专题01 原子结构与核外排布-高二化学选择性必修2疑难剖析、突破与练习

这是一份专题01 原子结构与核外排布-高二化学选择性必修2疑难剖析、突破与练习，共9页。

1.核外电子共有几个能层?
能层电子层,根据离原子核远近的不同,由里向外可分为第一、二、三、四、五、六、七……能层,分别用符号K、L、M、N、O、P、Q……来表示。
2.每个能层都是从s能级开始,一直到f能级结束吗?
在任一能层中,能级个数=能层序数,即K层只有s能级,L层有s和p两个能级,M层有s、p和d三个能级。
3.如何比较不同能层中同一能级的能量?
不同能层中的同一能级,能层序数越大,能量越高。
4.同一能层中,各能级之间的能量大小有怎样的关系?
同一能层中,各能级之间的能量大小关系是s5.1s、2s、3d分别表示什么意义?
能层序号写在s、p、d、f等能级符号前,共同表示能级，如同第几层楼的第几级楼梯一样,如3d、4s等，能层就是电子层,能级是电子层中的电子亚层，在含有多个电子的原子里,由于电子的能量是不相同的,因此,它们运动的区域也不同,通常能量低的电子在离核近的区域运动,而能量高的电子在离核远的区域运动，影响各能级能量的最大因素是能层:同一能层中,各能级之间的能量大小关系是s6.钠原子第三能层只有3s能级填充电子,是否可以说钠原子第三能层只有3s能级?钠原子有3个能层填充电子,是否可以说钠原子只有3个能层?
不可以，钠原子第三能层有3s、3p、3d能级,只有3s能级填充电子,3p、3d能级没有电子；不可以,钠原子具有若干能层,但只有K、L、M三个能层填充电子,其他能层没有电子。
7.原子核外电子的每一个能层最多可容纳的电子数与能层的序数(n)之间存在什么关系?
每一个能层最多可容纳的电子数为2n2。
8.不同能层相同类型的能级中所容纳的电子数有什么规律?
不同能层相同类型的能级中所容纳的电子数是相等的,s、p、d、f……能级容纳的电子数依次为1、3、5、7……的2倍,即2、6、10、14……。
9.第5能层所容纳的最多电子数是多少?
依据每一个能层中最多可容纳的电子数为2n2,当n=5时,2n2=50；或第五能层中有五个能级,即5s、5p、5d、5f、5g,各能级可容纳的最多电子数分别是2、6、10、14、18,所以第五能层所容纳的最多电子数为50。
10.如何理解能层和能级的数量关系？
能层序数等于能层中的能级数； s、p、d、f……能级所包含的轨道数分别是1、3、5、7……,根据泡利原理可知每个轨道最多容纳两个自旋状态相反的电子,所以每个能级最多容纳的电子数为其轨道数的2倍；能层最多容纳的电子数为2n2(n代表能层序数)，如在第二能层有s、p两个能级,s能级容纳的电子数为1×2=2,p能级容纳的电子数最多为3×2=6,所以第二能层最多容纳的电子数为2+6=2×22,所以每一能层最多容纳的电子数为2n2。
11.能层数越大的能级,其能量一定越高吗?
不一定，还存在一些不同能层能级的交错现象。例如,E(3d)>E(4s)、E(4f)>E(5p)、E(4f)>E(6s)等。
12.为什么K原子的原子结构示意图不是,而是呢?
由于出现能级交错现象,K原子排满第一层和第二层后,在排第三层时,先排满3s能级、3p能级,最后一个电子进入4s能级而不是3d能级,所以它的原子结构示意图为。
14.从哪个能级开始出现能级交错?
3d能级与4s能级。
15.所有原子和核外电子排布都遵循构造原理吗?
不是,构造原理是根据光谱事实总结的一般规律,适用于绝大多数原子。
16.根据构造原理中的排布顺序,不同能层不同能级的排布遵循什么规律?
构造原理中的排布顺序,其实质是各能级的能量高低顺序,有如下关系:ns<(n-2)f<(n-1)d17.为什么原子最外层、次外层最多容纳的电子数分别为8、18?
最外层由ns、np组成,电子数不大于2+6=8;次外层由(n-1)s(n-1)p(n-1)d组成,电子数不大于2+6+10=18。
19.根据构造原理,Fe原子的电子排布式应怎样表示?
根据构造原理,Fe原子的电子排布式应为1s22s22p63s23p63d64s2。
20.21号元素钪的核外电子填充顺序和其电子排布式的书写顺序是否一致?
不一致。电子进入能级的顺序是优先进入能量低的能级,然后进入能量高的能级。由于4s和3d轨道有能级交错现象,所以21号元素钪的核外电子填充顺序为1s22s22p63s23p64s23d1。电子排布式的书写是按照能层序数的高低顺序排列的,所以钪的电子排布式为1s22s22p63s23p63d14s2。
21.元素周期表中钠的电子排布式可写成[Ne]3s1,方括号里的符号是什么意义?同理写出8号、14号、26号元素简化的电子排布式。
方括号里符号的意义是稀有气体元素原子的结构,表示该元素前一周期的稀有气体原子的电子排布结构;O:[He]2s12p4;Si:[Ne]3s23p2;Fe:[Ar]3d64s2。
22. 书写电子排布式应注意哪些问题？
（1）电子的填充顺序:先根据构造原理上的能级顺序依次写出每个能级符号,再依据每个能级最多容纳的电子数,填满一个能级再填下一个新能级；
（2）在书写电子排布式时,能级的顺序要按照能层序数由小到大的顺序排布。即当出现d轨道时,电子按ns、(n-1)d、np的顺序填充,但在书写电子排布式时,再把(n-1)d写在ns的前面,如Mn:1s22s22p63s23p63d54s2,而不能写成1s22s22p63s23p64s23d5；
（3）为了方便,常把稀有气体符号外加方括号来表示电子排布式。例如,K:1s22s22p63s23p64s1,其中1s22s22p63s23p6看成[Ar]“原子实”,4s1叫作价电子,故K的电子排布式可表示为[Ar]4s1。
23.电子在原子轨道外是否有可能出现?
原子轨道只概括电子在原子核外空间出现概率90%的空间,因此电子在原子轨道外有可能出现。
24.在电子云轮廓图中小黑点的意义是什么?
一个小黑点表示电子在该处出现一次,小黑点密的地方表示电子在该处空间单位体积内出现的概率大,小黑点疏的地方,表示电子在该处空间单位体积内出现的概率小。
25.能层与能级(原子轨道类型)及原子轨道数目有何关系?
第n能层上有n个能级,n2个原子轨道。例如,第3能层就有3个能级(3s、3p、3d),包含9个原子轨道,不同能级中的电子云可能有不同的伸展方向,即可能有不同的原子轨道。
26.不同能层的同种能级的原子轨道形状是否完全相同呢?
不同能层同种能级的原子轨道形状相似,但不完全相同。只是原子轨道的半径不同,能级序数n越大,电子的能量越大,原子轨道的半径越大。例如1s、2s、3s轨道均为球形,原子轨道半径:r(1s)27.如何理解原子轨道？
要准确描述一个电子的运动状态需要用到能层、能级、电子云伸展方向(轨道的伸展方向)、自旋方向等概念。电子在核外运动没有确定的轨道,也不能预测某时刻的位置,人们只能用统计的方法形象地描述电子在核外空间出现概率的大小。ns能级、np能级、nd能级、nf能级……具有的原子轨道数分别为1、3、5、7……且s(或p、d……)能级的原子轨道半径随能层数的增加而变大。不同原子的电子即使能级相同,能量也不相同,所以不同的元素具有不同的原子光谱。
28.为什么原子的核外电子排布要遵循能量最低原理呢?
能量最低原理是自然界普遍遵循的规律。能量越低,物质越稳定,物质都有从高能量状态转化到低能量状态的趋势。
29.泡利不相容原理解决了电子排布的哪些问题?
电子排布时每个轨道填入电子的最多数目。
30.洪特规则解决了电子排布的哪些问题?
洪特规则解决了多个电子如何填入能量相同的轨道。
31.为什么基态Cr原子的外围电子排布式为3d54s1而不是3d44s2?
能量相同的原子轨道在全充满、半充满、全空时,体系能量较低。
32.电子排布图中各符号和数字的意义是什么？
以Al原子为例理解电子排布图中各符号和数字的意义。
33.1—36号元素核外电子排布有何特殊性？
最外层只有1个未成对电子的元素有ⅠA族(ns1:H、Li、Na、K)、ⅢA族(ns2np1:B、Al、Ga),ⅦA族(ns2np5:F、Cl、Br),过渡元素Cr(3d54s1)、Cu(3d104s1);最外层有2个未成对电子的元素有ⅣA族(ns2np2:C、Si、Ge),ⅥA族(ns2np4:O、S、Se);最外层有3个未成对电子的元素有ⅤA族(ns2np3:N、P、As)；核外电子排布中,未成对电子数最多的元素是Cr(3d54s1,共有6个未成对电子)。
【难点训练】
1.下列对不同时期原子结构模型提出的时间排列正确的是( )
①电子分层排布模型 ②“葡萄干布丁”模型 ③量子力学模型 ④道尔顿原子学说 ⑤核式模型
A.①③②⑤④ B.④②③①⑤ C.④②⑤①③ D.④⑤②①③
2.第三能层所含的能级数为( )
A.18 B.3 C.8 D.2
3.下列各能层中不包含p能级的是( )
A.N B.M C.L D.K
4.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
5.下列各组多电子原子的能级能量高低比较中不正确的是( )
A.2p>3p B.4s>2sC.4p<4f D.4d>3d
6.下列说法正确的是( )
A.同一原子中,1s、2s、3s电子的能量逐渐减小
B.同一原子中,2p、3p、4p能级的轨道数依次增多
C.能量高的电子在离核近的区域运动,能量低的电子在离核远的区域运动
D.各能层含有的能级数为n(n为能层序数)
7.氯原子得到的电子应填充于( )
A.3s能级B.3p能级C.3d能级D.4p能级
8.某元素原子的核外有三个能层,最外能层有4个电子,该原子核内的质子数为( )
A.14 B.15C.16 D.17
9.某元素原子的3d轨道上有5个电子,则该原子最外层电子的排布可能是( )
A.4s1B.4s24p1 C.4s24p3D.3s23p63d5
10.X、Y、Z三种短周期元素的原子,它们最外能层的电子排布分别为ns1、ns2np2和ns2np4,由这三种元素组成的化合物中,下列化学式不可能出现的是( )
A.X2Z2 B.YX4 C.X2YZ3 D.X3YZ4
11.下列说法正确的是( )
A.钾(K)原子的结构示意图为 B.H2O的电子式为H··O······H
C.Mg原子的电子排布式为1s22s22p63s23p1D.Ca2+的电子排布式为1s22s22p63s23p64s2
12.下列原子的电子排布式正确的是( )
A.9F:1s22s22p6 B.15P:1s22s22p63s33p2
C.21Sc:1s22s22p63s23p64s23d1 D.35Br:1s22s22p63s23p63d104s24p5
13.下面是某些原子的最外层电子排布式,各组指定的元素(前者为A,后者为B)不能形成AB2型化合物的是( )
A.2s22p2和2s22p4 B.3s23p4和2s22p4 C.3s2和2s22p5D.3s1和3s23p4
14.下列是不同能层或能级之间能量的比较,其中错误的是( )
A.Es15.具有下列外围电子排布式的基态原子中,最容易形成离子的是( )
A.3s23p1 B.2s22p2 C.3s2 D.4s24p3
16.A、B、C、D是四种短周期元素,E是过渡元素。A、B、C同周期,C、D同主族,A的原子结构示意图为,B是同周期除稀有气体外半径最大的元素,C的最外层有三个未成对电子,E的外围电子排布式为3d64s2。A为 (填元素符号,下同),电子排布式是 ;B为 ,简化电子排布式是 ; C为 ,外围电子排布式是 ; D为 ,电子排布图是 ; E为 ,原子结构示意图是 。
（2）下列原子或离子的电子排布的表示方法中,正确的是 (填序号,下同),违反了能量最低原理的是 ,违反洪特规则的是 。
①Ca2+:1s22s22p63s23p6②F-:1s22s23p6③P:④Cr:1s22s22p63s2
3p63d44s2⑤Fe:1s22s22p63s23p63d64s2⑥Mg2+:1s22s22p6⑦C:
（3）以下列出的是一些原子的2p能级和3d能级中电子排布的情况。试判断其中违反泡利原理的有 ,违反洪特规则的有 。
①②③④⑤⑥
17.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型化合物的化学式: 、 、 、 等。
(2)若X原子的价电子排布式为3d104s2,Y可能是 元素或 元素。
(3)若Y的阴离子与Ar有相同的电子层结构,则X原子的价电子排布式可能为 、 、 、 、 (合理即可)。
18.元素A、B、C都是短周期元素，A元素原子的2p轨道上仅有两个未成对电子，B的3p轨道上有空轨道，A、B同主族，B、C同周期，C是同周期元素中电负性最大的。请回答：
(1)A的电子排布图为________________________，B的电子排布式为________________，C的价电子排布式为________。
(2)气态氢化物的化学式依次为________、________、________。其中最不稳定的是________。
(3)它们的最高价氧化物对应水化物酸性最强的是________。
(4)A、B两元素电负性较大的是________。
19.原子结构与元素周期表存在着内在联系。根据已学知识，请回答下列问题：
(1)指出31号元素镓(Ga)在元素周期表中的位置：第________周期________族。
(2)被誉为“21世纪的金属”的钛(Ti)元素原子的价电子排布式为____________。
(3)写出原子序数最小的第Ⅷ族元素原子的核外电子排布式：___。
(4)写出3p轨道上有2个未成对电子的元素的符号：____________。
(5)日常生活中广泛使用的不锈钢，在其生产过程中添加了某种元素，该元素的价电子排布式为3d54s1，该元素的名称为________。
20. 有A、B、C、D、E、F六种短周期主族元素，它们的原子序数依次增大，其中A元素原子核外电子仅有一种原子轨道，也是宇宙中最丰富的元素；B元素原子核外p电子数比s电子数少1；C元素原子的最外层电子排布可表示为asaap2a；D为金属元素且M层p能级上有一个未成对的电子；E元素的原子核外所有p轨道半充满；F元素原子的价电子排布式为3s23p5。
(1)写出A、C、F元素的元素符号：A________、C________、F________。
(2)写出基态D原子的电子排布式________。写出基态E原子的核外电子排布图________。
(3)D元素原子核外电子云有________种不同的伸展方向，共有________种不同运动状态的电子，________种不同能级的电子。
参考答案
1.C【解析】阴极射线的发现、α-粒子散射实验、氢原子光谱的发现和研究,对揭示原子内部结构的奥秘具有极为重要的作用。道尔顿、汤姆生、卢瑟福、玻尔等人提出的原子结构模型对人类探索物质结构做出了巨大的贡献。原子结构模型的演变过程可以表述为道尔顿原子学说→汤姆生“葡萄干布丁”模型→卢瑟福核式模型→玻尔电子分层排布模型→量子力学模型。
2. B【解析】能层序数等于能级数,第三能层只有s、p、d 3个能级。
3. D【解析】K、L、M、N能层分别含有的能级有s、(s、p)、(s、p、d)、(s、p、d、f),D项符合题意。
4. B【解析】能层是电子层,同一能层中的不同能级的能量高低的顺序是ns5. A【解析】不同能层中同一能级,能层序数越大,能量越高,如2p<3p、4s>2s、4d>3d。同一能层中,各能级之间的能量大小关系是s6. D【解析】同一原子中能层序数越大,能量越高,离核越远,A、C两项均错误;在同一能级中,不论其在哪一能层中,其轨道数是一定的,B项错误;D项正确。
7. B【解析】氯原子最外层有7个电子填在第三能层,差1个电子充满,得到电子填在第三能层,第三能层有7个电子分别填充于3s、3p能级,3s能级能量低,已填满电子,3p能级差1个电子充满,氯原子得到的电子应填充于3p能级。
8. A【解析】原子核外共有三个能层,最内能层只有1s能级,可容纳2个电子;第二能层有2s、2p两个能级,可容纳1×2+3×2=8个电子;最外能层有4个电子,所以该原子核外共有14个电子,又因在原子中核外电子数等于核内质子数,故A项正确。答案：A 9.解析：该原子最外层电子的排布为4s1,应为Cr元素,3d轨道上有5个电子,位于周期表d区,符合题意,故A项正确;最外层电子排布为4s24p1的元素为Ga,3d轨道上有10个电子,故B项错误;最外层电子排布为4s24p3的元素为As,3d轨道上有10个电子,故C项错误;4s能量小于3d,某元素原子3d轨道上有5个电子,则4s能级上肯定有电子,故D项错误。
10. D【解析】从最外能层电子排布知:X为第ⅠA族元素中的H、Li、Na,Y为第ⅣA族中的C、Si,Z为第ⅥA族中的O、S。再对照选项确定。
11.B【解析】根据原子最外层电子数不超过8个可知,A项错误;Mg原子应有12个电子,C项错误;Ca2+的电子排布式为1s22s22p63s23p6,D项错误。
12.D【解析】氟原子2p能级应排5个电子,A项错误;磷原子的3s能级应排2个电子,3p能级应排3个电子,B项错误;书写电子排布式时,应将同能层的能级移到一起写,C项错误。
13.D【解析】A项为C和O,能形成CO2;B项为S和O,能形成SO2;C项为Mg和F,能形成MgF2;D项为Na和S,形成Na2S,属A2B型。
14.A【解析】A项中没有指明s、p能级所属的能层。
15. C【解析】A项表示Al原子,B项为C原子,C项为Mg原子,D项为As原子。C和As原子要分别得到4个和3个电子才能形成离子,较难;Mg和Al均容易失去电子,但是Mg比Al更活泼,因此Mg更容易形成离子。
16. Si;1s22s22p63s23p2;Na;[Ne]3s1;P;3s23p3;N;;Fe;（2）①⑤⑥;②;③④⑦（3）①;②④⑤
【解析】（1）由题意可知,A为Si,B为Na,C为P,则D为N,E为Fe。这5种元素的电子排布式分别A:1s22s22p63s23p2,B:1s22s22p63s1,C:1s22s22p63s23p3,D:1s22s22p3,E:1s22s22p63s23p6
3d64s2。（2）根据核外电子排布规律,②中错误是电子排完2s轨道后应排2p轨道而不是3p轨道,正确的电子排布式应为1s22s22p6;③中没有遵循洪特规则——电子在能量相同的轨道上排布时,应尽可能分占不同的轨道并且自旋状态相同,外围电子排布图应为;④中忽略了能量相同的原子轨道在半充满状态时,体系的能量较低,原子较稳定,正确的电子排布式应为1s22s22p63s23p63d54s1;⑤和⑥正确,⑦违反洪特规则,正确的电子排布图应为。（3）①中一个2p轨道上有两个自旋方向相同的电子,违反了泡利原理;②中两个轨道上的单电子的自旋方向相反,违反了洪特规则;④中一个3d轨道上填充了2个电子,而另一个3d轨道上未填充电子,违反了洪特规则;⑤中四个3d轨道上单电子的自旋方向不完全相同,违反了洪特规则。
17. (1)CO2;SO2;SiO2;CS2(答案合理即可)(2)氟;氯(3)2s2;3s2;4s2;3d64s2;3d104s1;3d104s2;
2s22p2(任写5个,合理即可)
【解析】(2)X原子的价电子排布式为3d104s2时X为Zn,化合价为+2价,Y的化合价为-1价,所以Y可能是F或Cl。(3)Y的阴离子与Ar有相同的电子层结构,且能形成XY2型化合物,若Y是Cl,则X的化合价为+2价,所以X的价层电子排布式可能是2s2、3s2、4s2、3d64s2、3d104s1、3d104s2、3d24s2、3d54s2、3d84s2等;还有一种可能是Y为S,X为C,则X的价电子排布式为2s22p2。
18. (1) 1s22s22p63s23p2 3s23p5 (2)CH4 SiH4 HCl SiH4(3)HClO4 (4)A(或碳)
【解析】因为A、B同主族，A的2p轨道上仅有两个未成对电子而B的3p轨道上有空轨道，因此可推出A、B两元素原子最外层有四个电子，为ⅣA族元素，从而推知A为碳元素、B为硅元素，碳的电负性比硅大；而B、C同周期且C的电负性是同周期元素中最大的，所以C是氯元素。书写碳原子的电子排布图应注意2p轨道上的两个电子自旋状态相同。根据同周期元素气态氢化物的稳定性从左到右依次增强，最高价氧化物对应水化物的酸性依次增强及同主族元素气态氢化物的稳定性从上到下依次减弱，可知SiH4是最不稳定的，而HClO4的酸性是最强的。
19. (1)四 ⅢA (2)3d24s2(3)1s22s22p63s23p63d64s2 (4)Si、S (5)铬
【解析】(3)原子序数最小的第Ⅷ族元素为第四周期的Fe元素；(4)3p轨道上有2个未成对电子的元素的电子排布可能为1s22s22p63s23p2或1s22s22p63s23p4，即Si元素或S元素；(5)价电子排布式为3d54s1，则其电子排布式为：1s22s22p63s23p63d54s1，即为24号铬元素。
20. (1)H O Cl (2) (3)4 13 5
【解析】A原子只有一个原子轨道，可能是H或He，又因A是宇宙中最丰富的元素，则A为氢；B元素原子的核外电子排布式为1s22s22p3，为氮；C的价电子排布式为2s22p4，为氧；D元素原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p1，为铝；E元素原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p3，为磷；F为氯。s轨道只有1种伸展方向、p轨道有3种伸展方向，Al核外电子排布式为1s22s22p63s23p1，涉及3个s轨道、2个p轨道，因此其核外电子云(轨道)的伸展方向有4种；核外13个电子的运动状态各不相同，因此核外有13种不同运动状态的电子，有1s、2s、2p、3s、3p共5个能级。