第1课时 能层与能级 构造原理.docx
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第1课时能层与能级构造原理
第一节 原子结构
第1课时 能层与能级 构造原理
1.知道原子的诞生及人类认识原子结构的演变过程。
2.熟知核外电子与能层的关系,核外电子的能级分布。
3.能根据构造原理写出1~36号元素的核外电子排布。
原子的诞生 能层与能级
1.原子的诞生
2.宇宙中元素的组成及含量
3.能层与能级
(1)能层:
根据多电子原子的核外电子的能量差异,将核外电子分成不同的能层,能层用n表示,n值越大,能量越高。
(2)能级
①根据多电子原子中同一能层电子的能量不同,将它们分成不同的能级。
②能级用相应能层的序数和字母s、p、d、f……组合在一起来表示,如n能层的能级按能量由低到高的顺序排列为ns、np、nd、nf……
填写下表:
由上表可推知:
a.能层序数等于该能层所包含的能级数,如第三能层有3s、3p、3d3个能级。
b.s、p、d、f各能级可容纳的最多电子数分别为1、3、5、7的2倍。
1.正误判断(正确的打“√”,错误的打“×”,并阐释错因或列举反例)。
语句描述
正误
阐释错因或列举反例
(1)能级就是电子层
(2)每个能层最多可容纳的电子数是2n2
(3)同一能层中不同能级的能量高低相同
(4)不同能层中的s能级的能量高低相同
答案:
(1)× 能层是电子层,同一能层的电子根据能量的不同把它们分成不同的能级
(2)√
(3)× 同一能层中不同能级的能量高低顺序是E(ns)<E(np)<E(nd)<E(nf)……
(4)× 不同能层中同一种能级,能层序数越大能量越高
2.在同一个原子中,M能层上的电子与Q能层上的电子的能量( )
A.前者大于后者 B.后者大于前者
C.前者等于后者D.无法确定
解析:
选B。
在同一个原子中,能层的能量由低到高的顺序是K、L、M、N、O、P、Q……故B正确。
3.能层序数与该能层所含能级的种类数有什么关系?
不同能层的同一种能级,最多容纳的电子数相同吗?
答案:
能层序数等于该能层所包含的能级数。
不同能层的同一种能级,最多容纳的电子数相同。
题组一 原子的诞生及原子结构理论的发展
1.(2020·石家庄高二期中)下列说法中不符合现代大爆炸宇宙学理论的是( )
A.我们所在的宇宙诞生于一次大爆炸
B.恒星正在不断地合成自然界中没有的新元素
C.氢、氦等轻核元素是宇宙中天然元素之母
D.宇宙的所有原子中,最多的是氢元素的原子
解析:
选B。
根据现代大爆炸宇宙学理论,我们的宇宙诞生于一次大爆炸,A项正确;恒星在不断合成的元素是我们已知的元素,而不是新元素,B项错误;氢、氦等发生原子核的融合反应合成了其他元素,因此氢、氦等轻核元素是宇宙中天然元素之母,C项正确;宇宙的所有原子中,氢元素约占88.6%,D项正确。
2.如图①②③原子结构模型中依次符合玻尔、道尔顿、汤姆孙的观点的是( )
A.①②③B.③①②
C.③②①D.②①③
解析:
选B。
玻尔根据量子力学的观点提出了新的原子结构模型,道尔顿认为原子是一个实心的球体,汤姆孙发现了电子,并提出了原子的“葡萄干布丁”模型。
题组二 能层与能级
3.下列关于多电子原子核外电子排布的说法正确的是( )
A.各能层含有的能级数等于能层序数减1
B.各能层的能级都是从s能级开始至f能级结束
C.各能层所含有的电子数一定是偶数
D.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……的二倍
解析:
选D。
各能层中所含有的能级数等于其能层序数,A项错误;各能层的能级都是从s能级开始,但不一定至f能级结束,如第一能层只含s能级,第二能层只含s、p能级,B项错误;每个能层最多能填充该能层序数平方的2倍个电子,即最多是偶数,但不一定含有偶数个电子,如H原子的K层只有1个电子,C项错误。
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
解析:
选B。
同一能层中不同能级的能量高低顺序是E(ns)<E(np)<E(nd)<E(nf)……不同能层,能级符号相同,n越大,能量越高,如E(1s)<E(2s)<E(3s)<E(4s)……
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的排布将遵循如图所示的排布顺序。
人们把它称为构造原理。
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)将能级上排布的电子数标在该能级符号右上角,并按照能层从左到右依次升高的顺序排列的式子,称作电子排布式。
如H原子的电子排布式如下:
(2)实例
如Mg、Sc的电子排布式:
Mg:
1s22s22p63s2或简化写成[Ne]3s2;
Sc:
1s22s22p63s23p63d14s2或简化写成[Ar]3d14s2。
1.正误判断(正确的打“√”,错误的打“×”,并阐释错因或列举反例)。
语句描述
正误
阐释错因或列举反例
(1)电子按照构造原理排布,整个原子的能量处于最低状态,原子相对较稳定
(2)电子总是先填满低能层再填高能层
(3)高能层的所有能级能量都比低能层能级的能量高
(4)Ca的核外电子排布式为1s22s22p63s23p64s2,可简化为[Ar]4s2
(5)电子填入能级的顺序遵循构造原理,而电子排布式的书写则按能层、能级递增的顺序
答案:
(1)√
(2)× 不一定,如电子先填4s后填3d
(3)× 不一定,如4s能级的能量比3d能级的能量低
(4)√
(5)√
2.多电子原子核外电子排布是否完全遵循能层顺序?
答案:
不是。
由构造原理可知,从第三能层开始各能级不完全遵循能层顺序,产生了能级交错排列现象,即产生“能级交错”现象。
3.能级的能量高低主要是由哪些因素决定的?
答案:
各能级的能量由能层序数和能级类型共同决定,各能级的能量高低顺序可由下列公式得出:
ns<(n-2)f<(n-1)d 4.已知元素X的原子价电子排布式为nsn-1npn+2,则X元素的原子序数为( ) A.9 B.10 C.17D.18 解析: 选C。 由价电子排布式可知,n-1=2,则n=3,即元素X的价电子排布式为3s23p5,为氯元素,其原子序数为17。 题组一 构造原理 1.下列有关构造原理的说法错误的是( ) A.原子核外电子填充3p、3d、4s能级的顺序为3p→4s→3d B.某基态原子部分核外电子的排布为3s24s2 C.不是所有基态原子的核外电子排布均符合构造原理 D.构造原理中的电子填入能级的顺序,实质是各能级能量由低到高的顺序 解析: 选B。 根据构造原理示意图判断,A项正确。 根据构造原理可知,3s与4s能级之间还有3p能级,故B项错误。 绝大多数基态原子的核外电子排布都遵循构造原理,但也有少数例外,如Cu和Ag,故C项正确。 构造原理中电子填入能级的顺序即各能级能量由低到高的顺序,故D项正确。 2.下列能级按能量由低到高的顺序排列正确的是( ) A.3s、3p、3d、4sB.4s、4p、3d、4d C.4s、3d、4p、5sD.1s、2s、3s、2p 解析: 选C。 A项,E(3d)>E(4s);B项,E(4p)>E(3d);D项,E(3s)>E(2p)。 3.下列能级符号表示错误的是( ) A.6s B.3d C.3f D.5p 解析: 选C。 任一能层的能级总是从s能级开始,而且能级数等于该能层的序数;第三能层只有3s、3p和3d三个能级,没有3f能级,故C项错误。 题组二 电子排布式的判断与书写 4.下列各基态原子的电子排布式正确的是( ) ①Be: 1s22s12p1②C: 1s22s22p2 ③He: 1s12s1④Cl: 1s22s22p63s23p5 A.①②B.②③ C.①③D.②④ 解析: 选D。 ①应为Be: 1s22s2;③应为He: 1s2。 5.(2020·济南高二检测)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 解析: 选C。 K原子的电子排布式为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。 6.X、Y两种元素可形成X2Y3型化合物,则X、Y原子基态时的最外层电子排布式可能是( ) A.X: 3s23p1Y: 3s23p5 B.X: 2s22p3Y: 2s22p4 C.X: 3s2Y: 3s23p4 D.X: 3s2Y: 2s22p3 答案: B 电子排布式的书写方法 1.原子的电子排布式 (1)简单原子: 按照构造原理将电子依次填充到能量逐渐升高的能级中。 如14Si: 1s22s22p63s23p2。 (2)复杂原子: 先按构造原理从低到高排列,然后将同能层的能级移到一起。 如26Fe: 先排列为,1s22s22p63s23p64s23d6,然后将同一能层的能级排到一起,即该原子的电子排布式为,1s22s22p63s23p63d64s2。 (3)特殊原子: 当p、d、f能级处于全空、全充满或半充满状态时,能量相对较低,原子结构较稳定。 如24Cr: 2.离子的电子排布式 (1)判断该原子变成离子时会得到或失去多少个电子。 (2)原子失去电子时,总是从能量高的能级失去电子,即失去电子的顺序是由外向里。 一般来说,主族元素只失去它们的最外层电子,而副族和第Ⅷ族元素可能还会进一步向里失去内层电子。 (3)原子得到电子而形成阴离子,则得到的电子填充在最外一个能层的某一个能级上。 3.简化电子排布式 如K: 1s22s22p63s23p64s1,其简化电子排布式可表示为[Ar]4s1,其中[Ar]代表Ar的核外电子排布式,即1s22s22p63s23p6。 学习小结 1.一至七能层的符号分别为K、L、M、N、O、P、Q,各能层容纳的最多电子数为2n2。 2.s、p、d、f能级中最多容纳的电子数分别为2、6、10、14。 3.能级数等于能层序数,英文字母相同的不同能级中所能容纳的最多电子数相同。 4.构造原理: 电子进入能级的排布顺序为1s、2s、2p、3s、3p、4s、3d、4p、5s、4d、5p、6s、4f、5d、6p、7s、5f、6d、7p…… 课后达标检测 一、选择题 1.科学家对原子结构的认识顺序正确的是( ) ①道尔顿原子模型 ②汤姆孙原子模型 ③卢瑟福原子模型 ④电子云模型 A.①③②④ B.④①②③ C.①②③④D.④②③① 答案: C 2.下列微粒符号正确的是( ) A.2d1B.3f7 C.6s3D.7p2 解析: 选D。 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。 3.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.核外电子是分层排布并运动的 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.同一能层电子的能量相同 解析: 选A。 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,同一能层内能级不同的电子能量不相同,只有A正确。 4.下列关于能层与能级的说法中正确的是( ) A.原子核外电子的每个能层最多可容纳的电子数为n2 B.任一能层的能级总是从s能级开始,而且能级数等于该能层序数 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 D.能级能量4s>3d 解析: 选B。 A项,每一能层最多可容纳的电子数为2n2;C项,只要是s能级,不论哪一能层,所容纳的电子数都为2;D项,由构造原理知能级能量3d>4s。 5.下列叙述中不正确的是( ) A.最易失去的电子能量最高 B.在离核最远区域内运动的电子能量最高 C.p能级电子能量一定高于s能级电子能量 D.在离核最近区域内运动的电子能量最低 解析: 选C。 电子能量最高,最活泼,最易失去,A项正确;在离核最远区域内运动的电子能量最高,而在离核最近区域内运动的电子能量最低,B、D项正确;如3s能级电子能量高于2p能级电子能量,C项错误。 6.在下列所示的微粒中,氧化性最强的是( ) A.1s22s22p2B.1s22s22p5 C.1s22s22p63s1D.1s22s22p6 解析: 选B。 4种微粒分别为C、F、Na、Ne,氧化性最强的是氟原子。 7.若以E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)<E(3s)<E(2s)<E(1s) D.E(5s)>E(4s)>E(4f)>E(3d) 解析: 选B。 根据构造原理,各能级能量的大小顺序: 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,故C项正确顺序为E(4s)>E(3s)>E(2s)>E(1s)。 8.下列各原子或离子的电子排布式正确的是( ) A.Al 1s22s22p63s13p2 B.O 1s22s22p4 C.Na+ 1s22s23p6 D.Si 1s22s22p53s23p3 解析: 选B。 A、C、D违反构造原理,正确写法为Al: 1s22s22p63s23p1;Na+: 1s22s22p6;Si: 1s22s22p63s23p2。 9.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 解析: 选C。 同一原子中,1s、2s、3s上的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能级的轨道数均为3,D项错误。 10.核外电子排布中,能级会发生交错现象。 以下表示的各能级能量大小关系,不符合客观事实的是( ) A.3f>3d>3p>3sB.6s>5p>4d>3d C.5f>4d>3p>2sD.7d>6d>5d>4d 解析: 选A。 在第三能层中没有f能级,故A项不符合客观事实。 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.Be C.SD.Ar 解析: 选D。 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,则电子排布式为1s22s22p4,为O元素;若有3个能层,则有三个s能级,则电子排布式为1s22s22p63s23p6,则为Ar元素,由此可以看出应选D。 12.某原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s2,下列说法中不正确的是( ) A.该元素原子中共有25个电子 B.该元素原子核外有4个能层 C.该元素原子最外层共有2个电子 D.该元素原子M能层共有8个电子 解析: 选D。 从电子排布式看,该原子最高能级为4s能级,故有4个能层,最外层有2个电子,B、C正确;各能级的电子数之和为25,A正确;M能层电子排布为3s23p63d5,故该能层电子数为13,D错误。 13.表示一个原子在第三能层上有10个电子可以写成( ) A.s10B.3d10 C.3s23p63d2D.3s23p64s2 解析: 选C。 题目要求第三能层上有10个电子,而D选项中第三能层上只有8个电子,错误。 该元素原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d24s2。 14.主族元素A和B可形成组成为AB2的离子化合物,则A、B两原子的最外层电子排布式分别为( ) A.ns2和ns2np4 B.ns1和ns2np4 C.ns2和ns2np5 D.ns1和ns2 解析: 选C。 由于AB2为离子化合物,故A为+2价,B为-1价,A、B均为主族元素,因此A为第ⅡA族元素,其原子最外层有两个电子,最外层电子排布式为ns2;B为第ⅦA族元素,其原子最外层有7个电子,最外层电子排布式为ns2np5。 15.W、X、Y、Z均为短周期主族元素,原子序数依次增大,且原子核外L电子层的电子数分别为0、5、8、8,它们的最外层电子数之和为18。 下列说法正确的是( ) A.X和Y元素原子核外均有3个能级 B.W元素原子核外只有1个能级 C.Z元素原子的M层上有3个能级,有6个电子 D.X、Y、Z元素形成的简单离子具有相同的电子层结构 解析: 选B。 由题给信息可知,W、X、Y、Z元素分别为H、N、P、Cl元素。 A项,X(N)元素原子核外有1s、2s、2p共3个能级,Y(P)元素原子核外有1s、2s、2p、3s、3p、3d共6个能级。 B项,W(H)元素原子核外只有1s能级。 C项,Z(Cl)元素原子的M层有3s、3p、3d共3个能级,其中3s能级有2个电子,3p能级有5个电子。 D项,X(N)、Y(P)、Z(Cl)元素形成的简单离子分别为N3-、P3-和Cl-,其中P3-和Cl-具有相同的电子层结构。 二、非选择题 16.(2020·重庆高二检测)随着人们对物质结构研究的不断深入,化学逐渐成为一门科学。 根据你所掌握的知识回答下列问题: (1)19世纪末,人们开始揭示原子内部的秘密,最早发现电子的科学家是________。 A.法国的拉瓦锡 B.瑞典的舍勒 C.英国的道尔顿D.英国的汤姆孙 (2)道尔顿的原子学说曾经起了很大作用。 他的学说中包含下述三个论点: ①原子是不能再分的粒子;②同种元素的原子的各种性质和质量都相同;③原子是微小的实心球体。 从现代的观点看,你认为这三个论点中不确切的是________。 A.只有③B.只有①③ C.只有②③D.①②③ (3)化学开始成为一门科学的标志是________。 A.火药的发现B.质量守恒定律的提出 C.原子分子论的提出D.氧化还原理论的建立 解析: (1)最早发现电子的科学家是英国的汤姆孙。 (2)同种元素的不同原子的质量不同,故其物理性质不同,但化学性质是相同的。 (3)原子分子论是国际化学界于1860年承认的使化学成为一门科学的标志。 答案: (1)D (2)D (3)C 17.按要求填空: (1)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。 ①A元素原子核外M层电子数是L层电子数的一半: ________________。 ②B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+、S2-的电子排布式分别为________、________、________。 (2)某元素的最外层电子排布式是4s24p5,则其元素符号为________。 (3)基态Ti2+中,电子占据的最高的能层符号为__________________________________, 该能层有________个能级。 (4)写出基态砷原子的电子排布式: ________,砷位于元素周期中第________周期第________族。 答案: (1)①1s22s22p63s23p2 ②1s22s22p1 ③[Ar]3d8 [Ar]3d5 1s22s22p63s23p6 (2)Br (3)M 3 (4)[Ar]3d104s24p3 四 ⅤA 18.有A、B、C、D四种微粒,A得到一个电子后,其电子层构型与Ar相同。 B有三个电子层,其失去2个电子后变为原子,原子中第一、三层电子数之和等于第二层电子数。 C呈电中性,在空气中的含量仅次于氮气。 D的符号为 D2+。 试回答下列问题: (1)用化学符号表示下列物质: A____________;B______________;C______________;D____________。 (2)A微粒和D微粒的电子排布式分别是______________________________________、 __________。 (3)B和C所属元素的原子结合时可形成分子或离子,各举两例: __________________,________________________________________________________________________。 答案: (1)Cl S2- O2 Ca2+ (2)1s22s22p63s23p5 1s22s22p63s23p6 (3)SO2、SO3 SO 、SO 19.X、Z、Q、R、T、U分别代表原子序数依次增大的短周期元素。 X和R属同族元素;Z和U位于第ⅦA族;X和Z可形成化合物XZ4;Q基态原子的s轨道和p轨道的电子总数相等;T的一种单质在空气中能够自燃。 请回答下列问题: (1)R基态原子的核外电子排布式为_____________________________________。 (2)Q2+基态核外电子排布式为______________________________________。 (3)U基态原子最外层电子排布式为_________________________________________。 解析: 由题给信息可知,X、Z、Q、R、T、U元素分别为C、F、Mg、Si、P、Cl元素。 (1)R(Si)原子核外有14个电子,其基态原子按1s、2s、2p、3s、3p顺序填充电子,故其核外电子排布式为1s22s22p63s23p2或[Ne]3s23p2。 (2)Q(Mg)原子核外有12个电子,其基态原子按1s、2s、2p、3s顺序填充电子,故Mg基态原子的核外电子排布式为1s22s22p63s2或[Ne]3s2。 基态Mg原子失去3s轨道上的2个电子,形成基态Mg2+,故基态Mg2+的核外电子排布式为1s22s22p6。 (3)U(Cl)原子核外有17个电子,其基态原子按1s、2s、2p、3s、3p顺序填充电子,则Cl基态原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p5或[Ne]3s23p5,从而推知其基态原子最外层电子排布式为3s23p5。 答案: (1)1s22s22p63s23p2(或[Ne]3s23p2) (2)1s22s22p6 (3)3s23p5 20.有几种元素的粒子核外电子排布式均可表示为1s22s22p63s23p6,其中: (1)某电中性粒子,一般不和其他元素的原子反应,这种粒子的符号是________。 (2)某粒子的盐溶液,能使溴水褪色,并出现浑浊,这种粒子的符号是_______
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- 第1课时 能层与能级 构造原理 课时 能级 构造 原理