2022屆新高考化學(xué)二輪復(fù)習(xí)原子結(jié)構(gòu)與核外電子排布學(xué)案1

原子結(jié)構(gòu)與核外電子排布1．(2021·河北選擇考)用中子轟擊NZX原子產(chǎn)生α粒子(即氦核eq\o\al(\s\up1(4),\s\do1(2))He)的核反應(yīng)為eq\o\al(\s\up1(N),\s\do1(Z))X＋eq\o\al(\s\up1(1),\s\do1(0))n→eq\o\al(\s\up1(7),\s\do1(P))Y＋eq\o\al(\s\up1(4),\s\do1(2))He。已知元素Y在化合物中呈＋1價(jià)。下列說法正確的是()A．H3XO3可用于中和濺在皮膚上的NaOH溶液B．Y單質(zhì)在空氣中燃燒的產(chǎn)物是Y2O2C．X和氫元素形成離子化合物D．6Y和7Y互為同素異形體【命題意圖】本題主要考查原子結(jié)構(gòu)的相關(guān)知識，意在考查學(xué)生對元素鋰、硼及其化合物性質(zhì)的應(yīng)用?！窘馕觥窟xA。根據(jù)核反應(yīng)為eq\o\al(\s\up1(N),\s\do1(Z))X＋eq\o\al(\s\up1(1),\s\do1(0))n→eq\o\al(\s\up1(7),\s\do1(P))Y＋eq\o\al(\s\up1(4),\s\do1(2))He可知，X的質(zhì)量數(shù)N為4＋7－1＝10，又因?yàn)閅在化合物中呈＋1價(jià)，則Y位于ⅠA族，Y的質(zhì)量數(shù)為7，得出Y為Li，其質(zhì)子數(shù)P＝3，所以X的質(zhì)子數(shù)Z＝3＋2－0＝5，X是硼元素。H3BO3為弱酸，氫氧化鈉溶液具有腐蝕性，若不慎將NaOH溶液濺到皮膚上，則需用大量水沖洗，同時(shí)涂抹H3BO3，以中和堿液，A正確；Y為Li，在空氣中燃燒的產(chǎn)物只有Li2O，B錯(cuò)誤；B與氫元素會(huì)形成BH3或B2H4等硼氫化合物以共價(jià)鍵結(jié)合，屬于共價(jià)化合物，C錯(cuò)誤；6Li和7Li互為同位素，D錯(cuò)誤。2．(2021·河北選擇考節(jié)選)KH2PO4晶體具有優(yōu)異的非線性光學(xué)性能。我國科學(xué)工作者制備的超大KH2PO4晶體已應(yīng)用于大功率固體激光器，填補(bǔ)了國家戰(zhàn)略空白?；卮鹣铝袉栴}：(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)原子中運(yùn)動(dòng)的電子有兩種相反的自旋狀態(tài)，若一種自旋狀態(tài)用＋eq\f(1,2)表示，與之相反的用－eq\f(1,2)表示，稱為電子的自旋磁量子數(shù)。對于基態(tài)的磷原子，其價(jià)電子自旋磁量子數(shù)的代數(shù)和為_______________________________?！窘馕觥?1)在KH2PO4的四種組成元素各自所能形成的簡單離子中，其中核外電子排布相同的是K＋和P3－。(2)基態(tài)磷原子的價(jià)電子排布式為3s23p3，其中3s軌道的2個(gè)電子自旋狀態(tài)相反，自旋磁量子數(shù)的代數(shù)和為0；3p軌道3個(gè)電子的自旋狀態(tài)相同，基態(tài)磷原子的價(jià)電子自旋磁量子數(shù)的代數(shù)和為＋eq\f(3,2)或－eq\f(3,2)。答案：(1)K＋、P3－(2)＋eq\f(3,2)或－eq\f(3,2)3．(1)(2020·全國Ⅰ卷)Goodenough等人因在鋰離子電池及鈷酸鋰、磷酸鐵鋰等正極材料研究方面的卓越貢獻(xiàn)而獲得2019年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)?；鶓B(tài)Fe2＋與Fe3＋離子中未成對的電子數(shù)之比為____________。(2)(2020·全國Ⅱ卷)鈣鈦礦(CaTiO3)型化合物是一類可用于生產(chǎn)太陽能電池、傳感器、固體電阻器等的功能材料。基態(tài)Ti原子的核外電子排布式為__________________。(3)(2020·天津等級考)Fe、Co、Ni是三種重要的金屬元素。Fe、Co、Ni在周期表中的位置為__________________，基態(tài)Fe原子的電子排布式為___________?！窘馕觥?1)基態(tài)鐵原子的價(jià)電子排布式為3d64s2，失去外層電子轉(zhuǎn)化為Fe2＋和Fe3＋，這兩種基態(tài)離子的價(jià)電子排布式分別為3d6和3d5，根據(jù)洪特規(guī)則可知，基態(tài)Fe2＋有4個(gè)未成對電子，基態(tài)Fe3＋有5個(gè)未成對電子，所以未成對電子個(gè)數(shù)比為4∶5。(2)Ti是22號元素，位于元素周期表第4周期第ⅣB族，其基態(tài)原子核外電子排布式為1s22s22p63s23p63d24s2。(3)Fe、Co、Ni的價(jià)電子排布式分別為3d64s2、3d74s2、3d84s2，價(jià)電子數(shù)分別為8、9、10，位于元素周期表第四周期第Ⅷ族。基態(tài)Fe原子核外有26個(gè)電子，電子排布式為[Ar]3d64s2。答案：(1)4∶5(2)1s22s22p63s23p63d24s2(3)第四周期第Ⅷ族1s22s22p63s23p63d64s2或[Ar]3d64s21．試題特點(diǎn)原子結(jié)構(gòu)試題在高考中出現(xiàn)的頻率很高，幾乎每年都有相關(guān)的試題，這一類題總體來說規(guī)律性很強(qiáng)，重點(diǎn)考查原子的構(gòu)成，特別是原子核外電子排布規(guī)律是重點(diǎn)考查的方向。2．命題角度這一類試題命題主要有兩個(gè)角度，一個(gè)是根據(jù)原子核外電子排布規(guī)律推導(dǎo)出原子的種類，進(jìn)而考查與此原子相關(guān)物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)規(guī)律，如2021全國甲卷第11題；二是考查表示原子的核外電子排布式、軌道表示式，包括價(jià)電子排布式，這是非選擇題考查的主要形式，如2020全國Ⅰ卷第35題(1)。原子結(jié)構(gòu)相關(guān)的“數(shù)”和“素”1．原子結(jié)構(gòu)中的“數(shù)”①原子中：質(zhì)子數(shù)(Z)＝核電荷數(shù)＝核外電子數(shù)；②質(zhì)量數(shù)(A)＝質(zhì)子數(shù)(Z)＋中子數(shù)(N)；③陽離子的核外電子數(shù)＝質(zhì)子數(shù)－陽離子所帶電荷數(shù)；④陰離子的核外電子數(shù)＝質(zhì)子數(shù)＋陰離子所帶電荷數(shù)。2．原子結(jié)構(gòu)中的“素”下列說法正確的是()A．由H、D、T與16O、17O、18O構(gòu)成的過氧化氫分子的相對分子質(zhì)量有36種B．H2、D2、T2互為同素異形體C．H2、D2、T2在相同條件下的密度比為1∶2∶3D．氕、氘發(fā)生核聚變生成其他元素，屬于化學(xué)變化【解析】選C。H、D、T組合H2、D2、T2、HD、HT、DT共6種；16O、17O、18O組合16O2、17O2、18O2、16O17O、16O18O、17O18O共6種，所以構(gòu)成的過氧化氫分子共有6×6＝36種，但其中有相對分子質(zhì)量相同的分子，故構(gòu)成的過氧化氫分子的相對分子質(zhì)量種數(shù)小于36種，故A錯(cuò)誤；H2、D2、T2均為氫氣單質(zhì)，屬于一種物質(zhì)，故B錯(cuò)誤；H2、D2、T2在相同條件下的密度比等于氣體相對分子質(zhì)量之比，為2∶4∶6＝1∶2∶3，故C正確；氕、氘發(fā)生核聚變生成其他元素，屬于核反應(yīng)，不是化學(xué)變化，故D錯(cuò)誤。原子結(jié)構(gòu)相關(guān)的“圖”和“式”1．描述原子結(jié)構(gòu)的“圖”(1)結(jié)構(gòu)示意圖：能直觀地反映核內(nèi)的質(zhì)子數(shù)和核外的電子層數(shù)及各層上的電子數(shù)。(2)電子排布圖：能反應(yīng)各軌道的能量的高低，各軌道上的電子分布情況及自旋方向。2．描述原子結(jié)構(gòu)的“式”(1)核組成式：如eq\o\al(\s\up1(16),\s\do1(8))O，側(cè)重于表示原子核的結(jié)構(gòu)，它能告訴我們該原子核內(nèi)的質(zhì)子數(shù)和核外電子數(shù)以及質(zhì)量數(shù)，但不能反映核外電子的排布情況。(2)電子排布式：能直觀地反映核外電子的能層、能級和各能級上的電子數(shù)，但不能表示原子核的情況，也不能表示各個(gè)電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。(3)價(jià)電子排布式：如Fe原子的電子排布式為1s22s22p63s23p63d64s2，價(jià)電子排布式為3d64s2。價(jià)電子排布式能反映基態(tài)原子的能層數(shù)和參與成鍵的電子數(shù)以及最外層電子數(shù)。(1)(2018·全國卷Ⅰ)下列Li原子電子排布圖表示的狀態(tài)中，能量最低和最高的分別為________、________(填標(biāo)號)。(2)(2017·全國卷Ⅰ)鉀和碘的相關(guān)化合物在化工、醫(yī)藥、材料等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用?；卮鹣铝袉栴}：基態(tài)K原子中，核外電子占據(jù)最高能層的符號是________，占據(jù)該能層電子的電子云輪廓圖形狀為______________。(3)(2017·全國卷Ⅱ)氮原子價(jià)層電子的軌道表達(dá)式(電子排布圖)為________________。(4)(2017·全國卷Ⅲ)Co基態(tài)原子核外電子排布式為________________。(5)(2016·全國卷Ⅱ)鎳元素基態(tài)原子的電子排布式為______________________，3d能級上的未成對電子數(shù)為________。(6)(2016·江蘇卷)Zn2＋基態(tài)核外電子排布式為__________________?！窘馕觥?1)①D選項(xiàng)表示基態(tài)，為能量最低狀態(tài)；A、B、C選項(xiàng)均表示激發(fā)態(tài)，但C選項(xiàng)被激發(fā)的電子處于高能級的電子數(shù)多，為能量最高狀態(tài)。(2)基態(tài)K原子核外有4個(gè)能層：K、L、M、N，能量依次增高，處于N層上的1個(gè)電子位于s軌道，s電子云輪廓圖形狀為球形。(3)根據(jù)構(gòu)造原理可知氮原子價(jià)電子排布式為2s22p3，根據(jù)洪特規(guī)則和泡利不相容原理可知其價(jià)電子的軌道表示式為。(4)根據(jù)構(gòu)造原理可寫出Co基態(tài)原子核外電子排布式為1s22s22p63s23p63d74s2或[Ar]3d74s2。(5)Ni是28號元素，根據(jù)核外電子的排布規(guī)律可知，其基態(tài)原子的核外電子排布式為1s22s22p63s23p63d84s2。根據(jù)洪特規(guī)則可知，Ni原子3d能級上8個(gè)電子盡可能分占5個(gè)不同的軌道，其未成對電子數(shù)為2。(6)Zn為30號元素，其基態(tài)原子的核外電子排布式為1s22s22p63s23p63d104s2，失去最外層的2個(gè)電子即可得到Zn2＋，Zn2＋的核外電子排布式為1s22s22p63s23p63d10或[Ar]3d10。答案：(1)DC(2)N球形(3)(4)1s22s22p63s23p63d74s2或[Ar]3d74s2(5)1s22s22p63s23p63d84s2或[Ar]3d84s22(6)1s22s22p63s23p63d10或[Ar]3d10【典例】已知eq\a\vs4\al(X、Y和Z三種元素的原子序數(shù)之和等)eq\a\vs4\al(于42)③，X元素原子的eq\a\vs4\al(4p軌道上有3個(gè)未成對)eq\a\vs4\al(電子)①，Y元素原子的最外層eq\a\vs4\al(2p軌道上有2個(gè))eq\a\vs4\al(未成對電子)②。X跟Y可形成化合物X2Y3，Z元素可以形成負(fù)一價(jià)離子，下列說法正確的是()A．X元素的基態(tài)原子的電子排布式為[Ar]3d104s24p3B．X元素是第四周期ⅤA族元素C．Y元素原子的電子排布圖為D．Z元素的氧化物具有兩性【解析】選A、B。X元素原子的4p軌道上有3個(gè)未成對電子，即X為As，Y元素原子最外層2p軌道上有2個(gè)未成對電子，Y可能為C，也可能是O，X和Y可形成化合物是X2Y3，則Y為O，Z元素可以形成負(fù)一價(jià)離子，且三種元素的原子序數(shù)為42，則Z為H。A項(xiàng)，X為As，基態(tài)As原子核外電子排布式為[Ar]3d104s24p3，正確；B項(xiàng)，As位于第四周期ⅤA族，正確；C項(xiàng)，Y為氧元素，電子排布圖為，錯(cuò)誤；D項(xiàng)，Z為H，其氧化物H2O或H2O2不具有兩性，錯(cuò)誤。信息獲取理解掌握知識整合①4p軌道上有3個(gè)未成對電子4p是最高能級，1s～4s全充滿最高能級電子填充的規(guī)律是判斷原子種類的一個(gè)重要依據(jù)②2p軌道上有2個(gè)未成對電子2p是最高能級，1s～2s全充滿③X、Y和Z三種元素的原子序數(shù)之和等于42X和Y元素種類確定，分別是As和O，得出Z是H鈷基合金是以鈷作為主要成分，含有相當(dāng)數(shù)量的鎳、鉻、鐵等金屬的一類合金。Co在周期表中的位置是__________，Cr的未成對電子數(shù)為____________?！窘馕觥緾o的原子序數(shù)是27，所以Co在元素周期表的位置是第四周期第Ⅷ族；Cr是24號元素，其核外電子排布式是[Ar]3d54s1，所以Cr的未成對電子數(shù)為6。答案：第四周期第Ⅷ族6原子結(jié)構(gòu)與元素的性質(zhì)密切相關(guān)，這也決定了元素在周期表中的位置，所以與原子結(jié)構(gòu)相關(guān)的考題往往與“性質(zhì)”和“位置”密切關(guān)聯(lián)在一起，通過題意中的信息找出“位”、“構(gòu)”、“性”中的任何一點(diǎn)都可以作為解決問題的突破口。由“數(shù)”定“性”1．(2021·山東師范大學(xué)附屬中學(xué)模擬)第三周期元素R，它的原子最外電子層達(dá)到穩(wěn)定結(jié)構(gòu)所需的電子數(shù)少于次外層與最內(nèi)層電子數(shù)之差，且等于最內(nèi)層電子數(shù)的整數(shù)倍，下列敘述中正確的是()A．常溫下，能穩(wěn)定存在的R的氧化物都是酸性氧化物B.R的氣態(tài)氫化物的水溶液具有強(qiáng)酸性C．R是金屬元素D．R的氣態(tài)氧化物不能在氧氣中燃燒【解析】選A。第三周期元素R，有3個(gè)電子層，次外層和最內(nèi)層的電子數(shù)之差為8－2＝6，它的原子核外最外層實(shí)現(xiàn)8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)所需的電子數(shù)小于6，且等于最內(nèi)層電子數(shù)的整數(shù)倍，則R元素原子核外最外層實(shí)現(xiàn)8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)所需的電子數(shù)為2或4，若為2，則R為硫元素，符合題意；若為4，則R為硅元素，符合題意。S、Si的氧化物為SO2、SO3、SiO2，三種氧化物都是酸性氧化物，A正確；Si元素的氫化物的化學(xué)式為SiH4，SiH4難溶于水，沒有強(qiáng)酸性，S元素的氫化物為H2S，H2S的水溶液呈弱酸性，B錯(cuò)誤；R為S或Si元素，二者都屬于非金屬元素，C錯(cuò)誤；若R為Si元素，則Si沒有氣態(tài)氧化物，若R是S，SO2、SO3都不能在氧氣中燃燒，D錯(cuò)誤。“數(shù)”、“性”結(jié)合作推斷2．(2021·德州模擬)短周期主族元素W、X、Y、Z的原子序數(shù)依次增大，W的原子序數(shù)是Z的原子序數(shù)的一半，W、X、Y三種元素形成的化合物M結(jié)構(gòu)如圖所示。下列敘述正確的是()A．離子半徑：Z>X>WB．氣態(tài)氫化物的穩(wěn)定性：Z>W>YC．試管中殘留的Z的單質(zhì)可以用熱的氫氧化鈉溶液洗滌D．化合物M中所有