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原子结构与性质
第一章
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。 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。
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。 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。
辨析能层与能级
学习任务1
1.能层
(1)含义:核外电子按能量不同分成能层,电子能层由内向外排序,能层序号一、二、三、四、五、六、七……分别用符号 、 、 、 、 、 、
……表示。
(2)能量关系:能层越高,电子的能量越高,能量的高低顺序为(K)E(N)K
L
M
N
O
P
Q
2.能级
(1)含义:根据多电子原子中同一能层电子 的不同,将它们分成不同能级。
(2)表示方法。
①任一能层的能级总是从s能级开始。
②每一能级用相应能层的序数和字母s、p、d、f……组合起来表示。
[示例] 1s表示 ,2s表示 ,3d表示
;n能层的能级按能量由低到高的排列顺序为
等。
能量
第一能层中的s能级
第二能层中的s能级
第三能层中的d能级
ns、np、nd、nf
3.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 …… …… …… ……
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了电子层。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,这里的能层可比作是楼层,能级可比作是楼层间的台阶。
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:第五能层最多可容纳50个电子,它们分别容纳在5个能级中。5s能级最多容纳2个电子,5p能级最多容纳6个电子,5d能级最多容纳10个电子,5f能级最多容纳 14个电子。
问题3:以s能级为例,不同能层的s能级之间的能量有何关系 同一能层不同能级间的能量有何关系
提示:不同能层的s能级的能量关系为E(1s)能层与能级的数量与能量关系
1.能层就是电子层。
2.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。并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)E(nf)……
如第四能层中E(4s)归纳拓展
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。
6.不同能层中符号相同的能级可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。
归纳拓展
题点一 能层与能级的定义
1.(2024·浙江三锋联盟期中)下列能级符号不正确的是( )
[A] 2d [B] 3p
[C] 4s [D] 6f
A
【解析】 第二电子层(L层)只有2s和2p能级,没有2d能级,故A不正确。
2.下列关于能层和能级的认识正确的是( )
[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
D
【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。
题点二 能层与能级的数量与能量关系
3.下列说法正确的是( )
[A] 同一原子中1s、2s、3s电子能量逐渐减小
[B] 同一原子中2p、3p、4p能级可容纳的最多电子数相同
[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] 3d能级最多容纳5个电子,3f能级最多容纳 7个电子
B
【解析】 能级符号相同,能层越大,电子能量越高,所以1s、2s、3s电子的能量逐渐增大,故A错误;同一原子中,2p、3p、4p可容纳的最多电子数相同,都为6,故B正确;能量低的电子在离核近的区域运动,能量高的电子在离核远的区域运动,故C错误;3d能级最多容纳10个电子,从N能层(第四能层)开始有f能级,最多容纳14个电子,不存在3f能级,故D错误。
4.碘是人体中的重要元素,人体缺碘易患甲状腺肿大,请回答下列问题。
(1)碘在元素周期表中的位置是 。
第五周期第ⅦA族
(2)碘原子有 个能层,分别为 (用相应的符号表示)。
5
K、L、M、N、O
【解析】 (2)能层即电子层,碘原子一共有5个能层,分别是K、L、M、N、O。
(3)碘原子的结构示意图为 ,最外电子层有 个电子,这些电子有 个能级,各个能级所容纳的电子数分别为 。
7
2
2、5
认识基态与激发态、原子光谱
学习任务2
1.基态原子与激发态原子
(1)基态原子:处于 状态的原子。
(2)激发态原子:基态原子 能量,它的电子会跃迁到 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。
最低能量
吸收
较高
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 光谱或 光谱,总称原子光谱。
吸收
发射
(2)原子光谱的成因及分类。
吸收光谱
发射光谱
[示例] 若钠原子的一个电子从1s能级跃迁到3p能级,要 能量,因此可观察到 光谱。
(3)光谱分析:在现代化学中,常利用原子光谱上的 来鉴定元素,称为光谱分析。
吸收
吸收
特征谱线
发现第一种太阳元素——氦
1868年8月18日,科学家在观测日全食时发现太阳的光谱线中有一条黄线,并且是单线。而钠元素的光谱线是双线,因此可以确定这条黄线不是钠元素的光谱线。科学家确认这是一种新元素。这就是在地球上发现的第一种太阳元素——氦。后来,在地球上也发现了氦元素。
探究 产生光谱现象的原因
问题1:科学家发现的太阳中氦元素的光谱属于吸收光谱还是发射光谱
提示:发射光谱。
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
问题3:光谱分析法鉴定元素的原理是什么
提示:一种元素有一种原子光谱,一种原子光谱对应着一种元素,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),所以,可以用光谱分析法鉴定元素。
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.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。
归纳拓展
4.原子光谱的应用
(1)发现新元素:许多元素是通过原子光谱发现的,如铯(1860年)和铷(1861年),其光谱图中有特征的蓝光和红光。又如1868年科学家们通过分析太阳光谱发现了稀有气体氦。
(2)检验元素:焰色试验产生的焰色是电子跃迁的结果,焰色的产生与消失是物理变化,该过程中可能伴随化学变化。
归纳拓展
题点一 基态与激发态
1.下列关于同一原子中的基态和激发态的说法错误的是( )
[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的过程中释放能量
[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
C
【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错误,D正确。
2.基态与激发态
(1)基态原子:处于 状态的原子。
(2)基态原子 ,电子跃迁到 ,变为激发态原子。
(3)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 。
(4) 是电子跃迁释放能量的重要形式。
最低能量
吸收能量
较高能级
释放能量
光(辐射)
题点二 原子光谱
3.电子由3d能级跃迁至4p能级时,可通过光谱仪直接摄取( )
[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
B
【解析】 E(3d)4.(2024·安徽池州期中)燃放烟花是我国人民庆祝重要节日的一种方式,如辛弃疾在《青玉案·元夕》中写道“东风夜放花千树,更吹落、星如雨。”下列关于烟花的说法正确的是( )
[A] 烟花的色彩是原子吸收光能产生的
[B] 烟花的绿色是铜原子核外电子从基态跃迁到激发态所致
[C] 可以通过加入某些金属化合物使烟花绽放特定的颜色
[D] 烟花呈现出各种颜色是化学变化
C
【解析】 烟花的色彩是激发态原子释放光能产生的,A错误;烟花的绿色是铜原子核外电子从激发态跃迁到基态所致,B错误;不同金属焰色不同,可以通过加入某些金属化合物使烟花绽放特定的颜色,C正确;烟花呈现出各种颜色是通过焰色试验实现的,焰色试验是物理变化,D错误。
探究构造原理与电子排布式
学习任务3
1.构造原理
(1)构造原理:以光谱学事实为基础,从氢开始,随 递增,新增电子填入能级的顺序称为构造原理。
核电荷数
即电子所排的能级顺序:1s、2s、2p、3s、3p、4s、 、4p、5s、 、5p、6s、 、 、6p、7s……
3d
4d
4f
5d
能层
能级
电子填
入能级
(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。
[示例] 试解释钾原子结构示意图为 的原因。
提示:由于出现能级交错现象,钾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)含义:将能级上所排布的电子数标注在该能级符号 ,并按照能层从左到右的顺序排列的式子。
(2)表示方法。
右上角
[示例] 书写基态铝原子的电子排布式,并解释各字母、数字代表的意义。
提示:
半导体或芯片是由晶体硅生产的。晶圆片上刻蚀出数以百万甚至上亿的晶体管,通过控制电流来管理数据,形成各种文字、数字、声音、图像和色彩。晶体硅广泛用于集成电路、微波传送、激光转换等领域。
探究 构造原理与电子排布式的书写
问题1:写出基态硅原子的电子排布式及简化的电子排布式,硅元素的原子核外共有多少种不同能级的电子
提示:基态硅原子的电子排布式为1s22s22p63s23p2,简写为[Ne]3s23p2,硅元素原子核外有5种不同能级的电子。
问题2:上图中3s23p2是硅的何种电子排布式 该排布式与硅元素的化合价之间有何关系
提示:3s23p2是硅的价层电子排布式。元素原子的价层电子排布能体现出元素的主要化合价。
问题3:从元素周期表给出的信息知,Cr和Cu的简化电子排布式分别为[Ar]3d54s1和[Ar]3d104s1,这样的电子排布符合构造原理吗 是根据什么确定其电子排布的
提示:不符合构造原理。是根据Cr、Cu的原子光谱确定的。
1.基态原子电子排布式的书写(以Fe为例)
归纳拓展
(1)按照构造原理写出电子填入能级的顺序 1s→2s→2p→3s→3p→4s→3d→4p→5s→4d→5p→6s……
(2)分析基态原子的核外电子数,根据各能级容纳的电子数填充电子 基态铁原子的核外电子数为26,电子填充顺序为1s2→2s2→2p6→3s2→
3p6→4s2→3d6
归纳拓展
(3)去掉空能级,并按能层顺序书写,能量低的能级写在左边,而不是按照构造原理的顺序书写 铁原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2,不能写成
1s22s22p63s23p64s23d6
归纳拓展
2.简化电子排布式
将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,用相应的稀有气体元素符号外加方括号表示的式子称为简化电子排布式;方括号里的符号的意义是该元素上一个周期的惰性气体元素原子电子排布式的结构。
实例 电子排布式 简化电子排布式
氮 1s22s22p3 [He]2s22p3
钠 1s22s22p63s1 [Ne]3s1
砷 1s22s22p63s23p63d104s24p3 [Ar]3d104s24p3
归纳拓展
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。
归纳拓展
4.离子核外电子排布式的书写
先写出原子的电子排布式,再根据得失电子情况进行调整。对于主族元素的原子来说,原子失去电子时,一般只失去最外层电子,而过渡元素的原子可能还会进一步失去内层电子;原子得到电子时,一般总是填充到最外层未填满的能级上。如
5.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.下列有关构造原理的说法错误的是( )
[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] 构造原理中的电子排布能级顺序,实质是各能级能量由低到高的顺序
C
【解析】 根据构造原理ns<(n-2)f<(n-1)dnp,某基态原子部分核外电子的排布式为3d64s2,故B正确;绝大多数基态原子的核外电子排布都遵循构造原理,但也有少数例外,如Cu,故C错误;构造原理中电子填入能级的顺序即各能级能量由低到高的顺序,故D正确。
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nsnd<
<
>
<
<
<
思维建模
判断能级能量高低的方法
题点二 电子排布式的书写
3.下列电子排布式表示基态原子的核外电子排布的是( )
[A] 1s22s22p63s13p2
[B] 1s22s22p63s23p63d104s14p1
[C] 1s22s22p63s23p63d24s1
[D] 1s22s22p63s23p63d104s24p1
D
【解析】 A项表示激发态原子,对应基态原子的电子排布式为1s22s22p63s23p1;B项表示激发态原子,对应基态原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s2;C项表示激发态原子,对应基态原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d14s2;D项电子排布式满足构造原理,能量最低,表示基态原子。
4.(2024·江苏苏州实验中学月考)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不可能是( )
[A] 4s1 [B] 3p34s1
[C] 3d54s1 [D] 3d104s1
B
【解析】 钾元素基态原子价层电子排布为4s1,A可存在,不符合题意;3p能级只有3个电子,未排满,不会排4s能级,B一定不是基态原子价层电子排布,符合题意;铬元素基态原子价层电子排布为3d54s1,C可存在,不符合题意;铜元素基态原子价层电子排布为3d104s1,D可存在,不符合题意。
5.按要求填空。
(1)基态B的电子排布式为 。
1s22s22p1
【解析】 (1)基态B的核外有5个电子,电子排布式为1s22s22p1。
(2)基态N的最外层电子排布式为 。
2s22p3
【解析】 (2)基态N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。
(3)Se的原子序数为 ,其核外M层电子排布式为 。
34
【解析】 (3)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。
3s23p63d10
(4)Li3N晶体中氮以N3-形式存在,N3-的电子排布式为 。
1s22s22p6
【解析】 (4)基态N的电子排布式为1s22s22p3,氮原子得电子变成N3-,其电子排布式为1s22s22p6。
(5)基态镓(Ga)原子的电子排布式为
。
1s22s22p63s23p63d104s24p1
【解析】 (5)Ga为第四周期第ⅢA族元素,故其基态原子的电子排布式为[Ar]3d104s24p1或1s22s22p63s23p63d104s24p1。
(或[Ar]3d104s24p1)
知识整合
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 ;
D为 ,电子排布式是 ;
E为 ,原子结构示意图是 。
Si
1s22s22p63s23p2
Na
[Ne]3s1
P
3s23p3
N
1s22s22p3
Fe
【解析】 由题意可知,A为Si,B为Na,C为P,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。
命题解密与解题指导
情境解读:以常见元素“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。
思维建模:书写电子排布式时,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,例如,Cr:[Ar]3d54s1、Cu:[Ar]3d104s1。
(选择题1～19题,每小题3分,共57分)
(一)能层与能级
1.(2024·广东广州广雅中学月考)下列各能层中不包含p能级的是( )
[A] K [B] L
[C] M [D] N
(时间:30分钟 满分:91分)
A
【解析】 多电子原子中,同一能层的电子可分为不同的能级,K层只有s能级,
L层有s、p能级,从M层开始有d能级,故选A。
2.下列有关M能层的说法正确的是( )
[A] 表示第二电子层
[B] 最多能容纳8个电子
[C] 表示第三电子层
[D] 至少应该填充2个电子
C
【解析】 M能层表示第三电子层,A项错误,C项正确;M能层最多能容纳18个电子,B项错误;M能层可以填充1个电子,D项错误。
3.(2024·湖南常德石门一中期中)下列叙述正确的是( )
[A] 第三能层某能级的符号为3f
[B] 同一能层中的不同能级的能量高低相同
[C] 每个能层最多可容纳的电子数是2n2
[D] 3d能级最多容纳5个电子
C
【解析】 第三能层有3个能级(3s、3p、3d),没有3f能级,A错误;同一能层里的不同能级,能量按照s、p、d、f的顺序升高,B错误;每个能层最多可容纳的电子数是2n2,C正确;3d能级最多容纳10个电子,D错误。
4.下列说法正确的是( )
[A] 3d、4d、5d能级最多所能容纳的电子数相同,它们所具有的能量也相同
[B] L层电子的能量比K层电子的能量低
[C] 同一能级组内能级之间的能量差较小,而相邻能级组之间的能量差较大
[D] 第n电子层共有n个能级,最多容纳n2个电子
C
【解析】 3d、4d、5d能级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相同,能量大小关系为3d<4d<5d,A错误;K层电子能量比L层电子的能量低,B错误;不同能层间能量差距大,同能层内能量差距小,故同一能级组内能级之间的能量差较小,而相邻能级组之间的能量差较大,C正确;第1电子层共有1s 1个能级,第2电子层共有2s、2p 2个能级,第3电子层共有3s、3p、3d 3个能级……以此类推,第n电子层共有n个能级,最多容纳2n2个电子,D
错误。
(二)基态与激发态、原子光谱
5.钠元素的焰色呈黄色,从能量变化的角度分析,其光谱类型属于( )
[A] 发射光谱 [B] 吸收光谱
[C] 连续光谱 [D] 线状光谱
A
【解析】 焰色试验是待测物的金属元素吸收能量后,原子中的电子发生跃迁变为激发态,而激发态不稳定,释放能量变为较低能量的激发态或基态,产生发射光谱。
6.下列说法正确的是( )
[A] 钾元素的焰色呈紫色,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
C
【解析】 钾元素的焰色呈紫色,发生的是物理变化,A错误;电子从较低能级跃迁到较高能级需要吸收能量,则钠原子的电子由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。
7.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] 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
A
【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。
8.下列说法正确的是( )
[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
C
【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;霓虹灯通电灯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。
(三)构造原理与电子排布式
9.已知三种粒子(原子或离子)的电子排布式如下:
11X:1s22s22p6 19Y:1s22s22p63s23p6 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.(2025·广东深圳德琳学校月考)M-的最外层电子排布式为3s23p6,下列说法正确的是( )
[A] M可能为稀有气体元素
[B] M原子的核外电子排布式为 1s22s22p63s23p64s1
[C] M原子的价层电子排布为3p5
[D] M元素的最高正化合价为+7价
D
【解析】 M-的最外层电子排布式为3s23p6,则M-是Cl-。M是氯元素,不是稀有气体元素,A错误;M原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p5,B错误;M原子的价层电子排布为3s23p5,C错误;M元素原子的最外层有7个电子,最高正化合价为+7价,D正确。
11.下列各原子或离子的电子排布式错误的是( )
[A] K+:1s22s22p63s23p6
[B] 33As:1s22s22p63s23p63d104s24p3
[C] 26Fe:1s22s22p63s23p63d44s2
[D] N3-:1s22s22p6
C
【解析】 钾原子核外有19个电子,失去1个电子形成K+,则K+的电子排布式为1s22s22p63s23p6,A正确;基态砷原子核外有33个电子,核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p3,B正确;基态铁原子核外有26个电子,核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2,C错误;氮原子核外有7个电子,得到3个电子形成N3-,则基态N3-的电子排布式为1s22s22p6,D正确。
12.下列电子排布式中,原子处于激发态的是( )
[A] 1s22s22p1
[B] 1s22s22p33s1
[C] 1s22s22p63s23p63d54s1
[D] 1s22s22p63s23p63d34s2
B
【解析】 1s22s22p1为基态硼原子的电子排布式,原子处于基态,故A不符合题意;1s22s22p33s1中2p能级上排有3个电子、3s能级上排有1个电子,能量较低的2p能级上没有排满就有电子进入3s能级,该原子处于激发态,故B符合题意;
1s22s22p63s23p63d54s1为基态铬原子的电子排布式,原子处于基态,故C不符合题意;1s22s22p63s23p63d34s2为基态钒原子的电子排布式,原子处于基态,故D不符合题意。
13.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] 构造原理中的电子排布能级顺序,实质是各能级能量由低到高的顺序
C
【解析】 根据构造原理电子填入的能级顺序为ns→(n-2)f→(n-1)d→np,可判断原子核外电子填充3p、3d、4s能级的顺序为3p→4s→3d,A项正确;根据构造原理电子填入能级的顺序为ns→(n-2)f→(n-1)d→np可知,某基态原子部分核外电子的排布式为3d64s2,B项正确;绝大多数基态原子的核外电子排布都遵循构造原理,但也有少数例外,如Cu,C项错误;构造原理中,电子填入能级的顺序即各能级能量由低到高的顺序,D项正确。
14.X、Y、Z三种短周期元素原子的最外层电子排布式分别为ns1、3s23p1和2s22p4,由这三种元素组成的化合物的化学式可能是( )
[A] Y(XZ)3
[B] X2YZ2
[C] XYZ
[D] XYZ3
A
【解析】 原子的最外层电子排布式为3s23p1和2s22p4的元素分别是Al和O,它们形成化合物时的常见化合价分别为+3、-2,最外层电子排布式为ns1的短周期元素形成化合物时的化合价为+1,根据化合物中元素正负化合价代数和为0的原则可知,A项符合题意,如Al(OH)3。
综合应用
15.(2024·安徽安庆怀宁二中期中)下列说法正确的是( )
[A] 基态原子吸收能量只能变成一种激发态
[B] 某原子的电子排布式为1s22s22p63s23p64s1,其表示的是基态原子的电子排布
[C] 日常生活中我们看到的许多可见光,如霓虹灯光、节日焰火,是原子核外电子发生跃迁吸收能量导致的
[D] 电子仅从激发态跃迁到基态时才会产生原子光谱
B
【解析】 基态原子吸收不同的能量能变成不同的激发态,A错误;根据构造原理知,1s22s22p63s23p64s1表示的是基态钾原子的电子排布,B正确;光是电子跃迁释放能量的重要形式,不同元素的原子中电子发生跃迁时,吸收或放出的能量是不同的,霓虹灯光、节日焰火等都与原子核外电子跃迁释放能量有关,而不是吸收能量,C错误;原子光谱有两种,电子从基态跃迁到激发态时产生吸收光谱,电子从较高能级跃迁到较低能级时产生发射光谱,D错误。
16.下列与原子核外电子排布规律相关的叙述(n为能层序数)不正确的是
( )
[A] 基态原子的最外层电子数为奇数的元素均为主族元素
[B] 根据构造原理,电子填入能级的顺序一般为ns→(n-1)d→np
[C] 由3d能级有5个轨道可知,周期表中第四周期元素比第三周期元素多10种
[D] p能级电子能量不一定高于s能级电子能量
A
【解析】 基态原子的最外层电子数为奇数的元素不一定为主族元素,如Cu最外层有1个电子,Cu是第ⅠB族元素,A不正确;根据构造原理,电子填入能级的顺序一般为ns→(n-1)d → np,B正确;周期表中第四周期有18种元素,第三周期有8种元素,C正确;p能级电子能量不一定高于s能级电子能量,如3s的能量大于2p的,D正确。
17.若某元素原子处于能量最低状态时,价层电子排布式为4d15s2。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个电子层
[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
B
【解析】 根据核外电子排布规律,该元素基态原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p64d15s2,该元素原子处于能量最低状态时,原子中共有1个未成对电子,故A错误;该元素原子核外有 5个电子层,故B正确;该元素原子M能层共有 18个电子,故C错误;该元素原子最外层上有2个电
子,故D错误。
18.下列叙述中的元素,肯定是主族元素的是( )
[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
D
【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;基态原子电子排布式为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。
19.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( )
[A] X2YZ [B] XYZ3
[C] X2YZ3 [D] X2YZ2
B
【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、Y为C、Z为O,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。
温馨提示:本册图书非选择题除标注外每空2分
20.(16分)推导下列元素,回答有关问题。
(1)具有1个4p电子的元素为 (写元素名称,下同),简化电子排布式为 。
(2)N层只有1个电子的主族元素是 ,其氯化物的焰色呈 色。
(3)3d能级全部充满电子,4s能级只有1个电子的元素为 ,原子序数为 。
镓
[Ar]3d104s24p1
钾
紫
铜
29
(4)原子序数小于36的元素X和Y,在周期表中既处于同一周期又位于同一族,且Y的原子序数比X的大2,则Y的基态原子的价层电子排布式是 ,X在参与化学反应时,1个原子失去的电子数为 。
3d84s2
2个或3个
【解析】 (4)原子序数小于36的元素X和Y,在周期表中既处于同一周期又位于同一族,且Y的原子序数比X的大2,则X为Fe、Y为Ni;基态Ni的电子排布式是1s22s22p63s23p63d84s2或[Ar]3d84s2,其价层电子排布式是3d84s2;基态Fe的电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2,其价层电子排布式是3d64s2,参与化学反应时,失去2个电子或3个电子,表现为+2价或+3价。
21.(18分)有A、B、C、D、E 5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属于同一族,它们的原子的最外层电子排布式为ns1;B和D也属于同一族,它们的原子最外层的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 。
H
O
Al
S
K
【答案】 (1) (写元素名称也可)
(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元素原子的价层电子排布式为 。
KAl(SO4)2·12H2O
作净水剂
1s22s22p63s23p1
3s23p4
【解析】 由B和D属于同一族,它们的原子最外层的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属于同一族,它们的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的,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的核电荷数大于B的,所以C原子的最外层电子排布式为3s23p1,即C为铝元素。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
[学习目标] 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)含义:核外电子按能量不同分成能层,电子能层由内向外排序,能层序号一、二、三、四、五、六、七……分别用符号K、L、M、N、O、P、Q……表示。
(2)能量关系: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)含义: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)表示方法。
①任一能层的能级总是从s能级开始。
②每一能级用相应能层的序数和字母s、p、d、f……组合起来表示。
[示例] 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;n能层的能级按能量由低到高的排列顺序为ns、np、nd、nf等。
3.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 …… …… …… ……
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了电子层。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,这里的能层可比作是楼层,能级可比作是楼层间的台阶。
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:第五能层最多可容纳50个电子,它们分别容纳在5个能级中。5s能级最多容纳2个电子,5p能级最多容纳6个电子,5d能级最多容纳10个电子,5f能级最多容纳 14个电子。
问题3:以s能级为例,不同能层的s能级之间的能量有何关系 同一能层不同能级间的能量有何关系
提示:不同能层的s能级的能量关系为E(1s)能层与能级的数量与能量关系
1.能层就是电子层。
2.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。并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。
6.不同能层中符号相同的能级可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。
题点一 能层与能级的定义
1.(2024·浙江三锋联盟期中)下列能级符号不正确的是( )
[A] 2d [B] 3p [C] 4s [D] 6f
【答案】 A
【解析】 第二电子层(L层)只有2s和2p能级,没有2d能级,故A不正确。
2.下列关于能层和能级的认识正确的是( )
[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
【答案】 D
【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。
题点二 能层与能级的数量与能量关系
3.下列说法正确的是( )
[A] 同一原子中1s、2s、3s电子能量逐渐减小
[B] 同一原子中2p、3p、4p能级可容纳的最多电子数相同
[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] 3d能级最多容纳5个电子,3f能级最多容纳 7个电子
【答案】 B
【解析】 能级符号相同,能层越大,电子能量越高,所以1s、2s、3s电子的能量逐渐增大,故A错误;同一原子中,2p、3p、4p可容纳的最多电子数相同,都为6,故B正确;能量低的电子在离核近的区域运动,能量高的电子在离核远的区域运动,故C错误;3d能级最多容纳10个电子,从N能层(第四能层)开始有f能级,最多容纳14个电子,不存在3f能级,故D错误。
4.碘是人体中的重要元素,人体缺碘易患甲状腺肿大,请回答下列问题。
(1)碘在元素周期表中的位置是 。
(2)碘原子有 个能层,分别为 (用相应的符号表示)。
(3)碘原子的结构示意图为 ,最外电子层有 个电子,这些电子有 个能级,各个能级所容纳的电子数分别为 。
【答案】 (1)第五周期第ⅦA族
(2)5 K、L、M、N、O
(3) 7 2 2、5
【解析】 (2)能层即电子层,碘原子一共有5个能层,分别是K、L、M、N、O。
(3)根据核外电子排布规律可知,碘原子的结构示意图为;其最外层有7个电子,这7个电子占有2个能级,分别是5s、5p。
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。
[示例] 若钠原子的一个电子从1s能级跃迁到3p能级,要吸收能量,因此可观察到吸收光谱。
(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。
发现第一种太阳元素——氦
1868年8月18日,科学家在观测日全食时发现太阳的光谱线中有一条黄线,并且是单线。而钠元素的光谱线是双线,因此可以确定这条黄线不是钠元素的光谱线。科学家确认这是一种新元素。这就是在地球上发现的第一种太阳元素——氦。后来,在地球上也发现了氦元素。
探究 产生光谱现象的原因
问题1:科学家发现的太阳中氦元素的光谱属于吸收光谱还是发射光谱
提示:发射光谱。
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。
问题3:光谱分析法鉴定元素的原理是什么
提示:一种元素有一种原子光谱,一种原子光谱对应着一种元素,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),所以,可以用光谱分析法鉴定元素。
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.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。
4.原子光谱的应用
(1)发现新元素:许多元素是通过原子光谱发现的,如铯(1860年)和铷(1861年),其光谱图中有特征的蓝光和红光。又如1868年科学家们通过分析太阳光谱发现了稀有气体氦。
(2)检验元素:焰色试验产生的焰色是电子跃迁的结果,焰色的产生与消失是物理变化,该过程中可能伴随化学变化。
题点一 基态与激发态
1.下列关于同一原子中的基态和激发态的说法错误的是( )
[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的过程中释放能量
[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
【答案】 C
【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错误,D正确。
2.基态与激发态
(1)基态原子:处于 状态的原子。
(2)基态原子 ,电子跃迁到 ,变为激发态原子。
(3)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 。
(4) 是电子跃迁释放能量的重要形式。
【答案】 (1)最低能量 (2)吸收能量 较高能级 (3)释放能量 (4)光(辐射)
题点二 原子光谱
3.电子由3d能级跃迁至4p能级时,可通过光谱仪直接摄取( )
[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
【答案】 B
【解析】 E(3d)4.(2024·安徽池州期中)燃放烟花是我国人民庆祝重要节日的一种方式,如辛弃疾在《青玉案·元夕》中写道“东风夜放花千树,更吹落、星如雨。”下列关于烟花的说法正确的是( )
[A] 烟花的色彩是原子吸收光能产生的
[B] 烟花的绿色是铜原子核外电子从基态跃迁到激发态所致
[C] 可以通过加入某些金属化合物使烟花绽放特定的颜色
[D] 烟花呈现出各种颜色是化学变化
【答案】 C
【解析】 烟花的色彩是激发态原子释放光能产生的,A错误;烟花的绿色是铜原子核外电子从激发态跃迁到基态所致,B错误;不同金属焰色不同,可以通过加入某些金属化合物使烟花绽放特定的颜色,C正确;烟花呈现出各种颜色是通过焰色试验实现的,焰色试验是物理变化,D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。
[示例] 试解释钾原子结构示意图为的原因。
提示:由于出现能级交错现象,钾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)含义: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。
[示例] 书写基态铝原子的电子排布式,并解释各字母、数字代表的意义。
提示:
半导体或芯片是由晶体硅生产的。晶圆片上刻蚀出数以百万甚至上亿的晶体管,通过控制电流来管理数据,形成各种文字、数字、声音、图像和色彩。晶体硅广泛用于集成电路、微波传送、激光转换等领域。
探究 构造原理与电子排布式的书写
问题1:写出基态硅原子的电子排布式及简化的电子排布式,硅元素的原子核外共有多少种不同能级的电子
提示:基态硅原子的电子排布式为1s22s22p63s23p2,简写为[Ne]3s23p2,硅元素原子核外有5种不同能级的电子。
问题2:上图中3s23p2是硅的何种电子排布式 该排布式与硅元素的化合价之间有何关系
提示:3s23p2是硅的价层电子排布式。元素原子的价层电子排布能体现出元素的主要化合价。
问题3:从元素周期表给出的信息知,Cr和Cu的简化电子排布式分别为[Ar]3d54s1和[Ar]3d104s1,这样的电子排布符合构造原理吗 是根据什么确定其电子排布的
提示:不符合构造原理。是根据Cr、Cu的原子光谱确定的。
1.基态原子电子排布式的书写(以Fe为例)
(1)按照构造原理写出电子填入能级的顺序 1s→2s→2p→3s→3p→4s→3d→4p→5s→4d→5p→6s……
(2)分析基态原子的核外电子数,根据各能级容纳的电子数填充电子 基态铁原子的核外电子数为26,电子填充顺序为1s2→2s2→2p6→3s2→3p6→4s2→3d6
(3)去掉空能级,并按能层顺序书写,能量低的能级写在左边,而不是按照构造原理的顺序书写 铁原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2,不能写成 1s22s22p63s23p64s23d6
2.简化电子排布式
将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,用相应的稀有气体元素符号外加方括号表示的式子称为简化电子排布式;方括号里的符号的意义是该元素上一个周期的惰性气体元素原子电子排布式的结构。
实例 电子排布式 简化电子排布式
氮 1s22s22p3 [He]2s22p3
钠 1s22s22p63s1 [Ne]3s1
砷 1s22s22p63s23p63d104s24p3 [Ar]3d104s24p3
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.离子核外电子排布式的书写
先写出原子的电子排布式,再根据得失电子情况进行调整。对于主族元素的原子来说,原子失去电子时,一般只失去最外层电子,而过渡元素的原子可能还会进一步失去内层电子;原子得到电子时,一般总是填充到最外层未填满的能级上。如
5.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.下列有关构造原理的说法错误的是( )
[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] 构造原理中的电子排布能级顺序,实质是各能级能量由低到高的顺序
【答案】 C
【解析】 根据构造原理ns<(n-2)f<(n-1)d正确。
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。
【答案】 (1)< (2)< (3)> (4)< (5)< (6)<
【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.下列电子排布式表示基态原子的核外电子排布的是( )
[A] 1s22s22p63s13p2
[B] 1s22s22p63s23p63d104s14p1
[C] 1s22s22p63s23p63d24s1
[D] 1s22s22p63s23p63d104s24p1
【答案】 D
【解析】 A项表示激发态原子,对应基态原子的电子排布式为1s22s22p63s23p1;B项表示激发态原子,对应基态原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s2;C项表示激发态原子,对应基态原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d14s2;D项电子排布式满足构造原理,能量最低,表示基态原子。
4.(2024·江苏苏州实验中学月考)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不可能是( )
[A] 4s1 [B] 3p34s1 [C] 3d54s1 [D] 3d104s1
【答案】 B
【解析】 钾元素基态原子价层电子排布为4s1,A可存在,不符合题意;3p能级只有3个电子,未排满,不会排4s能级,B一定不是基态原子价层电子排布,符合题意;铬元素基态原子价层电子排布为3d54s1,C可存在,不符合题意;铜元素基态原子价层电子排布为3d104s1,D可存在,不符合题意。
5.按要求填空。
(1)基态B的电子排布式为 。
(2)基态N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)基态镓(Ga)原子的电子排布式为 。
【答案】 (1)1s22s22p1
(2)2s22p3
(3)34 3s23p63d10
(4)1s22s22p6
(5)1s22s22p63s23p63d104s24p1(或[Ar]3d104s24p1)
【解析】 (1)基态B的核外有5个电子,电子排布式为1s22s22p1。
(2)基态N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。
(3)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。
(4)基态N的电子排布式为1s22s22p3,氮原子得电子变成N3-,其电子排布式为1s22s22p6。
(5)Ga为第四周期第ⅢA族元素,故其基态原子的电子排布式为[Ar]3d104s24p1或1s22s22p63s23p63d104s24p1。
[footnoteRef:0] 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。 [0:
命题解密与解题指导
情境解读:以常见元素“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。
思维建模:书写电子排布式时,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,例如,Cr:[Ar]3d54s1、Cu:[Ar]3d104s1。]
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 ;
D为 ,电子排布式是 ;
E为 ,原子结构示意图是 。
【答案】 Si 1s22s22p63s23p2 Na [Ne]3s1 P 3s23p3
N 1s22s22p3 Fe
【解析】 由题意可知,A为Si,B为Na,C为P,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。
(时间:30分钟 满分:91分)
(选择题1～19题,每小题3分,共57分)
(一)能层与能级
1.(2024·广东广州广雅中学月考)下列各能层中不包含p能级的是( )
[A] K [B] L [C] M [D] N
【答案】 A
【解析】 多电子原子中,同一能层的电子可分为不同的能级,K层只有s能级,L层有s、p能级,从M层开始有d能级,故选A。
2.下列有关M能层的说法正确的是( )
[A] 表示第二电子层
[B] 最多能容纳8个电子
[C] 表示第三电子层
[D] 至少应该填充2个电子
【答案】 C
【解析】 M能层表示第三电子层,A项错误,C项正确;M能层最多能容纳18个电子,B项错误;M能层可以填充1个电子,D项错误。
3.(2024·湖南常德石门一中期中)下列叙述正确的是( )
[A] 第三能层某能级的符号为3f
[B] 同一能层中的不同能级的能量高低相同
[C] 每个能层最多可容纳的电子数是2n2
[D] 3d能级最多容纳5个电子
【答案】 C
【解析】 第三能层有3个能级(3s、3p、3d),没有3f能级,A错误;同一能层里的不同能级,能量按照s、p、d、f的顺序升高,B错误;每个能层最多可容纳的电子数是2n2,C正确;3d能级最多容纳10个电子,D错误。
4.下列说法正确的是( )
[A] 3d、4d、5d能级最多所能容纳的电子数相同,它们所具有的能量也相同
[B] L层电子的能量比K层电子的能量低
[C] 同一能级组内能级之间的能量差较小,而相邻能级组之间的能量差较大
[D] 第n电子层共有n个能级,最多容纳n2个电子
【答案】 C
【解析】 3d、4d、5d能级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相同,能量大小关系为3d<4d<5d,A错误;K层电子能量比L层电子的能量低,B错误;不同能层间能量差距大,同能层内能量差距小,故同一能级组内能级之间的能量差较小,而相邻能级组之间的能量差较大,C正确;第1电子层共有1s 1个能级,第2电子层共有2s、2p 2个能级,第3电子层共有3s、3p、3d 3个能级……以此类推,第n电子层共有n个能级,最多容纳2n2个电子,D错误。
(二)基态与激发态、原子光谱
5.钠元素的焰色呈黄色,从能量变化的角度分析,其光谱类型属于( )
[A] 发射光谱 [B] 吸收光谱
[C] 连续光谱 [D] 线状光谱
【答案】 A
【解析】 焰色试验是待测物的金属元素吸收能量后,原子中的电子发生跃迁变为激发态,而激发态不稳定,释放能量变为较低能量的激发态或基态,产生发射光谱。
6.下列说法正确的是( )
[A] 钾元素的焰色呈紫色,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
【答案】 C
【解析】 钾元素的焰色呈紫色,发生的是物理变化,A错误;电子从较低能级跃迁到较高能级需要吸收能量,则钠原子的电子由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。
7.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] 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
【答案】 A
【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。
8.下列说法正确的是( )
[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
【答案】 C
【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;霓虹灯通电灯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。
(三)构造原理与电子排布式
9.已知三种粒子(原子或离子)的电子排布式如下:
11X:1s22s22p6 19Y:1s22s22p63s23p6 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( )
[A] [B] [C] [D]
【答案】 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.(2025·广东深圳德琳学校月考)M-的最外层电子排布式为3s23p6,下列说法正确的是( )
[A] M可能为稀有气体元素
[B] M原子的核外电子排布式为 1s22s22p63s23p64s1
[C] M原子的价层电子排布为3p5
[D] M元素的最高正化合价为+7价
【答案】 D
【解析】 M-的最外层电子排布式为3s23p6,则M-是Cl-。M是氯元素,不是稀有气体元素,A错误;M原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p5,B错误;M原子的价层电子排布为3s23p5,C错误;M元素原子的最外层有7个电子,最高正化合价为+7价,D正确。
11.下列各原子或离子的电子排布式错误的是( )
[A] K+:1s22s22p63s23p6
[B] 33As:1s22s22p63s23p63d104s24p3
[C] 26Fe:1s22s22p63s23p63d44s2
[D] N3-:1s22s22p6
【答案】 C
【解析】 钾原子核外有19个电子,失去1个电子形成K+,则K+的电子排布式为1s22s22p63s23p6,A正确;基态砷原子核外有33个电子,核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p3,B正确;基态铁原子核外有26个电子,核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2,C错误;氮原子核外有7个电子,得到3个电子形成N3-,则基态N3-的电子排布式为1s22s22p6,D正确。
12.下列电子排布式中,原子处于激发态的是( )
[A] 1s22s22p1
[B] 1s22s22p33s1
[C] 1s22s22p63s23p63d54s1
[D] 1s22s22p63s23p63d34s2
【答案】 B
【解析】 1s22s22p1为基态硼原子的电子排布式,原子处于基态,故A不符合题意;1s22s22p33s1中2p能级上排有3个电子、3s能级上排有1个电子,能量较低的2p能级上没有排满就有电子进入3s能级,该原子处于激发态,故B符合题意;1s22s22p63s23p63d54s1为基态铬原子的电子排布式,原子处于基态,故C不符合题意;1s22s22p63s23p63d34s2为基态钒原子的电子排布式,原子处于基态,故D不符合题意。
13.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] 构造原理中的电子排布能级顺序,实质是各能级能量由低到高的顺序
【答案】 C
【解析】 根据构造原理电子填入的能级顺序为ns→(n-2)f→(n-1)d→np,可判断原子核外电子填充3p、3d、4s能级的顺序为3p→4s→3d,A项正确;根据构造原理电子填入能级的顺序为ns→(n-2)f→(n-1)d→np可知,某基态原子部分核外电子的排布式为3d64s2,B项正确;绝大多数基态原子的核外电子排布都遵循构造原理,但也有少数例外,如Cu,C项错误;构造原理中,电子填入能级的顺序即各能级能量由低到高的顺序,D项正确。
14.X、Y、Z三种短周期元素原子的最外层电子排布式分别为ns1、3s23p1和2s22p4,由这三种元素组成的化合物的化学式可能是( )
[A] Y(XZ)3 [B] X2YZ2
[C] XYZ [D] XYZ3
【答案】 A
【解析】 原子的最外层电子排布式为3s23p1和2s22p4的元素分别是Al和O,它们形成化合物时的常见化合价分别为+3、-2,最外层电子排布式为ns1的短周期元素形成化合物时的化合价为+1,根据化合物中元素正负化合价代数和为0的原则可知,A项符合题意,如Al(OH)3。
综合应用
15.(2024·安徽安庆怀宁二中期中)下列说法正确的是( )
[A] 基态原子吸收能量只能变成一种激发态
[B] 某原子的电子排布式为1s22s22p63s23p64s1,其表示的是基态原子的电子排布
[C] 日常生活中我们看到的许多可见光,如霓虹灯光、节日焰火,是原子核外电子发生跃迁吸收能量导致的
[D] 电子仅从激发态跃迁到基态时才会产生原子光谱
【答案】 B
【解析】 基态原子吸收不同的能量能变成不同的激发态,A错误;根据构造原理知,1s22s22p63s23p64s1表示的是基态钾原子的电子排布,B正确;光是电子跃迁释放能量的重要形式,不同元素的原子中电子发生跃迁时,吸收或放出的能量是不同的,霓虹灯光、节日焰火等都与原子核外电子跃迁释放能量有关,而不是吸收能量,C错误;原子光谱有两种,电子从基态跃迁到激发态时产生吸收光谱,电子从较高能级跃迁到较低能级时产生发射光谱,D错误。
16.下列与原子核外电子排布规律相关的叙述(n为能层序数)不正确的是( )
[A] 基态原子的最外层电子数为奇数的元素均为主族元素
[B] 根据构造原理,电子填入能级的顺序一般为ns→(n-1)d→np
[C] 由3d能级有5个轨道可知,周期表中第四周期元素比第三周期元素多10种
[D] p能级电子能量不一定高于s能级电子能量
【答案】 A
【解析】 基态原子的最外层电子数为奇数的元素不一定为主族元素,如Cu最外层有1个电子,Cu是第ⅠB族元素,A不正确;根据构造原理,电子填入能级的顺序一般为ns→(n-1)d → np,B正确;周期表中第四周期有18种元素,第三周期有8种元素,C正确;p能级电子能量不一定高于s能级电子能量,如3s的能量大于2p的,D正确。
17.若某元素原子处于能量最低状态时,价层电子排布式为4d15s2。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个电子层
[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
【答案】 B
【解析】 根据核外电子排布规律,该元素基态原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p64d15s2,该元素原子处于能量最低状态时,原子中共有1个未成对电子,故A错误;该元素原子核外有 5个电子层,故B正确;该元素原子M能层共有 18个电子,故C错误;该元素原子最外层上有2个电子,故D错误。
18.下列叙述中的元素,肯定是主族元素的是( )
[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
【答案】 D
【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;基态原子电子排布式为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。
19.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( )
[A] X2YZ [B] XYZ3
[C] X2YZ3 [D] X2YZ2
【答案】 B
【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、Y为C、Z为O,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。
温馨提示:本册图书非选择题除标注外每空2分
20.(16分)推导下列元素,回答有关问题。
(1)具有1个4p电子的元素为 (写元素名称,下同),简化电子排布式为 。
(2)N层只有1个电子的主族元素是 ,其氯化物的焰色呈 色。
(3)3d能级全部充满电子,4s能级只有1个电子的元素为 ,原子序数为 。
(4)原子序数小于36的元素X和Y,在周期表中既处于同一周期又位于同一族,且Y的原子序数比X的大2,则Y的基态原子的价层电子排布式是 ,X在参与化学反应时,1个原子失去的电子数为 。
【答案】 (1)镓 [Ar]3d104s24p1
(2)钾 紫
(3)铜 29
(4)3d84s2 2个或3个
【解析】 (4)原子序数小于36的元素X和Y,在周期表中既处于同一周期又位于同一族,且Y的原子序数比X的大2,则X为Fe、Y为Ni;基态Ni的电子排布式是1s22s22p63s23p63d84s2或[Ar]3d84s2,其价层电子排布式是3d84s2;基态Fe的电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2,其价层电子排布式是3d64s2,参与化学反应时,失去2个电子或3个电子,表现为+2价或+3价。
21.(18分)有A、B、C、D、E 5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属于同一族,它们的原子的最外层电子排布式为ns1;B和D也属于同一族,它们的原子最外层的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元素原子的价层电子排布式为 。
【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属于同一族,它们的原子最外层的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属于同一族,它们的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的,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的核电荷数大于B的,所以C原子的最外层电子排布式为3s23p1,即C为铝元素。
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