人教版高中化学选修3教学讲义，复习补习资料（含知识讲解，巩固练习）：01原子结构(基础)

原子结构
【学习目标】
1、根据构造原理写出1~36号元素原子的电子排布式；
2、了解核外电子的运动状态；
3、掌握泡利原理、洪特规则。
【要点梳理】
要点一、原子的诞生
我们所在的宇宙诞生于一次大爆炸。大爆炸后约2小时，诞生了大量的氢、少量的氦及极少量的锂。其后，经过或长或短的发展过程，氢、氦等发生原子核的融合反应，分期分批地合成了其他元素。(如图所示)
要点二、能层与能级【
原子结构与性质#原子结构与性质】
1．能层
(1)含义：在含有多个电子的原子里，由于电子的能量各不相同，因此，它们运动的区域也不同。通常能量最低的电子在离核最近的区域运动，而能量高的电子在离核较远的区域运动。根据多电子原子核外电子的能量差异可将核外电子分成不同的能层(即电子层)。如钠原子核外有11个电子，第一能层有2个电子，第二能层有8个电子，第三能层有1个电子。
(2)能层表示方法
能层
一
二
三
四
五
六
七
……
符号
K
L
M
N
O
P
Q
……
能量
低
高
最多电子数
2
8
18
32
50
……
要点诠释：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能层，并用符号K、L、M、N、O、P、Q……表示相应的层，统称为电子层。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；从外向内，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．能级
(1)含义：在多电子原子中，同一能层的电子，能量也可能不同，这样同一能层就可分成不同的能级(也可称为电子亚层)。能层与能级类似于楼层与阶梯之间的关系。在每一个能层中，能级符号的顺序是ns、np、nd、nf……(n代表能层)
(2)各能层所包含的能级符号及各能层、能级最多容纳的电子数见下表：
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
…
…
…
…
最多容纳
的电子数
2
2
6
2
6
10
2
6
10
14
2
…
…
…
…
2
8
18
32
50
72
98
2n2
(3)能级数与能层序数的关系
在任一能层，能级数=能层序数。
(4)能级与电子数的关系
以s、p、d、f……排序的各能级可容纳的最多电子数依次为1、3、5、7……的2倍，即2、6、10、14……
说明①在任一个能层中，能级符号顺序为ns、np、nd、nf……(n代表能层)，能量依次升高，即在第n层中，不同能级的能量大小顺序是E(ns)＜E(np)＜E(nd)＜E(nf)……
②不同能层，能级符号相同，n越大，能量越高，如E(1s)＜E(2s)＜E(3s)＜E(4s)……
要点三、构造原理
1．构造原理
从氢原子开始，随着原子核电荷数的递增，原子核每增加一个质子，原子核外便增加一个电子，电子大多是按下图所示的能级顺序填充的，填满一个能级再填一个新能级。这个规律称为构造原理。
2．构造原理的应用
构造原理是书写基态原子电子排布式的依据。
将阿拉伯数字放在能级符号前表示能层数，将阿拉伯数字标在能级符号右上角表示该能级上排布的电子数，这就是电子排布式。如N：1s22s22p3，Mg：1s22s22p63s2。
说明
①电子所排的能级顺序为1s
2s
2p
3s
3p
4s
3d4p
5s
4d
5p
6s
4f
5d
6p
7s……
②上图中每个小圆圈表示一个能级，每一行对应一个能层。各圆圈间连线的方向表示随核电荷数递增而增加的电子填入能级的顺序。
③构造原理揭示了原子核外电子的能级分布，从中可以看出，不同能层的能级有交错现象，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。
要点诠释：关于原子的最外层、次外层电子数
由于能级交错的原因，E(nd)＞E[(n+1)s]，当ns和np全充满时(共4个轨道，最多容纳8个电子)，多余电子不是填入nd，而是首先形成新电子层，填人(n+1)s轨道中，因此最外层电子数不可能超过8个。
同理可以解释为什么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E[(n－1)f]＞E[(n+1)s]＞E(np)，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18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E(4f)＞E(6s)＞E(5p)，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。
要点四、能量最低原理、基态与激发态、光谱
1．能量最低原理
原子的电子排布遵循构造原理能使整个原子的能量处于最低状态。即在基态原子里，电子优先排布在能量最低的能级里，然后排布在能量逐渐升高的能级里。
2．基态与激发态原子
(1)基态：最低能量状态。处于最低能量状态的原子称为基态原子。
(2)激发态：较高能量状态(相对基态而言)。
(3)基态原子、激发态原子相互转化与能量的关系：基态原子激发态原子。
3．光谱
(1)光谱
光谱一词最早是由伟大的物理学家牛顿提出的。不同元素的原子发生跃迁时会吸收或释放出不同的光，可以用光谱仪摄取各种元素的电子的吸收光谱和发射光谱，这些光谱统称为原子光谱。
(2)光谱分析及其应用
在现代化学中利用原子光谱上的特征谱线来鉴定元素，称为光谱分析。在历史上，有许多种元素都是通过光谱分析来发现的，如在1859年德国科学家本生和基尔霍夫发明了光谱仪，摄取了当时已知元素的光谱图。1861年德国科学家基尔霍夫利用光谱分析的方法发现了铷元素。再如稀有气体氦的原意是“太阳元素”，是1868年分析太阳光谱时发现的，最初人们以为它只存在于太阳，后来才在地球上发现。
(3)基态、激发态与光谱的联系
当基态原子的电子吸收能量后，电子会跃迁到较高能级，变成激发态原子。例如，电子可以从l
s跃迁到2s、6p……相反，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，将释放能量。光(辐射)是电子释放能量的重要形式之一。在日常生活中，我们看到的许多可见光，如灯光、霓虹灯光、激光、焰火……都与原子核外电子发生跃迁释放能量有关。
要点五、电子云与原子轨道
1．电子运动的特点：只能确定电子在原子核外空间各处出现的概率，而无法确定某个时刻处于原子核外空间何处。
2．电子云：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．原子轨道
(1)s电子的电子云轮廓图都是一个球形，p电子的电子云是哑铃状的。量子力学把电子在原子核外的一个空间运动状态称为原子轨道。
(2)s电子的原子轨道都是球形的，能层序数越大，原子轨道的半径越大。p电子的原子轨道是哑铃形的，每个p能级有3个原子轨道，它们互相垂直，分别称为px、py、pz。p电子的原子轨道的平均半径也随能层序数的增大而增大。
(3)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，而每个轨道里最多能容纳2个电子，通常称为电子对，用一对方向相反的箭头“↑↓”来表示。
小结
①能层序数n越大，原子轨道的半径越大。
②s能级只有一个原子轨道，且都是球形的。
③p能级有3个相互垂直的原子轨道，分别用px、py、pz表示。在同一能层中px、py、pz的能量相同。
④不同能层的同种能级的原子轨道形状相似，只是半径不同，能层序数n越大，原子轨道的半径越大。这是因为能层序数n越大，电子的能量越高，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。如ls、2s、3s的形状均为球形，但原子轨道半径：1s＜2s＜3s。
要点六、泡利原理和洪特规则
1．泡利原理
在一个原子轨道里，最多只能容纳2个电子，而且它们的自定状态相反(用“↑↓”表示)，这个原理称为泡利原理。
电子自旋可以比喻成地球的自转，自旋只有两种方向：顺时针方向和逆时针方向。
2．电子排布图
用方框表示原子轨道，用箭头表示电子(一个箭头表示一个电子)，这种用来表达电子排布的新方式叫做电子排布图。
如锂的电子排布图：
3．洪特规则
当电子排布在同一能级的不同轨道时，基态原子中的电子总是优先单独占据一个轨道，而且自旋状态相同。
注意
等价轨道全充满、半充满或全空的状态一般比较稳定，也就是说，具有下列电子层结构的原子是比较稳定的。
全充满：p6、d10、f14，半充满：p3、d5、f7，全空：p0、d0、f0。
因此，铬和铜的基态原子的电子排布图如下：
总之，基态原子的电子排布遵循能量最低原理、泡利原理和洪特规则。用构造原理得到的电子排布给出了基态原子核外电子在能层和能级中的排布，而电子排布图还给出了电子在原子轨道中的排布。
要点七、描述核外电子排布的化学用语
1．电子排布式
(1)定义：用核外电子分布的原子轨道(能层)及各原子轨道(能级)上的电子数来表示电子排布的式子。如1s22s22p4、1s22s22p63s23p1、1s22s22p63s23p64s2、1s22s22p63s23p63d64s2分别是O、Al、Ca、Fe原子的电子排布式。
(2)以铝原子为例，电子排布式中各符号、数字的意义为：
(3)简化的电子排布式
电子排布式中的内层电子排布可用相应的稀有气体的元素符号加方括号来表示，以简化电子排布式。以稀有气体的元素符号外加方括号表示的部分称为“原子实”。如钙的电子排布式为1s22s22p63s23p64s2，其简化的电子排布式可以表示为[Ar]4s2。
(4)外围电子排布式
在原子的核外电子排布式中，省去“原子实”后剩下的部分称为外围电子排布式，也叫价电子排布。如氯、铜的电子排布式分别为1s22s22p63s23p5、1s22s22p63s23p63d104s1，用“原子实”的形式分别表示为[Ne]3s23p5、[Ar]3d104s1，其外围电子排布式分别为3s23p5、3d104s1。
提示
①虽然电子排布是遵循构造原理的，但书写时应按照电子层的顺序排列。如铁原子的电子排布式是1s22s22p63s23p63d64s2，而不宜写作1s22s22p63s23p64s23d6。
②主族元素的最外层电子就是外围电子，又称价电子。过渡元素的外围电子一般包括最外层的s电子和次外层的d电子，有的还包括倒数第三层的f电子。
③元素周期表中呈现的电子排布是各元素原子的外围电子排布。
要点诠释：价电子、最外层电子、外围电子
价电子指原子参加化学反应时形成化合价的电子；最外层电子指能量最高的电子层上的电子，对于主族元素，最外层电子数等于价电子数；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统称为外围电子，即价电子。例如，铝：[Ne]3s23p1，最外层电子数和价电子数都是3。
2．电子排布图
以铝原子为例，电子排布图中各符号、数字的意义为：
在电子排布图中也可以用圆圈表示一个原子轨道，如
电子排布式和电子排布图反映的是基态原子即处于最低能量状态的原子的电子排布情况。它们相互关联，可以非常方便地相互转换。
3．原子结构示意图
原子结构示意图：表示原子的核电荷数和核外电子在原子核外各电子层排布的图示。
4．电子式
在化学反应中，一般是原子的最外层电子数目发生变化。为了简便起见，化学中常在元素符号周围用小黑点“·”或小叉“×”来表示元素原子的最外层电子，相应的式子叫做电子式。如钠原子的电子式为·Na(或×Na)。
【典型例题】
类型一：能层、能级、原子轨道之间的关系
例题1
下列有关认识正确的是
(
)
A．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．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．各能层含有电子数为2n2
【思路点拨】本题考查能级、能层的概念。需要明确能级的排布及各能层的排布、所容纳的电子数
【答案】A
【解析】各能层中能级数等于其所处的能层数，即当n=1时，它只有一个1s能级；当n=2时，有两个能级，分别为2s、2p能级，所以B、C都不正确；D选项中每个能层最多能填充2n2个电子，但不是一定含有2n2个电子。
【总结升华】本题中的D选项是一个易错点，电子在排布时，从低能级开始填充，填满了低能级再填充较高能级，所以在填充时只能是最多能填充2n2个电子，如当L能层是最外层时最多只能填充8个电子。
举一反三：
【变式1】（201
4
哈尔滨期末）下列各能层不包含d能级的是（
）。
A．O能层
B．N能层
C．M能层
D．K能层
【答案】D
【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。
【变式2】在原子的第n电子层中，当它为最外层时，最多容纳的电子数与(n－1)层相同，当它为次外层时，最多容纳的电子数比(n+1)层多容纳10个电子，则此电子层为
(
)
A．K层
B．L层
C．M层
D．N层
【答案】C
【解析】由核外电子排布规律可知：K层最多容纳2个电子，L层最多容纳8个电子，M层最多容纳18个电子，当第n层为最外层时，最多可容纳8个电子，与(n－1)层电子数相同，(n－1)层为次外层，故n为M层；当第n层为次外层时，最多容纳的电子数比(n+1)层多10个。
类型二：构造原理及核外电子排布
例题2
下列各原子的电子排布式正确的是(
)
A．钠原子：1s22s22p7
B．铜原子：1s22s22p63s23p63d94s2
C．铁原子：1s22s22p63s23p63d8
D．氪原子：1s22s22p63s23p63d104s24p6
【思路点拨】本题考查电子排布式的表达及意义，注意正确理解数字、字母及角标的意义。
【答案】D
【解析】本题考查电子排布的规则。在分析核外电子排布时，能量最低原理、泡利原理和洪特规则要综合考虑。A项违背了泡利原理；B项违背了能量相同的原子轨道在全空、半充满、全充满时是稳定状态；C项违背了能量最低原理；D项正确。
【总结升华】关于能层、能级、轨道：同一电子层称为同一能层，同一能层中电子亚层能量有差异，又按能量高低分为不同的能级，同一能级中有多个轨道，其能量相同。例如，镍（Ni）的电子排布式为1s22s22p63s23p63d84s2，其中1、2、3、4称为能层，2s、2p表明第2能层上有2个能级，即镍原子核外电子排布有4个能层，7个能级（1s、2s、2
p、3s、3
p、3d、4s）。轨道：s、p、d、f所含轨道数分别为1、3、5、7，如1s、2s、3s、4s能级的能量不同，但是轨道数相同。电子进入能级的顺序是（按能量高低排序）1s、2s、2p、3s、3
p、4s、3d、4p、5s、4d、5p、6s、4f、5d、6p、7s、5f、6d……
例题3（2019
东营测试）以下现象与核外电子的跃迁有关的是（
）。
①霓虹灯发出有色光
②棱镜分光
③激光器产生激光
④石油蒸馏
⑤凸透镜聚光
⑥燃放的焰火，在夜空中呈现五彩缤纷的礼花
⑦日光灯通电发光
⑧冷却结晶
A．①③⑥⑦
B．②④⑤⑧
C．①③⑤⑥⑦
D．①②③⑤⑥⑦
【思路点拨】本题考查基态、激发态及电子跃迁问题，注意从基本概念出发理解相关问题。
【答案】A
【解析】霓虹灯、激光器、焰火及日光灯等产生的光，都是基态原子吸收能量后核外电子跃迁到较高能级，然后电子在从较高能级跃迁到较低能级的过程中以光的形式释放出能量。石油蒸馏、冷却结晶的过程都是物质发生物理变化的过程，其中伴随的能量变化是热能的变化。棱镜分布、凸透镜聚光都是光的折射现象，而不是光的产生。
【总结升华】光是电子释放能量的重要形式之一，日常生活中的许多可见光，如灯光、霓虹灯光、激光、焰火等都与原子核外电子发生跃迁释放能量有关，此外，物质燃烧或高温下发光等都与原子核外电子的跃迁有关，而化学反应中的颜色变化与原子核外电子的跃迁无关。
举一反三：
【变式1】下图分别是电子云图、原子轨道图，则有关的说法中正确的是(
)
A．电子云图就是原子轨道图
B．3p2表示3p能级中有两个轨道
C．由图1-1-4可知s轨道呈圆形，有无数条对称轴
D．p能级最多可排6个电子
【答案】D
【解析】本题的解题关键是要理解电子云的含义。A项中，原子轨道图是电子云的轮廓图，也就是电子出现概率为90％的空间；B项中，3p2表示3p能级中有两个电子；C项中，s轨道呈球形而不是圆形。
【变式2】判断下列表达是正确还是错误
（1）1s22p1属于基态；
（2）1s22s2
2p63p1属于基态；
（3）1s22s2
2p63d1属于激发态；
类型三：综合应用
例题4
以下是表示铁原子和铁离子的3种不同化学用语。
(1)铁原子最外层电子数为________，铁在参与化学反应时，参加反应的电子可能是________。
(2)请你通过比较、归纳，分别说出3种不同化学用语所能反映的粒子结构信息。
【答案】(1)2
4s上的2个电子(或4s上的2个电子和3d上的1个电子)
(2)结构示意图：能直观地反映原子核内的质子数和核外的电子层数及各能层上的电子数。
电子排布式：能直观地反映粒子核外电子的能层、能级及各能级上的电子数。
电子排布图：能反映粒子各能层、各能级、各轨道的能量的高低及各轨道上的电子分布情况，以及电子的自旋状态。
【解析】铁是过渡元素，其价电子是最外层电子和次外层电子，所以在反应中可以失去最外层电子，也可失去最外层电子及次外层中的d能级上的电子。这3种表示方法由浅及深。越来越精确地揭示了多电子原子中外层电子的运动方式，也更进一步或是更准确地说明了多电子原子中不存在两个运动状态完全相同的电子。
举一反三：
【变式1】当碳原子的核外电子排布由转变为时，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．碳原子要从外界环境中吸收能量
D．碳原子要向外界环境中释放能量
【答案】AC
【解析】核外电子排布由2s22p2转变为2s12P3，碳原子体系能量升高，由基态变为激发态，要从外界环境中吸收能量。
【巩固练习】
一、选择题
1．下列有关多电子原子的叙述中，正确的是（
）
A．在一个多电子原子中，不可能有两个运动状态完全相同的电子
B．在一个多电子原子中，不可能有两个能量相同的电子
C．在一个多电子原子中，N层上的电子能量肯定比M层上的电子能量高
D．某个多电子原子的3p能级上仅有两个电子，它们的自旋状态必然相反
2．已知某元素+3价离子的电子排布为1s22s22p63s23p63d5，该元素在周期表中的位置是（
）
A．第三周期第Ⅷ族，p区
B．第三周期ⅤB族，ds区
C．第四周期第Ⅷ族，d区
D．第四周期ⅤB族，f区
3．基态原子的4s能级中只有1个电子的元素共有（
）
A．1种
B．2种
C．3种
D．8种
4．下列四种元素中，其单质氧化性最强的是（
）
A．原子含有未成对电子最多的第二周期元素
B．位于周期表中第三周期ⅢA族的元素
C．原子最外电子层排布为2s22p6的元素
D．原子最外电子层排由为3s23p5的元素
5．（201
5
成都测试）多电子原子中，3s、3d、4p能级具有的能量次序为（
）。
A．3s＜3d＜4p
B．3s＞3d＞4p
C．3s＜4p＜3d
D．无法确定
6．（2019
宁夏期中）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
7．下表为元素周期表前四周期的一部分，下列有关R、W、X、Y、Z五种元素的叙述中，正确的是（
）
A．常压下五种元素的单质中Z单质的沸点最高
B．Y、Z的阴离子电子层结构都与R原子的相同
C．W的氢化物的沸点比X的氢化物的沸点高
D．Y元素的非金属性比W元素的非金属性强
8．英国科学家曾在《Science》上发表论文，宣布发现Al的超原子结构，如Al13、Al14，并用质谱仪检测到稳定的Al13I―等，Al13、Al14的一些性质像其他的主族元素的化学性质，得到或失去电子生成40个价电子的最稳定状态。下列说法中不正确的是（
）
A．Al13与卤族单质的性质相似
B．Al14与ⅡA族元素的性质相似
C．Al13在一定条件下与HI反应的化学方程式：Al13+HI==HAl13I
D．Al13中的Al原子间以离子健相结合
9．（2019
重庆检测）图a和图b分别是1
s电子的概率分布图和原子轨道图。下列有关叙述正确的是（
）。
A．图a中的每个小黑点表示1个电子
B．图b表示1s电子只能在球体内出现
C．图b表明1s轨道呈圆形，有无数对称轴
D．图a中的小黑点表示某一时刻，电子在核外所处的位置
10．下列说法正确的是（
）
A．非金属元素呈现的最高化合价不超过该元素原子的最外层电子数
B．非金属元素呈现的最低化合价，其绝对值等于该元素原子的最外层电子数
C．最外层有2个电子的原子都是金属原子
D．最外层有5个电子的原子都是非金属原子
二、填空题
1．（1）以下列出的是一些原子的2p能级和3d能级中电子排布的情况。试判断，哪些违反了泡利原理________，哪些违反了洪特规则________。
（2）某元素的激发态（不稳定状态）原子的电子排布式为1s22s22p63s13p33d2，则该元素基态原子的电子排布式为________；其最高价氧化物对应水化物的化学式是________。
（3）将下列多电子原子的原子轨道按轨道能量由低到高的顺序排列。
①2s
②3d
③4s
④3s
⑤4p
⑥3p
轨道能量由低到高的排列顺序是________。
2．下列为元素周期表的一部分，请参照元素①～⑧在表中的位置，用化学用语回答下列问题：
（1）④、⑤、⑥的原子半径由大到小的顺序是________。
（2）②、③、⑦的最高价含氧酸的酸性由强到弱的顺序是________。
（3）①、④、⑤、⑧中的某些元素可形成既含离子键又含极性共价键的化合物，写出其中一种化合物的电子式：________。
（4）由表中两种元素的原子按1∶1组成的常见液态化合物的稀溶液易被催化分解，可使用的催化剂为（填序号）________。
a．MnO2
b．FeCl3
c．Na2SO3
d．KMnO4
（5）由表中元素形成的常见物质X、Y、Z、M、N可发生以下反应：
X溶液与Y溶液反应的离子方程式为________________，N→⑥的单质的化学方程式为________________；常温下，为使0.1
mol·L―1
M溶液中由M电离的阴、阳离子浓度相等，应向溶液中加入一定量的Y溶液至____。
3．（2019
武汉联考）五种元素原子的电子层结构如下：
A．1s22s22p63s23p63d54s23s23p6；
B．1s22s22p63s2；
C．1s22s22p63s23p6；
D．1s22s22p63s23p2；E．[Ar]4s2。
请回答：
（1）________元素是稀有气体。含未成对电子数最多的元素是________。
（2）A的元素符号是________，其核外电子共有________种运动状态。
（3）D元素的核外电子排布图为________。
【参考答案与解析】
一、选择题
1．A
【解析】根据泡利原理，在一个原子中不可能有两个运动状态完全相同的电子，A正确。原子中处于同一能级的电子能量相同，B错误。电子能量取决于能层、能级，C错误。在3p能级上只有两个电子，由洪特规则可知，它必须分占不同的轨道且自旋状态相同，D错误。
2．C
【解析】该元素+3价离子的核外有23个电子，则原子核外有26个电子，26号元素是铁，位于第四周期第Ⅷ族，d区。
3．C
【解析】满足条件的元素有：[Ar]4s1，为K；[Ar]3d54s1，为Cr；[Ar]3d104s1，为Cu，共3种。
4．D
【解析】四个选项中的元素依次为N、Al、Ne、Cl，由它们在周期表中的相对位置可以判断，Cl2的氧化性最强。
5．A
【解析】多电子原子中，从第三能层开始，ns能级与（n－1）d能级间发生“能级交错”，其能量顺序为ns＜（n－1）d＜np。
6．C
【解析】原子轨道能量的高低主要由能层和能级决定。当能级相同时，能层越大，原子轨道能量越高，例如E1s＜E2s＜E3s；E2p＜E3p＜E4p。当能层相同时，能级越大，原子轨道能量越高，如E3s＜E3p＜E3d。
7．D
【解析】据元素周期表的结构知X、W、Y、R、Z元素分别为N、P、S、Ar、Br。A项中溴单质的沸点不是最高；C项中氢化物的沸点：NH3＞PH3；B项中Br―的电子层结构与Kr原子的电子层结构相同，S2―与Ar原子的电子层结构相同。
8．D
【解析】根据“生成40个价电子的最稳定状态”知，Al13需得到1个电子形成稳定结构，与卤族单质的性质相似，选项A正确；而Al14要失去2个电子，与ⅡA族元素的性质相似，选项B正确；根据用质谱仪检测到Al13I―，选项C正确；铝原子之间不可能形成离子键，只能以共价键相结合，选项D错。
9．D
【解析】电子云图中的一个小黑点只表示电子曾经在此出现过，A项错误；图b所示只是电子在该区域出现的概率大，在此之外也能出现，不过概率很小，B项错误；1s轨道呈球形而不是圆形，C项错误。
10．A
【解析】非金属元素的最高化合价等于最外层电子数，故A正确。非金属元素呈现的最低化合价的绝对值，等于其所得电子数，故B错。最外层有2个电子的原子有氦，故C错。最外层有5个电子的原子有锑、铋，是金属，故D错。
二、填空题
1．（1）③
②④⑥
（2）1s22s22p63s23p4
H2SO4
（3）①④⑥③②⑤
【解析】（1）同一轨道中不应有自旋状态相同的电子，③违反了泡利原理；②中成单电子自旋状态应相同，④中5个电子应分占5个轨道，⑥中成单电子自旋状态应相同，所以②④⑥违反了洪特规则。（2）3p能量小于3d，激发态为1s22s22p63s13p33d2，基态应为1s22s22p63s23p4，此原子核外电子数为16，其质子数也为16，该元素为硫元素，其最高价氧化物对应水化物的化学式是H2SO4。（3）原子轨道按轨道能量由低到高的顺序排列是①④⑥③②⑤。
2．（1）Na＞Al＞O
（2）HNO3＞H2CO3＞H2SiO3
（3）
或
（4）ab
（5）Al3++3NH3·H2O==Al(OH)3↓+3NH4
2Al2O3
(熔融)
4Al+3O2↑
溶液的pH等于7（或“中性”）
【解析】（3）四种元素分别为H、O、Na和Cl，含离子键必有Na+，含极性共价键则应由两种非金属元素组成。（4）符合题意的物质应是H2O2，它在MnO2、FeCl3等催化剂作用下能发生分解反应。（5）⑥为Al，则有：Z[Al(OH)3]N
(Al2O3)→Al，M是“仅含非金属元素的盐”，应为铵盐，即X+Y→Z[Al(OH)3]+M（铵盐），据复分解反应规律知“X和Y”为“Al3+（盐）+碱（NH3·H2O）”，但X、Y谁为NH3·H2O，还须通过下面的题给条件来确定：“为使0.1
mol·L―1
M溶液中由M电离的阴、阳离子浓度相等，应向溶液中加入一定量的Y溶液至________”，这说明Y为NH3·H2O（铵盐溶液中加NH3·H2O可从酸性变中性）、X（铝盐）中的酸根为―1价，即X为AlCl3或Al(NO3)3。铵盐溶液中加NH3·H2O可从酸性变中性的原理电荷守恒：c
(NH4+)+c
(H+)=c
(Cl―)+c
(OH―)，若c
(NH4+)=c
(Cl―)，必有c
(H+)=c
(OH―)，即中性。
3．（1）C（Ar）
A（Mn）
（2）Mn
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【解析】由原子的电子排布式可知A～E元素分别为Mn、Mg、Ar、Si、Ca，其中A、D、E元素的原子轨道中排布有未成对电子，其电子排布图分别为A．、D．、E．故A中含未成对电子数最多。任何多电子原子中不会存在两个运动状态完全相同的电子，即A中共有25种运动状态不同的电子。
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