高中化学选修3 原子结构及习题

第一章原子结构与性质

一、原子结构

1、能级与能层

电子云：用小黑点得疏密来描述电子在原子核外空间出现得机会大小所得得图形叫电子

云图、离核越近，电子出现得机会大,电子云密度越大;离核越远，电子出现得机会小,电子云

密度越小、

电子层（能层）：根据电子得能量差异与主要运动区域得不同，核外电子分别处于不同得

电子层、原子由里向外对应得电子层符号分别为K、L、M、N、0、P、Q、

原子轨道（能级即亚层）：处于同一电子层得原子核外电子,也可以在不同类型得原子轨

道上运动，分别用s、p、d、f表示不同形状得轨道,s轨道呈凝、p轨道呈哑铃形

能层（n）—二—四五六七

符号KLN0pQ

能级⑴Is2s2P3s3P3d4s4P4d4f5s.......

最多22626102610142—

电子数281832......2n2

2、原子轨道

劭谓畛J，电子的原子轨道呈球形对称

但垣形伏片电子的原子轨道呈哑铃形

能级上1个

»1〉能级上3个

各能级上的原子轨道数目“d能级上5个

，“能级上7个

'①相同能层上原子轨道能量的高低:

ns<»q><nd<Mf

②形状相同的原子轨道能量的高低:

能量关系Is<2s<3s<4s...

③同一能层内形状相同而伸展方向

不同的原子轨道的能量相等，如

,2p*、2]>‘、2P用I道的能量相等

3、原子核外电子排布规律

（1）构造原理：随着核电荷数递增，大多数元素得电中性基态原子得电子按下图顺序填入核

外电子运动轨道（能级），叫做构造原理。

原子核外电子得运动特征可以用电子层、原子轨道（亚层）与自旋方向来进行描述、

、_

▼、⑧、⑥®®

・@、危）、、⑥、⑥

⑥®⑥®、、

⑥⑥⑥项

，④&④「'

,◎、&'、'

*点'

能级交错:由构造原理可知，电子先进入4s轨道，后进入3d轨道，这种现象叫能级交错。

（2）能量最低原理:电子先占据能量低得轨道,再依次进入能量高得轨道、

（3）泡利（不相容）原理：一个轨道里最多只能容纳两个电子，且自旋方向相反（用“tJ”

表示），这个原理称为泡利原理。

（4）洪特规则:当电子排布在同一能级得不同轨道（能量相同）时,总就是优先单独占据一个轨

道，而且自旋方向相同，这个规则叫洪特规则。比如，p3得轨道式为万卜卜[而不

就是tIf。

洪特规则特例：在等价轨道得全充满（P\dRfl"）、半充满（p3、d\『）、全空时（p°、

d°、f°）得状态，具有较低得能量与较大得稳定性、如24cr[Ar]3d54s<29CU[Ar]3d4s

1

前36号元素中，全空状态得有4Be2s22pO、12Mg3s23p0,20Ca4s23d0;

半充满状态得有：7N2s22P3、15P3s23P3、24Cr3d54s1、25Mn3

0154s2、33As4s24p3；全充满状态得有IONe2s22P6、18Ar3s23P6、29Cu3d104s

1、30Zn3dl04s2、36Kr4s24P6.

4、基态原子核外电子排布得表示方法

⑴电子排布式

①用数字在能级符号得右上角表明该能级上排布得电子数，这就就是电子排布式，例如

K：Is22s22P63s23P64sl。

②为了避免电子排布式书写过于繁琐,把内层电子达到稀有气体元素原子结构得部分以

相应稀有气体得元素符号外加方括号表示，例如K：[Ar]4slo

（2）电子排布图（轨道表示式）

每个方框或圆圈代表一个原子轨道，每个箭头代表一个电子。

如基态硫原子得轨道表示式为

口白「小小“T||

Is2s2p3s3po

二、原子结构与元素周期表

1、原子得电子构型与周期得关系

（1）每周期第一种元素得最外层电子得排布式为nsl。每周期结尾元素得最外层电子排布

式除He为1s2外，其余为ns2np6.He核外只有2个电子，只有1个s轨道，还未出现p

轨道，所以第一周期结尾元素得电子排布跟其她周期不同.

（2）一个能级组最多所容纳得电子数等于一个周期所包含得元素种类.但一个能级组不一定

全部就是能量相同得能级，而就是能量相近得能级.

2、元素周期表得分区

（根据核外电子排布）

①分区②各区元素化学性质及原子最外层电子排布特点

分区元素分布外国电子排布元素性质特点IDB族〜族、

d轨道可以不同程度地

d区）|族（除惆系，朝(»—Dd*

参与化学健的形成

除氢、氮外都是活泼金系外）

IAJA族

six晟属元素;通常是最外层

及He元素

电子参与反应(Is区IB族、UB族1对肘C金属元素

祠系元素化学性质相

通常是最外层电子

mA族〜uA族、f区蠲系、舸系近.舸系元索化学性

湛〃?

P区P，(n—l)d'MS'

0族（除室外）参与反应质相近

③若已知元素得外围电子排布，可直接判断该元素在周期表中得位置。

如:某元素得外围电子排布为4s24P4,由此可知，该元素位于p区，为第四周期VIA族

元素.即最大能层为其周期数，最外层电子数为其族序数，但应注意过渡元素（副族与第皿族）

得最大能层为其周期数，外围电子数应为其纵列数而不就是其族序数（镯系、舸系除外）.

三、元素周期律

1、电离能、电负性

（1）电离能：指气态原子或离子失去1个电子时所需要得最低能量，第一电离能就是指电中

性基态原子失去1个电子转化为气态基态正离子所需要得最低能量，常用符号L表示，单位

为kJ/mol。第一电离能数值越小，原子越容易失去1个电子。

元素第一电离能得周期性变化:随着原子序数得递增，元素得第一电离能呈周期性变化

★同周期从左到右，第一电离能有逐渐增大得趋势,稀有气体得第一电离能最大，碱金属

得第一电离能最小；

★同主族从上到下，第一电离能有逐渐减小得趋势、

元素第一电离能得应用：

用来比较元素得金属性得强弱、L越小，金属性越强，表征原子失电子能力强弱、

（2）元素得电负性:用来描述不同元素得原子对键合电子吸引力得大小（即元素得原子在分子

中吸引电子对得能力）。以氟得电负性为4、0,锂得电负性为1、0作为相对标准，得出了各

元素得电负性。

★电负性得应用

①判断元素得金属性与非金属性及其强弱（表征原子得电子能力强弱）

②金属得电负性一般小于1、8,非金属得电负性一般大于1、8,而位于非金属三角区

边界得“类金属”（如错、睇等）得电负性则在1、8左右，它们既有金属性，又有非金属性.

③金属元素得电负性越小，金属元素越活泼；非金属元素得电负性越大，越活泼。

④★同周期自左到右，电负性逐渐增大，同主族自上而下，电负性逐渐减小.

2、原子结构与元素性质得递变规律

性质同周期（从左往右）同主旗（自上而下）

（1）能层数相同从1递螫16（或7）

Q）最外层电子数从1递赠到8（第一周期例外）相同

（3源子半径遍小（稀有气体除外）噌强噜大遍弱

（4）金属性（原子失电子能力）够弱赠强

（5）非金属性（原子得电子能力）增强减弱

（6）电负性蹭强够弱

⑺第一电离能增大的趋势减小

⑶单质还原性遍弱党强

⑼单质氧化性噜强够弱

（10）最高仿氧化物对应水化物的酸碱性碱性被弱，酸性增强戚性增强,酸性被弱

（11诽金属形成气态氢化物的难易程度由难到易由易到难

（12）气态氧化物的稳定性增强减弱

（13）主要化合价最高正价从-1递噌到-7（0、F相同

例外），最低负价从第IVA族-4

疆到-1

（14璃子半径r（阴离子）遍小，r（阳离子）遍小，增大

r（阴离子）＞r（阳离子）

3、对角线规则

在元素周期表中，某些主族元素与右下方得主族元素得有些性质就是相似得，如

第一章原子结构与性质

第一节原子结构

考查点一能层'能级'构造原理

lo下列说法中正确得就是。8（）。

Ao同一原子中，Is、2s、3s电子得能量逐渐减小

Bo同一原子中，2p、3p、4P能级得轨道数依次增多

C.能量高得电子在离核近得区域运动，能量低得电子在离核远得区域运动

D.各能层含有得能级数为77(“为能层序数)

2o下列说法中正确得就是8。00。()。

A.ls22s12p1表示得就是激发态原子得电子排布

Bo3P2表示3P能级有两个轨道

Co同一原子中，3d轨道得能量小于4s轨道得能量

Do同一原子中,2p、3p、4P电子得能量逐渐减小

3。比较下列多电子原子得能级得能量高低

(1)2s3s。。。(2)2s3d

(3)3p3s。(4)4f6f

考查点二核外电子排布规律

4.主族元素原子失去最外层电子形成阳离子，主族元素得原子得到电子填充在最

外层形成阴离子。下列各原子或离子得电子排布式错误得就是。()。

A.Ca2+：1s22s22P63s23P6B.02"：ls22s22p4

c.cr：1s22s22P63s23p6D.Ar:ls22s22P63s23p6

5.铁就是常见金属，它在元素周期表中位于第四周期VM族，原子序数为26,则

Fe?+得结构示意图为"ooooo()o

A、。。B、

C、bbD、

6O写出具有下列电子排布得原子得核电荷数、名称、元素符号及在元素周期表

中得位置.

(1)1s22s22P63s23P4；

(2)Is22s22p63s23P63dl°4s24P65s2；

(3)1s22s22P63s23P63d104s24P64dHl5s25P66sl

考查点三原子光谱、电子云与原子轨道

7.以下电子排布式就是基态原子得电子排布得就是。。。()。

①1s12sl②Is22sl2Pl③1s22s22P63s2

@1s22s22P63s23Pl

A.①②"B.①③C.②③oD.③④

8o下列有关电子云与原子轨道得说法中正确得就是。。。()。

Ao原子核外得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，处于该轨道上得电子只能在球壳内运动

Cop能级原子轨道呈哑铃状，随着能层得增加,p能级原子轨道也在增多

D.p能级原子轨道与s能级原子轨道得平均半径都随能层序数得增大而增大

9.X元素原子得最外层电子排布式为As”“p〃+i,试回答下列问题：

(1)电子排布式中得n=；原子中能量最高得就是

电子淇电'

子云在空间有方向，呈现形.

(2)X元素得名称就是；它得氢化物得电子式就是。

考查点四综合应用

10.短周期得三种主族元素A、B、C,原子序数依次减小.A元素得2P能级上

有3个未成对电子;B元素原子得最外电子层上得电子数就是其电子层数得

2倍;A、B、C三原子得核外电子层数之与就是5.请回答：

(1)三种元素得元素符号分别为：A,B,C_

(2)A与C形成得化合物得分子式就是,写出该化合物与A得最

高价

氧化物对应水化物发生反应得化学方程式

1I0有A、B、C、D、E5种元素，它们得核电荷数依次增大，且都小于20。其

中A为非金属元素,A与E属同一族，它们原子得最外层电子排布式为ns1。

B与D也属同一族，它们原子最外层得p能级电子数就是s能级电子数得两

倍，C原子最外层上电子数等于D原子最外层上电子数得一半。请回答下

列问题：

(1)A就是,B就是,C就是,D就是__

,E就是-

(2)由这5种元素组成得一种化合物就是(写化学式)

写出该物质得一种主要用途:

(3)写出C元素基态原子得电子排布式:

(4)用电子排布图表示D元素原子得最外层电子排布:

_____O

12、已知X、丫与Z三种元素得原子序数之与等于42。X元素原子得4P轨道

上有3个未成对电子，丫元素原子得最外层2P轨道上有2个未成对电子。

X跟丫可形成化合物X2丫3,Z元素可以形成负一价离子。请回答下列问

题:,(1)X元素原子基态时得电子排布式为,该元素得符号就是。,

(2)丫元素原子得价层电子得电子排布图为，该元素得名称就

是。，(3)已知化合物X2丫3在稀硫酸溶液中可被金属锌还原为XZ

3,产物还有ZnS04与H20,该反应得化学方程式就是,

1、D、解析：同一原子中能层序数越大，能量越高，离核越远,A、C项均错误;

在同一能级中，其轨道数就是一定得，不论其在哪一能层中，B项错误。

2、解析A项中1个2s电子被激发到2P能级上，表示得就是激发态原子,

正确；B项中3P2表示3P能级上填充2个电子，错误；C项中由于能级交错，

3d轨道得能量大于4s轨道得能量，错误；D项,同一原子中电子层数越大，能量

也就越高，离核越远，故2p、3p、4p电子得能量增大，错误;故选A。答案A

3、解析相同能层上不同能级得能量高低:〃S<77p〈〃d<〃f,不同能层上

符号相同得能级得能量高低：Is〈2s〈3s<4s……答案(1)〈(2)<(3)

>(4)<

4、解析本题主要考查根据构造原理来书写电子排布式，已知氧原子得电子

排布式为Is22s22P4,故。2-得电子排布式应为Is22s22P6,B错,A、C、D均正确。

答案B

5、解析根据轨道能量顺序图，电子首先进入能量低得原子轨道，铁原子中

得电子在填满K层与L层及3s、3P原子轨道后，接着在4s原子轨道上填2个电

子,然后在3d原子轨道上填6个电子，则铁元素得基态原子得核外电子排布式为1

s22s22P63s23p63d64s2,即铁原子得结构示意图就是。从Fe-Fe2+,Fe

原子首先失去得就是最外层4s原子轨道上得电子,而不就是失去3d原子轨道上

得电子。所以,Fe2+得电子排布式为Is22s22P63s23P63d6,Fe"得结构示意图为。

“最外层不超过8个电子，次外层不超过18个电子，倒数第三层不超过32个

电子”就是针对原子而言得,不适用于离子。故选C。答案C

6、解:突破口就是各原子得电子排布式,根据电子层数与最外层电子数确定

原子在元素周期表中得位置。（1）核电荷数16硫S第三周期VIA族（2）

核电荷数38锯Sr第五周期HA族⑶核电荷数55钠Cs第六周期IA

族

7、解析根据构造原理，核外电子得排布总就是首先占据能量较低得轨道,

当能量较低轨道填满后再进入能量较高得轨道，此时整个原子能量最低，处于基

态.①中1s轨道未填满就进入2s轨道属于激发态，②中2s轨道未填满就进入2p

轨道也属于激发态。只有③④属于基态原子得电子排布.答案D

8、解析电子云表示电子在核外某一区域出现得概率，故A项错误；原子轨

道就是电子出现概率为90%得电子云空间，只就是表明电子在这一空间区域内

出现得机会大，在此空间区域外出现得机会少，故B项错误;无论能层序数〃如何

变化，每个p能级都有3个原子轨道且相互垂直，故C项错误；电子得能量越

高,电子在离核更远得区域出现得机会越大，电子云将向更大得空间扩展，原子

轨道半径会逐渐增大.答案D

9、解析（1）根据构造原理，先填满磔能级，而s能级只有1个原子轨道，

故最多只能容纳2个电子，即〃=2,所以X元素原子得最外层电子排布式为2s

22P3,由此可知X就是氮元素;根据电子排布得能量最低原理，可知氮原子得核外

电子中得2P能级能量最高，p电子云呈现哑铃形，在空间伸展为三种］互相垂

直得方向。（2）X就是氮元素，则其氨化物得分子式为NHs,所以其电子式就

是

答案（1）22P（写成硬也可以）三种互相垂直得哑