知识讲解_原子结构_提高

1 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【高清课堂：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 … … … …2 2 2 6 2 6 10 2 6 10 14 2 … … … …最多容纳 的电子数 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 按图 1-1-2 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图 1-1-2 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3 （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【高清课堂：原子结构与性质#原子核外电子排布规律】 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。  吸收能量 释放能量4 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 、1s 22s22p63s23p63d104s1 ，用“原子实”的形式分别表示为[Ne]3s 23p5 、 [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：5 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】（2015 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。6 类型二：构造原理及核外电子排布 例题 2（2015 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…… 举一反三： 【变式 1】（2016 陕西校级期末）下列各组表述中，两个微粒一定不属于同种元素原子的是（ ） A．3p 能级有一个空轨道的基态原子和核外电子排布为 1s22s22p63s23p2 的原子 B．M 层全充满而 N 层为 4s2 的原子和核外电子排布为 1s22s22p63s23p63d64s2 的原子 C．最外层电子数是核外电子总数的 1／5 的原子和价电子排布为 4s24p5 的原子 D．2p 能级有一个未成对电子的基态原子和原子的价电子排布为 2s22p5 的原子 【答案】B 【解析】A．3p 能极有一个空轨道的基态原子，该原子 3p 能级有 2 个电子，核外电子排布式为 1s22s22p63s23p2， 二者核外电子排布相同，为同一原子，故 A 不符合； B．M 层全充满而 N 层为 4s2 的原子的核外电子排布为 1s22s22p63s23p63d104s2，二者原子核外电子排布不相 同，不表示同一原子，故 B 符合； C．最外层电子数是核外电子总数的 的原子， 若最外层电子数为 1，则核外电子总数为 5，最外层电子排布为 2s22p1，最外层电子数为 3，不符合题意， 故舍去； 若最外层电子数为 2，则核外电子总数为 10，最外层电子排布为 2s22p6，最外层电子数为 8，不符合题意， 故舍去； 若最外层电子数为 3，则核外电子总数为 15，最外层电子排布为 3s23p3，最外层电子数为 5，不符合题意， 故舍去； 若最外层电子数为 4，则核外电子总数为 20，最外层电子排布为 4s2，最外层电子数为 2，不符合题意，故 舍去； 若最外层电子数为 5，则核外电子总数为 25，最外层电子排布为 4s2，最外层电子数为 2，不符合题意，故 舍去； 若最外层电子数为 6，则核外电子总数为 30，最外层电子排布为 4s2，最外层电子数为 2，不符合题意，故 舍去； 若最外层电子数为 7，则核外电子总数为 35，最外层电子排布为 4s22p5，最外层电子数为 7，符合题意； 若最外层电子数为 8，则核外电子总数为 40，最外层电子排布为 5s2，最外层电子数为 2，不符合题意，故 1 57 舍去； 故该原子核外电子总数为 35，核外电子排布为 1s22s22p63s23p63d104s24p5，价层电子排布为 4s22p5，二者原子 价层电子排布相同，为同一原子，故 C 不符合； D．2p 能级有一个未成对电子的基态原子，该原子 2p 能级有 1 个电子或 5 个电子，价电子排布为 2s22p1 或 2s22p5 的原子，可能为同一原子，故 D 不符合。 故选 B。 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。 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 As8 (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) 。 4 ( 9) 1 42 m n my n y + =  + − + = ① ② 41 9 4 ny +=9 【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．（2016·上栗县二模）下列说法中正确的是（ ） A．任何一个能层最多只有 s、p、d、f 四个能级 B．用 n 表示能层序数，则第一能层最多容纳电子数为 2n2 C．核外电子运动的概率分布图（电子云）就是原子轨道 D．电子的运动状态只可从能层、能级、轨道 3 个方面进行描述 3．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．（2016 伊宁市校级期末）若将 14Si 的电子排布式写成 1s22s22p63s23px2，它违背了（ ） A．能量守恒原理 B．泡利原理 C．能量最低原理 D．洪特规则 6．（2015 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．（2015 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 X W Y R Z10 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）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）Cu+基态核外电子排布式为________。 （3）基态 Fe 原子有________个未成对电子，Fe3+的电子排布式为________。 （4）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________________。11 【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．B 【解析】A．在多电子原子中，同一能层的电子能量也不同，还可以把它们分成能级，随着能层数的增大， 能级逐渐增多，能级分为 s、p、d、f、g 等，故 A 错误；B．在多电子的原子核外电子的能量是不同的，按电子 的能量差异，可将核外电子分成不同的能层，用 n 表示能层序数，则每一能层最多容纳电子数为 2n2，故 B 正确； C．电子云就是用小黑点疏密来表示空间各电子出现概率大小的一种图形，电子在原子核外的一个空间运动状态 称为一个原子轨道，核外电子运动的概率分布图（电子云）并不完全等同于原子轨道，故 C 错误；D．决定电子 运动状态有四个量：主量子数、角量子数、磁量子数、自旋量子数；所以电子的运动状态可从能层、能级、轨道、 自旋方向 4 个方面进行描述，故 D 错误。故选 B。 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】Si 原子 3p 能级上有 3 个轨道，3p 能级上有 2 个电子，2 个电子应该排在 2 个不同的轨道上，且自旋 方向相同，若将 Si 原子的电子排布式写成 1s22s22p63s23px2，它违背了洪特规则，正确的电子排布式为： 1s22s22p63s23px13py1，故选 D。 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。12 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：1s 22s22p63s23p63d104s1，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。