2022届新高考化学二轮复习原子结构与核外电子排布学案1

原子结构与核外电子排布1．(2021·河北选择考)用中子轰击NZX原子产生α粒子(即氦核eq\o\al(\s\up1(4),\s\do1(2))He)的核反应为eq\o\al(\s\up1(N),\s\do1(Z))X＋eq\o\al(\s\up1(1),\s\do1(0))n→eq\o\al(\s\up1(7),\s\do1(P))Y＋eq\o\al(\s\up1(4),\s\do1(2))He。已知元素Y在化合物中呈＋1价。下列说法正确的是()A．H3XO3可用于中和溅在皮肤上的NaOH溶液B．Y单质在空气中燃烧的产物是Y2O2C．X和氢元素形成离子化合物D．6Y和7Y互为同素异形体【命题意图】本题主要考查原子结构的相关知识，意在考查学生对元素锂、硼及其化合物性质的应用。【解析】选A。根据核反应为eq\o\al(\s\up1(N),\s\do1(Z))X＋eq\o\al(\s\up1(1),\s\do1(0))n→eq\o\al(\s\up1(7),\s\do1(P))Y＋eq\o\al(\s\up1(4),\s\do1(2))He可知，X的质量数N为4＋7－1＝10，又因为Y在化合物中呈＋1价，则Y位于ⅠA族，Y的质量数为7，得出Y为Li，其质子数P＝3，所以X的质子数Z＝3＋2－0＝5，X是硼元素。H3BO3为弱酸，氢氧化钠溶液具有腐蚀性，若不慎将NaOH溶液溅到皮肤上，则需用大量水冲洗，同时涂抹H3BO3，以中和碱液，A正确；Y为Li，在空气中燃烧的产物只有Li2O，B错误；B与氢元素会形成BH3或B2H4等硼氢化合物以共价键结合，属于共价化合物，C错误；6Li和7Li互为同位素，D错误。2．(2021·河北选择考节选)KH2PO4晶体具有优异的非线性光学性能。我国科学工作者制备的超大KH2PO4晶体已应用于大功率固体激光器，填补了国家战略空白。回答下列问题：(1)在KH2PO4的四种组成元素各自所能形成的简单离子中，核外电子排布相同的是______(填离子符号)。(2)原子中运动的电子有两种相反的自旋状态，若一种自旋状态用＋eq\f(1,2)表示，与之相反的用－eq\f(1,2)表示，称为电子的自旋磁量子数。对于基态的磷原子，其价电子自旋磁量子数的代数和为_______________________________。【解析】(1)在KH2PO4的四种组成元素各自所能形成的简单离子中，其中核外电子排布相同的是K＋和P3－。(2)基态磷原子的价电子排布式为3s23p3，其中3s轨道的2个电子自旋状态相反，自旋磁量子数的代数和为0；3p轨道3个电子的自旋状态相同，基态磷原子的价电子自旋磁量子数的代数和为＋eq\f(3,2)或－eq\f(3,2)。答案：(1)K＋、P3－(2)＋eq\f(3,2)或－eq\f(3,2)3．(1)(2020·全国Ⅰ卷)Goodenough等人因在锂离子电池及钴酸锂、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。基态Fe2＋与Fe3＋离子中未成对的电子数之比为____________。(2)(2020·全国Ⅱ卷)钙钛矿(CaTiO3)型化合物是一类可用于生产太阳能电池、传感器、固体电阻器等的功能材料。基态Ti原子的核外电子排布式为__________________。(3)(2020·天津等级考)Fe、Co、Ni是三种重要的金属元素。Fe、Co、Ni在周期表中的位置为__________________，基态Fe原子的电子排布式为___________。【解析】(1)基态铁原子的价电子排布式为3d64s2，失去外层电子转化为Fe2＋和Fe3＋，这两种基态离子的价电子排布式分别为3d6和3d5，根据洪特规则可知，基态Fe2＋有4个未成对电子，基态Fe3＋有5个未成对电子，所以未成对电子个数比为4∶5。(2)Ti是22号元素，位于元素周期表第4周期第ⅣB族，其基态原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d24s2。(3)Fe、Co、Ni的价电子排布式分别为3d64s2、3d74s2、3d84s2，价电子数分别为8、9、10，位于元素周期表第四周期第Ⅷ族。基态Fe原子核外有26个电子，电子排布式为[Ar]3d64s2。答案：(1)4∶5(2)1s22s22p63s23p63d24s2(3)第四周期第Ⅷ族1s22s22p63s23p63d64s2或[Ar]3d64s21．试题特点原子结构试题在高考中出现的频率很高，几乎每年都有相关的试题，这一类题总体来说规律性很强，重点考查原子的构成，特别是原子核外电子排布规律是重点考查的方向。2．命题角度这一类试题命题主要有两个角度，一个是根据原子核外电子排布规律推导出原子的种类，进而考查与此原子相关物质的结构和性质规律，如2021全国甲卷第11题；二是考查表示原子的核外电子排布式、轨道表示式，包括价电子排布式，这是非选择题考查的主要形式，如2020全国Ⅰ卷第35题(1)。原子结构相关的“数”和“素”1．原子结构中的“数”①原子中：质子数(Z)＝核电荷数＝核外电子数；②质量数(A)＝质子数(Z)＋中子数(N)；③阳离子的核外电子数＝质子数－阳离子所带电荷数；④阴离子的核外电子数＝质子数＋阴离子所带电荷数。2．原子结构中的“素”下列说法正确的是()A．由H、D、T与16O、17O、18O构成的过氧化氢分子的相对分子质量有36种B．H2、D2、T2互为同素异形体C．H2、D2、T2在相同条件下的密度比为1∶2∶3D．氕、氘发生核聚变生成其他元素，属于化学变化【解析】选C。H、D、T组合H2、D2、T2、HD、HT、DT共6种；16O、17O、18O组合16O2、17O2、18O2、16O17O、16O18O、17O18O共6种，所以构成的过氧化氢分子共有6×6＝36种，但其中有相对分子质量相同的分子，故构成的过氧化氢分子的相对分子质量种数小于36种，故A错误；H2、D2、T2均为氢气单质，属于一种物质，故B错误；H2、D2、T2在相同条件下的密度比等于气体相对分子质量之比，为2∶4∶6＝1∶2∶3，故C正确；氕、氘发生核聚变生成其他元素，属于核反应，不是化学变化，故D错误。原子结构相关的“图”和“式”1．描述原子结构的“图”(1)结构示意图：能直观地反映核内的质子数和核外的电子层数及各层上的电子数。(2)电子排布图：能反应各轨道的能量的高低，各轨道上的电子分布情况及自旋方向。2．描述原子结构的“式”(1)核组成式：如eq\o\al(\s\up1(16),\s\do1(8))O，侧重于表示原子核的结构，它能告诉我们该原子核内的质子数和核外电子数以及质量数，但不能反映核外电子的排布情况。(2)电子排布式：能直观地反映核外电子的能层、能级和各能级上的电子数，但不能表示原子核的情况，也不能表示各个电子的运动状态。(3)价电子排布式：如Fe原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2，价电子排布式为3d64s2。价电子排布式能反映基态原子的能层数和参与成键的电子数以及最外层电子数。(1)(2018·全国卷Ⅰ)下列Li原子电子排布图表示的状态中，能量最低和最高的分别为________、________(填标号)。(2)(2017·全国卷Ⅰ)钾和碘的相关化合物在化工、医药、材料等领域有着广泛的应用。回答下列问题：基态K原子中，核外电子占据最高能层的符号是________，占据该能层电子的电子云轮廓图形状为______________。(3)(2017·全国卷Ⅱ)氮原子价层电子的轨道表达式(电子排布图)为________________。(4)(2017·全国卷Ⅲ)Co基态原子核外电子排布式为________________。(5)(2016·全国卷Ⅱ)镍元素基态原子的电子排布式为______________________，3d能级上的未成对电子数为________。(6)(2016·江苏卷)Zn2＋基态核外电子排布式为__________________。【解析】(1)①D选项表示基态，为能量最低状态；A、B、C选项均表示激发态，但C选项被激发的电子处于高能级的电子数多，为能量最高状态。(2)基态K原子核外有4个能层：K、L、M、N，能量依次增高，处于N层上的1个电子位于s轨道，s电子云轮廓图形状为球形。(3)根据构造原理可知氮原子价电子排布式为2s22p3，根据洪特规则和泡利不相容原理可知其价电子的轨道表示式为。(4)根据构造原理可写出Co基态原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d74s2或[Ar]3d74s2。(5)Ni是28号元素，根据核外电子的排布规律可知，其基态原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d84s2。根据洪特规则可知，Ni原子3d能级上8个电子尽可能分占5个不同的轨道，其未成对电子数为2。(6)Zn为30号元素，其基态原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s2，失去最外层的2个电子即可得到Zn2＋，Zn2＋的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d10或[Ar]3d10。答案：(1)DC(2)N球形(3)(4)1s22s22p63s23p63d74s2或[Ar]3d74s2(5)1s22s22p63s23p63d84s2或[Ar]3d84s22(6)1s22s22p63s23p63d10或[Ar]3d10【典例】已知eq\a\vs4\al(X、Y和Z三种元素的原子序数之和等)eq\a\vs4\al(于42)③，X元素原子的eq\a\vs4\al(4p轨道上有3个未成对)eq\a\vs4\al(电子)①，Y元素原子的最外层eq\a\vs4\al(2p轨道上有2个)eq\a\vs4\al(未成对电子)②。X跟Y可形成化合物X2Y3，Z元素可以形成负一价离子，下列说法正确的是()A．X元素的基态原子的电子排布式为[Ar]3d104s24p3B．X元素是第四周期ⅤA族元素C．Y元素原子的电子排布图为D．Z元素的氧化物具有两性【解析】选A、B。X元素原子的4p轨道上有3个未成对电子，即X为As，Y元素原子最外层2p轨道上有2个未成对电子，Y可能为C，也可能是O，X和Y可形成化合物是X2Y3，则Y为O，Z元素可以形成负一价离子，且三种元素的原子序数为42，则Z为H。A项，X为As，基态As原子核外电子排布式为[Ar]3d104s24p3，正确；B项，As位于第四周期ⅤA族，正确；C项，Y为氧元素，电子排布图为，错误；D项，Z为H，其氧化物H2O或H2O2不具有两性，错误。信息获取理解掌握知识整合①4p轨道上有3个未成对电子4p是最高能级，1s～4s全充满最高能级电子填充的规律是判断原子种类的一个重要依据②2p轨道上有2个未成对电子2p是最高能级，1s～2s全充满③X、Y和Z三种元素的原子序数之和等于42X和Y元素种类确定，分别是As和O，得出Z是H钴基合金是以钴作为主要成分，含有相当数量的镍、铬、铁等金属的一类合金。Co在周期表中的位置是__________，Cr的未成对电子数为____________。【解析】Co的原子序数是27，所以Co在元素周期表的位置是第四周期第Ⅷ族；Cr是24号元素，其核外电子排布式是[Ar]3d54s1，所以Cr的未成对电子数为6。答案：第四周期第Ⅷ族6原子结构与元素的性质密切相关，这也决定了元素在周期表中的位置，所以与原子结构相关的考题往往与“性质”和“位置”密切关联在一起，通过题意中的信息找出“位”、“构”、“性”中的任何一点都可以作为解决问题的突破口。由“数”定“性”1．(2021·山东师范大学附属中学模拟)第三周期元素R，它的原子最外电子层达到稳定结构所需的电子数少于次外层与最内层电子数之差，且等于最内层电子数的整数倍，下列叙述中正确的是()A．常温下，能稳定存在的R的氧化物都是酸性氧化物B.R的气态氢化物的水溶液具有强酸性C．R是金属元素D．R的气态氧化物不能在氧气中燃烧【解析】选A。第三周期元素R，有3个电子层，次外层和最内层的电子数之差为8－2＝6，它的原子核外最外层实现8电子稳定结构所需的电子数小于6，且等于最内层电子数的整数倍，则R元素原子核外最外层实现8电子稳定结构所需的电子数为2或4，若为2，则R为硫元素，符合题意；若为4，则R为硅元素，符合题意。S、Si的氧化物为SO2、SO3、SiO2，三种氧化物都是酸性氧化物，A正确；Si元素的氢化物的化学式为SiH4，SiH4难溶于水，没有强酸性，S元素的氢化物为H2S，H2S的水溶液呈弱酸性，B错误；R为S或Si元素，二者都属于非金属元素，C错误；若R为Si元素，则Si没有气态氧化物，若R是S，SO2、SO3都不能在氧气中燃烧，D错误。“数”、“性”结合作推断2．(2021·德州模拟)短周期主族元素W、X、Y、Z的原子序数依次增大，W的原子序数是Z的原子序数的一半，W、X、Y三种元素形成的化合物M结构如图所示。下列叙述正确的是()A．离子半径：Z>X>WB．气态氢化物的稳定性：Z>W>YC．试管中残留的Z的单质可以用热的氢氧化钠溶液洗涤D．化合物M中所有