高中化学选修3原子结构及习题.docx

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高中化学选修3原子结构及习题

第一章原子结构与性质

一.原子结构

1、能级与能层

电子云：

用小黑点的疏密来描述电子在原子核外空间出现的机会大小所得的图形叫电子云图.离核越近，电子出现的机会大，电子云密度越大；离核越远，电子出现的机会小，电子云密度越小.

电子层（能层）：

根据电子的能量差异和主要运动区域的不同，核外电子分别处于不同的电子层.原子由里向外对应的电子层符号分别为K、L、M、N、O、P、Q.

原子轨道（能级即亚层）：

处于同一电子层的原子核外电子，也可以在不同类型的原子轨道上运动，分别用s、p、d、f表示不同形状的轨道，s轨道呈球形、p轨道呈哑铃形

2、原子轨道

3、原子核外电子排布规律

（1）构造原理：

随着核电荷数递增，大多数元素的电中性基

态原子的电子按下图顺序填入核外电子运动轨道（能级），叫做构造原理。

原子核外电子的运动特征可以用电子层、原子轨道（亚层）和自旋方向来进行描述.

能级交错：

由构造原理可知，电子先进入4s轨道，后进入3d轨道，这种现象叫能级交错。

（2）能量最低原理：

电子先占据能量低的轨道，再依次进入能量高的轨道.

（3）泡利（不相容）原理：

一个轨道里最多只能容纳两个电子，且自旋方向相反（用“↑↓”表示），这个原理称为泡利原理。

（4）洪特规则：

当电子排布在同一能级的不同轨道（能量相同）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。

比如，p3的轨道式为

↑

↑

↑

，而不是

↑↓

↑

。

洪特规则特例：

在等价轨道的全充满（p6、d10、f14）、半充满（p3、d5、f7）、全空时（p0、d0、f0）的状态，具有较低的能量和较大的稳定性.如24Cr[Ar]3d54s1、29Cu[Ar]3d104s1。

前36号元素中，全空状态的有4Be2s22p0、12Mg3s23p0、20Ca4s23d0；半充满状态的有：

7N2s22p3、15P3s23p3、24Cr3d54s1、25Mn3d54s2、33As4s24p3；全充满状态的有10Ne2s22p6、18Ar3s23p6、29Cu3d104s1、30Zn3d104s2、36Kr4s24p6。

4、基态原子核外电子排布的表示方法

（1）电子排布式

①用数字在能级符号的右上角表明该能级上排布的电子数，这就是电子排布式，例如K：

1s22s22p63s23p64s1。

②为了避免电子排布式书写过于繁琐，把内层电子达到稀有气体元素原子结构的部分以相应稀有气体的元素符号外加方括号表示，例如K：

[Ar]4s1。

（2）电子排布图（轨道表示式）

每个方框或圆圈代表一个原子轨道，每个箭头代表一个电子。

如基态硫原子的轨道表示式为

二、原子结构与元素周期表

1、原子的电子构型与周期的关系

（1）每周期第一种元素的最外层电子的排布式为ns1。

每周期结尾元素的最外层电子排布式除He为1s2外，其余为ns2np6。

He核外只有2个电子，只有1个s轨道，还未出现p轨道，所以第一周期结尾元素的电子排布跟其他周期不同。

（2）一个能级组最多所容纳的电子数等于一个周期所包含的元素种类。

但一个能级组不一定全部是能量相同的能级，而是能量相近的能级。

2、元素周期表的分区

（根据核外电子排布）

①分区②各区元素化学性质及原子最外层电子排布特点

③若已知元素的外围电子排布，可直接判断该元素在周期表中的位置。

如：

某元素的外围电子排布为4s24p4，由此可知，该元素位于p区，为第四周期ⅥA族元素。

即最大能层为其周期数，最外层电子数为其族序数，但应注意过渡元素（副族与第Ⅷ族）的最大能层为其周期数，外围电子数应为其纵列数而不是其族序数（镧系、锕系除外）。

三、元素周期律

1、电离能、电负性

（1）电离能：

指气态原子或离子失去1个电子时所需要的最低能量，第一电离能是指电中性基态原子失去1个电子转化为气态基态正离子所需要的最低能量，常用符号I1表示，单位为kJ/mol。

第一电离能数值越小，原子越容易失去1个电子。

元素第一电离能的周期性变化：

随着原子序数的递增，元素的第一电离能呈周期性变化

★同周期从左到右，第一电离能有逐渐增大的趋势，稀有气体的第一电离能最大，碱金属的第一电离能最小；

★同主族从上到下，第一电离能有逐渐减小的趋势.

元素第一电离能的应用：

用来比较元素的金属性的强弱.I1越小，金属性越强，表征原子失电子能力强弱.

（2）元素的电负性：

用来描述不同元素的原子对键合电子吸引力的大小（即元素的原子在分子中吸引电子对的能力）。

以氟的电负性为4.0，锂的电负性为1.0作为相对标准,得出了各元素的电负性。

★电负性的应用

①判断元素的金属性和非金属性及其强弱（表征原子得电子能力强弱）

②金属的电负性一般小于1.8，非金属的电负性一般大于1.8，而位于非金属三角区边界的“类金属”（如锗、锑等）的电负性则在1.8左右，它们既有金属性，又有非金属性。

③金属元素的电负性越小，金属元素越活泼；非金属元素的电负性越大，越活泼。

④★同周期自左到右，电负性逐渐增大，同主族自上而下，电负性逐渐减小。

2、原子结构与元素性质的递变规律

3、对角线规则

在元素周期表中，某些主族元素与右下方的主族元素的有些性质是相似的，如

第一章原子结构与性质

第一节原子结构

考查点一　能层、能级、构造原理

1．下列说法中正确的是（　　）。

A．同一原子中，1s、2s、3s电子的能量逐渐减小

B．同一原子中，2p、3p、4p能级的轨道数依次增多

C．能量高的电子在离核近的区域运动，能量低的电子在离核远的区域运动

D．各能层含有的能级数为n（n为能层序数）

2．下列说法中正确的是（　　）。

A．1s22s12p1表示的是激发态原子的电子排布

B．3p2表示3p能级有两个轨道

C．同一原子中，3d轨道的能量小于4s轨道的能量

D．同一原子中，2p、3p、4p电子的能量逐渐减小

3．比较下列多电子原子的能级的能量高低

（1）2s____3s

（2）2s____3d

（3）3p____3s（4）4f____6f

考查点二　核外电子排布规律

4．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－：

1s22s22p63s23p6D．Ar：

1s22s22p63s23p6

5．铁是常见金属，它在元素周期表中位于第四周期Ⅷ族，原子序数为26，则

Fe2＋的结构示意图为（　　）。

A.

B.

C.

D.

6．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）1s22s22p63s23p4；

（2）1s22s22p63s23p63d104s24p65s2；

（3）1s22s22p63s23p63d104s24p64d105s25p66s1

考查点三　原子光谱、电子云与原子轨道

7．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

8．下列有关电子云和原子轨道的说法中正确的是（　　）。

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能级原子轨道呈球形，处于该轨道上的电子只能在球壳内运动

C．p能级原子轨道呈哑铃状，随着能层的增加，p能级原子轨道也在增多

D．p能级原子轨道与s能级原子轨道的平均半径都随能层序数的增大而增大

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\

子云在空间有________方向，呈现________形。

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

考查点四　综合应用

10．短周期的三种主族元素A、B、C，原子序数依次减小。

A元素的2p能级上有3个未成对电子；B元素原子的最外电子层上的电子数是其电子层数的2倍；A、B、C三原子的核外电子层数之和是5。

请回答：

（1）三种元素的元素符号分别为：

A________，B________，C________。

（2）A与C形成的化合物的分子式是________，写出该化合物与A的最高价

氧化物对应水化物发生反应的化学方程式_________________________

_________________________________________________________________。

11．有A、B、C、D、E5种元素，它们的核电荷数依次增大，且都小于20。

其中A为非金属元素，A和E属同一族，它们原子的最外层电子排布式为ns1。

B和D也属同一族，它们原子最外层的p能级电子数是s能级电子数的两倍，C原子最外层上电子数等于D原子最外层上电子数的一半。

请回答下列问题：

（1）A是________，B是________，C是________，D是________，E是________。

（2）由这5种元素组成的一种化合物是（写化学式）______________________。

写出该物质的一种主要用途：

_________________________________________

_________________________________________________________________。

（3）写出C元素基态原子的电子排布式：

_______________________________。

（4）用电子排布图表示D元素原子的最外层电子排布：

________________。

12.已知X、Y和Z三种元素的原子序数之和等于42。

X元素原子的4p轨道上有3个未成对电子，Y元素原子的最外层2p轨道上有2个未成对电子。

X跟Y可形成化合物X2Y3，Z元素可以形成负一价离子。

请回答下列问题：

（1）X元素原子基态时的电子排布式为　　　　，该元素的符号是　　　　。

（2）Y元素原子的价层电子的电子排布图为　　　　，该元素的名称是　　　　。

（3）已知化合物X2Y3在稀硫酸溶液中可被金属锌还原为XZ3，产物还有ZnSO4和H2O，该反应的化学方程式是,________________________________________________________________________。

1.D.解析：

同一原子中能层序数越大，能量越高，离核越远，A、C项均错误；在同一能级中，其轨道数是一定的，不论其在哪一能层中，B项错误。

2.解析　A项中1个2s电子被激发到2p能级上，表示的是激发态原子，正确；B项中3p2表示3p能级上填充2个电子，错误；C项中由于能级交错，3d轨道的能量大于4s轨道的能量，错误；D项，同一原子中电子层数越大，能量也就越高，离核越远，故2p、3p、4p电子的能量增大，错误；故选A。

答案　A

3.解析　相同能层上不同能级的能量高低：

ns

1s<2s<3s<4s……答案　

（1）<

（2）<（3）>（4）<

4.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错，A、C、D均正确。

答案　B

5.解析　根据轨道能量顺序图，电子首先进入能量低的原子轨道，铁原子中的电子在填满K层和L层及3s、3p原子轨道后，接着在4s原子轨道上填2个电子，然后在3d原子轨道上填6个电子，则铁元素的基态原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2，即铁原子的结构示意图是

。

从Fe―→Fe2＋，Fe原子首先失去的是最外层4s原子轨道上的电子，而不是失去3d原子轨道上的电子。

所以，Fe2＋的电子排布式为1s22s22p63s23p63d6，Fe2＋的结构示意图为

。

“最外层不超过8个电子，次外层不超过18个电子，倒数第三层不超过32个电子”是针对原子而言的，不适用于离子。

故选C。

答案　C

6.解：

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。

（1）核电荷数16　硫　S　第三周期ⅥA族

（2）核电荷数38　锶　Sr　第五周期ⅡA族（3）核电荷数55　铯　Cs　第六周期ⅠA族

7.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。

答案　D

8.解析　电子云表示电子在核外某一区域出现的概率，故A项错误；原子轨道是电子出现概率为90%的电子云空间，只是表明电子在这一空间区域内出现的机会大，在此空间区域外出现的机会少，故B项错误；无论能层序数n如何变化，每个p能级都有3个原子轨道且相互垂直，故C项错误；电子的能量越高，电子在离核更远的区域出现的机会越大，电子云将向更大的空间扩展，原子轨道半径会逐渐增大。

答案　D

9.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

答案　

（1）2　2p（写成np也可以）　三种互相垂直的　哑铃

（2）氮　

10.解析　A元素原子的2p能级上有3个未成对电子，即A的电子排布式为1s22s22p3，是氮元素；B元素原子的最外电子层上的电子数是其电子层数的2倍，可得出该元素为碳元素，核外电子排布式为1s22s22p2；由三种元素原子核外电子层数之和为5，可以推出C元素只有一个电子层，且为主族元素，所以C只能为氢元素。

答案　

（1）N　C　H　

（2）NH3　NH3＋HNO3===NH4NO3

11.解析　B和D属同一族，它们原子最外层的p能级电子数是s能级电子数的两倍，所以可得B、D的最外层电子排布式为ns2np4，所以B为氧元素、D为硫元素；而A和E属同一族，它们原子的最外层电子排布式为ns1，所以A为氢元素，E为钾元素；C原子最外层上电子数等于D原子最外层上电子数的一半，所以C的最外层电子排布式为ns2np1，即C为铝元素。

答案　

（1）H　O　Al　S　K（元素名称也可）

（2）KAl（SO4）2·12H2O　净水剂（3）1s22s22p63s23p1　（4）

12.解析　

（1）X元素原子的4p轨道上有3个未成对电子，则X是第四周期第ⅤA族元素，即X为As，其电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p3。

（2）Y元素原子的最外层2p轨道上有2个未成对电子，且As跟Y可形成化合物As2Y3，可推知Y为O；又因为X、Y和Z三种元素的原子序数之和等于42，可得到Z为H。

（3）X2Y3为As2O3，XZ3为AsH3，则As2O3与稀硫酸和Zn反应的化学方程式为As2O3＋6Zn＋6H2SO4===2AsH3↑＋6ZnSO4＋3H2O。

答案　

（1）1s22s22p63s23p63d104s24p3　As

（3）As2O3＋6Zn＋6H2SO4===2AsH3↑＋6ZnSO4＋3H