人教版高中化学选修3教学讲义，复习补习资料（含典例分析，巩固练习）：01原子结构(提高)

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。
【典型例题】
类型一：能层、能级、原子轨道之间的关系
例题1
下列叙述正确的是(
)
A．能级就是电子层
B．每个能层最多可容纳的电子数是2n2
C．同一能层中的不同能级的能量高低相同
D．不同能层中的s能级的能量高低相同
【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】B
【解析】能级应该是电子亚层，能层才是电子层；同一能层中的不同能级的能量高低的顺序是：E(ns)＜(np)＜E(nd)＜E(nf)……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)……
【总结升华】要正确理解“能级数等于该能层序数”。在每一个能层中能级顺序依次为ns、np、nd、nf……故每个能层都有s能级，从第二能层才有p能级，从第三能层才有d能级，从第四能层才有f能级。
举一反三：
【变式1】
以下能级符号正确的是
(
)
A．5s
B．2d
C．3f
D．1p
【答案】A
【解析】B项，第二能层只有2s、2p能级；c项，第二三能层只有3s、3
p、3d能级；D项，第一能层只有1
s能级，故B、C、D均错。
【变式2】（2019
湛江调考）对于多电子原子，下列说法正确的是（
）。
A．能层数的最大值一定是七
B．能级一定在s、p、d、f的范围之内
C．任一能层都有s能级
D．任一能层的能级总是从s开始，到f结束
【答案】C
【解析】到目前为止，能层数的最大值为七，能级包括s、p、d、f，但随着科技的发展，能层数可能超过七，还会有更多的能级被发现，A、B错误。任一能层的能级总是从s开始，但不一定包含p、d、f能级，如第一能层只有s能级，C正确、D错误。
类型二：构造原理及核外电子排布
例题2（2019
甘肃张掖高台一中期末）若某原子在处于能量最低状态时，外围电子排布式为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．该元素原子核外有5个电子层
C．该元素原子M能层共有8个
D．电子该元素原子最外层共有3个电子
【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】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。由此可知：该元素基态原子中共有39个电子，原子核外有5个电子层，其中M能层上有18个电子，最外层上有2个电子。
【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
下列说法正确的是
(
)
A．氢原子光谱是元素的所有光谱中最简单的光谱之一
B．“量子化”就是不连续的意思，微观粒子运动均有此特点
C．玻尔理论不但成功解释了氢原子光谱，而且还能推广到其他原子光谱
D．原子中电子在具有确定半径的原子轨道上像火车一样高速运转着
【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】B
【解析】A项中氢原子光谱是元素的所有光谱中最简单的光谱。C项中玻尔理论成功地解释了氢原子光谱，但对解释多电子原子的光谱却遇到了困难。D项中原子中电子的运动没有确定的轨道，原子轨道是电子运动出现的“区域”。
【总结升华】关于基态、激发态：处于最低能量的原子叫基态原子。基态原子的核外电子排布遵循泡利原理、洪特规则、能量最低原理。当基态原子吸收能量后，电子会跃迁的较高能级，变成激发态原子。
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。
举一反三：
【变式1】下列原子的外围电子排布中，哪一种状态的能量较低？试说明理由。
(1)氮原子：
(2)钠原子：A．3s1
B．3p1
(3)铬原子：
A．3d54s1
B．3d44s2
(4)碳原子：
【答案】(1)B；A中原子的外围电子排布违反了洪特规则。(2)A；B中原子的外围电子排布违反了能量最低原理。(3)A；B中原子的外围电子排布违反了能量最低原理。(4)A；B中原子的外围电子排布违反了洪特规则。
【解析】本题考查的是核外电子排布所遵循的原理方面的知识。根据洪特规则，电子在能量相同的各个轨道上排布时尽可能分占不同的原子轨道，且自旋状态相同，故(1)选B，(4)选A。根据能量最低原理，核外电子先占据能量低的轨道。再占据能量高的轨道。(2)中由于3s轨道的能量低于3p轨道，故选A。(3)中A的d5、s1均为半充满的相对稳定状态，B不是，所以选A。
【高清课堂：原子结构与性质#例题4】【变式2】下列各原子或离子的电子排布式错误的是
A、Al
1s22s22p63s23p1
B、O2-
1s22s22p6
C、Na+
1s22s22p6
D、
Si
1s22s22p2
类型三：综合应用
例题4
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跟Y可形成化合物X2Y3，Z元素可以形成负一价离子。请回答下列问题：
(1)X元素原子基态时的电子排布式为________，该元素的符号是________。
(2)Y元素原子的价层电子的轨道表示式为________，该元素的名称是________。
(3)已知化合物X2Y3在稀硫酸溶液中可被金属锌还原为XZ3，产物还有ZnSO4和H2O，该反应的化学方程式是________。
【答案】(1)1s22s22p63s23p63d104s24p3
As
(2)
O
(3)As2O3+6Zn+6H2SO4==2AsH3↑+6ZnSO4+3H2O
【解析】(1)X元素原子的4p轨道上有3个未成对电子，则X是第四周期V
A族元素，即X为As，其电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p3。
(2)Y元素原子的最外层2p轨道上有2个未成对电子，且As跟Y可形成化合物As2Y3，可推知Y为O；又因为X、Y和Z三种元素的原子序数之和等于42，可得到Z为H。
(3)X2Y3为As2O3，XZ3为AsH3，As2O3与稀硫酸和Zn反应的化学方程式为As2O3+6Zn+6H2SO4==2AsH3↑+6ZnSO4+3H2O。
举一反三：
【变式1】设X、Y、Z代表三种元素。已知：
①X和Y一两种离子具有相同的电子层结构；
②Z元素原子核内质子数比Y元素原子核内质子数少9个；
③Y和z两种元素可以形成四核42个电子的负一价阴离子。
据此，请填空：
(1)Y元素是________，其原子的电子排布式为________；Z元素是________，其原子的电子排布图为________。
(2)由X、Y、Z三种元素所形成的含68个电子的盐类化合物的化学式是________。
【答案】(1)Cl
1s22s22p63s23p5
O
(2)KClO4
【解析】依题意，假设元素Y的原子序数为y，则元素Z的原子序数为(y－9)。若以YmZn－表示由这两种元素所形成的四核42个电子的负一价阴离子，则下列关系式成立：
把①代入②得9n=4y－41，所以。因n为正整数，将其可能的取值1、2和3分别代入上式，经检验确定n=3，y=17。所以，元素Y的原子序数为17，它是氯(Cl)，而元素Z的原子序数为17－9=8，它是氧(O)，进而可知元素X为钾(K)，这三种元素所形成的含68个电子的盐类化合物的化学式为KClO4(所含电子数为19+17+4×8=68)。
【巩固练习】
一、选择题
1．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
2．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
3．（2019
安庆诊断）基态原子的第5电子层只有2个电子，则该原子的第4电子层中的电子个数肯定为（
）。
A．8
B．18
C．8～18
D．8～32
4．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
5．下列叙述中正确的是（
）
A．同一主族的元素，原子半径越大，其单质的熔点一定越高
B．同一周期的元素，原子半径越小越容易失去电子
C．同一主族元素的氢化物，相对分子质量越大，它的沸点一定越高
D．稀有气体元素的原子序数越大，其单质的沸点一定越高
6．（2019
福州检测）下列说法正确的是（
）。
A．不同的原子轨道形状一定不相同
B．p轨道呈哑铃形，因此p轨道上的电子运动轨迹呈哑铃形
C．2p能级有3个p轨道
D．氢原子的电子运动轨迹呈球形
7．有人认为在元素周期表中，位于ⅠA族的氢元素也可以放在ⅦA族，下列物质能支持这种观点的是（
）
A．HF
B．H3O+
C．NaH
D．H2O2
8．具有下列电子排布式的原子中，半径最大的为（
）
A．1s22s22p63s1
B．1s22s22p63s23p64s1
C．1s22s22p63s2
D．1s22s22p63s23p64s2
9．（2019
大连检测）下列关于价电子排布3s23p4的描述正确的是（
）。
A．它的元素符号为O
B．它的核外电子排布式为1s22s22p63s23p4
C．可以与H2化合生成液态化合物
D．其电子排布图为
10．A+、B2+、C―、D2―四种离子具有相同的电子层结构，现有以下排列排序：①B2+＞A+＞C－＞D2－，②C－＞D2－＞A+＞B2+，③B2+＞A+＞D2－＞C－，④D2－＞C―＞A+＞B2+。四种离子的半径由大到小及四种元素的原子序数由大到小的顺序分别是（
）
A．①④
B．④①
C．②③
D．③②
二、填空题
1．（1）（2019
安徽高考）Na位于元素周期表第________周期第________族；Si的基态原子核外有________个未成对电子；Si的基态原子核外电子排布式为________。
（2）（2019
江苏高考）Cu+基态核外电子排布式为________。
（3）（2019
课标Ⅰ）基态Fe原子有________个未成对电子，Fe3+的电子排布式为________。
（4）（2019
浙江高考）31Ga基态原子的核外电子排布式是________。
2．在元素周期表前四周期中，有A、B、C、D四种元素，它们的原子序数依次增大，A原子有3个未成对电子；B原子次外层有8个电子，1
mol
B单质与足量盐酸反应可生成1
mol
H2，B单质不易与冷水反应；C元素的+3价离子的d轨道是半充满的；D元素易形成―1价离子。
（1）填写下表：
元素
名称、符号
电子排布式
属于哪个区
A
C
（2）C元素位于第________周期________族，在含C2+的水溶液中，滴入氯水后再滴入数滴KSCN溶液，现象是________，上述反应的离子方程式为________________。在含C3+的水溶液中加足量铁粉充分振荡后，滴入KSCN溶液，现象是________，上述反应的离子方程式为________________。
（3）四种元素中电负性最大的元素是________种，第一电离能最小的元素是________。A、B两种元素的原子半径大小是________，单核离子的离子半径大小是________。
3．已知电离能是指1
mol气态原子（或阳离子）失去1
mol电子形成了1
mol气态阳离子（或更高价阳离子）所需要吸收的能量。现有核电荷数小于20的元素A，其电离能数据如下：（I1表示气态原子失去第一个电子的电离能；In表示离子失去第n个电子的电离能，单位：eV）
序号
I1
I2
I3
I4
I5
I6
电离能
7.644
15.03
80.12
109.3
141.2
186.5
序号
I7
I8
I9
I10
I11
I12
电能离
224.9
266.0
327.9
367.4
1761
……
（1）外层电子离核越远，能量越高，电离能越________（填“大”或“小”）；阳离子电荷数越高，再失去电子时，电离能越________（填“大”或“小”）。
（2）上述11个电子分属________个电子层。
（3）该元素的主要化合价为________。
（4）该元素原子的电子排布式为________。
（5）写出该元素最高价氧化物对应的水化物与稀盐酸反应的离子方程式________________。
【参考答案与解析】
一、选择题
1．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。
2．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。
3．C
【解析】根据构造原理，第5电子层上有2个电子，则该基态原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p64d0～105s2。
4．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。
5．D
【解析】同一主族的金属元素原子半径越大其单质的熔点越低；同一周期元素原子半径越小，越不易失去电子；同一主族元素的氢化物相对分子质量越大，其沸点不一定越高，如NH3、H2O、HF液态时因存在氢键而出现反常现象；因稀有气体属于分子晶体，原子序数越大其单质的相对分子质量越大，沸点越高。
6．C
【解析】不同能级的原子轨道形状可以相同，如s能级的原子轨道都是球形，只是半径不同，A项错误；现在的技术无法测定电子在原子核外的运动轨迹，原子轨道只是体现电子的运动状态，B、D两项错误；任何能层的p能级都有3个p轨道，C项正确。
7．C
【解析】氢元素易失去一个电子表现出+1价，与ⅠA族元素性质相似；氢元素也可得到一个电子显－1价，与ⅦA族元素性质相似。
8．B
【解析】根据电子排布式可知A为Na，B为K，C为Mg，D为Ca，显然K半径最大。
9．B
【解析】由价电子排布3s23p4可知该元素为S，S与H2化合生成H2S气体，D项中的电子排布图违背了洪特规则。
10．B
【解析】先判断原子序数的大小为B＞A＞C＞D，再由原子序数大离子半径小确定离子半径为D2－＞C－＞A+＞B+。
二、填空题
1．（1）三
ⅠA
2
1s22s22p63s23p2
（2）1s22s22p63s23p63d10
（3）4
1s22s22p63s23p63d5
（4）1s22s22p63s23p63d104s24p1
【解析】（1）Na（）元素位于元素周期表第三周期第ⅠA族；Si原子核外电子数为14，核外电子基态排布式为1s22s22p63s23p2。
（2）Cu为29号元素，基态原子核外电子排布式为：1s22s22p63s23p63d104s1，Cu+的基态电子排布式为1s22s22p63s23p63d10。
（3）基态Fe原子核外电子排布为1s22s22p63s23p63d64s2，所以有4个未成对电子，失去2个4s、1个3d电子形成Fe3+，其电子排布式为1s22s22p63s23p63d5。
2．（1）氮、N
1s22s22p3
p
铁、Fe
[Ar]3d64s2
d
（2）四
第Ⅷ
溶液变血红色
2Fe2++Cl2==2Fe3++2Cl―、Fe3++3SCN―==Fe(SCN)3
无明显现象
Fe+2Fe3+==3Fe2+
（3）N
Mg
Mg＞N
N3－＞Mg2+
【解析】
由B单质不能与冷水反应，1
mol
B与足量盐酸反应，生成1
mol
H2可知，B镁元素，则A为氮元素。C元素d轨道有电子，又C3+的d轨道半充满，则C是铁元素，故D为溴元素。
3．（1）小
大
（2）3
（3）+2
（4）1s22s22p63s2
（5）Mg(OH)2+2H+==Mg2++2H2O
【解析】
由电离能数据可知I2到I3、I10到I11，分别为两次电离能突跃，故该元素必为原子核外有12个电子的Mg。
8