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第2课时　构造原理与电子
排布式　电子云与原子轨道
1.了解原子核外电子排布的构造原理,能熟练书写1~36号元素原子的电子排布式。2.知道电子的运动状态(空间分布及能量),并可以通过原子轨道和电子云模型来描述。
构造原理与电子排布式
知识点1
1920年,丹麦科学家玻尔在氢原子模型基础上,提出 ,开启了用原子结构解释 的篇章。1936年,德国科学家马德隆发表了以 事实为依据的完整的 。
1.构造原理
(1)内容:以 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 称为构造原理。
构造原理
元素周期律
原子光谱
构造原理
光谱学
顺序
(2)构造原理示意图:图中用每个小圆圈表示一个 ,每一行对应一个 ,箭头引导的曲线表示随电荷数递增而增加的电子填入能级的 。
能级
能层
顺序
(3)能级交错:构造原理告诉我们,随核电荷数递增,电子并不总是填满一个能层后再开始填入下一个能层的。这种现象被称为能级交错。
[深度思考]
电子填充的常见一般规律(从1s到6s,用箭头表示顺序):
　。
1s→2s→2p→3s→3p→4s→3d→4p→5s→4d→5p→6s
2.电子排布式的书写
(1)电子排布式:元素原子的电子排布式中能级符号右上角的数字是该能级上填充的电子数。如基态氢原子的电子排布式为
电子数
能级
能层
(2)简单基态原子的电子排布式。
按照构造原理将电子依次填充到能量逐渐升高的能级中。
6C: ;
10Ne: ;
17Cl: 。
1s22s22p2
1s22s22p6
1s22s22p63s23p5
(3)复杂基态原子的电子排布式。
对于较复杂的电子排布式,应先按构造原理的顺序排列,然后将同一层的电子排到一起。
如 26Fe:先按能量从低到高排列为1s22s22p63s23p64s23d6,然后将同一层的电子排到一起,即该原子的电子排布式为 。
1s22s22p63s23p63d64s2
(4)利用构造原理书写简化电子排布式。
将原子中已经达到稀有气体元素原子结构的部分,用相应的
表示的式子称为简化电子排布式。
如19K:1s22s22p63s23p64s1,其简化电子排布式可表示为 ,其中[Ar]代表Ar的核外电子排布式,即1s22s22p63s23p6。再如26Fe的简化电子排布式为
,33As的简化电子排布式为 。(均为基态)
稀有气体元素
符号外加方括号
[Ar]4s1
[Ar]3d64s2
[Ar]3d104s24p3
(5)价层电子排布式。
①与化学性质密切相关的 原子轨道上的电子,称为价层电子。
②价电子层的定义:为突出化合价与电子排布的关系,将在化学反应中可能发生电子变动的 称为价电子层(简称价层)。
外层
能级
③价层电子的位置:
a.对于主族元素和0族元素来说,价层电子就是 电子。表示方法:nsx或nsxnpy。
b.对于副族元素来说,价层电子除 电子外,还可能包括部分
电子。表示方法:
(n-1)dxnsy或ndx(钯4d10)或(n-2)fx(n-1)dynsz或(n-2)fxnsy。
最外层
最外层
次外层
④举例:元素周期表中给出了元素的价层电子排布式。如Cl的价层电子排布式为3s23p5;Cr的价层电子排布式为3d54s1;原子失去电子时优先失去 上的电子,所以基态Fe2+的价层电子排布式为 。
最外层
3d6
1.(2025·海南文昌中学段考)下列原子的电子排布式能表示基态原子的电子排布式的是(　　)
[A][Ne]3s13p3 [B][Ar]3d64s1
[C][Ar]3d64s2 [D][Ar]3d5
C
【解析】 先排满3s轨道,再排3p轨道,该基态原子电子排布式为[Ne]3s23p2,
A不符合题意;先排满4s轨道,再排3d轨道,该基态原子电子排布式为[Ar]3d54s2,B不符合题意;先排满4s轨道,再排3d轨道,C符合题意;先排满4s轨道,再排3d轨道,该基态原子电子排布式为[Ar]3d34s2,D不符合题意。
2.(2025·浙江杭州学军中学月考)基态锰原子的价层电子排布式是(　　)
[A]3d7 [B]3d74s2
[C]3d54s2 [D]3d9
【解析】 Mn为25号元素,其核外电子排布式为[Ar]3d54s2,价层电子排布式为3d54s2,故C正确。
C
3.下列各基态原子或离子的电子排布式错误的是(　　)
[A]Al:1s22s22p63s23p1 [B]O2-:1s22s22p6
[C]K+:[Ar]4s1 [D]Ca:[Ar]4s2
【解析】 基态铝原子的电子排布式为1s22s22p63s23p1,故A正确;基态O2-的核外电子数为10,其电子排布式是1s22s22p6,故B正确;基态K+的电子排布式为1s22s22p63s23p6,故C错误;Ca的原子序数为20,原子核外有20个电子,其基态原子的电子排布式为[Ar]4s2,故D正确。
C
4.(1)基态硼原子的电子排布式为　 。
(2)基态氮原子的价层电子排布式为　 。
(3)硒原子的原子序数为　　,其M层的电子排布为　　　　　　 　。
(4)Li3N晶体中氮以N3-形式存在,基态N3-的电子排布式为
　　　　　　　　　　　　。
1s22s22p1(或[He]2s22p1)
2s22p3
34
3s23p63d10
1s22s22p6(或[He]2s22p6)
(5)基态镓原子(Ga)的电子排布式:
　　　　 　　　 　　　　　。
(6)北京奥运会主体育场“鸟巢”使用了高强度、高性能的钒氮合金高新钢。基态钒原子的价层电子排布为　　　　 　。
1s22s22p63s23p63d104s24p1(或[Ar]3d104s24p1)
3d34s2
电子云与原子轨道
知识点2
1.电子云
(1)概率密度。
概率
(2)电子云:处于一定空间运动状态的电子在原子核外空间的
的形象化描述。小点越密,表示概率密度越 。
如氢原子的电子云图为
概率密度分布
大
2.电子云轮廓图
(1)概念:为了表示电子云轮廓的形状,对核外电子的 有一个形象化的简便描述,把电子在原子核外空间出现概率P= 的空间圈出来,即电子云轮廓图。
空间运动状态
90%
(2)形状。
①s电子云轮廓图呈 形,能层序数越大,电子云的半径越 。
球
大
②除s电子云外,其他电子云轮廓图都不是球形的。例如,p电子云轮廓图是
状的,有3种伸展方向(如图);d电子云轮廓图是花瓣形的,有5种伸展方向。
哑铃
3.原子轨道
(1)定义:量子力学把电子在原子核外的 称为一个原子轨道。
一个空间运动状态
(2)不同能层的同种能级的原子轨道形状相同,只是半径不同。能层序数n越大,同种能级的原子轨道的半径越大。同一原子的s电子的电子云轮廓图如图:
s能级只有1个原子轨道。p能级有3个原子轨道,它们互相垂直,分别以p x、py、pz表示,在同一能层中px、py、pz的能量 。
相等
[深度思考1]
从空间角度看,2s轨道比1s轨道　　　。原因是
　 　。
大
s轨道的空间形状为球形,
2s电子能量高于1s电子能量,运动范围大
(3)各能级所含有原子轨道数目如下表。
能级符号 ns np nd nf
轨道数目(也就是电子的空间运动状态数)
1
3
5
7
[深度思考2]
同一原子中,3p能级的轨道数与4p能级的轨道数　　 　　。
相等(都是3)
1.判断正误。
(1)电子离核越近,电子出现的概率越大,电子云越密集。(　 　)
(2)电子云图中的小点代表电子,小点的数目代表电子真实出现的次数。
(　 　)
(3)不同能层的同种能级的电子云轮廓图形状和半径完全相同。(　 　)
(4)3d4表示3d能级有4个轨道。(　 　)
(5)p轨道电子云轮廓图的形状是互相垂直的花瓣形。(　 　)
√
×
×
×
×
2.(2025·广东深圳月考)磷元素基态原子能量最高能级的电子云形状是
(　　)
[A]哑铃形 [B]球形
[C]水滴形 [D]花瓣形
A
【解析】 基态磷原子核外占据最高能级的电子为3p能级电子,其电子云轮廓图为哑铃形,故选A。
3.以下说法正确的是(　　)
[A]从空间角度看,2s轨道比1s轨道大,其空间包含了1s轨道
[B]p能级能量一定比s能级能量高
[C]2p、3p、4p能级的轨道数依次增多
[D]2px、2py、2pz轨道相互垂直,且能量各不相等
A
【解析】 从空间角度看,2s轨道空间包含了1s轨道,比1s轨道大,A正确;p能级能量不一定比s能级的能量高,如2p的能量小于3s,B错误;同一原子中,各p能级的轨道数都为3,C错误;2px、2py、2pz轨道相互垂直,能量相等,D错误。
4.按照量子力学对原子核外电子运动状态的描述,下列说法不正确的是
(　　)
[A]p能级有3个轨道
[B]s电子云轮廓图为球形
[C]电子跃迁所得原子光谱可用于元素鉴定
[D]基态硅原子的2p能级与3p能级中的电子能量相同
D
【解析】 s、p、d能级的轨道数分别为1、3、5,A正确;s电子云没有特定的伸展方向,轮廓图为球形,B正确;不同元素原子的电子跃迁所得原子光谱是不同的,可用于元素鉴定,C正确;相同能级,不同能层电子,能层越高,能量越高,D错误。
5.(2025·山东临沂质检)下列有关电子云、电子云轮廓图和原子轨道的说法正确的是(　　)
[A]电子云是核外电子的概率密度分布的形象描述
[B]电子云中的每个小点表示1个电子
[C]核外电子只出现在电子云轮廓图内
[D]能级种类决定原子轨道数目,能级越高,原子轨道数目越多
A
【解析】 电子云表示电子在核外空间某处出现的概率,出现的概率越大,电子云的密度越大,故A正确;电子云中小黑点的密疏表示电子出现的概率,不代表电子数目多少,故B错误;绘制电子云轮廓时,把电子在原子核外空间出现概率P=90%的空间圈出,所得即为电子云轮廓图,故C错误;同一能层中,s、p、d、f能级所含轨道数依次增加,但同一类能级所含轨道数相同,故D错误。
6.如图甲是氢原子的1s电子云图(即概率密度分布图),图乙、丙分别表示s、p能级的电子云轮廓图。下列有关说法正确的是(　　)
[A]电子云图(即概率密度分布图)就是原子轨道图
[B]3p2表示3p能级中有两个原子轨道
[C]由图乙可知,s能级的电子云轮廓图呈圆形,有无数条对称轴
[D]由图丙可知,p能级的原子轨道呈哑铃形,且有3个伸展方向
D
【解析】 电子云轮廓图是原子轨道图,A项错误;3p2表示3p能级中容纳了两个电子,B项错误;s能级的电子云轮廓图呈球形而不是圆形,C项错误;p能级的原子轨道呈哑铃形,有px、py、pz三个伸展方向,并且互相垂直,D项正确。
易错警示
电子云图的意义及特点
1.电子云图表示电子在原子核外空间出现的概率密度的相对大小。电子云图中小点越密,表明概率密度越大。
2.电子云图中的小点并不代表电子,小点的数目也不代表电子真实出现的
次数。
3.由电子云图可知,在离原子核越近的空间,电子出现的概率越大。
4.电子云的外围形状具有不规则性,电子云图很难绘制,使用不方便,故常使用电子云轮廓图。第2课时　构造原理与电子排布式　电子云与原子轨道
课时作业
(分值:79分)
(选择题,每小题3分)
对点训练
知识点1　构造原理与电子排布式
1.某元素的基态原子M层有4个p电子,下列叙述错误的是(　　)
[A]N层不含电子
[B]该元素是硫元素
[C]L层一定有8个电子
[D]原子最外层电子数为4
【答案】 D
【解析】 依题意可知,该元素基态原子K、L、M层容纳的电子数分别为2、8、6,N层不含电子,故该元素是硫元素,其原子最外层电子数应为6,D项错误。
2.(2025·广东珠海月考)基态M-的最外层电子排布式为3s23p6,下列说法中正确的是(　　)
[A]M可能为稀有气体元素
[B]基态M原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p64s1
[C]基态M原子的价层电子排布为3p5
[D]M元素的最高正化合价为+7
【答案】 D
【解析】 基态M-的最外层电子排布式为3s23p6,则M-是Cl-。M是氯元素,不是稀有气体元素,故A错误;基态M原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p5,故B错误;基态M原子的价层电子排布为3s23p5,故C错误;M元素的最外层有7个电子,最高正化合价为+7,故D正确。
3.X、Y两元素可形成X2Y3型化合物,则X、Y原子基态时最外层的电子排布式分别可能是(　　)
[A]3s23p1、3s23p5 [B]3s23p1、2s22p4
[C]3s2、3s23p4 [D]3s2、2s22p3
【答案】 B
【解析】 X为Al,Y为Cl,形成的化合物为AlCl3,故A不符合题意;X为Al,Y为O,可形成Al2O3,故B符合题意;X为Mg,Y为S,形成的化合物为MgS,故C不符合题意;X为Mg,Y为N,形成的化合物为Mg3N2,故D不符合题意。
4.某基态原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s2,下列说法不正确的是(　　)
[A]该元素原子中共有25个电子
[B]该元素原子核外有4个能层
[C]该元素原子最外层共有2个电子
[D]该元素原子M能层共有8个电子
【答案】 D
【解析】 从电子排布式看,该原子最高能级为4s,故有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能层电子排布为3s23p63d5,故该能层电子数为13,D错误。
5.主族元素的原子可以失去最外层电子形成阳离子,也可以得到电子填充在最外层形成阴离子。下列各基态原子或离子的电子排布式错误的是(　　)
[A]C:1s22s22p63s23p6
[B]F-:1s22s22p5
[C]S:1s22s22p63s23p4
[D]Ar:1s22s22p63s23p6
【答案】 B
【解析】 基态氟原子的电子排布式为1s22s22p5,氟原子得到1个电子生成F-,则F-的电子排布式为1s22s22p6,B错误。
知识点2　电子云与原子轨道
6.下列有关原子轨道的说法不正确的是(　　)
[A]2s原子轨道的形状为球形
[B]能量大小:1s<2s<3s<4s
[C]2px、2py、2pz轨道的能量不相同
[D]p能级有3个原子轨道,相互垂直,分别以px、py、pz表示
【答案】 C
【解析】 2s原子轨道形状为球形,A正确;同一原子能层越高,s电子云半径越大,电子能量越高,因此能量1s<2s<3s<4s,B正确;2px、2py、2pz轨道相互垂直,能量相同,C错误;每个p能级都有3个原子轨道,而且它们相互垂直,分别称为px、py、pz,D正确。
7.(2025·广东泉州月考)下列关于能级和原子轨道的叙述中,正确的是(　　)
[A]各电子层含有的原子轨道数为2n2
[B]各电子层的能级都是从s能级开始到f能级结束
[C]同是s能级,在不同的电子层中所含原子轨道数是不相同的
[D]s、p、d、f能级所具有的原子轨道数分别为1、3、5、7
【答案】 D
【解析】 各电子层含有的原子轨道数为n2,故A错误;各电子层的能级都是从s能级开始,但是不一定到f能级结束,如第一电子层只有s能级,无f能级,第二电子层只有s、p能级,无f能级,故B错误;不同的电子层所含的s能级的原子轨道数相同,都是1个轨道,故C错误;各能级的原子轨道数按s、p、d、f的顺序依次为1、3、5、7,故D正确。
8.(2025·浙江嘉兴一中质检)下列化学用语表述正确的是(　　)
[A]镁原子由1s22s22p63s13p1转变为1s22s22p63s2时,原子释放能量,由激发态转化成基态
[B]基态Se的价层电子排布式为3d104s24p4
[C]基态铍原子最外层电子的电子云轮廓图为
[D]d能级的能量一定比p能级的能量高
【答案】 A
【解析】 镁原子由1s22s22p63s13p1转变为1s22s22p63s2时,3p电子转变为3s电子,原子释放能量,由激发态转化成基态,故A正确;Se是34号元素,基态Se的价层电子排布式为4s24p4,故B错误;基态Be的电子排布式为1s22s2,则基态铍原子最外层电子的电子云轮廓图为球形,故C错误;d能级的能量不一定比p能级的能量高,还要看能层数,如3d的能量小于6p,故D错误。
能力提升
9.关于铁元素基态下的原子或离子,下列说法错误的是(　　)
[A]Fe3+的3d能级电子数目为5个
[B]原子核外有7种空间运动状态不同的电子
[C]原子的价层电子的原子轨道有6种伸展方向
[D]原子核外有26种不同运动状态的电子
【答案】 C
【解析】 铁的原子序数为26,简化核外电子排布式为[Ar]3d64s2。Fe3+的价层电子排布式为3d5,3d能级上有 5个电子,A正确;铁原子核外有1s、2s、2p、3s、3p、3d、4s 7个不同能级,有7种空间运动状态不同的电子,B正确;Fe的价层电子排布式为3d64s2,4s能级是球形,无所谓伸展方向,3d能级为花瓣形,有5个轨道,有5种伸展方向,C错误;铁有26个电子,原子核外有26种不同运动状态的电子,D正确。
10.我国“奋斗者”号载人潜水器在马里亚纳海沟成功坐底,坐底深度为 10 909 m。“奋斗者”号载人舱球壳的材料Ti62A是一种由Ti、Al、Sn和Si等组成的合金,其中Si和Sn两种元素在元素周期表中位于同一纵列,下列有关说法错误的是(　　)
[A]基态Sn的价层电子排布式为5s25p2
[B]基态Si和基态Ti的价层电子数不相等
[C]基态Ti核外有7种能量不同的电子
[D]基态Al核外有13种运动状态不同的电子
【答案】 B
【解析】 Sn处于第ⅣA族,基态Sn的价层电子排布式为5s25p2,A项正确;Si处于第ⅣA族,其价层电子排布式为3s23p2,价电子数为4,基态Ti价层电子排布式为3d24s2,价电子数为4,B项错误;基态Ti的核外电子排布式是1s22s22p63s23p63d24s2,其中能量不同的电子,1s、2s、3s、4s各有1种,2p、3p各有1种,3d有1种,共7种,C项正确;基态铝原子核外有 13个电子,则其有13种运动状态不同的电子,D项正确。
11.X、Y、Z三种主族元素的原子,其最外层电子排布式分别为ns1、3s23p4和2s22p4,由这三种元素组成的化合物的化学式不可能的是(　　)
[A]X2Y2Z3 [B]X2YZ3
[C]X2YZ4 [D]XYZ3
【答案】 D
【解析】 X原子的最外层电子排布式为ns1,则X为第ⅠA族元素,形成化合物时常见化合价为+1价,Y原子的最外层电子排布式为3s23p4,则Y为S,Z原子的最外层电子排布式为2s22p4,则Z为O,形成化合物时常见化合价为-2价。X2Y2Z3中Y为+2价,S有+2价,故A不符合题意;X2YZ3中Y为+4价,S有+4价,故B不符合题意;X2YZ4中Y为+6价,S有+6价,故C不符合题意;XYZ3中Y为+5价,S不存在+5价,故D符合题意。
12.(2025·广东汕头月考)下列各组原子,一定属于同族元素的是(　　)
[A]原子核外M层上仅有一个电子的X原子与原子核外N层上仅有一个电子的Y原子
[B]2p能级上有两个未成对的电子的X原子与3p能级上有两个未成对的电子的Y原子
[C]原子核外电子排布式为1s2的X原子与原子核外最外层电子排布式为2s2的Y原子
[D]p能级上都只有三个电子的X原子与Y原子
【答案】 D
【解析】 原子核外M层上仅有一个电子的X原子,X为Na,原子核外N层上仅有一个电子的Y原子,Y可以为K、Cr等元素,Na位于第ⅠA族,Cr位于第ⅥB族,两者不属于同一族,故A错误。2p能级上有两个未成对的电子的X原子,X为C或O,3p能级上有两个未成对的电子的Y原子,Y可以为Si或S,C、Si位于第ⅣA族,O、S位于第ⅥA族,两者不一定属于同一族,故B错误。原子核外电子排布式为1s2的X原子,X为He,原子核外最外层电子排布式为2s2的Y原子,Y为Be,两者不属于同一族,故C错误。原子基态时2p能级上有3个电子,为N;原子基态时3p能级上有3个电子,为P;原子基态时4p能级上有3个电子,为As;原子基态时5p能级上有3个电子,为Sb……均为同主族元素,故D正确。
13.(2025·浙江师大附中月考)元素X、Y、Z、M在周期表中的相对位置如图所示,已知M元素基态原子的价层电子排布式为ns2npn+1,且核外有9个原子轨道。下列说法错误的是(　　)
[A]M元素基态原子的价层电子排布为3s23p4
[B]Y元素基态原子核外M层有5个电子
[C]X元素基态原子核外电子运动状态有5种
[D]Z元素在周期表的第四周期第ⅣA族
【答案】 C
【解析】 M元素基态原子的价层电子排布式ns2npn+1,且核外有9个原子轨道,故可知n=3,核外电子排布为1s22s22p63s23p4,故M为S;由元素X、Y、Z、M在周期表中的相对位置可知,X为O,Y为P,Z为Ge。M为S,价层电子排布为3s23p4,A正确;Y为P,M层(核外第三层)有5个电子,B正确;X为O,核外电子共8个,故电子的运动状态有8种,C错误;Z为Ge,在第四周期第ⅣA族,D正确。
14.W、X、Y、Z均为短周期主族元素,原子序数依次增大,且原子核外L层的电子数分别为0、5、8、8,它们的最外层电子数之和为18。下列说法正确的是(　　)
[A]X和Y元素原子核外电子均占据3个能级
[B]W元素原子核外只有1个电子
[C]Z元素原子的M层上有3个能级,有6个电子
[D]X、Y、Z元素形成的简单离子具有相同的电子层结构
【答案】 B
【解析】 W、X、Y、Z均为短周期主族元素,原子序数依次增大,且原子核外L层的电子数分别为0、5、8、8,它们的最外层电子数之和为18,则W、X、Y、Z分别为H、N、P、Cl。X元素(N)原子核外电子占据1s、2s、2p共3个能级,Y元素(P)原子核外电子占据1s、2s、2p、3s、3p共5个能级,A错误;W元素(H)原子核外只有1个电子,B正确;Z元素(Cl)原子的M层有3s、3p、3d共3个能级,其中3s能级有2个电子,3p能级有5个电子,共7个电子,C错误;X(N)、Y(P)、Z(Cl)元素形成的简单离子分别为N3-、P3-和Cl-,其中P3-和Cl-具有相同的电子层结构,D错误。
15.(16分)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M层p能级上有3个电子,E元素原子的价层电子排布为3d64s2。回答下列问题。
(1)(4分)A为　　 　　(填元素符号),其基态原子的电子排布式为　　　　　　　　　。
(2)(4分)B为　　　　(填元素符号),其基态原子的简化电子排布式为　 。
(3)(4分)C为　　　　(填元素符号),其基态原子的价层电子排布为　 。
(4)(2分)D为　　　　(填元素符号)。
(5)(2分)E为　　　　(填元素符号)。
【答案】 (1)Si　1s22s22p63s23p2(或[Ne]3s23p2)
(2)Na　[Ne]3s1　(3)P　3s23p3　(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x=2,故A为Si;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原子,则B为Na;C元素原子M层p能级上有3个电子,则其价层电子排布为3s23p3,故C为P;因C、D为同主族元素,故D为N;E是过渡元素,其原子的价层电子排布为3d64s2,故E为Fe。
16.(10分)有A、B、C、D、E、F六种短周期主族元素,它们的原子序数依次增大,其中A元素基态原子核外电子仅有一种原子轨道,也是宇宙中最丰富的元素;B元素原子核外p电子数比s电子数少1;C元素基态原子的最外层电子排布可表示为asaap2a;D为金属元素且M层p能级上有1个电子;E元素的基态原子核外3p轨道上有3个电子;F元素基态原子的价层电子排布式为3s23p5。
(1)(5分)写出A、B、C、E、F元素的元素符号。
A:　　　　　B:　　　　　C:　　　　
E:　　　　　F:　　　　
(2)(2分)写出基态D原子的电子排布式　　　　　　　。
(3)(3分)D元素原子核外电子云有　　　　种不同的伸展方向,共有　　　　种不同运动状态的电子,　　　　种不同能级的电子。
【答案】 (1)H　N　O　P　Cl
(2)1s22s22p63s23p1(或[Ne]3s23p1)
(3)3　13　5
【解析】 基态A原子只有一个原子轨道,可能是H或He,又因A是宇宙中最丰富的元素,则A为H;B元素基态原子的核外电子排布式为1s22s22p3,则B为N;C元素基态原子的最外层电子排布式为2s22p4,则C为O;D元素基态原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p1,则D为Al;E元素基态原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p3,则E为P;F元素基态原子的价层电子排布式为3s23p5,则F为Cl。s轨道没有伸展方向、p轨道有3种伸展方向,铝原子涉及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3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,有1s、2s、2p、3s、3p共5个能级。
17.(11分)X、Y、Z、W是元素周期表前四周期中的常见元素,其原子序数依次增大。X的一种核素的质量数为12,中子数为6;Y是动植物生长不可缺少的、组成蛋白质的重要元素;Z的基态原子核外3p轨道上有4个电子;W是一种常见元素,可以形成3种氧化物,其中一种氧化物是具有磁性的黑色晶体。
(1)(4分)写出下列元素的名称。
X:　　　　Y:　　　　Z:　　　　W:　　　
(2)(2分)W的原子结构示意图为　 。
(3)(2分)Z的基态原子价层电子排布式为　　　　　　。
(4)(3分)写出X的单质与Z的最高价氧化物对应的水化物的浓溶液反应的化学方程式: 　 。
【答案】 (1)碳　氮　硫　铁
(2)
(3)3s23p4
(4)C+2H2SO4(浓)CO2↑+2SO2↑+2H2O
【解析】 X的一种核素的质量数为12,中子数为6,X为C;Y是动植物生长不可缺少的、组成蛋白质的重要元素,Y为N;Z的基态原子核外3p轨道上有4个电子,Z为S;W是一种常见元素,可以形成3种氧化物,其中一种氧化物是具有磁性的黑色晶体,W为Fe。
(1)根据分析可知,X为碳元素,Y为氮元素,Z为硫元素,W为铁元素。
(2)Fe的原子序数为26,其原子结构示意图为。
(3)Z是S,原子序数是16,其基态原子价层电子排布式为3s23p4。
(4)C与浓硫酸加热时反应生成CO2、SO2和H2O,化学方程式为C+2H2SO4(浓)CO2↑+2SO2↑+2H2O。
21世纪教育网(www.21cnjy.com)第2课时　构造原理与电子排布式　电子云与原子轨道
[学习目标]　1.了解原子核外电子排布的构造原理,能熟练书写1~36号元素原子的电子排布式。2.知道电子的运动状态(空间分布及能量),并可以通过原子轨道和电子云模型来
描述。
知识点1　构造原理与电子排布式
　1920年,丹麦科学家玻尔在氢原子模型基础上,提出构造原理,开启了用原子结构解释元素周期律的篇章。1936年,德国科学家马德隆发表了以原子光谱事实为依据的完整的构造原理。
1.构造原理
(1)内容: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)构造原理示意图:图中用每个小圆圈表示一个能级,每一行对应一个能层,箭头引导的曲线表示随电荷数递增而增加的电子填入能级的顺序。
(3)能级交错:构造原理告诉我们,随核电荷数递增,电子并不总是填满一个能层后再开始填入下一个能层的。这种现象被称为能级交错。
[深度思考]
电子填充的常见一般规律(从1s到6s,用箭头表示顺序):
　 。
【答案】 1s→2s→2p→3s→3p→4s→3d→4p→5s→4d→5p→6s
2.电子排布式的书写
(1)电子排布式:元素原子的电子排布式中能级符号右上角的数字是该能级上填充的电子数。如基态氢原子的电子排布式为
(2)简单基态原子的电子排布式。
按照构造原理将电子依次填充到能量逐渐升高的能级中。
6C:1s22s22p2;
10Ne:1s22s22p6;
17Cl:1s22s22p63s23p5。
(3)复杂基态原子的电子排布式。
对于较复杂的电子排布式,应先按构造原理的顺序排列,然后将同一层的电子排到一起。
如 26Fe:先按能量从低到高排列为
1s22s22p63s23p64s23d6,然后将同一层的电子排到一起,即该原子的电子排布式为
1s22s22p63s23p63d64s2。
(4)利用构造原理书写简化电子排布式。
将原子中已经达到稀有气体元素原子结构的部分,用相应的稀有气体元素符号外加方括号表示的式子称为简化电子排布式。
如19K:1s22s22p63s23p64s1,其简化电子排布式可表示为[Ar]4s1,其中[Ar]代表Ar的核外电子排布式,即1s22s22p63s23p6。再如26Fe的简化电子排布式为[Ar]3d64s2,33As的简化电子排布式为[Ar]3d104s24p3。(均为基态)
(5)价层电子排布式。
①与化学性质密切相关的外层原子轨道上的电子,称为价层电子。
②价电子层的定义:为突出化合价与电子排布的关系,将在化学反应中可能发生电子变动的能级称为价电子层(简称价层)。
③价层电子的位置:
a.对于主族元素和0族元素来说,价层电子就是最外层电子。表示方法:nsx或nsxnpy。
b.对于副族元素来说,价层电子除最外层电子外,还可能包括部分次外层电子。表示方法:
(n-1)dxnsy或ndx(钯4d10)或(n-2)fx(n-1)dynsz或(n-2)fxnsy。
④举例:元素周期表中给出了元素的价层电子排布式。如Cl的价层电子排布式为3s23p5;Cr的价层电子排布式为3d54s1;原子失去电子时优先失去最外层上的电子,所以基态Fe2+的价层电子排布式为3d6。
1.(2025·海南文昌中学段考)下列原子的电子排布式能表示基态原子的电子排布式的是(　　)
[A][Ne]3s13p3 [B][Ar]3d64s1
[C][Ar]3d64s2 [D][Ar]3d5
【答案】 C
【解析】 先排满3s轨道,再排3p轨道,该基态原子电子排布式为[Ne]3s23p2,A不符合题意;先排满4s轨道,再排3d轨道,该基态原子电子排布式为[Ar]3d54s2,B不符合题意;先排满4s轨道,再排3d轨道,C符合题意;先排满4s轨道,再排3d轨道,该基态原子电子排布式为[Ar]3d34s2,D不符合题意。
2.(2025·浙江杭州学军中学月考)基态锰原子的价层电子排布式是(　　)
[A]3d7 [B]3d74s2
[C]3d54s2 [D]3d9
【答案】 C
【解析】 Mn为25号元素,其核外电子排布式为[Ar]3d54s2,价层电子排布式为3d54s2,故C正确。
3.下列各基态原子或离子的电子排布式错误的是(　　)
[A]Al:1s22s22p63s23p1 [B]O2-:1s22s22p6
[C]K+:[Ar]4s1 [D]Ca:[Ar]4s2
【答案】 C
【解析】 基态铝原子的电子排布式为1s22s22p63s23p1,故A正确;基态O2-的核外电子数为10,其电子排布式是1s22s22p6,故B正确;基态K+的电子排布式为1s22s22p63s23p6,故C错误;
Ca的原子序数为20,原子核外有20个电子,其基态原子的电子排布式为[Ar]4s2,故D正确。
4.(1)基态硼原子的电子排布式为　 。
(2)基态氮原子的价层电子排布式为　 。
(3)硒原子的原子序数为　　　　,其M层的电子排布为　　　　　　　　　。
(4)Li3N晶体中氮以N3-形式存在,基态N3-的电子排布式为　　　　　　　　　　　　。
(5)基态镓原子(Ga)的电子排布式:　　　　　　　　　　　　。
(6)北京奥运会主体育场“鸟巢”使用了高强度、高性能的钒氮合金高新钢。基态钒原子的价层电子排布为　　　　 　　　　。
【答案】 (1)1s22s22p1(或[He]2s22p1)
(2)2s22p3　(3)34　3s23p63d10
(4)1s22s22p6(或[He]2s22p6)
(5)1s22s22p63s23p63d104s24p1(或[Ar]3d104s24p1)
(6)3d34s2
知识点2　电子云与原子轨道
1.电子云
(1)概率密度。
用P表示电子在某处出现的概率,V表示该处的体积,则称为概率密度,用ρ表示。
(2)电子云: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。小点越密,表示概率密度越大。
如氢原子的电子云图为
2.电子云轮廓图
(1)概念:为了表示电子云轮廓的形状,对核外电子的空间运动状态有一个形象化的简便描述,把电子在原子核外空间出现概率P=90%的空间圈出来,即电子云轮廓图。
(2)形状。
①s电子云轮廓图呈球形,能层序数越大,电子云的半径越大。
②除s电子云外,其他电子云轮廓图都不是球形的。例如,p电子云轮廓图是哑铃状的,有3种伸展方向(如图);d电子云轮廓图是花瓣形的,有5种伸展方向。
3.原子轨道
(1)定义: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)不同能层的同种能级的原子轨道形状相同,只是半径不同。能层序数n越大,同种能级的原子轨道的半径越大。同一原子的s电子的电子云轮廓图如图:
s能级只有1个原子轨道。p能级有3个原子轨道,它们互相垂直,分别以p x、py、pz表示,在同一能层中px、py、pz的能量相等。
[深度思考1]
从空间角度看,2s轨道比1s轨道　 　　。原因是　 　
。
【答案】 大　s轨道的空间形状为球形,2s电子能量高于1s电子能量,运动范围大
(3)各能级所含有原子轨道数目如下表。
能级符号 ns np nd nf
轨道数目(也就是电子的空间运动状态数) 1 3 5 7
[深度思考2]
同一原子中,3p能级的轨道数与4p能级的轨道数　　　　。
【答案】 相等(都是3)
1.判断正误。
(1)电子离核越近,电子出现的概率越大,电子云越密集。(　√　)
(2)电子云图中的小点代表电子,小点的数目代表电子真实出现的次数。(　×　)
(3)不同能层的同种能级的电子云轮廓图形状和半径完全相同。(　×　)
(4)3d4表示3d能级有4个轨道。(　×　)
(5)p轨道电子云轮廓图的形状是互相垂直的花瓣形。(　×　)
2.(2025·广东深圳月考)磷元素基态原子能量最高能级的电子云形状是(　　)
[A]哑铃形 [B]球形
[C]水滴形 [D]花瓣形
【答案】 A
【解析】 基态磷原子核外占据最高能级的电子为3p能级电子,其电子云轮廓图为哑铃形,故选A。
3.以下说法正确的是(　　)
[A]从空间角度看,2s轨道比1s轨道大,其空间包含了1s轨道
[B]p能级能量一定比s能级能量高
[C]2p、3p、4p能级的轨道数依次增多
[D]2px、2py、2pz轨道相互垂直,且能量各不相等
【答案】 A
【解析】 从空间角度看,2s轨道空间包含了1s轨道,比1s轨道大,A正确;p能级能量不一定比s能级的能量高,如2p的能量小于3s,B错误;同一原子中,各p能级的轨道数都为3,C错误;2px、2py、2pz轨道相互垂直,能量相等,D错误。
4.按照量子力学对原子核外电子运动状态的描述,下列说法不正确的是(　　)
[A]p能级有3个轨道
[B]s电子云轮廓图为球形
[C]电子跃迁所得原子光谱可用于元素鉴定
[D]基态硅原子的2p能级与3p能级中的电子能量相同
【答案】 D
【解析】 s、p、d能级的轨道数分别为1、3、5,A正确;s电子云没有特定的伸展方向,轮廓图为球形,B正确;不同元素原子的电子跃迁所得原子光谱是不同的,可用于元素鉴定,C正确;相同能级,不同能层电子,能层越高,能量越高,D错误。
5.(2025·山东临沂质检)下列有关电子云、电子云轮廓图和原子轨道的说法正确的是(　　)
[A]电子云是核外电子的概率密度分布的形象描述
[B]电子云中的每个小点表示1个电子
[C]核外电子只出现在电子云轮廓图内
[D]能级种类决定原子轨道数目,能级越高,原子轨道数目越多
【答案】 A
【解析】 电子云表示电子在核外空间某处出现的概率,出现的概率越大,电子云的密度越大,故A正确;电子云中小黑点的密疏表示电子出现的概率,不代表电子数目多少,故B错误;绘制电子云轮廓时,把电子在原子核外空间出现概率P=90%的空间圈出,所得即为电子云轮廓图,故C错误;同一能层中,s、p、d、f能级所含轨道数依次增加,但同一类能级所含轨道数相同,故D错误。
6.如图甲是氢原子的1s电子云图(即概率密度分布图),图乙、丙分别表示s、p能级的电子云轮廓图。下列有关说法正确的是(　　)
[A]电子云图(即概率密度分布图)就是原子轨道图
[B]3p2表示3p能级中有两个原子轨道
[C]由图乙可知,s能级的电子云轮廓图呈圆形,有无数条对称轴
[D]由图丙可知,p能级的原子轨道呈哑铃形,且有3个伸展方向
【答案】 D
【解析】 电子云轮廓图是原子轨道图,A项错误;3p2表示3p能级中容纳了两个电子,B项错误;s能级的电子云轮廓图呈球形而不是圆形,C项错误;p能级的原子轨道呈哑铃形,有px、py、pz三个伸展方向,并且互相垂直,D项正确。
电子云图的意义及特点
1.电子云图表示电子在原子核外空间出现的概率密度的相对大小。电子云图中小点越密,表明概率密度越大。
2.电子云图中的小点并不代表电子,小点的数目也不代表电子真实出现的次数。
3.由电子云图可知,在离原子核越近的空间,电子出现的概率越大。
4.电子云的外围形状具有不规则性,电子云图很难绘制,使用不方便,故常使用电子云轮廓图。
课时作业
(分值:79分)
(选择题,每小题3分)
对点训练
知识点1　构造原理与电子排布式
1.某元素的基态原子M层有4个p电子,下列叙述错误的是(　　)
[A]N层不含电子
[B]该元素是硫元素
[C]L层一定有8个电子
[D]原子最外层电子数为4
【答案】 D
【解析】 依题意可知,该元素基态原子K、L、M层容纳的电子数分别为2、8、6,N层不含电子,故该元素是硫元素,其原子最外层电子数应为6,D项错误。
2.(2025·广东珠海月考)基态M-的最外层电子排布式为3s23p6,下列说法中正确的是(　　)
[A]M可能为稀有气体元素
[B]基态M原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p64s1
[C]基态M原子的价层电子排布为3p5
[D]M元素的最高正化合价为+7
【答案】 D
【解析】 基态M-的最外层电子排布式为3s23p6,则M-是Cl-。M是氯元素,不是稀有气体元素,故A错误;基态M原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p5,故B错误;基态M原子的价层电子排布为3s23p5,故C错误;M元素的最外层有7个电子,最高正化合价为+7,故D正确。
3.X、Y两元素可形成X2Y3型化合物,则X、Y原子基态时最外层的电子排布式分别可能是(　　)
[A]3s23p1、3s23p5 [B]3s23p1、2s22p4
[C]3s2、3s23p4 [D]3s2、2s22p3
【答案】 B
【解析】 X为Al,Y为Cl,形成的化合物为AlCl3,故A不符合题意;X为Al,Y为O,可形成Al2O3,故B符合题意;X为Mg,Y为S,形成的化合物为MgS,故C不符合题意;X为Mg,Y为N,形成的化合物为Mg3N2,故D不符合题意。
4.某基态原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s2,下列说法不正确的是(　　)
[A]该元素原子中共有25个电子
[B]该元素原子核外有4个能层
[C]该元素原子最外层共有2个电子
[D]该元素原子M能层共有8个电子
【答案】 D
【解析】 从电子排布式看,该原子最高能级为4s,故有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能层电子排布为3s23p63d5,故该能层电子数为13,D错误。
5.主族元素的原子可以失去最外层电子形成阳离子,也可以得到电子填充在最外层形成阴离子。下列各基态原子或离子的电子排布式错误的是(　　)
[A]C:1s22s22p63s23p6
[B]F-:1s22s22p5
[C]S:1s22s22p63s23p4
[D]Ar:1s22s22p63s23p6
【答案】 B
【解析】 基态氟原子的电子排布式为1s22s22p5,氟原子得到1个电子生成F-,则F-的电子排布式为1s22s22p6,B错误。
知识点2　电子云与原子轨道
6.下列有关原子轨道的说法不正确的是(　　)
[A]2s原子轨道的形状为球形
[B]能量大小:1s<2s<3s<4s
[C]2px、2py、2pz轨道的能量不相同
[D]p能级有3个原子轨道,相互垂直,分别以px、py、pz表示
【答案】 C
【解析】 2s原子轨道形状为球形,A正确;同一原子能层越高,s电子云半径越大,电子能量越高,因此能量1s<2s<3s<4s,B正确;2px、2py、2pz轨道相互垂直,能量相同,C错误;每个p能级都有3个原子轨道,而且它们相互垂直,分别称为px、py、pz,D正确。
7.(2025·广东泉州月考)下列关于能级和原子轨道的叙述中,正确的是(　　)
[A]各电子层含有的原子轨道数为2n2
[B]各电子层的能级都是从s能级开始到f能级结束
[C]同是s能级,在不同的电子层中所含原子轨道数是不相同的
[D]s、p、d、f能级所具有的原子轨道数分别为1、3、5、7
【答案】 D
【解析】 各电子层含有的原子轨道数为n2,故A错误;各电子层的能级都是从s能级开始,但是不一定到f能级结束,如第一电子层只有s能级,无f能级,第二电子层只有s、p能级,无f能级,故B错误;不同的电子层所含的s能级的原子轨道数相同,都是1个轨道,故C错误;各能级的原子轨道数按s、p、d、f的顺序依次为1、3、5、7,故D正确。
8.(2025·浙江嘉兴一中质检)下列化学用语表述正确的是(　　)
[A]镁原子由1s22s22p63s13p1转变为1s22s22p63s2时,原子释放能量,由激发态转化成基态
[B]基态Se的价层电子排布式为3d104s24p4
[C]基态铍原子最外层电子的电子云轮廓图为
[D]d能级的能量一定比p能级的能量高
【答案】 A
【解析】 镁原子由1s22s22p63s13p1转变为1s22s22p63s2时,3p电子转变为3s电子,原子释放能量,由激发态转化成基态,故A正确;Se是34号元素,基态Se的价层电子排布式为4s24p4,故B错误;基态Be的电子排布式为1s22s2,则基态铍原子最外层电子的电子云轮廓图为球形,故C错误;d能级的能量不一定比p能级的能量高,还要看能层数,如3d的能量小于6p,故D错误。
能力提升
9.关于铁元素基态下的原子或离子,下列说法错误的是(　　)
[A]Fe3+的3d能级电子数目为5个
[B]原子核外有7种空间运动状态不同的电子
[C]原子的价层电子的原子轨道有6种伸展方向
[D]原子核外有26种不同运动状态的电子
【答案】 C
【解析】 铁的原子序数为26,简化核外电子排布式为[Ar]3d64s2。Fe3+的价层电子排布式为3d5,3d能级上有 5个电子,A正确;铁原子核外有1s、2s、2p、3s、3p、3d、4s 7个不同能级,有7种空间运动状态不同的电子,B正确;Fe的价层电子排布式为3d64s2,4s能级是球形,无所谓伸展方向,3d能级为花瓣形,有5个轨道,有5种伸展方向,C错误;铁有26个电子,原子核外有26种不同运动状态的电子,D正确。
10.我国“奋斗者”号载人潜水器在马里亚纳海沟成功坐底,坐底深度为 10 909 m。“奋斗者”号载人舱球壳的材料Ti62A是一种由Ti、Al、Sn和Si等组成的合金,其中Si和Sn两种元素在元素周期表中位于同一纵列,下列有关说法错误的是(　　)
[A]基态Sn的价层电子排布式为5s25p2
[B]基态Si和基态Ti的价层电子数不相等
[C]基态Ti核外有7种能量不同的电子
[D]基态Al核外有13种运动状态不同的电子
【答案】 B
【解析】 Sn处于第ⅣA族,基态Sn的价层电子排布式为5s25p2,A项正确;Si处于第ⅣA族,其价层电子排布式为3s23p2,价电子数为4,基态Ti价层电子排布式为3d24s2,价电子数为4,B项错误;基态Ti的核外电子排布式是1s22s22p63s23p63d24s2,其中能量不同的电子,1s、2s、3s、4s各有1种,2p、3p各有1种,3d有1种,共7种,C项正确;基态铝原子核外有 13个电子,则其有13种运动状态不同的电子,D项正确。
11.X、Y、Z三种主族元素的原子,其最外层电子排布式分别为ns1、3s23p4和2s22p4,由这三种元素组成的化合物的化学式不可能的是(　　)
[A]X2Y2Z3 [B]X2YZ3
[C]X2YZ4 [D]XYZ3
【答案】 D
【解析】 X原子的最外层电子排布式为ns1,则X为第ⅠA族元素,形成化合物时常见化合价为+1价,Y原子的最外层电子排布式为3s23p4,则Y为S,Z原子的最外层电子排布式为2s22p4,则Z为O,形成化合物时常见化合价为-2价。X2Y2Z3中Y为+2价,S有+2价,故A不符合题意;X2YZ3中Y为+4价,S有+4价,故B不符合题意;X2YZ4中Y为+6价,S有+6价,故C不符合题意;XYZ3中Y为+5价,S不存在+5价,故D符合题意。
12.(2025·广东汕头月考)下列各组原子,一定属于同族元素的是(　　)
[A]原子核外M层上仅有一个电子的X原子与原子核外N层上仅有一个电子的Y原子
[B]2p能级上有两个未成对的电子的X原子与3p能级上有两个未成对的电子的Y原子
[C]原子核外电子排布式为1s2的X原子与原子核外最外层电子排布式为2s2的Y原子
[D]p能级上都只有三个电子的X原子与Y原子
【答案】 D
【解析】 原子核外M层上仅有一个电子的X原子,X为Na,原子核外N层上仅有一个电子的Y原子,Y可以为K、Cr等元素,Na位于第ⅠA族,Cr位于第ⅥB族,两者不属于同一族,故A错误。2p能级上有两个未成对的电子的X原子,X为C或O,3p能级上有两个未成对的电子的Y原子,Y可以为Si或S,C、Si位于第ⅣA族,O、S位于第ⅥA族,两者不一定属于同一族,故B错误。原子核外电子排布式为1s2的X原子,X为He,原子核外最外层电子排布式为2s2的Y原子,Y为Be,两者不属于同一族,故C错误。原子基态时2p能级上有3个电子,为N;原子基态时3p能级上有3个电子,为P;原子基态时4p能级上有3个电子,为As;原子基态时5p能级上有3个电子,为Sb……均为同主族元素,故D正确。
13.(2025·浙江师大附中月考)元素X、Y、Z、M在周期表中的相对位置如图所示,已知M元素基态原子的价层电子排布式为ns2npn+1,且核外有9个原子轨道。下列说法错误的是(　　)
[A]M元素基态原子的价层电子排布为3s23p4
[B]Y元素基态原子核外M层有5个电子
[C]X元素基态原子核外电子运动状态有5种
[D]Z元素在周期表的第四周期第ⅣA族
【答案】 C
【解析】 M元素基态原子的价层电子排布式ns2npn+1,且核外有9个原子轨道,故可知n=3,核外电子排布为1s22s22p63s23p4,故M为S;由元素X、Y、Z、M在周期表中的相对位置可知,X为O,Y为P,Z为Ge。M为S,价层电子排布为3s23p4,A正确;Y为P,M层(核外第三层)有5个电子,B正确;X为O,核外电子共8个,故电子的运动状态有8种,C错误;Z为Ge,在第四周期第ⅣA族,D正确。
14.W、X、Y、Z均为短周期主族元素,原子序数依次增大,且原子核外L层的电子数分别为0、5、8、8,它们的最外层电子数之和为18。下列说法正确的是(　　)
[A]X和Y元素原子核外电子均占据3个能级
[B]W元素原子核外只有1个电子
[C]Z元素原子的M层上有3个能级,有6个电子
[D]X、Y、Z元素形成的简单离子具有相同的电子层结构
【答案】 B
【解析】 W、X、Y、Z均为短周期主族元素,原子序数依次增大,且原子核外L层的电子数分别为0、5、8、8,它们的最外层电子数之和为18,则W、X、Y、Z分别为H、N、P、Cl。X元素(N)原子核外电子占据1s、2s、2p共3个能级,Y元素(P)原子核外电子占据1s、2s、2p、3s、3p共5个能级,A错误;W元素(H)原子核外只有1个电子,B正确;Z元素(Cl)原子的M层有3s、3p、3d共3个能级,其中3s能级有2个电子,3p能级有5个电子,共7个电子,C错误;X(N)、Y(P)、Z(Cl)元素形成的简单离子分别为N3-、P3-和Cl-,其中P3-和Cl-具有相同的电子层结构,D错误。
15.(16分)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M层p能级上有3个电子,E元素原子的价层电子排布为3d64s2。回答下列问题。
(1)(4分)A为　　 　　(填元素符号),其基态原子的电子排布式为　　　　　　　　　。
(2)(4分)B为　　　　(填元素符号),其基态原子的简化电子排布式为　 。
(3)(4分)C为　　　　(填元素符号),其基态原子的价层电子排布为　 。
(4)(2分)D为　　　　(填元素符号)。
(5)(2分)E为　　　　(填元素符号)。
【答案】 (1)Si　1s22s22p63s23p2(或[Ne]3s23p2)
(2)Na　[Ne]3s1　(3)P　3s23p3　(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x=2,故A为Si;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原子,则B为Na;C元素原子M层p能级上有3个电子,则其价层电子排布为3s23p3,故C为P;因C、D为同主族元素,故D为N;E是过渡元素,其原子的价层电子排布为3d64s2,故E为Fe。
16.(10分)有A、B、C、D、E、F六种短周期主族元素,它们的原子序数依次增大,其中A元素基态原子核外电子仅有一种原子轨道,也是宇宙中最丰富的元素;B元素原子核外p电子数比s电子数少1;C元素基态原子的最外层电子排布可表示为asaap2a;D为金属元素且M层p能级上有1个电子;E元素的基态原子核外3p轨道上有3个电子;F元素基态原子的价层电子排布式为3s23p5。
(1)(5分)写出A、B、C、E、F元素的元素符号。
A:　　　　　B:　　　　　C:　　　　
E:　　　　　F:　　　　
(2)(2分)写出基态D原子的电子排布式　　　　　　　。
(3)(3分)D元素原子核外电子云有　　　　种不同的伸展方向,共有　　　　种不同运动状态的电子,　　　　种不同能级的电子。
【答案】 (1)H　N　O　P　Cl
(2)1s22s22p63s23p1(或[Ne]3s23p1)
(3)3　13　5
【解析】 基态A原子只有一个原子轨道,可能是H或He,又因A是宇宙中最丰富的元素,则A为H;B元素基态原子的核外电子排布式为1s22s22p3,则B为N;C元素基态原子的最外层电子排布式为2s22p4,则C为O;D元素基态原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p1,则D为Al;E元素基态原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p3,则E为P;F元素基态原子的价层电子排布式为3s23p5,则F为Cl。s轨道没有伸展方向、p轨道有3种伸展方向,铝原子涉及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3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,有1s、2s、2p、3s、3p共5个能级。
17.(11分)X、Y、Z、W是元素周期表前四周期中的常见元素,其原子序数依次增大。X的一种核素的质量数为12,中子数为6;Y是动植物生长不可缺少的、组成蛋白质的重要元素;Z的基态原子核外3p轨道上有4个电子;W是一种常见元素,可以形成3种氧化物,其中一种氧化物是具有磁性的黑色晶体。
(1)(4分)写出下列元素的名称。
X:　　　　Y:　　　　Z:　　　　W:　　　
(2)(2分)W的原子结构示意图为　 。
(3)(2分)Z的基态原子价层电子排布式为　　　　　　。
(4)(3分)写出X的单质与Z的最高价氧化物对应的水化物的浓溶液反应的化学方程式: 　 。
【答案】 (1)碳　氮　硫　铁
(2)
(3)3s23p4
(4)C+2H2SO4(浓)CO2↑+2SO2↑+2H2O
【解析】 X的一种核素的质量数为12,中子数为6,X为C;Y是动植物生长不可缺少的、组成蛋白质的重要元素,Y为N;Z的基态原子核外3p轨道上有4个电子,Z为S;W是一种常见元素,可以形成3种氧化物,其中一种氧化物是具有磁性的黑色晶体,W为Fe。
(1)根据分析可知,X为碳元素,Y为氮元素,Z为硫元素,W为铁元素。
(2)Fe的原子序数为26,其原子结构示意图为。
(3)Z是S,原子序数是16,其基态原子价层电子排布式为3s23p4。
(4)C与浓硫酸加热时反应生成CO2、SO2和H2O,化学方程式为C+2H2SO4(浓)CO2↑+2SO2↑+2H2O。
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