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2019-2020年高三化學一輪總復習 第十二章 第1講 原子結(jié)構(gòu)與性質(zhì) 新人教版
[考綱要求] 1.能規(guī)范書寫常見元素(1～36號)原子核外電子的電子排布式和電子排布圖。2.能運用原子核外電子躍遷等解釋某些實際問題。3.能用電離能、電負性等解釋元素的某些性質(zhì)。4.掌握周期表各區(qū)、周期、族的原子核外電子排布規(guī)律及元素性質(zhì)的遞變規(guī)律。
考點一 原子核外電子排布原理
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、M、N……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，即：E(s)
1.8，非金屬元素；<1.8，金屬元素)。
(2)確定化學鍵類型(兩元素電負性差值>1.7，離子鍵；<1.7，共價鍵)。
(3)判斷元素價態(tài)正負(電負性大的為負價，小的為正價)。
(4)電負性是判斷金屬性和非金屬性強弱的重要參數(shù)(表征原子得電子能力強弱)，電負性越大，非金屬性越強。F的電負性最大，為4.0。
特別提醒 (1)金屬活動性順序與元素相應的電離能大小順序不完全一致，故不能根據(jù)金屬活動性順序表判斷電離能的大小。
(2)不能將電負性1.8作為劃分金屬和非金屬的絕對標準。
(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。
題組一 元素推斷與元素逐級電離能
1．根據(jù)下列五種元素的第一至第四電離能數(shù)據(jù)(單位：kJmol－1)，回答下列各題：
元素代號
I1
I2
I3
I4
Q
2 080
4 000
6 100
9 400
R
500
4 600
6 900
9 500
S
740
1 500
7 700
10 500
T
580
1 800
2 700
11 600
U
420
3 100
4 400
5 900
(1)在周期表中，最可能處于同一族的是________。
A．Q和R B．S和T
C．T和U D．R和T
E．R和U
(2)下列離子的氧化性最弱的是________。
A．S2＋ B．R2＋
C．T3＋ D．U＋
(3)下列元素中，化學性質(zhì)和物理性質(zhì)最像Q元素的是________________________。
A．硼 B．鈹 C．氦 D．氫
(4)每種元素都出現(xiàn)相鄰兩個電離能的數(shù)據(jù)相差較大的情況，這一事實從一個側(cè)面說明：____________________________________________________________________，
如果U元素是短周期元素，你估計它的第2次電離能飛躍數(shù)據(jù)將發(fā)生在失去第______個電子時。
(5)如果R、S、T是同周期的三種主族元素，則它們的原子序數(shù)由小到大的順序是__________，其中________元素的第一電離能異常高的原因是________________。
答案 (1)E (2)D (3)C
(4)電子分層排布，各能層能量不同 10
(5)RCH4。(3)Na2O2與CO2反應生成Na2CO3和O2，反應的化學方程式為2Na2O2＋2CO2===2Na2CO3＋O2，每生成1 mol O2轉(zhuǎn)移電子2 mol。(4)在由碳原子和氫原子形成的多種分子中有兩種氫原子的有丙烷、正丁烷、異丁烷等。該無機陰離子為HCO，可與由C、H、O構(gòu)成的CH3COOH反應生成CO2：CH3COOH＋HCO===CO2↑＋CH3COO－＋H2O。
2．[xx福建理綜，30(1)(2)](1)元素的第一電離能：Al______Si(填“>”或“<”)。
(2)基態(tài)Mn2＋的核外電子排布式為________________________________________。
答案 (1)<
(2)1s22s22p63s23p63d5(或[Ar]3d5)
解析 (1)同一周期元素自左向右第一電離能有增大趨勢，故第一電離能Al”、“<”或“＝”填空：
第一電離能的大?。篗g______Al；熔點的高低：KCl______MgO。
答案 (1)AC (2)1s22s22p63s23p63d104s24p1 (5)> <
解析 (1)L層不存在2d軌道，M層不存在3f軌道，A、C可正確表示原子軌道。
(2)Ga為31號元素，其基態(tài)原子核外電子排布式為1s22s22p63s23p63d104s24p1。
(5)同一周期元素原子的第一電離能一般隨著原子序數(shù)的遞增而增大，但因鎂原子3p軌道全空，原子結(jié)構(gòu)相對穩(wěn)定，因此第一電離能比相鄰的鋁原子的第一電離能大；KCl、MgO均為離子晶體，而離子晶體的熔點高低取決于晶格能的大小，陰、陽離子半徑越小，離子所帶電荷數(shù)越多，晶格能越大，晶體的熔點越高，故熔點：KClO、Mg>Al，B項錯；C項所述元素為零族元素，性質(zhì)穩(wěn)定，第一電離能都較大。
7．同周期內(nèi)不同元素的第一電離能I1隨著原子序數(shù)的增大而增大，但個別元素的I1出現(xiàn)反?，F(xiàn)象。下列關系正確的是 ( )
A．I1(氮)>I1(氧) B．I1(氟)I1(鎂)
答案 A
解析 A中N原子p電子軌道屬于半充滿狀態(tài)，較穩(wěn)定，其I1會出現(xiàn)反常；B中F和O，F(xiàn)的原子半徑較小，非金屬性氟>氧，因而I1(氟)>I1(氧)；C中鎂3s全滿，較為穩(wěn)定，I1出現(xiàn)反常；D中鎂和鈣最外層ns2均為全滿，但金屬鈣比鎂多一個能層，鈣的原子半徑較大，因而I1(鈣)②>①
B．原子半徑：③>②>①
C．電負性：③>②>①
D．最高正化合價：③>②>①
答案 A
解析 由基態(tài)原子的電子排布式可知①、②、③分別為S、P、N。P原子由于3p軌道處于半充滿的穩(wěn)定狀態(tài)，故其第一電離能大于S，因此三者第一電離能大小關系為N>P>S；原子半徑P最大；電負性：N>S>P；S的最高正化合價最高，為＋6，N、P為＋5。
9．下表中元素均為中學化學中常見短周期元素，根據(jù)表中信息，下列說法不正確的是
( )
元素代號
X
Y
Z
W
N
原子半徑/nm
0.186
0.074
0.102
0.099
0.160
主要化合價
＋1
－2
－2、＋6
＋7、－1
＋2
A.X與W形成的化合物是共價化合物
B．常溫下單質(zhì)與水反應速率：X>N
C．最高價氧化物對應水化物酸性：W>Z
D．X和Y的單質(zhì)在一定條件下反應可生成一種淡黃色的固體化合物
答案 A
解析 根據(jù)表中信息，X為Na，Y為O，Z為S，W為Cl，N為Mg。A項，NaCl為離子化合物；B項，Na的活潑性大于Mg；C項，酸性HClO4>H2SO4；D項，Na2O2為淡黃色固體。
10．以下有關元素性質(zhì)的說法不正確的是 ( )
A．具有下列電子排布式的原子中，①1s22s22p63s23p2 ②1s22s22p3 ③1s22s22p2?、?s22s22p63s23p4原子半徑最大的是①
B．具有下列最外層電子排布式的原子中，①3s23p1?、?s23p2?、?s23p3 ④3s23p4第一電離能最大的是③
C．①Na、K、Rb?、贜、P、As?、跲、S、Se?、躈a、P、Cl，元素的電負性隨原子序數(shù)增大而遞增的是④
D．某元素氣態(tài)基態(tài)原子的逐級電離能分別為738、1 451、7 733、10 540、13 630、17 995、21 703，當它與氯氣反應時可能生成的陽離子是X3＋
答案 D
解析 A項，①為Si，②為N，③為C，④為S，原子半徑最大的為Si，正確；B項，①為Al，②為Si，③為P，④為S，第一電離能最大的為P，正確；C項，同一主族元素，第一電離能從上到下逐漸減小；同一周期，第一電離能呈增大趨勢，正確；D項，根據(jù)電離能變化趨勢，最外層應有2個電子，所以與Cl2反應時應呈＋2價，D錯。
11．現(xiàn)有七種元素，其中A、B、C、D、E為短周期主族元素，F(xiàn)、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電子數(shù)比s電子數(shù)少1
C原子的第一至第四電離能如下：
I1＝738 kJmol－1 I2＝1 451 kJmol－1 I3＝7 733 kJmol－1 I4＝10 540 kJmol－1
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BA5為離子化合物，寫出其電子式：______________________________。
(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)某同學根據(jù)上述信息，推斷C基態(tài)原子的核外電子排布圖為
該同學所畫的電子排布圖違背了_____________________________________。
(4)G位于________族________區(qū)，該元素的核外電子排布式為_________________。
(5)DE3中心原子的雜化方式為____________，用價層電子對互斥理論推測其空間構(gòu)型為__________。
(6)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：_______________________________________________________________。
答案 (1) (2)3 啞鈴
(3)泡利原理 (4)第ⅦB d 1s22s22p63s23p63d54s2
(5)sp3 三角錐形
(6)焰色反應 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
解析 由題給信息可知元素A、B、C、D、E、F、G分別為H、N、Mg、P、Cl、K、Mn。(1)離子化合物NH5為氫化銨。(2)N原子的基態(tài)原子能量最高的電子為p電子，p電子云有三個方向，原子軌道呈啞鈴形。(3)題圖中3s軌道的兩個電子自旋方向相同，違背了泡利原理。(5)PCl3的中心原子P的價層電子對數(shù)為4，故為sp3雜化；因外層有一對孤對電子，故空間構(gòu)型為三角錐形。
12．已知元素的某種性質(zhì)“X”和原子半徑、金屬性、非金屬性等一樣，也是元素的一種基本性質(zhì)。下面給出13種元素的X的數(shù)值：
元素
Al
B
Be
C
Cl
F
Li
X的數(shù)值
1.5
2.0
1.5
2.5
2.8
4.0
1.0
元素
Mg
Na
O
P
S
Si
X的數(shù)值
1.2
0.9
3.5
2.1
2.5
1.7
試結(jié)合元素周期律知識完成下列問題：
(1)經(jīng)驗規(guī)律告訴我們：當形成化學鍵的兩原子相應元素的X差值大于1.7時，所形成的一般為離子鍵；當小于1.7時，一般為共價鍵。試推斷AlBr3中的化學鍵類型是__________。
(2)根據(jù)上表給出的數(shù)據(jù)，簡述主族元素的X的數(shù)值大小與元素的得失電子能力大小的關系：__________；簡述第二周期元素(除稀有氣體外)的X的數(shù)值大小與原子半徑之間的關系：____________。
(3)請你預測Br與I元素的X數(shù)值的大小關系__________________。
(4)某有機化合物分子中含有S—N鍵，你認為該共用電子對偏向于__________原子(填元素符號)。
答案 (1)共價鍵
(2)元素X的數(shù)值越大，得電子能力越強(或元素X的數(shù)值越小，失電子能力越強) 原子半徑越小，X的數(shù)值越大 (3)Br大于I (4)N
13．元素A～D是元素周期表中短周期的四種元素，請根據(jù)表中信息回答下列問題。
元素
A
B
C
D
性質(zhì)或結(jié)構(gòu)信息
單質(zhì)制成的高壓燈，發(fā)出的黃光透霧力強、射程遠
工業(yè)上通過分離液態(tài)空氣獲得其單質(zhì)，原子的最外層未達到穩(wěn)定結(jié)構(gòu)
單質(zhì)常溫、常壓下是氣體，原子的L層有一個未成對的p電子
＋2價陽離子的核外電子排布與氖原子相同
(1)上表中與A屬于同一周期的元素是________(填元素符號)，寫出D離子的電子排布式____________________________________________________________。
(2)D和C形成的化合物屬于__________晶體。寫出C單質(zhì)與水反應的化學方程式_____________________________________________________________________。
(3)對元素B的單質(zhì)或化合物描述正確的是________(填序號)。
a．B元素的最高正價為＋6
b．常溫、常壓下單質(zhì)難溶于水
c．單質(zhì)分子中含有18個電子
d．在一定條件下鎂條能與B的單質(zhì)反應
(4)A和D兩元素金屬性較強的是_____________________________(寫元素符號)。
寫出能證明該結(jié)論的一個實驗事實_______________________________________。
答案 (1)Mg 1s22s22p6
(2)離子 2F2＋2H2O===4HF＋O2
(3)bd
(4)Na 鈉與水反應比鎂與水反應劇烈(或氫氧化鈉的堿性比氫氧化鎂的強，合理即可)
解析 由鈉的用途可知，A元素是鈉；原子的最外層電子未達到穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，B可能是氮或氧；L層有一個未成對電子，常溫下又是氣體，故C是氟；D易知是Mg。
14．已知X、Y和Z三種元素的原子序數(shù)之和等于42。X元素原子的4p軌道上有3個未成對電子，Y元素原子的2p軌道上有2個未成對電子。X跟Y可形成化合物X2Y3，Z元素通常只可以形成正一價離子。請回答下列問題：
(1)X元素原子基態(tài)時的電子排布式為_____________，該元素的符號是_________。
(2)Y元素原子的價電子的電子排布圖為 ________________ ，該元素的名稱是________。
(3)已知化合物X2Y3在稀硫酸溶液中可被金屬鋅還原為XZ3，產(chǎn)物還有ZnSO4和H2O，該反應的化學方程式是___________________________________________。
答案 (1)1s22s22p63s23p63d104s24p3{或[Ar]3d104s24p3} As
(2) 氧 (3)As2O3＋6Zn＋6H2SO4===2AsH3↑＋6ZnSO4＋3H2O
解析 X元素的4p軌道已填充電子，故前三個電子層已填滿，該元素是33號元素As；Y的2p軌道有2個未成對電子，則Y可能是碳或氧，又Y能夠與As形成As2Y3，故Y是氧；則Z只能是氫。
15．下表是元素周期表的一部分。表中所列的字母分別代表某一化學元素。
(1)下列________(填寫編號)組元素的單質(zhì)可能都是電的良導體。
①a、c、h?、赽、g、k?、踓、h、l?、躣、e、f
(2)如給核外電子足夠的能量，這些電子便會擺脫原子核的束縛而離去。核外電子離開該原子或離子所需要的能量主要受兩大因素的影響：①原子核對核外電子的吸引力，②形成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的傾向。下表是一些氣態(tài)原子失去核外不同電子所需的能量(kJmol－1)：
鋰
X
Y
失去第一個電子
519
502
580
失去第二個電子
7 296
4 570
1 820
失去第三個電子
11 799
6 920
2 750
失去第四個電子
9 550
11 600
①通過上述信息和表中的數(shù)據(jù)分析為什么鋰原子失去核外第二個電子時所需的能量要遠遠大于失去第一個電子所需的能量：_____________________________。
②表中X可能為以上13種元素中的________(填寫字母)元素，則該元素屬于________區(qū)元素。用元素符號表示X和j所能形成的化合物的化學式是__________。
③Y是周期表中________族元素。
④以上13種元素中，________(填寫字母)元素原子失去核外第一個電子需要的能量最多。
答案 (1)①④ (2)①鋰原子失去核外第一個電子后即達到穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，所以鋰原子失去核外第二個電子時所需的能量要遠遠大于失去第一個電子所需的能量 ②a s Na2O和Na2O2 ③ⅢA?、躮
解析 b為H，a為Na，c為Mg，d為Sr，e為Ti，f為Al，g為Ge，h為C，i為P，j為O，k為Te，l為Cl，m為Ar。
(1)金屬以及石墨為電的良導體，所以①④都符合。
(2)①由于Li失去一個電子后，達到穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，所以再失去一個電子所需能量遠遠大于失去第一個電子所需能量。
②根據(jù)X的逐級電離能數(shù)據(jù)，X最外層應有1個電子，應為Na元素，即a，Na在s區(qū)，Na與O(j)可形成Na2O，Na2O2兩種化合物。
③根據(jù)Y的逐級電離能數(shù)據(jù)，Y最外層應有3個電子，對應的應為Al(f)。
④稀有氣體元素原子最穩(wěn)定，失去第一個電子需要能量最多。
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