1.1 原子结构（精讲）（原卷版）

PAGE131.1原子结构（精讲）考点一能层、能级、原子轨道【例1-1】（春·吉林长春·高二长春市第五中学校考期中）下列关于能层和能级的说法正确的是A．原子核外每能层最多可容纳的电子数为n2B．能层序数较大的能级，能量不一定较高C．同一原子中，1s、2s、3s电子的能量逐渐减小D．同一原子中，2p、3p、4p能容纳的电子数逐渐增多【例1-2】（秋·高二单元测试）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【例1-3】（·广东）基态钠原子核外不同能量的电子有A．4种 B．5种 C．10种 D．11种【一隅三反】1．（春·北京海淀·高二101中学校考期末）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．p能级有3个轨道B．s电子云轮廓图为球形C．电子跃迁所得原子光谱可用于元素鉴定D．基态Si原子的2p能级与3p能级中的电子能量相同2．（春·北京通州·高二统考期末）下列能级符号中，不正确的是A．3f B．2s C．3d D．2p3．（湖南）下列有说法中正确的是A．3p2表示3p能级有两个轨道B．在基态多电子原子中，p轨道电子的能量一定高于s轨道电子的能量C．能层序数越大，s原子轨道的半径越大D．在同一能级上的电子，其能量不同考点二核外电子排布的表示方法【例2-1】（秋·高二单元测试）下列电子排布式表示基态原子的核外电子排布的是A．1s22s22p63s13p2 B．1s22s22p63s23p63d104s14p1C．1s22s22p63s23p63d24s1 D．1s22s22p63s23p63d104s24p1【例2-2】（广西）下列轨道表示式表示的原子中是基态原子的是A． B．C． D．【一隅三反】1．（四川巴中）下列各基态原子的核外电子排布表示正确的是()A．钠原子：1s22s22p7 B．铜原子：1s22s22p63s23p63d94s2C．铁原子：1s22s22p63s23p63d8 D．氪原子：1s22s22p63s23p63d104s24p62．（四川广安）下列基态原子或离子的价层电子排布图正确的A．Fe2+ B．CuC．Fe3+ D．Cu2+3．（上海）下列电子排布式或轨道表示式正确的是A．C的核外电子轨道表示式：B．Ca的电子排布式：1s22s22p63s23p63d2C．O的核外电子轨道表示式：D．Br-的电子排布式：[Ar]3d104s24p6考点三原子核外电子排布原则【例3-1】（海南三亚）在d轨道中电子排布成，而不能排布成，其最直接的根据是A．能量最低原理 B．泡利原理 C．原子轨道构造原理 D．洪特规则【例3-2】（春·河北石家庄）下列有关电子排布式或电子排布图的结论错误的是选项电子排布式或电子排布图结论A违背洪特规则B1s22s22p43s23p63d2书写正确C违背泡利原理D1s22s22p63s23p63d54s1书写正确【一隅三反】1．（河北邢台）下列原子的核外电子排布式违反了泡利原理的是A．基态硅原子的核外电子排布式：1s22s22p63s13p3B．基态碳原子的核外电子排布式：1s22s22p2C．基态钪原子的核外电子排布式：1s22s22p63s23p64s3D．基态铬原子的核外电子排布式：1s22s22p63s23p63d44s22．（秋·安徽滁州·高二校考阶段练习）下列说法错误的是A．ns电子的能量不一定高于(n-1)p电子的能量B．6C的电子排布式1s22s22p违反了洪特规则C．电子排布式(21Sc)1s22s22p63s23p63d3违反了能量最低原则D．电子排布式(22Ti)1s22s22p63s23p10违反了泡利原理3（春·湖北襄阳·高二襄阳市第一中学校考阶段练习）下列各项叙述错误的是A．铍原子的核外电子排布图为，符合洪特规则和泡利原理B．若硫原子核外电子排布图为，则违反了泡利原理C．若21号Sc元素的基态原子电子排布式为1s22s22p63s23p63d3，则违反了构造原理D．原子的电子排布式由1s22s22p33s1→1s22s22p4能释放特定能量产生发射光谱考点四基态与激发态【例4-1】（秋·高二单元测试）下列关于同一原子中的基态和激发态说法中，正确的是A．基态时的能量比激发态时低B．激发态时比较稳定C．由基态转化为激发态过程中放出能量D．电子仅在激发态跃迁到基态时才会产生原子光谱【例4-2】（春·四川乐山）下列电子排布中，原子处于激发状态的是A． B．C． D．【一隅三反】1．（秋·高二单元测试）氟原子激发态的电子排布式有A．1s22s22p33p1 B．1s22s22p43d2 C．1s22s12p5 D．1s22s22p43s12．（·高二单元测试）下列现象中与电子跃迁无关的是A．节日燃放的焰火B．舞台表演时的灯光C．城市的霓虹灯光D．平面镜成像3．（秋·浙江湖州·高二统考期中）当镁原子由基态1s22s22p63s2→激发态1s22s22p63p2时，以下认识正确的是A．镁原子由基态转化成激发态，这一过程为化学变化B．镁原子由基态转化成激发态，这一过程中释放能量C．激发态p能级上的两个电子处于同一轨道，且自旋方向相同D．基态镁原子转化为激发态镁原子后若不提供能量，电子跃迁回基态，形成发射光谱考点五原子轨道能量高低的比较【例5-1】（秋·福建龙岩·高二校联考期中）下列轨道按能量由高到低排列正确的是A．3d>3p>3s B．2px>2py>2pzC．1s>2s>3s D．5s>4f>4d【例5-2】（河北保定·高二校考期中）下列轨道表示最低能量状态的氮原子的是A． B．C． D．【例5-3】（秋·浙江宁波·高二校联考期中）近日，温州大学王舜教授课题组与美国北德克萨斯大学ZhenhaiXia教授合作在杂原子掺杂碳的超级电容领域取得了新突破。下列C原子电子排布图表示的状态中能量关系正确的是A．①=②=③=④ B．②>①>④>③ C．④>③>①=② D．④>③>①>②【一隅三反】1．（秋·广东梅州·高二校考阶段练习）下列各能级中能量最高的是A．4f B．4p C．3d D．4s2．（云南）下列各组多电子原子的原子轨道能量高低比较中，错误的是A．2s＜2p B．3px＜3pyC．3s＜3d D．4s＜4p3（春·黑龙江绥化·高二校考期中）下列能级(或轨道)能量高低比较中，一定错误的是A． B．C． D．4．（春·山东济南·高二校考阶段练习）下列电子排布图所表示的元素原子中，其能量处于最低状态的是A． B． C． D．课后检测一、选择题：本题共11小题，每小题2分，共22分。每小题只有一个选项符合题意。1．下列关于能层与能级的说法中正确的是()A．同一原子中，符号相同的能级，其电子能量不一定相同B．任一能层的能级总是从s能级开始，而且能级数不一定等于该能层序数C．同是s能级，在不同的能层中所能容纳的最多电子数是不相同的D．多电子原子中，每个能层上电子的能量一定不同答案A解析同一原子中，能级名称相同，其轨道形状相同，能层越大其能量越高，选项A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，选项B错误；同是s能级，在不同的能层中所能容纳的最多电子数都是2个，选项C错误；同一能层的不同能级能量不同，且按s、p、d…规律依次增大，选项D错误。2．生活中的下列现象与原子核外电子发生跃迁有关的是()A．钢铁长期使用后生锈 B．节日里燃放的焰火C．金属导线可以导电 D．卫生丸久置后消失答案B解析钢铁易发生电化学腐蚀，所以易生锈；金属导电是电子的定向运动；卫生丸消失是因为升华现象，所以只有节日里燃放的焰火与原子核外电子发生跃迁有关。3．下列关于电子云的说法中，正确的是()A．电子云表示电子在原子核外运动的轨迹B．电子云表示电子在核外单位体积的空间出现的机会多少C．电子云界面图中的小黑点密表示该核外空间的电子多D．电子云可表示电子在核外运动的方向答案B解析电子云表示电子在原子核外空间某处出现机会的多少，不表示电子的运动的轨迹，A、D错误；电子云界面图中的小黑点越密表示电子在核外空间的出现的机会越多，C错误。4．下列表示钠原子的符号和图示中能反映能级差别和电子自旋状态的是()A.B.eq\o\al(23,11)NaC．1s22s22p63s1D.答案D解析原子结构示意图中只有能层，没有能级，不能看出电子自旋状态，选项A错误；eq\o\al(23,11)Na中只能知道Na含有11个电子，不能反映能级差别和电子自旋状态，选项B错误；电子排布式中含有能层和能级，能看出电子的能级差别，但是不能看出电子自旋状态，选项C错误；轨道表示式中包含了能层和能级，小方块表示了能级差别，方块中的箭头表示电子自旋状态，选项D正确。5．下列说法正确的是()A．第三能层有s、p共两个能级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．无论哪一能层的s能级最多容纳的电子数均为2答案D解析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，选项A错误；d能级最多容纳的电子数是10，选项B错误；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，选项C错误；s能级最多容纳的电子数是2，选项D正确。6.如图是元素周期表中短周期元素的一部分，其中电负性最小的元素是()A．a B．bC．c D．d答案C7．4p轨道填充一半电子的元素，其原子序数是()A．15B．33C．35D．51答案B解析根据构造原理可知，当4p轨道填充一半电子时，3d已经排满10个电子，所以原子序数为2＋8＋18＋5＝33。8．下列说法或有关化学用语的使用正确的是()A．在基态多电子原子中，p轨道电子的能量一定高于s轨道电子的能量B．Fe原子的外围电子轨道表示式为C．氧的电负性比氮大，故氧元素的第一电离能比氮元素的第一电离能大D．铜原子的外围电子排布式为3d94s2答案B解析A项，在基态多电子原子中，(n－1)p轨道上电子的能量低于ns轨道上电子的能量，错误；C项，氧的电负性比氮大，但由于第ⅤA族元素的第一电离能出现反常，故氧元素的第一电离能比氮元素的第一电离能小，错误；D项，d轨道全充满时原子更稳定，铜原子的外围电子排布式为3d104s1，错误。9．某元素M的逐级电离能(kJ·mol－1)分别为580、1820、2750、11600。该元素氧化物的化学式最可能是()A．MOB．MO2C．MO3D．M2O3答案D解析因为I4≫I3，所以M在化合物中一般呈＋3价，其氧化物的化学式最可能为M2O3。10．硒是人体必需的微量元素，它能有效提高人体免疫机能，抑制癌症和心脑血管等疾病的发病率。下列有关说法正确的是()A．硒元素位于元素周期表中第15列B．硒元素原子的价电子排布式为4s24p4C．硒的氧化物只有一种D．硒的基态原子核外电子排布中共有7个能级答案B解析元素周期表中第15列元素为第ⅤA族元素，硒元素位于元素周期表中第16列的第ⅥA族，选项A错误；硒为34号元素，有6个价电子，所以硒的价层电子排布式为4s24p4，选项B正确；由同主族元素硫存在两种氧化物SO2和SO3，可推得硒也有两种氧化物SeO2和SeO3，选项C错误；硒是34号元素，其基态原子电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p4，应含有8个能级，选项D错误。11．若某元素原子处于能量最低状态时，价电子排布式为3d14s2，则下列说法正确的是()A．该元素原子处于能量最低状态时，原子中共有3个未成对电子B．该元素原子最外层有3个电子C．该元素原子的M层共有8个电子D．该元素原子核外共有4个电子层答案D解析若某原子在处于能量最低状态时，外围电子排布为3d14s2，则该元素是Sc，则该元素原子处于能量最低状态时，原子中共有1个未成对电子，选项A错误；该元素原子最外层共有2个电子，选项B错误；该元素原子的M能层共有9个电子，选项C错误；该元素原子核外共有4个能层，即K、L、M、N，选项D正确。二、选择题：本题共5小题，每小题4分，共20分。每小题有一个或两个选项符合题意，全部选对得4分，选对但不全的得2分，有选错的得0分。12.如图为元素周期表中短周期的一部分，关于Y、Z、M的说法正确的是()A．电负性：Y>Z>MB．离子半径：M－>Z2－>Y－C．ZM2分子中各原子的最外层均满足8电子稳定结构D．Z元素基态原子最外层电子轨道表示式为答案CD解析由图示关系可推知：X为氦元素，Y为氟元素，M为氯元素，Z为硫元素。非金属性：Y＞M＞Z，元素的电负性关系为Y>M>Z，故A错误；S2－和Cl－2种离子具有相同的电子层结构，F－少一个电子层，离子半径关系为S2－>Cl－>F－，故B错误；ZM2为SCl2，分子中S元素化合价为＋2价，Cl元素化合价为－1价，原子最外层电子数＋化合价绝对值＝8，满足8电子稳定结构，SCl2的电子式为，故C正确；S元素基态原子最外层电子轨道表示式为，故D正确。13．图甲和图乙表示的是元素的某种性质随原子序数的变化。下列说法正确的是()A．图乙不可能表示元素的电负性随原子序数的变化关系B．图甲可能表示的是元素单质的熔点随原子序数的变化关系C．图乙可能表示的是元素原子的半径随原子序数的变化关系D．图甲可能表示的是元素原子的第一电离能随原子序数的变化关系答案D解析电负性是元素的原子在化合物中吸引电子的能力，随着核电荷数的增加呈周期性变化，故图乙可能表示元素的电负性随原子序数的变化，故A错误；同周期元素中，非金属单质的熔点较低，与图像不符，故B错误；同周期元素从左到右，原子半径逐渐减小，与图像不符，故C错误；同周期元素第一电离能从左到右逐渐增大，其中第ⅡA、第ⅤA族元素的第一电离能大于相邻主族元素，与图像基本符合，故D正确。14．下列说法中正确的是()A．基态原子的N层上只有一个电子的元素，一定是第ⅠA族元素B．原子的价电子排布为(n－1)d1～10ns1～2的元素一定是副族元素C．某主族元素的电离能I1～I7数据如下表所示(单位：kJ·mol－1)，可推测该元素位于元素周期表第ⅢA族I1I2I3I4I5I6I75781817274511575148301837623293D.在①P、S，②Mg、Ca，③N、F三组元素中，每组中第一电离能较大的元素的原子序数之和为36答案CD解析基态原子的N层上只有一个电子的元素，可能为K、Cr或Cu，K为主族元素，Cr、Cu为副族元素，故A错误；副族元素的d能级电子数为10或1～5，原子的价电子排布为eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(n－1))d6～8ns2的元素为Ⅷ族元素，故B错误；由主族元素的电离能可知，电离能突变在I4，其常见化合价为＋3价，故可推测该元素位于元素周期表第ⅢA族，故C正确；①P、S中第一电离能较大的是P，②Mg、Ca中第一电离能较大的是Mg，③N、F中第一电离能较大的是F，每组中第一电离能较大的元素的原子序数之和为15＋12＋9＝36，故D正确。15.如图三条曲线表示C、Si和P元素的前四级电离能变化趋势。下列说法正确的是()A．电负性：c>b>aB．最简单氢化物的稳定性：c>a>bC．最简单氢化物的相对分子质量：a>b>cD．I5：a>c>b答案D解析同主族元素自上而下第一电离能逐渐减小，P元素3p能级为半充满稳定状态，第一电离能高于同周期相邻元素的第一电离能，故Si的第一电离能最小，由图中第一电离能可知，c为Si，P原子第四电离能为失去3s2中1个电子，3s2为全充满稳定状态，不易失去电子，故与第三电离能相差较大，可知b为P、a为C。D项，C、Si失去4个电子为全充满状态，能量更低，再失去1个电子时，第五电离能与第四电离能相差较大，P失去4个电子为3s1状态，第四电离能与第五电离能均失去3s能级电子，二者能量相差不大，故第五电离能：C>Si>P，正确。16．下表中是A、B、C、D、E五种短周期元素的某些性质，下列判断正确的是()元素ABCDE最低化合价－4－2－1－2－1电负性2.52.53.03.54.0A.C、D、E的氢化物的稳定性：C＜D＜EB．元素A的原子最外层轨道中无自旋状态相同的电子C．元素B、C之间不可能形成化合物D．与元素B同周期且第一电离能最小的元素的单质能与H2O发生置换反应答案AD解析根据表中信息可知：A为C元素，B为S元素，C为Cl元素，D为O元素，E为F元素。非金属性：F＞O＞Cl，元素的非金属性越强，对应的氢化物越稳定，选项A正确；A为C元素，价层电子排布式为2s22p2，p轨道有2个电子，自旋状态相同，选项B错误；元素B、C之间可形成化合物S2Cl2等，选项C错误；与元素B同周期且第一电离能最小的元素的单质为Na，为活泼金属，能与H2O发生置换反应生成氢气，选项D正确。三、非选择题：本题共5个小题，共58分。17．(10分)J、L、M、R、T是原子序数依次增大的短周期主族元素，J、R在周期表中的相对位置如下表。J元素最低负化合价的绝对值与其原子最外层电子数相等；M是地壳中含量最多的金属元素。JR(1)M的离子结构示意图为________；元素T在周期表中位于第________族。(2)J元素名称是________，它和氢组成10电子的化合物，其分子式为________，属于________(填“离子化合物”或“共价化合物”)。(3)R元素符号为______，其最高能层符号是______。答案(1)ⅦA(2)碳CH4共价化合物(3)SM解析J元素最低负化合价的绝对值与其原子最外层电子数相等，说明J的最低化合价与最高化合价的绝对值相等，则J最外层电子数为4，根据J、R都为短周期元素可知J为C元素，则R应为S元素，M是地壳中含量最多的金属元素，应为Al元素，而T是原子序数最大的元素，且为短周期主族元素，应为Cl元素，根据元素周期律的递变规律及元素的单质、化合物的性质来解答该题。18．(14分)Ⅰ.(1)第一电离能介于B、N之间的第二周期元素有________种。(2)依据第二周期元素第一电离能的变化规律，参照如图B、F元素的位置，用小黑点标出C、N、O三种元素的相对位置。(3)原子的第一电离能是指气态电中性基态原子失去一个电子转化为气态基态正离子所需要的最低能量，O、S、Se原子的第一电离能由大到小的顺序为________。Ⅱ.已知A、B、C、D、E都是元素周期表中前36号的元素，它们的原子序数依次增大。A原子基态时最外层电子数是其内层电子总数的2倍，B原子基态时s电子数与p电子数相等，C在元素周期表的各元素中电负性最大，D的基态原子核外有6个能级且全部充满电子，E原子基态时未成对电子数是同周期元素中最多的。(1)基态E原子的价电子排布式为________________，E在________区。(2)A、B、C的电负性大小顺序为________(填元素符号，下同)，第一电离能大小顺序为________。(3)D的核外电子排布式为________，价电子轨道表示式为________。答案Ⅰ.(1)3(2)(3)O＞S＞SeⅡ.(1)3d54s1d(2)F＞O＞CF＞O＞C(3)1s22s22p63s23p64s2(或[Ar]4s2)19．(12分)元素A、B、C、D都是短周期元素，A元素原子的2p轨道上仅有两个未成对电子，B的3p轨道上有空轨道，A、B同主族，B、C同周期，C是同周期中电负性最大的，D的气态氢化物的水溶液能使无色酚酞试液变红。试回答：(1)A的最外层电子轨道表示式为________；B的电子排布式为________；C的最外层电子排布式为__________；D的原子结构示意图为__________。(2)已知D与H原子能形成一种高能量的分子D2H2，其中D原子满足8电子结构特征，则该分子的电子式为________________。(3)B的原子核外电子运动状态有________种，原子轨道数为______________，有________种能量不同的电子，电子占据的最高能量的电子层符号为________。(4)四种元素最高价氧化物对应水化物的酸性由强到弱的是(用对应化学式回答)________。答案(1)1s22s22p63s23p23s23p5(2)(3)1485M(4)HClO4>HNO3>H2CO3>H2SiO3解析根据各元素信息分析可知，A为C元素，B为Si元素，C为Cl元素，D为N元素。20．(12分)回答下列问题：(1)碳原子的核外电子排布式为________________。与碳同周期的非金属元素N的第一电离能大于O的第一电离能，原因是________________。(2)A、B均为短周期金属元素。依据下表数据，写出B原子的电子排布式：________________。电离能/(kJ·mol－1)I1I2I3I4A93218211539021771B7381451773310540(3)下表是第三周期部分元素的电离能[单位：eV(电子伏特)]数据。元素I1/eVI2/eVI3/eV甲5.747.471.8乙7.715.180.3丙13.023.940.0丁15.727.640.7下列说法正确的是________(填字母)。A．甲的金属性比乙强 B．乙的化合价为＋1价C．丙不可能为非金属元素 D．丁一定为金属元素(4)Mn、Fe均为第四周期过渡金属元素，两元素的部分电离能数据列于下表：元素MnFe电离能/(kJ·mol－1)I1717759I215091561I332482957锰元素位于第四周期ⅦB族。请写出基态Mn2＋的价电子排布式：________，比较两元素的I2、I3可知，气态Mn2＋再失去1个电子比气态Fe2＋再失去1个电子难，对此你的解释是____________________。答案(1)1s22s22p2N原子的2p轨道达到半充满结构，比较稳定(2)1s22s22p63s2(3)A(4)3d5由Mn2＋转化为Mn3＋时，3d能级由较稳定的3d5半充满状态转变为不稳定的3d4状态需要的能量较多；而Fe2＋转化为Fe3＋时，3d能级由不稳定的3d6状态转变为较稳定的3d5半充满状态需要的能量相对要少解析(2)从表中电离能数值来看，A、B的第三电离能出现突跃，可见它们是第ⅡA族元素，因A、B均为短周期元素，且B的第一、二电离能均比A的小，故B是镁。镁原子的电子排布式为1s22s22p63s2。(3)甲、乙、丙、丁为第三周期元素，甲元素的第一电离能远远小于第二电离能，说明甲元素最外层有1个电子，失去1个电子时达到稳定结构，所以甲为Na元素；乙元素的第二电离能远远小于第三电离能，则乙元素最外层有2个电子，失去两个电子后达到稳定结构，所以乙为Mg元素；丙、丁元素的第一电离能、第二电离能、第