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选修3物质结构与性质第一章原子结构与性质考向一原子核外电子排布原理【通考点·融会贯通】正确理解“两原理,一规则”(1)原子核外电子排布符合能量最低原理、洪特规则、泡利不相容原理,若违背其一,则电子能量不处于最低状态。在书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(违反泡利不相容原理)③(违反洪特规则)④(违反洪特规则)⑤书写轨道表示式(或电子排布图)时,空轨道不能省略。如碳原子的电子排布图表示为,而不是。(2)能级交错现象:核外电子的能量并不是完全按能层序数的增加而升高,不同能层的能级之间的能量高低有交错现象,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。(3)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的基态原子电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s1,而不是1s22s22p63s23p63d44s2;再如价电子排布式Cu:3d104s1Zn:3d104s2。【通考题·触类旁通】角度1原子核外电子排布的表示方法1.(1)[2018·全国卷Ⅰ·35(1)]Li是最轻的固体金属,采用Li作为负极材料的电池具有小而轻、能量密度大等优良性能,得到广泛应用。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)。(2)[2018·全国卷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。(3)[2018·全国卷Ⅲ·35(1)]锌在工业中有重要作用,也是人体必需的微量元素。Zn原子核外电子排布式为____________________。(4)[2018·江苏高考·21(2)]Fe2+基态核外电子排布式为________________________________。【解析】(1)根据核外电子排布规律可知Li的基态核外电子排布式为1s22s1,则D项中能量最低;选项C中有2个电子处于2p能级上,能量最高。(2)基态铁原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2,故基态铁原子价层电子的电子排布图(轨道表达式)为基态硫原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p6,电子占据最高能级为3p,电子云轮廓图为哑铃形。(3)Zn是第30号元素,所以核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s2或[Ar]3d104s2。(4)Fe原子核外有26个电子,根据构造原理,基态Fe的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2,基态Fe2+的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d6或[Ar]3d6。答案:(1)D、C(3)[Ar]3d104s2或1s22s22p63s23p63d104s2(4)[Ar]3d6或1s22s22p63s23p63d62.(2017·全国卷Ⅱ节选)我国科学家最近成功合成了世界上首个五氮阴离子盐(N5)6(H3O)3(NH4)4Cl(用R代表)。氮原子价层电子对的轨道表达式(电子排布图)为____________。【解析】N原子位于第二周期第ⅤA族,价电子是最外层电子,其价层电子排布式为2s22p3,所以其电子排布图为答案:3.(2017·全国卷Ⅰ节选)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。(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.404.4B.553.5C.589.2D.670.8E.766.5(2)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________。【解析】(1)可见光波长范围大约在400nm到760nm之间,紫光高能高频波长短,选A。(2)基态K原子中,最外层电子为4s1,核外电子占据的最高能层为第四层,符号是N,占据该能层电子的电子云轮廓图形状为球形。答案:(1)A(2)N球形4.(2017·全国卷Ⅲ节选)研究发现,在CO2低压合成甲醇反应(CO2+3H2====CH3OH+H2O)中,Co氧化物负载的Mn氧化物纳米粒子催化剂具有高活性,显示出良好的应用前景。回答下列问题:Co基态原子核外电子排布式为_________。【解析】Co是27号元素,位于元素周期表第4周期第Ⅷ族,其基态原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d74s2或[Ar]3d74s2。答案:1s22s22p63s23p63d74s2或[Ar]3d74s2角度2根据核外电子排布推断元素5.(2019·阜阳模拟)现有部分短周期元素的性质或原子结构如表:元素编号元素性质或原子结构W单质能与水剧烈反应,所得溶液呈弱酸性XX位于第二周期,基态原子的s轨道电子与p轨道电子数相等Y第三周期元素的金属简单离子中半径最小ZL层有三个未成对电子T该元素的正三价离子的3d能级为半充满(1)W、X、Y三种元素的离子半径由大到小的顺序是____________(用离子符号表示);化合物ZW3的电子式是____________。(2)在W、X的气态氢化物中,较稳定的是________(用化学式表示,下同),沸点较高的是____________,沸点高的原因是______________。(3)Y的价电子轨道表示式为____________,写出Y元素最高价氧化物的水化物与NaOH溶液反应的离子方程式:______________________。(4)T在周期表中的位置是__________,T2+的电子排布式为__________;T的单质在高温下与X的氢化物反应,其化学方程式为________________________。(5)基态Z原子中,核外电子占据的最高能层的符号是____________,占据最高能级的电子的电子云轮廓图形状为________________。【解析】在短周期元素中,单质能与水剧烈反应,所得溶液呈弱酸性,则W为F,X基态原子的s轨道电子与p轨道电子数相等,核外电子排布为1s22s22p4,则X为O,第三周期元素的简单离子中半径最小的离子为Al3+,则Y为Al,Z的L层有三个未成对电子,核外电子排布为1s22s22p3,则Z为N,T元素的正三价离子的3d能级为半充满,T原子外围电子排布为3d64s2,则T为Fe。(1)F、O、Al三种元素的离子具有相同的电子层结构,核电荷数越大半径越小,故半径由大到小的顺序是O2-F-Al3+;NF3的电子式是(2)F、O处于同一周期,非金属性FO,气态氢化物稳定性HFH2O,较稳定的是HF,由于水分子间存在氢键,故沸点较高的是H2O。(3)Y是Al,Al价电子排布式为3s23p1,根据洪特规则和泡利不相容原理即可进一步写出价电子的轨道表示式为铝的最高价氧化物的水化物为Al(OH)3,Al(OH)3具有两性,与NaOH溶液反应的离子方程式为Al(OH)3+OH-====Al+2H2O。2O(4)T是Fe,Fe在周期表中的位于第四周期第Ⅷ族,Fe2+的电子排布式为[Ar]3d6或1s22s22p63s23p63d6;Fe在高温下与水蒸气反应,其化学方程式为3Fe+4H2O(g)Fe3O4+4H2。(5)Z为N,N原子电子排布式为1s22s22p3,基态氮原子中,核外电子占据的最高能层的符号是L层,占据最高能级的电子的电子云轮廓图形状为哑铃形。高温====答案:(1)O2-F-Al3+(2)HFH2O水分子间存在氢键(3)Al(OH)3+OH-====Al+2H2O(4)第四周期第Ⅷ族[Ar]3d6或1s22s22p63s23p63d63Fe+4H2O(g)Fe3O4+4H2(5)L哑铃形2O高温====【加固训练】1.(2015·全国卷Ⅰ节选)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。【解析】电子云是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的形象化描述;碳原子的核外有6个电子,电子排布式为1s22s22p2,其中1s、2s上2对电子的自旋方向相反,而2p轨道的电子自旋方向相同。答案:电子云22.(2014·全国卷Ⅰ节选)基态Fe有________个未成对电子。Fe3+的电子排布式为________。可用硫氰化钾检验Fe3+,形成的配合物的颜色为________。【解析】基态Fe的核外电子排布式为[Ar]3d64s2,其中3d轨道有4个轨道未充满,含有4个未成对电子。Fe失去4s轨道的2个电子和3d轨道的1个电子形成Fe3+,则其电子排布式为1s22s22p63s23p63d5或[Ar]3d5。检验Fe3+时,Fe3+与SCN-形成配合物而使溶液显红色。答案:41s22s22p63s23p63d5或[Ar]3d5红色考向二原子结构与元素性质【通考点·融会贯通】1.元素周期律项目同周期(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)逐渐增大项目同周期(从左→右)同主族(从上→下)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(O、F除外),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项目同周期(从左→右)同主族(从上→下)元素的第一电离能第一电离能呈增大的趋势第一电离能逐渐减小元素的电负性电负性逐渐增大电负性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2.电离能的应用规律(1)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。(2)判断元素的化合价(I1、I2……表示各级电离能)如果某元素的In+1≫In,则该元素的常见化合价为+n价。如钠元素I2≫I1,所以钠元素的常见化合价为+1价。(3)判断核外电子的分层排布情况多电子原子中,元素的各级电离能逐级增大,有一定的规律性。当电离能的变化出现突变时,电子层数就可能发生变化。(4)反映元素原子的核外电子排布特点同周期元素从左向右,元素的第一电离能并不是逐渐增大的,当能量相同的原子轨道在全空、半充满和全充满状态时,第一电离能就会反常得大,如I1(N)I1(O),I1(Mg)I1(Al)。3.电负性(1)共价化合物中,两种元素电负性差值越大,它们形成共价键的极性就越强。(2)同周期元素,从左到右,非金属性逐渐增强,电负性越来越大,第一电离能总体呈增大趋势。(3)应用规律【通考法·一通百通】1.元素推断题解题思路2.原子结构和元素在周期表中的位置互推的依据(1)能层数=周期序数。(2)主族元素的最外层电子数=族序数。(3)主族元素的最高正价(O、F除外)=族序数=8-|最低负价|。3.元素、原子结构、元素位置的推断关系【通考题·触类旁通】角度1原子结构与元素推断1.外围电子构型为3d104s1的元素的原子在周期表中应位于()A.第五周期第ⅠB族B.第五周期第ⅡB族C.第四周期第ⅦB族D.第四周期第ⅠB族【解析】选D。根据外围电子构型可知,该元素有4个电子层,位于四周期,d轨道全充满且最外层有1个电子,应位于ⅠB族。2.(2019·长沙模拟改编节选)现有四种元素,其中A、B、C为短周期主族元素,D为第四周期元素,它们的原子序数依次增大。请根据下列相关信息,回答问题。元素相关信息A元素的核外电子数和电子层数相等,也是宇宙中最丰富的元素B元素原子的核外p电子数比s电子数少1C原子的第一至第四电离能分别是I1=738kJ·mol-1;I2=1451kJ·mol-