適用于新高考新教材廣西專版2025屆高考化學一輪總復習第5章物質(zhì)結構與性質(zhì)元素周期律第1講原子結構原子核外電子排布課件

第1講原子結構原子核外電子排布第五章【本章體系構建】【課程標準】1.知道元素、核素的含義,了解原子核外電子的排布。認識原子結構呈周期性變化的規(guī)律。2.了解有關核外電子運動模型的歷史發(fā)展過程,認識核外電子的運動特點。3.知道電子運動的能量狀態(tài)具有量子化的特征(能量不連續(xù)),電子可以處于不同的能級,在一定條件下會發(fā)生激發(fā)與躍遷。4.知道電子的運動狀態(tài)(空間分布及能量)可通過原子軌道和電子云模型來描述。5.知道原子核外電子的能級高低順序,了解原子核外電子排布的構造原理。6.認識基態(tài)原子中核外電子的排布遵循能量最低原理、泡利不相容原理和洪特規(guī)則等。知道1~36號元素基態(tài)原子核外電子的排布。強基礎增分策略一、原子結構

核素和同位素1.原子結構(1)構成原子的微粒及作用(2)原子結構中的微粒關系

微點撥(1)對于陽離子:核外電子數(shù)=質(zhì)子數(shù)-陽離子所帶的電荷數(shù);(2)對于陰離子:核外電子數(shù)=質(zhì)子數(shù)+陰離子所帶的電荷數(shù)。(3)微粒符號周圍數(shù)字的含義:2.元素、核素和同位素(1)元素、核素和同位素的關系(2)同位素的特征①同一元素的各種核素的

中子數(shù)

不同,

質(zhì)子數(shù)

相同,化學性質(zhì)幾乎完全相同,物理性質(zhì)差異較大。

②同一元素的各種穩(wěn)定核素在自然界中所占的原子百分數(shù)(豐度)不變。(3)氫元素的三種核素(4)四種重要核素的用途

應用提升

關于同位素的“易錯點”不同核素之間的轉(zhuǎn)化屬于核反應,原子核發(fā)生了變化,該過程不屬于化學反應。易錯辨析

判斷正誤:正確的畫“√”,錯誤的畫“×”。(1)所有原子的原子核都由質(zhì)子和中子構成,所有離子的核外都含有電子。(

×

)(2)35Cl和37Cl是兩種不同的核素,其化學性質(zhì)幾乎完全相同。(

√

)(3)H+、D、T2是氫元素的三種不同粒子,三者互為同位素。(

×

)二、原子核外電子排布1.能層和能級、電子云和原子軌道(1)能層(用n表示能層序數(shù))核外電子按能量不同分成能層,電子的能層由內(nèi)向外排序,通常用K、L、M、N……表示,能量依次升高。每層最多容納電子數(shù)為

2n2

,最外層電子不超過

8

個(K層為最外層時不超過2個),次外層不超過

18

個。

(2)能級同一能層里的電子按能量不同將其分成不同的能級,通常用

s、p、d、f

等表示;同一能層里,各能級的能量按

s、p、

d、f

的順序依次升高。

(3)電子云①電子云是處于一定空間運動狀態(tài)的電子在原子核外空間的

概率密度

分布的形象化描述。

②同一原子的能層越高,s電子云半徑

越大

,是由于電子的能量依次

增高

,電子在離核更遠的區(qū)域出現(xiàn)的概率逐漸

增大

,電子云越來越向更大空間擴展。

(4)原子軌道空間運動狀態(tài)種類=原子軌道數(shù)目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,即電子在核外經(jīng)常出現(xiàn)的區(qū)域,其中電子云輪廓圖就是這種區(qū)域的描述,故這種電子云輪廓圖就是

原子軌道

形象化的描述。

原子軌道軌道形狀軌道數(shù)目s

球形

1

p

啞鈴形

3

d—

5

f—

7

微點撥

原子軌道與能層、能級的關系解讀(1)第一能層(K層)只有s能級,有1個原子軌道;第二能層(L層)有s、p兩種能級,有4個原子軌道;第三能層(M層)有s、p、d三種能級,共有9個原子軌道。(2)同一能級的不同原子軌道具有相同的能量(如2px、2py、2pz的能量相同)。(3)不同能層的形狀相同的原子軌道具有的能量隨能層序數(shù)(n)增大而升高,如能量:1s<2s<3s等。2.基態(tài)和激發(fā)態(tài)

原子光譜(1)原子光譜不同元素原子的

電子發(fā)生躍遷

時會

吸收

或

釋放

不同的光,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。利用原子光譜上的

特征譜線

來鑒定元素,稱為光譜分析。

(2)基態(tài)、激發(fā)態(tài)和原子光譜的關系

3.基態(tài)原子的核外電子排布(1)能量最低原理在構建基態(tài)原子時,電子將盡可能地占據(jù)能量

最低

的原子軌道,使整個原子的能量

最低

,這就是能量最低原理。

(2)泡利原理(也稱泡利不相容原理)在一個原子軌道里,最多只能容納

2

個電子,它們的自旋

相反

,這個原理被稱為泡利原理。電子自旋在空間有順時針和逆時針兩種取向,常用“↑和↓”表示自旋相反的電子,例如,2s2的電子排布為,不能表示為

。

(3)洪特規(guī)則

適用于基態(tài)原子和基態(tài)離子基態(tài)原子中,填入簡并軌道的電子總是先

單獨

分占,且自旋

平行

,稱為洪特規(guī)則。(4)核外電子排布規(guī)律的解讀①能量最低原理:能量最低的原子軌道指的是電子填入后使整個原子能量達到最低的軌道。②洪特規(guī)則特例:當能量相同的原子軌道(簡并軌道)在全滿(p6、d10、f14)、半滿(p3、d5、f7)或全空(p0、d0、f0)狀態(tài)時,體系較穩(wěn)定,體系的能量最低。例如,24Cr的電子排布式為1s22s22p63s23p63d54s1,29Cu的電子排布式為1s22s22p63s23p63d104s1。4.基態(tài)原子核外電子排布的表示(1)構造原理與電子排布式①構造原理以光譜學事實為基礎,從氫開始,隨

核電荷數(shù)

遞增,新增電子填入

能級

的順序稱為構造原理,如圖所示:

微點撥由構造原理可知,從第三能層開始,不同能層的能級出現(xiàn)“交錯現(xiàn)象”,如E(3d)>E(4s)、E(4f)>E(5p)、E(4f)>E(6s)等,即E(ns)<E[(n-2)f]<E[(n-1)d]<E(np),其中n表示能層序數(shù)。②電子排布式

書寫時,能層低的能級寫在左側(cè),不能完全按構造原理順序書寫電子排布式是表示原子核外電子排布的一種式子。根據(jù)

能量最低原理

按能級進行排序,進而在ns、np、nd等符號的右上角用數(shù)字表示出該能級的

電子

的數(shù)目。例如,基態(tài)Zu原子:

1s22s22p63s23p63d104s2

,其簡化電子排布式:

[Ar]3d104s2

。

③價層電子排布式為突出化合價與電子排布的關系,將在化學反應中可能發(fā)生

電子變動

的能級稱為價電子層(簡稱價層)。Mn的簡化電子排布式為

[Ar]3d54s2

,價層電子排布式為

3d54s2

。

(2)電子排布的軌道表示式(又稱電子排布圖)軌道表示式是表述電子排布的一種圖式,在軌道表示式中,用方框(或圓圈)表示

原子軌道

,能量相同的原子軌道(簡并軌道)的方框相連,箭頭表示一種自旋狀態(tài)的電子,“↑↓”稱

電子對

,“↑”或“↓”稱

單電子

(或未成對電子)。箭頭同向的單電子稱自旋

平行

。

應用提升

三類電子排布式的比較

項目表示方法應用示例(以磷原子為例)電子排布式用能級符號右上角的數(shù)字表示該能級的電子數(shù)1s22s22p63s23p3簡化電子排布式用稀有氣體結構代替已充滿的能層(電子層)[Ne]3s23p3價層電子排布式原子在參與化學反應時能夠用于成鍵的電子排布,主族元素價電子排布就是最外層電子排布3s23p3易錯辨析

判斷正誤:正確的畫“√”,錯誤的畫“×”。(1)任一能層的能級總是從s能級開始,至f能級結束,能級數(shù)等于該能層序數(shù)。(

×

)(2)2p和3p軌道的形狀均為啞鈴形,但能量不同。(

√

)(3)多電子原子中,同一能層中各能級的能量順序:E(ns)<E(np)<E(nd)<E(nf)……。(

√

)(4)3px、3py、3pz軌道互相垂直,但其能量相同,稱為簡并軌道。(

√

)(5)表示的原子處于最低能量狀態(tài)。(

×

)(6)基態(tài)氮原子核外電子的空間運動狀態(tài)有5種,核外電子的運動狀態(tài)有7種。(

√

)增素能精準突破考點一原子結構核素和同位素典例突破答案

B針對訓練1.(2023廣東名校聯(lián)考)醫(yī)學上用14C標記的尿素(H2N—14CO—NH2)檢測人體是否被幽門螺桿菌感染,幽門螺桿菌具有高活性尿素分解酶特性,通過測定其呼出氣體中14CO2變化情況即可判斷有無幽門螺桿菌感染。下列說法正確的是(

)A.14C的質(zhì)子數(shù)為14B.14C和13C互為同位素C.尿素含有14CO分子D.14CO2分子不與水反應答案

B解析

質(zhì)子數(shù)=原子序數(shù),14C質(zhì)子數(shù)為6,A錯誤;14C和13C具有相同的質(zhì)子數(shù)和不同的中子數(shù),二者互為同位素,B正確;尿素由C、H、N、O四種元素組成,并不獨立存在14CO分子,C錯誤;14CO2分子化學性質(zhì)與12CO2相同,都能與水反應,D錯誤。答案

A解析

本題考查原子結構及元素化合物性質(zhì)等知識。依據(jù)信息“Y在化合物中呈+1價”和核反應方程式,可推出元素X、Y分別為B(硼)和Li(鋰)。H3BO3屬于弱酸,可用于中和濺在皮膚上的NaOH溶液,A項正確。鋰單質(zhì)在空氣中燃燒的產(chǎn)物是氧化鋰(Li2O),B項錯誤。B元素和H元素形成的是共價化合物,C項錯誤。6Li和7Li屬于同位素,D項錯誤。歸納總結判斷不同核素是否互為同位素時,要抓住“兩看”考點二原子核外電子的排布及應用考向1.根據(jù)原子核外電子排布推斷元素典例突破W、X、Y、Z為原子序數(shù)依次增大的短周期主族元素,Z的最外層電子數(shù)是W和X的最外層電子數(shù)之和,也是Y的最外層電子數(shù)的2倍。W和X的單質(zhì)常溫下均為氣體。下列敘述正確的是(

)A.原子半徑:Z>Y>X>WB.W與X只能形成一種化合物C.Y的氧化物為堿性氧化物,不與強堿反應D.W、X和Z可形成既含有離子鍵又含有共價鍵的化合物答案

D解析

短周期元素形成的常溫下為氣體的單質(zhì)有:H2、N2、O2、F2、Cl2,由Z的最外層電子數(shù)是W和X最外層電子數(shù)之和,并且是Y最外層電子數(shù)的2倍,可以推知W為H元素,X為N元素,Z為S元素,則Y為Al元素。四種元素的原子半徑Al(Y)>S(Z)>N(X)>H(W),A項說法錯誤;W(H)與X(N)可以形成NH3、N2H4等多種化合物,B項說法錯誤;Y(Al)的氧化物Al2O3是兩性氧化物,能與強堿反應,C項說法錯誤;W(H)、X(N)、Z(S)可以形成既含有離子鍵又含有共價鍵的化合物如(NH4)2S、NH4HS,D項說法正確。針對訓練1.W、X、Y、Z均為短周期元素,原子序數(shù)依次增加,W原子的最外層電子數(shù)是次外層的3倍,X-、Y+具有相同的電子層結構,Z的陰離子不能發(fā)生水解反應。下列說法不正確的是(

)A.簡單離子半徑:Z>W>X>YB.簡單氫化物的沸點:W>X>ZC.最高價氧化物對應的水化物的酸性:X>ZD.Z元素不同核素的基態(tài)原子核外電子排布式、基態(tài)原子軌道表示式均相同答案

C解析

短周期元素W原子的最外層電子數(shù)是次外層的3倍,則W是O元素;X-、Y+具有相同的電子層結構,且X、Y原子序數(shù)大于W(O),則X是F元素,Y是Na元素;Z的陰離子不能發(fā)生水解反應,則Z是Cl元素。簡單離子半徑:Cl->O2->F->Na+,A正確;H2O和HF都能形成分子間氫鍵,HCl分子間只存在范德華力,常溫下H2O呈液態(tài),HF呈氣態(tài),則沸點:H2O>HF>HCl,B正確;X是F元素,非金屬性最強,不存在最高價氧化物對應水化物,C錯誤;Z是Cl,通常有35Cl、37Cl兩種核素,其核外均有17個電子,基態(tài)原子的核外電子排布相同,D正確。2.短周期主族元素A、B、C、D、E的原子序數(shù)依次增大。A原子的最外層電子數(shù)是內(nèi)層電子數(shù)的2倍;B、D同主族且質(zhì)子數(shù)之比為1∶2;元素C是地殼中含量最豐富的金屬元素。下列說法不正確的是(

)A.簡單離子半徑:D>E>B>CB.元素B與元素C形成的化合物可作耐火材料C.氫化物的沸點:B>AD.元素A與元素D的單質(zhì)均存在多種同素異形體答案

C解析

A原子的最外層電子數(shù)是內(nèi)層電子數(shù)的2倍,則A為碳元素;B、D同主族且質(zhì)子數(shù)之比為1∶2,則B為氧元素,D為硫元素;D、E原子序數(shù)依次增大且都為短周期主族元素,所以E為氯元素;元素C是地殼中含量最豐富的金屬元素,則C為鋁元素。電子層數(shù)越多,離子半徑越大,電子層數(shù)相同,質(zhì)子數(shù)越少,半徑越大,所以簡單離子半徑:S2->Cl->O2->Al3+,A正確;氧化鋁熔點高,可作耐火材料,B正確;碳元素氫化物種類繁多,沸點不一,不具有可比性,C錯誤;碳元素有金剛石、石墨等同素異形體,硫有S2、S6等同素異形體,D正確。歸納總結根據(jù)短周期主族元素原子結構特征推斷未知元素結構特征元素族序數(shù)等于周期序數(shù)的元素H、Be、Al族序數(shù)等于周期序數(shù)2倍的元素C、S族序數(shù)等于周期序數(shù)3倍的元素O周期序數(shù)是族序數(shù)2倍的元素Li周期序數(shù)是族序數(shù)3倍的元素Na最高正價與最低負價代數(shù)和為零的元素H、C、Si最高正價是最低負價絕對值3倍的元素S除H外,原子半徑最小的元素F考向2.基態(tài)原子核外電子排布的表示典例突破(1)(2023全國乙卷,節(jié)選)基態(tài)Fe原子的價層電子排布式為

。

(2)(2023浙江卷,節(jié)選)基態(tài)N原子的價層電子排布式是

。

(3)(2023北京卷,節(jié)選)基態(tài)S原子的價層電子排布式是

。

(4)(2022全國甲卷,節(jié)選)基態(tài)F原子的價層電子軌道表示式為

。

(5)(2022全國乙卷,節(jié)選)鹵素單質(zhì)及其化合物在科研和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中有著廣泛的應用。氟原子激發(fā)態(tài)的電子排布式有

(填字母,下同),其中能量較高的是

。

a.1s22s22p43s1b.1s22s22p43d2c.1s22s12p5d.1s22s22p33p2(6)(2022山東卷,節(jié)選)基態(tài)Ni原子的價層電子排布式為

,在元素周期表中的位置為

。

答案

(1)3d64s2

(2)2s22p3

(3)3s23p4(4)

(5)ad

d

(6)3d84s2第四周期、第Ⅷ族針對訓練1.寫出下列基態(tài)原子或離子的①電子排布式;②價層電子軌道表示式;③電子占據(jù)的原子軌道數(shù);④未成對電子數(shù)。(1)Cl:①

,

②

,

③

,④

。

(2)Fe2+:①

,

②

,

③

,④

。

(3)Cu:①

,

②

,

③

,④

。

(4)Se:①

,

②

,

③

,④

。

(5)Br-:①

,

②

,

③

,④

。

2.已知A原子的3p軌道上得到1個電子后不能再容納外來電子;B原子的2p軌道上有1個電子的自旋方向與其他電子的自旋方向相反;C原子的第三電子層上有8個電子,第四電子層上只有1個電子。按要求書寫下列圖式。(1)A原子的結構示意圖:

;

(2)B原子的軌道表示式:

;(3)C原子的核外電子排布式:

;

(4)A離子的電子式:

。

(3)1s22s22p63s23p64s1(或[Ar]4s1)歸納總結原子核外電子排布的常見錯誤(1)在寫基態(tài)原子的軌道表示式時,常出現(xiàn)以下錯誤:(2)當出現(xiàn)d軌道時,雖然電子按ns、(n-1)d、np的順序填充,但在書寫電子排布式時,仍把(n-1)d放在ns前,如Fe的電子排布式:1s22s22p63s23p63d64s2,而失電子時,卻先失4s軌道上的電子,如Fe3+的電子排布式:1s22s22p63s23p63d5。(3)注意比較原子核外電子排布式、簡化電子排布式、價層電子排布式的區(qū)別與聯(lián)系。如Cu的電子排布式為1s22s22p63s23p63d104s1,簡化電子排布式為[Ar]3d104s1,價層電子排布式為3d104s1。研專項前沿命題核外電子的運動狀態(tài)及分層排布

題型考查內(nèi)容非選擇題考查知識考查核外電子的空間運動狀態(tài)、核外電子的運動狀態(tài)、電子自旋及核外電子排布式、軌道表示式等核心素養(yǎng)證據(jù)推理與模型認知考向1基態(tài)原子核外電子的運動狀態(tài)例1.(1)基態(tài)F原子核外電子的運動狀態(tài)有

種。

(2)對于基態(tài)Cr原子,下列敘述正確的是

(填字母)。

A.軌道處于半充滿時體系總能量低,核外電子排布應為[Ar]3d54s1B.4s電子能量較高,總是在比3s電子離核更遠的地方運動C.電負性比鉀大,原子對鍵合電子的吸引力比鉀大思路指導描述原子核外電子運動狀態(tài)的四個要素:①能層;②能級;③原子軌道;④自旋狀態(tài)。

同一原子核外各個電子的運動狀態(tài)均不相同。解析

(1)基態(tài)F原子核外共有9個電子,則每個電子都有對應的軌道和自旋方向,所以核外電子的運動狀態(tài)有9種。(2)基態(tài)原子滿足能量最低原理,Cr有24個核外電子,軌道處于半充滿時體系總能量低,核外電子排布應為[Ar]3d54s1,A正確;由于在一定條件下電子會發(fā)生躍遷,因此4s電子不一定總是在比3s電子離核更遠的地方運動,B錯誤;電負性可表示原子對鍵合電子的吸引力,同周期(除0族)原子序數(shù)越大電負性越大,鉀與鉻位于同周期,鉻原子序數(shù)大于鉀,故鉻電負性比鉀大,鉻原子對鍵合電子的吸引力比鉀大,C正確。答案

(1)9

(2)AC突破方法(1)判斷核外電子的空間運動狀態(tài)(2)判斷核外電子的運動狀態(tài)原子核外不同電子的運動狀態(tài)不同,故核外電子的運動狀態(tài)種類數(shù)=核外電子總數(shù)。針對訓練1.已知某微粒的核外電子排布式是1s22s22p63s23p4,下列判斷錯誤的是(

)A.該元素在元素周期表中的位置是第三周期、第ⅣA族B.該元素最高正價是+6價,最低負價是-2價C.該微粒原子核外有16種運動狀態(tài)不同的電子D.該微粒原子核外有5種能量不同的電子答案

A解析

硫元素在第三周期、第ⅥA族,A錯誤;硫元素最高正價是+6價,最低負價是-2價,B正確;硫原子核外有16個電子,有16種運動狀態(tài)不同的電子,C正確;該原子的電子占據(jù)5個不同電子能級,有5種能量不同的電子,D正確。2.(1)基態(tài)鈦原子的價層電子排布式為

,其原子核外電子的空間運動狀態(tài)有

種,共有

種運動狀態(tài)不同的電子。

(2)基態(tài)Si原子價層電子的運動狀態(tài)有

種,若其電子排布式為

違背了

。

(3)基態(tài)Cu原子核外電子的空間運動狀態(tài)有

種。

(4)Fe3+比Fe2+的穩(wěn)定性更

(填“強”或“弱”),從結構上分析原因是

。

答案

(1)3d24s2

12

22

(2)4洪特規(guī)則(3)15(4)強Fe3+的價層電子排布式為3d5,處于“半充滿”狀態(tài),故Fe3+比Fe2+更穩(wěn)定考向2基態(tài)原子核外電子的分層排布例2.(1)在KH2PO4的四種組成元素各自所能形成的簡單離子中,核外電子排布相同的是

(填離子符號)。

(2)Al在元素周期表中的位置為

;基態(tài)Zn的價層電子排布式為

。

(3)基態(tài)Sc原子的核外電子排布式為

。

思路指導

信息指引①核外電子排布相同→能層相同,對應能層上電子數(shù)相同;②Zn、Sc是處于第四周期的過渡金屬元素,Al是第三周期、第ⅢA族元素解題關鍵確定Zn、Sc、Al原子核外電子總數(shù),結合核外電子排布規(guī)律,寫出基態(tài)核外電子排布式或價層電子排布式解析

(1)四種組成元素形成的簡單離子分別為K+、H+(或H-)、P3-、O2-,其中K+和P3-的核外電子排布相同,均與Ar原子相同。(2)Al的核外電子排布式為[Ne]3s23p1,故Al在元素周期表中處于第三周期、第ⅢA族?；鶓B(tài)Zn核外電子排布式為[Ar]3d104s2,則其價層電子排布式為3d104s2。(3)鈧原子核外有21個電子,基態(tài)Sc的核外電子排布式為1s22s22p63s23p63d14s2或[Ar]3d14s2。答案

(1)K+和P3-(2)第三周期、第ⅢA族3d104s2(3)1s22s22p63s23p63d14s2(或[Ar]3d14s2)針對訓練3.(1)A元素基態(tài)原子的最外層有3個未成對電子,次外層有2個電子,其元素符號為

;其價層電子軌道表示式為