高中化学选修3 原子结构及习题

第一章第一章 原子结构与性质原子结构与性质 一一 原子结构原子结构 1 能级与能层能级与能层 电子云电子云 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 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 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 原子轨道 3 原子核外电子排布规律 原子核外电子排布规律 1 构造原理 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 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 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 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 4Be 2s22p0 12Mg 3s23p0 20Ca 4s23d0 半充满状态 的有 7N 2s22p3 15P 3s23p3 24Cr 3d54s1 25Mn 3d54s2 33As 4s24p3 全充满状态的 有 10Ne 2s22p6 18Ar 3s23p6 29Cu 3d104s1 30Zn 3d104s2 36Kr 4s24p6 4 基态原子核外电子排布的表示方法 基态原子核外电子排布的表示方法 1 电子排布式 电子排布式 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 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 电子排布图 轨道表示式轨道表示式 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 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 元素周期表的分区 根据核外电子排布 根据核外电子排布 分区 各区元素化学性质及原子最外层电子排布特点 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 A 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 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 元素周期律三 元素周期律 1 电离能 电负性 电离能 电负性 1 电离能电离能 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 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 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 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 分子中吸引电子对吸引电子对的能力的能力 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 电负性的应用电负性的应用 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 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 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 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 原子结构与元素性质的递变规律 3 对角线规则 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 考查点一考查点一 能层 能级 构造原理能层 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 考查点二考查点二 核外电子排布规律核外电子排布规律 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 1s22s22p63s23p6 B O2 1s22s22p4 C Cl 1s22s22p63s23p6 D Ar 1s22s22p63s23p6 5 铁是常见金属 它在元素周期表中位于第四周期 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 考查点三考查点三 原子光谱 电子云与原子轨道原子光谱 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 1s12s1 1s22s12p1 1s22s22p63s2 1s22s22p63s23p1 A B C D 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 考查点四考查点四 综合应用综合应用 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 E 5 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 np nd nf 不同能层上符号 相同的能级的能量高低 1s 2s 3s 4s 答案 1 2 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 A 族 2 核 电荷数 38 锶 Sr 第五周期 A 族 3 核电荷数 55 铯 Cs 第六周期 A 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 中 1s 轨道未填满就进入 2s 轨道属于激发态 中 2s 轨道未填满就进 入 2p 轨道也属于激发态 只有 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