1.1.1能层与能级 基态与激发态 构造原理-（导学案含答案）2024年化学 选择性必修2(配人教版)
文档属性
| 名称 | 1.1.1能层与能级 基态与激发态 构造原理-（导学案含答案）2024年化学 选择性必修2(配人教版) |  | |
| 格式 | docx | ||
| 文件大小 | 788.4KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 化学 | ||
| 更新时间 | 2024-03-05 21:53:48 | ||
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文档简介
课程标准要求 学科核心素养
1.能说明微观粒子的运动状态与宏观物体运动特点的差异。 2.能结合能量最低原理、泡利原理、洪特规则书写1～36 号元素基态原子的核外电子排布式和轨道表示式,并说明含义。 3.能说出元素电离能、电负性的含义,能描述主族元素第一电离能、电负性变化的一般规律,能从电子排布的角度对这一规律进行解释。能说明电负性大小与原子在化合物中吸引电子能力的关系,能利用电负性判断元素的金属性与非金属性的强弱。 4.能从原子价电子数目和价层电子排布的角度解释元素周期表的分区、周期和族的划分。能列举元素周期律(表)的应用。 5.能说明建构思维模型在人类认识原子结构过程中的重要作用,能论证证据与模型建立及其发展之间的关系。能简要说明原子核外电子运动规律的理论探究对研究元素性质及其变化规律的意义。 1.宏观辨识与微观探析:能从原子结构视角说明元素的性质递变规律;能根据物质的微观结构说明或预测物质的性质,评估所作说明或预测的合理性。 2.证据推理与模型认知:能说明原子结构等模型建立的重要证据及推理过程;能说出与元素性质有关的主要参数的含义与适用范围;能采用模型、符号等多种方式对物质的结构进行综合表征。 3.科学探究与创新意识:体会在对物质微观结构的科学探究中经历基于实验证据建立、优化甚至是重构模型的过程,既需要严谨的科学推理,又需要大胆的科学猜想;认识科学理论是不断创新和发展的,树立对科学本质不懈追求的意识。
第一节 原子结构
第1课时 能层与能级 基态与激发态 构造原理
1.通过认识原子结构与核外电子的排布,能说明能层与能级的关系,描述核外电子的排布规律。
2.通过认识基态与激发态的含义与关系,能从电子跃迁的角度解释原子光谱的形成。
3.通过学习原子核外电子的能级高低顺序,了解原子核外电子排布的构造原理,并结合构造原理形成核外电子排布式书写的思维模型,能熟练书写1～36号元素的电子排布式。
学习任务1 辨析能层与能级
1.能层
(1)核外电子按能量不同分成能层,用符号K、L、M、N、O、P、Q……表示。
(2)能层越高,电子的能量越高,能量的高低顺序为E(K)2.能级
(1)根据多电子原子中同一能层电子能量的不同,将它们分成不同能级。
(2)能级用相应能层的序数和字母s、p、d、f……组合在一起来表示。多电子原子中,同一能层各能级的能量顺序为E(ns)(1)每个能层都是从s能级开始,一直到f能级结束吗
提示:不是。在任一能层中,能级个数=能层序数,即K层只有s能级,L层有s和p两个能级,M层有s、p和d三个能级。
(2)1s、2s、3d分别表示什么意义 其能量顺序如何
提示:能层序号写在s、p、d、f等能级符号前,共同表示能级,1s表示第一能层中的s能级;2s表示第二能层中的s能级;3d表示第三能层中的d能级。
同一能层中,各能级之间的能量大小关系是s3.能层、能级与最多容纳的电子数
能层(n) 一 二 三 四 五 六 七 ……
符号 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 …… …… …… ……
理论上第8能层有几个能级 该能层最多能容纳多少个电子
提示:8;128。
判断正误。
(1)能级就是电子层。( × )
提示:能层是电子层。
(2)2d表示L层中的d能级。( × )
提示:L层只有s、p能级。
(3)3d能级最多容纳6个电子。( × )
提示:最多容纳10个电子。
(4)第三能层最多容纳8个电子。( × )
提示:最多容纳18个电子,第三能层为最外层时最多容纳8个电子。
(5)任一能层的s能级最多容纳的电子数均为2。( √ )
(6)同一原子中,2p、3p、4p电子的能量逐渐升高。( √ )
亨利·莫斯莱和巴克拉首次于X射线吸收研究的实验中发现电子层。巴克拉把它们称为K、L、M(以英文字母排列)等(最初K和L电子层名为B和A,改为K和L的原因是预留空位给未发现的电子层)。1920年,丹麦科学家玻尔正式提出了构造原理,即从氢开始,随核电荷数递增,新增电子填入原子核外“壳层”的顺序,由此开启了用原子结构解释元素周期律的篇章。5年后,玻尔的“壳层”落实为“能层”与“能级”,厘清了核外电子的可能状态。为方便理解,这里的能层好比是楼层,能级好比是楼层间的台阶。
探究 能层与能级的数量与能量关系
问题1:一个能层的能级数与能层序数(n)间存在什么关系 如M能层中共有几个能级 分别用什么符号表示 各能级最多容纳的电子数是多少
提示:能层的能级数等于该能层序数;M能层中共有3个能级;分别用3s、3p、3d表示;s能级最多容纳2个电子,p能级最多容纳6个电子;d能级最多容纳10个电子。
问题2:判断第五能层最多可容纳多少个电子 并试用以上能层与能级上填充的最多电子数规律加以解释。
提示:
能层 第五层
能级 5s 5p 5d 5f 5g
最多电子数 2 6 10 14 18
50
问题3:s能级的能量一定低于p能级的能量吗
提示:不一定。同一能层中能量s问题4:3d、4d、5d能级所能容纳的最多电子数是否相同 能量高低有何关系
提示:3d、4d、5d能级所能容纳的最多电子数相同(均为10个)。3d<4d<5d。
能层与能级的数量与能量关系
1.能层就是电子层。
2.任何能层均含有s能级,都是从s能级开始,且能级数与能层序数相同,但不是任何能层均含有任何能级。
3.多电子原子中,同一能层不同能级的能量顺序:E(ns)如第四能层中E(4s)4.不同能层中同一能级,能层序数越大,能量越高。
如E(1s)E(2p)5.原子核外电子的每一能层最多可容纳的电子数是2n2(n为能层序数);但不一定与实际填充的电子数相同。
1.下列关于能层和能级的认识正确的是( D )
A.各能层含有的电子数为2n2
B.各能层的能级都是从s能级开始至f能级结束
C.各能层含有的能级数为n-1
D.无论哪一个能层的s能级,最多容纳的电子数均为2
解析:各能层最多容纳的电子数是2n2,A项错误;第一、第二、第三能层都没有f能级,B项错误;能层序数等于各能层所含的能级数,C项错误。
2.下列能级符号正确的是( A )
①1s ②2d ③3f ④4p
A.①④ B.②③ C.③④ D.①②
解析:①s亚层在每一能层上都有,因此存在1s能级,故正确;
②d亚层至少在第三能层及以上,第二能层只有2s、2p能级,故错误;
③f亚层至少在第四能层及以上,第三能层只有3s、3p、3d能级,故错误;
④p亚层至少在第二能层及以上,因此存在4p能级,故正确。
3.M能层包含的能级数和最多能容纳的电子数分别为( D )
A.2、2 B.2、8 C.3、8 D.3、18
解析:M能层为第三能层,有s、p、d 3个能级,最多能容纳2×32=18(个)电子。
学习任务2 认识基态与激发态、原子光谱
1.基态原子与激发态原子
(1)基态原子:处于最低能量状态的原子。
(2)激发态原子: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。
(3)基态、激发态相互间转化的能量变化。
基态原子激发态原子
2.光谱
(1)原子光谱。
不同元素原子的电子发生跃迁时会吸收或释放不同的光,可以用光谱仪摄取各种元素原子的吸收光谱或发射光谱,总称原子光谱。
(2)原子光谱的成因及分类。
(3)光谱分析:在现代化学中,常利用原子光谱上的特征谱线来鉴定元素,称为光谱分析。
若Na原子的一个电子,从1s能级跃迁到3p能级,通过光谱仪可观察到发射光谱还是吸收光谱
提示:从1s→3p能级,要吸收能量,因此可观察到吸收光谱。
判断正误。
(1)电子跃迁时要吸收能量。( × )
提示:电子由基态跃迁至激发态吸收能量,由激发态跃迁至基态释放能量。
(2)霓虹灯光、激光、萤光都与原子核外电子跃迁吸收能量有关。( × )
提示:都与原子核外电子跃迁释放能量有关。
(3)光谱分析的依据是每一种元素都有自己的特征谱线。( √ )
(4)原子光谱是指电子在激发态跃迁到基态时产生的光谱。( × )
提示:吸收光谱或发射光谱,总称原子光谱。
夜幕降临,我们会看到五光十色的霓虹灯将城市的夜景装扮得分外美丽;盛大节日时,我们常能观赏到五彩斑斓的焰火将都市的夜空点缀得绚丽夺目。
探究 产生光谱现象的原因
问题1:稀有气体在霓虹灯中通电时发光属于吸收光谱还是发射光谱 从原子结构的角度来说,霓虹灯发出五颜六色的光的原因是什么
提示:发射光谱。产生这一现象的原因是通电后在电场作用下,电子吸收能量后跃迁到能量较高的能级,且处在能量较高的能级上的电子会很快地以光的形式释放能量而跃迁回能量较低的能级上,以光的形式释放能量。
问题2:金属的焰色试验中,一些金属元素呈现不同的焰色的原因是什么
提示:焰色试验发生的过程为基态原子激发态原子基态原子,激发态原子中的电子跃迁到低能级时将产生发射光谱,多余的能量以光的形式释放出来。释放的能量不同,光的颜色不同。
光谱产生的原因与应用
1.光(辐射)是电子跃迁释放能量的重要形式之一。电子从较高能量的激发态跃迁到较低能量的激发态乃至基态时,将以光的形式释放能量。
2.日常生活中看到的灯光、激光、焰火等可见光,都与原子核外电子发生跃迁释放能量有关。
3.可以利用金属元素电子跃迁产生的焰色试验鉴别元素种类。
4.电子的跃迁是物理变化(未发生电子转移),一般在能量相近的能级间发生,而原子得失电子时发生的是化学变化。
5.可见光包括红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫,其中紫色光的波长最短、红光的波长最长。
1.下列关于同一原子中的基态和激发态说法中,错误的是( C )
A.激发态时的能量比基态时的高
B.激发态时较不稳定
C.由基态转化为激发态过程中释放能量
D.电子在激发态与基态之间相互跃迁时都会产生原子光谱
解析:激发态时能量较高,较不稳定,A、B正确;电子从较低能量的基态跃迁到较高能量的激发态时,会吸收能量,产生吸收光谱,反之会产生发射光谱,C不正确,D正确。
2.对充有氖气的霓虹灯管通电,灯管发出红色光。产生这一现象的主要原因是( A )
A.电子由激发态向基态跃迁时以光的形式释放能量
B.电子由基态向激发态跃迁时吸收除红光以外的光线
C.氖原子获得电子后转变成发出红光的物质
D.在电流的作用下,氖原子与构成灯管的物质发生反应
解析:霓虹灯发红光是因为电子吸收能量后跃迁到能量较高的轨道,能量较高轨道上的电子会跃迁回能量较低的轨道而以光的形式释放能量。
3.下列关于原子光谱说法不正确的是( D )
A.霓虹灯光、LED灯光与原子核外电子跃迁释放能量有关
B.焰色试验是利用元素的特征可见原子光谱鉴别某些元素
C.许多元素是通过原子光谱发现的
D.原子电子发生跃迁,是指电子从较低能量的状态变为较高能量的状态
解析:A.霓虹灯光、LED灯光中电子获得能量从能量低的能级跃迁到能量高的能级,很快电子能量高的激发态跃迁到能量较低的激发态或基态时,将释放能量,光(辐射)是电子跃迁释放能量的重要形式之一,正确;B.不同元素原子的电子发生跃迁时会吸收或释放不同的光,常利用原子光谱上的特征谱线来鉴定元素,焰色试验本质是电子从能量高的激发态跃迁到能量较低的激发态或基态时,释放能量,光(辐射)是电子跃迁释放能量的重要形式之一,因此焰色试验是利用元素的特征可见原子光谱鉴别某些元素,正确;C.不同元素原子的电子发生跃迁时会吸收或释放不同的光,常利用原子光谱上的特征谱线来鉴定元素,在历史上,许多元素是通过原子光谱发现的,如铯和铷,正确;D.电子从较低能量的状态变为较高能量的状态称为电子跃迁,电子从较高能量的状态变为较低能量的状态也称为电子跃迁,错误。
学习任务3 探究构造原理与电子排布式
1.构造原理
(1)构造原理:以光谱学事实为基础,从氢开始,随核电荷数递增,新增电子填入能级的顺序称为构造原理。
即电子所排的能级顺序:1s、2s、2p、3s、3p、4s、3d、4p、5s、4d、5p、6s、4f、5d、6p、7s……
(2)能级交错:根据构造原理示意图可知,随核电荷数递增,电子并不总是填满一个能层后再开始填入下一个能层的。电子是按3p→4s→3d的顺序而不是按3p→3d→4s的顺序填充的,这种现象被称为能级交错。
(1)从哪个能级开始出现能级交错
提示:3d能级与4s能级。
(2)为什么K原子的原子结构示意图不是,而是呢
提示:由于出现能级交错现象,K原子排满第一层和第二层后,在排第三层时,先排满3s能级、3p能级,最后一个电子进入4s能级而不是3d能级,所以它的原子结构示意图为。
2.电子排布式
(1)概念:将能级上所排布的电子数标注在该能级符号右上角,并按照能层从左到右的顺序排列的式子。
(2)表示方法。
Mg原子的电子排布式中数字和符号的意义为
铝原子的电子排布式为1s22s22p63s23p1。
根据构造原理,写出下列基态原子或离子的核外电子排布式。
①2He: ;
②8O: ;
③11Na: ;
④17Cl-: ;
⑤19K: 。
提示:①1s2 ②1s22s22p4 ③1s22s22p63s1
④1s22s22p63s23p6 ⑤1s22s22p63s23p64s1
早在1785年,英国著名科学家卡文迪什在研究空气组成时,发现一个奇怪的现象。当时人们已经知道空气中含有氮气、氧气、二氧化碳等,卡文迪什把空气中的这些成分除尽后,发现还残留少量气体,这个现象当时并没有引起化学家们应有的重视。谁也没有想到,就在这少量气体里竟藏着一整个元素家族。1894～1900年间六种稀有气体元素陆续被发现。
探究 构造原理与电子排布式的书写
问题1:按构造原理写出氖、氩的基态原子的电子排布式;观察除氦外稀有气体最外层的通式是什么
提示:Ne:1s22s22p6;Ar:1s22s22p63s23p6;ns2np6(n为电子层数)
问题2:电子排布式可以简化,如Na的电子排布式可简化为[Ne]3s1,上述方括号的意义是什么 仿照Na的简化电子排布式,写出9、13、21号元素基态原子的简化电子排布式。
提示:方括号里符号的意义是稀有气体元素原子的结构,表示该元素前一周期的稀有气体元素原子的电子排布结构。9号元素为F,13号元素为Al,21号元素为Sc,其简化电子排布式分别为[He]2s22p5、[Ne]3s23p1、[Ar]3d14s2。
问题3:观察元素周期表中9、13号元素信息,2s22p5、3s23p1是何种电子排布式 该排布式与其化合价之间有何关系 推测21号元素的最高化合价。
提示:价层电子排布式或价电子排布式或外围电子排布式,即在化学反应中可能发生电子变动的能级(称为价电子层,简称价层)的电子排布式;元素原子的价层电子排布能体现出元素的主要化合价,21号元素的最高化合价为+3。
问题4:观察以下元素周期表的片段信息,电子排布式的书写顺序与核外电子填充顺序一定相同吗 这些元素是否都遵循构造原理
提示:不一定相同。电子排布式的书写按电子层由里到外和s、p、d……顺序,而核外电子填充顺序是按构造原理;不是都遵循构造原理,如Cr和Cu的电子排布式分别为[Ar]3d54s1和[Ar]3d104s1。
基态原子电子排布式的书写(以Fe为例)
(1)书写方法:按照构造原理将电子依次填充到能量逐渐升高的能级中。注意:不是按照构造原理顺序写。
(2)简化电子排布式书写。
将电子排布式中的内层电子排布用相应的稀有气体元素符号加方括号来表示,而得到的式子称为简化电子排布式。如氮、钠、钙的简化电子排布式分别为[He]2s22p3、[Ne]3s1、[Ar]4s2。
(3)价层电子排布式的书写。
主族元素的价层电子是最外层电子;过渡元素的价层电子不仅是最外层电子,还有次外层电子及某些元素倒数第三层电子。
如Cl的价层电子排布式为3s23p5;K的价层电子排布式为4s1;Fe的价层电子排布式为3d64s2。
(4)绝大多数元素的原子核外电子的排布顺序遵循构造原理,但是Cr([Ar]3d54s1)、Cu([Ar]3d104s1)等除外。
题点一 构造原理的理解与应用
1.构造原理揭示的电子排布能级顺序,实质是各能级能量高低。以下各式中正确的是( B )
A.E(5s)>E(4f)>E(4s)>E(3d)
B.E(3d)>E(4s)>E(3p)>E(3s)
C.E(4s)D.E(5s)>E(4s)>E(4f)>E(3d)
解析:根据构造原理,各能级能量由低到高的顺序为1s、2s、2p、3s、3p、4s、3d、4p、5s……A项和D项正确顺序为E(4f)>E(5s)>E(3d)>E(4s);对于不同能层的相同能级,能层序数越大,能量越高,C项错误。
2.比较下列能级的能量大小关系(填“>”“=”或“<”)。
(1)2s 4s; (2)3p 3d;
(3)3d 4s; (4)4d 5d;
(5)2p 3s; (6)4d 5f。
解析:由构造原理可知①同一能层的能级能量高低顺序为ns答案:(1)< (2)< (3)> (4)< (5)< (6)<
判断能级能量高低的方法
题点二 电子排布式的书写
3.某原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p4,则下列说法错误的是( B )
A.该原子的简化电子排布式为[Ne]3s23p4
B.该原子的价层电子排布式为3p4
C.该原子核外电子共占据三个能层
D.该原子核外电子共占据五个能级
解析:题给原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p4,则该原子的简化电子排布式为[Ne]3s23p4,A正确;价层电子排布式为3s23p4,B错误;该原子核外电子共占据K、L、M三个能层,C正确;共占据1s、2s、2p、3s、3p五个能级,D正确。
4.表示一个原子的M能层上有10个电子,可以写成( C )
A.3p6 B.3d10
C.3s23p63d2 D.3s23p64s2
解析:M层为第三能层,根据构造原理,电子依次排布在1s、2s、2p、3s、3p、4s、3d能级,故第三能层有10个电子的电子排布式为3s23p63d2,故选C。
5.按要求填空。
(1)B原子的电子排布式为 。
(2)N原子的最外层电子排布式为 。
(3)Se的原子序数为 ,其核外M层电子排布式为 。
(4)Li3N晶体中氮以N3-形式存在,N3-的电子排布式为 。
(5)写出镓(Ga)原子的电子排布式: 。
解析:B原子的核外有5个电子,电子排布式为1s22s22p1。N原子最外层有5个电子,最高能层数为2,最外层电子排布式为2s22p3。Se与O同主族,原子序数为34,N层有6个电子,故其M层排满,M层电子排布式为3s23p63d10。N原子的电子排布式为1s22s22p3,N原子得到3个电子所得N3-的电子排布式为1s22s22p6。Ga为第四周期第ⅢA族元素,故其原子的电子排布式为[Ar]3d104s24p1或1s22s22p63s23p63d104s24p1。
答案:(1)1s22s22p1
(2)2s22p3
(3)34 3s23p63d10
(4)1s22s22p6
(5)1s22s22p63s23p63d104s24p1(或[Ar]3d104s24p1)
[footnoteRef:2] [2: 命题解密与解题指导
情境解读:以常见元素的位、构、性关系的相互推断为载体,主要考查原子的电子排布式的书写。
素养立意:借助元素位、构、性关系的推断,电子排布式的书写等,培养证据推理与模型认知素养。]
A、B、C、D是四种短周期元素,E是过渡元素。A、B、C同周期,C、D同主族,A的原子结构示意图为,B是同周期除稀有气体外半径最大的元素,C是短周期中离子半径最大的元素,E的电子排布式为[Ar]3d64s2。回答下列问题。
A为 (写出元素符号,下同),电子排布式是 ;
B为 ,简化电子排布式是 ;
C为 ,价层电子排布式是 ;
[footnoteRef:3] [3: 思维建模:电子排布式的书写,①要依据构造原理来完成;②对于副族元素要注意能级交错;③要注意“价层电子排布”“核外电子排布”的区别;④关注原子电子排布式与离子电子排布式的区别;⑤注意可能涉及的电子排布式的几个特例。Cr:[Ar]3d54s1、Cu:[Ar]3d104s1。]
D为 ,电子排布式是 ;
E为 ,原子结构示意图是 。
解析:由题意可知,A为Si,B为Na,C为P,则D为N,E为Fe。这五种元素的电子排布式分别为1s22s22p63s23p2、1s22s22p63s1、1s22s22p63s23p3、1s22s22p3、1s22s22p63s23p63d64s2,由电子排布式可写出答案。
答案:Si 1s22s22p63s23p2 Na [Ne]3s1 P 3s23p3 N 1s22s22p3
Fe
课时作业
选题表
考查点 基础巩固 能力提升
能层与能级 1,2,4
基态与激发态、原子光谱 3,5 12,13
构造原理与电子排布式 6,9 16
综合应用 7,8,10,11 14,15,17
1.下列能级符号正确的是( A )
A.6s B.2d C.3f D.1p
解析:不存在2d、3f、1p能级。
2.下列关于能层和能级的说法错误的是( B )
A.每个能层中的能级数都等于该能层序数
B.原子核外每个能层容纳的电子数都是n2(n表示能层序数)
C.d能级最多能容纳10个电子
D.任一能层的能级总是从s能级开始
解析:原子核外每个能层最多容纳电子数都是2n2(n为能层序数),故B错误。
3.某元素原子的核外电子由4p能级跃迁到3d能级时,可通过光谱仪直接摄取( D )
A.电子的运动轨迹图像
B.原子的吸收光谱
C.电子体积大小的图像
D.原子的发射光谱
解析:能量4p>3d,原子的核外电子由4p能级跃迁到3d能级时要释放能量,形成发射光谱。
4.某原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s2,下列说法中不正确的是( C )
A.该元素原子中共有25个电子
B.该元素原子核外有4个能层
C.该元素原子最外层共有7个电子
D.该元素原子M能层共有13个电子
解析:根据题给原子电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s2知,该原子有
4个能层,共有25个电子,最外层有2个电子,第三层(M能层)有13个电子。
5.当碳原子的核外电子排布由1s22s22p2转变为1s22s12p3时,下列说法正确的是( A )
A.碳原子由基态变为激发态
B.碳原子由激发态变为基态
C.该过程将产生发射光谱
D.碳原子要向外界环境释放能量
解析:从碳原子的核外电子排布变化来看,2s的一个电子跃迁到2p,能量升高,产生吸收光谱,A项正确,B、C、D项错误。
6.下列各项中,前面的能级先填入电子的是( B )
①3d和4s ②4p和5s ③5s和4d ④5p和4d
A.①② B.②③
C.②④ D.③④
解析:根据构造原理可知,电子填入能级的顺序为……4s、3d、4p、5s、4d、5p、6s……从而可以看出②③中前面的能级先填入电子。
7.下列说法正确的是( C )
A.钾的焰色试验呈紫色,发生的是化学变化
B.钠原子的电子由3s跃迁到5s,放出能量
C.基态硫原子的电子排布式:1s22s22p63s23p4
D.同一原子中,1s、2s、3s所能容纳的电子数越来越多
解析:钾的焰色试验呈紫色,发生的是物理变化,A错误;电子从较低能级轨道跃迁到较高能级轨道需要吸收能量,钠原子的电子由3s跃迁到5s,吸收能量,B错误;硫的原子序数为16,基态硫原子的电子排布式为1s22s22p63s23p4,C正确;s能级最多容纳2个电子,与其所在能层无关,D错误。
8.某元素的原子M层有4个p电子,下列叙述错误的是( D )
A.N层不含电子
B.该元素是硫元素
C.L层一定有8个电子
D.原子最外层电子数为4
解析:依题意可知,题给元素原子K、L、M层容纳的电子数分别为2、8、6,N层不含电子,故该元素是硫元素,其原子最外层电子数应为6,D项错误。
9.已知三种粒子(原子或离子)的电子排布式如下:11X:1s22s22p6、19Y:1s22s22p63s23p6与20Z:1s22s22p63s23p6,若将上述三种粒子归为同一类,下列粒子中也可归为此类的是( C )
解析:分析原子核内的质子数和电子排布式之间的关系可知,三种粒子都是金属阳离子。分析A～D四个选项中粒子结构示意图的核电荷数和核外电子排布的关系可知,A和D是原子,B是阴离子,C是金属阳离子。
10.某基态原子的3d能级上有1个电子,下列说法正确的是( D )
A.该元素原子核外有3个电子层
B.该元素基态原子的最外层有3个电子
C.该元素基态原子的M层上有8个电子
D.该元素基态原子的价层电子排布式为3d14s2
解析:题给基态原子的3d能级上有1个电子,则依据基态核外电子排布规律可知,该原子的价层电子排布式为3d14s2,则该元素原子核外有4个电子层,A错误;最外层有2个电子,B错误;该元素基态原子的M层为第三层,有9个电子,C错误;该元素基态原子的价层电子排布式为3d14s2,D正确。
11.按要求填空。
(1)根据构造原理写出下列基态原子或离子的核外电子排布式。
①A元素原子核外M层电子数是L层电子数的一半: 。
②X元素原子的最外层电子数是次外层电子数的1.5倍: 。
③基态Ni2+、Fe3+、S2-的电子排布式分别为 、
、 。
(2)某元素的最外层电子排布式是4s24p5,则其元素符号为 。
(3)基态Ti2+中,电子占据的最高的能层符号为 ,该能层有
个能级。
(4)写出基态砷原子的电子排布式: ,砷位于元素周期表中第 周期第 族。
解析:(1)①L层有8个电子,则M层有4个电子,故A为硅。②当次
外层为K层时,最外层电子数则为3,为硼;当次外层为L层时,最外
层电子数为1.5×8=12,违背了电子排布规律,故不可能。③Ni的
原子序数为28,根据构造原理,基态Ni原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d84s2,故Ni2+的电子排布式为1s22s22p63s23p63d8;基态Fe原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2,故Fe3+的电子排布式为1s22s22p63s23p63d5;S的原子序数为16,基态S原子的电子排布式为1s22s22p63s23p4,故S2-的电子排布式为1s22s22p63s23p6。
(2)根据最外层电子排布式可知,该元素有4个电子层,最外层有7个电子,位于元素周期表的第四周期第ⅦA族,为Br元素。
(3)Ti的原子序数为22,基态Ti原子的电子排布式为[Ar]3d24s2,故基态Ti2+的电子排布式为[Ar]3d2,电子占据的最高能层符号为M,该能层有3s、3p、3d,共3个能级。
(4)As的原子序数为33,基态As原子的电子排布式为[Ar]3d104s24p3,位于第四周期第ⅤA族。
答案:(1)①1s22s22p63s23p2
②1s22s22p1
③1s22s22p63s23p63d8或[Ar]3d8
1s22s22p63s23p63d5或[Ar]3d5
1s22s22p63s23p6或[Ne]3s23p6
(2)Br
(3)M 3
(4)[Ar]3d104s24p3 四 ⅤA
12.由玻尔的理论发展而来的现代量子物理学认为原子核外电子的可能状态是不连续的,因此各状态对应能量也是不连续的,这些能量值就是能级。能级是用来表达在一定能层(K、L、M、N、O、P、Q)上而又具有一定形状电子云的电子。下列说法中不正确的是( B )
A.硫原子的L能层上有两个能级,分别为2s、2p
B.钠原子3s能级的电子跃迁至低能级时,最多出现5条谱线
C.灼烧含钾元素的物质时出现特征紫色是由电子的跃迁引起的
D.基态砷原子的最高能级为4p
解析:硫原子核外有3个电子层,其中L层为第二层,该能层上有两个能级,分别为2s、2p,故A正确;钠原子3s能级的电子跃迁至低能级,可以是3s到2p、3s到2s、3s到1s、2p到2s、2p到1s以及2s到1s,因此最多会出现6条谱线,故B错误;灼烧含钾元素的物质时,钾元素原子的核外电子由低能状态跃迁到高能状态,再由高能状态跃迁到低能状态时释放的能量与紫光的能量相同,从而呈现出紫色,故C正确;基态砷原子核外有4个电子层,其中能量最高的能级为4p能级,故D正确。
13.下列说法正确的是( C )
A.同一原子基态原子的能量一定比激发态原子的能量高
B.霓虹灯通电灯管变红是氖原子中的电子从基态跃迁到激发态时产生的光谱
C.元素“氦”“铷”“铯”等是用原子光谱方法发现的
D.电子仅在激发态跃迁到基态时才会产生原子光谱
解析:基态原子吸收能量后电子跃迁到能量更高的能级称为激发态原子,故同一原子基态原子的能量一定比激发态原子的能量低,A错误;霓虹灯通电管变红是氖原子中的电子从激发态跃迁到基态时产生的光谱,B错误;原子光谱包括发射光谱和吸收光谱,故电子在激发态跃迁到基态时会产生原子光谱,电子在基态跃迁到激发态时也会产生原子光谱,D错误。
14.下列叙述中的元素,肯定是主族元素的是( D )
A.最高化合价为+4价的元素
B.原子核外M层比L层多5个电子的元素
C.电子排布式为1s22s22p63s23p6的元素
D.3p轨道上电子数为奇数的元素
解析:最高化合价为+4价的元素可能是第ⅣA族的C、Si等,也可能是第ⅣB族的Ti等,A不符合题意;原子核外M层比L层多5个电子的元素为Cr([Ar]3d54s1)或Mn([Ar]3d54s2),两者均为副族元素,B不符合题意;基态电子排布式为1s22s22p63s23p6的元素是Ar,属于0族元素,C不符合题意;3p轨道上电子数为奇数的元素包括Al([Ne]3s23p1)、P([Ne]3s23p3)、Cl([Ne]3s23p5),3种元素均为主族元素,D符合题意。
15.X、Y、Z三种元素的原子,其最外层电子排布分别为1s1、2s22p2和2s22p4,由这三种元素组成的化合物中只含单个Y原子的化学式不可能的是( B )
A.X2YZ B.XYZ3
C.X2YZ3 D.X2YZ2
解析:根据最外层电子排布分别为1s1、2s22p2和2s22p4,可以推断出X为H元素、Y为C元素、Z为O元素,由这三种元素组成的只含单个Y原子的化合物为HCOOH、CH3OH、HCHO、H2CO3,故B项的化学式不可能。
16.有几种元素的粒子核外电子排布式均为1s22s22p63s23p6,其中:
(1)某电中性粒子一般不和其他元素的原子反应,这种粒子的符号是 。
(2)某粒子的盐溶液能使溴水褪色,并出现浑浊,这种粒子的符号是 。
(3)某粒子氧化性很弱,但得到电子后还原性很强,且对应原子有一个单电子,这种粒子的符号是 。
(4)某粒子还原性虽弱,但失去电子后氧化性强,且这种元素的原子得到一个电子即达稳定结构,这种粒子的符号是 。
解析:符合题述核外电子排布式的电中性粒子很难发生化学反应,应为Ar;使溴水褪色,应为还原性较强的S2-,发生反应S2-+Br2S↓+
2Br-;氧化性很弱,得电子后还原性很强,应为K+;对应原子得一个电子即达稳定结构,故该粒子应为Cl-。
答案:(1)Ar (2)S2- (3)K+ (4)Cl-
17.已知元素X、Y的核电荷数均小于31,且能形成XY2型的化合物。回答下列问题。
(1)若X、Y均为非金属元素,写出你所知道的XY2型化合物的化学式: 、 、 、 等。
(2)若X原子的价层电子排布式为3d104s2,Y可能是 元素或
元素。
(3)若Y的阴离子与Ar有相同的电子层结构,则X原子的价层电子排布式可能为 、 、 、 、
。
解析:(2)X原子的价层电子排布式为3d104s2时,X为Zn,化合价为+2价,Y的化合价为-1价,所以Y可能是F或Cl。(3)Y的阴离子与Ar有相同的电子层结构,且能形成XY2型化合物,若Y是Cl,则X的化合价为+2价,所以X原子的价层电子排布式可能是2s2、3s2、4s2、3d64s2、3d104s1、3d104s2、3d24s2、3d54s2、3d84s2等;还有一种可能是Y为S,X为C,则X原子的价层电子排布式为2s22p2。
答案:(1)(答案合理即可)CO2 SO2 SiO2 CS2
(2)氟 氯
(3)(答案合理即可)2s2 3s2 4s2 3d64s2 3d104s1
1.能说明微观粒子的运动状态与宏观物体运动特点的差异。 2.能结合能量最低原理、泡利原理、洪特规则书写1～36 号元素基态原子的核外电子排布式和轨道表示式,并说明含义。 3.能说出元素电离能、电负性的含义,能描述主族元素第一电离能、电负性变化的一般规律,能从电子排布的角度对这一规律进行解释。能说明电负性大小与原子在化合物中吸引电子能力的关系,能利用电负性判断元素的金属性与非金属性的强弱。 4.能从原子价电子数目和价层电子排布的角度解释元素周期表的分区、周期和族的划分。能列举元素周期律(表)的应用。 5.能说明建构思维模型在人类认识原子结构过程中的重要作用,能论证证据与模型建立及其发展之间的关系。能简要说明原子核外电子运动规律的理论探究对研究元素性质及其变化规律的意义。 1.宏观辨识与微观探析:能从原子结构视角说明元素的性质递变规律;能根据物质的微观结构说明或预测物质的性质,评估所作说明或预测的合理性。 2.证据推理与模型认知:能说明原子结构等模型建立的重要证据及推理过程;能说出与元素性质有关的主要参数的含义与适用范围;能采用模型、符号等多种方式对物质的结构进行综合表征。 3.科学探究与创新意识:体会在对物质微观结构的科学探究中经历基于实验证据建立、优化甚至是重构模型的过程,既需要严谨的科学推理,又需要大胆的科学猜想;认识科学理论是不断创新和发展的,树立对科学本质不懈追求的意识。
第一节 原子结构
第1课时 能层与能级 基态与激发态 构造原理
1.通过认识原子结构与核外电子的排布,能说明能层与能级的关系,描述核外电子的排布规律。
2.通过认识基态与激发态的含义与关系,能从电子跃迁的角度解释原子光谱的形成。
3.通过学习原子核外电子的能级高低顺序,了解原子核外电子排布的构造原理,并结合构造原理形成核外电子排布式书写的思维模型,能熟练书写1～36号元素的电子排布式。
学习任务1 辨析能层与能级
1.能层
(1)核外电子按能量不同分成能层,用符号K、L、M、N、O、P、Q……表示。
(2)能层越高,电子的能量越高,能量的高低顺序为E(K)
(1)根据多电子原子中同一能层电子能量的不同,将它们分成不同能级。
(2)能级用相应能层的序数和字母s、p、d、f……组合在一起来表示。多电子原子中,同一能层各能级的能量顺序为E(ns)
提示:不是。在任一能层中,能级个数=能层序数,即K层只有s能级,L层有s和p两个能级,M层有s、p和d三个能级。
(2)1s、2s、3d分别表示什么意义 其能量顺序如何
提示:能层序号写在s、p、d、f等能级符号前,共同表示能级,1s表示第一能层中的s能级;2s表示第二能层中的s能级;3d表示第三能层中的d能级。
同一能层中,各能级之间的能量大小关系是s
能层(n) 一 二 三 四 五 六 七 ……
符号 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 …… …… …… ……
理论上第8能层有几个能级 该能层最多能容纳多少个电子
提示:8;128。
判断正误。
(1)能级就是电子层。( × )
提示:能层是电子层。
(2)2d表示L层中的d能级。( × )
提示:L层只有s、p能级。
(3)3d能级最多容纳6个电子。( × )
提示:最多容纳10个电子。
(4)第三能层最多容纳8个电子。( × )
提示:最多容纳18个电子,第三能层为最外层时最多容纳8个电子。
(5)任一能层的s能级最多容纳的电子数均为2。( √ )
(6)同一原子中,2p、3p、4p电子的能量逐渐升高。( √ )
亨利·莫斯莱和巴克拉首次于X射线吸收研究的实验中发现电子层。巴克拉把它们称为K、L、M(以英文字母排列)等(最初K和L电子层名为B和A,改为K和L的原因是预留空位给未发现的电子层)。1920年,丹麦科学家玻尔正式提出了构造原理,即从氢开始,随核电荷数递增,新增电子填入原子核外“壳层”的顺序,由此开启了用原子结构解释元素周期律的篇章。5年后,玻尔的“壳层”落实为“能层”与“能级”,厘清了核外电子的可能状态。为方便理解,这里的能层好比是楼层,能级好比是楼层间的台阶。
探究 能层与能级的数量与能量关系
问题1:一个能层的能级数与能层序数(n)间存在什么关系 如M能层中共有几个能级 分别用什么符号表示 各能级最多容纳的电子数是多少
提示:能层的能级数等于该能层序数;M能层中共有3个能级;分别用3s、3p、3d表示;s能级最多容纳2个电子,p能级最多容纳6个电子;d能级最多容纳10个电子。
问题2:判断第五能层最多可容纳多少个电子 并试用以上能层与能级上填充的最多电子数规律加以解释。
提示:
能层 第五层
能级 5s 5p 5d 5f 5g
最多电子数 2 6 10 14 18
50
问题3:s能级的能量一定低于p能级的能量吗
提示:不一定。同一能层中能量s
提示:3d、4d、5d能级所能容纳的最多电子数相同(均为10个)。3d<4d<5d。
能层与能级的数量与能量关系
1.能层就是电子层。
2.任何能层均含有s能级,都是从s能级开始,且能级数与能层序数相同,但不是任何能层均含有任何能级。
3.多电子原子中,同一能层不同能级的能量顺序:E(ns)
如E(1s)
1.下列关于能层和能级的认识正确的是( D )
A.各能层含有的电子数为2n2
B.各能层的能级都是从s能级开始至f能级结束
C.各能层含有的能级数为n-1
D.无论哪一个能层的s能级,最多容纳的电子数均为2
解析:各能层最多容纳的电子数是2n2,A项错误;第一、第二、第三能层都没有f能级,B项错误;能层序数等于各能层所含的能级数,C项错误。
2.下列能级符号正确的是( A )
①1s ②2d ③3f ④4p
A.①④ B.②③ C.③④ D.①②
解析:①s亚层在每一能层上都有,因此存在1s能级,故正确;
②d亚层至少在第三能层及以上,第二能层只有2s、2p能级,故错误;
③f亚层至少在第四能层及以上,第三能层只有3s、3p、3d能级,故错误;
④p亚层至少在第二能层及以上,因此存在4p能级,故正确。
3.M能层包含的能级数和最多能容纳的电子数分别为( D )
A.2、2 B.2、8 C.3、8 D.3、18
解析:M能层为第三能层,有s、p、d 3个能级,最多能容纳2×32=18(个)电子。
学习任务2 认识基态与激发态、原子光谱
1.基态原子与激发态原子
(1)基态原子:处于最低能量状态的原子。
(2)激发态原子: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。
(3)基态、激发态相互间转化的能量变化。
基态原子激发态原子
2.光谱
(1)原子光谱。
不同元素原子的电子发生跃迁时会吸收或释放不同的光,可以用光谱仪摄取各种元素原子的吸收光谱或发射光谱,总称原子光谱。
(2)原子光谱的成因及分类。
(3)光谱分析:在现代化学中,常利用原子光谱上的特征谱线来鉴定元素,称为光谱分析。
若Na原子的一个电子,从1s能级跃迁到3p能级,通过光谱仪可观察到发射光谱还是吸收光谱
提示:从1s→3p能级,要吸收能量,因此可观察到吸收光谱。
判断正误。
(1)电子跃迁时要吸收能量。( × )
提示:电子由基态跃迁至激发态吸收能量,由激发态跃迁至基态释放能量。
(2)霓虹灯光、激光、萤光都与原子核外电子跃迁吸收能量有关。( × )
提示:都与原子核外电子跃迁释放能量有关。
(3)光谱分析的依据是每一种元素都有自己的特征谱线。( √ )
(4)原子光谱是指电子在激发态跃迁到基态时产生的光谱。( × )
提示:吸收光谱或发射光谱,总称原子光谱。
夜幕降临,我们会看到五光十色的霓虹灯将城市的夜景装扮得分外美丽;盛大节日时,我们常能观赏到五彩斑斓的焰火将都市的夜空点缀得绚丽夺目。
探究 产生光谱现象的原因
问题1:稀有气体在霓虹灯中通电时发光属于吸收光谱还是发射光谱 从原子结构的角度来说,霓虹灯发出五颜六色的光的原因是什么
提示:发射光谱。产生这一现象的原因是通电后在电场作用下,电子吸收能量后跃迁到能量较高的能级,且处在能量较高的能级上的电子会很快地以光的形式释放能量而跃迁回能量较低的能级上,以光的形式释放能量。
问题2:金属的焰色试验中,一些金属元素呈现不同的焰色的原因是什么
提示:焰色试验发生的过程为基态原子激发态原子基态原子,激发态原子中的电子跃迁到低能级时将产生发射光谱,多余的能量以光的形式释放出来。释放的能量不同,光的颜色不同。
光谱产生的原因与应用
1.光(辐射)是电子跃迁释放能量的重要形式之一。电子从较高能量的激发态跃迁到较低能量的激发态乃至基态时,将以光的形式释放能量。
2.日常生活中看到的灯光、激光、焰火等可见光,都与原子核外电子发生跃迁释放能量有关。
3.可以利用金属元素电子跃迁产生的焰色试验鉴别元素种类。
4.电子的跃迁是物理变化(未发生电子转移),一般在能量相近的能级间发生,而原子得失电子时发生的是化学变化。
5.可见光包括红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫,其中紫色光的波长最短、红光的波长最长。
1.下列关于同一原子中的基态和激发态说法中,错误的是( C )
A.激发态时的能量比基态时的高
B.激发态时较不稳定
C.由基态转化为激发态过程中释放能量
D.电子在激发态与基态之间相互跃迁时都会产生原子光谱
解析:激发态时能量较高,较不稳定,A、B正确;电子从较低能量的基态跃迁到较高能量的激发态时,会吸收能量,产生吸收光谱,反之会产生发射光谱,C不正确,D正确。
2.对充有氖气的霓虹灯管通电,灯管发出红色光。产生这一现象的主要原因是( A )
A.电子由激发态向基态跃迁时以光的形式释放能量
B.电子由基态向激发态跃迁时吸收除红光以外的光线
C.氖原子获得电子后转变成发出红光的物质
D.在电流的作用下,氖原子与构成灯管的物质发生反应
解析:霓虹灯发红光是因为电子吸收能量后跃迁到能量较高的轨道,能量较高轨道上的电子会跃迁回能量较低的轨道而以光的形式释放能量。
3.下列关于原子光谱说法不正确的是( D )
A.霓虹灯光、LED灯光与原子核外电子跃迁释放能量有关
B.焰色试验是利用元素的特征可见原子光谱鉴别某些元素
C.许多元素是通过原子光谱发现的
D.原子电子发生跃迁,是指电子从较低能量的状态变为较高能量的状态
解析:A.霓虹灯光、LED灯光中电子获得能量从能量低的能级跃迁到能量高的能级,很快电子能量高的激发态跃迁到能量较低的激发态或基态时,将释放能量,光(辐射)是电子跃迁释放能量的重要形式之一,正确;B.不同元素原子的电子发生跃迁时会吸收或释放不同的光,常利用原子光谱上的特征谱线来鉴定元素,焰色试验本质是电子从能量高的激发态跃迁到能量较低的激发态或基态时,释放能量,光(辐射)是电子跃迁释放能量的重要形式之一,因此焰色试验是利用元素的特征可见原子光谱鉴别某些元素,正确;C.不同元素原子的电子发生跃迁时会吸收或释放不同的光,常利用原子光谱上的特征谱线来鉴定元素,在历史上,许多元素是通过原子光谱发现的,如铯和铷,正确;D.电子从较低能量的状态变为较高能量的状态称为电子跃迁,电子从较高能量的状态变为较低能量的状态也称为电子跃迁,错误。
学习任务3 探究构造原理与电子排布式
1.构造原理
(1)构造原理:以光谱学事实为基础,从氢开始,随核电荷数递增,新增电子填入能级的顺序称为构造原理。
即电子所排的能级顺序:1s、2s、2p、3s、3p、4s、3d、4p、5s、4d、5p、6s、4f、5d、6p、7s……
(2)能级交错:根据构造原理示意图可知,随核电荷数递增,电子并不总是填满一个能层后再开始填入下一个能层的。电子是按3p→4s→3d的顺序而不是按3p→3d→4s的顺序填充的,这种现象被称为能级交错。
(1)从哪个能级开始出现能级交错
提示:3d能级与4s能级。
(2)为什么K原子的原子结构示意图不是,而是呢
提示:由于出现能级交错现象,K原子排满第一层和第二层后,在排第三层时,先排满3s能级、3p能级,最后一个电子进入4s能级而不是3d能级,所以它的原子结构示意图为。
2.电子排布式
(1)概念:将能级上所排布的电子数标注在该能级符号右上角,并按照能层从左到右的顺序排列的式子。
(2)表示方法。
Mg原子的电子排布式中数字和符号的意义为
铝原子的电子排布式为1s22s22p63s23p1。
根据构造原理,写出下列基态原子或离子的核外电子排布式。
①2He: ;
②8O: ;
③11Na: ;
④17Cl-: ;
⑤19K: 。
提示:①1s2 ②1s22s22p4 ③1s22s22p63s1
④1s22s22p63s23p6 ⑤1s22s22p63s23p64s1
早在1785年,英国著名科学家卡文迪什在研究空气组成时,发现一个奇怪的现象。当时人们已经知道空气中含有氮气、氧气、二氧化碳等,卡文迪什把空气中的这些成分除尽后,发现还残留少量气体,这个现象当时并没有引起化学家们应有的重视。谁也没有想到,就在这少量气体里竟藏着一整个元素家族。1894～1900年间六种稀有气体元素陆续被发现。
探究 构造原理与电子排布式的书写
问题1:按构造原理写出氖、氩的基态原子的电子排布式;观察除氦外稀有气体最外层的通式是什么
提示:Ne:1s22s22p6;Ar:1s22s22p63s23p6;ns2np6(n为电子层数)
问题2:电子排布式可以简化,如Na的电子排布式可简化为[Ne]3s1,上述方括号的意义是什么 仿照Na的简化电子排布式,写出9、13、21号元素基态原子的简化电子排布式。
提示:方括号里符号的意义是稀有气体元素原子的结构,表示该元素前一周期的稀有气体元素原子的电子排布结构。9号元素为F,13号元素为Al,21号元素为Sc,其简化电子排布式分别为[He]2s22p5、[Ne]3s23p1、[Ar]3d14s2。
问题3:观察元素周期表中9、13号元素信息,2s22p5、3s23p1是何种电子排布式 该排布式与其化合价之间有何关系 推测21号元素的最高化合价。
提示:价层电子排布式或价电子排布式或外围电子排布式,即在化学反应中可能发生电子变动的能级(称为价电子层,简称价层)的电子排布式;元素原子的价层电子排布能体现出元素的主要化合价,21号元素的最高化合价为+3。
问题4:观察以下元素周期表的片段信息,电子排布式的书写顺序与核外电子填充顺序一定相同吗 这些元素是否都遵循构造原理
提示:不一定相同。电子排布式的书写按电子层由里到外和s、p、d……顺序,而核外电子填充顺序是按构造原理;不是都遵循构造原理,如Cr和Cu的电子排布式分别为[Ar]3d54s1和[Ar]3d104s1。
基态原子电子排布式的书写(以Fe为例)
(1)书写方法:按照构造原理将电子依次填充到能量逐渐升高的能级中。注意:不是按照构造原理顺序写。
(2)简化电子排布式书写。
将电子排布式中的内层电子排布用相应的稀有气体元素符号加方括号来表示,而得到的式子称为简化电子排布式。如氮、钠、钙的简化电子排布式分别为[He]2s22p3、[Ne]3s1、[Ar]4s2。
(3)价层电子排布式的书写。
主族元素的价层电子是最外层电子;过渡元素的价层电子不仅是最外层电子,还有次外层电子及某些元素倒数第三层电子。
如Cl的价层电子排布式为3s23p5;K的价层电子排布式为4s1;Fe的价层电子排布式为3d64s2。
(4)绝大多数元素的原子核外电子的排布顺序遵循构造原理,但是Cr([Ar]3d54s1)、Cu([Ar]3d104s1)等除外。
题点一 构造原理的理解与应用
1.构造原理揭示的电子排布能级顺序,实质是各能级能量高低。以下各式中正确的是( B )
A.E(5s)>E(4f)>E(4s)>E(3d)
B.E(3d)>E(4s)>E(3p)>E(3s)
C.E(4s)
解析:根据构造原理,各能级能量由低到高的顺序为1s、2s、2p、3s、3p、4s、3d、4p、5s……A项和D项正确顺序为E(4f)>E(5s)>E(3d)>E(4s);对于不同能层的相同能级,能层序数越大,能量越高,C项错误。
2.比较下列能级的能量大小关系(填“>”“=”或“<”)。
(1)2s 4s; (2)3p 3d;
(3)3d 4s; (4)4d 5d;
(5)2p 3s; (6)4d 5f。
解析:由构造原理可知①同一能层的能级能量高低顺序为ns
判断能级能量高低的方法
题点二 电子排布式的书写
3.某原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p4,则下列说法错误的是( B )
A.该原子的简化电子排布式为[Ne]3s23p4
B.该原子的价层电子排布式为3p4
C.该原子核外电子共占据三个能层
D.该原子核外电子共占据五个能级
解析:题给原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p4,则该原子的简化电子排布式为[Ne]3s23p4,A正确;价层电子排布式为3s23p4,B错误;该原子核外电子共占据K、L、M三个能层,C正确;共占据1s、2s、2p、3s、3p五个能级,D正确。
4.表示一个原子的M能层上有10个电子,可以写成( C )
A.3p6 B.3d10
C.3s23p63d2 D.3s23p64s2
解析:M层为第三能层,根据构造原理,电子依次排布在1s、2s、2p、3s、3p、4s、3d能级,故第三能层有10个电子的电子排布式为3s23p63d2,故选C。
5.按要求填空。
(1)B原子的电子排布式为 。
(2)N原子的最外层电子排布式为 。
(3)Se的原子序数为 ,其核外M层电子排布式为 。
(4)Li3N晶体中氮以N3-形式存在,N3-的电子排布式为 。
(5)写出镓(Ga)原子的电子排布式: 。
解析:B原子的核外有5个电子,电子排布式为1s22s22p1。N原子最外层有5个电子,最高能层数为2,最外层电子排布式为2s22p3。Se与O同主族,原子序数为34,N层有6个电子,故其M层排满,M层电子排布式为3s23p63d10。N原子的电子排布式为1s22s22p3,N原子得到3个电子所得N3-的电子排布式为1s22s22p6。Ga为第四周期第ⅢA族元素,故其原子的电子排布式为[Ar]3d104s24p1或1s22s22p63s23p63d104s24p1。
答案:(1)1s22s22p1
(2)2s22p3
(3)34 3s23p63d10
(4)1s22s22p6
(5)1s22s22p63s23p63d104s24p1(或[Ar]3d104s24p1)
[footnoteRef:2] [2: 命题解密与解题指导
情境解读:以常见元素的位、构、性关系的相互推断为载体,主要考查原子的电子排布式的书写。
素养立意:借助元素位、构、性关系的推断,电子排布式的书写等,培养证据推理与模型认知素养。]
A、B、C、D是四种短周期元素,E是过渡元素。A、B、C同周期,C、D同主族,A的原子结构示意图为,B是同周期除稀有气体外半径最大的元素,C是短周期中离子半径最大的元素,E的电子排布式为[Ar]3d64s2。回答下列问题。
A为 (写出元素符号,下同),电子排布式是 ;
B为 ,简化电子排布式是 ;
C为 ,价层电子排布式是 ;
[footnoteRef:3] [3: 思维建模:电子排布式的书写,①要依据构造原理来完成;②对于副族元素要注意能级交错;③要注意“价层电子排布”“核外电子排布”的区别;④关注原子电子排布式与离子电子排布式的区别;⑤注意可能涉及的电子排布式的几个特例。Cr:[Ar]3d54s1、Cu:[Ar]3d104s1。]
D为 ,电子排布式是 ;
E为 ,原子结构示意图是 。
解析:由题意可知,A为Si,B为Na,C为P,则D为N,E为Fe。这五种元素的电子排布式分别为1s22s22p63s23p2、1s22s22p63s1、1s22s22p63s23p3、1s22s22p3、1s22s22p63s23p63d64s2,由电子排布式可写出答案。
答案:Si 1s22s22p63s23p2 Na [Ne]3s1 P 3s23p3 N 1s22s22p3
Fe
课时作业
选题表
考查点 基础巩固 能力提升
能层与能级 1,2,4
基态与激发态、原子光谱 3,5 12,13
构造原理与电子排布式 6,9 16
综合应用 7,8,10,11 14,15,17
1.下列能级符号正确的是( A )
A.6s B.2d C.3f D.1p
解析:不存在2d、3f、1p能级。
2.下列关于能层和能级的说法错误的是( B )
A.每个能层中的能级数都等于该能层序数
B.原子核外每个能层容纳的电子数都是n2(n表示能层序数)
C.d能级最多能容纳10个电子
D.任一能层的能级总是从s能级开始
解析:原子核外每个能层最多容纳电子数都是2n2(n为能层序数),故B错误。
3.某元素原子的核外电子由4p能级跃迁到3d能级时,可通过光谱仪直接摄取( D )
A.电子的运动轨迹图像
B.原子的吸收光谱
C.电子体积大小的图像
D.原子的发射光谱
解析:能量4p>3d,原子的核外电子由4p能级跃迁到3d能级时要释放能量,形成发射光谱。
4.某原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s2,下列说法中不正确的是( C )
A.该元素原子中共有25个电子
B.该元素原子核外有4个能层
C.该元素原子最外层共有7个电子
D.该元素原子M能层共有13个电子
解析:根据题给原子电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s2知,该原子有
4个能层,共有25个电子,最外层有2个电子,第三层(M能层)有13个电子。
5.当碳原子的核外电子排布由1s22s22p2转变为1s22s12p3时,下列说法正确的是( A )
A.碳原子由基态变为激发态
B.碳原子由激发态变为基态
C.该过程将产生发射光谱
D.碳原子要向外界环境释放能量
解析:从碳原子的核外电子排布变化来看,2s的一个电子跃迁到2p,能量升高,产生吸收光谱,A项正确,B、C、D项错误。
6.下列各项中,前面的能级先填入电子的是( B )
①3d和4s ②4p和5s ③5s和4d ④5p和4d
A.①② B.②③
C.②④ D.③④
解析:根据构造原理可知,电子填入能级的顺序为……4s、3d、4p、5s、4d、5p、6s……从而可以看出②③中前面的能级先填入电子。
7.下列说法正确的是( C )
A.钾的焰色试验呈紫色,发生的是化学变化
B.钠原子的电子由3s跃迁到5s,放出能量
C.基态硫原子的电子排布式:1s22s22p63s23p4
D.同一原子中,1s、2s、3s所能容纳的电子数越来越多
解析:钾的焰色试验呈紫色,发生的是物理变化,A错误;电子从较低能级轨道跃迁到较高能级轨道需要吸收能量,钠原子的电子由3s跃迁到5s,吸收能量,B错误;硫的原子序数为16,基态硫原子的电子排布式为1s22s22p63s23p4,C正确;s能级最多容纳2个电子,与其所在能层无关,D错误。
8.某元素的原子M层有4个p电子,下列叙述错误的是( D )
A.N层不含电子
B.该元素是硫元素
C.L层一定有8个电子
D.原子最外层电子数为4
解析:依题意可知,题给元素原子K、L、M层容纳的电子数分别为2、8、6,N层不含电子,故该元素是硫元素,其原子最外层电子数应为6,D项错误。
9.已知三种粒子(原子或离子)的电子排布式如下:11X:1s22s22p6、19Y:1s22s22p63s23p6与20Z:1s22s22p63s23p6,若将上述三种粒子归为同一类,下列粒子中也可归为此类的是( C )
解析:分析原子核内的质子数和电子排布式之间的关系可知,三种粒子都是金属阳离子。分析A～D四个选项中粒子结构示意图的核电荷数和核外电子排布的关系可知,A和D是原子,B是阴离子,C是金属阳离子。
10.某基态原子的3d能级上有1个电子,下列说法正确的是( D )
A.该元素原子核外有3个电子层
B.该元素基态原子的最外层有3个电子
C.该元素基态原子的M层上有8个电子
D.该元素基态原子的价层电子排布式为3d14s2
解析:题给基态原子的3d能级上有1个电子,则依据基态核外电子排布规律可知,该原子的价层电子排布式为3d14s2,则该元素原子核外有4个电子层,A错误;最外层有2个电子,B错误;该元素基态原子的M层为第三层,有9个电子,C错误;该元素基态原子的价层电子排布式为3d14s2,D正确。
11.按要求填空。
(1)根据构造原理写出下列基态原子或离子的核外电子排布式。
①A元素原子核外M层电子数是L层电子数的一半: 。
②X元素原子的最外层电子数是次外层电子数的1.5倍: 。
③基态Ni2+、Fe3+、S2-的电子排布式分别为 、
、 。
(2)某元素的最外层电子排布式是4s24p5,则其元素符号为 。
(3)基态Ti2+中,电子占据的最高的能层符号为 ,该能层有
个能级。
(4)写出基态砷原子的电子排布式: ,砷位于元素周期表中第 周期第 族。
解析:(1)①L层有8个电子,则M层有4个电子,故A为硅。②当次
外层为K层时,最外层电子数则为3,为硼;当次外层为L层时,最外
层电子数为1.5×8=12,违背了电子排布规律,故不可能。③Ni的
原子序数为28,根据构造原理,基态Ni原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d84s2,故Ni2+的电子排布式为1s22s22p63s23p63d8;基态Fe原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2,故Fe3+的电子排布式为1s22s22p63s23p63d5;S的原子序数为16,基态S原子的电子排布式为1s22s22p63s23p4,故S2-的电子排布式为1s22s22p63s23p6。
(2)根据最外层电子排布式可知,该元素有4个电子层,最外层有7个电子,位于元素周期表的第四周期第ⅦA族,为Br元素。
(3)Ti的原子序数为22,基态Ti原子的电子排布式为[Ar]3d24s2,故基态Ti2+的电子排布式为[Ar]3d2,电子占据的最高能层符号为M,该能层有3s、3p、3d,共3个能级。
(4)As的原子序数为33,基态As原子的电子排布式为[Ar]3d104s24p3,位于第四周期第ⅤA族。
答案:(1)①1s22s22p63s23p2
②1s22s22p1
③1s22s22p63s23p63d8或[Ar]3d8
1s22s22p63s23p63d5或[Ar]3d5
1s22s22p63s23p6或[Ne]3s23p6
(2)Br
(3)M 3
(4)[Ar]3d104s24p3 四 ⅤA
12.由玻尔的理论发展而来的现代量子物理学认为原子核外电子的可能状态是不连续的,因此各状态对应能量也是不连续的,这些能量值就是能级。能级是用来表达在一定能层(K、L、M、N、O、P、Q)上而又具有一定形状电子云的电子。下列说法中不正确的是( B )
A.硫原子的L能层上有两个能级,分别为2s、2p
B.钠原子3s能级的电子跃迁至低能级时,最多出现5条谱线
C.灼烧含钾元素的物质时出现特征紫色是由电子的跃迁引起的
D.基态砷原子的最高能级为4p
解析:硫原子核外有3个电子层,其中L层为第二层,该能层上有两个能级,分别为2s、2p,故A正确;钠原子3s能级的电子跃迁至低能级,可以是3s到2p、3s到2s、3s到1s、2p到2s、2p到1s以及2s到1s,因此最多会出现6条谱线,故B错误;灼烧含钾元素的物质时,钾元素原子的核外电子由低能状态跃迁到高能状态,再由高能状态跃迁到低能状态时释放的能量与紫光的能量相同,从而呈现出紫色,故C正确;基态砷原子核外有4个电子层,其中能量最高的能级为4p能级,故D正确。
13.下列说法正确的是( C )
A.同一原子基态原子的能量一定比激发态原子的能量高
B.霓虹灯通电灯管变红是氖原子中的电子从基态跃迁到激发态时产生的光谱
C.元素“氦”“铷”“铯”等是用原子光谱方法发现的
D.电子仅在激发态跃迁到基态时才会产生原子光谱
解析:基态原子吸收能量后电子跃迁到能量更高的能级称为激发态原子,故同一原子基态原子的能量一定比激发态原子的能量低,A错误;霓虹灯通电管变红是氖原子中的电子从激发态跃迁到基态时产生的光谱,B错误;原子光谱包括发射光谱和吸收光谱,故电子在激发态跃迁到基态时会产生原子光谱,电子在基态跃迁到激发态时也会产生原子光谱,D错误。
14.下列叙述中的元素,肯定是主族元素的是( D )
A.最高化合价为+4价的元素
B.原子核外M层比L层多5个电子的元素
C.电子排布式为1s22s22p63s23p6的元素
D.3p轨道上电子数为奇数的元素
解析:最高化合价为+4价的元素可能是第ⅣA族的C、Si等,也可能是第ⅣB族的Ti等,A不符合题意;原子核外M层比L层多5个电子的元素为Cr([Ar]3d54s1)或Mn([Ar]3d54s2),两者均为副族元素,B不符合题意;基态电子排布式为1s22s22p63s23p6的元素是Ar,属于0族元素,C不符合题意;3p轨道上电子数为奇数的元素包括Al([Ne]3s23p1)、P([Ne]3s23p3)、Cl([Ne]3s23p5),3种元素均为主族元素,D符合题意。
15.X、Y、Z三种元素的原子,其最外层电子排布分别为1s1、2s22p2和2s22p4,由这三种元素组成的化合物中只含单个Y原子的化学式不可能的是( B )
A.X2YZ B.XYZ3
C.X2YZ3 D.X2YZ2
解析:根据最外层电子排布分别为1s1、2s22p2和2s22p4,可以推断出X为H元素、Y为C元素、Z为O元素,由这三种元素组成的只含单个Y原子的化合物为HCOOH、CH3OH、HCHO、H2CO3,故B项的化学式不可能。
16.有几种元素的粒子核外电子排布式均为1s22s22p63s23p6,其中:
(1)某电中性粒子一般不和其他元素的原子反应,这种粒子的符号是 。
(2)某粒子的盐溶液能使溴水褪色,并出现浑浊,这种粒子的符号是 。
(3)某粒子氧化性很弱,但得到电子后还原性很强,且对应原子有一个单电子,这种粒子的符号是 。
(4)某粒子还原性虽弱,但失去电子后氧化性强,且这种元素的原子得到一个电子即达稳定结构,这种粒子的符号是 。
解析:符合题述核外电子排布式的电中性粒子很难发生化学反应,应为Ar;使溴水褪色,应为还原性较强的S2-,发生反应S2-+Br2S↓+
2Br-;氧化性很弱,得电子后还原性很强,应为K+;对应原子得一个电子即达稳定结构,故该粒子应为Cl-。
答案:(1)Ar (2)S2- (3)K+ (4)Cl-
17.已知元素X、Y的核电荷数均小于31,且能形成XY2型的化合物。回答下列问题。
(1)若X、Y均为非金属元素,写出你所知道的XY2型化合物的化学式: 、 、 、 等。
(2)若X原子的价层电子排布式为3d104s2,Y可能是 元素或
元素。
(3)若Y的阴离子与Ar有相同的电子层结构,则X原子的价层电子排布式可能为 、 、 、 、
。
解析:(2)X原子的价层电子排布式为3d104s2时,X为Zn,化合价为+2价,Y的化合价为-1价,所以Y可能是F或Cl。(3)Y的阴离子与Ar有相同的电子层结构,且能形成XY2型化合物,若Y是Cl,则X的化合价为+2价,所以X原子的价层电子排布式可能是2s2、3s2、4s2、3d64s2、3d104s1、3d104s2、3d24s2、3d54s2、3d84s2等;还有一种可能是Y为S,X为C,则X原子的价层电子排布式为2s22p2。
答案:(1)(答案合理即可)CO2 SO2 SiO2 CS2
(2)氟 氯
(3)(答案合理即可)2s2 3s2 4s2 3d64s2 3d104s1