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2019-2020年新人教版高中化学选修3第一章第一节 原子结构3【学海导航】一、能层与能级 对多电子原子的核外电子，按能量的差异将其分成不同的能层(n)；各能层最多容纳的电子数为2n2。对于同一能层里能量不同的电子，将其分成不同的能级(l)；能级类型的种类数与能层数相对应；同一能层里，能级的能量按s、p、d、f的顺序升高，即E(s)E(p)E(d)E(f)。 各能层所包含的能级类型及各能层、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KLMNOPQ能 级(l)1s2s2p3s3p3d4s4p4d4f5s最 多 电 子 数226261026101422818322n2二、电子云与原子轨道 1电子云：电子在原子核外出现的概率密度分布。电子云是核外电子运动状态的形象化描述。2原子轨道：不同能级上的电子出现概率约为90%的电子云空间轮廓图。s电子的原子轨道呈球形对称，ns能级各有1个原子轨道；p电子的原子轨道呈纺锤形，np能级各有3个原子轨道，相互垂直（用px、py、pz表示）；nd能级各有5个原子轨道；nf能级各有7个原子轨道。三、核外电子排布规律1构造原理：绝大多数基态原子核外电子的排布都遵循下列顺序：1s、2s、2p、3s、3p、4s、3d、4p、5s、4d、5p、6s、4f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。构造原理是书写基态原子电子排布式的依据，也是绘制基态原子电子排布图（即轨道表示式）的主要依据之一。2能量最低原理：原子核外电子遵循构造原理排布时，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。 3泡利原理：每个原子轨道里最多只能容纳2个自旋方向相反的电子。 4洪特规则：电子排布在同一能级的各个轨道时，优先占据不同的轨道，且自旋方向相同。四、基态、激发态、光谱 1基态：最低能量状态。如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）。如基态原子的电子吸收能量后，电子跃迁至较高能级成为激发态原子。 3光谱：不同元素的原子发生跃迁时会吸收（基态激发态）和放出（基态激发态）能量，产生不同的光谱原子光谱（吸收光谱和发射光谱）。利用光谱分析可以发现新元素或利用特征谱线鉴定元素。【例题解析】例1 下列有关电子云和原子轨道的说法正确的是（ ） A原子核外的电子象云雾一样笼罩在原子核周围，故称电子云Bs能级的原子轨道呈球形，处在该轨道上的电子只能在球壳内运动Cp能级的原子轨道呈纺锤形，随着能层的增加，p能级原子轨道也在增多D与s电子原子轨道相同，p电子原子轨道的平均半径随能层的增大而增大 分析 电子云是对电子运动的形象化描述，它仅表示电子在某一区域内出现的概率，并非原子核真被电子云雾所包裹，故选项A错误。原子轨道是电子出现的概率约为90%的空间轮廓，它表明电子在这一区域内出现的机会大，在此区域外出现的机会少，故选项B错误。无论能层序数n怎样变化，每个p能级都是3个原子轨道且相互垂直，故选项C错误。由于按1p、2p、3p的顺序，电子的能量依次增高，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，原子轨道的平均半径逐渐增大。答案 D例2 已知锰的核电荷数为25，以下是一些同学绘制的基态锰原子核外电子的轨道表示式（即电子排布图），其中最能准确表示基态锰原子核外电子运动状态的是（ ） A B C D 分析 由构造原理可知E(4s)E(3d)，而选项A、B中 E(3d)E(4s)。洪特规则指出：“电子排布在同一能级的不同轨道时优单独占据一个轨道，且自旋方向相同”而选项A中未单独占据一个轨道，选项C 中虽然单独占据一个轨道但自旋方向不相同。根据泡利原理：“1个原子轨道里最多可容纳2个自旋方向相反的电子”而选项B中的s轨道的自旋方向相同。答案 D例3 若某基态原子的外围电子排布为4d15s2，则下列说法正确的是（ ）A该元素基态原子中共有3个电子 B该元素原子核外有5个电子层C该元素原子最外层共有3个电子 D该元素原子M能层共有8个电子 分析 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。由此可见：该元素原子中共有39个电子，分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。答案 B【习题精练】1下列说法中，不符合现代大爆炸宇宙学理论的是（ ）A我们所在的宇宙诞生于一次大爆炸B恒星正在不断地合成自然界中没有的新元素 C氢、氦等轻核元素是宇宙中天然元素之母D宇宙的所有原子中，最多的是氢元素的原子2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的顺序分别为1、3、5、7B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n1 D各能层含有的电子数为2n23以下对核外电子运动状况的描述正确的是（ ）A电子的运动与行星相似，围绕原子核在固定的轨道上高速旋转B能量低的电子只能在s轨道上运动，能量高的电子总是在f轨道上运动C能层序数越大，s原子轨道的半径越大D在同一能级上运动的电子，其运动状态肯定不同4下列图象中所发生的现象与电子的跃迁无关的是（ ）A B C D5按能量由低到高的顺序排列，正确的一组是（ ）A1s、2p、3d、4s B1s、2s、3s、2pC2s、2p、3s、3p D4p、3d、4s、3p6当镁原子由1s22s22p63s2 1s22s22p63p2时，以下认识正确的是（ ） A镁原子由基态转化成激发态，这一过程中吸收能量B镁原子由激发态转化成基态，这一过程中释放能量C转化后位于p能级上的两个电子处于同一轨道，且自旋方向相同 D转化后镁原子与硅原子电子层结构相同，化学性质相似7若n=3，以下能级符号错误的是（ ）Anp Bnf Cnd D ns8基态碳原子的最外能层的各能级中，电子排布的方式正确的是（ ） A B C D9写出下列元素基态原子的电子排布式： （1） N （2）Ne （3） S （4）Ca （5）29Cu （6）32Ge 10按照下列元素基态原子的电子排布特征判断元素，并回答问题。 A的原子中只有一个能层且只含1 个电子；B的原子3p轨道上得到1个电子后不能再容纳外来电子；C的原子的2p轨道上有1个电子的自旋方向与其它电子的自旋方向相反；D的原子第三能层上有8个电子，第四能层上只有1个电子；E原子的外围电子排布为3s23p6。 （1）写出由A、B、C、D中的三种元素组成的化合物的化学式（至少写出5个）： ； （2）写出用上述元素组成的物质制得A的单质的化学方程式（至少写出2个）： 、 ； （3）检验某溶液中是否含有D+的离子，可通过_反应来实现； 检验某溶液中是否含有B的离子，通常所用的试是_和_。 （4）写出E的元素符号_，要证明太阳上是否含有E元素，可采用的方法是_。11思思同学在总结“构造原理、能量最低原理、泡利原理、洪特规则”后得出了：“在同一原子里，没有运动状态完全相同的电子存在”的结论。你认为此结论是否正确，请说明理由。12下表列出了核电荷数为2125的元素的最高正化合价，回答下列问题：元素名称钪钛钒铬锰元素符号ScTiVCrMn核电荷数2122232425最高正价+3+4+5+6+7（1）写出下列元素基态原子的核外电子排布式： Sc_ Ti_ V _ Mn _（2）已知基态铬原子的电子排布是1s22s22p63s23p63d54s1，并不符合构造原理。人们常常会碰到客观事实与理论不相吻合的问题，当你遇到这样的问题时，你的态度是：_。（3）对比上述五种元素原子的核外电子排布与元素的最高正化合价，你发现的规律是_；出现这一现象的原因是_。第一节 原子结构（导学）习题精练1B 2A 3CD 4D 5C 6A 7B 8C9（1）1s22s22p3（2）1s22s22p6（3）1s22s22p63s23p4（4）1s22s22p63s23p64s2（5）1s22s22p63s23p63d104s1 （6）1s22s22p63s23p63d104s2 4p210（1）KOH、KClO、KClO3、HClO、HClO3等（2）2H2O2H2+O2 2K+2H2O=2KOH+H2 （3）焰色 AgNO3、稀HNO3 （4）Ar 对太阳光进行光谱分析11正确。因为不同能层、不同能级、不同轨道上的电子运动状态不同；在同一轨道上运动的两个电子，因自旋方向相反，其电子运动状态也不相同。12（1）Sc：1s22s22p63s23p63d14s2 或Ar3d14s2 Ti：1s22s22p63s23p63d24s2或Ar3d24s2V：1s22s22p63s23p63d34s2或Ar3d34s2 Mn：1s22s22p63s23p63d14s23d54s2或 Ar3d54s2（2）尊重客观事实，注重理论适用范围，掌握特例（3）五种元素的最高正化合价数值等于各元素基态原子的最高能层s电子和次高能层d电子数目之和；能量交错使得d电子也参与了化学反应。课时2 基态、激发态、光谱与能量最低原理1下列说法正确的是（ ）A自然界中的所有原子都处于基态B同一原子处于激发态时的能量一定高于基态时的能量C无论原子种类是否相同，基态原子的能量总是低于激发态原子的能量D激发态原子的能量较高，极易失去电子，表现出较强的还原性2下列能级的能量大小比较，正确的是（ ）AE(4s)E(3d) BE(6p)E(5f) CE(6s)E(5p) DE(4d)E(5p)3对充有氖气的霓虹灯管通电，灯管发出红色光。产生这一现象的主要原因（ ）A电子由激发态向基态跃迁时以光的形式释放能量B电子由基态向激发态跃迁时吸收除红光以外的光线C氖原子获得电子后转变成发出红光的物质D在电流的作用下，氖原子与构成灯管的物质发生反应4与Ne核外电子排布相同的离子跟与Ar核外电子排布相同的离子形成的化合物是（ ）A MgBr2 BNa2S CKCl DKF 5科学研究证明：核外电子的能量不仅与电子所处的能层、能级有关，还与核外电子的数目及核电荷的数目有关。氩原子与硫离子的核外电子排布相同，都是1s22s22p63s23p6。下列说法正确的是（ ） A两粒子的1s能级上电子的能量相同B两粒子的3p能级上的电子离核的距离相同C两粒子的电子发生跃迁时，产生的光谱不同D两粒子都达8电子稳定结构，化学性质相同6以下现象与核外电子的跃迁有关的是（ ） 霓虹灯发出有色光 棱镜分光 激光器产生激光 石油蒸馏 凸透镜聚光 燃放的焰火，在夜空中呈现五彩缤纷的礼花 日光灯通电发光 冷却结晶A BC D7A原子的结构示意图为。则X、Y及该原子3p能级上的电子数分别为（ ） A18、6、4 B20、8、6 C18、8、6 D1520、38、168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9化下列学史中的事件，不符合科学是（ ） A牛顿通过类比音阶提出光谱一词 B玻尔通过理论计算得出光谱谱线波长C普鲁特通过思辨性推测作出预言 D布朗通过实验观察的方法发现布朗运动10以下电子排布式表示基态原子电子排布的是（ ） A1s22s22p63s13p3 B1s22s22p63s23p63d104s1 4p1 C1s22s22p63s23p63d24s1 D1s22s22p63s23p63d104s2 4p1 11对照元素周期表，填写下表：元素符号核电荷数基态原子的简化电子排布式周期表中的位置周期表中的位置与外围电子层排布的关系周期族Na周期数等于电子层数CaSiAsClTiCrMnCuZn12已知元素X、Y的核电荷数小于31，且能形成XY2型的化合物。回答下列问题： （1）若X、Y均为非金属元素，写出你所知道的XY2的化学式_、_、_、_等。 （2）若X原子的外围电子层排布为3d104s2，Y可能是_元素或 _ 元素(写元素符号)。 （3）若Y的阴离子与Ar有相同的电子层结构，则X的原子外围电子层排布构型有： _、_、_、 _、_、_。13下图是锂、氦、汞的吸收光谱和发射光谱。其中图_是原子由基态转化为激发态时的光谱，图_是原子由激发态转化为基态时的光谱。不同元素的原子光谱上的特征谱线不同，请在下图中用线段将同种元素的吸收光谱和发射光谱连接。13针对核电荷数为120的元素，有人说：“元素的最高正化合价数值与元素原子的最外层电子数相等”。这一说法是否适用于除稀有气体元素以外的所有元素？请举例说明。课时2 能量最低原理、基态、激发态、光谱1B 2D 3A 4BD 5C 6A 7B 8B 9C 10 D 11元素符号核电荷数基态原子的简化电子排布式周期表中的位置周期表中的位置与外围电子层排布的关系周期族11Ne3s1三A主族元素的族序数等于s能级与p能级电子数的和20Ar4s2四A14Ne3s23p2三A33Ar4s24p3四A17Ne3s23p5三A22Ar3d24s2四Bd电子数小于8时，副族元素的族序数等于ns能级与(n-1)d能级电子数的和24Ar3d54s1四B25Ar3d54s2四B29Ar3d104s1四B(n-1)d能级上电子数等于10时，副族元素的族序数等于ns能级电子数30Ar3d104s2四B12（1）CO2 SO2 SiO2 CS2 (2)F、Cl （3）1s2 2s2 3s2 4s2 3d64s2 3d94s2 3d104s21314以上说法只适用于主族元素，不适用于过渡元素。如锰元素最外电子层上只有2个电子，而它的最高正化合价为+7价；铜元素最外电子层上只有1个电子，而铜的常见化合价却是+2价。课时3 电子云、原子轨道与泡利原理、洪特规则1图1和图2分别是1s电子的概率概率分布图和原子轨道图。下列有关认识正确的是（ ） A图1中的每个小黑点表示1个电子B图2表示1s电子只能在球体内出现 C图2表明1s轨道呈圆形，有无数对称轴D图1中的小黑点表示某一时刻，电子在核外所处的位置2“各能级最多容纳的电子数，是该能级原子轨道数的二倍”，支撑这一结论的理论是（ ） A构造原理 B泡利原理 C洪特规则 D能量最低原理3电子排布在同一能级时，总是（ ） A优先单独占据不同轨道，且自旋方向相同B优先单独占据不同轨道，且自旋方向相反C自由配对，优先占据同一轨道，且自旋方向相同D自由配对，优先占据同一轨道，且自旋方向相反4基态原子的4s能级中只有1个电子的元素共有（ ）A1种 B2种 C3种 D8种5下图中，能正确表示基态硅原子的是（ ）A B C D6人们常将在同一原子轨道上运动的，自旋方向相反的2个电子，称为“电子对”；将在同一原子轨道上运动的单个电子，称为“未成对电子”。以下有关主族元素原子的“未成对电子”的说法，错误的是（ ）A核外电子数为奇数的基态原子，其原子轨道中一定含有“未成对电子” B核外电子数为偶数的基态原子，其原子轨道中一定不含“未成对电子” C核外电子数为偶数的基态原子，其原子轨道中可能含有“未成对电子”D核外电子数为奇数的基态原子，其原子轨道中可能不含“未成对电子”7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释放能量8化合物YX2、ZX2中，X、Y、Z的核电荷数小于18；X原子最外能层的p能级中有一个轨道充填了2个电子，Y原子的最外层中p能级的电子数等于前一能层电子总数，且X和Y具有相同的电子层；Z与X在周期表中位于同一主族。回答下列问题：（1）X的电子排布式为 ，Y的轨道表示式为 ；（2）ZX2的分子式是 ，YX2电子式是 ；（3）Y与Z形成的化合物的分子式是_，该化合物中化学键的种类是_。9下面是s能级p能级的原子轨道图，试回答问题：s电子的原子轨道呈 形，每个s能级有 个原子轨道；p电子的原子轨道呈 形，每个p能级有 个原子轨道。s电子原子轨道、p电子原子轨道的半径与什么因素有关？是什么关系？10下图是N、O、F三种元素基态原子电子排布的轨道表示式（如有需要，可以利用本练习中出现过的信息）。试回答下列问题：N、O、F形成氢化物的分子组成，与对应的三种元素基态原子内的电子排布有什么关系？在右边的方框内，画出C原子基态原子电子排布的轨道表示式。根据你发现的规律，对基态C原子形成CH4分子的微观过程提出合理的猜想。11以下是表示铁原子和铁离子的3种不同化学用语。结构示意图电子排布式电子排布图（轨道表示式）铁原子1s22s22p63s23p63d64s2铁离子1s22s22p63s23p63d5 铁原子最外层电子数为 ，铁在发生化学反应时，参加反应的电子可能是 。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。课时3 电子云、原子轨道、泡利原理、洪特规则1D 2B 3A 4C 5A 6BD 7AC8（1）1s22s22p4 （2）SO2 （3）CS2 极性键9球形 1 纺锤 3 与能层序数n有关。能层序数n越大，原子轨道的半径越大。101个氢化物分子中的H原子数目等于其对应的基态原子中的未成对电子数基态C原子有1个2s电子激发到p轨道，形成4个未成对电子。112 4s上的2个电子或4s上的2个电子和3d上的1个电子 结构示意图：能直观地反映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：能直观地反映核外电子的能层、能级和各能级上的电子数。轨道表示式：能反映各轨道的能量的高低及各轨道上的电子分布情况，自旋方向