1、专题2原子结构与元素的性质第一单元原子核外电子的运动1.下列叙述中,不属于核外电子运动特点的是()A.质量很小B.运动范围很小C.运动速率很大D.有确定的运动轨道解析:核外电子的质量极小,仅为质子质量的11 836,约为9.110-31 kg,在直径约为10-10 m的空间内做高速运动,运动速率已近光速。所以,不能同时准确测定电子在某一时刻所处的位置及运动速率,也不能描画出它的运动轨迹,即没有确定的运动轨道。答案:D2.下列有关电子云和原子轨道的说法中正确的是()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能级原子轨道呈球形,处于该轨道上的电子只能在球壳内运动C.p能级原子轨
2、道呈纺锤形,随着能层的增加,p能级原子轨道也在增多D.p能级原子轨道与s能级原子轨道的平均半径都随能层序数的增大而增大解析:电子云表示电子在核外某一区域出现的概率,故A选项错误;原子轨道是电子出现概率约为90%的电子云空间,只是表明电子在这一空间区域内出现的机会大,在此空间区域外出现的机会小,故B选项错误;无论能层序数n如何变化,每个p能级都有3个原子轨道且相互垂直,故C选项错误;电子的能量越高,电子在离核更远的区域出现的机会越大,电子云将向更大的空间扩展,原子轨道半径会逐渐增大。答案:D3.在1s、2px、2py、2pz轨道中,具有球对称性的是()A.1sB.2pxC.2pyD.2pz解析:
3、1s轨道和2p轨道的图像分别为:由图像可以看出,呈球对称性的为1s原子轨道。答案:A4.下列能级中轨道数为5的是()A.s能级B.p能级C.d能级D.f能级解析:s、p、d、f能级中的轨道数分别为1、3、5、7。答案:C5.某元素基态原子失去3个电子后,3d轨道半充满,其原子序数为()A.24B.25C.26D.27解析:根据核外电子的排布规律,失去3个电子后,3d轨道半充满即离子的电子排布式为Ar3d5,所以该原子的原子序数为18+5+3=26。答案:C6.下列各能层中不包含d能级的是()A.N能层B.M能层C.O能层D.K能层解析:在每一个能层中,能级符号的顺序是ns、np、nd、nf(n
4、代表能层)。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:第一能层只有1个能级(1s),第二能层有2个能级(2s和2p),第三能层有3个能级(3s、3p和3d),依次类推。前两个能层没有d能级,从第三个能层才开始出现d能级。答案:D7.基态原子的核外电子排布的原则不包括()A.能量守恒定律B.能量最低原理C.泡利不相容原理D.洪特规则解析:基态原子的核外电子排布必须遵循三个原则:泡利不相容原理、能量最低原理和洪特规则。能量守恒定律与此无关。答案:A8.24Cr原子处于基态时,外围电子排布式可表示成3d54s1,而不是3d44s2。下列说法中,正确的是()A.这两种排布方式都符合能量
5、最低原理B.这两种排布方式都符合泡利不相容原理C.这两种排布方式都符合洪特规则D.这个实例说明洪特规则有时候和能量最低原理是矛盾的解析:电子排布满足洪特规则是为了更好地遵守能量最低原理。洪特规则特例:能量相同的原子轨道在全满(p6和d10)、半满(p3和d5)和全空(p0和d0)状态时,体系能量最低,原子最稳定。答案:B9.下列说法中正确的是()A.处于最低能量的原子叫作基态原子B.3p2表示3p能级有两个轨道C.同一原子中,1s、2s、3s电子的能量逐渐减小D.同一原子中,2p、3p、4p能级的轨道数依次增多解析:B错,3p2表示3p能级有两个电子;C错,同一原子中,1s、2s、3s电子的能
6、量逐渐增大;D错,同一原子中,2p、3p、4p能级的轨道数相同。答案:A10.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15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的原子解析:解答该题时要依据构造原理和原子核外电子排布规则,逐项认真分析。A项,3p能级有一个空轨道,说明3p上填2个电子,因填1个
7、电子有2个空轨道,填3个电子或3个电子以上无空轨道,则3p上有2个电子,3s上肯定已填满,价电子排布式为3s23p2,因此A中两微粒相同。M层全充满而N层为4s2,M层上有d轨道,即核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s2,显然是锌元素,而价电子排布式为3d64s2的是铁元素,B选项符合题意。C中价电子排布式为4s24p5,则3d上已排满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15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,可讨论只
8、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。D中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,D选项不符合题意。答案:B11.下列元素中,电子排布式不正确的是()A.Nb4d45s1B.Cr3d44s2C.Ar3s23p6D.Ni3d84s2解析:能量相同的原子轨道在全充满(p6和d10),半充满(p3和d5)和全空(p0和d0)状态时,体系能量较低,原子较稳定。故B项中Cr的电子排布应为3d54s1。答案:B12.构造原理揭示的电子排布能级顺序,实质上是各能
9、级能量的高低。若以E(nl)表示某能级的能量,以下各式中正确的是()A.E(5s)E(4f)E(4s)E(3d)B.E(3d)E(4s)E(3p)E(3s)C.E(4s)E(3s)E(2s)E(4s)E(4f)E(3d)解析:根据构造原理,各能级能量的大小顺序为1s2s2p3s3p4s3d4p5s能量由低到高,A项和D项正确顺序为E(4f)E(5s)E(3d)E(4s);对于不同能层的相同能级,能层序数越大,能量越高。答案:B13.(1)以下列出的是一些原子的2p能级和3d能级中电子排布的情况。试判断,哪些违反了泡利不相容原理,哪些违反了洪特规则。(2)某元素的激发态(不稳定状态)原子的电子排
10、布式为1s22s22p63s13p33d2,则该元素基态原子的电子排布式为;其最高价氧化物对应的水化物的化学式是。(3)将下列多电子原子的原子轨道按轨道能量由低到高顺序排列。2s3d4s3s4p3p轨道能量由低到高的排列顺序是。解析:(1)从图中可看出同一轨道中不应有自旋状态相同的电子,违反了泡利不相容原理;中成单电子自旋状态应相同,5个电子应分占5个轨道,中成单电子自旋状态应相同,所以违反了洪特规则。(2)3p的能量小于3d,激发态电子排布式为1s22s22p63s13p33d2,基态应为1s22s22p63s23p4。此原子核外电子数为16,其质子数也为16,该元素为硫,最高价氧化物对应的
11、水化物的化学式是H2SO4。(3)原子轨道按轨道能量由低到高的顺序排列:2s3s3p4s3d4p。答案:(1)(2)1s22s22p63s23p4H2SO4(3)2s3s3p4s3d4p14.按照下列元素基态原子的电子排布特征判断元素,并回答问题。A的原子中只有一个能层且只含1个电子;B的原子的3p轨道上得到1个电子后不能再容纳外来电子;C的原子的2p轨道上有1个电子的自旋状态与其他电子的自旋状态相反;D的原子第三能层上有8个电子,第四能层上只有1个电子;E原子的外围电子层排布式为3s23p6。(1)写出由A、B、C、D中的三种元素组成的化合物的化学式(至少写出5个):。(2)写出用上述元素组
12、成的物质制得A的单质的化学方程式(至少写出2个):。(3)检验某溶液中是否含有D+,可通过反应来实现;检验某溶液中是否含有B-,通常所用的试剂是和。(4)写出E的元素符号,要判断太阳上是否含有E元素,可采用的方法是。解析:由A的原子中只有一个能层且只含1个电子得到A为氢元素;由B的原子的3p轨道上得到1个电子后不能再容纳外来电子,可得B的电子排布式为1s22s22p63s23p5,即B为氯元素;C的原子的2p轨道上有1个电子的自旋状态与其他电子的自旋状态相反,所以C的2p轨道上应有4个电子,所以C为氧元素;D的原子第三能层上有8个电子,第四能层上只有1个电子,所以D为钾元素;E原子的外围电子排
13、布式为3s23p6,即E最外层为8电子结构,所以E为氩元素。很多的稀有气体都是通过光谱分析发现的。答案:(1)KOH、KClO、KClO3、HClO、HClO3等(2)2H2O2H2+O2;2K+2H2O2KOH+H2(3)焰色AgNO3溶液稀硝酸(4)Ar对太阳光进行光谱分析15.X原子在第二能层上只有一个空轨道,则X是,其电子排布图为;R原子的3p轨道上只有一个未成对电子,则R元素可能是;Y原子的核电荷数为33,其外围电子排布式为,其在元素周期表中的位置是,是属于区的元素。解析:X原子第二能层只有一个空轨道,则在2p能级上有2个电子,X是C;R原子的3p轨道上只有一个未成对电子,则3p能级
14、上有5个电子,R元素为Cl;Y原子核电荷数为33,该元素为As,在周期表中位置为第4周期A族。答案:CCl4s24p3第4周期A族p16.A、B、C、D是四种短周期元素,E是过渡元素。A、B、C同周期,C、D同主族,A的原子结构示意图为,B是同周期除稀有气体外半径最大的元素,C的最外层有三个成单电子,E的外围电子排布式为3d64s2。回答下列问题:A为(写出元素符号,下同),其电子排布式是;B为,其简化电子排布式是;C为,其价电子排布式是;D为,其电子排布图是;E为,其原子结构示意图是。解析:由题意可知,A为Si,B为Na,C为P,则D为N,E为Fe。这五种元素电子排布式分别为A:1s22s2
15、2p63s23p2,B:1s22s22p63s1,C:1s22s22p63s23p3,D:1s22s22p3,E:1s22s22p63s23p63d64s2。由电子排布式可写出其他。答案:Si1s22s22p63s23p2NaNe3s1P3s23p3NFe17.写出具有下列电子排布的原子的核电荷数、名称、元素符号及在周期表中的位置。(1)1s22s22p63s23p4(2)1s22s22p63s23p63d104s24p65s2(3)1s22s22p63s23p63d104s24p64d105s25p66s1解析:此题的突破口是看各原子的电子排布式。根据具有的电子层数和最外层电子数确定在周期表
16、中的位置。所有的问题也就迎刃而解了。答案:(1)核电荷数为16硫(S)第3周期A族(2)核电荷数为38锶(Sr)第5周期A族(3)核电荷数为55铯(Cs)第6周期A族18.下表给出了五种元素的相关信息,其中X、Y、Z、W为短周期元素。元素相关信息X在常温、常压下,其单质是气体,随着人类对环境的认识和要求的提高,它将成为备受青睐的清洁燃料Y工业上通过分离液态空气获得其单质,其某种同素异形体是保护地球地表环境的重要屏障Z植物生长三要素之一,它能形成多种氧化物,其中一种是早期医疗中使用的麻醉剂W室温下其单质呈粉末状固体,加热易熔化。该单质在氧气中燃烧,发出明亮的蓝紫色火焰M它是人体不可缺少的微量元素
17、,其单质也是工业生产中不可缺少的金属原材料,常用于制造桥梁、楼房等根据上述信息填空:(1)Y元素的基态原子含有几个能层:,其中第二能层中有哪几个能级:;画出W的原子结构示意图:。(2)Z与X形成的某一化合物能和Z与Y形成的另一无色化合物(这两种化合物分子中原子个数比皆为12)一起用作火箭助推剂,写出两者发生反应生成无毒物质的化学方程式:。(3)某矿藏主要含W、M两种元素组成的化合物,它是我国生产某强酸的主要原料。试写出该生产过程中第一阶段发生的主要反应的化学方程式:。解析:(1)氢气是一种清洁燃料,所以X为氢元素;臭氧对紫外线有吸收作用,是保护地球地表环境的重要屏障,所以Y为氧元素,其基态原子
18、含有K层与L层两个能层,L电子层为第二能层,有两个能级,是s、p能级(即2s和2p);氮、磷、钾是植物生长三要素,N2O俗名“笑气”,是早期医疗中使用的麻醉剂,所以Z为氮元素;单质硫在氧气中燃烧,发出明亮的蓝紫色火焰,所以W为硫元素;日常生产和生活中最常用的金属是铁、铜和铝,其中只有铁是人体不可缺少的微量元素,所以M为铁元素。(2)氮和氢形成的原子个数比为12的化合物为N2H4,氮和氧形成的原子个数比为12的化合物有NO2和N2O4,其中N2O4是无色气体,NO2是红棕色气体,N2H4和N2O4反应生成的无毒的N2和H2O。(3)我国主要以黄铁矿(主要成分是FeS2)为原料制备硫酸,其第一阶段主要反应是煅烧黄铁矿。答案:(1)二2s和2p (2)2N2H4+N2O43N2+4H2O(3)4FeS2+11O22Fe2O3+8SO26