教育资料第一章 第一节 第1课时学习精品.docx

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第一节　原子结构

第1课时　原子的诞生　能层与能级　构造原理

[学习目标定位]　1.知道原子的诞生及人类认识原子结构的演变过程。

2.熟知核外电子能层与电子层的关系，能级的分布。

3.能根据构造原理写出1～36号元素的核外电子排布。

一、能层与能级

1.原子的诞生

（1）原子的诞生

（2）人类对原子结构认识的演变

2.能层

（1）根据多电子原子核外电子的能量差异将核外电子分成不同的能层（电子层），并用符号K、L、M、N、O、P、Q…表示。

（2）原子核外电子的每一能层最多可容纳的电子数与能层的序数（n）间存在的关系是2n2。

3.能级

（1）定义：

根据多电子原子的能量也可能不同，将它们分为不同能级。

（2）表示方法：

分别用相应能层的序数和字母s、p、d、f等表示，如n能层的能级按能量由低到高的排列顺序为ns、np、nd、nf等。

（3）能层、能级与最多容纳的电子数

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

……

……

……

……

最多电

子数

2

2

6

2

6

10

2

6

10

14

2

……

……

……

……

2

8

18

32

……

……

……

2n2

由上表可知：

①能层序数等于该能层所包含的能级数，如第三能层有3个能级。

②s、p、d、f各能级可容纳的电子数分别为1、3、5、7的2倍。

③原子核外电子的每一能层最多可容纳的电子数与能层的序数（n）间存在的关系是2n2。

能层中各能级的能量关系

（1）不同能层之间，符号相同的能级的能量随着能层数的递增而增大。

（2）在相同能层各能级能量由低到高的顺序是ns

（3）不同能层中同一能级，能层数越大，能量越高。

例如：

1s<2s<3s<4s……

例1

　（2019·邢台市月考）下列能级符号表示错误的是（　　）

A.2pB.3fC.4sD.5d

【考点】能层与能级

【题点】能层、能级的表示方法及数量关系

答案　B

解析　每一能层的能级数与能层序数相等，且具有的能级依次为s、p、d、f……，M能层只有3s、3p、3d能级，没有3f能级。

例2

　（2019·银川市育才中学月考）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

【考点】能层与能级

【题点】不同能层或能级的能量高低比较

答案　B

解析　A项，能层是电子层，对于同一能层里能量不同的电子，又将其分为不同的能级；C项，同一能层里不同能级，能量按照s、p、d、f的顺序升高；D项，不同能层中的s能级的能量不同，能层越大，s能级的能量越高，例如：

E（1s）

二、构造原理与电子排布式

1.构造原理

随着原子核电荷数的递增，绝大多数元素的原子核外电子排布遵循下列顺序：

把这种规律称为构造原理。

即电子所排的能级顺序：

1s、2s、2p、3s、3p、4s、3d、4p、5s、4d、5p、6s、4f、5d、6p、7s……。

2.电子排布式

（1）电子排布式是用数字在能级符号右上角标明该能级上排布的电子数的式子。

如：

Al原子电子排布式中各符号、数字的意义为

（2）写出下列原子或离子的电子排布式：

①8O：

1s22s22p4；

②19K：

1s22s22p63s23p64s1；可简写为[Ar]4s1；

③17Cl：

1s22s22p63s23p5；可简写为[Ne]3s23p5；

④16S2－：

1s22s22p63s23p6。

（1）构造原理

①构造原理是绝大多数基态原子的核外电子排布顺序。

②电子按照构造原理排布，会使整个原子的能量处于最低状态，原子相对较稳定。

③从构造原理图可以看出，从第三能层开始，不同能层的能级出现“能级交错”现象。

能级交错指电子层数较大的某些能级的能量反而低于电子层数较小的某些能级的能量的现象，如4s＜3d、6s＜4f＜5d，一般规律为ns＜（n－2）f＜（n－1）d＜np。

（2）简单原子的电子排布式

①按照构造原理将电子依次填充到能量逐渐升高的能级中。

②为了避免电子排布式过于繁琐，我们可以把内层电子达到稀有气体结构的部分，以相应稀有气体元素符号外加方括号来表示。

如Na的核外电子排布式为1s22s22p63s1，其中第一、二能层与Ne（1s22s22p6）的核外电子排布结构相同，所以其电子排布式可简化为[Ne]3s1。

（3）复杂电子的电子排布式

对于较复杂的电子排布式，应先按能量从低到高排列，然后将同一能层的电子移到一起。

例如：

26Fe：

先按能量从低到高排列为1s22s22p63s23p64s23d6，然后将同一能层的移到一起，即该原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2，简化为[Ar]3d64s2。

其中[Ar]表示Ar的核外电子排布式，3d64s2为价层电子排布式。

例3

　构造原理揭示的电子排布能级顺序，实质是各能级能量高低。

若以E（nl）表示某能级的能量，以下各式中正确的是（　　）

A.E（5s）>E（4f）>E（4s）>E（3d）

B.E（3d）>E（4s）>E（3p）>E（3s）

C.E（4s）

D.E（5s）>E（4s）>E（4f）>E（3d）

【考点】构造原理

【题点】构造原理的应用

答案　B

解析　根据构造原理，各能级能量由低到高的顺序为1s、2s、2p、3s、3p、4s、3d、4p、5s……，A项和D项正确顺序为E（4f）>E（5s）>E（3d）>E（4s）；对于不同能层的相同能级，能层序数越大，能量越高，所以C项错误。

例4

　下列原子或离子的核外电子排布式，正确的是（　　）

A.16S2－：

1s22s22p63s23p4B.21Sc：

1s22s22p63s23p64s23d1

C.18Ar：

1s22s22p63s23p6D.9F：

2s22p5

【考点】电子排布式

【题点】原子电子排布式的书写与判断

答案　C

解析　S2－的原子核外共有18个电子，其核外电子排布式为1s22s22p63s23p6，选项A是S原子的核外电子排布式，故A错误；书写电子排布式时，能层低的能级要写在左边，能层高的能级要写在右边，因此21Sc原子的核外电子排布式应为1s22s22p63s23p63d14s2，故B错误；D是F的最外层电子（价电子）排布式，不符合题意。

方法技巧

书写电子排布式的关键是熟悉构造原理，各能级能量由低到高可记为ns<（n－2）f<（n－1）d

1.如图①②③原子结构模型中依次符合卢瑟福、道尔顿、汤姆生的观点的是（　　）

A.①②③B.③①②

C.③②①D.②①③

【考点】原子的诞生与原子结构的演变

【题点】原子结构的演变

答案　B

解析　卢瑟福提出了原子的核式模型，道尔顿认为原子是一个实心的球体，汤姆生发现了电子，并提出了原子的“葡萄干布丁”模型。

2.下列能层不包含d能级的是（　　）

A.O能层B.N能层C.M能层D.K能层

【考点】能层与能级

【题点】能层、能级的表示方法及数量关系

答案　D

解析　多电子的原子中，同一能层的电子可分为不同的能级，K层只有s能级，L层有s、p能级，从M能层开始有d能级。

3.第N能层所含能级数、最多容纳电子数分别为（　　）

A.3、18B.4、24

C.5、32D.4、32

【考点】能层与能级

【题点】不同能层或能级上排布电子数目的判断与比较

答案　D

解析　每一能层包含的能级数目等于该能层的序数，故第四能层包含s、p、d、f四个能级；每一能层所容纳的最多电子数为2n2，故第四能层所容纳的最多电子数为2×42＝32个。

4.电子在一个原子的下列能级中排布时，最后一个排布的是（　　）

A.nsB.np

C.（n－1）dD.（n－2）f

【考点】构造原理

【题点】构造原理的应用

答案　B

解析　根据原子中上述能级的能量高低顺序：

ns<（n－2）f<（n－1）d

可见，解此类题，应从构造原理入手，判断出能级的能量高低。

电子在排布时应先进入能量低的能级，填满后再进入能量高的能级。

5.请根据构造原理，写出下列原子的电子排布式：

（1）16S______________________________________________________________________。

（2）10Ne_____________________________________________________________________。

（3）20Ca_____________________________________________________________________。

（4）26Fe_____________________________________________________________________。

（5）29Cu_____________________________________________________________________。

（6）11Na_____________________________________________________________________。

【考点】电子排布式

【题点】原子电子排布式的书写与判断

答案　

（1）1s22s22p63s23p4

（2）1s22s22p6

（3）1s22s22p63s23p64s2

（4）1s22s22p63s23p63d64s2

（5）1s22s22p63s23p63d104s1

（6）1s22s22p63s1

解析　根据原子核外电子的排布规律和构造原理书写原子的电子排布式，应注意从3d能级开始出现“能级交错”现象。

[对点训练]

题组一　原子的诞生及原子结构模型的演变

1.宇宙中最多的元素是（　　）

A.HB.OC.HeD.N

【考点】原子的诞生与原子结构的演变

【题点】宇宙中的元素

答案　A

解析　氢是宇宙中最丰富的元素，约占宇宙原子总数的88.6%，氦约为氢原子数的1/8，它们合起来约占宇宙原子总数的99.7%以上。

2.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.①③②⑤④B.④②③①⑤　C.④②⑤①③D.④⑤②①③

【考点】原子的诞生与原子结构的演变

【题点】原子结构的演变

答案　C

解析　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。

题组二　能层与能级

3.下列能层的能量由低到高的顺序是（　　）

A.K、M、N、LB.M、N、Q、P

C.L、M、N、OD.M、N、P、O

【考点】能层与能级

【题点】不同能层或能级的能量高低比较

答案　C

解析　能层的能量由低到高的顺序为K、L、M、N、O、P、Q。

4.下列微粒符号正确的是（　　）

A.2d1B.3f7C.6s3D.7p2

【考点】能层与能级

【题点】能层、能级的表示方法及数量关系

答案　D

解析　L层只有s、p两个能级，没有d能级，A错误；M层只有s、p、d三个能级，没有f能级，B错误；s能级只有一个轨道，最多只能容纳2个电子，C错误；Q层有p能级，p能级有3个轨道，最多容纳6个电子，D正确。

5.下列能级符号表示正确且最多容纳的电子数按照从少到多的顺序排列的是（　　）

A.1s、2p、3dB.1s、2s、3s

C.2s、2p、2dD.3p、3d、3f

期末冲刺100分完全试卷答案【考点】能层与能级

【题点】能层、能级的表示方法及数量关系

答案　A

数学题目大全带答案解析　从M能层开始有d能级，不存在2d能级，故C错误；从N能层开始有f能级，不存在3f能级，故D项错误；不同能层的相同能级最多容纳的电子数相同，故B项错误。

描写学校的成语6.下列关于能层与能级的说法中正确的是（　　）

教学质量综合测评A.同一原子中，符号相同的能级，其上电子能量不一定相同

B.任一能层的能级总是从s能级开始，而且能级数不一定等于该能层序数

未来两年大学生活的计划C.同是s能级，在不同的能层中所能容纳的最多电子数是不相同的

数学函数怎么学D.多电子原子中，每个能层上电子的能量一定不同

【考点】能层与能级

期中质量检测分析【题点】能层与能级的综合

教学资源网站答案　A

解析　同一原子中，符号相同的能级，其上电子能量不一定相同，如1s和2s，能量2s＞1s，A正确；能层含有的能级数等于能层序数，即第n能层含有n个能级，每一能层总是从s能级开始，B错误；同是s能级，在不同的能层中所能容纳的最多电子数都是2个，C错误；多电子原子中，同一能级上电子的能量相同，D错误。

材料科学概论试题题组三　构造原理及其应用

7.下列各项中，前面的能级先填入电子的是（　　）

①3d和4s　②4p和5s　③5s和4d　④5p和4d

A.①②B.②③C.②④D.③④

教师上课答案　B

解析　原子中不同能级电子能量从小到大顺序是1s、2s、2p、3s、3p、4s、3d、4p、5s、4d、5p、6s、4f…，排列电子时先排能量低的后排能量高的。

【考点】构造原理

【题点】构造原理的应用

8.按能量由低到高的顺序，下列排列正确的是（　　）

A.1s、2p、3d、4sB.1s、2s、3s、2p　C.2s、2p、3s、3pD.4p、3d、4s、3p

【考点】构造原理

【题点】构造原理的应用

答案　C

解析　相同电子层上不同能级能量高低：

ns

1s<2s<3s<4s；另外还有能级交错现象。

A项中1s<2p<4s<3d；B项中1s<2s<2p<3s；D项中3p<4s<3d<4p。

9.主族元素原子失去最外层电子形成阳离子，主族元素的原子得到电子填充在最外层形成阴离子。

下列各原子或离子的电子排布式错误的是（　　）

A.Ca2＋：

1s22s22p63s23p6B.O2－：

1s22s22p4

C.Cl－：

[Ne]3s23p6D.Ar：

1s22s22p63s23p6

【考点】构造原理

【题点】构造原理的应用

答案　B

解析　本题主要考查根据构造原理来书写电子排布式，已知氧原子的电子排布式为1s22s22p4，故O2－的电子排布式应为1s22s22p6，B项错误，A、C、D三项均正确。

10.下面是某些元素的最外层电子排布，各组指定的元素，不能形成AB2型化合物的是（　　）

A.2s22p2和2s22p4B.3s23p4和2s22p4　C.3s2和2s22p5D.3s1和3s23p2

【考点】电子排布式

【题点】价层电子排布式的书写与判断

答案　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Si，不能形成AB2型化合物，故选D。

11.R元素的原子，其最外层的p能级电子数等于所有的能层s能级电子总数，则R可能是（　　）

A.LiB.BeC.SD.Ar

【考点】能层与能级

【题点】根据能层或能级上排布电子数目推断元素

答案　D

解析　若只有1个能层，不存在p能级；若有2个能层，则有两个s能级，则电子排布为1s22s22p4，为O元素；若有3个能层，则有三个s能级，则电子排布为1s22s22p63s23p6；由此应选D。

12.4p轨道填充一半的元素，其原子序数是（　　）

A.15B.33C.35D.51

【考点】能层与能级

【题点】根据能层或能级上排布电子数目推断元素

答案　B

解析　4p轨道填充一半的元素，其电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p3，原子序数为33。

[综合强化]

13.根据构造原理写出下列基态原子或离子的核外电子排布式。

（1）A元素原子核外M层电子数是L层电子数的一半：

__________________________。

（2）B元素原子的最外层电子数是次外层电子数的1.5倍：

_______________________。

（3）基态Ni2＋、Fe3＋、N3－的电子排布式分别为_____________、________、________。

【考点】电子排布式

【题点】原子电子排布式的书写与判断

答案　

（1）1s22s22p63s23p2　

（2）1s22s22p1　（3）[Ar]3d8　[Ar]3d5　1s22s22p6

解析　

（1）L层有8个电子，则M层有4个电子，故A为硅。

（2）当次外层为K层时，最外层电子数则为3，则B为硼；当次外层为L层时，最外层电子数为1.5×8＝12，违背了排布规律，故不可能。

（3）Ni的原子序数为28，根据构造原理，基态Ni原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d84s2，故Ni2＋的电子排布式为1s22s22p63s23p63d8；基态Fe原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2，故Fe3＋的电子排布式为1s22s22p63s23p63d5；氮原子序数为7，基态氮原子的电子排布式为1s22s22p3，故N3－的电子排布式为1s22s22p6。

14.有几种元素的粒子核外电子排布式均为1s22s22p63s23p6，其中：

（1）某电中性微粒一般不和其他元素的原子反应，这种微粒的符号是________。

（2）某微粒的盐溶液能使溴水褪色，并出现浑浊，这种微粒的符号是________。

（3）某微粒氧化性很弱，但得到电子后还原性很强，且这种原子最外层有一个电子，这种微粒的符号是________。

（4）某微粒还原性虽弱，但失去电子后氧化性强，且这种元素的原子得到一个电子即达稳定结构，这种微粒的符号是________。

【考点】能层与能级

【题点】根据能层或能级上排布电子数目推断元素

答案　

（1）Ar　

（2）S2－　（3）K＋　（4）Cl－

解析　符合上述核外电子排布式的电中性微粒，很难发生化学反应的应为稀有气体Ar；使溴水褪色，应为还原性较强的S2－，发生如下反应S2－＋Br2===S↓＋2Br－；氧化性很弱，得电子后还原性很强，应为K＋；得一个电子即达稳定结构，故该微粒应为Cl－。

15.A、B、C、D分别代表四种不同的短周期元素。

A元素的原子最外层电子排布式为ns1，B元素的原子最外层电子排布式为ns2np2，C元素的最外层电子数是其电子层数的3倍，D元素原子的M电子层的p能级中有3个电子。

（1）C原子的电子排布式为________，若A元素的原子最外层电子排布式为1s1，则A与C形成的阴离子的电子式为__________。

（2）当n＝2时，B的原子结构示意图为________。

（3）若A元素的原子最外层电子排布式为2s1，元素A在周期表中的位置是________。

【考点】电子排布式

【题点】利用电子排布式进行元素的推导

答案　

（1）1s22s22p4　

（2）

　（3）第二周期ⅠA族

解析　由C元素的最外层电子数是其电子层数的3倍，推出C为O；D元素原子的M电子层的p能级中有3个电子，推出D是P；若n＝2，则B的最外层电子排布式为2s22p2，B为碳元素；若A元素的原子最外层电子排布式为2s1，元素A为Li，在周期表中的位置是第二周期ⅠA族。