化学选择性必修2第一节 原子结构精品课堂检测

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课时精练03 电子云 原子轨道与能量最低原理 泡利原理和洪特规则 1．某原子核外价电子排布式为ns2np7，它违背了 (　　) A．泡利原理　　　　　　B．能量最低原理 C．洪特规则　　　　　　D．构造原理 【答案】A 【解析】p能级有三个轨道，根据泡利原理，每个轨道最多排2个电子，故p能级最多排6个电子，不可能排7个，ns2np7违背了泡利原理。 2．在d轨道中电子排布成，而不排布成，遵循的是 (　　) A．能量最低原理　　　　　　B．泡利原理 C．构造原理　　　　　 D．洪特规则 【答案】D 【解析】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，而且自旋状态相同。 3．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 【答案】D 【解析】A项，电子云只是一种对核外电子运动的形象化描述；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。 4．某基态原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s2，下列说法中不正确的是(　　) A．该元素基态原子中共有25个电子 B．该元素原子核外有4个电子层 C．该元素原子最外层共有2个电子 D．该元素原子M电子层共有8个电子 【答案】D 【解析】由该原子基态电子排布式知，其有25个电子，核外有4个电子层，最外层有2个电子，M电子层有13个电子，D项不正确。 5．下面关于硅原子的核外电子排布表示式中，错误的是(　　) A．1s22s22p63s23p2 B．[Ne]3s23p2 C． D． 【答案】C 【解析】A和B两项都是电子排布式，C和D两项都是轨道表示式，其中C项违背了洪特规则。 4．下列描述碳原子结构的化学用语正确的是(　　) A．碳－12原子：eq \o\al( 6,12)C B．原子结构示意图： C．原子核外能量最高的电子云图： D．原子的轨道表示式： 【答案】C 【解析】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eq \o\al(12, 6)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，该原子的轨道表示式为 ，D错误。 6．下列给出的Fe的轨道表示式，正确的是(　　) 【答案】A 【解析】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。 7．若15P原子的电子排布式写成1s22s22p63s23peq \o\al(2,x)3peq \o\al(1,y)，它违背了(　　) A．能量守恒原理 B．洪特规则 C．能量最低原理 D．泡利不相容原理 【答案】B 【解析】P原子3p能级上有3个轨道，3p能级上有3个电子，3个电子应该排在3个不同的轨道上，且自旋方向相同，若将P原子的电子排布式写成1s22s22p63s23peq \o\al(2,x)3peq \o\al(1,y)，它违背了洪特规则，故选B。 8．下列有关化学用语中不能体现氮原子核外电子能量有差异的是(　　) A． B． C． D．1s22s22p3 【答案】A 【解析】电子式不能体现出核外电子的能量差异。 9．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 【答案】D 【解析】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。 10．下列关于价电子排布为3s23p4的原子描述正确的是(　　) A．它的元素符号为O B．它的核外电子排布式为1s22s22p63s23p4 C．可以与H2化合生成液态化合物 D．其轨道表示式为 【答案】B 【解析】价电子排布为3s23p4的粒子，其基态原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p4，其核外电子数为16，为S元素， A错误， B正确；一定条件下，它可与H2生成气态化合物H2S，C错误；S原子核外电子排布遵循能量最低原理、泡利不相容原理、洪特规则，其轨道表示式为，D错误。 11．已知锰的核电荷数为25，以下是一些同学绘制的基态锰原子核外电子的轨道表示式，其中最能准确表示基态锰原子核外电子运动状态的是(　　) 【答案】D 【解析】A项，根据构造原理可知，E3d>E4s，且题图中3d能级电子排布不符合洪特规则，错误；B项，根据构造原理知，E3d>E4s，且题图中1s、2s、3s、4s能级的电子排布不符合泡利原理，错误；C项，3d5电子排布不符合洪特规则，错误。 12．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eq \f(a,b)的值为(　　) A．1 B．2 C．3 D．4 【答案】B 【解析】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，其核外轨道表示式为 (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，其最外层轨道表示式是 (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eq \f(a,b)的值为2。 13．磷、氮、铁、氧存在于人体所有细胞中，是人体健康不可缺少的元素，而成年人体内铁元素的含量约为3~5 g，其中2/3集中在血红蛋白内。下列说法中不正确的是 (　　) A．基态P原子的核外有3个未成对电子 B．1s22s22p33s1表示的是激发态氧原子的电子排布式 C．Fe3+的最外层电子排布式为3s23p63d5 D．基态氮原子的最外层轨道表示式为 【答案】D 【解析】磷原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p3，3p轨道上有3个自旋方向相同的未成对电子，A正确；基态氧原子的电子排布式为1s22s22p4，1s22s22p33s1表示的是激发态氧原子的电子排布式，B正确；Fe失去电子形成Fe3+时，最外层电子排布式为3s23p63d5，C正确；根据洪特规则可知，基态N原子2p轨道电子的自旋方向应该相同，正确的轨道表示式为，D错误。 14．如图是s能级和p能级的电子云轮廓图，试回答问题。 (1)s电子云轮廓图呈________形，每个s能级有________个原子轨道；p电子云轮廓图呈________状，每个p能级有________个原子轨道，其能量关系为____________(填“相同”或“不相同”)。 (2)元素X的原子最外层的电子排布式为nsnnpn＋1，原子中能量最高的是________电子；元素X的名称是____，它的氢化物的电子式是________。 (3)若元素Y的原子最外层的电子排布式为nsn－1npn＋1，那么Y的元素符号应为________，原子的电子排布图为______________________________。 【答案】(1)球　1　哑铃　3　相同 (2)2p　氮　HH (3)S　 【解析】(1)ns能级均有1个轨道，np能级均有3个轨道，s电子的原子轨道都是球形的，p电子的原子轨道都是哑铃状的，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，能量关系为px＝py＝pz，即能量相同；(2)因为元素X的原子最外层的电子排布式为nsnnpn＋1，np能级已排布电子，说明ns能级上已排满电子，即n＝2，则元素X的原子核外电子排布式为1s22s22p3，元素X是氮；(3)若当元素Y的原子最外层的电子排布式为nsn－1npn＋1时，有n－1＝2，则n＝3，那么元素Y的原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p4，元素Y是硫。 15．根据原子核外电子排布规律，回答下列问题： (1)写出基态S原子的核外电子排布式：　　　　　　　　　；写出基态24Cr原子的价层电子排布式：　　　　　　。  (2)画出基态N原子的核外电子排布图：　　　　　　　　　　　。  (3)若将基态14Si的电子排布式写成1s22s22p63s33p1，则它违背了　　　　　　　　　。  (4)Fe3+比Fe2+的稳定性　　　　　　　　(填“强”或“弱”)，从结构上分析原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。  【答案】(1)1s22s22p63s23p4或[Ne]3s23p4　3d54s1 (2) (3)泡利原理　 (4)强　Fe3+的价层电子排布式为3d5，3d能级处于半满状态，故更稳定 【解析】(1)基态S原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p4或[Ne]3s23p4；Cr的价层电子排布式为3d54s1。(2)N位于元素周期表第二周期第ⅤA族，根据泡利原理和洪特规则，其核外电子排布图为 。(3)s能级上只有一个原子轨道，每个原子轨道最多容纳2个电子，而题目所给的电子排布式中的3s能级上有3个电子，违背了泡利原理。(4)Fe2+的价层电子排布式为3d6，Fe3+的价层电子排布式为3d5，3d能级处于半满状态时比较稳定，因此Fe3+比Fe2+稳定。 16．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eq \f(1,5)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 【答案】B 【解析】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，即价电子排布为3d104s2，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，则3d能级已排满10个电子，核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p5，最外层电子数是核外电子总数的eq \f(1,5)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，不符合题意。D项，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，不符合题意。 17．短周期元素W、X、Y和Z的原子序数依次增大。元素W是制备一种高效电池的重要材料，X原子的核外电子占据三个能级且每个能级上都有2个电子，元素Y是地壳中含量最丰富的金属元素，Z原子的最外层电子数是其电子层数的2倍。下列说法错误的是 (　　) A．元素X与氢形成的原子个数比为1∶1的化合物有很多种 B．元素W、X的氯化物中，各原子均满足8电子的稳定结构 C．元素Y的单质与氢氧化钠溶液或盐酸反应均有氢气生成 D．元素Z可与元素X形成共价化合物XZ2 【答案】B 【解析】X原子的核外电子占据三个能级且每个能级上都有2个电子，X是C；Y是地壳中含量最丰富的金属元素，Y为Al；Z原子的最外层电子数是其电子层数的2倍，是短周期元素，且W、X、Y和Z的原子序数依次增大，则Z为S。W是制备一种高效电池的重要材料，W是Li。元素X与氢形成的原子个数比为1∶1的化合物有C2H2、C6H6、C8H8等，A正确；W、X的氯化物分别为LiCl和CCl4，Li+的最外层只有两个电子，不满足8电子的稳定结构，B错误；元素Y为铝，铝与氢氧化钠溶液或盐酸反应均有氢气生成，C正确；硫和碳可形成共价化合物CS2，D正确。 18．在原子结构理论中，有四个原理，分别是①构造原理，②泡利原理，③洪特规则，④能量最低原理。在以下的现象中主要决定的因素是(填序号，各只填一项) (1)各能级最多容纳的电子数是该能级原子轨道数的2倍________； (2)碳原子的核外电子排布基态时是1s22s22p2而不是1s22s12p3________； (3)最外层电子数不会超过8个，次外层电子数不会超过18个________； (4)铬(24Cr)的电子排布式是1s22s22p63s23p63d54s1而不是1s22s22p63s23p63d44s2________； (5)磷原子的基态原子结构中，有3个未成对的单电子________。 (6)第四周期元素中，4p轨道半充满的是________，3d轨道半充满的是________，4s轨道半充满的是________。(填元素符号) 【答案】(1)②　(2)④　(3)①　(4)③　(5)③　(6)As　Cr、Mn　K、Cr、Cu 【解析】(1)泡利原理：每个原子轨道最多容纳2个电子且自旋方向相反，各能级最多容纳的电子数是该能级原子轨道数的2倍，其主要决定因素是泡利原理；(2)基态原子的电子在核外排布时首先要遵循能量最低原理，所以碳原子的核外电子排布基态时是1s22s22p2而不是1s22s12p3，其主要决定因素是能量最低原理；(3)最外层电子数不会超过8个，次外层电子数不会超过18个，其主要决定因素是构造原理；(4)原子轨道中电子处于全满、全空或半满时较稳定，所以在等价轨道(相同电子层、电子亚层上的各个轨道)上排布的电子将尽可能分占不同的轨道，且自旋方向相同，铬(24Cr)的电子排布式是1s22s22p63s23p63d54s1而不是1s22s22p63s23p63d44s2，其主要决定因素是洪特规则；(5)在等价轨道(相同电子层、电子亚层上的各个轨道)上排布的电子将尽可能分占不同的轨道，且自旋方向相同，磷原子的基态原子结构中，有3个未成对的单电子，其主要决定因素是洪特规则；(6)第四周期元素中，4p轨道半充满时其4s轨道全充满，该原子是As；3d轨道半充满时4s能级可能有1个电子或2个电子，如果4s能级是1个电子为Cr元素，如果4s能级有2个电子为Mn元素；4s轨道半充满时，3d轨道可能没有电子、可能有5个电子、可能有10个电子，如果3d轨道没有电子时该原子是K、如果3d轨道有5个电子时该原子是Cr、如果3d轨道有10个电子时该原子是Cu。 19．(1)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。 (2)钒(23V)是我国的丰产元素，广泛用于催化及钢铁工业。钒在元素周期表中的位置为________________，其价层电子的轨道表示式为________________。 (3)Na位于元素周期表第________周期第________族；S的基态原子核外有________个未成对电子；Si的基态原子核外电子排布式为________。 (4)Cu＋基态核外电子排布式为________________。 (5)基态Fe原子有________个未成对电子，Fe3＋的电子排布式为________________。 (6)31Ga基态原子的核外电子排布式是________________。 (7)铝原子核外电子云有________种不同的伸展方向，有________种不同运动状态的电子。 (8)基态Mn2＋的核外电子排布式为________________。 (9)Se原子序数为________，其核外M层电子的排布式为________。 (10)可正确表示原子轨道的是________。 A．2s B．2d C．3pz D．3f 【答案】(1)1s22s22p3　1 (2)第四周期第ⅤB族　 (3)三　ⅠA　2　1s22s22p63s23p2或[Ne]3s23p2　(4)1s22s22p63s23p63d10或[Ar]3d10 (5)4　1s22s22p63s23p63d5或[Ar]3d5 (6)1s22s22p63s23p63d104s24p1或[Ar]3d104s24p1 (7)4　13　(8)1s22s22p63s23p63d5或[Ar]3d5 (9)34　3s23p63d10　(10)AC 【解析】(1)N元素的原子序数为7，基态原子的核外电子排布为1s22s22p3；Cu元素位于第四周期ⅠB族，基态原子核外电子排布为1s22s22p63s23p63d104s1，最外层有1个电子；(2)钒在元素周期表中的位置为第四周期ⅤB族，其价层电子排布式为3d34s2，根据洪特规则和泡利原理，价层电子的轨道表示式为：；(3)Na()元素位于元素周期表第三周期第ⅠA族；Si原子核外电子数为14，基态原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p2；(4)Cu为29号元素，基态原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s1，Cu＋的基态核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d10；(5)基态Fe原子核外电子排布为1s22s22p63s23p63d64s2，所以有4个未成对电子，失去2个4s电子、1个3d电子形成Fe3＋，其电子排布式为1s22s22p63s23p63d5；(7)铝原子核外电子云有s、p，分别有1、3种共4种伸展方向；其核外有13个电子，则有13种不同运动状态的电子；(8)Mn的核外电子数为25，基态Mn2＋的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d5或[Ar]3d5；(9)Se位于第四周期，与S的原子序数相差18，故其原子序数为34；其核外M层有18个电子，故M层的电子排布式为3s23p63d10；(10)L能层只有2s、2p能级，M能层只有3s、3p、3d能级，故选A、C。 20．已知X、Y和Z三种元素的原子序数之和等于42。X元素原子的4p轨道上有3个未成对电子，Y元素原子的最外层2p轨道上有2个未成对电子。X跟Y可形成化合物X2Y3，Z元素可以形成负一价离子。请回答下列问题： (1)X元素原子基态时的电子排布式为　　　　　　　　　，该元素的符号是　　　　。  (2)Y元素原子的价层电子轨道表示式为　　　　，该元素的名称是　　　　。  (3)已知化合物X2Y3在稀硫酸中可被金属锌还原为XZ3，产物还有ZnSO4和H2O，该反应的化学方程式是　　　　　　　　　　　　　　　　。  【答案】(1)1s22s22p63s23p63d104s24p3　As (2) 　氧 (3)As2O3+6Zn+6H2SO4=2AsH3↑+6ZnSO4+3H2O 【解析】(1)X元素原子的4p轨道上有3个未成对电子，则X是第四周期ⅤA族元素，即X为As，其电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p3。 (2)Y元素原子的最外层2p轨道上有2个未成对电子，且As跟Y可形成化合物As2Y3，可推知Y为O；又因为X、Y和Z三种元素的原子序数之和等于42，可得到Z为H。(3)X2Y3为As2O3，XZ3为AsH3，As2O3与稀硫酸和Zn反应的化学方程式为As2O3+6Zn+6H2SO4=2AsH3↑+6ZnSO4+3H2O。 21．磷酸氯喹(结构如图所示)是由氢、碳、氮、氯、磷、氧元素组成的有机物，在细胞水平上能有效抑制新型冠状病毒的感染，我国印发的《新型冠状病毒肺炎诊疗方案(试行第七版)》中明确规定了其用量。 ·2H3PO4 (1)碳、硅、锗为同一主族元素，则基态硅原子核外有　　　　种运动状态的电子，基态锗原子的最外层电子的轨道表示式为　　　　　　　　　　　。  (2)氮原子价层电子的轨道表示式为　　　　　。  (3)基态Cl原子中，核外电子占据最高能层的符号是　　　　　。  (4)氧元素基态原子核外K层电子的自旋状态　　　(填“相同”或“相反”)。  【答案】(1)14　 (2) (3)M　 (4)相反 【解析】(1)基态硅原子核外有14种运动状态的电子；基态锗原子的最外层电子的轨道表示式为。(2)氮原子价层电子的轨道表示式为。(3)基态Cl原子中，核外电子占据最高能层的符号是M。(4)氧元素基态原子的K层有2个电子，根据泡利原理，K层电子的自旋状态相反。