高中化學(xué)競賽

1、高中化學(xué)競賽第1頁，共19頁，2022年，5月20日，8點33分，星期四【競賽基本要求】1、核外電子運(yùn)動狀態(tài)。2、主、副族同族元素從上到下性質(zhì)變化一般規(guī)律；同周期元素從左到右性質(zhì)變化一般規(guī)律。原子半徑和離子半徑。s、p、d、ds、f 區(qū)元素的基本化學(xué)性質(zhì)和原子的電子構(gòu)型。3、元素在周期表中的位置與核外電子結(jié)構(gòu)的關(guān)系，對角線規(guī)則。4、金屬性、非金屬性與周期表位置的關(guān)系。主、副族重要而常見元素的名稱、符號及在周期表中的位置、常見氧化態(tài)及主要形態(tài)。鉑系元素的概念。第2頁，共19頁，2022年，5月20日，8點33分，星期四【知識點擊】一、核外電子的運(yùn)動狀態(tài) 1、原子核外電子的運(yùn)動原子核外的電子運(yùn)動狀

2、態(tài)用四個量數(shù)描述：n、l、m、m s 。主量子數(shù) n，n = 1, 2, 3, 4符號： K, L, M, N, O, 角量子數(shù) l，l = 0, 1, 2, 3 , , n1。符號：s, p, d, f, 磁量子數(shù) m，m = 0, 1, 2, , l。當(dāng)三個量子數(shù)都具有確定值時，就對應(yīng)一個確定的原子軌道。如2p 就是一個確定的軌道。主量子數(shù)n與電子層對應(yīng)，n = 1時對應(yīng)第一層，n = 2時對應(yīng)第二層，依次類推。軌道的能量主要由主量子數(shù)n決定，n越小軌道能量越低。角量子數(shù) l和軌道形狀有關(guān)，它也影響原子軌道的能量。n和l一定時，所有的原子軌道稱為一個亞層，如n = 2，l = 1就是2p亞

3、層，該亞層有3個2p軌道。n確定時，l值越小亞層的能量越低。磁量子數(shù) m與原子軌道在空間的伸展方向有關(guān)，如2p亞層，l=1， m = 0，1有3個不同的值，因此2p有3種不同的空間伸展方向，一般將3個2p軌道寫成2px, 2py, 2pz 。 第3頁，共19頁，2022年，5月20日，8點33分，星期四 實驗表明，電子自身還具有自旋運(yùn)動。電子的自旋運(yùn)動用一個量子數(shù)ms表示，ms稱為自旋磁量子數(shù)。對一個電子來說，其ms可取兩個不同的數(shù)值1/2或1/2。習(xí)慣上, 一般將ms取1/2的電子稱為自旋向上，表示為 + ； 將ms取1/2的電子稱為自旋向下，表示為。實驗證明，同一個原子軌道中的電子不能具有

4、相同的自旋磁量子數(shù)ms， 也就是說，每個原子軌道只能占兩個電子，且它們的自旋不同?！竞送怆娮涌赡艿目臻g狀態(tài)電子云的形狀】s電子云（球形） p電子云，亞鈴形，有三個方向 px 、 py 、pz 。d電子云有五個方向dxy 、 dxz 、dyz 、 dx2-y2 、 dz2 （稱五個簡并軌道，即能量相同的軌道） 第4頁，共19頁，2022年，5月20日，8點33分，星期四3、核外電子的排布（1）多電子原子的能級 鮑林的軌道能級圖 能級交錯 能級分裂 鮑林根據(jù)光譜實驗的結(jié)果，提出了多電子原子中原子軌道的近似能級圖，圖中的能級順序是指價電子層填入電子時各能級能量的相對高低。第5頁，共19頁，2022年

5、，5月20日，8點33分，星期四屏蔽效應(yīng)和有效核電荷 在多電子原子中，一個電子不僅受到原子核的引力，而且還要受到其他電子的排斥力。這種排斥力顯然要削弱原子核對該電子的吸引，可以認(rèn)為排斥作用部分抵消或屏蔽了核電荷對該電子的作用，相當(dāng)于使該電子受到的有效核電荷數(shù)減少了。于是有Z* = Z，式中Z*為有效核電荷，Z為核電荷。為屏蔽常數(shù)，它代表由于電子間的斥力而使原核電荷減少的部分。我們把由于其他電子對某一電子的排斥作用而抵消了一部分核電荷，使該電子受到的有效核電荷降低的現(xiàn)象稱為屏蔽效應(yīng)。一個電子受到其他電子的屏蔽，其能量升高。鉆穿效應(yīng) 與屏蔽效應(yīng)相反，外層電子有鉆穿效應(yīng)。外層角量子數(shù)小的能級上的電子

6、，如4s電子能鉆到近核內(nèi)層空間運(yùn)動，這樣它受到其他電子的屏蔽作用就小，受核引力就強(qiáng)，因而電子能量降低，造成E4sE3d。我們把外層電子鉆穿到近核內(nèi)層空間運(yùn)動，因而使電子能量降低的現(xiàn)象，稱為鉆穿效應(yīng)。鉆穿效應(yīng)可以解釋原子軌道的能級交錯現(xiàn)象。第6頁，共19頁，2022年，5月20日，8點33分，星期四【注：競賽要求能夠?qū)懗鲈刂芷诒碇兴性氐碾娮优挪际健?Z*= Z內(nèi)層電子大；同層電子間??；外層電子= 0；對稱大。（2）電離能（勢）I定義：元素的氣態(tài)原子在基態(tài)時失去一個電子成為一價氣態(tài)正離子所需要的能量，稱元素的第一電離能。例如：Al(g) 第一電離能I1= 578 kJmol-1；第二電離能I

7、2=1823 kJmol-1； 第三電離能 I3=2751 kJmol-1第7頁，共19頁，2022年，5月20日，8點33分，星期四（3）電子親合能 定義：一個基態(tài)的氣態(tài)原子得到一個電子形成一價氣態(tài)負(fù)離子所放出的能量。稱該原子的第一電子親合能。習(xí)慣上把放出能量的電子親合能EA用正號表示。 O(g)+e O(g) EA=141.8 kJmol1EA反映原子得電子難易程度。EA大，易得電子，非金屬性強(qiáng)。At 270Po 183Bi 91.3Pb 35.1Tl 19.3Cs 45.5I 295Te 190Sb 103Sn 107In 28.9Rb 46.9Br 325Se 195As 78.2Ge

8、 119Ga 28.9K 48.4 Cl 349S 200P 72.0Si 134Al 42.5Na 59.6F 328O 141N -7C 122B 26.7Li 59.6H 72.8【部分元素的第一電子親合能(kJmol1)】第8頁，共19頁，2022年，5月20日，8點33分，星期四【規(guī)律】： 自左向右Z*核電荷大，半徑減小，易形成8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu) 半充滿，全充滿時EA小，例如：氮族，稀有氣體。 同一主族自上而下EA變小，但第二周期例外，如：F、O、N比Cl、S、P小。（4）電負(fù)性：原子在分子中吸引電子的能力。 1932年化學(xué)家鮑林(L. Pauling)指出:“電負(fù)性是元素的原子在化合物

9、中吸引電子能力的標(biāo)度?！辈⑻岢觯篎的負(fù)電性為4.0，其它原子的負(fù)電性均為相對值，以Xp表示。Xp的數(shù)值越大, 表示該元素的原子吸引電子的能力就越強(qiáng); 反之, Xp的數(shù)值越小, 表示該元素的原子吸引電子的能力就越弱。第9頁，共19頁，2022年，5月20日，8點33分，星期四Rn (2.6)Xe 2.58Kr 2.97Ar 3.24Ne 4.79He 4.16At (2.39)I 2.36Br 2.68Cl 2.87F 4.19Po (2.19)Te 2.16Se 2.42S 2.59O 3.61Bi (2.01)Sb 1.98As 2.21P 2.25N 3.07Pb 1.85Sn 1.82G

10、e 1.99Si 1.92C 2.54Tl 1.79In 1.66Ga 1.76Al 1.61B 2.05Ba 0.88Sr 0.96Ca 1.03Mg 1.29Be 1.58Cs 0.66Rb 0.71K 0.73Na 0.87Li 0.91H 2.30【部分元素的電負(fù)性】周期表中從左到右電負(fù)性逐漸增大，從上到下逐漸減小。金屬的電負(fù)性一般小于1.9，而非金屬元素的電負(fù)性一般大于2.2，處于1.9與2.2之間的元素稱為“類金屬”。 周期表中鋰和鎂、鈹和鋁、硼和硅等。例如，鋰和鎂都能在空氣中燃燒，除生成氧化物外同時生成氮化物；鈹和鋁的氫氧化物都具有兩性；硼和硅都是“類金屬”等。人們把這種現(xiàn)象稱為

11、對角線規(guī)則。 第10頁，共19頁，2022年，5月20日，8點33分，星期四【例題1】：下列說法是否正確？如不正確，應(yīng)如何改正？（1）s電子繞核旋轉(zhuǎn)，其軌道為一圓圈，而p電子是走字形。（2）主量子數(shù)為1時，有自旋相反的兩條軌道。（3）主量子數(shù)為3時，有3s、3p、3d、3f四條軌道?！窘馕觥浚海?）不正確。因為電子運(yùn)動并無固定軌道。應(yīng)改正為：s電子在核外運(yùn)動電子云圖像或幾率分布是一個球體，其剖面圖是個圓。而p電子云圖或幾率密度分布是一個紡錘體，其剖面圖是形。（2）不正確。因為n = 1，l = 0 ，m = 0，只有一個1s原子軌道。應(yīng)改為：主量子數(shù)為1時，在1s原子軌道中有兩個自旋相反的電子

12、。（3）不正確。因為n = 3 時，l只能取0、1、2，所以沒有3f。另外3s、3p、3d的電子云形狀不同，3p還有m = 0、1三種空間取向不同的運(yùn)動狀態(tài)，有3個原子軌道，3d有m = 0、1、2五種空間取向，有5個原子軌道。因此應(yīng)改為：主量子數(shù)為3時，有9個原子軌道。第11頁，共19頁，2022年，5月20日，8點33分，星期四【例題2】：試比較Li2+離子的2s和2p軌道能量的高低?！痉治觥浚篖i2+單質(zhì)電子體系，是類氫離子，沒有電子的屏蔽作用（= 0）其能量公式為：E = 2.17910-18Z2/n2（J），只與核電荷數(shù)（已一定）和主量子數(shù)有關(guān)?！窘狻浚阂騆i2+是單質(zhì)電子體系，其各

13、軌道的能量只與主量子數(shù)n有關(guān)，與角量子數(shù)l無關(guān)，所以在Li2+離子中，2s和2p軌道的能量相等?！纠}3】：某元素原子共有3個價電子，其中一個價電子的四個量子數(shù)為n = 3、l = 2、m = 2、ms = +1/2。試回答：（1）寫出該元素原子核外電子排布式（2）寫出該元素的原子序數(shù)，指出在周期表中所處的分區(qū)、周期數(shù)和族序數(shù)，是金屬還是非金屬以及最高正價化合價?！窘狻浚海?）由一個價電子的量子數(shù)可知，該電子為3d電子，則其它二個價電子必為4s電子（因為E3dE4s價層電子構(gòu)型為3d1 4s2。所以電子排布式為1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d1 4s2。（2）該元素的原子序數(shù)為21

14、，處于周期表中的d區(qū)第四周期III B族，是金屬元素，最高正價為 +3。第12頁，共19頁，2022年，5月20日，8點33分，星期四【例題4】： 在現(xiàn)代原子結(jié)構(gòu)理論中，假定每個原子軌道只能容納一個電子，則原子序數(shù)為42的元素原子的核外電子排布將是怎樣的？按這種假設(shè)而設(shè)計出的元素周期表，該元素將屬于第幾周期、第幾族？該元素的中性原子在化學(xué)反應(yīng)中得失電子情況又將怎樣？【分析】：在該題的假設(shè)下，原有原子結(jié)構(gòu)理論的有關(guān)規(guī)律的實質(zhì)是有用的，但具體的則要發(fā)生一些變化。如保里不相容原理和洪特規(guī)則就不適用；但能量最低原理是有用的；飽和的概念仍然成立，只是各個軌道、各個亞層、各個電子層最多能容納的電子數(shù)應(yīng)為原

15、來的一半，如第二層排成2s1 2p3就飽和了，第三層排成3s1 3p3 3d5就飽和了；軌道的能級順序沒有變化，電子的填充順序也無變化。解：電子排布式：1s1 2s1 2p3 3s1 3p3 3d5 4s1 4p3 4d5 4f7 5s15p3 5d5 6s1 6p2周期表中的位置：第六周期，第III A族。該元素的中性原子在化學(xué)反應(yīng)中可得到一個電子顯 1價；可失去3個電子顯 +3價，也可失去2個p電子而顯 +2價。第13頁，共19頁，2022年，5月20日，8點33分，星期四【練習(xí)1】：現(xiàn)代原子結(jié)構(gòu)理論認(rèn)為，在同一電子層上，可有s、p、d、f、g、h等亞層，各亞層分別有1、3、5、個軌道。試

16、根據(jù)電子填入軌道的順序預(yù)測：（1）第8周期共有 種元素；（2）原子核外出現(xiàn)第一個6 f電子的元素的原子序數(shù)是 ；（3）根據(jù)“穩(wěn)定島”假說，第114號元素是一種穩(wěn)定同位素，半衰期很長，可能在自然界都可以找到。試推測第114號元素屬于 周期， 族元素，原子的外圍電子構(gòu)型是 ?！敬鸢浮浚海?）50 （2）139 （3）七 A 7s27p2第14頁，共19頁，2022年，5月20日，8點33分，星期四【練習(xí)2】：目前，科學(xué)家正在設(shè)法探尋“反物質(zhì)”。所謂“反物質(zhì)”是由“反粒子”構(gòu)成的，“反粒子”與其對應(yīng)的正粒子具有相同的質(zhì)量和相同的電量，但電荷的符號相反。2002年9月20日，歐洲核子研究中心成功制造出

17、約5萬個低能量狀態(tài)的反氫原子，這是人類首次在受控條件下大批量制造反物質(zhì)。試回答：（1）科學(xué)家制造出的反氫原子的質(zhì)量數(shù)為 ，電荷數(shù)為 。（2）一對正、負(fù)電子相遇發(fā)生湮滅，轉(zhuǎn)化為一對頻率相同的光子，已知電子質(zhì)量為0.91030kg，那么這對電子湮滅時釋放的能量是 J，這兩個光子的頻率約為 Hz。（保留2位有效數(shù)字，普朗克常數(shù)h6.631034Js）（3）反物質(zhì)酸堿中和反應(yīng)的實質(zhì)可表示為： ?！敬鸢浮浚海?）1 ； 1 （2）1.61013 ； 1.210 20 （3）HOHH2O第15頁，共19頁，2022年，5月20日，8點33分，星期四【練習(xí)3】：寫出Eu（63號）、Te（52號）元素原子的電

18、子排布式。若原子核外出現(xiàn)5 g和6 h五層，請預(yù)測第九、十周期最后一個元素原子序數(shù)和它們的電子排布?！敬鸢浮浚河捎诘谝粚觾H有s亞層，第二層出現(xiàn)2p，第三層出現(xiàn)3d，第四層出現(xiàn)4f，可推知第五層新增5g，第六層新增6h，各亞層排布的電子數(shù)為s2、p6、d10、f 14、g18、h22，電子的排布遵循，ns (n4)h (n3)g (n2)f (n1)d 的順序。Eu（63）和Te（52）的電子排布式分別為： Eu：Xe5f 76s2 Te：Kr4d105s25p4第九周期最后一個元素應(yīng)從9s開始排布，以118號稀有氣體為原子核：1189s26h226g187f 148d109p6。原子序數(shù)為： 11821814106168第十周期最后一個元素從10s開始排布，以168號稀有氣體為原子核：16810s26h227g188f 149d1010p6，原子序數(shù)為： 168222181410