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专题七 原子结构 元素周期律
基础篇
4. 考点 一 原子结构 基态原子的核外电子排布
电子填入能级的顺序
1.
原子的构成及各微粒之间的数量关系 1) :1s→2s→2p→3s→
{质子
3p→4s→3d→4p→5s→……
原子核
{ 排布原则
原子 A 中子 2)
(ZX)
核外电子
原子序数 核电荷数 质子数 核外电子数
1) = = =
质量数 A 质子数 Z 中子数 N
2) ( )= ( )+ ( )
2.
元素、核素、同位素的概念及相互关系
基态原子核外电子排布的表示方法 以硫原
3) (
子为例
)
3.
电子云与原子轨道
原子结构示意图
概率密度 用 P 表示电子在某处出现的概
1) :
率 V 表示该处的体积 则 P V 表示概率密 电子排布式
2 2 6 2 4
, , / 1s 2s 2p 3s 3p
度 用 ρ 表示 简化电子排布式
2 4
, 。 [Ne]3s 3p
电子云 核外电子的概率密度分布看起来像 电子排布图
2) : 1s 2s 2p 3s 3p
一片云雾 形象地称为电子云 轨道表示式 ↑↓ ↑↓ ↑↓↑↓↑↓ ↑↓ ↑↓↑ ↑
, 。 ( )
原子轨道 量子力学把电子在原子核外的一 价电子排布式 2 4
3) : 3s 3p
个空间运动状态称为一个原子轨道 常用 注意 答题时需注意区分价电子排布式与电子排
。 ①
电子云轮廓图的形状和取向来表示原子轨 布式。 、 的价电子排布式分别为 5 1、 10 1。
②Cr Cu 3d 4s 3d 4s
道的形状和取向 例如 电子云的轮廓图 基态 激发态及光谱分类
。 :s 4) 、
是球形的 则 轨道是球形的 电子云的轮
, s ;p
廓图是哑铃状的 则 轨道是哑铃状的
, p 。
注意 电子的运动状态和电子的空间运动状态的区
专
别,如 原子核外电子有 种运动状态,即电子总数,
Na 11 注意 对于同一种原子来说,能量:基态原子 激发态 题
< 七
有 种空间运动状态,即占有的原子轨道总数。
6 原子,稳定性:基态原子 激发态原子。
> 原
子
结
构
元
素
【日常生活情境】 使皮肤白皙的学问 黑色素形成的一系列反应多为氧化反应,多吃富含维生素 (具有还原 周
C 期
性)的食物,可阻断黑色素的形成。 人体内的脂褐素是不饱和脂肪酸过氧化的产物,维生素 具有抑制不饱和 律
E
脂肪酸过氧化的作用,可使皮肤保持白皙。 249
考点 二 元素周期表与元素周期律 势,但原子轨道在全充满、半充满或全空状态时能量较
低,元素的第一电离能较大。 例如第二周期第 族
1. 元素周期表 ⅡA Be
元素的第一电离能大于同周期第 族 元素的第一
ⅢA B
电离能;第二周期第 族 元素的第一电离能大于同
ⅤA N
周期第 族 元素的第一电离能。
ⅥA O
电负性变化规律及应用
3)
同周期元素 从左到右 电负性逐渐增大 同
① , , ;
主族元素 从上到下 电负性逐渐减小
, , 。
区元素 包括 族 族元素 原子的
1)s : ⅠA 、ⅡA , ②
价电子排布为 n 1~2 除氢外 这些元素都是 金属元素的电负性一般
s 。 ,
活泼金属元素 判断元素
小于 ,电负性越小,金
1.8
。
属性越强
金属性与
区元素 包括 族和 族元素 价
2)p : ⅢA~ⅦA 0 , 非金属性
非金属元素的电负性一
电子排布为 n 2n 1~6 氦元素除外
s p ( )。 的强弱 般大于 ,电负性越大,
说明 区元素和 区元素包括所有主族及 族元 1.8
s p 0 非金属性越强
素,共同的特点是原子的价电子为最外层电子。 这两区 电 判断元素
负
的元素原子以最外层电子参与反应。 性 在化合物 电负性大的元素易呈现负价
的
中价态的 电负性小的元素易呈现正价
区元素 包括除镧系 锕系外的从 族到 应
3)d : 、 ⅢB 用 正负
族的元素 价电子排布为 n 1~9n 1~2 电负性差值大的元素原子
Ⅷ , ( -1)d s
之间形成的化学键主要是
钯元素除外 区元素参与反应时 优先
( )。 d , 离子键
判断化学
失去 n 能级的电子 再失去 n 能级的
s , ( -1)d 键类型
电负性相同或差值小的元
电子
。 素原子之间形成的化学键
区元素 包括 族 族元素 价电子 主要是共价键
4)ds : ⅠB 、ⅡB ,
排布为 n 10n 1~2 n 轨道全充满 3. 对角线规则 某些主族元素与右下方的主族
( -1)d s ,( -1)d 。
:
区元素 包括镧系和锕系元素
元素 锂与镁 铍与铝 硼与硅 的一些性质
5)f : 。
( 、 、 )
2.
元素周期律
具有相似性
。
原子半径变化规律
1)
同周期从左到右 原子半径逐渐减小 元素
① : ,
的金属性逐渐减弱 非金属性逐渐增强
, 。
4.
微粒半径大小的比较方法
同主族从上到下 原子半径逐渐增大 元素
② : ,
一看电子层数 最外层电子数相同时 电子
的金属性逐渐增强 非金属性逐渐减弱
1) 。 ,
, 。
5 电离能变化规律 同周期元素 从左到右第 层数越多 半径越大 例如 r r r
年 2) : , , , Li < Na < K <
高 一电离能呈增大趋势 同主族元素从上到 r r
考 ; Rb< Cs。
3
下 第一电离能逐渐减小 二看核电荷数 电子层数相同时 核电荷数
年 , 。 2) 。 ,
模
拟 注意 同一元素的各级电离能逐级增大。 越小 半径越大 例如r r r r r r
① , , Na> Mg> Al, O 2-> F -> Na +。
A 同一周期主族元素的第一电离能从左到右呈增大趋 三看电子数 核电荷数相同时 电子数越
版 ② 3) 。 ,
高
考 【日常生活情境】 锂离子电池原理 锂离子二次电池实际上为 +浓差电池,通过 +在电池两极间的相互传
化 Li Li
学 输,完成电子的传递过程。 新型锂离子电池主要包括锂—铜电池、锂—空气电池、锂—硫电池等。
250
多 半径越大 例如 r r r 定 元素非金属性越强
, , Fe> Fe 2+> Fe 3+。 , 。
5.
元素金属性、非金属性强弱的判断依据 最高价氧化物对应水化物的酸性越强 元素
② ,
元素金属性强弱的判断依据 非金属性越强
1) 。
一般情况下 金属单质与水或酸反应置换出 单质的氧化性越强 对应离子的还原性越
① , ③ (
越容易 反应越剧烈 元素金属性越强 弱 元素非金属性越强
H2 ( ), 。 ), 。
最高价氧化物对应水化物的碱性越强 元素 注意 只有最高价氧化物对应水化物的酸、碱性才可
② ,
金属性越强 用于比较元素的非金属性和金属性强弱。 例如
。 HNO3
单质的还原性越强 对应离子的氧化性越 的酸性强于 可推出非金属性: ,而 与
③ (
H3PO4 N>P HNO2
的酸性强弱关系无法用于判断 和 的非金属
弱 元素金属性越强
H3PO4 N P
), 。
性强弱。
元素非金属性强弱的判断依据
2)
与氢气化合越容易 生成的气态氢化物越稳
① ,
专
题
七
原
子
结
构
元
素
【日常生活情境】 补牙剂与原电池 常用的补牙剂中含有一种汞合金,其成分为汞、银、锡、铜、锌等。 在吃口香 周
期
糖或糖果时,补过的牙不小心咬到包装的铝箔就会疼。 这是因为铝与补牙剂接触时,唾液充当电解质溶液,形 律
成一个微电池,产生的微电流刺激牙神经,所以感到疼。 251
综合篇
综合 一 文字叙述型元素推断题 最高正价是最低负价绝对值 倍的短周期
⑦ 3
1. 元素
同一元素的“位—构—性”关系 :S
除 外 原子半径最小的元素
⑧ H , :F
最外层电子数是次外层的 倍的元素
⑨ 2 :C
最外层电子数是次外层的一半的元素
⑩ :Li、Si
电子数相等的微粒的确定方法
2)
电子微粒 以 为核心 推断同周期的非
①10 : Ne ,
金属元素形成的微粒和下一周期的金属元
素形成的微粒
点拨 掌握四个关系式: 原子的核外电子层数 周期 。
① =
数; 质子数 原子序数; 主族元素原子最外层电子数
② = ③ =
主族序数; 主族元素的最高正价 族序数( 、 例外)。
④ = O F
2.
元素“位—构—性”关系的应用
电子微粒 以 为核心 推断同周期的非
依据主族元素在周期表中的特殊位置推断
②18 : Ar ,
1)
金属元素形成的微粒和下一周期的主族金
元素 前 号元素
( 20 )
属元素形成的微粒等
族序数等于周期数的元素
。
① :H、Be、Al
族序数等于周期数 倍的元素
② 2 :C、S
族序数等于周期数 倍的元素
③ 3 :O
周期数是族序数 倍的元素
④ 2 :Li、Ca
周期数是族序数 倍的元素
⑤ 3 :Na
最高正价与最低负价代数和为零的短周期
⑥
元素 注意 中 显正价, 显负价,为 电子分子。
:H、C、Si SiH4 Si H 18
例 ( 全国甲, , 分) 、 、 、 是原子 型 空间填充模型 晶胞结构等 坐标图像 核
2022 12 6 Q X Y Z 、 、 )、 、
序数依次增大的短周期主族元素,其最外层电 反应式等
。
1.
子数之和为 。 与 、 、 位于不同周期, 局部周期表型元素推断题
19 Q X Y Z
、 相邻, 原子最外层电子数是 原子内层 通常考查短周期元素 根据元素的位置关系
X Y Y Q ,
电子数的 倍。 下列说法正确的是 ( ) 寻找元素间的结构关系 进而根据题目信息
2 ,
非金属性:
确定元素种类 例如
A. X>Q
。 :
单质的熔点:
B. X>Y
简单氢化物的沸点: X Y
C. Z>Q
最高价含氧酸的酸性:
Z
D. Z>Y
解题导引 本题的解题突破口: 原子有内层 已知 为短周期元素 若它们的核外电
Q X、Y、Z ,
电子,说明 位于第二或第三周期, 原子最 子数之和为 那么它们为哪些元素 假设
Q Y 29, ?
外层电子数是 原子内层电子数的 倍,可知
的核外电子数为 x 则 与 的核外电子
Q 2
X , Y Z
只能位于第二周期。 此题的难点在于 、
数分别为 x 和 x 由 x x x
Q Q Z
+2 +9, +( +2)+( +9)=
有三种组合,需考虑周全。
得出 x 即 为 为 为 若
29, =6, X C,Y O,Z P。
解析 、 、 、 是原子序数依次增大的短
Q X Y Z 它们的最外层电子数之和为 那么它们为
15,
周期主族元素, 原子最外层电子数是 原子
Y Q 哪些元素 假设 的最外层电子数为y 则
内层电子数的 倍,则 为第二周期元素, ? X , Y
2 Q Y 与 的最外层电子数分别为 y 和 y 由
的最外层电子数为 且与 位于不同周期,故 Z +2 +1,
4 Q
y y y 得出 y 即 为
其位于第三周期,则 为 ; 与 相邻,则 +( +2)+( +1)= 15, =4, X C,
Y Si X Y X
为 为
为 ;根据 种元素原子最外层电子数之和为 Y O,Z P。
Al 4
例1 ( 广东, , 分)甲 戊均为短周期
,可知 与 最外层电子数之和为 , 、 2022 7 2 ~
19 Q Z 12 Q Z
可能是 、 ,也可能是 、 ,还可能是 、 。
元素,在元素周期表中的相对位置如图所示;
O S N Cl F P A
项, 的非金属性弱于第二周期的 、 、 ,错 戊的最高价氧化物对应的水化物为强酸。 下
Al N O F
误; 项,铝是金属晶体,熔点比单质硅(共价 列说法不正确的是 ( )
B
晶体)低,错误; 项, 的简单氢化物存在分
C Q
子间氢键,故沸点高,错误; 项, 是原子序数
D Z
大于 的同周期元素,非金属性: ,最高价
Y Z>Y 原子半径:丁 戊 乙
含氧酸的酸性: ,正确。 A. > >
Z>Y 非金属性:戊 丁 丙
答案 B. > >
D 甲的氢化物遇氯化氢一定有白烟产生
C.
综合 二 信息综合型元素推断题 丙的最高价氧化物对应的水化物一定能与
5
D.
年
高 基于图表信息的元素推断题是近年来高考考 强碱反应
考
3
查的热点 图表中隐含的元素信息往往是解题
解题导引 本题的突破点在元素戊,根据图中
年
,
模
拟 突破口 试题中常见的图表信息有以下形式 戊的位置可知其位于第三周期,题目信息给出
。 :
A 局部元素周期表 结构式 或电子式 球棍模 戊的最高价氧化物对应的水化物为强酸,符合
版 、 ( 、
高
考 【生产环保情境】 硝石法制硝酸 利用钠硝石( )和浓硫酸共热可以制得硝酸。 反应生成的酸式硫酸盐
化 NaNO3
学 在高温条件下可进一步与钠硝石反应,生成硫酸正盐和硝酸。 但是,硝酸高温时会分解,故硝石法一般控制在
252 第一步反应。
条件的元素只有 和 ,在此基础上根据其余 形成如图所示化合物。 下列说法正确的是
S Cl
元素与戊的位置关系推断元素种类。 本题的 ( )
易错点是戊有两种可能,需要对短周期元素的
最高价氧化物对应水化物的酸碱性有准确的
认识。
解析 甲 戊均为短周期元素,即前三周期
~
元素,根据题图可知甲、乙位于第二周期,丙、
丁、戊位于第三周期。 戊的最高价氧化物对应
简单离子半径:
的水化物为强酸,故戊可能为 或 。 若戊为
A. M>X
S Cl
该化合物中构成阴离子的所有原子可能共
,则甲为 ,乙为 ,丙为 ,丁为 ;若戊为
B.
S C O Si P
平面
,则甲为 ,乙为 ,丙为 ,丁为 。 根据元
Cl N F P S
与 形成的所有化合物都仅含极性共
素周期表中原子半径和元素非金属性的变化 C.X Z
价键
规律可知,原子半径:丁 戊 乙,非金属性:戊
> > >
由 、 、 三种元素组成的化合物可能为一
丁 丙, 、 正确。 甲的氢化物可能是 等 D. X Y Z
> A B CH4
元弱酸
烃类或者 , 等烃类遇 不产生白
NH3 CH4 HCl 解题导引 由化合物的结构式可知, 形成
烟, 错误。 丙的最高价氧化物对应的水化物 X 2
C 条共价键, 形成 条共价键(得到 个电子
可能是 或 ,都能与强碱反应, Y 3 1
H2SiO3 H3PO4 D 形成 条共价键), 形成 条共价键, 为
4 Z 1 M
正确。
族金属元素,且 、 、 、 均为短周期元
ⅠA M X Y Z
答案
C 素,且原子序数依次减小,则 为 、 为 、
2. M Na X O
结构式型元素推断题
为 、 为 。
Y B Z H
通常考查前 号元素 在结构式中形成共价
20 , 解析 简单离子半径: 2- +, 项错误;形
O >Na A
键的元素一般是非金属元素 再根据元素原
, 成 条共价键的 个 原子为 3 杂化,所有
4 2 B sp
子形成共价键的数目确定它可能所处的主
原子不可能共平面, 项错误; 与 可形成的
B X Z
族 一般情况下 在分子的结构式中形成一
中既含极性共价键也含非极性共价键,
。 ,
H2O2 C
个共价键的是 或第 族元素 形成两个
项错误; 、 、 三种元素可形成 ,为一
H ⅦA ;
X Y Z H3BO3
共价键的是第 族元素 形成三个共价键 元弱酸, 项正确。
ⅥA ;
D
的是第 或 族元素 形成四个共价键 答案
ⅤA ⅢA ; D
的是第 族元素 在离子化合物中 简单 3. 坐标图像型元素推断题
ⅣA 。 ,
阳离子所带的正电荷数一般等于元素的族 首先观察坐标轴的信息 如原子序数 族序 专
( 、 题
序数 数 原子半径 化合价 第一电离能 等 七
。 、 、 、 、pH ),
原
例2 ( 届重庆巴蜀中学月考, ) 、 、 、 理解横 纵坐标之间的关系 再根据图中数据 子
2023 9 M X Y 、 ,
结
均为短周期元素,且原子序数依次减小,并能 结合题目信息推断元素种类 构
Z 。
元
素
【学术探索情境】 为什么用硅做芯片 理论上所有的半导体都可以做芯片,但是硅性质稳定、容易提纯、储存量 周
期
大,最适合做芯片。 硅掺入磷元素可形成 型半导体,掺入硼元素可形成 型半导体,将二者进行组合,可以 律
N P
形成 结,这是电子芯片中的重要结构。 253
PN
例3 ( 甘肃兰州一诊, ) 、 、 、 、 、 4. 核反应型元素推断题
2022 8 X Y Z M Q R
均为元素周期表前 号元素,其原子半径与 化学考试中涉及的核反应若无特别说明 一
20 ,
化合价的关系如图所示。 下列说法正确的是 般遵循质子数守恒和质量数守恒 据此可计
,
( ) 算出题目信息中的未知量 进而确定不同核
,
素的质子数和质量数
。
例4 ( 山东, , 分)13 、15 的半衰期很
2022 3 2 8O 8O
短,自然界中不能稳定存在。 人工合成反应
如下:
16 3 13 a ;16 3 15 m 。
8O+ 2He → 8O+bX 8O+ 2He → 8O+nY
下列说法正确的是 ( )
的中子数为
、 、 三种元素组成的化合物的水溶液一
A.X 2
A.X Y Z
、 互为同位素
定显酸性
B.X Y
B.
简单离子半径:
R 2+ >M - >Y 2- >Q + C.
1
8
3
O
、1
8
5
O
可用作示踪原子研究化学反应历程
和 、 均能形成含有非极性键的二元化合物 自然界不存在 13 、15 分子是因其化学键
C.X Y Z
D. 8O2 8O2
不稳定
的氧化物对应水化物的酸性一定强于
D.M
解题导引 根据核反应前后质子数守恒和质量
的
Z
解题导引 、 、 、 、 、 皆为前 号元素, 数守恒,可知 为 6 , 为 4 ,再结合题目信
X Y Z M Q R 20
X 2He Y 2He
由其原子半径与主要化合价的关系图可知,
息进行分析即可。
M
的最高正价为 ,则 为 , 、 的化合价分 解析 根据质量数守恒可知 a,
+7 M Cl Q R
16+3= 13+
别为 、 ,二者的原子半径均大于 ,则 m,得 a ,m 。 根据质子数守恒
+1 +2 Cl Q
16+3=15+ =6 =4
为 、 为 ; 只有 价,则 为 ; 有 可知 b, n,得 b ,n 。 故
Na R Ca Y -2 Y O Z 8+2=8+ 8+2=8+ =2 =2 X
、 价,其原子半径小于 ,则 为 ; 的 为 6 , 为 4 。 的中子数为 , 项
+5 -3 Cl Z N X 2He Y 2He X 6-2=4 A
原子半径最小,其化合价为 ,则 为 。 错误;6 、4 质子数相同、中子数不同,故互
+1 X H 2He 2He
解析 · 溶液呈碱性, 项错误;离 为同位素, 项正确;13 与 15 的半衰期很短,
NH3 H2O A B 8O 8O
子半径:
- 2+ 2-
+,即
- 2+ 2-
易发生核反应转化为其他微粒,故不适合用作
Cl >Ca >O >Na M >R >Y >
+, 项错误; 和 形成的 、 和 形成 示踪原子研究化学反应历程,同理在自然界
Q B X Y H2O2 X Z
的 都是含有非极性键的二元化合物, 中 13 与 15 也无法稳定存在,而非其化学键
N2H4 C 8O2 8O2
项正确;未指明最高价,如次氯酸的酸性弱于 不稳定,故 、 项错误。
C D
5
年
硝酸, 项错误。 答案
D B
高
考 答案
3 C
年
模
拟
A
版
高
考 【学术探索情境】 与众不同的 硅元素的电负性小于氢元素,因此 中硅元素呈 价,氢元素呈
化 SiH4 SiH4 +4 -1
学 价,不同于其他气态氢化物。 在单质硅与氢气的化合反应中,单质硅表现出还原性,体现的是硅原子失电子的
254 能力。