学年人教版选修3 第1章 第一节 原子结构 学案Word文档格式.docx

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M

N

O

……

能级

__1s____

__2s____

__2p____

__3s____

__3p____

__3d____

__4s____

__4p____

__4d____

__4f____

5s

5p

…

最多电

子数

2

6

10

__2____

__6____

__10____

__14____

__8____

__18____

__32____

三、构造原理

1．构造原理：

（1）含义：

在多电子原子中，电子在能级上的排列顺序是电子先排在能量__较低____的能级上，然后依次排在能量__较高____的能级上。

（2）构造原理示意图。

2．电子排布式：

（1）概念：

将__能级____上所排布的电子数标注在该能级符号__右上角____，并按照能层从左到右的顺序排列的式子。

（2）表示方法。

钠原子的电子排布式可表示为1s22s22p63s1，也可简化为[Ne]3s1。

1．思考辨析：

（1）在原子中第n能层容纳的电子数一定是2n2。

（　×

　）

（2）最外层电子排布式为4s1的元素一定为K。

（3）能层序数大，能级的能量一定大。

（4）K的电子排布式为1s22s22p63s23p63d1。

2．按能量由低到高的顺序排列，正确的一组是（　C　）

A．1s、2p、3d、4s　B．1s、2s、3s、2p

C．2s、2p、3s、3p　D．4p、3d、4s、3p

解析：

按照原子核外电子排布的构造原理，由低到高的能级依次是：

1s、2s、2p、3s、3p、（4s）3d、4p……。

分析对照四个选项，只有C正确。

3．下列电子层中，包含有f能级的是（　D　）

A．K电子层　B．L电子层

C．M电子层　D．N电子层

4．原子核外P能层和p能级可容纳的最多电子数分别为（　C　）

A．32和2　B．50和6

C．72和6　D．86和10

P能层为第6层，最多容纳电子数为2×

62＝72；

p能级最多容纳电子数为3×

2＝6，C项正确。

5．已知三种微粒（原子或离子）的电子排布式如下：

11X：

1s22s22p6　19Y：

1s22s22p63s23p6

20Z：

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（　C　）

A．

　B．

C．

　D．

本题主要考查电子排布式和原子、离子的结构示意图。

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四个选项中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。

6．按要求书写原子或离子的电子排布式。

（1）K__1s22s22p63s23p64s1____。

（2）Cl－__1s22s22p63s23p6____。

（3）Fe__1s22s22p63s23p63d64s2____。

（4）Fe3＋__1s22s22p63s23p63d5____。

因E（3d）>

E（4s），故19号K先排4s能级，电子排布式为1s22s22p63s23p64s1；

氯离子是由氯原子得到一个电子填充在最外层，使原来未充满的3p能级达到8电子稳定结构；

铁是26号元素，其价电子与次外层的d能级有关，当铁失去电子时，是从最外层开始失去电子，所以先失去的是4s能级上的两个电子，再失去次外层3d能级上的一个电子。

知识点一　能层和能级的组成与能量关系

1．能层和能级的划分

离核距离

近→远

能量高低

低→高

一

二

三

四

n

符号

1s

2s、2p

3s、3p、3d

4s、4p、4d、4f

各能级

轨道数

1

1、3

1、3、5

1、3、5、7

各能级最

多电子数

2、6

2、6、10

2、6、10、14

各能层最

8

18

32

2n2

2．能层、能级中的数量

（1）任一能层，能级数＝能层序数，且总是从s能级开始。

（2）以s、p、d、f……排序的各能级最多容纳的电子数依次为1、3、5,7……的二倍。

（3）每个能层最多可容纳的电子数是能层序数的平方的二倍，即2n2。

（4）能级符号相同的不同能级中所容纳的最多电子数相同。

3．不同能层中各能级之间能量大小关系

（1）不同能层中同一能级，能层序数越大能量越高。

例如，1s<

2s<

3s……，2p<

3p<

4p……。

（2）同一能层中，各能级之间的能量大小关系是s<

p<

d<

f……。

例如，第四能层中4s<

4p<

4d<

4f。

（3）能层和能级都相同的各原子轨道能量相等，例如，2px＝2py＝2pz。

典例1　下列说法中正确的是（　D　）

A．s能级的能量一定比p能级低

B．3p2表示第三能层上有两个电子

C．同一原子中，1s、2p、4p电子的能量逐渐减小

D．同一原子中，2p、3p、4p能级的轨道数相等

高能层的s能级比低能层的p能级的能量高，A项不正确；

3p2表示3p能级排了两个电子，B不正确；

同一原子中，1s、2p、4p电子的能量逐渐升高，C项不正确。

〔变式训练1〕　下列说法正确的是（　D　）

A．第三能层有s、p共2个能级

B．3d能级最多容纳5个电子

C．第三能层最多容纳8个电子

D．无论是哪一能层的s能级最多容纳的电子数均为2个

每一能层包含的能级数等于该能层的序数，故第三能层有s、p、d三个能级，A错；

s、d能级最多容纳的电子数分别是2、10，故B错、D正确。

每一能层最多容纳的电子数为2n2，第三能层最多容纳18个电子，故C错。

知识点二　构造原理与电子排布式

1．构造原理

（1）原理

随着原子序数的递增，绝大多数元素的原子核外电子排布遵循下列顺序：

图中每个小圆圈表示一个能级，每一行对应一个能层，各圆圈间连接线的方向表示随核电荷数递增而增加的电子填入能级的顺序。

提示：

原子核外电子排布构造易记图：

　　　　ns　　　　（n－2）f　　（n－1）d　　np

　　　　7s　　　　5f　　　　6d　　　　7p

　　　　6s　　　　4f　　　　5d　　　　6p

　　　　5s　　　　4d　　　　5p

　　　　4s　　　　3d　　　　4p

　　　　3s　　　　3p

　　　　2s　　　　2p

　　　　1s

自左往右、自下而上，依次填充。

（2）实质：

构造原理中的电子排布顺序，其实质是各

能级的能量高低顺序。

（3）能级交错”现象：

由构造原理可知，核外电子排布的能级顺序为1s2s2p3s3p4s3d4p5s4d5p6s4f5d6p7s……从中可以看出，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，即产生“能级交错”现象。

如E（3d）>

E（4s）、E（4d）>

E（5s）、E（5d）>

E（6s）、E（6d）>

E（7s）、E（4f）>

E（5p）、E（4f）>

E（6s）等。

2．电子排布式的书写

电子排布式是指用来表示原子核外电子排布情况的表达式，如钠原子的电子排布式为ls22s22p63s1。

它能直接地反映核外电子的能层、能级和各能级上的电子数。

（1）简单原子的核外电子排布式：

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6C：

1s22s22p2,10Ne：

1s22s22p6,17Cl：

1s22s22p63s23p5，19K：

1s22s22p63s23p64s1。

（2）复杂原子的核外电子排布式：

注意：

在书写电子排布式时，能层低的能级要写在左边，不一定完全按填充顺序写。

（3）利用构造原理书写简易电子排布式

为了方便，常把内层已达到稀有气体电子层结构的部分写成“原子实”，用稀有气体符号外加方括号来表示。

如K：

1s22s22p63s23p64s1，其中1s22s22p63s23p6看作[Ar]“原子实”，故K的电子层结构可表示为：

[Ar]4s1，其中[Ar]代表Ar的核外电子排布结构，即1s22s22p63s23p6。

再如Fe的简化电子排布式为：

[Ar]3d64s2。

典例2　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表示其能级的能量，以下各式中正确的是（　B　）

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，C项的正确顺序为E（4s）＞E（3s）＞E（2s）＞E（1s）。

典例3　表示一个原子在第三个电子层上有10个电子可以写成（　C　）

A．3s10　B．3d10

C．3s23p63d2　D．3s23p53d3

按照能量最低原理，电子应先排满s能级，再排满p能级，最后排d能级。

〔变式训练2〕　主族元素的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（　D　）

A．Al　1s22s22p63s23p1　B．O2－　1s22s22p6

C．Na＋　1s22s22p6　D．Si　1s22s22p2

硅原子的电子排布式为1s22s22p63s23p2。

〔变式训练3〕　

（1）写出下列原子的电子排布式：

①11Na__1s22s22p63s1____；

　②16S__1s22s22p63s23p4____；

③34Se__1s22s22p63s23p63d104s24p4____；

④20Ca__1s22s22p63s23p64s2____；

⑤26Fe__1s22s22p63s23p63d64s2____；

⑥30Zn__1s22s22p63s23p63d104s2____。

（2）X元素的＋1价阳离子的核外电子排布与氩原子相同，则X元素的原子核外电子的电子排布式为__1s22s22p63s23p64s1或[Ar]4s1____。

（1）根据原子核外电子排布所遵循的原理书写原子的电子排布式，同时应注意从3d能级开始出现“能级交错”现象。

（2）氩原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p6，故X原子一定失去4s轨道上的一个电子形成阳离子，则X应为K。

原子结构模型的演变过程

古代原子学说→道尔顿原子模型→汤姆生原子模型→卢瑟福原子模型→玻尔原子模型→电子云模型。

1.德谟克利特的古代原子学说：

物质由原子构成，且原子是不可分的微粒；

原子的结合和分离是万物变化的根本。

2．道尔顿原子模型：

物质由原子组成，且原子为实心球体，不能用物理方法分割；

同种原子的质量和性质相同。

3．汤姆生原子模型：

原子是一个平均分布着正电荷的粒子，电子镶嵌其中并中和正电荷，使原子呈电中性；

原子是可以再分的。

4．卢瑟福原子模型：

原子由原子核和核外电子组成。

原子核带正电荷，位于原子的中心并几乎集中了原子的全部质量，电子带负电荷，在原子核周围空间作高速运动。

5．玻尔原子模型：

电子在原子核外一定轨道上绕核作高速运动。

6．电子云模型（现代原子结构学说）：

现代科学家用量子力学的方法描述核外电子运动，即运用电子云模型描述核外电子的运动。

1．下列说法中不符合现代大爆炸宇宙学理论的是（　B　）

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

2．下列能级表示正确（实际存在的）且最多容纳的电子数按照从少到多的顺序排列的是（　A　）

A．1s、2p、3d　B．1s、2s、3s

C．2s、2p、2d　D．3p、3d、3f

从M层开始有d能级，即有3d，不存在2d，故C项错误；

同理从N层开始有f能级，即有4f，不存在3f，故D项错误；

不同能层的相同类型的能级，最多容纳的电子数相同，故B项错。

3．某元素的原子3d能级上有1个电子，它的N能层上的电子数是（　B　）

A．0　B．2

C．5　D．8

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。

4．下列各原子或离子的电子排布式错误的是（　D　）

A．K＋1s22s22p63s23p6

B．As1s22s22p63s23p63d104s24p3

C．N3－1s22s22p6

D．Ca1s22s22p63s23p63d2

D项中Ca的电子排布式应为1s22s22p63s23p64s2。

5．某原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s2，下列说法中不正确的是（　D　）

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电子层共有8个电子

从电子排布式看，该原子最高能级为4s2，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层电子排布为3s23p63d5，故该层电子数为13，D项错误。

6．K层有__1____个能级，用符号表示为__1s____；

L层有__2____个能级，用符号分别表示为__2s、2p____；

M层有__3____个能级，用符号分别表示为__3s、3p、3d____。

由此可推知n电子层最多可能有__n____个能级，能量最低的两个能级其符号分别表示为__ns、np____。

基础巩固

一、选择题

1．人们对原子结构的认识有一个不断深入的过程，其中提出“葡萄干面包”原子模型的科学家是（　B　）

A．道尔顿　B．汤姆生

C．卢瑟福　D．玻尔

2．在基态多电子原子中，关于核外电子能量的叙述错误的是（　C　）

A．最易失去的电子能量最高

B．离核最远的电子能量最高

C．p能级电子能量一定高于s能级电子能量

D．在离核最近的区域内运动的电子能量最低

原子在反应中最易失去的电子应是离核最远的最外层电子，其能量最高，A项正确；

离原子核最远的电子，受原子核的吸引力最小，能量最高，B项正确；

处于高能层中的s能级电子的能量要比处于较低能层中p能级电子的能量高，C项错误；

能量越低的电子尽量排布在离原子核越近的轨道上，D项正确。

3．下列符号不符合事实的是（　D　）

A．4s2　B．2p3

C．3d8　D．3f14

s能级最多排列2个电子、p能级最多排列6个电子、d能级最多排列10个电子，存在4s2、2p3、3d8排布，f能级最多排列14个电子，第三能层没有f能级，至少在第四能层才存在f能级，不可能存3f14排布，故选D。

4．某一能层上nd能级最多所能容纳的电子数为（　B　）

A．6　B．10

C．14　D．15

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，故B正确。

5．下列各组微粒中，各能层电子数均达到2n2个的是（　B　）

A．Ne和Ar　B．H－和Na＋

C．Ne和Cl－　D．F－和S2－

A．Ar原子核外第三层只有8个电子，未达到2n2（n为电子层数）＝18个，不符合条件，故A错误；

B．H－和Na＋各个电子层电子数都达到2n2个，故B正确；

C．Cl－核外第三层只有8个电子，未达到2n2（n为电子层数）＝18个，不符合条件，故C错误；

D．S2－核外第三层只有8个电子，未达到2n2（n为电子层数）＝18个，不符合条件，故D错误；

故选B。

6．某元素原子的核外有三个能层，最外能层有4个电子，该原子核内的质子数为（　A　）

A．14　B．15

C．16　D．17

原子核外共有三个能层，最内能层只有1s能级，可容纳2个电子，第二能层有2s、2p两个能级，可容纳1×

2＋3×

2＝8个电子，最外能层有4个电子，所以该原子核外有14个电子，又因在原子中核外电子数等于核内质子数，故选A。

7．（2018·

江西玉山测试）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　）

C．1s2　D．He

原子轨道排布式不仅能表示电子在核外的排布情况，还能表示电子在原子轨道上的自旋情况，对电子运动状态描述最详尽。

A、

表示1s轨道上有2个电子，且自旋相反；

B、

表示核外有一个电子层且有2个电子；

C、1s2表示在1s轨道上有2个电子；

D、He是氦元素符号，对电子运动状态描述最详尽的答案选A。

8．下列各基态原子或离子的电子排布式正确的是（　D　）

A．O2－　1s22s22p4　B．Ca　3d2

C．Fe　3d54s3　D．Si　1s22s22p63s23p2

A．O的质子数为8，得到2个电子变为离子，则O2－的电子排布式为1s22s22p6，故A错误；

B．Ca原子核外电子排布式为[Ar]4s2或1s22s22p63s23p64s2，故B错误；

C．Fe原子核外电子排布式为[Ar]3d64s2,4s最多有2个电子，故C错误；

D．Si的质子数为14，则Si的电子排布式为1s22s22p63s23p2，故D正确；

故选D。

9．下列有关认识正确的是（　A　）

A．各能级s、p、d、f可容纳的电子数按顺序分别为1、3、5、7的二倍

B．各能层的能级都是从s能级开始至f能级结束

C．各能层含有的能级数为n－1

D．各能层含有的电子数为2n2

根据构造原理，电子排布的能级顺序为1s2s2p3s3p4s3d4p5s4d5p6s4f5d6p7s……各个能层的能级数等于能层的序数；

能级s、p、d、f可容纳的电子数按顺序分别为1、3、5、7的二倍；

各能层最多含有的电子数为2n2。

10．2011年1月11日，中国研制的第四代隐形战机歼－20在成都首次公开试飞成功。

隐形战机的核心材料是金属钛，我国探明储量世界第一。

下列有关推断不正确的是（　C　）

A．钛的原子序数为22

B．钛位于元素周期表第四周期

C．钛原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d4

D．钛属于过渡元素

依据元素周期表结构，钛是22号元素，位于第四周期第ⅣB族，它属于过渡元素。

依据构造原理，4s能级能量低于3d能级，故应首先排满4s后再排3d，正确排布式为1s22s22p63s23p63d24s2。

二、非选择题

11．根据下列叙述，写出元素名称，画出原子结构示意图，并写出核外电子排布式。

（1）A元素原子核外M层电子数是L层电子数的一半：

__硅　

　1s22s22p63s23p2____。

（2）B元素原子的最外层电子数是次外层电子数的1.5倍：

__硼　

　1s22s22p1____。

（3）C元素的单质在常温下可与水剧烈反应，产生的气体能使带火星的木条复燃：

__氟　

　1s22s22p5____。

（4）D元素的次外层电子数是最外层电子数的

：

__氖　

　1s22s22p6____。

A原子的L层排满有8个电子，故M层有4个电子，故A为Si；

B原子次外层电子数只能为2，故最外层电子数为3，故B为B；

C元素为F,2F2＋2H2O===4HF＋O2；

D元素最外层电子数为8，次外层电子数为2，D为Ne。

12．写出具有下列电子排布的原子的核电荷数、名称、元素符号及在元素周期表中的位置。

（1）1s22s22p63s23p5：

__核电荷数17__氯__Cl__第三周期ⅦA族____，

（2）1s22s22p63s23p63d104s24p65s2：

__核电荷数38__锶__Sr__第五周期ⅡA族____，

（3）1s22s22p63s23p63d104s24p64d105s25p66s1：

__核电荷数55__铯__Cs__第六周期ⅠA族____。

此题的突破口是各原子的电子排布式，根据电子层数和最外层电子数确定原子在元素周期表中的位置。

能力提升

1．下列对不同时期原子结构模型提出的时间排列正确的是（　C　）

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．①③②⑤④　B．④②③①⑤

C．④②⑤①③　D．④⑤②①③

阴极射线的发现、α粒子散射实验、氢原子光谱的发现和研究，对揭示原子内部结构的奥秘具有极为重要的作用。

道尔顿、汤姆生、卢瑟福、玻尔等人提出的原子结构模型对人类探索物质结构作出了巨大的贡献。

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→