第一章 原子结构与性质
第一节 原子结构
第2课时 构造原理与电子排布式 电子云与原子轨道
基础过关练
题组一 构造原理
1.下列说法错误的是( )
A.原子核外电子填充3p、3d、4s 能级的顺序为3p→4s→3d
B.某基态原子部分核外电子的排布式为3d64s2
C.所有基态原子的核外电子排布都遵循构造原理
D.构造原理是以光谱学事实为基础的
2.下列说法正确的是( )
A.原子核外电子先排满K层再排L层、先排满M层再排N层
B.能级能量E(5s)>E(4f)>E(4s)>E(3d)
C.1s22s12p1可以表示激发态原子的电子排布
D.凡单原子形成的离子,一定具有稀有气体元素原子的核外电子排布
题组二 电子排布式
3.(教材习题改编)下列各原子或离子的电子排布式中,错误的是( )
A.K:1s22s22p63s23p54s2 B.F-:1s22s22p6
C.S:1s22s22p63s23p4 D.Ar:1s22s22p63s23p6
4.下列有关基态微粒的电子排布式正确的是( )
A.Ti:[Ar]3d24s2 B.Ni2+:[Ar]3d64s2
C.Cu:1s22s22p63s23p63d94s2 D.Br-:[Ar]4s24p6
5.(经典题)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: 。
②B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)某元素原子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: ,砷位于元素周期表的第 周期第 族。
题组三 电子云与原子轨道
6.在基态多电子原子中,下列叙述不正确的是( )
A.2s和3s轨道形状均为球形
B.3d、4d、5d能级的原子轨道数相等
C.基态钠原子最外层电子占据的原子轨道的形状为
D.35Cl与37Cl的电子排布式都为1s22s22p63s23p5
7.对于氯原子的核外电子,下列说法正确的是( )
A.2s轨道上的电子运动轨迹呈球形
B.电子云图中的一个小点表示一个自由运动的电子
C.第二能层有两个不同的轨道
D.2s能级和2p能级所具有的原子轨道数目之比为1∶3
8.下列说法正确的是( )
A.3p能级有一个空轨道的基态原子和4p能级有两个未成对电子的基态原子一定属于同一族
B.基态原子核外电子全部在s能级上的元素有4种
C.p轨道呈哑铃形,因此p轨道上电子的运动轨迹呈哑铃形
D.最高正化合价与最低负化合价代数和为4的短周期元素原子的电子占据的最高能级为2p
能力提升练
题组一 核外电子排布的应用
1.若某元素原子处于能量最低状态时,价层电子排布式为4d15s2,则下列说法正确的是( )
A.该元素原子处于能量最低状态时,原子中共有3个未成对电子
B.该元素原子核外共有5个能层
C.该元素原子的M层共有8个电子
D.该元素原子最外层有3个电子
2.X、Y、Z三种元素基态原子的价层电子排布式分别为4s2、3s23p2和2s22p4,由这三种元素组成的化合物的化学式是( )
A.XYZ2 B.X2YZ3 C.X2Y2Z D.XYZ3
3.(经典题)下列各组原子中,彼此化学性质一定相似的是( )
A.最外层都只有一个电子的X、Y原子
B.原子核外L层上有8个电子的X原子与M层上有8个电子的Y原子
C.2p轨道上有3个未成对电子的X原子与3p轨道上有3个未成对电子的Y原子
D.原子核外电子排布式为1s2的X原子与原子核外电子排布式为1s22s2的Y原子
4.我国科研工作者研究的金属—氮—碳优异电催化CO2还原催化剂取得新进展。回答下列问题:
(1)14C可用于考古,该基态原子价层电子排布式为 。
(2)钴原子的核外电子排布式为 ;Fe3+的电子排布式为 。
(3)基态氮原子中,电子占据的最高能层符号为 ,该能层具有的原子轨道数为 ,电子数为 。
(4)基态铝原子核外共有 种不同能级的电子,有 种不同运动状态的电子。
题组二 对原子轨道的理解与应用
5.蔗糖素结构如图所示,其甜度约为蔗糖的600倍,热量值极低,可供糖尿病患者食用。下列说法正确的是( )
A.氯元素的2p和3p轨道形状均为球形
B.氧元素的1s、2s能级的轨道数相同
C.基态碳原子的L层没有成对电子
D.基态氯原子的价层电子排布式为3s23p6
6.有A、B、C、D、E、F六种短周期主族元素,它们的原子序数依次增大,其中A元素原子核外电子仅占据一个原子轨道,也是宇宙中最丰富的元素;B元素原子核外所有的p电子数比所有的s电子数少1;C元素原子的最外层电子排布式为asaap2a;D为金属元素且M层上有一个未成对的p电子;E元素的原子核外最外层p轨道半充满;F元素原子的价层电子排布式为3s23p5。
(1)写出A、C、F的元素符号:A 、C 、F 。
(2)写出基态D原子的电子排布式: 。
(3)E元素原子有 个不同能级的电子,共有 种不同空间运动状态的电子。
答案与分层梯度式解析
第一章 原子结构与性质
第一节 原子结构
第2课时 构造原理与电子排布式
电子云与原子轨道
基础过关练
1.C 绝大多数基态原子的核外电子排布遵循构造原理,但也有少数例外,C项错误。
2.C M能层中3d能级的能量高于N能层中4s能级能量,填充完N能层的4s能级后才能填充M能层的3d能级,A错误;能级能量:E(3d)>E(4s),E(4f)>E(5s),B错误;1s22s12p1可以是激发态原子的电子排布,C正确;单原子形成的离子不一定具有稀有气体原子的核外电子排布,如H+核外电子数为0,D错误。
3.A 基态K原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p64s1,故A错误;基态F-核外电子排布式为1s22s22p6,故B正确;基态S原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p4,故C正确;基态Ar原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p6,故D正确。
4.A
微粒 原子序数、电子排布式
Ti 22:[Ar]3d24s2
Ni2+ 28:[Ar]3d8
Cu 29:1s22s22p63s23p63d104s1
Br- 35:[Ar]3d104s24p6
5.答案 (1)①1s22s22p63s23p2 ②1s22s22p1
③1s22s22p63s23p63d8 1s22s22p63s23p63d5
1s22s22p63s23p6
(2)Br
(3)M 3
(4)[Ar]3d104s24p3 四 ⅤA
解析 (1)①L层有8个电子,则M层有4个电子,故A为Si。②当次外层为K层时,最外层电子数为3,则B为硼元素;当次外层为L层时,最外层电子数为1.5×8=12,不可能。③基态Ni原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d84s2,故基态Ni2+的电子排布式为1s22s22p63s23p63d8;基态Fe原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2,故基态Fe3+的电子排布式为1s22s22p63s23p63d5;基态S原子的电子排布式为1s22s22p63s23p4,故基态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、3d3个能级。(4)砷的原子序数为33,基态As原子的电子排布式为[Ar]3d104s24p3,位于元素周期表的第四周期第ⅤA族。
6.C 2s和3s轨道形状均为球形,A正确;d能级都有5个原子轨道,B正确;基态Na原子最外层电子为3s电子,占据的原子轨道为球形,C错误;35Cl与37Cl的电子数相同,电子排布式都为1s22s22p63s23p5,D正确。
7.D 现在的技术无法测定电子在原子核外的运动轨迹,A错误;电子云图中的小点不表示电子本身,B错误;第二能层有2s、2px、2py、2pz四个原子轨道,C错误;2s能级具有的原子轨道数为1,2p能级具有的原子轨道数为3,二者之比为1∶3,D正确。
8.B 3p能级有一个空轨道的基态原子是硅,在第ⅣA族,4p能级有两个未成对电子的基态原子是锗或硒,硒在第ⅥA族,故A错误;基态原子核外电子全部在s能级上的元素有4种,分别是H、He、Li、Be,故B正确;现在的技术无法测定电子在原子核外的运动轨迹,故C错误;最高正化合价与最低负化合价代数和为4的短周期元素为硫,硫原子核外电子所在的最高能级为3p,故D错误。
能力提升练
1.B
2.D 基态原子的价层电子排布式为4s2、3s23p2和2s22p4,对应元素分别为Ca、Si、O,三种元素组成的化合物为CaSiO3。
3.C 最外层只有一个电子的可能是H原子、碱金属元素原子或ⅥB、ⅠB族元素原子,化学性质不一定相似,故A错误;原子核外L层上有8个电子的X原子,没有指明M层有没有电子,M层上有8个电子的Y原子,没有指明N层有没有电子,无法判断它们的化学性质是否相似,故B错误;2p轨道上有3个未成对电子的X原子为N原子,3p轨道上有3个未成对电子的Y原子为P原子,N和P位于同一主族,最外层电子数相同,化学性质相似,故C正确;原子核外电子排布式为1s2的X原子为He原子,原子核外电子排布式为1s22s2的Y原子为Be,二者化学性质不同,故D错误。
4.答案 (1)2s22p2
(2)[Ar]3d74s2 [Ar]3d5
(3)L 4 5
(4)5 13
解析 (1)C为6号元素,其基态原子价层电子排布式为2s22p2。
(2)Co为27号元素,钴原子的核外电子排布式为[Ar]3d74s2;铁原子的核外电子排布式为[Ar]3d64s2,失去3个电子得到的Fe3+的电子排布式为[Ar]3d5。
(3)基态氮原子核外电子占据的最高能层为第二能层,符号为L;该能层有1个s轨道和3个p轨道,轨道总数为4;该能层电子数为5。
(4)基态铝原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p1,共有5种不同能级的电子;核外每个电子的运动状态均不相同,则Al有13种不同运动状态的电子。
5.B 氯元素的2p和3p轨道形状均为哑铃形,A错误;氧元素的1s、2s能级的轨道数相同,均为1,B正确;基态碳原子的核外电子排布式为1s22s22p2,L层有1对成对电子,C错误;基态氯原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p5,价层电子排布式为3s23p5,D错误。
6.答案 (1)H O Cl
(2)1s22s22p63s23p1
(3)5 9
解析 (1)A是宇宙中最丰富的元素,原子中电子只占据一个原子轨道,是H元素;B元素原子的核外电子排布式为1s22s22p3,为氮元素;C的最外层电子排布式为2s22p4,为氧元素;D元素原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p1,为铝元素;E元素原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p3,为磷元素;F为氯元素。
(2)基态铝原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p1。
(3)磷原子1s、2s、2p、3s、3p共5个能级有电子;有1+1+3+1+3=9种不同空间运动状态的电子。
方法规律
(1)原子核外不同运动状态的电子数=核外电子数;(2)原子核外不同空间运动状态的电子数=电子所在的轨道数。
10第一章 原子结构与性质
第一节 原子结构
第3课时 泡利原理 洪特规则 能量最低原理
基础过关练
题组一 泡利原理、轨道表示式
1.某原子的轨道表示式为,下列有关该原子的说法错误的是( )
A.核外有2个排有电子的能层
B.最外层有3个电子
C.核外有3种能量不同的电子
D.核外有2对自旋相反的电子
2.《天工开物》中记载火药涉及的主要反应为S+2KNO3+3CK2S+3CO2↑+N2↑。下列说法正确的是( )
A.基态碳原子可能存在运动状态完全相同的电子
B.基态N原子2p能级电子轨道表示式:
C.处于基态的氧原子轨道表示式写成
违背了泡利原理
D.钾原子价层电子排布式:3p64s1
3.(易错题)以下关于铁元素的相关说法正确的是( )
A.Fe3+的电子有23种不同空间运动状态
B.Fe的价层电子轨道表示式为
C.Fe的26个电子在原子轨道中做圆周运动
D.铁与盐酸反应时失去的都是3d电子
题组二 洪特规则、能量最低原理
4.下列说法正确的是( )
A.基态6C的电子排布式为1s22s22,违背了泡利原理
B.22Ti轨道表示式:
C.电子排布式21Sc:1s22s22p63s23p63d24s1违背了能量最低原理
D.基态23V的电子排布式为1s22s22p63s23p63d34s2,违反了洪特规则
5.下列关于原子结构的说法正确的是( )
A.基态砷(As)原子的价层电子排布式为3d104s24p3
B.1s22s22p2的价层电子的轨道表示式为
C.基态Cu原子的价层电子轨道表示式为
D.某基态原子3d能级电子轨道表示式为,违反了洪特规则
6.下列有关电子排布式或电子排布图的结论错误的是( )
选项 电子排布式或电子排布图 结论
A 1s22s22 违背洪特规则
B 1s22s22p63s23p63d3 书写正确
C 违背泡利原理
D 1s22s22p63s23p63d54s1 书写正确
7.下列基态原子或离子的电子排布表示方法中,正确的是 ,违反能量最低原理的是 ,违反洪特规则的是 ,违反泡利原理的是 。
①Ca2+:1s22s22p63s23p6
②F-:1s22s23p6
③P:
④Cr:1s22s22p63s23p63d44s2
⑤Fe:1s22s22p63s23p63d64s2
⑥Mg2+:1s22s22p6
⑦C:
能力提升练
题组一 对原子核外电子排布规律的理解及应用
1.将含有未成对电子的物质置于外磁场中,会使磁场强度增大,这样的物质称为顺磁性物质。下列物质中,不属于顺磁性物质的是( )
A.Fe(OH)3 B.MgCl2 C.CuSO4 D.FeCl2
2.(经典题)下列各项叙述错误的是( )
A.某同学给出基态O原子的2p能级的轨道表示式,违反了泡利原理
B.若23号V元素的基态原子电子排布式为1s22s22p63s23p63d5,则违反了能量最低原理
C.铍原子的核外电子排布图为,符合能量最低原理和泡利原理
D.某基态原子的电子排布式为1s22s22,符合能量最低原理和洪特规则
3.六六六等有机氯杀虫剂有较高的杀虫活性,对人体的急性毒性较低。下列说法错误的是( )
A.对于同一原子,2s电子的电子云半径比1s的大
B.基态Cl原子核外电子占据的最高能级为3p
C.氯原子的原子轨道能量高低:3px<3py
D.基态氯原子中,未成对电子数与成对电子数之比为1∶16
题组二 原子核外电子排布表示形式的考查
4.下列Li原子轨道表示式表示的状态中,最不稳定的是( )
5.X、Y、Z、W、Q是原子序数依次增大的短周期主族元素。基态X、Z、Q原子均有两个单电子,W简单离子在同周期离子中半径最小,Q与Z同主族。下列说法正确的是( )
A.X的最外层电子轨道表示式为
B.Y、Z的一种同位素具有相同的中子数,轨道表示式都为
C.基态Y3-的电子排布式:1s22s22p3
D.元素W、Q的p电子总数均大于s电子总数
6.已知X、Y和Z三种元素的原子序数之和等于42,X元素原子的4p轨道上有3个未成对电子,Y元素原子的最外层2p轨道上有2个未成对电子。X与Y可形成化合物X2Y3,Z元素可形成负一价离子。下列说法正确的是( )
A.X元素基态原子的电子排布式为[Ar]4s24p3
B.X元素是第四周期第ⅤA族元素
C.Y元素原子的电子排布图为
D.Z元素的单质在氧气中不能燃烧
7.A、B、C、D均为元素周期表中36号之前的元素。请回答下列问题:
(1)A元素基态原子的最外层有2个未成对电子,次外层有2个电子,其元素符号为 。
(2)第3周期元素的基态原子与基态Cu原子未成对电子数相同的元素是 。
(3)基态S原子的原子核外有 种空间运动状态不同的电子,其能量最高的电子的电子云轮廓图为 形。
(4)C元素基态的正三价离子的3d轨道为半充满结构,则该正三价离子的最高能层上有 种能量不同的电子。
(5)D元素基态原子的M层全充满,N层有电子但没有成对电子,则该基态原子的价层电子排布式为 。
答案与分层梯度式解析
第一章 原子结构与性质
第一节 原子结构
第3课时 泡利原理 洪特规则 能量最低原理
基础过关练
1.B 该原子为氮原子,其核外有2个能层,最外层电子数为5,氮原子核外有3种能量不同的电子,1s、2s轨道上均有一对自旋相反的电子,A、C、D正确,B错误。
2.B 一个基态多电子的原子中,不可能有两个运动状态完全相同的电子,A错误;N是7号元素,基态N原子2p能级电子轨道表示式为,B正确; 没有违背泡利原理,C错误;钾为19号元素,钾原子价层电子排布式为4s1,D错误。
3.B Fe3+的电子排布式为1s22s22p63s23p63d5,电子占有轨道数为14,有14种不同空间运动状态的电子,A错误;Fe的价层电子排布式是3d64s2,轨道表示式为,B正确;Fe的26个电子在原子轨道中不是做圆周运动,C错误;铁与盐酸反应时失去4s电子,D错误。
易错提醒
过渡金属原子失去电子转化为简单阳离子时,一般先失去ns轨道电子,再失去(n-1)d轨道电子,如Fe2+的价层电子排布式为3d6,而非3d44s2。
4.C 6C原子最后2个电子应以自旋状态相同的方式分布在两个不同的2p轨道上,1s22s22违背了洪特规则,A错误;22Ti的轨道表示式为,B错误;21Sc原子的最后3个电子应先排满4s轨道,再排3d轨道,为1s22s22p63s23p63d14s2,1s22s22p63s23p63d24s1违背了能量最低原理,C正确;基态23V的电子排布式为1s22s22p63s23p63d34s2,符合核外电子排布规律,D错误。
5.D 基态砷(As)原子的价层电子排布式为4s24p3,A错误;1s22s22p2的价层电子的轨道表示式为,B错误;基态铜原子的价层电子轨道表示式为,C错误;基态原子3d能级电子轨道表示式为,违反了洪特规则,D正确。
6.B 基态原子中,填入简并轨道的电子总是优先单独分占,且自旋平行,所以2p能级上电子排布式违背了洪特规则,该粒子正确的电子排布式可能为1s22s22,A不符合题意;应先填充4s能级,再填充3d能级,违背了能量最低原理,正确的电子排布式应为1s22s22p63s23p63d14s2,B符合题意;当电子排布在同一轨道时,每个轨道最多容纳2个电子,且自旋相反,该电子排布图违背了泡利原理,C不符合题意;原子核外电子在能量相同的各个轨道上排布时,电子尽可能分占不同的原子轨道且自旋平行,全空、全满或半满时能量最低,则电子排布式1s22s22p63s23p63d54s1书写正确,D不符合题意。
7.答案 ①⑤⑥ ②④ ③ ⑦
解析 ②中电子填充满2s能级后应填入2p能级,而不是3p能级,基态F-的电子排布式应为1s22s22p6;③违反洪特规则——基态原子的电子在同一能级的不同轨道上排布时,总是优先单独占据一个轨道并且自旋平行;④能量相同的原子轨道在全满、全空或半充满状态时体系的能量较低,原子较稳定,Cr原子的电子排布式应为1s22s22p63s23p63d54s1;⑦违反泡利原理,正确的电子排布图应为 。
能力提升练
1.B Fe3+、Cu2+、Fe2+的价层电子排布式分别为3d5、3d9、3d6,都含有未成对电子,则Fe(OH)3、CuSO4、FeCl2均为顺磁性物质,A、C、D不符合题意;Mg2+、Cl-中不含未成对电子,MgCl2不属于顺磁性物质,B符合题意。
2.A 违反了洪特规则,A错误;23号V元素的基态原子电子排布式应为1s22s22p63s23p63d34s2,1s22s22p63s23p63d5违反了能量最低原理,B正确;铍原子的核外电子数为4,电子排布图为,符合能量最低原理和泡利原理,C正确;某基态原子的电子排布式为1s22s22,符合能量最低原理和洪特规则,D正确。
归纳总结
书写价层电子轨道表示式时,常出现的错误及正确书写(方框上方省略了能级符号):
3.C 同一原子中,2s电子的电子云半径比1s电子的大,A正确;基态氯原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p5,电子占据的最高能级为3p,未成对电子数为1,成对电子数为16,二者个数之比为1∶16,B、D正确;氯原子的原子轨道能量:3px=3py,C错误。
4.C D项为基态Li原子轨道表示式,能量最低,A、B、C均为激发态Li原子的轨道表示式,C项表示的Li原子能量最高,最不稳定。
5.D X、Y、Z、W、Q是原子序数依次增大的短周期主族元素。
碳原子最外层电子轨道表示式为,A错误;N、O的同位素具有相同的中子数,但质子数不同,轨道表示式不同,B错误;基态N3-的电子排布式为1s22s22p6,C错误;Al、S原子电子排布式分别为1s22s22p63s23p1、1s22s22p63s23p4,p电子总数均大于s电子总数,D正确。
6.B X元素原子的4p轨道上有3个未成对电子,X元素原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p3,处于第四周期第ⅤA族,故X为As元素;Y元素原子的最外层2p轨道上有2个未成对电子,Y的2p轨道上有2或4个电子,所以Y为碳元素或氧元素,X跟Y可形成化合物X2Y3,故Y为氧元素;X、Y和Z三种元素的原子序数之和等于42,则Z的原子序数为42-8-33=1,则Z为氢元素,氢原子可以形成负一价离子。X为As,As元素基态原子的电子排布式为[Ar]3d104s24p3,故A错误;As元素是第四周期第ⅤA族元素,故B正确;Y为O元素,基态O原子的电子排布图为,故C错误;H2能在O2中燃烧,故D错误。
7.答案 (1)C或O (2)Na、Al、Cl (3)9 哑铃 (4)3 (5)3d104s1
解析 (1)A元素基态原子次外层有2个电子,最外层有2个未成对电子,核外电子排布式可能为1s22s22p2或1s22s22p4,其元素符号可能是C或O。
(2)基态Cu原子未成对电子数是1,第3周期元素基态原子未成对电子数是1的有Na、Al、Cl。
(3)基态S原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p4,共有1+1+3+1+3=9种空间运动状态不同的电子;其能量最高的电子占据3p轨道,其电子云轮廓图为哑铃形。
(4)C元素基态的正三价离子的3d轨道为半充满结构,则其正三价离子的价层电子排布式为3d5,最高能层上的电子排布式为3s23p63d5,不同能级上电子能量不同,共3种能量不同的电子。
(5)D元素基态原子的M层全充满,N层有电子但没有成对电子,该基态原子的价层电子排布式为3d104s1。
11第一章 原子结构与性质
第一节 原子结构
第1课时 能层与能级 基态与激发态 原子光谱
基础过关练
题组一 能层与能级
1.(教材习题改编)下列各能层中包含f能级的是( )
A.N B.M C.L D.K
2.下列能级符号不正确的是( )
A.2d B.3p C.3d D.4s
3.(易错题)下列说法中,正确的是( )
A.p能级能量一定比s能级的能量高
B.2p、3p、4p能级最多容纳的电子数依次增多
C.同一原子中,1s、2s、3s电子的能量逐渐增大
D.基态Ca原子第四能层最多容纳2个电子
4.下列有关能层和能级的叙述中正确的是( )
A.M能层有3s、3p共2个能级
B.3d能级最多容纳10个电子,3f能级最多容纳14个电子
C.无论哪一能层的s能级最多容纳的电子数均为2
D.任何能层都有s、p能级,但不一定有d能级
5.下列基态粒子中,各能层电子数均达到2n2的是 ( )
A.Ne、Ar B.F-、Mg2+
C.Al、O2- D.Cl-、Ar
6.硼原子受α粒子(He-4原子核)轰击可得碳原子和氕HeH,其中硼原子、碳原子核外L能层中运动的电子数目之比为( )
A.1∶1 B.2∶5 C.3∶4 D.5∶6
题组二 基态与激发态 原子光谱
7.电子跃迁伴随着能量的释放或吸收。下列与电子跃迁无关的是( )
A.成都大运会燃放的焰火
B.铜丝可以导电
C.装饰建筑夜景的LED灯光
D.从太阳光谱中发现氦
8.下列有关光谱的说法中不正确的是( )
A.基态碳原子比激发态碳原子稳定
B.五彩霓虹灯是形成的发射光谱
C.原子光谱可用于鉴定和发现元素
D.原子中的电子在从激发态向基态跃迁时才能产生原子光谱
9.回答下列问题:
(1)Ag的焰色与铁相似,接近无色,下列有关焰色试验原理的分析正确的是 (填字母)。
A.电子从基态跃迁到能量较高的激发态
B.电子从能量较高的激发态跃迁回基态
C.焰色试验的光谱属于吸收光谱
D.焰色试验的光谱属于发射光谱
(2)光照使催化剂的电子被激发。该过程形成的原子光谱为 (填“吸收”或“发射”)光谱。
(3)NaBH4中硼原子在成键时,能将一个2s电子激发进入2p能级参与形成化学键,该过程形成的原子光谱为 (填“吸收”或“发射”)光谱。
能力提升练
题组一 能层、能级及核外电子排布
1.下列说法错误的是( )
A.4d能级最多容纳8个e-
B.基态Mg原子核外电子占有3个能层、4种能级
C.K、L、M能层中均包含s能级
D.3s能级的能量比2p能级的能量高
2.下列说法错误的是( )
A.是钾原子激发态的核外电子排布
B.氢原子只有一个电子,但其有多条谱线
C.钠原子的核外有11个电子
D.电子由低能级跃迁至较高能级时发生化学变化
3.下列说法正确的是( )
A.各能层含有的能级数为n-1
B.各能层含有的电子数为2n2
C.P能层有6个能级
D.Ar与S2-的核外电子排布相同,则两粒子3p能级上的电子离核的距离相同
4.多电子原子中,电子从K能层能级上跃迁到L能层能级上,产生光谱线的条数是( )
A.1 B.2 C.3 D.4
题组二 原子结构在元素推断中的应用
5.(经典题)A原子的结构示意图为,则X、Y不可能的组合是 ( )
A.18、8 B.20、8
C.25、13 D.30、18
6.某化合物(结构如图所示)由X、Y、Z、Q、W五种短周期元素组成,X、Q、Y为同周期且相邻的元素;Y的某种单质可用于饮用水的杀菌消毒;Z与W位于另外两个周期。下列说法正确的是( )
A.W的单质不溶于XW2
B.X、Q、Y的原子半径依次增大
C.Y、Z、Q三种元素能形成离子化合物
D.WY2易溶于水,且与水化合生成一种强酸
7.(1)已知短周期元素A、B,A元素原子的最外层电子数为a,次外层电子数为b;B元素原子的M层电子数为a-b,L层电子数为a+b,则A为 (填元素符号,下同),B为 。
(2)已知X元素原子的L层比Y元素原子的L层少3个电子,Y元素原子的核外电子总数比X元素原子多5,则X、Y分别为 、 。
8.有两种气态单质Am和Bn,已知2.4gAm和2.1gBn所含的原子个数相等,而分子数之比为2∶3。A和B的原子核内质子数都等于中子数,A原子L层电子数是K层的3倍。
(1)A、B的元素符号分别为 。
(2)Am中的m值为 。
(3)B的能层数为 。
(4)A、B形成的一种化合物与水反应能生成另一种由A、B形成的气态化合物。写出该反应的化学方程式: 。
答案与分层梯度式解析
第一章 原子结构与性质
第一节 原子结构
第1课时 能层与能级 基态与
激发态 原子光谱
基础过关练
1.A 从第四能层开始出现f能级。
2.A L能层只有2s、2p能级,A错误。
3.C 2p能级的能量小于3s能级,A错误;p能级最多容纳的电子数都为6,B错误;同一原子中,1s、2s、3s电子的能量逐渐增大,C正确;第四能层最多容纳2×42=32个电子,D错误。
易错分析
本题容易根据基态Ca原子第四能层填充了2个电子而错选D项,实际上第四能层最多容纳32个电子。
4.C M能层有3s、3p、3d三个能级,A错误;没有3f能级,从第四能层开始有f能级,f能级最多容纳14个电子,B错误;s能级最多容纳2个电子,C正确;K能层只有s能级,不含p能级,D错误。
5.B Ar、Al、Cl-的M层上电子数都小于18,均不符合题意,故选B。
6.CC的原子核外电子数分别为5和6,L能层中运动的电子数目分别为3、4,则数目之比为3∶4,C正确。
7.B 燃放的焰火、LED灯发光、从太阳光谱中发现氦都与电子跃迁有关;铜丝可以导电是因为自由电子的定向移动,与电子跃迁无关,B符合题意。
8.D
9.答案 (1)BD (2)吸收 (3)吸收
解析 (1)焰色试验是电子从能量较高的激发态跃迁回基态,释放能量形成发射光谱。
(2)光照使催化剂的电子被激发,该过程吸收能量,形成吸收光谱。
(3)B原子一个2s电子激发进入2p能级,表示由基态原子变为激发态原子,该过程需要吸收能量,形成的是吸收光谱。
能力提升练
1.A 4d能级最多容纳10个e-,A错误;Mg原子的核外电子排布为,B、C、D正确。
方法规律
判断微粒能层、能级上的电子时,可以借助原子结构示意图分析。
2.D ,A正确;氢原子核外只有一个电子,它的激发态有多种,当电子跃迁回较低能级时释放能量,有多条不同的谱线,B正确;Na原子核外有11个电子,C正确;原子中的电子吸收一定的能量后,由低能级跃迁至较高能级时为物理变化,D错误。
3.C 各能层含有的能级数与能层序数相同,A错误;各能层最多容纳的电子数为2n2,B错误;第六能层的符号是P,有6个能级,C正确;Ar与S2-的核电荷数不同,粒子半径不同,原子核对外层电子的吸引力不同,则3p能级上的电子离核的距离不同,D错误。
4.B
5.A
代入各项中数据验证,可知A符合题意。
6.C
硫单质易溶于CS2,A错误;同周期主族元素从左到右原子半径减小,则原子半径:X(C)>Q(N)>Y(O),B错误;O、H、N三种元素能形成离子化合物,如NH4NO3,C正确;WY2是SO2,易溶于水,与水化合生成的H2SO3是一种弱酸,D错误。
7.答案 (1)O Si (2)N Mg
解析 (1)短周期元素的原子最多有三个电子层(K、L、M),则A元素原子的次外层可能为K层或L层,b可能是2或8,又因为B元素原子的M层电子数为a-b,L层电子数为a+b,而L层最多容纳8个电子且a-b>0,所以b等于2,由a+b=8,得a=6。故A元素原子的核外电子排布情况为K层有2个电子,L层有6个电子,则A为O;B元素原子的核外电子排布情况为K层有2个电子,L层有8个电子,M层有4个电子,则B为Si。(2)根据题意,Y元素原子的核外电子总数比X元素原子多5,而Y元素原子的L层电子比X元素原子的L层电子多3个,故Y元素原子的最外层是M层。L层为次外层时只能排8个电子,则X元素原子的L层有5个电子,其原子核外电子数为2+5=7,故X为N;Y元素原子核外电子数为7+5=12,故Y为Mg。
8.答案 (1)O、N (2)3 (3)2 (4)3NO2+H2O2HNO3+NO
解析 由A原子L层电子数是K层的3倍,可知A为O。设B的相对原子质量为y,则,y=14,故B为N。根据题意,可知=2∶3,则m∶n=3∶2,故Am为O3,Bn为N2。
10(共35张PPT)
1.能层
核外电子按能量不同分成能层,电子的能层由内向外分别用符
号K、L、M、N、O、P、Q表示,能层越高,电子的能量越高。
2.能级
同一能层的电子,还被分成不同能级。分别用相应能层的序数和字母s、p、d、f等表示。
3.不同能层、能级所能容纳的最多电子数(详见定点1)
第一章 原子结构与性质
必备知识 清单破
知识点 1 能层与能级
第一节 原子结构
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叫做基态原子。
(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。
2.光谱与光谱分析
(1)原子光谱
①含义: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成因与分类
知识点 2 基态与激发态 原子光谱
(2)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。
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。其示意图如下:
知识点 3 构造原理与电子排布式
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,并按照能层由低到高的顺序排
列的式子。
(2)表示方法
以基态钾原子为例,如图:
3.不同能层或能级上的电子能量的高低(详见定点1)
1.电子云
(1)电子云概念
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。
(2)电子云轮廓图
把电子在原子核外空间出现概率为90%的空间圈出来的图形。s能级的电子云轮廓图是
球形的,p能级的电子云轮廓图是哑铃形的。
2.原子轨道
(1)概念
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。
知识点 4 电子云与原子轨道
(2)形状
①s轨道呈球形,能层序数越大,原子轨道的半径越大。
②p轨道呈哑铃形,无论2p、3p还是4p都有3个相互垂直的原子轨道。
(3)各能级所含有的原子轨道数
能级 ns np nd nf ……
原子轨道数 1 3 5 7 ……
3.核外电子的运动状态
(1)原子核外不同运动状态的电子数等于核外电子数。
(2)原子核外不同空间运动状态的电子数等于电子所在的轨道数。
如基态O原子:1s22s22p4
1.电子自旋与泡利原理
(1)电子自旋
电子除空间运动状态外,还有一种状态叫做自旋。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,常用上下箭头(↑和↓)表示自旋相反的电子。
(2)泡利原理(也称泡利不相容原理)
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)轨道表示式(又称电子排布图)
在轨道表示式中,用方框(或圆圈)表示原子轨道,能量相同的原子轨道(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)。
知识点 5 泡利原理、洪特规则、能量最低原理
(2)表示方法
轨道表示式中各符号、数字的意义如下(以基态铝原子为例):
特别提醒 通常应在方框下方或上方标记能级符号。有时画出的能级上下错落,以表达能量
高低不同。
3.洪特规则
基态原子中,当电子填入简并轨道时,总是优先单独占据一个轨道,而且自旋平行,称为洪特规
则。如2p轨道上有3个电子时的排布图为 ,不能表示为 。洪特规则不
仅适用于基态原子,也适用于基态离子。
知识拓展 当同一能级上的电子排布为全充满(如p6、d10、f14)、半充满(如p3、d5、f7)或全空
状态(如p0、d0、f0)时,原子具有较低的能量和较强的稳定性。例如,铬(24Cr)的价层电子排布
式是3d54s1(3d能级为半充满),而不是3d44s2;铜(29Cu)的价层电子排布式是3d104s1(3d能级为全充
满),而不是3d94s2。
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。
1.同一原子或其简单离子中,存在运动状态完全相同的电子,这种说法正确吗
根据泡利原理,同一原子轨道中的两个电子自旋相反,故同一原子或其简单离子中,
不存在运动状态完全相同的电子。
2.基态原子的最外层电子排布式为ns1(n≥4)的原子,其(n-1)d轨道上一定没有电子,这种说法
正确吗
对于主族元素而言,ns轨道电子没有充满,其(n-1)d轨道上一定没有电子,但过渡元素中
存在(n-1)dxns1的情况,如24号元素Cr的价层电子排布式为3d54s1。
3.价层电子就是最外层电子,这种说法正确吗
对于主族元素,最外层电子为价层电子;对于副族元素,部分能量高的次外层电子参与
成键,即次外层部分电子与最外层电子均属于价层电子。
知识辨析 判断正误，正确的画“ √” ，错误的画“ ” 。
提示
提示
提示
( )
( )
( )
4.电子排布式的书写顺序与核外电子填充能级的顺序一定相同,这种说法正确吗
电子排布式按能层和能级由低到高的顺序书写,而核外电子填充能级的顺序遵循构造
原理。
5.Fe3+的稳定性强于Fe2+,这种说法正确吗
基态铁原子的价层电子排布式为3d64s2,失去4s能级上的2个电子后变成Fe2+,Fe2+的价层
电子排布式为3d6,而Fe3+的价层电子排布式为3d5,3d能级为半充满稳定结构。
提示
提示
( )
( )
√
1.不同能层所能容纳的最多电子数
关键能力 定点破
定点 1 电不同能层、能级所能容纳的最多电子数及电子能量的高低
能层 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 …… …… ……
轨道数 1 1 3 1 3 5 1 3 5 7 1 …… …… ……
容纳的最多电
子数 2 8 18 32 50 72 98
归纳总结 (1)能层与能级类似楼层与楼梯之间的关系,就好比能层是楼层,能级是楼梯的阶
梯,如图所示。任一能层的能级总是从s能级开始,能级数=该能层序数,即第一能层只有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)能级的字母代号总是按s、p、d、f……排序的,字母前的数字是它们所处的能层序数,它
们可容纳的最多电子数依次为自然数中的奇数序列1、3、5、7……的2倍。一个能层最多
可容纳的电子数=2n2(n为能层序数)。
(3)字母代号相同的不同能级中所能容纳的最多电子数相同。例如,1s、2s、3s、4s……能级
最多都只能容纳2个电子。
2.能层或能级上的电子能量的高低
典例 下列说法正确的是 ( )
A.第三能层有3s、3p两个能级
B.在基态多电子原子中,p轨道电子能量一定高于s轨道电子能量
C.第三能层最多容纳8个电子
D.无论哪一能层的p能级最多容纳的电子数均为6
解析 第三能层有3s、3p、3d三个能级,A错误;同一能层中,p轨道电子能量一定比s轨道电子
能量高,但能层较高的s轨道电子能量则比能层低的p轨道电子能量高,B错误;每个能层最多
可容纳的电子数是2n2(n为能层序数),第三能层最多容纳18个电子,C错误;p能级最多可容纳
的电子数为6,D正确。
答案 D
1.构造原理
(1)能级交错:由构造原理可知,核外电子排布的能级顺序为1s、2s、2p、3s、3p、4s、3d、
4p、5s、4d、5p、6s、4f、5d、6p、7s……从中可以看出,从第三能层开始,各能级不完全遵
循能层顺序,产生了能级交错现象。
(2)用构造原理解释基态原子核外最外层和次外层电子的排布问题
①基态原子最外层电子数不超过8个
当ns和np轨道全充满时(共4个轨道,最多容纳8个电子),由于能级交错,多余电子不是填
入nd轨道,而是首先形成新电子层,填入(n+1)s轨道中,因此最外层电子数不可能超过8个。
②基态原子次外层电子数不超过18个
若最外层是第n层,次外层就是第(n-1)层。由于电子填充顺序为np→(n+1)s→(n-1)f,在第(n+1)
定点 2 构造原理与核外电子的排布
层出现前,次外层只有(n-1)s、(n-1)p、(n-1)d上有电子,这三个能级共有9个轨道,最多可容纳1
8个电子,因此次外层电子数不超过18个。例如,某原子最外层是第五层,次外层就是第四层,
由于电子填充顺序为5p→6s→4f,在第六层出现之前,次外层(第四层)只有4s、4p和4d轨道上
有电子,这三个能级共有9个轨道,最多可容纳18个电子,也就是次外层电子数不超过18个。
2.基态粒子核外电子排布
(1)基态原子的电子排布式
书写原则 举例
1~20 号元 素的 原子 按照构造原理电子依次填充
到各能级中 6C:1s22s22p2
10Ne:1s22s22p6
17Cl:1s22s22p63s23p5
19K:1s22s22p63s23p64s1
20号 之后 元素 的原 子 先根据构造原理填充,然后将
同一能层的能级排到一起 26Fe:先按构造原理填充为1s2
2s22p63s23p64s23d6,然后将同
一能层的能级排到一起,即26
Fe的核外电子排布式为1s22s2
2p63s23p63d64s2
特殊 原子 满足半充满、全充满稳定结
构 24Cr:1s22s22p63s23p63d54s1(3d
能级半充满,稳定)
29Cu:1s22s22p63s23p63d104s1(3d
能级全充满,稳定)
(2)基态离子的电子排布式
先写出基态原子的电子排布式,再根据得失电子情况进行调整,如:
基态过渡金属原子失去电子转化为简单阳离子时,一般先失去ns轨道电子,再失去(n-1)d
轨道电子,如Fe2+的价层电子排布式为3d6。
(3)简化电子排布式
为了方便,电子排布式中达到稀有气体元素原子电子层结构的部分可用相应的稀有气体元素
符号外加方括号来表示。例如,Ca:1s22s22p63s23p64s2,其中1s22s22p63s23p6写作[Ar],4s2为价层电
子排布式,故Ca的电子排布式可表示为[Ar]4s2。
3.书写电子排布式的注意事项
(1)电子的填充顺序:先根据构造原理上的能级顺序依次写出能级符号,然后依据每个能级最
多可容纳的电子数,填满一个能级再填下一个能级。
(2)能级的书写顺序:按照能层序数由小到大的顺序书写。当出现d轨道时,电子按ns、(n-1)d、
np的顺序填充,但在书写电子排布式时,要把(n-1)d写在ns的前面,如Mn:1s22s22p63s23p63d54s2,而
不能写成1s22s22p63s23p64s23d5。
典例 X、Z、Q、R、U分别代表原子序数依次增大的短周期元素。X和R属同族元素;Z和
U位于第ⅦA族;X和Z可形成化合物XZ4;Q基态原子的s轨道和p轨道的电子总数相等。
请回答下列问题:
(1)R基态原子的电子排布式是 。
(2)基态Q2+核外电子排布式是 。
(3)U基态原子最外层电子排布式是 。
思路点拨 先推断出元素,再根据相关规则写出电子排布式。
解析 由题给信息可知,X、Z、Q、R、U分别为C、F、Mg、Si、Cl元素。
(1)R(Si)元素原子核外有14个电子,其基态原子按1s、2s、2p、3s、3p顺序填充电子,故其核
外电子排布式为1s22s22p63s23p2或[Ne]3s23p2。
(2)Q(Mg)元素原子核外有12个电子,其基态原子按1s、2s、2p、3s顺序填充电子,故Mg基态
原子的核外电子排布式为1s22s22p63s2或[Ne]3s2。基态Mg原子失去3s轨道上的2个电子,形成
基态Mg2+,故基态Mg2+的核外电子排布式为1s22s22p6。
(3)U(Cl)元素原子核外有17个电子,其基态原子按1s、2s、2p、3s、3p顺序填充电子,则Cl基
态原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p5或[Ne]3s23p5,从而推知其基态原子最外层电子排
布式为3s23p5。
答案 (1)1s22s22p63s23p2或[Ne]3s23p2
(2)1s22s22p6
(3)3s23p5
原子核外电子的排布遵循能量最低原理、泡利原理(又叫做泡利不相容原理)和洪特规
则。常见的表示方法如下:
定点 3 原子核外电子排布的表示方法
原子(离子)结构示意图 含义 将每个电子层上的电子总数表示在原子核外的图示
意义 能直观地反映核内的质子数和核外的电子层数及各电子层上的电子数
实例 Al: S2-:
电子排布式 含义 用核外电子分布的能级及各能级上的电子数来表示电子排布的式子
意义 能直观地反映核外电子的能层、能级和各能级上的电子数
实例 K:1s22s22p63s23p64s1
简化电子排布式 含义 把电子排布式中达到稀有气体元素原子电子层结构的部分以相应稀有气体的元素符号外加方括号表示
意义 避免电子排布式书写过于复杂
实例 K:[Ar]4s1
价层电子排布式 价层电子 对于主族元素,价层电子即最外层电子;对于副族元素,部分次外层电子与最外层电子统称价层电子
意义 能直观地反映基态原子的电子层数、参与成键的电子数
实例 Al:3s23p1
轨道表示式(电子排布图) 含义 每个原子轨道用1个方框(或圆圈)表示,在方框(或圆圈)内用箭头表示电子及其自旋状态
意义 能直观地反映电子的分布情况及电子的自旋状态
实例 O:
典例 A、B、C、D、E代表前四周期的五种元素,原子序数依次增大。请填空:
(1)A元素基态原子的最外层有3个未成对电子,次外层有2个电子,其电子排布图为
。
(2)B元素的负一价离子的电子层结构与氩原子相同,B的离子的结构示意图为 。
(3)C元素的正三价离子的3d能级为半充满状态,C的元素符号为 ,其基态原子的价层
电子排布式为 。
(4)D元素基态原子的M层全充满,N层没有成对电子,只有一个未成对电子,D的元素符号为
。其基态原子的电子排布式为 。
(5)E元素基态原子中没有未成对电子,B、E可形成化合物EB2。E原子的价层电子排布式是
。
思路点拨 推断元素时应注意泡利原理和洪特规则的应用,如:“A元素基态原子的最外层有
3个未成对电子,次外层有2个电子”说明A元素原子有2个能层,根据洪特规则判断,A原子的
最外层电子排布式为2s22p3,A元素为氮元素。
解析 (1)基态原子的最外层有3个未成对电子,次外层有2个电子的原子对应的元素为氮元
素,其电子排布图为 。
(2)因为B-的电子层结构与氩原子相同,即核外电子数相同,所以B元素的质子数为18-1=17,则
B-为Cl-,其结构示意图为 。
(3)C元素的正三价离子的3d能级为半充满状态,C的元素符号为Fe,其基态原子的价层电子排
布式为3d64s2。
(4)D元素基态原子的M层全充满,N层没有成对电子,只有一个未成对电子,则D为Cu,其基态
原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s1或[Ar]3d104s1。
(5)E元素基态原子中没有未成对电子,B、E可形成化合物EB2,且E的原子序数在五种元素中
最大,因此E元素为Zn,其价层电子排布式为3d104s2。
答案 (1)
(2)
(3)Fe 3d64s2
(4)Cu 1s22s22p63s23p63d104s1或[Ar]3d104s1
(5)3d104s2
