师：各位同学，大家好。从今天开始，我们将花三节课的时间复习高中化学物质结构与性质模块的相关内容。今天首先复习原子结构与性质。从高考考察重点来看，这部分内容主要包括1 - 36号元素基态原子的核外电子排布式，主族元素原子半径、第一电离能、电负性变化的一般规律等。

　　我们先看这样一个情境：当室内空气中甲醛含量超标，会引起人的不适，甲醛为何会危害人体健康呢？我们知道甲醛有毒，是因为甲醛进入人体后与蛋白质发生作用，实际上是分子中的羰基与蛋白质分子中的氨基发生反应，使蛋白质失去原有活性。我们观察一下这个反应前后官能团的变化，哪些键断开了，哪些新键生成了？可以发现这是一个加成反应，蛋白质中的氮原子与甲醛中的碳原子相连，那为什么不与氧原子相连呢？这与原子所带的电荷有什么关系？学完原子结构的内容我们就知道，当a和b两个原子以共价键结合时，如果它们的电负性不同，电负性大的原子带有较多负电荷，电负性小的原子带有较多正电荷，且两个原子电负性相差越大，电荷偏移越明显。

　　观察发现，在蛋白质分子中，氮原子电负性比氢原子大，因此带有较多负电荷。甲醛分子中氧原子电负性比碳原子大，因此碳原子带有较多正电荷。所以当原子重组时，带负电荷的氮原子就与带正电荷的碳原子相连。可见，电负性是解释这一日常现象原因的重要知识。

　　除了电负性，原子结构与元素的性质内容还包括原子核外电子运动特征、电子层、原子轨道、电子自旋以及核外电子排布的原则，即能量最低原理、泡利不相容原理、洪特规则，以及元素的性质随着核电荷数的递增发生怎样的变化，包括原子半径、第一电离能和电负性。

　　我们首先来看原子核外电子运动的状态。根据电子能量大小以及主要运动区域，电子在核外是分层排布的。从内到外电子层数分别取1、2、3、4、5、6、7等正整数，对应的符号为K、L、M、N、O、P、Q。不同电子层中有不同的原子轨道，用s、p、d来表述。s轨道是球形，只有一个轨道；p轨道有三个伸展方向，包括x、y、z，所以p轨道包括px、py、pz三个轨道；d轨道有五个伸展方向，所以有五个轨道。由于一个轨道最多只能容纳两个电子，所以K、L、M、N、O层中最多容纳的电子数分别为2、8、8、32等等。我们将电子层的1、2、3、4和表述原子轨道的s、p、d组合起来，称之为能级，比如1s、2s、2p、3s等。

　　在多电子原子中，电子填充原子轨道时，原子轨道能量高低存在一些规律：首先，处于相同电子层的原子轨道能量，s < p < d < f；形状相同的原子轨道能量，从内到外逐渐增大；电子层和形状相同的原子轨道能量相等，比如p的三个轨道能量相等。

　　了解核外电子运动状态后，我们要知道核外电子是如何排布的。科学家发现核外电子排布遵循三个原理或规则：

　　首先是能量最低原理，电子尽可能先占有能量低的轨道，然后进入能量高的轨道，使整个原子能量处于最低状态。看这张图示，电子依次从1s、2s、2p、3s、4s、3d的轨道填充，值得注意的是3d轨道能量高于4s。比如钾作为第19号元素，最外层有19个电子，最后一个电子不是填入3d轨道，而是填入4s轨道；钙最外层20个电子，最后两个电子填充在4s轨道。

　　第二是泡利不相容原理，每个原子轨道最多只能容纳两个电子，且这两个电子自旋相反。看基态氦原子的能级和核外电子排布示意图，它的两个电子自旋状态相反，且全部填充在1s轨道。对于第3号锂元素，第三个电子不能再填入1s轨道，而是填入2s轨道，它的电子排布式可以写为1s22s1，或者用[He]2s1这样原子实加外围电子表达的方式。

　　第三是洪特规则，当电子排布在能量相同的各个轨道时，基态原子中的电子总是尽可能分占不同的轨道，且自旋状态相同。比如氮最外层有5个电子，首先排入1s轨道，然后排入2s轨道，剩余的3个电子并没有排入2p其中一个轨道，而是排入2p的三个轨道，并且自旋状态相同。值得注意的是，能量相同的原子轨道在全充满、半充满和全空状态时，体系能量较低，原子较稳定。例如，铬的核外电子表达式写成[Ar]3d?4s1才正确，因为此时3d轨道和4s轨道都处于半充满状态，整个原子能量最低；铜的核外电子表达式应写成[Ar]3d1?4s1，因为此时3d轨道处于全满状态，整个原子能量最低。所以大家对这两个原子的核外电子表达式要特别关注。

　　下面请大家练习写出锌、钒、砷的核外电子排布式。

　　（过一会儿）大家写对了吗？我们来看一看。锌核外电子排布式有两种写法，一种是1s22s22p?3s23p?3d1?4s2，也可以用原子实加外围电子表达的方式，即[Ar]3d1?4s2。这是钒和砷的核外电子排布式，请同学们对照订正自己所写的答案。

　　接下来我们看核外电子排布与周期、族的划分，也就是与元素周期表的联系。电子层数与周期密切相关，一个原子核外有多少个电子层，它一般就处于第几周期；族的划分与价电子的排布密切相关，同族元素价电子数目相同。我们可以根据最后填入电子的轨道能级符号，把元素周期表分为s区、p区、d区、ds区和f区。例如，以s区为例，最后填入电子的轨道能级为s轨道，因此命名为s区；p区，最后填入电子的轨道能级为p轨道，就称之为p区。

　　最后，我们重点研究原子结构、核外电子排布与元素周期律的相关内容。首先看随着核电荷数的递增，原子半径发生了怎样的变化。这是一张主族元素原子半径变化示意图，我们可以发现，从左到右同一周期，随着核电荷数的递增，半径逐渐减小（稀有气体元素除外），从上到下原子半径逐渐增大。有些同学对原子半径变化的原因不了解，特别是同一周期电子越来越多，为什么半径却越来越小感到困惑。在这里解释一下，同一周期从左到右每增加一个电子，核电荷也增加一个正电荷，而增加的电子产生的电子间排斥作用小于核电荷增加导致的原子核对外层电子的吸引作用，因此从左到右半径逐渐减小。

　　下面请大家思考，依据元素的原子半径和价电子数定性分析元素原子得失电子能力所呈现的递变规律。

　　（过一会儿）我们来看，同一周期元素原子的电子层数相同，从左到右原子半径逐渐减小，原子核对电子的吸引作用逐渐增强，原子失去电子的能力越来越弱，获得电子的能力越来越强；同主族元素原子的价电子数相同，自上而下原子半径逐渐增大，原子核对最外层电子的吸引作用逐渐减弱，原子失去电子的能力越来越强，获得电子能力越来越弱。

　　分析了元素原子得失电子能力所呈现的递变规律，接下来对第一电离能和电负性的变化规律理解就更简单了。什么叫电离能？是指气态的基态原子或气态的基态离子失去一个电子所需要的最小能量。第一电离能就是元素的气态原子失去一个电子的电离能，我们用I?这样的符号来表示。这是主族元素第一电离能的变化示意图，我们可以发现，同周期元素从左到右元素第一电离能总体呈现由小到大的顺序，同主族元素从上到下第一电离能逐渐减小。值得关注的是，当原子核外电子排布在能量相等的轨道上形成全空、半满和全满结构时，原子的能量较低，该元素就具有较大的第一电离能。大家观察一下第二主族和第三主族、第五主族和第六主族元素第一电离能的变化情况，就可以发现第二主族的第一电离能大于第三主族，铍大于硼，镁大于铝；而第五主族的第一电离能大于第六主族，氮大于氧，磷大于硫。

　　第二电离能是什么概念呢？它是指正一价气态离子失去一个电子，形成正二价气态离子所需要的最低能量。以此类推，我们还有第三电离能这样的概念。这是元素钠和镁第一电离能、第二电离能、第三电离能的相关数据，大家可以发现，通常而言，第二电离能大于第一电离能，第三电离能又大于第二电离能。

　　最后我们来看电负性，电负性是指元素原子在化合物中吸引电子能力的标度，或者说吸引电子的能力大小。科学家指定氟的电负性为4.0，并以此为标准确定其他元素原子的电负性。元素的电负性越大，表示其原子在化合物中吸引电子的能力越强。观察这一张主族元素电负性变化示意图，同周期从左到右电负性逐渐增大，同主族从上往下电负性逐渐减小。

　　再看这张不仅包括主族元素，还包括过渡元素的电负性变化示意图，颜色越深代表电负性越大，颜色越浅代表电负性越小，同样可以发现电负性较大的一般位于元素周期表的右上角，电负性较小的一般位于元素周期表的左下角。对于非金属而言，元素电负性越大，活泼性越强；对于金属元素而言，电负性越小，活泼性越强。

　　元素电负性有这些用途：第一，根据电负性大小，初步判断一种元素是金属还是非金属，电负性大于2一般为非金属元素，小于2一般为金属元素，当然也有个别例外情况。第二，前面谈到甲醛能使人中毒的情境时，提到电负性会影响元素化合价的正负。比如在氢化钠中，钠是 +1价，氢是 -1价，原因是氢的电负性大于钠；在氟化氮中，氟的电负性比氮大，因此氟显负价，氮显正价。第三，元素电负性还可以用来判断化学键的性质，成键元素的电负性差大于1.7，通常形成离子键，小于1.7通常形成共价键。

　　最后再来看一开始提到的情境问题，第一个反应生成的新官能团继续与蛋白质发生反应，这一反应为取代反应且脱水了。请同学们利用元素的电负性来解释这一反应断键和形成新键的变化情况。我们可以发现，蛋白质中氮的电负性大于氢，因此氮带部分负电荷；左边这个物质中碳的电负性小于氧，氧带负电荷，碳带正电荷，所以断键之后碳与氮相连。

　　由此可以发现，我们可以用元素的电负性来判断要断裂的共价键中电荷的分布，进而预测在生成反应产物时原子可能会如何重组。

　　这就是本节课的主要内容，下面通过几道题目来巩固。

　　首先看今年江苏的高考题：以铁、硫酸、柠檬酸、双氧水、氨水等为原料，制备柠檬酸铁铵。第一问，铁基态核外电子的排布式；第二问，碳、氮、氧元素的第一电离能由大到小的顺序。请大家思考。

　　（过一会儿）铁核外电子排布式为[Ar]3d?4s2，碳、氮、氧元素的第一电离能由大到小的顺序是氮 > 氧 > 碳。这里要注意，有些同学会犯氧 > 氮的错误。

　　第二题，也是今年的全国高考题。氨硼烷含氢量高，热稳定性好，是一种具有潜力的固体储氢材料。第一问，氨硼烷中原子半径最大的是；第二问，氨硼烷分子中与氮原子相连的氢呈正电性，与硼原子相连的氢呈负电性，电负性大小是。

　　（过一会儿）根据原子半径的变化规律，最大的是硼。与氮原子相连的氢呈正电性，说明氮原子电负性比氢原子大；与硼原子相连的氢呈负电性，说明氢原子电负性比硼原子大，因此电负性大小为氮 > 氢 > 硼。

　　再来看去年的江苏高考题，氧化亚铜广泛应用于太阳能电池领域，以硫酸铜、氢氧化钠和抗坏血酸为原料，制备氧化亚铜。铜离子的基态核外电子排布式为1s22s22p?3s23p?3d?，也可以写为[Ar]3d?。

　　我们再看一下2016年的全国高考题，根据元素周期律，比较钾和砷的原子半径、第一电离能。

　　（过一会儿）钾和砷都位于第四周期，钾在砷左边，根据原子半径变化规律，原子半径钾 > 砷；第一电离能钾 < 砷。

　　最后一道题，2017年江苏高考题。铁氮化合物在磁记录材料领域有广泛应用前景，这一物质的制备需要铁、氮气、丙酮和乙醇参与。请写出铁离子基态核外电子排布式，碳、氢、氧三种元素的电负性由小到大的顺序。

　　（过一会儿）铁离子的基态核外电子排布式为[Ar]3d?，氢的电负性小于碳，碳的电负性小于氧。

　　好，各位同学，今天这节课就上到这，谢谢大家。