专题2 原子结构与元素性质
第一单元 原子核外电子的运动
第1课时 人类对原子结构的认识 原子核外电子的运动特征
基础过关练
题组一 人类对原子结构的认识
1.“非半弗斫,则不动,说在端”,“端”就是构成物质的最小微粒。下列有关原子的说法正确的是( )
A.原子均是由质子、中子、电子构成的
B.卢瑟福的核式原子结构模型很好地解释了氢原子光谱为线状光谱的事实
C.利用玻尔原子结构模型可以较好地解释有外加磁场时氢原子光谱有多条谱线
D.原子是化学变化中的最小粒子
2.下列关于人类对原子结构的认识正确的是( )
A.玻尔原子结构模型能够成功地解释各种原子光谱
B.卢瑟福提出了原子结构的有核模型,认为原子核显电中性
C.利用玻尔原子结构模型可以较好地解释氢原子光谱为线状光谱的事实
D.道尔顿发现了电子,据此提出“葡萄干面包式”原子结构模型
题组二 核外电子的运动状态与电子云
3.(易错题)下列关于氢原子电子云的说法正确的是( )
A.通常用小点来表示电子的多少,小点密度大,电子数目多
B.小点密度大,单位体积内电子出现的机会大
C.通常用小点来表示电子绕核做高速圆周运动
D.其轮廓图为圆形
4.(经典题)按照量子力学对原子核外电子运动状态的描述,下列说法不正确的是( )
A.原子的核外电子处于能量最低的状态称为基态
B.在一个原子中,不可能出现运动状态完全相同的两个电子
C.原子的量子力学模型是根据量子力学理论和原子光谱建构的原子模型
D.电子云图中点密集的地方表示电子在此处单位体积内出现的数量多
题组三 电子层与原子轨道类型
5.下列叙述正确的是( )
A.s、p、d能级所具有的原子轨道数分别为1、5、7
B.各电子层的能级都是从s能级开始到f能级结束
C.同是s能级,在不同的电子层中所含原子轨道数是不相同的
D.用n表示电子层数,各电子层含有的原子轨道数为n2
6.下列说法错误的是( )
A.f轨道有7个原子轨道
B.np轨道有3个相互垂直的原子轨道,且能量相等
C.基态原子的核外电子填充在5个轨道中的元素有2种
D.从空间角度看,2s轨道比1s轨道大,其空间包含了1s轨道
能力提升练
题组一 原子轨道
1.下列说法正确的是( )
A.L层含有2s、2p和2d三种原子轨道
B.原子中s轨道的电子云轮廓都为球形
C.原子中3d2表示3d轨道的轨道数为2
D.处于同一电子层的电子能量一定相同
2.下列说法正确的是( )
A.第三电子层有s、p共2种轨道
B.3d轨道最多容纳5个电子
C.第二电子层最多容纳18个电子
D.无论是哪一电子层的s轨道,最多容纳的电子数均为2
3.下列说法正确的是( )
A.3d、4d、5d轨道最多所能容纳的电子数相同,它们所具有的能量也相同
B.p轨道能量一定比s轨道的能量高
C.同一电子层各轨道之间的能量差较小,而不同电子层各轨道之间的能量差较大
D.第n电子层共有n个能级,2n2个原子轨道
4.下列说法中,正确的是( )
A.原子轨道能量:2p>3s
B.2p、3p、4p能级的轨道数依次增多
C.在无外磁场的条件下,处于同一能级的原子轨道能量相同
D.2px、2py、2pz轨道相互垂直,且能量不相等
题组二 原子核外电子运动状态的描述
5.下列说法错误的是( )
A.同一原子中,1s、2s、3s电子的能量逐渐升高
B.霓虹灯能发出五颜六色的光,其发光机理与氢原子光谱形成的机理基本相同
C.2p和3p轨道在三维空间分布的图形均为纺锤形
D.电子云示意图中的每个小点都表示一个电子
6.下列叙述正确的是( )
A.p能级的px、py、pz轨道相互垂直,其能量大小关系为px
B.同一原子中,2s电子能量比1s电子能量高,2s电子总是在比1s电子离核更远的地方运动
C.1s、2s、3s、4s电子云示意图形状相同,但大小不同
D.电子只能在电子云示意图的范围内运动
7.下列关于原子结构、原子轨道的说法正确的是( )
A.N层中有4s、4p、4d、4f四个能级,共16个原子轨道,最多可容纳32种不同运动状态的电子
B.在K层中,有自旋相反的两种原子轨道
C.s电子绕核运动,其轨道为球形,而p电子在哑铃形曲面上运动
D.不同原子的1s能级能量相同
8.按要求填空:
(1)基态Si原子中,电子占据的能量最高的电子层符号为 ,该电子层具有的原子轨道数为 ,具有的电子数为 。
(2)基态N原子中,核外电子占据 个电子层, 个原子轨道,其电子共有 种运动状态;电子占据的能量最高的原子轨道的形状为 。
答案与分层梯度式解析
专题2 原子结构与元素性质
第一单元 原子核外电子的运动
第1课时 人类对原子结构的认识原子核外电子的运动特征
基础过关练
1.D 1H中不含中子,A项错误;玻尔原子结构模型很好地解释了氢原子光谱是线状光谱的事实,B项错误;玻尔原子结构模型不能解释有外加磁场时氢原子光谱有多条谱线,C项错误;原子是化学变化中的最小粒子,D项正确。
2.C 玻尔原子结构模型存在很大的局限性,无法解释氢原子线状光谱的精细结构,也无法解释多电子原子的光谱,A项错误;卢瑟福提出了原子结构的有核模型,原子是由原子核和核外电子构成的,原子核带正电,电子带负电,B项错误;玻尔于1913年提出的原子结构模型较好地解释了氢原子线状光谱的特征,C项正确;汤姆生发现了电子,在此基础上提出“葡萄干面包式”原子结构模型,D项错误。
总结归纳 原子结构模型的演变
3.B 小点的疏密表示电子出现的机会大小,不表示电子数目的多少,小点密度大,电子出现的概率大,故A错误,B正确;小点表示电子在核外空间区域出现的机会,不代表电子的运动轨迹,故C错误;氢原子的电子云轮廓图为球形,故D错误。
4.D 基态原子是处于最低能量状态的原子,A正确;1个原子中所有电子的运动状态都不同,在一个原子中,不可能出现运动状态完全相同的两个电子,B正确;原子的量子力学模型是根据量子力学理论和原子光谱建构的原子模型,C正确;电子云图中点密集的地方表示电子在原子核外该处空间出现的概率大,D错误。
5.D s、p、d能级具有的原子轨道数分别为1、3、5,A项错误;各电子层的能级都是从s能级开始,但是不一定到f能级结束,如K层只有s能级,L层只有s、p能级,B项错误;s能级的原子轨道数为1,不同电子层所含的s能级的原子轨道数是相同的,C项错误;用n表示电子层数,各电子层含有的原子轨道数为n2,D项正确。
6.C s、p、d、f轨道具有的原子轨道数分别为1、3、5、7,A正确;p轨道在空间有px、py、pz3个相互垂直的原子轨道,且npx、npy、npz能量相等,B正确;基态原子的核外电子填充在5个轨道,则该基态原子的核外电子排布式为1s22s22p3~6,一共有4种,C错误;s轨道是球形对称的,2s轨道的半径大于1s轨道,因此从空间上看,2s轨道空间包含了1s轨道,D正确。
能力提升练
1.B L层含有2s、2p两种原子轨道,不存在2d轨道,A错误;s轨道的电子云轮廓都为球形,B正确;d轨道有5个伸展方向,3d2表示3d轨道上有两个电子,C错误;处于同一电子层的电子,若处于不同的能级,其能量不相同,D错误。
2.D 第三电子层有s、p、d共3种轨道,故A错误。d轨道最多容纳的电子数为10,故B错误,D正确。每一电子层最多容纳的电子数为2n2,第二电子层最多容纳8个电子,故C错误。
3.C 3d、4d、5d轨道最多所能容纳的电子数相同,均为10,但它们所具有的能量不同,能量大小关系为3d<4d<5d,A错误;相同电子层的p轨道能量一定比s轨道的能量高,但不同电子层的p轨道能量可能比s轨道的能量低,如2p轨道能量比3s轨道能量低,B错误;不同电子层轨道能量差距大,同电子层内轨道能量差距小,C正确;第n电子层共有n个能级,n2个原子轨道,D错误。
4.C 原子轨道能量:3s>2p,A项错误;各p能级的轨道数目都为3,B项错误;在无外磁场的条件下,处于同一能级的原子轨道能量相同,C项正确;2px、2py、2pz轨道相互垂直,能量相等,D项错误。
5.D 同一原子中,1s、2s、3s电子的能量逐渐增大,A正确;霓虹灯能够发出五颜六色的光,其发光机理与氢原子光谱形成机理基本相同,都是电子在不同的、能量量子化的状态之间跃迁导致的,B正确;p轨道在三维空间分布的图形均为纺锤形,C正确;电子云示意图中用小点代表电子在核外空间区域出现的机会,小点的疏密与电子在该区域内出现的机会大小成正比,D错误。
6.C 相同电子层,p能级的px、py、pz轨道相互垂直,且能量相等,A项错误;同一原子中,2s电子比1s电子能量高,2s电子在离核较远的位置出现的概率较1s电子大,B项错误;1s、2s、3s、4s电子云示意图均为球形,但大小不同,C项正确;电子在电子云示意图内出现的概率大,在电子云示意图外区域出现的概率小,D项错误。
7.A N层有4个能级,分别为4s、4p、4d、4f,共有16个原子轨道,每个原子轨道中最多能容纳2个电子,则N层最多可容纳32种不同运动状态的电子,A正确;在K层中只有s轨道,最多可容纳两个自旋相反的电子,B错误;s电子绕核运动,其电子云轮廓为球形,p电子的电子云轮廓呈哑铃形,但并不表示p电子在哑铃形曲面上运动,C错误;不同原子的1s能级能量不同,D错误。
8.答案 (1)M 9 4 (2)2 5 7 哑铃形
解析 (1)基态Si原子核外共有3个电子层,电子占据的能量最高的电子层是M层,该层上有4个电子。M电子层具有1个s轨道、3个p轨道和5个d轨道,共9个原子轨道。
(2)基态N原子核外共有2个电子层,其中1个1s轨道、1个2s轨道、3个2p轨道填充有电子,原子中每个电子的运动状态都不同,即N中电子共有7种运动状态;N原子中电子占据的能量最高的原子轨道是2p轨道,其形状为哑铃形。
9(共25张PPT)
第一单元 原子核外电子的运动
1.卢瑟福原子结构模型
(1)卢瑟福在α粒子的散射实验基础上,提出了原子结构的有核模型。
(2)卢瑟福认为原子的质量主要集中于原子核上,电子在原子核外空间做高速运动。
(3)卢瑟福被称为“原子之父”。
2.玻尔原子结构模型
(1)玻尔原子结构模型
①原子核外电子在一系列稳定的轨道上运动,这些轨道称为原子轨道。核外电子在原子轨道
上运动时,既不放出能量,也不吸收能量。
专题2 原子结构与元素性质
必备知识 清单破
必备知识 清单破
知识点 1 人类对原子结构的认识
②不同的原子轨道具有不同的能量,原子轨道的能量变化是不连续的。
③原子核外电子可以在能量不同的轨道上发生跃迁。
(2)玻尔原子结构模型成功地解释了氢原子光谱是线状光谱的实验事实,阐明了原子光谱源
自核外电子在能量不同的轨道之间跃迁,指出了电子所处的轨道的能量是量子化的。但对于
多电子原子光谱在外磁场存在时的谱线分裂现象还是无法解释。
3.电子云
(1)概念:用小点的疏密来描述电子在原子核外空间出现的机会大小所得到的图形叫做电子云。
(2)含义
①用小点代表电子在核外空间区域出现的机会,用小点的疏密描述电子在原子核外某一区域
出现的机会的大小。
②运动区域离核近,电子出现的机会大;运动区域离核远,电子出现的机会小。
1.电子层
(1)划分依据
划分电子层的依据为电子的能量差异和主要运动区域的不同。
(2)表示
电子层用n表示,原子中由内向外的电子层数n可依次取1、2、3、4、5等正整数,对应的电子
层符号分别为K、L、M、N、O等。
2.原子轨道
(1)含义
量子力学描述电子在原子核外空间运动的主要区域。
知识点 2 原子核外电子的运动特征
(2)表示符号及形状
不同形状的轨道可用s、p、d、f等表示,s轨道呈球形,p轨道呈纺锤形。
(3)伸展方向
s、p、d、f轨道分别有1、3、5、7个伸展方向,例如p轨道包括px、py、pz 3个轨道。
3.自旋
(1)在同一原子轨道上运动的电子有两种不同的自旋状态。
(2)表示方法:通常用“↑”和“↓”表示。
4.原子轨道能量的高低规律
(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)电子层和形状均相同的原子轨道的能量相等,如2px、2py、2pz轨道的能量相等。
1.原子核外电子排布遵循的原理(详见定点2)
知识点 3 原子核外电子的排布
2.原子核外电子排布的轨道能量顺序
特别提醒 从第3电子层开始出现能级交错,如电子先填充4s能级,再填充3d能级。
1.电子排布式
(1)概念:将轨道上所排布的电子数标注在该轨道符号右上角,并按照电子层数从小到大的顺
序排列的式子。为避免电子排布式书写过繁,可以把内层电子已达到稀有气体结构的部分写
成“原子实”,以稀有气体的元素符号外加方括号表示。
(2)表示方法
知识点 4 原子核外电子排布的表示方法
(3)部分原子的电子排布式
①16S:1s22s22p63s23p4;
②20Ca:1s22s22p63s23p64s2;
③26Fe:1s22s22p63s23p63d64s2;
④29Cu:1s22s22p63s23p63d104s1。
上述四种原子的简化电子排布式分别为:
①[Ne]3s23p4;②[Ar]4s2;③[Ar]3d64s2;④[Ar]3d104s1。
2.轨道表示式
(1)表示方法(以基态硅原子为例)
(2)基态氧原子的轨道表示式: 。
3.原子结构示意图
(1)表示方法(以P原子为例)
(2)K原子、Fe原子的结构示意图分别为 、 。
1.电子云中小黑点越密集的地方,表示电子越多。这种说法对吗 ( )
小黑点的疏密程度表示电子在原子核外该区域出现的机会大小。
2.p轨道的能量一定比s轨道的能量大。这种说法对吗 ( )
若电子层数不相同,p轨道的能量可能比s轨道的能量小,如3s>2p。
3.基态24Cr和基态29Cu的电子排布式分别为1s22s22p63s23p63d44s2和1s22s22p63s23p63d94s2。这种
说法对吗 ( )
能量相同的原子轨道,在全充满(d10)、半充满(d5)和全空(d0)状态时,体系的能量较
低。基态24Cr和基态29Cu的电子排布式应为1s22s22p63s23p63d54s1和1s22s22p63s23p63d104s1。
知识辨析 判断正误，正确的画“ √” ，错误的画“ ” 。
提示
提示
提示
关键能力 定点破
定点 1 电子层与原子轨道
1.电子层、次外层、最外层、最内层、内层
在推断题中经常出现与层数有关的概念,理解这些概念是正确推断的关键。为了研究方便,
人们形象地把原子核外电子运动看成分层运动,在原子结构示意图中,按能量高低将核外电
子分为不同的层,并用符号K、L、M、N、O、P……表示相应的层,统称电子层。一个原子
在基态时,电子所占据的电子层数等于该元素在周期表中所处的周期数。倒数第一层,称为
最外层;倒数第二层称为次外层;最内层就是第一层(K层);内层是除最外层外剩下电子层的统
称。以基态铁原子结构示意图 为例:铁原子共有4个电子层,最外层(N层)只有
2个电子,次外层(M层)共有14个电子,最内层(K层)有2个电子,内层共有24个电子。
2.描述核外电子运动状态的参数
电子
层 1 2 3 4 n
原子
轨道
类型 1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p 4d 4f …
原子
轨道
数目 1 1 3 1 3 5 1 3 5 7 n2
4 9 16 3.各电子层包含的原子轨道数和最多容纳的电子数
最多
可容
纳的
电子
数目 2 8 18 32 2n2
4.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)
层出现前,次外层只有(n-1)s、(n-1)p、(n-1)d上有电子,这三个亚层共有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,这三个亚层共有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。
典例 下列说法正确的是 ( )
A.Cu的M层有17个电子
B.在不同的电子层中, p能级最多可容纳的电子数是相同的
C.每个电子层容纳的电子数为2n2(n代表电子层序数)
D.3d能级有5个原子轨道,且电子按3p →3d →4s 的顺序填充
思路点拨 形状相同原子轨道在核外空间有不同的伸展方向,因此s轨道只有1个轨道;p轨道
包括px、py、pz 3个轨道……
解析 Cu的电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s1,其M层为第三层,有2+6+10=18个电子,A错误;
在不同的电子层中,p能级最多可容纳的电子数都为6,B正确;每个电子层最多可容纳的电子
数为2n2,C错误;3d能级有5个原子轨道,且电子按3p→4s→3d的顺序填充,D错误。
答案 B
规律小结 电子层与原子轨道的相关规律
(1)能量规律
对于多电子原子的核外电子,按能量的差异和主要运动区域的不同将其分成不同的电子层;
对于同一电子层里能量不同的电子,又将其分成不同的能级,各电子层中的能级数恰好等于
相应的电子层序数(n)。
(2)数量规律
每一个电子层最多可容纳的电子数为2n2,每一个原子轨道最多容纳2个电子,每一个电子层含
有的原子轨道总数为n2。
(1)能量最低原理:原子核外电子总是尽可能先占据能量低的原子轨道,再依次填充能量较高
的原子轨道。也就是先填1s,填满后填2s,然后填2p,按照原子核外电子排布的轨道能量顺序
依次排布。
(2)泡利不相容原理:每个原子轨道最多容纳两个自旋状态不同的电子。一个原子中不可能
有两个运动状态完全相同的电子。运动状态包括轨道所处电子层、轨道类型、轨道伸展方
向和电子自旋状态。
(3)洪特规则:当基态原子的核外电子排布在能量相同的各个轨道时,总是优先单独占据一个
轨道,而且自旋状态相同,这个规则叫洪特规则。例如:3p3的轨道表示式为 或 ,
而不是 。
(4)洪特规则的特例:能量相同的原子轨道在全空(p0、d0、f0)、半充满(p3、d5、f7)或全充满(p
定点 2 原子核外电子排布遵循的原理
6、d10、f14)时,体系的能量较低,原子处于较稳定的状态。
典例 下列轨道表示式所表示的原子中,正确且其能量处于最低状态的是 。(填序号)
①
②
③
④
⑤
思路点拨 书写轨道表示式时,需要综合考虑“两原理一规则”。
解析 ①不符合能量最低原理;②不符合洪特规则;④不符合能量最低原理。
答案 ③⑤
特别提醒 书写基态原子的轨道表示式时,要兼顾“两原理一规则”,不能顾此失彼,不可出
现以下错误:
①违反泡利不相容原理:如 ;
②违反洪特规则:如 。
原子核外电子的排布遵循能量最低原理、泡利不相容原理和洪特规则。原子核外电子
排布可以用一定的图(式)表示出来。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电子层、能级和各能级上的电子数
实例 K:1s22s22p63s23p64s1
简化电子 排布式 含义 把电子排布式中内层电子达到稀有气体元素原子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
外围电子 排布式 含义 过渡元素原子的电子排布式中符合稀有气体的原子的电子排布的部分剩下的式子或主族、0族元素原子的内层电子排布省略后剩下的式子
意义 能直观地反映基态原子的电子层数、参与成键的电子数以及最外层电子数
实例 Al:3s23p1
轨道表示式 含义 每个原子轨道用1个方框表
示,在方框内用箭头表示电子
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: 专题强化练1 核外电子排布的表示方法
1.23V原子的价电子排布式正确的是( )
A.3s23p1 B.3d64s2
C.3d34s2 D.4s2
2.下列有关化学用语正确的是( )
A.Ca2+的电子排布式为1s22s22p63s23p6
B.NH4Cl的电子式为-
C.氮原子的轨道表示式是
D.15N的原子结构示意图:
3.下列表述正确的是( )
A.基态Cl-的电子排布式:1s22s22p63s23p6
B.HClO的结构式:H—Cl—O
C.s轨道上电子的能量小于p轨道上电子的能量
D.轨道表示式违反了洪特规则
4.已知某元素基态原子的价电子排布式为3d24s2。下列说法正确的是( )
A.该元素原子序数为24
B.该元素基态原子的最外层电子数是4
C.该元素基态原子核外电子占据的轨道数为11
D.该元素基态原子的L层上共有8种不同运动状态的电子
5.化学科学需要借助化学专用语言来描述,下列化学用语的书写正确的是( )
A.基态Mg原子的轨道表示式:
B.某原子的价电子排布式为nsn-1npn+1,则该元素位于元素周期表第三周期第ⅥA族
C.As原子的简化电子排布式为[Ar]4s24p3
D.第四周期元素的基态原子中与Ge的未成对电子数相等的元素共有2种
6.X、Y两种元素可形成X2Y3型化合物,则基态X和Y原子最外层的电子排布式可能是( )
A.X:3s23p1 Y:3s23p5
B.X:2s22p3 Y:2s22p4
C.X:3s23p2 Y:3s23p4
D.X:3s2 Y:2s22p3
7.A、B、C、D都是短周期元素。A的原子核外有两个电子层,最外层已达到饱和。B位于A元素的下一周期,是地壳中含量最多的金属元素。C的离子带有两个单位正电荷,它的核外电子排布与A元素原子相同。D与C位于同一周期,D原子的最外层电子数比A的最外层电子数少1。
(1)根据上述事实判断:A是 ,B是 ,C是 ,D是 (填元素符号)。
(2)基态C2+核外电子排布式为 ;B、C、D的原子半径由大到小的顺序为 (填元素符号)。
(3)D在周期表中的位置是 ,D基态原子的轨道表示式为 。
(4)B的最高价氧化物对应的水化物与NaOH溶液反应的离子方程式为 。
答案与分层梯度式解析
专题强化练1 核外电子排布的表示方法
1.C 23V的原子序数为23,其基态原子的价电子排布式为3d34s2,选C。
2.A Ca2+核外有18个电子,Ca2+的电子排布式为1s22s22p63s23p6,A项正确;NH4Cl的电子式为,B项错误;基态N的轨道表示式是,C项错误;15N的质子数为7,则15N的原子结构示意图为,D项错误。
3.A Cl为17号元素,其原子有三个电子层,电子排布式为1s22s22p63s23p5,基态Cl-的电子排布式为1s22s22p63s23p6,A项正确;HClO的结构式为H—O—Cl,B项错误;处于相同电子层的s轨道上电子的能量小于p轨道上电子的能量,C项错误;每个原子轨道中容纳的两个电子的自旋状态是不同的,违反了泡利不相容原理,D项错误。
4.D 该元素基态原子的价电子排布式为3d24s2,其电子排布式为1s22s22p63s23p63d24s2,该元素的原子序数为22,A错误;该元素基态原子的最外层电子数是2,B错误;电子占据的轨道数为1+1+3+1+3+2+1=12,C错误;由分析可知该元素的基态原子的L层上共有8种不同运动状态的电子,D正确。
5.B Mg原子的轨道表示式为
,A错误;该原子的价电子排布式为nsn-1npn+1,所以n-1=2,n=3,该原子的价电子排布式为3s23p4,为S,位于第三周期第ⅥA族,B正确;As原子的简化电子排布式为[Ar]3d104s24p3,C错误;基态Ge原子的外围电子排布式是4s24p2,基态锗原子有2个未成对电子,除Ge外,第四周期元素的基态原子未成对电子数为2的有Ti、Ni、Se,D错误。
6.B A项,X为Al、Y为Cl,形成AlCl3,A不符合题意;B项,X为N、Y为O,可以形成N2O3,B符合题意;C项,X为Si、Y为S,二者不易形成化合物,C不符合题意;D项,X为Mg、Y为N,二者可以形成Mg3N2,D不符合题意。
7.答案 (1)Ne Al Mg Cl
(2)1s22s22p6 Mg>Al>Cl
(3)第三周期第ⅦA族
(4)Al(OH)3+OH-Al+2H2O
解析 A、B、C、D都是短周期元素。A的原子核外有两个电子层,最外层已达到饱和,则A为Ne元素;B位于A元素的下一周期,是地壳中含量最多的金属元素,则B为Al元素;C的离子带有两个单位正电荷,它的核外电子排布与A元素原子相同,则C为Mg元素;D与C属于同一周期,D原子的最外层电子数比A的最外层电子数少1,即D最外层有7个电子,则D为Cl元素。(1)根据上述分析知A是Ne,B是Al,C是Mg,D是Cl。(2)C2+为Mg2+,基态Mg2+核外电子排布式为1s22s22p6;同周期主族元素从左至右原子半径逐渐减小,则B、C、D的原子半径由大到小的顺序为Mg>Al>Cl。(3)Cl在周期表中的位置为第三周期第ⅦA族,Cl的电子排布式为1s22s22p63s23p5,则基态Cl原子的轨道表示式为。(4)B的最高价氧化物对应的水化物为氢氧化铝,氢氧化铝与NaOH溶液反应生成偏铝酸钠和水,反应的离子方程式为Al(OH)3+OH-Al+2H2O。
5第2课时 原子核外电子的排布
基础过关练
题组一 核外电子的排布原理
1.(经典题)下列符号表述合理的是 ( )
A.4s1 B.2p10 C.2d6 D.3f14
2.下列说法中正确的是( )
A.多电子原子的所有电子在同一区域里运动
B.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
C.处于最低能量状态的原子叫基态原子
D.同一原子中,1s、2s、3s所能容纳的电子数越来越多
3.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.某基态原子外围电子排布式为3d64s2
C.每个原子轨道最多容纳两个自旋状态相同的电子,称为泡利不相容原理
D.原子核外电子的运动遵循构造原理的三大内容:能量最低原理、泡利不相容原理和洪特规则
题组二 电子排布式
4.“鸟巢”使用的钒氮合金钢具有高强度、高性能的特点,23V的外围电子排布式为( )
A.3d5 B.3d34s2 C.3d44s1 D.3d54s2
5.下列粒子中,外围电子排布式为3d5的是( )
A.Fe2+ B.Fe3+ C.Cu2+ D.Cu+
题组三 轨道表示式
6.某同学将氧原子的核外电子轨道表示式写成,违背了( )
A.洪特规则 B.泡利不相容原理
C.能量守恒原理 D.能量最低原理
7.某基态原子的价层电子的轨道表示式为。下列说法正确的是( )
A.s轨道呈圆形
B.核外共有6个电子
C.该原子在反应过程中易得电子
D.该原子的最高能层符号为M
8.(教材习题改编)在核电荷数为26的Fe的外围电子轨道表示式中,处于基态的是( )
A.
B.
C.
D.
题组四 电子跃迁和原子光谱
9.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
10.下列有关光谱的说法中,不正确的是( )
A.原子中的电子在跃迁时会发生能量的变化,能量的表现形式之一是光(辐射),这也是原子光谱产生的原因
B.原子光谱只有发射光谱
C.通过原子光谱可以发现新的元素
D.通过光谱分析可以鉴定某些元素
能力提升练
题组一 原子核外电子排布的表示方法
1.关于原子结构的叙述正确的是( )
A.基态铁原子M层上有8个电子
B.基态铬原子的电子排布式是:1s22s22p63s23p64s13d5
C.基态铜原子的价电子排布式是:3d104s1
D.某基态原子的第4电子层有3个电子,则其第3层有8个电子
2.下列化学用语表示正确的是( )
A.中子数为8的氮原子N
B.基态Cr原子的外围电子轨道表示式:
C.O原子的2s轨道:
D.F-的结构示意图:
3.下列描述原子结构的化学用语正确的是( )
A.基态氧原子的电子排布式:[Ne]2s22p4
B.基态铜原子(29Cu)的价层电子排布式:3d94s2
C.氧原子核外能量最高的原子轨道形状:
D.C的轨道表示式:
4.下列说法不正确的是( )
A.基态碳原子的轨道表示式:
B.基态原子的电子填充在6个轨道中的元素有两种
C.基态铜原子的简化电子排布式表示为[Ar]3d94s2,该说法违反了泡利不相容原理
D.基态钾离子(K+)电子占据的最高能级共有3个原子轨道,其形状是纺锤形
5.电影里早期的盔甲材料用的是军用卫星的金钛合金,而不是一般的钛合金。普通钢材在高空容易结冰,而金钛合金在高空完全不惧怕结冰的问题。回答下列问题:
(1)基态钛原子的核外电子排布式是 。
(2)Sm的外围电子排布式为4f66s2,Sm3+的外围电子排布式为 。
(3)基态铁原子外围电子的轨道表示式为 ;基态Fe3+核外电子排布式为 。
(4)基态锌原子核外电子排布式为 。
(5)氮原子的外围电子轨道表示式为 。
(6)基态Cu与Cu2+中未成对电子数之比为 。
题组二 根据原子结构推断核外电子排布
6.某元素原子质量数为60,中子数为35,其基态原子未成对电子数为 ( )
A.0 B.1 C.5 D.3
7.某元素基态原子外围电子排布式为3d24s2,下列说法正确的是( )
A.该元素原子处于最低能量状态时,原子中共有4个未成对电子
B.该元素基态原子核外有4个电子层填充有电子
C.该元素原子的M层共有8个电子
D.该元素原子的最外层共有4个电子
题组三 利用核外电子的排布推断元素
8.下列各组原子中化学性质一定相似的是( )
A.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
B.原子核外M层上仅有两个电子的X原子与原子核外N层上仅有两个电子的Y原子
C.2p轨道上有一个未成对电子的X原子和3p轨道上有一个未成对电子的Y原子
D.L层上有一个空轨道的原子和M层的p轨道上有一个空轨道的原子
9.下列各组基态原子中,X和Y一定是同一主族元素的是( )
选项 X原子 Y原子
A 1s2 [Ar]4s2
B M层上有1个电子 N层上有1个电子
C 2p轨道上有2个未成对电子 3p轨道上有2个未成对电子
D L层2p轨道上只有一个空轨道 M层3p轨道上只有一个空轨道
10.下列各项原子中,一定不属于同种元素原子的是( )
A.3p能级有一个未成对电子的基态原子和核外电子排布式为1s22s22p63s23p1的原子
B.M层全充满而N层为4s2的原子和核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s2的原子
C.最外层电子数是核外电子总数的的原子和外围电子排布式为3s23p5的原子
D.2p能级有一个空轨道的基态原子和原子的外围电子排布式为2s22p2的原子
11.有A、B、C、D、E5种元素,它们的核电荷数依次增大,且都小于20。其中A为非金属元素,A和E属同一族,它们原子的最外层电子排布式为ns1;B和D也属同一族,它们原子最外层的p能级电子数是s能级电子数的两倍;C原子最外层电子数等于D原子最外层电子数的一半。请回答下列问题:
(1)A是 ,B是 ,C是 ,D是 ,E是 。
(2)由这5种元素组成的一种化合物是 (写化学式)。写出该物质的一种主要用途: 。
(3)写出C元素基态原子的电子排布式: 。
(4)D元素原子的外围电子排布式为 。
12.X、Y、Z、M、Q、R是元素周期表前四周期的元素,且原子序数依次增大,其相关信息如下表所示:
元素 相关信息
X 原子核外有6种不同运动状态的电子
Y 基态原子中s电子总数与p电子总数相同,是一种非金属元素
Z 形成的氧化物和强酸、强碱都可以反应
M 基态原子的最外层p轨道上有两个电子的自旋状态与其他电子的自旋状态不同
Q 前四周期元素原子核外电子排布中未成对电子数最多的元素
R 基态原子核外有7个能级上有电子,且其外围电子数为8
(1)写出元素Q的基态原子的外围电子轨道表示式: 。
(2)X、Y、Z三种元素的原子半径由小到大的顺序是 (用元素符号表示)。
(3)M元素的基态原子中能量最高的电子的电子云在空间有 个伸展方向,原子轨道呈 形。
(4)小范同学写了某基态原子的两个外围电子的表达式,分析其分别违反了什么原理:
①3s13p4: ;
②: 。
答案与分层梯度式解析
第2课时 原子核外电子的排布
基础过关练
1.A p轨道最多能容纳6个电子,2p10不合理,B错误;第二电子层只有s、p轨道,不存在2d轨道,C错误;第三电子层只有s、p、d轨道,不存在3f轨道,D错误。
2.C 原子核外有多个电子时,电子的能量不尽相同,电子不可能都在同一区域里运动,而是分层排布的,A项错误;能量低的电子在离核较近的区域运动,能量高的电子在离核较远的区域运动,B项错误;能量越低越稳定,基态原子的能量最低,C项正确;s轨道最多容纳2个电子,与其所在电子层无关,D项错误。
3.C 根据构造原理知核外电子填充顺序为3p→4s→3d,A项正确;基态铁原子的外围电子排布式为3d64s2,B项正确;每个原子轨道最多容纳两个自旋状态不同的电子,称为泡利不相容原理,C项错误;原子核外电子的运动(也称原子核外电子的排布)遵循构造原理的三大内容:能量最低原理、泡利不相容原理和洪特规则,D项正确。
4.B V的原子序数为23,基态V原子的电子排布式是1s22s22p63s23p63d34s2,V原子的外围电子排布式是3d34s2,选B。
5.B Fe的电子排布式是1s22s22p63s23p63d64s2,则Fe2+的外围电子排布式为3d6,Fe3+的外围电子排布式为3d5,A项错误,B项正确;基态Cu的电子排布式是1s22s22p63s23p63d104s1,则Cu2+的外围电子排布式为3d9,Cu+的外围电子排布式为3d10,C、D项错误。
6.A 洪特规则指出原子核外电子在能量相同的各个轨道上排布时,电子将尽可能分占在不同的原子轨道上,且自旋状态相同,该氧原子的核外电子轨道表示式违背了洪特规则,应为,选A。
7.C s轨道呈球形,A错误;该基态原子的电子排布式为:1s22s22p4,有8个电子,B错误;该原子的价电子数为6,得到2个电子后最外层达到8电子稳定结构,所以该原子在反应过程中易得电子,C正确;该原子的最高能层为L层,D错误。
8.A Fe为26号元素,基态铁原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2,其外围电子轨道表示式为,选A。
9.B 焰火是电子吸收能量后激发到能量较高的轨道,能量较高轨道上的电子会很快以光的形式辐射能量而跃迁回能量较低的轨道,与电子跃迁有关,A项不符合题意;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项符合题意;装饰建筑夜景的LED灯发光是通电后,在电场作用下电子吸收能量后激发到能量较高的轨道,能量较高轨道上的电子会很快以光的形式辐射能量而跃迁回能量较低的轨道,与电子跃迁有关,C项不符合题意;从太阳光谱中发现氦,与电子跃迁有关,D项不符合题意。
10.B 原子光谱有吸收光谱和发射光谱,故B项错误。
能力提升练
1.C 基态铁原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2,M层上有14个电子，A项错误；基态铬原子的电子排布式是:1s22s22p63s23p63d54s1,B项错误;铜为29号元素,基态铜原子的价电子排布式是:3d104s1,C项正确;该基态原子第4层有3个电子,则该原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p1,其第3层有2+6+10=18个电子,D项错误。
2.C 中子数为8的氮原子表示为N,A错误;基态Cr原子的外围电子轨道表示式:,B错误;s轨道为球形,C正确;F-的核电荷数为9,D错误。
3.C O为8号元素,基态氧原子的电子排布式为1s22s22p4,A错误;基态铜原子(29Cu)的价层电子排布式不是3d94s2,而是3d104s1,B错误;氧原子的电子排布式为1s22s22p4,其能量最高的原子轨道为2p轨道,形状为,C正确;C的核外电子排布式为1s22s22p2,轨道表示式为,D错误。
4.C 基态C原子中电子占据3个能级,分别位于1s、2s、2p能级,且每个能级有2个电子,其轨道表示式为
,A正确;s能级中含有1个轨道,p能级含有3个轨道,满足基态原子的核外电子填充在6个轨道中的原子的核外电子排布式有1s22s22p63s1、1s22s22p63s2,分别为Na、Mg,B正确;Cu是29号元素,其基态原子外围电子排布式为3d104s1,[Ar]3d94s2违反了能量最低原理,C错误;基态K+的电子占据的最高能级为3p能级,共有3个原子轨道,其形状为纺锤形,D正确。
5.答案 (1)1s22s22p63s23p63d24s2
(2)4f5
(3) 1s22s22p63s23p63d5或[Ar]3d5
(4)1s22s22p63s23p63d104s2或[Ar]3d104s2
(5)
(6)1∶1
解析 (1)基态钛原子的核外电子排布式是1s22s22p63s23p63d24s2。
(2)Sm的外围电子排布式为4f66s2,失去3个电子变成Sm3+,则Sm3+的外围电子排布式为4f5。
(3)基态铁原子的外围电子轨道表示式为,其核外电子排布式为[Ar]3d64s2,则Fe3+核外电子排布式为[Ar]3d5或1s22s22p63s23p63d5。
(4)Zn为第4周期第ⅡB族元素,Zn的电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s2或[Ar]3d104s2。
(5)氮原子的外围电子轨道表示式为。
(6)基态Cu原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s1,有1个未成对电子;Cu2+的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d9,有1个未成对电子。
6.C 根据质量数=质子数+中子数,可知该原子的质子数为60-35=25,为Mn,基态Mn原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s2,3d能级上的5个电子均为未成对电子,C正确。
7.B 外围电子排布为3d24s2的原子为Ti,该原子中只有3d轨道中的两个电子为未成对电子,A错误;该元素位于第四周期,其基态原子核外有4个电子层填充有电子,B正确;该元素原子M层的电子排布式为3s23p63d2,共有10个电子,C错误;该元素原子的最外层即第四层,只有2个电子,D错误。
8.D 原子核外电子排布式为1s2的原子为He,1s22s2为Be的电子排布式,He与Be的性质不相似,A错误;X原子为Mg,N层上仅有2个电子的原子有多种,如Y可能为Ca、Fe等,X和Y的化学性质不一定相似,B错误;2p轨道上有一个未成对电子的X原子可能是B或F,3p轨道上有一个未成对电子的Y原子可能是Al或Cl,X和Y的化学性质不一定相似,C错误;L层上有一个空轨道的原子的电子排布式为1s22s22p2,是C,M层的p轨道上有一个空轨道的原子的电子排布式为1s22s22p63s23p2,是Si,两者位于同一主族,化学性质相似,D正确。
9.D 电子排布式为1s2的原子对应的元素是He,电子排布式为[Ar]4s2的原子对应的元素为Ca,前者为0族元素,后者为第ⅡA族元素,A不符合题意;M层上有1个电子的原子对应的元素为Na,N层上有1个电子的原子对应的元素可能是K、Cr、Cu,B不符合题意;2p轨道上有2个未成对电子的原子对应的元素可能是C或O,3p轨道上有2个未成对电子的原子对应的元素可能是Si或S,它们可能属于同一主族,也可能不属于同一主族,C不符合题意;L层2p轨道上只有一个空轨道的原子对应的元素为C,M层3p轨道上只有一个空轨道的原子对应的元素为Si,它们属于同一主族,D符合题意。
10.C 3p能级有一个未成对电子的基态原子,该原子3p能级有1个电子或5个电子,核外电子排布式为1s22s22p63s23p1或1s22s22p63s23p5,故A不符合题意;M层全充满而N层为4s2的原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s2,故B不符合题意;外围电子排布式为3s23p5的原子核外有17个电子,最外层电子数是核外电子总数的,故C符合题意;2p能级有一个空轨道的基态原子的2p能级有2个电子,其外围电子排布式为2s22p2,故D不符合题意。
11.答案 (1)H O Al S K(写元素名称也可)
(2)KAl(SO4)2·12H2O 作净水剂
(3)1s22s22p63s23p1
(4)3s23p4
解析 由B和D属同一族,它们原子最外层的p能级电子数是s能级电子数的两倍,可得B、D的最外层电子排布式为ns2np4,结合5种元素的核电荷数依次增大且都小于20,知B为氧元素、D为硫元素;A和E属同一族,它们原子的最外层电子排布式为ns1,且A为非金属元素,E的核电荷数大于D,所以A为氢元素,E为钾元素;C原子最外层电子数等于D原子最外层电子数的一半,且C核电荷数大于B,所以C原子的最外层电子排布式为3s23p1,即C为铝元素。
12.答案 (1)
(2)O(3)3 纺锤
(4)①能量最低原理 ②泡利不相容原理
解析 X原子核外有6种不同运动状态的电子,则X是C元素;基态Y原子中s电子总数与p电子总数相同,则Y原子核外电子排布可能是1s22s22p4或1s22s22p63s2,又因Y为非金属元素,所以Y是O元素;Z形成的氧化物和强酸、强碱都可以反应,则Z是Al元素;M基态原子的最外层p轨道上有两个电子的自旋状态与其他电子的自旋状态不同,则M原子的电子排布式为1s22s22p63s23p5,则M是Cl元素;Q是前四周期元素原子核外电子排布中未成对电子数最多的元素,则Q是Cr元素;基态R原子核外有7个能级上有电子,且其外围电子数为8,则R的电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2,则R是Fe元素。(1)Q是Cr,其电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s1,外围电子轨道表示式为。(2)X是C,Y是O,Z是Al,原子半径由小到大的顺序为:O15