学年高中化学专题2原子结构与元素的性质第一单元原子核外电子的运动学案苏教版选修3Word文档下载推荐.docx
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nd<
nf。
(2)形状相同的原子轨道:
2p<
3p<
4p。
(3)电子层数和原子轨道形状均相同:
2px=2py=2pz。
5.原子核外电子还存在一种称为“自旋”的运动。
自旋可以有两种不同的状态,分别用“↑”和“↓”表示。
1.玻尔理论不能解释( )
A.H原子光谱为线状光谱
B.在一给定的稳定轨道上,运动的核外电子不发射能量——电磁波
C.H原子的可见光区谱线
D.H原子光谱的精细结构
解析:
选D。
玻尔理论是针对原子的稳定存在和氢原子光谱为线状光谱的事实提出的,而对H原子光谱的精细结构无法解释。
2.图a和b分别是1s电子的概率分布图和原子轨道图。
下列有关认识正确的是( )
A.a中的每个小黑点表示1个电子
B.b表示1s电子只能在球体内出现
C.b表明1s轨道呈圆形,有无数对称轴
D.a中的小黑点表示某一时刻,电子在核外所处的位置
电子云图中的一个小黑点只表示电子曾经在此出现过,A错;
图b所示电子在该区域出现的概率大,在此之外也能出现,不过概率很小,B错;
1s轨道在空间呈球形而不是圆形,C错。
3.在基态多电子原子中,关于核外电子能量的叙述错误的是( )
A.最易失去的电子能量最高
B.1s轨道的电子能量最低
C.p轨道电子能量一定高于s轨道电子能量
D.在离核最近区域内运动的电子能量最低
选C。
选项C没有指明p轨道电子和s轨道电子是否处于同一电子层。
4.比较下列多电子的原子轨道的能量高低(填“>”“<”或“=”)。
(1)2s________3s;
(2)2s________3d;
(3)2px________2py;
(4)4f________6f。
相同电子层上原子轨道能量高低顺序是ns<np<nd<nf;
相同形状的原子轨道能量的高低顺序:
1s<2s<3s<4s…;
同一电子层上形状相同的原子轨道具有相同的能量:
npx=npy=npz。
答案:
(1)<
(2)< (3)= (4)<
1.
2.各电子层包含的原子轨道类型及最多容纳的电子数
若原子的电子层数为n,则下列推论不正确的是( )
A.第n电子层中具有的原子轨道类型为n种
B.第n电子层中具有的原子轨道数为n2个
C.第n电子层中最多具有的电子数为2n2个
D.同一原子轨道上的电子能量一定相同,不同原子轨道上的电子能量一定不同
[思路点拨] 原子核外电子排布遵循一定的规律,其中电子层、原子轨道等概念需要深入理解。
[解析] 同一原子里有不同轨道,如s轨道和p轨道中的电子能量肯定不同。
不同的原子轨道,只要对应的电子层数和原子轨道类型相同,则能量相同,D项错。
[答案] D
(1)每个电子层中最多容纳的电子数为何是2n2?
(2)p轨道的能量一定比s轨道的能量大吗?
(1)每个电子层可能有的最多轨道数为n2,每个轨道又只能容纳2个电子,因此,每个电子层最多容纳的电子数是2n2。
(2)不一定,只有在电子层数相同时才成立。
若电子层数不相同时,p轨道的能量可能比s轨道的能量小,如3s>
2p。
原子结构
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.①②③ B.③①②
C.③②①D.②①③
选B。
卢瑟福提出了原子的有核模型,道尔顿认为原子是一个实心的球体,汤姆生发现了电子,并提出了汤姆生模型。
2.下列图像中所发生的现象与电子的跃迁无关的是( )
D项平面镜成像是一种物理现象,不存在电子的跃迁;
A、B、C三项中物质变化均与原子核外的电子跃迁有关。
3.有关核外电子运动规律的描述错误的是( )
A.核外电子质量很小,在原子核外做高速运动
B.核外电子的运动规律与普通物体不同,不能用牛顿运动定律来解释
C.在电子云示意图中,通常用小点来表示电子绕核做高速圆周运动
D.钠原子的1s、2s、3s电子云半径不同
电子云图中的小点自身并没有意义,一个小点并不代表一个电子,也就不能说“一个小点代表电子在此出现过一次”,因为它只是一种统计的结果。
小点的疏密表示电子在核外空间单位体积内出现机会的大小。
电子云是一个比喻的说法,好像带负电荷的云雾笼罩在原子核周围,电子云只是对原子核外电子运动特征的一种形象描述。
4.下列有关认识正确的是( )
A.各原子轨道中的轨道数按s、p、d、f的顺序依次为1、3、5、7
B.各电子层的原子轨道都是从s轨道开始至f轨道结束
C.各电子层含有的轨道数为n-1
D.各电子层含有的电子数为2n2
选A。
各电子层的轨道数等于其所处的电子层数的平方,即当n=1时,它只有1个s轨道,当n=2时,它有4个轨道,即1个s轨道和3个p轨道,所以B、C均错误。
每个电子层最多容纳的电子数为2n2个,所以D错误。
5.下列说法正确的是( )
A.s轨道呈球形,p轨道呈椭圆形
B.科学家们采用统计的方法来确定电子在原子核外某一区域出现的概率
C.电子云中单位体积内小点的疏密程度表示电子的多少
D.s原子轨道在空间的分布分别沿x、y、z方向
s轨道呈球形,p轨道呈纺锤形,A项错误;
电子云中单位体积内小点的疏密程度表示电子在原子核外单位体积内出现概率的大小,C项错误;
p原子轨道在空间的分布分别沿x、y、z方向,D项错误。
6.观察2pz轨道电子云示意图(如图所示),下列说法中错误的是( )
A.2pz轨道上的电子在空间出现的概率分布呈z轴对称
B.点密集的地方表明电子出现的概率大
C.电子先沿z轴正半轴运动,然后在负半轴运动
D.2pz轨道的形状为两个椭圆球
观察2pz轨道电子云示意图发现,处于2pz轨道上的电子在空间出现的概率分布相对于z轴对称,电子主要在xy平面的上、下方出现,A正确;
电子云中的小黑点疏密程度代表电子出现概率的大小,所以点密集的地方表明电子出现的概率大,B正确;
在图中,电子在空间出现的概率分布关于z轴对称,电子云并不是电子的真实运动轨迹,C错误;
2pz轨道电子云形状为两个椭圆球,D正确。
原子核外电子的排布
1.原子核外电子排布的轨道能量顺序
按箭头指向,轨道的能量越来越大。
2.核外电子排布需要遵循能量最低原理、泡利不相容原理和洪特规则。
(1)能量最低原理:
原子核外电子先占据能量低的轨道(优先进入能量低的能级),然后依次进入能量较高的轨道。
(2)泡利不相容原理:
每个原子轨道上最多只能容纳两个自旋状态不同的电子。
(3)洪特规则:
在能量相同的轨道上的电子将尽可能先分占不同的原子轨道,且自旋状态相同。
3.电子排布式
将原子轨道上排布的电子数标在该原子轨道符号右上角,并按照电子层从左到右依次升高的顺序排列的式子,称电子排布式,如H原子的电子排布式如下:
Mg原子的电子排布式:
1s22s22p63s2。
为了避免电子排布式书写过繁,可以把内层电子已达到稀有气体结构的部分写成“原子实”,以稀有气体的元素符号外加方括号表示。
Mg原子的电子排布式也可表示为[Ne]3s2。
1.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×
”)。
(1)同一原子中2p、3p、4p原子轨道数依次增多。
( )
(2)在一个基态多电子原子中,可以有两个运动状态完全相同的电子存在。
(3)核外电子排布的表示方法中,轨道表示式最能反映电子的排布情况。
(4)2p
违背了洪特规则。
(5)3d6的轨道表示式为
。
(1)×
(2)×
(3)√ (4)×
(5)×
2.以下表示氦原子结构的化学用语中,对电子运动状态描述最详尽的是( )
A.
He B.
C.1s2D.
A、B、C三个选项只是表达出氦原子核外有2个电子,而D项能详尽地描述出电子的运动状态。
3.科学研究证明:
核外电子的能量不仅与电子所处的电子层、轨道有关,还与核外电子的数目及核电荷数有关。
氩原子与硫离子的核外电子排布相同,都是1s22s22p63s23p6。
下列说法正确的是( )
A.两粒子的s轨道中电子的能量都相同
B.两粒子的3p轨道上电子离核的距离相同
C.两粒子的电子发生跃迁时,产生的光谱相同
D.两粒子都达8电子稳定结构,但化学性质不相同
A项错误,只有处于同一粒子同一电子层的s轨道中电子能量才相同;
B项错误,两粒子的核电荷数不同,3p轨道电子离原子核距离不同;
C项错误,各轨道能量差不同,产生的光谱肯定不同;
D项正确,因核电荷数不同,化学性质明显不同。
4.下列氧原子的轨道表示式中,能量最低的是( )
原子核外电子排布遵循能量最低原理、泡利不相容原理和洪特规则。
只有B项遵循以上原理,原子处于基态。
5.五种元素的原子核外电子排布如下:
A.1s22s22p63s23p63d54s2 B.1s22s22p63s2
C.1s22s22p6D.1s22s22p63s23p2
E.[Ar]4s1
试回答:
(1)以上五种元素是稀有气体的是________(填编号),其元素符号是____________。
(2)A的元素符号是________。
(3)画出D元素的原子核外电子排布的轨道表示式:
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(4)B、D、E三种元素的原子半径大小顺序是__________(用元素符号表示)。
由原子的电子排布式可知A~E元素分别为Mn、Mg、Ne、Si、K。
依据相关知识,可得各小题答案。
(1)C Ne
(2)Mn
(3)
(4)r(K)>r(Mg)>r(Si)
1.原子核外电子排布遵循的原理
原子核外电子总是尽可能先占据能量最低的原子轨道,填满后再依次填充能量较高的其他原子轨道。
也就是先填1s,填满后填2s,然后填2p,按照原子核外电子排布的轨道能量顺序依次排布。
一个原子中不可能有两个运动状态四方面完全相同的电子。
运动状态四方面是指轨道所处电子层、轨道类型、轨道伸展方向和电子自旋状态。
当电子排布在能量相同的各个轨道时,总是优先单独占据一个轨道,而且自旋方向相同,这个规则叫洪特规则。
p3的轨道表示式为
或
,而不是
(4)洪特规则的特例:
当p、d、f轨道填充的电子数为全空、半充满或全充满时,原子处于较稳定的状态。
即p0、d0、f0,p3、d5、f7,p6、d10、f14时,是较稳定状态。
前36号元素中,全空状态的有4Be:
2s22p0、12Mg:
3s23p0、20Ca:
4s23d0;
半充满状态的有:
7N:
2s22p3、15P:
3s23p3、
24Cr:
3d54s1、25Mn:
3d54s2、33As:
4s24p3;
全充满状态的有
10Ne:
2s22p6、18Ar:
3s23p6、29Cu:
3d104s1、30Zn:
3d104s2、
36Kr:
4s24p6。
2.基态原子核外电子排布的表示方法
(1)电子排布式
①用数字在原子轨道符号的右上角表明该原子轨道上排布的电子数,这就是电子排布式,如K:
1s22s22p63s23p64s1。
②简化电子排布式,如K:
[Ar]4s1。
(2)轨道表示式
每个方框代表一个原子轨道,每个箭头代表一个电子。
基态硫原子的轨道表示式为
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,其中最能准确表示基态锰原子核外电子运动状态的是( )
[思路点拨] 解答本题时要综合考虑原子核外电子排布的三条规律,并要仔细观察,发现选项中的错误之处。
[解析] Mn原子的电子排布式为
1s22s22p63s23p63d54s2,原子轨道的能量由低到高的顺序为1s→2s→2p→3s→3p→4s→3d,其中3d轨道上排布了5个电子,为半充满状态,各电子分占不同的轨道,且自旋状态相同。
A中有两个错误,轨道能量顺序不对,3d轨道上电子排布不对,违反了洪特规则;
B中有两处错误,s轨道上两个电子的自旋状态应相反,轨道能量顺序不对;
C中有一处错误,3d轨道上电子排布不对,违反了洪特规则。
[答案] D
从元素周期表中查出铜、银、金的外围电子排布,它们是否符合原子核外电子排布的轨道能量顺序?
若不符合,请做出合理解释。
从元素周期表中查出铜、银、金的外围电子排布分别为Cu:
3d104s1,Ag:
4d105s1,Au:
5d106s1。
根据原子核外电子排布的轨道能量顺序,Cu、Ag、Au的外围电子排布为(n-1)d9ns2。
所以它们电子层排布不符合原子核外电子排布的轨道能量顺序。
合理解释:
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……的两倍,而量子力学的理论指出,在等价轨道上(同一能级)的电子排布在全充满、半充满和全空状态的具有较低的能量和较高的稳定性。
相对稳定的状态
核外电子排布的表示方法
1.应用原子核外电子排布的轨道能量顺序,完成下表:
原(离)子
电子排布式
简化电子排布式
7N
20Ca
30Zn
34Se
26Fe2+
1s22s22p3
[He]2s22p3
1s22s22p63s23p64s2
[Ar]4s2
1s22s22p63s23p63d104s2
[Ar]3d104s2
1s22s22p63s23p63d104s24p4
[Ar]3d104s24p4
1s22s22p63s23p63d6
[Ar]3d6
2.下列给出的Fe的轨道表示式,正确的是( )
Fe原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2,根据电子排布规律可知A正确。
3.下列各原子或离子的电子排布式错误的是( )
A.K+:
1s22s22p63s23p6 B.F:
[He]2s22p5
C.S2-:
1s22s22p63s23p4D.Ne:
1s22s22p6
K的电子排布式为1s22s22p63s23p64s1,K原子失去4s上的一个电子形成K+,A正确;
F原子有9个电子,电子排布式为1s22s22p5,简化为[He]2s22p5,B正确;
S原子的电子排布式为1s22s22p63s23p4,得到的2个电子进入3p中,所以S2-的电子排布式为1s22s22p63s23p6,C错误;
Ne的电子数为10,电子排布式为1s22s22p6,D正确。
4.下列表达式正确的是( )
A.铬原子的简化电子排布式为[Ar]3d44s2
B.Cl-的结构示意图为
C.N原子的轨道表示式为
D.Cu原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s1
A项违背洪特规则特例;
B项Cl-最外层有8个电子;
C项中N原子2p轨道上是3个电子且自旋方向相同。
核外电子排布的规则
5.若以E表示某原子轨道的能量,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)<E(3s)<E(2s)<E(1s)
D.E(5s)>E(4s)>E(4f)>E(3d)
根据轨道能量顺序,各原子轨道能量的大小顺序为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);
对于不同电子层的相同原子轨道,原子轨道序数越大,能量越高。
6.下列原子或离子的电子排布表示方法中,正确的是________,违反能量最低原理的是________,违反洪特规则的是________,违反泡利不相容原理的是________。
①Ca2+:
1s22s22p63s23p6
②F-:
1s22s23p6
③
④Fe:
1s22s22p63s23p63d64s2
⑤Mg2+:
⑥
根据核外电子排布规律知②中错误在于电子排完2s轨道后应排2p轨道,而不是3p轨道,应为1s22s22p6;
③中没有遵循洪特规则——电子在同一能级的不同轨道上排布时,应尽可能分占不同的轨道并且自旋状态相同;
⑥违反泡利不相容原理,应为
①④⑤ ② ③ ⑥
7.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:
选________,理由:
_________________________________________________。
(2)钠原子:
A.3s1B.3p1
____________________________________________________。
(3)碳原子:
本题考查的是核外电子排布所遵循的原理方面的知识。
据洪特规则,电子在能量相同的各轨道上排布时尽可能分占不同的原子轨道,且自旋方向相同,故
(1)选B,(3)选A。
据能量最低原则,核外电子先占有能量低的轨道,再占有能量高的轨道,
(2)中由于3s轨道能量低于3p轨道,故选A。
(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则
(3)A B中原子的外围电子排布违反了洪特规则
重难易错提炼
1.电子及其运动特点可概括为体积小、质量轻、带负电;
绕核转、运动快、测不准(某时刻的位置和速度);
(离核的)距离不同、能量相异、描述概率(电子在核外空间某处出现的概率,即电子云)。
2.同一电子层,不同原子轨道其形状不同,数目不同,能量不同;
不同电子层,同种原子轨道其形状相同,半径不同,数目相同,能量不同。
3.基态原子的核外电子排布遵循轨道能量顺序。
4.
—
课后达标检测
[基础巩固]
1.下列叙述中,不属于核外电子的特点的是( )
A.质量很小 B.运动范围很小
C.运动速率很快D.有确定的运动轨道
核外电子的质量极小,约为9.1×
10-31kg,仅为质子质量的
,在直径10-10m的空间内做高速运动,运动速率已近光速(3×
108m·
s-1)。
所以,不能同时准确测定电子在某一时刻所处的位置及运动速率,也不能描绘出它的运动轨迹,即没有确定的运动轨道。
2.北京“鸟巢”运用了高强度、高性能的钒氮合金高新钢,钒元素的原子序数为23,则钒原子的外围电子排布式正确的是( )
A.3s23p6 B.3d34s2
C.3d64s2 D.4s2
钒元素的原子序数为23,可根据电子排布规律写出钒原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d34s2,钒元素为副族元素,所以其外围电子排布式为3d34s2。
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是( )
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
在电流作用下,基态氖原子的电子吸收能量跃迁到能量较高的轨道上,变为激发态原子,这一过程要吸收能量,不会发出红色光;
而电子从较高能量的激发态跃迁到较低能量的激发态或基态时,将释放能量,从而产生红光,故A项正确。
4.关于多电子原子核外电子的运动规律,下列叙述正确的是( )
A.核外电子是分层运动的
B.所有电子在同一区域里运动
C.能量高的电子在离核近的区域运动
D.同一电子层的电子能量相同
根据电子的能量高低不同,核外电子分层运动,能量高的电子在离核远的区域运动,同一电子层内不同轨道的电子能量不相同,只有A项正确。
5.在d轨道中电子排布成
,而不排布成
,其最直接的根据是( )
A.能量最低原理B.泡利不相容原理
C.原子轨道能量顺序图D.洪特规则
根据洪特规则,电子排布在能量相同的各个轨道时,总是优先单独占据一个轨道,而且自旋状态相同。
6.若某元素基态原子的外围电子排布式为3d24s2,则下列说法正确的是( )
A.该元素基态原子中共有13个电子
B.该元素原子核外有3个电子层
C.该元素原子最外层共有5个电子
D.该元素原子L能层共有8个电子
本题给出的仅是该元素基态原子的外围
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