(共41张PPT)
第1节 原子结构模型
第1课时 氢原子光谱与玻尔的原子结构模型
素养目标 学习要点
1.通过了解原子结构模型的演变历程,能够运用玻尔原子结构模型的基本观点解释原子光谱的特点,形成证据推理与模型认知的化学核心素养。 2.理解基态、激发态和原子光谱等概念,培养宏观辨识与微观探析的化学核心素养。 一部演变:原子结构模型的演变历程
一种模型:玻尔原子结构模型
一个概念:原子光谱
两个状态:基态与激发态
知识点一 原子结构模型的演变
基础落实 必备知识全过关
知识点一 原子结构模型的演变
道尔顿原子论 1803年,英国化学家道尔顿提出原子论
汤姆孙“葡萄干布丁”模型 1904年,汤姆孙在发现 的基础上提出了原子结构的“葡萄干布丁”模型,开始涉及原子内部的结构
卢瑟福核式模型 1911年,英国物理学家卢瑟福根据α粒子散射实验提出了原子结构的 模型
玻尔原子结构 模型 1913年,丹麦科学家玻尔根据原子光谱实验,进一步建立起
的原子结构模型
量子力学模型 20世纪20年代中期,建立了量子力学理论,从而产生了原子结构的 模型
电子
核式
核外电子分层排布
量子力学
名师点拨
α粒子轰击金箔实验
1911年著名物理学家卢瑟福等人用一束带正电的、质量比电子大得多的高速运动的α粒子轰击金箔,发现:大多数α粒子能够穿透金箔而不改变原来的运动方向;一小部分α粒子改变了原来的运动方向;有极少数α粒子被反弹了回来。
辨析比较
关于原子结构的演变
道尔顿认为原子不可分,认为原子是个实心球;汤姆孙通过阴极射线实验发现电子,认为原子核是一个均匀带正电的球体,电子像葡萄干一样镶嵌在原子核中;卢瑟福根据α粒子散射实验提出了原子结构的核式模型;玻尔为了解释氢原子光谱,提出了核外电子分层排布的原子结构模型,即玻尔原子结构模型。
重难突破 能力素养全提升
探究角度1 原子结构模型与对应的科学家
例1 下列实验事实与原子结构模型建立的关系正确的是( )
A.阴极射线实验发现电子:道尔顿原子结构模型
B.α粒子散射实验发现原子核:卢瑟福原子结构模型
C.氢原子光谱发现电子分层排布:卢瑟福原子结构模型
D.α粒子散射实验发现电子:汤姆孙原子结构模型
B
解析 A选项,汤姆孙通过阴极射线实验发现电子,故A错误;B选项,卢瑟福根据α粒子散射实验发现原子结构的有核模型,故B正确;C选项,玻尔研究氢原子光谱,为解释氢原子光谱是线状光谱,引入量子理论,提出定轨理论,即玻尔理论,故C错误;D选项,汤姆孙发现电子,提出原子结构的“葡萄干布丁”模型,α粒子散射实验发现的是原子核,故D错误。
[对点训练1]
原子结构模型的演变如图所示,下列符合历史演变顺序的一组排列是( )
A.(1)(3)(2)(4)(5) B.(1)(2)(3)(4)(5)
C.(1)(5)(3)(2)(4) D.(1)(3)(5)(4)(2)
A
思路剖析 无需识记每一种原子结构模型的具体时间,只需要记住原子结构模型的发展是越来越科学,越来越接近原子的真实结构。即:实心球原子模型——葡萄干布丁模型——核式模型——玻尔原子结构模型——量子力学模型。
探究角度2 各种原子结构模型的细节观点
例2 自从1803年英国化学家道尔顿提出了原子学说,人类对原子结构的认识就不断深入、发展,并通过实验事实不断地完善对原子结构的认识。下列关于原子结构模型的说法中,正确的是( )
A.道尔顿的原子结构模型将原子看作实心球,故不能解释任何问题
B.汤姆孙“葡萄干布丁”原子结构模型成功地解释了原子中的正、负粒子是可以稳定共存的
C.卢瑟福核式原子结构模型指出了原子核和核外电子的质量关系、电性关系及占有体积的关系
D.玻尔电子分层排布原子结构模型引入了量子化的概念,能够成功解释所有的原子光谱
C
解析 道尔顿的原子论成功地解释了质量守恒定律等规律,故A错误;汤姆孙“葡萄干布丁”原子结构模型提出了正、负电荷的共存问题,但同时认为在这样微小的距离上有着极大的作用力,故B错误;卢瑟福通过α粒子散射实验提出了原子结构的核式模型,散射实验的结果能够分析出原子核和核外电子的质量关系、电性关系及占有体积的关系,故C正确;玻尔电子分层排布原子结构模型引入了量子化的概念,引入一个量子数n,解释了氢原子光谱是线状光谱的实验事实,而不能解释某些复杂的光谱现象,更无法解释多电子原子的光谱,故D错误。
[对点训练2]
下列科学家都推动了原子结构模型的演变,其中提出“原子结构的核式模型”的科学家是( )
A.玻尔 B.道尔顿
C.卢瑟福 D.汤姆孙
C
解析 1911年,卢瑟福根据α粒子散射实验提出“原子结构的核式模型”,故选C。
[对点训练3]
自从1803年英国化学家道尔顿提出原子论以来,人类对原子结构的认识不断深入、不断发展,通过实验事实不断地丰富、完善原子结构理论。请判断下列关于原子结构的说法正确的是( )
A.所有的原子都含有质子、中子和电子三种基本构成微粒
B.每一类原子中的质子、中子和电子三种基本构成微粒的个数都是相等的
C.原子核对电子的吸引作用的实质是原子核中的质子对核外电子的吸引
D.原子中的质子、中子和电子三种基本构成微粒不可能再进一步分成更小的微粒
C
解析 普通氢原子没有中子,大多数原子都含有质子、中子和电子三种基本构成微粒,故A错误;原子中质子数等于电子数,但中子数与质子数或电子数不一定相等,故B错误;质子带正电,中子不带电,电子带负电,则原子核对电子的吸引作用的实质是原子核中的质子对核外电子的吸引,故C正确;随着科学的发展,可认识到质子等微粒还可以再分成更小的微粒,故D错误。
知识点二 氢原子光谱和玻尔的原子结构模型
基础落实 必备知识全过关
知识点二 氢原子光谱和玻尔的原子结构模型
1.光谱
(1)概念:利用 将物质 或 的频率(或波长)和强度分布记录下来的谱线。
(2)形成原因:核外电子在不同轨道间 时,会辐射或吸收能量。
2.氢原子光谱特点
氢原子光谱是 光谱,与根据 原子结构核式模型得到的推论不一致。
原子光谱仪
吸收的光
发射的光
跃迁
线状
卢瑟福
3.玻尔原子结构模型
(1)基本观点
①运动轨迹
原子中的电子在具有确定半径的圆周轨道上绕原子核运动,并且
能量。
②能量分布
在不同轨道上运动的电子具有不同的能量(E),而且能量值是不连续(量子化)的。轨道能量依n值(n称为 ,取值1、2、3、…)的增大而
。对氢原子而言,电子处在n=1的轨道时能量最低,这种状态称为 ;能量高于基态能量的状态,称为 。
不辐射
量子数
升高
基态
激发态
③电子跃迁
电子由能量较高能级跃迁至较低能级,辐射能量,由低能级跃迁至高能级,吸收能量
电子在能量不同的轨道之间跃迁时,辐射或吸收的能量以光的形式表现出来并被记录下来,就形成了 。
光谱
(2)贡献 太阳光谱为连续光谱
①成功地解释了氢原子光谱是线状光谱的实验事实。
②阐明了原子光谱源自核外电子在能量不同的轨道之间的跃迁,指出了电子所处的轨道的能量是 的。如图所示:
量子化
(3)吸收光谱与发射光谱
发射光谱形成示意图
吸收光谱形成示意图
名师点拨
1.光谱可以根据能量变化特点分为吸收光谱与发射光谱,根据波长特点分为连续光谱与线状光谱,而吸收光谱与发射光谱总称为原子光谱。
2.电光源、焰色试验、物质燃烧或高温下发光等都与原子核外电子的跃迁有关,而化学反应中的颜色变化与原子核外电子的跃迁无关。
深度思考
为什么氢原子光谱是由具有特定波长、彼此分立的谱线组成的
提示 根据玻尔原子结构模型,电子所处的轨道的能量是量子化的,轨道间的能量差也是确定的,而光的频率ν与轨道所具有的能量E之间的关系可用下式表示。
hν=|Ej-Ei|
式中:h为普朗克常数,其值为6.626×10-34 J·s。
由上式计算得到的光的频率(或波长λ=c/ν,c为光速)只能是不连续的,此时形成的是具有特征波长的线状光谱。
辨析比较
发射光谱与吸收光谱的比较
类型 发射光谱 吸收光谱
条件 电子从激发态跃迁到基态或从较高激发态跃迁到较低激发态 电子从基态跃迁到激发态或从较低激发态跃迁到较高激发态
特征 背景暗色,谱线为明亮彩色细线 背景彩色,谱线为一些暗线
联系 同种原子的发射谱线和吸收谱线位置精确重合 正误判断
(1)光是电子跃迁释放能量的重要形式之一。( )
(2)氢原子外围只有一个电子,故氢原子光谱只有一条谱线。( )
提示 氢原子光谱在可见光范围内有4条谱线。
(3)氢原子光谱属于线状光谱。( )
(4)基态氢原子转变成激发态氢原子时释放能量。( )
提示 基态氢原子转变成激发态氢原子时吸收能量。
(5)焰色试验与电子跃迁有关,属于化学变化。( )
提示 焰色试验没有新物质生成,不属于化学变化。
√
×
√
×
×
重难突破 能力素养全提升
探究角度1 玻尔原子结构模型
例1 下列说法正确的是( )
A.氢原子光谱是元素的所有光谱中最复杂的光谱之一
B.“量子化”就是不连续的意思,微观粒子运动均有此特点
C.玻尔理论不但成功地解释了氢原子光谱,而且还推广到其他原子光谱
D.所有原子中都含有中子
B
解析 氢原子光谱是元素的所有光谱中最简单的光谱,故A错误;玻尔理论具有局限性,只是解释了氢原子光谱,但对解释多电子原子的光谱却遇到困难,故C错误。
思路剖析 基于经典物理学与量子力学理论分析
玻尔原子结构模型的局限性在于其只适用于单电子原子,无法解释多电子原子的复杂性,也无法解释原子的化学性质。因此,在量子力学理论的发展下,玻尔原子结构模型已经被量子力学所描述更加精细的模型取代。
[对点训练1]
下列说法不正确的是( )
A.原子光谱是测定物质结构的基本方法和实验手段
B.霓虹灯能够发出五颜六色的光,其发光机理与氢原子光谱形成机理基本相同
C.原子线状光谱的产生是原子核外电子在不同的、能量量子化的状态之间跃迁所导致的
D.“在高分辨钠原子光谱中靠得很近的两条黄色谱线”可以利用玻尔原子结构模型较好地解释
D
解析 玻尔原子结构模型能够成功地解释氢原子光谱,不能解释“在高分辨钠原子光谱中靠得很近的两条黄色谱线”等复杂的光谱现象,故D错误。
解题技巧 选项D抓住“钠原子”关键词,谨记玻尔原子结构模型只能用来解释氢原子光谱。
探究角度2 原子光谱
例2 下列有关光谱的说法不正确的是( )
A.原子中的电子在跃迁时能量的表现形式之一是光,这也是原子光谱产生的原因
B.电子由能量较低轨道跃迁至能量较高轨道时,可通过光谱仪直接摄取原子的发射光谱
C.燃放的焰火在夜空中呈现五彩缤纷的礼花与原子核外电子的跃迁有关
D.通过光谱分析可以鉴定某些元素
B
解析 不同元素的原子发生跃迁时会吸收或释放不同的光,可以用光谱仪摄取各种元素原子的吸收光谱或发射光谱,A正确;电子由能量较低轨道跃迁至能量较高轨道时,要吸收能量,光谱仪摄取到的是吸收光谱,B错误;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,D正确。
思维建模 由于每种原子都有自己的特征谱线,因此可以根据光谱来鉴别物质和确定它的化学组成。这种方法叫作光谱分析。做光谱分析时,可以利用发射光谱,也可以利用吸收光谱,光谱类测试(主要包括红外光谱、核磁共振波谱、X射线衍射、紫外和可见光谱、拉曼光谱)采用物质对不同波长区域光谱的吸收情况,对化合物的官能团、有机结构、化学键以及化合物分子内部振动进行分析,了解化合物结构特性以及辅助进行定性定量分析。
[对点训练2]
吸收光谱和发射光谱统称为原子光谱。下列说法错误的是( )
A.同一种元素原子的吸收光谱和发射光谱的特征谱线相同
B.激光与原子核外电子发生跃迁释放能量有关
C.光谱仪可以摄取元素的吸收光谱和发射光谱
D.目前发现的元素都是通过原子光谱发现的
D
解析 不同元素的原子发生跃迁时会吸收或释放不同的光,可以用光谱仪摄取各种元素的电子的吸收光谱或发射光谱,同一种元素原子的吸收光谱和发射光谱的特征谱线相同,故A、C正确;电子跃迁本质上是组成物质的粒子中电子的一种能量变化,激光与原子核外电子发生跃迁释放能量有关,故B正确;每种元素都有自己的特征谱线,在历史上许多元素是通过原子光谱发现的,如铯和铷,但目前发现的元素并非都是通过原子光谱发现的,故D错误。
[对点训练3]
(2024广西南宁检测)碳量子点(CQDs)是一种尺寸小于10纳米,含有N、O等杂原子的新型碳基纳米材料,在紫外光照射下,产生荧光。居家利用香蕉皮等果蔬厨余物制备碳量子点的流程如图:
下列叙述不正确的是( )
A.碳量子点是碳的一种新型单质 B.产生荧光与电子跃迁有关
C.果蔬厨余物含C、H、O等元素 D.所得滤液可产生丁达尔效应
A
解析 碳量子点除了含碳元素外,还含有N、O等杂原子,所以碳量子点不是单质,是混合物,故A错误;产生荧光和电子跃迁有关,故B正确;水果、蔬菜都是有机物,含C、H、O等元素,故C正确;碳量子点是一种尺寸小于10纳米,含有N、O等杂原子的新型碳基纳米材料,故所得滤液属于胶体,可产生丁达尔效应,故D正确。
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题组1 原子结构模型的演变
1.人类认识原子的历史是漫长的。下列与原子结构模型的演变无关的科学家是( )
A.道尔顿 B.汤姆孙
C.卢瑟福 D.门捷列夫
D
解析 道尔顿提出了原子论;汤姆孙提出了原子结构的“葡萄干布丁”模型;卢瑟福提出了原子结构的核式模型;门捷列夫发现了元素周期律,并编出了元素周期表,与原子结构模型的演变无关。
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题组2 氢原子光谱与玻尔原子结构模型
2.化学让生活更加美好,下列现象与原子核外电子跃迁释放能量无关的是
( )
A.棱镜分光
B.节日燃放的烟花
C.日光灯通电发光
D.璀璨的霓虹灯
A
解析 棱镜分光是根据不同波长的光发生折射时角度不同将光束分散,与电子跃迁无关,A符合题意。
1
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3.玻尔理论不能解释( )
A.氢原子光谱为线状光谱
B.在一给定的稳定轨道上,运动的核外电子不辐射能量
C.电子从一个轨道(能量为Ei)跃迁到另一个轨道(能量为Ej)时会辐射或吸收能量
D.有外加磁场时氢原子光谱增加多条谱线
D
解析 对于有外加磁场时氢原子光谱增加多条谱线这一现象,玻尔理论无法解释,必须借助量子力学理论加以解释,D项符合题意。
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4.原子光谱是线状光谱,是由不连续的谱线组成的,这表明( )
A.在原子中只有某些电子能够跃迁产生光谱
B.原子中的电子可以处于某些特定的能量状态,即电子所处轨道的能量是量子化的
C.原子发射的光是单色光
D.白光可以由多种单色光组成
B
解析 原子光谱是线状光谱,也就是由具有特定频率的光形成的谱线。原子光谱之所以产生这种特定的谱线,是由于电子的能量是量子化的,电子跃迁吸收或释放的能量也是量子化的。
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5.下列叙述不正确的是( )
A.原子的核外电子处于能量最低的状态称为基态
B.原子的核外电子吸收能量而高于基态能量的状态称为激发态
C.焰色是电子从能量较低的轨道跃迁到能量较高的轨道时产生的
D.原子的核外电子由能量较高的轨道跃迁到能量较低的轨道时,辐射的能量可能以光的形式表现出来
C
解析 基态是原子的核外电子处于能量最低的状态,A正确;激发态是原子的核外电子处于能量高于基态能量的状态,B正确;电子从能量较高的轨道跃迁到能量较低的轨道时,辐射的能量可以以光的形式表现出来,可以表现为焰色,C错误、D正确。(共46张PPT)
第1节 原子结构模型
第2课时 量子力学对原子核外电子运动状态的描述
素养目标 学习要点
1.通过结合量子力学对原子核外电子运动状态的描述,能够认识电子运动的不确定性和概率性,培养宏观辨识与微观探析的化学核心素养。 2.了解电子运动的能量状态具有量子化的特征,知道电子的运动状态可以由原子轨道和电子云模型来描述,形成证据推理与模型认知的化学核心素养。 一种状态:核外电子运动状态
四个概念:能层、能级、原子轨道、电子云
知识点一 原子轨道
基础落实 必备知识全过关
知识点一 原子轨道
原子轨道 电子的空间运动状态
1.电子层
(1)含义:量子数 所描述的电子运动状态。
(2)表示方法
n的取值 1 2 3 4 5 6 7
符号
离核远近 能量高低 n
K
L
M
N
O
P
Q
近
远
低
高
2.能级
(1)多电子原子中,同一个电子层(即n相同)内的电子所具有的能量也可能不同,即同一个电子层还可以分成若干个能级,分别用符号 等表示。
(2)在同一个电子层中按能量由低到高的顺序为E(ns)
在无外磁场时,处于同一能级的电子的空间运动状态的 相同。
s、p、d、f
能量
3.原子轨道
(1)概念:原子中单个电子的 状态。
(2)n值所对应的能级和原子轨道的情况
n(电子层) 符号 能级 原子轨道 原子轨道数目
1 K 1=12
2 L 1+3=22
3 M
(含5个原子轨道) 空间运动
1s
1s
2s
2s
2p
2px、2py、2pz
3s
3s
3p
3px、3py、3pz
3d
3d
1+3+5=32
n(电子层) 符号 能级 原子轨道 原子轨道数目
4 N
(含5个原子轨道) (含7个原子轨道) …… …… …… …… ……
结论:第n电子层上有 个能级,有 个原子轨道。
4s
4s
4p
4px、4py、4pz
4d
4d
4f
4f
1+3+5+7=42
n
n2
4.自旋状态
核外运动的电子还存在一种被称为“自旋”的量子化状态。处于同一原子轨道上的电子自旋状态只能有 种,分别用符号“ ”和“ ”表示。
没有运动状态完全相同的两个电子
名师点拨
电子层,或称电子层壳,是原子物理学中,一组拥有相同主量子数n的原子轨道。
特别提醒
电子层,又称能层,由于能层序数等于该能层上的能级数,如K层只有s能级,因此并不是所有的能层上都有s、p、d、f能级。
两
↑
↓
深度思考
电子层序数与能级数的关系是怎样的
概念辨析
电子层、能级之间的关系
能级数等于该电子层的序数;电子层与能级类似楼层与阶梯之间的关系,在每一个电子层中,能级符号顺序是ns、np、nd、nf……
提示 能级数等于电子层序数,如当n=3时,有3个能级,分别用符号s、p、d表示。
辨析比较
电子层、能级分别与原子轨道的关系
(1)同一能级又可能包含几个空间分布不同的原子轨道,s能级中有1个原子轨道、p能级中有3个能量相同的原子轨道,分别记作npx、npy、npz,d能级中有5个能量相同的原子轨道。
(2)对于确定的n值,其原子轨道数为n2;每一电子层最多容纳的电子数为2n2。
正误判断
(1)每一电子层都包含s、p、d、f能级。( )
提示 例如第一电子层只包含s能级。
(2)不同电子层的s能级中电子的能量完全相同。( )
提示 不同电子层的s能级中电子的能量不相同,1s能级上电子的能量小于2s能级电子的能量。
(3)第三电子层有s、p共两个能级。( )
提示 第三电子层有s、p、d共3个能级。
(4)当电子层数n=2时,该层有2s、2px、2py、2pz四个原子轨道。( )
(5)各能级的原子轨道数按s、p、d、f的顺序依次为1、3、5、7。( )
×
×
×
√
√
重难突破 能力素养全提升
探究角度1 电子层与能级
例1 下列各电子层不包含d能级的是( )
A.L B.M
C.N D.O
A
解析 从第三电子层开始,出现d能级,K层只有s能级,L层只有s、p能级,都不包含d能级,答案选A。
思路剖析 (1)电子层序数=能级数
(2)K、L、M、N、O、P、Q分别表示n=1、2、3、4、5、6、7的电子层。
(3)每一电子层都从能级s开始,但不是每一电子层都含有s、p、d、f等能级。
[对点训练1]
下列关于能级说法正确的是( )
A.所有电子层都包含p能级
B.s能级的能量一定比p能级的低
C.2p能级的能量比3p能级的低
D.2p、3p、4p能级的轨道数不同
C
解析 K层只有s能级,A错;ns能级能量比(n-1)p能级的高,B错;能级能量2p<3p<4p,C对;各电子层的p能级都有3个轨道,D错。
思维建模 相同能级能量关系1s<2s<3s<4s<……
不同能级能量关系ns探究角度2 电子层与能级的电子排布
例2 原子中的某一电子层,最多能容纳的电子数大于32,该电子层可能是
( )
A.L层 B.M层
C.N层 D.P层
D
解析 原子核外每一电子层所能容纳的最多电子数为2n2,L层所容纳的最多电子数为8,M层所容纳的最多电子数为18,N层所容纳的最多电子数为32,P层所容纳的最多电子数为50,故选D。
思路剖析 原子核外每一电子层所能容纳的最多电子数为2n2。
[对点训练2]
下列有关核外电子运动状态的说法正确的是( )
A.电子自旋就是电子绕轴“自转”
B.第四电子层最多容纳16个电子
C.p能级的原子轨道呈哑铃形,随着电子层序数的增加,p能级原子轨道数也在增多
D.溴原子的M层最多容纳18个电子
D
解析 电子自旋是量子化状态,不能作经典的理解,不能看作绕轴自转,A错误;第四电子层最多容纳32个电子,B错误;所有的p能级都含有3个轨道,所以随着电子层序数的增加,p能级原子轨道数不变,C错误;M层最多容纳电子数为2×32=18,D正确。
知识点二 原子轨道的图形描述与电子云图
基础落实 必备知识全过关
知识点二 原子轨道的图形描述与电子云图
1.原子轨道的图形描述
(1)概念:原子轨道在量子力学中用波函数表示,并可以将其以图形的方式在 中呈现出来。
(2)意义:表示原子轨道的 。
直角坐标系
空间分布
无数条对称轴
(3)形状:s轨道呈 ,具有球对称性;p轨道在空间的分布特点是分别相对于x、y、z轴对称,呈哑铃形或纺锤形(∞),也就是说,p轨道在空间分别沿x、y、z轴的方向分布。如图:
1s和2p原子轨道示意图
球形
2.电子在核外的空间分布
(1)原子核外电子的运动特点
与对宏观物体运动的描述不同,对于质量非常小、运行速度极快且运动空间极小的微观粒子(如电子,其质量仅为9.1×10-31 kg)而言,人们不可能同时准确地测定它的位置和速度,但能通过对波函数进行数学处理计算出电子在某个地方出现的概率。
(2)电子云图 把电子在原子核外空间出现概率的P=90%的空间圈出来
①概念:描述电子在核外空间某处单位体积内的概率分布的图形。
②含义:用单位体积内小点的疏密程度来表示电子在原子核外某处单位体积内出现概率的大小。
③电子云图的特点:s能级的电子概率分布呈球形对称;p能级的电子概率分布有一定的空间取向。
电子处在1s及2p轨道上的电子云图分别如图1、图2所示:
④意义:电子云不仅表示电子在核外空间某处单位体积内出现的概率,同时说明量子力学中轨道的含义与玻尔轨道的含义完全不同,它既不是圆周轨道,也不是其他经典意义上的固定轨迹。
名师点拨
ns能级各有1个原子轨道;np能级各有3个原子轨道,且相互垂直(用px、py、pz表示);nd能级各有5个原子轨道;nf能级各有7个原子轨道。
特别提醒
电子层序数n不同时,s轨道的形状相同、半径不同,电子层序数越大,原子轨道的半径越大,即s轨道半径1s<2s<3s<4s<……
深度思考
电子云图表示的是电子在原子核外的运动轨迹吗
提示 电子云图表示电子在核外空间某处单位体积内出现的概率分布,不代表电子的运动轨迹。
正误判断
(1)s电子绕核旋转,其轨道为一圆圈。( )
提示 s电子轨道是一个球形。
(2)1s、2px、2py、2pz轨道都具有球对称性。( )
提示 p轨道不具有球对称性。
(3)电子云图中每个小点表示一个电子。( )
提示 电子云图中小黑点疏密程度表示电子出现的概率大小。
(4)钠原子的1s、2s、3s电子云半径不同。( )
(5)电子云是用小点的疏密程度来表示电子在核外空间某处单位体积内出现概率大小的图形。( )
×
×
×
√
√
重难突破 能力素养全提升
探究角度1 电子云概念的理解
例1 图1和图2分别是1s电子的电子云图和原子轨道图。下列有关说法正确的是( )
A.图1中的每个小点表示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轨道呈球形,有无数对称轴
D.图1中的小点表示电子在核外所处的位置
C
解析 图1用单位体积内小点的疏密程度来表示电子在核外某处单位体积内出现概率的大小,故A、D错误,图2为原子轨道图,1s电子在球体内出现的概率较大,也可以出现在球体外,但概率比较小,故B错误;球体有无数对称轴,C正确。
思维建模 电子云图是描述电子在核外空间某处单位体积内的概率分布的图形;电子云中的小点不代表电子,小点疏密程度表示电子在原子核外空间范围内出现概率的大小。
[对点训练1]
下列说法正确的是( )
A.Na原子核外3px、3py、3pz能级能量不同
B.电子云图中的小黑点都是经过准确测定得到的
C.np轨道电子能量一定比ns轨道电子能量高
D.电子云表示的是电子在原子核外空间的运动轨道
C
解析 3px、3py、3pz能级能量相同,故A错误;人们通过对波函数进行数学处理计算出电子在什么地方出现的概率大、在什么地方出现的概率小,并非是经过准确测定得到的,故B错误;电子能量与电子层和能级有关,相同电子层不同能级能量关系ns名师点拨 电子在原子核外的运动是无规则的,没有固定的运动轨道,人们也不可能同时准确地测定它的位置和速度;电子云表示电子在核外某处单位体积的空间出现的概率大小。
探究角度2 原子轨道与电子云
例2 下列有关电子云和原子轨道的说法正确的是( )
A.s轨道呈球形,处在该轨道上的电子只能在球壳内运动
B.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
C.p轨道与s轨道空间分布图形不同,在空间有5个伸展方向
D.原子轨道与电子云都是用来形象化描述电子的运动状态的
D
解析 原子轨道用来描述原子中单个电子的空间运动状态,它表明电子在这一区域内出现概率大,在此区域外出现的概率小,故A错误;电子云仅表示电子在某一空间区域内出现的概率,并非原子核被电子云雾所包裹,故B错误;p轨道在空间有px、py、pz共3个伸展方向,故C错误;原子轨道与电子云都是用来形象化描述电子的运动状态的,故D正确。
思维建模 电子云表示电子在某一空间单位体积内出现的概率,在原子核附近区域内出现的概率大,在离核越远区域出现的概率越小,即也可以出现在区域外;p轨道在空间有px、py、pz共3个伸展方向,且相互垂直。
[对点训练2]
量子力学原子结构模型中的原子轨道用来描述核外电子的空间运动状态。下列关于原子轨道的叙述中错误的是( )
A.原子轨道就是原子核外电子运动的轨道,这与宏观物体运动轨道的含义相同
B.任意电子层上的p能级都有3个伸展方向相互垂直的原子轨道
C.第n电子层上共有n2个原子轨道
D.处于同一原子轨道上的电子,自旋方向相反
A
解析 原子轨道与宏观物体的运动轨道完全不同,它是指电子出现的主要区域,而不是电子运动的实际轨迹,A项错误。
学以致用·随堂检测全达标
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题组1 电子层与能级
1.下列关于电子层与能级的说法正确的是( )
A.在基态多电子原子中,p轨道电子的能量不一定高于s轨道电子的能量
B.任一电子层的能级总是从s能级开始,而且能级数不一定等于该电子层序数
C.同是s能级,在不同的电子层中所能容纳的最多电子数是不相同的
D.多电子原子中,每个电子层上电子的能量一定不同
A
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解析 若电子层序数相同,np轨道电子的能量高于ns轨道电子的能量,而np轨道电子的能量低于(n+1)s轨道电子的能量,故A正确;任一电子层的能级数都等于该电子层序数,故B错误;s能级只有一个s轨道,在不同的电子层中所能容纳的最多电子数都是2,故C错误;在多电子原子中,相同电子层上相同类型能级电子的能量相同,例如3px、3py、3pz轨道上的电子能量是相同的,故D错误。
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2.下列说法正确的是( )
A.N电子层中有4s、4p、4d、4f四个能级,共16个轨道,可容纳32种运动状态的电子
B.在K电子层中,有自旋相反的两条轨道
C.s电子绕核运动,其轨道为球体,而p电子在哑铃形轨道上运动
D.M电子层有3s、3p、3d、3f四个能级
A
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解析 N电子层中有4s、4p、4d、4f四个能级,各具有1、3、5、7个轨道,每个轨道最多可容纳2个电子,故可容纳32个电子,每个电子的运动状态不同,因此可容纳32种运动状态的电子,A正确;在K电子层中,只有1条轨道,能容纳自旋相反的2个电子,B不正确;s电子绕核运动,其轨道主要是球体,而p电子主要在哑铃形轨道上运动,不过球体、哑铃形轨道外其他区域也会出现电子的运动轨迹,只是出现的概率比较小,C不正确;M电子层只有3s、3p、3d三个能级,故D不正确。
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3.下列有关电子层的说法不正确的是( )
A.在量子力学理论中,用量子数n来描述电子离核的远近,称为电子层
B.n的取值为正整数1、2、3、4、5、6等,对应的符号分别为K、L、M、N、O、P等
C.n越大表示该电子层上的电子离核的平均距离越远、能量越高
D.当n相同时,电子所具有的能量也一定相同
D
解析 多电子原子中,当n相同时,电子所具有的能量也可能不同,同一个电子层还可以分为若干个能级,如n=2时,有1个s能级和1个p能级,E2s1
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题组2 原子轨道与电子云
4.如图是2pz轨道电子云的示意图,请观察图,
并判断下列说法中不正确的是( )
A.2pz轨道上的电子在空间出现的概率分布是z轴对称
B.图中点密集的地方表明电子出现的机会多
C.电子先沿z轴正半轴运动,然后在负半轴运动
D.2pz轨道形状为哑铃形
C
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解析 由图可知,2pz轨道上的电子在空间出现的概率分布为z轴对称,故A正确;电子云图中的小点的疏密程度表示电子在核外空间出现机会的多少,点密集的地方表明电子出现的机会多,故B正确;电子运动是无规则的,没有固定的轨迹和先后顺序,电子云的疏密程度代表电子在此区域出现概率的大小,故C错误;任何电子层的p轨道的形状均为哑铃形,故D正确。
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5.下列有关叙述中不正确的是( )
A.原子轨道和电子云都是用来准确地描述电子运动轨迹的
B.虽然s轨道的形状是球形的,但是s电子不做圆周运动
C.3px、3py、3pz轨道上电子(基态)的能量相同
D.电子云图上的每一个点并不代表一个电子
A
解析 原子轨道和电子云都是用来形象地描述电子运动状态而非运动轨迹的,故A错误;电子的运动是无规则的,s轨道的形状是球形的,只是s电子在球体内出现的概率大,故B正确;3px、3py、3pz轨道上电子(基态)的能量相同,故C正确;电子云图上的点的疏密程度只代表电子在该空间区域内出现概率的大小,故D正确。
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6.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。下列有关电子云的说法正确的是( )
A.概率密度的大小体现了电子数目的多少
B.概率密度的大小体现了空间某处电子出现概率的大小
C.基态C原子的1s电子的电子云和2s电子的电子云完全相同
D.基态Mg原子的1s电子的电子云和3s电子的电子云形状不同
B
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解析 概率密度的大小与电子数无关,小点不代表电子,故A错误;电子云是电子在核外运动的概率密度分布的形象化描述,则概率密度的大小体现了空间某处电子出现概率的大小,故B正确;2s电子比1s电子能量高且电子云更扩散,即2s电子的球形轨道半径更大,故基态C原子的1s电子的电子云和2s电子的电子云不完全相同,故C错误;s能级的原子轨道均呈球形,则基态Mg原子的1s电子的电子云和3s电子的电子云形状相同,故D错误。(共36张PPT)
第2节 原子结构与元素周期表
第1课时 基态原子的核外电子排布
素养目标 学习要点
1.知道基态原子核外电子排布的原则:能量最低原理、泡利不相容原理和洪特规则,增强证据推理与模型认知能力。 2.能运用核外电子排布三原则书写电子排布式和轨道表示式,掌握1~36号元素原子的电子排布式和轨道表示式,增强宏观辨识与微观探析的化学核心素养。 三个原理:能量最低原理、泡利不相容原理、构造原理
两种表达式:核外电子排布式、轨道表示式
一种规则:洪特规则
知识点一 基态原子的核外电子排布规律
基础落实 必备知识全过关
知识点一 基态原子的核外电子排布规律
一、基态原子的核外电子排布规律
能量最低
1.能量最低原理
基态原子核外电子在各个原子轨道上的排布方式应使整个原子体系的能量 ,即遵循 原理。如氢原子核外的唯一电子在基态时只能处在能量最低的 原子轨道上。
最低
能量最低
1s
2.泡利不相容原理
一个原子轨道中最多只能容纳 电子,且这 电子的
。
3.洪特规则
对于基态原子,核外电子在能量相同的原子轨道上排布时,将尽可能分占
并且自旋状态 。
两个
两个
自旋状态不同
不同的原子轨道
相同
二、构造原理
随着原子序数的递增,基态原子的“外层电子”按照箭头的方向依次排布在各原子轨道上:1s、2s、2p、3s、3p、 、 、4p、5s、4d、5p、6s……这一规律称为 。
名师点拨 原子核外电子的排布要使整个原子的能量处于最低状态,即电子尽量先占有能量最低的轨道,然后依次进入能量高的轨道。
4s
3d
构造原理
基态原子核外电子在原子轨道上的排布顺序如图所示:
电子层
能级
三、原子核外电子排布的表示方法
1.电子排布式
(1)概念:按照 原理对能级进行排序,进而在ns、np、nd等各能级符号的右上角用数字表示出该能级中的 数目。
(2)以钾原子为例,电子排布式中各符号、数字的意义为
能量最低
电子
2.轨道表示式
(1)用 (或 、短线)表示一个原子轨道,用箭头“ ”或“ ”来区别自旋状态不同的电子。
(2)以铝原子为例,轨道表示式中各符号、数字的意义为
方框
小圆圈
↑
↓
3.简化电子排布式
为避免电子排布式书写繁琐,可把内层电子排布达到稀有气体结构的部分用相应稀有气体的元素符号外加“[ ]”表示。
如P:[Ne]3s23p3,K: 。
深度思考
根据泡利不相容原理,可以获得什么重要结论
[Ar]4s1
提示 (1)每一种运动状态的电子只能有1个。
(2)每个电子层中原子轨道的总数为n2,因此,每个电子层最多能容纳2n2个电子。
易错提醒
书写基态原子的轨道表示式时,要遵循三条原则,防止出现以下错误:
(1)违反泡利不相容原理;
(2)违背洪特规则;
(3)违反能量最低原理。
方法导引
“三步法”书写电子排布式
第一步:按照构造原理写出电子填充的能级顺序,
1s→2s→2p→3s→3p→4s→3d→4p……
第二步:根据各能级容纳的电子数填充电子。
第三步:去掉没有排电子的能级,并按照电子层顺序排列即可写出电子排布式。
归纳拓展
简单离子的电子排布式的书写方法
(1)确定离子的核外电子数目,阳离子的核外电子数=原子的质子数-离子所带的电荷数,阴离子的核外电子数=原子的质子数+离子所带的电荷数;
(2)根据能量最低原理、泡利不相容原理及洪特规则书写离子的电子排布式。
正误判断
(1)基态氮原子的电子排布式为1s22s12p4,违背了能量最低原理。( )
(2)基态O原子轨道表示式 ,违反了洪特规则。( )
(3)基态Na原子的简化电子排布式为3s1。( )
提示 基态Na原子的简化电子排布式为[Ne]3s1。
(4)基态N原子的电子排布式为1s22s22p3。( )
(5)3d6的轨道表示式为 。( )
提示 3d6的轨道表示式为 。
√
√
×
√
×
重难突破 能力素养全提升
探究角度1 核外电子排布原则
例1 下列说法错误的是( )
A.电子排布式1s22s22p63s3违反了泡利不相容原理
B.基态原子电子排布式1s22s22p63s23p63d1遵循构造原理
C.K原子由1s22s22p63s23p64s1→1s22s22p63s23p63d1,原子吸收能量,由基态转化为激发态
D.基态N原子电子排布式 违背了洪特规则
B
解析 s能级只有1个原子轨道,而1个原子轨道最多容纳两个电子,且自旋状态不同,故电子排布式1s22s22p63s3违反了泡利不相容原理,故A正确;根据构造原理,3p能级排满电子后应该排在4s能级上,而非3d能级,故B错误;K原子由1s22s22p63s23p64s1→1s22s22p63s23p63d1,电子发生跃迁,吸收能量,由基态转化为激发态,故C正确;根据洪特规则,基态N原子电子排布式应该为
[对点训练1]
下列说法或有关化学用语的表达错误的是( )
A.s轨道的电子云图呈球形,p轨道的电子云图呈哑铃形
B.26Fe的核外电子排布:1s22s22p63s23p63d64s2
C.电子排布式(22Ti):1s22s22p63s23p63d4违反了洪特规则
D. 违反了泡利不相容原理
C
解析 Fe原子核外有26个电子,根据构造原理书写,B正确;电子排布式(22Ti):1s22s22p63s23p63d4违反了构造原理,故C错误;中1s轨道和2s轨道中容纳自旋相同的电子,违反了泡利不相容原理,故D正确。
探究角度2 核外电子排布的表示方法
例2 下列电子排布式能表示基态原子的电子排布式的是( )
A.[Ne]3s13p3
B.[Ar]3d64s1
C.[Ar]3d64s2
D.[Ne]3s23p63d5
C
解析 [Ne]3s13p3表示3s能级中一个电子跃迁到3p能级上,基态原子的电子排布式应为[Ne]3s23p2,故A错误;电子先排满4s能级再排3d能级,应为[Ar]3d54s2,故B错误;根据构造原理,电子应优先排布在4s能级上,故D错误。
名师点拨 (1)简化电子排布式把内层电子排布达到稀有气体结构的部分用相应稀有气体的元素符号外加“[ ]”表示。
(2)牢记构造原理中能级能量高低顺序。
[对点训练2]
下列各原子或离子的电子排布式错误的是( )
A.Na+ 1s22s22p6
B.Ca 1s22s22p63s23p64s2
C.F- 1s22s22p6
D.K 1s22s22p63s23p63d1
D
解析 Na+、F-核外都有10个电子,根据构造原理,A、C正确;根据构造原理,能级能量4s<3d,故K原子电子排布式应为1s22s22p63s23p64s1,故D错误。
方法导引 原子形成阳离子时,应该先失去最外层的电子,如Fe原子变成Fe2+ ,失去4s能级上的2个电子,若再失去次外层3d能级上的一个电子,会变成Fe3+。
知识点二 19~36号元素基态原子的核外电子排布
基础落实 必备知识全过关
知识点二 19~36号元素基态原子的核外电子排布
洪特规则特例
能量相同的原子轨道在 (如d10)、 (如d5)和 (如d0)状态时,体系的能量较低。
如基态铬原子和基态铜原子的核外电子排布。
铬原子:1s22s22p63s23p63d54s1
铜原子:1s22s22p63s23p63d104s1
全充满
半充满
全空
正误判断
(1)1~36号元素中基态Cr原子未成对电子数最多。( )
(2)基态Cr原子的简化电子排布式为[Ar]3d44s2。( )
提示 基态Cr原子的简化电子排布式为[Ar]3d54s1。
(3)基态V原子的电子排布式可表示为1s22s22p63s23p64s23d3。( )
提示 基态V原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d34s2。
(4)第4周期中原子最外层仅有1个电子的元素只有K。( )
提示 第4周期中原子最外层仅有1个电子的元素有K、Cr、Cu。
√
×
×
×
重难突破 能力素养全提升
探究角度 核外电子排布原则
例题 根据相关物质结构理论,回答下列问题:
(1)以下列出的是一些原子的2p能级和3d能级中电子轨道表示式及Sc的电子排布式。试判断,违反了泡利原理的是 (填序号,下同),违反了洪特规则的是 ,违反了能量最低原理的是 。
⑤(21Sc)1s22s22p63s23p63d3
②
③
⑤
(2)某种原子的结构示意图为 。则该原子的核电荷数x取值范围为 。
20≤x≤30
(2)某种原子的结构示意图为 。若该原子的第三层为8个电子,则x=20,若第三层排满18个电子,则x=30。
[对点训练]
在核电荷数为26的元素Fe的基态原子核外的3d、4s轨道内,下列轨道表示式正确的是( )
D
解析 核电荷数为26的Fe,核外电子数为26,其基态原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2,4s轨道排满2个电子,且自旋状态不同,6个电子填充在3d能级上的5个轨道内,只有1个轨道排满2个电子,且自旋状态不同,其他4个轨道各排1个电子,自旋状态相同,故D项正确。
学以致用·随堂检测全达标
1
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5
题组1 化学用语
1.正确掌握化学用语是学好化学的基础,下列叙述正确的是( )
A.K+的电子排布式为1s22s22p63s23p6
A
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1
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2.在d轨道中电子排布成 ,而不是排布成 ,其最直接的根据是( )
A.原子轨道构造原理
B.洪特规则
C.能量最低原理
D.泡利不相容原理
B
解析 洪特规则:对于基态原子,核外电子在能量相同的原子轨道上排布时,将尽可能分占不同的原子轨道并且自旋状态相同。故B项正确。
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3.下列各基态原子或离子的电子排布式正确的是( )
A.S2- 1s22s22p63s23p4
B.Mg2+ 1s22s22p63s2
C.P 1s22s22p63s23p3
D.Al 1s22s22p63s23p2
C
解析 S2-的电子排布式应该为1s22s22p63s23p6,Mg2+的电子排布式应该为1s22s22p6,Al的电子排布式应该为1s22s22p63s23p1,故答案选C。
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题组2 19~36号元素的电子排布式及轨道表示式的书写
4.下列各基态原子或离子的电子排布式正确的是( )
A.Cr 1s22s22p63s23p63d44s2 B.Fe2+ 1s22s22p63s23p63d44s2
C.Fe3+ 1s22s22p63s23p63d5 D.Cu 1s22s22p63s23p63d94s2
C
解析 根据洪特规则特例,Cr的电子排布式应该为1s22s22p63s23p63d54s1,而Cu的电子排布式应该为1s22s22p63s23p63d104s1,故A、D项错误;Fe原子变成Fe2+时应该先失去最外层的两个电子,即4s轨道上的两个电子,故Fe2+的电子排布式应该为1s22s22p63s23p63d6,故B错误;Fe变为Fe3+时应该先失去4s上两个电子,再失去3d上的一个电子,故Fe3+的电子排布式应该为1s22s22p63s23p63d5,故C正确。
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5.下列各微粒的电子排布式或轨道表示式不符合能量最低原理的是( )
A.Fe2+ 1s22s22p63s23p63d6
B.Cu 1s22s22p63s23p63d94s2
B
1
2
3
4
5
解析 Fe2+核外电子数为24,由能量最低原理可知,核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d6,故A符合能量最低原理;29号元素Cu的电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s1,这是因为3d能级为全充满状态(即3d能级填充10个电子)且4s能级为半充满状态时能量相对较低,故B不符合能量最低原理;氟原子轨道表示式为 ,故C符合能量最低原理;Na+的轨道表示式为 ,故D符合能量最低原理。(共41张PPT)
第2节 原子结构与元素周期表
第2课时 核外电子排布与元素周期表
素养目标 学习要点
1.通过认识原子结构及价电子排布与元素在周期表中位置的关系,建立原子核外电子排布规律(结构)与元素周期表中族、周期划分(位置)的周期性变化规律(性质)的深层关联,培养宏观辨识与微观探析的化学核心素养。 2.通过根据价电子排布式推断元素在周期表中的位置,培养证据推理与模型认知的化学核心素养。 一个图:鲍林近似能级图
一个表:元素周期表
两个划分:周期的划分、族的划分
一个规律:元素周期律
知识点一 核外电子排布与周期的划分
基础落实 必备知识全过关
知识点一 核外电子排布与周期的划分
1.鲍林近似能级图与周期的关系
32
32
18
18
8
8
2
(1) 的原子轨道属于同一能级组。
(2)不同能级组之间的能量差 ,同一能级组内能级之间的能量差 。
能量相近
较大
较小
2.价电子
(1)定义:最外能级组中有可能参与 的电子。
(2)规律:元素原子的价电子不一定是最外层的电子。一般情况下,主族元素原子的价电子只包括 ,过渡元素原子的价电子除最外层电子外,还包括 的部分电子,甚至 的电子。
(3)为便于研究元素性质与核外电子间的关系,人们常常只表示出原子的价电子排布,如基态铁原子的价电子排布式为 。
化学反应
最外层电子
次外层
倒数第三层
3d64s2
3.核外电子排布与周期的划分
(1)一个能级组最多能容纳的电子数等于对应的周期 ,元素周期表的7个周期分别对应 个能级组。
(2)周期与 有关。最外层电子所在轨道处于第n电子层时,该原子所属元素通常属于第 周期。
名师点拨
每个能级组对应的周期中,能级组最大的电子层数(n)等于该周期的周期序数。
包含的元素种数
7
电子层数n
n
深度思考
在元素周期表中,同属长周期的4、5、6周期所含的元素种类分别为18、18、32,为什么
提示 据鲍林近似能级图,第4、5周期元素包含的能级为ns、np、(n-1)d,共有9个原子轨道,最多容纳18个电子,对应两个周期各有18种元素;而第6周期含有的能级有6s、6p、5d、4f,共16个原子轨道,最多容纳32个电子,则第6周期包含32种元素。
归纳拓展
(1)我们可以根据价电子排布式预测原子变成离子时会得到或失去的电子数。如Zn的价电子排布式为3d104s2,可知Zn容易失去最外层的两个电子,形成Zn2+,而非Zn+或者Zn3+。
(2)原子失去电子时,总是先失去能级较高的轨道上的电子,即失去电子的顺序是由外向里。一般来说,主族元素只失去它们的最外层电子,而副族和Ⅷ族元素可能还会进一步失去内层电子。
(3)原子得到电子而形成阴离子,则得到的电子填充在最外一个电子层的某一个能级上。
正误判断
(1)V的价电子排布为3d34s2,最高化合价为+5价。( )
(2)元素原子的价电子一定是最外层电子。( )
提示 过渡元素的价电子也包括次外层的d能级上的电子。
(3)每一周期都是从活泼金属元素开始,以稀有气体元素结束。( )
提示 第一周期从非金属H元素开始。
(4)Cu的价电子排布式为3d104s1。( )
√
×
×
√
重难突破 能力素养全提升
探究角度1 能级组与周期
例1 下列选项中的能级组对应第4周期的是( )
A.1s B.2s、2p
C.5s、4d、5p D.4s、3d、4p
D
解析 能量相近的能级分为一组,每一个能级组对应一个周期,且该能级组中最大的电子层数等于元素的周期序数,A对应第1周期,B对应第2周期,C对应第5周期,故答案选D。
思路剖析 能量相近的能级分为一组,每一个能级组对应一个周期,且该能级组中最大的电子层数等于元素的周期序数。由于能级交错现象,当n≥6时,ns、(n-2)f、(n-1)d、np能级的能量相近,为同一能级组,对应第n周期;当n=4或5时,ns、(n-1)d、np为同一能级组,对应第n周期;当n=2或3时,ns、np属于同一能级组,对应第n周期;当n=1时,即1s属于第一能级组,对应第1周期。
[对点训练1]
下列各选项能级属于同一能级组且对应第6周期的是( )
A.6s、6d、6p B.5s、4d、5p
C.6s、4f、5d、6p D.4s、3d、4p
C
解析 6d与6s、6p不属于同一能级组,故A错;B项能级组对应第5周期,故B错;D项属于同一能级组,对应第4周期,故D错。
探究角度2 价电子
例2 以下基态原子或离子的价电子排布式正确的是( )
A.Fe3+ 3d34s2 B.Cu2+ 3d9
C.Cr 3d44s2 D.As 4s24p5
B
解析 基态Fe的价电子排布式为3d64s2,Fe变成Fe3+时,先失去4s上的两个电子,再失去3d上的一个电子,故Fe3+的价电子排布式为3d5,A错;当3d能级处于全满状态时,能量较低,原子较稳定,则基态Cu的价电子排布式为3d104s1,变为Cu2+时,先失去4s上的1个电子,再失去3d上的1个电子,故Cu2+价电子排布式为3d9,B正确;当3d能级处于半充满状态时,能量较低,原子较稳定,基态Cr价电子排布式为3d54s1,C错;As的价电子排布式为4s24p3,D错。
名师点拨 主族元素原子的价电子一般为其最外层电子,过渡元素原子的价电子往往包含最外层的电子、次外层d轨道的电子,有的还包括倒数第三层f轨道的电子(主要是镧系和锕系的元素)。
[对点训练2]
以下基态原子或离子的价电子轨道表示式正确的是( )
B
思维建模 副族金属原子变成离子时,首先失去最外层ns轨道的电子,然后才失去次外层(n-1)d轨道的电子。若是镧系和锕系元素的原子,可能还会失去倒数第三层(n-2)f轨道的电子。例如价电子排布式为4f66s2的Sm变为Sm3+时,先失去6s上的电子,再失去4f上的电子,Sm3+的价电子排布式为4f5。
知识点二 核外电子排布与族的划分
基础落实 必备知识全过关
知识点二 核外电子排布与族的划分
一、核外电子排布与族的划分
1.将下列各主族及0族元素的价电子数、价电子排布式填入表中
族序数 ⅠA ⅡA ⅢA ⅣA ⅤA ⅥA ⅦA 0
价电子 排布式 ,
He为
列数 1 2 13 14 15 16 17 18
价电 子数 2或
ns1
ns2
ns2np1
ns2np2
ns2np3
ns2np4
ns2np5
ns2np6
1s2
1
2
3
4
5
6
7
8
2.以第4周期下列元素为例,填写下表
元素 21Sc 22Ti 23V 24Cr 25Mn 29Cu 30Zn
族序数
价电子 排布式
价电子 数目 — —
ⅢB
ⅣB
ⅤB
ⅥB
ⅦB
ⅠB
ⅡB
3d14s2
3d24s2
3d34s2
3d54s1
3d54s2
3d104s1
3d104s2
3
4
5
6
7
二、元素周期表的分区
1.人们将元素周期表分为5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
2.元素的化合价与核外电子排布的关系
元素的化合价与原子的 尤其是 有着密切的关系。
(1)除Ⅷ族、ⅠB族的某些元素、O元素、F元素和0族元素外,元素的最高化合价等于它所在族的序数,如Sc、Ti、V、Cr、Mn的最高化合价分别为+3、+4、+5、+6、+7。
(2)一般来说,非金属元素的最高正化合价和它的最低负化合价的绝对值之和等于 。
(3)稀有气体元素的化合价在通常情况下为0。
化学性质不活泼
(4)过渡元素的价电子较多且所在轨道的能量相差不大,因此过渡元素具有多种价态,如锰元素的化合价为+2~+7。
核外电子排布
价电子排布
8
名师点拨
族的划分依据主要取决于原子的价电子数目和价电子排布。一般来说,同族元素原子的价电子数目相同。
归纳拓展
1.如果取消族序数,按由左至右的顺序将元素周期表标为18列,那么ⅠA、ⅡA族分别为第1、2列,ⅢA~ⅦA族分别对应第13~17列,ⅠB、ⅡB族分别对应第11、12列,ⅢB~ⅦB族分别对应第3~7列,Ⅷ族对应第8、9、10列,0族对应第18列。
2.由元素的价电子排布式可知元素在周期表中的位置,如价电子排布式为3s23p5的原子对应的元素为第3周期ⅦA族元素,即:周期序数=电子层数=最高电子层序数,主族序数=价电子数。同样,由主族元素在元素周期表中的位置可以推断其价电子排布式。
深度思考
只有主族元素的族序数等于价电子数吗 同一族的元素价电子排布都相同吗
提示 都不是。主族、ⅢB~ⅦB族元素原子的价电子数=族序数。同一主族元素的价电子排布相同,同一副族、Ⅷ族以及0族元素的价电子排布不一定相同。
正误判断
(1)各主族元素的族序数均等于价电子数。( )
(2)s区元素全都是金属元素,p区元素都是非金属元素。( )
提示 s区H为非金属元素,p区也有金属元素。
(3)元素周期表5个区中都有非金属元素。( )
提示 d、ds、f区都没有非金属元素。
(4)元素原子的价电子一定是最外层电子。( )
提示 副族元素的价电子包含次外层的d能级上的电子甚至倒数第三层f能级上的电子。
(5)副族元素都是金属元素。( )
√
×
×
×
√
重难突破 能力素养全提升
探究角度1 由位置确定核外电子排布
例1 具有以下结构的原子属于p区元素的是( )
①价电子是4个电子的原子 ②最外层有4个电子的原子
③最外层有3个未成对电子的原子 ④价电子有3个未成对电子的原子
A.①④ B.②③
C.②④ D.①③
B
解析 ①价电子是4个电子的原子可以是副族元素,比如Ti的价电子排布式为3d24s2,可以看出Ti的价电子数是4,属于d区;②最外层有4个电子的原子的价电子排布为ns2np2,属于p区;③最外层有3个未成对电子的原子的价电子排布式为ns2np3,属于p区;④价电子有3个未成对电子的原子也可以是d区元素,如V的价电子排布为3d34s2或Co的价电子排布为3d74s2,价电子中都有3个未成对电子。故答案选B。
[对点训练1]
元素周期表中共有18个纵列,从左到右排为18列,第1列为碱金属元素(氢元素除外),第18列为稀有气体元素,下列说法正确的是( )
A.第18列的价电子排布式一定为ns2np6
B.价电子排布式为ns2的元素一定在第2列
C.第8、9、10列元素中没有非金属元素
D.最外层电子排布式为ns1的元素一定在s区
C
解析 He的价电子排布式为1s2,故A、B都错;最外层电子排布式为ns1的元素可以是d区元素,如Cr,也可以是ds区元素,如Cu,故D错。
名师点拨 副族元素族序数与价电子排布的对应关系:
(1)ⅠB族:价电子排布为(n-1)d10ns1。
(2)ⅡB族:价电子排布为(n-1)d10ns2。
(3)ⅢB~ⅦB族:价电子排布为(n-1)dxns2。
(4)Ⅷ族:价电子排布为(n-1)dxns0~2,价电子总数为8、9或10。
探究角度2 根据核外电子排布确定元素在周期表中的位置
例2 已知某元素+3价离子的价电子排布式为3d5,该元素在元素周期表中的位置及分区分别是( )
A.第3周期ⅤB族;ds区
B.第3周期Ⅷ族;p区
C.第4周期Ⅴ族;f区
D.第4周期Ⅷ族;d区
D
解析 该+3价离子的价电子排布式为3d5,则其原子核外电子数为23+3=26,为Fe元素,原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2,处于周期表中第4周期Ⅷ族,位于元素周期表的d区。
思维建模 (1)确定原子的核外电子数;
(2)写出元素原子的核外电子排布式;
(3)根据周期序数等于最大能层序数,确定元素所在周期序数;
(4)根据价电子数等于族序数,确定元素所在的族序数;
(5)根据位置确定元素所在区。
[对点训练2]
下列关于元素在元素周期表中的位置以及元素原子的价电子排布特点的有关叙述正确的是( )
A.Cu位于元素周期表中第4周期ⅠB族,属于d区元素
B.N的基态原子中,2p能级为半充满,属于p区元素
C.最外层电子排布式为4s1,一定属于ⅠA族
D.最外层电子排布式为ns2np2,该元素可能是ⅣA族或ⅣB族
B
解析 Cu元素属于ds区元素,故A错误;最外层电子排布式为4s1,该元素不一定位于ⅠA族,如Cr的最外层电子排布式为4s1,但Cr属于ⅥB族,故C错误;最外层电子排布式为ns2np2的元素位于ⅣA族,故D错误。
名师点拨 由元素在周期表中的位置可以推测元素原子的结构,由元素原子结构可以推测元素在周期表中的位置。
学以致用·随堂检测全达标
1
2
3
4
题组1 核外电子排布与元素周期表
1.下列有关元素周期表的说法正确的是( )
A.按照核外电子排布,可把元素周期表划分为s、p、d、f四个区
B.元素周期表的d区包含所有的过渡元素
C.元素周期表的各个周期总是从碱金属元素开始,以稀有气体元素结束
D.元素周期表中,从第ⅢB族到第ⅡB族的10个纵列的元素全都是金属元素
D
解析 按照核外电子排布可把元素周期表分为s区、p区、d区、f区、ds五个区,A错误;元素周期表中的d区、ds区及f区共同包含所有的过渡元素,B错误;元素周期表的第一周期从氢元素开始,C错误;元素周期表中,从第ⅢB族到第ⅡB族的10个纵列的元素全都是金属元素,称为过渡元素,D正确。
1
2
3
4
2.下列关于原子结构与元素周期表的说法正确的是( )
A.非金属性最强的元素位于周期表的左下角
B.某基态原子的价电子排布式为4s24p1,该元素位于周期表第4周期ⅢA族
C.2s轨道在空间呈哑铃形
D.第四电子层最多可容纳16个电子
解析 同一周期元素,原子序数越大,元素的非金属性越强;同一主族元素,原子序数越大,元素的非金属性就越弱,所以非金属性最强的元素位于周期表的右上角,A错误;原子核外最外层电子数等于元素的主族序数,某基态原子的价电子排布式为4s24p1,该元素位于周期表第4周期ⅢA族,B正确;2s轨道在空间呈球形,C错误;每个电子层最多能容纳2n2个电子,所以当电子层序数n=4时,该电子层原子轨道最多可容纳32个电子,D错误。
B
1
2
3
4
题组2 元素在周期表中的位置的判断
3.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( )
A.X位于元素周期表的d区,同族相邻元素原子的核电荷数为40
B.该元素基态原子的未成对电子数在本周期元素中最多
C.该元素所在周期的金属元素从左到右金属性依次减弱
D.该元素基态原子核外电子的空间运动状态有14种
B
1
2
3
4
解析 该元素离子X3+的核外电子排布式为[Ar]3d3,则其核电荷数为18+3+3=24,由洪特规则特例,基态X原子的核外电子排布式为[Ar]3d54s1,为Cr元素;Cr位于元素周期表的d区,同族相邻元素原子的核电荷数为42,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;第4周期的主族元素的金属元素从左到右金属性依次减弱,C错误;24号Cr元素的原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s1,原子轨道是对电子空间运动状态的描述,故基态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。
1
2
3
4
4.已知某元素基态原子的价电子排布式为(n-1)dansb(a、b均是大于0的整数),下列有关说法正确的是( )
A.该元素位于元素周期表的d区
B.该元素位于元素周期表的ds区
C.该元素的族序数为a+b
D.该元素一定为金属元素
D
解析 基态原子的价电子排布式为(n-1)dansb,a、b均是大于0的整数,则该元素为过渡元素,属于金属元素,该元素可能位于元素周期表的d区或ds区,若该元素位于Ⅷ族第1列或ⅢB~ⅦB族,则其族序数等于价电子数,即族序数为a+b,否则不存在这一关系,故选D。(共41张PPT)
第3节 元素性质及其变化规律
第1课时 原子半径及其变化规律
素养目标 学习要点
1.通过了解原子半径的周期性变化,能用原子结构的知识解释主族元素原子半径周期性变化的原因,形成证据推理与模型认知的化学核心素养。 2.通过了解同周期、同主族元素性质的递变规律,培养宏观辨识与微观探析的化学核心素养。 一个比较:微粒半径大小比较
三个递变规律:半径大小递变、同周期元素性质递变、同主族元素性质递变
知识点一 核外电子排布与原子半径
基础落实 必备知识全过关
知识点一 核外电子排布与原子半径
1.原子半径大小的测量
依据量子力学理论,在原子核外,从原子核附近到离核很远的地方,电子都有可能出现,因此原子并不是一个具有明确 的实体。人们便假定原子是一个球体,并采用 的方法来测定原子半径。
“边界”
统计
2.影响原子半径大小的因素
增大
越小
3.原子半径变化规律
(1)主族元素:
相同
增大
减小
增多
增大
增大
(2)过渡元素:从总的变化趋势来看,与同一周期主族元素相比,从左到右原子半径的变化幅度 。原因是同一周期过渡元素增加的电子一般分布在d轨道或f轨道上,电子间的排斥作用与原子核对外层电子的吸引作用大致相当。
名师点拨
“三看”法比较微粒半径
“一看”电子层数,一般电子层数越多,半径越大;
“二看”核电荷数,电子层数相同时,核电荷数越大,半径越小;
“三看”核外电子数,电子层数和核电荷数都相同时,核外电子数越多,半径越大。
不大
归纳总结
微粒半径大小的比较规律
(1)同周期主族元素,从左到右,原子半径依次减小。
(2)同主族元素,从上到下,原子或同价态离子半径均依次增大。
(3)电子层结构相同的离子,随核电荷数的增大,离子半径逐渐减小,如r(N3-) >r(O2-)>r(F-)>r(Na+)>r(Mg2+)>r(Al3+)。
(4)同种元素形成的粒子,核外电子数多的半径大,如r(Fe)>r(Fe2+)>r(Fe3+), r(S2-)>r(S)。
正误判断
(1)核外电子层结构相同的单核粒子,半径相同。( )
提示 核外电子层结构相同的单核粒子,核电荷数越大半径越小。
(2)核电荷数相同的不同单核粒子,核外电子数越多,半径越大。( )
(3)各元素的原子半径总比其离子半径小。( )
提示 阴离子半径比其原子半径大。
(4)同周期元素从左到右,原子半径、离子半径均逐渐增大。( )
提示 同周期Na+大于Mg2+半径。
×
√
×
×
重难突破 能力素养全提升
探究角度1 原子半径变化规律
例1 具有下列电子排布式的原子中,半径最大的是( )
A.1s22s22p63s23p1 B.1s22s22p3
C.1s22s22p2 D.1s22s22p63s23p4
A
解析 核外电子排布为1s22s22p63s23p1、1s22s22p3、1s22s22p2、1s22s22p63s23p4的原子分别为Al、N、C、S,同周期主族元素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:Al>C>N,Al>S,故Al原子半径最大,即A的原子半径最大。
名师点拨 主族元素原子半径在元素周期表中的变化规律:周期序数相同,原子序数越大,原子半径越小,即同周期主族元素,从左到右,原子半径逐渐减小。主族序数相同,原子序数越大,原子半径越大,即同主族元素,从上到下,原子半径逐渐增大。
[对点训练1]
已知某些元素的原子半径如下表所示,根据表中的数据推测磷原子的半径可能是( )
原子 N S O Si
半径r/×10-10m 0.75 1.02 0.74 1.17
A.0.70×10-10 m B.0.80×10-10 m
C.1.10×10-10 m D.1.20×10-10 m
C
解析 同一周期主族元素的原子半径随着原子序数的增大而减小,由此可推知磷原子的半径在硅原子和硫原子之间,C项正确。
探究角度2 微粒半径的比较
例2 下列四种粒子的半径按由大到小顺序排列正确的是( )
A.①>②>④>③ B.③>①>④>②
C.③>①>②>④ D.①>②>③>④
C
解析 由题意可知,X、Y、Z2-、W分别为S、Cl、S2-、F。S、Cl、S2-、F四种粒子半径由大到小排列顺序为r(S2-)>r(S)>r(Cl)>r(F),故C项正确。
[对点训练2]
有四种元素的基态原子的电子排布式如下:
①1s22s22p63s23p4,②1s22s22p63s23p3,③1s22s22p3,④1s22s22p5。
原子半径大小关系正确的是( )
A.③>④>②>① B.②>①>③>④
C.④>③>②>① D.④>①>②=③
B
解析 由电子排布可知,①为S,②为P,③为N,④为F,电子层越多,半径越大,同周期原子序数大的原子半径小。原子半径为②>①>③>④,故B正确。
知识点二 元素原子得失电子的能力
基础落实 必备知识全过关
知识点二 元素原子得失电子的能力
1.元素原子得失电子能力的依据
利用 和 ,人们可以定性解释元素周期表中元素原子得失电子能力所呈现的递变规律。
2.同周期主族元素原子得失电子的能力
同周期主族元素原子的电子层数 ,从左到右原子半径逐渐 ,原子核对外层电子的吸引作用逐渐 。因此,同一周期主族元素从左到右,元素原子失去电子的能力越来 ,获得电子的能力越来 。
原子半径
价电子数
相同
减小
增强
越弱
越强
3.同主族元素原子得失电子的能力
同主族元素原子的价电子数 ,但自上而下原子半径逐渐 ,原子核对外层电子的吸引作用逐渐 。因此,自上而下,金属元素原子失去电子的能力越来 ,非金属元素原子获得电子的能力越来
。
4.金属元素与非金属元素分界线周围的元素原子得失电子的能力
位于元素周期表中金属元素与非金属元素分界线周围元素的原子获得或失去电子的能力都 。
名师点拨
元素原子得电子能力决定了元素的非金属性;元素原子失电子能力决定了元素的金属性。
相同
增大
减弱
越强
越弱
不强
归纳总结
1.元素的非金属性比较方法
(1)单质的氧化性越强,元素非金属性越强;(2)单质与氢气化合生成气态氢化物越容易,元素的非金属性越强;(3)单质与氢气化合生成气态氢化物越稳定,元素的非金属性越强;(4)元素对应简单阴离子的还原性越弱,元素非金属性越强;(5)元素最高价氧化物的水化物的酸性越强,元素非金属性越强。
2.元素的金属性比较方法
(1)金属单质与水或酸反应的活泼程度;(2)金属元素最高价氧化物水化物的碱性;(3)金属活动性顺序;(4)金属与盐溶液之间的置换反应。
正误判断
(1)Na、Mg、Al的失去电子的能力逐渐增强。( )
提示 Na、Mg、Al的失去电子的能力逐渐减弱。
(2)Li、Na、K的金属性逐渐增强。( )
(3)F是元素周期表中得电子能力最强的元素。( )
(4)同周期元素从左到右得电子能力逐渐增强。( )
提示 同周期元素从左到右得电子能力逐渐增强,稀有气体元素除外,副族元素除外。
(5)Si得电子能力弱。( )
×
√
√
×
√
重难突破 能力素养全提升
探究角度1 元素周期律
例1 短周期主族元素X、Y、Z、W的原子序数依次增大。X与W同主族,Z元素的单质是一种良好的半导体材料,Y的最外层电子数等于最内层电子数,W元素最高正价和最低负价的代数和为4。下列说法正确的是( )
A.简单离子半径的大小:W>Y>X
B.简单气态氢化物的稳定性:W>X
C.最高价氧化物对应水化物的酸性:W>Z
D.基态X原子价电子排布图:
C
解析 依据题给信息推知,X、Y、Z、W依次为O、Mg、Si、S元素。X、Y、W的简单离子分别为O2-、Mg2+、S2-,其半径大小顺序为S2->O2->Mg2+,即W>X>Y,故A不符合题意;简单气态氢化物的稳定性与非金属性正相关,非金属性:O>S,故B不符合题意;最高价氧化物对应水化物的酸性与非金属性正相关,同周期从左到右非金属性依次增强,即非金属性:S>Si,故C符合题意;基态氧原子的价电子排布中,2s轨道充满,2p轨道有4个电子,根据泡利不相容原理和洪特规则,其原子价电子排布为 ,故D不符合题意。
思路剖析 A.根据层多径大,相同电子数,核电荷数多半径小分析;
B.非金属性越强,简单气态氢化物的稳定性越强;
C.非金属性越强,最高价氧化物对应水化物的酸性越强;
D.根据泡利不相容原理和洪特规则分析。
[对点训练1]
甲~戊均为短周期主族元素,在元素周期表中的相对位置如图所示。戊的最高价氧化物对应的水化物为强酸。下列说法错误的是( )
甲 乙
丙 丁 戊
A.原子半径:丁>戊>乙
B.含氧酸酸性:戊>丁>丙
C.甲的氢化物遇氯化氢可能有白烟产生
D.丙的最高价氧化物属于酸性氧化物
B
解析 甲~戊是短周期元素,戊的最高价氧化物对应水化物为强酸,则可能是硫酸或高氯酸,若是高氯酸,则戊为Cl,甲为N,乙为F,丙为P,丁为S;若是硫酸,则戊为S,甲为C,乙为O,丙为Si,丁为P。根据层多径大,同电子层结构核多径小原则,则原子半径:丁>戊>乙,A项不符合题意;非金属性越强,最高价氧化物对应水化物的酸性越强,含氧酸不一定是最高价氧化物对应水化物的酸,酸性无法比较,B项符合题意;甲的氢化物可能为氨气,也可能为甲烷、乙烷等,若是氨气,则遇氯化氢一定有白烟产生,因此可能有白烟生成,C项不符合题意;丙的最高价氧化物可能是二氧化硅,也可能是五氧化二磷,都属于酸性氧化物,D项不符合题意。
思路剖析 A.根据层多径大,同电子层结构核多径小原则;
B.非金属性越强,最高价氧化物对应水化物的酸性越强,含氧酸不一定是最高价氧化物对应水化物的酸;
C.甲的氢化物可能为氨气,也可能为甲烷、乙烷等;
D.二氧化硅和五氧化二磷都属于酸性氧化物。
探究角度2 微粒结构与元素性质
例2 已知短周期元素的离子,aA2+、bB+、cC3-、dD-都具有相同的电子层结构,则下列叙述正确的是( )
A.原子半径:A>B>C>D
B.原子序数:A>B>C>D
C.离子半径:C>D>B>A
D.单质的还原性:A>B>D>C
C
解析 短周期元素的离子aA2+、bB+、cC3-、dD-都具有相同的电子层结构,所以有a-2=b-1=c+3=d+1,且A、B在元素周期表中C、D的下一周期,原子序数:a>b>d>c。原子核外电子层数越多,半径越大,同周期元素原子序数越大,半径越小,则有原子半径:B>A>C>D,故A不符合题意;由以上分析可知原子序数为A>B>D>C,故B不符合题意;aA2+、bB+、cC3-、dD-都具有相同的电子层结构,核电荷数越大,离子半径越小,核电荷数a>b>d>c,所以离子半径C>D>B>A,故C符合题意;同周期自左而右元素金属性减弱,单质还原性减弱,金属性越强还原性越强,故还原性为B>A>C>D,故D不符合题意。
名师点拨 根据各种离子具有相同电子层结构判断元素在周期表中的相对位置,然后结合元素周期律判断原子半径大小、原子序数的大小以及单质的还原性强弱即可。
[对点训练2]
某阴离子结构式如图所示。W、X、Y、Z为原子序数依次增大的同一短周期元素,X原子的最外层电子数等于其电子层数的2倍。下列说法错误的是( )
A.非金属性:Z>Y>X
B.简单氢化物稳定性:YC.最高价氧化物水化物的酸性:XD.该阴离子中所有原子均满足最外层8电子稳定结构
C
解析 依据信息,可以推测W、X、Y、Z依次为B、C、O、F。同周期从左到右,元素的非金属性逐渐增强,则非金属性:F>O>C,即Z>Y>X,故A不符合题意;非金属性YB,所以酸性:H2CO3>H3BO3,即X>W,故C符合题意;该阴离子中所有原子最外层均通过共用电子对达到8电子稳定结构,故D不符合题意。
名师点拨 根据微粒结构可知,Z可以形成1个共价键,Y可以形成2个共价键,X可以形成4个共价键,W虽然也可以形成4个共价键,但是会带一个单位的负电荷,说明W 最外层有3个电子。
[对点训练3]
(2024河北遵化一中高二期末)下列各组微粒中微粒半径由大到小的是
( )
A.N、P、Si、Al
B.O2-、F-、Na+、Mg2+
C.Al3+、Mg2+、K+、Li+
D.F、Cl、Br、I
B
解析 同主族元素,从上到下原子半径依次增大,同周期元素,从左到右原子半径依次减小,则原子半径由大到小的顺序为铝、硅、磷、氮,故A错误;电子层结构相同的离子,核电荷数越大,离子半径越小,则离子半径由大到小的顺序为氧离子、氟离子、钠离子、镁离子,故B正确;结合选项A、B,钾离子的半径大于镁离子、铝离子的离子半径小于镁离子,故C错误;原子半径由大到小的顺序应为碘、溴、氯、氟,故D错误。
学以致用·随堂检测全达标
1
2
3
4
题组1 微粒半径的比较
1.下列价电子排布式表示的原子中,原子半径递增的是( )
A.2s22p2、2s22p3、2s22p4
B.2s1、2s2、2s22p1
C.3s23p3、3s23p4、3s23p5
D.1s1、2s1、3s1
D
1
2
3
4
解析 价电子排布式2s22p2、2s22p3、2s22p4分别对应C、N、O原子,位于同周期,原子序数递增,原子半径递减,故A错误;2s1、2s2、2s22p1分别对应Li、Be、B原子,位于同周期,原子序数递增,原子半径递减,故B错误;3s23p3、3s23p4、3s23p5分别对应P、S、Cl原子,P、S、Cl原子半径递减,故C错误; 1s1、2s1、3s1分别对应H、Li、Na原子,位于同主族,原子序数递增,原子半径递增,故D正确。
1
2
3
4
2.下列微粒半径大小关系正确的是( )
A.Fe>Fe2+>Fe3+ B.Cl>Cl-
C.NaA
解析 核电荷数相同的单核离子,核外电子数越多,离子半径越大,则半径Fe>Fe2+>Fe3+,ClNa+,故A正确,B、C错误;K+与Na+最外层电子数相同,且K+比Na+多一个电子层,则离子半径K+>Na+,故D错误。
1
2
3
4
题组2 元素性质的递变规律
3.部分短周期元素原子半径的相对大小、最高正价或最低负价随原子序数的变化关系如图所示,下列说法正确的是( )
A.离子半径的大小顺序:e>f>g>h
B.y、z、d三种元素原子得电子
能力由强到弱的顺序:z>d>y
C.与x形成化合物的稳定性:d>z>y
D.e、f、g、h四种元素对应最高价
氧化物的水化物相互之间均能发生反应
C
1
2
3
4
解析 根据部分短周期元素原子半径的相对大小、最高正价或最低负价随原子序数的变化关系得到x为H,y为C,z为N,d为O,e为Na,f为Al,g为S,h为Cl。根据电子层多半径大,相同电子层结构核电荷数大者半径小,则离子半径的大小顺序:g>h>e>f,故A错误;根据同周期元素原子从左到右得电子能力逐渐增强,则y、z、d三种元素原子得电子能力强弱关系为d>z>y,故B错误;根据同周期从左到右非金属性逐渐增强,其氢化物稳定性越强,则与x形成化合物的稳定性:d>z>y,故C正确;e、f、g、h四种元素对应最高价氧化物的水化物分别为氢氧化钠、氢氧化铝、硫酸、高氯酸,高氯酸和硫酸之间不能相互反应,故D错误。
1
2
3
4
4.下列有关性质的比较,不能用元素周期律解释的是( )
A.金属性强弱:Mg>Al
B.热稳定性:Na2CO3>NaHCO3
C.酸性强弱:HClO4>H2SO4
D.氢化物的稳定性:HF>HCl
B
解析 同一周期,从左往右元素金属性逐渐减弱,则金属性强弱:Mg>Al,故A不符合题意;Na2CO3和NaHCO3的热稳定性不能用元素周期律解释,故B符合题意;HClO4和H2SO4为Cl元素和S元素最高价含氧酸,元素非金属性Cl>S,则酸性强弱:HClO4>H2SO4,故C不符合题意;同一主族,从上往下非金属性逐渐减弱,氢化物的稳定性:HF>HCl,故D不符合题意。(共61张PPT)
第3节 元素性质及其变化规律
第2课时 电离能与电负性
素养目标 学习要点
1.通过了解电离能的定义及其内涵,认识主族元素电离能的变化规律,知道电离能与元素化合价的关系,培养宏观辨识与微观探析的化学核心素养。 2.通过知道主族元素电负性与元素性质的关系,认识主族元素电负性的变化规律,培养证据推理与模型认知的化学核心素养。 两定义:电离能、电负性
两规律:电离能变化规律、电负性变化规律
一关系:主族元素电负性、与元素性质的关系
知识点一 元素的电离能
基础落实 必备知识全过关
知识点一 元素的电离能
1.电离能
“气态”“基态”“失去一个电子”等是保证“最小能量”的条件
概念:气态基态原子或气态基态离子失去一个电子所需要的最小能量。表示符号:I。单位: kJ·mol-1。
2.元素的逐级电离能
(1)定义:元素原子失去一个电子的电离能称为 ,常用符号
表示;在此基础上再失去一个电子的电离能称为 ,常用符号 表示;以此类推,还有第三、第四电离能等。通常,元素的第二电离能 于第一电离能,第三电离能又 于第二电离能。
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)
第一电离能
I1
第二电离能
I2
高
高
(2)变化规律
①同一元素的逐级电离能是逐渐 的,即I1 I2 I3<……,这是由于原子失去一个电子变成 价阳离子后,半径变小,核电荷数
而电子数目 ,原子核对外层电子的吸引作用 ,因而失去第二个电子比失去第一个电子 ,需要的能量 。
②元素原子的逐级电离能逐渐增大并且会发生一个突变即突然增大多倍,这是由于电子是 排布的。如Na原子的I1、I2、I3分别是496 kJ·mol-1、4 562 kJ·mol-1、6 912 kJ·mol-1,在I1和I2之间发生突变;Mg原子的I1、I2、I3分别是738 kJ·mol-1、1 451 kJ·mol-1、7 733 kJ·mol-1,在I2和I3之间发生突变,说明在化学反应中Na易失去1个电子,Mg易失去2个电子。
增大
<
<
+1
未变
变少
增强
更难
更多
分层
3.意义
衡量元素的原子(或离子)在气态时失去电子的 。电离能越小,表示在气态时该原子(或离子)越 失去电子;反之,电离能越大,表示在气态时该原子(或离子)越 失去电子。
难易程度
容易
难
4.元素电离能的变化规律
同周期 碱金属元素的第一电离能最 ,稀有气体元素的第一电离能最 ;从左到右,元素的第一电离能在总体上呈现
的变化趋势
ⅡA与ⅢA族、ⅤA与ⅥA族之间出现反常现象
同主族 总体上自上而下第一电离能逐渐
过渡元素 第一电离能的变化不太规则,同一周期的过渡元素从左到右,随原子序数的增加,第一电离能总体上略有增加
同一元素原子 电离能逐级 (即I1小
大
从小到大
减小
增大
5.电离能的应用
(1)确定元素核外电子的排布
当相邻逐级电离能突然变大时,说明其电子层发生了变化,即同一电子层中电离能相近,不同电子层中电离能有很大的差距。如Li:I1 I2(2)确定元素的化合价
电离能在In与In+1之间发生突变,则元素的原子易形成+n价离子,并且主族元素的最高化合价为+n。如Na:I1 I2,则该元素通常显+1价;Mg:I1(3)判断元素金属性、非金属性的强弱
一般情况下,I1越大,非金属性越强,I1越小,金属性越强。
名师点拨
具有全充满、半充满及全空的电子排布的元素稳定性较高,其电离能数值较大。如在同周期元素中,稀有气体元素第一电离能最大,ⅤA族元素第一电离能大于ⅥA族元素,ⅡA族元素第一电离能大于ⅢA族元素。
方法导引
当相邻逐级电离能增大幅度突然增大多倍时,说明其电子层发生了变化,可以判断元素最外层电子数。
特别提醒
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排布。
深度思考
总体上,金属元素的第一电离能都较小,非金属元素和稀有气体元素的第一电离能都较大。为什么
提示 因为金属元素原子的最外层电子数都比较少,容易失去电子,所以金属元素的第一电离能都比较小;而非金属元素原子的最外层电子比较多,不容易失去电子,稀有气体元素原子价电子排布式为ns2np6(He为1s2),是稳定结构,更难失去电子,因此它们的第一电离能都比较大。
正误判断
(1)第一电离能越小的原子失电子的能力越强。( )
(2)第3周期所含元素中Ar的第一电离能最小。( )
提示 第3周期所含元素中Ar的第一电离能最大。
(3)H的第一电离能大于C的第一电离能。( )
(4)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。( )
提示 同一周期中,ⅤA族元素第一电离能大于ⅥA族元素,ⅡA族元素第一电离能大于ⅢA族元素。
√
×
√
×
(5)同一周期典型金属元素的第一电离能总是大于典型非金属元素的第一电离能。( )
提示 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。
(6)M(g)══M2+(g)+2e-所需能量不是第二电离能。( )
×
√
重难突破 能力素养全提升
探究角度1 第一电离能的意义
例1 下列说法正确的是( )
A.第一电离能越小,表示气态基态原子越容易得到电子
B.同一元素的逐级电离能逐渐增大
C.第一电离能是元素原子失去核外第一个电子需要的能量
D.在元素周期表中,同周期主族元素的第一电离能从左到右一定越来越大
B
解析 第一电离能越小,表示气态基态原子越容易失去电子,A错误;同一元素的逐级电离能逐渐增大,B正确;第一电离能是元素的气态基态原子或气态基态离子失去一个电子所需要的最小能量,C错误;在元素周期表中,同周期主族元素从左到右,第一电离能在总体上呈现从小到大的变化趋势,但是ⅡA族>ⅢA族,ⅤA族>ⅥA族,D错误。
[对点训练1]
下列有关电离能的说法,正确的是( )
A.第一电离能:C>N>O>F
B.第一电离能是元素的原子或离子失去核外第一个电子需要的能量
C.同一主族元素中,第一电离能自上而下越来越大
D.可通过一种元素各级电离能的数值,判断元素可能的化合价
D
解析 同周期元素从左到右第一电离能呈增大趋势,ⅤA族元素原子最外层呈现半充满状态,第一电离能大于相邻元素,则第一电离能:C探究角度2 第一电离能的变化规律
例2 X、Y、Z、W为原子序数依次增大的四种短周期元素,X的核外电子总数与其周期数相同,Y的基态原子的最外层电子中有3个未成对电子,Z的最外层电子数为其内层电子数的3倍;Z与W同主族。下列说法正确的是
( )
A.离子半径:W>Z>Y>X
B.沸点:H2ZC.气态氢化物的热稳定性:Z>W
D.第一电离能:Y>Z>W>X
C
解析 X的核外电子总数与其周期数相同,则X为H元素,Y的基态原子的最外层电子中有3个未成对电子,为N元素,Z的最外层电子数为其内层电子数的3倍,为O元素;Z与W同主族,W为S元素。氧离子和氮离子是电子层结构相同的离子,根据核电荷数越大半径越小分析,氧离子半径小于氮离子半径, A不符合题意;H2O常温下为液态,而H2S常温下为气态,可知沸点H2O>H2S, B不符合题意;氧的非金属性比硫强,故氧的氢化物稳定性比硫的氢化物稳定性强,C符合题意;同主族元素的第一电离能随着原子序数增大而减小,同一周期元素的第一电离能随着原子序数增大而呈增大趋势,氮原子的最外层为半满结构,其第一电离能大于氧,由课本图可知H的第一电离能大于S小于O,故第一电离能N>O>H>S,D不符合题意。
易错提醒 H的第一电离能并不是非金属元素中最小的,查阅数据可知,H的第一电离能仅次于O,主族元素中第一电离能大小顺序为F>N>O>H>Cl>Br>C>P>S>……
[对点训练2]
下列关于元素或物质性质的比较中,错误的是( )
A.稳定性:HF>HCl>HBr>HI
B.第一电离能:F>Cl>Br>I
C.第一电离能:C>N>O>F
D.元素的非金属性:CC
解析 同主族自上而下非金属性减弱,氢化物稳定性减弱,A不符合题意;同主族元素,自上而下第一电离能逐渐变小,B不符合题意;同周期元素从左到右第一电离能呈增大趋势,ⅤA族元素原子最外层呈现半充满状态,第一电离能大于相邻元素,则第一电离能:C名师点拨 同周期主族元素从左到右,电子层数相同,核电荷数越来越大,原子半径逐渐减小,原子核对外层电子的吸引能力逐渐增强,即元素原子的非金属性逐渐增强。
探究角度3 电离能的应用
例3 表中列出了某短周期元素R的各级电离能数据(用I表示,单位为
kJ·mol-1),下列关于元素R的判断中一定正确的是( )
I1 I2 I3 I4 ……
740 1 500 7 700 10 500 ……
A.短周期元素R的最高正价为+1价
B.R元素的原子最外层共有4个电子
C.R元素位于元素周期表中ⅡA族
D.R元素基态原子的价电子排布式为2s2
C
解析 R的第三电离能比第二电离能突然增大很多,可知R最外层有2个电子,短周期元素R的最高正价为+2价,位于元素周期表中ⅡA族,基态原子价电子排布式为2s2或3s2,故A、B、D不符合题意,C符合题意。
思维建模 通过主族元素的逐级电离能的突变来判断元素原子的最外层电子数,从而判断元素的最高正化合价及元素所在的主族位置。
[对点训练3]
在下列各组元素中,有一组原子的第一电离能分别是1 086 kJ·mol-1、1 402 kJ·mol-1、1 313 kJ·mol-1,那么这组元素可能是( )
A.C、N、O B.F、Ne、Na
C.Be、B、C D.S、Cl、Ar
A
解析 同周期从左往右第一电离能呈增大趋势,N原子的核外电子排布式为1s22s22p3,由于2p轨道处于半充满的稳定状态,失去电子较难,因此其第一电离能大于C和O,故A符合;第一电离能Na方法导引 同主族元素自上而下第一电离能逐渐减小;同周期主族元素从左往右第一电离能呈增大趋势,ⅡA族、ⅤA族大于同周期相邻元素。
知识点二 元素的电负性
基础落实 必备知识全过关
知识点二 元素的电负性
1.电负性
(1)概念:元素的原子在化合物中 能力的标度。
(2)确定依据:常以最活泼的非金属元素氟的电负性4.0为标度,计算其他元素的电负性。因此,电负性是一个 值,没有单位。
(3)意义:用来描述两个不同原子在形成化学键时吸引电子能力的相对强弱。元素的电负性越大,其原子在形成化学键时吸引电子的能力 ;电负性越小,相应元素的原子在形成化学键时吸引电子的能力 。
吸引电子
相对
越强
越弱
2.电负性的变化规律
观察分析元素的电负性柱状示意图:
(1)金属元素的电负性 ,非金属元素的电负性 。
(2)对主族元素而言,同一周期从左到右,元素的电负性 。
(3)同一主族自上而下,元素的电负性 。
(4)电负性大的元素集中在元素周期表的 角,电负性小的元素集中在元素周期表的 角。
较小
较大
递增
递减
右上
左下
(5)元素的对角线规则
①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(如铍和铝的化学性质都显示了一定的金属性和非金属性,硼和硅的含氧酸都能形成玻璃),被称为“对角线规则”。
②处于“对角线”位置的元素,它们的电负性接近或相等,说明它们在化合物中吸引电子的能力相当,因而表现出相似的性质。
3.电负性的应用
(1)判断元素的金属性或非金属性强弱
判断一种元素是金属元素还是非金属元素以及元素的活泼性。
(2)判断化学键的类型
(3)判断化合物中元素化合价的正负
①电负性小的元素原子吸引电子的能力弱,元素的化合价通常为正值。
②电负性大的元素原子吸引电子的能力强,元素的化合价通常为负值。
名师点拨
元素的电负性可以衡量元素的非金属性,元素电负性越大,元素的非金属性越强,反之,元素电负性越小,元素的非金属性越弱。
离子键
共价键
归纳总结
比较元素电负性大小的方法
(1)同一周期从左到右,原子电子层数相同,核电荷数增大,原子半径逐渐减小,原子核对外层电子的吸引作用逐渐增强,元素的电负性逐渐增大。
(2)同一主族从上到下,原子核电荷数增大,电子层数增加,原子半径增大,原子核对外层电子的有效吸引作用逐渐减弱,元素的电负性逐渐减小。
(3)对副族而言,同族元素的电负性也大体呈现主族元素的变化趋势。
(4)在二元化合物中,显负价的元素的电负性更大。
(5)不同周期、不同主族的两种元素电负性的比较可借助第三种元素(与其中一种位于同主族或同周期)进行参照。
特别提醒
(1)不能将电负性为2作为划分金属元素和非金属元素的绝对标准。
(2)共价化合物中,成键两种元素的电负性之差一般小于1.7。在离子化合物中,成键两种元素的电负性之差一般大于1.7。
正误判断
(1)在元素周期表中,元素电负性从左到右越来越小。( )
提示 同周期主族元素电负性从左到右越来越大(稀有气体除外)。
(2)非金属元素的电负性一定大于金属元素的电负性。( )
提示 非金属元素电负性不一定大于金属元素,例如硅的电负性小于金的电负性。
(3)在形成化合物时,电负性越大的元素越容易呈现负价。( )
(4)两种元素电负性差值越大,越容易形成共价化合物。( )
提示 两种元素电负性差值越大,越容易形成离子化合物。
×
×
√
×
重难突破 能力素养全提升
探究角度1 电负性的概念与意义
例1 下列说法不正确的是( )
A.ⅠA族元素的电负性从上到下逐渐减小,而同周期主族元素从左到右的电负性逐渐增大
B.电负性的大小可以作为衡量元素的金属性和非金属性强弱的尺度
C.元素的电负性越大,表示其原子在化合物中吸引电子的能力越强
D.元素的电负性越小,其原子第一电离能越大
D
解析 同主族元素的电负性从上到下逐渐减小,同周期主族元素从左到右的电负性逐渐增大,A不符合题意;电负性的大小可以作为衡量元素的金属性和非金属性强弱的尺度,故B不符合题意;元素的电负性越大,表示其原子在化合物中吸引电子的能力越强,故C不符合题意;元素的电负性和第一电离能没有直接关系,例如元素的电负性:F>O,第一电离能:F>O,D项错误,故D符合题意。
[对点训练1]
下列元素电负性最大的是( )
A.最高正化合价和最低负化合价的代数和为4的短周期元素
B.最高正化合价和最低负化合价绝对值相等的短周期元素
C.没有负化合价的短周期元素
D.没有正化合价的短周期元素
D
解析 最高正化合价和最低负化合价的代数和为4的短周期元素为S,最高正化合价和最低负化合价绝对值相等的短周期元素为C或Si,没有负化合价的短周期元素为金属元素,没有正化合价的短周期元素为F,F为电负性最大的元素,故答案选D。
思路剖析 没有负化合价的元素为金属元素,没有正化合价的元素为F,最高正化合价和最低负化合价的代数和为4的主族元素为ⅥA族元素,最高正化合价和最低负化合价绝对值相等的元素为ⅣA族元素。
探究角度2 电负性的比较与应用
例2 现有四种元素的基态原子的电子排布式:
①1s22s22p63s23p2 ②1s22s22p63s23p3 ③1s22s22p3 ④1s22s22p4
则下列有关比较中正确的是( )
A.原子半径:④>②>①
B.电负性:④>③>②>①
C.第一电离能:④>③>②>①
D.最高正化合价:④>③>②>①
B
解析 根据题意可知①②③④四种元素分别为Si、P、N、O。Si、P同周期,N、P同主族,则原子半径:Si>P>O,即①>②>④,A错误;同周期主族元素中,随原子序数的递增,电负性逐渐增大,同主族中,原子序数越大,电负性越小,则电负性:O>N>P>Si,即④>③>②>①,B正确;同周期从左至右,第一电离能有增大的趋势,但ⅡA、ⅤA族元素的第一电离能比同周期相邻元素的大,第一电离能:N>O>P>Si,即③>④>②>①,C错误;N、P的最高正价为+5,Si的最高正价为+4,O一般不显正价,则最高正化合价:③=②>①>④,D错误。
思路剖析 先根据基态原子核外电子式判断原子种类,再根据原子半径、元素电离能、元素电负性等性质的递变规律解决问题。
[对点训练2]
a、b、c、d为原子序数依次增大的短周期主族元素,a原子核外电子总数与b原子次外层的电子数相同,b是短周期元素中原子半径最大的元素;c所在周期数与族数相同;d与a同族。下列叙述不正确的是( )
A.元素的电负性:a>d>c>b
B.4种元素中b的金属性最强
C.c的最高价氧化物的水化物是强碱
D.a单质的氧化性比d单质的氧化性强
C
解析 由题意可以判断a原子核外电子总数是8,则a为O元素,c所在周期数与族数相同,原子序数大于a,则c为Al元素,d与a同族,则d为S元素,短周期元素中原子半径最大的为Na,则b为Na元素,电负性大小为O>S>Al>Na,A不符合题意;4种元素中Na的金属性最强,B不符合题意;c的最高价氧化物的水化物是Al(OH)3,不属于强碱,C符合题意;O2的氧化性比S氧化性强,D不符合题意。
名师点拨 元素的电负性是衡量元素得电子能力大小的标尺,利用电负性的大小可以比较元素单质的氧化性、气态氢化物的稳定性、单质和氢气化合的难易程度、元素最高价氧化物水化物的酸性的强弱。
学以致用·随堂检测全达标
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题组1 元素的电离能及其应用
1.金属Na溶解于液氨中形成氨合钠离子和氨合电子,向该溶液中加入穴醚类配体L,得到首个含碱金属阴离子的金黄色化合物[NaL]+Na-。下列说法错误的是( )
A.Na-的半径比F-的大
B.Na-的还原性比Na的强
C.Na-的第一电离能比H-的大
D.该事实说明Na也可表现出非金属性
C
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解析 Na-核外有3个电子层、F-核外有2个电子层,故Na-的半径比F-的大,A项正确;Na-的半径比Na的大,Na-中原子核对最外层电子的引力小,易失电子,故Na-的还原性比Na的强,B项正确;H-的1s上有2个电子,为全充满稳定结构,且H-的半径比Na-小得多,故H-的第一电离能比Na-的大,C项错误;该事实说明Na可以形成Na-,得电子表现出非金属性,D项正确。
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2.下表列出了某短周期元素R的各级电离能数据(用I1、I2……表示,单位为kJ·mol-1)。下列关于元素R的判断中一定正确的是( )
电离能 I1 I2 I3 I4 I5 ……
R 740 1 500 7 700 10 500 13 600 ……
①R的最高正价为+3价 ②R元素位于元素周期表中ⅡA族 ③R元素第一电离能大于同周期相邻元素 ④R元素的原子最外层共有4个电子 ⑤R元素基态原子的电子排布式为1s22s2
A.①③ B.②③
C.②③④ D.②③⑤
B
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解析 某短周期元素R的第三电离能剧增,说明该原子最外层有2个电子,处于ⅡA族,该原子存在第五电离能,说明核外电子数目大于4,故R为Mg元素。①R的最高正价为+2价,故①错误;由分析可知②正确;③R元素最外层电子排布式为3s2,为全满稳定状态,第一电离能大于同周期相邻元素的,故③正确;④R元素的原子最外层共有2个电子,故④错误;⑤R元素基态原子的电子排布式为1s22s22p63s2,故⑤错误。
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3.下列说法正确的是( )
A.原子的第一电离能越大,该元素的电负性就越大
B.原子的电子层数越多,原子半径越大
C.原子失去电子越多,说明其还原性越强
D.同一原子的电子层越高,s电子云的半径越大
D
1
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解析 同一周期主族元素电负性从左到右逐渐增强,同一周期元素原子第一电离能从左到右有增大趋势,但ⅢA族第一电离能小于ⅡA族,ⅤA族第一电离能大于ⅥA族,所以第一电离能递变规律与电负性递变规律不完全相同,故A错误;原子半径由电子层数、核电荷数等因素共同决定,故B错误;还原性的强弱与失电子的难易有关,与失电子多少无关,故C错误;不同电子层的s原子轨道的形状相同,但电子层序数越大,电子距离原子核越远,半径越大,故D正确。
1
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8
题组2 元素的电负性及其应用
4.(2024湖北襄阳检测)氮氧化物会导致
光化学烟雾和酸雨,在Fe3+的催化作用下,
NH3可将NO还原为无污染的气体,反应
历程如图,下列说法正确的是( )
A.基态Fe2+的价电子排布式为3d54s1
B.电负性:N>O>H>Fe
C.该过程中存在极性键和非极性键的断裂和形成
D.图中的总反应可表示为4NH3+6NO 5N2+6H2O
C
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解析 铁元素的原子序数为26,失去2个电子形成亚铁离子,基态亚铁离子的价电子排布式为3d6,A错误;一般来说,同周期主族元素从左到右,元素的电负性逐渐变强;同主族元素由上而下,元素电负性逐渐减弱;电负性: O>N>H>Fe,B错误; 由图可知,总反应为铁离子做催化剂条件下氨气与一氧化氮、氧气反应生成氮气和水,则反应过程中存在氮氢极性键、氧氧非极性键的断裂,氢氧极性键和氮氮非极性键的形成,C正确,D错误。
1
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5.下列各组元素中,电负性依次减小的是( )
A.F、N、O B.O、Cl、F
C.As、P、H D.Cl、S、As
D
解析 元素周期表中,同周期主族元素从左向右,电负性逐渐增强,则F>O>N, A错误;同主族元素从上到下,电负性逐渐减弱,则F>Cl,B错误;同主族元素从上到下,电负性逐渐减弱,则P>As,C错误;元素周期表中,同周期主族元素从左向右,电负性逐渐增强,同主族元素从上到下,电负性逐渐减弱,则Cl>S>P>As,故Cl>S>As,D正确。
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6.(2024福建厦门检测)我国科学家利用Zn(NO3)2和AgNO3在十八胺(C18H37NH2)中氧化性不同,分别制得纳米晶体材料ZnO和Ag。对于上述相关元素,下列说法错误的是( )
A.基态Zn原子的最高电子层电子的电子云轮廓图是球形
B.已知Ag与Cu是位于相邻周期的同族元素,则Ag位于元素周期表的ds区
C.第一电离能:O>N>Zn
D.电负性:N>C>H
C
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解析 基态Zn原子核外电子排布为1s22s22p63s23p63d104s2;最高电子层的电子为4s电子,电子云轮廓图是球形,A正确;Ag与Cu是位于相邻周期的同族元素,均为ⅠB族,Ag位于元素周期表的ds区,B正确;同一周期随着原子序数变大,第一电离能呈增大趋势,由于N的2p轨道为半充满稳定状态,第一电离能大于同周期相邻元素,第一电离能:N>O,C错误;一般来说,同周期主族元素从左到右,金属性减弱,非金属性变强,元素的电负性变强;同主族由上而下,金属性增强,非金属性逐渐减弱,元素电负性减弱;电负性:N>C>H,D正确。
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7.短周期主族元素W、X、Y、Z的原子序数依次增大,基态W的原子2p轨道处于半充满状态,基态X的原子的2p能级上只有一对成对电子,基态Y的原子的最外层电子运动状态只有1种,元素Z与W同主族。下列说法错误的是( )
A.第一电离能:W>X>Y
B.电负性:Y>W>Z
C.简单离子半径:Z>X>Y
D.最简单氢化物的稳定性:X>W>Z
B
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解析 根据信息可知:W是N,X是O,Y是Na,Z是P元素。第一电离能由大到小的顺序为N>O>Na,即W>X>Y,A正确;W、Y、Z三种元素中Y电负性最小, B错误;离子核外电子层数越多,离子半径越大,当离子核外电子排布相同时,离子的核电荷数越大,离子半径越小,O2-、Na+核外电子排布相同,有2个电子层;P3-核外电子排布有3个电子层,所以简单离子半径:P3->O2->Na+,即离子半径:Z>X>Y,C正确;元素的非金属性越强,其简单氢化物的稳定性就越强,元素的非金属性:O>N>P,所以最简单氢化物的稳定性:H2O>NH3>PH3,即氢化物的稳定性:X>W>Z,D正确。
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8.(2024山东威海月考)化合物[Q(ZX3)4R(YW3)]中X、Y、Z、W、Q、R的原子序数依次增大。X与Y、Z、W均能形成10e-、18e-微粒,基态Q原子的3d轨道上有3个未成对电子,R被称为“海洋元素”,其原子序数等于W与Q的原子序数之和。下列说法错误的是( )
A.化合物中Q的化合价为+3
B.Y、Z、W中,第一电离能最大的是Z,电负性最大的是W
C.X、Z、W三种元素组成的化合物可能显酸性,也可能显碱性
D.Y、Z、W、R分别与X形成的化合物中,沸点最高的是W对应的化合物
D
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解析 X与Y、Z、W均能形成10e-、18e-微粒,原子序数依次增大,故分别为H、C、N、O,R被称为“海洋元素”,为Br,基态Q原子的3d轨道上有3个未成对电子,可能为V或Co,又R原子序数等于W与Q的原子序数之和,则Q为Co。化合物[Q(ZX3)4R(YW3)]的化学式为Co(NH3)4Br(CO3),Q化合价为+3价,A正确;C、N、O中,第一电离能最大的是N,电负性最大的是O,B正确;H、N、O三种元素组成的化合物,HNO3显酸性,NH3·H2O显碱性,C正确;C、N、O、Br分别与H形成的最简单的化合物中,沸点最高的是H2O,但C和H形成的化合物有很多种,无法判断沸点高低,D错误。(共9张PPT)
教考衔接1 原子结构与元素性质
深挖教材
教材模型及分析
教材模型
部分主族元素及0族元素的第一电离能比较示意图
模型分析
判断元素的第一电离能:
(1)①横向比较,同一周期主族元素第一电离能从左到右呈现递增趋势,但是ⅡA族元素第一电离能大于ⅢA族元素的第一电离能,ⅤA族大于ⅥA族;
②纵向比较,同一主族元素的第一电离能从上到下呈现递减趋势。
(2)模型应用与指导——比较元素第一电离能大小的方法
①确定所比较的两种元素在周期表中的位置关系,是同周期还是同一主族,依据位置关系比较元素的第一电离能大小关系。
②两种元素既不是同周期又不属于同主族,如N和S比较第一电离能,可以拿O或者P作为中间元素来比较。
链接高考
模型应用1——根据原子结构比较元素第一电离能
1.(2023北京卷节选)硫代硫酸盐是一类具有应用前景的浸金试剂。硫代硫酸根( )可看作是 中的一个O原子被S原子取代的产物。
(1)基态S原子价电子排布式是 。
(2)比较O原子和S原子的第一电离能大小,从原子结构的角度说明理由:
。
3s23p4
I1(O)>I1(S),氧原子半径比硫原子半径小,则氧原子核对最外层电子的吸引力较大,不易失去一个电子
解析 (1)S是第3周期ⅥA族元素,基态S原子价电子排布式为3s23p4。
(2)S和O为同主族元素,O原子核外有2个电子层,S原子核外有3个电子层,O原子半径小,原子核对最外层电子的吸引力大,不易失去1个电子,即O的第一电离能大于S的第一电离能。
解题指导 构建位—构—性模型
(1)分析O与S元素在元素周期表中的位置关系;
(2)依据O与S在周期表中的位置关系,得出它们的原子结构特点:最外层电子数相同,原子半径O小于S。
模型应用2——以元素推断形式比较元素第一电离能
2.(2023浙江卷)X、Y、Z、W四种短周期主族元素,原子序数依次增大。X、Y与Z位于同一周期,且只有X、Y元素相邻。X基态原子核外有2个未成对电子,W原子在同周期中原子半径最大。下列说法不正确的是( )
A.第一电离能:Y>Z>X
B.电负性:Z>Y>X>W
C.Z、W原子形成稀有气体电子构型的简单离子的半径:WD.W2X2与水反应生成产物之一是非极性分子
A
解析 X、Y、Z、W四种短周期主族元素,原子序数依次增大。X、Y与Z位于同一周期,且只有X、Y元素相邻。X基态原子核外有2个未成对电子,则X为C,Y为N,Z为F,W原子在同周期中原子半径最大,则W为Na。根据同周期从左到右第一电离能呈增大趋势,但ⅡA族大于ⅢA族,ⅤA族大于ⅥA族,则第一电离能:Z>Y>X,故A错误;根据同周期从左到右电负性逐渐增大,同主族从上到下电负性逐渐减小,则电负性:Z>Y>X>W,故B正确;根据同电子层结构核多径小,则Z、W原子形成稀有气体电子构型的简单离子的半径:W解题指导 (1)根据题意推断元素。
(2)联系元素第一电离能的递变规律判断比较。(共39张PPT)
微项目 甲醛的危害与去除
——利用电负性分析与预测物质性质
素养目标 学习要点
1.通过认识如何借助电负性分析化学键中电荷的分布,培养宏观辨识与微观探析的化学核心素养。 2.通过体会借助电负性认识与预测有机化合物某些性质的思路与方法,培养证据推理与模型认知的化学核心素养。 3.通过了解甲醛的性质、对人体健康的危害以及去除方法,培养科学态度与社会责任的化学核心素养。 一分布:电荷分布
一预测:预测某些性质
一危害:甲醛的危害
一检测:甲醛的检测
一去除:甲醛的去除
项目活动1 解释甲醛危害产生的原因
基础落实 必备知识全过关
项目活动1 解释甲醛危害产生的原因
1.甲醛的危害
当室内空气中甲醛含量超过0.1 mg·m-3时,人会有不适感,甚至会出现免疫功能异常;食用含有甲醛的食品也会损害人体健康。皮肤接触甲醛后可能出现急性皮炎,表现为粟粒大小红色丘疹,周围皮肤潮红或轻度红肿。
2.探究甲醛危害产生的原因
(1)原因
观察上图,甲醛之所以有毒,是因为甲醛分子中的 与蛋白质分子中的 发生反应,使蛋白质失去活性。发生的反应类型有 和
。
羰基
氨基
加成反应
取代反应
(2)机理
①加成反应
甲醛的碳氧双键上不饱和碳原子带部分 电荷,氧原子带部分 电荷;蛋白质分子中N—H键中氮原子带部分 电荷,氢原子带部分 电荷,发生加成反应时,碳原子与带部分 电荷的氮原子结合,氧原子与带部分
电荷的氢原子结合,即“正找负”“负找正”。
正
负
负
正
负
正
②取代反应
同样遵循 的规律。
名师点拨
可以用元素的电负性来判断要断裂的两种元素原子所形成的共价键中电荷的分布,进而预测在生成产物时原子可能会如何重组。
“正找负”“负找正”
方法导引
当A和B两元素的原子以共价键结合时,电负性大的元素原子带较多的负电荷,用δ-表示,电负性小的元素原子带有较多的正电荷,用δ+表示,如 。两种元素的电负性相差越大,原子所带电荷的偏移就越明显。
归纳总结
借助电负性认识与预测有机化合物某些性质的思路和方法
①找到可能发生反应的断键部位;
②利用电负性分析断键部位电荷的分布;
③依据“正”“负”结合的规律推测断键后的分子片段如何重组。
重难突破 能力素养全提升
探究角度1 甲醛的性质与应用
例1 现代家庭室内装修日益受到人们的推崇,由此引起的室内空气污染也成为人们关注的焦点,其中由装修材料和家具的黏合剂等挥发出的甲醛是造成室内空气污染的主要物质,根据甲醛的性质,下列做法正确的是( )
A.装修完接着就入住
B.装修尽可能选择在温度较低的冬季进行,以减少甲醛的挥发
C.尽可能选择绿色环保的装饰材料进行装修
D.通风后甲醛可以释放完全
C
解析 甲醛是一种无色,有强烈刺激性气味的有毒气体,装修完接着就入住,甲醛没有挥发掉,会危害人体健康,故A错误;在温度较低的冬季进行装修,甲醛挥发慢,会危害人体健康,故B错误;绿色环保的装饰材料,甲醛含量低或者没有,这样可以防止甲醛危害人体健康,故C正确;通风后甲醛不会完全排出,还会危害人体健康,故D错误。
名师点拨 装修材料和家具的黏合剂等挥发出的甲醛是造成室内空气污染的主要物质,应该尽可能选择绿色环保的装饰材料进行装修,装修后的房子应该常通风。
[对点训练1]
下列有关物质的性质与应用的说法正确的是( )
A.甲醛可以使蛋白质变性,常用于食品保鲜
B.氧化铝熔点高,常用于制造耐火材料
C.氧化钠可用作呼吸面具中的供氧剂
D.常温下,可用铁槽车或铝槽车运输稀硝酸
B
解析 甲醛有毒,不能用于食品保鲜,故A错误;氧化铝(Al2O3)具有很高的熔点,可用于制造耐火材料,故B正确;过氧化钠与水、二氧化碳反应都生成氧气,而氧化钠与水、二氧化碳反应不生成氧气,所以氧化钠不能作为供氧剂,故C错误;常温下,铁、铝都能与稀硝酸反应,故D错误。
探究角度2 借助电负性预测有机化合物的性质
例2 醛、酮分子中含有不饱和碳原子,能与很多试剂发生加成反应,下列试剂与醛、酮发生加成反应后不能增长碳链的是( )
A.氨 B.甲醇
C.氢氰酸 D.甲醛
A
解析 甲醇、氢氰酸、甲醛中均含有碳原子,与醛、酮发生加成反应后碳原子数增加,能增长碳链。氨分子不含碳原子,醛、酮与氨发生加成反应后碳原子数不变,不能增长碳链。
思路剖析 醛、酮分子中含有不饱和碳原子,即含有双键,双键部位可以发生加成反应,与含有碳原子的有机化合物加成后可以增长碳链。
[对点训练2]
乌洛托品在工业生产中有广泛用途,其结构式如图所示。下列说法正确的是( )
A.乌洛托品的分子式为C6H12N4,属于饱和烃
B.乌洛托品能发生加成反应
C.乌洛托品分子中既含极性共价键又含非极性共价键
D.乌洛托品可由甲醛(HCHO)与氨气按物质的量之比3∶2完全反应制得
D
解析 分子中含有氮元素,不属于烃,A错误;分子中不含有碳碳双键,不能发生加成反应,B错误;分子中不存在非极性键,C错误;根据原子守恒可知该有机物可由甲醛(HCHO)与氨气按物质的量之比3∶2完全反应制得,D正确。
辨析比较 依据“正”“负”结合规律推测断键后分子片段如何重组
①单键部位发生取代反应,②双键部位发生加成反应。
项目活动2 室内空气中甲醛的检测与去除
基础落实 必备知识全过关
项目活动2 室内空气中甲醛的检测与去除
1.甲醛的检测
(1)检测试剂:3-甲基-2-苯并噻唑啉酮腙盐酸盐水合物(MBTH),常被用来制成甲醛检测试剂盒。
(2)检测原理:甲醛与MBTH反应生成物质A,A再参与一系列反应,最终生成
化合物,颜色越深,说明空气中甲醛浓度越 。
蓝绿色
高
2.甲醛的去除
(1)化学方法
思考:可用哪些化学试剂去除甲醛
推测去除甲醛所需的化学试剂 推测依据
氨水 甲醛可与蛋白质中的 反应,氨水中也含有
酸性高锰酸钾溶液 甲醛具有 性
探究实验用品:甲醛检测试剂盒,甲醛溶液,乙醛溶液,氨水,酸性高锰酸钾溶液;试管、试管架、胶头滴管。
氨基
氨基
还原
探究实验方案:①取足量氨水于试管中,滴加几滴甲醛溶液,振荡,再用甲醛检测试剂盒检测振荡后的溶液中不含有甲醛。
②取少量酸性高锰酸钾溶液于试管内,滴加甲醛溶液,直至酸性高锰酸钾溶液褪色。
结论: 。
(2)物理方法
室内空气流通,使用多孔材料物理吸附(如 等)。
氨水、酸性高锰酸钾溶液都可以去除甲醛
活性炭
归纳总结
去除甲醛的方法
①氨、胺类、酚类物质等可以与甲醛先发生加成反应,再发生消去反应去除甲醛。
②强氧化剂如酸性高锰酸钾、二氧化氯等与甲醛发生氧化还原反应去除甲醛。
③室内空气的流通可以降低甲醛的含量。
④使用多孔材料吸附可以去除甲醛。
特别提醒
利用电负性可以判断化学键中电荷的分布以及预测生成物,不过,电负性是一个粗略的标度,在大多数分子中,电荷的分布可能是多原子协同作用的结果,并与原子、分子所处的化学环境密切相关。
正误判断
(1)放置活性炭能除去室内空气中甲醛。( )
(2)放置酸性高锰酸钾溶液能除去室内空气中甲醛。( )
(3)放置稀硫酸能除去室内空气中甲醛。( )
提示 甲醛不与硫酸反应。
(4)用酸性高锰酸钾溶液能除去室内空气中甲醛,说明甲醛是具有氧化性的气体。( )
提示 用酸性高锰酸钾溶液能除去室内空气中甲醛,说明甲醛是具有还原性的气体。
√
√
×
×
重难突破 能力素养全提升
探究角度1 甲醛的检测
例1 一种测定室内甲醛含量的方法如图所示:
已知:溶液中有色物质浓度越大,吸光度越大。下列说法正确的是( )
A.反应①中氧化剂与还原剂的物质的量之比为1∶2
B.反应①生成44.8 L CO2时转移8 mol电子
C.检验反应②后溶液中是否生成Fe2+只能选用酸性高锰酸钾溶液
D.要保证每步反应都完全转化才能准确测定甲醛的含量
D
解析 反应①为2Ag2O+HCHO══4Ag+CO2+H2O,氧化剂与还原剂的物质的量之比为2∶1,A项错误;气体所处的温度压强不确定,无法计算转移电子的物质的量,B项错误;检验反应②后溶液中是否含有Fe2+还可用铁氰化钾溶液,C项错误;若不能完全转化,则最终产物的量偏小,测得的甲醛含量偏低,D项正确。
名师点拨 甲醛的检测原理:利用甲醛的还原性,与氧化剂Ag2O反应,还原产物Ag再参与一系列反应。
[对点训练1]
检验居室中有甲醛气体,可连续多次抽取居室空气样品,注入少量(1~2 mL)低浓度(1×10-4 mol·L-1)的酸性高锰酸钾溶液中。据此,下列说法正确的是
( )
A.最终酸性高锰酸钾溶液呈无色
B.反应中甲醛被还原
C.最终酸性高锰酸钾溶液呈红色
D.说明甲醛是具有氧化性的气体
A
解析 甲醛(HCHO)具有还原性,酸性高锰酸钾溶液具有强氧化性,所以甲醛能与酸性高锰酸钾溶液发生氧化还原反应,导致酸性高锰酸钾溶液褪色,该反应中甲醛被氧化,说明甲醛是具有还原性的气体。
探究角度2 甲醛的去除
例2 常用的除甲醛试剂有:①活性炭;②RNH2;③ClO2。其中试剂②去除甲醛的第一步反应原理为RNH2+HCHO→RNHCH2OH。下列说法错误的是
( )
A.常温、常压下,甲醛是一种有刺激性气味的无色气体,可以用试剂①吸附
B.依据电负性,试剂②中带部分负电荷的N与甲醛中带部分正电荷的C相结合
C.试剂③与试剂②去除甲醛均是利用了甲醛的氧化反应
D.甲醛使蛋白质失活,可能是醛基与蛋白质分子中的氨基发生了反应
C
解析 活性炭具有很强的吸附性,可以吸附甲醛,故A正确;因为电负性:N>C, RNH2中N带部分负电荷,HCHO中C带部分正电荷,所以带部分负电荷的N与甲醛中带部分正电荷的C相结合,故B正确;ClO2与甲醛反应属于甲醛的氧化反应,RNH2与甲醛的反应属于甲醛的还原反应,故C错误;蛋白质中含有氨基,与RNH2有类似的性质,甲醛使蛋白质失活,可能是醛基与蛋白质分子中的氨基发生了反应,故D正确。
[对点训练2]
下列措施不能除去室内空气中甲醛的是( )
A.放置活性炭
B.放置酸性高锰酸钾溶液
C.放置稀盐酸
D.放置某些植物
C
解析 活性炭具有吸附性,能吸附甲醛,A正确;酸性高锰酸钾溶液能氧化甲醛,B正确;稀盐酸与甲醛不发生反应,不能吸收甲醛,C错误;某些植物可以吸收甲醛,D正确。
学以致用·随堂检测全达标
1
2
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4
题组1 甲醛的性质与应用
1.在入住装修过的新房之前,下列做法中错误的是( )
①紧闭门窗,防止装修面干裂、变质
②适度开窗通气,充分地进行内外空气对流
③用高浓度的甲醛溶液对室内环境消毒
④在各个房间内均匀地放置适量的吊兰、芦荟等植物
A.①② B.①③
C.①④ D.②④
B
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2
3
4
解析 装修过的新房,其建筑材料和装修材料都会释放出多种大量的有害物质,故选项①错误,选项②正确。一般的房屋装修材料和黏合剂都能释放出甲醛,甲醛对人体有严重的危害,选项③错误。许多种花草都有吸收有害物质的功能,如常春藤和铁树可以吸收苯,吊兰、芦荟、虎尾兰可以吸收甲醛等,选项④正确。
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3
4
2.分析下图,下列有关说法不正确的是( )
A.甲醛通过发生化学反应使蛋白质变性
B.发生加成反应时,只有C═O键断裂
C.加成反应满足电性法则,
即“正找负、负找正”
D.化合物分子中电负性大的元素带负电荷
B
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解析 观察题图可知,甲醛与蛋白质接触时有化学键的断裂和形成过程,属于化学变化,反应使蛋白质的结构发生改变,从而引起蛋白质变性,A正确;发生加成反应时,蛋白质分子中的N—H键也断裂,B错误;加成反应满足电性法则,C正确;电负性大的元素吸引电子能力强,在化合物分子中带负电,D正确。
1
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3
4
题组2 甲醛的检测与去除
3.根据图示,下列有关说法正确的是( )
A.甲醛与MBTH发生取代反应
B.第一电离能由大到小顺序为O>N>C>H
C.上述反应涉及的元素中电负性最大的是O
D.检测甲醛时,可通过甲醛的吸收量判断空气中甲醛的浓度
C
1
2
3
4
解析 观察图示可知,二者发生的不是取代反应,A错误;ⅤA族元素的第一电离能比同周期相邻元素大,故第一电离能N>O,B错误;非金属性越强,电负性越大,上述反应涉及的元素中电负性最大的是O,C正确;检测甲醛时,可通过溶液的变色程度与标准比色卡比较,判断空气中甲醛的浓度,D错误。
1
2
3
4
4.我国科学家在绿色化学领域取得新进展。利用双催化剂Cu和Cu2O,在水溶液中用H原子将CO2高效还原为重要工业原料之一的甲醇,反应机理如图所示。下列有关说法不正确的是( )
A.CO2生成甲醇是通过多步还原反应实现的
B.催化剂Cu结合氢原子,催化剂Cu2O结合含碳微粒
C.该催化过程中只涉及化学键的形成,未涉及化学键的断裂
D.有可能通过调控反应条件获得甲醛等有机物
C
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解析 CO2→CH3OH经历过程为CO2→COOH→CO→CHO→CH2O→CH3O →CH3OH,由化学式知,C元素化合价是逐渐下降的,A正确;由图可知,催化剂Cu结合氢原子,Cu2O结合含碳微粒,B正确;COOH→CO涉及化学键的断裂,C错误;过程中产物CH2O符合甲醛的分子式,可能代表甲醛,D正确。(共17张PPT)
微专题1 核外电子排布的表示方法、书写及应用
专题阐释
1.核外电子排布的表示方法
原子(或离子) 结构示意图 含义 将每个电子层上的电子总数表示在原子核外的图示形式
实例
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,并按照电子层从左到右的顺序排列的式子
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
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
意义 能直观反映出电子的排布情况及电子的自旋状态
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,相应的式子叫电子式
实例
特别提醒:牢记核外电子的每种表示方法,按题中要求写出准确的核外电子表示式。
例1 下列化学用语的表达正确的是( )
C
2.原子核外电子的运动状态描述与判断
(1)多电子原子中电子运动状态的描述
多电子原子中电子的运动状态应从电子层、能级、原子轨道、自旋状态四个方面进行描述。
(2)解题思维
几种运动状态——电子数目
几种空间运动状态——原子轨道数目
判断基态原子的未成对电子数——画出最外层电子轨道表示式直观判断
例2 (1)[2022海南卷,19(1)节选]基态O原子中未成对电子有 个。
(2)[2022河北卷,17(4)]将含有未成对电子的物质置于外磁场中,会使磁场强度增大,称其为顺磁性物质,下列物质中,属于顺磁性物质的是 (填字母)。
A.[Cu(NH3)2]Cl
B.[Cu(NH3)4]SO4
C.[Zn(NH3)4]SO4
D.Na2[Zn(OH)4]
(3)[2020全国Ⅰ卷,35(1)]基态Fe2+与Fe3+中未成对的电子数之比为 。
(4)[2019海南卷,19-Ⅱ(1)节选]基态Mn原子核外未成对电子有 个。
2
B
4∶5
5
基础落实 必备知识全过关
专题精练
1.下列几种表示电子排布的方法中正确的是( )
A.基态32Ge原子的电子排布式:4s24p2
B.基态28Ni原子的电子排布式:1s22s22p63s23p63d94s1
C.基态O原子的轨道表示式:
D.基态29Cu+的电子排布式:1s22s22p63s23p63d94s1
C
解析 基态32Ge原子的电子排布式:1s22s22p63s23p63d104s24p2,A错误;基态28Ni原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d84s2,B错误;电子层高的电子先失去,即先失去4s电子,后失去3d电子,基态Cu+的电子排布式为1s22s22p63s23p63d10,D错误。
2.下列说法错误的是( )
A.ns电子的能量可能低于(n-1)p电子的能量
B.基态6C原子的电子排布式为 ,违反了洪特规则
C.基态21Sc原子的电子排布式:1s22s22p63s23p63d3,违反了能量最低原理
D.基态22Ti原子的电子排布式:1s22s22p63s23p10,违反了泡利不相容原理
A
解析 电子的能量与电子层、能级有关,ns电子的能量一定高于(n-1)p电子的能量,A错误;根据洪特规则知,2p能级上的两个电子应排在两个不同轨道上,B正确;根据能量最低原理知,电子先排能量低的轨道,后排能量高的轨道,故应先排4s轨道,即电子排布式应为1s22s22p63s23p63d14s2,C正确;根据泡利不相容原理知,3p能级最多容纳6个电子,D正确。
3.下列表示氦原子结构的化学用语中,对电子运动状态描述最详尽的是
( )
D
解析 A项只表示出最外层电子数,B项只表示出核外电子的分层排布情况, C项具体到电子层数、能级以及能级上的电子数,而D项包含了电子层数、能级以及原子轨道上电子的自旋状态。
4.正确掌握化学用语是学好化学的基础,下列叙述正确的是( )
A.Cl-的电子排布式为1s22s22p63s23p6
A
5.(1)下列基态原子的电子排布式或轨道表示式正确的是 (填序号,下同),违反能量最低原理的是 ,违反洪特规则的是 ,违反泡利不相容原理的是 。
①F:1s22s23p5
②P:
③Fe:1s22s22p63s23p63d64s2
④Al:1s22s22p63s23p1
⑤C:
(2)绿柱石被国际珠宝界公认为四大名贵宝石之一,主要成分为Be3Al2(Si6O18),因含适量的Cr2O3(0.15%~0.6%)而形成祖母绿。基态Al原子中,电子填充的最高能级是 。
③④
①
②
⑤
3p
解析 (1)根据核外电子排布规律,①中电子排完2s轨道后应排2p轨道而不是3p轨道,正确的电子排布式为1s22s22p5;②中没有遵循洪特规则——电子在能量相同的轨道上排布时,将尽可能分占不同的轨道并且自旋状态相同;
⑤中违反泡利不相容原理,正确的轨道表示式为 。
(2)Al为13号元素,其电子排布式为1s22s22p63s23p1,最高能级为3p。
6.氧元素基态原子核外未成对电子数为 ;第三周期中有2个未成对电子的元素符号为 (填一种即可),M层上有2对成对电子的原子最外层共有 种不同运动状态的电子。
2
Si(或S)
6
解析 O原子核外有8个电子,其基态原子核外电子排布式为1s22s22p4,故其核外未成对电子数是2。第三周期中有2个未成对电子的元素的价层电子排布式为3s23p2或3s23p4,核外电子数为14或16,元素符号为Si或S。M层上有2对成对电子的原子的电子排布式为1s22s22p63s23p4,最外层有6个电子,每个电子的运动状态都不相同,所以最外层共有6种不同运动状态的电子。(共15张PPT)
章 末 复 习 课
知识整合体系构建
1.原子结构
2.元素周期律
综合提升高考体验
考点一 原子的核外电子排布
例1 (1)[2023全国乙卷,35(1)]基态Fe原子的价电子排布式为 。
(2)[2022河北卷,17(1)]基态S原子的价电子中,两种自旋状态的电子数之比为 。
(3)[2022全国乙卷,35(1)]氟原子激发态的电子排布式有 ,其中能量较高的是 (填字母)。
a.1s22s22p43s1 b.1s22s22p43d2
c.1s22s12p5 d.1s22s22p33p2
3d64s2
2∶1(或1∶2)
a、d
d
解析 (2)基态S原子的价电子轨道表示式为 ,两种自旋状态的电子数分别为2和4,故其数目之比为1∶2或2∶1。
(3)基态F原子核外有9个电子,其基态原子电子排布式为1s22s22p5,核外电子总数为9,电子排布不同于基态F原子的都是激发态原子,故属于激发态的有a和d;由于3p能级的能量高于3s能级,故能量较高的是d。
考点二 元素推断与元素周期律
例2 (2023湖南卷)日光灯中用到的某种荧光粉的主要成分为3W3(ZX4)2·WY2,已知:X、Y、Z和W为原子序数依次增大的前20号元素,W为金属元素,基态X原子s轨道上的电子数和p轨道上的电子数相等,基态X、Y、Z原子的未成对电子数之比为2∶1∶3,下列说法正确的是( )
A.电负性:X>Y>Z>W
B.原子半径:XC.Y和W的单质都能与水反应生成气体
D.Z元素最高价氧化物对应的水化物具有强氧化性
C
解析 已知X、Y、Z和W为原子序数依次增大的前20号元素,根据基态X原子s轨道上的电子数和p轨道上的电子数相等,且X、Y、Z原子的未成对电子数之比为2∶1∶3,再结合化学式3W3(ZX4)2·WY2,可推得X为氧元素、Y为氟元素、Z为磷元素,又由于W为金属元素,因此W为钙元素。
电负性:Y(F)>X(O)>Z(P)>W(Ca),A项错误;
原子半径:W(Ca)>Z(P)>X(O)>Y(F),B项错误;
2F2+2H2O══4HF+O2、Ca+2H2O══Ca(OH)2+H2↑,Y的单质F2、W的单质Ca都能与水反应产生气体,C项正确;
Z元素最高价氧化物对应的水化物为H3PO4,H3PO4不具有强氧化性,D项错误。
例3 (2023浙江1月选考)X、Y、Z、M、Q五种短周期元素,原子序数依次增大。X的2s轨道全充满,Y的s能级电子数是p能级的两倍,M是地壳中含量最多的元素,Q是纯碱中的一种元素。下列说法不正确的是( )
A.电负性:Z>X
B.最高正价:ZC.Q与M的化合物中可能含有非极性共价键
D.最高价氧化物对应水化物的酸性:Z>Y
B
解析 Y的s能级电子数是p能级的两倍,Y为C;X的2s轨道全充满,X为Be;M是地壳中含量最多的元素,M为O;X、Y、Z、M、Q五种短周期元素,原子序数依次增大,则Z为N;Q是纯碱中的一种元素,则Q为Na。同一周期元素从左到右,电负性逐渐增大,电负性N大于Be,A正确;N最高正价为+5价,O一般不为正价,最高正价N大于O,B错误;Na和O形成的过氧化钠中含有非极性共价键,C正确;非金属性越强,最高价氧化物对应水化物的酸性越强,非金属性N大于C,硝酸酸性强于碳酸,D正确。
例4 (2023湖北卷)W、X、Y、Z为原子序数依次增加的同一短周期元素,其中X、Y、Z相邻,W的核外电子数与X的价层电子数相等,Z2是氧化性最强的单质,4种元素可形成离子化合物(XY)+(WZ4)-。下列说法正确的是
( )
A.分子的极性:WZ3B.第一电离能:XC.氧化性:X2Y3D.键能:X2A
解析 Z2是氧化性最强的单质,即Z为非金属性最强的氟元素,则X、Y分别为N、O,N的价电子数为5,则W是B元素。BF3是平面正三角形,为非极性分子,NF3是三角锥形,为极性分子,A正确;N原子2p轨道处于半充满状态,其第一电离能比氧大,即F>N>O(Z>X>Y),B错误;N2O3(X2Y3)具有强氧化性, B2O3氧化性很弱,C错误;N2中的N≡N键键能比O2、F2大,D错误。
考点三 比较同种原子形成的不同微粒的电子排布式
例5 (2023浙江1月选考17题节选)由硅原子核形成的三种微粒,电子排布式分别为①[Ne]3s23p2、②[Ne]3s23p1、③[Ne]3s23p14s1,有关这些微粒的叙述,正确的是 。
A.微粒半径:③>①>②
B.电子排布属于基态原子(或离子)的是:①②
C.电离一个电子所需最低能量:①>②>③
D.得电子能力:①>②
AB
解析 电子排布式分别为①[Ne]3s23p2、②[Ne]3s23p1、③[Ne]3s23p14s1,可推知分别为基态Si原子、Si+、激发态Si原子。激发态Si原子有四层电子, Si+失去了一个电子,根据微粒电子层数及各层电子数多少可推知,微粒半径:③>①>②,A正确;根据上述分析可知,电子排布属于基态原子(或离子)的是:①②,B正确;激发态Si原子不稳定,容易失去电子;基态Si原子失去一个电子是硅的第一电离能,Si+失去一个电子是硅的第二电离能,由于I2>I1,可以得出电离一个电子所需最低能量:②>①>③,C错误;由C项分析可知②比①更难失电子,则②比①更容易得电子,即得电子能力:②>①,D错误。