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第十二章
物質結構與性質
第一節(jié)　原子結構與性質
課標要求 核心素養(yǎng)
1.了解原子核外電子的運動狀態(tài)、能級分布和
排布原理，能正確書寫 1～36 號元素原子核外
電子、價電子的電子排布式和軌道表示式。
2.了解電離能的含義，并能用以說明元素的某
些性質。
3.了解電子在原子軌道之間的躍遷及其簡單應
用。
4.了解電負性的概念，并能用以說明元素的某
些性質。 宏觀辨識與微觀探析：微觀
探析——能從原子的微觀
層面理解其結構和性質的
聯(lián)系，形成“結構決定性質，
性質決定應用”的觀念；能
根據(jù)原子的微觀結構預測
物質在特定條件下可能具
有的性質。
[目標導航]
[自主測評]
1.易錯易混辨析(正確的畫“√”，錯誤的畫“×”)。
(1)第二能層(L)上有 s、p、d、f 四個能級。(
)
(2)同一原子中，不同能層中同一能級，能量相同。(
)
(3)某原子核外電子排布為 ns2np7，它違背了能量最低原理。
(
(
)
(4)第四周期元素中，Mn 原子價層電子未成對電子最多。
)
(5)元素周期表中鑭系元素和錒系元素都占據(jù)同一格，它們是
同位素。(
)
(6)同周期元素，從左到右，原子半徑逐漸減小，離子半徑也
逐漸減小。(
)
答案：(1)× 錯因：第二能層上有 s、p 兩個能級。
(2)×
錯因：不同能層中同一能級，能層序數(shù)越大能量越高，
如 1s＜2s＜3s……
(3)×
錯因：違背了泡利原理，每個軌道最多可容納 2 個電
子，np 能級有 3 個軌道，p 軌道最多容納 6 個電子。
(4)×
電子最多。
(5)×
錯因：第四周期元素 Cr 原子價層電子 3d54s1 中未成對
錯因：鑭系元素和錒系元素都占據(jù)同一格，但是由于
核內質子數(shù)不相等，所以不是同位素。
(6)×
錯因：同一周期元素的離子半徑不是逐漸減小的。
D.離子半徑：Cl－＞K＋＞Na＋
)
2.以下有關元素性質的說法中錯誤的是(
A.元素電負性：Na＜P＜O
B.第一電離能：S＞P＞Si
C.最高化合價：Mn＞Cr＞V
答案：B
考點一 核外電子排布
1.能層、能級與原子軌道
(1)能層(n)
核外電子按能量不同分成能層。通常用 K、L、M、N……表
示，能量依次______。
增大
(2)能級
能級
同一能層電子的能量也可能不同，又將其分成不同的______，
通常用 s、p、d、f……表示。
(3)電子云與原子軌道
核外電子的概率密度分布看起來像一片云霧，因而被形象地
稱作電子云。量子力學把電子在原子核外的一個空間運動狀態(tài)稱
為一個原子軌道。因此，常用電子云輪廓圖的形狀和取向來表示
原子軌道的形狀和取向。
原子軌道 軌道形狀 軌道個數(shù) 能量關系
s 球形 1 ①同一能層各能級能量順序：E(ns)＜
E(np)＜E(nd)＜E(nf)
②形狀相同的原子軌道能量的高低：
E(1s)＜E(2s)＜E(3s)＜E(4s)……
③同一能層內形狀相同而伸展方向不
同的原子軌道的能量相等，如 p 能級
三個互相垂直的軌道npx、npy、npz 的
能量相同
p 啞鈴形 3
d — 5
f — 7
2.基態(tài)原子的核外電子排布
(1)排布原則
最低
相反
平行
當能量相同的原子軌道在全滿(p6、d10、f14)、半滿(p3、d5、f7)和全空(p0、d0、f0)狀態(tài)時，體系的能量最低，如基態(tài)24Cr原子的核外電子排布式為1s22s22p63s23p63d54s1，而不是1s22s22p63s23p63d44s2。
(2)填充順序——構造原理
如圖為構造原理示意圖，即基態(tài)原子核外電子在原子軌道上
的排布順序圖：
表示方法 以硫原子為例
電子排布式 1s22s22p63s23p4
簡化電子排布式 [Ne]3s23p4
軌道表示式
（或電子排布圖）
價層電子排布式 3s23p4
3.基態(tài)原子核外電子排布的表示方法
4.電子的躍遷與原子光譜
(1)電子的躍遷
(2)不同元素原子的電子發(fā)生躍遷時會吸收或釋放不同的光，
可以用光譜儀攝取各種元素原子的吸收光譜或發(fā)射光譜，總稱原
子光譜。
周
期 元素
種數(shù) 每周期第一個元素 每周期最后一個元素
原子
序數(shù) 基態(tài)原子的
電子排布式 原子
序數(shù) 基態(tài)原子的
電子排布式
一 2 1 1s1 2 1s2
二 8 3 [He]2s1 10 [He]2s22p6
三 8 11 [Ne]3s1 18 [Ne]3s23p6
考點二 元素周期表與元素性質
1.原子結構與周期表的關系
(1)原子結構與周期的關系
周
期 元素
種數(shù) 每周期第一個元素 每周期最后一個元素
原子
序數(shù) 基態(tài)原子的
電子排布式 原子
序數(shù) 基態(tài)原子的
電子排布式
四 18 19 [Ar]4s1 36 [Ar]3d104s24p6
五 18 37 [Kr]5s1 54 [Kr]4d105s25p6
六 32 55 [Xe]6s1 86 —
七 32 87 [Rn]7s1 118 —
(續(xù)表)
每周期第一種元素的最外層電子的排布式為 ns1。每周期結尾
元素的最外層電子排布式除 He 為 1s2 外，其余為 ns2np6。
族序數(shù) ⅠA ⅡA ⅢA ⅣA ⅤA ⅥA ⅦA
價電子
排布 ns1 ns2 ns2np1 ns2np2 ns2np3 ns2np4 ns2np5
(2)主族元素的價電子排布特點
(3)元素周期表的分區(qū)
①分區(qū)圖示
分區(qū) 元素分布 外圍電子排布 元素性質特點
s 區(qū) ⅠA、ⅡA族 ns1～2 除氫外都是活潑金屬元素；通常是最外層電子參與反應
p 區(qū) ⅢA族～
Ⅶ族、0族 ns2np1～6
（除He外） 通常是最外層電子參與反應
②各區(qū)元素原子外圍電子排布及性質特點
分區(qū) 元素分布 外圍電子排布 元素性質特點
d 區(qū) ⅢB族～ⅦB
族（除鑭系、
錒系外）、Ⅷ族 (n－1)d1～9ns1～2
除鈀外 d軌道可以不同程度地參與化學鍵的形成
ds 區(qū) ⅠB族、ⅡB族 (n－1)d10ns1～2 金屬元素
f 區(qū) 鑭系、錒系 (n－2)f0～14
(n－1)d0～2ns2 鑭系元素化學性質相近，錒系元素化學性質相近
(續(xù)表)
2.原子半徑
越大
越小
減小
增大
(1)影響因素：①能層數(shù)越多，原子半徑________；
②同周期核電荷數(shù)越大，原子半徑________。
(2)變化規(guī)律：①同周期主族元素從左到右，原子半徑逐漸
________；
②同主族元素從上到下，原子半徑逐漸________。
3.電離能
增大
逐漸減小
大
(1)第一電離能：氣態(tài)基態(tài)原子失去一個電子轉化為氣態(tài)基態(tài)
正離子所需要的最低能量，符號：I1，單位：kJ·mol-1。
(2)第一電離能的變化規(guī)律
①同周期從左至右第一電離能總體呈現(xiàn)_______的趨勢（第
二、三周期中，第ⅡA 族、第ⅤA 族元素的第一電離能比相鄰元
素都大）。
②同族元素從上至下第一電離能_______________。
③同種原子逐級電離能越來越____。
(3)電離能的應用
①判斷元素金屬性的強弱
第一電離能越小，金屬越容易失去電子，金屬性越強；反之
越弱。
②判斷元素的化合價（I1、I2……表示各級電離能）
如果某元素的 In＋1 In，則該元素的常見化合價為＋n。如鈉
元素 I2 I1，所以鈉元素的化合價為＋1。
③判斷核外電子的分層排布情況
多電子原子中，元素的各級電離能逐級增大，有一定的規(guī)律
性。當電離能的變化出現(xiàn)突變時，電子層數(shù)就可能發(fā)生變化。
4.電負性
增大
減小
(1)含義：不同元素的原子對鍵合電子吸引力的大小。
(2)變化規(guī)律：①同周期從左至右，元素的電負性逐漸
________；
②同主族從上至下，元素的電負性逐漸_________。
(3)電負性的三大應用
①判斷元素的金屬性和非金屬性
a.金屬元素的電負性一般小于 1.8，非金屬元素的電負性一般
大于 1.8，而位于非金屬三角區(qū)邊界的“類金屬”（如鍺、銻等）
的電負性則在 1.8 左右，它們既有金屬性，又有非金屬性。
b.金屬元素的電負性越小，金屬元素越活潑；非金屬元素的電
負性越大，非金屬元素越活潑。
②判斷元素的化合價
a.電負性數(shù)值小的元素在化合物中吸引電子的能力弱，元素的
化合價為正值。
b.電負性數(shù)值大的元素在化合物中吸引電子的能力強，元素的
化合價為負值。
③判斷化學鍵的類型
一般認為：
a.如果兩個成鍵元素原子間的電負性差值大于 1.7，它們之間
通常形成離子鍵。
b.如果兩個成鍵元素原子間的電負性差值小于 1.7，它們之間
通常形成共價鍵。
5.對角線規(guī)則
在元素周期表中，某些主族元素與右下方的主族元素的有些
性質是相似的，被稱為“對角線規(guī)則”。如
。
考向 1 原子核外電子排布原則及應用
1.(2023 年河北二模)下列化學用語或圖示表達正確的是(　　)
A.順-2-丁烯的球棍模型：
B.CO2 的空間填充模型：
C.CaC2的電子式：Ca2+[∶C C∶]2
D.基態(tài)氮原子的軌道表示式：
解析：由于碳碳雙鍵兩端的甲基分別位于雙鍵平面的兩側，
則
是反-2-丁烯的球棍模型，A錯誤；已知CO2是直線形分
子，故 CO2 的空間填充模型為
，B 錯誤；CaC2 是離子化合物，
CaC2的電子式為Ca2+[∶C C∶]2-，C正確；基態(tài)氮原子的電子排
，D 錯誤。
布式為1s22s22p3，軌道表示式為
答案：C
2.(1)(2022 年廣東卷)Se 與 S 同族，基態(tài)硒原子價電子排布式
為__________。
(2)(2022 年海南卷)基態(tài) O 原子的電子排布式為________，其
中未成對電子有____個。
(3)(2022 年全國甲卷)基態(tài) F 原子的價電子排布圖(軌道表示式)
為____________。
(4)(2022 年全國乙卷)氟原子激發(fā)態(tài)的電子排布式有______，
其中能量較高的是____(填字母)。
a.1s22s22p43s1 b.1s22s22p43d2　 　c.1s22s12p5 d.1s22s22p33p2
解析：(1)Se 與 S 同族，處于 S 元素的下一周期，基態(tài) S 原子
價電子排布式為 3s23p4，推知基態(tài) Se 原子價電子排布式為 4s24p4。
(2)基態(tài) O 原子核外有 8 個電子，電子排布式為 1s22s22p4，其價電
子軌道表示式為
，故未成對電子數(shù)為 2。(3)基態(tài) F 原子
核外有 9 個電子，其價電子排布圖(軌道表示式)為
。
(4)基態(tài) F 原子核外有 9 個電子，其基態(tài)原子電子排布式為 1s22s22p5，
核外電子總數(shù)為 9，故屬于激發(fā)態(tài)的有 a 和 d；由于 3p 能級的能
量高于 3s 能級，故能量較高的是 d。
答案：(1)4s24p4
(2)1s22s22p4 2
(3)
(4)a、d d
考向 2 元素周期律及應用
3.X、Y、Z、W 是短周期同一周期的主族元素，原子序數(shù)依
次增大；基態(tài) X 的價層電子軌道表示式為
，Z 最外層電子
數(shù)是其次外層電子數(shù)的 3 倍；四種元素與鋰組成的化合物結構如
圖(箭頭表示配位鍵)。下列說法正確的是(
)
A.四種元素中第一電離能最大的是 Z
B.Y 和 Z 形成的化合物常溫下均易溶于水
C.X 的最高價氧化物的水化物是一種強酸
D.Z 和 W 分別與氫元素形成的 10 電子化合物的沸點：前者高
于后者
解析：X 為 B 元素，Y 為 C 元素，Z 為 O 元素，W為 F元素。
元素的非金屬性越強，其第一電離能越大，非金屬性 F＞O＞C＞
B，則第一電離能最大的為 F(W)，A 錯誤；O、C 形成的化合物
CO 難溶于水，B 錯誤；B 的最高價氧化物的水化物為硼酸，硼酸
為弱酸，C 錯誤；O、F與氫元素形成的 10 電子化合物分別為H2O、
HF，常溫下 H2O 為液態(tài)，而 HF 為氣態(tài)，則沸點：H2O＞HF，D
正確。
答案：D
4.(2023 年北京順義一中模擬)我國科研人員發(fā)現(xiàn)了一種安全、
高效的點擊化學試劑 FSO2N3，下列有關元素 F、O、N、S 的說法
正確的是(
)
A.沸點：H2O>H2S>NH3
B.第一電離能：F>S>O>N
C.最高正價：F>S＝O>N
D.穩(wěn)定性：HF>H2O>NH3
解析：H2O 和 NH3 分子間形成氫鍵，沸點反常的高，常溫下
水為液體，氨氣為氣體，沸點 H2O＞NH3＞H2S，A 錯誤；根據(jù)同
一周期從左往右第一電離能呈增大趨勢，ⅡA 與ⅢA、ⅤA 與ⅥA
反常，同一主族從上往下第一電離能依次減小，故第一電離能：
F＞N＞O＞S，B 錯誤；F、O 元素無最高正價，硫的最高正價為
＋6 價，C 錯誤；非金屬性 F＞O＞N，氫化物穩(wěn)定性：HF＞H2O
＞NH3，D 正確。
答案：D
考向 3 電負性和電離能及其應用
5.(2023年廣東聯(lián)考)綠柱石(X3Z2W6Y18)是一種重要的礦物。X、
Y、Z、W 為短周期元素，原子序數(shù)依次增加，且價電子數(shù)和為15，
X、Z、W 處于相鄰的主族，X2+和 Z3+的電荷與半徑之比相近，導
致兩元素性質相似。下列說法正確的是(
)
A.第一電離能：ZW
B.原子半徑：Z>W>Y>X
C.XY 是堿性氧化物，WY2 是酸性氧化物
D.已知 W、Y 都可與氫氣生成氫化物，電負性 Y>W>H
解析：X、Y、Z、W為短周期元素，原子序數(shù)依次增加，且
價電子數(shù)和為 15，X、Z、W 處于相鄰的主族，根據(jù)“X2+和 Z3+
的電荷與半徑之比相近，導致兩元素性質相似”，可知，X為Be，
Z 為 Al，W 為 Si，因 X、Y、Z、W 為短周期元素，原子序數(shù)依
次增加，且價電子數(shù)和為 15，設 Y 的價電子數(shù)為 y，則 2＋3＋4
＋y＝15，則 y＝6，根據(jù)位置關系可知：X 為 Be，Y 為 O，Z 為
Al，W 為 Si。同一周期，第一電離能從左到右呈現(xiàn)增大趨勢，所
以第一電離能：Al＜Si，兩者失去一個電子后，Al＋處于穩(wěn)定結構，
較難再失電子，所以第二電離能：Al＞Si，A 正確；同一周期原子
半徑從左到右依次減小，同一主族原子半徑從上到下依次增大，
則上述元素原子半徑：Z(Al)>W(Si)>X(Be)>Y(O)，B 錯誤；Be 與
Al 兩者性質相似，所以 BeO 屬于兩性氧化物，SiO2 與堿發(fā)生反應
生成硅酸鹽和水，所以屬于酸性氧化物，C 錯誤；Si 與 O 分別與
H 元素形成的氫化物中，Si 為＋4 價，O 為－2 價，則電負性：
W(O)>Y(Si)>H，D 錯誤。
答案：A
6.(2023 年岳陽二模)(YX4)2W2Z4 常用作沉淀滴定分析試劑。X
是原子半徑最小的元素，Y 的基態(tài)原子中單電子與成對電子個數(shù)
比為 3∶4，Z 元素的電負性僅次于氟元素，W 原子電子總數(shù)與 Z
)
原子的最外層電子數(shù)相同。下列說法正確的是(
A.簡單氫化物的穩(wěn)定性：Y>Z
B.電負性：Z>Y>W>X
C.第一電離能：Z>Y>W
D.Y 原子核外電子有 7 種空間運動狀態(tài)
解析：由題干信息可知，化合物(YX4)2W2Z4 常用作沉淀滴定
分析試劑，X 是原子半徑最小的元素，則 X 為 H，Y 的基態(tài)原子
中單電子與成對電子個數(shù)比為 3∶4，即電子排布式為 1s22s22p3，
則 Y 為 N，Z 元素的電負性僅次于氟元素，則 Z 為 O，W 原子電
子總數(shù)與Z原子的最外層電子數(shù)相同，則W為C，化合物(YX4)2W2Z4
為(NH4)2C2O4。由分析可知，Y、Z 分別為 N、O，由于 O 的非金
屬性強于 N 的，簡單氫化物的穩(wěn)定性：H2O>NH3，即 Y誤；同周期主族元素的電負性由左向右逐漸增大，同主族元素的
電負性由上向下逐漸減小，所以電負性大小順序為 O＞N＞C＞H，
B 正確；由分析可知，Y、Z、W 分別為，N、O、C，為同一周期
元素，從左往右第一電離能呈增大趨勢，ⅡA 與ⅢA、ⅤA 與ⅥA
反常，故第一電離能：N＞O＞C 即 Y>Z>W，C 錯誤；Y 為 N，
是7號元素，基態(tài)氮原子核外電子的軌道表示式為
，
基態(tài) N 原子核外電子空間運動狀態(tài)與其軌道數(shù)相同，則有 5 種空
間運動狀態(tài)，D 錯誤。
答案：B
1.(2022 年海南卷)鈉和鉀是兩種常見金屬，下列說法正確的是
(
)
A.鈉元素的第一電離能大于鉀
B.基態(tài)鉀原子價層電子軌道表示式為
C.鉀能置換出 NaCl 溶液中的鈉
D.鈉元素與鉀元素的原子序數(shù)相差 18
解析：同一主族元素的第一電離能從上到下依次減小，金屬
性越強的元素，其第一電離能越小，因此，鈉元素的第一電離能
大于鉀，A正確；基態(tài)鉀原子價層電子為4s1，其軌道表示式為 ，
B錯誤；鉀和鈉均能與水發(fā)生置換反應，因此，鉀不能置換出NaCl
溶液中的鈉，C 錯誤；鈉元素與鉀元素的原子序數(shù)分別為11 和19，
兩者相差 8，D 錯誤。
答案：A
2.(1)(2022 年湖南卷)富馬酸亞鐵(FeC4H2O4)是一種補鐵劑，富
馬酸亞鐵中各元素的電負性由大到小的順序為_______________。
(2)(2022 年全國甲卷)圖 a、b、c 分別表示C、N、O和F的逐
級電離能 I 變化趨勢(縱坐標的標度不同)。第一電離能的變化圖是
______(填標號)，判斷的根據(jù)是____________________________；
第三電離能的變化圖是______(填標號)。
(3)(2022 年河北卷)Cu 與 Zn 相比，第二電離能與第一電離能
差值更大的是___________________________________________，
原因是__________________________________________________
________________________________________________________
________________________________________________________
_______________________________________________________。
答案：(1)O>C>H>Fe
(2)圖 a
同一周期主族元素第一電離能呈增大趨勢，由于 N
元素的 2p 能級為半充滿狀態(tài)，故 N 元素的第一電離能較 C、O 兩
種元素高 圖 b
(3)Cu Cu 的第二電離能失去 3d10 電子，第一電離能失去 4s1
電子，3d10 電子處于全充滿狀態(tài)，較難失去電子，則 Cu 的第二電
離能較大，與第一電離能的差值大
3.(2021 年山東卷)X、Y 為第三周期元素、Y 最高正價與最低
式存在。下列說法錯誤的是(
)
A.原子半徑：X>Y
B.簡單氫化物的還原性：X>Y
C.同周期元素形成的單質中 Y 氧化性最強
D.同周期中第一電離能小于 X 的元素有 4 種
負價的代數(shù)和為6，二者形成的一種化合物能以[XY4]＋[XY6]－的形
解析：Y位于第三周期，且最高正價與最低負價的代數(shù)和為6，
則 Y 是 Cl 元素，由 X、Y 形成的陰離子和陽離子知，X 與 Y 容易
形成共價鍵，根據(jù)化合物的形式知 X 是 P 元素。P 與 Cl 在同一周
期，則 P 半徑大，即 X>Y，A 正確；兩者對應的簡單氫化物分別
性強，即 X>Y，B 正確；同周期元素從左往右，金屬性減弱，非
金屬性增強，各元素對應的金屬單質還原性減弱，非金屬單質的
是PH3和HCl，半徑是P3->Cl－，所以PH3的失電子能力強，還原
氧化性增強，所以 Cl2 的氧化性最強，C正確；同一周期，從左到
右，第一電離能呈現(xiàn)增大的趨勢，第ⅤA 族元素的第一電離能大
于相鄰元素的第一電離能，所以第三周期第一電離能從小到大依
次為 Na、Al、Mg、Si、S、P、Cl，所以有 5 種，D 錯誤。
答案：D

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