高二化学寒假作业同步练习题原子结构含解析

原子结构

一、开天辟地——原子的诞生

1．原子的诞生

（1）原子的诞生

（2）人类对原子结构认识的演变

2．宇宙中的元素

宇宙的组成元素及含量

宇宙

其他原子总数不到1%

3．地球上的元素分布

绝大多数为金属元素，包括稀有气体在内的非金属仅24种。地壳中含量在前五位：O、Si、Al、Fe、Ca。

二、能级与能层

1．能层

2．能级

同一个能层中电子的能量也可能不同，同一能层又分成不同的能级(电子亚层)。

能级名称：s、p、d、f、g、h……

能级符号：ns、np、nd、nf……（n代表能层）

每一能級最多容纳电子的数量  s:2   p:6   d:10   f:14

3．能层、能级与最多容纳电子数

由上表可知：

（1）能层序数等于该能层所包含的能级数，如第三能层有3个能级。

（2）s、p、d、f 各能级可容纳的电子数分别为1、3、5、7的2倍。

（3）原子核外电子的每一能层最多可容纳的电子数是2n2(n为能层的序数)。

三、构造原理

1．构造原理

多电子基态原子的电子按先填能量低的能级，填满后再填能量高的能级的规律。

即电子所排的能级顺序为1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 5s 4d 5p 6s 4f 5d 6p 7s..

2．电子排布式

（1）电子排布式：

①概念：能层低的能级写在左边，依次书写能层高的能级 ，能级的右上角标注排布的电子数。

②表示方法

例如：8O：1s22s22p4。

（2）简化(并)电子排布式：与之接近的稀有气体元素符号(原子实)+剩余的电子排布。

四、能量最低原理、基态与激发态、光谱

1．能量最低原理

原子的电子排布遵循构造原理能使整个原子的能量处于最低状态，简称能量最低原理。

2．基态原子与激发态原子

（1）基态原子：处于最低能量的原子。

（2）激发态原子：基态原子的电子吸收能量后，电子会跃迁到较高能级，变成激发态原子。

（3）基态、激发态相互间转化的能量变化

基态原子激发态原子

3．光谱

（1）光谱的成因及分类

（2）光谱分析：现代化学中，常利用原子光谱上的特征谱线来鉴定元素，称为光谱分析。

五、电子云与原子轨道

1．原子核外电子的运动特点

（1）相对于原子和电子的体积而言，电子运动的空间很大。

（2）电子运动的速度很快，接近光速(3.0×108 m·s－1)。

2．电子云

（1）电子云：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）电子云轮廓图的形状：s能级的电子云轮廓图是球形，p能级的电子云轮廓图是哑铃形。

3．原子轨道

（1）概念：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）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。

（3）各能级所含有原子轨道数目

六、泡利原理和洪特规则

1．能量最低原理

原子核外的电子应优先排布在能量最低的能级里，然后由里到外，依次排布在能量逐渐升高的能级里。能级的能量高低顺序如构造原理所示(对于1～36号元素来说，应重点掌握和记忆“1s→2s→2p→3s→3p→4s→3d→4p”这一顺序)。

2．泡利原理

（1）原理内容：在一个原子轨道里，最多只能容纳2个电子，而且它们的自旋状态相反，用方向相反的箭头“↑↓”表示。

（2）电子排布图

①将每一个原子轨道用一个方框表示，在方框内标明基态原子核外电子分布的式子。

②以铝原子为例，电子排布图中各符号、数字的意义为

3．洪特规则

（1）内容：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，而且自旋状态相同。

（2）特例

在等价轨道(同一能级)上的电子排布处于全充满、半充满和全空状态时，具有较低的能量和较大的稳定性。

相对稳定的状态

如24Cr的电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s1，为半充满状态，易错写为1s22s22p63s23p63d44s2。

【方法点拨】原子核外电子排布表示方法的比较

1．下列能级符号正确的是

A．6s          B．2d        C．1d            D．3f

【答案】A

【解析】能级数等于该能层序数：第一能层只有1个能级(1s)，第二能层有2个能级(2s、2p)，第三能层有3个能级(3s、3p、3d)，依次类推，A项正确。答案选A。

2．下列能级符号正确的是

A．3f         B．2d            C．4s             D．2f

【答案】C

【解析】第三能层有3个能级(3s、3p、3d)，没有3f能级，故A错误；第二能层有2个能级(2s和2p)，没有2d、2f能级，故B、D错误；第四能层有4个能级(4s、4p、4d,4f)，C项正确。答案选C。

3．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．不同能层中的s能级的能量高低相同

【答案】B

【解析】能层是电子层，对于同一能层中能量不同的电子，又将其分为不同的能级，A项错误；同一能层中，不同能级的能量按照s、p、d、f的顺序升高，C项错误；不同能层中的s能级的能量不同，能层越大，s能级的能量越高，例如：E(1s)<E(2s)<E(3s)……，D项错误。答案选B。

4．下列原子或离子的核外电子排布式，正确的是

A．16S2－：1s22s22p63s23p4

B．21Sc：1s22s22p63s23p64s23d1

C．18Ar：1s22s22p63s23p6

D．9F：2s22p5

【答案】C

【解析】S2－的核外共有18个电子，其核外电子排布式为1s22s22p63s23p6。A项是S原子的核外电子排布式，A项错误；书写电子排布式时，能层低的能级要写在左边，能层高的能级要写在右边，因此21Sc原子的核外电子排布式应为1s22s22p63s23p63d14s2，B项错误；D项是F的最外层电子的排布式，不符合题意，D项错误。答案选C。

5．若某基态原子的价电子排布式为4d15s2，则下列说法正确的是

A．该元素基态原子共有3个电子

B．该元素基态原子核外有5个电子层

C．该元素基态原子最外层有3个电子

D．该元素基态原子M能层共有8个电子

【答案】B

【解析】根据原子核外电子排布规则，结合其价电子排布式为4d15s2，可知该元素基态原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p64d15s2，故该元素基态原子共有39个电子，5个电子层，其中最外层有2个电子，M能层共有18个电子，B项正确。答案选B。

6．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个原子轨道

【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；1s电子云呈球形，ns能级的原子轨道图可表示为，C项正确；3d3表示第三能层的d能级有3个电子，d能级有5个原子轨道，D项错误。答案选C。

7．下列离子中外层d轨道达全充满状态的是

A．Cu＋       B．Fe3＋          C．Co3＋           D．Cr3＋

【答案】A

【解析】Cu＋的价电子排布式为3d10，d轨道处于全满状态，A项正确；Fe3＋的价电子排布式为3d5，d轨道达半充满状态，B项错误；Co3＋的价电子排布式为3d6，d轨道不是全充满状态，C项错误；Cr3＋的价电子排布式为3d3，d轨道不是全充满状态，D项错误。答案选A。

8．下列说法不正确的是

A．在氢原子的电子云图中，每个小黑点代表一个电子

B．某基态原子 3d 能级中电子排布的情况可能为

C．电子构型为[Ar]3d54s2 的元素是过渡金属元素

D．当碳原子的核外电子排布由 1s22s22p2 转变为 1s22s12p3 时，碳原子由基态变为激发态

【答案】A

【解析】氢原子的电子云图中小黑点的意义不是表示电子个数，而是表示电子出现的几率的多少，小黑点的疏密表示电子出现机会的多少，A项错误；基态铁原子3d能级中电子排布的情况为，B项正确；电子构型为[Ar]3d54s2的元素是Mn，属于过渡金属元素，C项正确；当碳原子的核外电子排布由1s22s22p2转变为1s22s12p3时，碳原子由基态变为激发态，D项正确；答案选A。

9．按要求填空：

(1)B原子的核电子排布式为________。

(2)N原子的价电子排布式为________。

(3)Se的原子序数为________，其核外M层电子的排布式为________。

(4)Li3N晶体中氮以N3－形式存在，N3－的电子排布式为________。

(5)写出镓(Ga)原子的电子排布式：________________________。

【答案】(1)1s22s22p1(或[He]2s22p1)　(2)2s22p3

(3)34　3s23p63d10　(4)1s22s22p6

(5)1s22s22p63s23p63d104s24p1(或[Ar]3d104s24p1)

【解析】(1)B原子的核外有5个电子，电子排布式为1s22s22p1或[He]2s22p1。(2)N原子最外层有5个电子，最高能层为L，价电子排布式为2s22p3。(3)Se与O同主族。原子序数为34，N能层有6个电子，故其M层排满，M层电子的排布式为3s23p63d10。(4)N原子电子排布式为1s22s22p3，则N3－的电子排布式为1s22s22p6。(5)Ga为第四周期ⅢA族元素，其原子最外层电子排布式为4s24p1，Ga原子的核外电子排布式为[Ar]3d104s24p1或1s22s22p63s23p63d104s24p1。

10．A、B、C、D、E代表前4周期的五种元素，原子序数依次增大。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，其电子轨道表示式为________。

(2)B元素的负一价离子的电子层结构与氩相同，B离子的结构示意图为________。

(3)C元素的正三价离子的3d能级为半充满，C的元素符号为________，该元素在周期表中的位置为________。

(4)D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，D的元素基态原子的电子排布式为________________，在元素周期表中的位置为________________。

(5)E元素基态原子中没有未成对电子，E的外围电子排布式是________________。

【答案】(1)

(2)

(3)Fe　第4周期Ⅷ族

(4)1s22s22p63s23p63d104s1(或[Ar]3d104s1)　第4周期ⅠB族

(5)3d104s2或4s24p6

【解析】(1)基态原子的最外层有3个未成对电子，次外层有2个电子的元素为氮元素，其电子轨道表示式为。(2)因为B－的电子层结构与氩相同，即核外电子数相同，所以B元素的质子数为18－1＝17，则B－为Cl－，其结构示意图为。(3)C元素的正三价离子的3d能级为半充满，C的元素符号为Fe，位于第4周期Ⅷ族。(4)D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，则E为Cu，其基态原子电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s1或[Ar]3d104s1，位于第4周期ⅠB族。(5)E元素基态原子中没有未成对电子，且E的原子序数在五种元素中最大，因此E元素为30号元素Zn或36号元素Kr，其外围电子排布式为3d104s2或4s24p6。

1．下列说法错误的是

A．电子排布式为1s22s22p63s23p1的元素，其价态为+3时最稳定

B．在同一能级上运动的电子，其运动状态肯定不同

C．碳原子核外能量最高的电子云轮廓图如图所示

D．钠原子由时，吸收能量，由激发态转化成基态

【答案】D

【解析】电子排布式为1s22s22p63s23p1的元素是Al，其最外层有3个电子，失去最外层的3个电子，达到8电子稳定结构，所以铝元素的价态为+3价时最稳定，A项正确；在同一能级上运动的电子，其自旋状态不同，故其运动状态肯定不同，B项正确；碳原子核外能量最高的电子为2p能级上的电子，C项正确；钠原子由1s22s22p63p1→1s22s22p63s1时，由激发态转化成基态，应是释放能量，D项错误。答案选D。

2．以下对核外电子运动状况的描述正确的是

A．电子的运动与行星相似，围绕原子核在固定的轨道上高速旋转

B．能量低的电子只能在s轨道上运动，能量高的电子总是在f轨道上运动

C．电子层数越大，s轨道的半径越大

D．在同一轨道上运动的电子，其能量不相同

【答案】C

【解析】电子只是在一定的区域内出现的概率大一些，无确定的轨道，也不能描述出它的运动轨迹，A项错误；原子轨道能量的高低取决于电子层数和原子轨道的形状两个因素，不能单从原子轨道的形状判断，如7s轨道的能量比4f轨道的能量高，B项错误；相同类型的原子轨道，电子能层序数越大，能量越高，电子运动的区域越大，原子轨道的半径越大，C项正确；在同一轨道上运动的电子，其能量相同，D项错误。答案选C。

3．下列化学用语正确的是

A．碳原子的核外电子轨道表示式： B．甲基的电子式为：

C．丙烷的比例模型： D．氮分子的结构式：

【答案】A

【解析】碳原子的核外电子排布式为1s22s22p2，按洪特规则，2个p电子分别占据2个轨道且自旋方向相同，轨道表示式：，A项正确；甲基的电子式为：，B项错误；丙烷的球棍模型：，C项错误；氮分子的结构式：N≡N，D项错误。答案选A。

4．下列各组原子中，彼此化学性质一定相似的是

A．最外层都只有一个电子的X、Y原子

B．原子核外L层上有8个电子的X原子与M层上有8个电子的Y原子

C．2p轨道上有3个未成对电子的X原子与3p轨道上有3个未成对电子的Y原子

D．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

【答案】C

【解析】最外层只有一个电子可能是H原子、碱金属元素原子或者ⅠB族元素原子，H原子、碱金属元素原子性质有相似的地方，都具有还原性，但与ⅠB族元素原子性质不同，A项错误；原子核外L层上有8个电子的X原子，没有指明有没有M层，M层上有8个电子的Y原子，没有指明有没有N层，无法判断它们是什么原子，无法判断它们的化学性质是否相似，B项错误；2p轨道上有3个未成对电子的X原子为N原子，3p轨道上有3个未成对电子的Y原子为P原子，N和P位于同一主族，最外层电子数相同，性质相似，C项正确；原子核外电子排布式为1s2的X原子为He原子，原子核外电子排布式为1s22s2的Y原子为Be，二者性质不同，D项错误。答案选C。

5．A、B、C是中学化学中常见的三种短周期元素。

已知：①A元素原子最外层电子数是次外层电子数的2倍；②B元素最高正价与最低负价的代数和为2；③C元素有多种化合价，且常温下C元素的单质与某种一元强碱溶液反应，可得到两种含C元素的化合物；④B、C两种元素质子数之和是A元素质子数的4倍。

(1)写出A元素在周期表中的位置：_____________________。

(2)画出B元素的原子结构示意图：_____________________。

(3)写出C元素的核外电子排布式：_____________________。

(4)写出C的单质和强碱溶液反应的离子方程式_____________________________。

(5)由B、C两种元素组成的化合物x，常温下为易挥发的淡黄色液体，X分子为三角锥形分子。且分子里B、C两种原子最外层均达到8个电子的稳定结构。X遇水蒸气可形成一种常见的漂白性物质。则X的电子式为_________，X与水反应的化学方程式是______________________________。

【答案】（1）第二周期ⅣA族 

 （2）    

（3）1s22s22p63s23p5   

（4）C12+2OH-=Cl-+ClO-+H2O   

（5）    NCl3+3H2O=NH3+3HClO

【解析】短周期元素A、B、C，其中：①A元素原子最外层电子数是次外层电子数的2倍，则A为碳元素；②B元素最高正价与最低负价的代数和为2，则B为N元素或P元素；③C元素有多种化合价，且常温下C元素的单质与某种一元强碱溶液反应，可得到两种含C元素的化合物，则C为Cl元素；④B、C两种元素质子数之和是A元素质子数的4倍，则B的质子数为=6×4-17=7，则B为N元素。

【详解】由分析知：A为碳元素、B为N元素、C为Cl元素；

(1)A为碳元素，核电荷数是6，则碳元素在周期表中的位置为第二周期ⅣA族；

(2)B为N元素，核电荷数是7，原子结构示意图为；

(3)C为Cl元素，核电茶荷数为17，根据能量构造原理，氯原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p5；

(4)Cl2和NaOH溶液反应生成NaCl和NaClO，发生反应的离子方程式C12+2OH-=Cl-+ClO-+H2O；

(5)由N、Cl两种元素组成的化合物x，常温下为易挥发的淡黄色液体，X分子为三角锥形分子，且分子里B、C两种原子最外层均达到8个电子的稳定结构，已知N原子需要形成3个共用电子对，而氯原子只需要形成1个共用电子对，则X的化学式为NCl3，是共价化合物，其电子式为，NCl3遇水蒸气可形成一种常见的漂白性物质，应为HClO，另一种产物应为NH3，则发生反应的化学方程式是NCl3+3H2O=NH3+3HClO。