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第十七章原子结构与性质GAOKAOJINXINGSHI轻松学教材qingsongxuejiaocai一、原子结构与核外电子排布1.能层与能级多电子原子的核外电子的能量是不同的，按电子的能量差异将其分成不同的能层(n)；各能层最多容纳的电子数为2n2。对于同一能层里能量不同的电子，将其分成不同的能级(l)；同一能层里，能级的能量按s、p、d、f的顺序升高，即E(s)＜E(p)＜E(d)＜E(f)。各能层所包含的能级类型及各能层、能级最多容纳的电子数见下表：2.构造原理绝大多数元素的原子核外电子的排布遵循如下图所示的排布顺序，人们把它称为构造原理。说明：(1)从图中可以看出，不同能层的能级有交错现象，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。(2)构造原理是书写基态原子电子排布式的依据，也是绘制基态原子电子排布图(即轨道表示式)的主要依据之一。3.基态原子核外电子排布式书写应遵循的规律基态原子核外电子排布式的书写要考虑能量最低原理、泡利不相容原理、洪特规则等多方面因素。“能量相同的原子轨道在全满(如p6，d10)、半满(如p3，d5)和全空(p0，d0)状态时，体系的能量最低”，这一点违反了洪特规则，可看成是洪特规则的特例。如：24Cr的电子排布式：1s22s22p63s23p63d54s1(3d5、4s1均为半充满状态)；29Cu的电子排布式：1s22s22p63s23p63d104s1(3d10为全充满状态，4s1为半充满状态)。注意：(1)电子在跃迁时，从较高能量的激发态跃迁到较低能量的激发态乃至基态时，将释放能量，相反则吸收能量。(2)电子跃迁的应用：因为每种原子的原子光谱是特定的，所以用电子的跃迁可以判断元素的存在，如应用焰色反应来判断元素的种类就是电子跃迁的应用。4.电子云和原子轨道原子核外电子运动的特点是运动空间极小、极高速运动。所以要用电子云来描述核外电子运动特征。1s、2s、3s、4s相比较，原子轨道半径大小顺序是1s＜2s＜3s＜4s。2px、3px、4px相比较，原子轨道半径大小顺序是2px＜3px＜4px。下面是部分原子轨道图：二、原子结构与元素周期律1.原子结构与元素周期表(1)核外电子排布与周期的划分：一个能级组最多容纳的电子数等于一个周期所包含的元素种数，因此元素周期表中7个周期分别对应着7个能级组，前6个周期对应的元素种数分别为2、8、8、18、18、32。周期的划分与主量子数n有关：最外层电子的主量子数为n时，该元素属第n周期。(2)核外电子排布与族的划分：族的划分与原子的价电子数和价电子排布有关。族主族0族副族Ⅷ族价电子(或最外层电子)排布价电子都排在最外层的ns和np轨道上ns2np6(最外层电子排布)(n－1)d1～5ns1～2或(n－1)d10ns1～2(n－1)d6～10ns0～2族与价电子数关系族序数等于价电子数目－ⅢB～ⅦB族序数等于价电子数目，ⅠB、ⅡB族序数与s轨道电子数相等－(3)元素周期表区的划分s区元素：ⅠA和ⅡA族；p区元素：ⅢA～ⅦA和0族；d区元素：ⅢB～Ⅷ族；ds区元素：包括ⅠB和ⅡB族；f区元素：包括镧系元素和锕系元素。2.原子半径、电离能、电负性等元素性质的周期性变化(1)原子半径：影响原子半径大小的因素有电子的能层数、核电荷数。同周期元素(稀有气体元素除外)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。(2)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(用I1表示)，一价气态基态正离子再失去一个电子所需消耗的最低能量叫做第二电离能(用I2表示)，依此类推，可得到I3、I4……同一种元素的逐级电离能的大小关系为I1＜I2＜I3＜I4＜……即一个原子的逐级电离能是逐渐增大的。这是因为随着电子的逐个失去，阳离子所带的正电荷数越来越大，再要失去一个电子需克服的电性引力也越来越大，消耗的能量也越来越多。每个周期的第一个元素第一电离能最小，最后一个元素的第一电离能最大；同族元素从上到下第一电离能变小。(3)电负性原子的电负性用以量度原子对成键电子吸引能力的相对大小，所以电负性表示的是原子吸引成键电子能力的相对强弱。同周期元素从左向右随着原子序数的递增，原子的电负性逐渐增大；同一主族元素从上到下，电负性逐渐减小电负性的大小也可以作为判断元素金属性和非金属性强弱的尺度。金属的电负性一般小于1.8，非金属的电负性一般大于1.8电负性的应用：(1)判断金属元素和非金属元素：电负性小于2的多为金属元素，而大于2的元素多为非金属元素。(2)判断化合物中元素化合价的正负：化合物中电负性小的元素显正化合价，而电负性大的显负化合价，如HF中，电负性F＞H，F元素和H元素的化合价分别为－1价和＋1价。(3)判断化学键的类型：电负性差值大的元素原子间形成的化学键主要是离子键，而电负性差值小的元素原子间形成的化学键主要是共价键。体验热身tiyanreshen1.下列说法中正确的是()A.处于最低能量的原子叫做基态原子B.3p2表示3p能级有两个轨道C.同一原子中，1s、2s、3s电子的能量逐渐减小D.同一原子中，2p、3p、4p能级的轨道数依次增多答案：A解析：3p2表示在3p轨道上有2个电子；同一原子中1s、2s、3s电子的能量依次升高；同一原子中2p、3p、4p能级的轨道数相同。2.下图为周期表的一部分，其中的编号代表对应的元素。请回答下列问题：(1)表中属于d区的元素是(填编号)。(2)写出元素⑨的基态原子的电子排布式。(3)某元素的价电子排布式为nsnnpn＋1，该元素原子的核外最外层电子的成对电子为_______________________________对。⑨11s22s22p63s23p63d64s2(4)元素④的氢化物的分子构型为，中心原子的杂化形式为杂化。(5)第三周期8种元素单质熔点高低的顺序如下图，三角锥形2其中序号“8”代表(填元素符号)；其中电负性最大的是(填图中的序号)。三角锥形Si2sp3解析：(2)⑨号元素是Fe元素，其电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2。(3)由nsnnpn＋1可知n＝2，则该元素是N，其最外层成对电子只有1对。(4)元素④是氮元素，其氢化物的分子构型是三角锥形。(5)第三周期熔点最高的单质应是Si；电负性最大的是Cl，即图中的2。3.A、B、C分别代表3种不同的短周期元素。A元素的原子最外层电子排布为ns1；B元素原子的M电子层中有2个未成对电子；C元素原子的L电子层的p能级中有4个电子。(1)若A元素的原子最外层电子排布为1s1，B的最高化合价为＋6价，则B原子的价电子排布式为，按原子轨道的重叠方式，A与B形成的化合物中的共价键属于键。3s23p4σ(2)若B的最高化合价为＋4价，B的原子结构。示意图为，B与C形成的晶体中微粒间的作用力是，其熔点比干冰的熔点高的原因是答案：共价键二氧化硅为原子晶体，微粒间的作用力是共价键；二氧化碳为分子晶体，微粒间的作用力是范德华力(3)若A元素的原子最外层电子排布为3s1，B的最高化合价为＋4价，元素A在周期表中的位置是_______________，A、B、C三种元素的第一电离能由大到小的顺序是(用元素符号表示)。第三周期ⅠA族O＞Si＞Na解析：(1)由题意知A为H元素，B为S元素，B原子的价电子排布式为3s23p4，H原子和S原子形成的化学键为σ键。(2)若B的最高价为＋4价，则B应为Si元素，原子结构示意图为C元素为O元素，Si和O形成的晶体是原子晶体，微粒间作用力是共价键，比干冰中的分子间作用力要强得多。(3)若A的最外层电子排布为3s1，则A为Na元素，B为Si元素，A、B、C的第一电离能大小顺序为O＞Si＞Na。重点探究zhongdiantanjiu表示原子结构的化学用语1.原子结构示意图(1)含义：表示原子核外电子分层排布和核电荷数。(2)举例：硫的原子结构示意图：2.电子式(1)含义：表示原子的最外层电子数。(2)举例：氮原子的电子式3.电子排布式(1)含义：用数字在能级符合右上角标明该能级上排布的电子数。(2)举例：氯原子的电子排布式：1s22s22p63s23p5或［Ne］3s23p5..N4.电子排布图(1)含义：每个方框代表一个原子轨道，每个箭头代表一个电子。(2)举例：氟原子的电子排布图：命题聚焦mingtijujiao聚焦1原子结构及核外电子排布式【例1】A、B、C、D、E代表5种元素。请填空：(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；N解析：(1)A元素基态原子的电子排布图由题意可写成：可见该元素原子核外有7个电子，为氮元素，其元素符号为N。(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；ClK解析：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元素的正三价离子的3d亚层为半充满，D的元素符号为，其基态原子的电子排布式；__________________________解析：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26号元素铁。Fe1s22s22p63s23p63d64s2(或［Ar］3d64s2)(4)E元素的基态原子的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___________________________________。Cu解析：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。1s22s22p63s23p63d104s1(或［Ar］3d104s1)聚焦2元素周期表及位、构、性三者的关系【例2】下图为元素周期表前三周期的一部分：1)X的氢化物的沸点与W的氢化物的沸点比较：＞(填化学式)，原因是。NH3PH3NH3可形成氢键，使NH3熔、沸点明显升高(2)选出X的基态原子的电子排布图，另一电子排布图不能作为基态原子的电子排布图是因为它不符合(填序号)。A.能量最低原理B.泡利原理C.洪特规则②C(3)以上五种元素中，(填元素符号)元素第一电离能最大。Ne(4)由以上某种元素与氢元素组成的三角锥形分子E和由以上某种元素组成的直线形分子G反应，生成两种直线形分子L和M(组成E、G、L、M分子的元素原子序数均小于10)，反应如下图所示，则下列判断错误的是。是最活泼的非金属单质B.L是极性分子C.E的中心原子杂化轨道类型为sp2杂化D.M的化学性质比同主族相邻元素单质的化学性质活泼E.M分子中有1个σ键，2个π键答案：CD解析：根据元素周期表的结构可知X为N，Z为F，R为Ne，W为P，Y为S。(1)X、W的氢化物为NH3和PH3，因NH3可以形成氢键，故NH3的沸点、熔点显著升高，故沸点NH3＞PH3。(2)当电子排布在同一能级的不同轨道时，总是优先单独占据一个轨道，且自旋方向相同，因此N元素的基态原子的排布图为：(3)原子失电子所需能量不仅与原子核对核外电子的吸引力有关，还与形成稳定结构的倾向有关。结构越稳定，失去电子所需能量越高，在所给五种元素中，Ne元素最外层已达8e－的稳定结构，因此失去核外第一个电子需要的能量最多，即第一电离能最大。(4)根据题给图示可知E为NH3，G为F2，L为HF，M为N2，NH3中N原子的杂化轨道类型为sp3杂化，在N2中N原子间以1个σ键和2个π键形成三键，故键能高，化学性质不活泼，故C、D错误。聚焦3元素周期律(电离能、电负性等)及其应用【例3】电离能是指气态原子或气态离子失去电子所需要的能量。从中性原子中移去第一个电子所需要的能量为第一电离能(I1)，移去第二个电子所需要的能量为第二电离能(I2