高中化学 第1章 原子结构与性质 第1节 原子结构(第2课时)能量最低原理 电子云与原子轨道学业分层

1 能量最低原理

电子云与原子轨道

(建议用时：45分钟)

[学业达标]

1．图中所发生的现象与电子的跃迁无关的是(

)

【解析】 燃放烟火、霓虹灯、燃烧蜡烛等获得的光能都是电子跃迁时能量以光的形式释放出来导致的，而平面镜成像则是光线反射的结果。

【答案】 D

2．X、Y、Z三种元素的原子，其最外层电子排布分别为ns1、3s23p1和2s22p4，由这三种元素组成的化合物的化学式可能是( )

A．X2YZ3 B．X2YZ2

C．XYZ2 D．XYZ3

【解析】 最外层电子排布为3s23p1和2s22p4的元素分别是Al和O，它们的化合价分别为＋3、－2。最外层电子排布为ns1的元素化合价为＋1，根据化合价代数和为0知C项符合题意。

【答案】 C

3．图1和图2分别是1s电子的概率密度分布图和原子轨道图。下列有关认识正确的是(

)

A．图1中的每个小黑点表示1个电子

B．图2表示1s电子只能在球体内出现

C．图2表明1s轨道呈圆形，有无数对称轴

D．图1中的小黑点表示某一时刻，电子在核外所处的位置

【解析】 电子云图中的一个小黑点只表示电子曾经在此出现过一次，A错误；图2所 2 示只是电子在该区域出现的几率大，在此之外也能出现，不过几率很小，B错误；1s轨道在空间呈球形而不是圆形，C错误。

【答案】 D

4．p轨道电子云形状正确叙述为( )

A．球形对称

B．对顶双球

C．极大值在x、y、z轴上的哑铃形

D．互相垂直的梅花瓣形

【解析】 p轨道的电子云形状为

【答案】 C

5．下列各能级中轨道数最多的是( )

A．7s B．6p

C．5d D．4f

【解析】 s轨道是球形对称的，p轨道有3种伸展方向，而d轨道有5种伸展方向，f轨道有7种伸展方向。因此7s、6p、5d、4f的原子轨道数分别为1、3、5、7。

【答案】 D

6．以下列出的是一些原子的2p能级和3d能级中电子排布的情况。其中违反了泡利原理的是(

)

【解析】 泡利原理是指在一个原子轨道中最多只能容纳两个电子，且自旋状态相反，故A违反了泡利原理。

【答案】 A

7．下面是第二周期部分元素基态原子的电子排布图，据此下列说法错误的是( ) 3

B C

N O

A．每个原子轨道里最多只能容纳2个电子

B．电子排在同一能级时，总是优先单独占据一个轨道

C．每个能层所具有的能级数等于该能层的序数(n)

D．若原子轨道里有2个电子，则其自旋状态一定相反

【解析】 由题给的四种元素原子的电子排布图可知，在一个原子轨道里，最多只能容纳2个电子，即符合泡利原理，A正确；当电子排布在同一能级的不同轨道时，总是优先单独占据一个轨道，即符合洪特规则，B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，C正确；若在一个原子轨道里有2个电子，则它们的自旋状态相反，若在同一能级的不同轨道里有2个电子，则自旋状态相同，故D错。

【答案】 D

8．下列结论错误的是( )

电子排布式 结论

A 1s22s22p2x2p0y2p0z 违背洪特规则

B 1s22s22p63s23p63d3 违背能量最低原理

C 1s22s22p63s23p10 违背泡利原理

D 1s22s22p63s23p63d54s1 违背能量最低原理

【解析】 A、B、C的结论都是正确的，D项是Cr,3d和4s都处于半充满状态，原子处于能量最低状态，并不违背能量最低原理。

【答案】 D

9．主族元素的原子可失去最外层电子形成阳离子，主族元素的原子也可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( ) 【导学号：90990011】

A．Ca2＋ 1s22s22p63s23p6

B．F－ 1s22s22p5 4 C．S 1s22s22p63s23p4

D．Ar 1s22s22p63s23p6

【解析】 首先写出各原子的正确的电子排布式：Ca 1s22s22p63s23p64s2，F 1s22s22p5，S 1s22s22p63s23p4，Ar 1s22s22p63s23p6，A中生成Ca2＋失去了4s轨道上的2个电子，B中得1个电子进入2p轨道，电子排布为1s22s22p6。

【答案】 B

10．以下是表示铁原子和铁离子的3种不同化学用语。读表后填空：

粒子符号 原子(或离子)结构示意图 电子排布式 电子排布图

Fe ＋26 2 814 2 1s22s22p63s2

3p63d64s2

Fe3＋ ＋26 2 813 1s22s22p6

3s23p63d5

(1)铁原子最外层电子数为________，铁在发生化学反应时，参加反应的电子可能是________________________________________________________________________。

(2)请你通过比较、归纳，分别说出3种不同化学用语所能反映的粒子结构信息。

①结构示意图_______________________________________________________

________________________________________________________________________。

②电子排布式_____________________________________________________________

________________________________________________________________________。

③电子排布图______________________________________________________________

________________________________________________________________________。

【解析】 直接观察原子结构示意图、电子排布式就可知道每一层的电子数。铁元素的常见化合价是＋3、＋2两种，由此可知铁原子参加化学反应时除了最外能层的电子参与外，次外层的1个电子也会参与。

【答案】 (1)2 4s上的2个电子和3d上的1个电子

(2)①能直观地反映核内的质子数和核外的能层数及各能层上的电子数 ②能直观地反映核外电子的能层、能级和各能级上的电子数 ③能反映各轨道的能量高低及各轨道上的电子分布情况和自旋状态

11．(2015·安徽高考)C、N、O、Al、Si、Cu是常见的六种元素。

(1)Si位于元素周期表第______周期第________族。

(2)N的基态原子核外电子排布式为________；Cu的基态原子最外层有________个电子。

【答案】 (1)三 ⅣA (2)1s22s22p3 1

12．有A、B、C、D四种短周期主族元素，它们的原子序数依次增大，其中A元素原子核外电子仅有一种原子轨道，也是宇宙中最丰富的元素；B元素原子的核外p电子数比s电 5 子数少1；C为金属元素且原子核外p电子数和s电子数相等；D元素的原子核外所有p轨道全满或半满。 【导学号：90990012】

(1)写出四种元素的元素符号：

A____________，B____________，C____________，D____________。

(2)写出C、D两种元素基态原子的核外电子排布图。

C：____________________；

D：____________________。

(3)写出B、C两种元素单质在一定条件下反应的化学方程式：____________________。

(4)写出B元素单质和其氢化物的电子式：

单质：__________，氢化物：__________。

【解析】 A元素是宇宙中最丰富的元素，则A为氢；由题意知，B元素原子的核外电子排布为1s22s22p3，为氮；C元素原子的核外电子排布为1s22s22p63s2，为镁；D元素原子的核外电子排布为1s22s22p63s23p3，为磷。

【答案】 (1)H N Mg

P

(3)N2＋3Mg=====点燃Mg3N2

(4)

[能力提升]

13．科学研究证明：核外电子的能量不仅与电子所处的能层、能级有关，还与核外电子的数目及核电荷的数目有关。氩原子与硫离子的核外电子排布相同，都是1s22s22p63s23p6。下列说法正确的是( )

A．两粒子的1s能级上电子的能量相同

B．两粒子的3p能级上的电子离核的距离相同

C．两粒子的电子发生跃迁时，释放出的能量不同

D．两粒子都达8电子稳定结构，化学性质相同

【解析】 题干中给出核外电子的能量不仅与电子所处的能层、能级有关，还与核外电子的数目及核电荷的数目有关。因为核电荷数不同，核对电子的吸引能力就不同，电子离核的距离以及电子所具有的能量也就不同。氩原子与硫离子的核外电子排布相同，即核外电子 6 数相同，但两者的核电荷数不同，所以核外相同能级上电子的能量也不同，电子发生跃迁时，释放出的能量不同，氩和硫是不同的元素，化学性质当然也不同。

【答案】 C

14．下列各组表述中，两个微粒一定不属于同种元素原子的是( ) 【导学号：90990013】

A．3p能级有一个空轨道的基态原子和核外电子排布为1s22s22p63s23p2的原子

B．M层全充满而N层为4s2的原子和核外电子排布为1s22s22p63s23p63d64s2的原子

C．最外层电子数是核外电子总数的15的原子和价电子排布为4s24p5的原子

D．2p能级有一个未成对电子的基态原子和原子的价电子排布为2s22p5的原子

【解析】 A项，3p能级有一个空轨道，说明3p上填2个电子，因填1个电子有2个空轨道，填3个电子或3个以上电子无空轨道，则3p上有2个电子，3s上肯定已填满，价电子排布为3s23p2，因此A中两微粒相同。M层全充满而N层为4s2，M层上有d轨道，即：3s23p63d10，显然是锌元素，3d64s2是铁元素，B选项符合题意。C中价电子排布为4s24p5，则3d上已排满10个电子，核外电子排布为1s22s22p63s23p63d104s24p5；最外层电子数是核外电子总数15的原子，可按下述方法讨论：若最外层电子数为1，核外电子总数为5不可能，最外层电子数为2，核外电子总数为10不可能，同理，只有最外层电子数为7，核外电子总数为35时合理，其电子排布式也是1s22s22p63s23p63d104s24p5，二者是同种元素的原子。D中2p能级有一个未成对电子，可以是2p1，也可以是2p5，因此二者不一定属于同种元素的原子。

【答案】 B

15．下列各组原子中，彼此化学性质一定相似的是( )

A．原子核外电子排布式为1s2的X原子与原子核外电子排布式为1s22s2的Y原子

B．原子核外M层上仅有两个电子的X原子与原子核外N层上仅有两个电子的Y原子

C．2p轨道上有一个空轨道的X原子与3p轨道上有一个空轨道的Y原子