2020届二轮复习 原子结构与性质 学案（浙江专用）

第1讲　原子结构与性质 【考纲点击】原子结构与元素的性质：(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1～3 6号元素原子核外电子、价电子的电子排布式和电子排布图(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。考点1　原子结构1.能层与能级(1)能层、能级与最多容纳电子数能层(n)一二三四五六七符号KLMNOPQ能级1s2s2p3s3p3d4s4p4d4f 5s……最多容纳电子数22626102610142……281832…2n2(2)常见原子轨道电子云轮廓原子轨道电子云轮廓形状轨道个数s球形1p哑铃形3(px，py，pz)2.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泡利不相容原理：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：原子核外电子在能量相同的各轨道上排布时，电子总是优先单独占据一个轨道，且自旋状态相同。④洪特规则特例在能量最低原理的基础上，当轨道出现半充满、全充满、全空时，能量更低。例：Cu　1s22s22p63s23p63d104s1Cr　1s22s22p63s23p63d54s1(2)四种表示方法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)(3)易错防范①电子排布式a.3d、4s书写顺序混乱如b.违背洪特规则特例。如c.核外电子排布式简写错误如：31Ga　[Ar]4s24p1应为[Ar]3d104s24p133As　[Ar]4s24p3应为[Ar]3d104s24p3②电子排布图错误类型错因剖析改正违背能量最低原理违背泡利不相容原理违背洪特规则违背洪特规则 1.(1)[2019·课标全国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)。(2)[2018·课标全国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)。②Li＋与H－具有相同的电子构型，r(Li＋)小于r(H－)，原因是________。答案　(1)A　(2)①D　C　②Li＋核电荷数较大2.(1)[2019·课标全国Ⅱ，35(2)]Fe成为阳离子时首先失去________轨道电子，Sm的价层电子排布式为4f66s2，Sm3＋价层电子排布式为________。(2)[2018·课标全国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　(1)4s　4f53.(1)[2019·课标全国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”)。(2)[2017·课标全国Ⅰ，35(1)(2)]①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(填标号)。A.404.4　B. 553.5　C.589.2　D.670.8　E.766.5②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________。答案　(1)Mg　相反　(2)①A　②N　球形4.(1)[2017·课标全国Ⅱ，35(1)]氮原子价层电子的轨道表达式(电子排布图)为________________。(2)[2017·课标全国Ⅲ，35(1)]Co基态原子核外电子排布式为________________。元素Mn与O中，第一电离能较大的是________，基态原子核外未成对电子数较多的是________。(3)[2016·全国Ⅰ卷，37(1)]基态Ge原子的核外电子排布式为[Ar]________，有________个未成对电子。(4)[2016·课标全国Ⅱ，37(1)]镍元素基态原子的电子排布式为________，3d能级上的未成对电子数为________。答案　(2)1s22s22p63s23p63d74s2或[Ar]3d74s2　O　Mn(3)3d104s24p2　2(4)1s22s22p63s23p63d84s2或[Ar]3d84s2　21.若某原子处于能量最低状态时，外围电子排布式为4d15s2，下列说法正确的是(　　)A.该元素原子最外层共有3个电子B.该元素处于第五周期第ⅡA族C.该元素原子核外N层上共有9个不同运动状态的电子D.该元素原子第四电子层上有5个空轨道解析　A项，该元素原子最外层共有2个电子；B项，该元素位于第五周期第ⅢB族；C项，该元素原子核外N层电子排布式为4s24p64d1，共有9个不同运动状态的电子；D项，该元素原子第四电子层上有4个空轨道。答案　C2.按要求书写：(1)Sc的价电子排布式_______________________________________。(2)V的价电子排布图________________________________________。(3)基态铜原子的核外电子排布式(简写)：_________________________。(4)基态Ga原子的核外电子排布式(简写)：________________________。(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)：______________________________________________________。答案　(1)3d14s2　(2) (3)[Ar]3d104s1　(4)[Ar]3d104s24p1　(5)[Ar]3d64s23.Ni是元素周期表中第28号元素，第二周期基态原子未成对电子数与Ni相同且电负性小的元素是________；26号元素价层电子排布式为________；L原子核外电子占有9个轨道，而且有一个未成对电子，L是________元素。答案　C　3d64s2　Cl考点2　电离能与电负性1.原子结构与性质(1)元素第一电离能与电负性的周期性变化元素的第一电离能电负性同周期(从左到右)同主族(自上而下)同周期(从左到右)同主族(自上而下)元素的第一电离能总体上呈增大的趋势元素的第一电离能逐渐减小主族元素的电负性逐渐增大主族元素的电负性逐渐减小(2)图示第一电离能的变化规律说明　同周期元素，从左到右第一电离能呈增大趋势。同能级的轨道为全满、半满、全空时较相邻元素要大，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。如Be、N、Mg、P。2.电离能、电负性大小判断规律在周期表中，电离能从左到右呈增大趋势、电负性从左到右逐渐增大，从上往下逐渐减小特性同周期主族元素，第ⅡA族(np)全空、ⅤA族(np3)半充满，比较稳定，所以其第一电离能大于同周期相邻的第ⅢA和ⅥA族元素方法常常应用化合价及物质类别判断电负性的大小，如O与Cl的电负性比较：①HClO中Cl为＋1价、O为－2价，可知O的电负性大于Cl；②Al2O3是离子化合物、AlCl3是共价化合物，可知O的电负性大于Cl3.电离能、电负性的应用(1)电离能的应用判断元素金 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，如钠元素I2≫I1，所以钠元素的化合价为＋1(2)电负性的应用1.[2018·课标全国Ⅲ，35(1)(2)](1)Zn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_____________________________________________________________________。答案　(1)[Ar]3d104s2(或1s22s22p63s23p63d104s2)(2)大于　Zn核外电子排布为全满稳定结构，较难失电子2.(1)[2019·课标全国Ⅲ，35(4)]NH4H2PO4中，电负性最高的元素是________；P的________杂化轨道与O的2p轨道形成________键。(2)[2017·江苏化学，21(A)－(3)]C、H、O三种元素的电负性由小到大的顺序为________________。(3)[2017·课标全国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　(1)O　sp3　σ　(2)H<C<O(3)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3.(1)[2016·全国Ⅰ卷，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________________。(2)[2016·全国卷Ⅱ，37(3)]元素铜与镍的第二电离能分别为：ICu＝1 958 kJ·mol–1、INi＝1 753 kJ·mol－1，ICu>INi的原因是____________________________。答案　(1)O＞Ge＞Zn(2)铜失去的是全充满的3d10电子，镍失去的是4s1电子1.如图是第二周期3～9号元素某些性质变化趋势的柱形图，下列说法正确的是(　　)A.y轴表示的可能是第一电离能B.y轴表示的可能是电负性C.y轴表示的可能是原子半径D.y轴表示的可能是元素的最高正价解析　A项，Be、N 2p轨道分别为全空、半满状态，第一电离能大于相邻元素，错误；C项，原子半径随原子序数递增逐渐减小，错误；D项，O、F通常显负价，错误。答案　B2.下表是第三周期部分元素的电离能[单位：eV(电子伏特)]数据，下列说法正确的是(　　)元素I1/eVI2/eVI3/eV甲5.747.471.8乙7.715.180.3丙13.023.940.0丁15.727.640.7A.甲的金属性比乙弱B.乙的最高化合价为＋1价C.丙一定为非金属元素D.丁一定是金属元素解析　甲、乙、丙、丁为第三周期元素，甲元素的第一电离能远远小于第二电离能，说明甲元素最外层有1个电子，失去1个电子时达到稳定结构，所以甲为Na元素；乙元素的第二电离能远远小于第三电离能，则乙元素最外层有2个电子，失去2个电子后达到稳定结构，所以乙为Mg元素，故甲的金属性比乙强，A错误；乙为Mg元素，最高化合价为＋2价，B错误。丙的第一电离能比乙大很多，可判断丙不是Al元素，且丙、丁元素的第一电离能、第二电离能、第三电离能相差不大，说明丙元素最外层电子数大于3，丙、丁一定为非金属元素，C正确，D错误。答案　C3.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)。(2)钛元素基态原子未成对电子数为________个，能量最高的电子占据的能级符号为________。(3)①已知Al的第一电离能为578 kJ·mol－1、第二电离能为1 817 kJ·mol－1、第三电离能为2 745 kJ·mol－1、第四电离能为11 575 kJ·mol－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具有的空间运动状态有________种。(4)以第二周期为例，除Be、N外，其他元素的第一电离能从左到右逐渐增大的原因是____________________________________________________________________________________________________________。(5)①科学家可以通过________法发现太阳中存在大量的铁元素，写出基态Fe原子的价电子排布图________。从结构上分析Fe3＋比Fe2＋稳定的原因：______________________________________________________。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)氧　(2)2　3d(3)①Al原子失去一个电子后，其3p上为全空状态，较稳定　②>　③29(4)从左到右，随着核电荷数增加，原子半径逐渐减小，原子核对外层电子的吸引能力逐渐增大，故元素的第一电离能从左到右逐渐增大(5)①原子光谱　　Fe3＋价电子排布式为3d5，为半满结构，而Fe2＋价电子排布式为3d6　②N>S>C4.A、B、C、D、E、F为硫酸铝钾和硫酸铝铵的组成元素，A原子核外只有1种运动状态的电子，B、C元素位于第二周期且原子半径B>C，D与C同主族，E、F元素的电离能数据如下表：元素第一电离能/(kJ·mol－1)第二电离能/(kJ·mol－1)第三电离能/(kJ·mol－1)第四电离能/(kJ·mol－1)E418.83 0524 4205 877F577.51 816.72 744.811 577请回答下列问题：(1)A在元素周期表中属于________区元素。(2)基态E原子的电子排布式为________。(3)D、E、F离子半径大小顺序为________________________________(用离子符号表示)。(4)B、C、D电负性大小顺序为__________________________________(用元素符号表示)。(5)参照表中数据，进行判断：Mg原子第一电离能________(填“大于”或“小于”)577.5 kJ·mol－1。解析　硫酸铝钾和硫酸铝铵的化学式分别为KAl(SO4)2、NH4Al(SO4)2，二者的组成元素有H、O、N、S、Al、K。A原子核外只有1种运动状态的电子，说明A原子核外只有1个电子，A为H。H、O、N、S、Al、K六种元素中，只有O、N处于第二周期，且N的原子半径大于O，故B为N，C为O。与O元素同主族的应该是S，故D为S。根据E、F元素电离能数据可知，E元素的第一电离能和第二电离能相差很大，第二电离能与第三、四电离能相差不大，说明E原子最外层只有1个电子，故E为K，F为Al。(1)H的原子结构中只有1s上有1个电子，所以H属于s区元素。(2)E为K，其原子核外有19个电子，基态K原子的电子排布式为1s22s22p63s23p64s1。(3)S2－、Al3＋、K＋半径比较时，由于K＋、S2－具有3个电子层，Al3＋只有2个电子层，所以K＋、S2－的半径都大于Al3＋的半径，K＋和S2－具有相同的电子层结构，原子序数越小，半径越大，故S2－的半径大于K＋的半径。(4)元素非金属性越强，其电负性越大，故电负性O>N>S。(5)Mg原子的价电子排布式为3s2，3p处于全空状态，较稳定，能量较低，失去3s2上的1个电子比Al原子失去3p1上的1个电子更难，故Mg原子的第一电离能大于577.5 kJ·mol－1。答案　(1)s　(2)1s22s22p63s23p64s1　(3)S2－>K＋>Al3＋　(4)O>N>S　(5)大于5.(1)硒(Se)是一种有抗癌、抗氧化作用的元素，可以形成多种化合物。①基态硒原子的价层电子排布式为__________________________。②锗、砷、硒的第一电离能大小排序为__________________________。(2)硒、硅均能与氢元素形成气态氢化物，若“Si—H”中共用电子对偏向氢元素，氢气与硒反应时单质硒是氧化剂，则硒与硅的电负性相对大小为Se________Si(填“>”或“<”)。(3)①Cu元素基态原子的外围电子排布式为________。元素C、N、O的第一电离能由大到小的顺序为________。②下列说法正确的是________(填字母)。A.第一电离能：As>GaB.电负性：As>GaC.原子半径：As>Ga③锗(Ge)是用途很广的半导体材料，基态锗原子的外围电子排布式为________。在第二周期中，第一电离能位于硼元素与氮元素之间的元素有________种。④硼(B)及其化合物在化学中有重要的地位。Ga与B同主族，Ga的基态原子的核外电子排布式为________，B、C、O三种元素的第一电离能由大到小的顺序是________。解析　(1)①硒为34号元素，有6个价电子，所以硒的价层电子排布式为4s24p4；②同一周期中，元素的第一电离能随着原子序数增大而呈增大趋势，但第ⅤA族元素第一电离能大于相邻元素，所以Ge、As、Se三种元素的第一电离能的大小顺序是As>Se>Ge。(2)“Si—H”中共用电子对偏向氢元素，则电负性H＞Si。氢气与硒反应，硒单质为氧化剂，则电负性Se＞H。(3)①Cu是29号元素，其原子核外有29个电子，其基态原子的外围电子排布式为3d104s1；同周期从左到右，元素的第一电离能呈增大趋势，由于N元素原子的2p能级处于半满稳定状态，能量较低，第一电离能高于同周期相邻的元素，所以C、N、O三种元素的第一电离能由大到小的排列顺序是N>O>C。②同周期元素从左到右第一电离能呈增大趋势，则第一电离能：As>Ga，故A正确；同周期元素从左到右电负性逐渐增大，则电负性：As>Ga，故B正确；同周期主族元素从左到右原子半径逐渐减小，故原子半径：As<Ga，故C错误。③Ge是32号元素，与硅同主族，基态原子的外围电子排布式为4s24p2；由第一电离能的变化规律可知，在第二周期中，第一电离能位于硼元素与氮元素之间的元素有Be、C、O三种。④Ga位于第四周期第ⅢA族，所以其基态原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p1或[Ar]3d104s24p1。由第一电离能的变化规律可知，B、C、O三种元素的第一电离能由大到小的顺序是O>C>B。答案　(1)①4s24p4　②As＞Se＞Ge　(2)＞(3)①3d104s1　N＞O＞C　②AB　③4s24p2　3④1s22s22p63s23p63d104s24p1或[Ar]3d104s24p1O＞C＞B