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第十三章物质结构与性质(选考)第1讲原子结构与性质基础盘点一、基态原子核外电子排布的三原则1．能量最低原理原子的电子排布遵循能使整个原子的能量处于最低状态。构造原理2．泡利原理一个原子轨道中最多只能容纳电子，并且这两个电子的必须相反。3．洪特规则对于基态原子，电子在轨道上排布时，总是，并且自旋状态(即自旋状态)。2个自旋状态同一能级的不同优先单独占据一个轨道平行相同如氮原子的电子排布式为，电子排布图为洪特规则的特例：能量相同的原子轨道(等价轨道)在(如p0、d0)、(如p3、d5)、(如p6、d10)状态时，体系的能量较低，原子较稳定。如基态铬(24Cr)原子和基态铜(29Cu)原子的核外电子排布式分别为和。↑↓↑↑↑↑↓1s22s22p3全空半充满全充满1s22s22p63s23p63d54s11s22s22p63s23p63d104s1。二、电离能和电负性1．电离能(1)含义第一电离能：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，符号，单位。(2)规律①同周期：第一种元素的第一电离能，最后一种元素的第一电离能，总体呈现的变化趋势。②同族元素：从上至下第一电离能。③同种原子：逐级电离能越来越(即I1I2I3…)。最低能量IkJ/mol最小最大从左至右逐渐增大逐渐减小大2．电负性(1)含义：元素的原子在化合物中能力的标度。元素的电负性越大，表示其原子在化合物中的能力越。(2)标准：以最活泼的非金属氟的电负性为和锂的电负性为1.0作为相对标准，计算得出其他元素的电负性(稀有气体未计)。吸引键合电子吸引键合电子强4.0(3)变化规律①金属元素的电负性一般，非金属元素的电负性一般，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。②在元素周期表中，同周期从左至右，元素的电负性逐渐，同主族从上至下，元素的电负性逐渐。小于1.8大于1.8增大减小考点精讲考点一原子核外电子排布及表示方法1．电子层、能级及其最多容纳电子数的关系能层n一二三四五…n符号KLMNO……能级l1s2s2p3s3p3d4s4p4d4f5s………22626102610142………最多容纳电子数281832…2n2…2.原子核外电子排布的原理(1)能量最低原理：即：电子尽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，亦即基态原子核外电子在原子轨道上的排布顺序图：(2)泡利原理：一个原子轨道中最多只能容纳2个电子，且这2个电子的自旋状态必须相反。(3)洪特规则①对于基态原子，电子在能量相同的轨道上排布时，将尽可能分占不同的轨道且自旋状态相同。②能量相同的轨道在全充满、半充满、全空状态时体系的能量较低，原子较稳定。3．基态原子核外电子排布的表示方法(以硫原子为例)表示方法举例原子结构示意图电子式电子排布式1s22s22p63s23p4或[Ne]3s23p4电子排布图注意：(1)在写基态原子的电子排布图时，常出现以下错误：(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正确，Fe：1s22s22p63s23p64s23d6错误。(3)注意对比元素电子排布式、价电子排布式(即外围电子排布式)的区别与联系。如Fe的电子排布式：1s22s22p63s23p63d64s2或[Ar]3d64s2，价电子排布式(即外围电子排布式)：3d64s2。例1A、B、C、D、E、F代表6种元素。请填空：(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。(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Cu。解析（1）A元素基态原子次外层有2个电子，故次外层为K层，A元素有2个电子层，由题意可写出其电子排布图为：，则该元素核外有6个电子，为碳元素，其元素符号为C，另外氧原子同样也符合要求，其电子排布图为：。答案(1)C或O(2)ClK(3)Fe1s22s22p63s23p63d64s2或[Ar]3d64s2(4)Cu1s22s22p63s23p63d104s1或[Ar]3d104s1(5)22p规律方法1－36号元素的核外电子排布式是近几年新课标高考考查的重点，是必须重点掌握的知识点。(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，所以元素F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。即时巩固1请完成下列各题：(1)前四周期元素中，基态原子中未成对电子数与其所在周期数相同的元素有________种。(2)第ⅢA、ⅤA族元素组成的化合物GaN、GaP、GaAs等是人工合成的新型半导体材料，其晶体结构与单晶硅相似。Ga原子的电子排布式为______________。解析(1)第一周期中，有1个未成对电子的是氢原子，其电子排布式为1s1；第二周期中，未成对电子是2个的有两种——C：1s22s22p2和O：1s22s22p4；第三周期中，未成对电子是3个的是P：1s22s22p63s23p3；第四周期中未成对电子是4个的是Fe：1s22s22p63s23p63d64s2。(2)Ga在元素周期表中是第四周期、第ⅢA族，原子序数是31，即其原子核外电子数是31，根据核外电子的排布规律可以写出该原子的电子排布式为：1s22s22p63s23p63d104s24p1或[Ar]3d104s24p1。答案(1)5(2)1s22s22p63s23p63d104s24p1或([Ar]3d104s24p1)考点二原子结构与元素性质1．“位”、“构”、“性”三者之间的关系2．原子结构与元素性质的递变规律项目同周期(从左―→右)同主族(从上―→下)原子核外电子排布电子层数相同，最外层电子数逐渐增多，1―→7(第一周期1―→2)最外层电子数相同，电子层数递增原子半径逐渐减小(0族除外)逐渐增大元素主要化合价最高正价由＋1―→＋7，最低负价由－4―→－1最高正价＝主族序数，非金属最低负价＝主族序数－8原子得、失电子能力得电子能力逐渐增强失电子能力逐渐减弱得电子能力逐渐减弱失电子能力逐渐增强元素的第一电离能增大的趋势逐渐减小元素的电负性逐渐增大逐渐减小元素金属性、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注意：同周期主族元素，第ⅡA族(np0)和第ⅤA族(ns2np3)，因p轨道处于全空或半满状态，比较稳定，所以其第一电离能大于同周期相邻的ⅢA和ⅥA元素，如第一电离能MgAl，PS。(1)X元素原子基态时的电子排布式为____________，该元素的符号是__________；(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)X与Z可形成化合物XZ3，该化合物的空间构型为________________________________________________；例2(2009·宁夏理综，38)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：(4)已知化合物X2Y3在稀硫酸溶液中可被金属锌还原为XZ3，产物还有ZnSO4和H2O，该反应的化学方程式是_____________________________；(5)比较X的氢化物与同族第二、第三周期元素所形成的氢化物的稳定性、沸点高低并说明理由：____________________________________。解析本题考查核外电子轨道排布、分子结构、元素周期律、氢键及氧化还原反应方程式的书写。X原子的4p轨道上有3个电子，可知X为As，原子序数为33，Y原子的2p轨道有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，AsH3与NH3的空间构型相似，为三角锥形；As2O3与Zn、H2SO4反应生成ZnSO4、H2O和AsH3，由电子守恒或原子守恒均可配平反应的化学方程式。答案(1)1s22s22p63s23p63d104s24p3As(2)氧(3)三角锥形(4)As2O3＋6Zn＋6H2SO4===2AsH3↑＋6ZnSO4＋3H2O(5)稳定性：NH3PH3AsH3，因为键长越短，键能越大，化合物越稳定；沸点：NH3AsH3PH3，NH3可以形成分子间氢键，沸点最高；AsH3相对分子质量比PH3大，分子间作用力大，因而AsH3的沸点比PH3高规律方法比较同周期、同主族元素性质的递变性，要熟悉不同性质的递变性并不相同，能从核外电子排布的递变性认识核外电子排布与元素性质的关系。即时巩固2现有四种元素的基态原子的电子排布式如下：①1s22s22p63s23p4；②1s22s22p63s23p3；③1s22s22p3；④1s22s22p5。则下列有关比较中正确的是()A．第一电离能：④③②①B．原子半径：④③②①C．电负性：④③②①D．最高正化合价：④③＝②①解析根据核外电子排布式可确定①②③④分别是S、P、N、F，选项A正确；原子半径最大的是P，选项B错误；电负性衡量元素非金属性的强弱，正确的顺序应为④③①②，选项C错误；由于F元素无正价，选项D错误。答案A1．(2009·上海，2)以下表示氦原子结构的化学用语中，对电子运动状态描述最详尽的是()A．∶HeB．C．1s2D.解析A项只能表示最外层电子数；B项只表示了核外的电子分层排布情况；C项只是具体到亚层的电子数；D项完整体现了电子层数、亚层数以及轨道内电子的自旋方向，故该项正确。高考集训题组一原子的核外电子排布D2．[2010·全国课标卷，37(1)](1)W(由题干信息知W为氧元素)元素原子的L层电子排布式为_____________。解析氧原子的电子排布式为1s22s22p4，故L层电子排布式为2s22p4。2s22p43．[2010·福建理综，30(2)]原子序数小于36的元素Q和T，在周期表中既处于同一周期又位于同一族，且原子序数T比Q多2。T的基态原子外围电子(价电子)排布式为________，Q2＋的未成对电子数是________。解析由题意知，Q、T在第Ⅷ族，Q为Fe元素，T为Ni元素。3d84s244．[2010·海南，19(1)]Ni原子的核外电子排布式为___________________________________。解析核外电子排布式与价电子排布式要区别开。1s22s22p63s23p63d84s2或[Ar]3d84s2题组二原子结构与元素性质5．