2020年高考化學(xué)一輪總復(fù)習(xí)文檔第十二章第36講原子結(jié)構(gòu)與性質(zhì)

第十二章物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)[考綱解讀]1.原子結(jié)構(gòu)與元素的性質(zhì)：(1)了解原子核外電子的運動狀態(tài)、能級分布和排布原理，能正確書寫1～36號元素原子核外電子、價電子的電子排布式和軌道表達式。(2)了解電離能的含義，并能用以說明元素的某些性質(zhì)。(3)了解電子在原子軌道之間的躍遷及其簡單應(yīng)用。(4)了解電負性的概念，并能用以說明元素的某些性質(zhì)。2.化學(xué)鍵與分子結(jié)構(gòu)：(1)理解離子鍵的形成，能根據(jù)離子化合物的結(jié)構(gòu)特征解釋其物理性質(zhì)。(2)了解共價鍵的形成、極性、類型(σ鍵和π鍵)，了解配位鍵的含義。(3)能用鍵能、鍵長、鍵角等說明簡單分子的某些性質(zhì)。(4)了解雜化軌道理論及簡單的雜化軌道類型(sp、sp2、sp3)。(5)能用價層電子對互斥理論或者雜化軌道理論推測簡單分子或離子的空間結(jié)構(gòu)。3.分子間作用力與物質(zhì)的性質(zhì)：(1)了解范德華力的含義及對物質(zhì)性質(zhì)的影響。(2)了解氫鍵的含義，能列舉存在氫鍵的物質(zhì)，并能解釋氫鍵對物質(zhì)性質(zhì)的影響。4.晶體結(jié)構(gòu)與性質(zhì)：(1)了解晶體的類型，了解不同類型晶體中結(jié)構(gòu)微粒、微粒間作用力的區(qū)別。(2)了解晶格能的概念，了解晶格能對離子晶體性質(zhì)的影響。(3)了解分子晶體結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的關(guān)系。(4)了解原子晶體的特征，能描述金剛石、二氧化硅等原子晶體的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的關(guān)系。(5)理解金屬鍵的含義，能用金屬鍵理論解釋金屬的一些物理性質(zhì)。了解金屬晶體常見的堆積方式。(6)了解晶胞的概念，能根據(jù)晶胞確定晶體的組成并進行相關(guān)的計算。第36講原子結(jié)構(gòu)與性質(zhì)1.能層、能級與原子軌道(1)能層(n)：在多電子原子中，核外電子的eq\o(□,\s\up3(01))能量是不同的，按照電子的eq\o(□,\s\up3(02))能量差異將其分成不同能層。通常用K、L、M、N、O、P、Q……表示相應(yīng)的第一、二、三、四、五、六、七……能層，能量依次升高。(2)能級：同一能層里的電子的eq\o(□,\s\up3(03))能量也可能不同，又將其分成不同的能級，通常用eq\o(□,\s\up3(04))s、p、d、f等表示，同一能層里，各能級的能量按eq\o(□,\s\up3(05))s、p、d、f的順序升高，即：eq\o(□,\s\up3(06))E(s)<E(p)<E(d)<E(f)。(3)原子軌道：表示電子在原子核外的一個空間eq\o(□,\s\up3(07))運動狀態(tài)。(4)原子軌道的能量關(guān)系(5)能層、能級與原子軌道的關(guān)系2．原子核外電子的排布規(guī)律(1)構(gòu)造原理：從氫原子開始，隨著eq\o(□,\s\up3(41))原子核電荷數(shù)的遞增，原子核每增加一個質(zhì)子，原子核外便增加一個電子，這個電子大多是按下圖所示的eq\o(□,\s\up3(42))能級順序填充的，填滿一個eq\o(□,\s\up3(43))能級再填一個新eq\o(□,\s\up3(44))能級。這個規(guī)律稱為構(gòu)造原理。如圖為構(gòu)造原理示意圖，亦即基態(tài)原子核外電子在原子軌道上的排布順序圖：(2)泡利原理每個原子軌道里最多只能容納eq\o(□,\s\up3(45))2個電子，且自旋狀態(tài)eq\o(□,\s\up3(46))相反。如2s2軌道上的電子排布圖為，不能表示為。(3)洪特規(guī)則當(dāng)電子排布在同一能級的不同軌道時，基態(tài)原子中的電子總是eq\o(□,\s\up3(47))優(yōu)先單獨占據(jù)一個軌道，且自旋狀態(tài)eq\o(□,\s\up3(48))相同。如2p3的電子排布圖為，不能表示為或。洪特規(guī)則特例：當(dāng)能量相同的原子軌道在eq\o(□,\s\up3(49))全滿(p6、d10、f14)、eq\o(□,\s\up3(50))半滿(p3、d5、f7)和eq\o(□,\s\up3(51))全空(p0、d0、f0)狀態(tài)時，體系的能量最低。如24Cr的基態(tài)原子電子排布式為eq\o(□,\s\up3(52))1s22s22p63s23p63d54s1，而不是1s22s22p63s23p63d44s2。3．電子躍遷與原子光譜(1)能量最低原理：原子的電子排布遵循eq\o(□,\s\up3(53))構(gòu)造原理能使整個原子的能量處于eq\o(□,\s\up3(54))最低狀態(tài)，簡稱能量最低原理。(2)原子的狀態(tài)①基態(tài)原子：處于eq\o(□,\s\up3(55))最低能量的原子。②激發(fā)態(tài)原子：基態(tài)原子的電子吸收能量后，從eq\o(□,\s\up3(56))低能級躍遷到eq\o(□,\s\up3(57))高能級狀態(tài)的原子。(3)原子光譜：不同元素的原子發(fā)生電子躍遷時會eq\o(□,\s\up3(58))吸收或eq\o(□,\s\up3(59))釋放不同的光，用光譜儀記錄下來便得到原子光譜。利用原子光譜的特征譜線可以鑒定元素，稱為光譜分析。(4)基態(tài)、激發(fā)態(tài)及光譜示意圖4．原子結(jié)構(gòu)與周期表的關(guān)系(1)原子結(jié)構(gòu)與周期的關(guān)系每周期第一種元素的最外層電子的排布式為eq\o(□,\s\up3(64))ns1。每周期結(jié)尾元素的最外層電子排布式除He為1s2外，其余為eq\o(□,\s\up3(65))ns2np6。(2)主族和0族元素的價電子排布特點①主族②0族：He：eq\o(□,\s\up3(73))1s2；其他：ns2np6。(3)元素周期表的分區(qū)與價電子排布的關(guān)系①周期表的分區(qū)②根據(jù)元素金屬性與非金屬性可將元素周期表分為金屬元素區(qū)和非金屬元素區(qū)(如下圖)，處于金屬與非金屬交界線(又稱梯形線)附近的非金屬元素，又稱為半金屬或準(zhǔn)金屬，但不能叫兩性元素。5．元素周期律(1)電離能①第一電離能：氣態(tài)電中性基態(tài)原子失去一個電子轉(zhuǎn)化為氣態(tài)基態(tài)正離子所需要的eq\o(□,\s\up3(74))最低能量，符號：eq\o(□,\s\up3(75))I1，單位：eq\o(□,\s\up3(76))kJ·mol－1。②規(guī)律a．同周期：第一種元素的第一電離能eq\o(□,\s\up3(77))最小，最后一種元素的第一電離能eq\o(□,\s\up3(78))最大，總體呈現(xiàn)eq\o(□,\s\up3(79))從左到右逐漸增大的變化趨勢。第二、三、四周期的同周期主族元素，第ⅡA族(ns2np0)和第ⅤA族(ns2np3)，因p軌道處于全空或半充滿狀態(tài)，比較穩(wěn)定，所以其第一電離能大于同周期相鄰的ⅢA和ⅥA族元素，如第一電離能Mgeq\o(□,\s\up3(80))>Al，Peq\o(□,\s\up3(81))>S。b．同族元素：從上至下第一電離能eq\o(□,\s\up3(82))逐漸減小。c．同種原子：隨著電子的逐個失去，陽離子所帶的正電荷數(shù)越來越eq\o(□,\s\up3(83))多，再失去電子需克服的電性引力越來越eq\o(□,\s\up3(84))大，消耗的能量越來越eq\o(□,\s\up3(85))大，逐級電離能越來越eq\o(□,\s\up3(86))大(即I1eq\o(□,\s\up3(87))<I2eq\o(□,\s\up3(88))<I3……)。(2)電負性①含義用來描述不同元素的原子對eq\o(□,\s\up3(89))鍵合電子吸引力的大小。電負性越大的原子，對鍵合電子的吸引力eq\o(□,\s\up3(90))越大。②標(biāo)準(zhǔn)以氟的電負性為eq\o(□,\s\up3(91))作為相對標(biāo)準(zhǔn)，得出了各元素的電負性。③規(guī)律金屬元素的電負性一般eq\o(□,\s\up3(92))，非金屬元素的電負性一般eq\o(□,\s\up3(93))，而位于非金屬三角區(qū)邊界的“類金屬”(如鍺、銻等)的電負性則在1.8左右。一般來說，同一周期，從左至右，電負性逐漸eq\o(□,\s\up3(94))增大，同一主族，從上至下，電負性逐漸eq\o(□,\s\up3(95))減小。(3)對角線規(guī)則在元素周期表中，某些主族元素與eq\o(□,\s\up3(96))右下方的主族元素的有些性質(zhì)是相似的，如：1．判斷正誤，正確的畫“√”，錯誤的畫“×”，并指明錯因。(1)p能級能量一定比s能級的能量高。(×)錯因：3s能級的能量大于2p能級的能量。(2)磷元素基態(tài)原子的電子排布圖為。(×)錯因：磷元素基態(tài)原子的電子排布圖中3p能級的排布為：。(3)價電子排布為5s25p1的元素位于第五周期第ⅠA族，是s區(qū)元素。(×)錯因：價電子排布為5s25p1的是第ⅢA_族，是p區(qū)元素。(4)電子排布式(22Ti)1s22s22p63s23p10違反了能量最低原理。(×)錯因：該電子排布式違反了泡利原理。(5)某些金屬及它們的化合物在灼燒時會產(chǎn)生特殊的顏色，是由于電子躍遷時能量以光的形式釋放出來。(√)錯因：__________________________________________________________(6)主族元素的電負性越大，元素原子的第一電離能一定越大。(×)錯因：氧元素的電負性大于氮元素的電負性，但氧原子的第一電離能小于氮原子的第一電離能。(7)1～36號元素中，原子最外層有3個未成對電子的元素為N、P、As。(√)錯因：__________________________________________________________(8)根據(jù)元素周期律，氮與氧、鎂與鋁相比，都是后者的第一電離能大。(×)錯因：氮的第一電離能大于氧的，鎂的第一電離能大于鋁的。2．教材改編題(據(jù)人教選修三P24T6)A、B、C、D都是短周期元素。A的原子核外有兩個電子層，最外層已達到飽和。B位于A元素的下一周期，最外層的電子數(shù)是A最外層電子數(shù)的eq\f(1,2)。C的離子帶有兩個單位正電荷，它的核外電子排布與A元素原子相同。D與C屬同一周期，D原子的最外層電子數(shù)比A的最外層電子數(shù)少1。(1)根據(jù)上述事實判斷：A是________，B是________，C是________，D是________(用元素符號填空)。(2)C原子的核外電子排布式為________；D離子的核外電子排布式為________。(3)B位于第________周期________族，它的最高價氧化物的化學(xué)式是________，最高價氧化物的水化物是一種________酸。答案(1)NeSiMgCl(2)1s22s22p63s2或[Ne]3s21s22s22p63s23p6(3)三ⅣASiO2弱考點eq\a\vs4\al(一)原子核外電子排布原理[典例1](1)(2018·全國卷Ⅰ)Li是最輕的固體金屬，采用Li作為負極材料的電池具有小而輕、能量密度大等優(yōu)良性能，得到廣泛應(yīng)用。回答下列問題：下列Li原子電子排布圖表示的狀態(tài)中，能量最低和最高的分別是________、________(填標(biāo)號)。(2)(2017·全國卷Ⅱ)氮原子價層電子的軌道表達式(電子排布圖)為________。(3)(2016·全國卷Ⅱ)鎳元素基態(tài)原子的電子排布式為____________，3d能級上的未成對電子數(shù)為________。解析(1)根據(jù)核外電子排布規(guī)律可知Li的基態(tài)原子核外電子排布式為1s22s1，則D中能量最低；C中有2個電子處于2p能級上，能量最高。(2)氮原子的核外電子排布式為1s22s22p3，所以價層電子的軌道表達式(電子排布圖)為。(3)鎳是28號元素依據(jù)構(gòu)造原理、泡利原理、洪特規(guī)則及特例，可得鎳元素基態(tài)原子排布式為：1s22s22p63s23p63d84s2。答案(1)DC(2)(3)1s22s22p63s23p63d84s2或[Ar]3d84s22名師精講(1)核外電子排布的表示方法(2)原子核外電子排布符合構(gòu)造原理、洪特規(guī)則、泡利原理，若違背其一，則電子能量不處于最低狀態(tài)。在寫基態(tài)原子的電子排布圖時，常出現(xiàn)以下錯誤：(3)半充滿、全充滿狀態(tài)的原子結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。如Cr：3d54s1、Cu：3d104s1。(4)當(dāng)出現(xiàn)d軌道時，雖然電子按ns、(n－1)d、np的順序填充，但在書寫電子排布式時，仍把(n－1)d放在ns前，如Fe：1s22s22p63s23p63d64s2正確，F(xiàn)e：1s22s22p63s23p64s23d6錯誤。(5)由于能級交錯，3d軌道的能量比4s軌道的能量高，排電子時先排4s軌道再排3d軌道，而失電子時，卻先失4s軌道上的電子。(6)書寫軌道表示式時，空軌道不能省略。如C的軌道表示式為，而不是。1．圖中所發(fā)生的現(xiàn)象與電子的躍遷無關(guān)的是()答案D解析燃放煙火、霓虹燈、燃燒蠟燭等獲得的光能都是電子躍遷時能量以光的形式釋放出來導(dǎo)致的，而平面鏡成像則是光線反射的結(jié)果。2．(1)(2016·全國卷Ⅲ)寫出基態(tài)As原子的核外電子排布式________________________。(2)(2016·江蘇高考)Zn2＋基態(tài)核外電子排布式為__________________。(3)(2015·福建高考)基態(tài)Ni原子的電子排布式為________，該元素位于元素周期表中的第________族。(4)(2015·安徽高考)N的基態(tài)原子核外電子排布式為________；Cu的基態(tài)原子最外層有________個電子。(5)(浙江高考)31Ga基態(tài)原子的核外電子排布式是_________________。(6)(全國卷Ⅰ)基態(tài)Fe原子有________個未成對電子，F(xiàn)e3＋的電子排布式為________。可用硫氰化鉀檢驗Fe3＋，形成的配合物的顏色為________。答案(1)1s22s22p63s23p63d104s24p3(或[Ar]3d104s24p3)(2)1s22s22p63s23p63d10(或[Ar]3d10)(3)1s22s22p63s23p63d84s2(或[Ar]3d84s2)Ⅷ(4)1s22s22p31(5)1s22s22p63s23p63d104s24p1(或[Ar]3d104s24p1)(6)41s22s22p63s23p63d5(或[Ar]3d5)血紅色解析(1)根據(jù)構(gòu)造原理即可寫出As的電子排布式。(2)Zn2＋核外有28個電子，電子排布式為1s22s22p63s23p63d10。(3)Ni是28號元素，位于元素周期表的第四周期Ⅷ族，基態(tài)Ni原子的電子排布式為1s22s22p63s23p63d84s2。(4)N為7號元素，故基態(tài)原子核外電子排布式為1s22s22p3，銅基態(tài)原子核外價電子排布式為3d104s1，故基態(tài)原子最外層有1個電子。(6)基態(tài)鐵原子的價電子排布式為3d64s2,3d能級軌道示意圖為，有4個未成對電子，F(xiàn)e3＋的電子排布式為1s22s22p63s23p63d5，F(xiàn)e(SCN)3溶液呈血紅色。3．(1)(2018·青島市一模)①在現(xiàn)代化學(xué)中，常利用________上的特征譜線來鑒定元素，稱為光譜分析。②寫出Cu2＋的外圍電子排布式________。(2)(2018·太原市一模)基態(tài)Fe3＋的價電子排布式為：______________。(3)(2018·石家莊市質(zhì)檢一)基態(tài)Cu原子的價層電子的軌道表達式為____________________，其核外電子共占據(jù)________個能級。(4)(2018·廣東省二模)原子序數(shù)小于36的元素Q和T，在周期表中既位于同一周期又位于同一族，且T的原子序數(shù)比Q多2。T的基態(tài)原子的外圍電子(價電子)排布式為________，Q2＋的未成對電子數(shù)是________。答案(1)①原子光譜②3d9(2)3d5(3)7(4)3d84s24解析(1)②Cu是29號元素，電子排布式為：[Ar]3d104s1，Cu2＋的外圍電子排布式為3d9。(2)鐵元素是26號元素，鐵原子核外有26個電子，根據(jù)構(gòu)造原理知其基態(tài)原子核外電子排布方式，鐵原子失去3個電子變?yōu)殍F離子，鐵離子核外有23個電子，3d電子為其價電子，鐵離子3d能級上有5個電子，4s能級上沒有電子，所以其價電子排布式為：3d5。(3)Cu元素為29號元素，原子核外有29個電子，所以核外電子排布式為1s22s22p63s23p63d104s1，價層電子的軌道表達式為，其核外電子共占據(jù)7個能級。(4)Q、T位于同一周期的同一族，且T的原子序數(shù)比Q多2，則斷定Q、T位于第四周期第Ⅷ族，Q為Fe，T為Ni，Ni的基態(tài)原子的價電子排布式為3d84s2，F(xiàn)e2＋的3d軌道有6個電子，電子排布圖為，所以未成對電子數(shù)為4?？键ceq\a\vs4\al(二)原子結(jié)構(gòu)與元素的性質(zhì)[典例2](1)(2017·全國卷Ⅱ)元素的基態(tài)氣態(tài)原子得到一個電子形成氣態(tài)負一價離子時所放出的能量稱作第一電子親和能(E1)。第二周期部分元素的E1變化趨勢如圖所示，其中除氮元素外，其他元素的E1自左而右依次增大的原因是_________________________________________________________________；氮元素的E1呈現(xiàn)異常的原因是_____________________________________________________________。(2)(2016·全國卷Ⅰ)光催化還原CO2制備CH4反應(yīng)中，帶狀納米Zn2GeO4是該反應(yīng)的良好催化劑。Zn、Ge、O電負性由大至小的順序是____________。解析(2)元素的非金屬性越強，原子吸引電子能力越強，元素的電負性越大。答案(1)同周期元素隨核電荷數(shù)依次增大，原子半徑逐漸變小，故結(jié)合一個電子釋放出的能量依次增大N原子的2p軌道為半充滿狀態(tài)，具有額外穩(wěn)定性，故不易結(jié)合一個電子(2)O>Ge>Zn名師精講(1)電離能的應(yīng)用判斷元素的化合價如果某元素的In＋1?In，則該元素的常見化合價為＋n，如鈉元素I2?I1，所以鈉元素的化合價為＋1。(2)電負性的應(yīng)用①確定元素類型(電負性>1.8，一般為非金屬元素；電負性<1.8，一般為金屬元素)。②確定化學(xué)鍵類型(一般來說，兩成鍵元素電負性差值>1.7，為離子鍵；兩成鍵元素電負性差值<1.7，為共價鍵)。③判斷化合物中元素價態(tài)正、負(電負性大的元素呈現(xiàn)負價，電負性小的元素呈現(xiàn)正價)。④判斷元素金屬性和非金屬性的強弱。(3)共價化合物中，兩種元素電負性差值越大，它們形成共價鍵的極性就越強。(4)同周期元素，從左到右，非金屬性越來越強，電負