一轮复习人教版第16讲原子结构与性质学案

第16讲原子结构与性质

内容要求

1.了解有关核外电子运动模型的历史发展过程,认识核外电子的运

动特点。

2.知道电子的运动状态(空间分布及能量)可通过原子轨道和电子

云模型来描述。

3.知道原子核外电子的能级高低顺序，了解原子核外电子排布的构

造原理。

4.认识基态原子中核外电子的排布遵循能量最低原理、泡利原理和

洪特规则等。

5.知道1〜36号元素基态原子核外电子的排布。

6.知道元素周期表中分区、周期和族的元素原子核外电子排布特征。

知识点1原子核外电子排布

阿必备知识梳理

一、能层、能级与原子轨道的关系

1.能层(n):在多电子原子中，核外电子的能量是不同的,按照电子的

能量差异将其分成不同能层。通常用K、L、MN、0、P、Q……表示，

能量依次升高。

2.能级：同一能层里的电子的能量也可能不同，又将其分成不同的能

级,通常用s、p、d、f等表示,同一能层里,各能级的能量按s、p、d、

f的顺序升高。

⑴电子云：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。疏密表示电子在核外空间单位体积内

出现的概率的大小。S电子的电子云轮廓图呈球形,P电子的电子云轮

廓图呈哑铃状。

⑵原子轨道:量子力学把电子在原子核外的一个空间运动状态称为

一个原子轨道。

能层(n)—*二三四五...

符号KLMN0...

能级Is2s2p3s3p3d4s4p4d4f5s............

轨道数11313513571............

最多容纳22626102610142............

电子数281832...2n2

二、基态原子的核外电子排布

1.能量最低原理:在构建基态原子时，电子将尽可能地占据能量最低

的轨道,使整个原子的能量最低。

如图为构造原理示意图，即基态原子核外电子在原子轨道上的排布顺

序图：

,⅜⅛,OOOOO

2.泡利原理（泡利不相容原理）

在一个原子轨道里,最多只能容纳2个电子,它们自旋相反。如2s轨

道上的电子排布为吼不能表示为叫

基态原子中，填入简并轨道的电子总是先单独分占，且自旋壬红。如

33，πτπ~π丁”士一“≡ττπ..ΠT∏T

2p的电子排布为2P,不能表示为2p或2p。

洪特规则特例：当能量相同的原子轨道在全满（P6、cl∖fM）、半满（P3、

（T）和全空（p°、d°）状态时,体系的能量最低,如24Cr的电子排布式为

2262651

ls2s2p3s3p3d4s0

三、基态原子核外电子排布的表示方法

表示方法以硫原子为例

电子排布式ls22s22p63s23p4

简化电子

[Ne]3s23p1

排布式

电子排布图同冏冏川

_______________Is2s2ρ3s3p__________________

价层电子3s23p4

排布式

四、基态、激发态及光谱示意图

吸收光谱学史-吸收能量释放能量侬*发射光谱

_J_

态超）

易错易混,

1.在基态多电子原子中，P轨道电子能量一定高于s轨道电子能量。

（）

2.所有原子任意能层的s电子云轮廓图都是球形,但球的半径大小不

同。（）

3.同一原子中,2〉、2py、2p,的能量相等。（）

2262626

2s2p3s3p4s3do（）

[∏]叫画皿叫∣πτπ

Is2s2p3s3po（）

6.电子排布式GSC）IS22s22p63s23p63d?违反了能量最低原理。（）

7.霓虹灯发出有色光、激光器产生激光、燃放的焰火以及棱镜分光均

与核外电子的跃迁有关。（）

答案：LX2.√3.√4.×5.×6.√7.X

呵关键能力提升

题点一原子核外电子排布及表示方法

L下列各原子或离子的电子排布式错误的是（D）

lls22s22p63s23p6

B.As1s22s22p63s23p63d'04s24p3

3^ls22s22p6

D.Crls22s22p63s23p63d44s2

解析:Cr原子核外有24个电子,其电子排布式为Is22s22p63s23p63d%s∣,

故D错误。

2.按要求回答问题：

(DCU2*基态核外电子排布式为o

(2)基态钢原子的价层轨道表示式为。

(3)Sm的价层电子排布式为4f66s2,Sm"价层电子排布式为。

(4)Fe成为阳离子时首先失去轨道电子;基态Fe"与F/中未

成对的电子数之比为。

(5)基态O原子中，核外电子有种运动状态，电子占据的最高能

层符号为,该能层具有的原子轨道数为,电子数

为o

答案：⑴[Ar]3d"或ls22s22p63s23p63d9)

,,.ltltltlI∣[tT]

(2)3d4«

(3)4f5

(4)4s4：5

(5)82p34

a≡显蜡分清核外电子排布的两类化学用语

—核外电子排布式,如Cuzl822822p63s23p63d,048,

电

子

排一简化核外电了,排布式,如Cu:[Ar]3d104s1

S

-价层电子排布式,如Cuz3d,04≡'

「核外轨道表示式,如[TT]IIltItl

轨道表不式_Is2s2p

（电子排布图）-

-外围（价层）轨道表示式,如N:HlrnTm

2s2p

题点二利用原子核外电子排布推断元素

3.X、Y、Z三种元素的原子,其最外层电子排布分别为ns∖3s23p*^∏

2s22p',由这三种元素组成的化合物的化学式可能是（A）

22YZ3

2YZ23

解析:X原子最外层电子排布为ns：可能为氢、锂、钠等元素,为第I

A族元素,化合价为+1价;Y原子最外层电子排布为3s23p',则Y为Al,

24

化合价为+3价;Z原子最外层电子排布为2s2p2中Y的化合价为+3价,

如NaAIO22YZ32YZ23中Y的化合价为+5价,不符合物质组成的规律。

26p”的元素不可能具有的性质是（C）

A.该元素的最高化合价呈+6价

H1MTTT1

6s6p

[tp∣ti∣tH∣

242ll

6p6p',因此基态原子的价层轨道表示式为冒6p0

知识点2原子结构与元素的性质

㈣必备知识梳理

一、元素周期表的分区

区匕

周能每周期第一种元素每周期最后一种元素

期层原基态原子的原

数子简子基态原子的

序化电子排布序电子排布式

数式数

二23[He]2s'10Is22s?2p6

三311[Ne]3s'18

四419[Ar]4s∣36Is22s22p63s23p63d∣°4s24p6

五537[Kr]5sl54ls22s22p63s23p63d104s24p64d'05s25p6

ls22s22p63s23p63d*04s¾⅜⅛f14

六655[Xe]6s'86

5s25pfi5d'06s26p6

ls22s22p63s23p63d104sW4d104f14

七787[Rn]7s，118

r

5r~s25r-p65匚α」105匚f6s26∩p66pdJlθ77s27/7p6

(1)分区简图

(2)各区元素原子价层电子排布特点及化学性质

分

元素分布价层电子排布元素性质特点

区

除氢外都是活泼金属

元素；

I〜2

S区IA、IIA族HS

通常是最外层电子参与

反应

InA族〜VlIA族、ns2np1-6通常是最外层电子参与

P区

O族(氨除外)反应

InB族〜VnB族、

(n-l)dɪʌs*'2d轨道可以不同程度地

d区Vin族（除锢系、

(钿除外)参与化学键的形成

钢系外）

ds

IB族、HB族(n-l)d10ns1^^2金属元素

区

(n-2)f0"(n-锢系元素化学性质相近；

f区镯系、钢系

l)d0-2ns2钢系元素化学性质相近

二、元素周期律

能层数:能层数越多，原子半径越大

⑴影响因素（核电荷数：同周期元素,核电荷数越大，

原子半径越小

V-------

⑵变化规律:元素周期表中的同周期主族元素从左到右,原子半径逐

渐减小；同主族元素从上到下,原子半径逐渐增大。

(1)第一电离能:气态电中性基态原子失去一个电子转化为气态基态

正离子所需要的最低能量,符号工，单位:kj-mol1O

⑵意义:表示原子或离子失去电子的难易程度。第一电离能数值越小,

气态原子越易失去一个电子,该元素的金属性越强;反之,第一电离能

数值越大,气态原子越难失去一个电子。

(3)规律

第一电离能/(W∕mol)

原了序数

⑴含义:用来描述不同元素的原子对键合电子吸引力的大小。元素的

电负性越大,表示其原子对键合电子的吸引力越大。

(2)变化规律:除稀有气体外,一般来说，同周期从左至右,元素的电负

性逐渐变大,同主族从上至下，元素的电负性逐渐变小。

⑶意义:a.判断一种元素是金属还是非金属，金属元素的电负性一般,

非金属元素的电负性一般,而位于非金属三角区边界的“类金属”(如

错、锚等)的电负性则在L8左右。

b.判断化合物中元素化合价的正负。

c.判断化学键的性质(以1.7为界)。

在元素周期表中，某些主族元素与右下方（或左上方）的主族元素的有

些性质是相似的，如

&易错易尾

1.元素周期表P区全部是非金属元素。（）

25p∣的元素位于元素周期表第五周期第IA族,是S区元素。（）

3.与Cr同周期且基态原子最外层电子数相同的元素,一定位于周期

表中的S区。（）

4.同一周期元素从左至右,原子半径逐渐减小,元素的第一电离能依

次增大。（）

5.电负性越大,非金属性越强,第一电离能也越大。（）

6.①Na、K、Rb;②N、P、As;③C、N、0;④F、P、K,元素的电负性随

原子序数增大而递增的只有③。（）

答案：1.X2.×3.×4.×5,×6.√

何关键能力提升

题点一电离能及其应用

1

1.已知X、Y是主族元素,I为电离能,单位是kJ-moΓ0根据下表所

列数据判断错误的是（D）

电离能

IlI3I4

元素

X496456269129543

Y5781817274511600

A.元素X的常见化合价是+1价

B.元素Y是第mA族的元素

C.元素X与氧形成化合物时一,化学式可能是X2O2

D.若元素Y处于第三周期，则它可与冷水剧烈反应

解析:X、Y是主族元素，I为电离能,X第一电离能和第二电离能差距

较大,说明X为第IA族元素;Y第三电离能和第四电离能差距较大，

说明Y为第HIA族元素,X的第一电离能小于Y,说明X的金属活泼性

大于Y。A.X为第IA族元素,元素最高化合价与其族序数相等,所以X

常见化合价为+1价,正确;B.通过以上分析知,Y为第HIA族元素,正

确;C.若元素X是Na,与氧形成化合物时,化学式可能是Na2O2,正确;D.

若元素Y处于第三周期,则为Al元素,与冷水不反应,错误。

2.金属材料在生产生活中被广泛应用。

(1)(2020・全国I卷)Goodenough等人因在锂离子电池及钻酸锂、磷

酸铁锂等正极材料研究方面的卓越贡献而获得2019年诺贝尔化学奖。

Li及其周期表中相邻元素的第一电离能(L)如表所示。I,(Li)>I1(Na),

原因是o

L(Be)>L(B)>L(Li),原因是。

Ii/(kJ∙molɪ)

Li520Be900B801

Na496Mg738Al578

(2)(2018・全国HI卷改编)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)L(CU)(填“大于”或“小于”),

原因是。元素铜与银的

第二电离能分别为ICU=I958kj∙mol∖INi=I753kJ・mol二IQK

的原因是o

答案：（I）Na与Li同族,Na电子层数多，原子半径大，易失电子Li、

Be和B为同周期元素,核电荷数依次增加。Be为1S?2S2全满稳定结构,

第一电离能最大。与Li相比,B核电荷数大,原子半径小,较难失去电

子,第一电离能较大

⑵大于Zn核外电子排布为全满稳定结构,较难失电子

铜失去的是全充满的3d∣°电子,银失去的是4s∣电子

CjM触电离能的四个应用

电离能越小,金属越容易失去电子,金属性越强;反之金属性越弱。

如果某元素的In÷l>>Ill,则该元素的常见化合价为+n,如钠元素I2>>I1,

所以钠元素的化合价为+1。

多电子原子中，元素的各级电离能逐渐增大,有一定的规律性。当电离

能的变化出现突变时，电子层数就可能发生变化。

同周期元素从左向右,元素的第一电离能并不是逐渐增大的，当元素

的核外电子排布是全空、半充满和全充满状态时,第一电离能就会反

常的大。如第一电离能:Be>B,N>0°

题点二电负性及其应用

3.在科学研究和生产实践中，仅有定性的分析往往是不够的，为此,人

们用电离能、电子亲和能、电负性来定量地衡量或比较原子得失电子

能力的强弱。

(1)(2019・全国HI卷改编)NHBPOi中，电负性最高的元素

是;Zn、Ge、0电负性由大至小的顺序是。

(2)(2020・全国In卷)NH3BH3分子中，与N原子相连的H呈正电性田埼,

与B原子相连的H呈负电性(H"),电负性大小顺序是c

(3)(2017・全国∏卷)元素的基态气态原子得到一个电子形成气态负

一价离子时所放出的能量称作第一电子亲和能(E1)o第二周期部分元

素的El变化趋势如图所示,其中除氮元素外,其他元素的E1自左而右

依次增大的原因是—;氮元素的El呈现异常的原因是—

答案：(1)OO>Ge>Zn(2)N>H>B

⑶同周期元素随核电荷数依次增大,原子半径逐渐变小，故结合一个

电子释放出的能量依次增大N原子的2p轨道为半充满状态,具有额

外稳定性,故不易结合一个电子

题点三“位一构一性”综合应用

4.现有七种元素,其中A、B、C、D、E为短周期主族元素,F、G为第

四周期元素，它们的原子序数依次增大。请根据下列相关信息、，回答

问题。

A元素的核外电子数和电子层数相等

B元素原子的核外P轨道电子数比S轨道电子数少1

C原子的第一至第四电离能如下：

1

Iι=738kJ・moΓ'I2=I451kJ∙moΓI3=7733kJ∙moΓ'L1=IO540

kJ∙mol1

D原子核外所有p轨道全满或半满

E元素的主族序数与周期数的差为4

F是前四周期中电负性最小的元素

G在周期表的第七列

(1)已知BAs为离子化合物,写出其电子式:o

(2)B元素基态原子中能量最高的电子,其电子云在空间有个

方向，原子轨道呈形。

(3)G位于族区，该元素的价层电子排布

式为o

(4)检验F元素的方法是,请用原子结构的知识解释产生

此现象的原因:o

解析：由题意可推知A、B、C、D、E、F、G分别为H、N、Mg、P、CL

K、Mn0

⑴N⅛为离子化合物，是由NHi与H两种离子构成，电子式为

H

：+

[H•N•

H

(2)B为N元素,核外电子排布式为Is22s22p∖基态原子中能量最高的

电子,处于2p能级,有3个电子,其电子云在空间有3个方向，原子轨

道呈哑铃(纺锤)形。

(3)G为Mn元素,是25号元素,位于第四周期第VnB族,最后填充的为

52

d轨道电子,为d区元素,价层电子排布式为3d4s0

H

答案：⑴[H：V：H]+[：H]

••

H

(2)3哑铃(纺锤)

⑶第VnBd3d54s2

(4)焰色试验当基态原子的电子吸收能量后，电子会跃迁到较高能

级,变成激发态原子，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,将以光的形式释放能量

当堂检测

1.下列说法正确的是(D)

A.多电子原子中，不同能级上电子的能量可能相同

C.同一原子中，Is、2s、3s电子的能量逐渐减小

D.对于同一个原子的电子层，能量最低的是K层

解析：同