第1章 第1节 第1课时 能层与能级 基态与激发态 原子光谱 构造原理与电子排布式(word教参)-【勤径学升】2024-2025学年高中化学选择性必修2同步练测（人教版2019）

第一章　原子结构与性质 第一节　原子结构 第1课时　能层与能级　基态与激发态　原子光谱　构造原理与电子排布式 学习目标 核心素养 1.知道原子核外电子的能层分布、能级的高低顺序及其与能量的关系。 2.基态与激发态以及原子核外电子在一定条件下会发生跃迁,了解其简单应用。 3.了解原子核外电子排布的结构原理,熟记基态原子核外电子在原子轨道上的排列顺序。 4.熟练掌握1～36号元素基态原子核外电子的排布。 1.宏观辨识与微观探析：通过认识原子结构及核外电子排布,辨识微观粒子运动状态不同于宏观物体运动状态。 2.证据推理与模型认知：结合原子结构模型的演变过程,能论证证据与模型的建立及其发展之间的关系。 [对应学生用书第1页] 一、能层与能级 1.能层 （1）核外电子按能量不同分成能层。电子的能层由内向外排序,其序号、符号及所能容纳的最多电子数如下： 能层 一 二 三 四 五 六 七 符号 K L M N O P Q 最多电 子数（2n2） 2 8 18 32 50 72 98 （2）能层越高,电子的能量越高,能量的高低顺序为E（K）＜E（L）＜E（M）＜E（N）＜E（O）＜E（P）＜E（Q）。 2.能级 （1）同一能层的电子,还被分成不同的能级。任一能层的能级总是从s能级开始,能级数等于该能层序数。能级的字母代号按s、p、d、f……排序。每个能级可容纳的最多电子数依次为自然数中的奇数序列1、3、5、7…的2倍。 （2）同一能层各能级的能量顺序： E（ns）＜E（np）＜E（nd）＜E（nf）…… （3）各能级最多容纳的电子数 能层 K L M N O 能级 1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p 4d 4f 5s …… 最多 电子数 2 2 6 2 6 10 2 6 10 14 2 …… 1.(广东揭阳高二期末改编)下列能层中，只包含s能级的是(　　) A.K层 B.L层 C.M层 D.N层 答案　A 二、基态与激发态　原子光谱 1.基态原子与激发态原子 光（辐射）是电子跃迁释放能量的重要形式。 2.光谱与光谱分析 （1）原子光谱：不同元素原子的电子发生跃迁时会吸收或释放不同的光,可以用光谱仪摄取各种元素原子的吸收光谱或发射光谱,总称原子光谱。 （2）光谱分析：现代化学中,常利用原子光谱上的特征谱线来鉴定元素,称为光谱分析。 （3）光谱分析的应用——鉴定元素。 2.下列关于同一原子中的基态和激发态说法中,正确的是 （　　） A.基态时的能量比激发态时高 B.激发态时比较稳定 C.由基态转化为激发态过程中吸收能量 D.电子仅在激发态跃迁到基态时才会产生原子光谱 解析　激发态时能量较高,较不稳定,A、B不正确；电子从较低能量的基态跃迁到较高能量的激发态时,也会产生原子光谱,D不正确。 答案　C 三、构造原理与电子排布式 1.构造原理 （1）概念：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 （1）含义：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,称为电子排布式。 （2）示例：氮原子的电子排布式为： 3.下列各原子或离子的电子排布式正确的是 （　　） A.Al　1s22s22p63s13p2 B.O　1s22s22p4 C.Na＋　1s22s23p6 D.Si　1s22s22p53s23p3 解析　A、C、D违反构造原理,正确写法应为Al：1s22s22p63s23p1、Na＋：1s22s22p6、Si：1s22s22p63s23p2。 答案　B [对应学生用书第2页] 要点一　能层与能级 1.原子核外每一能层最多容纳的电子数与能层序数（n）之间存在什么关系？第四能层最多可容纳多少个电子？ 提示　每个能层最多容纳的电子数为2n2个,第四能层最多容纳2×42＝32个电子。 2.M能层中共有几个能级？分别用什么符号表示？各能级最多容纳的电子数是多少？ 提示　M能层中共有3个能级；分别用3s、3p、3d表示；s能级最多容纳2个电子,p能级最多容纳6个电子,d能级最多容纳10个电子。 3.以s能级为例,不同能层的s能级间能量有何关系？同一能层,不同能级间能量有何关系？ 提示　1s＜2s＜3s＜4s……ns＜np＜nd＜nf＜…… 一、能层、能级及其最多容纳的电子数 能层（n） 1 2 3 4 …… 符号 K L M N …… 能级 1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p 4d 4f …… 最多 容纳 的电 子数 每个 能级 2 2 6 2 6 10 2 6 10 14 …… 每个 能层 2 8 18 32 …… 能量 K＜L＜M＜N＜…… 二、能层与能级的关系 1.能层与能级类似楼层与阶梯之间的关系,就好比能层是楼层,能级是楼梯的阶级,如图所示。 2.能层、能级中的数量关系 （1）任一能层,能级数＝能层序数,且总是从s能级开始。 （2）以s、p、d、f……排序的各能级最多容纳的电子数依次为1、3、5、7…的2倍。 （3）每个能层最多可容纳的电子数是能层序数的平方的2倍,即2n2。 （4）能级符号相同的不同能级中所容纳的最多电子数相同。 [例1]　(辽宁葫芦岛高二期末)下列关于能层和能级的说法错误的是(　　) A.每个能层中的能级数都等于该能层序数 B.原子核外每个能层容纳的电子数都是n2(n表示能层序数) C.d能级最多能容纳10个电子 D.任一能层的能级总是从s能级开始 [解析]　每个能层中的能级数都等于该能层序数，如第一能层(K层)上只有1s一个能级，第二能层(L层)有2s和2p两个能级，第三能层(M层)有3s、3p和3d三个能级，其余能层同理，A正确；原子核外每个能层最多容纳电子数都是2n2(n为能层序数)，B错误；d能级有5个轨道，每个轨道最多能容纳2个电子，所以d能级最多能容纳10个电子，C正确；任一能层的能级总是从s能级开始，D正确。 [答案]　B 1.下列能级符号表示错误的是 （　　） A.2s B.3p C.2d D.3d 解析　第二能层含有2个能级,分别是2s、2p,A项正确,C项错误；第三能层含有3个能级,分别是3s、3p、3d,B项正确,D项正确。 答案　C 要点二　电子能量高低比较 1.决定电子能量高低的因素有哪些？ 提示　①能层：能级符号相同时,能层序数越大,电子能量越高；②能级：在同一能层的不同能级中,s、p、d、f能级的能量依次升高；③在多电子原子中会发生能级交错现象。 2.多电子原子中,不同能级能量高低有什么关系？1s与3d、3s与3d的能量高低如何？ 提示　相同能层上不同能级能量的高低为ns＜np＜nd＜nf；不同能层上符号相同的能级能量的高低为1s＜2s＜3s＜4s。1s＜3d；3s＜3d。 1.电子能量高低比较 2.构造原理 （1）简易识记图 ns （n－2）f （n－1）d np 7s 5f 6d 7p 6s 4f 5d 6p 5s 4d 5p 4s 3d 4p 3s 3p 2s 2p 1s （2）实质：构造原理中的电子排布顺序,其实质是各能级的能量高低顺序。 （3）“能级交错”现象：由构造原理可知,核外电子排布的能级顺序为1s、2s、2p、3s、3p、4s、3d、4p、5s、4d、5p、6s、4f、5d、6p、7s……从中可以看出,从第三能层开始,各能级不完全遵循能层顺序,产生了能级交错排列,即产生“能级交错”现象。如E（3d）＞E（4s）、E（4d）＞E（5s）、E（5d）＞ E（6s）、E（6d）＞E（7s）、E（4f）＞E（5p）、E（4f）＞E（6s）等。 [例2]　下列叙述正确的是(　　) A.钠的焰色试验呈现黄色，是电子由激发态转化成基态时吸收能量产生的 B.能级能量：1s<2s<3s<4s C.在基态多电子原子中，p能级电子能量一定高于s能级电子能量 D.同一原子中，2p、3p、4p能级的能量相同 [解析]　钠的焰色试验是电子由激发态转化成基态时释放能量产生的，A错误；能级能量1s<2s<3s<4s，B正确；在基态多电子原子中，同能层的p能级电子的能量一定比s能级电子能量高，但能层不同则不一定存在这种关系，C错误；同一原子中，2p、3p、4p能级的能量2p<3p<4p，D错误。 [答案]　B 解析有关电子排布能级顺序问题的思维流程如下： 能层高的能级能量高→同能层能级能量s<p<d<f→符合构造原理ns<(n－2)f<(n－1)d<np→注意能级交错现象。 2.下列各项中,前面的能级先填入电子的是（　　） ①3d和4s　②4p和5s　③5s和4d　④5p和4d A.①② B.②③ C.②④ D.③④ 解析　根据构造原理可知电子填入能级的顺序为……4s、3d、4p、5s、4d、5p、6s……从而可以看出②③中前面的能级先填入电子。 答案　B 要点三　电子排布式书写 1.铁元素基态原子的电子排布式能否写为1s22s22p63s23p64s23d6？ 提示　不对。正确的应为1s22s22p63s23p63d64s2。在书写电子排布式时,能层低的能级要写在左边,而不是按构造原理顺序写。 2.已知,图中3s23p2是硅的何种电子排布式？该排布式与硅元素的化合价之间有何关系？主族元素和过渡元素的价电子排布有何特征？ 提示　价层电子排布式或价电子排布式或外围电子排布式；元素原子的外围电子排布能体现出元素的主要化合价,主族元素的价电子排布就是最外层电子排布,而过渡元素的价层电子排布包括最外层的s电子及次外层的d电子。 3.是不是所有基态原子的电子排布都符合构造原理？ 提示　有些过渡金属元素的基态原子的电子排布不符合构造原理。如Cr的基态原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s1,Cu的基态原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s1。 1.原子的电子排布式 （1）简单原子：按照构造原理将电子依次填充到能量逐渐升高的能级中。如14Si：1s22s22p63s23p2。 （2）复杂原子：先按构造原理从低到高排列,然后将同能层的能级移到一起。如26Fe：先排列为1s22s22p63s23p64s23d6,然后将同一能层的能级排到一起,即该原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2。 （3）特殊原子：当p、d、f能级处于全空、全充满或半充满状态时,能量相对较低,原子结构较稳定。如24Cr： 2.离子的电子排布式 （1）判断该原子变成离子时会得到或失去的电子数。 （2）原子失去电子时,总是从能量高的能级失去电子,即失去电子的顺序是由外向里。一般来说,主族元素只失去它们的最外层电子,而副族和第Ⅷ族元素可能还会进一步向里失去内层电子。 （3）原子得到电子而形成阴离子,则得到的电子填充在最外一个能层的某一个能级上。 3.简化电子排布式 如K：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。 4.价电子排布式 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）。例如,Fe的简化电子排布式为[Ar] 3d64s2,价层电子排布为3d64s2。通常,元素周期表只给出价层电子排布。请从书末的元素周期中找出Na、Al、Cl、Mn、Br的价层电子排布。 [例3]　(山东菏泽一中高二月考)下列各基态原子或离子的电子排布式书写错误的是(　　) A.K：1s22s22p63s23p6 B.F：1s22s22p5 C.Mg2＋：1s22s22p6 D.O2－：1s22s22p6 [解析]　K原子核外电子数为19，根据构造原理可知，基态K原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p64s1，故A错误；F原子核外电子数为9，根据构造原理可知，基态F原子核外电子排布式为1s22s22p5，故B正确；Mg原子核外电子数为12，根据构造原理可知，基态Mg原子核外电子排布式为1s22s22p63s2，失去最外层2个电子后，基态Mg2＋的核外电子排布式为1s22s22p6，故C正确；O原子核外电子数为8，根据构造原理可知，基态O原子核外电子排布式为1s22s22p4，得到2个电子后，基态O2－的核外电子排布式为1s22s22p6，故D正确。 [答案]　A 解析有关电子排布式书写问题的思维流程如下： 确定元素核电荷数(原子序数)→按构造原理逐级排列电子，并写出原子的电子排布式(注意能级交错现象)→若为离子，加上所得电子或减去所失电子。 3.（1）某元素的原子序数为33,则： ①此元素原子的电子总数是　　　　；  ②有　　　　个能层,　　　　个能级；  ③它的基态原子电子排布式为　。  （2）写出Si、Ca2＋、Cl－的电子排布式： ①Si：　 ；  ②Ca2＋：　 ；  ③Cl－：　 。  解析　（1）①核电荷数＝原子序数＝核外电子数,故此原子的核外电子数为33；③依据构造原理,能量高低顺序为4s＜3d＜4p,则此元素的基态原子电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p3。 答案　（1）①33　②4　8　③1s22s22p63s23p63d104s24p3 （2）①1s22s22p63s23p2　②1s22s22p63s23p6 ③1s22s22p63s23p6 [对应学生用书第5页] 1.(吉林省吉林一中高二月考)下列现象与电子的跃迁没有直接关联的是(　　) 解析　电子由较高能量的激发态跃迁到较低能量的激发态乃至基态时，主要以光的形式释放能量，通电后氢气发光、霓虹灯发光、燃放烟花等现象都是电子发生跃迁释放能量形成的，钠与水剧烈反应与电子的跃迁无关，故选D。 答案　D 2.（济宁高二检测）按能量由低到高的顺序排列,正确的一组是 （　　） A.1s、2p、3d、4s B.1s、2s、3s、2p C.2s、2p、3s、3p D.3p、3d、4s、4p 解析　电子能量的高低主要由能层和能级决定。当能级相同时,能层越大,原子轨道能量越高,例如E1s＜E2s＜E3s,E2p＜E3p＜E4p；当能层相同时,能级越大,原子轨道能量越高,如E3s＜E3p＜E3d；能级和能层都不相同时,根据构造原理判断,如D项能量由低到高顺序为3p、4s、3d、4p。 答案　C 3.（荆门高二检测）下列说法中正确的是 （　　） A.25Mn的原子结构示意图为 B.氟的基态原子核外有9种不同能量的电子 C.电子排布式为[Ar]3d104s24p3的原子核电荷数为33 D.Cl－的最外层电子排布式为1s22s22p63s23p6 解析　Mn的原子结构示意图应根据电子排布式进行书写,为,A错误；氟的基态原子电子排布式为1s22s22p5,只有3种不同能量的电子,B错误；电子排布式为[Ar] 3d104s24p3的原子核外电子数为33,故核电荷数也为33,C正确；Cl－的最外层电子排布式为3s23p6,D错误。 答案　C 4.请根据构造原理，按要求写出下列基态原子的核外电子排布式。 (1)16S的电子排布式：________________。 (2)11Na的次外层电子排布式：________________。 (3)20Ca的最高能层的电子排布式：________________。 (4)26Fe的简化电子排布式：________________。 (5)26Fe3＋的电子排布式：________________。 (6)33As的简化电子排布式：________________。 解析　(1)16S核外有16个电子，电子排布式为1s22s22p63s23p4或[Ne]3s23p4。 (2)11Na的核外电子排布式为1s22s22p63s1，则次外层电子排布式为2s22p6。 (3)20Ca的核外电子排布式为1s22s22p63s23p64s2，最高能层为N层，电子排布式为4s2。 (4)26Fe核外有26个电子，简化电子排布式为[Ar]3d64s2。 (5)26Fe的核外电子排布式为[Ar]3d64s2，失去3个电子后形成26Fe3＋，所以 26Fe3＋的电子排布式为1s22s22p63s23p63d5或[Ar]3d5。 (6)33As核外有33个电子，简化电子排布式为[Ar]3d104s24p3。 答案　(1)1s22s22p63s23p4(或[Ne]3s23p4) (2)2s22p6　(3)4s2　(4)[Ar]3d64s2 (5)1s22s22p63s23p63d5(或[Ar]3d5)　(6)[Ar]3d104s24p3 学科网（北京）股份有限公司 $$