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文檔簡介
第16講原子結(jié)構(gòu)與性質(zhì)
內(nèi)容要求
1.了解有關(guān)核外電子運動模型的歷史發(fā)展過程,認識核外電子的運
動特點。
2.知道電子的運動狀態(tài)(空間分布及能量)可通過原子軌道和電子
云模型來描述。
3.知道原子核外電子的能級高低順序,了解原子核外電子排布的構(gòu)
造原理。
4.認識基態(tài)原子中核外電子的排布遵循能量最低原理、泡利原理和
洪特規(guī)則等。
5.知道1?36號元素基態(tài)原子核外電子的排布。
6.知道元素周期表中分區(qū)、周期和族的元素原子核外電子排布特征。
知識點1原子核外電子排布
阿必備知識梳理
一、能層、能級與原子軌道的關(guān)系
1.能層(n):在多電子原子中,核外電子的能量是不同的,按照電子的
能量差異將其分成不同能層。通常用K、L、MN、0、P、Q……表示,
能量依次升高。
2.能級:同一能層里的電子的能量也可能不同,又將其分成不同的能
級,通常用s、p、d、f等表示,同一能層里,各能級的能量按s、p、d、
f的順序升高。
⑴電子云:電子云是處于一定空間運動狀態(tài)的電子在原子核外空間
的概率密度分布的形象化描述。疏密表示電子在核外空間單位體積內(nèi)
出現(xiàn)的概率的大小。S電子的電子云輪廓圖呈球形,P電子的電子云輪
廓圖呈啞鈴狀。
⑵原子軌道:量子力學把電子在原子核外的一個空間運動狀態(tài)稱為
一個原子軌道。
能層(n)—*二三四五...
符號KLMN0...
能級Is2s2p3s3p3d4s4p4d4f5s............
軌道數(shù)11313513571............
最多容納22626102610142............
電子數(shù)281832...2n2
二、基態(tài)原子的核外電子排布
1.能量最低原理:在構(gòu)建基態(tài)原子時,電子將盡可能地占據(jù)能量最低
的軌道,使整個原子的能量最低。
如圖為構(gòu)造原理示意圖,即基態(tài)原子核外電子在原子軌道上的排布順
序圖:
,??,OOOOO
2.泡利原理(泡利不相容原理)
在一個原子軌道里,最多只能容納2個電子,它們自旋相反。如2s軌
道上的電子排布為吼不能表示為叫
基態(tài)原子中,填入簡并軌道的電子總是先單獨分占,且自旋壬紅。如
33,πτπ~π丁”士一“≡ττπ..ΠT∏T
2p的電子排布為2P,不能表示為2p或2p。
洪特規(guī)則特例:當能量相同的原子軌道在全滿(P6、cl?fM)、半滿(P3、
(T)和全空(p°、d°)狀態(tài)時,體系的能量最低,如24Cr的電子排布式為
2262651
ls2s2p3s3p3d4s0
三、基態(tài)原子核外電子排布的表示方法
表示方法以硫原子為例
電子排布式ls22s22p63s23p4
簡化電子
[Ne]3s23p1
排布式
電子排布圖同冏冏川
_______________Is2s2ρ3s3p__________________
價層電子3s23p4
排布式
四、基態(tài)、激發(fā)態(tài)及光譜示意圖
吸收光譜學史-吸收能量釋放能量儂*發(fā)射光譜
_J_
態(tài)超)
易錯易混,
1.在基態(tài)多電子原子中,P軌道電子能量一定高于s軌道電子能量。
()
2.所有原子任意能層的s電子云輪廓圖都是球形,但球的半徑大小不
同。()
3.同一原子中,2〉、2py、2p,的能量相等。()
2262626
2s2p3s3p4s3do()
[∏]叫畫皿叫∣πτπ
Is2s2p3s3po()
6.電子排布式GSC)IS22s22p63s23p63d?違反了能量最低原理。()
7.霓虹燈發(fā)出有色光、激光器產(chǎn)生激光、燃放的焰火以及棱鏡分光均
與核外電子的躍遷有關(guān)。()
答案:LX2.√3.√4.×5.×6.√7.X
呵關(guān)鍵能力提升
題點一原子核外電子排布及表示方法
L下列各原子或離子的電子排布式錯誤的是(D)
lls22s22p63s23p6
B.As1s22s22p63s23p63d'04s24p3
3^ls22s22p6
D.Crls22s22p63s23p63d44s2
解析:Cr原子核外有24個電子,其電子排布式為Is22s22p63s23p63d%s∣,
故D錯誤。
2.按要求回答問題:
(DCU2*基態(tài)核外電子排布式為o
(2)基態(tài)鋼原子的價層軌道表示式為。
(3)Sm的價層電子排布式為4f66s2,Sm"價層電子排布式為。
(4)Fe成為陽離子時首先失去軌道電子;基態(tài)Fe"與F/中未
成對的電子數(shù)之比為。
(5)基態(tài)O原子中,核外電子有種運動狀態(tài),電子占據(jù)的最高能
層符號為,該能層具有的原子軌道數(shù)為,電子數(shù)
為o
答案:⑴[Ar]3d"或ls22s22p63s23p63d9)
,,.ltltltlI∣[tT]
(2)3d4?
(3)4f5
(4)4s4:5
(5)82p34
a≡顯蠟分清核外電子排布的兩類化學用語
—核外電子排布式,如Cuzl822822p63s23p63d,048,
電
子
排一簡化核外電了,排布式,如Cu:[Ar]3d104s1
S
-價層電子排布式,如Cuz3d,04≡'
「核外軌道表示式,如[TT]IIltItl
軌道表不式_Is2s2p
(電子排布圖)-
-外圍(價層)軌道表示式,如N:HlrnTm
2s2p
題點二利用原子核外電子排布推斷元素
3.X、Y、Z三種元素的原子,其最外層電子排布分別為ns?3s23p*^∏
2s22p',由這三種元素組成的化合物的化學式可能是(A)
22YZ3
2YZ23
解析:X原子最外層電子排布為ns:可能為氫、鋰、鈉等元素,為第I
A族元素,化合價為+1價;Y原子最外層電子排布為3s23p',則Y為Al,
24
化合價為+3價;Z原子最外層電子排布為2s2p2中Y的化合價為+3價,
如NaAIO22YZ32YZ23中Y的化合價為+5價,不符合物質(zhì)組成的規(guī)律。
26p”的元素不可能具有的性質(zhì)是(C)
A.該元素的最高化合價呈+6價
H1MTTT1
6s6p
[tp∣ti∣tH∣
242ll
6p6p',因此基態(tài)原子的價層軌道表示式為冒6p0
知識點2原子結(jié)構(gòu)與元素的性質(zhì)
㈣必備知識梳理
一、元素周期表的分區(qū)
區(qū)匕
周能每周期第一種元素每周期最后一種元素
期層原基態(tài)原子的原
數(shù)子簡子基態(tài)原子的
序化電子排布序電子排布式
數(shù)式數(shù)
二23[He]2s'10Is22s?2p6
三311[Ne]3s'18
四419[Ar]4s∣36Is22s22p63s23p63d∣°4s24p6
五537[Kr]5sl54ls22s22p63s23p63d104s24p64d'05s25p6
ls22s22p63s23p63d*04s???f14
六655[Xe]6s'86
5s25pfi5d'06s26p6
ls22s22p63s23p63d104sW4d104f14
七787[Rn]7s,118
r
5r~s25r-p65匚α」105匚f6s26∩p66pdJlθ77s27/7p6
(1)分區(qū)簡圖
(2)各區(qū)元素原子價層電子排布特點及化學性質(zhì)
分
元素分布價層電子排布元素性質(zhì)特點
區(qū)
除氫外都是活潑金屬
元素;
I?2
S區(qū)IA、IIA族HS
通常是最外層電子參與
反應(yīng)
InA族?VlIA族、ns2np1-6通常是最外層電子參與
P區(qū)
O族(氨除外)反應(yīng)
InB族?VnB族、
(n-l)d??s*'2d軌道可以不同程度地
d區(qū)Vin族(除錮系、
(鈿除外)參與化學鍵的形成
鋼系外)
ds
IB族、HB族(n-l)d10ns1^^2金屬元素
區(qū)
(n-2)f0"(n-錮系元素化學性質(zhì)相近;
f區(qū)鐲系、鋼系
l)d0-2ns2鋼系元素化學性質(zhì)相近
二、元素周期律
能層數(shù):能層數(shù)越多,原子半徑越大
⑴影響因素(核電荷數(shù):同周期元素,核電荷數(shù)越大,
原子半徑越小
V-------
⑵變化規(guī)律:元素周期表中的同周期主族元素從左到右,原子半徑逐
漸減小;同主族元素從上到下,原子半徑逐漸增大。
(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)
正離子所需要的最低能量,符號工,單位:kj-mol1O
⑵意義:表示原子或離子失去電子的難易程度。第一電離能數(shù)值越小,
氣態(tài)原子越易失去一個電子,該元素的金屬性越強;反之,第一電離能
數(shù)值越大,氣態(tài)原子越難失去一個電子。
(3)規(guī)律
第一電離能/(W∕mol)
原了序數(shù)
⑴含義:用來描述不同元素的原子對鍵合電子吸引力的大小。元素的
電負性越大,表示其原子對鍵合電子的吸引力越大。
(2)變化規(guī)律:除稀有氣體外,一般來說,同周期從左至右,元素的電負
性逐漸變大,同主族從上至下,元素的電負性逐漸變小。
⑶意義:a.判斷一種元素是金屬還是非金屬,金屬元素的電負性一般,
非金屬元素的電負性一般,而位于非金屬三角區(qū)邊界的“類金屬”(如
錯、錨等)的電負性則在L8左右。
b.判斷化合物中元素化合價的正負。
c.判斷化學鍵的性質(zhì)(以1.7為界)。
在元素周期表中,某些主族元素與右下方(或左上方)的主族元素的有
些性質(zhì)是相似的,如
&易錯易尾
1.元素周期表P區(qū)全部是非金屬元素。()
25p∣的元素位于元素周期表第五周期第IA族,是S區(qū)元素。()
3.與Cr同周期且基態(tài)原子最外層電子數(shù)相同的元素,一定位于周期
表中的S區(qū)。()
4.同一周期元素從左至右,原子半徑逐漸減小,元素的第一電離能依
次增大。()
5.電負性越大,非金屬性越強,第一電離能也越大。()
6.①Na、K、Rb;②N、P、As;③C、N、0;④F、P、K,元素的電負性隨
原子序數(shù)增大而遞增的只有③。()
答案:1.X2.×3.×4.×5,×6.√
何關(guān)鍵能力提升
題點一電離能及其應(yīng)用
1
1.已知X、Y是主族元素,I為電離能,單位是kJ-moΓ0根據(jù)下表所
列數(shù)據(jù)判斷錯誤的是(D)
電離能
IlI3I4
元素
X496456269129543
Y5781817274511600
A.元素X的常見化合價是+1價
B.元素Y是第mA族的元素
C.元素X與氧形成化合物時一,化學式可能是X2O2
D.若元素Y處于第三周期,則它可與冷水劇烈反應(yīng)
解析:X、Y是主族元素,I為電離能,X第一電離能和第二電離能差距
較大,說明X為第IA族元素;Y第三電離能和第四電離能差距較大,
說明Y為第HIA族元素,X的第一電離能小于Y,說明X的金屬活潑性
大于Y。A.X為第IA族元素,元素最高化合價與其族序數(shù)相等,所以X
常見化合價為+1價,正確;B.通過以上分析知,Y為第HIA族元素,正
確;C.若元素X是Na,與氧形成化合物時,化學式可能是Na2O2,正確;D.
若元素Y處于第三周期,則為Al元素,與冷水不反應(yīng),錯誤。
2.金屬材料在生產(chǎn)生活中被廣泛應(yīng)用。
(1)(2020?全國I卷)Goodenough等人因在鋰離子電池及鉆酸鋰、磷
酸鐵鋰等正極材料研究方面的卓越貢獻而獲得2019年諾貝爾化學獎。
Li及其周期表中相鄰元素的第一電離能(L)如表所示。I,(Li)>I1(Na),
原因是o
L(Be)>L(B)>L(Li),原因是。
Ii/(kJ?mol?)
Li520Be900B801
Na496Mg738Al578
(2)(2018?全國HI卷改編)黃銅是人類最早使用的合金之一,主要由
Zn和CU組成。第一電離能I1(Zn)L(CU)(填“大于”或“小于”),
原因是。元素銅與銀的
第二電離能分別為ICU=I958kj?mol?INi=I753kJ?mol二IQK
的原因是o
答案:(I)Na與Li同族,Na電子層數(shù)多,原子半徑大,易失電子Li、
Be和B為同周期元素,核電荷數(shù)依次增加。Be為1S?2S2全滿穩(wěn)定結(jié)構(gòu),
第一電離能最大。與Li相比,B核電荷數(shù)大,原子半徑小,較難失去電
子,第一電離能較大
⑵大于Zn核外電子排布為全滿穩(wěn)定結(jié)構(gòu),較難失電子
銅失去的是全充滿的3d∣°電子,銀失去的是4s∣電子
CjM觸電離能的四個應(yīng)用
電離能越小,金屬越容易失去電子,金屬性越強;反之金屬性越弱。
如果某元素的In÷l>>Ill,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。
多電子原子中,元素的各級電離能逐漸增大,有一定的規(guī)律性。當電離
能的變化出現(xiàn)突變時,電子層數(shù)就可能發(fā)生變化。
同周期元素從左向右,元素的第一電離能并不是逐漸增大的,當元素
的核外電子排布是全空、半充滿和全充滿狀態(tài)時,第一電離能就會反
常的大。如第一電離能:Be>B,N>0°
題點二電負性及其應(yīng)用
3.在科學研究和生產(chǎn)實踐中,僅有定性的分析往往是不夠的,為此,人
們用電離能、電子親和能、電負性來定量地衡量或比較原子得失電子
能力的強弱。
(1)(2019?全國HI卷改編)NHBPOi中,電負性最高的元素
是;Zn、Ge、0電負性由大至小的順序是。
(2)(2020?全國In卷)NH3BH3分子中,與N原子相連的H呈正電性田埼,
與B原子相連的H呈負電性(H"),電負性大小順序是c
(3)(2017?全國∏卷)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)o第二周期部分元
素的El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El呈現(xiàn)異常的原因是—
答案:(1)OO>Ge>Zn(2)N>H>B
⑶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
題點三“位一構(gòu)一性”綜合應(yīng)用
4.現(xiàn)有七種元素,其中A、B、C、D、E為短周期主族元素,F、G為第
四周期元素,它們的原子序數(shù)依次增大。請根據(jù)下列相關(guān)信息、,回答
問題。
A元素的核外電子數(shù)和電子層數(shù)相等
B元素原子的核外P軌道電子數(shù)比S軌道電子數(shù)少1
C原子的第一至第四電離能如下:
1
Iι=738kJ?moΓ'I2=I451kJ?moΓI3=7733kJ?moΓ'L1=IO540
kJ?mol1
D原子核外所有p軌道全滿或半滿
E元素的主族序數(shù)與周期數(shù)的差為4
F是前四周期中電負性最小的元素
G在周期表的第七列
(1)已知BAs為離子化合物,寫出其電子式:o
(2)B元素基態(tài)原子中能量最高的電子,其電子云在空間有個
方向,原子軌道呈形。
(3)G位于族區(qū),該元素的價層電子排布
式為o
(4)檢驗F元素的方法是,請用原子結(jié)構(gòu)的知識解釋產(chǎn)生
此現(xiàn)象的原因:o
解析:由題意可推知A、B、C、D、E、F、G分別為H、N、Mg、P、CL
K、Mn0
⑴N?為離子化合物,是由NHi與H兩種離子構(gòu)成,電子式為
H
:+
[H?N?
H
(2)B為N元素,核外電子排布式為Is22s22p?基態(tài)原子中能量最高的
電子,處于2p能級,有3個電子,其電子云在空間有3個方向,原子軌
道呈啞鈴(紡錘)形。
(3)G為Mn元素,是25號元素,位于第四周期第VnB族,最后填充的為
52
d軌道電子,為d區(qū)元素,價層電子排布式為3d4s0
H
答案:⑴[H:V:H]+[:H]
??
H
(2)3啞鈴(紡錘)
⑶第VnBd3d54s2
(4)焰色試驗當基態(tài)原子的電子吸收能量后,電子會躍遷到較高能
級,變成激發(fā)態(tài)原子,電子從較高能量的激發(fā)態(tài)躍遷到較低能量的激
發(fā)態(tài)或基態(tài)時,將以光的形式釋放能量
當堂檢測
1.下列說法正確的是(D)
A.多電子原子中,不同能級上電子的能量可能相同
C.同一原子中,Is、2s、3s電子的能量逐漸減小
D.對于同一個原子的電子層,能量最低的是K層
解析:同
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