选修3第一章第一节 原子结构3

选修3第一章第一节 原子结构3

‎ ‎ 第一章 原子结构与性质 第一节 原子结构 ‎【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 K L M N O P Q 能 级(l)‎ ‎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 ‎……‎ ‎2n2‎ 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 B．s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 C．p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 ‎ 11‎ ‎ ‎ 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 11‎ ‎ ‎ ‎【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、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．各能层含有的电子数为2n2‎ ‎3．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 D ‎5．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 ‎6．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（ ）‎ A．np B．nf C．nd D． ns ‎8．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 D ‎9．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 11‎ ‎ ‎ ‎ 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21~25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 Sc Ti V Cr Mn 核电荷数 ‎21‎ ‎22‎ ‎23‎ ‎24‎ ‎25‎ 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________________________________________________________。‎ 11‎ ‎ ‎ 第一节 原子结构（导学）‎ 习题精练 ‎1．B 2．A 3．CD 4．D 5．C 6．A 7．B 8．C ‎9．（1）1s22s22p3（2）1s22s22p6（3）1s22s22p63s23p4（4）1s22s22p63s23p64s2‎ ‎（5）1s22s22p63s23p63d104s1 （6）1s22s22p63s23p63d104s2 4p2‎ ‎10．（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[Ar]3d14s2 Ti：1s22s22p63s23p63d24s2或[Ar]3d24s2‎ V：1s22s22p63s23p63d34s2或[Ar]3d34s2 Mn：1s22s22p63s23p63d14s23d54s2或 [Ar]3d54s2‎ ‎（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（ ）‎ 11‎ ‎ ‎ A．E(4s)＞E(3d) B．E(6p)＞E(5f) C．E(6s)＜E(5p) D．E(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 B．Na2S C．KCl D．KF ‎ ‎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（ ）‎ ‎ 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 ‎7．A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（ ）‎ ‎ A．18、6、4 B．20、8、6 ‎ C．18、8、6 D．15~20、3~8、1~6‎ ‎8．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（ ）‎ ‎ A．1s22s22p63s13p3 B．1s22s22p63s23p63d104s1 4p1 ‎ C．1s22s22p63s23p63d24s1 D．1s22s22p63s23p63d104s2 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 Ca Si As Cl Ti Cr Mn Cu Zn ‎12．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：‎ 11‎ ‎ ‎ ‎ （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1~20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。‎ 11‎ ‎ ‎ 课时2 能量最低原理、基态、激发态、光谱 ‎1．B 2．D 3．A 4．BD 5．C 6．A 7．B 8．B 9．C 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 ‎11‎ ‎[Ne]3s1‎ 三 ⅠA 主族元素的族序数等于s能级与p能级电子数的和 ‎20‎ ‎[Ar]4s2‎ 四 ⅡA ‎14‎ ‎[Ne]3s23p2‎ 三 ⅣA ‎33‎ ‎[Ar]4s24p3‎ 四 ⅤA ‎17‎ ‎[Ne]3s23p5‎ 三 ⅦA ‎22‎ ‎[Ar]3d24s2‎ 四 ⅣB d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 ‎24‎ ‎[Ar]3d54s1‎ 四 ⅥB ‎25‎ ‎[Ar]3d54s2‎ 四 ⅦB ‎29‎ ‎[Ar]3d104s1‎ 四 ⅠB ‎(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 ‎30‎ ‎[Ar]3d104s2‎ 四 ⅡB ‎12．（1）CO2 SO2 SiO2 CS2 (2)F、Cl （3）1s2 2s2 3s2 4s2 3d64s2 3d94s2 3d104s2‎ ‎13．①③⑤　　②④⑥‎ ‎14．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（ ）‎ 11‎ ‎ ‎ ‎ 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（ ）‎ A．1种 B．2种 C．3种 D．8种 ‎5．下图中，能正确表示基态硅原子的是（ ）‎ A B C D ‎6．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：‎ ‎⑴s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。‎ ‎⑵s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：‎ 11‎ ‎ ‎ ‎⑴N、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？‎ ‎⑵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。‎ ‎⑶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 ‎ ⑴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 。‎ ‎⑵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。‎ 11‎ ‎ ‎ 课时3 电子云、原子轨道、泡利原理、洪特规则 ‎1．D 2．B 3．A 4．C 5．A 6．BD 7．AC ‎8．（1）1s22s22p4 （2）SO2 （3）CS2 极性键 ‎9．⑴球形 1 纺锤 3 ⑵与能层序数n有关。能层序数n越大，原子轨道的半径越大。‎ ‎10．⑴1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 ‎⑵‎ ‎⑶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。‎ ‎11．⑴2 4s上的2个电子或4s上的2个电子和3d上的1个电子 ‎ ‎⑵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 11‎