1、原子结构模型(30分钟50分)一、选择题(本题包括6小题,每小题3分,共18分)1.(2020济南高二检测)在实验室中用下列装置可以得到氢原子光谱,实验证明该光谱为线状光谱,该光谱的发现在原子结构的认识过程中,有极为重要的意义,根据它产生了()A.卢瑟福核式原子模型B.汤姆孙“葡萄干布丁”模型C.玻尔核外电子分层排布模型D.原子结构的量子力学模型【解析】选C。玻尔的原子结构模型是为了解释氢原子光谱为线状光谱而不是连续光谱而提出的。【补偿训练】1.为揭示氢原子光谱是线状光谱这一事实,玻尔提出了核外电子的分层排布理论,下列说法中,不符合这一理论的是()A.电子绕核运动具有特定的半径和能量B.在给定
2、的稳定轨道上,运动的核外电子不辐射能量C.电子跃迁时,会吸收或放出特定的能量D.揭示氢原子光谱存在多条谱线【解析】选D。玻尔的原子结构模型只能解释氢原子光谱是线状光谱,要解释氢原子光谱的多重谱线,需用量子力学理论来解释。2.在自由原子中,电子从n=1的原子轨道上跃迁到n=2的某原子轨道上,理论上产生光谱线的条数是()A.1B.2C.3D.4【解析】选B。n=1的原子轨道只有1s能级,n=2的原子轨道有2s、2p两种,并且这两种轨道的能量不同,所以电子既可以从1s能级跃迁到2s能级,也可以从1s能级跃迁到2p能级,相应地,也就可以产生两条对应不同能量差的谱线。2.下列电子层中,原子轨道的数目为4
3、的是()A.K层B.L层C.M层D.N层【解析】选B。s、p、d、f能级中的轨道数目分别为1、3、5、7。每个电子层中含有不同的能级,K层有1个s能级,原子轨道数目为1。L层中含有1个s能级和1个p能级,原子轨道数目为4。M层含有1个s能级、1个p能级和1个d能级,原子轨道数目为9。N层含有1个s能级、1个p能级、1个d能级和1个f能级,原子轨道数目为16。3.图a和b分别是1s电子的概率分布图和原子轨道图。下列有关认识正确的是()A.a中的每个小点表示1个电子B.b表示1s电子只能在球体内出现C.b表明1s轨道呈球形,有无数条对称轴D.a中的小点表示某一时刻,电子在核外所处的位置【解析】选C
4、。电子云图中的小点的疏密程度表示电子在该区域出现概率大小,单个小点无实际意义,A、D错;图b所示电子在该区域出现的概率大,在此之外也能出现,不过概率很小,B错;1s轨道在空间呈球形对称,C正确。【补偿训练】1.下列有关电子云和原子轨道的说法正确的是()A.电子云图中,小点密集表示该处的电子多B.原子轨道表示原子核外电子运动的轨迹C.3p轨道比2p轨道数目多D.多电子原子中电子离核的平均距离4s3s2s【解析】选D。电子云是对电子运动的形象化描述,小点的密集程度表示电子在该处出现的概率的大小。核外电子运动不可描画轨迹,原子轨道是指一定能量的电子运动的主要空间区域。由以上概念可知A、B项错误;不管
5、2p或3p或任何其他电子层的p轨道,总是3个互相垂直的轨道,所以C项错误;电子层序数越大,则它的各种轨道伸展程度就越大,即电子运动离核平均距离就越远,D项正确。2.下列有关电子云的叙述中,正确的是()A.电子云是用来形象地描述电子运动状态的B.电子云直观地表示了核外电子的数目C.1s电子云界面图是一个球面,表示在这个球面以外,电子出现的概率为零D.电子云是电子绕核运动形成了一团带负电荷的云雾【解析】选A。为了形象地表示电子在原子核外空间的分布状况,人们常用单位体积内小点的疏密程度来表示电子在原子核外单位体积内出现概率的大小:点密集的地方,表示在那里电子在单位体积内出现的概率大;点稀疏的地方,表
6、示在那里电子在单位体积内出现的概率小,这就是电子云。1s电子云界面以外,电子出现的概率不为零,只是出现的概率很小。4.(双选)下列关于碳原子的描述正确的是()A.碳-12原子CB.原子结构示意图:C.原子轨道数:5D.原子中的能级数:6【解析】选B、C。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C,A错误;碳原子结构示意图为,B正确;碳原子的原子轨道数为5,C正确; 碳原子有3个能级,D错误。5.(双选)对钠原子的第3电子层的p轨道3px、3py、3pz间的差异,下列几种说法中正确的是()A.它们是同一条轨道B.电子的能量相同C.电子云在空间的伸展方向相同D.电子云形
7、状相同【解析】选B、D。3px、3py、3pz表示的是量子数相同,分别相对于x、y、z轴对称的p轨道;这3个原子轨道电子云的形状相同,电子云在空间的伸展方向互相垂直,且能量相同。【补偿训练】下列说法正确的是()A.s轨道呈圆形B.科学家们采用统计的方法来描述电子在原子核外某一区域出现的机会C.电子云中小点的密度表示了电子的多少D.f轨道有5个伸展方向【解析】选B。s轨道为球形,A错误;电子云的小点不是真正的电子,而是电子在这一区域曾经出现过,C错误; f轨道有7个伸展方向,D错误。6.(2020青岛高二检测)下列说法正确的是()A.不同的原子轨道形状一定不相同B.p轨道相对于x、y、z轴对称,
8、因此p轨道上的电子运动轨迹也沿x、y、z三个方向对称C.2p能级有3个p轨道D.氢原子的电子运动轨迹呈球形【解析】选C。不同能级的原子轨道形状可以相同,如1s、2s能级的原子轨道都是球形,只是半径不同,A错。现在的技术无法测定电子在原子核外的运动轨迹,原子轨道只是体现电子的运动状态,B、D错。任何电子层的p能级都有3个p轨道,C正确。【补偿训练】(双选)下面有关“核外电子的运动状态”的说法中,错误的是()A.各原子轨道的伸展方向按p、d、f的顺序分别为1、3、5B.只有在电子层、原子轨道、原子轨道伸展方向及电子的自旋状态都确定时,电子的运动状态才能被确定下来C.原子核外可能有两个电子的运动状态
9、是相同的D.原子轨道伸展方向与能量大小是无关的【解析】选A、C。各原子轨道的伸展方向按p、d、f的顺序分别为3、5、7,A错误;原子核外不可能有运动状态相同的两个电子,C错误。二、非选择题(本题包括1小题,共12分)7.(2020银川高二检测)填空:(1)符号3px所代表的含义是_(填字母,下同)。A.3px轨道上有3个电子B.第3个电子层3px轨道有三个伸展方向C.px电子云有3个伸展方向D.第3电子层相对于x轴对称的p轨道(2)基态铝原子核外电子云有_种不同的伸展方向,共有_种不同能级的电子,有_种不同运动状态的电子。(3)O2-核外电子的运动状态有_种。(4)对于排布在2s轨道上的电子,
10、不能确定的是_。a.电子所在的电子层b.电子的自旋状态c.电子云的形状d.电子云的伸展方向【解析】(1)3px中,3表示第3电子层,p原子轨道在空间的分布分别沿x、y、z三个方向,px表示相对于x轴对称的p轨道。(2)s轨道只有1个伸展方向、p轨道有3个伸展方向,Al核外电子排布为1s22s22p63s23p1,涉及3个s轨道、2个p轨道,因此其核外电子云(轨道)的伸展方向有9种;核外13个电子的运动状态各不相同,因此核外有13种不同运动状态的电子。(3)O2-核外有10个电子,O2-核外有几个电子就有几种运动状态,则O2-核外有10种不同运动状态的电子。(4)排布在2s轨道上的电子,在第2电
11、子层的s轨道上,s能级的电子云形状为球形,不能确定电子的自旋状态。答案:(1)D(2)9513(3)10(4)b【补偿训练】(1)在基态多电子原子中,关于核外电子能量的叙述错误的是_(填字母)。a.最易失去电子的能量最高b.同一个电子层上的不同能级上的原子轨道,能量大小不同c.p轨道电子能量一定高于s轨道电子能量d.在离核最近区域内运动的电子能量最低e.同一原子轨道上,原子核外电子的运动状态相同(2)比较下列多电子原子的原子轨道的能量高低。1s,3d_;3s,3p,3d_;2p,3p,4p_;3px,3py,3pz_。【解析】(1)能量越高的电子在离核越远的区域内运动,也就越容易失去,a正确。
12、多电子原子在第n层中不同能级的能量大小顺序为E(ns)E(np)E(nd)E(nf),b正确。同一电子层中的p轨道电子能量一定比s轨道电子能量高,但外层s轨道电子能量比内层p轨道电子能量高,c不正确。离核越近,电子能量越低,d正确。同一原子轨道上的电子自旋状态有两种,所以电子的运动状态不同,e不正确。(2)在多电子原子中,原子轨道能量的高低存在如下规律:形状相同的原子轨道能量的高低:1s2s3s4s,3d4d5d;相同电子层上原子轨道能量的高低:nsnpndnf;电子层和能级均相同的原子轨道的能量相等,如3px=3py=3pz轨道的能量相等。答案:(1)c、e(2)1s3d3s3p3d2p3p
13、4p3px=3py=3pz一、选择题(本题包括2小题,每小题5分,共10分)8.(2020淮北高二检测)下列有关核外电子运动状态的说法正确的是()A.电子自旋就是电子围绕轴“自转”B.原子轨道可用来描述核外电子的运动状态C.第二电子层有自旋状态不同的两个轨道D.原子轨道可用来描述核外电子的运动轨迹【解析】选B。电子的自旋表示处于同一原子轨道上电子的量子化运动,自旋不是“自转”;原子轨道可用来描述原子中单个电子的空间运动状态,它只能描述核外电子高频出现的“区域”,而不是核外电子运动的轨迹;第二电子层有四个轨道,分别为2s、2px、2py、2pz。综上所述,B项正确。9.(双选)下列有关电子层和能
14、级的有关叙述中正确的是()A.M电子层有s、p共2个能级,最多能容纳8个电子B.3d能级最多容纳10个电子,4f能级最多容纳14个电子C.无论哪一电子层的s能级最多容纳的电子数均为2D.任何电子层都有s、p能级,但不一定有d能级【解析】选B、C。A项,M电子层有s、p、d共3个能级,最多容纳18个电子;B项,3d能级最多容纳10个电子,从N电子层开始有f能级,最多容纳14个电子;C项,每个电子层都从s能级开始,且s能级最多容纳2个电子;D项,K电子层只有s能级,不含有p能级。二、非选择题(本题包括1小题,共10分)10.(1)如图是某原子核外第2电子层的原子轨道示意图,请填写对应的符号:(2)
15、3d能级中原子轨道所在的电子层数是_,该能级的原子轨道最多可以有_种空间伸展方向,最多可容纳_个电子。(3)下列能级原子轨道数为5的是_(填字母)。A.s能级B.p能级C.d能级D.f能级【解析】(1)电子层数为2时,有2s、2px、2py、2pz四个原子轨道。(2)3d能级中,n=3表示所在电子层为M层,该能级有5个原子轨道,表示原子轨道有5种伸展方向,每个原子轨道最多容纳2个电子,所以3d能级最多容纳10个电子。(3)s、p、d、f能级中的轨道数目分别为1、3、5、7。答案:(1)2s2py2pz2px(2)3510(3)C【补偿训练】(1)玻尔原子结构模型成功地解释了_的实验事实,电子所
16、处的轨道的能量是_的。最大不足之处是_。(2)p能级上有_个原子轨道,在空间沿_轴对称,记为_,_,_,其能量关系为_。(3)K层有_个能级,用符号分别表示为_,L层有_个能级,用符号分别表示为_,M层有_个能级,用符号分别表示为_。由此可推知,n电子层最多可能有_个能级,能量最低的两个能级其符号分别表示为_。【解析】(1)线状光谱与量子化之间有必然的联系。(2)p能级有3个能量相同、伸展方向不同的原子轨道。(3)第n个电子层有n个能级;核外电子的能量取决于该电子所处的电子层和能级。答案:(1)氢原子光谱是线状光谱量子化某些光谱现象难以用该模型解释(2)3x、y、zpxpypzpx=py=pz(3)11s22s、2p33s、3p、3dnns、np
