第一节 原子结构
第1课时 能层与能级 基态与激发态 原子光谱
核心素养发展目标
1．通过认识原子结构与核外电子排布理解能层与能级的关系。
2．通过核外电子能量不同分析、理解基态与激发态的含义与关系。
3．能辨识光谱与电子跃迁之间的关系。
一、能层与能级
1920年，丹麦科学家玻尔在氢原子模型基础上，提出_构造原理__，开启了用原子结构解释_元素周期律__的篇章。1925年以后，玻尔的“壳层”落实为“能层”与“能级”，厘清了核外电子的可能状态，复杂的原子光谱得以诠释。1936年，德国科学家马德隆发表了以_原子光谱__事实为依据的完整的_构造原理__。
1．能层
(1)含义：根据核外电子的_能量__不同，将核外电子分为不同的能层。
(2)序号、符号及所能容纳的最多电子数
能层 一 二 三 四 五 六 七
符号 _K__ _L__ _M__ _N__ _O__ _P__ _Q__
最多电子数 _2__ _8__ _18__ _32__ _50__ _72__ _98__
(3)能量关系
能层越高，电子的能量越高，能量的高低顺序为
E(K)
2．能级
(1)含义：根据多电子原子的同一能层电子的_能量__不同，将它们分为不同能级。
(2)表示方法：分别用相应能层的序数和字母_s、p、d、f__等表示，如第n能层的能级按能量由低到高的排列顺序为ns、_np__、_nd__、nf等。
3．能层、能级与最多容纳的电子数
能层(n) 一 二 三 四 五 六 七 ……
符号 K L M N O P Q ……
能级 1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p 4d 4f 5s …… …… …… ……
最多电子数 2 2 6 2 6 10 2 6 10 14 2 …… …… …… ……
2 8 18 32 …… …… …… 2n2
由上表可知：
①能层序数 等于 该能层所包含的能级数，如第三能层有 3 个能级。
②s、p、d、f各能级可容纳的电子数分别为 1 、 3 、 5 、 7 的2倍。
③原子核外电子的每一能层最多可容纳的电子数与能层的序数(n)间存在的关系是 2n2 。
正误判断
1．2d表示L层上的d能级。( × )
2．能层就是电子层。( √ )
3．不同能层，s能级的能量相同。( × )
4．s能级的能量一定比p能级的能量低。( × )
5．各能级最多可容纳的电子数按s、p、d、f……的顺序依次为1、3、5、7……的2倍。( √ )
深度思考
1．同一原子中不同能层的电子最根本的区别是什么？
提示：将电子划分为不同能层的依据是能量大小。
2．同一原子中同一能层不同能级的电子最根本的区别是什么？
提示：将同一能层中的电子划分为不同能级的依据是能量大小。
3．理论上第8能层有几个能级？该能层最多能容纳多少个电子？
提示：能级数＝能层序数；每一能层最多容纳的电子数为2n2。
应用体验
1．表示一个原子在M能层上有10个电子，可以写成( C )
A．3p6 B．3d10
C．3s23p63d2 D．3s23p64s2
解析：M层为第三能层，根据构造原理，电子依次排布在1s,2s,2p,3s,3p,4s,3d能级，故第三能层有10个电子的电子排布式为3s23p63d2，故答案选C。
2．在M能层中，能级数目为( B )
A．1 B．3
C．9 D．18
解析：M能层是第三能层，含有3个能级，分别是3s、3p、3d，答案选B。
3．下列有关认识中正确的是( A )
A．在同一能层不同能级上的电子，其能量肯定不同
B．各能层的能级都是从s能级开始至f能级结束
C．各能层含有的能级数为n－1
D．各能层含有的电子数为2n2
解析：在多电子原子中，同一能层不同能级上的电子具有的能量不同，A正确；各能层的能级都是从s能级开始，但不都是至f能级结束，如L能层只有2s、2p两个能级，M能层只有3s、3p、3d三个能级，B错误；各能层含有的能级数与能层序数相同，C错误；各能层最多容纳电子数为2n2，D错误。故选A。
(1)不同能层之间，符号相同的能级的能量随着能层数的递增而增大。
(2)在相同能层各能级能量由低到高的顺序是ns(3)不同能层中同一能级，能层数越大，能量越高。例如：1s<2s<3s<4s……
二、基态与激发态
1．基态原子与激发态原子
(1)基态原子：处于 最低能量 状态的原子。
(2)激发态原子：基态原子 吸收 能量，电子会跃迁到 较高 能级，变为激发态原子。
(3)基态、激发态相互间转化的能量变化
基态原子激发态原子
2．光谱
(1)光谱的成因及分类
(2)光谱分析：在现代化学中，常利用原子光谱上的 特征谱线 来鉴定元素，称为光谱分析。
正误判断
1．电子在原子轨道上运动时能量较为稳定，跃迁时释放或者吸收能量。( √ )
2．基态原子的能量一定比激发态原子的能量高。( × )
3．焰色试验是金属原子的电子从基态跃迁到激发态时产生的光谱。( × )
4．日常生活中我们看到的许多可见光，如霓虹灯光、节日焰火都与原子核外电子发生跃迁释放能量有关。( √ )
5．电子仅从激发态跃迁到基态时才会产生原子光谱。( × )
深度思考
1．电子跃迁是如何完成的？是物理变化还是化学变化？
提示：电子跃迁是通过吸收能量或者释放能量而完成的；电子的跃迁是物理变化(未发生电子转移)，而原子得失电子时发生的是化学变化。一般在能量相近的能级间发生电子跃迁。如1s22s22p6(基态)1s22s22p53s1(激发态)。
2．金属元素的焰色试验属于吸收光谱还是发射光谱？
提示：光(辐射)是电子跃迁释放能量的重要形式，焰色试验属于发射光谱。
3．每到夜幕降临的时候，大街上的霓虹灯就会渐渐亮起来，整个城市也变得那么迷人，霓虹灯内因为充有稀薄氖气或其他稀有气体才会发出颜色各异的光，你知道霓虹灯为什么能发出颜色各异的光吗？
提示：当外电源电路接通后，变压器输出端就会产生几千伏甚至上万伏的高压。当这一高压加到霓虹灯管两端电极上时，霓虹灯管内的带电粒子电子就会发生跃迁，发出五颜六色的光。
应用体验
1．下列关于同一原子中的基态和激发态的说法中，正确的是( C )
A．基态时的能量比激发态时高
B．激发态时比较稳定
C．由基态转化为激发态过程中吸收能量
D．电子仅在激发态跃迁到基态时才会产生原子光谱
解析：激发态时能量较高，较不稳定，A、B不正确；电子从较低能量的基态跃迁到较高能量的激发态时，也会产生原子光谱，D不正确。
2．电子由3d能级跃迁至4p能级时，可通过光谱仪直接摄取( B )
A．电子的运动轨迹图像
B．原子的吸收光谱
C．电子体积大小的图像
D．原子的发射光谱
解析：E(3d)＜E(4p)，故电子由3d能级跃迁至4p能级时，要吸收能量，形成吸收光谱。
3．对充有氖气的霓虹灯管通电，灯管发出红色光。产生这一现象的主要原因是( A )
A．电子由激发态向基态跃迁时以光的形式释放能量
B．电子由基态向激发态跃迁时吸收除红光以外的光线
C．氖原子获得电子后转变成发出红光的物质
D．在电流的作用下，氖原子与构成灯管的物质发生反应
解析：霓虹灯发红光是因为电子吸收能量后跃迁到能量较高的轨道，能量较高轨道上的电子会跃迁回能量较低的轨道而以光的形式释放能量。
4．下列有关原子光谱的说法中，不正确的是( D )
A．霓虹灯能发出五颜六色的光，发光机理与氢原子光谱形成机理基本相同
B．铯和钕光谱图中有特征的蓝光和红光
C．夜空中五彩缤纷的烟花与原子核外电子的跃迁有关
D．利用光谱仪只能测得原子的发射光谱
解析：霓虹灯能发出五颜六色的光，发光机理与氢原子光谱形成机理基本相同，都是电子在不同的、能量量子化的状态之间跃迁所导致的，A正确；铯和钕光谱图中有特征的蓝光和红光，B正确；核外电子发生跃迁时会吸收或释放能量，主要体现为光(辐射)，不同原子发射的光谱不同，则夜空中五彩缤纷的烟花与原子核外电子的跃迁有关，C正确；利用光谱仪既能测得原子的发射光谱，也能测得原子的吸收光谱，D错误。故选D。
(1)电子从较高能量的激发态跃迁到较低能量的激发态乃至基态时，将释放能量；反之，将吸收能量。光(辐射)是电子释放能量的重要形式之一。
(2)电子的跃迁是物理变化(未发生电子转移)，而原子得失电子时发生的是化学变化。
(3)一般在能量相近的能级间发生电子跃迁。
1．排布在下列各电子层上的一个电子，所具有的能量最低的是( A )
A．K层 B．L层
C．M层 D．N层
解析：离核最近的电子层称为K层，该层的能量最低，电子层能量由低到高依次为K、L、M、N、O……
2．下列能级符号表示错误的是( C )
A．6s B．3d
C．3f D．5p
解析：能层的能级总是从s能级开始，每一能层的能级数等于该能层的序数。第三能层只有3s、3p和3d三个能级，没有3f能级。
3．第O能层所含能级数、最多容纳电子数分别为( C )
A．3、18 B．4、24
C．5、50 D．4、32
解析：每一能层包含的能级数目等于该能层的序数，O层为第五能层，包含5个能级；每一能层所容纳的最多电子数为2n2，故第五能层最多所容纳的电子数为2×52＝50个。
4．下列能层或能级，所含原子轨道数目从小到大排列顺序正确的是( C )
①7s ②O层 ③3d ④4f
A．①②③④ B．③④①②
C．①③④② D．②④③①
解析：7s、O层、3d、4f的原子轨道数目分别为1、25、5、7个，所以从小到大正确的顺序为①③④②。
5．下列对焰色试验的描述正确的是( D )
A．焰色试验是单质的性质
B．焰色试验是化学变化
C．焰色试验是金属原子失去电子时吸收能量产生的现象
D．焰色试验是金属原子或离子中的电子从较高能量的激发态跃迁到较低能量的激发态乃至基态时，将能量以光的形式释放出来的现象
解析：焰色试验是金属元素的原子或离子中的电子从高能级跃迁到低能级时释放能量的现象，变化过程中并没有新物质产生，是物理变化。
6．(1)人类对原子的认识史可以大致划分为5个阶段：
①古代原子论；②道尔顿原子论；③汤姆孙原子模型和卢瑟福原子模型；④玻尔原子模型；⑤原子结构(核外电子运动)的量子力学模型。
其中，玻尔原子模型(又称分层模型)是指，当原子只有一个电子时，电子沿特定球形轨道运转；当原子有多个电子时，它们将分布在多个球壳中绕核运动。不同的电子运转轨道是具有一定级差的稳定轨道。根据现代原子模型，电子能否在不同“球壳”中移动？
(2)(教材二次开发)下面是几种元素的光谱图像，根据教材P8“在现代化学中，常利用原子光谱上的特征谱线来鉴定元素。”请分析光谱的类型，以及同一元素的两种不同光谱的谱线关系。
答案：(1)不同的原子轨道具有不同的能量，原子核外电子可以在能量不同的轨道上发生跃迁。
(2)光谱的分类：
。
发射光谱是暗色背景的明亮谱线，吸收光谱则是明亮背景的暗色谱线，两者一一对应。第2课时 构造原理与电子排布式 电子云与原子轨道
核心素养发展目标
1．通过认识原子结构及核外电子排布，了解构造原理，熟记基态原子核外电子填入能级的顺序。
2．能根据构造原理，正确书写1～36号元素基态原子的核外电子排布式和简化的电子排布式。
3．了解原子的运动状态特点、原子轨道以及电子云模型。
一、构造原理与电子排布式
1．构造原理
(1)含义
以_光谱学事实__为基础，从氢开始，随核电荷数递增，新增电子填入_能级__的顺序称为构造原理。
(2)随着原子核电荷数的递增，绝大多数元素的原子核外电子排布遵循下列顺序：
即电子所排的能级顺序：1s、2s、2p、3s、3p、4s、 3d 、4p、5s、 4d 、5p、6s、 4f 、 5d 、6p、7s……
2．电子排布式
将_能级__上所容纳的电子数标在该能级符号_右上角__，并按照能层从左到右的顺序排列的式子叫电子排布式。
如氮原子的电子排布式为
3．简化电子排布式
Na的电子排布式为1s22s22p63s1，可简化为[Ne]3s1，Na的内层电子排布与稀有气体元素Ne的核外电子排布相同。
正误判断
1．基态铁原子的电子排布式为1s22s22p63s23p64s23d6。( × )
2．基态原子电子能量的高低顺序为E(1s)3．电子进入原子轨道的顺序和电子排布式的书写顺序一致。( × )
4．同一个原子轨道上的电子运动状态完全相同。( × )
深度思考
1．所有元素的原子核外电子排布都符合构造原理吗？
提示：1～36号元素中，只有Cr、Cu两种元素基态原子的电子填充顺序与构造原理不符合。
2．元素周期表中钠的电子排布式写成[Ne]3s1，方括号里的符号是什么意义？模仿写出8号、14号、26号元素简化的电子排布式。
提示：方括号里符号的意义是稀有气体元素原子的结构，表示该元素前一周期的稀有气体元素原子的电子排布结构；O：[He]2s22p4；Si：[Ne]3s23p2；Fe：[Ar]3d64s2。
3．价层电子排布式
为突出化合价与电子排布的关系，将在化学反应中可能发生电子变动的能级称为价电子层(简称价层)。如：Ni的简化电子排布式为_[Ar]3d84s2__，价层电子排布为_3d84s2__，试写出下列原子的价层电子排布：①13Al：_3s23p1__；②32Ge：_4s24p2__；③34Se：_4s24p4__。
4．写出24Cr、29Cu基态原子的核外电子排布式。它们的电子排布符合构造原理吗？
提示：24Cr：1s22s22p63s23p63d54s1或[Ar]3d54s1，29Cu：1s22s22p63s23p63d104s1或[Ar]3d104s1；均不符合构造原理。
应用体验
1．具有下列电子排布的原子中，半径最大的为( B )
A．1s22s22p63s1
B．1s22s22p63s23p64s1
C．1s22s22p63s2
D．1s22s22p63s23p64s2
解析：1s22s22p63s1为Na,1s22s22p63s23p64s1为K,1s22s22p63s2为Mg,1s22s22p63s23p64s2为Ca；同周期自左而右原子半径减小，同主族自上而下原子半径增大，故原子半径：K＞Na＞Mg，K＞Ca，故K原子半径最大，即B的原子半径最大。故选B。
2．下列各原子或离子的电子排布式正确的是( B )
A．Cu [Ar]3d94s2
B．Al3＋ 1s22s22p6
C．Br的价电子：3d104s24p5
D．Mn 1s22s22p63s23p63d7
解析：Cu的核外电子排布式为[Ar]3d104s1，A错误；Al3＋核外有10个电子，电子排布式为1s22s22p6，B正确；Br为主族元素，其价电子就是最外层电子，价电子排布式为4s24p5，C错误；Mn的原子序数为25，核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s2，D错误。故选B。
3．下列给出的基态原子的电子排布式，其中正确的是( D )
A．11Na：1s22s22p7
B．47Ag：1s22s22p63s23p63d104s24p64d95s2
C．20Ca：1s22s22p63s23p63d2
D．35Br：[Ar]3d104s24p5
解析：由泡利不相容原理可知，基态钠原子的电子排布式为1s22s22p63s1，故A错误；由洪特规则特例可知，基态银原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p64d105s1，故B错误；由能量最低原理可知，基态钙原子的电子排布式为1s22s22p63s23p64s2，故C错误；由核外电子排布规律可知，基态溴原子的电子排布式为[Ar]3d104s24p5，故D正确。故选D。
4．某元素离子X3＋的核外电子排布式为[Ar]3d3，下列有关该元素的说法正确的是( B )
A．该元素位于元素周期表的ds区
B．该元素基态原子的未成对电子数为6
C．该元素基态原子的价层电子排布式为3d44s2
D．该元素基态原子的电子的空间运动状态共有24种
解析：该元素为Cr，位于元素周期表的d区，A错误；基态Cr原子的核外电子排布式为[Ar]3d54s1,3d、4s能级电子均为单电子，即Cr原子有6个未成对电子，B正确；由洪特规则特例，基态Cr原子的价电子排布式为3d54s1，C错误；24号Cr元素的原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s1，基态Cr原子的核外电子有1＋1＋3＋1＋3＋5＋1＝15种空间运动状态，D错误。故选B。
5．写出下列原子或离子的电子排布式：
①8O：_1s22s22p4__；
②19K：_1s22s22p63s23p64s1__，可简写为_[Ar]4s1__；
③17Cl：_1s22s22p63s23p5__，可简写为_[Ne]3s23p5__；
④16S2－：_1s22s22p63s23p6__。
从构造原理示意图可以看出，从第三能层开始，不同能层的能级出现“能级交错”现象：随核电荷数的递增，电子并不总是填满一个能层后再开始填入下一个能层。电子是按3p→4s→3d的顺序而不是按3p→3d→4s的顺序填充的。一般规律为ns<(n－2)f<(n－1)d二、电子云与原子轨道
1．电子云
由于核外电子的_概率密度分布__看起来像一片云雾，因而被形象地称作电子云。
2．电子云轮廓图
为了表示电子云轮廓的形状，对核外电子的_空间运动状态__有一个形象化的简便描述。把电子在原子核外空间出现概率P＝ 90% 的空间圈出来，即电子云轮廓图。
3．原子轨道
(1)定义：量子力学把电子在原子核外的_一个空间运动状态__称为一个原子轨道。
(2)形状
①s电子的原子轨道呈_球__形，能层序数越大，原子轨道的半径越_大__。
②除s电子云外，其他电子云轮廓图都不是球形的。例如，p电子云轮廓图是呈_哑铃__状的。
(3)各能级所含有原子轨道数目
能级符号 ns np nd nf
轨道数目 _1__ _3__ _5__ _7__
正误判断
1．任何能层均含有s能级，但不是均含有s、p、d、f能级。( √ )
2．1s的电子云图中一个小点表示一个自由运动的电子。( × )
3．p能级的能量一定比s能级的能量高。( × )
4．2px、2py、2pz的能量相等。( √ )
5．所有原子的电子云均为球形。( × )
深度思考
1．电子云图中的小点是否代表电子？电子云是否代表电子的运动轨迹？
提示：电子云图中的小点并不代表电子，小点的数目也不代表电子真实出现的次数。电子云是处于一定空间运动状态的电子在原子核外空间的概率密度分布的形象化描述，不代表电子的实际运动轨迹，小点的疏密表示电子在核外空间出现的概率密度的大小，小点越密，表示电子出现的概率密度越大。
2．电子在原子核外出现的概率有什么规律？
提示：离核越近，电子出现的概率越大，电子云越密集。如2s电子云比1s电子云疏散。
3．不同能层的同种能级的原子轨道形状是否完全相同？
提示：不同能层的同种能级的原子轨道形状相似，但不完全相同，因为原子轨道的半径不同。能级序数n越大，电子的能量越大，原子轨道的半径越大。例如1s、2s、3s原子轨道均为球形，原子轨道半径：r(1s)＜r(2s)＜r(3s)。
应用体验
1．以下关于原子核外电子的叙述正确的是( A )
A．在同一原子轨道上的不同电子的电子云是相同的
B．电子云的小黑点表示电子曾在该处出现过一次
C．所有原子的电子云都是球形的
D．原子核外电子的运动无法作规律性描述
解析：一个原子轨道中可以容纳2个自旋方向相反的电子，但是其电子云是相同的，A正确；电子云中的黑点本身没有意义，不代表1个电子，也不代表出现次数，小黑点的疏密表示出现机会的多少，B错误；能级s的电子云是球形的，其他不是，C错误；核外电子的运动是没有规律的，但是可用电子云来反映电子在核外无规则运动时某点出现的概率，D错误。故选A。
2．下列关于电子云和原子轨道的说法中正确的是( D )
A．电子云图中一个小点表示1个自由运动的电子
B．s电子云呈球形，表示电子绕原子核做圆周运动
C．电子云图中的小点密度大，说明该原子核外空间电子数目多
D．ns能级的轨道呈球形，有无数对称轴
解析：电子云图中的小点不表示电子，而是电子在原子核外出现的概率密度的形象描述，A错误；电子云不代表电子的运动轨迹，B错误；小点越密，表明概率密度越大，C错误；ns能级的轨道呈球形，有无数对称轴，D正确。故选D。
3．下列关于能层、能级和原子轨道的说法正确的是( B )
A．各能层含有的能级数等于能层序数减1
B．各能级的原子轨道数按s、p、d、f的顺序依次为1、3、5、7
C．各能层所含有的电子数一定是该能层序数平方的2倍
D．各能层的能级都是从s能级开始至f能级结束
解析：各能层的能级数等于其能层序数，A项错误；各能级的原子轨道数按s、p、d、f的顺序依次为1、3、5、7，B项正确；各能层所含有的电子数不一定是该能层序数平方的2倍，例如H原子的K能层只有1个电子，C项错误；各能层的能级都是从s能级开始且能级数等于其能层序数，不一定都到f结束，D项错误。故选B。
原子轨道与能层序数的关系
(1)不同能层的同种能级的原子轨道形状相同，只是半径不同。能层序数n越大，原子轨道的半径越大。如：
同一原子的s电子的电子云轮廓图
(2)s能级只有1个原子轨道。p能级有3个原子轨道，它们互相垂直，分别以px、py、pz表示。在同一能层中px、py、pz的能量相同。
1．下列有关电子云和原子轨道的说法正确的是( A )
A．s、p、d能级所含原子轨道数分别为1,3,5
B．s能级的原子轨道呈球形，处在该轨道上的电子只能在球壳内运动
C．p能级的原子轨道呈纺锤形，随着能层的增加，p能级原子轨道数也增多
D．原子核外的电子像云雾一样笼罩在原子核周围，故称电子云
解析：s、p、d能级所含原子轨道数分别为1,3,5，故A正确；s能级的原子轨道呈球形，处在该轨道上的电子除能在球壳内运动，还在球壳外运动，只是在球壳外运动概率较小，故B错误；p能级的原子轨道呈纺锤形，p能级原子轨道数为3，与电子层数无关，故C错误；电子云表示电子出现的几率，即表示电子在核外单位体积的空间出现的机会多少，故D错误。故选A。
2．图1和图2分别是1s电子的概率分布图和原子轨道图。下列有关认识正确的是( D )
A．图1中的每个小黑点表示1个电子
B．图2表示1s电子只能在球体内出现
C．图2表明1s轨道呈圆形，有无数条对称轴
D．图1中的小黑点是电子在原子核外出现的概率密度的形象描述
解析：小黑点表示电子出现的几率，每个小黑点不代表1个电子，A错误；在界面内出现电子的几率大于90%，界面外出现电子的几率不足10%，B错误；1 s轨道呈空间上的球形，而不是圆形，C错误；小黑点表示空间各电子出现的概率，D正确。故选D。
3．下列说法正确的是( D )
A．原子核外的电子像云雾一样笼罩在原子核周围，故称电子云
B．s能级的电子云呈球形，处在该轨道上的电子只能在球壳内运动
C．p电子云轮廓图呈哑铃形，在空间有两个伸展方向
D．2s轨道与1s轨道都是球形，但2s轨道的球形半径更大
解析：原子核外电子的概率密度分布看起来像一片云雾，而不是电子像云雾一样笼罩在原子核周围，A错误；处在s原子轨道上的电子，出现在球内空间的概率为90%，B错误；p电子云轮廓图呈哑铃形，在空间有x、y、z 3个伸展方向，C错误；s能级电子云轮廓图都是球形，能层序数越大，s电子云轮廓图的半径越大，D正确。故选D。
4．某元素的原子3d能级上有1个电子，它的N能层上的电子数是( B )
A．0 B．2
C．5 D．8
解析：根据该元素的原子3d能级上有1个电子可以写出该原子的电子排布式：1s22s22p63s23p63d14s2，由此可知该元素N能层上的电子数为2。
5．下列轨道按能量由高到低排列正确的是( A )
A．3d>3p>3s B．2px>2py>2pz
C．1s>2s>3s D．5s>4f>4d
解析：相同能层上，不同原子轨道能量的高低顺序：ns＜np＜nd＜nf；不同能层上形状相同的原子轨道能量的高低顺序：1s＜2s＜3s＜4s……；能层、能级均相同的原子轨道能量相等如3px＝3py＝3pz；能层、能级均不同，原子轨道能量的高低顺序：1s＜2s＜2p＜3s＜3p＜4s＜3d＜4p＜5s＜4d＜5p＜6s＜4f……由分析可知3s＜3p＜3d，故A正确；由分析可知2px＝2py＝2pz，故B错误；由分析可知1s＜2s＜3s，故C错误；由分析可知4f＞4d＞5s，故D错误。故选A。
6．根据构造原理写出下列基态原子或离子的核外电子排布式。
(1)A元素原子核外M层电子数是L层电子数的一半： 1s22s22p63s23p2 。
(2)B元素原子的最外层电子数是次外层电子数的1.5倍： 1s22s22p1 。
(3)基态Ni2＋、Fe3＋、N3－的核外电子排布式分别为 [Ar]3d8 、 [Ar]3d5 、 1s22s22p6 。
解析：(1)L层有8个电子，则M层有4个电子，故A为硅。(2)当次外层为K层时，最外层电子数则为3，则B为硼；当次外层为L层时，最外层电子数为1.5×8＝12，违背了排布规律，故不可能。(3)Ni的原子序数为28，根据构造原理，基态Ni原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d84s2，故Ni2＋的电子排布式为1s22s22p63s23p63d8；基态Fe原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2，故Fe3＋的电子排布式为1s22s22p63s23p63d5；氮原子序数为7，基态氮原子的电子排布式为1s22s22p3，故N3－的电子排布式为1s22s22p6。第3课时 泡利原理、洪特规则、能量最低原理
核心素养发展目标
1．能从原子微观层面理解原子的组成、结构等。能根据核外电子的三条规则熟知核外电子排布的表示方法。
2．能根据核外电子的表示方法，推导出对应的原子或离子。
原子核外电子的排布规则
1．泡利原理
在一个原子轨道里，最多只能容纳_2__个电子，它们的自旋_相反__，常用上下箭头(↑和↓)表示自旋相反的电子。
2．电子排布的轨道表示式(电子排布图)
在轨道表示式中，用方框(也可用圆圈)表示原子轨道。O的轨道表示式如下：
。
回答下列问题：
(1)简并轨道：_能量相同的原子轨道__。
(2)电子对：_同一个原子轨道中，自旋方向相反的一对电子__。
(3)单电子(或未成对电子)：_一个原子轨道中若只有一个电子，则该电子称为单电子__。
(4)自旋平行：_箭头同向的单电子称为自旋平行__。
(5)在氧原子中，有_3__个电子对，有_2__个单电子。
(6)在氧原子中，有_5__种空间运动状态，有_8__种运动状态不同的电子。
3．洪特规则
(1)内容：基态原子中，填入_简并轨道__的电子总是先单独分占，且自旋平行。
(2)特例
在简并轨道上的电子排布处于全充满、半充满和全空状态时，具有_较低__的能量和_较大__的稳定性。
相对稳定的状态
如24Cr的电子排布式为_1s22s22p63s23p63d54s1__，为半充满状态，易错写为1s22s22p63s23p63d44s2。
4．能量最低原理
(1)内容：在构建基态原子时，电子将尽可能地占据_能量最低__的原子轨道，使整个原子的能量最低。
(2)因素：整个原子的能量由_核电荷数__、_电子数__和_电子状态__三个因素共同决定。
深度思考
1．下列轨道表示式中哪个是氧的基态原子( A )
提示：根据洪特规则，基态原子中，填入简并轨道的电子总是先单独分占，且自旋平行。
2．为什么基态氦原子的电子排布式是1s2而不是1s12s1
提示：氦原子核外有2个电子，根据能量最低原理和泡利原理，基态氦原子的2个电子以自旋相反的形式填充在能量最低的1s轨道中，且1s轨道和2s轨道能量相差较大，所以基态氦原子不会出现2个电子单独分占1s、2s轨道的情况。
3．为什么基态K和Ca的价层电子是4s1和4s2，则不是3d1和3d2
提示：根据构造原理，3d能级的能量大于4s能级的能量，所以依据能量最低原理，电子填入能量低的能级可使整个原子的能量最低。
4．指出下列核外电子排布的轨道表示式的书写分别违背了什么原则？
①2p轨道上有3个电子的原子：
②2p轨道上有2个电子的原子：
③基态P原子：1s22s22p63s23p3p
④4s轨道上有2个电子的原子：
⑤3d轨道上有8个电子的原子：
提示：①②③⑤违背了洪特规则，当电子排布在同一能级的不同轨道时，原子中的电子总是优先单独占据一个轨道，且自旋平行；④违背了泡利原理，一个原子轨道最多只能容纳2个电子，而且这2个电子的自旋相反。
注意：书写轨道表示式时，常出现的错误及正确书写
正误判断
1．当电子排布在同一能级的不同轨道时，电子总是先占满1个轨道，然后再占据其他原子轨道。( × )
2．C的电子排布式1s22s22p违反了洪特规则。( √ )
3．违背了泡利原理。( × )
4．Al原子核外有1个未成对电子。( √ )
5．每个电子层上最多容纳2n2个电子是由泡利不相容原理决定的。( √ )
应用体验
1．下列有关氮原子的轨道表示式中违反洪特规则的是( B )
A.
B.
C.
D.
解析：中，电子先排布在能量最低的轨道，然后依次进入能量较高的轨道，并且遵循洪特规则，A不符合题意；中，电子虽然占据2p能级中的3个轨道，但自旋方向不完全相同，违反了洪特规则，B符合题意；中，电子没有排满1s、2s轨道，就进入2p轨道，违反了能量最低原理，但没有违反洪特规则，C不符合题意；中，电子没有排满2s轨道，就进入2p轨道，只违反能量最低原理，D不符合题意。故选B。
2．下列说法错误的是( A )
A．氮原子的轨道表示式：
B．K＋核外电子排布式1s22s22p63s23p6
C．L层的p轨道上有一个空轨道和M层的p轨道上有一个空轨道的元素在同一族
D．2p、4p能级的轨道数相等
解析：氮原子的电子排布式为1s22s22p3，轨道表示式：，A错误；K的电子排布式为1s22s22p63s23p64s1，则K＋电子排布式1s22s22p63s23p6，B正确；L层的p轨道上有一个空轨道的原子，其价电子排布式为2s22p2，M层的p轨道上有一个空轨道的元素，其价电子排布式为3s23p2，则两种元素都在第ⅣA族，C正确；2p、4p能级的轨道数都为3个，D正确。故选A。
3．下列对电子排布式或电子排布图书写的评价正确的是( C )
选项 化学用语 评价
A O原子： 错误；违反泡利不相容原理
B N原子： 错误；违反洪特规则
C Ca原子：1s22s22p63s23p63d2 错误；违反能量最低原理
D 26Fe3＋：1s22s22p63s23p63d6 正确
解析：电子应先单独占据轨道，违反了洪特规则，不符合题意，A错误；相同轨道中的两个电子运动方向相反，违反了泡利不相容原理，不符合题意，B错误；Ca原子的电子排布式：1s22s22p63s23p64s2，违反能量最低原理，符合题意，C正确；Fe3＋的电子排布式26Fe3＋：1s22s22p63s23p63d5，评价错误，D错误。故选C。
能量最低原理表述的是“整个原子处于能量最低状态”，而不是说电子填充到能量最低的轨道中去，泡利原理和洪特规则都使“整个原子处于能量最低状态”，如24Cr原子的电子排布式：1s22s22p63s23p63d54s1不是3d44s2。
(1)绝大多数原子的电子排布式只要遵循构造原理就能符合能量最低原理。
(2)Cr、Cu、Ag、Au等少数原子的电子排布式虽不遵循构造原理，但符合能量最低原理。
(3)具有相同能量，自旋方向不同的电子，其运动状态不相同，即某多电子原子中不可能存在2个运动状态完全相同的电子。
1．下列各项叙述错误的是( A )
A．如果硫原子轨道表示式为，则违反了泡利原理
B．如果25号Mn元素的基态电子排布式为1s22s22p63s23p63d7，则违反了构造原理
C．氮原子的轨道表示式为，符合洪特规则和泡利原理
D．泡利原理、洪特规则、构造原理都是对核外电子排布满足能量最低的要求
解析：所画的轨道表示式中3p能级，在等价轨道(相同电子层、电子亚层上的各个轨道)上排布的电子将尽可能分占不同的轨道，且自旋方向相同，违背了洪特规则，故A错误；因为4s轨道能量比3d轨道能量还低，所以25号Mn元素的基态电子排布式为1s22s22p63s23p63d7违反了能量最低原理，应该为1s22s22p63s23p63d54s2，故B正确；氮原子的轨道表示式为，符合洪特规则和泡利原理，故C正确；泡利原理、洪特规则、构造原理都是对核外电子排布满足能量最低的要求，故D正确。
2．下列氮原子的电子排布图中，属于激发态，且能量最高的是( D )
解析：A为基态原子的电子排布图，能量最低，与基态原子相比有更多电子跃迁到能量更高的轨道，则该激发态原子的能量最高，故选D。
3．下列说法中不正确的是( B )
A．电子在3px与3pz轨道上的运动状态不相同
B．1s22s12p2p2p违背了洪特规则，是激发态原子的电子排布式
C．原子结构示意图为的原子，核外电子云有两种不同形状
D．基态Ni原子的价电子排布图为
解析：3px与3pz轨道上的电子运动状态不相同，A正确；1s22s12p2p2p是违背了能量最低原理，B错误；原子结构示意图为的原子的核外电子排布式为1s22s22p4，只有s、p两种能级，故只有两种不同形状的电子云，C正确；符合基态Ni原子的价电子排布，D正确。
4．下列硼原子轨道表示式表示的状态中，能量最高的是( A )
解析：原子核外电子排布中，如果电子所占的轨道能级越高，该原子能量越高，根据图知，电子排布能量较高的是2s、2p能级，则能量最高的是2p轨道，有3个电子，C和A相比，C符合洪特规则能量更低，所以能量最高的是A。故选A。
5．已知锰的核电荷数为25，以下是一些同学绘制的基态锰原子核外电子的轨道表示式，其中最能准确表示基态锰原子核外电子运动状态的是( D )
解析：锰是25号元素，其原子核外有25个电子，A违反洪特规则，故A错误；B违反泡利原理，故B错误；C违反洪特规则，故C错误；D符合泡利原理和洪特规则，故D正确。
6．KH2PO4晶体具有优异的非线性光学性能。我国科学工作者制备的超大KH2PO4晶体已应用于大功率固体激光器，填补了国家战略空白。回答下列问题：
(1)在KH2PO4的四种组成元素各自所能形成的简单离子中，核外电子排布相同的是 K＋、P3－ (填离子符号)。
(2)原子中运动的电子有两种相反的自旋状态，若一种自旋状态用＋表示，与之相反的用－表示，称为电子的自旋磁量子数。对于基态的磷原子，其价电子自旋磁量子数的代数和为 ＋或－ 。
解析：(1)在KH2PO4的四种组成元素各自所能形成的简单离子中，其中核外电子排布相同的是K＋和P3－。
(2)基态磷原子的价电子排布式为3s23p3，其中3s轨道的2个电子自旋状态相反，自旋磁量子数的代数和为0；3p轨道3个电子的自旋状态相同，基态磷原子的价电子自旋磁量子数的代数和为＋或－。第二节 原子结构与元素的性质
第1课时 原子结构与元素周期表
核心素养发展目标
1．通过对元素周期表发展史的了解，认识科学家对元素周期表经历的探索过程。
2．通过对构造原理与元素周期表分区关系的分析，了解元素周期表是微观上原子核外电子排布的宏观表达方式，认识元素周期表的基本结构，了解元素周期律、元素周期系与元素周期表之间的关系。
3．能从原子价电子数目和价电子排布的角度解释元素周期表的周期、族、区的划分，促进对“位置”与“结构”关系的理解。
一、元素周期律、元素周期系和元素周期表
1．元素周期律
1869年，门捷列夫发现，按_相对原子质量__从小到大的顺序将元素排列起来，得到一个元素序列，并从最轻的元素氢开始进行编号，称为原子序数。这个序列中的元素性质随着原子序数递增发生 周期性 的重复，这一规律被门捷列夫称作元素周期律。
2．元素周期系
1913年，英国物理学家莫塞莱证明原子序数即_原子核电荷数__。随后元素周期律表述为元素的性质随元素原子的核电荷数递增发生周期性递变。元素的这一按其_原子核电荷数递增__排列的序列称为元素周期系。
3．元素周期表
元素周期表是呈现_元素周期系__的表格。元素周期系只有一个，元素周期表多种多样。
二、构造原理与元素周期表
1．核外电子排布与周期的划分
(1)电子排布与周期划分的本质联系
周期 价层电子排布 各周期增加的能级 元素种数
ⅠA族 0族 最外层最多容纳电子数
一 1s1 1s2 2 1s 2
二 2s1 _2s22p6__ 8 _2s、2p__ _8__
三 3s1 _3s23p6__ 8 _3s、3p__ _8__
四 4s1 4s24p6 8 _4s、3d、4p__ _18__
五 5s1 5s25p6 8 5s、4d、5p 18
六 6s1 6s26p6 8 6s、4f、5d、6p 32
七 7s1 7s27p6 8 7s、5f、6d、7p 32
(2)规律：①周期序数＝ 电子层数 ___。②本周期包含的元素种数＝_对应能级组所含原子轨道数____的2倍＝对应能级组最多容纳的电子数。
2．核外电子排布与族的划分
(1)划分依据：取决于原子的价层电子数目和价层电子排布。
(2)特点：同族元素的价层电子数目和价层电子排布相同。
(3)规律
①对主族元素，同主族元素原子的价层电子排布完全相同，价层电子全部排布在ns或ns、np轨道上(见下表)。价层电子数与族序数相同。
族序数 ⅠA ⅡA ⅢA ⅣA ⅤA ⅥA ⅦA
价层电子排布 ns1 ns2 ns2np1 ns2np2 ns2np3 ns2np4 ns2np5
②
③稀有气体元素：价层电子排布为 ns2np6 (He除外)。
正误判断
1．元素原子的核外电子排布呈现周期性变化是形成元素周期系的根本原因。( √ )
2．周期序数越大，该周期所含金属元素越多。( √ )
3．所有区的名称均来自按构造原理最后填入电子的能级符号。( × )
4．周期表共18个纵列，可分为7个主族8个副族(包括Ⅷ族)1个0族。( √ )
深度思考
1．目前元素周期表有几个周期？元素在周期表中处于哪一周期主要由原子结构中哪一部分决定的？
提示：有7个周期，周期序数＝原子结构中的电子层数。
2．每一周期元素第一种元素是碱金属，最后一种元素是哪类元素？
提示：每一周期从碱金属开始，以稀有气体元素结束。
3．预言119号元素基态原子最外层电子排布，预言第八周期有多少种元素。
提示：8s1，第八周期有50种元素。
应用体验
1．原子核外的某一能层最多能容纳的电子数目为18，则该能层是( D )
A．K能层 B．L能层
C．O能层 D．M能层
解析：根据泡利不相容原理可知，每一能层最多能容纳的电子数目为2n2，所以最多能容纳的电子数目为18的能层是第三能层即M层，故答案为D。
2．关于价电子排布式为3d54s2的元素的说法不正确的是( D )
A．原子序数为25 B．价电子数为7
C．位于第四周期第ⅦB族 D．位于第四周期第ⅤB族
解析：该元素的最大电子层数为4，应位于元素周期表第四周期，3d和4s能级电子数之和为7，应在第7列，位于第ⅦB族，价电子数为7，原子序数为25，故D错误。故选D。
3．某元素位于周期表中第四周期第ⅤA族，则该元素的名称和价电子排布式均正确的是( A )
A．砷，4s24p3 B．溴，4s24p5
C．磷，4s24p3 D．锑，5s25p3
解析：元素位于周期表中第四周期第ⅤA族，所以核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p3，原子序数为33，名称为砷，价电子排布式为4s24p3，故合理选项是A。
4．根据下列微粒的最外层电子排布，能确定该元素在元素周期表中位置的是( C )
A．4s1 B．3d104sn
C．nsnnp3n D．ns2np3
解析：4s1的电子排布包括4s1(K)、3d54s1(Cr)、3d104s1(Cu)，无法确定元素种类，不能确定元素周期表中具体位置，故A错误；3d104sn的电子排布包括3d104s1(Cu)、3d104s2(Zn)，也无法确定元素种类，不能确定元素周期表中具体位置，故B错误；由于s轨道最多只能容纳2个电子，所以n小于等于2，又n＝1时，电子排布式错误，所以n＝2，则该微粒最外层电子排布为2s22p6，为氖元素，位于第二周期0族，故C正确；最外层电子排布式为ns2np3时，n可能为2、3、4、5、6、7，不能确定元素周期表中具体位置，故D错误。故选C。
三、元素周期表
1．元素周期表的结构
2．元素周期表的分区
(1)根据核外电子排布
根据核外电子排布，可把周期表里的元素划分成5个区：s区、p区、 d 区、 ds 区和 f 区。除ds区外，各区的名称来自按构造原理最后填入电子的能级的符号。
(2)根据元素金属性与非金属性
①金属元素和非金属元素的分界线为沿 B、Si、As、Te、At 与 Al、Ge、Sb、Po 之间所画的一条连线，非金属性较强的元素处于元素周期表的 右上角 位置，金属性较强的元素处于元素周期表的 左下角 位置。
②处于d区、ds区和f区的元素全部是 金属 元素。s区的元素除 氢 外，也全部是金属元素。
正误判断
1．价电子一定是最外层电子。( × )
2．元素的价电子数一定等于其所在族的族序数。( × )
3．同一族元素的价电子数一定相同。( × )
4．基态原子的N层上只有一个电子的元素，一定是ⅠA族元素。( × )
5．原子的价电子排布为(n－1)d6～8ns2的元素一定是过渡元素。( √ )
6．基态原子的p能级上半充满的元素一定位于p区。( √ )
7．p区元素价电子都是ns2np1～6。( × )
8．所有非金属元素都分布在p区。( × )
9．处于s区、d区、ds区和f区的元素全部是金属元素。( × )
10．0族价层电子排布式为ns2np6。( × )
深度思考
1．元素周期表的族序数有什么规律？
提示：元素周期表有18列，大部分同列元素的价层电子数等于族序数(除了ⅢB、Ⅷ族和0族)。
2．为什么副族元素又称为过渡元素？写出它们的价层电子排布通式。
提示：由于副族元素是从典型的金属元素(s区元素)过渡到非金属元素(p区元素)的中间元素，因而又被称为过渡元素。d区元素的价层电子排布通式为(n－1)d1～9ns1～2(Pd除外)，ds区元素的价层电子排布通式为(n－1)d10ns1～2。
3．为什么s区(除氢元素)、d区和ds区的元素都是金属元素？
提示：因为s区、d区和ds区元素的最外层电子数为1～2个。
应用体验
1．下列说法正确的是( B )
A．所有金属元素都分布在d区和ds区
B．元素周期表中ⅢB～ⅡB族10个纵列的元素都是金属元素
C．原子最外层电子数为2的元素都分布在s区
D．s区均为金属元素
解析：s区除氢元素外均为金属元素，f区中所有元素均为金属元素，故A错误；元素周期表中ⅢB～ⅡB族10个纵列的元素全部为金属元素，故B正确；Fe、Zn的基态原子的最外层电子数均为2，不属于s区，故C错误；s区的H为非金属元素，故D错误。故选B。
2．周期表中共有18个纵列，从左到右分别为1～18列，按这种规定，下列说法正确的是( D )
A．第1列是碱金属元素
B．只有第2列的元素原子价电子排布为ns2
C．第1列和第18列所含元素种数不同
D．第8列没有非金属元素
解析：第1列为ⅠA族元素，其中H元素是非金属元素，Li、Na、K、Rb、Cs、Fr是碱金属元素，A项错误；原子价电子排布为ns2的并非只有ⅡA族元素，还有He元素，B项错误；第1列为ⅠA族元素，其含有H、Li、Na、K、Rb、Cs、Fr这7种元素；第18列为0族元素，其含有He、Ne、Ar、Kr、Xe、Rn、Og这7种元素，故这两列所含元素种数相同，C项错误；第8列处于d区，全部是金属元素，D项正确。答案选D。
3．下列说法中正确的是( D )
A．所有非金属元素都分布在p区
B．最外层电子数为2的元素都分布在s区
C．同一主族元素从上到下，金属性呈周期性变化
D．元素周期表中ⅢB族到ⅡB族10个纵行的元素都是金属元素
解析：H元素在s区，其他非金属元素都分布在p区，故A错误；s区、p区、d区、ds区的元素，最外层电子数都有可能是2个电子，故B错误；同一主族元素从上到下，金属性逐渐增强，不呈周期性变化，故C错误；元素周期表中ⅢB族到ⅡB族10个纵行的元素都是金属元素，故D正确。故选D。
4．下列关于原子核外电子排布与元素在周期表中位置关系的表述中，正确的是( C )
A．基态原子的N层上只有一个电子的元素，一定是s区元素
B．原子的价层电子排布式为(n－1)d6～8ns2的元素一定是ds区元素
C．最外层有三个未成对电子的元素一定属于主族元素
D．基态原子的价层电子排布式为(n－1)dxnsy的元素的族序数一定为x＋y
解析：基态原子的N层上只有一个电子的元素，其基态原子电子排布式可能为1s22s22p63s23p64s1、1s22s22p63s23p63d54s1或1s22s22p63s23p63d104s1，即该元素可能在ⅠA族、ⅥB族或ⅠB族，不一定位于s区，故A错误；原子的价层电子排布式为(n－1)d6～8ns2的元素是第Ⅷ族元素，位于d区，故B错误；原子核外最外层有三个未成对电子的元素，其p能级为3个电子，一定属于主族元素，故C正确；基态原子的价层电子排布式为(n－1)dxnsy的元素，其族序数可能为x＋y(x＋y≤7)、也可能为y(x＝10，y＝1或2)，该元素还可能在第Ⅷ族(10≥x＋y>7)，故D错误。故选C。
解答与元素周期表分区相关的问题时，要特别注意：
(1)主族元素的最外层电子即为价层电子，过渡元素的价层电子一般包括最外层的s电子和次外层的d电子，有的还包括倒数第三层的f电子。
(2)s区元素原子的价层电子特征排布为ns1～2，价层电子数等于主族序数。
(3)p区元素原子的价层电子特征排布为ns2np1～6(He除外)，价层电子总数等于主族序数(0族除外)除外。
(4)s区(H除外)、d区、ds区和f区都是金属元素。
四、对角线规则
在元素周期表中，某些主族元素与 其右下方 的主族元素的有些性质是_相似__的(如锂和镁在过量的氧气中燃烧均生成正常氧化物，而不是过氧化物)，这种相似性被称为对角线规则。
(1)对角线规则是从相关元素及其化合物的许多性质中总结出来的经验规则，不是定理。有可能出现不符合情况，尊重客观事实。
(2)相似性：例如Li、Mg在空气中燃烧的产物分别为Li2O和MgO；铍和铝的氢氧化物均为两性氢氧化物；B和Si的含氧酸都是弱酸。注意：化合价不同。
如铝、铍两元素的性质相似性：写出对应的化学方程式
物质类别 物质 与酸反应 与碱反应
单质 铝 2Al＋6HCl===2AlCl3＋3H2↑ 2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑
铍 Be＋2HCl===BeCl2＋H2↑ Be＋2NaOH===Na2BeO2＋H2↑
氧化物 氧化铝 Al2O3＋6HCl===2AlCl3＋3H2O Al2O3＋2NaOH===2NaAlO2＋H2O
氧化铍 BeO＋2HCl===BeCl2＋H2O BeO＋2NaOH===Na2BeO2＋H2O
氢氧化物 氢氧化铝 Al(OH)3＋3HCl===AlCl3＋3H2O Al(OH)3＋NaOH=== NaAlO2＋2H2O
氢氧化铍 Be(OH)2＋2HCl===BeCl2＋2H2O Be(OH)2＋2NaOH=== Na2BeO2＋2H2O
应用体验
1．在元素周期表中，存在“对角线规则”，如下表。比如铍元素与铝元素的单质及其化合物的性质相似。下列说法正确的是( A )
A．Be的氯化物是共价化合物
B．氧化铍的化学式为Be2O3，属于两性氧化物
C．BeCl2与过量的NaOH溶液反应生成Be(OH)2
D．Be(NO3)2溶液呈中性
解析：根据“对角线规则”，铍元素与铝元素的单质及其化合物的性质相似，对比铝的性质即可分析得到铍的性质。三氯化铝是共价化合物，所以Be的氯化物是共价化合物，故A正确；铍最外层含有2个电子，最高化合价为＋2价，氧化铍的化学式为BeO，故B错误；AlCl3与过量的NaOH溶液反应生成偏铝酸钠，所以BeCl2与过量的NaOH溶液反应生成Na2BeO2，故C错误；Al(NO3)3溶液呈弱酸性，所以Be(NO3)2溶液呈弱酸性，故D错误。故选A。
2．仔细观察如图，回答下列问题：
(1)B的原子结构示意图为 ，B元素位于元素周期表的第_二__周期第 ⅢA 族。
(2)铍的最高价氧化物对应的水化物是_两性__化合物(填“酸性”“碱性”或“两性”)，证明这一结论的有关离子方程式是 Be(OH)2＋2OH－===BeO＋2H2O，Be(OH)2＋2H＋===Be2＋＋2H2O 。
(3)根据周期律知识，硼酸酸性比碳酸 弱 ，理由是 硼的非金属性比碳弱 。
(4)根据Mg在空气中的燃烧情况，Li在空气中燃烧生成的产物为_Li2O、Li3N__(用化学式表示)。
1．下列关于价层电子排布为3s23p4的粒子描述正确的是( A )
A．该元素在元素周期表中位于p区
B．它的核外电子排布式为[Ar]3s23p4
C．该元素为氧元素
D．其轨道表示式为
解析：该元素为硫元素，S元素在元素周期表中位于p区，故A正确；S元素核外电子排布式为[Ne]3s23p4，故B错误；价电子排布为3s23p4的粒子其基态原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p4，其核外电子数为16，为S元素，故C错误；S原子核外电子排布遵循能量最低原理、泡利原理、洪特规则，其轨道表示式为，故D错误。
2．世界瞩目的港珠澳大桥是世界上最长的斜拉桥，桥受力部件采用高强度拉力钢索(如图)。钢索表面的合金保护层含有锌、铝和少量钒，下列说法错误的是( A )
A．锌位于元素周期表的d区
B．基态Al原子电子占据最高能级的电子云轮廓图为哑铃形
C．钒位于元素周期表中第四周期第ⅤB族
D．钒的价层电子排布为3d34s2
解析：第三周期稀有气体的原子序数为18，锌的原子序数为30,30－18＝12，则锌在周期表中处于第四周期第ⅡB族，ds区，故A错误；基态Al原子电子占据最高能级为3p能级，电子云轮廓图为哑铃形，故B正确；第三周期稀有气体的原子序数为18，钒的原子序数为23,23－18＝5，则钒在周期表中处于第四周期第ⅤB族，故C正确；钒的原子序数为23，其核外电子排布为1s22s22p63s23p63d34s2，则钒的价层电子排布为3d34s2，故D正确。
3．已知某元素＋3价离子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d5，该元素在周期表中的位置是( C )
A．第三周期第Ⅷ族，p区
B．第三周期第ⅤB族，ds区
C．第四周期第Ⅷ族，d区
D．第四周期第Ⅴ族，f区
解析：＋3价离子的核外有23个电子，则原子核外有26个电子，26号元素是铁，位于第四周期第Ⅷ族，位于d区。
4．前四周期元素中，基态原子的4s能级中只有1个电子且位于d区的元素共有( B )
A．0种 B．1种
C．2种 D．3种
解析：基态原子的4s能级中只有1个电子，则该元素最外层仅有的一个电子位于4s能级，即4s1，该原子4s能级未填充满，一是按照能级顺序正常填充的结果：1s22s22p63s23p64s1，为19K元素；二是按照洪特规则的特例填充的结果：1s22s22p63s23p63d54s1、1s22s22p63s23p63d104s1，为24Cr和29Cu,19K位于s区，29Cu位于ds区，位于d区只有1种Cr，所以只有1种符合。
5．X、Y、Z为主族元素，X原子的最外层电子排布为ns1；Y原子的M电子层有2个未成对电子；Z原子的最外层p轨道上只有一对成对电子，且Z原子的核外电子比Y原子少8个电子，由这三种元素组成的化合物的分子式不可能的是( A )
A．XYZ4 B．X2YZ4
C．X2YZ3 D．X2Y2Z3
解析：X元素的原子最外层电子排布为ns1，为第ⅠA族元素，化合价为＋1价，Y原子的M电子层有2个未成对电子，其电子排布式为1s22s22p63s23p2或1s22s22p63s23p4，为Si元素或S元素，化合价为＋4价或＋6价；Z原子的最外层p轨道上只有一对成对电子，且Z原子的核外电子比Y原子少8个电子，且Y和Z属于同一主族元素，所以Z元素是O元素，Y是S元素，由这三种元素组成的化合物中氧元素显－2价，Y显＋4价或＋6价，X显＋1价。Y的化合价为＋7价，不符合，故A选；Y的化合价为＋6价，符合，故B不选；Y的化合价为＋4价，符合，故C不选；Y的平均化合价为＋2价，如Na2S2O3，符合，故D不选。
6．在研究原子核外电子排布与元素周期表的关系时，人们发现价电子排布相似的元素集中在一起。据此，人们将元素周期表分为五个区，并以最后填入电子的轨道能级符号作为该区的符号，如图所示。
(1)在s区中，族序数最大、原子序数最小的元素，原子的价电子的电子云形状为 球形 。
(2)在d区中，族序数最大、原子序数最小的元素，常见离子的电子排布式为 Fe2＋：1s22s22p63s23p63d6，Fe3＋：1s22s22p63s23p63d5 ，其中较稳定的是 Fe3＋ 。
(3)在ds区中，族序数最大、原子序数最小的元素，原子的价电子排布式为 3d104s2 。
(4)在p区中，第二周期第ⅤA族元素原子的轨道表示式为 。
(5)当今常用于核能开发的元素是铀和钚，它们在 f 区中。
解析：(1)s区为ⅠA族、ⅡA族，符合条件的元素为Be，其电子排布式为1s22s2，价电子的电子云形状为球形。(2)d区为ⅢB族～ⅦB族、Ⅷ族，族序数最大且原子序数最小的为Fe，常见离子为Fe2＋、Fe3＋，电子排布式为1s22s22p63s23p63d6、1s22s22p63s23p63d5，由离子的电子排布式可知Fe3＋的3d轨道“半满”，其稳定性大于Fe2＋。(3)ds区符合条件的为Zn，其电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s2，价电子排布式为3d104s2。(4)该题中符合题意的为N，轨道表示式为。(5)铀和钚均为锕系元素，位于f区。第2课时 元素周期律
核心素养发展目标
1．能从原子结构的角度理解原子半径、元素第一电离能、电负性之间的递变规律，能利用递变规律比较原子(离子)半径、元素第一电离能、电负性的相对大小。
2．通过对原子半径、元素第一电离能、电负性递变规律的学习，建立“结构决定性质”的认知模型，并能利用认知模型解释元素性质的规律性和特殊性。
一、原子半径
1．影响原子半径大小的因素
(1)电子的能层数：电子的能层越多，电子之间的_排斥作用__将使原子的半径增大。
(2)核电荷数：核电荷数越大，核对电子的吸引作用也就越大，将使原子的半径_减小__。
2．原子半径的递变规律
(1)同周期：从左到右，核电荷数越大，原子半径_越小__。
(2)同主族：从上到下，核电荷数越大，原子半径_越大__。
3．原子或离子半径的比较方法
(1)同种元素的离子半径：阴离子大于原子，原子大于阳离子，低价阳离子大于高价阳离子。例如：r(Cl－)_>__r(Cl)，r(Fe)_>__r(Fe2＋)_>__r(Fe3＋)。
(2)能层结构相同的离子：核电荷数越大，半径越小。例如：r(O2－)_>__r(F－) _>__r(Na＋)_>__r(Mg2＋)_>__r(Al3＋)。
(3)带相同电荷的离子：能层数越多，半径越大。例如：r(Li＋)_<__r(Na＋)_<__r(K＋)_<__r(Rb＋)_<__r(Cs＋)，r(O2－)_<__r(S2－)_<__r(Se2－)_<__r(Te2－)。
(4)核电荷数、能层数均不同的离子：可选一种离子参照比较。例如：比较r(K＋)与r(Mg2＋)，可选r(Na＋)为参照，r(K＋)_>__r(Na＋)_>__r(Mg2＋)。
正误判断
1．核外能层结构相同的单核粒子，半径相同。( × )
2．质子数相同的不同单核粒子，电子数越多，半径越大。( √ )
3．各元素的原子半径总比其离子半径大。( × )
4．同周期元素从左到右，原子半径、离子半径均逐渐减小。( × )
深度思考
1．元素周期表中的同周期主族元素从左到右，原子半径的变化趋势如何？如何理解这种趋势？
提示：同周期的主族元素从左到右，原子半径逐渐减小，其主要原因是同周期主族元素电子的能层数相同，核电荷数越大，原子核对核外电子的吸引作用也就越大，将使原子的半径减小。
2．是否能层数多的元素的原子半径一定大于能层数少的元素的原子半径？
提示：不一定，原子半径的大小由核电荷数与电子的能层数两个因素综合决定，如Li的原子半径大于Cl的原子半径。
应用体验
1．下列关于粒子半径的说法正确的是( D )
①r(Li＋)②r(Cl－)③r(Na＋)④r(Fe3＋)A．①②④ B．①③
C．③④ D．①④
解析：Li、Na、K、Rb、Cs原子失去一个电子后，其电子层数分别为1、2、3、4、5，电子层数越多的半径越大，则半径：Li＋2．下列元素的原子半径最小的是( D )
A．Na B．Mg
C．Al D．Cl
解析：同一周期元素从左到右，原子半径逐渐减小，Cl原子半径最小。故选D。
3．下列微粒半径的大小顺序不正确的是( A )
A．F－＞O2－＞Na＋＞Mg2＋
B．Fe＞Fe2＋＞Fe3＋
C．S2－＞Cl－＞K＋＞Ca2＋
D．S＞O＞F
解析：具有相同电子层结构的粒子，核电荷数越大，粒子半径越小；O2－＞F－＞Na＋＞Mg2＋，A项错误；阳离子半径小于相应的原子半径，同种元素的阳离子，离子电荷越高离子半径越小，故微粒半径：Fe＞Fe2＋＞Fe3＋，B项正确；电子层数相同，核电荷数越小，半径越大，C项正确；同周期自左而右原子半径减小，同主族自上而下原子半径增大，D项正确。故选A。
粒子半径比较的一般思路
(1)“一层”：先看能层数，能层数越多，一般微粒半径越大。
(2)“二核”：若能层数相同，则看核电荷数，核电荷数越大，微粒半径越小。
(3)“三电子”：若能层数、核电荷数均相同，则看核外电子数，电子数多的半径大。
二、元素的电离能
1．元素第一电离能的概念与意义
(1)概念
_气态基态__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__叫做第一电离能，符号：I1。
(2)意义：可以衡量元素的原子失去一个电子的_难易程度__。第一电离能数值越小，原子越_容易__失去一个电子；第一电离能数值越大，原子越_难__失去一个电子。
2．元素第一电离能变化规律
(1)每个周期的第一种元素(氢和碱金属)的第一电离能_最小__，最后一种元素(稀有气体)的第一电离能_最大__，即一般来说，同周期随着核电荷数的递增，元素的第一电离能呈_增大__趋势。
(2)同一族，从上到下第一电离能逐渐_减小__。
3．电离能的应用
(1)判断元素的金属性、非金属性强弱：I1越大，元素的_非金属__性越强；I1越小，元素的_金属__性越强。
(2)逐级电离能的应用
①逐级电离能
含义：原子的＋1价气态基态离子再失去1个电子所需要的最低能量叫做第二电离能，依次类推。可以表示为
M(g)===M＋(g)＋e－ I1(第一电离能)
M＋(g)===M2＋(g)＋e－ I2(第二电离能)
M2＋(g)===M3＋(g)＋e－ I3(第三电离能)
逐级电离能的变化规律
a．同一元素的电离能按I1、I2、I3……顺序逐级增大。
b．当相邻逐级电离能发生突变时，说明失去的电子所在的能层发生了变化。
②应用
根据电离能数据确定元素原子核外电子的排布及元素的化合价，如Li：I1 I2电离能的影响因素及特例
(1)电离能数值的大小主要取决于原子的核电荷数、原子半径及原子的电子构型。
(2)具有全充满、半充满及全空的电子构型的元素原子稳定性较高，其电离能数值较大，如稀有气体的电离能在同周期元素中最大，N为半充满、Mg为全充满状态，其电离能均比同周期相邻元素的大。一般情况，第一电离能：ⅡA>ⅢA，ⅤA>ⅥA。
正误判断
1．第一电离能越大的原子失电子的能力越强。( × )
2．第三周期所含元素中钠的第一电离能最小。( √ )
3．铝的第一电离能比镁的第一电离能大。( × )
4．H的第一电离能大于C的第一电离能。( √ )
5．同一周期中，主族元素原子的第一电离能从左到右越来越大。( × )
6．同一周期典型金属元素的第一电离能总是小于典型非金属元素的第一电离能。( √ )
深度思考
1．元素周期表中，第一电离能最大的是哪个元素？第一电离能最小的应出现在元素周期表什么位置？
提示：最大的是He；最小的应在元素周期表左下角。
2．第二周期中，第一电离能介于B和N之间的有几种元素？分别是哪几种？
提示：Be、C、O，共三种。
3．下表是钠、镁、铝逐级失去电子的电离能：
元素 Na Mg Al
496 738 578
4 562 1 451 1 817
6 912 7 733 2 745
9 543 10 540 11 575
13 353 13 630 14 830
16 610 17 995 18 376
20 114 21 703 23 293
(1)为什么同一元素的电离能逐级增大？
提示：同一元素的逐级电离能是逐渐增大的，即I1I1，同理I3>I2。
(2)为什么钠、镁、铝的化合价分别为＋1、＋2、＋3
提示：钠的I1比I2小很多，电离能差值很大，说明失去第一个电子比失去第二个电子容易得多，所以Na容易失去一个电子变成＋1价离子；Mg的I1和I2相差不多，而I3比I2大很多，说明Mg容易失去2个电子形成＋2价离子；Al的I1、I2、I3相差不多，而I4比I3大很多，所以Al容易失去3个电子形成＋3价离子。
应用体验
1．下列关于元素第一电离能的说法不正确的是( A )
A．因同周期元素的原子半径从左到右逐渐减小，故第一电离能必依次增大
B．对于同一元素而言，原子的电离能I1C．外围电子排布为ns2np6(当只有K层时为1s2)的原子，第一电离能较大
D．钾元素的第一电离能小于钠元素的第一电离能，故钾的活泼性强于钠
解析：因同周期元素的原子半径从左到右逐渐减小，第一电离能有依次增大的趋势，但是ⅡA、ⅤA的原子结构比较稳定，所以第一电离能比相邻元素的大，故A错误；对于同一元素来说，原子失去电子个数越多，其失电子能力越弱，所以原子的电离能随着原子失去电子个数的增多而增大，即同一元素原子的电离能I12．下列叙述中正确的是( C )
A．同一周期中，ⅦA族元素的原子半径最大
B．ⅥA族元素的原子，其半径越大，越难失去电子
C．室温时，0族元素的单质都是气体
D．同一周期中，碱金属元素的第一电离能最大
解析：同周期，原子电子层数相同，从左往右，由于核电荷数逐渐增多，原子核引力增强，故半径逐渐减小，则ⅦA元素的原子半径最小，A错误；同一主族中原子半径越大，最外层离原子核越远，受到引力越弱，故越易失电子，B错误；室温时，0族元素的单质都是气体，又称稀有气体，C正确；同一周期中，碱金属元素最容易失电子，故第一电离能最小，D错误。故选C。
3．下列状态的镁中，电离最外层一个电子所需能量最大的是( A )
解析：，即Mg＋，再失去一个电子即为镁的第二电离能，电离最外层一个电子所需能量最大，故A符合题意；，3s轨道全满，电离最外层一个电子即镁的第一电离能，失去最外层一个电子所需能量比A选项低，故B不符合题意；，该镁原子的电子处于激发态，容易失去3p上的电子，失去一个电子所需能量低，故C不符合题意；，即Mg＋，再失去一个电子即为镁的第二电离能，最外层的电子处于激发态，失去最外层一个电子所需能量比A选项低，故D不符合题意；综上所述，答案为A。
(1)第一电离能与元素的金属性有本质的区别。
(2)由电离能的递变规律可知：同周期主族元素从左到右，元素的第一电离能呈增大趋势，但第ⅡA族的Be、Mg的第一电离能较同周期第ⅢA族的B、Al的第一电离能要大；第ⅤA族的N、P、As的第一电离能较同周期第ⅥA族的O、S、Se的第一电离能要大。这是由于第ⅡA族元素的最外层电子排布为ns2，p轨道为全空状态，较稳定；而第ⅤA族元素的最外层电子排布为ns2np3，p轨道为半充满状态，比第ⅥA族的ns2np4状态稳定。
三、电负性
1．有关概念与意义
(1)键合电子：元素相互化合时，原子中用于形成_化学键__的电子。
(2)电负性：用来描述不同元素的原子对键合电子_吸引力__的大小。电负性越大的原子，对键合电子的吸引力_越大__。
(3)电负性大小的标准：以氟的电负性为_4.0__和锂的电负性为_1.0__作为相对标准。
2．递变规律
(1)同周期元素从左到右，元素的电负性逐渐_变大__，元素的非金属性逐渐_增强__、金属性逐渐_减弱__。
(2)同族元素从上到下，元素的电负性逐渐_变小__，元素的金属性逐渐_增强__、非金属性逐渐_减弱__。
3．应用
(1)判断元素的金属性和非金属性强弱
①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__，它们既有金属性，又有非金属性。
②金属元素的电负性_越小__，金属元素越活泼；非金属元素的电负性_越大__，非金属元素越活泼。
(2)判断元素的化合价
①电负性数值小的元素在化合物中吸引电子的能力_弱__，元素的化合价为正值。
②电负性数值大的元素在化合物中吸引电子的能力_强__，元素的化合价为负值。
(3)判断化合物的类型
如H的电负性为2.1，Cl的电负性为3.0，Cl的电负性与H的电负性之差为3.0－2.1＝0.9<1.7，故HCl为共价化合物；如Al的电负性为1.5，Cl的电负性与Al的电负性之差为3.0－1.5＝1.5<1.7，因此AlCl3为共价化合物；同理，BeCl2也是共价化合物。
(1)电负性之差大于1.7的元素不一定都形成离子化合物，如F的电负性与H的电负性之差为1.9，但HF为共价化合物。
(2)电负性之差小于1.7的元素不一定形成共价化合物Na的电负性为0.9，与H的电负性之差为1.2，但NaH中的化学键是离子键。
正误判断
1．元素电负性的大小反映了元素原子对键合电子吸引力的大小。( √ )
2．元素的电负性越大，则元素的非金属性越强。( √ )
3．同一周期电负性最大的元素为稀有气体元素。( × )
深度思考
1．按照电负性的递变规律推测：元素周期表中电负性最大的元素和电负性最小的元素位于周期表中的哪个位置？
提示：根据电负性的递变规律，在元素周期表中，越往右，电负性越大；越往下，电负性越小，由此可知，电负性最大的元素位于周期表的右上方，最小的元素位于周期表的左下方。
2．电负性越大的元素，非金属性越强吗？第一电离能越大吗？
提示：元素的电负性越大，非金属性越强；但第一电离能不一定越大，例如电负性：NO。
应用体验
1．下列有关电负性的说法中正确的是( C )
A．主族金属元素的电负性比过渡金属元素的电负性更小
B．主族元素原子的电负性越大，其第一电离能也越大
C．在元素周期表中，同一周期主族元素电负性从左到右递增
D．形成化合物时，元素的电负性越大，吸引电子的能力越强，越容易显示正价
解析：主族金属元素的电负性不一定比过渡金属元素的电负性小，如锗的电负性大于Fe，故A错误；同周期元素从左到右，元素的电负性逐渐增强，但第一电离能有增大的趋势，故并不是电负性越大其第一电离能也越大，故B错误；同周期元素从左到右(零族元素除外)，元素电负性逐渐增强，对键合电子的吸引力逐渐增强，故C正确；电负性越大，吸引电子的能力越强，越容易显负价，故D错误。故选C。
2．处于同一周期的A、B、C、D四种短周期元素，其气态原子获得一个电子所放出的能量A＞B＞C＞D，则下列说法正确的是( D )
A．元素的非金属性：A＜B＜C＜D
B．元素的电负性：A＜B＜C＜D
C．元素的第一电离能：A＜B＜C＜D
D．最高价氧化物对应水化物的酸性：A＞B＞C＞D
解析：处于同一周期的A、B、C、D四种短周期元素，其气态原子获得一个电子所放出的能量A＞B＞C＞D，说明非金属性：A＞B＞C＞D，则四种元素从左到右的顺序为A、B、C、D。气态原子获得一个电子所放出的能量越多，非金属性越强，则元素的非金属性A＞B＞C＞D，A错误；一般非金属性越强，电负性越大则A、B、C、D元素的电负性依次减小，B错误；一般非金属性越强，对应元素的第一电离能越大，C错误；非金属性越强，最高价氧化物对应水化物的酸性越强，则A、B、C、D四种元素最高价氧化物对应水化物的酸性依次减弱，D正确。故选D。
3．下列各组元素的电负性大小顺序正确的是( A )
A．PC．Si解析：同一周期从左到右，元素的电负性增大，同一主族从上至下电负性呈现减小的趋势。P特别提醒：第一电离能：ⅡA>ⅢA，ⅤA>ⅥA。
1．下列性质的比较正确的是( A )
A．单质的熔点：Li>Na>K>Rb
B．电负性：P>N>O>C
C．第一电离能：NaD．微粒半径：Li＋解析：同主族的金属元素从上到下，金属原子的价层电子数不变，原子半径逐渐增大，金属键逐渐减弱，金属熔点逐渐降低，故A正确；元素的非金属性越强，电负性越大，电负性O>N>P>C，故B错误；同周期元素第一电离能呈增大趋势，但ⅡA和ⅤA族为全满和半满稳定状态，第一电离能反常的比相邻下一主族大，故第一电离能Na2．下列曲线表示卤族元素或其单质性质随核电荷数的变化趋势，正确的是( A )
A B C D
解析：电负性与非金属性变化规律一致，非金属性：F＞Cl＞Br，故电负性：F＞Cl＞Br，A正确；卤素最外层电子数均为7个，按照化合价形成规律最高价为＋7价，但F元素无正价，B错误；同主族元素的原子半径越小，原子核对核外电子引力越强，不容易失去电子，第一电离能越大，故第一电离能：F＞Cl＞Br，C错误；卤素单质均由分子构成，且无分子间氢键，故相对分子质量越大，分子间作用力越强，熔沸点越高，所以熔点：Br2＞Cl2＞F2，D错误。故选A。
3．下列说法中，正确的是( C )
A．原子序数为38的元素处于周期表的第四周期第ⅡA族
B．第一电离能的大小可以作为判断金属性强弱的依据
C．共价化合物中，电负性大的成键元素通常表现为负价
D．第四周期的金属元素从左到右，元素的金属性依次减弱
解析：原子序数为38的元素的基态原子的价电子为5s2，位于第五周期第ⅡA族，A错误；第一电离能：Mg＞Al，金属性Mg＞Al，而第一电离能Na＜Mg，但金属性Na＞Mg，可见第一电离能的大小关系与金属性强弱关系并不一致，B错误；电负性越大吸引电子的能力越强，电子带负电，所以共价化合物中，电负性大的成键元素通常表现为负价，C正确；第四周期的金属元素包含副族元素，Zn比Cu靠右，但Zn金属性强于Cu，D错误。故选C。
4．X、Y为两种元素的原子，X的阴离子与Y的阳离子具有相同的电子层结构，则( B )
A．原子半径：X>Y B．电负性：X>Y
C．离子半径：X解析：X元素的阴离子和Y元素的阳离子具有相同的电子层结构，离子核外电子数目相等，则Y元素处于X元素的下一周期，X为非金属元素，最外层电子数较多，Y为金属元素，最外层电子数相对较少。Y元素处于X元素的下一周期，X为非金属元素，原子半径小于同周期与Y处于同族的元素，故原子半径Y>X，A错误；X为非金属元素，Y为金属元素，故X的电负性高于Y的电负性，B正确；核外电子层结构相同，核电荷数越大，离子半径越小，Y元素处于X元素的下一周期，Y的核电荷数更大，故X阴离子半径更大，C错误；X为非金属元素，Y为金属元素，故X的第一电离能大于Y的第一电离能，D错误。故选B。
5．根据元素性质递变规律，下列判断不正确的是( C )
A．酸性：H2SiO3B．电负性：F>Cl>Br>I
C．第一电离能：NaD．原子半径：N>O>F
解析：非金属性越强，其最高价氧化物对应水化物的酸性越强，Si、P、S属于同周期，非金属性逐渐增强，因此酸性强弱顺序是H2SiO3O>F，故D正确。故选C。
6．已知a～f是原子序数依次增大前四周期的六种元素，a元素原子核外电子只有一种自旋取向；b元素原子最高能级的不同轨道都有电子且自旋方向相同；c元素原子的价层电子排布为nsnnp2n，d元素原子中只有两种形状的电子云，最外层只有一种自旋方向的电子；e与d的最高能层数相同，但其价电子层电子数等于其电子层数；f元素原子最外层只有1个电子，次外层内的所有轨道的电子均成对。请回答下列问题(答题时涉及a～f元素，要用元素符号表示)：
(1)e元素基态原子占据的最高能级共有 3 个原子轨道，其形状是 哑铃形 ；f元素位于周期表的 ds 区，其基态原子的电子排布式为 1s22s22p63s23p63d104s1(或[Ar]3d104s1) 。
(2)a、b、c三种元素的电负性由大到小的顺序为 O>N>H 。
(3)b、c、d、e四种元素的第一电离能由大到小的顺序为 N>O>Al>Na 。
(4)下图是a～f中某种元素的部分电离能，由此判断该元素是 Al 。
(5)Mn、Fe的部分电离能数据如表：
元素 Mn Fe
电离能/kJ·mol－1 I1 717 759
I2 1 509 1 561
I3 3 248 2 957
比较表中Mn、Fe两元素的I2、I3可知，气态Mn2＋再失去一个电子比气态Fe2＋再失去一个电子 难 (填“易”或“难”)。你的解释是 由Mn2＋转化为Mn3＋时，3d能级由较稳定的3d5半充满状态转变为不稳定的3d4状态，较难(或Fe2＋转化为Fe3＋时，3d能级由不稳定的3d6状态转变为较稳定的3d5半充满状态，较易) 。
解析：a～f是原子序数依次增大前四周期的六种元素，a元素原子核外电子只有一种自旋取向，则a为H元素；c元素原子的价层电子排布是nsnnp2n，而n＝2，则c为O元素；b的原子序数小于氧，b元素原子最高能级不同轨道上都有电子，并且自旋方向相同，其核外电子排布式为1s22s22p3，则b为N元素；f元素原子的最外层只有一个电子，其次外层内的所有轨道的电子均成对，则f处于第四周期，其核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s1，故f为Cu；d的原子序数大于氧，d元素原子中只有两种形状的电子云，最外层只有一种自旋方向的电子，只有s、p轨道，其核外电子排布式为1s22s22p63s1，e和d的最高能层数相同，其价层电子数等于其电子层数，若d为Na，则e为Al。
(1)Al元素基态原子占据的最高能级为3p，p能级共有3个原子轨道，其形状是哑铃形；铜元素位于周期表的ds区，其基态原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s1或[Ar]3d104s1。
(2)元素的非金属性越强电负性越大，氧、氮、氢的非金属性依次减弱，则电负性依次减小即O>N>H。
(3)同周期元素随核电荷数的增加，第一电离能增大，故NaO，非金属的第一电离能大于金属的第一电离能，故N、O、Na、Al第一电离能由大到小的顺序为N>O>Al>Na。
(4)该元素第四电离能剧增，说明该元素最外层电子数为3，应是Al元素。
(5)Mn为25号元素，核外电子排布式为[Ar]3d54s2，Mn2＋的价电子排布式为3d5，半充满，更稳定，而Fe2＋的价电子排布式为3d6，易失去1个电子生成更稳定的3d5结构。微专题1 核外电子排布的规范书写与应用
一、核外电子排布的规范书写
1．核外电子排布的表示方法
原子(离子)结构示意图 含义 将每个能层上的电子总数表示在原子核外的式子
实例 Al S2－
电子排布式 含义 用数字在能级符号右上角标明该能级上排布的电子数，这就是电子排布式
实例 K：1s22s22p63s23p64s1
简化电子排布式 含义 为了避免电子排布式书写过于烦琐，把内层电子达到稀有气体原子结构的部分以相应稀有气体元素符号外加方括号表示
实例 K：[Ar]4s1
价层电子排布式 含义 主族元素的价层电子指最外层电子，价层电子排布式即最外层电子排布式
实例 Al：3s23p1
轨道表示式 含义 每个方框代表一个原子轨道，每个箭头代表一个电子
实例
电子式 含义 化学中常在元素符号周围用“·”或“×”来表示元素原子的最外层电子，相应的式子叫做电子式
实例
2．书写轨道表示式时的五注意
(1)一个方框表示一个原子轨道，一个箭头表示一个电子。
(2)不同能级中的要分开，同一能级中的要连接。
(3)整个轨道表示式中各能级的排列顺序要与相应的电子排布式一致。
(4)当中有2个电子时，它们的自旋状态必须相反。
(5)洪特规则的特例：在能量相同的轨道(同一能级)上的电子排布处于全充满、半充满和全空状态时，具有较低的能量和较高的稳定性。如24Cr的价层电子排布式为3d54s1(半充满)，易错写为3d44s2。
①全充满：p6；d10；f14，
②半充满：p3；d5；f7，
③全空：p0；d0；f0。
如24Cr：[Ar]3d44s2……3d54s1(较稳定)，
29Cu：[Ar]3d94s2……3d104s1(较稳定)。
跟踪训练
1．下列电子排布式或外围电子轨道表示式不能表示基态粒子的是( A )
A．K 1s22s22p63s23p63d1
B．P 1s22s22p63s23p3
C．F
D．Na＋
解析：K的基态电子排布式为1s22s22p63s23p64s1，故A符合题意；P是15号元素，基态电子排布式为1s22s22p63s23p3，故B不符合题意；F为9号元素，基态电子排布式为1s22s22p5，表示基态F原子价层电子轨道表示式，故C不符合题意；Na是11号元素，Na＋最外层电子有8个，轨道表示式为，故D不符合题意。故选A。
2．下列化学用语表示正确的是( C )
A．基态O原子的电子排布式为[Ne]2s22p4
B．基态Mg2＋的电子排布式为1s22s22p63s2
C．激发态碳原子的轨道表示式可能为
D．S2－的结构示意图为
解析：基态O原子的电子排布式为[He]2s22p4，A项错误；基态Mg2＋的电子排布式为1s22s22p6，B项错误；激发态碳原子的轨道表示式可能为，C项正确；S2－的质子数是16，D项错误。故选C。
3．某基态原子的价层电子的轨道表示式为，下列说法正确的是( C )
A．最外层有4个电子
B．有2种能量不同的电子
C．有8种运动状态不同的电子
D．s电子的电子云轮廓图是哑铃形
解析：由图可知，最外层为L层，有6个电子，则该原子为氧原子，故A错误；相同能层、相同能级不同轨道的电子，能量相同；氧原子电子排布式为1s22s22p6，则有3种能量不同的电子，故B错误；在同一原子轨道中最多可以有两个自旋方向不同的电子，自旋方向不同，运动状态也就不相同，即运动状态个数等于电子数，则有8种运动状态不同的电子，故C正确；s电子的电子云轮廓图是球形，故D错误。故选C。
4．下列电子排布式或轨道表示式书写正确的是( D )
A．O原子的轨道表示式：
B．Ca原子的电子排布式：1s22s22p63s23p63d2
C．Cr原子的电子排布式：1s22s22p63s23p63d44s2
D．Br－的电子排布式：[Ar]3d104s24p6
解析：根据洪特规则，O原子的轨道表示式为，故A错误；Ca是20号元素，Ca原子的电子排布式应为1s22s22p63s23p64s2，故B错误；根据洪特规则，Cr原子的电子排布式应为1s22s22p63s23p63d54s1，故C错误；Br是35号元素，Br－核外有36个电子，电子排布式为[Ar]3d104s24p6，故D正确。故选D。
5．以下基态原子的价层电子排布式正确的是( D )
A．Mn：1s22s22p63s23p63d54s2
B．Zn：[Ar]3d104s2
C．Cr：3d44s2
D．Cu：3d104s1
解析：1s22s22p63s23p63d54s2为基态Mn原子的电子排布式，基态Mn原子的价层电子排布式为3d54s2，A错误；[Ar]3d104s2为基态Zn原子的电子排布式，基态Zn原子的价层电子排布式为3d104s2，B错误；元素是24Cr，它们基态原子的价电子排布应该遵循洪特规则的特例，应该是3d54s1，C错误；原子轨道中电子处于全满、全空、半满时最稳定，所以基态Cu原子的价电子排布为3d104s1，D正确。故选D。
6．下列粒子中，基态价层电子排布式为3d5的是( B )
A．Fe2＋ B．Fe3＋
C．Cu2＋ D．Cu＋
解析：Fe的电子排布式是1s22s22p63s23p63d64s2，则Fe2＋价层电子排布式为3d6，Fe3＋价层电子排布式为3d5，A项不符合题意，B项符合题意；Cu的电子排布式是1s22s22p63s23p63d104s1，则Cu2＋价层电子排布式为3d9，Cu＋价层电子排布式为3d10，C、D两项均不符合题意。故选B。
7．写出下列原子或离子的①电子排布式、②价层电子的轨道表示式、③电子的空间运动状态、④未成对电子数。
(1)N：① 1s22s22p3 ，② ，③ 5 ，④ 3 。
(2)Cl：① 1s22s22p63s23p5(或[Ne]3s23p5) ，② ，③ 9 ，④ 1 。
(3)Fe2＋：① 1s22s22p63s23p63d6(或[Ar]3d6) ，② ，③ 14 ，④ 4 。
(4)Cu：① 1s22s22p63s23p63d104s1(或[Ar]3d104s1) ，② ，③ 15 ，④ 1 。
(5)Se：① 1s22s22p63s23p63d104s24p4(或[Ar]3d104s24p4) ，② ，③ 18 ，④ 2 。
(6)Br－：① 1s22s22p63s23p63d104s24p6(或[Ar]3d104s24p6) ，② ，③ 18 ，④ 0 。
解析：(1)N是7号元素，其电子排布式为1s22s22p3，价电子排布式为2s22p3，价层电子的轨道表示式为；有5个轨道即电子的空间运动状态有5种；2p3上有3个单电子，则未成对电子数为3。
(2)Cl是17号元素，其基态原子电子排布式为1s22s22p63s23p5(或[Ne]3s23p5)，价电子排布式为3s23p5，价层电子的轨道表示式为；有9个轨道即电子的空间运动状态有9种；3p5上有2对成对电子，有1个未成对电子。
(3)Fe是26号元素，其基态原子电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2，则Fe2＋的电子排布式为1s22s22p63s23p63d6(或[Ar]3d6)；Fe2＋的价层电子排布式为3d6，价层电子的轨道表示式为；有14个轨道即电子的空间运动状态有14种；3d6上有1对成对电子，有4个未成对电子。
(4)Cu为29号元素，其基态原子电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s1(或[Ar]3d104s1)，价电子排布式为3d104s1，价层电子的轨道表示式为；有15个轨道即电子的空间运动状态有15种；4s1上有1个未成对电子。
(5)Se为34号元素，其基态原子电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p4(或[Ar]3d104s24p4)，价电子排布式为4s24p4，价层电子的轨道表示式为；有18个轨道即电子的空间运动状态有18种；4p4上1对成对电子，有2个未成对电子。
(6)Br为35号元素，其基态原子电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p5(或[Ar]3d104s24p5)，则Br－电子排布式1s22s22p63s23p63d104s24p6(或[Ar]3d104s24p6)，价电子排布式为4s24p6，价层电子的轨道表示式为；有18个轨道即电子的空间运动状态有18种；4p6上都是成对电子，有0个未成对电子。
8．回答下列问题：
(1)Sc的价层电子排布式为 3d14s2 。
(2)V的价层电子的轨道表示式为 。
(3)基态铜原子的核外电子排布式(简写)为 [Ar]3d104s1 。
(4)基态Ga原子的核外电子排布式(简写)为 [Ar]3d104s24p1 。
(5)第四周期核外电子排布未成对电子数和周期数相同的基态原子的核外电子排布式(简写)为 [Ar]3d64s2 。
解析：(1)已知Sc是21号元素，根据能级构造原理可知，Sc的核外电子排布式为1s22s2sp63s23p63d14s2，故Sc的价层电子排布式为3d14s2。
(2)已知V是23号元素，根据能级构造原理可知，V的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d34s2，故V的价层电子排布式为3d34s2，则V的价层电子的轨道表示式为。
(3)已知Cu是29号元素，根据能级构造原理可知，Cu的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s1，基态铜原子的核外电子排布式(简写)为[Ar]3d104s1。
(4)已知Ga是31号元素，根据能级构造原理可知，Ga的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p1，基态Ga原子的核外电子排布式(简写)为[Ar]3d104s24p1。
(5)第四周期核外电子排布未成对电子数和周期数相同即核外电子排布未成对电子数为4，该元素为Fe，则其基态原子的核外电子排布式(简写)为[Ar]3d64s2。
9．化学的符号表征是化学交流与传承的基础。关于C、N、O、Cl等元素有关的问题，完成下列填空。
(1)可以正确描述碳原子结构的是_AB__。
A．原子结构示意图：
B．原子核外能量最高的电子云图像：
C．碳－12原子：C
D．原子的轨道表示式：
(2)下列有关微粒的描述正确的是_D__。
A．羟基的电子式：H
B．乙炔的分子式：CH≡CH
C．CH4的球棍模型：
D．乙烯的结构简式：CH2===CH2
(3)写出N、Cl元素的气态氢化物常温下相互反应的化学方程式 NH3＋HCl===NH4Cl ，其生成物的电子式为 。
(4)Cl元素基态原子的电子排布式为 1s22s22p63s23p5 ，其最高能级是 3p 。
(5)在第四周期元素中，基态原子的未成对电子数最多的是 Cr (填元素符号)，其价电子轨道表示式为 。
解析：(1)C原子是6号元素，电子结构示意图为，A正确；原子核外能量最高的电子为2p轨道电子，p轨道上排布了2个电子，电子云呈哑铃型，其电子云图形为，B正确；碳－12原子的质子数为6，质量数为12，该原子的正确表示为C，C错误；2p轨道上的两个电子应该优先占据2个轨道，碳原子正确的轨道表示式为，D错误。故选AB。
(2)羟基中氧原子上有一个未成对电子，故其电子式为·H，A错误；乙炔的分子式为C2H2，B错误；CH4的比例模型为，C错误；乙烯的结构简式为CH2===CH2，D正确。故选D。
(3)N、Cl元素的气态氢化物分别为NH3和HCl，常温下相互反应的化学方程式为NH3＋HCl===NH4Cl；NH4Cl为离子化合物，其电子式为。
(4)Cl元素是17号元素，其基态原子的电子排布式为1s22s22p63s23p5，其最高能级是3p。
(5)在第四周期元素中，基态原子的未成对电子数最多的原子的外围电子排布式为3d54s1，该元素是Cr，其价电子轨道表示式为。
10．电子排布式和轨道表示式的书写。
(1)基态Ti原子的核外电子排布式为
1s22s22p63s23p63d24s2(或[Ar]3d24s2) 。
(2)Fe成为阳离子时首先失去 4s 轨道电子，Sm的价层电子排布式4f66s2，Sm3＋价层电子排布式为 4f5 。
(3)基态Fe原子价层电子的轨道表示式为 。
(4)基态Fe原子的价层电子排布式为 3d64s2 。
解析：(1)Ti为22号元素，其基态Ti原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d24s2(或[Ar]3d24s2)。
(2)Fe成为阳离子时首先失去最外层上的电子即4s轨道电子，Sm的价层电子排布式为4f66s2，先失去6s上2个电子，再失去4f上1个电子，则Sm3＋价层电子排布式为4f5；故答案为4s；4f5。
(3)基态Fe原子价层电子排布式为3d64s2，价层电子的轨道表示式为。
(4)Fe为26号元素，则基态Fe原子价层电子排布式为3d64s2。
二、基态原子中未成对电子(单电子)的判断方法
1．未成对电子的定义
一个原子轨道中只有1个电子时，该电子即为未成对电子。一个原子轨道中有2个自旋状态相反的电子，这2个电子称为成对电子。
2．1～36号元素中，原子核外未成对电子数与价层电子排布之间的关系
(1)有1个未成对电子：ns1、ns2np1、ns2np5、3d14s2、3d104s1。
(2)有2个未成对电子：ns2np2、ns2np4、3d24s2、3d84s2。
(3)有3个未成对电子：ns2np3、3d34s2、3d74s2。
(4)有4个未成对电子：3d64s2。
(5)有5个未成对电子：3d54s2。
(6)有6个未成对电子：3d54s1。
跟踪训练
1．在短周期元素中，元素的基态原子核外未成对电子数等于能层数的元素有a种，元素的基态原子最外层电子数是未成对电子数2倍的元素有b种，则a?b的值为( B )
A．1 B．2
C．3 D．4
解析：在短周期元素中，寻找基态原子核外未成对电子数等于能层序数的元素可按周期序数进行，第一周期中有H，第二周期中原子核外未成对电子数为2的元素有C和O，第三周期中原子核外未成对电子数为3的元素有P，符合条件的元素共有4种，即a＝4。符合基态原子最外层电子数是未成对电子数2倍的元素，其基态原子的最外层电子数是2、4、6或8，若最外层电子数为2，则是He、Be或Mg，但这三种元素无未成对电子，不符合题意；若最外层电子数为4，则是C、Si，符合题意；若最外层电子数为6，则是O、S，最外层有2个未成对电子，最外层电子数是未成对电子数的3倍，不符合题意；若最外层电子数为8，则是Ne、Ar，但这两种元素均无未成对电子，不符合题意，则符合题意的元素共有2种，即b＝2。综上可知，的值为2。
2．已知X、Y和Z三种元素的原子序数之和等于42。X元素原子的4p轨道上有3个未成对电子，Y元素原子的最外层2p轨道上有2个未成对电子。X与Y可形成化合物X2Y3，Z元素可形成负一价离子。下列说法正确的是( B )
A．X元素基态原子的电子排布式为[Ar]4s24p3
B．X元素是第四周期第ⅤA族元素
C．Y元素原子的轨道表示式为
D．Z元素的单质Z2在氧气中不能燃烧
解析：X元素原子的4p轨道上有3个未成对电子，X元素原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p3，处于第四周期第ⅤA族，故X为As元素；Y元素原子的最外层2p轨道上有2个未成对电子，Y的2p轨道上有2个电子或4个电子，所以Y为碳元素或氧元素，X跟Y可形成化合物X2Y3，故Y为氧元素；X、Y和Z三种元素的原子序数之和等于42，则Z的质子数为42－8－33＝1，则Z为氢元素，氢原子可以形成负一价离子，符合题意。X为As，As元素基态原子的电子排布式为[Ar]3d104s24p3，A错误；As元素是第四周期第ⅤA族元素，B正确；Y为O元素，基态原子的电子排布式为1s22s22p4，轨道表示式为，C错误；H2能在O2中燃烧，D错误。
3．(1)氧元素基态原子的核外未成对电子数为_2__个，第三周期中有两个单电子的元素符号为_Si(或S)__(填一种即可)，M能层上有2个电子对的原子最外层共有_6__种不同运动状态的电子。
(2)1～36号元素原子中未成对电子数为2的元素符号及价层电子排布式：_C：2s22p2，Si：3s23p2，Ge：4s24p2，O：2s22p4，S：3s23p4，Se：4s24p4，Ti：3d24s2，Ni：3d84s2__。
(3)某元素的原子序数为33，该元素原子的价层电子排布式为_4s24p3__，该元素原子核外有_4__个能层，_8__个能级，_18__个原子轨道，有_3__个单电子。
4．(1)基态Fe2＋与Fe3＋离子中未成对的电子数之比为_4?5__。
(2)Mn位于元素周期表中第四周期第_ⅦB__族，基态Mn原子核外未成对电子有_5__个。
(3)基态Ge原子的核外电子排布式为[Ar]_3d104s24p2__，有_2__个未成对电子。
(4)镍元素基态原子的电子排布式为_1s22s22p63s23p63d84s2__，3d能级上的未成对电子数为_2__。
(1)第ⅠA、ⅢA、ⅦA族元素原子均有1个未成对电子；第ⅣA、ⅥA族元素原子均有2个未成对电子；第ⅤA族元素原子均有3个未成对电子，为主族元素中原子未成对电子数最多的元素。
(2)1～36号元素基态原子中，含未成对电子最多的为24Cr(3d54s1)，共有6个未成对电子。微专题2 元素推断与元素周期律的综合应用
1．元素推断的一般思路
2．推断元素名称的方法
(1)利用稀有气体元素原子结构的特殊性
稀有气体元素原子的电子层结构与同周期的非金属元素原子形成的阴离子的电子层结构相同，与下一周期的金属元素原子形成的阳离子的电子层结构相同。
①与He电子层结构相同的离子有H－、Li＋、Be2＋等。
②与Ne电子层结构相同的离子有F－、O2－、Na＋、Mg2＋、Al3＋等。
③与Ar电子层结构相同的离子有Cl－、S2－、K＋、Ca2＋等。
(2)利用常见元素及其化合物的特征
①形成化合物种类最多的元素之一、单质是自然界中硬度最大的物质的元素或气态氢化物中氢的质量分数最高的元素：C。
②空气中含量最多的元素或气态氢化物的水溶液呈碱性的元素：N。
③地壳中含量最多的元素或氢化物在通常情况下呈液态的元素：O。
④单质密度最小的元素：H；单质密度最小的金属元素：Li。
⑤单质在常温下呈液态的非金属元素：Br；金属元素：Hg。
⑥最高价氧化物及其对应水化物既能与强酸反应，又能与强碱反应的元素：Be、Al。
⑦元素的气态氢化物和它的最高价氧化物对应水化物能发生化合反应的元素：N；能发生氧化还原反应的元素：S。
⑧元素的单质在常温下能与水反应放出气体的短周期元素：Li、Na、F。
3．由基态原子的价层电子排布确定元素在元素周期表中位置的方法
(1)由基态原子的价层电子排布式给元素定位
①周期序数＝电子层数(能层序数)＝最高能层序数
②主族元素的族序数＝价层电子数
③第ⅢB族～第ⅦB族的价层电子排布式为(n－1)d1～10ns1～2(镧系、锕系除外)，族序数＝价层电子数。如锰的价层电子排布式为3d54s2，它位于元素周期表中第四周期第ⅦB族。
④第ⅠB族和第ⅡB族的价层电子排布为(n－1)d10ns1～2，族序数＝ns能级上的电子数。
(2)根据原子序数以0族为基准给元素定位
稀有气体元素 He Ne Ar Kr Xe Rn
周期序数 一 二 三 四 五 六
原子序数 2 10 18 36 54 86
①原子序数－稀有气体元素的原子序数(相近且小)＝元素所在的纵列数。
第1、2纵列为第ⅠA族、ⅡA族，第3～7纵列为第ⅢB族～第ⅦB族，第8～10纵列为第Ⅷ族，第11、12纵列为第ⅠB族、ⅡB族，第13～17纵列为第ⅢA族～第ⅦA族。该元素的周期数＝稀有气体元素的周期数＋1。
如判断原子序数为41的元素在元素周期表中的位置。
分析：41与36接近，有41－36＝5，故该元素位于第五周期第ⅤB族。
注意：使用此法若为第六、七周期第ⅢB族(含镧系、锕系元素)后的元素需再减14定位。
②稀有气体元素的原子序数(相近且大)－原子序数＝18－该元素所在纵列数。
如判断114号元素在元素周期表中的位置。
分析：118－114＝4，为顺数第14纵列或倒数第5纵列，故114号元素位于第七周期第ⅣA族。
跟踪训练
1．某种阴离子的结构如图，Q、W、X、Y、Z五种短周期元素的原子半径依次增大，基态Q原子的电子填充了3个能级，有4对成对电子，Z与其他元素不在同一周期，下列说法正确的是( C )
A．单质与氢气反应剧烈程度：X>Q
B．Q和W形成的化合物中W为最高正价
C．除Z外所有原子最外层都满足8电子稳定结构
D．氢化物沸点：W>Q>X>Y
解析：Q、W、X、Y、Z五种短周期元素的原子半径依次增大，基态Q原子的电子填充了3个能级，有4对成对电子，因此Q是F，Z与其他元素不在同一周期，原子半径最大，能形成6条共价键，因此Z是S，Y能形成4条共价键，Y是C，W能形成2条共价键，W是O，则X是N。元素的非金属性越强，单质与氢气反应越剧烈，非金属性F＞N，则单质与氢气反应剧烈程度为F＞N，A错误；氧元素无最高正价，B错误；根据结构简式可知结构中所有原子除S外，均满足8电子稳定结构，C正确；碳的氢化物种类很多，如高碳烃的沸点很高，无法比较氢化物沸点，D错误。故选C。
2．离子液体具有电导率高、熔点低、不燃烧、热稳定性高等优越性能，在电池电解质领域展现了良好的应用前景。某离子液体W的结构如图所示，其中M、N、Y、Z、Q、X是原子序数依次递增的短周期主族元素，M、N、Y、Z、Q同周期，Y的氢化物能够使湿润的红色石蕊试纸变蓝，X的最外层电子数是电子层数的2倍。下列分析错误的是( B )
A．原子半径：M>Y>Z>Q
B．Q最高价氧化物对应的水化物的酸性最强
C．少量M单质的保存方法是密封在固体石蜡中
D．离子液体W电导率高是因为存在自由移动的阴阳离子
解析：M、N、Y、Z、Q、X是原子序数依次递增的短周期主族元素，离子液体W中元素M带一个单位正电荷，则元素M为Li；N成四个共价键，则元素N为C；Y成两个共价键，且得到一个电子，Y的氢化物能够使湿润的红色石蕊试纸变蓝，则元素Y为N；Z成二个共价键，则元素Z为O；Q成一个共价键，则元素Q为F；X成六个共价键，则元素X为S。同周期元素从左到右原子半径依次减小，故原子半径：M>Y>Z>Q，故A正确；非金属性越强，最高价氧化物的水合物的酸性越强，O无最高正价，F无正价，故B错误；M是Li，其保存方法是密封在固体石蜡中，故C正确；离子液体W中存在自由移动的阴阳离子，因而电导率高，故D正确。故选B。
3．已知X、Y、Z、W、R是元素周期表前四周期中原子序数依次增大的常见元素，相关信息如下表：
元素 相关信息
X 元素原子的核外p电子数比s电子数少1
Y 地壳中含量最多的元素
Z 第一电离能至第四电离能分别是：I1＝578 kJ·mol－1，I2＝1 817 kJ·mol－1，I3＝2 745 kJ·mol－1，I4＝11 575 kJ·mol－1
W 前四周期中电负性最小的元素
R 在周期表的第十一列
下列说法错误的是( B )
A．X基态原子中能量最高的电子，其电子云在空间有3个方向
B．与Z元素成“对角线规则”的元素G的最高价氧化物的水化物具有两性，该两性物质与强碱反应的离子方程式为Be(OH)2＋2OH－===BeO＋2H2O
C．X、Y、Z元素均位于元素周期表的p区，R元素位于元素周期表的ds区
D．五种元素中W元素的第一电离能最小，Y元素的电负性最大
解析：X元素原子的核外p电子数比s电子数少1，故X为N；Y为地壳中含量最多的元素，故Y为O；Z的第一电离能至第四电离能分别是：I1＝578 kJ·mol－1，I2＝1 817 kJ·mol－1，I3＝2 745 kJ·mol－1，I4＝11 575 kJ·mol－1，第四电离能远远大于第三电离能，故Z为Al；W为前四周期中电负性最小的元素，W为K；R在周期表的第十一列，故R为Cu；X、Y、Z、W、R分别为N、O、Al、K、Cu。X为N元素，核外电子排布式为1s22s22p3，基态原子中能量最高的电子处于2p能级，有3个电子，其电子云在空间有3个方向，故A正确；与Al元素成“对角线规则”的元素Be的最高价氧化物的水化物具有两性，该两性物质与强碱反应的离子方程式为Be(OH)2＋2OH－===BeO＋2H2O，故B错误；N、O、Al均位于元素周期表的p区，Cu位于元素周期表的ds区，故C正确；同周期元素的电离能、电负性随核电荷数的递增而递增，同主族元素随核电荷数的递增而减小(电离能除了第ⅡA族，第ⅤA族特殊)，故五种元素中K元素的第一电离能最小，O元素的电负性最大，故D正确。故选B。
4．某短周期主族元素M的电离能I1～I7数据如表所示(单位：kJ·mol－1)
I1 I2 I3 I4 I5 I6 I7
578 1 817 2 745 11 575 14 830 18 376 23 293
下列关于元素M的推断错误的是( C )
A．M元素位于元素周期表中第ⅢA族
B．M元素的最高化合价为＋3价
C．M元素的第一电离能高于同周期相邻元素
D．M元素基态原子的电子排布式为1s22s22p63s23p1
解析：由电离能数据可知，该元素最外层有3个电子，且总电子数超过7，因此M为Al，其第一电离能比Mg的低。铝元素位于周期表的第ⅢA族，A正确；元素最高正价为其最外层电子数，B正确；第ⅡA族元素电离能＞第ⅢA族元素电离能，C错误；Al元素基态原子的电子排布式为1s22s22p63s23p1，D正确。故选C。
5．已知元素周期表中1～18号元素中的四种元素的简单离子W3＋、X＋、Y2－、Z－都具有相同的电子层结构，下列判断正确的是( B )
A．元素的第一电离能：X>W
B．离子的还原性：Y2－>Z－
C．氢化物的稳定性：H2Y>HZ
D．原子半径：X解析：1～18号元素中的四种元素的简单离子W3＋、X＋、Y2－、Z－都具有相同的电子层结构，则W和X是金属元素，且在元素周期表中W位于X的右侧，Y和Z是非金属元素，在元素周期表中位于W和X的上一周期，其中Z位于Y的右侧。同周期元素从左到右金属性逐渐减弱，非金属性逐渐增强，即金属性：X>W，非金属性：Z>Y，所以元素的第一电离能：XW，离子的还原性：Y2－>Z－，氢化物的稳定性：H2Y6．短周期主族元素W、X、Y、Z原子序数依次增大，W、Z位于同一主族，四种元素形成的一种化合物的结构如图所示。下列说法错误的是( C )
A．W的简单氢化物稳定性比X的弱
B．Y与X、Z、W均能形成离子化合物
C．W与Y形成的化合物只含离子键
D．四种元素中简单离子半径最大的是Z
解析：根据四种元素形成的化合物结构可知，Y能形成带有1个正电荷的阳离子，Z能形成6个共价键，X能形成1个共价键，W能形成2个共价键，则Z的最外层电子数为6，位于第ⅥA族，且短周期主族元素W、X、Y、Z的原子序数依次增大，W、Z位于同一主族，则W为O，Z为S；Y的原子序数大于O，小于S，则Y为Na；X的原子序数在O和Na之间，则X为F。由于非金属性：O7．有5种元素X、Y、Z、Q、T。基态X原子的价层电子排布为(n＋2)sn；Y元素基态的正三价离子的3d轨道为半充满；Z原子的核外电子总数等于基态Q原子的最外层电子数；基态Q原子的L电子层的p能级上只有一对成对电子；基态T原子有1个3p空轨道。下列叙述错误的是( B )
A．元素Y和Q可形成化合物Y2Q3
B．简单气态氢化物的稳定性：Q>T>Z
C．X和Q结合生成的化合物中一定含有离子键
D．原子半径：X>Z>Q
解析：基态X原子的价层电子排布为(n＋2)sn，由于s能级最多有2个电子，则基态X原子的价层电子排布可能为3s1或4s2，X元素为Na元素或Ca元素；Y元素基态的正三价离子的3d轨道为半充满，则基态Y3＋的价层电子排布为3d5，基态Y原子的价层电子排布为3d64s2，Y元素为Fe元素；基态Q原子的L电子层的p能级上只有一对成对电子，则基态Q原子的核外电子排布式为1s22s22p4，Q元素为O元素；Z原子的核外电子总数等于基态Q原子的最外层电子数，则Z元素为C元素；基态T原子有1个3p空轨道，则基态T原子的价层电子排布为3s23p2，T元素为Si元素。Fe与O可形成化合物Fe2O3，A正确；同周期元素从左向右，简单气态氢化物稳定性逐渐增大，同主族元素从上到下，简单气态氢化物稳定性逐渐减小，则简单气态氢化物稳定性：O>C>Si，B错误；X元素为Na元素或Ca元素，与O形成的化合物中一定含有离子键，C正确；电子层数越多，原子半径越大，电子层数相同时，核电荷数越大，原子半径越小，则原子半径：X>Z>Q，D正确。
8．a、b、c、d、e、f是原子序数依次增大的非0族元素，位于元素周期表的前四周期。a的一种核素无中子，b的s能级电子数与p能级的电子数之比为4?3，c与e同主族，未成对电子数为2，d在同周期元素中的原子半径最大，f在同周期元素中的未成对电子数最多。请回答下列问题：
(1)上述元素中，位于元素周期表p区的元素有 N、O、S (填元素符号)，其中基态c原子中电子占据的最高能级的原子轨道形状是 哑铃形 。
(2)基态e原子的核外电子排布式为 1s22s22p63s23p4(或[Ne]3s23p4) ，其核外有 9 种不同空间运动状态的电子。
(3)b、c、d、e的简单离子半径由大到小的顺序为 S2－>N3－>O2－>Na＋ (用离子符号表示)，b、c、e元素中，第一电离能最大的元素为 N ，原因为 N原子2p轨道半充满，比相邻的O原子更稳定，更难失去电子；O、S同主族，S原子半径大于O原子，更易失去电子 。
(4)基态f原子的未成对电子数与成对电子数之比为 1?3 ，下列属于f原子激发态电子排布式的有_CD__(填标号)。
A．[Ar]3d54s14p1 B．[Ar]3d54s1
C．[Ar]3d44s14p1 D．[Ar]3d44s04p2
解析：由题意知，a、b、c、d、e、f是原子序数依次增大的非0族元素，位于元素周期表的前四周期。a的一种核素无中子则a为H，b的s能级电子数与p能级的电子数之比为4?3即其核外电子排布式为1s22s22p3，则b为N，c与e同主族，未成对电子数为2，即c的核外电子排布式为1s22s22p4，则c为O，e为S，d在同周期元素中的原子半径最大，则d为Na，f在同周期元素中的未成对电子数最多，即f为第四周期中未成对电子数最多的，其价层电子排布式为3d54s1，则f为Cr，综上分析可知，a、b、c、d、e、f分别是H、N、O、Na、S、Cr。
(1)根据元素分区的标准可知，上述元素中，H、Na位于s区，N、O、S位于元素周期表p区，Cr位于d区，其中基态c即O原子中电子占据的最高能级的原子轨道即2p，其形状是哑铃形。
(2)由分析可知，e为S，故其基态e原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p4或[Ne]3s23p4，其核外电子共占据9个原子轨道，则其核外有9种不同空间运动状态的电子。
(3)由分析可知，b、e、d、e分别是N、O、Na、S，则b、c、d、e的简单离子即N3－、O2－、Na＋、S2－，其中N3－、O2－、Na＋具有相同的电子层结构，且核电荷数依次增大，离子半径依次减小，S2－比它们多一个电子层，离子半径最大，故其离子半径由大到小的顺序为S2－>N3－>O2－>Na＋，由于N原子2p轨道半充满，比相邻的O原子更稳定，更难失去电子；O、S同主族，S原子半径大于O原子，更易失去电子，b、c、e即N、O、S元素中，第一电离能最大的元素为N。
(4)由分析可知，f为Cr，其基态原子的核外电子排布式为[Ar]3d54s1，则基态f原子的未成对电子数与成对电子数之比为6?18＝1?3，[Ar]3d54s14p1为Mn的激发态电子排布式，A不符合题意；[Ar]3d54s1为Cr的基态电子排布式，B不符合题意；[Ar]3d44s14p1是Cr的基态电子中3d上的电子跃迁到4p上，故为Cr的激发态电子排布式，C符合题意；[Ar]3d44s04p2是Cr的基态电子中3d和4s上的电子跃迁到4p上，故为Cr的激发态电子排布式，D符合题意。
9．现有X、Y、Z、W、R五种前四周期的元素，它们的原子序数依次增大。请根据下列相关信息，回答有关问题。
X元素是形成化合物种类最多的元素
Y元素基态原子的核外p电子比s电子多3个
Z元素最高正价与最低负价的代数和为4
W元素主族序数与周期数的差为4
R元素位于元素周期表中的第八列
(1)R元素位于元素周期表的 d 区。已知该元素的＋3价离子比＋2价离子稳定，请简述其原因： ＋2价离子的价层电子排布式为3d6，而＋3价离子的价层电子排布式为3d5，为较稳定的半充满结构 。
(2)W的基态原子含有 9 个原子轨道，其中电子所占据的最高能级的原子轨道呈 纺锤(哑铃) 形。
(3)X、Y、Z、W的最高价氧化物对应水化物的酸性由强到弱的顺序为 HClO4>H2SO4>H3PO4(或HPO3>H2CO3) (用化学式表示)。
(4)YW3的电子式为 。该物质遇水会发生水解反应，生成HYO2，同时产生白雾，写出该反应的化学方程式： PCl3＋2H2O===HPO2＋3HCl 。
解析：X元素是形成化合物种类最多的元素，为C元素。Y元素基态原子的核外p电子比s电子多3个，1s22s22p63s23p3，为P元素。Z元素最高正价与最低负价的代数和为4，最高正价为x，最低负价为－y，有①x＋y＝8、②x－y＝4，为S元素。W元素主族序数与周期数的差为4，第三周期第ⅦA族，为Cl元素。R元素位于元素周期表中的第八列，为Fe元素。(1)R元素为Fe，位于元素周期表第四周期第Ⅷ族，属于d区。其＋3价离子比＋2价离子稳定的原因为＋2价离子的价层电子排布式为3d6，而＋3价离子的价层电子排布式为3d5，为较稳定的半充满结构。
(2)W元素为Cl，核外电子排布式：1s22s22p63s23p5，基态原子轨道有1＋1＋3＋1＋3＝9个，其中电子所占据的最高能级的原子轨道3p，呈哑铃形。
(3)X、Y、Z、W的最高价氧化物对应水化物为H2CO3、H3PO4、H2SO4、HClO4，酸性由强到弱的顺序为HClO4>H2SO4>H3PO4>H2CO3。
(4)YW3的分子式为PCl3，电子式为。PCl3遇水会发生水解反应，生成HPO2，同时产生白雾，根据元素守恒可知为HCl，反应的化学方程式为PCl3＋2H2O===HPO2＋3HCl。章 末 总 结
1．(2022·海南统考高考真题)钠和钾是两种常见金属，下列说法正确的是( A )
A．钠元素的第一电离能大于钾
B．基态钾原子价层电子轨道表示式为
C．钾能置换出NaCl溶液中的钠
D．钠元素与钾元素的原子序数相差18
解析：同一主族元素的第一电离能从上到下依次减小，金属性越强的元素，其第一电离能越小，因此，钠元素的第一电离能大于钾，A说法正确；基态钾原子价层电子为4s1，其轨道表示式为，B说法不正确；钾和钠均能与水发生置换反应，因此，钾不能置换出NaCl溶液中的钠，C说法不正确；钠元素与钾元素的原子序数分别为11和19，两者相差8，D说法不正确。故选A。
2．(2022·江苏高考真题)工业上电解熔融Al2O3和冰晶石(Na3AlF6)的混合物可制得铝。下列说法正确的是( A )
A．半径大小：r(Al3＋)B．电负性大小：χ(F)<χ(O)
C．电离能大小：I1(O)D．碱性强弱：NaOH解析：核外电子数相同时，核电荷数越大半径越小，故半径大小为r(Al3＋)3．(2022·河北高考真题)两种化合物的结构如图，其中X、Y、Z、R、Q是原子序数依次增大的五种短周期主族元素，下列说法错误的是( A )
A．在两种化合物中，X、Y、Z、R、Q均满足最外层8电子稳定结构
B．X、Y、Z、R、Q中，R的非金属性及简单氢化物的稳定性均最强
C．将装有YZ2气体的透明密闭容器浸入冰水中，气体颜色变浅
D．Z的某种同素异形体在大气中的含量与环境污染密切相关
解析：X、Y、Z、R、Q是原子序数依次增大的五种短周期主族元素，由两种化合物的结构示意图可知，X、Y、Z、R、Q形成共价键的数目分别为4、3、2、1、5，则五种元素分别为C元素、N元素、O元素、F元素、P元素。由两种化合物的结构示意图可知，化合物中磷原子的最外层电子数为10，不满足最外层8电子稳定结构，故A错误；C元素、N元素、O元素、F元素、P元素中位于元素周期表右上角的氟元素的非金属性最强，元素的非金属性越强，简单氢化物的稳定性最强，故B正确；红棕色二氧化氮转化为无色四氧化二氮的反应为放热反应，降低温度，平衡向正反应方向移动，气体的颜色变浅，则将装有二氧化氮气体的透明密闭容器浸入冰水中，气体颜色变浅，故C正确；氧气和臭氧是氧元素形成的不同种单质，互为同素异形体，臭氧层破坏会造成环境污染，则臭氧在大气中的含量与环境污染密切相关，故D正确。故选A。
4．(2022·湖南高考真题)科学家合成了一种新的共价化合物(结构如图所示)，X、Y、Z、W为原子序数依次增大的短周期元素，W的原子序数等于X与Y的原子序数之和。下列说法错误的是( C )
A．原子半径：X>Y>Z
B．非金属性：Y>X>W
C．Z的单质具有较强的还原性
D．原子序数为82的元素与W位于同一主族
解析：由共价化合物的结构可知，X、W形成4个共价键，Y形成2个共价键，Z形成1个共价键，X、Y、Z、W是原子序数依次增大的短周期元素，W的原子序数等于X与Y的原子序数之和，则X为C元素、Y为O元素、Z为F元素、W为Si元素。同周期元素，从左到右原子半径依次减小，则C、O、F的原子半径大小顺序为C＞O＞F，故A正确；同周期元素，从左到右元素的非金属性依次增强，同主族元素，从上到下元素的非金属性依次减弱，则C、O、Si的非金属性强弱顺序为O＞C＞Si，故B正确；位于元素周期表右上角的氟元素的非金属性最强，单质具有很强的氧化性，故C错误；原子序数为82的元素为铅元素，与硅元素都位于元素周期表第ⅣA族，故D正确。故选C。
5．(1)(2022·全国乙高考真题)氟原子激发态的电子排布式有_ad__，其中能量较高的是_d__。(填标号)
a．1s22s22p43s1 b．1s22s22p43d2
c．1s22s12p5 d．1s22s22p33p2
(2)(2022·全国甲高考真题)基态F原子的价电子排布图(轨道表示式)为 。
(3)(2022·全国甲高考真题)图a、b、c分别表示C、N、O和F的逐级电离能I变化趋势(纵坐标的标度不同)。第一电离能的变化图是_图a__(填标号)，判断的根据是 同一周期第一电离能的总体趋势是依次升高的，但由于N元素的2p能级为半充满状态，因此N元素的第一电离能较C、O两种元素高 ；第三电离能的变化图是_图b__(填标号)。
(4)(2022·山东高考真题)基态Ni原子的价电子排布式为 3d84s2 ，在元素周期表中的位置为 第四周期第ⅤⅢ族 。
解析：(1)F的原子序数为9，其基态原子电子排布式为1s22s22p5。1s22s22p43s1，基态氟原子2p能级上的1个电子跃迁到3s能级上，属于氟原子的激发态，a正确；1s22s22p43d2，核外共10个电子，不是氟原子，b错误；1s22s12p5，核外共8个电子，不是氟原子，c错误；1s22s22p33p2，基态氟原子2p能级上的2个电子跃迁到3p能级上，属于氟原子的激发态，d正确。故选ad；而同一原子3p能级的能量比3s能级的能量高，因此能量最高的是1s22s22p33p2，故选d。
(2)F为第9号元素其电子排布为1s22s22p5，则其轨道表示式为。
(3)C、N、O、F四种元素在同一周期，同一周期第一电离能的总体趋势是依次升高的，但由于N元素的2p能级为半充满状态，因此N元素的第一电离能较C、O两种元素高，因此C、N、O、F四种元素的第一电离能从小到大的顺序为C(4)已知Ni是28号元素，故基态Ni原子的价电子排布式为3d84s2，在周期表中第四横行第10纵列即位于第四周期第Ⅷ族。
6．(1)(2022·海南统考高考真题)基态O原子的电子排布式 1s22s22p4(或[He]2s22p4) ，其中未成对电子有 2 个。
(2)(2022·河北高考真题)基态S原子的价电子中，两种自旋状态的电子数之比为 1?2(或2?1) 。
(3)(2022·河北高考真题)Cu与Zn相比，第二电离能与第一电离能差值更大的是 Cu ，原因是 Cu的第二电离能失去的是3d10的电子，第一电离能失去的是4s1电子，Zn的第二电离能失去的是4s1的电子，第一电离能失去的是4s2电子，3d10电子处于全充满状态，其与4s1电子能量差值更大 。
(4)(2022·湖南高考真题)基态Se原子的核外电子排布式为[Ar] 3d104s24p4 。
(5)(2022·湖南高考真题)富马酸亚铁(FeC4H2O4)是一种补铁剂。富马酸分子的结构模型如图所示：
富马酸亚铁中各元素的电负性由大到小的顺序为_O>C>H>Fe__。
解析：(1)O为8号元素，其基态O原子核外有8个电子，因此基态O原子的电子排布式为1s22s22p4或[He]2s22p4，其2p轨道有2个未成对电子，即O原子有2个未成对电子。
(2)基态S的价电子排布式为3s23p4，根据基态原子电子排布规则，两种自旋状态的电子数之比为1?2或2?1。
(3)铜元素的第二电离能失去的是3d10的电子，第一电离能失去的是4s1电子，锌元素的第二电离能失去的是4s1的电子，第一电离能失去的是4s2电子，3d10电子处于全充满状态，其与4s1电子能量差值更大，所以铜与锌相比，第二电离能与第一电离能差值更大的是铜元素。
(4)硒元素的原子序数为34，基态原子的电子排布式为[Ar]3d104s24p4。
(5)金属元素的电负性小于非金属元素，则铁元素的电负性最小，非金属元素的非金属性越强，电负性越大，氢、碳、氧的非金属性依次增强，则电负性依次增大，所以富马酸亚铁中四种元素的电负性由大到小的顺序为O＞C＞H＞Fe。