学年人教版选修3 第1章第1节 原子结构第2课时 学案.docx

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学年人教版选修3第1章第1节原子结构第2课时学案

第1节原子结构

第2课时　基态原子的核外电子排布　原子轨道

　1.知道原子的基态和激发态的含义。

　2.初步知道原子核外电子的跃迁、吸收和发射光谱，了解其简单应用。

3．了解电子云和原子轨道的含义。

　4.知道原子核外电子的排布遵循能量最低原理。

　5.了解泡利原理和洪特规则。

　基态与激发态、光谱[学生用书P4]

1．基态原子与激发态原子

2．原子光谱

不同元素的原子发生跃迁时会吸收或释放不同的光，可以用光谱仪摄取各种元素的电子的吸收光谱或发射光谱，总称原子光谱。

3．光谱分析：

在现代化学中，利用原子光谱上的特征谱线来鉴定元素的分析方法。

1．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高

B．激发态时比较稳定

C．由基态转化为激发态过程中吸收能量

D．电子仅在激发态跃迁到基态时才会产生原子光谱

解析：

选C。

同一原子处于激发态时能量较高，较不稳定，A、B不正确。

电子从能量较低的基态跃迁到能量较高的激发态时，也会产生原子光谱，D不正确。

2．电子由3d能级跃迁至4p能级时，可通过光谱仪直接摄取（　　）

A．电子的运动轨迹图像　　　B．原子的吸收光谱

C．电子体积大小的图像D．原子的发射光谱

解析：

选B。

能量E（3d）＜E（4p），故电子由3d能级跃迁至4p能级时，要吸收能量，形成吸收光谱。

光谱与光谱分析

1．光谱形成的原因

不同元素的原子发生跃迁时会吸收或释放不同的光。

2．光谱的分类

发射光谱是暗色背景的明亮谱线，吸收光谱则是明亮背景的暗色谱线，两者谱线一一对应（见教材光谱图）。

3．光谱分析

不同元素的原子光谱都是特定的，光谱图就像“指纹辨人”一样，可以辨别形成光谱的元素。

人们已用光谱分析方法发现了许多元素，如铯、铷、氦、镓、铟等元素。

　下列说法中正确的是（　　）

A．焰色反应是化学变化

B．基态碳原子的电子排布式是1s22s12p3

C．焰色反应中观察到的特殊焰色是金属原子在电子从基态跃迁到激发态时产生的光谱谱线的颜色

D．同一原子处于激发态时的能量一定大于其处于基态时的能量

[解析]　基态碳原子的电子排布式为1s22s22p2，B项不正确；焰色反应中观察到的特殊焰色是金属原子在电子从激发态跃迁到基态时产生的光谱谱线的颜色，焰色反应是物理变化，A、C项不正确。

[答案]　D

（1）例题B项中的电子排布式可能存在吗？

若由基态变为此状态，需要吸收能量还是放出能量？

（2）任何元素的原子从基态到激发态都要吸收能量，从激发态到基态都要放出能量。

为什么具有焰色反应现象的元素大多为金属而不是所有元素都有焰色反应？

答案：

（1）可能存在。

该状态表明2s能级的电子跃迁到3p能级，3p能级的能量高于2s，故属于电子吸收能量的类型。

（2）元素的原子从激发态到基态要放出能量，发出的电磁波的频率各不相同，只有在可见光范围的才会有焰色反应现象。

（1）光（辐射）是电子释放能量的重要形式之一。

我们看到的许多可见光，如灯光、霓虹灯光、焰火等都与原子核外电子发生跃迁释放能量有关。

（2）焰色反应是电子跃迁的结果，故焰色反应是物理变化而不是化学变化。

　基态和激发态

1．下列电子排布式是基态原子的电子排布式的是（　　）

A．1s12s1B．1s22s12p1

C．1s22s22p63s2D．1s12s12p63p1

解析：

选C。

根据构造原理，基态原子的核外电子的排布总是优先占据能量低的能级，填满后再逐一填充能量高的能级。

低能量的能级没填满就填高能量的能级的原子处于激发态。

A项，1s12s1为激发态；B项1s22s12p1为激发态；D项1s12s12p63p1为激发态；只有C项处于基态。

2．当镁原子由1s22s22p63s2→1s22s22p63p2时，以下说法正确的是（　　）

A．镁原子由基态转化成激发态，这一过程中吸收能量

B．镁原子由激发态转化成基态，这一过程中释放能量

C．转化后镁原子的性质更稳定

D．转化后镁原子与硅原子电子层结构相同，化学性质相似

解析：

选A。

镁原子3s能级上的电子被激发到3p能级上，要吸收能量变为激发态原子，其性质比基态更不稳定，所以A项正确，B、C项错误；变成激发态后，Mg与Si电子层结构不同，化学性质也不相似，D项错误。

　光谱现象与电子跃迁

3．（2017·宜昌一中检测）图中所发生的现象与电子的跃迁无关的是（　　）

解析：

选D。

燃放焰火、霓虹灯光、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。

4．对充有氖气的霓虹灯管通电，灯管发出红色光。

产生这一现象的主要原因是（　　）

A．电子由激发态向基态跃迁时以光的形式释放能量

B．电子由基态向激发态跃迁时吸收除红光以外的光线

C．氖原子获得电子后转变成发出红光的物质

D．在电流的作用下，氖原子与构成灯管的物质发生反应

解析：

选A。

在电流作用下，基态氖原子的电子吸收能量跃迁到较高能级，变为激发态原子，这一过程要吸收能量，不会发出红色光；而电子从较高能量的激发态跃迁到较低能量的激发态或基态时，将释放能量，从而产生红光，故A项正确。

　电子云与原子轨道　核外电子排布规则[学生用书P5]

1．电子云及形状

（1）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。

（2）数目

ns能级各有1个轨道，np能级各有3个轨道，nd能级各有5个轨道，nf能级各有7个轨道。

3．核外电子排布规则

4．电子排布图

用方框表示原子轨道，用箭头表示电子。

如氮原子的电子排布图为

。

1．判断正误（正确的打“√”，错误的打“×”）。

（1）同一原子中2p、3p、4p能级轨道数依次增多。

（　　）

（2）在一个基态多电子原子中，可以有两个运动状态完全相同的电子存在。

（　　）

（3）3p2表示3p能级有两个轨道。

（　　）

（4）核外电子排布的表示方法中，电子排布图最能反应电子的排布情况。

（　　）

（5）2p

违背了洪特规则。

（　　）

（6）3d6的电子排布图为

。

（　　）

答案：

（1）×　

（2）×　（3）×　（4）√　（5）×　（6）×

2．（2017·资阳高二检测）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概率大小

C．电子云界面图中的小黑点越密表示该核外空间的电子越多

D．钠原子的1s、2s、3s电子云半径相同

解析：

选B。

电子云表示电子在核外单位体积的空间出现的概率大小，不是表示电子运动的轨迹，A错误，B正确；电子云界面图中的小黑点越密表示电子在核外空间出现的机会越多，C错误；钠原子的1s、2s、3s电子云半径逐渐增大，D错误。

3．下列基态原子的电子排布图中正确的是（　　）

解析：

选A。

B违背了洪特规则，2p轨道应为

，C、D违背了能量最低原理，C应为

，D应为

。

1．基态原子的核外电子排布的表示形式

（1）电子排布式

①电子排布式，如K原子的电子排布式：

1s22s22p63s23p64s1。

②简化的电子排布式，如K原子简化的电子排布式：

[Ar]4s1。

（2）电子排布图：

每个方框代表一个原子轨道，每个箭头代表一个电子。

如第二周期元素基态原子的电子排布图如下所示：

（3）画电子排布图时的注意事项

①一个方框表示一个原子轨道，一个箭头表示一个电子。

②不同能级中的□要相互分开，同一能级中的□要相互连接。

③整个电子排布图中各能级的排列顺序要与相应的电子排布式一致。

④当□中有2个电子时，它们的自旋状态必须相反。

⑤基态原子的电子排布遵循能量最低原理、泡利原理和洪特规则。

用构造原理得到的电子排布式给出了基态原子核外电子在能层和能级中的排布，而电子排布图还给出了电子在原子轨道中的排布。

另外，我们通常所说的电子排布是基态原子的电子排布。

2．有少数元素基态原子的电子排布对于构造原理有1个电子的偏差，因为能量相同的原子轨道在全充满（如p6、d10和f14）、半充满（如p3、d5和f7）和全空（如p0、d0和f0）状态时，体系的能量较低，原子较稳定。

（1）根据能量最低原理排布电子时，注意能级交错现象。

（2）涉及原子核外电子较多的电子排布时，要综合考虑排布的原则，不能顾此失彼。

（3）能层、能级、原子轨道和自旋状态四个因素决定了电子的运动状态，而与电子能量有关的因素是能层和能级。

换句话说，只要是处于同一能层、同一能级中的电子，其能量就是相等的。

（4）在同一个原子中，不可能存在运动状态完全相同的两个电子。

　如图是s能级和p能级的原子轨道图。

试回答下列问题：

（1）s电子的原子轨道呈______形，每个s能级有______个原子轨道；p电子的原子轨道呈______形，每个p能级有______个原子轨道。

（2）元素X的原子最外层电子排布式为nsnnpn＋1，原子中能量最高的是______电子，其电子云在空间有3个互相______（填“垂直”或“平行”）的伸展方向。

元素X的名称是______，它的最低价氢化物的电子式是____________。

（3）元素Y的原子最外层电子排布式为nsn－1npn＋1，Y的元素符号为______，原子的核外电子排布式为________。

（4）下列电子排布图中，能正确表示元素X的原子处于最低能量状态的是________。

[解析]　

（1）s电子的原子轨道呈球形，每个s能级有1个原子轨道；p电子的原子轨道都呈哑铃形，每个p能级有3个原子轨道，它们相互垂直，分别以px、py、pz表示。

（2）元素X的原子最外层电子排布式为nsnnpn＋1，np轨道已排有电子，说明ns轨道已排满电子，即n＝2，则元素X的原子核外电子排布式为1s22s22p3，X是氮元素。

其最低价氢化物为NH3，电子式为

。

（3）元素Y的原子最外层电子排布式为nsn－1npn＋1，则n－1＝2，n＝3，则Y元素的原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p4，Y是硫元素。

（4）若元素的原子处于最低能量状态，则其核外电子排布符合能量最低原理、泡利原理和洪特规则。

A、B项违背洪特规则，C项表示元素的原子处于激发态，违背能量最低原理。

[答案]　

（1）球　1　哑铃　3　

（2）2p　垂直　氮

　（3）S　1s22s22p63s23p4　（4）D

在例题的元素Y的基态原子中，填充有电子的原子轨道数共有多少个？

该元素的原子中共有多少个运动状态不同的电子？

答案：

填充有电子的原子轨道数共有9个，运动状态不同的电子共16个。

　电子云和原子轨道

1．下列有关电子运动状态及电子云的叙述正确的是（　　）

A．电子的运动速率特别快，运动范围特别小，不可能同时准确地测定其位置和速度

B．电子云直观地表示了核外电子的数目

C．1s电子的电子云轮廓图是一个球形，表示在这个球以外，电子出现的概率为零

D．电子云是电子绕核运动形成的一团带负电荷的云雾

解析：

选A。

电子的运动速率特别快，运动范围特别小，不可能同时准确地测定其位置和速度。

为了形象地表示电子在原子核外空间的运动状况，人们常在电子云轮廓图中用小黑点的疏密程度来表示电子在原子核外出现的概率密度：

小黑点密集的地方，表示电子出现的概率大；小黑点稀疏的地方，表示电子出现的概率小。

在1s电子的球形电子云以外，电子出现的概率很小但不为零。

2．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．基态氢原子的电子云是圆形的

C．ns能级的原子轨道图可表示为

D．3d3表示3d能级有3个原子轨道

解析：

选C。

电子云是用小黑点表示电子在原子核外空间出现的概率，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项错误；基态氢原子的电子云是球形而不是圆形的，B项错误；3d3表示第三能层d能级有3个电子，d能级有5个原子轨道，D项错误。

　核外电子排布规则及表示方法

3．下列原子或离子的电子排布表示方法中，正确的是________，违反能量最低原理的是________，违反洪特规则的是________，违反泡利原理的是________。

解析：

根据核外电子排布规律知②中错误在于电子排完2s轨道后应排2p轨道，而不是3p轨道，应为1s22s22p6；③中没有遵循洪特规则——电子在同一能级的不同轨道上排布时，应尽可能分占不同的轨道并且自旋状态相同；④中忽略了3d轨道在半充满状态时，体系的能量较低，原子较稳定，应为1s22s22p63s23p63d54s1；⑦违反泡利原理，应为

。

答案：

①⑤⑥　②④　③　⑦

4.A、B、C是三种短周期元素，D是过渡元素。

A、B、C同周期，A的原子结构示意图为

，B是同周期除稀有气体元素外原子半径最大的元素，C的最外层有三个未成对电子，D的价电子排布式为3d64s2。

回答下列问题：

A的元素符号是________；B元素原子的简化电子排布式是________；C元素原子的价电子排布式是________；D元素原子的结构示意图是________。

解析：

由题意可知，A为Si，B为Na，C为P，D为Fe。

A、B、C、D四种元素原子的电子排布式分别为1s22s22p63s23p2、1s22s22p63s1、1s22s22p63s23p3、

1s22s22p63s23p63d64s2。

答案：

Si　[Ne]3s1　3s23p3　

重难易错提炼

1.基态原子的核外电子排布遵循构造原理。

2．电子及其运动特点可概括为体积小、质量轻、带负电；绕核转、运动快、测不准（某时刻的位置和速度）；（离核的）距离不同、能量相异、描述概率（电子在核外空间某处出现的概率，即电子云）。

3．同一能层，不同能级其原子轨道形状不同，数目不同，能量不同；不同能层，同种能级其原子轨道形状相同，半径不同，数目相同，能量不同。

4．

课后达标检测[学生用书P55（单独成册）]

[基础巩固]

1．观察1s轨道电子云示意图，判断下列说法正确的是（　　）

A．一个小黑点表示1个自由运动的电子

B．1s轨道的电子云形状为圆形的面

C．电子在1s轨道上运动像地球围绕太阳旋转

D．1s轨道电子云的点的疏密表示电子在某一位置出现机会的多少

解析：

选D。

由电子云图可知，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最大，离核越远，出现的概率越小。

图中的小黑点不表示电子，而表示电子可能出现的位置。

2．当碳原子的核外电子排布由

转变为

时，下列说法正确的是（　　）

①碳原子由基态变为激发态

②碳原子由激发态变为基态

③碳原子要从外界环境中吸收能量

④碳原子要向外界环境中释放能量

A．①②　　　　　　　　　　B．②③

C．①③D．②④

解析：

选C。

核外电子排布由1s22s22p2转变为1s22s12p3，碳原子体系能量升高，由基态变为激发态，要从外界环境中吸收能量。

3．（2017·松原高二质检）下列描述碳原子结构的化学用语正确的是（　　）

A．碳12原子：

C

B．原子结构示意图：

C．原子核外能量最高的电子云图像：

D．原子的电子排布图：

解析：

选C。

元素符号的左下角表示质子数，左上角表示质量数，则碳12原子可表示为

C，A错误；碳原子结构示意图为

，B错误；碳原子核外能量最高的电子在p能级，电子云呈哑铃形，C正确；根据核外电子排布规则可知，该原子的电子排布图为

，D错误。

4．下列对核外电子运动状态的描述正确的是（　　）

A．电子的运动与行星的运动相似，围绕原子核在固定的轨道上高速旋转

B．能层数为3时，有3s、3p、3d、3f四个轨道

C．氢原子中只有一个电子，故氢原子只有一个轨道

D．在同一能级上运动的电子，其运动状态肯定不同

解析：

选D。

A项，质量很小的电子在做高速运动时，其运动规律跟普通物体不同，没有固定的运动轨道。

B项，第三能层只有3s、3p、3d三个能级，而3s能级有1个轨道、3p能级有3个轨道、3d能级有5个轨道，故第三能层有9个轨道。

C项，氢原子中只有1个电子，只填充1s轨道，但还存在其他空轨道。

D项，电子的运动状态与能层、能级、原子轨道和自旋状态有关，在同一原子内部没有两个电子存在完全相同的运动状态。

5．下列有关电子云和原子轨道的说法正确的是（　　）

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能级的原子轨道呈球形，处在该轨道上的电子只能在球壳内运动

C．p能级的原子轨道呈哑铃形，随着能层的增加，p能级原子轨道也增多

D．与s电子原子轨道相同，p电子原子轨道的平均半径随能层的增大而增大

解析：

选D。

A项，电子云只是一种对核外电子运动的“形象”描述；B项，核外电子并不像宏观物体的运动那样具有一定的轨道；C项，p能级在任何能层均只有3个轨道。

6．某基态原子的价电子排布式为4d15s2，则下列说法正确的是（　　）

A．该元素原子核外共有5个电子层

B．该元素原子最外层共有3个电子

C．该元素原子的M能层共有8个电子

D．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

解析：

选A。

某基态原子的价电子排布式为4d15s2，这说明该元素是39号元素钇，位于第五周期第ⅢB族。

A.该元素原子核外共有5个电子层，A正确；B.该元素原子最外层共有5s能级上的2个电子，B错误；C.该元素原子的M能层共有18个电子，C错误；D.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，D错误。

7．在d轨道中电子排布成

，而不排布成

，其最直接的根据是（　　）

A．能量最低原理B．泡利原理

C．能量守恒原理D．洪特规则

解析：

选D。

洪特规则表明，当电子排布在同一能级的不同轨道时，基态原子中的电子总是优先单独占据一个轨道且自旋状态相同。

8．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元素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[Ne]3s1。

用“原子实”表示的30号元素锌的核外电子排布式正确的是（　　）

A．[Ne]3d104s2B．[Ar]3d104s24p2

C．[Ar]3d84s24p2D．[Ar]3d104s2

解析：

选D。

根据基态原子的核外电子排布原则可知，锌元素原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s2，除3d104s2外，锌内层电子的排布与稀有气体元素原子Ar的电子排布相同，因此锌的核外电子排布式可写为[Ar]3d104s2。

9．（2017·浏阳高二期末）若某基态原子的核外电子排布式为[Kr]4d105s1，则下列说法正确的是（　　）

A．该元素基态原子中共有11个电子

B．该元素原子核外有4个能层

C．该元素最高正价为＋1价

D．该元素原子M能层共有8个电子

解析：

选C。

该元素基态原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p64d105s1。

该元素基态原子中共有47个电子，A错误；该元素原子核外有5个能层，B错误；该元素可失去5s能级上的电子，故最高正价为＋1价，C正确；该元素原子M能层共有18个电子，D错误。

10．（2017·济南高二期末）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式

B．元素的发射光谱一般是亮背景、暗线

C．基态原子的电子只能从1s跃迁到2s

D．同一原子能层越高，s电子云半径越小

解析：

选A。

1s22s12p1为激发态的电子排布式，根据能量最低原理，其基态的电子排布式应为1s22s2，A正确；发射光谱是原子自身发光产生的光谱，所以是暗背景、明线，B错误；基态原子的电子可以从1s跃迁到2s、2p等，C错误；同一原子能层越高，s电子云半径越大，D错误。

11．下列给出的Fe的电子排布图，正确的是（　　）

解析：

选A。

Fe原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2，根据电子排布规律可知A正确。

12．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数有关。

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能级上电子离核的距离相同

C．两粒子的电子发生跃迁时，产生的光谱不同

D．两粒子都达8电子稳定结构，化学性质相同

解析：

选C。

氩原子与硫离子的核外电子排布虽然相同，但核内质子数（即核电荷数）不同。

电子层数相同时，核电荷数越大，原子半径越小，对应相同能级上的电子的能量和距离原子核的距离是不同的，其对应的化学性质也不同，如S2－虽然达到了稳定结构，但具有较强的还原性，和Ar的性质不同。

[能力提升]

13．下列原子中未成对电子数最多的是（　　）

A．CB．O

C．ND．Cl

解析：

选C。

本题综合考查能量最低原理、泡利原理、洪特规则。

各原子的电子排布图为

碳原子有2个未成对电子，氧原子有2个未成对电子，氮原子有3个未成对电子，氯原子有1个未成对电子。

14．在短周期元素中，元素的基态原子核外未成对电子数等于电子层数的元素有a种，元素的基态原子最外层电子数是未成对电子数2倍的元素有b种，则

的值为（　　）

A．1　　　B．2C．3　　　　D．4

解析：

选B。

在短周期元素中，符合基态原子核外未成对电子数等于电子层数的元素很明显有第一周期的H元素；在第二周期，原子核外未成对电子数为2的元素，其核外电子排布图为

（C元素）或

（O元素）；在第三周期，原子核外未成对电子数为3的元素，其最外层电子排布图是

（P元素）；符合条件的元素共4种，即a＝4。

符合基态原子最外层电子数是未成对电子数2倍的元素，其基态原子的最外层电子数是2、4或6，若最外层电子数为2，则是氦或者ⅡA族元素，这些元素原子的最外层电子排布式为ns2，无未成对电子，不符合题意；若最外层电子数为4，则是ⅣA族元素，这些元素原子的最外层电子排布式为ns2np2，其p能级上的2个电子为未成对电子，符合题意，因题目要求是短周期元素，故有2种；若最外层电子数为6，则是ⅥA族元素，这些元素原子的最外层电子排布式为ns2np4，其p能级上有2个未成对电子，最外层电子数是未成对电子数的3倍，不符合题意；总之，符合条件的元素共2种，即b＝2。

综上可知

的值为2。

15．下列各组表述中，两个微粒一定不属于同种元素原子的是（　　）

A．3p能级有一个空轨道的基态原子和核外电子排布式为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式为1s22s22p63s23p63d64s2的原子

C．最外层电子数是核外电子总数的

的原子和价电子排布式为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式为2s22p5的原子

解析：

选B。

A项，3p能级有一个空轨道，说明3p能级有2个电子，3s能级肯定已填满，价电子排布式为3s23p2，因此A中两微粒相同，不符合题意。

B项，M层全充满而N层为4s2，M层上有d轨道，即最外层电子排布为3s23p63d10，应该是锌元素，3d64s2是铁元素的价电子排布式，符合题意。

C项，价电子排布式为4s24p5