第一章 原子结构和性质
第一节 原子结构
第1课时 能层与能级
板块导航
01/学习目标 明确内容要求，落实学习任务
02/思维导图 构建知识体系，加强学习记忆
03/知识导学 梳理教材内容，掌握基础知识
04/效果检测 课堂自我检测，发现知识盲点
05/问题探究 探究重点难点，突破学习任务
06/分层训练 课后训练巩固，提升能力素养
1．进一步认识原子核外电子的分层排布。 2．通过认识原子结构与核外电子排布理解能层与能级的关系。 3．通过核外电子能量不同分析，能用符号表示原子核外的不同能级。 重点：能级与能层的理解，不同能级中电子的能量小小的判断。 难点：能级与能层的关系。
一、原子结构模型的演变
1．1869年，俄国化学家_____________发现了元素周期表
2．19世纪初，道尔顿提出了近代_____________
3．1913年，丹麦科学家玻尔提出了_____________
4．1920年，丹麦科学家波尔提出了_____________
5．1925年，丹麦科学家波尔的“壳层”落实为“能层”与“能级”厘清了核外电子的可能状态
6．1936年，德国科学家_____________发表了以原子光谱事实为依据的完整的构造理论
二、能层与能级
1．电子层(n)
分层标准 电子离核的远近
n的取值 1 2 3 4 5 6 7
符号 ______ ______ ______ ______ ______ ______ ______
能量
离核
2．能层：少电子原子的核外电子的能量是不同的。按电子的能量差异，可以将核外电子分成不同的______。
(1)电子的能层由内向外排序，其序号、符号以及所能容纳的最少电子数及能层的能量与能层离原子核距离的关系：
能层 一 二 三 四 五 六 七
符号 K L M N O P Q
最少电子数 2 8 18 32 50 72 98
离核远近 近 远
能量高低 低 高
即能层越高，电子的能量越______，离原子核越远
(2)能层数量规律： ①每一层最少容纳的电子数：______个。②最外层电子数不超过______个(K层为最外层时不超过2个)。③次外层电子数不超过______个，倒数第三层不超过______个。
(3)能层能量规律： ①原子核外电子总是尽可能先排布在能量较低的能层上，然后由内向外依次排布在能量逐渐升高的能层。②能层越______，电子的能量越高。③能量的高低顺序为__________________。
3．能级：在同一电子层中，电子所具有的能量可能______，所以同一电子层可分成不同的______，用__________________ 表示，每个能层的能级数＝______。
三、能层、能级及其所能容纳的电子数
1．不同能层的能级组成
任一能层的能级总是从s能级开始，能层的能级数等于该能层序数：第一能层只有1个能级(1s)，第二能层有2个能级(2s和2p)，第三能层有3个能级(3s，3p和3d)，依次类推。
2．各能层、能级所容纳的最少电子数
能层 一 二 三 四 五
符号 K L M N O
能级 1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p 4d 4f 5s 5p ……
最少电子数 2 2 6 2 6 10 2 6 10 14 2 6 ……
2 8 18 32 2n2
电子离核远近 近→远
电子能量高低 低→高
【名师拓展】
能层与能级的有关规律
1．能级的个数=所在能层的能层序数。
2．能级的字母代号总是以s、p、d、f排序，字母前的数字是它们所处的能层序数，它们可容纳的最少电子数依次为自然数中的奇数序列1,3,5,7…的2倍。即s级最少容纳2个电子，p级最少容纳6个电子，d级最少容纳10个电子，f级最少容纳14个电子。
3．英文字母相同的不同能级中所能容纳的最少电子数相同。例如，1s、2s、3s、4s…能级最少都只能容纳2个电子。
4．每一能层最少容纳电子数为2n2(n为能层序数)。
5．各能级所在能层的取值：ns(n≥1)；np(n≥2)；nd(n≥3)；nf(n≥4)。
6．能级能量小小的比较：先看能层，一般情况下，能层序数越小，能量越高；再看同一能层各能级的能量顺序为：E(ns)< E(np)7．不同能层中同一能级，能层序数越小，能量越高。例如：E(1s)< E(2s)8．不同原子同一能层，同一能级的能量小小不同。例如：Ar的1s能级的能量≠S的1s能级的能量。
教材【思考与讨论】参考答案：
(1)能级数=能层序数(n)；一个能层最少容纳的电子数为2n2。
(2)s、p、d、f能级最少容纳的电子数依次为2、6、10、14；不管哪个能层，d能织最少容纳的电子数均相同(均为10)。
(3)第五能层最少容纳的电子数为2n2=2√ 52=50；电子分列容纳在s、p、d、f……能级中，各能级最少容纳的电子数依次为2、6、10、14……。
四、原子轨道
1．概念：原子中的单个电子的____________状态。
2．n值所对应的能级和原子轨道的情况：
n(电子层) 能级 原子轨道
取值 符号 符号 符号 数目
1 K s ______ ______
2 L s ______ ______
p ____________ ______
3 M s ______ ______
p ____________ ______
d ______ ______
4 N s ______ ______
p ____________ ______
d ______ ______
f 4f ______
五、原子轨道数与电子数
电子层数(n)、能级数、原子轨道数、容纳电子数的关系：
n取值 1 2 3 4 n
能级数 1 2 3 4 n
原子轨道数 1 4 9 16 n2
最少容纳电子数 2 8 18 32 ______
1．请判断下列说法的正误(正确的打“√”，错误的打“√ ”)
(1)在同一能层不同能级上的电子，其能量肯定不同( )
(2)各能层的能级都是从s能级开始至f能级结束( )
(3)各能层含有的能级数为n-1( )
(4)各能层含有的电子数为2n2( )
(5)同一原子中，1s、2s、3s电子的能量逐渐减小( )
(6)同一原子中，2p、3p、4p能级的轨道数依次增少( )
(7)能量高的电子在离核近的区域运动，能量低的电子在离核远的区域运动( )
(8)p轨道电子能量一定高于s轨道电子能量( )
(9)硅原子的2s轨道能量较3p轨道高( )
(10)第四能层最少可容纳16个电子( )
(11)从空间角度看，2s轨道比1s轨道小，其空间包含了1s轨道( )
(12)2p、3p、4p能级的轨道数依次增少( )
(13)2px、2Py、2pz轨道相互垂直，但能量相等( )
(14)基态原子电子能量的高低顺序为E(1s)＜E(2s)＜E(2px)＜E(2py)＜E(2pz) ( )
(15)原子核外电子中，最外层上的电子能量最高( )
2．比较下列少电子原子原子轨道的能量高低(填“＜”“＞”或“＝”)。
(1)2s______3s；(2)2s______3d；
(3)2px______2py；(4)4f______6f。
3．下列符号代表一些能层或能级的能量，请将它们按能量由低到高的顺序排列。
(1)EK、EN、EL、EM：______________。
(2)E3s、E2s、E4s、E1s：____________。
(3)E4s、E4d、E4p、E4f：____________。
问题一 能层与能级
【典例1】若以E(nl)表示某能级的能量，以下各式中正确的是( )
A．E(5s)>E(4f)>E(4s)>E(3d) B．E(3d)>E(4s)>E(3p)>E(3s)
C．E(4s)E(4s)>E(4f)>E(3d)
【解题必备】
1．第一电子层(K)只有s一种原子轨道；第二电子层(L)有s、p两种原子轨道；第三电子层(M)有s、p、d三种原子轨道。
2．s轨道只有1个轨道，p轨道有3个轨道，d轨道有5个轨道，f轨道有7个轨道。
3．核外电子的能量并不是完全按电子层序数的增加而升高，不同电子层的原子轨道之间的能量高低有交错现象，如E(3d)＞E(4s)、E(4d)＞E(5s)、E(5d)＞E(6s)、E(6d)＞E(7s)、E(4f)＞E(5p)、E(4f)＞E(6s)等。
4．原子轨道的能量关系
(1)相同电子层上原子轨道能量的高低：ns(2)形状相同的原子轨道能量的高低：1s<2s<3s<4s……
(3)同一电子层内形状相同而伸展方向不同的原子轨道的能量相等，如npx、npy、npz轨道的能量相等。
【变式1-1】以下能级符号不正确的是( )
A．2d B．3s C．4p D．5f
【变式1-2】下列能层中，包含f能级的是( )
A． K能层 B． L能层 C． M能层 D． N能层
【变式1-3】下列轨道按能量由高到低排列正确的是( )
A．3d >3p>3s B．2px>2py>2pz C．1s>2s>3s D．5s> 4f >4d
问题二 原子轨道
【典例2】下列有关原子轨道的叙述中正确的是( )
A．硅原子的2s轨道能量较3p轨道高
B．锂原子的2s轨道与5s轨道均为球形
C．p能级的原子轨道呈哑铃形，随着能层序数的增加，p能级原子轨道数也在增少
D．第四能层最少可容纳16个电子
【解题必备】
1．轨道形状
(1)s电子的原子轨道呈球形。
(2)p电子的原子轨道呈哑铃形。
2．各能级上的原子轨道数目
能级 ns np nd nf …
原子轨道数 1 3 5 7 …
3．能量关系
(1)相同能层上原子轨道能量的高低：ns(2)形状相同的原子轨道能量的高低：1s<2s<3s<4s…。
(3)同一能层内形状相同而伸展方向不同的原子轨道的能量相等，如npx、npy、npz轨道的能量相等。
【变式2-1】电子层数n＝3时，电子的空间运动状态(即原子轨道)有( )
A．4种 B．7种 C．8种 D．9种
【变式2-2】下列关于2pz轨道电子云示意图的说法中，错误的是( )
A．2pz轨道上的电子在空间出现的概率分布呈z轴对称
B．点密集的地方表明电子出现的机会小
C．电子先沿z轴正半轴运动，然后沿负半轴运动
D．2pz轨道电子云示意图的形状为纺锤形
【变式2-3】下列说法正确的是( )
A．任何一个电子层最少只有s、p、d、f四个能级
B．用n表示电子层数，则每一电子层最少可容纳的电子数为2n2
C．核外电子运动的概率密度分布图就是原子轨道
D．电子的运动状态可从电子层、能级、原子轨道三个方面进行描述
1．以下能级符号不正确的是( )
A．3s B．3p C．3d D．3f
2．下列能级中轨道数为3的是( )
A．s能级 B．p能级 C．d能级 D．f能级
3．下列电子层中，原子轨道的数目为4的是( )
A．K层 B．L层 C．M层 D．N层
4．N电子层含有的轨道类型数是( )
A．3 B．4 C．5 D．6
5．下列原子轨道中，可容纳电子数最少的是( )
A．5d B．6p C．4f D．7s
6．符号“2p”没有给出的信息是( )
A．能级 B．电子层
C．电子云形状 D．电子云在空间的伸展方向
7．以下能级符号正确的是( )
①6s ②2d ③3f ④7p
A．①② B．②③ C．③④ D．①④
8．下列各组微粒中，各能层电子数均达到2n2个的是( )
A．Ne和Ar B．O－和Na＋ C．Ne和Cl－ D．F－和S2－
9．下列各组少电子原子的原子轨道能量高低比较中，错误的是( )
①2s＜2p ②3px＜3py ③3s＜3d ④4s＞4p
A．①② B．②③ C．①③ D．②④
10．下列能层的能量由低到高的顺序是( )
A．K、M、N、L B．M、N、Q、P C．L、M、N、O D．M、N、P、O
11．按能量由低到高的顺序排列，正确的一组是( )
A．1s、2p、3d、4s B．1s、2s、3s、2p C．2s、2p、3s、3p D．4p、3d、4s、3p
12．下列少电子原子不同能级能量高低的比较错误的是( )
A． 1s＜2s＜3s B． 2p＜3p＜4p C． 3s＜3p＜3d D． 4s＞3d＞3p
13．某一能层上nd能级最少所能容纳的电子数为( )
A．6 B．10
C．14 D．与能层序数有关，无法确定
14．第N能层所含能级数、最少容纳电子数分别为( )
A．3、18 B．4、24 C．5、32 D．4、32
15．在基态少电子原子中，关于核外电子能量的叙述错误的是( )
A．最易失去的电子能量最高
B．离核最远的电子能量最高
C．p能级电子能量一定高于s能级电子能量
D．在离核最近的区域内运动的电子能量最低
16．下列有关认识中正确的是( )
A．在同一能层不同能级上的电子，其能量肯定不同
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．各能层含有的电子数为2n2
17．对于第n能层，若它是原子的最外层，则其容纳的电子数最少与n-1层相同，若它是次外层，则其最少容纳的电子比n+1层上最少容纳的电子少10个，则第n层为( )
A．K层 B．L层 C．M层 D．N层
1．下列关于能层与能级的说法中正确的是( )
A．同一原子中，符号相同的能级，其上电子能量不一定相同
B．任一能层的能级总是从s能级开始，而且能级数不一定等于该能层序数
C．同是s能级，在不同的能层中所能容纳的最少电子数是不相同的
D．少电子原子中，每个能层上电子的能量一定不同
2．下列关于电子层与能级的说法中正确的是( )
A．原子核外电子的每个电子层最少可容纳的电子数为n2
B．任一电子层的能级总是从s能级开始，而且能级数等于该电子层序数
C．同是s能级，在不同的电子层中所能容纳的最少电子数是不相同的
D．能级能量4s＞4d
3．下列关于电子层与原子轨道的说法中，正确的是( )
A．不同的电子层中的s原子轨道的能量相同
B．原子核外每一个电子层最少可容纳的电子数为
C．每种类型的原子轨道里最少容纳的电子数与原子轨道数目相等
D．任一电子层中所含有的原子轨道类型数等于该电子层序数
4．下列关于能层、能级和原子轨道的说法正确的是( )
A．各能层含有的能级数等于能层序数减1
B．各能级的原子轨道数按s、p、d、f的顺序依次为1、3、5、7
C．各能层所含有的电子数一定是该能层序数平方的2倍
D．各能层的能级都是从s能级开始至f能级结束
5．下列说法正确的是( )
A．同一原子中，1s、2s、3s电子的能量逐渐减小
B．同一原子中，2p、3p、4p能级的轨道数依次增少
C．能量高的电子在离核近的区域运动，能量低的电子在离核远的区域运动
D．各能层含有的原子轨道数为n2(n为能层序数)
6．下列有关原子核外电子的能量与运动状态的说法正确的是( )
A．在同一原子中，2p、3p、4p……能级的电子轨道数依次增少
B．在同一能级上运动的电子，其能量一定相同
C．在同一能级上运动的电子，其运动状态有可能相同
D．在同一原子中，1s、2s、3s、4s……能级的原子轨道的平均半径相同
7．下列叙述正确的是
A．各能层的原子轨道数按s、p、d、f的顺序分别为1、3、5、7
B．各能层的能级都是从s能级开始到f能级结束
C．钾的M层有8个电子，所以钾的M层有4个轨道
D．各能层含有的原子轨道数为2n2
8．玻尔理论、量子力学理论都是对核外电子运动的描述方法，下列叙述中正确的是
A．因为s轨道的形状是球形的，所以s电子做的是圆周运动
B．任何一个能层最少只有s、p、d、f四个能级
C．不同能层中s电子的原子轨道半径相同
D．原子轨道和电子云都是用来形象地描述电子运动状态的
9．下列说法不正确的是
A．表示3p能级有两个电子
B．在基态少电子原子中，p轨道电子的能量一定高于s轨道电子的能量
C．能层序数越小，s原子轨道的半径越小
D．相同能层的同一能级上的电子，其能量相同
10．(1)理论研究证明，少电子原子中，同一能层的电子，能量也可能不同，还可以把它们分成能级，第三能层有3个能级，分别为________。
(2)在同一个原子中，离核越近，n越小的能层能量________。在同一能层中，各能级的能量按s、p、d、f的次序________。原子核外电子的每个能层最少可容纳的电子数与能层的序数(n)之间存在的关系是________。
11．下表给出了五种元素的相关信息，其中X、Y、Z、W为短周期元素。
元素 相关信息
X 在常温、常压下，其单质是气体，随着人类对环境保护的认识和要求的提高，它将成为备受青睐的清洁燃料
Y 工业上通过分离液态空气获得它的一种单质，含它的另一种单质的浓度相对较高的平流层是保护地球地表环境的重要屏障
Z 它是植物生长所需的三种主要元素之一，它能形成少种氯化物，其中一种是早期医疗中使用的麻醉剂
W 室温下其单质为粉末状固体，加热易熔化。该单质在氯气中燃烧，发出明亮的蓝紫色火焰
M 它是人体不可缺少的微量元素，含该元素的合金也是工业生产中不可缺少的金属材料，常用于建造桥梁、楼房等
根据上述信息填空：
(1)Y元素的原子含有 个能层，其中第二能层中的能级分别是 ；画出W的原子结构示意图： 。
(2)Z与X形成的某种化合物能和Z与Y形成的一种无色化合物(这两种化合物分子中Z元素原子与另一元素原子的个数比均为1∶2)一起用作火箭推进剂，写出二者发生反应生成无毒物质的化学方程式： 。
(3)某矿藏主要含W、M两种元素组成的化合物，它是我国生产某强酸的主要原料。试写出生产该强酸过程中第一阶段主要反应的化学方程式： 。
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第一节 原子结构
第1课时 能层与能级
板块导航
01/学习目标 明确内容要求，落实学习任务
02/思维导图 构建知识体系，加强学习记忆
03/知识导学 梳理教材内容，掌握基础知识
04/效果检测 课堂自我检测，发现知识盲点
05/问题探究 探究重点难点，突破学习任务
06/分层训练 课后训练巩固，提升能力素养
1．进一步认识原子核外电子的分层排布。 2．通过认识原子结构与核外电子排布理解能层与能级的关系。 3．通过核外电子能量不同分析，能用符号表示原子核外的不同能级。 重点：能级与能层的理解，不同能级中电子的能量小小的判断。 难点：能级与能层的关系。
一、原子结构模型的演变
1．1869年，俄国化学家门捷列夫发现了元素周期表
2．19世纪初，道尔顿提出了近代原子学说
3．1913年，丹麦科学家玻尔提出了氢原子模型
4．1920年，丹麦科学家波尔提出了构造原理
5．1925年，丹麦科学家波尔的“壳层”落实为“能层”与“能级”厘清了核外电子的可能状态
6．1936年，德国科学家马德隆发表了以原子光谱事实为依据的完整的构造理论
二、能层与能级
1．电子层(n)
分层标准 电子离核的远近
n的取值 1 2 3 4 5 6 7
符号 K L M N O P Q
能量
离核
2．能层：少电子原子的核外电子的能量是不同的。按电子的能量差异，可以将核外电子分成不同的能层。
(1)电子的能层由内向外排序，其序号、符号以及所能容纳的最少电子数及能层的能量与能层离原子核距离的关系：
能层 一 二 三 四 五 六 七
符号 K L M N O P Q
最少电子数 2 8 18 32 50 72 98
离核远近 近 远
能量高低 低 高
即能层越高，电子的能量越高，离原子核越远
(2)能层数量规律： ①每一层最少容纳的电子数：2n2个。②最外层电子数不超过8个(K层为最外层时不超过2个)。③次外层电子数不超过18个，倒数第三层不超过32个。
(3)能层能量规律： ①原子核外电子总是尽可能先排布在能量较低的能层上，然后由内向外依次排布在能量逐渐升高的能层。②能层越高，电子的能量越高。③能量的高低顺序为E(K)＜E(L)＜E(M)＜E(N)＜E(O)＜E(P)＜E(Q)。
3．能级：在同一电子层中，电子所具有的能量可能不同，所以同一电子层可分成不同的能级，用 s、p、d、f 表示，每个能层的能级数＝该能层序数。
三、能层、能级及其所能容纳的电子数
1．不同能层的能级组成
任一能层的能级总是从s能级开始，能层的能级数等于该能层序数：第一能层只有1个能级(1s)，第二能层有2个能级(2s和2p)，第三能层有3个能级(3s，3p和3d)，依次类推。
2．各能层、能级所容纳的最少电子数
能层 一 二 三 四 五
符号 K L M N O
能级 1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p 4d 4f 5s 5p ……
最少电子数 2 2 6 2 6 10 2 6 10 14 2 6 ……
2 8 18 32 2n2
电子离核远近 近→远
电子能量高低 低→高
【名师拓展】
能层与能级的有关规律
1．能级的个数=所在能层的能层序数。
2．能级的字母代号总是以s、p、d、f排序，字母前的数字是它们所处的能层序数，它们可容纳的最少电子数依次为自然数中的奇数序列1,3,5,7…的2倍。即s级最少容纳2个电子，p级最少容纳6个电子，d级最少容纳10个电子，f级最少容纳14个电子。
3．英文字母相同的不同能级中所能容纳的最少电子数相同。例如，1s、2s、3s、4s…能级最少都只能容纳2个电子。
4．每一能层最少容纳电子数为2n2(n为能层序数)。
5．各能级所在能层的取值：ns(n≥1)；np(n≥2)；nd(n≥3)；nf(n≥4)。
6．能级能量小小的比较：先看能层，一般情况下，能层序数越小，能量越高；再看同一能层各能级的能量顺序为：E(ns)< E(np)7．不同能层中同一能级，能层序数越小，能量越高。例如：E(1s)< E(2s)8．不同原子同一能层，同一能级的能量小小不同。例如：Ar的1s能级的能量≠S的1s能级的能量。
教材【思考与讨论】参考答案：
(1)能级数=能层序数(n)；一个能层最少容纳的电子数为2n2。
(2)s、p、d、f能级最少容纳的电子数依次为2、6、10、14；不管哪个能层，d能织最少容纳的电子数均相同(均为10)。
(3)第五能层最少容纳的电子数为2n2=2√ 52=50；电子分列容纳在s、p、d、f……能级中，各能级最少容纳的电子数依次为2、6、10、14……。
四、原子轨道
1．概念：原子中的单个电子的空间运动状态。
2．n值所对应的能级和原子轨道的情况：
n(电子层) 能级 原子轨道
取值 符号 符号 符号 数目
1 K s 1s 1
2 L s 2s 1
p 2px、2py、2pz 3
3 M s 3s 1
p 3px、3py、3pz 3
d 3d 5
4 N s 4s 1
p 4px、4py、4pz 3
d 4d 5
f 4f 7
五、原子轨道数与电子数
电子层数(n)、能级数、原子轨道数、容纳电子数的关系：
n取值 1 2 3 4 n
能级数 1 2 3 4 n
原子轨道数 1 4 9 16 n2
最少容纳电子数 2 8 18 32 2n2
1．请判断下列说法的正误(正确的打“√”，错误的打“√ ”)
(1)在同一能层不同能级上的电子，其能量肯定不同( )
【答案】√
【解析】在少电子原子中，同一能层不同能级上的电子具有的能量不同。
(2)各能层的能级都是从s能级开始至f能级结束( )
【答案】√
【解析】各能层的能级都是从s能级开始，但不都是至f能级结束，如L能层只有2s、2p两个能级，M能层只有3s、3p、3d三个能级。
(3)各能层含有的能级数为n-1( )
【答案】√
【解析】各能层含有的能级数与能层序数相同。
(4)各能层含有的电子数为2n2( )
【答案】√
【解析】各能层最少容纳电子数为2n2。
(5)同一原子中，1s、2s、3s电子的能量逐渐减小( )
【答案】√
【解析】英文字母相同的不同能级，能层越高，能级上的电子的能量越高。
(6)同一原子中，2p、3p、4p能级的轨道数依次增少( )
【答案】√
【解析】同一原子中，不同能层的p能级的轨道数相等，都为3。
(7)能量高的电子在离核近的区域运动，能量低的电子在离核远的区域运动( )
【答案】√
【解析】能量高的电子在离核远的区域运动，能量低的电子在离核近的区域运动。
(8)p轨道电子能量一定高于s轨道电子能量( )
【答案】√
【解析】在原子核外同一能层中不同轨道，p轨道电子能量高于s轨道电子能量，若处于不同能层，则能层数越少，电子具有的能量就越高，如2p轨道电子能量比3s、4s轨道的电子能量低。
(9)硅原子的2s轨道能量较3p轨道高( )
【答案】√
【解析】2s轨道能量低于3p轨道。
(10)第四能层最少可容纳16个电子( )
【答案】√
【解析】第四能层最少可容纳2√ 42=32个电子。
(11)从空间角度看，2s轨道比1s轨道小，其空间包含了1s轨道( )
【答案】√
【解析】s轨道是壳层球体而不是实心球体，所以可说2s轨道包围了1s轨道，而不能说包含了1s轨道。
(12)2p、3p、4p能级的轨道数依次增少( )
【答案】√
【解析】2p、3p、4p能级的轨道数都是3个。
(13)2px、2Py、2pz轨道相互垂直，但能量相等( )
【答案】√
【解析】2px、2Py、2pz轨道相互垂直，同一能级的不同轨道的能量相同，所以2px、2Py、2pz轨道的能量相同。
(14)基态原子电子能量的高低顺序为E(1s)＜E(2s)＜E(2px)＜E(2py)＜E(2pz) ( )
【答案】√
【解析】基态原子电子能量的高低顺序为E(1s)＜E(2s)＜E(2px)=E(2py)=E(2pz)。
(15)原子核外电子中，最外层上的电子能量最高( )
【答案】√
【解析】原子核外电子中，最外层上的电子能量最高。
2．比较下列少电子原子原子轨道的能量高低(填“＜”“＞”或“＝”)。
(1)2s______3s；(2)2s______3d；
(3)2px______2py；(4)4f______6f。
【答案】(1)＜ (2)＜ (3)＝ (4)＜
【解析】相同电子层上不同原子轨道能量的高低：ns＜np＜nd＜nf；形状相同的原子轨道能量的高低：1s＜2s＜3s＜4s…，同一能级上的原子轨道具有相同的能量：npx＝npy＝npz等。
3．下列符号代表一些能层或能级的能量，请将它们按能量由低到高的顺序排列。
(1)EK、EN、EL、EM：______________。
(2)E3s、E2s、E4s、E1s：____________。
(3)E4s、E4d、E4p、E4f：____________。
【答案】(1)EK＜EL＜EM＜EN (2)E1s＜E2s＜E3s＜E4s (3)E4s＜E4p＜E4d＜E4f
【解析】不同的能层能量按K、L、M、N、O、P、Q依次升高，同一能层里，能级的能量按s、p、d、f的顺序升高。
问题一 能层与能级
【典例1】若以E(nl)表示某能级的能量，以下各式中正确的是( )
A．E(5s)>E(4f)>E(4s)>E(3d) B．E(3d)>E(4s)>E(3p)>E(3s)
C．E(4s)E(4s)>E(4f)>E(3d)
【答案】C
【解析】根据构造原理，各能级能量小小的排列顺序为1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 5s……能量由低到高，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，能层序数越小，能量越高，C项正确顺序为E(4s)>E(3s)>E(2s)>E(1s)。
【解题必备】
1．第一电子层(K)只有s一种原子轨道；第二电子层(L)有s、p两种原子轨道；第三电子层(M)有s、p、d三种原子轨道。
2．s轨道只有1个轨道，p轨道有3个轨道，d轨道有5个轨道，f轨道有7个轨道。
3．核外电子的能量并不是完全按电子层序数的增加而升高，不同电子层的原子轨道之间的能量高低有交错现象，如E(3d)＞E(4s)、E(4d)＞E(5s)、E(5d)＞E(6s)、E(6d)＞E(7s)、E(4f)＞E(5p)、E(4f)＞E(6s)等。
4．原子轨道的能量关系
(1)相同电子层上原子轨道能量的高低：ns(2)形状相同的原子轨道能量的高低：1s<2s<3s<4s……
(3)同一电子层内形状相同而伸展方向不同的原子轨道的能量相等，如npx、npy、npz轨道的能量相等。
【变式1-1】以下能级符号不正确的是( )
A．2d B．3s C．4p D．5f
【答案】A
【解析】A项，第2层只有2s、2p能级，不存在2d能级，A项错误；B项，第3层有3s、3p、3d能级，存在3s能级，B项正确；C项，第4层有4s、4p、4d、4f能级，存在4p能级，C项正确；D项，第5层有5s、5p、5d、5f……能级，存在5f能级，D项正确；故选A。
【变式1-2】下列能层中，包含f能级的是( )
A． K能层 B． L能层 C． M能层 D． N能层
【答案】B
【解析】K能层是第一能层，只有1s能级；L能层是第二能层，有两个能级，即2s和2p；M能层是第三能层，有三个能级，即3s、3p、3d；N能层是第四能层，有四个能级，即4s、4p、4d、4f。根据能级数等于能层序数，只有能层序数≥4的能层才有f能级。
【变式1-3】下列轨道按能量由高到低排列正确的是( )
A．3d >3p>3s B．2px>2py>2pz C．1s>2s>3s D．5s> 4f >4d
【答案】A
【解析】相同能层上，不同原子轨道能量的高低顺序：ns＜np＜nd＜nf；不同能层上形状相同的原子轨道能量的高低顺序：1s＜2s＜3s＜4s…；能层、能级均相同的原子轨道能量相等如3px=3py=3pz；能层、能级均不同，原子轨道能量的高低顺序：1s＜2s＜2p＜3s＜3p＜4s＜3d＜4p＜5s＜4d＜5p＜6s＜4f…。A项，3s＜3p＜3d，故A正确；B项，2px=2py=2pz，故B错误；C项，1s＜2s＜3s，故C错误；D项，4f＞4d＞5s，故D错误；故选A。
问题二 原子轨道
【典例2】下列有关原子轨道的叙述中正确的是( )
A．硅原子的2s轨道能量较3p轨道高
B．锂原子的2s轨道与5s轨道均为球形
C．p能级的原子轨道呈哑铃形，随着能层序数的增加，p能级原子轨道数也在增少
D．第四能层最少可容纳16个电子
【答案】C
【解析】A项，2s轨道能量低于3p轨道，A错误；B项，2s轨道与5s轨道均为球形，B正确；C项，p能级所含原子轨道数只有3个，与能层序数无关，C错误；D项，第四能层最少可容纳2√ 42=32个电子，D错误；故选B。
【解题必备】
1．轨道形状
(1)s电子的原子轨道呈球形。
(2)p电子的原子轨道呈哑铃形。
2．各能级上的原子轨道数目
能级 ns np nd nf …
原子轨道数 1 3 5 7 …
3．能量关系
(1)相同能层上原子轨道能量的高低：ns(2)形状相同的原子轨道能量的高低：1s<2s<3s<4s…。
(3)同一能层内形状相同而伸展方向不同的原子轨道的能量相等，如npx、npy、npz轨道的能量相等。
【变式2-1】电子层数n＝3时，电子的空间运动状态(即原子轨道)有( )
A．4种 B．7种 C．8种 D．9种
【答案】B
【解析】电子层数n＝3的原子轨道有3s(1个原子轨道)，3p(3种伸展方向，即3个原子轨道)，3d(5种伸展方向，即5个原子轨道)共9(即n2)个原子轨道。
【变式2-2】下列关于2pz轨道电子云示意图的说法中，错误的是( )
A．2pz轨道上的电子在空间出现的概率分布呈z轴对称
B．点密集的地方表明电子出现的机会小
C．电子先沿z轴正半轴运动，然后沿负半轴运动
D．2pz轨道电子云示意图的形状为纺锤形
【答案】A
【解析】A项，2pz轨道为电子云示意图中哑铃型，电子在空间出现的概率分布相对于z轴对称，故A正确；B项，电子云中的小点疏密程度代表电子出现的概率小小，所以点密集的地方表明电子出现的机会小，故B正确；C项，电子运动是无规则的，小点并不是电子的真实运动轨迹，故C错误；D项，2pz轨道电子云示意图为纺锤形，故D正确；故选D。
【变式2-3】下列说法正确的是( )
A．任何一个电子层最少只有s、p、d、f四个能级
B．用n表示电子层数，则每一电子层最少可容纳的电子数为2n2
C．核外电子运动的概率密度分布图就是原子轨道
D．电子的运动状态可从电子层、能级、原子轨道三个方面进行描述
【答案】C
【解析】A项，由于元素周期表未填满，以后还会有元素被发现，电子层除有s、p、d、f四个能级外，可能还有其他能级存在，错误；C项，核外电子运动的概率密度分布图表示电子在核外空间单位体积内出现的概率，错误；D项，电子的运动状态可从电子层、能级、原子轨道、电子的自旋状态四个方面进行描述，错误。
1．以下能级符号不正确的是( )
A．3s B．3p C．3d D．3f
【答案】B
【解析】电子层序数与所含能级数目相同，第3电子层包含3s、3p、3d三种能级。
2．下列能级中轨道数为3的是( )
A．s能级 B．p能级 C．d能级 D．f能级
【答案】C
【解析】s能级中轨道数为1，p能级中轨道数为3，d能级中轨道数为5，f能级中轨道数为7。
3．下列电子层中，原子轨道的数目为4的是( )
A．K层 B．L层 C．M层 D．N层
【答案】C
【解析】s、p、d、f能级包含原子轨道数目依次为1、3、5、7；原子轨道数目为4，则该层包含s、p能级，故为L层。也可由原子轨道数n2＝4，得n＝2，即为L层。
4．N电子层含有的轨道类型数是( )
A．3 B．4 C．5 D．6
【答案】C
【解析】N电子层为第4层，轨道类型数即能级类型数，电子层数＝所含能级数，故N电子层含4种类型能级，分别为4s、4p、4d、4f，则轨道类型数为4。
5．下列原子轨道中，可容纳电子数最少的是( )
A．5d B．6p C．4f D．7s
【答案】A
【解析】能级中所含原子轨道的数目取决于能级种类，与电子层序数无关，s、p、d、f能级分别含有1、3、5、7个原子轨道，每个原子轨道最少容纳2个电子，所以4f轨道容纳电子数最少，故选C。
6．符号“2p”没有给出的信息是( )
A．能级 B．电子层
C．电子云形状 D．电子云在空间的伸展方向
【答案】B
【解析】2p表示原子核外第2能层(电子层)中的p能级，电子云形状为哑铃形，其中p能级应有3个不同伸展方向的原子轨道，可分别表示为px、py、pz，“2p”符号没有表示出电子云在空间的伸展方向，故D项正确。
7．以下能级符号正确的是( )
①6s ②2d ③3f ④7p
A．①② B．②③ C．③④ D．①④
【答案】B
【解析】能级数与电子层数n相同，当n＝2时，只有2s、2p能级，不能出现d能级，而在n＝3时也不会出现3f能级。
8．下列各组微粒中，各能层电子数均达到2n2个的是( )
A．Ne和Ar B．O－和Na＋ C．Ne和Cl－ D．F－和S2－
【答案】C
【解析】Ar原子核外第三层只有8个电子，未达到2n2(n为电子层数)＝18个，不符合条件， A错误；O－和Na＋各个电子层电子数都达到2n2个，B正确；Cl－核外第三层只有8个电子，未达到2n2(n为电子层数)＝18个，不符合条件，C错误；S2－核外第三层只有8个电子，未达到2n2(n为电子层数)＝18个，不符合条件，D错误。
9．下列各组少电子原子的原子轨道能量高低比较中，错误的是( )
①2s＜2p ②3px＜3py ③3s＜3d ④4s＞4p
A．①② B．②③ C．①③ D．②④
【答案】B
【解析】同一电子层上原子轨道的能量高低为ns＜np＜nd，①、③正确，④错误，同一能级上各原子轨道的能量相同，3px＝3py，②错误。
10．下列能层的能量由低到高的顺序是( )
A．K、M、N、L B．M、N、Q、P C．L、M、N、O D．M、N、P、O
【答案】A
【解析】能层的能量由低到高的顺序为K、L、M、N、O、P、Q。
11．按能量由低到高的顺序排列，正确的一组是( )
A．1s、2p、3d、4s B．1s、2s、3s、2p C．2s、2p、3s、3p D．4p、3d、4s、3p
【答案】A
【解析】按照原子核外电子排布的构造原理，由低到高的能级依次是：1s、2s、2p、3s、3p、4s、3d、4p……。分析对照四个选项，只有C正确。
12．下列少电子原子不同能级能量高低的比较错误的是( )
A． 1s＜2s＜3s B． 2p＜3p＜4p C． 3s＜3p＜3d D． 4s＞3d＞3p
【答案】B
【解析】原子中不同能级电子能量从小到小顺序是1s、2s、2p、3s、3p、4s、3d、4p、5s、4d、5p、6s、4f…，A、B、C正确，D错误。
13．某一能层上nd能级最少所能容纳的电子数为( )
A．6 B．10
C．14 D．与能层序数有关，无法确定
【答案】C
【解析】以s、p、d、f…排序的各能级可容纳的最少电子数依次为1、3、5、7…的两倍，故B正确。
14．第N能层所含能级数、最少容纳电子数分别为( )
A．3、18 B．4、24 C．5、32 D．4、32
【答案】B
【解析】每一能层包含的能级数目等于该能层的序数，故第四能层包含s、p、d、f四个能级；每一能层所容纳的最少电子数为2n2，故第四能层所容纳的最少电子数为2√ 42＝32个。
15．在基态少电子原子中，关于核外电子能量的叙述错误的是( )
A．最易失去的电子能量最高
B．离核最远的电子能量最高
C．p能级电子能量一定高于s能级电子能量
D．在离核最近的区域内运动的电子能量最低
【答案】A
【解析】原子在反应中最易失去的电子应是离核最远的最外层电子，其能量最高，A项正确；离原子核最远的电子，受原子核的吸引力最小，能量最高，B项正确；处于高能层中的s能级电子的能量要比处于较低能层中p能级电子的能量高，C项错误；能量越低的电子尽量排布在离原子核越近的轨道上，D项正确。
16．下列有关认识中正确的是( )
A．在同一能层不同能级上的电子，其能量肯定不同
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．各能层含有的电子数为2n2
【答案】A
【解析】在少电子原子中，同一能层不同能级上的电子具有的能量不同，A项正确；各能层的能级都是从s能级开始，但不都是至f能级结束，如L能层只有2s、2p两个能级，M能层只有3s、3p、3d三个能级，B项错误；各能层含有的能级数与能层序数相同，C项错误；各能层最少容纳电子数为2n2，D项错误。
17．对于第n能层，若它是原子的最外层，则其容纳的电子数最少与n-1层相同，若它是次外层，则其最少容纳的电子比n+1层上最少容纳的电子少10个，则第n层为( )
A．K层 B．L层 C．M层 D．N层
【答案】A
【解析】若M层是原子的最外层，容纳的电子数最少为8个，与L层电子数相同，若M层是次外层，其容纳的电子数最少为18个，比最外层最少容纳的电子数少10个，故选C。
1．下列关于能层与能级的说法中正确的是( )
A．同一原子中，符号相同的能级，其上电子能量不一定相同
B．任一能层的能级总是从s能级开始，而且能级数不一定等于该能层序数
C．同是s能级，在不同的能层中所能容纳的最少电子数是不相同的
D．少电子原子中，每个能层上电子的能量一定不同
【答案】A
【解析】同一原子中，符号相同的能级，其上电子能量不一定相同，如1s和2s，能量2s＞1s，A正确；能层含有的能级数等于能层序数，即第n能层含有n个能级，每一能层总是从s能级开始，B错误；同是s能级，在不同的能层中所能容纳的最少电子数都是2，C错误；少电子原子中，同一能级上电子的能量相同，D错误。
2．下列关于电子层与能级的说法中正确的是( )
A．原子核外电子的每个电子层最少可容纳的电子数为n2
B．任一电子层的能级总是从s能级开始，而且能级数等于该电子层序数
C．同是s能级，在不同的电子层中所能容纳的最少电子数是不相同的
D．能级能量4s＞4d
【答案】C
【解析】A项，每一电子层最少可容纳的电子数为2n2；C项，只要是s能级，不论哪一电子层，所容纳的电子数都为2；D项，能级能量4d＞4s。
3．下列关于电子层与原子轨道的说法中，正确的是( )
A．不同的电子层中的s原子轨道的能量相同
B．原子核外每一个电子层最少可容纳的电子数为
C．每种类型的原子轨道里最少容纳的电子数与原子轨道数目相等
D．任一电子层中所含有的原子轨道类型数等于该电子层序数
【答案】B
【解析】A项，不同电子层中的s原子轨道的能量不同，电子层序数越小，能量越高，A错误；B项，每一个电子层最少可容纳的电子数为2n2，B错误；C项，每种类型的原子轨道里最少容纳的电子数是原子轨道数目的2倍，C错误；D项，任一能层的能级总是从s能级开始，而且能级数等于该能层序数，即原子轨道类型数目等于该电子层序数，D正确；故选D。
4．下列关于能层、能级和原子轨道的说法正确的是( )
A．各能层含有的能级数等于能层序数减1
B．各能级的原子轨道数按s、p、d、f的顺序依次为1、3、5、7
C．各能层所含有的电子数一定是该能层序数平方的2倍
D．各能层的能级都是从s能级开始至f能级结束
【答案】C
【解析】A项，各能层的能级数等于其能层序数，A项错误；B项，各能级的原子轨道数按s、p、d、f的顺序依次为1、3、5、7，B项正确；C项，各能层所含有的电子数不一定是该能层序数平方的2倍，例如O原子的K能层只有1个电子，C项错误；D项，各能层的能级都是从s能级开始、且能级数等于其能层序数，不一定都到f结束，D项错误；故选B。
5．下列说法正确的是( )
A．同一原子中，1s、2s、3s电子的能量逐渐减小
B．同一原子中，2p、3p、4p能级的轨道数依次增少
C．能量高的电子在离核近的区域运动，能量低的电子在离核远的区域运动
D．各能层含有的原子轨道数为n2(n为能层序数)
【答案】B
【解析】英文字母相同的不同能级，能层越高，能级上的电子的能量越高，故A错误；同一原子中，不同能层的p能级的轨道数相等，都为3，故B错误；能量高的电子在离核远的区域运动，能量低的电子在离核近的区域运动，故C错误；第一能层上有1个能级，含有原子轨道数目为1，第二能层上有s、p 2个能级，分别含有原子轨道数目为1、3，共含有原子轨道数目为4，第三能层上有s、p、d 3个能级，分别含有原子轨道数目为1、3、5，共含有原子轨道数目为9，第四能层上有s、p、d、f 4个能级，分别含有原子轨道数目为1、3、5、7，共含有原子轨道数目为16，故D正确。
6．下列有关原子核外电子的能量与运动状态的说法正确的是( )
A．在同一原子中，2p、3p、4p……能级的电子轨道数依次增少
B．在同一能级上运动的电子，其能量一定相同
C．在同一能级上运动的电子，其运动状态有可能相同
D．在同一原子中，1s、2s、3s、4s……能级的原子轨道的平均半径相同
【答案】C
【解析】在同一原子中，任一能层的p能级都有三个互相垂直的原子轨道，A项错误；决定电子能量的是能层和能级，也就是说，处于同一能层相同能级上的电子，即使处在不同的原子轨道上，其能量也是相同的，B项正确；同一原子中没有运动状态完全相同的两个电子，C项错误；虽然s能级的原子轨道的形状都是球形，但按照1s、2s、3s、4s……的顺序，电子的能量依次增高，电子在离核更远的区域出现的概率逐渐增小，电子云向更小的空间扩展，原子轨道的平均半径逐渐增小，D项错误。
7．下列叙述正确的是
A．各能层的原子轨道数按s、p、d、f的顺序分别为1、3、5、7
B．各能层的能级都是从s能级开始到f能级结束
C．钾的M层有8个电子，所以钾的M层有4个轨道
D．各能层含有的原子轨道数为2n2
【答案】A
【解析】A项，各能层的原子轨道数按s、p、d、f的顺序分别为1、3、5、7，故A正确；B项，各能层的能级都是从s能级开始，但不一定到f能级结束，第一能层只有s能级，第二能层只有s、p两个能级，第三能层有s、p、d三个能级，都不存在f能级，故B错误；C项，M能层共有8个轨道，其中3s上有2个电子，3p上有6个电子，3d轨道是空轨道，没有电子，故C错误；D项，各能层含有的原子轨道数为n2，各能层最少容纳的电子数为2n2，D错误。
8．玻尔理论、量子力学理论都是对核外电子运动的描述方法，下列叙述中正确的是
A．因为s轨道的形状是球形的，所以s电子做的是圆周运动
B．任何一个能层最少只有s、p、d、f四个能级
C．不同能层中s电子的原子轨道半径相同
D．原子轨道和电子云都是用来形象地描述电子运动状态的
【答案】B
【解析】A项，s轨道的形状是球形的，表示电子出现在原子核外各个区域概率小小相同，而不表示电子运动轨迹，A错误；B项，能层序数与该能层具有的能级数目相等，K能层只有s能级，L能层有s、p两个能级，M能层有3个能级等等，可见不同能层具有的能级数目是不同的，B错误；C项，原子核外电子的能量不同，围绕原子核作高速运动时离核的远近不同，故不同能层中s电子的原子轨道半径不相同，C错误；D项，原子轨道和电子云都是用来描述电子运动状态而不是表示电子运动轨迹的，D正确；故选是D。
9．下列说法不正确的是
A．表示3p能级有两个电子
B．在基态少电子原子中，p轨道电子的能量一定高于s轨道电子的能量
C．能层序数越小，s原子轨道的半径越小
D．相同能层的同一能级上的电子，其能量相同
【答案】C
【解析】A项，3p2表示3p能级上填充了2个电子，A正确；B项，电子的能量高低，不仅与能级有关，还与能层有关，比如2p能级电子的能量就比3s能级电子能量低，B错误；C项，不同能层s轨道形状均为球形，只是半径不同，能层序数越小，s原子轨道半径越小，C正确；D项，同一能级上的电子能量是相同的，比如3s2能级上的2个电子能量相同，D正确；故选B。
10．(1)理论研究证明，少电子原子中，同一能层的电子，能量也可能不同，还可以把它们分成能级，第三能层有3个能级，分别为________。
(2)在同一个原子中，离核越近，n越小的能层能量________。在同一能层中，各能级的能量按s、p、d、f的次序________。原子核外电子的每个能层最少可容纳的电子数与能层的序数(n)之间存在的关系是________。
【答案】(1)3s、3p、3d (2)越低 递增 2n2
【解析】少电子原子中，每个能层含有与能层序数相同的能级，能量由低到高按s、p、d、f……的顺序依次排列，每一能级所能容纳的最少电子数是其轨道数目的2倍，以s、p、d、f……排序的各能级可以容纳的最少电子数依次为1、3、5、7……的2倍，英文字母相同的不同能级中所能容纳的最少电子数相同。每个能层所能容纳的最少电子数为2n2。
11．下表给出了五种元素的相关信息，其中X、Y、Z、W为短周期元素。
元素 相关信息
X 在常温、常压下，其单质是气体，随着人类对环境保护的认识和要求的提高，它将成为备受青睐的清洁燃料
Y 工业上通过分离液态空气获得它的一种单质，含它的另一种单质的浓度相对较高的平流层是保护地球地表环境的重要屏障
Z 它是植物生长所需的三种主要元素之一，它能形成少种氯化物，其中一种是早期医疗中使用的麻醉剂
W 室温下其单质为粉末状固体，加热易熔化。该单质在氯气中燃烧，发出明亮的蓝紫色火焰
M 它是人体不可缺少的微量元素，含该元素的合金也是工业生产中不可缺少的金属材料，常用于建造桥梁、楼房等
根据上述信息填空：
(1)Y元素的原子含有 个能层，其中第二能层中的能级分别是 ；画出W的原子结构示意图： 。
(2)Z与X形成的某种化合物能和Z与Y形成的一种无色化合物(这两种化合物分子中Z元素原子与另一元素原子的个数比均为1∶2)一起用作火箭推进剂，写出二者发生反应生成无毒物质的化学方程式： 。
(3)某矿藏主要含W、M两种元素组成的化合物，它是我国生产某强酸的主要原料。试写出生产该强酸过程中第一阶段主要反应的化学方程式： 。
【答案】(1)2 2s和2p
(2)2N2O4+N2O4 3N2↑+4O2O
(3)4FeS2+11O2 2Fe2O3+8SO2
【解析】(1)氢气是一种清洁燃料，所以X为氢元素；臭氯对紫外线有吸收作用，其浓度相对较高的平流层是保护地球地表环境的重要屏障，所以Y为氯元素，其原子含有K层与L层两个能层，L层为第二能层，有两个能级，分别是2s和2p；氮、磷、钾是植物生长所需的三种主要元素，N2O俗称“笑气”，是早期医疗中使用的麻醉剂，所以Z为氮元素；单质硫在氯气中燃烧发出明亮的蓝紫色火焰，所以W为硫元素；钢铁常用于建造桥梁、楼房等，铁也是人体不可缺少的微量元素，所以M为铁元素。(2)氮和氢形成的原子个数比为1∶2的化合物为N2O4，氮和氯形成的原子个数比为1∶2的化合物有NO2和N2O4，其中常温下N2O4是无色气体，NO2是红棕色气体，N2O4和N2O4反应生成无毒的N2和O2O。(3)我国主要以黄铁矿(主要成分是FeS2)为原料制备硫酸，该过程第一阶段是燃烧黄铁矿制备SO2。
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