1.1.2构造原理与电子排布式电子云与原子轨高二化学讲义习题（人教版2019选择性必修2）

第一章原子结构与性质第一节原子结构第02课时构造原理与电子排布式电子云与原子轨道1．了解原子核外电子的运动状态。2．了解原子结构的构造原理。3．知道原子核外电子的能级分布，掌握基态原子核外电子排布规律，能用电子排布式表示常见元素(1～36号)原子核外电子的排布。知识点一构造原理与电子排布式知识点二电子云与原子轨道知识点一构造原理与电子排布式1.构造原理随着原子序数的递增，绝大多数元素的基态原子核外电子排布遵循下列顺序：把这种规律称为构造原理。2.电子排布式的书写（1）电子排布式：元素原子的电子排布式中能级符号右上角的数字是该能级上排布的电子数。如氢元素的电子排布式为：钾原子的电子排布式为1s22s22p63s23p64s1，也可以简化成[Ar]4s1。（2）简单原子的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：1s22s22p210Ne：1s22s22p617Cl：1s22s22p63s23p519K：1s22s22p63s23p64s1（3）复杂原子的电子排布式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排到一起。如26Fe：先按能量从低到高排列为：1s22s22p63s23p64s23d6，然后将同一层的电子排到一起，即该原子的电子排布式为：1s22s22p63s23p63d64s2。（4）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：[Ar]4s1，其中[Ar]代表Ar的核外电子排布式，即1s22s22p63s23p6。再如Fe的简化电子排布式为：[Ar]3d64s2。3.轨道表示式一般用小圆圈(或方框、短线)表示一个原子轨道。用“↑”或“↓”来区别自旋状态不同的电子。例如，硅的基态原子的轨道表示式：4.价电子（1）与化学性质密切相关的外层原子轨道上的电子，称为价电子。（2）为了便于研究元素化学性质与核外电子间的关系，人们常常只表示出原子的价电子排布。如基态铁原子的价电子排布式为3d64s2。1.（2023—2024北京昌平高二统考期末）按照量子力学对原子核外电子运动状态的描述，下列说法不正确的是A．原子的核外电子处于能量最低的状态称为基态B．在一个原子中，不可能出现运动状态完全相同的两个电子C．原子核外电子从一个轨道跃迁到另一个轨道时，会辐射或吸收能量D．电子云图中点密集的地方表示电子在此处单位体积内出现的数量多【答案】D【解析】基态是电子按构造原理的顺序进入原子核外的轨道，此时整个原子的能量最低，基态原子是处于最低能量状态的原子，A项正确；1个原子中有几个电子就有几种运动状态，在一个原子中，不可能出现运动状态完全相同的两个电子，B项正确；原子只能处于一系列不连续的能量状态中，在这些状态中原子是稳定的，不同的轨道能量不同，且能量是量子化的，电子从一个轨道跃迁到另一个轨道时，才会辐射或吸收能量，C项正确；小黑点密度大表示电子在原子核外空间的单位体积内出现的概率大，D项错误。2.下列关于钠元素的微粒的几种表达式错误的是 ()A．Na+的电子排布图：B．Na+的结构示意图：C．Na的电子排布式：1s22s22p53s2D．Na的简化的电子排布式：[Ne]3s1【答案】C【解析】钠离子的核电荷数为11，核外电子数为10，核外电子排布式为1s22s22p6，电子排布图为，A项正确；Na+的结构示意图为，B项正确；基态Na原子的电子排布式应为1s22s22p63s1，C项错误；Na的简化的电子排布式为[Ne]3s1，D项正确。3.下列微粒的核外电子的表示方法中正确的是 (深度解析)A．碳原子轨道表示式为B．P原子价层电子轨道表示式为C．Cr原子的价层电子排布式为3d44s2D．Fe2+价层电子排布式为3d44s2【答案】A【解析】碳是6号元素，6个电子分别排在1s、2s、2p能级上，碳原子轨道表示式为，A项正确；3p能级上三个电子自旋状态相同，P原子价层电子轨道表示式为，B项错误；Cr原子的价层电子排布式为3d54s1，C项错误；Fe原子失去4s能级上两个电子，形成Fe2+，Fe2+的价层电子排布式为3d6，D项错误。4.（2023—2024湖南邵阳高二月考）食品安全国家标准规定，允许作为食盐的抗结剂。下列化学用语表示不正确的是A．氮原子核外能量最高电子的电子云的形状：B．K的简化电子排布式：C．碳原子核外电子的轨道表示式：D．Fe的价电子排布式：【答案】C【解析】氮原子核外能量最高的电子为，因此其电子云的形状为：，A项正确；K为19号元素，简化电子排布式：，B项正确；；洪特规则是指在相同能量的轨道上，电子总是尽可能分占不同的轨道且自旋方向相同；碳原子为6号元素，则轨道表示式应该为：，C项错误；Fe为26号元素，价电子排布式：，D项正确。5.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)①1s22s22p63s23p2②1s22s22p1③1s22s22p63s23p63d8(或[Ar]3d8)1s22s22p63s23p63d5(或[Ar]3d51s22s22p63s23p6(或[Ne]3s23p6)(2)Br(3)M3(4)[Ar]3d104s24p3四ⅤA【解析】(1)①L层有8个电子，则M层有4个电子，故A为硅；②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1.5×8＝12，违背了排布规律，故不可能；③Ni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ⅦA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[Ar]3d24s2，故基态Ti2＋的电子排布式为[Ar]3d2，电子占据的最高能层符号为M，该能层有3s、3p、3d3个能级。(4)砷的原子序数为33，基态As原子的电子排布式为[Ar]3d104s24p3，位于第四周期第ⅤA族。知识点二电子云与原子轨道1.电子云(1)概率密度：用P表示电子在某处出现的概率，V表示该处的体积，则称为概率密度，用ρ表示。(2)电子云：由于核外电子的概率密度分布看起来像一片云雾，因而被形象地称作电子云。换句话说，电子云是处于一定空间运动状态的电子在原子核外空间的概率密度分布的形象化描述。2.原子轨道(1)定义：量子力学把电子在原子核外的一个空间运动状态称为一个原子轨道。各能级的一个伸展方向的电子云轮廓图即表示一个原子轨道。(2)不同能层的能级、原子轨道及电子云轮廓图量子力学把电子在原子核外的一个空间运动状态称为一个原子轨道。(3)形状①s电子的原子轨道呈球形，能层序数越大，原子轨道的半径越大。②p电子的原子轨道呈哑铃形，能层序数越大，原子轨道的半径越大。(4)各能级所含有原子轨道数目能级符号nsnpndnf轨道数目13571.下列关于电子云示意图的叙述正确的是()A．电子云表示电子的运动轨迹B．黑点的多少表示电子个数的多少C．处于1s轨道上的电子在空间出现的概率分布呈球形对称，而且电子在原子核附近出现的概率小，离核越远电子出现的概率越大D．处在2pz轨道的电子主要在xy平面的上、下方出现【答案】D【解析】电子云示意图是用小黑点的疏密来表示电子在原子核外出现的概率的大小，A、B项错误；1s轨道的电子云呈球形对称，在原子核附近小黑点密集，电子出现的概率大，离核越远电子出现的概率越小，C项错误；处在2pz轨道上的电子在空间出现的概率分布相对于z轴对称，电子主要在xy平面的上、下方出现，D项正确。2.下列说法中正确的是()A．p轨道是“8”字形的，所以p电子走“8”字形B．电子层数为3时，有3s、3p、3d、3f四个轨道C．氢原子中只有一个电子，故氢原子只有一条轨道D．原子轨道与电子云都是用来形象描述电子运动状态的【答案】D【解析】p轨道是哑铃形，是说电子出现概率高的“区域”的形状，而不是p电子的运动轨迹，A项错误；n＝3时，共有3s、3p、3d三个能级，共有1＋3＋5＝9个轨道，B项错误。3.关于氢原子电子云图的说法正确的是()A．黑点密度大，电子数目大B．黑点密度大，单位体积内电子出现的机会小C．电子云图是对电子运动无规律的描述D．电子云图描述了电子运动的客观规律【答案】D【解析】电子云图中的黑点不代表电子，只是利用其密度的大小来代表电子在此区域出现机会的大小。电子运动的客观规律用图形表现就是电子云图。4.对原子核外的电子运动描述方法正确的是()A．根据一定的数据计算出它们某一时刻所在的位置B．用一定仪器测定或描述出它们的运动轨道C．核外电子的运动有确定的轨道D．核外电子的运动根本不具有宏观物体运动规律，只能用统计规律来描述【答案】D【解析】核外电子的运动根本不具有宏观物体运动规律，只能用统计规律来描述。我们不能测定或计算出它在某一时刻所在的位置，也不能描画它的运动轨迹。5.下列说法中正确的是()A．1s电子云呈球形，表示电子绕原子核做圆周运动B．电子云图中的小黑点密度大，说明该原子核外空间电子数目多C．ns能级的原子轨道图可表示为D．3d3表示3d能级有3个轨道【答案】C【解析】电子云是用小黑点表示电子在核外空间某处出现的概率，小黑点不代表电子，小黑点的疏密表示电子出现概率的大小，A、B项错误；3d3表示第三能层d能级有3个电子，d能级有5个轨道，D项错误。探究一电子排布式书写1.构造原理是书写基态原子电子排布式的依据(1)“三步法”书写电子排布式第一步：按照构造原理写出电子填入能级的顺序，1s→2s→2p→3s→3p→4s→3d→4p→5s→4d→5p→6s……第二步：根据各能级容纳的电子数填充电子。第三步：去掉空能级，并按照能层顺序排列即可得到电子排布式。(2)简化的电子排布式将电子排布式中的内层电子排布用相应的稀有气体元素符号加方括号来表示而得到的式子称为简化的电子排布式。如氮、钠、钙的简化电子排布式分别为[He]2s22p3、[Ne]3s1、[Ar]4s2。(3)特例Cr：[Ar]3d54s1、Cu：[Ar]3d104s1。2．离子的电子排布式书写基态原子转化为相应离子时的一般规律：原子失去电子时总是先失去最外层电子，然后失去次外层电子，之后是倒数第三层电子……对于主族元素的原子来说，一般只失去最外层电子，而过渡元素的原子可能还会进一步失去内层电子；原子得到电子时，一般总是填充到最外能层未填满的能级上。如Fe位于第四周期第Ⅷ族，其原子的核外电子排布式为[Ar]3d64s2，Fe2＋的核外电子排布式为[Ar]3d6，Fe3＋的核外电子排布式为[Ar]3d5。书写电子排布式的关键是熟悉构造原理，各能级能量由低到高可记为ns<n－2f<n－1d<np，最后要把同一能层的不同能级移到一起。每一能层中能级顺序依次为：ns、np、nd、nf……，故每个能层都有s能级，第二能层出现p能级，第三能层才有d能级，第四能层才有f能级。3．虽然电子在填充时遵循构造原理，但书写电子排布式时能层低的写在左边，不能按照填充顺序写。如V(钒，原子序数23)电子填充顺序为：1s22s22p63s23p64s23d3，但电子排布式表示为：1s22s22p63s23p63d34s2。4．电子排布式的内层电子排布可用相应稀有气体的元素符号加方括号表示。如Al的简化电子排布式为：[Ne]3s23p1。【例1】下列有关核外电子排布的表述正确的是()A．基态碳原子最外层电子排布图为B．基态铜原子的价层电子的轨道表示式为C．基态Se原子的简化电子排布式为[Ar]3d104s24p4D．F的结构示意图为【答案】C【解析】基态碳原子的2s能级比2p能级能量低，先填满2s能级再填2p能级，正确的最外层电子排布图为，A项错误；基态铜原子的价层电子轨道表示式为，B项错误；基态Se的简化电子排布式为[Ar]3d104s24p4，C项正确；F的最外层电子数是8，D项错误。探究二对电子云图的理解1.电子云图表示电子在核外空间出现概率的相对大小。电子云图中的小点越密，表示电子出现的概率越大。2.电子云图中的小点并不代表电子，小点的数目也不代表电子真实出现的次数。3.电子云图很难绘制，使用不方便，故常使用电子云轮廓图。【例2】如图甲是氢原子的1s电子云图(即概率密度分布图)，图乙、丙分别表示s、p能级的电子云轮廓图。下列有关说法正确的是()丙A．电子云图(即概率密度分布图)就是原子轨道图B．3p2表示3p能级中有两个原子轨道C．由图乙可知，s能级的电子云轮廓图呈圆形，有无数条对称轴D．由图丙可知，p能级的原子轨道图呈哑铃形，且有3个伸展方向【答案】D【解析】电子云是处于一定空间运动状态的电子在原子核外空间的概率密度分布的形象化描述，图甲就是电子云图(即概率密度分布图)。由于电子云图难以绘制，所以通常把电子出现概率约为90%的空间圈出来，称为电子云轮廓图，实际上这种电子云轮廓图就是我们常说的原子轨道图，A项错误；3p2表示3p能级中容纳了两个电子，B项错误；s能级的电子云轮廓图呈球形而不是圆形，C项错误；p能级的原子轨道图呈哑铃形，有px(沿x轴方向)、py(沿y轴方向)、pz(沿z轴方向)三个伸展方向，并且互相垂直，D项正确。1.（2023—2024山西运城康杰中学高二期末）下列关于电子云和原子轨道的说法正确的是A．通常用小黑点来表示电子的多少，黑点密度大，电子数目大B．s能级的原子轨道呈球形，处在该轨道上的电子在球壳上运动C．黑点密度大，单位体积内电子出现的机会大D．p能级的原子轨道呈哑铃型，随着能层序数的增大，p能级原子轨道数也在增多【答案】C【解析】小黑点表示电子在核外空间某处出现的机会，不表示电子数目，A项错误；s能级的原子轨道呈球形，处在该轨道上的电子不只在球壳内运动，还在球壳外运动，只是在球壳外运动概率较小，B项错误；小黑点密度大表示电子在原子核外空间的单位体积内电子出现的概率大，C项正确；每个p轨道都含有3个相互垂直的轨道，D项错误。2.下列说法中正确的是()A．1s、2px、2py、2pz轨道都具有球对称性B．因为p轨道是“8”字形的，所以p电子也是“8”字形C．氢原子中只有一个电子，故氢原子只有一个轨道D．原子轨道与电子云都是用来形象描述电子运动状态的【答案】D【解析】s轨道是球形对称的；p轨道呈哑铃形，px、py、pz分别相对于x、y、z轴对称；氢原子中只有一个电子，填充在1s轨道上，但也存在其他空轨道，使电子跃迁，产生光谱。3.X2＋的核外电子排布式为1s22s22p6，下列说法正确的是()A．X可能为稀有元素B．X原子的核外电子排布为1s22s22p63s2C．X原子的核外电子排布为1s22s22p62d2D．X2＋的最外电子层上有6个电子【答案】B【解析】X原子应比X2＋多2个电子，故电子排布式为1s22s22p63s2，X为镁元素，Mg2＋的最外层有8个电子。4.钛(Ti)是一种机械强度大、容易加工的耐高温金属，常用于制造合金。下列有关的化学用语中错误的是A．原子结构示意图：B．简化电子排布式：C．轨道表示式：D．电子排布式：【答案】C【解析】Ti原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d24s2，因此原子结构示意图：，A项正确；Ti原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d24s2，因此简化电子排布式为，B项正确；根据洪特规则[电子在能量相同的轨道(即等价轨道)上排布时，总是尽可能分占不同的轨道且自旋方向同向]可知，图示3d轨道电子排布错误，C项错误；由A项分析可知，D项正确。5.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()A．Al1s22s22p63s23p1B．O2－1s22s22p6C．Na＋1s22s22p6D．Si1s22s22p2【答案】D【解析】硅原子的电子排布式为1s22s22p63s23p2。6.（2023—2024广东深圳高二期末）下列说法不正确的是A．各能层含有的原子轨道数为（n为能层序数）B．从空间角度看，2s轨道比1s轨道大，其空间包含了1s轨道C．2p、3p、4p的轨道形状均为哑铃形D．原子核外电子排布，先排满K层再排L层、先排满M层再排N层【答案】D【解析】各能层最多含有的电子数为2n2，每个原子轨道含有2个电子，所以各能层含有的原子轨道数为n2（n为能层序数），A项正确；p能级轨道形状为哑铃型，形状与能层无关，B项正确；s轨道都是球形，2s轨道半径大于1s轨道半径，其空间包含了1s轨道，C项正确；M能层中3d能级的能量高于N能层中4s能级能量，填充完N层的4s能级后才能填充M层的3d能级，D项错误。7.（2023—2024宁夏吴忠中学校高二期末）对原子结构的认识是理解元素周期律和元素周期性的理论基础。下列说法错误的是。A．s电子的电子云轮廓图是球形B．同一原子中，3s电子的能量大于4s电子的能量C．处于最低能量状态的原子叫基态原子D．同一原子中，3p能级的轨道数等于4p能级的轨道数【答案】B【解析】s电子云在空间各个方向上伸展程度相同，具有完全对称形状，所以电子云轮廓图是球形，A项正确；同一原子中，电子离原子核越远，其能量一般越高，则3s电子的能量小于4s电子的能量，B项错误；处于最低能量状态下的原子，电子的能量最低，也最稳定，所以此能量状态的原子叫基态原子，C项正确；同一原子中，p电子云的空间伸展方向相同，3p能级的轨道数和4p能级的轨道数都是3，D项正确。8.（2023—2024辽宁葫芦岛高二统考期末）下列说法不正确的是A．从空间角度看，2s轨道比1s轨道大，其空间包含了1s轨道B．原子核外电子排布，先排满K层再排L层、先排满M层再排N层C．2p、3p、4p的轨道形状均为哑铃形D．能层含有的原子轨道数为(n为能层序数)【答案】B【解析】s轨道的空间形状为球形，2s轨道的半径大于1s轨道，从空间上看，2s轨道包含了1s轨道，A项正确；M能层中3d能级的能量高于N能层中4s能级能量，填充完N层的4s能级后才能填充M层的3d能级，B项错误；2p、3p、4p轨道都属于p轨道，形状均为哑铃形，C项正确；各能层最多含有的电子数为2n2，每个原子轨道含有2个电子，所以各能层含有的原子轨道数为n2，D项正确。9.（2023—2024北京丰台高二统考期末）下列图示或化学用语表示正确的是A．的电子式B．基态的价层电子轨道表示式C．的原子结构示意图D．的轨道电子云轮廓图A．AB．BC．CD．D【答案】D【解析】NaCl为离子化合物，其电子式为，A项错误；基态Cr的电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s1，价层电子的轨道表示式：，B项错误；Fe为26号元素，其原子结构示意图为：，C项错误；轨道的电子云轮廓图为沿X轴延展的纺锤状，D项正确。10.（2023—2024辽宁丹东高二统考期末）下列说法正确的是A．Mg原子最外层电子云轮廓图为B．基态Cl原子核外电子占据的最高能级为3pC．基态F原子核外电子的空间运动状态有9种D．基态Cu原子的价层电子排布图为【答案】B【解析】镁原子最外层电子排布为3s2，电子云轮廓图为球形，A项错误；基态氯原子核外电子排布为1s22s22p63s23p5，占据的最高能级为3p，B项正确；基态氟原子核外电子排布式为1s22s22p5，电子的空间运动状态有五种，C项错误；基态铜原子的价电子排布式为3d104s1，价电子排布图：，D项错误。11.（2023—2024重庆市杨家坪中学校高二月考）下列有关化学用语的表示正确的是A．的结构示意图：B．py轨道的电子云轮廓图：C．S的价层电子排布式：D．N的轨道表示式：【答案】C【解析】的质子数为8，结构示意图：，A项错误；py轨道的电子云轮廓图：，B项错误；S为16号元素，价层电子排布式：，C项正确；洪特规则是指在相同能量的轨道上，电子总是尽可能分占不同的轨道且自旋方向相同；基态N原子核外电子排布图为，D项错误。12.（2023—2024辽宁沈阳校联考一模）下列化学用语中表示错误的是A．碳原子的价电子轨道表示式B．氢元素的三种不同核素：H、D、TC．的VSEPR模型为平面三角形D．钠原子电子云图【答案】C【解析】碳原子的价电子排布式为2s22p2，其价电子轨道表示式，A项正确；H、D、T分别为1H、2H、3H，它们是氢元素的三种不同核素，B项正确；的中心原子的σ键电子对数3，孤电子对为1，则价层电子对数4，其VSEPR模型为四面体，C项错误；钠原子的2p轨道为哑铃形，其电子云图为，D项正确。13.（2023—2024广东东莞东莞一中高二月考）以下对核外电子运动状况的描述正确的是A．同一