高中化學(xué)-選修三-原子結(jié)構(gòu)與性質(zhì)

核心化學(xué)corechemistry『選修三·物質(zhì)的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)』PAGEPAGE4核心化學(xué)corechemistry原子結(jié)構(gòu)與性質(zhì).原子結(jié)構(gòu)核電荷數(shù)（z）=核內(nèi)質(zhì)子數(shù)=核外電子數(shù)質(zhì)量數(shù)（A）=質(zhì)子數(shù)（Z）+中子數(shù)（N）二．核外電子排布的一般規(guī)律(1)核外電子總是盡量先排布在能量較低的電子層，然后由里向外，依次排布在能量逐步升高的電子層。(2)原子核外各電子層最多容納2n2個電子。(3)原于最外層電子數(shù)目不能超過8個(K層為最外層時不能超過2個電子)。(4)次外層電子數(shù)目不能超過18個(K層為次外層時不能超過2個)，倒數(shù)第三層電子數(shù)目不能超過32個。三、能層（電子層）、能級的含義.1、能層（電子層）：在多電子的原子核外電子的能量是不同的，按電子的能量差異，可以將核外電子分成不同的能層.原子由里向外對應(yīng)的電子層符號分別為K、L、M、N、O、P、Q.第一、二、三、四、五、六、七……能層符號表示K、L、M、N、O、P、Q……能量由低到高同一個能層的電子，能量也可能不同，還可以把它們分成能級(S、P、d、F)，就好比能層是樓層，能級是樓梯的階級。各能層上的不同能級所具有的能量也是不一樣的。2、能級（即亞層）：在多電子原子中，同一能層的電子，能量可以不同，還可以把它們分成能級。處于同一電子層的原子核外電子，也可以在不同類型的原子軌道上運動，分別用s、p、d、f表示不同形狀的軌道，s軌道呈球形、p軌道呈紡錘形，d軌道和f軌道較復(fù)雜.能層(n)一二三四五六七符號KLMNOPQ能級(l)1s2s2p3s3p3d4s4p4d4f5s………最多電子數(shù)22626102610142………281832……2n2有關(guān)能級的五條基本規(guī)律1、每個能層中，能級符號的順序是ns、np、nd、nf……（n為能層序數(shù)）2、任一能層的能級總的從s能級開始，而且能級數(shù)等于該能層序數(shù)。3、s、p、d、f……可容納的電子數(shù)依次是1、3、5、7……的兩倍4、各能級所在能層的取值ns→n≥1；np→n≥2；nd→n≥3；nf→n≥4；5、各能層、能級中電子能量的高低⑴同一能層中：E(ns)＜E(np)＜E(nd)＜E(nf)⑵不同能層中：E(1s)＜E(2s)＜E(3s)＜E(4s)＜。。。E(2p)＜E(3p)＜E(4p)＜E(5p)＜。。。例1、以下能級符號正確的是（）A6sB2dC3fD7p例2、以下能級符號錯誤的是()A.5sB．2dC．3fD．6p例3、某隕石中含有半衰期極短的鎂的一種放射性同位素28Mg，該同位素的原子核內(nèi)的中子數(shù)是A.12B．14例4、下列有關(guān)認識正確的是 A.各能級的原子軌道數(shù)按s、p、d、f的順序分別為1、3、5、7B.各能層的能級都是從s能級開始至f能級結(jié)束C.各能層含有的能級數(shù)為n-1D.各能層含有的電子數(shù)為2n2例5、下列各電子能層中，不包含d能級的是（）A、N能層B、M能層C、L能層D、K能層例6.Se是人體必需的微量元素，下列關(guān)于eq\o\al(78,34)Se和eq\o\al(80,34)Se的說法正確的是()A.eq\o\al(78,34)Se和eq\o\al(80,34)Se互為同素異形體B.eq\o\al(78,34)Se和eq\o\al(80,34)Se互為同位素C.eq\o\al(78,34)Se和eq\o\al(80,34)Se分別含有44和46個質(zhì)子D.eq\o\al(78,34)Se和eq\o\al(80,34)Se都含有34個中子2.構(gòu)造原理思考：鉀原子的電子排布為什么不是2、8、9，而是2、8、8、1？構(gòu)造原理（電子填充的先后順序）隨原子核電荷數(shù)遞增，原子核外電子的排布遵循如左圖的排布順序，這個排布順序被稱為構(gòu)造原理。1s＜2s＜2p＜3s＜3p＜4s＜3d＜4p＜5s＜4d＜5p＜6s＜4f＜5d＜6p＜7s＜5f＜6d＜7p 通式：ns<(n-2)f<(n-1)d<np（2）電子排布式根據(jù)構(gòu)造原理，只要知道原子序數(shù)，就可以寫出元素原子的電子排布，這樣的電子排布是基態(tài)原子的。原子軌道的特點（1）.s原子軌道是球形的，p原子軌道是紡錘形的（2）.能層序數(shù)n越大，原子軌道的半徑越大；（3）.不同能層的同種能級的原子軌道形狀相似，只是半徑不同；相同能層的同種能級的原子軌道形狀相似，半徑相同，能量相同，方向不同（4）.s能級只有一個原子軌道；p能級有3個原子軌道，互相垂直，可分別以px、py、pz表示，能量相等。如2px、2py、2pz軌道的能量相等。d能級有五個原子軌道。（5）每個原子軌道內(nèi)只能放2個5.原子核外電子排布原理.①.能量最低原理:電子先占據(jù)能量低的軌道，再依次進入能量高的軌道.②.泡利不相容原理:在同一能層，同一能級的同一個原子軌道內(nèi)最多只能容納兩個電子，且自旋方向相反③.洪特規(guī)則:電子在能量相同的軌道上分布時,總是盡可能以自旋相同的方式分占不同軌道.④洪特規(guī)則的特例:同一能級的軌道在全充滿（p6、d10、f14）、半充滿（p3、d5、f7）、全空時(p0、d0、f0)的狀態(tài)，具有較低的能量和較大的穩(wěn)定性.如24Cr[Ar]3d54s1、29Cu[Ar]3d104s1.6.電子排布圖ns能級各有一個軌道，np能級各有3個軌道，nd能級各有5個軌道，nf能級各有7個軌道.而每個軌道里最多能容納2個電子，通常稱為電子對，用方向相反的箭頭“↑↓”來表示。第二周期元素基態(tài)原子的電子排布如下圖所示（在圖中每個方框代表一個原子軌道,每個箭頭代表一個電子）：Cr核外電子排布圖Zn核外電子排布圖例1當(dāng)碳原子的核外電子排布由轉(zhuǎn)變?yōu)闀r，下列說法正確的是A．碳原子由基態(tài)變?yōu)榧ぐl(fā)態(tài)B．碳原子由激發(fā)態(tài)變?yōu)榛鶓B(tài)C．碳原子要從外界環(huán)境吸收能量D．碳原子要向外界環(huán)境釋放能量例2基態(tài)碳原子的最外能層的各能級中，電子排布的方式正確的是（）ABCD例3.下列原子構(gòu)成的單質(zhì)中既能與稀硫酸反應(yīng)，又能與燒堿溶液反應(yīng)，且都產(chǎn)生H2的是()A.核內(nèi)無中子的原子B.電子構(gòu)型為3s23p1C.最外層電子數(shù)等于倒數(shù)第三層上的電子數(shù)的原子D.N層上無電子，最外層上的電子數(shù)等于電子層數(shù)的原子例4.分析發(fā)現(xiàn)，某隕石中含有半衰期極短的鎂的一種放射性同位素28Mg，該同位素的原子核內(nèi)的中子數(shù)是A.12B．14C．16例5.下列各原子或離子的電子排布式錯誤的是()A．Na＋1s22s22p6B．F1s22s22p5C．Cl－1s22s22p63s23p5D．Ar1s22s22p63s2例6.根據(jù)下列電子排布，處于激發(fā)態(tài)的原子是()A.1s22s22p6B．1s22s23s1C.1s22s14d1D．1s22s22p6例7．以下電子排布式不是基態(tài)原子的電子排布的是()A．1s12s1B．1s22s12p1C．1s22s22p63s2D．1s22s22p6例8．Cl－核外電子的運動狀態(tài)共有()A．3種B．5種C．17種D．18種例9．下列軌道表示式所表示的元素原子中，其能量處于最低狀態(tài)的是()例10.將下列多電子原子的原子軌道按能量由高到低的順序排列：1s3p2p5d4s5f例11.下列3d能級的電子排布圖正確的是()A.↑↑↑↑↑↑↑↑B.↓↑↑↑↑↑C.↓↑↓↑↓↑D.↓↑↓↑↓↓↓↑↓↑例12.A、B屬于短周期中不同主族的元素，A、B原子的最外層電子中，成對電子和未成對電子占據(jù)的軌道數(shù)相等，若A元素的原子序數(shù)為a，則B元素的原子序數(shù)為()A.a－4B．a(chǎn)－5C．a(chǎn)＋3D．a(chǎn)＋4例13.下列軌道表示式能表示最低能量狀態(tài)的氮原子的是()例14.下列各組原子中，彼此化學(xué)性質(zhì)一定相似的是()A.原子核外電子排布式為1s2的X原子與原子核外電子排布式為1s22s2的Y原子B.原子核外M層上僅有兩個電子的X原子與原子核外N層上僅有兩個電子的Y原子C.2p軌道上有三個未成對的電子的X原子與3p軌道上只有三個未成對的電子的Y原子D.最外層都只有一個電子的X、Y原子例15.下列關(guān)于價電子構(gòu)型為3s23p4的粒子描述正確的是A.它的元素符號為OB.它的核外電子排布式為1s22s22p63s23p4C.它可與H2生成液態(tài)化合物D.其電子排布圖為：1s2s2p3s3p四、元素周期表與元素周期律1、元素周期表（1）七行七周期，每周期原子核外電子層數(shù)等于周期數(shù)；1~3短周期，4~6長周期，7不完全周期（2）18列16族：7主族（符號A表示，主族族序數(shù)=價電子數(shù)=最外層電子數(shù)）；7副族（符號B表示，副族族序數(shù)=價電子數(shù)=最外層電子+次外層d能級電子，ⅠB、ⅡB族序數(shù)=最外層電子數(shù)）；第八族（過渡元素，價電子數(shù)=最外層電子數(shù)+次外層d能級電子，含三列元素，價電子數(shù)分別為8、9、10）；0族（稀有氣體，最外層電子均達到穩(wěn)定結(jié)構(gòu)）（3）區(qū)域劃分:根據(jù)最后一個電子填入的能級進行的劃分S區(qū)元素價電子特征排布為ｎS1~2，價電子數(shù)等于族序數(shù)，包含ⅠA、ⅡA。p區(qū)元素特征電子排布為ns2np1~6；包含ⅢA~ⅦA（價電子數(shù)=族序數(shù)）和0族；ｄ區(qū)元素價電子排布特征為（ｎ-1）d1~10ns1~2，價電子總數(shù)等于副族序數(shù)，包括ⅢB~ⅦB和第Ⅷ族；ds區(qū)元素特征電子排布為(n-1)d10ns1~2，包括ⅠB、ⅡB；2、元素周期律隨著核電荷數(shù)的遞增，元素性質(zhì)隨著原子序數(shù)的遞增呈現(xiàn)周期性變化的規(guī)律。元素周期律的實質(zhì)：元素原子核外電子排布的周期性變化規(guī)律。（1）原子半徑 電子能層：能層越多，電子間的負電排斥使原子決定因素：的半徑增大核電荷數(shù)：核電荷數(shù)越大，核對電子的引力也就越大，使原子的半徑縮?。偨Y(jié)，同周期原子半徑從左到又依次減?。ㄏ∮袣怏w同周期最大），同主族元素從上到下原子半徑依次增大。★判斷微粒半徑大小的規(guī)律：（a）同周期，從左到右，原子半徑依次減小。（b）同主族，從上到下，原子半徑增大。（c）陽離子半徑小于對應(yīng)的原子半徑，陰離子半徑大于對應(yīng)的原子半徑：H+﹤H，Cl﹤Cl-（d）電子層結(jié)構(gòu)相同的離子，隨核電荷數(shù)增大，離子半徑減小O2-﹥F-﹥Na+﹥Mg2+﹥Al3+（e）不同價態(tài)的同種元素的離子，核外電子多（價態(tài)低的）的半徑大Fe3+﹤Fe2+（f）電子層結(jié)構(gòu)不同的離子之間直接看電子層數(shù)，電子層數(shù)越多，半徑越大。（2）元素主要化合價的周期性變化：原子序數(shù)主要化合價的變化1～2＋103～10＋1＋5－4－1011～18＋1＋7－4－10結(jié)論：隨著原子序數(shù)的遞增，元素主要化合價呈現(xiàn)周期性的變化。同周期元素，隨著原子序數(shù)的遞增，元素化合價的最高正價從+1~+5（或+7），負價從-4~-1.注：①元素重要化合價的變化中O一般無正價，F(xiàn)無正價；②最高正化合價＋|最低負化合價|＝8（僅適用于非金屬元素）③金屬無負價④有些非金屬有多種化合價，如：C元素有＋2，＋4，－4價（在有機物中也可以有－3，－2，－1價）；S元素有＋4，＋6，－2價；Cl元素有－1，＋1，＋3，＋5，＋7價；N元素有－3，＋1，＋2，＋3，＋4，＋5價。（3）元素的金屬性和非金屬性的周期性變化：電子層數(shù)相同，隨著原子序數(shù)的遞增，原子半徑遞減，核對核外電子的引力逐漸增強，失電子能力逐漸減弱，得電子能力逐漸增強，即元素的金屬性逐漸減弱，非金屬性逐漸增強。①．元素的金屬性（同還原性）：指元素氣態(tài)原子失去電子的能力。元素金屬性強弱判斷的實驗依據(jù)：a.金屬單質(zhì)跟水或酸反應(yīng)置換出氫氣的難易程度：越容易則金屬性越強，反之，金屬性越弱；b.最高價氧化物對應(yīng)水化物的堿性強弱：最高價氫氧化物的堿性越強，這種金屬元素金屬性越強，反之，金屬性越弱；c.金屬單質(zhì)間的置換反應(yīng)②元素的非金屬性（同氧化性）：指元素氣態(tài)原子得到電子的能力。元素非金屬性強弱判斷的實驗依據(jù)：a.非金屬元素單質(zhì)與氫氣化合的難易程度及生成氫化物的穩(wěn)定性強弱：如果元素的單質(zhì)跟氫氣化合生成氣態(tài)氫化物容易且穩(wěn)定，則證明這種元素的非金屬性較強，反之，則非金屬性較弱；b.最高價氧化物對應(yīng)水化物的酸性強弱：酸性越強則對應(yīng)的元素的非金屬性越強；c.非金屬單質(zhì)間的置換反應(yīng)③元素的金屬性和非金屬性的周期性變化：同周期元素，從左到右，金屬性逐漸減弱，非金屬性逐漸增強；同主族元素，從上到下，金屬性增強，非金屬性減弱。（4）電離能①第一電離能：氣態(tài)電中性基態(tài)原子失去一個電子轉(zhuǎn)化為氣態(tài)基態(tài)正離子所需要的能量叫做第一電離能。用符號Ｉ1表示，單位：kj/mol②第二電離能：從一價氣態(tài)基態(tài)正離子中再失去一個電子所需要的能量叫做第二電離能。符號Ｉ2③意義：衡量元素的原子失去一個電子的難易程度。第一電離能數(shù)值越小，原子越容易失去一個電子；反之越難。④電離能與金屬性的關(guān)系：金屬性越強，越容易失電子，電離能就越小。⑤隨著原子序數(shù)的遞增，元素的第一電離能呈周期性變化:同周期從左到右，第一電離能有逐漸增大的趨勢，稀有氣體的第一電離能最大，堿金屬的第一電離能最小；同主族從上到下，第一電離能有逐漸減小的趨勢. 說明：①同周期元素，從左往右第一電離能呈增大趨勢。原子軌道為全滿、半滿時電離能變化異常，即電離能要大于后一元素：即第ⅡA族元素第一電離能大于ⅢA元素，第ⅤA族元素第一電離能大于Ⅵ族元素。②.元素第一電離能的運用：a.電離能是原子核外電子分層排布的實驗驗證.b.用來比較元素的金屬性的強弱.I1越小，金屬性越強，表征原子失電子能力強弱.③逐級電離能a同種原子的逐級電離能越來越大b應(yīng)用同能層的電離能相近,不同能層電離能突變判斷化合價確定核外電子排布Na：I1《I2，，說明Na容易失去1個電子多，所以形成+1價陽離子。Mg：I1＜I2《I3說明Mg容易失去2個電子，形成+2價陽離子

Al：I1＜I2＜I3《I4小很多，說明Al容易，失去3個電子形成+3價離子例1、給出價電子構(gòu)型為(A)3ｓ２３ｐ１（B）３ｓ２３ｐ２（C）３ｓ２３ｐ３(D)3ｓ２３ｐ４原子的第一電離能的大小順序，并說明原因。例2.下列元素中，第一電離能最小的是（）A、KB、NaC、PD、Cl例3、下列各組中按元素的第一電離能遞增順序的是ALi,Be,BBAl,Si,PCN,O,FDLi,Na,K例4、下列基態(tài)原子外圍電子排布中,第一電離能最小的可能是Ans2np3Bns2np5Cns2np4Dns2例5、具有下列電子層結(jié)構(gòu)的原子,其第一電離能由大到小排列正確的是①3p能級上只有一對成對電子②外圍電子構(gòu)型為3s23p6的原子③其3p軌道為半滿的原子④正三價陽離子電子排布與氖相同A①②③④B③①②④C②③①④D②④①③例6、氯化鉻酰(CrO2Cl2)在有機合成中可作氧化劑或氯化劑,能與許多有機物反應(yīng).請回答下列問題:1.寫出鉻原子的基態(tài)原子電子排布式:2.與鉻同周期的所有元素的基態(tài)原子中最外層電子數(shù)與鉻相同的元素有:(5).元素電負性的周期性變化.元素的電負性：元素的原子在分子中吸引電子對的能力叫做該元素的電負性。（=氧化性）隨著原子序數(shù)的遞增，元素的電負性呈周期性變化：同周期從左到右，主族元素電負性逐漸增大；同一主族從上到下，元素電負性呈現(xiàn)減小的趨勢.電負性的運用:a.確定元素類型(一般>1.8，非金屬元素；<1.8，金屬元素).b.確定化學(xué)鍵類型(兩元素電負性差值>1.7，離子鍵；<1.7，共價鍵).c.判斷元素價態(tài)正負（電負性大的為負價，小的為正價）.d.電負性是判斷金屬性和非金屬性強弱的重要參數(shù)（表征原子得電子能力強弱）.例1下列有關(guān)電負性說法正確的是A主族元素電負性越大,元素第一電離能一定越大B在元素周期表中,元素電負性從左到右越來越小C金屬元素電負性一定小于非金屬元素電負性D在形成化合物時,電負性越小元素越容易顯示正價例2.下列各組元素，按原子半徑依次減小，元素第一電離能逐漸升高的順序排列的是A．K、Na、LiB．N、O、CC．Cl、S、PD．Al、Mg、Na例3.已知X、Y元素同周期，且電負性X＞Y，下列說法錯誤的是A．X與Y形成化合物時，X顯負價，Y顯正價B．第一電離能可能Y小于XC．最高價含氧酸的酸性：X對應(yīng)的酸性弱于Y對應(yīng)的酸性D．氣態(tài)氫化物的穩(wěn)定性：HmY小于HmX元素I1/eVI2/eVI3/eV甲5.747.471.8乙7.715.180.3丙13.023.940.0丁15.727.640.7例4.氣態(tài)中性原子失去一個電子轉(zhuǎn)化為氣態(tài)正離子所需要的最低能量叫做第一電離能（I1），氣態(tài)正離子繼續(xù)失去電子所需最低能量依次稱為第二電離能（I2）、第三電離能（I3）……下表是第三周期部分元素的電離能［單位：eV（電子伏特）］數(shù)據(jù).下列說法正確的是A.甲的金屬性比乙強B.乙的化合價為＋1價C.丙一定為非金屬元素D.丁一定是金屬元素五、對角線原則在元素周期表中，某些主族元素與右下方的主族元素(如右圖)的有些性質(zhì)是相似的(如硼和硅的含氧酸鹽都能形成玻璃且互熔)，被稱為“對角線規(guī)則”。例：鋰和鎂在空氣中燃燒的產(chǎn)物相同，鈹和鋁的氫氧化物的酸堿性以及硼和硅的含氧酸酸性的強弱相似，說明對角線規(guī)則，并用這些元素的電負性解釋對角線規(guī)則。例1.根據(jù)對角線規(guī)則，下列物質(zhì)的性質(zhì)具有相似性的是（）A.硼和硅B.鋁和鐵C.鈹和鋁D.銅和金例2有A、B、C、D四種元素。其中A為第三周期元素，與D可形成1∶1和2∶