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第22讲
原子结构与性质
诊断性评价
(2021·辽宁，2)下列化学用语使用正确的是
A.基态C原子价层电子排布图：
B.Cl－结构示意图：
C.KCl形成过程：
√
1803
1904
1911
1913
1926-1935
实心球模型
枣糕模型
葡萄干布丁模型
玻尔模型
电子云模型
行星模型
知识的暂定性
科学精神
一、原子的微观结构
核内结构？
原子核（质子+中子）
核外结构？
核外电子（在对应能层与能级上）
各电子层 由内到外 电子层数 1 2 3 4 5 6 7
字母代号
最多电子数
离核远近 由______到______
能量高低 由______到______
核外电子按能量不同分成能层
最外层是哪一个能层
次外层是哪一个能层
次外层上的所有电子的
能量是否全部相同呢？
同一能层，按能量不同分成能级
能层 K L M N O P Q
能级 1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p 4d 4f 5s …… …… ……
最多电子数 2 2 6 2 6 10 2 6 10 14 2 …… …… ……
2 8 18 32 …… …… ……
任一能层的能级总是从s能级开始
s、p、d、f等能级所容纳的最大电子数是一样的
是奇数1，3，5，7···的2倍。
量子力学指出：一定空间运动状态的电子并不在玻尔假设的线性轨道上运动，而是在核外空间各处都可以出现，只是出现的概率不同。
氢原子1s电子的概率密度分布图
小点代表什么？
概率密度 =
（P表示电子在某处出现的概率，V表示该处的体积）
小点越密，
表明概率密度越大。
将电子在原子核外空间出现概率P=90%的空间圈出来
1s电子的电子云轮廓图绘制过程
同一原子的s电子的电子云轮廓图
2s的电子云为什么比1s的电子云更加弥散？
从空间角度看，2s电子云比1s电子云大，其空间包含了1s电子云
球形
哑铃形（三个相互垂直的电子云）
s 电子有1种空间运动状态，p 电子有3种空间运动状态。
量子力学把电子在原子核外的一个空间运动状态称为一个原子轨道。
空间运动状态=轨道数目
二、核外电子排布规律[填充顺序+排布原则]
随着原子的核电荷数的递增，原子核每增加一个质子，原子核外便增加一个电子，这个电子大多是按如图所示的能级顺序填充的，填满一个能级再填下一个能级，新增电子填入能级的顺序称为构造原理。
源于光谱学事实，思维模型，假想过程
先排4s，再排3d
电子除空间运动状态外，还有一种状态叫自旋。电子自旋在空间有顺时针和逆时针两种取向，简称自旋相反。
泡利原理（泡利不相容/保里不相容）：在一个原子轨道里，最多只能容纳2个电子，它们自旋相反。
空间运动状态数=轨道数目
运动状态不同的电子数=电子数目
对于钠原子，有多少种运动状态不同的电子？
一个原子中不可能存在运动状态完全相同的2个电子
(1)基态F原子核外电子的运动状态有______种。
(2)基态钛原子的价层电子排布式为________，其原子核外电子的空间运动状态有________种，共有________种运动状态不同的电子。
(3)基态Si原子价层电子的运动状态有______种，若其电子排布式表示为 违背了__________。
(4)基态Cu原子核外电子的空间运动状态有_____种。
9
3d24s2
12
22
4
洪特规则
15
洪特
洪特规则：基态原子中，填入简并轨道的电子总是先单独分占不同轨道，且自旋方向相同
不仅适用于基态原子，也适用于基态离子
必须注意，洪特规则是针对电子填入简并轨道而言的，并不适用于电子填入能量不同的轨道
Cr 1s22s22p63s23p63d54s1
Cu 1s22s22p63s23p63d104s1
4s
3d
Cr
↑
↑
↑
↑
↑
↑
4s
3d
Cu
↑
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
简并轨道全充满、半充满是能量较低的稳定状态。
Cr 1s22s22p63s23p63d44s2
Cu 1s22s22p63s23p63d94s2
能量最低原理：在构建基态原子时，电子将尽可能地占据能量最低的原子轨道，使原子的整体能量最低。
整个原子的能量由核电荷数、电子数和电子状态三个因素共同决定
核外电子排布表示方法有哪些？分别有哪些注意事项？
电子排布式
电子排布图（轨道表示式）
简化电子排布式
价层电子排布式（轨道表示式）
当出现d轨道时，虽然电子按ns、(n－1)d、np的顺序填充，但在书写电子排布式时，仍把(n－1)d放在ns前;而失电子时，却先失4s轨道上的电子
三、原子结构中与能量的相关问题
处于最低能量状态的原子叫做基态原子；
基态原子吸收能量，它的电子会跃迁到较高能级，变为激发态原子。
多电子原子中，同一能层中各能级的能量顺序是
E(ns)下列Li原子轨道表示式表示的状态中，能量最低和最高的分别为_____、____(填字母)。
A
B
C
D
D
C
氟原子激发态的电子排布式有_____，其中能量较高的是_____。
A.1s22s22p43s1
B.1s22s22p43d2
C.1s22s12p5
D.1s22s22p33p2
AD
D
下列状态的镁中，电离最外层一个电子所需能量最大的是
A
B
C
D
A
光谱就是通过棱镜或光栅的分光作用，将一束复色光分解成各种波长的单色光，按照波长或频率大小顺序排列起来形成的图案。
连续光谱
线
光谱
原子吸收光谱
光源发射的某一特征波长的光通过原子蒸气时，即入射辐射的频率等于原子中的电子由基态跃迁到较高能态（一般情况下都是第一激发态）所需要的能量频率时，原子中的外层电子将选择性地吸收其同种元素所发射的特征谱线，使入射光减弱。
原子发射光谱
在正常状态下，原子处于基态，原子在受到热（火焰）或电（电火花）激发时，由基态跃迁到激发态，返回到基态时，发射出特征光谱。
四、原子结构中与计算的相关问题
质子数=核外电子数=核电荷数=原子序数
质子数+中子数=质量数
阳离子核外电子数=质子数-电荷数
阴离子核外电子数=质子数+电荷数
质量数
质子数
元素、核素、同位素之间的关系？
质子数
质子
中子
质子
中子
同位素的物理性质？化学性质？
元素的相对原子质量是如何计算出来的？
常见的核素有？
“10e－”“18e－”微粒
五、原子结构与元素周期表
1s1
2s1
3s1
4s1
5s1
6s1
7s1
2s2
3s2
4s2
5s2
6s2
7s2
2s22p1
3s23p1
4s24p1
5s25p1
6s26p1
2s22p2
3s23p2
4s24p2
5s25p2
6s26p2
2s22p3
3s23p3
4s24p3
5s25p3
6s26p3
2s22p4
3s23p4
4s24p4
5s25p4
6s26p4
2s22p5
3s23p5
4s24p5
5s25p5
6s26p5
2s22p6
3s23p6
4s24p6
5s25p6
6s26p6
1s2
3d14s2
4d15s2
3d24s2
3d34s2
3d54s1
3d54s2
3d64s2
3d74s2
3d84s2
3d104s1
3d104s2
4d55s1
5d26s2
镧系
5d66s2
4d75s1
5d76s2
4d85s1
5d96s1
4d10
5d106s1
4d105s1
4d105s2
5d106s2
6d27s2
锕系
5d46s2
4d55s2
4d45s1
4d25s2
5d36s2
5d56s2
6d37s2
镧系
锕系
5d16s2
6d17s2
4f15d16s2
4f46s2
4f36s2
4f56s2
4f76s2
4f66s2
4f75d16s2
4f106s2
4f96s2
4f146s2
4f136s2
4f126s2
4f116s2
4f145d16s2
6d27s2
4f25d16s2
4f35d16s2
6d77s2
6d67s2
4f75d16s2
6d97s2
6d117s2
6d127s2
6d137s2
6d147s2
6d107s2
4f45d16s2
4f145d16s2
IA
VA
IVA
IIIA
IIB
IB
IVB
IIIB
VB
VIB
VIIB
VIIA
VIA
0
VIII
IIA
周期 最外层电子排布 各周期 增加的能级 元素种类
ⅠA族 0族 最外层最多 容纳电子数
一 1s1 1s2 2 1s 2
二 2s1 2s22p6 8 2s、2p 8
三 3s1 3s23p6 8 3s、3p 8
四 4s1 4s24p6 8 4s、3d、4p 18
五 5s1 5s25p6 8 5s、4d、5p 18
六 6s1 6s26p6 8 6s、4f、5d、6p 32
七 7s1 7s27p6 8 7s、5f、6d、7p 32
以 ns 开始，以 np 结束；
每个周期所包含的元素种类数等于所对应的能级组中所有
原子轨道最多能容纳的电子数
主族序数 ⅠA ⅡA ⅢA ⅣA ⅤA ⅥA ⅦA
价层电子排布 ns1 ns2 ns2np1 ns2np2 ns2np3 ns2np4 ns2np5
主族元素的族序数＝原子的最外层电子数
同主族元素原子的价层电子排布相同，价层电子全部排布在ns或nsnp能级上
主族元素的族序数＝原子的最外层电子数=最高正价
(O、F除外)
s区：ns1～2； p区：ns2np1～6(He除外)；
d区：(n－1)d1～9ns1～2(Pd除外)； ds区：(n－1)d10ns1～2。
六、原子结构与元素周期律——半径
同周期元素原子半径，自左向右，依次减小
同主族元素原子半径，自上而下，依次增大
电子层数越多
半径越大
1
核外电子排布相同
序大径小
2
同种元素的不同微粒，核外电子数越多，半径越大
3
离子半径如何比较？
六、原子结构与元素周期律——化合价
最高正化合价呈现+1→+7
(O无最高正价、F无正价)
最低负化合价呈现-4→-1的周期性变化
六、原子结构与元素周期律——性质(必修)
单质的氧化性逐渐增强
元素的非金属性逐渐增强
最高价氧化物对应水化物的酸性越来越强
与氢气化合的难易程度越来越容易
最简单气态氢化物的稳定性越来越稳定
单质的还原性逐渐增强
元素的金属性逐渐增强
最高价氧化物对应水化物的碱性越来越强
与水或酸反应的剧烈程度越来越剧烈
六、原子结构与元素周期律——性质：第一电离能(选必)
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。符号为I1。
I1同主族元素，从上至下，随着原子序数的增加，I1呈现减小的趋势。
同周期主族元素，从左至右，随着原子序数的递增，I1呈现增大的趋势。
第一电离能与元素的化合价是否有联系？
六、原子结构与元素周期律——性质：电负性(选必)
①键合电子：原子中用于形成化学键的电子。
②电负性：用来描述不同元素的原子对键合电子吸引力的大小。电负性越大的原子，对键合电子的吸引力越大。
指定氟的电负性为4.0，锂的电负性为1.0，计算其他元素的相对电负性（稀有气体未计）
同主族元素，自上而下，元素的电负性逐渐变小。
同周期元素，自左向右，元素的电负性逐渐增大。
电负性的应用：
电负性 ＞ 1.8 非金属元素
电负性 ＜ 1.8 金属元素
电负性 ≈ 1.8 类金属元素
1.判断元素的金属性与非金属性
2.判断化学键成键类型
当形成化学键的两个原子元素的电负性差值大于1.7时，形成的键一般为离子键，当小于1.7时，形成的键一般是共价键。
3.判断元素化合价的正负（HClO）
电负性大的元素呈现负价，
电负性小的元素易呈现正价。
六、原子结构与其他性质
在元素周期表中位于金属和非金属交界处的元素兼有金属和非金属的性质，位于此处的元素(如硼、硅、锗、砷、锑等)常被称为半金属或类金属(一般可用作半导体材料)。
某些主族元素与右下方的主族元素的某些性质是相似的，
这种相似性称之为对角线规则。
Li与Mg
①燃烧都只生成氧化物;
②都能直接与N2反应生成氮化物(Li3N、Mg3N2)。
③对应氢氧化物加热时都可分解生成氧化物和H2O。
④对应碳酸盐均不稳定，受热均能分解生成相应氧化物和CO2。
⑤含锂和镁的某些盐，如碳酸盐、磷酸盐等均难溶于水。
Be与Al
2Al+6HCl = 2AlCl3+3H2↑
Be+2HCl = BeCl2+H2↑
2Al+2NaOH+2H2O = 2NaAlO2+3H2↑
Be+2NaOH = Na2BeO2+H2↑
Al2O3+6HCl = 2AlCl3+3H2O
BeO+2HCl = BeCl2+H2O
Al2O3+2NaOH = 2NaAlO2+H2O
Be(OH)2+2NaOH=Na2BeO2+ 2H2O
Al(OH)3+NaOH=NaAlO2+ 2H2O
Al(OH)3+3HCl = AlCl3+3H2O
Be(OH)2+2HCl = BeCl2+2H2O
BeO+2NaOH = Na2BeO2+H2O
B与Si
AlCl3是共价化合物，则BeCl2也是共价化合物
Si的熔点高、硬度大，则B也具有高熔点和大的硬度
Si3N4与BN均由相应原子直接构成
最高价氧化物对应水化物的酸均为弱酸
单质的氧化性逐渐增强
元素的非金属性逐渐增强
最高价氧化物对应水化物的酸性越来越强
与氢气化合的难易程度越来越容易
最简单气态氢化物的稳定性越来越稳定
单质的还原性逐渐增强
元素的金属性逐渐增强
最高价氧化物对应水化物的碱性越来越强
与水或酸反应的剧烈程度越来越剧烈
元素的电负性逐渐增强
元素的I1逐渐增大（注意反常）
元素的电负性逐渐减小
元素的I1逐渐减小（注意反常）
半导体材料
对角线规则
原子半径依次减小
最高正价逐渐增大（除特例）
原子半径依次增大
最低负价逐渐减小（除特例）
终结性评价
√
2.(2020·山东等级模拟考，4)某元素基态原子4s轨道上有1个电子，则该基态原子价层电子排布不可能是
A.3p64s1 B.4s1 C.3d54s1 D.3d104s1
√
√
4.按要求解答下列问题。
(1)[2020·全国卷Ⅱ，35(1)]基态Ti原子的核外电子排布式为______________________
______________。
(2)[2019·全国卷Ⅰ，35(1)]下列状态的镁中，电离最外层一个电子所需能量最大的是_____(填字母)。
A.[Ne] B.[Ne]
C.[Ne] D.[Ne]
(3)[2020·全国卷Ⅰ，35(1)]基态Fe2＋与Fe3＋离子中未成对的电子数之比为________。
1s22s22p63s23p63d24s2
(或[Ar]3d24s2)
A
4∶5
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