化学知识大汇总——原子结构与性质(选3物质结构与性质部分)

原子结构与性质

No.1

原子核外电子排布原理

1.能层与能级

①能层(n)：在多电子原子中，核外电子的能量是不同的，按照电子的能量差异将其分成不同能层。通常用K、L、M、N、O、P、Q……表示相应的第一、二、三、四、五、六、七……能层,能量依次升高。

②能级：同一能层的电子的能量也可能不同，又将其分成不同的能级，通常用s、p、d、f等表示，同一能层里，各能级的能量依次升高，且所含轨道数按1、3、5、7依次增加 。

2. 原子轨道

表示电子在原子核外的一个空间运动状态。电子云轮廓图给出了电子在原子核外经常出现的区域。

注： ☆相同能层上原子轨道能量的高低:ns

☆形状相同的原子轨道能量的高低:1s<2s<3s<4s

☆同一能层内形状相同而伸展方向不同的原子轨道的能量相等

例：npx、npy、npz轨道的能量相等

3.原子核外电子的排布规律（三大原理）

①能量最低原理（构造原理）

原子的核外电子排布遵循构造原理，使整个原子的能量处于最低状态，即电子优先占有能量低的轨道，然后依次进入能量较高的轨道。

②泡利原理

1个原子轨道里最多只能容纳2个电子，而且自旋方向相反。

③洪特规则

电子排布在同一能级的不同轨道时，基态原子中的电子总是优先单独占据一个轨道，而且自旋方向相同。

洪特规则特例：当能量相同的原子轨道在全满（p6、d10、f14）、半满（p3、d5、f7）和全空（p0、d0、f0）状态时，体系的能量最低。

例：24Cr的电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s1。

4.核外电子排布表示方法

①电子排布式

按电子排入各电子层中各能级的先后顺序，用能级符号依次写出各能级中的电子数，同时注意特例。

例：Cu: 1s22s22p63s23p63d104s1

②简化电子排布式

用“[稀有气体]+价层电子”的形式表示。

例：Cu: [Ar]3d104s1

③价电子排布式

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。

a. 主族元素的价电子排布式为最外层核外电子排布式

b. 过度元素的价电子排布式为除去离该元素最近且元素叙述比该元素小的稀有气体元素所剩下的核外电子排布式。

例：Fe原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2，价电子排布式为3d64s2。

④电子排布图（轨道表示式）

用方框表示原子轨道，用“↑”或“↓”表示自旋方向不同的电子，按排入各电子层中各能级的先后顺序和在轨道中的排布情况书写。

例：

⑤原子结构示意图

例：S的原子结构示意图为

例：以硫原子为例，基态原子核外子排布的表示方法

5.电子跃迁与原子光谱

注：☆光谱仪——利用原子光谱线（吸收/发射光谱）上的特征谱线来鉴定元素的仪器。

☆质谱仪——通过高速电子轰击气态分子，得到谱线，用来测分子或者离子还有一些中间体的相对分子量。

No.2

原子结构与元素性质

1.原子结构与元素周期表的关系

①各周期原子核外电子排布

②各周期原子核外电子排布

a.主族

b. O族：He为1s2；其他为ns2np6。

c.过渡元素（副族和第Ⅷ族）:（n-1）d1~10ns1~2（钯为4d10）。

2.元素周期表的分区与价电子排布特点

3.元素周期律

①电离能

第一电离能：气态电中性基态原子失去一个电子转化为气态基态正离子所需要的最低能量，符号:I1；单位：kJ·mol-1。

注：☆总趋势：越靠右越靠上总体呈现逐渐增大的趋势。

☆二三、五六异常：第二、三、四周期的同周期主族元素，第ⅡA族（ns2np0）和第ⅤA族（ns2np3），因p轨道处于全空或半充满状态，比较稳定，所以其第一电离能大于同周期相邻的第ⅢA族和第ⅥA族元素，如第一电离能Mg > Al , P > S

☆同种原子第一二三电离能关系：随着电子的逐个失去，阳离子所带的正电荷数越来越多，再失去电子需克服的电性引力越来越大，消耗的能量越来越大，逐级电离能越来越大（即I1

②电负性

元素的原子在化合物中吸引键合电子能力的标度。元素的电负性越大，表示其原子在化合物中吸引键合电子的能力越强。 以最活泼的非金属氟的电负性为4.0作为相对标准，计算得出其他元素的电负性（稀有气体不讨论电负性）。

注：☆金属元素的电负性一般小于1.8，非金属元素的电负性一般大于1.8，而位于非金属三角区边界的“类金属”（如锗、锑等）的电负性则在1.8左右。

☆在元素周期表中，同周期从左至右，元素的电负性逐渐增大，同主族从上至下，元素的电负性逐渐减小。

☆电负性越大，非金属性越强，金属性越弱。 可用于判断元素金属性、非金属性强弱。

☆两种成键原子间的电负性差值大于1.7，通常形成离子键；若差值小于1.7，通常形成共价键，可用于判断化学键的类型。

考点题型

[全国卷Ⅰ 2017·选做节选]

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：　　　　

①元素K的焰色反应呈紫红色,其中紫色对应的辐射波长为__________（填标号）nm。

A.404.4　　　B.553.5　　　 C.589.2 D.670.8　　　E.766.5

②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__________。K和Cr属于同一周期，且核外最外层电子构型相同，但金属K的熔点、沸点等都比金属Cr低，原因是__________。

[全国卷Ⅱ 2017·选做节选]

我国科学家最近成功合成了世界上首个五氮阴离子盐（N5）6（H3O）3（NH4）4Cl（用R代表）。回答下列问题：

①氮原子价层电子的轨道表达式（电子排布图）为__________。

②元素的基态气态原子得到一个电子形成气态负一价离子时所放出的能量称作第一电子亲和能（E1）。第二周期部分元素的E1变化趋势如图所示，其中除氮元素外，其他元素的E1自左而右依次增大的原因是__________；氮元素的E1呈现异常的原因是__________。

[全国卷Ⅲ 2017·选做节选]

Co基态原子核外电子排布式为__________。元素Mn与O中，第一电离能较大的是__________，基态原子核外未成对电子数较多的是__________。

[江苏 2017·选做节选]

铁氮化合物（FexNy）在磁记录材料领域有着广泛的应用前景。某FexNy的制备需铁、氮气、丙酮和乙醇参与。

①Fe3+基态核外电子排布式为__________。

②C、H、O三种元素的电负性由小到大的顺序为__________。

[全国卷Ⅰ 2016·选做节选]

锗（Ge）是典型的半导体元素，在电子、材料等领域应用广泛。基态Ge原子的核外电子排布式为[Ar]__________，有__________个未成对电子。

[全国卷Ⅱ 2016·选做节选]

东晋《华阳国志·南中志》卷四中已有关于白铜的记载，云南镍白铜（铜镍合金）闻名中外，曾主要用于造币，亦可用于制作仿银饰品。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__________。

[全国卷Ⅲ 2016·选做节选]

砷化镓（GaAs）是优良的半导体材料，可用于制作微型激光器或太阳能电池的材料等。①写出基态As原子的核外电子排布式：__________。 ②根据元素周期律，原子半径Ga__________（填“大于”或“小于”，下同）As，第一电离能Ga__________As。

[四川 2016·选做节选]

M、R、X、Y为原子序数依次增大的短周期主族元素，Z是一种过渡元素。M基态原子L层中p轨道电子数是s轨道电子数的2倍，R是同周期元素中最活泼的金属元素，X和M形成的一种化合物是引起酸雨的主要大气污染物，Z的基态原子4s和3d轨道半充满。R基态原子的电子排布式是__________，X和Y中电负性较大的是__________（填元素符号）。

[全国卷Ⅰ 2015·选做节选]

处于一定空间运动状态的电子在原子核外出现的概率密度分布可用__________形象化描述。在基态14C原子中，核外存在__________对自旋相反的电子。

[全国卷Ⅱ 2015·选做节选]

A、B、C、D为原子序数依次增大的四种元素，A2-和B+具有相同的电子构型；C、D为同周期元素，C核外电子总数是最外层电子数的3倍；D元素最外层有一个未成对电子。四种元素中电负性最大的是__________（填元素符号），其中C原子的核外电子排布式为__________。

[全国卷Ⅰ 2014·选做节选]

基态Fe原子有__________个未成对电子，Fe3+的电子排布式为__________，可用硫氰化钾检验Fe3+，形成的配合物的颜色为__________。

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