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人教版 (2019)选择性必修2第一节 原子结构优秀学案及答案
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这是一份人教版 (2019)选择性必修2第一节 原子结构优秀学案及答案，共6页。
第三课时 电子云与原子轨道 泡利原理、洪特规则、能量最低原理
基础达标
1.观察1s轨道电子云示意图,判断下列说法正确的是（ ）
A.一个小黑点表示1个自由运动的电子
B.1s轨道的电子云为圆形
C.电子在1s轨道上运动像地球围绕太阳旋转
D.1s轨道电子云的点的疏密表示电子在某一位置出现概率的大小
【答案】D
【解析】尽管人们不能确定某一时刻原子中电子的精确位置，但能够统计出电子在什么地方出现的概率大，在什么地方出现的概率小。为了形象地表示电子在原子核外空间的分布状况，人们常用小黑点的疏密程度来表示电子在核外出现概率的大小，点密表示电子出现的概率大，反之则小。由图可知，处于1s轨道上的电子在空间出现的概率分布呈球形对称，且电子在原子核附近出现的概率较大，离核越远出现的概率越小。图中的小黑点表示的不是电子，而是电子出现概率的形象描述。
2.下列关于电子云的说法中，正确的是（ ）
A.电子云表示电子在原子核外运动的轨迹
B.电子云表示电子在核外单位体积的空间出现的机会的多少
C.电子云界面图中的小点越密表示该核外空间的电子越多
D.电子云可表示电子在核外运动的方向
【答案】B
【解析】 A.因电子运动没有固定的轨迹，则电子云不能表示电子运动的轨迹，故A错误；B.电子云表示电子出现的概率，即表示电子在核外单位体积的空间出现的机会的多少，故B正确；C.小点越密表示电子出现的概率越大，小点数不能表示电子的多少，故C错误；D.电子在原子核外运动是无规则的，则电子云不能表示电子运动的方向，故D错误。
3.“各能级最多容纳的电子数是该能级原子轨道数的两倍”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
【答案】B
【解析】根据泡利原理，每个原子轨道中最多能容纳2个自旋状态相反的电子，所以每个能级最多能容纳的电子数是该能级原子轨道数的2倍，选项B符合题意。
4.某原子核外电子排布为ns2np7,它违背了（ ）
A.能量最低原理 B.泡利不相容原理 C.洪特规则 D.洪特规则特例
【答案】B
【解析】泡利原理是指每个轨道最多只能容纳两个自旋相反的电子；能量最低原理是指核外电子优先排布能量最低的轨道；洪特规则是指在相同能量的轨道上，电子在排布的时候优先进入空轨道，每个轨道中的单电子取得相同自旋方向；洪特规则特例是指全充满、半充满、全空状态都是稳定状态。np能级有3个轨道，根据泡利原理最多只能排布6个电子，所以np能级排布7个电子，违背了泡利原理。
5.在d轨道中电子排布成，而不排布成，遵循的是（ ）
A.能量最低原理 B.泡利原理 C.原子轨道构造原理 D.洪特规则
【答案】D
【解析】洪特规则表明，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。
6.下列离子中d轨道达半充满状态的是（ ）
A. Cr3+ B. Cu+ C. C3+ D.Fe3+
【答案】D
【解析】 Cr3+的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d3,d轨道不是半充满状态，故A错误；Cu+的核外电子排布式为 1s22s22p63s23p63d10,d轨道处于全满状态，故B错误；C3+的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d6,d轨道不是半充满状态，故C错误；Fe3+的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d5,d轨道达半充满状态，故D正确。
7.如图所示是s能级和p能级的电子云轮廓图，试回答下列问题。
(1)s电子云轮廓图呈 形，每个s能级有 个原子轨道；p电子云轮廓图呈
形，每个p能级有 个原子轨道，其能量关系为
(2)元素X的原子最外层电子排布式为nsnnpn+1,原子中能量最高的是 电子，其电子云在空间 的方向伸展；元素X的名称是 ，它的气态氢化物的电子式是 。若元素Y的原子最外层电子排布式为nsn-1npn+1,那么Y的元素符号应为 ，原子的电子排布图为 。
【答案】(1)球 1 哑铃 3 px=py=pz (2)2p 三个互相垂直 氮S
【解析】根据电子云轮廓图和能级、能层能量判断方式，电子式的书写方式以及轨道表示式书写方式，回答问题。
能力提升
8.下列说法中正确的是（ ）
A.同一原子中，1s、2s、3s上的电子的能量逐渐减小
B.3p2表示3p能级有两个轨道
C.K、L、M、N能层的能级数分别为1、2、3、4
D.同一原子中，2p、3p、4p能级的轨道数依次增多
【答案】C
【解析】同一原子中，1s、2s、3s电子的能量逐渐增大，A项错误；3p2表示3p能级轨道上有2个电子，B项错误；任一能层的能级数等于能层序数，C项正确；同一原子中，2p、3p、4p能级的轨道数目均为3,D项错误。
9.下列说法正确的是（ ）
A.因为p轨道是“8”字形的，所以p电子是“8”字形
B.能层数为3时，有3s、3p、3d、3f四个轨道
C.氢原子中只有一个电子，故氢原子只有一个轨道
D.原子轨道与电子云都是用来形象描述电子运动状态的
【答案】D
【解析】A.轨道有形状，电子无形状，则p轨道是“8”字形的，p电子无形状，故A错误；B.第3能层有3个能级，则能层数为3时，有3s 、3p、 3d三个能级，共9个轨道，故B错误；C.氢原子中只有一个电子，只填充1s轨道，但氢原子核外有多个轨道，故C错误；D.电子运动无规律，只能利用概率方式来描述，则原子轨道与电子云都是用来形象描述电子运动状态的，故D正确；故选D。
10.在短周期元素中，元素的基态原子核外未成对电子数等于能层数的元素有a种，元素的基态原子最外层电子数是未成对电子数2倍的元素有b种，则a:b的值为（ ）
A.1 B.2 C.3 D.4
【答案】B
【解析】符合a的元素有H、C、O、P，符合b的元素有C、O，故a:b的值为2。
11.(1)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，哪些违反了泡利原理? 哪些违反了洪特规则?
(2)某元素的激发态(不稳定状态)原子的电子排布式为1s22s22p63s13p33d2,则该元素基态原子的电子排布式为 其最高价氧化物对应水化物的化学式是
(3)将下列多电子原子的原子轨道按轨道能量由低到高顺序排列。
①2s ②3d ③4s ④3s ⑤4p ⑥3p
轨道能量由低到高排列顺序是 (填序号)
【答案】(1)③ ②④⑥ (2) 1s22s22p63s23p4 H2SO4 (3)①④⑥③②⑤
【解析】(1)同一轨道中不应有自旋状态相同的电子，③违反了泡利原理；②中单电子自旋状态应相同，④中5个电子应分占5个轨道，⑥中单电子自旋状态应相同，所以②④⑥违反了洪特规则。(2)3p能量小于3d,激发态为1s22s22p63s13p33d2,基态应为1s22s22p63s23p4。此原子核外电子数为16,其质子数也为16,该元素为硫元素，其最高价氧化物对应水化物的化学式是H2SO4。
直击高考
12.具有如下电子层结构的原子，其相应元素一定属于同一主族的是（ ）
A.3p轨道上有2个未成对电子的原子和4p轨道上有2个未成对电子的原子
B.3p轨道上只有1个空轨道的原子和4p轨道上只有1个空轨道的原子
C.最外层电子排布式为1s2的原子和最外层电子排布式为2s22p6的原子
D.最外层电子排布式为1s2的原子和最外层电子排布式为2s2的原子
【答案】B
【解析】A中3p轨道上有2个未成对电子的原子可能为碳或氧，4p轨道上有2个未成对电子的原子可能为锗或硒，所以不一定是同一族的；B中3p轨道上只有1个空轨道的原子是碳和4p轨道上只有1个空轨道的原子是锗，所以都是第IVA族；C中最外层电子排布式为1s2的原子是氦和最外层电子排布式为2s22p6的原子是氖，都是0族元素，不是主族元素；D中最外层电子排布式为1s2的原子是氦，0族元素和最外层电子排布式为2s2的原子是铍，第IIA族元素。
13.已知A原子中只含1个电子；B原子的3p轨道上得到个电子后不能容纳外来电子；C原子的2p轨道上有1个电子的自旋方向与其他电子的自旋方向相反；D原子的第三能层上有8个电子，第四能层上只有1个电子；E原子的最外层电子排布式为3s23p6。
(1)按要求书写下列图式
①B原子的结构示意图：
②C原子的电子排布图：
③D原子的核外电子排布式：
(2)写出由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)要证明太阳光中含有E元素，可采用的方法是
【答案】
(1)① ② ③1s22s22p63s23p64s1或[Ar]4s1
(2)2H2O2H2↑+O2↑ 2K+2H2O=2KOH+H2(其他合理答案也可)
(3)对太阳光进行光谱分析
【解析】由题意知，A原子中只有1个电子，A为H;B原子的3p轨道上有5个电子，则B为Cl;C原子的2p轨道上有4个电，则C为O;D原子的价电子排布式为4s1,则D为K;由E原子的最外层电子排布式可知E为Ar。(2)A的单质为H2,可以用电解水、电解KOH溶液或K和水反应等方法来制取。(3)对太阳光进行光谱分析，可确定太阳光中所含元素的种类。
第三课时 电子云与原子轨道 泡利原理、洪特规则、能量最低原理
基础达标
1.观察1s轨道电子云示意图,判断下列说法正确的是（ ）
A.一个小黑点表示1个自由运动的电子
B.1s轨道的电子云为圆形
C.电子在1s轨道上运动像地球围绕太阳旋转
D.1s轨道电子云的点的疏密表示电子在某一位置出现概率的大小
【答案】D
【解析】尽管人们不能确定某一时刻原子中电子的精确位置，但能够统计出电子在什么地方出现的概率大，在什么地方出现的概率小。为了形象地表示电子在原子核外空间的分布状况，人们常用小黑点的疏密程度来表示电子在核外出现概率的大小，点密表示电子出现的概率大，反之则小。由图可知，处于1s轨道上的电子在空间出现的概率分布呈球形对称，且电子在原子核附近出现的概率较大，离核越远出现的概率越小。图中的小黑点表示的不是电子，而是电子出现概率的形象描述。
2.下列关于电子云的说法中，正确的是（ ）
A.电子云表示电子在原子核外运动的轨迹
B.电子云表示电子在核外单位体积的空间出现的机会的多少
C.电子云界面图中的小点越密表示该核外空间的电子越多
D.电子云可表示电子在核外运动的方向
【答案】B
【解析】 A.因电子运动没有固定的轨迹，则电子云不能表示电子运动的轨迹，故A错误；B.电子云表示电子出现的概率，即表示电子在核外单位体积的空间出现的机会的多少，故B正确；C.小点越密表示电子出现的概率越大，小点数不能表示电子的多少，故C错误；D.电子在原子核外运动是无规则的，则电子云不能表示电子运动的方向，故D错误。
3.“各能级最多容纳的电子数是该能级原子轨道数的两倍”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
【答案】B
【解析】根据泡利原理，每个原子轨道中最多能容纳2个自旋状态相反的电子，所以每个能级最多能容纳的电子数是该能级原子轨道数的2倍，选项B符合题意。
4.某原子核外电子排布为ns2np7,它违背了（ ）
A.能量最低原理 B.泡利不相容原理 C.洪特规则 D.洪特规则特例
【答案】B
【解析】泡利原理是指每个轨道最多只能容纳两个自旋相反的电子；能量最低原理是指核外电子优先排布能量最低的轨道；洪特规则是指在相同能量的轨道上，电子在排布的时候优先进入空轨道，每个轨道中的单电子取得相同自旋方向；洪特规则特例是指全充满、半充满、全空状态都是稳定状态。np能级有3个轨道，根据泡利原理最多只能排布6个电子，所以np能级排布7个电子，违背了泡利原理。
5.在d轨道中电子排布成，而不排布成，遵循的是（ ）
A.能量最低原理 B.泡利原理 C.原子轨道构造原理 D.洪特规则
【答案】D
【解析】洪特规则表明，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。
6.下列离子中d轨道达半充满状态的是（ ）
A. Cr3+ B. Cu+ C. C3+ D.Fe3+
【答案】D
【解析】 Cr3+的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d3,d轨道不是半充满状态，故A错误；Cu+的核外电子排布式为 1s22s22p63s23p63d10,d轨道处于全满状态，故B错误；C3+的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d6,d轨道不是半充满状态，故C错误；Fe3+的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d5,d轨道达半充满状态，故D正确。
7.如图所示是s能级和p能级的电子云轮廓图，试回答下列问题。
(1)s电子云轮廓图呈 形，每个s能级有 个原子轨道；p电子云轮廓图呈
形，每个p能级有 个原子轨道，其能量关系为
(2)元素X的原子最外层电子排布式为nsnnpn+1,原子中能量最高的是 电子，其电子云在空间 的方向伸展；元素X的名称是 ，它的气态氢化物的电子式是 。若元素Y的原子最外层电子排布式为nsn-1npn+1,那么Y的元素符号应为 ，原子的电子排布图为 。
【答案】(1)球 1 哑铃 3 px=py=pz (2)2p 三个互相垂直 氮S
【解析】根据电子云轮廓图和能级、能层能量判断方式，电子式的书写方式以及轨道表示式书写方式，回答问题。
能力提升
8.下列说法中正确的是（ ）
A.同一原子中，1s、2s、3s上的电子的能量逐渐减小
B.3p2表示3p能级有两个轨道
C.K、L、M、N能层的能级数分别为1、2、3、4
D.同一原子中，2p、3p、4p能级的轨道数依次增多
【答案】C
【解析】同一原子中，1s、2s、3s电子的能量逐渐增大，A项错误；3p2表示3p能级轨道上有2个电子，B项错误；任一能层的能级数等于能层序数，C项正确；同一原子中，2p、3p、4p能级的轨道数目均为3,D项错误。
9.下列说法正确的是（ ）
A.因为p轨道是“8”字形的，所以p电子是“8”字形
B.能层数为3时，有3s、3p、3d、3f四个轨道
C.氢原子中只有一个电子，故氢原子只有一个轨道
D.原子轨道与电子云都是用来形象描述电子运动状态的
【答案】D
【解析】A.轨道有形状，电子无形状，则p轨道是“8”字形的，p电子无形状，故A错误；B.第3能层有3个能级，则能层数为3时，有3s 、3p、 3d三个能级，共9个轨道，故B错误；C.氢原子中只有一个电子，只填充1s轨道，但氢原子核外有多个轨道，故C错误；D.电子运动无规律，只能利用概率方式来描述，则原子轨道与电子云都是用来形象描述电子运动状态的，故D正确；故选D。
10.在短周期元素中，元素的基态原子核外未成对电子数等于能层数的元素有a种，元素的基态原子最外层电子数是未成对电子数2倍的元素有b种，则a:b的值为（ ）
A.1 B.2 C.3 D.4
【答案】B
【解析】符合a的元素有H、C、O、P，符合b的元素有C、O，故a:b的值为2。
11.(1)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，哪些违反了泡利原理? 哪些违反了洪特规则?
(2)某元素的激发态(不稳定状态)原子的电子排布式为1s22s22p63s13p33d2,则该元素基态原子的电子排布式为 其最高价氧化物对应水化物的化学式是
(3)将下列多电子原子的原子轨道按轨道能量由低到高顺序排列。
①2s ②3d ③4s ④3s ⑤4p ⑥3p
轨道能量由低到高排列顺序是 (填序号)
【答案】(1)③ ②④⑥ (2) 1s22s22p63s23p4 H2SO4 (3)①④⑥③②⑤
【解析】(1)同一轨道中不应有自旋状态相同的电子，③违反了泡利原理；②中单电子自旋状态应相同，④中5个电子应分占5个轨道，⑥中单电子自旋状态应相同，所以②④⑥违反了洪特规则。(2)3p能量小于3d,激发态为1s22s22p63s13p33d2,基态应为1s22s22p63s23p4。此原子核外电子数为16,其质子数也为16,该元素为硫元素，其最高价氧化物对应水化物的化学式是H2SO4。
直击高考
12.具有如下电子层结构的原子，其相应元素一定属于同一主族的是（ ）
A.3p轨道上有2个未成对电子的原子和4p轨道上有2个未成对电子的原子
B.3p轨道上只有1个空轨道的原子和4p轨道上只有1个空轨道的原子
C.最外层电子排布式为1s2的原子和最外层电子排布式为2s22p6的原子
D.最外层电子排布式为1s2的原子和最外层电子排布式为2s2的原子
【答案】B
【解析】A中3p轨道上有2个未成对电子的原子可能为碳或氧，4p轨道上有2个未成对电子的原子可能为锗或硒，所以不一定是同一族的；B中3p轨道上只有1个空轨道的原子是碳和4p轨道上只有1个空轨道的原子是锗，所以都是第IVA族；C中最外层电子排布式为1s2的原子是氦和最外层电子排布式为2s22p6的原子是氖，都是0族元素，不是主族元素；D中最外层电子排布式为1s2的原子是氦，0族元素和最外层电子排布式为2s2的原子是铍，第IIA族元素。
13.已知A原子中只含1个电子；B原子的3p轨道上得到个电子后不能容纳外来电子；C原子的2p轨道上有1个电子的自旋方向与其他电子的自旋方向相反；D原子的第三能层上有8个电子，第四能层上只有1个电子；E原子的最外层电子排布式为3s23p6。
(1)按要求书写下列图式
①B原子的结构示意图：
②C原子的电子排布图：
③D原子的核外电子排布式：
(2)写出由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)要证明太阳光中含有E元素，可采用的方法是
【答案】
(1)① ② ③1s22s22p63s23p64s1或[Ar]4s1
(2)2H2O2H2↑+O2↑ 2K+2H2O=2KOH+H2(其他合理答案也可)
(3)对太阳光进行光谱分析
【解析】由题意知，A原子中只有1个电子，A为H;B原子的3p轨道上有5个电子，则B为Cl;C原子的2p轨道上有4个电，则C为O;D原子的价电子排布式为4s1,则D为K;由E原子的最外层电子排布式可知E为Ar。(2)A的单质为H2,可以用电解水、电解KOH溶液或K和水反应等方法来制取。(3)对太阳光进行光谱分析，可确定太阳光中所含元素的种类。
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