1、三 电子云与原子轨道 泡利原理、洪特规则、能量最低原理 (40 分钟 70 分)一、选择题(本题包括 8 小题，每小题 5 分，共 40 分)1下列关于能层、能级和轨道之间的关系不正确的是()A每个能层上所有的能级数与能层的序数相等B每个能层(K、L、M)上所有的轨道数对应为 1、3、5C每个能级(s、p、d)上所有的轨道数分别为 1、3、5D每个能层(n)上所有的轨道总数为 n2【解析】选 B。每个能层所包含的轨道数等于该层各能级的轨道数之和，即是能层序数的平方(n2)，B 错误，D 正确。2(2021湖北八校高二检测)以下表示氦原子结构的化学用语中，对电子运动状态描述最详尽的是()A BC
2、1s2D【解析】选 D。A、B、C 三项的表示方法只能说明氦原子核外第一能层有两个电子，但是不能说明这两个电子的运动状态，而 D 项说明两个电子均在 1s 能级，且自旋状态相反。【补偿训练】下列说法正确的是()电子云中的一个小黑点代表一个电子 电子云密度大的地方，说明电子在核外空间单位时间内出现的机会多 原子轨道是指原子运行的轨道 s 电子的电子云呈球形，p 电子的电子云呈哑铃形A B C D【解析】选 D。电子云中的一个小黑点表示电子出现的几率，一个小黑点不能代表一个电子，故错误；电子云密度大的地方，电子出现的几率大，则说明电子在核外空间单位时间内出现的机会多，故正确；原子运行无规则，原子轨
3、道为原子出现的空间区域，故错误；s 电子云球对称，p 电子云轴对称，则 s 电子的电子云呈球形，p 电子的电子云呈哑铃形，故正确。3(2021福州高二检测)硫离子核外具有多少种不同能量的电子()A16 种 B18 种 C2 种 D5 种【解析】选 D。硫离子是由硫原子得到了两电子形成的，核内质子数是 16，核外电子分三层排布，第一层2个，第二层8个，第三层8 个，离子结构示意图为，核外电子排布式为 1s22s22p63s23p6，不同能级上的电子具有不同的能量，所以核外有 5 种不同能量的电子。【补偿训练】(2021盐城高二检测)下列关于氢原子电子云图的说法正确的是()A通常用小黑点来表示电子
4、的多少，黑点密度大，电子数目大B黑点密度大，单位体积内电子出现的机会大C通常用小黑点来表示电子绕核做高速圆周运动D电子云图是对运动无规律性的描述【解析】选 B。小黑点表示电子在核外空间某处出现的机会，不表示电子数目，故 A 错误；小黑点密度大表示电子在原子核外空间的单位体积内电子出现的概率大，故 B 正确；小黑点表示电子在核外空间某处出现的机会，不代表电子的运动轨迹，故 C 错误；电子云图反映电子在核外无规则运动时在某点出现的概率，是对运动的描述，故 D 错误。4下列说法正确的是()A符号 3px 所代表的含义：第三个电子层 px 轨道有 3 个伸展方向B能层数为 3 时，有 3s、3p、3d
5、 三个轨道C氢原子中只有 1 个电子，故氢原子核外只有 1 个轨道Ds 能级的原子轨道半径与能层序数有关【解析】选 D。3px中，3 表示第三电子层，p 原子轨道在三维空间的分布分别沿x、y、z 三个方向，px 表示沿 x 轴方向伸展的 p 轨道，所以 A 错误；能层数为 3时，有 3s、3p、3d 共 3 个能级，共有 9 个轨道，B 项错误；氢原子中确实只有 1个电子，但轨道是人为规定的，可以是空轨道，C 项错误；能层序数越小，s 能级的原子轨道半径越小，D 正确。5.(2021长沙高二检测)基态氢原子的电子云图为球形(如图)，下列有关说法中正确的是()A1 个小黑点表示一个电子BHe 的
6、基态原子两个电子的电子云也是与此大小相同的球形C如果电子发生跃迁，有可能电子云形状变成哑铃形D小黑点密集的地方表示电子在该区域出现的概率小【解析】选 C。在电子云图中，小黑点并不代表电子，A 错误；He 的基态原子为1s2，所以电子云形状相同，但是电子能量不相同，电子云的大小不相同，B 错误；如果氢原子的电子发生了跃迁，进入了其他能级，如 p 能级，则电子云的形状将变成哑铃形，C 正确；小黑点代表电子在核外空间区域内出现的概率，小黑点的疏密与电子在该区域出现的概率大小成正比，D 错误。【补偿训练】(2021铜陵高二检测)下列关于钠元素的几种表达式错误的是()ANa的电子排布图：BNa的结构示意
7、图：CNa 的电子排布式：1s22s22p63s1DNa 的简化电子排布式：Na3s1【解析】选 D。Na 的简化电子排布式为Ne3s1。即上一周期的稀有气体(元素符号)该原子的价电子排布。6下列说法中正确的是()A原子轨道与电子云都是用来描述电子运动状态的B在 p 轨道中电子排布成而不能排布其最直接的根据是泡利原理C如图所示的是 Al 原子的电子云图像D原子核外的 M 层上的 s 能级和 p 能级都填满了电子，而 d 轨道上尚未排有电子的两种原子，其对应元素一定位于同一周期【解析】选 A。原子核外并没有电子云，电子云是电子在核外空间出现概率密度分布的形象化描述，原子轨道和电子云都用来描述电子
8、运动状态而不是表示电子运动轨迹，故 A 正确；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，称为洪特规则，故 B 错误；铝原子核外电子排布为 1s22s22p63s23p1，原子核外电子有 s、p 两种不同形状的电子云，未指明是哪种电子的电子云形状，故 C 错误；原子核外 M 层上的 s、p 轨道都充满电子，而 d 轨道上没有电子，符合条件的原子的核外电子排布式有 1s22s22p63s23p6为氩原子，1s22s22p63s23p64s1 为钾原子，1s22s22p63s23p64s2 为钙原子，不一定处于同一周期，故 D 错误。【补偿训练】(2
9、021张家口高二检测)下列叙述正确的是()A各能层的原子轨道数按 s、p、d、f 的顺序分别为 1、3、5、7B各能层的能级都是从 s 能级开始到 f 能级结束C钾的 M 层有 8 个电子，所以钾的 M 层有 4 个轨道D各能层含有的原子轨道数为 2n2【解析】选 A。各能级的原子轨道数取决于原子轨道在空间的分布情况，s、p、d能级分别含有 1、3、5 个原子轨道，A 正确；各能层的能级都是从 s 能级开始，但能级数等于能层数，不一定到 f 能级结束，B 不正确；钾的 M 层虽然只有 8 个电子，但是含有的轨道数目为 9 个，C 不正确；各能层含有的原子轨道数为 n2 个，D 不正确。7(20
10、21信阳高二检测)下列基态原子的电子排布式不符合构造原理但是正确的是()A16S：1s22s22p63s23p4B24Cr：1s22s22p63s23p63d54s1C12Mg：1s22s22p63s2D基态 P 原子：1s22s22p63s23p2x 3p1z【解析】选 B。根据构造原理，电子在各能级上的排列顺序为 1s、2s、2p、3s、3p、4s、3d且排布的电子数分别为 2、2、6、2、6、2、10故根据构造原理 24Cr 的电子排布式应为 1s22s22p63s23p63d44s2。但是根据洪特规则特例 Cr 的电子排布式为 1s22s22p63s23p63d54s1。所以选 B。而
11、 D 电子排布式错误，应该为1s22s22p63s23p1x 3p1y 3p1z。8(2021九江高二检测)下列各组原子中，彼此化学性质一定相似的是()A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B原子核外 M 层上仅有两个电子的 X 原子与原子核外 N 层上仅有两个电子的 Y原子C2p 轨道上有一个空轨道的 X 原子与 3p 轨道上有一个空轨道的 Y 原子D最外层都只有 1 个电子的 X、Y 原子【解析】选 C。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 层上仅
12、有两个电子的 X 原子为 Mg，原子核外 N 层上仅有两个电子的 Y 原子有多种，如第四周期中 Ca、Fe 等都符合，化学性质不一定相似，B 错误；2p 轨道上有一个空轨道的 X 原子为 C，3p 轨道上有一个空轨道的 Y 原子为 Si，均为A 族元素，同主族元素，化学性质一定相似，C 正确；最外层只有 1 个电子的第A 族元素可以，过渡元素中也有很多最外层只有 1 个电子的(如 Cr、Cu)，故化学性质不一定相似，D 错误。二、非选择题(本题包括 2 小题，共 30 分)9(18 分)(2021临沂高二检测)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
13、_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 nsnnpn1，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 nsn1npn1，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
14、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 nsnnpn1，np 轨道已排有电子，说明 ns 轨道已排满电子，即 n2，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 nsn1npn1，则 n12，n3，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
15、。答案：(1)球 1 哑铃 3(2)2p 垂直 氮(3)S 1s22s22p63s23p4(4)D【补偿训练】(1)下列原子的最外层电子排布式(或轨道表示式)中，哪一种状态的能量较低？氮原子：()钠原子：A.3s1 B3p1()碳原子：()(2)原子序数为 24 的元素原子中有_个能级，_个价电子，_个未成对电子。【解析】(1)根据洪特规则，电子在能量相同的各个轨道上排布时尽可能分占不同的原子轨道，且自旋方向相同，故选 B，选 A。据能量最低原理，核外电子先占据能量低的轨道，再占据能量高的轨道，中由于 s 轨道的能量低于 p 轨道的能量，故选 A。(2)某元素的原子序数为 24，基态原子核外电
16、子排布式为 1s22s22p63s23p63d54s1，原子核外电子排布分成 4 层，有 4 个能层，K能层上有 1 个能级 1s，L 能层上有 2 个能级，分别为 2s、2p 能级，M 能层上有 3 个能级，分别为 3s、3p、3d 能级，N 能层上有 1 个能级，为 1s，7 个能级，价电子排布式为 3d54s1，6 个价电子，3d 能级有 5 个未成对电子，4s1 能级有 1 个未成对电子，共有 6 个未成对电子。答案：(1)B A A(2)7 6 610(12 分)A、B、C、D、E 代表 5 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
17、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 轨道为半充满，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_。【解析】(1)A 元素原子核外共有 7 个电子，则其核内有 7 个质子，因此 A 元素为N。(2)B、C 分别为 17、19 号元素，即分别为 Cl、K。(3)D3的电子排布式为1s22s22p63s23p63d5，可知 D 为 26 号元素，即
18、Fe，其基态原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2。(4)E 元素原子核外共有 29 个电子，第 29 号元素为 Cu，其基态原子的电子排布式为 1s22s22p63s23p63d104s1。答案：(1)N(2)Cl K(3)Fe 1s22s22p63s23p63d64s2(4)Cu 1s22s22p63s23p63d104s1【补偿训练】(2021湖北七市联考)(1)基态氟原子核外 9 个电子，这些电子的电子云形状有_种；氟原子有_种不同能量的电子，价层电子排布图为_。(2)已知锡位于第五周期，与 C 同主族，写出 Sn2的最外层电子排布式：_；Cl中有_种运动状态不同
19、的电子。(3)基态硼原子的核外电子排布图为_。【解析】(1)氟原子电子排布式为 1s22s22p5，含有 s 轨道和 p 轨道 2 种原子轨道，故电子的电子云形状有 2 种；电子能量由能层和能级共同决定，所以氟有 3 种不同能量的电子。氟的最外层电子排布式即价电子排布式为 2s22p5，排布图为。(2)同主族元素最外层电子数相同，Sn 位于第五周期，与 C 同主族，则 Sn2的最外层电子排布式为 5s2；Cl有 18 个电子，所以有 18 种不同运动状态。(3)基态硼原子的核外电子数为 5，电子排布式为 1s22s22p1，电子排布图为答案：(1)2 3(2)5s2 18(3)(20 分钟 3
20、0 分)一、选择题(本题包括 2 小题，每小题 5 分，共 10 分)11(2021长沙高二检测)下列说法错误的是()A电子排布式(22Ti)：1s22s22p63s23p10，违反了泡利原理B电子排布式(6C)：1s22s22p2x，违反了洪特规则Cns 电子的能量不一定高于(n1)p 电子的能量D电子排布式(21Sc)：1s22s22p63s23p63d3，违反了能量最低原理【解析】选 C。根据泡利原理知，3p 轨道最多排 6 个电子，该电子排布式违反了泡利原理，故 A 正确；根据洪特规则知，2p 轨道上的两个电子应排在不同轨道上，该排布式违反了洪特规则，故 B 正确；电子能量与能层和能级
21、都有关，ns 电子的能量一定高于(n1)p 电子的能量，故 C 错误；根据能量最低原理知，电子先排能量低的轨道后排能量高的轨道，该电子排布式违反了能量最低原理，故 D 正确。【补偿训练】(2021临川高二检测)下列有关原子核外电子的能量与运动状态的说法正确的是()A在同一原子中，2p、3p、4p能级的原子轨道数依次增多B在同一能级上运动的电子，其能量一定相同C氢的 K 层和 Na 的 M 层均只有一个电子，所以氢的 K 层和 Na 的 M 层轨道数目相同D在同一原子中，1s、2s、3s、4s能级的原子轨道的平均半径相同【解析】选 B。在同一原子中，无论是 2p、3p 还是 4p 能级都有三个互
22、相垂直的原子轨道，A 项错误。决定电子能量的是能层和能级，也就是说，处于同一能层相同能级上的电子，即使处在不同的原子轨道上，其能量也是相同的，B 项正确。虽然氢的 K 层和 Na 的 M 层均只有一个电子，但 K 和 M 层的轨道数目不相等，分别为 1 个和 9 个，C 项错误。虽然 s 能级上的原子轨道的形状都是球形，但按照 1s、2s、3s、4s的顺序，电子的能量依次增大，电子在离核更远的区域出现的概率逐渐增大，电子云向更大的空间扩展，原子轨道的平均半径逐渐增大，D 项错误。12(2021济宁高二检测)下列说法正确的是()A概率密度的大小体现了电子数目的多少B核外电子的运动规律与普通物体不
23、同，不能用牛顿运动定律来解释C基态 P 原子的 2p 电子的电子云和 3p 电子的电子云均为哑铃形，所以完全相同D氢原子的电子云图像一定不可能为哑铃形【解析】选 B。电子云表示电子在原子核外空间某处出现概率的大小，A 错误；原子核外电子运动不规则，所以不能用牛顿运动定律来解释，B 正确；基态 P 原子的 2p 电子的电子云和 3p 电子的电子云均为哑铃形，但大小不同，C 错误；基态氢原子的电子处于 1s 轨道，电子云形状为球形，但若发生跃迁进入 p、d 等其他能级，则电子云的形状将发生改变，D 错误。【补偿训练】(2021济南高二检测)下列叙述中，正确的是()A1s 电子云轮廓图是一个球面，表
24、示在这个球面以内，电子出现的概率为 100%B在能层、能级以及电子云的伸展方向确定时，电子的运动状态才能确定下来C在现代化学中，常利用原子光谱上的特征谱线来鉴定元素，称为光谱分析D原子核外的电子就像行星围绕太阳一样绕着原子核做圆周运动【解析】选 C。1s 电子云轮廓图是一个球面，是人为划定的球面，1s 电子云轮廓图以外，电子出现的几率小，但不为零，故 A 错误；电子的运动状态由能层、能级、电子云的伸展方向以及电子的自旋状态决定，所以在能层、能级、电子云的伸展方向以及电子的自旋状态确定时，电子的运动状态才能确定下来，故 B 错误；用光谱仪器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，不同
25、元素原子的吸收光谱或发射光谱不同，所以可以利用原子光谱上的特征谱线来鉴定元素，故 C 正确；电子云表示电子在核外空间某处出现的机会，不代表电子的运动轨迹，原子核外的电子运动是无规则的，故 D 错误。二、非选择题(本题包括 1 小题，共 20 分)13(2021晋中高二检测)根据相关物质结构理论，回答下列问题：(1)以下列出的是一些原子的 2p 能级和 3d 能级中电子排布图及 Sc 的电子排布式。试判断，违反了泡利原理的是_，违反了洪特规则的是_，违反了能量最低原理的是_。(21Sc)1s22s22p63s23p63d3(2)某种原子的结构示意图为。则该原子的核电荷数 x 取值范围为_。(3)
26、铁元素常见的离子有 Fe2和 Fe3，稳定性 Fe2_Fe3(填“大于”或“小于”)，原因是_。【解析】(1)，电子排布正确；，违反了两电子在一个轨道内自旋状态相反的原理，即泡利原理；，违反了电子要优先单独占据一个轨道的原理，即洪特规则；，书写正确；(21Sc)1s22s22p63s23p63d3，电子排布应 3p 排布完后先排 4s 能级，未遵循能量最低原理；(2)某种原子的结构示意图为。若该原子的第三层为 8 个电子，则 x20，若第三层排满 18 个电子，则 x30；(3)铁元素常见的离子有 Fe2和 Fe3，Fe2失去两个电子，3d 能级有 6 个电子，Fe3失去 3 个电子，3d 能级半满，更稳定，故稳定性 Fe2小于 Fe3。答案：(1)(2)20 x30(3)小于 Fe2的价电子排布式为 3d6，Fe3的价电子排布式为 3d5，Fe3的 3d 能级为半满状态较稳定