2014年寒假化学竞赛集训二导学1-原子结构-分子结构

2014年寒假化学竞赛集训二导学（第一次）资料说明本导学用于学员在实际授课之前，了解授课方向及重难点。同时还附上部分知识点的详细解读。每个班型导学共由4次书面资料构成。此次发布的为第一次导学，后面的第二次导学，将于2013年12月5日发布。在2013年12月20日，公司还会发布相应班型的详细授课大纲，敬请关注。自主招生邮箱：[e-mail]数学竞赛邮箱：[e-mail]物理竞赛邮箱：[e-mail]化学竞赛邮箱：[e-mail]生物竞赛邮箱：[e-mail]理科精英邮箱：[e-mail]清北学堂集中培训课程导学资料（2014年寒假集中培训课程使用）QBXT/JY/DX2013/11-1-92013-11-30发布清北学堂教学研究部清北学堂集中培训课程入学测试原子结构与元素周期律，分子结构目录【学习目标】...................................................................................................................................2【知识概要】...................................................................................................................................3原子结构与元素周期律...........................................................................................................3分子结构部分.........................................................................................................................12【学习目标】一．核外电子运动状态:用s、p、d等来表示基态构型（包括中性原子、正离子和负离子）核外电子排布。竞赛的基础部分，要会熟练的运用竞赛考察方式例如：请写出168号元素的价电子排布。二．主、副族同族元素从上到下性质变化一般规律；同周期元素从左到右性质变化一般规律。原子半径和离子半径。要了解元素周期表中的一些简单的变化规律，并且应用到做题当中去，同周期从左到右的变化规律，同主族从上到下的变化规律，包括性质跟结构，在竞赛题目的考查中主要是类似物质间物理化学性质的比较。三．s、p、d、ds区元素的基本化学性质和原子的电子构型。元素在周期表中的位置与核外电子结构（电子层数、价电子层与价电子数）的关系。最高氧化态与族序数的关系。这部分内容需要总结归纳结合适当的记忆，了解原子结构跟化学性质以及在元素周期表中位置的关系。四．分子结构，路易斯结构式，价层电子对互斥模型。这是此时导学的重点难点部分，大家一定要熟练掌握如何正确的书写简单物质的路易斯结构式，一定要做到非常的熟练，并且可以熟练的运用价层电子对互斥理论判断简单的单中心离子原子的构型！五．杂化轨道理论对简单分子（包括离子）几何构型的解释。共价键。键长、键角、键能。σ键和π键。离域π键。共轭（离域）体系的一般性质。等电子体的一般概念。键的极性和分子的极性。这部分内容基本是大家理解性记忆的东西，需要大家自己总结下规律，一般用于比较两者相似结构的物质间性质。清北学堂集中培训课程入学测试【知识概要】原子结构与元素周期律一、核外电子的电子排布1、原子轨道—电子的运动状态。原子核外电子的运动状态可以用四个量子数描述：n、l、m、ms。实际上，每个原子轨道可以用3个整数来描述，这三个整数的名称、表示符号及取值范围如下：主量子数n，n=1,2,3,4,5,……（只能取正整数），表示符号：K,L,M,N,O,……角量子数l，l=0,1,2,3,……,n－1。（取值受n的限制），表示符号：s,p,d,f,……磁量子数m，m=0,±1,±2,……,±l。（取值受l的限制）当三个量子数都具有确定值时，就对应一个确定的原子轨道。如2po就是一个确定的轨道。主量子数n与电子层对应，n=1时对应第一层，n=2时对应第二层，依次类推。轨道的能量主要由主量子数n决定，n越小轨道能量越低。角量子数l和轨道形状有关，它也影响原子轨道的能量。n和l一定时，所有的原子轨道称为一个亚层，如n=2，l=1就是2p亚层，该亚层有3个2p轨道。n确定时，l值越小亚层的能量约低。磁量子数m与原子轨道在空间的伸展方向有关，如2p亚层，l=1，m=0，±1有3个不同的值，因此2p有3种不同的空间伸展方向，一般将3个2p轨道写成2px,2py,2pz。实验表明，电子自身还具有自旋运动。电子的自旋运动用一个量子数ms表示，ms称为自旋磁量子数。对一个电子来说，其ms可取两个不同的数值1/2或－1/2。习惯上,一般将ms取1/2的电子称为自旋向上，表示为+；将ms取－1/2的电子称为自旋向下，表示为－。实验证明，同一个原子轨道中的电子不能具有相同的自旋磁量子数ms，也就是说，每个原子轨道只能占两个电子，且它们的自旋不同。2、核外电子可能的空间状态——电子云的形状。s电子云（球形）p电子云，亚铃形，有三个方向pxpypz。d电子云有五个方向dxydxzdyzdx2-y2dz2（称五个简并轨道，即能量相同的轨道）f电子云有七个方向。例1、下列说法是否正确？如不正确，应如何改正？（1）s电子绕核旋转，其轨道为一圆圈，而p电子是走∞字形。（2）主量子数为1时，有自旋相反的两条轨道。清北学堂集中培训课程入学测试（3）主量子数为3时，有3s、3p、3d、3f四条轨道。分析：本题是涉及电子云及量子数的概念题。必须从基本概念出发，判断正误。解（1）不正确。因为电子运动并无固定轨道。应改正为：s电子在核外运动电子云图像或几率分布是一个球体，其剖面图是个圆。而p电子云图或几率密度分布是一个纺锤体，其剖面图是∞形。（2）不正确。因为n=1，l=0，m=0，只有一个1s原子轨道。应改为：主量子数为1时，在1s原子轨道中有两个自旋相反的电子。（3）不正确。因为n=3时，l只能取0、1、2，所以没有3f。另外3s、3p、3d的电子云形状不同，3p还有m=0、1三种空间取向不同的运动状态，有3个原子轨道，3d有m=0、1、2五种空间取向，有5个原子轨道。因此应改为：主量子数为3时，有9个原子轨道。3、核外电子的排布（1）多电子原子的能级鲍林根据光谱实验的结果，提出了多电子原子中原子轨道的近似能级图，见下图，要注意的是图中的能级顺序是指价电子层填入电子时各能级能量的相对高低。多电子原子的近似能级图有如下几个特点：（a）近似能级图是按原子轨道的能量高低排列的，而不是按原子轨道离核远近排列的。它把能量相近的能级划为一组，称为能级组，共分成七个能级组。能级组之间的能量差比较大。徐光宪教授提出用n+0.7l计算各能级相对高低值，并将第一位数相同的能级组成相应的能级组，如4s、3d和4p的n+0.7l计算值相应为4.0、4.4和4.7，它们组成第四能级组。（b）主量子数n相同、角量子数l不同的能级，它们的能量随l的增大而升高，即发生“能级分裂”现象。例如Es4＜Ed4＜Ef4。（c）“能级交错”现象。例如Es4＜Ed3＜Ep4，Es6＜Ef4＜Ed5＜Ep6。（2）排布规则：多电子原子的能级图清北学堂集中培训课程入学测试①能量最低原理：原子中的电子按照能量由低到高的顺序排布到原子轨道上，遵循能量最低原理。例如，氢原子只有一个电子，排布在能量最低的1s轨道上，表示为1s1，这里右上角的数字表示电子的数目。根据能量最低原理，电子在原子轨道上排布的先后顺序与原子轨道的能量高低有关，人们发现绝大多数原子的电子排布遵循下图的能量高低顺序，这张图被称为构造原理。②泡利原理：(Pauliexclusionprinciple)一个原子轨道上最多能排布几个电子的呢？物理学家泡利指出一个原子轨道上最多排布两个电子，且这两个电子必须具有不同的自旋。按照能量最低原理和泡利不相容原理，硼原子B的电子排布是1s22s22p1。其轨道表示式如图：③洪特规则：氮原子的电子排布是1s22s22p3，那么2p轨道上的3个电子在3个2p轨道如何排布呢？洪特在研究了大量原子光谱的实验后总结出了一个规律，即电子在能量相同的轨道上排布时，尽量分占不同的轨道且自旋平行，这样的排布方式使原子的能量最低。因此，氮原子的3个2p电子在3个在2p轨道上的排布为：2p。④经验的补充规则：等价轨道全充满、半充满、全空的状态比较稳定。如24号元素Cr1s2s3s4s5s6s7s2p3p3d4p4d4ff5p5d5ff5g6p6d6ff7p7d7ff按照n+0.7l的大小顺序排列1s2s2p3s3p清北学堂集中培训课程入学测试的电子排布式分别写为：Cr：1s22s22p63s23p63d54s1Cu：1s22s22p63s23p63d104s1。电子填入轨道的次序：注意：具体元素原子的电子排布情况应尊重实验事实。（3）表示方法：①轨道表示法如：C一个方框表示一个轨道。↑、↓表示不同自旋方向的电子。②电子排布式（亦称电子组态）如：C1s22s22p2式中右上角的数字表示该轨道中电子的数目。下面是需要重点记忆的几种特殊情况：1534sdCr11034SdCu1545SdMo104dPd1745sdRu1845SdRh1956SdPt1445dbNs2454sdW21046S5dfLa例2、试写出下列物种的电子排布式（1）13Al3+（2）17Cl－（3）24Cr（4）47Ag分析：由物种的带电性，确定其电子总数，再按电子排布规律写出电子结构。解：微粒电子排布式13Al3+1s22s22p6或[He]2s22p617Cl－1s22s22p63s23p6或[Ne]3s23p624Cr1s22s22p63s23p63d54s1或[Ar]3d54s147Ag1s22s22p63s23p63d104s24p64d105s1或[Kr]4d105s11s2s2p清北学堂集中培训课程入学测试二、元素周期律1、原子的电子层结构和周期律（1）随核电荷增大电子呈周期性分布，每个周期的电子由sp逐个增入。（2）新周期开始出现新电子层。周期序数=原子的电子层数n每周期中元素的数目等于相应能级组中原子轨道所能容纳的电子的总数。（3）主族元素的族序数=原子最外层电子数副族元素族序数=原子次外层d电子数与最外层s电子数之和（ⅧB、ⅠB、ⅡB除外）（4）周期表按电子层结构分五个区（s、p、d、ds、f），如下图所示。元素金属性和非金属性的递变：从左到右，金属性逐渐减弱；从上到下，金属性逐渐增强。周期律：元素的性质随元素原子序数的增加而呈周期性变化的规律。2、元素基本性质的周期性——原子结构与原子参数的关系（1）有效核电荷：Z*（2）原子半径：两个原子核间距的一半（原子半径通常包括金属半径、共价半径和范德华半径）。Z*=Z－σ内层电子σ大；同层电子间σ小；外层电子σ=0；对称结构σ大。s区ns1～2d区(n-1)d1～9ns1～2p区ns2np1～6f区(n-2)f0～14(n-1)d0～1ns2ds区(n-1)d10ns