学年高中化学第一章原子结构与性质第一节原子结构第1课时课时作业新人教版选修3Word格式文档下载.docx
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2p
3s
3p
3d
4s
4p
4d
4f
5s
最多电子
数
2
6
10
14
8
18
32
2n2
【议一议】
1．教材中的能层和必修中所学的电子层是一回事吗？
答案 是一回事，能层就是电子层，只不过必修和选修中的说法不同，其实质是一回事。
2．有人把能层形象地比喻为楼层，能级比喻为阶梯，你同意该观点吗？
答案 同意，该观点形象地把能层与能级之间的关系反映出来。
3．第五能层所容纳的最多电子数是多少？
说出你推导的两种方法。
答案 方法一：
依据每一个能层中最多可容纳的电子数为2n2个，当n＝5，2n2＝50；
方法二：
第五能层中有5个能级5s、5p、5d、5f、5g，各能级可容纳的最多电子数分别是2、6、10、14、18，所以第五能层所容纳的最多电子数为50。
二、构造原理与电子排布式
1．构造原理
随着原子核电荷数的递增，绝大多数元素的原子核外电子的排布将遵循下图的排布顺序。
人们把它称为构造原理。
即电子所排的能级顺序：
1s、2s、2p、3s、3p、4s、3d、4p、5s、4d、5p、6s、4f、5d、6p、7s……
2．电子排布式
将能级上排布的电子数标在该能级符号右上角，并按照能层从左到右的顺序排列的式子，称电子排布式，如H的电子排布式为
如Mg的电子排布式：
1s22s22p63s2。
4．通过分析构造原理，回答下列问题：
（1）相同能层的不同能级的能量高低有什么规律？
（2）英文字母相同的不同能级的能量高低有什么规律？
（3）不同能层不同能级（s、p、d、f）的排布遵循什么规律？
（4）原子最外层、次外层及倒数第三层最多容纳的电子数为什么分别是8、18、32个？
答案
（1）ns＜np＜nd＜nf。
（2）1s＜2s＜3s＜4s…，2p＜3p＜4p…，3d＜4d＜…，4f＜5f＜…。
（3）ns<
（n－2）f<
（n－1）d<
np<
（n＋1）s。
（4）最外层由ns、np组成，电子数不大于2＋6＝8；
次外层由（n－1）s、（n－1）p、（n－1）d组成，电子数不大于2＋6＋10＝18；
倒数第三层由（n－2）s、（n－2）p、（n－2）d、（n－2）f组成，电子数不大于2＋6＋10＋14＝32。
5．写出1～20号元素的电子排布式。
答案 H：
1s1；
He：
1s2；
Li：
1s22s1；
Be：
1s22s2；
B：
1s22s22p1；
C.1s22s22p2；
N：
1s22s22p3；
O：
1s22s22p4；
F：
1s22s22p5；
Ne：
1s22s22p6；
Na：
1s22s22p63s1；
Mg：
1s22s22p63s2；
Al：
1s22s22p63s23p1；
Si：
1s22s22p63s23p2；
P：
1s22s22p63s23p3；
S：
1s22s22p63s23p4；
Cl：
1s22s22p63s23p5；
Ar：
1s22s22p63s23p6；
K：
1s22s22p63s23p64s1；
Ca：
1s22s22p63s23p64s2。
6．元素周期表中钠的电子排布写成[Ne]3s1，方括号里的符号是什么意义？
模仿写出8号、14号、26号元素简化的电子排布式。
答案 方括号里符号的意义是稀有气体元素原子的结构，表示该元素前一周期的稀有气体元素原子的电子排布结构；
[He]2s22p4；
[Ne]3s22p2；
Fe[Ar]3d64s2。
一、能层与能级
【例1】 下列有关认识正确的是（ ）
A．各能级的原子轨道数按s、p、d、f的顺序依次为1、3、5、7
B．各能层的能级都是从s能级开始至f能级结束
C．各能层含有的能级数为n－1
D．各能层含有的电子数为2n2
答案 A
解析 各能层中的能级数等于其所处的能层数，即当n＝1时，它只有一个s能级，当n＝2时，含有两个能级分别为s、p能级，所以B、C都不正确；
D选项中每个能层最多能填充2n2个电子，但不是一定含有2n2个电子。
易错点分析 本题中的D选项是一个易错点，在电子排布时，从低能级开始填充，填满了低能级再填充较高能级，所以在填充时只能是最多能填充2n2个电子，而不是一定，如当某个能层是最外层时最多只能填充8个电子。
规律总结
1．能级表示方法及各能级所能容纳的最多电子数
能 层 K L M N O
2．各能层包含的原子轨道数目和可容纳的电子数
原子轨道类型
原子轨道数目
可容纳电子数
1
2s，2p
4
3
3s，3p，3d
9
4s，4p，4d，4f
16
n
—
n2
变式训练1 某元素原子的核外有三个能层，最外能层有4个电子，该原子核内的质子数为（ ）
A．14B．15C．16D．17
解析 原子核外共有三个能层，最内层只有1s能级，可容纳2个电子，第二层有2s、2p两个能级，可容纳1×
2＋3×
2＝8个电子，最外层有4个电子，所以该原子核外有14个电子，又因在原子中核外电子数等于核内质子数，故选A。
二、电子排布式的书写
【例2】 下列各原子或离子的电子排布式错误的是（ ）
A．Na＋：
1s22s22p6
B．F：
1s22s22p5
C．Cl－：
1s22s22p63s23p5
D．Mn：
1s22s22p63s23p63d54s2
答案 C
解析 本题考查的是构造原理及各能级最多容纳的电子数。
s能级最多容纳2个电子，p能级最多可容纳6个电子；
电子总是从能量低的能层、能级开始排列，Cl－应是Cl原子得一个电子形成的稳定结构，所以Cl－的电子排布式应为1s22s22p63s23p6。
温馨提示 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<
np，最后要把同一能层的不同能级移到一起。
1．简单原子的电子排布式的书写
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：
17Cl：
1s22s22p63s23p519K：
1s22s22p63s23p64s1
2．复杂原子的电子排布式的书写
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移到一起。
26Fe：
先按能量从低到高排列为1s22s22p63s23p64s23d6，
然后将同一层的排列一起，即该原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2。
3．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1s22s22p63s23p6，4s1是K的最外层电子排布。
再如Fe的简化电子排布式为[Ar]3d64s2。
变式训练2 根据构造原理写出下列原子或离子的核外电子排布式。
（1）O______________；
（2）Ca______________；
（3）S2－______________；
（4）Al3＋______________。
答案
（1）1s22s22p4
（2）1s22s22p63s23p64s2
（3）1s22s22p63s23p6（4）1s22s22p6
解析 O原子有8个电子，按1s、2s、2p顺序填充电子：
Ca原子有20个电子，由于4s＜3d，出现能级交错，按1s、2s、2p、3s、3p、4s顺序填充为1s22s22p63s23p64s2；
S原子有16个电子，按1s、2s、2p、3s、3p顺序填充为1s22s22p63s23p4，S2－为S原子得到2个电子后形成，故3p能级上填充6个电子，即其核外电子排布式为1s22s22p63s23p6；
Al原子有13个电子，按1s、2s、2p、3s、3p顺序填充为1s22s22p63s23p1，Al原子失去3个电子后变成Al3＋，故Al3＋的电子排布式为1s22s22p6。
1．下列叙述正确的是（ ）
A．能级就是电子层
B．每个能层最多可容纳的电子数是2n2
C．同一能层中的不同能级的能量高低相同
D．能级符号：
3f
答案 B
解析 能级应该是电子亚层，能层才是电子层；
同一能层中的不同能级的能量高低的顺序是：
E（ns）＜E（np）＜E（nd）＜E（nf）……；
第三能层有3个能级（3s、3p和3d），没有3f。
2．下列多电子原子不同能级能量高低的比较错误的是（ ）
A．1s＜2s＜3sB．2p＜3p＜4p
C．3s＜3p＜3dD．4s＞3d＞3p
答案 D
解析 在多电子原子中，从3d能级开始有“能级交错”现象，实际4s能级能量小于3d。
所以D错。
3．某元素的原子核外有三个电子层，其3p能级上的电子数是3s能级上的一半，则此元素是（ ）
A．SB．AlC．SiD．Cl
解析 该元素原子的外围电子排布为3s23p1，此元素是Al。
4．2008年北京奥运会主体育场“鸟巢”，被《泰晤士报》评为全球“最强悍”工程。
“鸟巢”运用了高强度、高性能的钒氮合金高新钢，钒元素的原子序数为23，则钒原子的价电子排布式正确的是（ ）
A．3s23p6B．3d34s2C．3d64s2D．4s2
解析 钒元素的原子序数为23，可根据电子排布规律写出钒原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d34s2，钒元素为副族元素，所以其价电子排布为3d34s2。
5．某微粒的核外电子排布式为1s22s22p63s23p6，下列关于该微粒的说法正确的是（ ）
A．它的质子数一定是18
B．它的原子和37Cl可能互为同位素
C．它的单质一定是强还原剂
D．可以确定该微粒为Ar
解析 此微粒核外共有18个电子，可能是原子也可能是离子，离子又可能为阳离子Ca2＋、K＋或阴离子S2－、Cl－。
6．根据下列叙述，写出元素名称，并写出核外电子排布式。
（1）A元素原子核外M层电子数是L层电子数的一半：
____________________。
（2）B元素原子的最外层电子数是次外层电子数的1.5倍：
_________________。
（3）C元素的单质在常温下可与水剧烈反应，产生的气体能使带火星的木条复燃：
______________________________________________________________。
（4）D元素的次外层电子数是最外层电子数的
：
_________________________。
答案
（1）硅 1s22s22p63s23p2
（2）硼 1s22s22p1
（3）氟 1s22s22p5
（4）氖 1s22s22p6
解析
（1）L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，是硼；
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。
（3）单质在常温下与水剧烈反应产生O2的是F2。
（4）当次外层为K层时，D为氖；
当次外层为L层时，则最外层有32个电子，故不可能。
[经典基础题]
1．下列各能级不可能存在的是（ ）
A．8sB．6dC．5pD．2f
2．原子核外M能层最多可以容纳的电子数是（ ）
A．8B．18C．32D．50
解析 每个能层最多可容纳2n2（n为该能层序数）个电子。
M能层最多可以容纳的电子数为2×
32＝18。
3．某一能层上d能级所能容纳的最多电子数为（ ）
A．6B．10C．14D．15
解析 d能级可容纳的最多电子数为5的二倍，即为10。
4．下列各能层中不包含d能级的是（ ）
A．N能层B．M能层C．L能层D．O能层
解析 第一能层只有1个能级（1s），第二能层有2个能级（2s和2p），第三能层有3个能级（3s、3p和3d），依次类推。
前两个能层没有d能级，从第三个能层才开始出现d能级。
5．下列各能层，不包含p能级的是（ ）
A．N能层B．M能层C．L能层D．K能层
6．下列说法正确的是（ ）
A．3p4表示3p能级有4个轨道
B．同一原子中，1s、2s、3s电子能量逐渐减小
C．同一原子中，2p、3p、4p能级轨道数依次增多
D．基态原子是指处于最低能量的原子
解析 A中p能级中有3个原子轨道，3p4表示3p能级有4个电子；
B中电子能量应逐渐增大；
C中p能级轨道数应相同，均为3个。
7．构造原理揭示的电子排布能级顺序，实质是各能级能量高低。
若以E（nl）表示某能级的能量，以下各式中正确的是（ ）
A．E（5s）＞E（4f）＞E（4s）＞E（3d）
B．E（3d）＞E（4s）＞E（3p）＞E（3s）
C．E（4s）＜E（3s）＜E（2s）＜E（1s）
D．E（5s）＞E（4s）＞E（4f）＞E（3d）
解析 根据构造原理，各能级能量的大小顺序为1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 5s……能量由低到高，A项和D项正确顺序E（4f）＞E（5s）＞E（3d）＞E（4s）；
对于不同能层的相同能级，能层序数越大，能量越高，所以C项错误。
8．R元素的原子，其最外层的p能级电子数等于所有的能层s能级电子总数，则R是（ ）
A．LiB．BeC．SD．Ar
解析 若只有1个能层，不存在p能级；
若有2个能层，则有两个s能级，则电子排布为1s22s22p4，为O元素；
若有3个能层，则有三个s能级，则电子排布为1s22s22p63s23p6；
由此可以看出应选D。
9．下面是某些元素的最外层电子排布，各组指定的元素，不能形成AB2型化合物的是（ ）
A．2s22p2和2s22p4B．3s23p4和2s22p4
C．3s2和2s22p5D．3s1和3s23p2
解析 A项为C和O，能形成CO2；
B项为S和O，能形成SO2；
C项为Mg和F，能形成MgF2；
D项为Na和Si，不能形成AB2型化合物，故选D。
[能力提升题]
10．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）1s22s22p63s23p5：
_________________________________________________；
（2）1s22s22p63s23p63d104s24p65s2：
______________________________________；
（3）1s22s22p63s23p63d104s24p64d105s25p66s1：
______________________________。
答案
（1）核电荷数17 氯 Cl 第三周期ⅦA族
（2）核电荷数38 锶 Sr 第五周期ⅡA族
（3）核电荷数55 铯 Cs 第六周期ⅠA族
解析 此题的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。
11．
（1）某元素的原子序数为33，则：
①此元素原子的电子总数是____________；
②有________个能层，________个能级；
③它的电子排布式为_______________________________________________。
（2）写出S、Ca2＋、Cl－的电子排布式：
①S：
___________________________________________________________；
②Ca2＋：
_________________________________________________________；
③Cl－：
__________________________________________________________。
答案
（1）①33 ②4 8 ③1s22s22p63s23p63d104s24p3
（2）①1s22s22p63s23p4 ②1s22s22p63s23p6
③1s22s22p63s23p6
解析 核电荷数＝原子序数＝核外电子数，故此原子的核外电子数为33个；
依据构造原理，能量高低顺序为4s＜3d＜4p，则此元素的电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p3。
12．有几种元素的粒子核外电子排布式均为1s22s22p63s23p6。
其中：
（1）某电中性微粒，一般不和其他元素的原子反应，这种微粒的符号是__________；
（2）某微粒的盐溶液，能使溴水褪色，并出现浑浊，这种微粒的符号是__________；
（3）某微粒氧化性很弱，但得到电子后还原性很强，且这种原子最外层只有一个电子，这种微粒的符号是__________；
（4）某微粒还原性虽弱，但失去电子后氧化性强，且这种元素的原子得到一个电子即达稳定结构，这种微粒的符号是__________。
答案
（1）Ar
（2）S2－ （3）K＋ （4）Cl－
解析 符合上述核外电子排布式的电中性微粒，很难发生化学反应的应为稀有气体Ar；
使溴水褪色，应为还原性较强的S2－，发生如下反应：
S2－＋Br2===S↓＋2Br－；
氧化性很弱，得电子后还原性很强，应为K＋；
得一个电子即达稳定结构的微粒应为Cl－。
13．A、B、C三种短周期元素，原子序数依次增大，三种元素原子序数之和为35，A、C同族，B＋核外有10个电子，回答下列问题。
（1）A、B、C三种元素分别是__________、__________、__________（填元素符号）。
（2）A、B、C之间形成多种化合物，其中属于离子化合物的化学式分别为__________、__________、__________（任选三种）。
（3）分别写出A、B、C的电子排布式A______________，B__________，C__________。
答案
（1）O Na S
（2）Na2O Na2S Na2SO4（合理即可）
（3）1s22s22p4 1s22s22p63s1或[Ne]3s1
1s22s22p63s23p4或[Ne]3s23p4
解析
（1）B＋核外有10个电子，根据阳离子的质子数＝核外电子数＋电荷数，质子数＝原子序数，所以B元素是钠元素；
A、B、C三种元素均为短周期元素，且原子序数依次增大，所以C不是第ⅠA族元素；
A、C同主族，A、C元素序数之和为35－11＝24，可知C应为第三周期元素，A为第二周期元素，则有x＋x＋8＝24，x＝8，即A为氧元素，C为硫元素。
（2）O、Na、S三种元素可形成的离子化合物有Na2O、Na2S、Na2O2、Na2SO4、Na2SO3等。
（3）电子排布式，O：
1s22s22p4 Na：
1s22s22p63s1
1s22s22p63s23p4
14．A、B、C、D是四种短周期元素，E是过渡元素。
A、B、C同周期，C、D同主族，A的原子结构示意图为
，B是同周期除稀有气体外半径最大的元素，C的最外层有三个未成对电子，E的外围电子排布式为3d64s2。
回答下列问题：
A为__________（写出元素符号，下同），电子排布式是____________________；
B为__________，简化电子排布式是___________________________________；
C为__________，价电子排布式是_____________________________________；
D为__________，电子排布式是______________________________________；
E为__________，原子结构示意图是___________________________________。
答案 Si 1s22s22p63s23p2 Na [Ne]3s1
P 3s23p3 N 1s22s22p3
Fe
解析 由题意可知，A为Si，B为Na，C为P，则D为N，E为Fe。
这五种元素电子排布式分别为
A：
1s22s22p63s23p2，B：
1s22s22p63s1，C：
1s22s22p63s23p3，D：
1s22s22p3，E：
1s22s22p63s23p63d64s2。
由电子排布式可写出答案。
15．A、B、C、D、E、F代表6种元素。
请填空：
（1）A元素基态原子的最外层有3个未成对电子，次外层有2个电子，其元素符号为__________。
（2）B元素的负一价离子和C元素的正一价离子的电子层结构都与氩相同，B的元素符号为__________，C的元素符号为__________。
（3）D元素的正三价离子的3d能级为半充满，D的元素符号为__________，其基态原子的电子排布式为__________。
（4）E元素基态原子的M层全充满，N层没有成对电子，只有一个未成对电子，E的元素符号为__________，其基态原子的电子排布式为__________。
（5）F元素的原子最外层电子排布式为nsnnpn＋2，则n＝__________；
原子中能量最高的是__________电子。
答案
（1）N
（2）ClK
（3）Fe1s22s22p63s23p63d64s2或[Ar]3d64s2
（4）Cu1s22s22p63s23p63d104s1或[Ar]3d104s1
（5）22p
解析
（1）A元素基态原子次外层有两个电子，故次外层为K层，A元素有两个电子层，由题意可写出其电子排布式为1s22s22p3，则该元素核外有7个电子，为氮元素，其元素符号为N。
（2）B－、C＋的电子层结构都与Ar相同，即核外都有18个电子，则B为17号元素Cl，C为19号元素K。
（3）D元素原子
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