1、第二课时电子云与原子轨道泡利原理、洪特规则、能量最低原理课后篇素养形成必备知识基础练1.在1s、2px、2py、2pz原子轨道中,具有球对称性的原子轨道是()A.1sB.2pxC.2pyD.2pz答案A解析1s原子轨道和2p原子轨道的图像分别为:由图像可看出,呈球对称性的为1s原子轨道。2.下列元素中,未成对电子最多的是()A.NeB.PC.FeD.Cr答案D解析首先分别写出四种元素原子核外电子排布的轨道表示式,然后进行判断。Ne没有未成对电子,P有3个未成对电子,Fe有4个未成对电子,而Cr的未成对电子最多,有6个。3.将nd能级中的电子排布成,而不排布成,其最直接的根据是()A.能量最低原
2、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,基态原子中,填入简并轨道的电子总是先单独分占,且自旋平行。4.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能级原子轨道也在增多D.与s电子原子轨道相同,p电子原子轨道的平均半径也随能层的增大而增大答案D解析A项中,应为“原子核外电子的概率密度分布看起来像一片云雾”,而不是电子像云雾一样笼罩在原子核周围;B项中,处在s原子轨道上的电子,出现在球形内空间的概率为90%;C项中
3、,无论是2p、3p、4p、5p,能级中原子轨道数目都不变,只是能量增加。5.下面是第二周期部分元素基态原子的轨道表示式,据此判断下列说法错误的是()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能层的序数(n)D.若一个能级中有2个电子,则其自旋一定相反答案D解析由题给四种元素原子的轨道表示式可知,在一个原子轨道里,最多只能容纳自旋相反的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且自旋平行,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
4、确;若在同一个原子轨道里有2个电子,则它们的自旋相反,若在同一能级的不同轨道里有2个电子,则自旋相同,故D错。6.若某原子在处于能量最低状态时,外围电子排布为4d15s2,则下列说法正确的是()A.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B.该元素的原子核外共有5个电子层C.该元素原子的M能层中有8个电子D.该元素原子最外层有3个电子答案B解析该元素原子处于能量最低状态时,原子中只有1个未成对电子,A错误;该元素原子核外共有5个电子层,B正确;该元素原子的M能层中有18个电子,C错误;该元素原子最外层有2个电子,D错误。7.(1)氧元素基态原子核外未成对电子为个,第三周期中有两个
5、成单电子的元素符号(填一种即可),M能层上有2对成对电子的原子最外层共有种不同运动状态的电子。(2)写出136号元素原子中未成对电子数为2的元素符号及价层电子排布式:。(3)某元素的原子序数为33,该元素原子的价层电子排布式为,该元素原子核外有个能层,个能级,个原子轨道,有个单电子。答案(1)2Si(或S)6(2)C:2s22p2,Si:3s23p2,Ge:4s24p2,O:2s22p4,S:3s23p4,Se:4s24p4,Ti:3d24s2,Ni:3d84s2(3)4s24p348183解析(1)O原子核外有8个电子,其基态原子核外电子排布式为1s22s22p4,故未成对电子数是2。第三周
6、期中有两个未成对电子(单电子)的元素的价电子排布式为3s23p2或3s23p4,核外电子数为14或16,元素符号为Si或S。M能层上有2对成对电子的原子的电子排布式为1s22s22p63s23p4,最外层有6个电子,每个电子的运动状态不相同,所以共有6种不同运动状态的电子。(2)136号元素中具有最外层为p2、p4、3d2、3d8结构的原子有2个未成对电子。符合条件的元素价层电子排布式为2s22p2、3s23p2、4s24p2、2s22p4、3s23p4、4s24p4、3d24s2、3d84s2,分别为C、Si、Ge、O、S、Se、Ti、Ni元素。(3)先利用能级顺序和排布规律排出其电子排布式
7、:1s22s22p63s23p63d104s24p3,价层电子排布式为4s24p3,得出该元素原子核外有8个能级,共1+1+3+1+3+5+1+3=18个原子轨道(s:1个轨道;p:3个轨道;d:5个轨道),3个单电子。关键能力提升练8.具有下列电子层结构的原子,其对应元素一定属于同一周期的是()A.两种原子的电子层上全部都是s电子B.3p能级上只有一个空轨道的原子和3p能级上有一个未成对电子的原子C.最外层电子排布式为2s22p6的原子和最外层电子排布式为2s22p6的离子D.原子核外M能层上的s能级和p能级都填满了电子,而d能级尚未排有电子的两种原子答案B解析两原子的核外全部都是s电子,则
8、原子具有1s能级或具有1s、2s能级,如果是氢原子与锂原子,二者并不处于同一周期,A项错误。3p能级上只有一个空轨道的原子,其价层电子排布式为3s23p2;3p能级上只有一个未成对电子的原子,其价电子排布式为3s23p1或3s23p5,三者都处于第三周期,B项正确。最外层电子排布式为2s22p6的原子为氖原子;最外层电子排布式为2s22p6的离子可能是阴离子也可能是阳离子,如O2-、Na+等,不一定处于同一周期,C项错误。原子核外M能层上的s、p能级都充满电子,而d能级中没有电子,符合条件的原子有氩原子、钾原子、钙原子,故不一定处于同一周期,D项错误。9.下列关于多电子原子中电子运动规律的叙述
9、正确的是()A.所有的电子在同一区域里运动B.在离原子核较近的区域内运动的电子能量较高,在离原子核较远的区域内运动的电子能量较低C.处于最低能量的原子叫基态原子D.同一原子中,4s、4p、4d、4f所能容纳的电子数越来越多,各能级能量大小相等答案C解析在含有多个电子的原子里,电子分别在能量不同的区域内运动,A错误;在多电子的原子中,电子的能量是不相同的,在离原子核较近的区域内运动的电子能量较低,在离原子核较远的区域内运动的电子能量较高,B错误;处于最低能量的原子叫基态原子,当基态原子吸收能量后,电子会跃迁到较高能级,变成激发态原子,C正确;同一原子中,4s、4p、4d、4f能级所能容纳的电子数
10、越来越多,但第四能层中,这四种能级的能量大小不同,其能量大小顺序为E(4s)E(4p)E(4d)E(4f),D项错误。10.下列关于价层电子排布式为3s23p4的粒子的描述正确的是()A.它的元素符号为OB.它的核外电子排布式为1s22s22p63s23p4C.可以与H2化合生成常温下呈液态的化合物D.其轨道表示式为:答案B解析价层电子排布式为3s23p4的原子是S,O原子的价电子排布式为2s22p4,A错误;S原子的电子排布式为1s22s22p63s23p4,B正确;硫和氢气化合生成的硫化氢在常温下是气体而不是液体,C错误;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,且自旋平
11、行,所以D项中的轨道表示式违反洪特规则,D错误。11.(双选)下列电子排布式或轨道表示式书写正确的是()A.O原子的轨道表示式:B.Ca原子的电子排布式:1s22s22p63s23p63d2C.N原子的轨道表示式:D.Br-的电子排布式:Ar3d104s24p6答案CD解析A项中O原子的轨道表示式违背洪特规则;B项中Ca原子的电子排布式违背能量最低原理。12.下列各组原子中,彼此化学性质一定相似的是()A.电子排布式为1s2的X原子与电子排布式为1s22s2的Y原子B.原子核外M能层上仅有两个电子的X原子与原子核外N能层上仅有两个电子的Y原子C.2p能级中有一个空轨道的X原子与3p能级中有一个
12、空轨道的Y原子D.最外层都只有1个电子的X、Y原子答案C解析电子排布式为1s2的原子为He,电子排布式为1s22s2的原子为Be,两者化学性质不相似,A错误;原子核外M能层上仅有两个电子的X原子为Mg,原子核外N能层上仅有两个电子的Y原子有多种,如第四周期中Ca、Fe、Zn等,化学性质不一定相似,B错误;2p能级中有一个空轨道的X原子为C,3p能级中有一个空轨道的Y原子为Si,均为第A族元素,同主族的C和Si化学性质相似,C正确;原子最外层只有1个电子有第A族元素及部分过渡元素(如Cr、Cu),其化学性质不一定相似,D错误。13.根据核外电子的排布特点推断元素。(1)A元素基态原子的最外层有3
13、个未成对电子,次外层有2个电子,其元素符号为;其价层电子的轨道表示式为。(2)B元素的正三价离子的3d能级为半充满,B的元素符号为,其基态原子的电子排布式为,其原子的结构示意图为。(3)C元素基态原子的M能层全充满,N能层没有成对电子且只有一个未成对电子,C的元素符号为,其基态原子的电子排布式为。(4)D元素的原子最外层电子排布式为nsnn,则n=;原子中能量最高的是电子,核外电子轨道表示式为。答案(1)N(2)Fe1s22s22p63s23p63d64s2(或Ar3d64s2)(3)Cu1s22s22p63s23p63d104s1(或Ar3d104s1)(4)22p解析(1)A元素基态原子的
14、轨道表示式由题意可写成:,则该元素核外有7个电子,为氮元素,其元素符号为N。(2)B元素原子失去2个4s电子和1个3d电子后变成+3价离子,其原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2,即26号元素铁。(3)C元素的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s1,故C元素为Cu。(4)由题意D元素的原子最外层电子排布式为2s22p4,则n=2。14.已知X、Y、Z、W、Q、R、E七种元素中,原子序数XYZWQRE,其结构或性质信息如下表。元素结构或性质信息X原子的L能层上s电子数等于p电子数Y元素原子最外层电子排布式为nsnnpn+1Z单质在常温、常压下是气
15、体,原子的M能层上有1个未成对的p电子W元素的正一价离子的电子层结构与氩原子相同Q元素的核电荷数为Y和Z之和R元素的正三价离子的3d能级为半充满E元素基态原子的M能层全充满,N能层没有成对电子,只有一个未成对电子请根据信息回答有关问题:(1)元素X的原子核外共有种不同运动状态的电子,有种不同能级的电子。元素Y的原子核外未成对电子数为;元素Z的价层电子排布式为。(2)元素Q的基态原子电子排布式为,R的元素符号为,E元素基态原子的价层电子排布式为。(3)含有元素W的盐的焰色试验为色,许多金属元素形成的盐都可以发生焰色试验,其原因是。答案(1)6333s23p5(2)1s22s22p63s23p63
16、d54s1Fe3d104s1(3)紫激发态的电子从能量较高的轨道跃迁到能量较低的轨道时,以一定波长(可见光区域)的光的形式释放能量,发出不同颜色的光解析X元素原子的L能层上s电子数等于p电子数,即其电子排布式为1s22s22p2,故X为碳元素,其原子核外共有6种不同运动状态的电子,有3种不同能级的电子。元素Y的原子的最外层电子排布式为2s22p3,则Y为氮元素。Z元素原子的M能层上有1个未成对的p电子,可能为Al或Cl,单质在常温、常压下是气体的是Cl2,故Z为Cl元素;W元素正一价离子与氩原子核外电子层结构相同,则W为钾元素;Q为Cr元素,基态原子电子排布式为1s22s22p63s23p63
17、d54s1;R元素原子失去2个4s电子和1个3d电子后变成+3价离子,其原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2,即R为26号元素Fe;根据题给信息,E元素原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s1,该元素为29号元素Cu,其原子的价层电子排布式为3d104s1。学科素养拔高练15.有四种短周期元素,与其相关的结构、性质等信息如下表所述:元素结构、性质等信息A是短周期中(除稀有气体外)原子半径最大的元素,该元素的某种合金是原子反应堆的导热剂BB与A同周期,其最高价氧化物对应水化物具有两性C元素的气态氢化物极易溶于水,可用作制冷剂D是海水中除氢、氧元素外含
18、量最高的元素,其单质或化合物也是自来水生产过程中常用的消毒杀菌剂请根据表中信息回答下列问题:(1)A元素基态原子的电子排布式为。(2)B元素在元素周期表中的位置为。(3)C基态原子的轨道表示式是,其原子核外有个未成对电子,能量最高的电子为轨道上的电子,其原子轨道呈形。(4)D原子的电子排布式为,D-的结构示意图是。(5)B的最高价氧化物对应的水化物与A的最高价氧化物对应的水化物反应的化学方程式为,B的最高价氧化物对应的水化物与D的氢化物的水溶液反应的化学方程式为。答案(1)1s22s22p63s1(2)第三周期第A族(3)32p哑铃(4)1s22s22p63s23p5或Ne3s23p5 (5)NaOH+Al(OH)3NaAlO2+2H2O3HCl+Al(OH)3AlCl3+3H2O解析根据同周期和同主族元素原子半径的变化规律可知,短周期元素中(除稀有气体外)原子半径最大的元素是Na,且钠与钾的合金是原子反应堆的导热剂;与钠元素同周期且最高价氧化物对应的水化物具有两性的元素是Al;NH3极易溶于水,且可用作制冷剂,故C元素是N;海水中除氢、氧元素外含量最高的元素D是Cl,其单质(Cl2)或化合物(ClO2等)可用作自来水生产过程中常用的消毒杀菌剂。