·全国卷Ⅲ，35(1)节选]元素Mn与O中，第一电离能较大的是________。
(3)[2016·全国卷Ⅱ，37(3)节选]元素铜与镍的第二电离能分别为ICu＝1 958 kJ·ml–1、INi＝1 753 kJ·
ml－1，ICu>INi的原因是_____________________________________________________
________________________________________________________________________。
(4)[2016·全国卷Ⅲ，37(2)节选]根据元素周期律，第一电离能Ga________As(填“大于”或“小于”)。
答案 (1)大于 Zn核外电子排布为全满稳定结构，较难失电子 (2)O (3)铜失去的是全充满的3d10电子，镍失去的是4s1电子 (4)小于
5．电负性
(1)[2019·全国卷Ⅲ，35(4)节选]NH4H2PO4中，电负性最高的元素是______。
(2)[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______________。
(3)[2015·全国卷Ⅱ，37(1)改编]O、Na、P、Cl四种元素中电负性最大的是___(填元素符号)。
答案 (1)O (2)O＞Ge＞Zn (3)O
6．原子半径或离子半径
(1)[2019·全国卷Ⅱ35，(3)]比较离子半径：F－____O2－(填“大于”“等于”或“小于”)。
(2)[2018·全国卷Ⅰ，35(2)]Li＋与H－具有相同的电子构型，r(Li＋)小于r(H－)，原因是_______
_________________________________________________________________。
(3)[2016·全国卷Ⅲ，37(2)节选]根据元素周期律，原子半径Ga____As。(填“大于”或“小于”)
答案 (1)小于 (2)Li＋核电荷数较大 (3)大于
7．对角线规则
[2019·全国卷Ⅲ，35(1)]在周期表中，与Li的化学性质最相似的邻族元素是______，该元素基态原子核外M层电子的自旋状态______(填“相同”或“相反”)。
答案 Mg 相反
1．已知X、Y和Z三种元素的原子序数之和等于42。X元素原子的4p轨道上有3个未成对电子，Y元素原子的最外层2p轨道上有2个未成对电子。X跟Y可形成化合物X2Y3, Z元素可以形成负一价离子。请回答下列问题：
(1)X元素原子基态时的电子排布式为________________________，该元素的符号为______。
(2)Y元素原子的价层电子的电子排布图为__________________________，该元素的名称是______。
(3)比较X的氢化物与同族第二、三周期元素所形成的氢化物稳定性____________________。
答案 (1)1s22s22p63s23p63d104s24p3 As
(2) 氧 (3)NH3>PH3>AsH3
解析 考查核外电子排布式、电子排布图及氢化物稳定性的比较。由X原子的4p轨道上有3个未成对电子，可知X为As，原子序数为33；Y原子的2p轨道上有2个未成对电子，则Y为1s22s22p2(碳元素)或1s22s22p4(氧元素)，若Y为碳元素，碳元素原子序数为6，则Z元素原子序数为3，是锂元素，锂元素不能形成负一价离子，所以Y为氧元素，原子序数为8；Z为氢元素，氢元素可形成负一价离子。
2．Na、Cu、O、Si、S、Cl是常见的六种元素。
(1)Na位于元素周期表第______周期______族；S的基态原子核外有______个未成对电子；Si的基态原子核外电子排布式为__________________________________________________。
(2)用“>”或“ <