人教版选修3 第一章 第一节 原子结构 第1课时 学案.doc

第一节原子结构第1课时原子的诞生、能层、能级和构造原理课程目标核心素养建构1.了解原子结构的构造原理。2.知道原子核外电子的能级分布，能用电子排布式表示常见元素(136号)原子核外电子的排布。知 识 梳 理一、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.能层根据多电子原子核外电子的能量差异，将核外电子分成不同的能层，能层用k、l、m、n、o、p、q表示。4.能级(1)根据多电子原子中同一能层电子能量的不同，将它们分成不同能级。(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，在每一个能层中，能级符号的顺序是ns、np、nd、nf(n表示能层)。(3)能层序数等于该能层所包含的能级数，如第三能层有能级3个(3s、3p、3d)。(4)s、p、d、f能级可容纳的最多电子数为1、3、5、7的2倍。5.能层、能级的符号和所能容纳的最多电子数二、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下图的排布顺序。人们把它称为构造原理。即电子填充能级的顺序：1s、2s、2p、3s、3p、4s、3d、4p、5s、4d、5p、6s、4f、5d、6p、7s2.电子排布式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的顺序排列的式子，称电子排布式，如mg原子的电子排布式中数字和符号的意义为铝原子的电子排布式为1s22s22p63s23p1，也可以写成ne3s23p1。自 我 检 测1.判断正误，正确的打“”；错误的打“”。(1)第三能层有s、p共2个能级()(2)3d能级最多容纳5个电子()(3)第三能层最多容纳8个电子()(4)任一能层的s能级最多容纳的电子数均为2()(5)s能级的能量一定比p能级的低()(6)3p2表示3p能级只能填充两个电子()(7)同一原子中，1s、2p、4p电子的能量逐渐降低()(8)同一原子中，2p、3p、4p电子的能量逐渐升高()(9)各能级最多可容纳的电子数按s、p、d、f的顺序依次为1、3、5、7的2倍()答案(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)(8)(9)2.下列对不同时期原子结构模型提出的时间排列正确的是()电子分层排布模型“葡萄干布丁”模型量子力学模型道尔顿原子学说核式模型a. b.c. d.解析阴极射线的发现、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起到了极为重要的作用。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做出了巨大的贡献。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量子力学模型。答案c3.比较下列原子的能级的能量高低：(1)3d，4s；(2)3s，3p，3d；(3)2s，3s，4s。解析解答此题的关键在于熟记构造原理。各能级的能量按1s、2s、2p、3s、3p、4s、3d、4p、5s的顺序逐渐升高。答案(1)4s3d(2)3s3p3d(3)2s3s4s提升一能层、能级和构造原理的理解【例1】下列有关认识正确的是()a.各能层的能级数按k、l、m、n分别为1、2、3、4b.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n1d.各能层含有的电子数为2n2解析各能层中的能级数等于其所处的能层数，即当n1时，它只有一个s能级，当n2时，含有两个能级分别为s、p能级，所以b、c都不正确；d选项中每个能层最多能填充2n2个电子，但不是一定含有2n2个电子。答案a【名师点拨】1.各能级的能量并不是按能层序数增大的顺序递增的，从第三能层开始出现了能层高的能级的能量比能层低的能级的能量低的现象，称为能级交错现象。能级交错可以表示为能量ns(n2)f(n1)dnp，如4s3d，5s4d，6s4f5d等。要特别记忆4s3d这一能级交错现象。2.原子核外电子按能量由低到高的顺序依次排布。因此，根据构造原理可以比较各能级的能量高低。【深度思考】1.怎么比较电子能量的高低？提示(1)英文字母相同的不同能级中，能层序数越大，电子能量越高。如e2pe3pe4p(2)同一能层中，能级越高，电子能量越高。如e4se4pe4de4f。(3)从第三能层开始出现能级交错现象，能级交错排列的顺序即能量由低到高的顺序，ense(n2)fe(n1)denp。如e4se3d、e5se4d、e6se4fe5d(4)能层和能级都相同时，电子的能量相同。如e2pxe2pye2pz。2.原子核外电子按能量的差异如何分成能级组？提示如下图所示：每一行表示1个能级组，自下而上表示n个能级组，其能量依次升高；在同一能级组内，从左到右能量依次升高。【变式训练】1.比较下列原子轨道的能量高低。(1)2s_3s；(2)2s_3d；(3)3px_3pz；(4)3p_3s；(5)4f_5f；解析根据构造原理，各能级能量由低到高的顺序为：1s、2s、2p、3s、3p、4s、3d、4p、5s、4d、5p、6s、4f、5d、6p、7s、5f、6d、7p同一能层中同一能级的不同原子轨道的能量相同。答案(1)(2)(3)(4)(5)2.宇宙中最丰富的元素是()a.o b.h c.he d.al解析宇宙中最丰富的元素是h。答案b3.下列各能层不包含d能级的是()a.o能层 b.p能层 c.m能层 d.k能层解析多电子原子中，同一能层的电子可分占不同的能级，k能层只有s能级，l能层有s、p能级，从m能层开始有d能级。答案d提升二电子排布式的书写【例2】按要求填空：(1)基态b原子的电子排布式为_。(2)基态n原子的价电子排布式为_。(3)se原子序数为_，其核外m层电子的排布式为_。(4)li3n晶体中氮以n3存在，基态n3的电子排布式为_。(5)写出基态镓(ga)原子的电子排布式：_。解析b的核外有5个电子，电子排布式为1s22s22p1或he2s22p1。n原子最外层有5个电子，最高能层为2，价电子排布式为2s22p3。se与o同主族。原子序数为34，n能层有6个电子，故其m层排满，m层电子排布式为3s23p63d10。n原子电子排布式为2s22p3，n原子得到3个电子所得n3的电子排布式为2s22p6。ga为第四周期第a族元素。故其原子最外层电子排布式为4s24p1，ga原子电子排布式为ar3d104s24p1或1s22s22p63s23p63d104s24p1。答案(1)1s22s22p1或he2s22p1(2)2s22p3(3)343s23p63d10(4)1s22s22p6(5)1s22s22p63s23p63d104s24p1或ar3d104s24p1【名师点拨】1.简单原子的电子排布式的书写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：1s22s22p210ne：1s22s22p617cl：1s22s22p63s23p519k：1s22s22p63s23p64s12.复杂原子的电子排布式的书写对于较复杂的电子排布式，应先按能量最低原理从低到高排列，然后将同一层的电子移到一起。如：26fe：先按能量从低到高排列为1s22s22p63s23p64s23d6，然后将同一层的排列一起，即该原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2。3.利用构造原理书写简化电子排布式如k：1s22s22p63s23p64s1，其简化电子排布式可表示为ar4s1，其中ar代表ar原子的核外电子排布式，即1s22s22p63s23p6，4s1是k原子的最外层电子排布。再如fe原子的简化电子排布式为ar3d64s2。4.简单离子电子排布式的书写先写原子的电子排布式，然后再得失电子。例如：o2的电子排布式，先写o原子的电子排布式为1s22s22p4，再得2个电子知o2的电子排布式为1s22s22p6。fe3的电子排布式，先写fe原子的电子排布式为ar3d64s2，再失去3个电子(由外层向里层失去电子)得到fe3电子排布式为ar3d5，而不能先失去3d上的3个电子，再按轨道能量顺序写成ar3d34s2。5.特殊原子的电子排布式书写规则当能级处于全空、全充满或半充满状态时，能量相对较低，原子结构较稳定。(1)24cr的电子排布式的书写(2)29cu的电子排布式的书写【深度思考】1.书写电子排布式应注意的问题是什么？提示电子排布按构造原理填充，而书写电子排布式时，按能层由小到大的顺序书写，同一能层按能级顺序连在一起。如fe：1s22s22p63s23p63d64s2，而不能写成1s22s22p63s23p64s23d6。2.基态原子失电子的规律？提示基态原子失电子时，由外层向里层，按能级顺序失去电子。【变式训练】4.下列能级符号表示正确且最多容纳的电子数按照从少到多的顺序排列的是()a.1s、2p、3d b.1s、2s、3sc.2s、2p、2d d.3p、3d、3f解析从m能层开始有d能级，不存在2d能级，故c项错误；从n能层开始有f能级，不存在3f能级，故d项错误；不同能层的相同能级最多容纳的电子数相同，故b项错误。答案a5.已知na的核外电子排布式为1s22s22p63s1，通常可把内层已达稀有气体原子的电子层结构的部分写成“原子实”，如na的核外电子排布式可写成ne3s1。用“原子实”表示的30号元素锌的原子核外电子排布式正确的是()a.ne3d104s2 b.ar3d104s24p2c.ar3d84s24p2 d.ar3d104s2解析根据构造原理可知，锌元素原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s2，除3d104s2外，锌原子内层电子的排布与稀有气体原子ar的电子排布相同，因此锌的核外电子排布式可写为ar3d104s2。答案d6.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。a元素原子核外m层电子数是l层电子数的一半：_。b元素原子的最外层电子数是次外层电子数的1.5倍：_。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_，砷位于元素周期表中_周期第_族。解析(1)l层有8个电子，则m层有4个电子，故a为硅。当次外层为k层时，最外层电子数则为3，为硼；当次外层为l层时，最外层电子数为1.5812，违背了排布规律，故不可能。ni的原子序数为28，根据构造原理，基态ni原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d84s2，故ni2的电子排布式为1s22s22p63s23p63d8；基态fe原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2，故fe3的电子排布式为1s22s22p63s23p63d5；硫原子序数为16，基态硫原子的电子排布式为1s22s22p63s23p4，故s2的电子排布式为1s22s22p63s23p6。(2)根据价电子排布式可知该元素有4个电子层，最外层有7个电子，位于元素周期表的第四周期第a族，为br元素。(3)ti的原子序数为22，基态ti原子的电子排布式为ar3d24s2，故基态ti2的电子排布式为ar3d2，电子占据的最高能层符号为m，该能层有3s、3p、3d 3个能级。(4)砷的原子序数为33，基态as原子的电子排布式为ar3d104s24p3，位于第四周期第a族。答案(1)1s22s22p63s23p2或ne3s23p21s22s22p1或he2s22p11s22s22p63s23p63d8或ar3d81s22s22p63s23p63d5或ar3d51s22s22p63s23p6或ne3s23p6(2)br(3)m3(4)ar3d104s24p3四a7.填空题。(1)co基态原子核外电子排布式为_。(2)基态ge原子的核外电子排布式为_。(3)镍元素基态原子的电子排布式为_。(4)写出基态as原子的核外电子排布式_。(5)p原子的核外电子排布式为_。(6)fe3的电子排布式为_。答案(1)1s22s22p63s23p63d74s2或ar3d74s2(2)1s22s22p63s23p63d104s24p2或ar3d104s24p2(3)1s22s22p63s23p63d84s2或ar3d84s2(4)1s22s22p63s23p63d104s24p3或ar3d104s24p3(5)1s22s22p63s23p3或ne3s23p3(6)1s22s22p63s23p63d5或ar3d5课时作业基础题组1.下列图、图、图所示的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. b.c. d.解析卢瑟福提出了原子的核式模型，道尔顿认为原子是一个实心的球体，汤姆生发现了电子，并提出了原子的“葡萄干布丁”模型。答案b2.下列说法错误的是()a.地球上的非金属元素共有22种b.宇宙大爆炸产生了氢、氦、锂元素c.思辨性推测就是科学假设d.地球上的元素绝大多数是金属元素解析科学假设须以已有的科学事实和理论为依据，更要用系统的科学观察和实验来验证，而思辨性推测是一种预言性推测，不是科学假设，故c项说法错误。答案c3.符号为n的能层最多能容纳的电子数为()a.18 b.32 c.50 d.72解析符号为n的能层是第四能层，每一能层最多能容纳的电子数为2n2(n表示能层序数)，故n能层最多能容纳的电子数为24232。答案b4.在同一个原子中，m能层上电子的能量与q能层上电子的能量相比()a.前者大于后者 b.后者大于前者c.前者等于后者 d.无法确定解析能层低的能级能量低，m能层上电子的能量比q能层上电子的能量低，b项正确。答案b5.下列关于能层与能级的说法中不正确的是()a.原子核外电子的每一个能层最多可容纳的电子数为2n2(n为能层序数)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相同的d.1个原子轨道里最多只能容纳2个电子，且自旋方向相同解析各能层最多容纳的电子数为2n2(n为能层序数)，故a项正确；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，故b项正确；同是s能级，在不同的能层中所能容纳的最多电子数都为2，故c项正确；1个原子轨道里最多只能容纳2个电子，但自旋方向相反，故d项错误。答案d6.下列关于原子结构的说法正确的是()a.所有的原子都含有质子、中子和电子三种基本构成微粒b.所有原子的质子、中子和电子的个数都相等c.原子核对电子的吸引实质是原子核中的质子对核外电子的吸引d.原子中的质子、中子和电子不可能再进一步转化成更小的微粒解析所有的原子都含有质子和电子，并且二者的数目相等，但并不是所有的原子都是由质子、中子和电子构成的.如h中就只含有一个质子和一个电子，没有中子，多数原子的中子数和质子数比较接近但没有必然的数量关系，故a、b项不正确。原子核对核外电子的吸引是一种静电作用，因为中子不显电性，质子和电子带相反电荷，所以c项正确。原子中的质子、中子和电子有可能进一步转化成更小的微粒，科学家已经发现了更小的微粒夸克，所以d项错误。答案c7.下面是某些元素的最外层电子排布，各组指定的元素，不能形成ab2型化合物的是()a.2s22p2和2s22p4 b.3s23p4和2s22p4c.3s2和2s22p5 d.3s1和3s23p2解析a项为c和o，能形成co2；b项为s和o，能形成so2；c项为mg和f，能形成mgf2；d项为na和si，不能形成ab2型化合物，故选d。答案d8.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.li b.be c.s d.ar解析若只有1个能层，不存在p能级；若有2个能层，则有两个s能级，则电子排布为1s22s22p4，为o元素；若有3个能层，则有三个s能级，则电子排布为1s22s22p63s23p6，为ar元素，d正确。答案d9.下列微粒符号正确的是()a.2d1 b.3f7 c.6s3 d.7p2解析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，最多只能容纳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。答案d10.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(nl)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)解析根据构造原理，各能级能量的大小顺序为1s2s2p3s3p4s3d4p5s能量由低到高，a项和d项正确顺序：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，所以c项错误。答案b11.a、b、c、d分别代表四种不同的短周期元素。a元素的原子最外层电子排布式为ns1，b元素的原子价电子排布式为ns2np2，c元素的最外层电子数是其电子层数的3倍，d元素原子的m电子层的p能级中有3个电子。(1)c原子的电子排布式为_，若a元素的原子最外层电子排布式为1s1，则a与c形成的阴离子的电子式为_。(2)当n2时，b的原子结构示意图为_。(3)若a元素的原子最外层电子排布式为2s1，元素a在周期表中的位置是_。解析由c元素的最外层电子数是其电子层数的3倍，推出c为o元素；d元素原子的m电子层的p能级中有3个电子，推出d是p元素；若n2，则b的价电子排布式为2s22p2，b为碳元素；若n3，则b为si元素。答案(1)1s22s22p4 (2)(3)第二周期第a族能力题组12.有两种气态单质am和bn，已知2.4 g am和2.1 g bn所含的原子个数相等，而分子数之比为23。a和b的原子核内质子数都等于中子数，a原子l层电子数是k层的3倍。(1)a、b的元素符号分别为_。(2)am中的m值为_。(3)b的能层数目为_。(4)a、b形成的一种化合物与水反应能生成另一种由a、b形成的气态化合物。写出该反应的化学方程式：_。解析由a原子l层电子数是k层的3倍，可知a为o。根据题意，设a、b的相对原子质量分别为x、y，则，解得7x8y，2m3n。由此可知b为n，则am为o3，bn为n2。答案(1)o、n(2)3(3)2(4)3no2h2o=2hno3no13.(1)已知短周期元素a、b，a元素原子的最外层电子数为a，次外层电子数为b；b元素原子的m层电子数为ab，l层电子数为ab，则a为_(填元素符号，下同)，b为_。(2)已知x元素原子的l层比y元素原子的l层少3个电子，y元素原子的核外电子总数比x元素多5，则x、y分别为_、_。解析(1)短周期元素的原子最多有三个电子层(k、l、m)，则a元素原子的次外层只可能为k层或l层，b只可能是2或8。又因为b元素原子的l层电子数为ab，而l层最多容纳8个电子，所以b只可能等于2。由ab8，得a6。故a元素原子的核外电子排布情况为k层2个电子，l层6个电子，则a为o；b元素原子的核外电子排布情况为k层2个电子，l层8个电子，m层4个电子，则b为si。(2)根据题意，y元素原子的核外电子总数比x元素多5，而y元素原子的l层电子只比x元素多3个，故y元素原子的最外层不是l层，而是m层。根据核外电子排布规律可知，l层为次外层时只能排8个电子，则x元素原子的l层为5个电子，其原子核外电子数为257，故x为n；y元素原子核外电子数为7512，故y为mg。答案(1)osi(2)nmg14.下表给出了五种元素的相关信息，其中x、y、z、w为短周期元素。元素相关信息x在常温、常压下，其单质是气体，随着人类对环境的认识和要求的提高，它将成为备受青睐的清洁燃料y工业上通过分离液态空气获得它的一种单质，含它的另一种单质的浓度相对较高的平流层是保护地球地表环境的重要屏障z植物生长所需的三种主要元素之一，它能形成多种氧化物，其中一种是早期医疗中使用的麻醉剂w室温下其单质为粉末状固体，加热易熔化。该单质在氧气中燃烧，发出明亮的蓝紫色火焰m它是人体不可缺少的微量元素，含该元素的合金也是工业生产中不可缺少的金属材料，常用于建造桥梁、楼房等根据上述信息填空：(1)y元素的原子含有_个能层，其中第二能层中的能级分别是_；画出w的原子结构示意图：_。(2)z与x形成的某种化合物能和z与y形成的另一无色化合物(这两种化合物分子中z与另一元素原子的个数比均为12)一起用作火箭推进剂，写出二者发生反应生成无毒物质的化学方程式：_。(3)某矿藏主要含w、m两种元素组成的化合物，它是我国生产某强酸的主要原料。试写出生产该强酸过程中第一阶段主要反应的化学方程式：_。解析(1)氢气是一种清洁燃料，所以x为氢元素；臭氧对紫