（全国）高考化学一轮复习 第12章 物质结构与性质（选考）第39讲 原子结构与性质讲义 新人教版

第39讲 原子结构与性质

考点一 原子核外电子排布原理

1．能层、能级与原子轨道

(1)能层(n)：在多电子原子中，核外电子的能量是不同的，按照电子的能量差异将其分成不同能层。通常用K、L、M、N……表示，能量依次升高。

(2)能级：同一能层里电子的能量也可能不同，又将其分成不同的能级，通常用s、p、d、f等表示，同一能层里，各能级的能量按s、p、d、f的顺序依次升高，即：E(s)

原子轨道 s p 轨道形状 球形 哑铃形 轨道个数 1 3 特别提醒 第一能层(K)，只有s能级；第二能层(L)，有s、p两种能级，p能级上有三个原子轨道px、py、pz，它们具有相同的能量；第三能层(M)，有s、p、d三种能级。 2．基态原子的核外电子排布

(1)能量最低原理：即电子尽可能地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，即基态原子核外电子在原子轨道上的排布顺序图：

注意：所有电子排布规则都需要满足能量最低原理。 (2)泡利原理

每个原子轨道里最多只能容纳2个电子，且自旋状态相反。 如2s轨道上的电子排布为(3)洪特规则

当电子排布在同一能级的不同轨道时，基态原子中的电子总是优先单独占据一个轨道，且自

3

，不能表示为。

旋状态相同。如2p的电子排布为，不能表示为

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10

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3

5

或

7

0

0

洪特规则特例：当能量相同的原子轨道在全满(p、d、f)、半满(p、d、f)和全空(p、d、f)状态时，体系的能量最低，如：24Cr的电子排布式为1s2s2p3s3p3d4s。 3．基态、激发态及光谱示意图

0

2

2

6

2

6

5

1

深度思考

1．完成下表，理解能层、能级及其最多容纳电子数的关系

能层 符号 能级 最多容纳电子数 一 K 1s 2 2 二 L 2s 2p 2 8 6 3s 2 三 M 3p 6 18 3d 10 4s 2 4p 6 四 N 4d 10 32 4f 14 5s 五 O … … … … … 2n 22 … … 特别提醒 (1)任一能层的能级总是从s能级开始，而且能级数等于该能层序数；(2)以s、p、

d、f……排序的各能级可容纳的最多电子数依次为1、3、5、7……的二倍；(3)构造原理中存在着能级交错现象；(4)我们一定要记住前四周期的能级排布(1s、2s、2p、3s、3p、4s、3d、4p)。

2．写出下列原子的电子排布式与简化电子排布式

原子 N Cl Ca Fe Cu As 电子排布式 1s2s2p 1s2s2p3s3p 1s2s2p3s3p4s 1s2s2p3s3p3d4s 1s2s2p3s3p3d4s 1s2s2p3s3p3d4s4p 22626102322626101226266222626222625223简化电子排布式 [He]2s2p [Ne]3s3p [Ar]4s [Ar]3d4s [Ar]3d4s [Ar]3d4s4p 10231016222523特别提醒 (1)当出现d轨道时，虽然电子按ns，(n－1)d，np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：1s2s2p3s3p3d4s，正确； Fe：1s2s2p3s3p4s3d，错误。

(2)在书写简化的电子排布式时，并不是所有的都是[X]＋价电子排布式(注：X代表上一周期稀有气体元素符号)。

3．请用核外电子排布的相关规则解释Fe较Fe更稳定的原因。 答案

26

3＋

2＋

2

2

6

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2

6

2

2

6

2

6

6

2

Fe价层电子的电子排布式为3d4s，Fe价层电子的电子排布式为3d，Fe价层电

6

623＋52＋

子的电子排布式为3d。根据“能量相同的轨道处于全空、全满和半满时能量最低”的原则，3d处于半满状态，结构更为稳定，所以Fe较Fe更为稳定。

特别提醒 由于能级交错，3d轨道的能量比4s轨道的能量高，排电子时先排4s轨道再排3d轨道，而失电子时，却先失4s轨道上的电子。

5

3＋

2＋

题组一 根据核外电子排布，正确理解电子能量状态

1．下列电子排布图所表示的元素原子中，其能量处于最低状态的是__________。

答案 ③⑤

解析 ①、④不符合能量最低原理；②不符合洪特规则。

2.气态电中性基态原子的原子核外电子排布发生如下变化，吸收能量最多的是( ) A.1s2s2p3s3p→1s2s2p3s3p B.1s2s2p3s3p→1s2s2p3s3p C.1s2s2p3s3p→1s2s2p3s3p

D.1s2s2p3s3p3d4s4p→1s2s2p3s3p3d4s4p 答案 B

解析 np处于半充满状态，结构稳定，失去一个电子吸收的能量多。

“两原理，一规则”的正确理解

1.原子核外电子排布符合能量最低原理、洪特规则、泡利原理，若违背其一，则电子能量不处于最低状态。

易误警示 在写基态原子的电子排布图时，常出现以下错误：

3

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2

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2

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1

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4

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3

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2

6

2

1

(1)(违反能量最低原理)

(2)(违反泡利原理)

(3)(违反洪特规则)

(4)(违反洪特规则)

2.半充满、全充满状态的原子结构稳定 如ns、np、np Cr：3d4s Cu：3d4s

10

15

1

2

3

6

Mn：3d4s Zn：3d4s

10

2

52

3.当出现d轨道时，虽然电子按ns、(n－1)d、np的顺序填充，但在书写时，仍把(n－1)d放在ns前。

题组二 正确使用表示原子、离子、分子组成的化学用语 3.按要求填空：

(1)质量数为37的氯原子符号为________。 (2)S的结构示意图________。

(3)氮原子的电子式________，N2的电子式________，NH4的电子式________。

(4)磷原子的核外电子排布式____________________________________________________，

＋

2－

价电子排布式______________________________________________________________， 价电子排布图______________________________________________________________。 (5)按要求用三种化学用语表示基态铁原子和三价铁离子。

原子(或离子)结构示意图 电子排布式 电子排布图 Fe Fe 3＋答案 (1)17Cl (2)

37

(4)1s2s2p3s3p 3s3p (5)

原子(或离子)结构示意图 电子排布式 电子排布图 4.A、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nsnp________电子。

答案 (1)C或O (2)Cl K

nn＋162

2

6

2

3

2

3

Fe Fe 3＋ [Ar]3d4s 25 [Ar]3d ，则n＝________；原子中能量最高的是

(3)Fe 1s2s2p3s3p3d4s或[Ar]3d4s (4)Cu 1s2s2p3s3p3d4s或[Ar]3d4s (5)2 2p

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

2

2

6

2

6

10

1

10

1

226266262

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

－

＋

(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1s2s2p3s3p3d4s，即为26号元素铁。 (4)根据题意要求，首先写出电子排布式： 1s2s2p3s3p3d4s，该元素为29号元素Cu。

(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2s2p，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。

化学用语的规范使用及意义

为了书写和学术交流的方便，采用国际统一的符号来表示各个元素。 元素符号 ↓

原子(核素)符号 ZX代表一个质量数为A、质子数为Z的X原子。 ↓

原子结构示意图 ↓

电子式 在元素符号周围用“·”或“×”表示原子的最外层电子 ↓

电子排布式 根据构造原理表示：能级符号＋ ↓

电子排布图 用方框表示原子轨道，用箭头表示电子。用“数字＋能级符号”表示轨

道名称。

它们有各自不同的侧重点：

(1)结构示意图：能直观地反映核内的质子数和核外的电子层数及各层上的电子数。

右上角数字。

价电子。

A2

3

2

2

6

2

6

10

1

2

2

6

2

6

6

2

(2)核组成式：如 8O，侧重于表示原子核的结构，它能告诉我们该原子核内的质子数和核外电子数以及质量数，但不能反映核外电子的排布情况。

(3)电子排布式：能直观地反映核外电子的能层、能级和各能级上的电子数，但不能表示原子核的情况，也不能表示各个电子的运动状态。

(4)电子排布图：能反映各轨道的能量的高低，各轨道上的电子分布情况及自旋方向。 (5)价电子排布式：如Fe原子的电子排布式为

1s2s2p3s3p3d4s，价电子排布式为3d4s。价电子排布式能反映基态原子的能层数和参与成键的电子数以及最外层电子数。

考点二 原子结构与元素性质

1.原子结构与周期表的关系

(1)原子结构与周期表的关系(完成下列表格)

每周期第一个元素 周期 能层数 原子序数 二 三 四 五 2 3 4 5 3 11 19 37 基态原子的简化电子排布式 [He]2s [Ne]3s [Ar]4s [Kr]5s 11112

2

6

2

6

6

2

6

2

16

每周期最后一个元素 原子序数 10 18 36 54 22基态原子的电子排布式 1s2s2p 1s2s2p3s3p 1s2s2p3s3p3d4s4p 1s2s2p3s3p3d4s4p4d5s5p 1s2s2p3s3p3d4s4p4d4f5s5p5d6s6p 14261026226261026102622626102610262610262626226六 6 55 [Xe]6s 186 (2)每族元素的价层电子排布特点 ①主族

主族 排布特点 2ⅠA ⅡA ⅢA ⅣA ⅤA ⅥA ⅦA ns1 2ns2 6ns2np1 ns2np2 ns2np3 ns2np4 ns2np5 ②0族：He：1s；其他nsnp。 ③过渡元素(副族和第Ⅷ族)：(n－1)d(3)元素周期表的分区 ①根据核外电子排布 a.分区

1～10

ns1～2。

b.各区元素化学性质及原子最外层电子排布特点 分区 s区 p区 d区 ds区 f区 元素分布 ⅠA、ⅡA族 ⅢA族～ⅦA族、0族 ⅢB族～ⅦB族、Ⅷ族(除镧系、锕系外) ⅠB族、ⅡB族 镧系、锕系 外围电子排布 元素性质特点 除氢外都是活泼金属元素；通常是最外层电子参与反应 通常是最外层电子参与反应 d轨道可以不同程度地参与化学键的形成 金属元素 镧系元素化学性质相近，锕系元素化学性质相近 ns ns2np1～6 (n－1)d1～101～2ns1～2 1～2(n－1)dns(n－2)f(n－1)d10 0～14 0～2ns2 ②根据元素金属性与非金属性可将元素周期表分为金属元素区和非金属元素区(如下图)，处于金属与非金属交界线(又称梯形线)附近的非金属元素具有一定的金属性，又称为半金属或准金属，但不能叫两性非金属。

注意：(1)“外围电子排布”即“价电子层”，对于主族元素，价电子层就是最外电子层，而对于过渡元素原子不仅仅是最外电子层，如Fe的价电子层排布为3d4s。 2.对角线规则

在元素周期表中，某些主族元素与右下方的主族元素的有些性质是相似的，如

6

2

。

3.元素周期律 (1)原子半径

能层数：能层数越多，原子半径越大??

①影响因素?核电荷数：能层数相同核电荷数越大，

?? 原子半径越小②变化规律

元素周期表中的同周期主族元素从左到右，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

①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最低能量，符号：I1，单位：kJ·mol。 ②规律

a.同周期：第一种元素的第一电离能最小，最后一种元素的第一电离能最大，总体呈现从左至右逐渐增大的变化趋势。

b.同族元素：从上至下第一电离能逐渐减小。 c.同种原子：逐级电离能越来越大(即I1

①含义：元素的原子在化合物中吸引键合电子能力的标度。元素的电负性越大，表示其原子在化合物中吸引键合电子的能力越强。

②标准：以最活泼的非金属氟的电负性为4.0作为相对标准，计算得出其他元素的电负性(稀有气体未计)。 ③变化规律

金属元素的电负性一般小于1.8，非金属元素的电负性一般大于1.8，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。

在元素周期表中，同周期从左至右，元素的电负性逐渐增大，同主族从上至下，元素的电负性逐渐减小。 深度思考

1.根据前四周期元素原子核外电子排布特点，回答下列问题：

(1)外围电子层有2个未成对电子的有________；有3个未成对电子的有________。 (2)未成对电子数与周期数相等的元素有________。 答案 (1)C、Si、Ge、O、S、Se、Ti、Ni N、P、As、V、Co (2)H、C、O、P、Fe 2.根据4s4p回答问题：

该元素位于________区，为第________周期________族，是________元素(填名称) 答案 p 四 ⅥA 硒

3.第四周期中，未成对电子数最多的元素是________(填名称)。

2

4

－1

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