高中化学第一章原子结构与性质第一节原子结构第2课时课时作业新人教版.docx

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高中化学第一章原子结构与性质第一节原子结构第2课时课时作业新人教版

2019-2020年高中化学第一章原子结构与性质第一节原子结构第2课时课时作业新人教版

[目标导航]　1.了解能量最低原理，知道基态与激发态，知道原子核外电子在一定条件下会发生跃迁产生原子光谱。

2．了解原子核外电子的运动状态，知道电子云和原子轨道，掌握泡利原理和洪特规则。

一、基态与激发态、光谱

1．原子的电子排布遵循构造原理，使整个原子的能量处于最低，简称能量最低原理。

2．基态原子与激发态原子

（1）基态原子：

处于最低能量的原子。

（2）激发态原子：

基态原子的电子吸收能量后，电子跃迁到较高能级，变成激发态原子。

3．光谱与光谱分析

（1）光谱的成因与分类：

（2）光谱分析：

在现代化学中，利用原子光谱上的特征谱线来鉴定元素的分析方法。

【议一议】

1．在国庆节、元旦、春节，我们经常放焰火来庆祝，请你思考这与原子结构有什么关系呢？

答案　这与原子核外电子发生跃迁释放能量有关。

二、电子云与原子轨道

1．电子云

电子云是处于一定空间运动状态的电子在原子核外空间的概率密度分布的形象化描述。

小黑点越密，表示概率密度越大。

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。

2．电子云轮廓图

为了表示电子云轮廓的形状，对核外电子的空间状态有一个形象化的简便描述，把电子在原子核外空间出现概率90%的空间圈出来，即为电子云轮廓图。

3．电子云的形状

s电子云呈球形

p电子云呈哑铃形

4．原子轨道

（1）定义：

电子在原子核外的一个空间运动状态称为一个原子轨道。

（2）各能级所含有原子轨道数目

能级符号

ns

np

nd

nf

轨道数目

1

3

5

7

5.泡利原理和洪特规则

（1）泡利原理：

一个原子轨道最多只能容纳2个电子，且自旋状态相反。

电子自旋有顺时针和逆时针两种状态。

（2）洪特规则：

当电子排布在同一能级的不同轨道时，总是优先单独占据一个轨道，而且自旋状态相同。

【议一议】

2．结合电子云和原子轨道的知识，回答：

（1）电子的运动与宏观物体的运动有何不同？

（2）电子云图中的小黑点的含义是什么？

小黑点的密度表示什么？

（3）不同能层的同种能级的原子轨道形状是否完全相同？

答案　

（1）电子及其运动特点可概括为：

体积小、质量小、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、描述几率（电子在核外空间某处出现的几率，即电子云）。

（2）小黑点是电子在原子核外出现的概率密度的形象表述。

小黑点密度越大，表明概率密度越大。

（3）不同能层的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）

3．下列表示的是第二周期一些原子的核外电子排布图，请说出每种符号的意义及从中获得的一些信息。

答案　①一个小方框表示1个原子轨道。

②每个原子轨道里最多容纳2个电子，且自旋状态相反，遵循泡利原理。

③当电子排在同一能级的不同轨道时，总是优先单独占据不同的轨道而且自旋状态相同，遵循洪特规则。

4．根据构造原理，29Cu的电子排布式应是1s22s22p63s23p63d94s2，但实际29Cu的电子排布式却是1s22s22p63s23p63d104s1，思考并讨论其原因。

依据此原理写出24Cr的电子排布式。

答案　有少数元素的基态原子的电子排布对于构造原理有1个电子的偏差。

因为能量相同的原子轨道在全充满（如p6和d10）、半充满（如p3和d5）和全空（如p0和d0）状态时，体系的能量较低，原子较稳定，所以Cr的电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s1。

一、基态与激发态、光谱

【例1】　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

答案　A

解析　解答该题的关键是明确基态原子与激发态原子的相互转化及其转化过程中的能量变化及现象。

在电流作用下，基态氖原子的电子吸收能量跃迁到较高的能级，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。

易错点分析　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。

规律总结

1.

2．

（1）电子按照构造原理排布（即电子优先排布在能量最低的能级里，然后依次排布在能量逐渐升高的能级里），会使整个原子的能量处于最低状态，此时为基态原子。

（2）不同元素的原子光谱都是特定的，在现代化学中，常利用原子光谱上的特征谱线来鉴定元素，称为光谱分析。

变式训练1　以下电子排布式是基态原子的电子排布的是（　　）

①1s12s1　②1s22s12p1　③1s22s22p63s2

④1s22s22p63s23p1

A．①②B．①③C．②③D．③④

答案　D

解析　根据构造原理，核外电子的排布总是首先占据能量较低的轨道，当能量较低轨道填满后再进入能量较高的轨道，此时整个原子能量最低，处于基态。

①中1s轨道未填满就进入2s轨道，属于激发态，②中2s轨道未填满就进入2p轨道，也属于激发态。

只有③④属于基态原子的电子排布。

二、电子云与原子轨道

【例2】　下列有关电子云和原子轨道的说法正确的是（　　）

A．原子核外的电子像云雾一样笼罩在原子核周围，故称电子云

B．s轨道呈球形，处在该轨道上的电子只能在球壳内运动

C．p轨道呈哑铃形，在空间有两个伸展方向

D．与s电子原子轨道相同，p电子原子轨道的平均半径随能层的增大而增大

答案　D

解析　电子云是对电子运动的形象化描述，它仅表示电子在某一区域内出现的概率，并非原子核真被电子云雾所包裹，故选项A错误；原子轨道是电子出现的概率约为90%的空间轮廓，它表明电子在这一区域内出现的机会大，在此区域外出现的机会少，故选项B错误；p轨道在空间有x、y、z3个伸展方向，故选项C错误；由于按2p、3p……的顺序，电子的能量依次增大，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，原子轨道的平均半径逐渐增大。

规律总结

1．不同能层的同种能级的原子轨道形状相同，只是半径不同。

能层序数n越大，原子轨道的半径越大。

2．s能级只有1个原子轨道。

p能级有3个原子轨道，它们互相垂直，分别以px、py、pz表示。

在同一能层中px、py、pz的能量相同。

3．原子轨道数与能层序数（n）的关系是原子轨道为n2个。

变式训练2　以下对核外电子运动状态的描述正确的是（　　）

A．电子的运动与行星相似，围绕原子核在固定的轨道上高速旋转

B．能量低的电子只能在s轨道上运动，能量高的电子总是在f轨道上运动

C．能层序数越大，s原子轨道的半径越大

D．在同一能级上运动的电子，其运动状态肯定相同

答案　C

解析　电子运动是无序的，没有固定轨道，能量低的在离核近的区域运动，能量高的在离核远的区域运动。

只有选项C正确。

三、泡利原理和洪特规则

【例3】　下列各原子或离子的电子排布式或电子排布图表示正确的是（　　）

A．Ca2＋：

1s22s22p63s23p6

B．F－：

1s22s23p6

C．P：

最外层电子排布图为

D．Cr：

1s22s22p63s23p63d44s2

答案　A

解析　解此类题一是要注意观察电子排布是否符合构造原理，二是注意是否符合泡利原理和洪特规则。

千万不要忽略了Cu、Cr等少数原子的“能量相同的原子轨道在半充满、全充满或全空状态时，体系的能量较低，原子较稳定”这种特例。

A项正确，符合核外电子排布规律；B项错误，由核外电子排布规律，电子排完2s后应排2p轨道而不是3p轨道，正确的应为1s22s22p6；C项错误，没有遵循洪特规则——电子在能量相同的原子轨道上排布时，应尽可能分占不同的原子轨道且自旋方向相同，正确的应为

；D项错误，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，原子轨道稳定，正确的应为1s22s22p63s23p63d54s1。

规律总结

1．原子核外电子排布“两原理一规则”

（1）能量最低原理：

电子在原子轨道上的分布要尽可能地使原子的能量为最低。

（2）泡利原理：

每个原子轨道最多容纳两个电子且自旋方向必须相反。

（3）洪特规则：

当电子排布在同一能级（能量相同）的不同轨道时，总是优先单独占据一个轨道，而且自旋方向相同。

2．特别地，当同一能级上的电子排布为全充满（p6、d10、f14）、半充满（p3、d5、f7）和全空状态（p0、d0、f0）时，具有较低的能量和较大的稳定性。

例如，铬（24Cr）的外围电子排布是3d54s1（3d、4s能级均为半充满），而不是3d44s2；铜（29Cu）的外围电子排布是3d104s1（3d全充满、4s半充满），而不是3d94s2，等等。

3．以铝原子为例，电子排布图中各符号、数字的意义为

变式训练3　下列电子排布图（每一个小方框表示一个原子轨道）所表示元素的原子中，其能量处于最低状态的是（　　）

答案　A

1．若将6C原子的电子排布式写成1s22s22px2，它违背了（　　）

A．能量守恒定律B．能量最低原理

C．泡利原理D．洪特规则

答案　D

解析　根据洪特规则，对于基态原子的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且自旋状态相同，故本题给出的电子排布式违背了洪特规则，应写为1s22s22px12py1。

2．图中所发生的现象与电子的跃迁无关的是（　　）

答案　D

解析　燃放烟火、霓虹灯、燃烧蜡烛等获得的光能都是电子跃迁时能量以光的形式释放出来导致的，而平面镜成像则是光线反射的结果。

3．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．··HeB.

C．1s2D.

答案　D

解析　A项只能表示最外层电子数；B项只表示核外的电子分层排布情况；C项具体到各能层的电子数；而D项包含了能层数、能级数以及轨道内电子的自旋方向，故该项正确。

4．下列基态原子的外围电子排布式中，正确的是（　　）

A．3d94s2B．3d44s2C．3d104s0D．3d84s2

答案　D

解析　根据电子填入轨道的能级顺序和核外电子的排布规律，选项A应为3d104s1；选项B应为3d54s1；选项C应为3d84s2。

则只有选项D正确。

5．在下列各组电子构型中，__________属于基态原子，__________属于激发态原子，__________是错误的电子排布式。

A．1s22s2

B．1s22s23s2

C．1s22s22p63s23px13py13pz14s1

D．1s22s22p63s23p54s1

E．1s22s22p63s23px13py23pz1

F．1s22s22p62d53s2

答案　A、E　C、D　B、F

解析　基态原子是指电子填充顺序符合能量最低原理，各轨道电子排布不违背泡利原理和洪特规则的原子；激发态原子是指电子未按轨道能量顺序填充，但各轨道电子排布不违背泡利原理和洪特规则的原子。

A项表示铍原子的基态；E项表示硫原子的基态（还可写作3px23py13pz1或3px13py13pz2）；C项中1个3p电子激发到4s轨道上，属于激发态原子；同理，D项中1个3p电子激发到了4s能级上，属于激发态；B项不符合能量最低原理，也不可能是1s22s22p2中2p电子跃迁的结果，是错误的；F项中的“2d”能级是不存在的，也是错误的。

6．按要求填空。

（1）17Cl的电子排布式：

______________________________________________。

（2）17Cl的价电子排布式：

____________________________________________。

（3）17Cl－的电子式：

__________________________________________________。

（4）17Cl的价电子排布图：

____________________________________________。

（5）17Cl的原子结构示意图：

__________________________________________。

（6）第四周期中最外层仅有1个电子的所有基态原子的电子排布式：

_________________________________________________________________。

答案　

（1）[Ne]3s23p5

（2）3s23p5

（3）[··Cl··,····]－

（6）19K:

［Ar］4s1,24Cr：

［Ar］3d54s1，29Cu：

［Ar］3d104s1

解析

（1）~（5）主要考查电子排布式、价电子排布式、电子式、电子排布图、原子结构示意图等常用化学用语概念的区别。

（6）第四周期最外层只有1个电子的最外层电子排布式为4s1，此时3s、3p应已填满，3d轨道可能全空、半充满或全充满，即其电子排布式为［Ar］4s1，［Ar］3d54s1，［Ar］3d104s1。

[经典基础题]

1．“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。

2．下列电子排布式或电子排布图正确的是（　　）

A．C的电子排布图：

B．Ca的电子排布式：

1s22s22p63s23p63d2

C．N的电子排布图：

D．Br－的电子排布式：

[Ar]3d104s24p6

答案　D

解析　A项中C的电子排布图违背洪特规则；B项中Ca的电子排布式违背构造原理、能量最低原理；C项中N的电子排布图违背泡利原理。

3．由镁原子由1s22s22p63s2→1s22s22p63p2时，以下认识正确的是（　　）

A．镁原子由基态转化成激发态，这一过程中吸收能量

B．镁原子由激发态转化成基态，这一过程中释放能量

C．转化后位于p能级上的两个电子处于同一轨道，且自旋状态相同

D．转化后镁原子与硅原子电子层结构相同，化学性质相似

答案　A

4．下列关于硅原子的核外电子排布表示式中，错误的是（　　）

A．1s22s22p63s23p2

B．[Ne]3s23p2

答案　C

解析　A和B两个选项都是电子排布式，C和D两个选项都是电子排布图，其中C选项违背了洪特规则。

5．某元素的原子3d能级上有1个电子，它的N能层上电子数是（　　）

A．0B．2C．5D．8

答案　B

解析　根据该元素的原子3d能级上有1个电子可以写出该原子的电子排布式：

1s22s22p63s23p63d14s2，由此可知该元素N能层上的电子数为2。

6．若某元素原子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．该元素原子核外共有5个电子层

C．该元素原子的M层共有8个电子

D．该元素原子最外层有3个电子

答案　B

解析　该元素基态原子的电子排布式为1s22s22p63s23p6

3d104s24p64d15s2，该元素原子处于能量最低状态时，原子中只有4d1中的一个未成对电子，A项错误；由核外电子排布式可知该元素原子有5个电子层，M层共有18个电子，最外层有2个电子，C、D错误，B正确。

7．如果在3p能级上有3个电子，则它们应排布为（电子排布图）__________，而不能排布

，因为这违背了__________，也不能排布成

，因为这违背了__________。

如果3p能级上有4个电子，有人认为可以排布为

，你认为是否正确，说明理由________________。

答案　

　泡利原理和洪特规则　洪特规则　不正确，因为3p能级上只有3个轨道

解析　若3p能级上有3个电子，则它们应排布为

，不能排布为

，因为这违背了泡利原理（一个轨道最多只能容纳2个电子）和洪特规则（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，且自旋状态相同），若3p能级上有4个电子，则排布成

。

8．根据下列叙述写出对应元素的基态原子核外电子排布式。

（1）次外层d轨道全完，最外层有一个4s电子________。

（2）某元素＋3价离子和氩原子的电子排布相同________。

答案　

（1）K　1s22s22p63s23p64s1

（2）Sc　1s22s22p63s23p63d14s2

解析　解此题的关键首先是要推断出3个元素的种类，再写出其核外电子排布式。

（1）具有（n－1）d0ns1排布的元素是第ⅠB族元素。

（2）该元素是钪Sc。

9．X元素原子的最外层电子排布式为nsnnpn＋1，试回答下列问题：

（1）电子排布式中的n＝__________；原子中能量最高的是__________电子，其电子云在空间中有__________方向，呈现__________形。

（2）X元素的名称是__________；它的氢化物的电子式是__________。

答案　

（1）2　2p（写成np也可以）　三种互相垂直的　哑铃　

（2）氮

解析　

（1）根据构造原理，先填满ns能级，而s能级只有1个原子轨道，故最多只能容纳2个电子，即n＝2，所以X元素原子的最外层电子排布式为2s22p3，由此可知X是氮元素；根据电子排布的能量最低原理，可知氮原子的核外电子中的2p能级能量最高，p电子云呈现哑铃形，在空间中伸展为三种互相垂直的方向。

（2）X是氮元素，则其氢化物的分子式为NH3，所以其电子式是

。

[能力提升题]

10．已知三种微粒（原子或离子）的电子排布式如下：

11X：

1s22s22p6　19Y：

1s22s22p63s23p6　20Z：

1s22s22p63s23p6若将上述三种微粒归为同一类，下列微粒中也可归为此类的是（　　）

答案　C

解析　本题主要考查了认识电子排布式和原子、离子结构示意图的水平，以及对物质分类的能力。

分析原子核内的质子数和电子排布式之间的关系可知，三种微粒都是金属阳离子。

分析A～D微粒结构示意图的核电荷数和核外电子排布的关系可知，A和D是原子，B是阴离子，C是金属阳离子。

故正确答案为C。

11．某主族元素的原子，M层上有一个半充满的能级（即该能级的每个轨道只有1个电子），这种原子的质子数（　　）

A．只能是7B．只能是15

C．是11或15D．只能是11

答案　C

解析　满足题中条件的M能层上的电子排布为3s1或3s23p3，原子核外电子总数为11或15，故C项正确。

12．按照下列元素基态原子的电子排布特征判断元素，并回答问题：

A的原子中只有一个能层且只含1个电子；B的原子3p轨道上得到1个电子后不能再容纳电子；C的原子的2p轨道上只有4个电子；D的原子第三能层上有8个电子，第四能层上只有1个电子；E原子的外围电子排布为3s23p6。

（1）写出由A、B、C、D中的三种元素组成化合物的化学式（至少写4个）：

__________。

（2）写出E的元素符号__________，要证明太阳上是否含有E元素，可采用的方法是__________。

答案　

（1）KOH、KClO、KClO3、KClO4、HClO、HClO3、HClO4等（任写4个即可）

（2）Ar　光谱分析

解析　由题意可以分别写出五种元素的电子排布式：

A.1s1；B.1s22s22p63s23p5；C.1s22s22p4；D.1s22s22p63s23p64s1；E.1s22s22p63s23p6。

所以五种元素分别为H、Cl、O、K、Ar。

13．

（1）按要求填空：

①第三周期中有两个成单电子的元素符号是__________。

②四核10电子的粒子的电子式（写一种）__________。

③第四周期中，3d轨道半充满的元素符号是__________。

（2）写出符合下列条件的元素原子的电子排布式：

①自然界中含量居第二的金属元素__________。

②第四周期0族元素__________。

③能形成自然界中最硬的单质的元素__________。

答案　

（1）①Si、S　②

③Cr、Mn

（2）①1s22s22p63s23p63d64s2

②1s22s22p63s23p63d104s24p6

③1s22s22p2

14．有A、B、C、D四种短周期主族元素，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为金属元素且原子核外p电子数和s电子数相等；D元素的原子核外所有p轨道全充满或半充满。

（1）写出四种元素的元素符号：

A__________；B__________；C__________；

D__________。

（2）写出C、D两种元素基态原子的电子排布图。

C________________________________________________________________，

D________________________________________________________________。

（3）写出B、C两种元素的单质在一定条件下反应的化学方程式：

________________________________________________________________。

（4）写出B元素的单质和氢化物的电子式，单质__________，氢化物__________。

答案　

（1）H　N　Mg　P

（3）N2＋3MgMg3N2

解析　根据题意知A为H元素；B元素原子的基态电子排布式为1s22s22p3，为N元素；C元素原子的电子排布式为1s22s22p63s2，为Mg元素；D元素原子的电子排布式为1s22s22p63s23p3，为P元素。

15．处于前三周期的主族元素A、B、C、D，其离子半径逐渐增大，它们的原子中核外都有一个未成对电子。

已知A和D处于同一周期，0.2molA单质可以从D的氢化物的水溶液中置换出6.72L氢气（标准状况），试回答：

（1）写出元素符号A：

__________，B：

__________，

C：

__________，D：

__________。

（2）比较C和D的氢化物：

稳定性__________，水溶液的酸性__________。

（3）元素A原子的电子排布图为_______________________________________。

答案　

（1）Al　Na　F　Cl

（2）HF>HCl　HCl>HF

（3）Al

解析　判