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第1章 原子结构与元素性质
第1节 原子结构模型
必备知识·素养奠基
一
、氢原子光谱和玻尔的原子结构模型
1.不同时期的原子结构模型
2.玻尔的原子结构模型
(1)基本观点
运动
轨迹
原子中的电子在具有确定半径的圆周轨道上绕
_______运动,并且不辐射能量
能量
分布
在不同轨道上运动的电子具有_____的能量,而且能量是
_______的。轨道能量依n(量子数)值(1,2,3…)的增大而
_____
电子
跃迁
对氢原子而言,电子处于n=1的轨道时能量最低,称为_____,
能量高于基态的状态称为_______。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_____
原子核
不同
量子化
升高
基态
激发态
光谱
(2)贡献
①成功地解释了氢原子光谱是_________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,而电子所处
的轨道的能量是_______的。
线状光谱
量子化
3.光谱及氢原子光谱
(1)光谱
①含义:利用仪器将物质_________或_________的波长和强度分布记录下来的
谱线。
②形成原因:电子在不同轨道间_____时,会辐射或吸收能量。
(2)氢原子光谱:属于_____光谱。
吸收的光
发射的光
跃迁
线状
【情境·思考】
如图是氢原子的两个光谱,分别是发射光谱和吸收光谱。两者的形成过程有什么区别?
提示:下面的光谱为吸收光谱是指原子的电子由基态跃迁到激发态吸收能量后形成的光谱(对应暗线)。上面的光谱为发射光谱它是相反的过程,也就是激发态的电子从高能级跃迁到基态,释放的能量以光的形式释放出来,这就是发射光谱。
二、量子力学对原子核外电子运动状态的描述
1.核外电子运动状态的描述
(1)电子层(n)
分层标准
电子离核的远近
取值
1
2
3
4
5
6
7
符号
__
__
__
__
__
__
__
能量
_______
离核
_______
K
L
M
N
O
P
Q
低→高
近→远
(2)能级
(3)原子轨道
表述
单个电子在原子核外的空间运动状态
各能级上对应的原子轨道数
ns
np
nd
nf
__
__
__
__
1
3
5
7
(4)自旋运动:处于同一原子轨道上的电子自旋状态只有___种,分别用符号
“___”和“___”表示。
↑
↓
两
【做一做】写出下列各能级上原子轨道的数目
1s:________,4d:________,5f:________,6p:________。?
提示:1 5 7 3
2.原子轨道的图形描述和电子在核外的空间分布
(1)原子轨道的图形描述
①表述:原子中单个电子的_____________即原子轨道。
②形状
s轨道
_____
p轨道
相对于x、y、z轴对称,呈哑铃形(∞)
空间运动状态
球形
(2)电子云图
①表述:描述电子在核外空间某处单位体积内的_________的图形。
②含义:用单位体积内小点的疏密程度表示电子在原子核外出现_____的大小。
概率分布
概率
【微思考】图1和图2
分别是1s电子的概率密度分布图和原子轨道图。
(1)图1中的每个小黑点表示一个电子吗?
(2)图2表明1s轨道呈什么形状,有多少个对称轴?
提示:(1)电子云图就是用小黑点疏密来表示空间各电子出现概率大小的一种图形,小黑点表示空间各电子出现的几率。
(2)1s轨道呈球形,有无数个对称轴。
关键能力·素养形成
知识点一 电子层、能级和原子轨道
【重点释疑】
n(电子层)
能级
原子轨道
最多容纳
电子数
取值
符号
符号
符号
数目
合计
1
K
s
1s
1
1
2
2
L
s
2s
1
4
8
p
2px、
2py、
2pz
3
n(电子层)
能级
原子轨道
最多容纳
电子数
取值
符号
符号
符号
数目
合计
3
M
s
3s
1
9
18
p
3px、3py、3pz
3
d
3d
5
4
N
s
4s
1
16
32
p
4px、4py、4pz
3
d
4d
5
f
4f
7
n
...
n2
2n2
2.不同原子轨道能量大小的关系:
【易错提醒】对能级与电子层关系的认识误区
并不是每个电子层上都有s、p、d、f能级。由于电子层数等于该电子层上的能级数目,如K层只有s能级,因此并不是所有的电子层上都有s、p、d、f能级。
【思考·讨论】
(1)电子层上的能级数与该能级上的原子轨道数之间又有什么关系?
提示:s能级有1个原子轨道,p能级有3个原子轨道,d能级有5个原子轨道,f能级有7个原子轨道。由此可以看出,某一能级数为x,则该能级上的原子轨道数等于2x-1。
(2)如何比较两个原子轨道的能量高低?
提示:相同电子层上不同原子轨道能量的高低:ns
【案例示范】
【典例】(双选)(2020·济宁高二检测)下列有关电子层和能级的认识正确的是
( )
A.各能级的原子轨道数按s、p、d、f顺序依次为1、3、5、7
B.各电子层的能级都是从s能级开始至f能级结束
C.各电子层含有的能级数为n
D.各电子层含有的电子数为2n2个
【解题指南】解答本题注意以下两点:
(1)每个电子层上的能级数为n;
(2)每个电子层上的原子轨道数为n2;电子数为2n2。
【解析】选A、C。各电子层的能级数等于其所处的电子层数,即当n=1时,它只有一个s能级,当n=2时,它有两个能级:s能级和p能级,所以B错误,C正确;而每个电子层最多容纳的电子数为2n2个。
【母题追问】(1)各电子层上电子的运动状态有多少个?
提示:同一个原子中没有任何两个电子的运动状态完全相同,所以各电子层上电子的运动状态=该电子层上的电子数=2n2。
(2)上题中的A项,若某电子层上有s、p、d、f四个能级,这4个能级的能量高低相同吗?
提示:同一电子层上不同能级的能量高低顺序为ns【规律方法】不同能级上原子轨道的表示方法
ns能级只有一个原子轨道,可表示为ns;np能级有3个原子轨道,可表示为npx、npy、npz;nd能级有5个原子轨道;nf能级有7个原子轨道。
【迁移·应用】
1.(2020·日照高二检测)下列电子层中,包含有f能级的是
( )
A.K电子层 B.L电子层 C.M电子层 D.N电子层
【解析】选D。
K层包含s能级,L层包含s、p能级,M层包含s、p、d能级,N层包含s、p、d、f能级。
2.某元素原子的核外有三个电子层,最外电子层有4个电子,该原子核内的质子数为
( )
A.14
B.15
C.16
D.17
【解析】选A。原子核外共有三个电子层,最内层只有1s能级,可容纳2个电子,第二层有2s、2p两个能级,可容纳1×2+3×2=8个电子,最外层有4个电子,所以该原子核外有14个电子,又因在原子中,核外电子数等于核内质子数,故选A项。
【补偿训练】
1.电子层数n=3时,其原子轨道有
( )
A.4个 B.7个 C.8个 D.9个
【解析】选D。电子层数n=3的原子轨道有3s(1个原子轨道),3p(3种伸展方向,即3个原子轨道),3d(5种伸展方向,即5个原子轨道)共9(即n2)个原子轨道。
2.以下能级符号正确的是
( )
①6s ②2d ③3f ④7p
A.①②
B.②③
C.③④
D.①④
【解析】选D。能级数与电子层数n相同,当n=2时,只有2s、2p能级,不能出现d能级,而在n=3时也不会出现3f能级。
【素养提升】
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屏X65等新品,还发布了一个值得数码爱好者关注的配件:华为氮化镓充电器。
华为的这款氮化镓充电器是1A1C双口设计,可以支持电脑和笔记本一起充电,体
积肯定也是足够小巧便携的,而且插脚还能折叠。
镓元素为第ⅢA族的金属元素,其原子结构示意图为
。
(1)该元素的原子核外电子共有多少个电子层?第4层上的能级符号如何表示?
分别是多少?
提示:该元素的原子核外共有4个电子层,第4层上的能级符号分别为4s、4p、
4d、4f。
(2)该元素原子的次外层上有多少个原子轨道?多少个电子的运动状态?
提示:该元素的次外层为第三层,共有9个原子轨道,18个电子的运动状态。
知识点二 原子轨道的图形描述和电子云图
【重点释疑】
1.原子轨道的图形描述
(1)s能级的原子轨道:s能级的原子轨道是球形的,电子层序数越大,原子轨道的半径越大。这是由于1s,2s,3s……电子的能量依次增高,电子在离核更远的区域出现的概率逐渐增大,电子云越来越向更大的空间扩展。因而2s电子云必然比1s电子云更稀疏。
(2)p能级的原子轨道:p能级的原子轨道是轴对称的,每个p能级有3个轨道,它们互相垂直,分别以px、py、pz为符号。p能级的原子轨道的平均半径也随电子层序数的增大而增大。
2.电子云:电子运动不能用牛顿运动定律来描述,只能用统计的观点来描述。我们不可能像描述宏观运动物体那样,确定一定状态的核外电子在某个时刻处于原子核外的空间位置,而只能确定它在原子核外各处出现的概率。概率分布图看起来像一片云雾,因而被形象地称为电子云。常把电子出现的概率约为90%的空间圈出来,人们把这种电子云图称为原子轨道。
【易错提醒】(1)s轨道为球形,p轨道为“∞”形,并不是说s能级电子绕核做圆周运动,p能级电子绕核做“∞”形运动。
(2)电子云图中的一个小黑点,不代表一个电子。
(3)离核越近,电子在单位体积内出现的概率越大。
【案例示范】
【典例】(2020·盐城高二检测)电子云与原子轨道的形状是原子核外电子运动状态的两种形象化描述,下列有关说法错误的是
( )
A.s电子的原子轨道都是球形的,2s电子比1s电子能量高且电子云比1s更扩散
B.每个p能级有3个原子轨道,它们相互垂直,能量相同
C.p轨道的能量一定高于s轨道的能量
D.处于同一原子轨道,电子自旋状态有两种
【解题指南】解答本题注意以下2点:
(1)不同电子层上的相同能级电子云的形状相同,大小不同;
(2)轨道的能量与电子层数及能级数有关。
【解析】选C。同一电子层上p能级能量高于s能级能量,不同电子层上p能级能量不一定高于s能级能量,如3s>2p。
【易错提醒】有关电子能量高低比较的方法:
(1)同一电子层上的电子能量不一定相同,但同一能级上的电子能量一定相同。
(2)不同电子层的能级上的电子能量一定不同。
【迁移·应用】
1.(2020·宁德高二检测)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.s电子的电子云形状是球形对称的
C.电子先沿z轴正半轴运动,然后再沿负半轴运动
D.2px轨道能量与2pz轨道能量相同
【解析】选C。电子云是电子在一定区域内出现概率大小的图形,它并不是电子运动的实际轨迹(或轨道),故C错;s轨道是球形对称的,s电子的电子云是球形对称的,故B对;观察该图可知A对;2p三个轨道的能量相同,D对。
2.下列说法中正确的是
( )
A.1s电子云呈球形,表示电子绕原子核做圆周运动
B.电子云图中小黑点的疏密说明了电子的多少
C.ns能级的原子轨道示意图可表示为
D.3d表示3d能级有3个轨道
【解析】选C。A项,电子云表示电子在原子核外单位体积内出现概率的大小,1s电子云呈球形,表示1s电子在空间出现的概率分布呈球形对称,而不是表示电子做圆周运动;B项,电子云图中的小黑点仅表示电子在此区域出现的概率,而非真正的电子;C项,ns能级原子轨道为球形;D项,3d表示第三电子层上的d轨道。
【补偿训练】
1.以下对核外电子运动状态的描述正确的是
( )
A.电子的运动与行星相似,围绕原子核在固定的轨道上高速旋转
B.能量低的电子只能在s轨道上运动,能量高的电子总是在f轨道上运动
C.电子云表示电子在原子核外运动的轨迹
D.在同一原子轨道上运动的电子,其运动状态肯定不同
【解析】选D。A项,电子没有固定的运动轨迹;B项,能量低的电子不一定在s轨道上运动,电子能量的高低是相对而言;C项,电子云表示电子出现的概率;D项,在同一原子轨道上运动的电子,其电子层、能级、轨道相当,但自旋方向相反,即电子的运动状态不同,正确。
2.下列说法中正确的是
( )
A.电子云通常是用小黑点来表示电子的多少
B.处于最低能量的原子叫基态原子
C.能量高的电子在离核近的区域运动,能量低的电子在离核远的区域运动
D.电子仅在激发态跃迁到基态时才会产生原子光谱
【解析】选B。A项,电子云通常用小黑点表示单位体积内电子出现概率的大小;C项,电子离核由近到远,能量由低到高;D项,电子在基态跃迁到激发态时也会产生原子光谱。
【素养提升】
Pb(N3)2简称叠氮化铅,一种起爆药。主要用于装填电雷管和混合装填针刺雷管、延期雷管和火焰雷管。
已知N原子的第2电子层的p能级上有2px、2py、2pz三个原子轨道。
(1)这三个p轨道上的电子的能量是否相同?
(2)这三个p轨道的形状是否相同?电子云在空间的伸展方向是否相同?
提示:(1)2px、2py、2pz表示的是相同能级上的原子轨道,其电子能量相同。
(2)这三个原子轨道电子云的形状相同,电子云在空间的伸展方向互相垂直。
【课堂回眸】
课堂检测·素养达标
1.(2020·宿州高二检测)下列对不同时期原子结构模型的提出在时间上先后排列顺序正确的是
( )
①电子分层排布模型 ②“葡萄干布丁”模型 ③量子力学模型 ④道尔顿原子学说 ⑤核式模型
A.①③②⑤④
B.④②③①⑤
C.④②⑤①③
D.④⑤②①③
【解析】选C。最早的是道尔顿的原子学说,然后是汤姆孙的“葡萄干布丁”模型,接着是卢瑟福的核式模型,再其次是玻尔的原子结构模型,最后是原子结构的量子力学模型,用量子化的观点描述原子核外电子的运动状态和运动规律。
【补偿训练】
最早成功解释了氢原子光谱为线状光谱的原子结构模型是
( )
A.卢瑟福原子结构模型
B.玻尔原子结构模型
C.量子力学模型
D.汤姆孙原子结构模型
【解析】选B。玻尔的原子结构模型最早成功解释了氢原子光谱是线状光谱。汤姆孙原子结构“葡萄干布丁”模型只解释了原子中存在电子的问题。卢瑟福原子结构模型是根据α粒子散射实验提出来的,解决了原子核的问题(带正电的部分集中在一个核上)。量子力学模型是在量子力学理论的基础上提出的,能解释复杂的原子光谱现象。
2.(教材习题改编)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.电子由能量较高的轨道向能量较低的轨道跃迁时以光的形式释放能量
B.电子由能量较低的轨道向能量较高的轨道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】选A。在电流作用下,基态氖原子的电子吸收能量跃迁到较高的轨道,变为激发态原子,这一过程要吸收能量,不会发出红光;而电子从较高能量的激发态跃迁到较低能量的激发态或基态时,将释放能量,从而产生红光,故A项正确。
【易错提醒】焰色反应、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。
3.(双选)下列各组多电子原子的原子轨道能量高低比较中,错误的是
( )
A.2s<2p B.3px<3py C.3s<3d D.4s>4p
【解析】选B、D。同一电子层上原子轨道的能量高低为ns4.(双选)(2020·西安高二检测)下面是s能级和p能级的原子轨道图,下列说法正确的是
( )
A.s电子的原子轨道呈圆形
B.每个s能级有2个原子轨道
C.每个p能级有3个原子轨道
D.原子轨道的半径与电子层数有关
【解析】选C、D。每个s能级有1个原子轨道,s电子原子轨道是球形的,随着电子层数的增大,其半径也逐渐增大。p电子原子轨道是轴对称的,每个p能级有3个相互垂直的原子轨道,p电子原子轨道的平均半径也随着电子层数的增大而增大。
5.当电子层、能级和原子轨道确定后,仍不能确定该原子轨道的
( )
A.数目 B.空间伸展方向 C.能量高低 D.电子数
【解析】选D。电子层、能级和原子轨道确定后,原子轨道数目、空间伸展方向、能量高低都能确定,只有轨道上填充的电子数不能确定。
6.(新思维·新考向)在动力电池领域,磷酸铁锂电池与三元电池是两大技术路线。当前电动汽车制造商通常在乘用车中采用镍钴铝电池和镍钴锰电池等三元电池。该种电池能量密度更高,且具备更强续航能力,
但其中的钴元素也是动力电池中最昂贵的金属之一。
钴元素的原子结构示意图如图:
若核外电子在进入原子轨道时优先进入能量低的原子轨道
后进入能量高的原子轨道,预测n=3和n=4的电子层上各能级
上的电子数目分别是多少?并指明理由。
电子层数
预测各能级上的电子数目
预测依据
3
s
p
d
4
s
p
d
f
【解析】同一电子层上的能量高低为s先进入能量低的原子轨道后进入能量高的原子轨道。
答案:
电子层数
预测各能级上的电子数目
预测依据
3
s
2
由于同一电子层上的原子轨道的能量高低为sp
6
d
10
4
s
2
p
6
d
10
f
14(共61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
必备知识·素养奠基
1.基态原子的核外电子排布规律
【微思考】根据基态原子核外电子排布原则思考:
(1)为什么每个电子层最多容纳2n2个电子?
提示:各电子层上的能级数目=电子层序数n,根据泡利不相容原理,每个原子轨道最多只能容纳2个电子,所以每个电子层最多容纳2n2个电子。
(2)为什么原子核外最外层的电子不超过8个?次外层不超过18个电子?
提示:由于E(nd)>E[(n+1)s],当ns和np轨道电子排满时,多余的电子不是填入nd轨道,而是首先填入(n+1)s轨道,因此最外层电子数不可能超过2+6=8。同理次外层由(n-1)s(n-1)p(n-1)d组成,所容纳的电子数不大于2+6+10=18。
2.核外电子排布的表示方法
电子
排布
式
表示
方法
按照_________原则对能级进行排序,进而在
ns、np、nd等能级符号的右上角用数字表
示出_____的数目
图示
轨道
表示
式
表示
方法
用方框(或小圆圈、短线)表示一个_________,
用箭头“↑”或“↓”来区别_________不同的电子
图示
能量最低
电子
原子轨道
自旋方向
【巧判断】
(1)电子进入原子轨道的顺序和电子排布式的书写顺序一致。
( )
提示:×。电子按能量由低到高顺序在原子轨道上排布,但书写电子排布式或轨
道表示式时,应按电子层数由小到大的顺序书写。
(2)碳原子的轨道表示式为
。
( )
提示:×。2p轨道上应该有一个空的原子轨道。
【情境·思考】
喜爱漫威的同学都熟悉钢铁侠,钢铁侠在《复仇者联盟4》中拯救了世界,电影里早期的盔甲材料用的是军用卫星的金钛合金,而不是一般的钛合金。相较于普通钢材在高空容易结冰的缺点,金钛合金在低温下完全不惧怕结冰的问题。
铠甲中的合金的成分之一钛元素被称为“二十一世纪的金属”22Ti原子的核外电子排布式和轨道表示式分别如何表示?
提示:核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d24s2,轨道表示式为
。
3.19号～36号元素基态原子的核外电子排布
(1)构造原理
基态原子核外电子在原子轨道上的排列顺序
(2)洪特规则的特例
能量相同的原子轨道在全充满(如d10)、半充满(如d5)和全空状态(如d0)状态时,体系能量较低。
【做一做】下列原子或离子的电子排布的表示方法中,正确的是____________,
违反了能量最低原理的是____________,违反洪特规则的是____________,违反
泡利不相容原理的是____________,违反洪特规则特例的是____________
(填序号)。?
①Ca2+:1s22s22p63s23p6
②F-:1s22s23p6
③P:
④Cr:1s22s22p63s23p63d44s2
⑤Fe:1s22s22p63s23p63d64s2
⑥Mg2+:1s22s22p6
⑦C:
⑧O原子:
提示:根据核外电子排布规律②中错误在于电子排完2s轨道后应排2p轨道
而不是3p轨道,正确的应为1s22s22p6;③中没有遵循洪特规则——电子在能量相同的轨
道上排布时,应尽可能分占不同的轨道并且自旋状态相同,最外层电子排布应
为
;④中忽略了能量相同的原子轨道在半充满状态时,体系的能量较低,原子较
稳定,正确的应为1s22s22p63s23p63d54s1,违反了洪特规则的特例。⑤和⑥正确,⑦违反
洪特规则,正确的应为
。⑧的轨道表示式为
违反了泡利不相容
原理。
故核外电子排布表示正确的是①⑤⑥;违反能量最低原理的是②;违反洪特规则的是③⑦;违反泡利不相容原理的是⑧;违反洪特规则特例的是④。
关键能力·素养形成
知识点一 核外电子的排布规律
【重点释疑】
1.能量最低原则
(1)基态原子核外电子在原子轨道上的排布顺序。
(2)排列规律:三层以上的电子层中出现能级交错现象,对核外电子排布的影响很大。
①能量顺序按照1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 5s 4d 5p 6s 4f 5d 6p 7s……,即按照ns (n-2)f (n-1)d np顺序排列。
②能量高低:1s<2s<3s,2p<3p<4p,ns2.泡利不相容原理的说明
(1)在核外电子的排布中,排在同一轨道上的两个电子,自旋方向相反;而自旋方向相同的电子,必然处于不同的轨道上。可以这样理解:在同一原子中,没有运动状态完全相同的两个电子存在,原子核外有几个电子,就有几种运动状态。
(2)根据泡利不相容原理,我们可以推算出各电子层可以容纳的最多电子数为2n2。
3.洪特规则的特例
当同一能级上的电子排布为全充满(如p6、d10、f14)、半充满(如p3、d5、f7)和全空状态(如p0、d0、f0)时,具有较低的能量和较大的稳定性,这称为洪特规则的特例。例如,铬(24Cr)的价电子排布式是3d54s1(3d、4s能级均为半充满)而不是3d44s2,铜(29Cu)的价电子排布式是3d104s1(3d全充满、4s半充满)而不是3d94s2等。
【易错提醒】核外电子排布原则应用的易错误区
(1)应用时不能顾此失彼:核外电子在原子轨道上排布要遵循三个原则,即能量最低原则、泡利不相容原理和洪特规则。这三个原则并不是孤立的,而是相互联系、相互制约的,也就是说核外电子在原子轨道上排布要同时遵循这三个原则。其中能量最低原则可叙述为,在不违反泡利不相容原理的前提下,核外电子在各个原子轨道上的排布方式应使整个原子体
系的能量最低。
(2)能级交错现象:核外电子的能量并不是完全按电子层序数的增加而升高的,不同电子层的能级之间的能量高低有交错现象,如E(3d)>E(4s)、E(4d)>E(5s)、E(5d)>E(6s)、E(6d)>E(7s)、E(4f)>E(5p)、E(4f)>E(6s)等。
【思考·讨论】
(1)电子层数n值越大,原子轨道的能量越高吗?
提示:n为1、2时,n值越大,原子轨道的能量越高,但是从第3层开始出现能级交错现象,比如E(3d)>E(4s)。
(2)为什么三价铁离子的稳定性大于二价铁离子?
提示:铁原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2,
当失去4s轨道上的两个电子时变成二价铁离子,电子排布式为1s22s22p63s23p63d6,而如果形成三价铁离子时电子排布式为1s22s22p63s23p63d5,此时3d轨道处于半满状态,较为稳定。
【案例示范】
【典例】(双选)(2020·菏泽高二检测)核外电子的排布遵循一定的规律,这些
规律相辅相成,下列关于核外电子的排布规律说法错误的是
( )
A.同一原子,ns电子的能量不一定低于(n+1)p电子的能量
B.6C的电子排布式1s22s22
违反了洪特规则
C.24Cr的电子排布式1s22s22p63s23p63d54s1违反了能量最低原理
D.22Ti的电子排布式1s22s22p63s23p10违反了泡利不相容原理
【解题指南】解答本题注意以下两点:
(1)核外电子排布遵循能量最低原理、泡利不相容原理、洪特规则。
(2)核外电子排布要注意洪特规则的特例。
【解析】选A、C。同一原子,ns电子的能量一定低于(n+1)p电子的能量,A错误;对于6C原子来说,2p能级有3个能量相同的原子轨道,2p能级上的两个电子应以自旋状态相同的方式排布在两个不同的2p轨道上才符合洪特规则,B正确;根据构造原理可知E(4s)【母题追问】上题C中24Cr的电子排布式若为1s22s22p63s23p64s24p4是否合理?
提示:不合理,违反了能量最低原理。
【易错提醒】核外电子排布规律的注意事项
原子的核外电子排布遵循构造原理能使整个原子的能量处于最低状态,构造原理是书写基态原子电子排布式的依据,也是绘制基态原子轨道表示式的主要依据之一。但需注意洪特规则特例。
【迁移·应用】
1.(2020·日照高二检测)各电子层排布电子的总数要遵循以下规律:①每层最多容纳2n2个电子;②原子最外层电子数≤8;③原子次外层电子数≤18。决定这3条规律的电子排布规则是
( )
A.能量最低原理
B.泡利不相容原理
C.洪特规则
D.能量最低原理和泡利不相容原理
【解析】选D。基态原子的电子排布遵循能量最低原理、泡利不相容原理和洪特规则,而洪特规则是讲电子优先单独占据一个轨道,而且自旋状态相同的,故不符合题意,由此可知本题选择D项。
2.若将P原子的电子排布式写成1s22s22p63s23
3
,它违背了
( )
A.能量守恒原理
B.泡利不相容原理
C.能量最低原理
D.洪特规则
【解析】选D。对于基态原子,电子在能量相同的轨道上排布时,将尽可能分占
不同的轨道并自旋方向相同。若将P原子的电子排布式写成
1s22s22p63s23
3
,它违背了洪特规则。
3.(双选)(2020·菏泽高二检测)核外电子排布规律揭示的电子排布能级顺序,实质是各能级能量高低。若以E表示某能级的能量,以下各式中正确的是
( )
A.E(5s)>E(4f)>E(4s)>E(3d)
B.E(3d)>E(4s)>E(3p)>E(3s)
C.E(4s)>E(4p)>E(4d)>E(4f)
D.E(4f)>E(5s)>E(3d)>E(4s)
【解析】选B、D。A、D项,应为E(4f)>E(5s)>E(3d)>E(4s),A错误,D正确;C项应为E(4s)【补偿训练】
1.下列有关构造原理的说法错误的是
( )
A.原子核外电子填充3p、3d、4s能级的顺序为3p→4s→3d
B.某基态原子部分核外电子的排布为3d64s2
C.所有基态原子的核外电子排布都遵循构造原理
D.构造原理中的电子排布能级顺序,实质是各能级能量由低到高的顺序
【解析】选C。根据构造原理示意图判断,A项和B项正确;绝大多数基态原子的核外电子排布都遵循构造原理,但也有少数例外,如Cu和Cr,故C项错误。构造原理中电子填入能级的顺序即各能级能量由低到高的顺序,故D项正确。
2.某元素的原子序数为33,则该元素的基态原子中能量最高的电子应排布在
( )
A.3s能级
B.4p能级
C.4s能级
D.3p能级
【解析】选B。原子序数为33的元素是As,其核外电子排布式
1s22s22p63s23p63d104s24p3。
【素养提升】
特斯拉是美国电动汽车制造商,2019年1月7日,上海最大的外资制造业项目
——特斯拉超级工厂正式开工建设。特斯拉使用宁德时代生产的磷酸铁锂电池。
(1)若将铁元素原子的电子排布式表示为1s22s22p63s23p63d8,不符合核外电子排
布的哪个原则?
提示:不符合能量最低原理,由于3d大于4s所以应该先排4s再排3d轨道,因此电
子排布式应该为1s22s22p63s23p63d64s2。
(2)若锂原子的核外电子排布表示为
违背了哪一个原则?
提示:违背了泡利不相容原理,s轨道上的两个电子的自旋方向应该相反。
知识点二 核外电子排布的表示方法
【重点释疑】
核外电子排布的表示方法比较
原子结构
示意图
意义
将每个电子层上的电子总数表示在原子核外的式子
实例
电子排布式
意义
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
离子的电
子排布式
意义
元素原子得到电子或失去电子形成的离子的电子排布式
实例
K+:1s22s22p63s23p6
轨道表示式
意义
每个方框代表一个原子轨道,每个箭头代表一个电子
实例
S2-
【误区警示】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
要相互分开,同一能级中的
要相互连接。
(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)基态原子的电子排布遵循能量最低原理、泡利不相容原理和洪特规则。
【思考·讨论】
(1)电子排布式和轨道表示式哪一个能更加具体反映电子在核外运动状态?
提示:电子排布式能够表示出每一个能级上的电子排布情况,轨道表示式除了能够表示出在每一个能级上电子的排布情况外,还能表示出电子在该能级的原子轨道上的排布情况,因此比电子排布式更加具体形象。
(2)如何书写铁元素的电子排布式?
提示:复杂原子的电子排布式的书写。
先按能量最低原理从低到高排列,然后将同一层的电子移到一起。
先按能量从低到高排列为1s22s22p63s23p64s23d6,然后将同一层的排列在一起,即该原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2。
【案例示范】
【典例】(2020·海口高二检测)A、B、C、D、E代表前四周期的五种元素,原子序数依次增大。请填空:
(1)A元素基态原子的最外层有3个未成对电子,次外层有2个电子,其轨道表示式为__。?
(2)B元素的负一价离子的电子层结构与氩相同,B的离子的结构示意图为___。?
(3)C元素的正三价离子的3d能级为半充满,C的元素符号为________,其基态原子的电子排布式为____________。?
(4)D元素基态原子的M层全充满,N层没有成对电子,只有一个未成对电子,D的元素符号为________。其基态原子的电子排布式为________________。?
(5)E元素基态原子中没有未成对电子,E的电子排布式是_________________。?
【解题指南】解答本题时应该先根据元素原子的结构特点推测元素,然后再根据核外电子排布的原则表示出核外电子的排布式。
【解析】(1)基态原子的最外层有3个未成对电子,次外层有2个电子的元素为氮
元素,其轨道表示式为
。
(2)因为B-的电子层结构与氩相同,即核外电子数相同,所以B元素的质子数为
18-1=17,则B-为Cl-,其结构示意图为
。
(3)C元素的正三价离子的3d能级为半充满,C的元素符号为Fe,其基态原子的电子排布式:1s22s22p63s23p63d64s2。
(4)D元素基态原子的M层全充满,N层没有成对电子,只有一个未成对电子,则D为Cu,其基态原子电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s1。
(5)E元素基态原子中没有未成对电子,且E的原子序数在五种元素中最大,因此E元素为30号元素Zn或36号元素Kr,其电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s2或
1s22s22p63s23p63d104s24p6。
答案:(1)
(2)
(3)Fe 1s22s22p63s23p63d64s2
(4)Cu 1s22s22p63s23p63d104s1
(5)1s22s22p63s23p63d104s2或1s22s22p63s23p63d104s24p6
【规律方法】离子的电子排布式的书写流程
离子的电子排布式在书写时应以原子的电子排布式为基础,首先根据构造原理,写出相应原子的电子排布式,再根据原子得失电子的情况作出相应的调整,写出相应的离子的电子排布式。比如,钠原子的电子排布式为1s22s22p63s1当它失去一个电子时就变成钠离子其电子排布式就变为1s22s22p6。
【迁移·应用】
1.(2020·天津高二检测)下列有关核外电子排布的式子不正确的是
( )
A.24Cr的电子排布式:1s22s22p63s23p63d54s1
B.K的最外层电子排布式:4s1
C.N原子的轨道表示式为
D.S原子的轨道表示式为
【解析】选D。
A
原子轨道在全充满、半充满和全空状态时体系能量较低,原子较稳定,故Cr的最外层电子排布式不是3d44s2,而是3d54s1
√
B
该式为最外层电子排布式
√
C
2p3中的三个电子自旋状态相同
√
D
S原子的轨道表示式违反了洪特规则,正确的应是
×
2.下列原子中未成对电子数最多的是
( )
A.C B.O C.N D.Cl
【解析】选C。A项,C的核外电子排布式为1s22s22p2,p能级有3个原子轨道,因此未成对电子数为2;B项,O的核外电子排布式为1s22s22p4,p能级有3个原子轨道,因此未成对电子数为2;C项,N的核外电子排布式为1s22s22p3,p能级有3个原子轨道,因此未成对电子数为3;D项,Cl的核外电子排布式为1s22s22p63s23p5,p能级有3个原子轨道,因此未成对电子数为1。
3.下表列出了核电荷数为21～25的元素的最高正化合价,回答下列问题:
元素名称
钪
钛
钒
铬
锰
元素符号
Sc
Ti
V
Cr
Mn
核电荷数
21
22
23
24
25
最高正价
+3
+4
+5
+6
+7
(1)写出下列元素基态原子的核外电子排布式:
Sc__________________________________。?
Ti__________________________________。?
V___________________________________。?
Mn__________________________________。?
(2)已知基态铬原子的电子排布式是1s22s22p63s23p63d54s1,并不符合构造原理,为什么核外电子这样排布呢?
________________________。?
(3)对比上述五种元素原子的核外电子排布与元素的最高正化合价,你发现的规律是____________;出现这一现象的原因是________________________。?
【解析】(1)根据原子序数和构造原理可以写出4种元素原子的核外电子排布式。(2)由洪特规则,可知等价轨道全充满、半充满或全空的状态一般比较稳定。(3)由化合价数值与对应的核外电子排布式,可以得出最高正化合价数值等于各元素基态原子的最外电子层s电子和次外电子层d电子数目之和;并且d电子也参与了化学反应。
答案:(1)1s22s22p63s23p63d14s2
1s22s22p63s23p63d24s2 1s22s22p63s23p63d34s2
1s22s22p63s23p63d54s2
(2)由洪特规则,可知能量相同的轨道半充满状态一般比较稳定
(3)五种元素的最高正化合价数值等于各元素基态原子的最外电子层s电子和次外电子层d电子数目之和 d电子也参与了化学反应
【补偿训练】
以下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
( )
A.
B.
C.1s2 D.
【解析】选D。A项只能表示最外层电子数;B项只表示核外的电子分层排布情
况;C项具体到各能级的电子数;而D项包含了电子层数、能级数以及轨道内电子
的自旋方向,故该项正确。
【素养提升】
(2020·菏泽高二检测)砷是33号元素,其单质具有灰、黄、黑色三种同素异形体,其中灰砷具有金属性,质脆而硬。砷在常温下缓慢氧化,加热则迅速氧化生成三氧化二砷。三氧化二砷又名亚砷酐,俗称砒霜、白砒、砒石、信石,为白色粉末,微溶于水,易升华。
(1)该元素原子质子数和电子数有怎么样的关系?
(2)该元素原子核外的电子层数、能级数和原子轨道数目分别是多少?
(3)该元素的核外电子排布式及最外层电子排布式和最外层电子的轨道表示式分别如何表示?
提示:(1)根据元素原子的核外电子数=质子数=原子序数,可得出其质子数和核外电子数均为33。
(2)先利用能级顺序和排布原则排出其电子排布式:
1s22s22p63s23p63d104s24p3,得出该元素原子核外有4个电子层,8个能级,共1+1+3+1+3+5+1+3=18个原子轨道(s:1个轨道;p:3个轨道;d:5个轨道)。
(3)核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p3,
最外层电子排布式为4s24p3,最外层电子轨道表示式为
。
【课堂回眸】
课堂检测·素养达标
1.(教材习题改编)原子序数为24的基态铬原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s1而不是1s22s22p63s23p63d44s2的原因是
( )
A.能量最低原理
B.泡利不相容原理
C.洪特规则
D.洪特规则的特例
【解析】选D。根据洪特规则的特例,1s22s22p63s23p63d54s1。
【补偿训练】
在2p能级上最多只能排布6个电子,其依据的规律是
( )
A.能量最低原理
B.泡利不相容原理
C.洪特规则
D.能量最低原理和泡利不相容原理
【解析】选B。A中能量最低原理主要是电子排布先后顺序,洪特规则指的是相同能级电子尽量占据不同轨道,只有B选项泡利不相容原理说明一个轨道上最多容纳2个电子且自旋方向相反,2p能级共有3个轨道,最多容纳6个电子。
2.(2020·淄博高二检测)基态碳原子的最外电子层的各能级中,电子排布的方
式正确的是
( )
A.
B.
C.
D.
【解析】选C。A项中,E2s旋状态应相同;B项中,2p轨道上的2个电子应分占两个轨道且自旋状态相同;C项
中,符合电子层能级的能量关系及排布规则;D项中,属于激发态原子的电子排布
式。
3.(双选)(2020·淄博高二检测)下列叙述正确的是
( )
A.3d64s2是基态原子的电子排布
B.铬原子的电子排布式:1s22s22p63s23p64s13d5
C.铜原子的电子排布式:1s22s22p63s23p63d104s1
D.氮原子的轨道表示式是
【解析】选A、C。B项,在书写电子排布式时,不能按填充顺序书写;C项,d轨道
应是全充满时稳定;D项违反了洪特规则。
4.(双选)下列元素中,基态原子的最外层电子排布式不正确的是
( )
A.As 4s24p3
B.Cr 3d44s2
C.Ar 3s23p6
D.Cu 3d94s2
【解析】选B、D。能量相同的原子轨道在全充满(p6和d10)、半充满(p3和d5)和全空(p0和d0)状态时,体系能量较低,原子较稳定。故B项中Cr原子的最外层电子排布式应为3d54s1;D项应为3d104s1。
5.(2020·潍坊高二检测)某元素基态原子3d轨道上有5个电子,则该原子最外层电子的排布可能是
( )
A.4s1 B.4s24p1 C.4s24p3 D.3s23p63d5
【解析】选A。3d轨道上有5个电子,属于半充满稳定状态,又根据构造原理可知电子先填充4s轨道再填充3d轨道,待3d轨道填满后再填充4p轨道,故题给原子的价层电子排布为3d54s1或3d54s2,最外层电子排布为4s1或4s2,故A正确。
6.(新思维·新考向)雄黄与雌黄是共生矿物,有“矿物鸳鸯”的说法
。化学式
为As2S2、As2S3。我国古代有端午节饮雄黄酒的习俗,雌黄不仅仅是作为药物的
存在,更有一个意想不到的特异功能——修改错字。在中国古代,雌黄经常用来
修改错字。因此,在汉语环境中,雌黄有篡改文章的意思,并且有着“胡说八
道”的引申义,如成语“信口雌黄”。结合核外电子排布规律完成表格,结合S
的主要化合价,并根据最外层电子的电子排布式预测As元素的主要化合价。
元素
最外层电子排布式
最外层电子轨道表示式
S
As
As的最高正价为________,最低负价为
________。?
【解析】根据核外电子排布的规律可以得到,两种元素的核外电子排布式分别为1s22s22p63s23p4和1s22s22p63s23p63d104s24p3。由于As元素的最外层有5个电子,其最高正价为+5价,最低负价为-3价。
答案:
+5 -3
元素
最外层电子排布式
最外层电子轨道表示式
S
3s23p4
As
4s24p3(共58张PPT)
第2课时 核外电子排布与元素周期表
必备知识·素养奠基
1.核外电子排布与周期的关系
(1)鲍林近似能级图与周期
(2)结论:
①能级组中n的最大值等于周期数;
②能级组中最多容纳的电子数等于该周期中所容纳的元素种类数。
2.核外电子排布与族的关系
(1)族
①划分依据
取决于原子的___________和___________。
②特点:
同族元素的价电子数目和价电子排布_____。
价电子数目
价电子排布
相同
(2)价电子排布与族序数
元素所
在的族
价电子排布
族序数与价电子数的关系
主族元素
_____或________
族序数=_________
过渡元素
_______________
(钯4d10除外)
ⅢB～Ⅷ
族序数=_________
ⅠB和
ⅡB
族序数=ns电子数
0族元素
ns2np6(He除外)
ns1～2
ns2np1～5
价电子数
(n-1)d1～10ns1～2
价电子数
【情境·思考】
独居石的英文名称monazite来自希腊文monazem,意为无伴独居之意,寓意矿物产出稀少。为浅黄色至浅红褐色,强玻璃光泽或松脂光泽至蜡状光泽,微透明至透明。世界上出产宝石级独居石的国家有美国、玻利维亚等。透明宝石个体不大,已知最大者约5克拉。不透明的大晶体用于琢磨弧面型宝石。据国外有关资料报道,在“独居石”中,查明有116号元素。
若116号元素的价电子排布式为7s27p4,试判断该元素应位于周期表中的哪个位置?
提示:根据周期数等于电子层数,主族序数等于价电子数,可判断116号元素应位于第7周期ⅥA族。
【巧判断】
(1)价电子就是原子的最外层电子。
( )
提示:×。对于主族元素来说,价电子就是最外层电子,但是对于副族和Ⅷ族元素来说,价电子包含了部分的次外层电子,有的甚至还包括部分的倒数第三层电子。
(2)每一周期元素都是以ns1开头,以ns2np6结束。
( )
提示:×。并不是每一周期元素都是以ns1开头,以ns2np6结束,如:第一周期的元素以1s2结束。
3.元素周期表的分区
(1)分区的标准:按电子排布,可把周期表里的元素划分成5个区。除ds区外,区的名称来自按构造原理最后填入电子的能级符号。
(2)原子核外电子排布与区的划分
分区
范围
价电子排布
s区
ⅠA、ⅡA
ns1～2
p区
ⅢA～0族
ns2np1～6(He除外)
d区
ⅢB～Ⅷ
(n-1)d1～9ns1～2(钯除外)
ds区
ⅠB、ⅡB
(n-1)d10ns1～2
f区
ⅢB
(n-2)f0～14(n-1)d0～2ns2
【想一想】最活泼的金属元素、最活泼的非金属元素、常温下呈液态的金属(价电子排布为5d106s2)元素分别位于下面元素周期表中的哪个分区?
提示:最活泼的金属元素在ⅠA族,s区;最活泼的非金属元素(是氟)在ⅦA族,p区;汞的价电子排布为5d106s2,在ⅡB族,ds区。
关键能力·素养形成
知识点一 核外电子排布与周期与族的划分
【重点释疑】
1.核外电子排布与周期的划分
(1)每一周期元素原子的价电子排布和元素种数的关系。
周期
价电子排布
对应
能级组
元素
种数
ⅠA族
0族
最外层最多
容纳电子数
1
1s1
1s2
2
1s
2
2
2s1
2s22p6
8
2s、2p
8
3
3s1
3s23p6
8
3s、3p
8
周期
价电子排布
对应
能级组
元素
种数
ⅠA族
0族
最外层最多
容纳电子数
4
4s1
4s24p6
8
4s、3d、4p
18
5
5s1
5s25p6
8
5s、4d、5p
18
6
6s1
6s26p6
8
6s、4f、5d、6p
32
7
7s1
8
7s、5f、6d…
32
(2)核外电子排布与周期划分的关系。
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。
2.核外电子排布与族序数之间的关系
(1)族序数与核外电子排布的关系。
族序数从左向右的排列顺序与核外电子排布的关系如下:
①进入ns(ns1～2,1s2除外)为ⅠA族、ⅡA族。
(2)有关规律。
由上可知:①主族元素的最外层电子数,即价电子数,为其族序数;②副族元素中ⅢB～ⅦB族元素价电子数为其族序数;③稀有气体单独列为0族。
【思考·讨论】
(1)同一族的元素的价电子数相同,价电子排布式也相同吗?
提示:不相同。同一主族元素的价电子数相同,其价电子排布式中能级不同,价电子排布式不同。
(2)某元素基态原子的最外层电子排布式为ns2,该元素一定是第ⅡA族元素吗?
提示:不一定。价电子排布式为ns2的原子可能是第ⅡA族元素也可能是0族元素He。
【案例示范】
【典例】(2020·盐城高二检测)已知几种元素原子的核外电子排布情况,分别判断其元素符号、原子序数并指出其在周期表中的位置。
元素
—
元素符号
原子序数
周期
族
A
1s22s22p63s1
B
元素
—
元素符号
原子序数
周期
族
C
3d104s1
D
3s23p4
E
【解题指南】解答本题要注意以下两点:
(1)周期数=电子层数
(2)主族序数=最外层电子数
【解析】由电子排布式判断A为11号元素Na;由原子结构示意图可知x=26,B为26号元素Fe;由价电子排布式判断C为29号元素Cu;由电子排布式判断D为16号元素S;由基态原子的电子轨道表示式判断E为17号元素Cl。
答案:
A:Na 11 三 ⅠA B:Fe 26 四 Ⅷ
C:Cu 29 四 ⅠB D:S 16 三 ⅥA
E:Cl 17 三 ⅦA
【母题追问】(1)根据核外电子排布的表示方法判断上述哪些元素属于主族元素?
提示:主族元素的价电子排布往往是ns1～2np1～5,由此可以判断A、D、E均为主族元素。
(2)根据核外电子排布的表示方法判断上述哪些元素属于p区元素?
提示:p区元素的价电子排布为ns2np1～6,由此判断D、E属于p区元素。
【规律方法】主族元素在元素周期表中位置的判断方法
(1)由元素价电子排布式可推知其在元素周期表中的位置及化合价。
即:①周期序数=电子层数;
②主族序数=价电子数(最外层电子数)=最高化合价(O、F除外);
③主族序数-8=最低化合价。
(2)由元素在元素周期表中的位置可推知其价电子排布式。
【迁移·应用】
1.(双选)(2020·德州高二检测)价电子排布式为3d54s2的元素是
( )
A.稀有气体 B.过渡元素
C.主族元素
D.ⅦB族元素
【解析】选B、D。由该原子的电子排布式知该原子核外共有25个电子,即为25号元素Mn,是ⅦB族元素。
2.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
( )
A.4s1
B.3d104sn
C.nsnnp3n
D.ns2np3
【解析】选C。A项中最外层为4s1的价电子排布包括4s1、3d54s1、3d104s1;B项中3d104sn的电子排布包括3d104s1、3d104s2;C项中n为2,即2s22p6;D项中n可能为2、3、4、5、6、7。
3.有A、B、C、D、E五种元素。其中A为第4周期主族元素,与D可形成1∶1和2∶1原子个数比的化合物;B为第4周期过渡元素,最高化合价为+7;C和B是同周期的元素,具有相同的最高化合价;D的价电子排布式为nsnnpn+2,E元素的基态原子核外有7个原子轨道填充了电子。
(1)试写出下面三种元素的元素符号:
A________、B________、C________。?
(2)写出D2-的电子排布式:____________,基态E原子的电子排布式:____________。?
(3)B位于第________族,C位于第________族。?
【解析】由B为第4周期过渡元素,最高化合价为+7可推出B是锰元素;C和B是同周期的元素,具有相同的最高化合价,则C是溴元素;D的价电子排布式为nsnnpn+2,D是氧元素;A为第4周期主族元素,与D可形成1∶1和2∶1原子个数比的化合物,A是钾元素;B位于第4周期,最高价为+7价,根据族序数等于价电子数可知B位于第ⅦB族,Br原子最外层也是7个电子,属于主族元素,位于第ⅦA族;E元素的基态原子核外有7个原子轨道填充了电子,其核外电子排布式为1s22s22p63s23p1,该元素应为Al。
答案:(1)K Mn Br (2)1s22s22p6
1s22s22p63s23p1 (3)ⅦB ⅦA
【补偿训练】
1.具有以下结构的原子,一定属于主族元素原子的是
( )
①最外层有3个电子的原子
②最外层电子排布为ns2的原子
③最外层有3个未成对电子的原子
④次外层无未成对电子的原子
A.①② B.②③ C.①③ D.②④
【解析】选C。最外层有3个电子的原子,其最外层电子排布为ns2np1,属于ⅢA族,①正确;如Fe的最外层电子排布为4s2,He为1s2,它们都不是主族元素,②错误;因最外层电子数最多不超过8,故最外层有3个未成对电子的原子其最外层电子排布应为ns2np3,该元素一定为主族元素,③正确;有些过渡元素的次外层也可以达到饱和状态,如Zn:1s22s22p63s23p63d104s2,④错误。
2.某元素原子共有三个价电子,其中一个价电子位于第三电子层d能级。
(1)该原子的电子排布式为__。?
(2)该元素的原子序数为________,在周期表中处于第________周期________族,属于________区。该元素为________(填“金属”或“非金属”)元素,其最高化合价为____________。?
【解析】此题的关键是根据价电子排布写出核外电子排布式。有三个价电子其中一个价电子在3d能级,则其他两个价电子必在4s上,价电子排布为3d14s2,原子序数是21,在第四周期ⅢB族,处于d区,是金属元素,最高化合价是+3。
答案:(1)1s22s22p63s23p63d14s2 (2)21 四 ⅢB d 金属 +3
【素养提升】
硒是人体不可缺少的微量元素之一。能直接参与机体代谢,也能有效调节和提升人体的免疫功能,可以有效降低各类疾病的发生。而且,硒还有抗突变,促进致癌物质在体内灭活,调节机体免疫力,改善体质,缓解放化疗副作用,以及加快术后刀口恢复和防癌抗癌的作用。另外,硒还有保护眼睛、保护修复细胞、解毒防毒、抗污染和防治心血管类疾病的作用。现有含有元素硒(Se)的保健品已经进入市场,已知硒与氧元素同族,与钾元素同周期。
(1)硒元素原子的价电子排布式如何书写?
(2)硒元素在周期表的哪个位置?
(3)溴和硒的非金属性哪一个更大?
提示:由题给信息可知,Se位于第4周期ⅥA族,主族元素原子最外层电子数与其族序数相等,故Se原子最外层电子数是6,最外层电子排布式为4s24p4;同周期元素,元素的非金属性随原子序数的增大而增强,Br和Se属于同周期元素,且原子序数:Br>Se,所以Br的非金属性比Se强。
知识点二 元素周期表的分区
【重点释疑】
各区元素化学性质及原子价电子排布特点
包括的元素
价电子排布
化学性质
s区
ⅠA、ⅡA族
ns1～2(最后的电子填在ns上)
除氢外,都是活泼金属元素(碱金属和碱土金属)
p区
ⅢA～ⅦA、0族
ns2np1～6(除氦外,最后的电子填在np上)
最外层电子参与反应,随着最外层电子数目的增加,非金属性增强,金属性减弱(0族除外)
包括的元素
价电子排布
化学性质
d区
ⅢB～ⅦB(镧系、锕系除外)、Ⅷ族
(n-1)d1～9ns1～2[最后的电子填在(n-1)d上]
均为过渡金属,由于d轨道都未充满电子,因此d轨道上的电子可以不同程度参与化学键的形成
ds区
ⅠB、ⅡB族
(n-1)d10ns1～2[(n-1)d全充满]
均为过渡金属,d轨道已充满电子,因此d轨道上的电子一般不再参与化学键的形成
f区
镧系、锕系
(n-2)f0～14(n-1)d0～2ns2
镧系元素的化学性质非常相近;锕系元素的化学性质也非常相近
【思考·讨论】
(1)按构造原理最后填入电子的能级符号就是元素所在的区吗?
提示:不一定。He元素最后填入电子是s能级但是该元素却属于p区。
(2)有f轨道的元素一定是f区元素吗?
提示:f区元素指的是最后一个电子落在f轨道上的元素,而并非是指含有f轨道的原子。
【案例示范】
【典例】(2020·济南高二检测)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____________。?
(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________________,其中较稳定的是____________________。?
(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____________。?
(4)在p区中,第二周期ⅤA族元素原子的价电子轨道表示式为____________。?
(5)当今常用于核能开发的元素是铀和钚,它们在________区中。?
【解题指南】解答本题注意以下两点:
(1)元素周期表中分区的依据是最后一个电子进入的轨道(ds区除外);
(2)核外电子排布式根据电子层由小到大进行排列。
【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或[Ar]3d104s2,价电子排布式为3d104s2。
(4)该题中符合题意的为N,价电子轨道表示式为
。
(5)铀和钚均为锕系元素,位于f区。
答案:(1)球形
(2)Fe2+:1s22s22p63s23p63d6,Fe3+:1s22s22p63s23p63d5 Fe3+ (3)3d104s2
(4)
(5)f
【规律方法】元素周期表中族和分区的关系
(1)主族:s区和p区。(ns+np)的电子数=族序数。
(2)0族:p区。(ns+np)的电子数=8(或2)。
(3)副族:d区+ds区+f区。
①d区中[(n-1)d+ns]的电子数=族序数(第Ⅷ族部分元素除外)。
②当8≤[(n-1)d+ns]的电子数≤10时,则为第Ⅷ族元素。
③ds区中(n-1)d全充满,ns的电子数=族序数。
【迁移·应用】
1.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
( )
A.第三周期Ⅷ族,p区
B.第三周期ⅤB族,ds区
C.第四周期Ⅷ族,d区
D.第四周期Ⅴ族,f区
【解析】选C。+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Ⅷ族,位于d区。
2.(双选)关于元素在周期表中的分区,下列说法中正确的是
( )
A.在周期表中,最外层电子数为2的元素一定是ⅡA族元素
B.过渡元素包含d区,ds区及f区元素
C.原子的最外层电子数为8的都是稀有气体元素的原子
D.所有非金属元素都分布在p区
【解析】选B、C。最外层电子数为2的元素也可能是He或副族元素,故A错误;最外层电子数为8的原子,一定是稀有气体元素的原子,故C正确;非金属元素氢在s区,故D错误。
3.闪烁着银白色光泽的金属钛(22Ti)因具有密度小、强度大、无磁性等优良的机械性能,被广泛应用于军事、医学等领域,号称“崛起的第三金属”。已知钛有48Ti、49Ti、50Ti等核素,下列关于金属钛的叙述中不正确的是
( )
A.上述钛原子中,中子数不可能为22
B.钛元素在周期表中处于第四周期
C.钛的不同核素在周期表中处于不同的位置
D.钛元素是d区的过渡元素
【解析】选C。48Ti、49Ti、50Ti等核素的中子数分别为26、27、28,A正确;22Ti的价电子排布式为3d24s2,因此钛是d区第四周期的过渡元素,故B、D叙述正确;元素在周期表中的位置由其质子数决定,钛的同位素原子的质子数相同,在周期表中的同一位置,故C叙述不正确。
【补偿训练】
按电子排布,可以把周期表中的元素划分为5个区,以下元素属于p区的是
( )
A.Fe B.Mg C.Br D.Cu
【解析】选C。Fe的价电子排布式为3d64s2,属于d区元素,A错误;Mg的价电子排布式为3s2,属于s区元素,B错误;Br的价电子排布式为4s24p5,属于p区元素,C正确;Cu的价电子排布式为3d104s1,属于ds区元素,D错误。
【素养提升】
按矿泉水特征组分达到国家标准的主要类型分为九大类:
①偏硅酸矿泉水;②锶矿泉水;③锌矿泉水;④锂矿泉水;⑤硒矿泉水;⑥溴矿泉水;⑦碘矿泉水;⑧碳酸矿泉水;⑨盐类矿泉水。国家标准中规定的九项界限指标包括锂、锶、锌、硒、溴化物、碘化物、偏硅酸、游离二氧化碳和溶解性总固体,矿泉水中必须有一项或一项以上达到界限指标的要求,其要求含量分别为(单位:mg·L-1):锂、锌、碘化物均≥0.2,硒≥0.01,溴化物≥1.0,偏硅酸≥25,游离二氧化碳≥250和溶解性总固体≥1
000。
填写下表中元素的价电子排布式及分区。
元素名称
价电子排布式
分区
硅
锶
锂
硒
溴
碘
碳
【解析】写出每种元素的价电子排布式,并根据价电子排布式寻找元素的分区。
答案:
元素名称
价电子排布式
分区
硅
3s23p2
p
锶
5s2
s
锂
2s1
s
硒
4s24p4
p
溴
4s24p5
p
碘
5s25p5
p
碳
2s22p2
p
【课堂回眸】
课堂检测·素养达标
1.(2020·杭州高二检测)某元素电子排布式为4f46s2,其应在
( )
A.s区 B.p区 C.d区 D.f区
【解析】选D。元素在周期表中的分区,取决于元素原子的最后一个电子所进入的能级(ds区除外),因最后一个电子进入f能级,所以该元素为f区元素。
【补偿训练】
下列各组元素属于p区的是
( )
A.原子序数为1,2,7的元素
B.O,S,P
C.Fe,Ar,Cl
D.Na,Li,Mg
【解析】选B。A项中的氢位于s区;C中Fe位于d区;D项均位于s区。
2.价电子排布式为5s25p3的元素是
( )
A.第5周期ⅢA族
B.51号元素
C.非金属元素
D.Te
【解析】选B。5s25p3,5指的是电子层数,即属于第5周期,价电子指的是最外层电子数,主族元素所在族序数等于最外层电子数,即属于第ⅤA族元素,又因为最后一个电子填充在p能级上,属于p区,按照核外电子排布的规律,推出此元素是锑(Sb),B正确。
3.(2020·菏泽高二检测)原子序数为83的元素位于:①第5周期;②第6周期;③ⅣA族;④ⅤA族;⑤ⅡB族,其中正确的组合是
( )
A.①④
B.②③
C.②④
D.①⑤
【解析】选C。根据元素的原子序数确定元素在周期表中的位置时,基本方法是依据原子结构示意图,根据电子层数确定其所在周期,根据最外层电子数确定其所在族,但用0族定位法较为方便,即根据与该元素原子序数最邻近的0族元素的位置来确定。与83号元素最邻近的0族元素为86号元素氡,83号元素比氡的原子序数小3,那么它在元素周期表中的位置应该是氡左移3个格,即第6周期ⅤA族。
4.(双选)下列各组原子中,彼此化学性质一定相似的是
( )
A.原子核外电子排布式为1s2的X原子与原子核外电子排布式为1s22s2的Y原子
B.原子核外M层上仅有两个电子的X原子与原子核外N层上仅有两个电子的Y原子
C.2p轨道上有一对成对电子的X原子和3p轨道上只有一对成对电子的Y原子
D.最外层都只有一个电子的主族金属元素的X、Y原子
【解析】选C、D。本题考查的是核外电子排布的知识。A项,1s2结构的原子为He,1s22s2结构的原子为Be,两者性质不相似;B项,X原子为Mg,N层上有两个电子的Y原子有多种元素,如第4周期中Ca、Fe等都符合,化学性质不一定相似;C项,p轨道有一对成对电子,应是np4,为同主族的元素,化学性质一定相似;D项,符合题意的为碱金属元素,化学性质一定相似。
5.(新思维·新考向)元素X、Y、Z在周期表中的相对位置如图所示,已知Y元素原子的价电子排布式为ns(n-1)np(n+1)。
X
Y
Z
根据所给的信息及元素在周期表中的相对位置,推测三种元素在周期表中的具体位置,预测其主要化合价。
元素
符号
价电
子排
布式
元素的位置
主要
化合
价
周期
族
区
X
Y
Z
【解析】Y元素原子的价电子排布式为ns(n-1)np(n+1),由n-1=2可得n=3,Y元素原子的价电子排布式为3s23p4,则Y元素位于第3周期ⅥA族,Z位于第4周期ⅤA族,价电子排布式为4s24p3,X元素位于第2周期ⅦA族,价电子排布式为2s22p5。X、Y、Z最外层电子均填充在p轨道上,故X、Y、Z均位于p区。
答案:
元素
符号
价电
子排
布式
元素的位置
主要
化合
价
周期
族
区
X
F
2s22p5
2
ⅦA
p
-1
Y
S
3s23p4
3
ⅥA
p
-2
+6
Z
As
4s24p3
4
ⅤA
p
-3
+5(共72张PPT)
第3节 元素性质及其变化规律
必备知识·素养奠基
一、原子半径及其变化规律
1.原子半径的影响因素
2.递变规律
同主族
从上到下电子层数越多,原子半径_____
同周期
从左到右,核电荷数越大,原子半径_____
同周期过渡元素
逐渐_____,但变化
幅度不大
越大
越小
减小
【做一做】
将下列四种粒子按照半径由大到小进行排列____________。?
①基态X的原子结构示意图为
②基态Y的价电子排布式为3s23p5
③基态Z2-的轨道表示式为
④W基态原子有2个电子层,电子式为
提示:由题意可知:X、Y、Z2-、W分别为S、Cl、S2-、F。S、Cl、S2-、F粒子半径大小排列顺序为r(S2-)>r(S)>r(Cl)>r(F)。
二、电离能
1.电离能的概念及其分类:
概念
_____________或_____________
失去一个电子所需要的最小能量
符号及单位
符号:__,单位:_______
分类
M(g)
M+(g)
______
______…
气态基态原子
气态基态离子
I
kJ·mol-1
M2+(g)
M3+(g)
2.电离能的意义:
电离能越小,该气态原子(或离子)越_____失去电子;
电离能越大,该气态原子(或离子)越___失去电子。
容易
难
3.递变规律:
同周期元素
随着原子序数的递增,元素
的第一电离能呈现_____的
趋势
同主族元素
自上而下第一电离能
逐渐_____
增大
减小
【情境·思考】
比较金属活泼性常用的方法有以下两种:
常见金属在溶液中的活动性顺序为
第一电离能数值(kJ·mol-1)
镁
738
铝
577
将相同的镁片和铝片分别加入等量等浓度的盐酸中,镁片上生成气泡的速率比铝片要快很多,这说明镁比铝在盐酸溶液中更活泼,但是两者的另外一个能够衡量金属性强弱的数值——电离能的数值大小却正好相反,产生这个差异的原因是什么?
提示:由于金属活动性顺序与电离能所对应的条件不同,所以二者并不完全一致。电离能是气态原子或气态离子失去一个电子所需的最小能量,而金属活动性是指金属单质在溶液中的活泼性,受电离能和其他能量变化总和的影响,故二者并不完全一致。
三、电负性及其应用
定义
元素的原子在化合物中_____________的标度。电负性越大,
表示其原子在化合物中吸引电子的能力_____
衡量
标准
F—____
递变
规律
同周期,自左到右,元素原子的电负性逐渐_____
同主族,自上到下,元素原子的电负性逐渐_____
吸引电子能力
越强
4.0
变大
变小
应用
判断金属性和非金属性的强弱
判断元素化合价的正负
判断化学键的性质
【情境·思考】
电负性是以氟元素的电负性4.0作为标准计算出来的,请问电负性大约为2的元素应该在周期表的什么位置?
提示:氟元素非金属性最强为4.0,则电负性大约为2的元素应该既具有金属性又具有非金属性,应该在金属和非金属的分界线处。
关键能力·素养形成
知识点一 微粒半径大小比较
【重点释疑】
1.决定因素
2.规律
微粒特点
比较方法
实 例
原
子
同周期元素
核电荷数越大,半径越小
r(Na)>r(Mg)>
r(Al)
同主族元素
电子层数越多,半径越大
r(F)一般原子
一般电子层数越多,半径越大
r(S)>r(C)
离
子
具有相同
电子层结构
核电荷数越大,半径越小
r(Na+)>r(Mg2+)>
r(Al3+)
电子数和
核电荷数
均不同
通过电子数或核电荷数相同的微粒作参照物
r(Al3+)r(S2-)
同种元素的原子和离子
价态越高,半径越小
r(Fe)>r(Fe2+)>r(Fe3+)
【思考·讨论】
(1)同一周期元素的原子半径从左往右依次减小吗?
提示:由于稀有气体结构的特殊性,其原子半径的计算方法与其他元素不同,则
稀有气体原子半径与其他元素原子半径不作比较。因此在比较同一周期元素的
原子半径时应该将稀有气体除外。
(2)如何比较相邻周期不同主族的两种元素原子的半径?
提示:找出其中一种元素的同主族元素作为参照物进行比较,如比较A、B的原子
半径,可引入C元素
,可得出原子半径大小顺序为A>C>B。
【案例示范】
【典例】(2020·盐城高二检测)已知An+、B(n+1)+、Cn-、D(n+1)-都具有相同的电子层结构,则A、B、C、D的原子半径由大到小的顺序是__________________,?
离子半径由大到小的顺序是___________________________,?
原子序数由大到小的顺序是___________________________。?
【解题指南】解答本题注意以下两点:
(1)利用赋值法推断元素的相对位置;
(2)利用微粒半径大小比较的方法比较原子或者离子的半径大小。
【解析】因An+、B(n+1)+、Cn-、D(n+1)-都具有相同的电子层结构,可将A、B、C、D在周期表中的位置关系表示如下:
从上表不难判断A、B、C、D的原子半径由大到小的顺序是A>B>D>C;因四种离子的核外电子层结构相同,核电荷数小的离子半径大,因此可以判断离子半径从大到小的顺序是D(n+1)->Cn->An+>B(n+1)+;原子序数由大到小的顺序是B>A>C>D。
答案:A>B>D>C D(n+1)->Cn->An+>B(n+1)+ B>A>C>D
……
……
D
C
……
……
A
B
……
……
【母题追问】(1)比较上题中A原子与An+的半径大小。
提示:由于A原子比An+多一个电子层,因此A原子的半径更大。
(2)比较上题中C原子与Cn-的半径大小。
提示:由于两种微粒的电子层数相同、核电荷数相等,阴离子的最外层电子数多,因此其半径更大。
【规律方法】“三看”比较微粒半径的大小
“一看”电子层数:当电子层数不同时,电子层数越多,半径越大。
“二看”核电荷数:当电子层数相同时,核电荷数越大,半径越小。
“三看”核外电子数:当电子层数和核电荷数均相同时,核外电子数越多,半径越大。
【迁移·应用】
1.(双选)若aAm+与bBn-的核外电子排布相同,则下列关系不正确的是( )
A.离子半径:Am+B.原子半径:AC.A的原子序数比B的小m+n
D.b=a-n-m
【解析】选B、C。因为aAm+与bBn-的核外电子排布相同,即b+n=a-m,推知a-b=m+n,故A的原子序数比B的大m+n;由上式可知b=a-m-n;核外电子层结构相同时,核电荷数越大,微粒半径越小,故离子半径:Am+B。
2.下列微粒半径大小比较错误的是
( )
A.K>Na>Li
B.Na+>Mg2+>Al3+
C.Mg2+>Na+>F-
D.Cl->F->F
【解析】选C。同主族,由上到下微粒半径逐渐增大,A项正确;核外电子排布相同的微粒,核电荷数越大,微粒半径越小,B项正确;C项应该为F->Na+>Mg2+;D项可引入Cl,顺序为Cl->Cl>F->F,正确。
3.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>D>C
B.原子序数:d>c>b>a
C.离子半径:C3->D->B+>A2+
D.单质的还原性:A>B>D>C
【解析】选C。aA2+、bB+、cC3-、dD-都是短周期元素的离子,电子层结构相同,其在周期表中的相对位置关系可表示为
因而四种元素的原子序数由大到小的顺序为a>b>d>c;元素原子半径的大小顺序为r(B)>r(A)>r(C)>r(D);电子层结构相同的离子,阴离子半径必大于阳离子半径,且带负电荷越多半径越大,阳离子带正电荷越多半径越小,故离子半径由大到小的顺序为
r(C3-)>r(D-)>r(B+)>r(A2+);单质中同周期的A、B为金属,A原子序数大于B,故还原性应为B>A,同周期非金属元素C、D,C的原子序数小于D,C的还原性应大于D。
…
cC3-
dD-
bB+
aA2+
…
【补偿训练】
1.下列关于微粒半径的说法正确的是
( )
A.原子序数越大,原子半径越大
B.核外电子层结构相同的单核粒子,半径相同
C.质子数相同的不同单核粒子,电子数越多半径越大
D.电子层数少的元素的原子半径一定小于电子层数多的元素的原子半径
【解析】选C。同周期主族元素,原子序数增大,原子半径减小;对于核外电子层结构相同的单核离子和原子,半径是不同的;质子数相同的不同单核粒子,阴离子半径>原子半径>阳离子半径;由于同周期主族元素原子半径从左到右逐渐减小,故ⅦA族的原子半径不一定比上一周期ⅠA族元素原子半径大,如r(Li)>r(S)>r(Cl)。
2.下列各组微粒半径之比大于1的是
( )
【解析】选B。微粒半径比值大于1,即比例式中分子的微粒半径应大于分母的微粒半径。A项中元素属同周期关系,r(Na)>r(Mg),比值小于1;B项中元素属同周期关系,r(P)>r(Cl),比值大于1;C项中属核外电子排布相同的两种微粒,应为r(Na+)>r(Al3+),比值小于1;D项中属同周期元素形成的不同离子,K+核外有3层电子,Br-核外有4层电子,显然,r(K+)【素养提升】
卤水学名为盐卤,是由海水或盐湖水制盐后,残留于盐池内的母液。蒸发冷却后析出氯化镁结晶,称为卤块。卤水是我国北方制豆腐常用的凝固剂,能使豆浆中的蛋白质凝结成凝胶,把水分离出来。用盐卤作凝固剂制成的豆腐,硬度、弹性和韧性较强,称为老豆腐,或北豆腐、硬豆腐。谚语云:卤水点豆腐,一物降一物。卤水中含有钙离子、氯离子、溴离子、镁离子等。
(1)这些原子的半径由小到大的顺序如何排列?
(2)这些离子的半径由小到大如何排列?
提示:(1)
由此可以判断原子半径大小:r(Cl)原子
Ca
Br
Mg
Cl
电子层数
4
4
3
3
核电荷数
20
35
12
17
(2)
由此可以判断离子半径大小r(Mg2+)离子
Ca2+
Br-
Mg2+
Cl-
电子层数
3
4
2
3
核电荷数
20
35
12
17
知识点二 电离能及电负性及其应用
【重点释疑】
一、电离能及其应用
1.电离能数值的大小主要取决于原子的核电荷数、原子半径及原子的核外电子排布。
(1)核电荷数、原子半径对电离能的影响
①同周期元素具有相同的电子层数,从左到右核电荷数增大,原子半径减小,I1总体上有增大的趋势。碱金属元素的I1最小,稀有气体元素的I1最大。
②同主族元素从上到下,原子半径增大起主要作用,元素的I1逐渐减小。
(2)核外电子层排布对电离能的影响
某原子或离子具有全充满、半充满的电子排布时,电离能较大。如ⅡA族元素、ⅤA族元素比同周期左右相邻元素的I1都大,原因是第ⅡA族最外层ns2全充满,ⅤA族最外层np3半充满,比较稳定。各周期稀有气体元素的I1最大,原因是稀有气体元素的原子各轨道具有全充满的稳定结构。Zn(3d104s2)比同周期相邻元素的电离能大。
2.电离能的应用
(1)比较元素金属性的强弱
一般情况下,元素的第一电离能越小,元素的金属性越强。
(2)确定元素原子的核外电子层排布
由于电子是分层排布的,内层电子比外层电子难失去,因此元素的电离能会发生突变。
(3)确定元素的化合价
如果
?
,即电离能在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价(或只有+n价、0价)。某元素的逐级电
离能,若I2?I1,则该元素通常显+1价;若I3?I2,则该元素通常显+2价;若I4?I3,
则该元素通常显+3价。
二、电负性大小的判断方法
1.利用非金属电负性>金属电负性判断;
2.利用同周期、同主族电负性变化规律判断;
3.利用气态氢化物的稳定性判断;
4.利用最高价氧化物对应水化物的酸、碱性强弱判断;
5.利用单质与H2化合的难易判断;
6.利用单质与水或酸反应置换氢的难易判断;
7.利用化合物中所呈现的化合价判断;
8.利用置换反应判断。
【易错提醒】电负性应用的局限性
(1)电负性描述的是原子核对电子吸引能力的强弱;并不能把电负性的大小作为衡量金属和非金属的绝对标准。
(2)元素电负性的值是个相对的值,没有单位。
(3)并不是所有电负性差值大的元素间都形成离子键,电负性差值小的元素间都形成共价键,
应注意一些特殊情况。
(4)电负性数值相同,元素的非金属性或金属性不一定相同。如N和Cl的电负性数值相同,但N的非金属性弱于Cl。
【案例示范】
【典例】(2020·连云港高二检测)Ⅰ.不同元素的气态原子失去最外层一个电子所需要的能量(设其为E)如图所示。
试根据元素在周期表中的位置,分析图中曲线的变化特点,并回答下列问题:
(1)同主族内不同元素的E值变化的特点是_________________。?
各主族中E值的这种变化特点体现了元素性质的________变化规律。?
(2)同周期内,随原子序数增大,E值增大,但个别元素的E值出现反常现象。试预测下列关系式中正确的是________(填写编号)。?
①E(砷)>E(硒) ②E(砷)③E(溴)>E(硒) ④E(溴)(3)10号元素E值较大的原因是__________________________。?
Ⅱ.不同元素的原子在分子内吸引电子的能力大小可用一定数值x来表示,若x越大,其原子吸引电子的能力越强,在所形成的分子中成为带负电荷的一方。下面是某些短周期元素的x值:
元素符号
Li
Be
B
C
O
F
x值
0.98
1.57
2.04
2.25
3.44
3.98
元素符号
Na
Al
Si
P
S
Cl
x值
0.93
1.61
1.90
2.19
2.58
3.16
(1)推测在同周期的元素中x值与原子半径的关系是__。?
短周期元素x值的变化特点,体现了元素性质的________变化规律。?
(2)通过分析x值的变化规律,确定Mg、N的x值范围:________(3)在P—N键中,共用电子对偏向________原子。?
(4)经验规律告诉我们:当成键的两原子相应元素的x差值即Δx>1.7时,一般为离子键;Δx<1.7,一般为共价键。试推断:AlBr3中化学键类型是________。?
(5)推测元素周期表中,x值最大的元素是________。?
(6)从Δx角度,判断AlCl3是离子化合物,还是共价化合物的方法是?_______(写出判断的方法)。
【解析】Ⅰ.(1)从H、Li、Na、K等可以看出,同主族元素随元素原子序数的增大,E值变小;H到He、Li到Ne、Na到Ar呈现明显的递变性。
(2)从第2、3周期可以看出,第ⅢA族和ⅥA族元素比同周期相邻两种元素E值都低。由此可以推测:
E(砷)>E(硒)、E(溴)>E(硒)。
(3)10号元素是稀有气体氖,该元素原子的最外层2s、2p轨道全充满,结构稳定。
Ⅱ.(1)表中同一周期的元素从Li→F,x值越来越大。而我们已知的同一周期元素从Li→F,原子半径越来越小,故原子半径越小,x值越大。
(2)根据(1)中的规律,Mg的x值应大于Na的x值(0.93)小于Be的x值(1.57);N的x值应大于C的x值(2.25)小于O的x值(3.44)。
(3)从P和N的x值大小可看出,N原子吸引电子的能力比P原子的强,在形成的分子中N原子带负电荷,故共用电子对偏向N原子一方。
(4)根据规律,Br的x值小于Cl的x值(3.16),AlCl3中的Δx=3.16-1.61=1.55,所以AlBr3中的化学键为共价键。
(5)元素周期表中,非金属性最强的元素是F,推测x值最大的应为F。
答案:Ⅰ.(1)随着原子序数增大,E值变小 递变性
(2)①③ (3)10号元素为氖,该元素原子最外层2s、2p轨道全充满,结构稳定
Ⅱ.(1)原子半径越小,x值越大 周期性
(2)0.93 1.57 2.25 3.44
(3)氮 (4)共价键 (5)F
(6)Al元素和Cl元素的Δx为1.55<1.7,所以形成共价键,为共价化合物
【母题追问】(1)根据上题所给数据估计1
mol气态Ca原子失去最外层一个电子所需能量E值的范围。
提示:根据同主族、同周期规律可以推测:E(K)(2)请设计一个实验方案证明上题Ⅱ(6)所得到的结论。
提示:将氯化铝加热到熔融态,进行导电性实验,如果不导电,说明是共价化合物。
【易错警示】比较元素电离能大小时,要特别注意原子轨道在全充满、半充满和全空时元素的电离能较大。
【迁移·应用】
1.(双选)(2020·武汉高二检测)某主族元素X的逐级电离能
如图所示,下列说法正确的是
( )
A.X元素显+3价
B.X为非金属元素
C.X为第5周期元素
D.X与氯气反应时最可能生成的阳离子为X3+
【解析】选A、D。由题图可知,该元素的I4?I3,故该元素易形成+3价阳离子,X可为金属,故A正确,故B错误;周期数=核外电子层数,图中没有显示X原子有多少电子层,因此无法确定该元素是否位于第5周期,故C错误;由题图可知,该元素的I4?I3,故该元素易形成+3价阳离子,因此X与氯反应时最可能生成的阳离子为X3+,故D正确。
2.下列说法正确的是
( )
A.金属与非金属化合时,都可以形成离子键
B.金属元素的电负性一定小于非金属元素的电负性
C.电负性相差越大的元素间越容易形成离子键
D.同周期元素从左到右,第一电离能和电负性均增大
【解析】选C。A项,金属和非金属电负性相差较大时可以形成离子键;B项,金属元素的电负性不一定小于非金属元素,如氢的电负性为2.1,而某些过渡金属元素的电负性大于2.1;D项,同周期元素从左到右,第一电离能有增大趋势,但并不是依次增大。
【补偿训练】
1.如图表示前18号元素的原子序数和气态原子失去核外第一个电子所需的能量(kJ·mol-1)的变化图像。其中A、B、C各点表示的元素是
( )
A.N、S、P B.F、Cl、O C.He、Ne、Ar D.Si、C、B
【解析】选C。A、B、C的第一电离能是各自周期中最大的,即最难失电子,故A、B、C是各自周期中的稀有气体元素He、Ne、Ar。
2.在第2周期中,B、C、N、O四种元素的第一电离能由大到小的排列顺序是
( )
A.I1(N)>I1(C)>I1(O)>I1(B)
B.I1(N)>I1(O)>I1(B)>I1(C)
C.I1(N)>I1(O)>I1(C)>I1(B)
D.I1(O)>I1(N)>I1(C)>I1(B)
【解析】选C。B、C、N、O属于同周期元素,同一周期元素随原子序数递增,第一电离能有增大的变化趋势,但ⅡA族元素大于ⅢA族元素,ⅤA族元素大于ⅥA族元素。
3.如图是第3周期11～17号元素某些性质变化趋势的柱形图,下列有关说法中正确的是
( )
A.y轴表示的可能是电离能
B.y轴表示的可能是电负性
C.y轴表示的可能是原子半径
D.y轴表示的可能是形成基态离子转移的电子数
【解析】选B。对于第3周期11～17号元素,随着原子序数的增大,第一电离能呈增大趋势,但Mg、P特殊,故A项错误;原子半径逐渐减小,故C项错误;形成基态离子转移的电子数依次为Na为1,Mg为2,Al为3,Si不易形成离子,P为3,S为2,Cl为1,故D项错误。
【素养提升】
下表为Na、Mg、Al的电离能(kJ·mol-1)。
元素
电离能
Na
Mg
Al
I1
496
738
577
I2
4
562
1
451
1
817
I3
6
912
7
733
2
745
I4
9
543
10
540
11
575
分析表中各元素电离能的变化,回答下列问题:
(1)为什么同一元素的电离能逐级增大?
提示:原子失电子时,首先失去的是能量最高的电子,故第一电离能较小,原子失去电子后变成阳离子,离子半径变小,原子核对电子的引力增强,从而使电离能逐级增大。
(2)钠原子为什么容易失去1个电子成为+1价的阳离子?
提示:钠原子的I2?I1,说明钠原子很容易失去1个电子成为+1价阳离子,形成Na+为1s22s22p6稳定结构后,原子核对外层电子的有效吸引作用变得更强。因此,钠元素常见价态为+1价。
(3)上表中能够说明镁、铝原子通常分别形成Mg2+、Al3+的依据是什么?
提示:说明镁原子通常形成+2价阳离子的依据是I3?I2。说明铝原子通常形成+3价阳离子的依据是I4?I3。
【课堂回眸】
课堂检测·素养达标
1.(2020·三亚高二检测)关于同一种元素的原子或离子,下列叙述正确的是
( )
A.原子半径比阴离子半径小
B.原子半径比阴离子半径大
C.原子半径比阳离子半径小
D.带正电荷多的阳离子半径比带正电荷少的阳离子半径大
【解析】选A。对于同一种元素的原子和离子,核电荷数相同,则核外电子数越多,半径越大,故阴离子半径>原子半径>阳离子半径,且带正电荷多的阳离子半径更小。
2.具有下列电子构型的元素中,第一电离能最小的是
( )
A.ns2np3 B.ns2np4 C.ns2np5 D.ns2np6
【解析】选B。ns2np3为半充满稳定结构,第一电离能为ns2np3>ns2np4,对于题给四个选项,其第一电离能由小到大顺序为ns2np4【补偿训练】
元素周期表第3周期所含主族元素中,第一电离能最大和最小的两元素形成的化合物是
( )
A.Na2S B.MgCl2 C.NaCl D.AlCl3
【解析】选C。第3周期主族元素中,第一电离能最大的元素为Cl,第一电离能最小的元素为Na,二者形成的化合物为NaCl。
3.(双选)(教材习题改编)下列各元素的电负性由大到小的排列顺序正确的是
( )
A.K>Na>Li
B.F>O>S
C.As>P>N
D.O>N>C
【解析】选B、D。A、C两项中元素电负性的排序与“同主族自上而下,元素的电负性逐渐减小”的规律不符,错误;B项、D项中元素电负性的排序与“同周期从左到右,主族元素的电负性逐渐增大”“同主族从上到下,元素的电负性逐渐减小”的规律相符,正确。
【补偿训练】
对A、B两种主族元素(除ⅠA族)来说,下列叙述中正确的是
( )
A.A的电负性大于B,则A的第一电离能一定大于B
B.A的电负性大于B,则A的失电子能力大于B
C.A的电负性大于B,则A的得电子能力大于B
D.A的电负性大于B,则A的原子半径一定小于B
【解析】选C。电负性是指元素的原子在化合物中吸引电子能力的标度,C项正确,B项错误;元素的电负性大对应原子的第一电离能不一定大,如:Mg的第一电离能大于Al的第一电离能,而Mg的电负性小于Al的电负性,A项错误;元素的电负性大原子半径不一定就小,如:原子半径HH,D项错误。
4.按第一电离能递增的顺序排列的是
( )
A.Li、Na、K
B.Na、Al、S
C.P、Si、Al
D.Cl、Br、I
【解析】选B。同周期元素从左到右,第一电离能在总体上呈现从小到大的变化趋势,同主族元素,从上到下,第一电离能逐渐减小。
5.(2020·济宁高二检测)美国“海狼”号潜艇上的核反应堆内使用了液体铝钠合金作载热介质,下列关于Al、Na原子结构的分析中正确的是
( )
A.原子半径:Al>Na
B.第一电离能:Al>Na
C.电负性:Na>Al
D.基态原子未成对电子数:Na>Al
【解析】选B。根据元素性质变化规律知,原子半径:Na>Al,第一电离能:Al>Na,电负性:Na6.下表是元素周期表的一部分,表中所列的字母分别代表某一种化学元素。
(1)上述第3周期中第一电离能(I1)最大的是________,c和f的I1大小关系是________大于________(用字母表示)。?
(2)上述元素中,原子中未成对电子数最多的是________,写出该元素的电子排布式:____________。?
(3)根据下表所提供的电离能数据,回答下列问题。
①表中X可能为以上13种元素中的________(填写字母)元素。用元素符号表示X和j形成的化合物的化学式__。?
②Y是周期表中的________族的元素。?
锂
X
Y
I1
520
496
580
I2
7
299
4
570
1
820
I3
11
816
6
920
2
750
I4
9
550
11
600
【解析】(1)周期表中所列13种元素分别是Na、H、Mg、Sr、Sc、Al、Ge、C、P、O、Te、Cl、Ar,其中Na、Mg、Al、P、Cl、Ar属于第3周期,原子结构最稳定的是Ar,故其I1最大,Mg、Al的核外电子排布分别为1s22s22p63s2、1s22s22p63s23p1,Mg中3s2为全充满状态,故其I1比Al的I1大。
(2)i元素最外层电子排布为3s23p3,有3个未成对电子,是最多的。
(3)由表中数据可以看出,锂和X的I1均比I2、I3小很多,说明X与Li同主族,且X的I1比Li的I1更小,说明X的金属性比锂更强,则X为Na(即a);由Y的电离能数据可以看出,它的I1、I2、I3比I4小得多,故Y原子属于ⅢA族元素。
答案:(1)m c f (2)i 1s22s22p63s23p3
(3)①a Na2O(或Na2O2) ②ⅢA(共6张PPT)
阶段复习课
第一章
核心整合·思维导图
情境探究·素养提升
1.(2019·全国卷Ⅱ节选)近年来我国科学家发现了一系列意义重大的铁系超导材料,其中一类为Fe-Sm-As-F-O组成的化合物。回答下列问题:
(1)Fe成为阳离子时首先失去________轨道电子,Sm的价层电子排布式为4f66s2,Sm3+价层电子排布式为__。?
(2)比较离子半径:F-________O2-(填“大于”“等于”或“小于”)。
?
【解析】(1)Fe的核外电子排布式为3d64s2,Fe成为阳离子时首先失去最外层两个电子,即4s轨道上的电子。Sm的价层电子排布式为4f66s2,Sm成为阳离子Sm3+时首先失去最外层两个电子,即6s轨道上的电子,再失去4f轨道上的一个电子,所以Sm3+的价层电子排布式为4f5。
(2)电子层结构相同的离子,离子半径随着原子序数增大而减小,所以离子半径:
F-答案:(1)4s 4f5 (2)小于
2.(2018·全国卷Ⅲ节选)锌在工业中有重要作用,也是人体必需的微量元素。回答下列问题:
(1)
Zn原子核外电子排布式为________________。
?
(2)黄铜是人类最早使用的合金之一,主要由Zn和Cu组成。第一电离能I1(Zn)________I1(Cu)(填“大于”或“小于”)。原因是____________________。
?
【解析】(1)锌原子为30号元素,核外电子排布式为[Ar]3d104s2。
(2)Zn核外电子排布式为3d104s2,Cu核外电子排布式为3d104s1。Zn核外电子排布为全充满稳定结构,较难失电子,所以第一电离能I1(Zn)大于I1(Cu)。
答案:
(1)[Ar]3d104s2
(2)大于 Zn核外电子排布为全充满稳定结构,较难失电子(共42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
必备知识·素养奠基
一、甲醛产生危害的原因
1.甲醛与蛋白质的反应原理与反应类型
反应类型:_________
加成反应
反应类型:_________
取代反应
2.反应规律
“______________”
正找负,负找正
二、甲醛的检测与去除
1.甲醛的检验:
(1)甲醛的存在:MBTH与甲醛反应最终生成蓝绿色化合物。
(2)甲醛含量的测定:检测试剂与空气接触后溶液的颜色越深,甲醛的浓度越高。
2.甲醛的性质实验
(1)甲醛性质的预测:
①甲醛中含有碳氧双键,能够发生加成反应。
②甲醛中碳元素的化合价为0价,具有还原性,能够与氧化剂发生反应。
(2)实验方案设计的实施
实验操作
实验现象
实验结论
向氨水中滴加甲醛,然后滴加甲醛检测试剂
甲醛检测试剂不变成蓝绿色
甲醛能够与氨气发生反应
向酸性高锰酸钾中滴加甲醛水溶液
酸性高锰酸钾褪色
甲醛能够被酸性高锰酸钾氧化
(3)结论:甲醛能够与氨、胺类及酚类等发生加成反应;能够被酸性高锰酸钾氧化,此外甲醛能够被活性炭吸收。
三、借助电负性预测和认识物质性质的思路与方法
【情境·思考】如图为某品牌甲醛净化器的原理。
第一步:吸附甲醛
利用内置的活性炭滤网将甲醛分子“收集”起来。该品牌除醛净化器采用氨基酸除甲醛活性炭,活性炭经特殊改性工艺而成,与普通的活性炭相比,比表面积更大,内孔结构更发达,能够吸附更多的甲醛分子
。
第二步:与甲醛发生反应
通过活性炭滤网上的氨基酸类物质将甲醛进行“肢解”。当甲醛被吸入滤网后,活性炭上的氨基酸类物质便会快速与其发生交联反应,生成对人体无害的物质——羟甲基衍生物,反应全程无毒无味,不二次释放,不会二次污染。
那么在甲醛的处理过程中,甲醛与氨基酸发生了什么类型的反应?
提示:甲醛与氨基酸分子先发生加成反应,后发生取代反应,从而将甲醛除掉。
关键能力·素养形成
项目活动:利用电负性分析与预测物质性质
柠檬醛是一种具有柠檬香味的有机化合物,广泛存在于香精油中,柠檬醛是中国规定允许使用的食用香料,可用于配制草莓、苹果、杏、甜橙、柠檬等水果型食用香精。且可用于合成维生素A。已知柠檬醛的结构简式为
那么柠檬醛有哪些官能团?这些官能团有哪些性质?如何检验这些官能团?
【活动探究】
【实验探究】
1.实验用品
2%的硫酸铜溶液、10%的氢氧化钠溶液、2%的氨水及2%的硝酸银溶液、酸性高锰酸钾溶液、溴水、稀盐酸、柠檬醛水溶液、试管、烧杯、胶头滴管
2.实验方案
(1)根据柠檬醛中所具有的官能团预测柠檬醛可能发生的反应有哪些?
①能使溴的四氯化碳溶液褪色
②能与乙醇发生酯化反应
③能发生银镜反应
④能与新制的Cu(OH)2悬浊液反应
⑤能使KMnO4酸性溶液褪色
⑥它与H2完全加成后产物的分子式为C10H20O
提示:根据所含官能团
、—CHO进行各种性质分析。①
可与Br2发生加
成反应,从而使溴的四氯化碳溶液褪色;②分子中无—COOH,不能与C2H5OH发生酯
化反应;分子中有—CHO,可以发生③、④反应;⑤
与—CHO均可以使KMnO4酸
性溶液褪色;⑥
与—CHO均能与H2发生加成,完全加成后生成饱和一元醇,分
子式为C10H22O。
(2)醛基的检验
①与新制氢氧化铜悬浊液的反应
操作
现象
A中溶液出现_____________,滴入柠檬醛,
加热至沸腾后,C中有_________产生
结论
醛基能够与新制氢氧化铜悬浊液反应
蓝色絮状沉淀
红色沉淀
②银镜反应
操作
现象
向A中滴加氨水,现象为_______________________,
加入乙醛,水浴加热一段时间后,试管内壁出现一
层___________
结论
柠檬醛能发生银镜反应
先产生白色沉淀后变澄清
光亮的银镜
③与酸性高锰酸钾溶液反应
操作
现象
向酸性高锰酸钾溶液中滴加柠檬醛,酸性高锰酸钾溶液褪色
结论
柠檬醛能被酸性高锰酸钾溶液氧化
(3)碳碳双键的检验
操作
现象
A中溶液出现_____________,滴入柠檬醛,加热至沸腾后,
C中有_________产生,
向C中加入盐酸调节pH至中性,然
后滴加溴水,溴水褪色
结论
碳碳双键能够使溴水褪色
蓝色絮状沉淀
红色沉淀
(4)由上述实验可以推测,检验柠檬醛中的官能团时,应该先检验哪一个?
提示:醛基能够与新制氢氧化铜悬浊液反应,能与银氨溶液反应,能使酸性高锰酸钾溶液褪色,能与溴水发生反应,而碳碳双键能使酸性高锰酸钾褪色,能与溴水反应,因此在检验两种官能团时应该先检验醛基并除去醛基,然后再检验碳碳双键。
【思考·讨论】
(1)甲醛与氨基发生加成反应时,碳氧双键中带正电的部分与氨基中的哪一部分相连?
提示:甲醛与氨基发生加成反应时,碳氧双键中带正电的部分与氨基中的带负电的部分相连。
(2)利用氨水除去甲醛和利用酸性高锰酸钾除去甲醛,在这两个反应中甲醛表现出来的性质是否相同?
提示:不相同。氨水与甲醛反应利用的是甲醛中的碳氧双键能够加成,甲醛能与酸性高锰酸钾发生反应利用的是甲醛的还原性。
【探究总结】
1.加成反应的原理
(1)原理:发生加成反应时,不饱和键两端带部分正电荷(δ+)的原子与试剂中带部分负电荷(δ-)的原子或原子团结合;不饱和键两端带部分负电荷(δ-)的原子与试剂中带部分正电荷(δ+)的原子或原子团结合,生成反应产物。
2.取代反应的原理:
(1)原理:从化学键类型上分析,发生取代反应时断裂的是_________。有机
化合物分子中有_________,就能发生取代反应。
极性单键
极性单键
3.羰基的加成反应
(1)反应原理:能与醛、酮发生加成反应的试剂有氢氰酸(HCN)、氨(NH3)及氨的衍生物、醇等。其反应原理可以表示为
(2)乙醛的加成反应
4.醛的氧化反应
(1)催化氧化:_______________________。
(2)乙醛被弱氧化剂氧化。
2CH3CHO+O2
2CH3COOH
【迁移应用】
1.(2020·济宁高二检测)某中学同学在一本英文杂志上发现2张描述结构变化的简图如图(图中“—～—”是长链的省略符号):
未读原文,他已经理解:图1是蛋白质的模型化的结构简图,图2是由于蛋白质与某种物质发生反应后的模型化的结构简图,该物质是
( )
A.甲醛 B.乙醛 C.甲醇 D.乙醇
【解析】选A。根据图示不难看出,是甲醛与蛋白质发生了反应,使蛋白质失去了生理活性。甲醛有毒,能够防腐,都是基于这个原因。
2.有人认为CH2＝CH2与Br2的加成反应,实质是Br2先断裂为Br+和Br-,然后Br+首先与CH2＝CH2一端碳原子结合,第二步才是Br-与另一端碳原子结合,根据该观点如果让CH2＝CH2与Br2在盛有NaCl和NaI的水溶液中反应,则得到的有机物不可能是
( )
A.BrCH2CH2Br
B.ClCH2CH2Cl
C.BrCH2CH2I
D.BrCH2CH2Cl
【解析】选B。本题是一道信息给定题,可以根据题意的相关信息来回答,根据题目信息:CH2＝CH2与Br2的加成反应,实质是Br2先断裂为Br+和Br-,然后Br+首先与CH2＝CH2一端碳原子结合,第二步才是Br-与另一端碳原子结合来判断产物。按照题意,第一步肯定要上Br+,即一定会出现BrCH2CH2—,第二步才能上阴离子,NaCl和NaI的水溶液中含有氯离子和碘离子还有溴水中的溴离子,可以分别加在碳原子上,ACD均可以,故B错误。
课堂检测·素养达标
1.据报道,不法商贩用甲醛溶液浸泡白虾仁,使之色泽鲜明,手感良好,但是这样做成的食物是有毒的。下列关于甲醛的叙述不正确的是
( )
A.甲醛能使蛋白质变性
B.甲醛水溶液常叫福尔马林,可用作食物防腐剂
C.可以用MBTH检验甲醛的存在
D.甲醛通常状况下为气态
【解析】选B。甲醛能使蛋白质变性,A正确;35%～40%的甲醛水溶液叫福尔马林,可用来浸泡生物标本,但是甲醛有毒,不能用作食物防腐剂,B错误;MBTH是用来检验甲醛的试剂,C正确;甲醛是气态物质,D正确。
【补偿训练】
(2020·苏州高二检测)来自国家地质实验测试中心的数据显示,在检测分析的甲醛、苯、甲苯、二甲苯和TVOC五项车内有害物质中,50款车型中有42款存在不同检测项超标问题,超标率达到82%。其中,甲醛的超标现象最为严重,93%的被测新车车内空气中所含的甲醛含量都超过室内甲醛国际限量值。下列关于甲醛的说法不正确的是
( )
A.为降低甲醛含量,新车应紧闭门窗,并放置加湿器
B.可以用MBTH检验甲醛的含量是否超标
C.可以在空间内放置活性炭的炭包来除去空间内的甲醛
D.若喷洒高锰酸钾溶液可以有效除去空间内的甲醛
【解析】选A。为降低新车内甲醛含量,应注意通风,而不能紧闭门窗,故A错误;B项MBTH可以检验甲醛的存在以及测定甲醛的含量;C项中甲醛可以被活性炭吸收,因此可以用活性炭除去;D项由于酸性高锰酸钾溶液可以氧化甲醛,因此可以有效除去空间内的甲醛。
2.2-丁烯(CH3—CH＝CH—CH3)和2-甲基丙烯(
)均能与氯化氢发生加
成反应,请写出相关反应的化学方程式。
?_______________________________________________________________________________________________________________________________________
【解析】本题反应的断键部位和加成情况分析如下:
CH3—CH＝CH—CH3+H—Cl→CH3CH2CHClCH3
答案:CH3—CH＝CH—CH3+HCl→
;
3.(2020·郑州高二检测)某实验小组探究过量甲醛与新制氢氧化铜的反应,探究过程如下:
(一)提出猜想
(1)甲同学通过查阅资料,提出猜想1和猜想2。
猜想1:HCHO+Cu(OH)2
Cu+CO↑+2H2O
猜想2:HCHO+4Cu(OH)2+2NaOH
2Cu2O+Na2CO3+6H2O
猜想1和猜想2均体现了甲醛的________性。?
(2)乙同学类比乙醛与新制氢氧化铜的反应,提出猜想3。
用化学方程式表示猜想3:___________________。?
(二)进行实验,收集证据
已知:可用银氨溶液检测CO,反应为CO+2Ag(NH3)2OH====2Ag↓+(NH4)2CO3+2NH3。实验在如图装置(部分夹持装置已略去)中进行。反应结束后,A中生成紫红色固体沉淀物,C中银氨溶液无明显变化,气囊略鼓起。
(3)配制银氨溶液所需的试剂是________。?
(4)装置B中水的作用是______________________。?
(5)甲同学取A中反应后溶液加入足量稀盐酸中,无明显现象。乙同学另取该溶液加入BaCl2溶液中,产生大量白色沉淀。
实验方案明显不合理的是________(填“甲”或“乙”),理由是__?______。?
(6)已知Cu2O
Cu+CuSO4。
丙同学通过实验证明生成的紫红色固体沉淀物是Cu,其实验方案为_______。?
(三)得出结论
(7)写出过量甲醛与新制氢氧化铜可能发生反应的化学方程式___________。?
【解析】(1)猜想1和猜想2中甲醛中的碳分别升高为+2价和+4价,均体现了甲醛
的还原性。(2)乙同学类比乙醛与新制氢氧化铜的反应,有砖红色的固体析出,
用化学方程式表示猜想3:HCHO+2Cu(OH)2+NaOH
Cu2O↓+HCOONa+3H2O;(3)配制
银氨溶液所需的试剂是硝酸银溶液和稀氨水;(4)装置B中水的作用是除去挥发
的甲醛,防止干扰CO的检验;(5)乙,该步骤的目的是检验反应后溶液中是否存
在
,若直接加入BaCl2溶液中,
遇Ba2+会生成白色沉淀BaSO4,干扰
的
检验;(6)氧化亚铜在酸性条件下,会溶解生成硫酸铜,溶液呈蓝色,所以检验方
法为取生成的紫红色固体置于试管中,加入适量稀硫酸,充分振荡,无明显现象;
(7)HCHO+Cu(OH)2+NaOH
Cu↓+HCOONa+2H2O。
答案:(1)还原 (2)HCHO+2Cu(OH)2+NaOH
Cu2O↓+HCOONa+3H2O (3)硝酸银
溶液和稀氨水 (4)除去挥发的甲醛,防止干扰CO的检验 (5)乙 该步骤的目
的是检验反应后溶液中是否存在
,因溶液中含有
,若直接加入BaCl2溶液
中,
遇Ba2+会生成白色沉淀BaSO4,干扰
的检验 (6)取生成的紫红色固
体置于试管中,加入适量稀硫酸,充分振荡,无明显现象 (7)HCHO+Cu(OH)2+
NaOH
Cu↓+HCOONa+2H2O(共28张PPT)
专题复习课
第一章
元素位—构—性关系
【归纳整合】
1.原子结构与元素周期表和元素周期律
2.元素“位—构—性”关系
【典例示范】
【典例】(2020·平顶山高二检测)有四种短周期元素,它们的结构、性质等信息如表所述。
元素
结构、性质等信息
A
A是短周期中(除稀有气体外)原子半径最大的元素,该元素的某种合金是快中子反应堆的导热剂
B
B与A同周期,其最高价氧化物的水化物呈两性
C
元素的气态氢化物极易溶于水,其单质可用作制冷剂
D
D是海水中除氢、氧元素外含量最多的元素,其单质或化合物也是自来水生产过程中常用的消毒杀菌剂
请根据表中信息填写:
(1)A原子的核外电子排布式:________。?
(2)B元素在周期表中的位置:________;?
离子半径:B________A(填“大于”或“小于”)。?
(3)C原子的核外电子轨道表示式是____________,其原子核外有________个未成对电子,能量最高的电子为________轨道上的电子。?
(4)D原子的核外电子排布式为________,D-的结构示意图是____________。?
【思维建模】解答本题需要注意以下三点:
(1)根据元素的特殊性质推测元素在周期表中的位置;
(2)根据元素在周期表中的位置推测元素的性质或者结构;
(3)根据元素的结构推测元素在周期表中的位置或元素的性质。
【解析】根据题中信息可推出:A为Na,B为Al,C为N,D为Cl。
(1)Na核外电子排布式为1s22s22p63s1或[Ne]3s1。
(2)B为Al,其在元素周期表中的位置为第三周期ⅢA族,Na+与Al3+核外电子排布
相同,核电荷数后者大于前者,故r(Al3+)(3)C为N,其核外电子轨道表示式为
,其中有3个未成对电子,能
量最高的为p轨道上的电子。
(4)D为Cl,其核外电子排布式为1s22s22p63s23p5,Cl-的结构示意图为
。
答案:(1)1s22s22p63s1(或[Ne]3s1)
(2)第三周期ⅢA族 小于
(3)
3 p
(4)1s22s22p63s23p5
【母题追问】(1)指出A元素与B元素的电离能高低。
提示:由于钠元素与铝元素是同一周期元素,同周期元素第一电离能呈增大趋势,因此钠的第一电离能小于铝的。
(2)指出C元素与D元素的电负性高低。
提示:由于氮元素的非金属性不如氯强,因此电负性数值氮元素小于氯元素。
【素养训练】
1.(2020·山东等级考)短周期主族元素X、Y、Z、W的原子序数依次增大,基态X原子的电子总数是其最高能级电子数的2倍,Z可与X形成淡黄色化合物Z2X2,Y、W最外层电子数相同。下列说法正确的是
( )
A.第一电离能:W>X>Y>Z
B.简单离子的还原性:Y>X>W
C.简单离子的半径:W>X>Y>Z
D.氢化物水溶液的酸性:Y>W
【解析】选C。四种短周期主族元素,基态X原子的电子总数是其最高能级电子数的2倍,若X为第二周期元素原子,则X可能为Be或O,若X为第三周期元素原子,则均不满足题意,Z与X能形成Z2X2的淡黄色化合物,该淡黄色化合物为Na2O2,则X为O元素,Z为Na元素;Y与W的最外层电子数相同,则Y为F元素,W为Cl元素。同一周期从左向右第一电离能总趋势为逐渐增大,同一主族从上到下第一电离能逐渐减小,故四种元素中第一电离能从大到小的顺序为F>O>Cl>Na,A错误;O、F、Cl三种元素的简单离子中,F-还原性最弱,B错误;电子层数越多简单离子半径越大,相同结构的离子,原子序数越大半径越小,故四种元素中离子半径从大到小的顺序为Cl->O2->F->Na+,C正确;F元素的非金属性强于Cl元素,则形成氢化物后F原子束缚H原子的能力强于Cl原子,在水溶液中HF不容易发生电离,故HCl的酸性强于HF,D错误。
2.(双选)(2020·蚌埠高二检测)如图是部分短周期元素化合价与原子序数的关系图,下列说法正确的是
( )
A.原子半径:Z>Y>X
B.气态氢化物的稳定性:R>W
C.WX3和水反应形成的化合物是离子化合物
D.Y和Z两者最高价氧化物对应的水化物能相互反应
【解析】选B、D。非金属性越强,对应气态氢化物就越稳定,所以HCl比H2S稳定,即B项正确;Y和Z的最高价氧化物对应的水化物分别是NaOH和Al(OH)3,因Al(OH)3为两性氢氧化物,既能与酸反应又能与强碱溶液反应,所以D项正确;A项中应该是Y>Z>X,所以不正确;C项中硫酸为共价化合物,所以不正确。
【补偿训练】
已知M元素原子的价电子排布式为3s23p1,N元素位于元素周期表中第3周期,其原子最外层p轨道为半充满状态,下列叙述错误的是
( )
A.M为金属元素,N为非金属元素
B.M与N为同周期元素
C.N的电负性大于M
D.M的第一电离能大于N
【解析】选D。由题意可得M为Al元素,N为P元素,故A、B、C均正确。P的第一电离能比Al大,D错误。
3.下表为元素周期表前四周期的一部分,下列有关R、W、X、Y、Z五种元素的叙述中,正确的是
( )
X
W
Y
R
Z
A.W元素的第一电离能小于Y元素的第一电离能
B.Y、Z的阴离子电子层结构都与R原子的相同
C.p能级未成对电子最多的是Z元素
D.X元素是电负性最大的元素
【解析】选D。由题干信息知:X为F、W为P、Y为S、Z为Br、R为Ar,第一电离能P>S,A项错误;Br-比Ar多一个电子层,B项错误;p能级未成对电子最多的是P,有3个,C项错误;F元素是电负性最大的元素,D正确。
【补偿训练】
如图中的曲线分别表示元素的某种性质与核电荷数的关系(Z为核电荷数,Y为元素的有关性质):
把与元素有关性质相符的曲线的标号填入相应横线上:
(1)ⅡA族元素原子的价电子数____________。?
(2)第3周期元素的最高正化合价____________。?
(3)F-、Na+、Mg2+、Al3+四种离子的离子半径______________________。?
(4)第2周期元素的原子半径(不包括稀有气体)____________________。?
(5)第2周期元素的第一电离能________________________________。?
【解析】(1)ⅡA族元素原子的价电子数均为2,B符合。(2)第3周期元素的最高正价由+1～+7～0,C符合。(3)F-、Na+、Mg2+、Al3+的离子半径依次减小,A符合。(4)第2周期元素的原子半径从左到右依次减小,D符合。(5)第2周期元素的第一电离能由小到大的顺序为E(Li)答案:(1)B (2)C (3)A (4)D (5)E
课题任务:以原子结构与元素周期表、
元素周期律为知识载体,解决未知元素的结构及性质问题
【情境创设】
2016年11月30日,国际纯粹和应用化学联合会核准并发布了4个人工合成元素的英文名称和元素符号,分别是2004年发现的(Nh)、2003年发现的(Mc)、2010年发现的(Ts)和2006年发现的(Og)。元素周期表中第7周期被全部填满。中国科学院、国家语言文字工作委员会、全国科学技术名词审定委员会2017年5月9日在北京联合召开发布会,正式发布4个名称,便于化学界、物理界等专业领域科研学术交流。
课题探究·素养提升
“
”(nǐ)、“镆”(mò)、“
”(tián)、“
”(ào),这4个生僻字成为
113号、115号、117号、118号元素的中文名称。
【素养探究】
【探究一】未知元素的结构与性质探究
2019年是元素周期表发表150周年,期间科学家为完善周期表做出了不懈努力。中国科学院院士张青莲教授曾主持测定了铟(49In)等9种元素相对原子质量的新值,被采用为国际新标准。铟与铷(37Rb)同周期。
(1)49In元素的价电子排布式如何书写?原子中未成对电子的个数是多少?
提示:根据核外电子排布规律可以判断该元素的价电子排布式为5s25p1,原子中有一个未成对电子。
(2)该元素在周期表的哪个位置?属于哪个分区?
提示:根据该元素原子的价电子排布式判断该元素为第五周期第ⅢA族元素,由于最后一个电子落在p轨道上,因此该元素属于p区元素。
(3)试比较该元素与铷(37Rb)的原子半径及简单离子半径大小。
提示:由于这两种元素属于同一周期元素,从左往右元素的原子半径逐渐减小,因此原子半径Rb大于In;形成离子时,由于两种元素均为金属元素,均失电子形成金属阳离子,因此离子半径与原子半径顺序相同。
(4)试比较两者的第一电离能大小。
提示:两元素属于同一周期的主族元素,从左往右元素的第一电离能呈增大趋势。
(5)试比较两者所形成的最高价氧化物对应水化物的碱性强弱。
提示:In是第五周期第ⅢA族元素,Rb为第五周期第ⅠA族元素,金属性In【探究二】迁移应用
2016年IUPAC命名117号元素为Ts(中文名“
”,tián),Ts的原子核外最外层
电子数为7。
(1)Ts在周期表中的哪个位置?属于哪一分区?
提示:Ts的原子核外最外层电子数是7,位于第ⅦA族,原子序数为117,位于第七
周期,属于p区元素。
(2)比较Ts与Br的电负性数值大小。
提示:同主族元素的电负性从上到下逐渐减弱,Ts位于同族最下端,它的电负性
数值小于溴元素。
(3)“镆”(mò)为115号元素,试比较两元素的电负性大小。
提示:同周期元素的电负性从左往右逐渐增大,Ts位于镆右侧,电负性比镆大。
(4)比较Ts与Br的原子半径大小。
提示:同主族元素的原子半径从上到下逐渐增大,Ts位于同族最下端,它的原子半径大于溴元素。
【素养解读】
1.核心素养:
(1)宏观辨识与微观探析:能从元素和原子、分子水平认识物质的组成、结构、性质和变化,形成“结构决定性质”的观念。
(2)证据推理与模型认知:具有证据意识,能基于证据对物质组成、结构及其变化提出可能的假设。
2.素养目标:通过课题的探究学习,建立原子结构与元素在周期表中的位置及元素性质之间的联系。
【素养评价】
1.宏观辨识与微观探析——水平1:能从物质的宏观特征入手,对物质及其反应进行分类和表征。
2.证据推理与模型认知——水平3:能够通过对证据的分析,推出合理的结论;能解释证据与结论之间的关系。
3.科学态度与社会责任——水平3:具有理论联系实际的观念,能依据实际条件,结合所学的化学知识和方法,解决生产、生活中简单的化学问题。