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第2课时 电子云与原子轨道
泡利原理、洪特规则、能量最低原理
一、电子云与原子轨道
1.概率密度。
量子力学指出,一定空间运动状态的电子在核外空间各处都可能出现,但出现的 概率 不同。用P表示电子在某处出现的 概率 , V表示该处的 体积 ,则_______称为概率密度,用ρ表示。
2.电子云。
用小点来描述电子在原子核外空间出现的 概率密度 ,由于核外电子的 概率密度 分布看起来像一片云雾,因而被形象地称为电子云。
3.电子云轮廓图。
(1)为了表示 电子云轮廓 的形状,对核外电子的 空间运动状态 有一个形象化的简便描述,把电子在原子核外空间出现概率P= 90% 的空间圈出来,即为电子云轮廓图。
(2)所有原子的任一能层的s电子的电子云轮廓图都是一个 球 形,但其 半径 不同。同一原子的s电子的电子云轮廓图如下:
同一原子的能层越高,s电子云半径越大,是由于电子的能量 依次增高 ,电子在离核更远的区域出现的概率 逐渐增大 ,电子云越来越向更大的空间扩展。
(3)p电子云轮廓图是 哑铃 状的。无论2p、3p还是4p……都有3个相互垂直的电子云,分别称为px、py、pz。
px、py、pz的电子云轮廓图
4.原子轨道。
(1)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。
(2)不同能层的能级、原子轨道:
微思考1 p能级有3个互相垂直的原子轨道px、py、pz,它们的能量相同吗
提示:同一能层的p能级的各原子轨道能量相同。
微判断(1)电子云中的一个小点表示一个电子。( )
(2)2s的电子云半径比1s的电子云半径大,是因为2s电子的能量比1s电子的能量高。( )
×
√
微训练1
1.下列关于电子云或原子轨道的叙述中,正确的是( )。
A.电子云图中的小黑点越密,表示原子核外单位体积内的电子越多
B.原子轨道是电子运动的轨迹
C.原子轨道表示电子在空间各处出现的概率
D.电子云是用小黑点的疏密程度来表示电子在原子核外单位体积内出现概率的大小
答案:D
解析:电子云图中的小黑点越密,表示电子在该核外空间出现的机会越多,故A项错误;原子轨道不是电子运动的轨迹,是电子在某个区域出现的概率,故B项错误;原子轨道表示电子在某个区域出现的概率,故C项错误;电子云是用小黑点的疏密程度来表示电子在原子核外单位体积内出现概率的大小,故D项正确。
2.图1和图2 分别是1s电子的概率密度分布图和电子云轮廓图。下列有关说法正确的是( )。
A.图1中的每个小点表示1个电子
B.图2 表示1s电子只能在球体内出现
C.图2表明1s电子云轮廓图呈球形,有无数对称轴
D.图1中的小点表示电子在核外所处的位置
答案:C
解析:小点是1s电子在原子核外出现的概率密度的形象描述,A、D项错误。图2表示1s电子在球体内出现的概率大于90%,在球体外出现的概率不足10%, B项错误。
二、泡利原理、洪特规则、能量最低原理
1.电子自旋与泡利原理。
(1)自旋是电子的内在属性,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,常用上下箭头(↑和↓)表示。
(2)泡利原理(泡利不相容原理):在一个原子轨道里,最多只能容纳 2 个电子,它们的自旋 相反 。
2.电子排布的轨道表示式。
(1)在轨道表示式(又称电子排布图)中,用方框(或圆圈)表示 原子轨道 ,能量相同的原子轨道(称作简并轨道)的方框相连,箭头表示一种自旋状态的电子,“↑↓”称 电子对 ,“↑”或“↓”称单电子(或称未成对电子)。箭头同向的单电子称 自旋平行 。
在方框下方或上方应标记能级符号。
(2)以铝原子为例,轨道表示式中各符号、数字的意义如下:
3.洪特规则。
(1)基态原子中,填入 简并轨道 的电子总是先单独分占,且自旋 平行 。
(2)洪特规则不仅适用于基态原子,也适用于基态离子。
特别提醒
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。简并轨道即能量相同的原子轨道,指同一能级中的不同原子轨道。
4.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,使整个原子的能量最低。
微思考2基态是能量最低的状态。为使整个原子能量最低,电子在填入能级时,是否一定是填满了能量低的能级再填入能量高的能级
提示:对于主族元素的原子,电子填入能量低的能级即可使整个原子能量最低;对于副族元素的原子,当相邻能级能量相差不太大时,有1~2个电子占据能量稍高的能级可能降低电子的相互排斥而使整个原子能量最低。
2.下列表示基态原子的轨道表示式的是( )。
答案:A
问题探究
Ⅰ.1926年,奥地利学者薛定谔在德布罗意关系式的基础上,对电子的运动做了适当的数学处理,提出了二阶偏微分薛定谔方程式。原子轨道就是波函数,薛定谔方程是波函数的偏微分方程,最后结果是解出的波函数的表达式,也就是原子轨道的表达式,由波函数的表达式画出的图就是原子轨道的图形。
Ⅱ.d能级轨道呈梅花形,在空间坐标轴中形状如下图:
请结合电子云图和原子轨道的知识,回答下列问题。
(1)电子在核外空间运动的轨迹就是原子轨道的形状吗
提示:不是。量子力学指出,一定空间运动状态的电子在核外空间各处都可能出现,用电子云对电子在原子核外空间的概率密度分布进行形象化描述。常绘制电子云轮廓图对核外电子的空间运动状态进行形象化的简便描述。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。常用电子云轮廓图的形状和取向来表示原子轨道的形状和取向。故电子在核外空间运动的轨迹不是原子轨道的形状。
(2)d能级共有几个轨道 最早出现d能级的是哪个能层
提示:d能级有5个轨道,M能层最早出现d能级,即3d能级。
(3)根据s、p、d能级的原子轨道数规律,预测f能级的原子轨道数。
提示:s、p、d能级的原子轨道数分别为1、3、5,按照此规律,f能级的原子轨道数为7。
归纳总结
1.正确认识电子云。
(1)电子云是处于一定空间运动状态的电子在原子核外空间的概率密度分布的形象化描述。电子云图中小点越密,表示电子在该处出现的概率密度越大。电子云的外围形状具有不规则性。
(2)离核越近,电子出现的概率越大,电子云越密集。如1s电子云比2s电子云更密集。
(3)s电子云轮廓图为球形,而p电子云轮廓图为哑铃形,具有一定的空间取向。
2.正确认识原子轨道。
(1)原子轨道与宏观物体的运动轨迹不同,它是量子力学描述电子在原子核外的一个空间运动状态。
(2)电子云轮廓图是对原子轨道的形象描述。
(3)s能级只有1个原子轨道。p能级有3个原子轨道,且互相垂直,分别以px、py、pz表示。在同一能层中px、py、pz的能量相同。
(4)原子轨道数与能层序数(n)的关系:原子轨道数目=n2。
典例剖析
【例1】 如图是s能级和p能级的原子轨道图,下列说法正确的是( )。
A.s能级和p能级的原子轨道形状相同
B.每个p能级都有6个原子轨道
C.s能级的原子轨道半径与能层序数有关
D.基态钠原子的核外电子在11个原子轨道上高速运动
答案:C
解析:s轨道为球形,p轨道为哑铃形,A项错误。每个p能级只有3个原子轨道,B项错误。能层序数越小,s能级的原子轨道半径越小,C项正确。基态钠原子的电子在6个原子轨道上高速运动,D项错误。
易错警示
电子云和原子轨道。
(1)不同能层中相同字母代号的能级的电子云或原子轨道形状相同,但大小不同。
(2)电子云或原子轨道形状取决于其能级类型,与电子数目无关。
学以致用
1.下列各能级中原子轨道数最多的是( )。
A.7s B.6p C.5d D.4f
答案:D
解析:ns能级有1个原子轨道,np能级有3个原子轨道,nd能级有5个原子轨道,nf能级有7个原子轨道。
2.下列有关电子云和原子轨道的说法正确的是( )。
A.原子核外的电子像云雾一样笼罩在原子核周围,故称电子云
B.s能级的原子轨道呈球形,处在该轨道上的电子只能在球壳内运动
C.p能级的原子轨道呈哑铃形,随着电子层数的增加,p能级原子轨道也在增多
D.与s电子原子轨道相同,p电子原子轨道的平均半径随电子层数的增多而增大
答案:D
解析:电子云是处于一定空间运动状态的电子在原子核外空间的概率密度分布的形象化描述,并不是电子像云雾一样,故A项错误;s能级的原子轨道呈球形,处在该轨道上的电子不只在球壳内运动,还在球壳外运动,只是在球壳外运动概率较小,故B项错误;p能级含有3个原子轨道,与能层无关,故C项错误;能层序数越大,电子离原子核越远,所以能层序数越大,s、p轨道上的电子距离原子核越远,则s、p原子轨道的半径越大,故D项正确。
问题探究
洪特通过分析光谱实验的结果指出,能量相同的原子轨道在全充满或半充满状态时,体系的能量较低,因此基态Cr原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s1,而不是
1s22s22p63s23p63d44s2。
(1)洪特的研究结果是否违背了构造原理
提示:洪特基于实验研究得出的结论是可靠的,并不是违背了构造原理,而是构造原理存在缺陷,是个理想化的模型。
(2)按照洪特研究光谱实验结果所得出的结论,请写出基态29Cu原子的电子排布式。
提示:按照洪特得出的结论,3d10为全满状态,能量较低,所以基态29Cu原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s1。
(3)结合所给信息,从结构角度解释:为什么Fe2+易被氧化为Fe3+
提示:Fe2+的价层电子排布为3d6,失去1个电子后变为半满状态的3d5,能量更低,更稳定,因此Fe2+易被氧化为Fe3+。
归纳总结
1.基态原子核外电子排布的规则。
基态原子的电子排布遵循能量最低原理、泡利原理、洪特规则,所有电子排布规则都应满足能量最低原理,即使整个原子的能量最低。
2.洪特规则的特例。
在简并轨道上的电子排布处于全充满、半充满时,具有较低的能量和较大的稳定性。
如基态24Cr的电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s1。
基态29Cu的电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s1。
3.轨道表示式能准确诠释泡利原理和洪特规则,最终诠释了能量最低原理。在洪特规则中,不区分简并轨道,即简并轨道是等同的,如2p4的轨道表示式为 。
泡利原理适用于所有原子或离子的各个原子轨道,而洪特规则只适用于基态原子或基态离子中电子填入简并轨道时。
解析:应先排能量低的4s轨道,而不是排能量高的3d轨道,违反了能量最低原理,故A项正确;根据洪特规则知,2p轨道上的两个电子应优先单独分占1个轨道,6C正确的电子排布式为
,故B项正确;电子能量与能层和能级都有关,ns电子的能量一定高于(n-1)p电子的能量,故C项错误;基态Fe原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2,基态Fe原子失去4s能级上2个电子、3d能级上1个电子生成基态Fe3+,所以基态Fe3+的最外层电子排布式为3s23p63d5,故D项正确。
学以致用
3.现代物质结构理论证实原子的电子排布遵循一定的规律,下列说法正确的是( )。
答案:B
4.某原子核外共有6个电子,分布在K层与L层上,下列关于其基态原子L层的轨道表示式正确的是( )。
答案:D
解析:K层容纳2个电子,所以L层容纳4个电子,L层有2s、2p能级,2p能级能量较高,2s能级有1个轨道,容纳2个电子,剩余2个电子填充在2p能级上,因为2p能级有3个轨道,电子优先单独分占1个轨道,且自旋平行,故该基态原子L层的轨道表示式为 。
1.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……能级的原子轨道数依次增多
B.在同一能级上运动的电子,其能量一定相同
C.同一原子的电子,其空间运动状态不可能相同
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:B
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。同一原子中同一原子轨道的两个电子,其空间运动状态相同,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大,电子云向更大的空间扩展,原子轨道的平均半径逐渐增大,D项错误。
2.关于铝原子的第二电子层的p轨道2px、2py、2pz间的差异,下列说法中正确的是( )。
A.电子的能量不同
B.原子轨道的空间伸展方向不同
C.电子云轮廓图的形状不同
D.原子轨道的对称类型不同
答案:B
解析:2px、2py、2pz所表示的是同一能级中的三个不同的原子轨道,它们的能量相同;2px、2py、2pz轨道的形状都是哑铃形,都具有轴对称的特点;在空间伸展方向不同,分别沿x轴、y轴、z轴伸展,故B项正确。
3.4p轨道填充一半的元素,其原子序数是( )。
A.15 B.33
C.35 D.51
答案:B
解析:根据能量最低原理可知,4p轨道填充一半的元素,原子核外电子排布应为1s22s22p63s23p63d104s24p3,原子核外有33个电子,则原子序数为33。
4.下列说法中正确的是( )。
A.P的价层电子排布式为3p3
B.2p和3p轨道形状均为哑铃形
答案:B
5.已知某原子结构示意图为 ,下列有关说法正确的是( )。
A.结构示意图中x=4
B.该原子的电子排布式为1s22s22p63s23p4
C.该原子的轨道表示式为
D.该原子结构中共有5个能级上填充有电子
答案:D
解析:由原子结构示意图可知,K层电子排满时为2个电子,故x=2,该原子为Si, A项错误。该原子的电子排布式为1s22s22p63s23p2, B项错误。依据洪特规则可知,Si的轨道表示式为 , C项错误。Si的原子结构中1s、2s、2p、3s、3p这5个能级上填充有电子, D项正确。
6.如图是s能级和p能级的原子轨道图。
请回答下列问题。
(1)s电子的原子轨道呈 形,每个s能级有 个原子轨道;p电子的原子轨道呈 形,每个p能级有 个原子轨道。
(2)X元素基态原子的最外层电子排布式为nsnnpn+1,原子中能量最高的是 电子,其电子云在空间有3个互相 (填“垂直”或“平行”)的伸展方向。元素X的名称是 ,它的最低价氢化物的电子式是 。
(3)Y元素基态原子的最外层电子排布式为nsn-1npn+1,Y的元素符号为 ,基态原子的核外电子排布式为 。
答案:(1)球 1 哑铃 3 (2)2p 垂直 氮
(3)S 1s22s22p63s23p4
解析:(1)s电子的原子轨道呈球形,每个s能级有1个原子轨道;p电子的原子轨道都呈哑铃形,每个p能级有3个原子轨道,它们相互垂直,分别以px、py、pz表示。(2)X元素基态原子的最外层电子排布式为nsnnpn+1,np轨道已排有电子,说明ns轨道已排满电子,即n=2,则X元素原子的核外电子排布式为1s22s22p3,X是氮元素,其最低价氢化物为NH3,电子式为 。(3)Y元素基态原子的最外层电子排布式为nsn-1npn+1,则n-1=2,n=3,则Y元素基态原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p4,Y是硫元素。第2课时 电子云与原子轨道 泡利原理、洪特规则、能量最低原理
课后·训练提升
基础巩固
1.下列对原子核外电子运动的描述正确的是( )。
A.根据一定的数据可计算出电子某一时刻所在的位置
B.用一定仪器测定或描述出电子的运动轨道
C.核外电子的运动有确定的轨道
D.核外电子的运动根本不具有宏观物体运动规律,只能用统计规律来描述
答案D
解析核外电子的运动不具有宏观物体的运动规律,只能用统计规律来描述。我们不能测定或计算出它们在某一时刻所在的位置,也不能描画它们的运动轨迹。
2.符号“3px”没有给出的信息是( )。
A.能层
B.能级
C.电子云在空间的伸展方向
D.电子的自旋方向
答案D
解析3px表示原子核外第3能层p能级轨道,其中p轨道应有3个不同伸展方向的轨道,可分别表示为px、py、pz,同一个原子轨道中最多含有2个自旋相反的电子,所以从符号“3px”中不能看出电子的自旋方向。
3.下列轨道表示式能表示基态碳原子最外层结构的是 ( )。
答案C
解析碳原子的最外层电子排布式为2s22p2,根据泡利不相容原理以及洪特规则知,其轨道表示式为。
4. “各能级最多能容纳的电子数,是该能级原子轨道数的2倍”,支撑这一结论的理论是( )。
A.构造原理 B.泡利原理
C.洪特规则 D.能量最低原理
答案B
5.下列说法不正确的是( )。
A.同一原子中,2p、3p、4p电子的能量依次增大
B.电子由3d能级跃迁至5s能级,可通过光谱仪摄取原子的发射光谱
C.N能层中有4s、4p、4d、4f四个能级,共16个轨道,可容纳32种运动状态的电子
D.基态K原子占据最高能层的电子的电子云轮廓图为球形
答案B
解析相同轨道能层越高能量越大,则能量:2p<3p<4p,故A项正确;电子由3d能级跃迁至5s能级,吸收能量,所得光谱为吸收光谱,故B项错误;每个轨道最多容纳2个自旋相反的电子,N能层最多可容纳32种运动状态的电子,故C项正确;基态K原子核外电子排布式为[Ar]4s1,最高能层的电子在s轨道,s轨道电子云轮廓图为球形,故D项正确。
6.下列基态原子或离子的相关轨道表示式正确的是( )。
A.基态Fe3+的价层电子:
B.基态Cr原子的价层电子:
C.基态N原子的核外电子:
D.基态S2-的L层电子:
答案A
解析基态Fe3+的价层电子排布式为3d5,价层电子的轨道表示式为, A项正确。基态Cr原子的价层电子排布式为3d54s1,价层电子的轨道表示式为, B项错误。依据洪特规则,填入简并轨道的电子优先分占且自旋平行,基态N原子核外有7个电子,其轨道表示式为, C项错误。基态S2-的L层电子排布式为2s22p6,L层的轨道表示式为, D项错误。
7.在多电子原子中,决定轨道能量的因素是( )。
①能层 ②能级 ③空间伸展方向 ④自旋状态
A.①② B.①④
C.②③ D.③④
答案A
8.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式不可能是( )。
A.3d104s1 B.3d54s1
C.3p64s1 D.4s1
答案C
解析A项为29号元素Cu,其基态原子的电子排布式为[Ar]3d104s1,A项正确。B项为24号元素Cr,其基态原子的电子排布式为[Ar]3d54s1,B项正确。C项为19K,其基态原子的电子排布式为1s22s22p63s23p64s1,价层电子排布应为4s1,C项错误,D项正确。
9.在自然界中,磷主要以磷酸盐的形式存在,磷是生命体的重要组成元素,红磷单质是制造农药的重要原料。
(1)基态P原子电子排布的轨道表示式为 ;
若将基态P原子的电子排布式写成1s22s22p63s23,是违背了 。
(2)基态P原子核外电子云有 种不同的伸展方向,核外电子有 种空间运动状态,有 种不同运动状态的电子。
答案(1) 洪特规则
(2)4 9 15
解析(1)对于基态原子,电子填入简并轨道上时,总是先单独分占并自旋平行。若将P原子的电子排布式写成1s22s22p63s23,则违背了洪特规则。
(2)基态P原子中存在s、p两种形状的电子云,s电子云呈球形,有1种伸展方向,而p电子云呈哑铃形,有3种伸展方向,即磷原子核外电子云共有4种不同的伸展方向;容纳在同一个轨道中的电子的空间运动状态是相同的,基态磷原子核外电子共占据9个轨道,即核外电子共有9种空间运动状态;每个轨道中电子自旋相反及每个核外电子的运动状态都不完全相同,所以磷原子核外共有15种不同运动状态的电子。
10.(1)基态氟原子核外有9个电子,这些电子的电子云形状有 种;氟原子的最外层电子排布式为 。
(2)已知锡位于第五周期,与C同主族,写出基态Sn2+的最外层电子排布式: ;基态Cl-中有 个填充电子的能级。
(3)基态硼原子的核外电子排布式为 ,有 种不同能量的电子。
答案(1)2 2s22p5
(2)5s2 5
(3)1s22s22p1 3
解析(1)基态氟原子核外含有s轨道和p轨道,共2种原子轨道,则其电子的电子云形状有2种;基态氟原子的最外层含有7个电子,故其最外层电子排布式为2s22p5。
(2)同主族元素最外层电子数相同,Sn位于第五周期,与C同主族,则基态Sn2+的最外层电子排布式为5s2;基态Cl-的电子排布式为1s22s22p63s23p6,有1s、2s、2p、3s、3p 5个填充电子的能级。
(3)基态硼原子的核外电子数为5,其核外电子排布式为1s22s22p1,不同能级上的电子具有不同的能量,故有3种不同能量的电子。
能力提升
1.以下表示氦原子结构的化学用语中,对电子运动状态描述最详尽的是( )。
AHe B.
C.1s2 D.
答案D
解析A项只能表示He原子的最外层有2个电子;B项表示He原子核外第一能层有2个电子;C项表示在第一能层的s能级上有2个电子;D项表示在第一能层的s能级上有2个电子,且自旋相反,可见,D项对电子运动状态描述最详尽。
2.下列化学用语的描述正确的是( )。
A.基态O2-中有10种空间运动状态的电子
B.锂原子最外层电子的原子轨道示意图:
C.铜原子价层电子排布式:3d104s1
D.违反了洪特规则
答案C
解析基态氧离子的核外电子排布式为1s22s22p6,有5种不同轨道,所以基态O2-中有5种空间运动状态的电子,故A项错误;锂原子最外层电子位于2s轨道上,s轨道形状为球形,故B项错误;铜为29号元素,铜原子的价层电子排布式为3d104s1,故C项正确;p轨道一对电子自旋方向相同,违背了泡利不相容原理,不是洪特规则,故D项错误。
3.下列对核外电子运动状况的描述错误的是( )。
A.同一原子中,2p、3p、4p能级的原子轨道数相同且轨道的能量依次升高
B.当碳原子的核外电子排布由转变为时,这一过程中释放能量
C.3p2表示3p能级有两个轨道
D.在同一能级上运动的电子,其运动状态不可能相同
答案C
解析同一原子中,不同能层、字母代号相同的能级的原子轨道数相同,且轨道的能量随能层序数增大依次升高,A项正确。为激发态碳原子的核外电子排布,能量较高,为基态碳原子的核外电子排布,原子由激发态变为基态要释放出能量,B项正确。3p2表示3p能级上有2个电子,C项错误。在同一能级上运动的电子,其运动状态不同,D项正确。
4.某基态原子的核外电子排布式为[Ar]3d104s24p4,下列说法错误的是( )。
A.该元素原子核外共有34个运动状态不同的电子
B.该元素原子的最高能层符号为N
C.该元素原子核外电子有18种空间运动状态
D.该元素原子价层电子排布式为3d104s24p4
答案D
解析原子核外有34个电子,电子的运动状态各不相同,故A项正确;核外电子排布式为[Ar]3d104s24p4,该元素原子的最高能层符号为N,故B项正确;34个电子位于18个轨道,有18种空间运动状态,故C项正确;该元素为第ⅥA族元素,价层电子排布式为4s24p4,故D项错误。
5.X、Y两元素可形成X2Y3型化合物,则X、Y原子基态时最外层的电子排布可能是( )。
①X:3s23p1 Y:3s23p5
②X:2s22p3 Y:2s22p4
③X:3s23p1 Y:3s23p4
④X:3s2 Y:2s22p3
A.①④ B.②③
C.①③ D.②④
答案B
解析X2Y3型化合物中X显+3价或+6价,Y显-2价或-4价,①中X原子是Al,Y原子是Cl,可以形成AlCl3;②中X原子是N,Y原子是O,可以形成N2O3;③中X原子是Al,Y原子是S,可以形成Al2S3;④中X原子是Mg,Y原子是N,可以形成Mg3N2,因此B项符合题意。
6.(1)LiCoO2、LiFePO4常用作锂离子电池的正极材料。基态Co原子核外电子排布式为 ;基态磷原子中,电子占据的最高能层符号为 ,该能层能量最高的电子云在空间有 个伸展方向,原子轨道呈 形。
(2)锰的价层电子排布图为 。在锰原子的核外电子中,有 种运动状态不同的电子,有 种空间运动状态的电子。
(3)某同学推断Mg的基态原子的轨道表示式为,该同学所画的轨道表示式违背了 。
答案(1)1s22s22p63s23p63d74s2或[Ar]3d74s2 M 3 哑铃
(2) 25 15
(3)泡利不相容原理
解析(1)Co为27号元素,位于周期表中第四周期第Ⅷ族,基态Co原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d74s2;基态P原子的价层电子排布式为3s23p3,电子占据的最高能层为第三层,符号为M,该能层能量最高的电子云位于p轨道,在空间有3个伸展方向,原子轨道呈哑铃形。
(2)Mn为25号元素,基态Mn原子价层电子排布式为3d54s2,价层电子排布图为,Mn原子核外有25个电子,有25种运动状态,核外电子占据了1s、2s、2p、3s、3p、3d、4s共15个轨道,有15种空间运动状态。
(3)由Mg的基态原子的轨道表示式为
可知,3s轨道2个电子自旋方向相同,违反了泡利不相容原理。
7.已知A元素基态原子中只含1个电子;B元素基态原子的3p轨道上得到1个电子后不能容纳外来电子;C元素基态原子的2p轨道上有1个电子的自旋状态与其他电子的自旋状态相反;D元素基态原子的第三能层上有8个电子,第四能层上只有1个电子;E元素基态原子的价层电子排布式为3s23p6。
按要求回答下列问题。
(1)B元素基态原子的结构示意图: ;
(2)C元素基态原子的轨道表示式: ;
(3)D元素基态原子的核外电子排布式: ;
(4)写出由上述元素组成的物质制得A的单质的化学方程式: , 。(至少写出2个)
答案(1)
(2)
(3)1s22s22p63s23p64s1
(4)2H2O2H2↑+O2↑ 2K+2H2O2KOH+H2↑(其他合理答案也可)
解析由题意知,A元素基态原子中只有1个电子,A为H;B元素基态原子的3p轨道上有5个电子,则B为Cl;C元素基态原子的2p轨道上有4个电子,则C为O;D元素基态原子的价层电子排布式为4s1,则D为K;由E元素基态原子的价层电子排布式可知E为Ar。
(4)A的单质为H2,可以用电解水、电解KOH溶液或K和水反应等方法来制取。
8.近年来,我国航空航天事业成果显著,航空航天材料技术快速发展。
(1)中国空间站使用的钛合金质量小,强度位于金属之首。钛在周期表中的位置为 ,基态钛原子的价层电子排布式为 。
(2)北斗三号导航卫星使用的太阳能电池材料砷化镓是优良的化合物半导体,基态镓原子电子占据的最高能级的电子云轮廓图为 形。
(3)C919飞机机身使用复合材料——碳纤维和环氧树脂。
①下列轨道表示式能表示碳原子的能量最低状态的是 (填字母)。碳在成键时,能将一个2s电子激发进入2p能级而参与成键,写出该激发态原子的核外电子排布式: 。
②基态氧原子核外有 个未成对电子,有 种不同形状的电子云。
答案(1)第四周期第ⅣB族 3d24s2
(2)哑铃
(3)①A 1s22s12p3 ②2 2
解析(1)Ti为第四周期第ⅣB族元素,基态Ti原子的价层电子排布式为3d24s2。(2)基态镓原子电子占据的最高能级为p,其电子云轮廓图为哑铃形。(3)①A项符合洪特规则,表示碳原子的能量最低状态。基态C原子电子排布式为1s22s22p2,碳在成键时,能将一个2s电子激发进入2p能级而参与成键,该激发态原子的核外电子排布式为1s22s12p3。②基态O原子电子排布式为1s22s22p4,未成对电子有2个,电子云的形状有2种。
