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1.1.2 构造原理与电子排布式、电子云与原子轨道——高二化学人教版（2019）选修二课堂速测
一、构造原理与电子排布式
1．构造原理
(1)含义
以光谱学事实为基础，从氢开始，随核电荷数递增，新增电子填入能级的顺序称为构造原理。
(2)示意图
2．电子排布式
将能级上所容纳的电子数标在该能级符号右上角，并按照能层从左到右的顺序排列的式子。
如氮原子的电子排布式为
二、电子云与原子轨道
1．概率密度
1913年，玻尔提出氢原子模型，电子在线性轨道上绕核运行。
量子力学指出，一定空间运动状态的电子在核外空间各处都可能出现，但出现的概率不同，可用概率密度(ρ)表示，即ρ＝(P表示电子在某处出现的概率；V表示该处的体积)。
2．电子云
(1)定义：处于一定空间运动状态的电子在原子核外空间的概率密度分布的形象化描述。
(2)含义：用单位体积内小黑点的疏密程度表示电子在原子核外出现概率大小，小黑点越密，表示概率密度越大。
(3)形状
3．原子轨道
(1)概念：量子力学把电子在原子核外的一个空间运动状态称为一个原子轨道。
(2)形状
①s电子的原子轨道呈球形，能层序数越大，原子轨道的半径越大。
②p电子的原子轨道呈哑铃形，能层序数越大，原子轨道的半径越大。
(3)各能级所含有原子轨道数目
能级符号 ns np nd nf
轨道数目 1 3 5 7
【针对训练】
1．构造原理揭示的电子排布能级顺序，实质是各能级能量高低。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)D．E(5s)>E(4s)>E(4f)>E(3d)
2．以下电子排布式是基态原子的电子排布的是(　　)
①1s12s1　②1s22s12p1　③1s22s22p63s2　④1s22s22p63s23p1
A．①② B．①③
C．②③ D．③④
3．表示一个原子在M能层上有10个电子，可以写成(　　)
A．3p6 B．3d10
C．3s23p63d24s2 D．3s23p64s2
4.某原子的电子排布式为，下列说法中不正确的是( )
A.该元素原子核外共有25个电子
B.该元素原子核外有4个能层
C.该元素原子最外层有2个电子
D.该元素原子M能层共有8个电子
5.如图是s能级和p能级的电子云轮廓图，下列说法正确的是( )
A.s能级的电子云轮廓图呈球形，p轨道电子沿轴呈“8”字形运动
B.s能级电子能量低于p能级
C.每个p能级有3个原子轨道，在空间伸展方向是不同的
D.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
6.图①和图②分别是1s电子的概率密度分布图和电子云轮廓图。下列认识正确的是( )
A.图①中的每个小黑点表示1个电子
B.图②表明1s电子云呈球形，有无数条对称轴
C.图②表示1s电子只能在球体内出现
D.不同能层的s电子云的半径相等
7.图1和图2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.图1中的每个小点表示1个电子
B.图1中的小点表示某一时刻，电子在核外所处的位置
C.图2表示1s电子只能在球体内出现
D.图2表明1s轨道呈球形，有无数对称轴
8.回答下列问题：
（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_________（填序号）。
a.最易失去的电子能量最高
b.同一能层的不同能级上的原子轨道，能量大小不同
c.在离核最近区域内运动的电子能量最高
（2）比较下列多电子原子的原子轨道的能量高低。
①1s，3d：_________；②3s，3p，3d：_________；
③2p，3p，4p：_________；④，，：_________。
（3）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。
9.下表列出了核电荷数为21~25的元素的最高正化合价。回答下列问题：
元素名称 钪 钛 钒 铬 锰
元素符号 Sc Ti V Cr Mn
核电荷数 21 22 23 24 25
最高正化合价 +3 +4 +5 +6 +7
（1）写出下列元素基态原子的电子排布式。
Sc_____________________；
Ti_____________________；
V_____________________；
Mn_____________________。
（2）已知基态铬原子的电子排布式是，不符合构造原理。人们常常会碰到客观事实与理论不相吻合的问题，当你遇到这样的问题时，你的态度是_____________________。
（3）对比上述五种元素基态原子的核外电子排布式与元素的最高正化合价，你发现的规律是_____________________；出现这一现象的原因是_____________________。
10.A、B、C、D是四种短周期元素，E是过渡元素。A、B、C为同周期元素，C、D为同主族元素。A元素原子的结构示意图为，B元素原子是同周期除稀有气体元素原子外半径最大的元素原子，C元素原子的最外层有三个单电子，E元素原子的价电子排布式为。回答下列问题：
（1）A为_____________（填元素符号），其原子的电子排布式为_____________。
（2）B为_____________（填元素符号），其原子的电子排布式为_____________。
（3）C为_____________（填元素符号），其原子的电子排布式为_____________。
（4）D为_____________（填元素符号）。
（5）E为_____________（填元素符号），其原子结构示意图为_____________。
答案以及解析
1.答案：B
解析：根据构造原理，各能级能量由高到低的顺序为1s、2s、2p、3s、3p、4s、3d、4p、5s……，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，所以C项错误。
2.答案：D
解析：①基态原子的电子排布式应为1s2，发生电子跃迁为1s12s1，故①错误；②基态原子的电子排布式应为1s22s2，发生电子跃迁为1s22s12p1，故②错误；③、④符合基态原子电子排布规律，故③、④正确。
3.答案：C
解析：M层为第3电子层，每一电子层中的电子按照从低到高的顺序进行排列。所以应该先排3s，然后3p，然后是4s，最后3d2，C项正确。
4.答案：D
解析：从电子排布式看，该原子有4个能层，最外层有2个电子，B、C正确；各能级的电子数之和为25，A正确；M能层电子排布式为，故该能层电子数为13，D错误。
5.答案：CD
解析： s能级的电子云轮廓图呈球形，p能级的电子云轮廊图呈哑铃形，但是电子是做无规则运动，轨迹是不确定的，故A错误；根据构造原理，各能级能量由低到高的顺序为1s、2s、2p、3s、3p、4s、3d、4p、5s、4d、5p、6s、4f……，所以s能级电子能量不一定小于p能级，如4s>3p，故B错误；p轨道有3个相互垂直的呈哑铃形的电子云，故C正确；多电子原子中，同一能层的电子，能量可能不同，可以把它们分成不同能级，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，故D正确。
6.答案：B
解析：电子云只表示电子在原子核外空间出现的概率密度，小黑点并不表示电子，A项错误；电子云轮廓图是把电子在原子核外空间出现概率为90%的空间圈出来绘制而成的，电子在这一空间出现的概率大，不表示电子不能在这一空间外出现，C项错误；s电子云的半径随能层序数的增大而增大，D项错误。
7.答案：D
解析：电子云就是用小点疏密来表示空间各电子出现概率大小的一种图形，每个小点并不代表一个电子，A错误；每个小点代表电子出现的概率，不是电子在核外所处的位置，B错误；原子轨道只是把电子出现概率约为90%的空间圈出来，球体外也能出现电子，C错误；1s轨道呈球形，沿剖面直径连线，有无数对称轴，D正确。
8.答案：（1）c
（2）①1s<3d；②3s<3p<3d；③2p<3p<4p；④
（3）4；5；13
解析：（1）能量越高的电子，在离核越远的区域运动，也越容易失去，a项正确；多电子原子在第层中不同能级的能量大小顺序为……，b项正确；离核越近，电子能量越低，c项错误。
（2）在多电子原子中，原子轨道能量的高低存在如下规律：①形状相同的原子轨道能量的高低顺序为1s<2s<3s<4s…，3d<4d<5d……；②相同能层上原子轨道能量的高低顺序为；③能层和能级均相同的原子轨道的能量相等，如。原子轨道的能量高低顺序依次为①1s<3d；②3s<3p<3d；③2p<3p<4p；④。
（3）s轨道只有1个伸展方向，p轨道有3个伸展方向。基态Al原子的电子排布式为，包括s轨道和p轨道，因此其核外电子云（轨道）的伸展方向有4种；共有5种不同能级的电子；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。
9.答案：（1）（或）
（或）
（或）
（或）
（2）尊重客观事实，注重理论适用范围掌握特例（或其他合理答案）
（3）五种元素的最高正化合价数值都等于各元素基态原子的最外层s能级和次外层d能级电子数目之和 能级交错使得次外层d能级上的电子也参与化学反应
解析： （1）根据构造原理解答即可。
（3）过渡元素原子在化学反应中，其次外层上的电子也可能参与化学反应。
10.答案：（1）Si
（2）Na
（3）P
（4）N
（5）Fe
解析： A、B、C、D是四种短周期元素，A元素原子的结构示意图为
，则，故A为Si元素；A、B、C为同周期元素，即均处于第三周期，B元素原子是同周期除稀有气体元素原子外半径最大的元素原子，则B为Na元素；C元素原子的最外层有三个单电子，则其价电子排布式为，故C为P元素；因C、D为同主族元素，故D为N元素；E是过渡元素，其原子的价电子排布式为，故E为Fe元素。

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