1、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 2 2 6 2 6 10 2 6 10 1
2、4 2 最 多 电 子 数 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、
3、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
4、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
5、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
6、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 4d1
7、5s2，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
8、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
9、组是（ ）A1s、2p、3d、4s B1s、2s、3s 、2pC2s、2p、3s、3p D4p、3d、4s、3p6当镁原子由 1s22s22p63s2 1s 22s22p63p2 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
10、） 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
11、）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 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
12、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）1s 22s22p3（2）1s 22s22p6（3）1s 22s22p63s23p4（4）1s 22s22p63s23p64s2（5）1s 22s22p63s23p63d104s1 （6
13、）1s 22s22p63s23p63d104s2 4p210 （1）KOH、KClO、KClO 3、HClO、HClO 3 等（2）2H 2O 2H2+O 2 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：1s 22s22p63s23p63d14s2 或Ar3d 14s2 Ti：1s 22s22p63s23p63d24s2 或Ar3d 24s2V：1s 22s22p63s23p63d34s2或
14、Ar3d 34s2 Mn：1s 22s22p63s23p63d14s23d54s2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
15、)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 BNa 2S 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
16、，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 B C 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
17、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（ ）A1s 22s22p63s13p3 B1s 22s22p63s23p63d104s1 4p1 C1s 22s22p63s23p63d24s1 D1s 22s22p63s23p63d104s2 4p1 11对照元素周期表，填写下表：周期表中的位置元素符号核电荷数基态原子的
18、简化电子排布式 周期 族周期表中的位置与外围电子层排布的关系NaCaSiAsClTiCrMnCuZn周期数等于电子层数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：（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
19、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周期表中的位置元素符号核电荷数基态原子的简化电子排布式 周期 族周期表中的位置与外围电子层排布的关系11 Ne3s1 三 A20 Ar4s2 四 A14 Ne3s23p2 三 A33 Ar4s24p3 四 A17 Ne3
20、s23p5 三 A主族元素的族序数等于 s能级与 p 能级电子数的和22 Ar3d24s2 四 B24 Ar3d54s1 四 B25 Ar3d54s2 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29 Ar3d104s1 四 B30 Ar3d104s2 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12 （1）CO 2 SO2 SiO2 CS2 (2)F、Cl （3）1s 2 2s2 3s2 4s2 3d64s2 3d94s2 3d104s213 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
21、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
22、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
23、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YX 2、ZX 2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）
24、X的电子排布式为 ，Y 的轨道表示式为 ；（2）ZX 2的分子式是 ，YX 2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
25、？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）1s 22s22p4 （2）SO 2 （3）CS 2 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
