高中化学选修3 原子结构及习题

高中化学选修3 原子结构及习题

原子结构与性质

一、原子结构

1、能级与能层

电子云可以用小黑点的疏密来描述电子在原子核外空间出现的机会大小所得的图形，这就是电子云图。离核越近，电子出现的机会大，电子云密度越大；离核越远，电子出现的机会小，电子云密度越小。

根据电子的能量差异和主要运动区域的不同，核外电子分别处于不同的电子层，也可以在不同类型的原子轨道上运动，分别用s、p、d、f表示不同形状的轨道，s轨道呈球形、p轨道呈哑铃形。

2、原子轨道

3、原子核外电子排布规律

1）构造原理：随着核电荷数递增，大多数元素的电中性基态原子的电子按照一定的顺序填入核外电子运动轨道（能级），这叫做构造原理。原子核外电子的运动特征可以用电子层、原子轨道（亚层）和自旋方向来进行描述。

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，这种现象叫做能级交错。

2）能量最低原理：电子先占据能量低的轨道，再依次进入能量高的轨道。

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“↑↓”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的不同轨道（能量相同）时，总是优先单独占据一个轨道，而且自旋方向相同，

这个规则叫做洪特规则。比如，p3的轨道式为↑↑↑，而不是

↑↓↑。

洪特规则特例：在等价轨道的全充满（p6、d10、f14）、

半充满（p3、d5、f7）、全空时（p、d、f）的状态，具有较

低的能量和较大的稳定性。例如，24Cr [Ar]3d54s1、29Cu [Ar]3d104s1.

前36号元素中，全空状态的有4Be 2s22p0、12Mg 3s23p0、20Ca4s23d0；半充满状态的有：7N 2s22p3、15P 3s23p3、

24Cr 3d54s1、25Mn 3d54s2、33As 4s24p3；全充满状态的有

10Ne 2s22p6、18Ar 3s23p6、29Cu 3d104s1、30Zn 3d104s2、

36Kr 4s24p6.

4、基态原子核外电子排布的表示方法

1）电子排布式

用数字在能级符号的右上角表明该能级上排布的电子数，这就是电子排布式，例如K：1s22s22p63s23p64s1.

为了简化电子排布式书写，可以用相应稀有气体元素的符号加方括号表示内层电子达到稀有气体元素原子结构的部分，例如K：[Ar]4s1.电子排布图中，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。例如基态硫原子的轨道表示式为……

原子的电子构型与周期有关，每周期第一种元素的最外层电子的排布式为ns1，每周期结尾元素的最外层电子排布式除He为1s2外，其余为ns2np6.一个能级组最多所容纳的电子数等于一个周期所包含的元素种类。但一个能级组不一定全部是能量相同的能级，而是能量相近的能级。元素周期表根据核外电子排布分为不同的分区，各区元素化学性质及原子最外层电子排布特点不同。若已知元素的外围电子排布，可直接判断该元素在周期表中的位置。

元素周期律中，电离能和电负性是两个重要的指标。电离能是指气态原子或离子失去1个电子时所需要的最低能量。随着原子序数的递增，元素的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的趋势，稀有气体的第一电离能最大，碱金属的第一电离能最小；同主族从上到下，第一

电离能有逐渐减小的趋势。电负性用来描述不同元素的原子对键合电子吸引力的大小，以氟的电负性为4.0，锂的电负性为1.0作为相对标准，可以比较元素的金属性的强弱。

8.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。

9.X元素原子的最外层电子排布式为nsnnpn＋1，回答下

列问题：

1) 电子排布式中的n= n+1；原子中能量最高的是n+1电子，其电子云在空间有两个方向，呈现p形。

2) X元素的名称是根据具体元素而定，它的氢化物的电

子式是MHn。

10.短周期的三种主族元素A、B、C，原子序数依次减小。A元素的2p能级上有3个未成对电子；B元素原子的最外电

子层上的电子数是其电子层数的2倍；A、B、C三原子的核

外电子层数之和是5.请回答：

1) 三种元素的元素符号分别为：A=C，B=B，C=Li。

2) A与C形成的化合物的分子式是AC，写出该化合物与A的最高价氧化物对应水化物发生反应的化学方程式：

2AC + 2H2O → 2AH + CO2↑ + C2H5OH

11.有A、B、C、D、E 5种元素，它们的核电荷数依次增大，且都小于20.其中A为非金属元素，A和E属同一族，它们原子的最外层电子排布式为ns1.B和D也属同一族，它们原子最外层的p能级电子数是s能级电子数的两倍，C原子最外层上电子数等于D原子最外层上电子数的一半。请回答下列问题：

1) A是N，B是O，C是F，D是Ne，E是P。

2) 由这5种元素组成的一种化合物是N2O5.写出该物质的一种主要用途：用于制造硝酸。

1.C元素基态原子的电子排布式为1s22s22p

2.

2.用电子排布图表示D元素原子的最外层电子排布为：D: ↑↓ ↑↓ ↑。

3.(1) X元素原子基态时的电子排布式为1s22s22p6，该元

素的符号是O。(2) Y元素原子的价层电子的电子排布图为：Y: ↑↓ ↑↓。该元素的名称是氧。(3) 化合物X2Y3在稀硫酸溶液

中可被金属锌还原为XZ3，产物还有ZnSO4和H2O，该反应

的化学方程式是：2X2Y3 + 3Zn → 2XZ3 + 3ZnSO4.

4.本题答案缺失。

5.根据轨道能量顺序图，电子首先填充能量较低的原子轨道。对于铁原子，电子先填满K层、L层、3s轨道和3p轨道，然后填2个电子在4s轨道上，最后填6个电子在3d轨道上。

因此，铁原子的基态电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2.在Fe→Fe2+的过程中，铁原子首先失去的是最外层的4s电子，

而不是3d电子。因此，Fe2+的电子排布式为

1s22s22p63s23p63d6.最外层电子数量不超过8个、次外层不超

过18个、倒数第三层不超过32个的规则适用于原子而非离子。因此，选项C是正确的。

6.根据原子的电子排布式，可以确定元素在元素周期表中

的位置。对于核电荷数为16的硫(S)，它位于第三周期的ⅥA 族。对于核电荷数为38的锶(Sr)，它位于第五周期的ⅡA族。