知識清單15原子結(jié)構(gòu)與性質(zhì)

思維導(dǎo)圖

知識梳理

知識點01能層、能級與原子軌道知識點02原子核外電子排布

知識點03原子光譜知識點04電離能大小的比較及應(yīng)用

知識點05電負(fù)性

知識點01能層、能級與原子軌道

1.能層（〃）：（乂稱：電子層）

（1）分層依據(jù)：按照電了?的能量差異

（2）表示符號：K、L、M、N、O、P、Q

2.原子軌道（又稱：能級、電子亞層）

符號SPd

球形紡錘形或啞鈴形花瓣形

電子云形狀88

軌道個數(shù)0

135

3.1~36號元素的能層和能級

（1）K層：有效一個電子亞層

（2）L層：有絲、2P兩個電子亞層

（3）M層：有無、2、3d三個電子亞層

（4）N層：有蟲、業(yè)、4d＞北四個電子亞層

4.原子核外電子排布的原理

（1）能量最低原理：電子盡先排布在能量最低的軌道中。

（2）泡利不相容原理：每個原子軌道上最多只能容納2個自旋方向相反的電子。如：TH（錯誤）E（正確）

（3）洪特規(guī)則：電子在能量相同原子軌道上排布時，應(yīng)盡可能分占不同的軌道而且自旋方向相同。

錯誤正確

與加

2網(wǎng)2內(nèi)2p2姒2期為*、

N原子的2P軌道h1111__1fIM11

（4）洪特規(guī)則特例：能量相同的原子軌道在卜.列情況時，體系能量最低

篌滿;即（、/、d10

②半滿;即d5

③全空：即S。、/、/

注意：（1）能層數(shù)=電子層數(shù)。（2）第一能層（K）,只有s能級；第二能層（L）,有s、p兩種能級，p能級上有

三個原子軌道p、、p.v、p二，它們具有相同的能量；第三能層（M）,有s、p、d三種能級。

【典例01】硫的下列4種微粒，若失去一個電子所需要能量最多的是

【答案】B

【解析】A、B、C、D四項中的微粒分別對應(yīng)基態(tài)S、S“、激發(fā)態(tài)S"、激發(fā)態(tài)S,激發(fā)態(tài)上電子能量高,

不穩(wěn)定，易失去，故需要能量最多的是基態(tài)的S?+;

答案選B.

【典例02】下列說法正確的是

A.3s2表示3s能級有2個軌道

B.p能級的能量一定比s能級的能量高

C.在離核越近區(qū)域內(nèi)運動的日子，能量越低

D.1個原子軌道里，最少要容納2個電子

【答案】C

【解析】A.s能級只有1個軌道，3s2表示3s能級容納2個電子，A不正確；

B.p能級的能量不一定比s能級的能量高，如2p能級的能量低于3s能級的能量，B不正確；

C.能量較低的電子，在離核較近的區(qū)域運動，在離核越近區(qū)域內(nèi)運動的電子，能量越低，C正確；

D.1個原子軌道里，最多能容納2個電子，也可以容納1個電子或不容納電子，D不正確；

故選C。

知識點02原子核外電子排布

到回酎回

1.基態(tài)原子核外電子排布

（1）21?30號：[Ar]3dzs2

①一般最后1位數(shù)是幾，x就等于幾

②24cl?:[Ar]3d44s2-*[Ar]3<l54s1

③29C11：[Ar]3d94s2f[Ar]3d“）4sl

（2）31~36號:[Ar]3d】。4s24px

①最后I位數(shù)是兒，x就等于兒

②32Ge：[Ar]3d"）4s24P?

③3&Se：[Ar]3d"）4s24爐

2.價電子（外圍電子、特征電子）

（1）21?30號：3d和4s上的電子數(shù)之和

（2）其他:最外層電子數(shù)

（3）過渡金屬原子：除Cu和Cr原子最外層有L個電子外，其余的元素的原子最外層都有2個電子

（4）過渡金屬離子的價電子構(gòu)型：優(yōu)先失去最外層電子數(shù)

原子FeCoCu

價電子構(gòu)型3d64s23d74s23a4sl

襄子Fe2+Fe3+Co2+Co3+Cu+Cu2+

價電子構(gòu)型3d63d53d73d63d103d9

（5）元素的最高價：等于價電子數(shù)

元素CrFeMnAs

價電子構(gòu)型3d54sl3(1小23ds4s24s24P3

最高價+6+8+7+5

（6）過渡金屬原子或離子的結(jié)構(gòu)示意圖

微粒VCr3+Cu+

結(jié)構(gòu)^24)2^11

G2A)28112^29)2Blfl

5)

不意圖2刃)

（7）第四周期主族元素原子或離子的結(jié)構(gòu)示意圖：次外層都有運個電子

微粒GaAsBi-

結(jié)構(gòu)

(十31)28183635)28188

示意圖

3.元素在周期表中的位置

（1）主族：主族序數(shù)=原子的最外層電子數(shù),周期序數(shù)=原子的電子層數(shù)

（2）21~30號：根據(jù)3d和4s上的電子數(shù)之和確定

ScTiVCrMnFeCoNiCuZn

3dl4s23d24s23d34s23d54sl3d54s23d64s23d74s23dMs23d,(,4s'3dll)4s:

3456789101112

mBIVBVBVIBWBWIBIIB

（3）元素的分區(qū)

4.各種特征的電子（以Mn為例，Is22s22P63s23P63d54s2）

（1）不同運動狀態(tài)的電子數(shù)：25

（2）不同空間運動狀態(tài)的電子數(shù)：15

（3）形狀不同的電子云種類：3

（4）不同能級（能量）的電子種類：7

（5）最高能級的電子數(shù)：5

（6）最高能層的電子數(shù)：2

5.1~36號元素原子的空軌道數(shù)目

空軌道數(shù)價電子構(gòu)型元素種類

1后沖2C）3

2ns^p1(3)、3d34s2(1)4

33d24s2(1)2

43dzs2(1)1

6.1~36號元素原子的未成對電子數(shù)（〃）

(1)n=1：MS1(4)、心2巾(3)、〃s，p5(3)、3cp4s2(1)、3d1°4sl(1),共12種

(2)〃=2：后/甲2(3)、*叩4(3)、3d24s2(1)、3d84s2(1),共也種

(3)w=3：ns2np3(3)、3d34s2(1)、3d74s2(1),共工種

(4)i=4：3d64s2(1),共1種

(5)n=5：3d54s2(1),共L種

(6)〃=6：3d54sl(1),共1種

7.基態(tài)原子核外電子排布的表示方法（以鐵原子為例）

（1）各類要求的電子排布式

①電子排布式：1S22s22P63s23P63d64s2

②簡化電子排布式:[Ar]3（|64S2

③價電子（外圍電子、特征電子）排布式：3d64s2

④最外層電子排布式：直

⑤M層電子排布式：3s23a3（16

⑥最高能級電了,排布式：過

（2）各類要求的電子排布圖

Is2s2P3s3P3d4s

①電子排布圖：而同用而川同固1川川mnTiTrmmi

Is2s2P3s.3P：3d______4.s.

②軌道表示式：回回皿皿回皿皿皿加正回

3d4s

③價電子排布圖：I用WIFIGB

^26）28142

④原子結(jié)構(gòu)示意圖：）

易混易錯

核外電子排布常見錯誤

（I）在寫基態(tài)原子的軌道表示式時，常出現(xiàn)以下錯誤：

@1'''（違反能量最低原理）

②匕上（違反泡利原理）

③————（違反洪特規(guī)則）

@1，I，I1（違反洪特規(guī)則）

（2）當(dāng)出現(xiàn)d軌道時，雖然電子按〃s、（〃-1）d、叩的順序填充，但在書寫電子排布式時，仍把（〃一l）d放在

〃s前，如Fe：Is22s22P63s23P63d64s2,而失電子時,卻先失4s軌道上的電子,如前3+：Is22s22P63s23P

⑶注意比較原子核外電子排布式、簡化電子排布式、原子外圍電子或價電子排布式的區(qū)別與玦系。如Cu

的電子排布式：Is22s22P63523P634。4§|；簡化電子排布式：口。3小詠|；外圍電子或價電子排布式：3cP04si。

【典例03】短周期元素R基態(tài)原子最外層的p能級上有2個未成對電子。下列關(guān)于基態(tài)R原子的描述正確

的是

A.基態(tài)R原子核外電子的電子云輪廓圖有兩種：球形和啞鈴形

B.基態(tài)R原子的價層電子排布式為ns2np2（n=2或3）

C.基態(tài)R原子的原子軌道總數(shù)為9

【答案】A

【分析】由“短周期元素R基態(tài)原子最外層的P能級上有2個未成對電子”可知，可能有兩種情況：p能級上

只有2個電子，R為第IVA族元素，C或Si；p能級上有4個電子，R為第VIA族元素，O或S,由此可知：

【解析】A.基態(tài)R原子核外電子的電子云輪廓圖有兩種：球形和啞鈴形，A正確；

B.基態(tài)R原子的價層電子排布式還可能為ns2npJ，B錯誤；

C.R元素一共有4種可能，C錯誤：

D.R元素還有可能為C,D錯誤；

故選A。

【典例04】M、R、X、Y為原子字?jǐn)?shù)依次增大的短周期主族元素，Z是一種過渡元素。M基態(tài)原子L能層

中P軌道電子數(shù)是s軌道電子數(shù)的2倍，R是同周期元素中最活潑的金屬元素，X和M形成的一種化合物

是引起酸雨的主要大氣污染物，Z的基態(tài)原子4s和3d軌道半充滿。請回答下列問題：

(1)寫出M、R的價層電子排布式：M、R<,

(2)寫出X、Y的價層電子軌道表示式：X、Yo

(3)寫出Z的核外電子排布式：。Z的核外未成對電子數(shù)為。

【答案】⑴2s22p43sl

3s3p3s3p

⑵日由13NFWH

(3)Is22s22P63s23P63d54sl(或[Ar]3d§4s])6

【分析】M基態(tài)原子L能層中p軌道電子數(shù)是s軌道電子數(shù)的2倍，則M的價電子排布式為2s22P工則M

為氧元素；R是同周期元素中最活潑的金屬元素，M、R原子序數(shù)依次增大，則R為鈉元素；X和M形成

的一種化合物是引起酸雨的主要大氣污染物，則X為硫元素，掛知Y為氯元素；Z的基態(tài)原子4s和3d軌

道平充滿，即為3d5心1貝IJZ為Cr；

【解析】(1)結(jié)合上述分析可知，M、R分別為氧、鈉，價層電子排布式分別為2s22P八3sl

答案為：2s22P%3sL

3s3p3s3p

(2)上述分析可知x、Y分別為琉、氯，價層電子軌道表示式分別為：nniAIAIAHnmrrmAmo

3s3p

答案為：同由可；

(3)Z為鋁元素，核外電子排布式：Is22s22P63s23P63d54sl(或[Ar]3d54s)核外未成對電子數(shù)為6。

答案為：Is22s22P63s23P63d54sl(或[Ar]3d$4s〔)；6。

知識點03原子光譜

0?@?

i.電子的躍遷

(i)基態(tài)電子：處于最低能量的電子

(2)激發(fā)態(tài)電子：能量比基態(tài)電子高的電子

(3)電子躍遷

3.原子光譜：電子躍遷時會吸收或釋放不同的光形成的譜線

(1)測量光譜儀器：光譜儀

(2)光譜圖上數(shù)據(jù)：遺氐

（3）光譜類型：線狀光譜

①發(fā)射光譜：1S22s22P63s23PZsJ1S22s22P63s23P4

②吸收光譜:Is22s22P3fls22s22Pl3s2

（4）解釋原子發(fā)光現(xiàn)象

①在XX條件，基態(tài)電子吸收能量躍遷到激發(fā)態(tài)

②由激發(fā)態(tài)躍遷回基態(tài)過程中，釋放能量

③釋放的能量以XX可見光的形式呈現(xiàn)

（5）可見光的波長（X）和能量（E）

①公式：E=hv,c（光速）=A.v

②顏色和波長的關(guān)系

I紅I翟I黃I綠I/靛I紫I:

770622597577492455390M加

易口混H易H錯

注意：①可見光中，紅光的波長最長，紫色的波長最短。②焰色反應(yīng)是電子班遷的結(jié)果，故金屬的焰色反

應(yīng)是物理變化過程，不屬于化學(xué)變化。

【典例05】吸收光譜和發(fā)射光譜統(tǒng)稱為原了?光譜。下列說法錯誤的是

A.同一種元素原子的吸收光譜和發(fā)射光譜的特征譜線相同

B.霓虹燈光與原子核外電子發(fā)生躍遷釋放能量有關(guān)

C.光譜儀可以攝取元素的吸收光譜和發(fā)射光譜

D.目前發(fā)現(xiàn)的元素都是通過原子光譜發(fā)現(xiàn)的

【答案】D

【解析】A.不同元素的原子發(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的電子的吸收

光譜或發(fā)射光譜，同?種元素原子的吸收光譜和發(fā)射光譜的特征譜線相同，故A正確：

B.電子躍遷本質(zhì)上是組成物質(zhì)的粒子中電子的一種能量變化，霓虹燈廣告與原子核外電子發(fā)生躍遷釋放能

量有關(guān)，故B正確：

C.吸收光譜和發(fā)射光譜都是線譜，區(qū)別在于前者顯示黑色線條，而發(fā)射光譜顯示光譜中的彩色線條，可以

用光譜儀攝取各種元素電子的吸收光譜或發(fā)射光譜，故C正確；

D.每種元素都有自己的特征譜線，在歷史上許多元素是通過原子光譜發(fā)現(xiàn)的，如鈉和鋤，但目前發(fā)現(xiàn)的元

素并非都是通過原子光譜發(fā)現(xiàn)的，故D錯誤；

故選D。

【典例06】對充有氛氣的霓虹燈管通電，燈管發(fā)出紅光，產(chǎn)生這一現(xiàn)象的主要原因是

A.電子由激發(fā)態(tài)向基態(tài)躍遷時吸收除紅光以外的光

B.電子由激發(fā)態(tài)向基態(tài)躍遷時以光的形式釋放能量

C.電子由基態(tài)向激發(fā)態(tài)躍遷時吸收除紅光以外的光

D.通電后在電場作用下，笈原子與構(gòu)成燈管的物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)

【答案】B

【解析】霓虹燈發(fā)紅光是因為電子吸收能量后躍遷到能量較高的軌道，能最較高軌道上的電子會躍遷回能

量較低的軌道而以光的形式釋放能量。綜上所述故選B。

知識點04電離能大小的比較及應(yīng)用

1.概念：氣態(tài)原子或離子失去L個電子所需要的最小能量

(1)第一電離能(h)：M(g)-e-=M+(g)

(2)第二電離能(L)：M+(g)-e-=M2+(g)

(3)第〃電離能(I“)：(g)-e~=M/,+(g)

2.同一原子各級電離能

(1)變化規(guī)律：IWLWhW…

(2)變化原因

①電子分層排布

②各能層能量丕同

3.第一電離能變化規(guī)律

(1)根據(jù)遞變規(guī)律判斷

①基本規(guī)律：周期表苴t魚位置的近原子的h最大

②特殊規(guī)律：同一周期中h，IIA>IIIA；VA>VIA

元素LiBeBCNOFNe

1)大?、啖蔻撷茛邰堍冖?/p>

(2)根據(jù)金屬性判斷

①基本規(guī)律：h越小，金屬性越強，注意IIA和VA族元素的特殊性

②金屬元素和非金屬元素的li：Ii(金叫WL

(3)根據(jù)微粒結(jié)構(gòu)判斷

①穩(wěn)定結(jié)構(gòu)微粒的I大：全滿、半滿和全空狀態(tài)穩(wěn)定

②I（全淌）>,1（半篇）

③判斷：h（Cu>WI|（Ni”LtOP之［2（Zn）

4.各級電離能數(shù)據(jù)的應(yīng)用

（1）判斷元素價態(tài)：Ie》1〃，最高正價為乜

鈉、鎂、鋁的電離能（kJmol1）

NaMgAl

496738577

12456214511817

[3691277332745

?495401054011578

（2）判斷某一級電離能最大：第〃級電離能最大，說明其最高正價為+（〃一大價

（3）判斷電離能的突增點：形成相應(yīng)電子層最穩(wěn)定狀態(tài)后再失去1個電子

元素突增點的電離能級數(shù)

原子第一次第二次第三次

Pk

Cahhi112

易H混H易H錯

注意：a.金屬活動性順序與元素相應(yīng)的電離能大小順序不完全一致，故不能根據(jù)金屬活動性順序判斷電離能

的大小。

b.第二、三、四周期的同周期主族元素，第IIA族（,dap。）和第VA族（小2〃p3）,因p軌道處于全空或半充滿

狀態(tài)，比較穩(wěn)定，所以其第一電離能大于同周期相鄰的第H【A族和第VIA族元素的，如第一電離能：Mg>Al,

P>So

【典例07】某短周期金屬原子X的逐級電離能如圖所示，下列說法正確的是

A.X在化合物中可能為+3價

B.X可能在周期表第二周期

C.X在周期表第VA族

D.X的最高價氧化物是堿性氧化物

【答案】A

【解析】A.從圖分析，該元素的電離能第四電離能突然變大，故說明該元素的最外層有3個電子，X在化

合物中可能為+3價，A正確：

B.第二周期最外層有3個電子的為硼，不是金屬元素，B錯誤；

C.最外層有3個電子，為第HIA族，C錯誤；

D.最高價氧化物若為鋁，則為兩性氫氧化物，D錯誤：

故選Ao

【典例08］下表列出了某短周期金屬元素R的各級電離能數(shù)據(jù)（用L、k……表示），有關(guān)R元素的說法中,

正確的是

電離能/(kJmoF)

元素

【24L.....

R5781817274511577.....

A.R元素的最高正化合價為+2價

B.R元素的第一電離能高于同周期相鄰元素的

C.R的氧化物為兩性氧化物

D.R元素形成的單質(zhì)熔點遠高于其氧化物

【答案】C

【解析】A.從數(shù)據(jù)看，R的第三電離能和第四電離能差距很大，即R易失去三個電子，所以它的化合價為

+3價，A項錯誤；

B.R的價電子排布為ns?”】，失去?個電子后s全滿穩(wěn)定，而R前面的相鄰元素為ns?穩(wěn)定難失電子，所

以R的第一電離能不是全部高于同周期相鄰元素，B項錯誤；

C.R為ALAbCh為兩性氧化物，C項正確；

D.R的單質(zhì)為金屬晶體，而氧化鋁為混合晶體，其熔點高達2000多度，遠高于鋁的，D項錯誤；

故選C。

知識點05電負(fù)性

0?@?

1.意義：衡量元素的原子在化合物中修蚯能力

2.遞變規(guī)律

（1）周期表右上角氟元素的最大

（2）電負(fù)性大小

①電負(fù)性最大的前三種元素：F>O>N

②氫元素的電負(fù)：C>H>B：P>H>Si

3.其他判斷方法

（1）根據(jù)共用電子對的偏向判斷：偏向一方元素的電負(fù)性大

（2）化合物中化合價的正負(fù)判斷：顯負(fù)價元素的電負(fù)性大

（3）根據(jù)元素的非金屬性判斷

①最高價氧化物對應(yīng)水化物的酸性越強，電負(fù)性越大

②單質(zhì)與氫氣越容易化合，電負(fù)性越大

③氣態(tài)氫化物越穩(wěn)定，電負(fù)性越大

4.判斷化合物的類型

（1）差值：1△XIA1.7,離子化合物

（2）差值：|AX|<1.7,共價化合物

5.根據(jù)電負(fù)性寫水解方程式

（I）水解原理

①電負(fù)性大的原子顯負(fù)價,結(jié)合水中的宣

②電負(fù)性小的原子顯正位，結(jié)合水中的。叵

（2）實例

①BH：IBr+H2O=HIO+HBr

②NCb：NCh+3H2O=NH3+3HC1O

易｝I混N易H錯

注意：a.共價化合物中，兩種元素電負(fù)性差值越大，它們形成共價鍵的極性就越強.

b.兩元素電負(fù)性差值大于1.7時，一般形成離子鍵，小于1.7時，一般形成共價鍵，如A1CL中兩元素的電

負(fù)性之差為1.5,因此AlCh含有共價鍵，屬于共價化合物。

c.位于非金屬三角區(qū)