1.1 氢原子的结构模型（同步讲义）化学沪科版选择性必修2

第一章 原子结构与性质 第一节 氢原子的结构模型 共1课时 教学目标 1．了解有关原子核外电子运动模型的历史发展过程 ，认识核外电子的运动特点。 2．知道电子运动的能量状态具有量子化的特征，（能量不连续），电子可以处于不同的能级，在一定条件下会发生激发与跃迁。 3．知道电子的运动状态（空间分布及能量）可通过原子轨道和电子云模型来描述 。 4．知道原子光谱分析及应用。 重点和难点 重点：能层、能级与能量、电子数的关系。 难点：光谱、原子轨道、电子云概念的理解。 ◆知识点一 氢原子光谱和玻尔原子结构模型 1．氢原子光谱 （1）原子核外电子运动模型的历史发展过程： 1803年 ①原子都是 的粒子；②同种元素的原子的各种性质和质量都相同；③原子是微小的 球体。 道尔顿（英国）实心球模型 1904年 发现了 ,原子是一个带正电荷的球，电子镶嵌在里面，形状酷似“葡萄干布丁”（Plum pudding），也称“枣糕模型”或“葡萄干面包模型”。 汤姆森（英国）葡萄干布丁模型 ①原子的大部分体积是空的；②在原子的中心有一个很小的 ； ③原子的全部正电荷在原子核内，且几乎全部质量均集中在原子核内部，带负电的电子在核空间进行 运动。 1911年 卢瑟福（英国）的行星模型 ①电子在原子核外空间的一定轨道（称为 轨道）上绕核做高速圆周运动，既不吸收能量也不 能量；②不同定态轨道上运动的电子具有不同的 ，而且能量是量子化的；③电子在不同能量的两个轨道之间发生跃迁时，才会 (形成光谱)。 1913年 玻尔（丹麦）核外电子分层排布模型 1926~1935年 在德布罗意关系式的基础上，对电子的运动做了适当的数学处理，提出了薛定谔方程，再用三维坐标将解表示出来，就得到了现代电子云模型。 薛定谔（奥地利）现代电子云模型 【特别提醒】 ①原子结构模型是科学家根据科学猜想和分析，通过对原子结构的 而建构的揭示原子本质的认知模型。人类认识原子的历史是漫长的，也是无止境的。 ②目前，科学家已经能利用电子显微镜和扫描隧道显微镜摄制显示原子图像的照片。随着现代科学技术的发展，人类对原子的认识过程还会不断 。 （2）基态与激发态： ①基态：原子、分子或离子的电子排布处于能量 的状态，此时系统最稳定，不会自发向外释放能量。 处于 原子叫做基态原子。 ②激发态：基态原子、分子或离子 一定的能量后，电子会 到较高能量的轨道但尚未离开本身粒子的状态。 ③基态原子与激发态原子的关系： 吸收能量 主要以光的形式释放能量 基态原子（能量 ，稳定）激发态原子（能量 ，不稳定） （3）光谱： ①光谱概念：光谱就是通过棱镜或光栅的分光作用，将一束复色光分解成各种波长的 光，按照 顺序排列起来形成的图案。 ②光谱分类 a.连续光谱：由各种波长的光所组成，且相近的波长 而不能分辨所得到的光谱，就是连续光谱，如阳光光谱； b.线状光谱。具有特定的 、由彼此 的谱线所组成得到的光谱，就是线状光谱。如氢原子光谱： （4）原子光谱： ①概念：不同原子的电子发生跃迁时可以吸收或发射不同的光，用光谱仪可以摄取各种原子的 光谱和 光谱，总称为原子光谱。 如汞和锶的原子光谱： ②形成：原子光谱是由原子中电子运动状态发生变化时 形成的，与原子中电子的能量状态有最直接的关系。如图： ③种类：根据电子运动状态发生变化时释放或吸收能量，原子光谱可分为 光谱和 光谱。 a.发射光谱：电子从激发态回到基态时， 特定波长的光而形成亮线或亮带的光谱，本质是粒子释放多余的能量时“吐出”了特定颜色的光。 b.吸收光谱：电子从基态跃迁到激发态时， 特定波长的光后，在连续光谱上形成暗线或暗带的光谱，本质是粒子从基态到激发态时“抓走”了对应能量的光。 （5）氢原子光谱：氢原子光谱在可见光区有 4 条明亮的谱线，它们 的波长分别为：410.1 nm、434.1 nm、486.1 nm、656.3 nm.如图：【特别提醒】 吸收光谱“ 光留 痕”，发射光谱“ 光显 痕”，两者的谱线位置一一对应，如同“吸收”和“发射”是相反的光现象。 2．玻尔原子结构模型 （1）量子化概念：玻尔认为能量是 的，即能量是以一个微小单位的形式存在和转播的； （2）主要观点：核心是电子在固定 的轨道上运动，不辐射能量，且电子跃迁时会吸收或释放特定频率的光。 ①定态假设：原子中的电子只能在某些确定半径的圆周轨道上绕原子核运动，这些轨道称为 轨道，电子在这些轨道上绕核运动时既不吸收能量也不辐射能量。 ②量子化条件：在不同定态轨道上运动的电子具有不同的 ，而且能量是 的，即轨道能量是“一份一份”地增加或减少的。轨道能量与n值（主量子数）有关。n的取值为正整数1、2、3、......、∞，n值越小，电子离核越近，能量越 ，反之能量就越 。 ③跃迁假设：电子在不同能量的两个轨道之间发生跃迁时，才会辐射或吸收能量。如果电子从高能量的轨道跃回低能量轨道，就会以 的形式释 这些能量，光辐射的波长（λ）与两个轨道的能量差（ΔE）有关。 （2）氢原子光谱为线状光谱的原因分析： ①对于氢原子而言，当核外的一个电子处于n = 1的轨道时能量最 ，这个状态就称为氢原子的 态。当这个电子跃迁至n > 1的轨道上运动时，这些状态称为氢原子的 态。 ②由于能量是不连续的，因此不同轨道之间能量的差值是 的，导致光辐射的波长也是 的。氢原子的光谱在可见光区中的4条谱线，就是电子分别从n=3、4、5、6的轨道跃迁回到n=2的轨道时释放的能量所形成的（见教材P6图1.3）。 ③轨道跃迁与氢原子光谱系列的关系： 主量子数n大于或等于2的电子跃迁到n = 1：紫外线系（赖曼系） 主量子数n大于或等于3的电子跃迁到n = 2： 系（巴尔末系） 主量子数n大于或等于4的电子跃迁到n = 3：红外光系（帕邢系）如下图所示： （3）玻尔模型的局限性 ①保留了经典粒子的概念，仍把电子的运动看作经典力学描述下的轨道运动。 ②对稍微复杂一点的原子（多电子原子）如氦原子，就无法解释他的光谱现象。 【特别提醒】 ①科学家研究发现，微观粒子既具有 性又具有 性，他的运动速度和空间位置无法同时准确测量，描述宏观物体的经典力学方法不适用于描述微观粒子。 ②电子从较高能量的激发态跃迁到较低能量的激发态乃至基态时，将释放能量；反之，将吸收能量。 是电子释放能量的重要形式之一。 ③电子的跃迁是 变化(未发生电子转移)，而原子得失电子时发生的是 变化。一般在能量相近的能级间发生电子跃迁。 3．原子光谱分析 （1）特征谱线：各种原子的发射光谱都是 光谱，不同原子只能发出几种特定频率的光。不同原子的亮线 不同，说明不同原子的 不一样，这些亮线被称为原子的特征谱线。如下图中最上一条是连续光谱，其他几条则既有线状光谱又有连续光谱： ①发射光谱，又叫明线光谱，物质（原子）发光。特征： ，线状不连续。如锂、氦、汞的发射光谱： ②吸收光谱，又叫暗线光谱。物质（原子）吸收白光。特征: ， 线状不连续。如锂、氦、汞的吸收光谱： （2）原子光谱的应用——光谱分析 ①概念：在现代化学中，常利用原子光谱上的 来鉴定元素，称为光谱分析。 ②应用：鉴定（检验）或发现新元素。 【特别提醒】 生产生活中， 是电子释放能量的重要形式之一。焰火、霓虹灯光、激光、荧光、LED 灯光等都与核外电子跃迁释放 有关。 即学即练 1．人类对原子结构的认识经历了一个漫长的、不断深化的过程。下列说法错误的是（ ） A．1803年，英国化学家道尔顿提出了原子论，他认为原子是不可被分割的 B．1904年，汤姆孙提出了原子结构的“葡萄干布丁”模型 C．1911年，卢瑟福根据a粒子散射实验提出了原子结构的核式模型 D．1913年，波尔根据原子光谱实验建立了核外电子分层排布的原子结构模型，他认为在不同轨道上运动的电子具有相同的能量，能量值是连续的 2．对充有氖气的霓虹灯管通电，灯管发出红色光。产生这一现象的主要原因是 A.电子由激发态向基态跃迁时以光的形式释放能量 B.电子由基态向激发态跃迁时吸收除红光以外的光线 C.氖原子获得电子后转变成发出红光的物质 D.在电流的作用下，氖原子与构成灯管的物质发生反应 3．下列有关原子光谱的说法中，不正确的是 A．霓虹灯能发出五颜六色的光，发光机理与氢原子光谱形成机理基本相同 B．铯和钕光谱图中有特征的蓝光和红光 C．夜空中五彩缤纷的烟花与原子核外电子的跃迁有关 D．利用光谱仪只能测得原子的发射光谱 ◆知识点二 氢原子的结构模型 1.能层与能级 （1）能层： ①定义：核外电子按 不同，将核外电子分为不同的能层(电子层)。 ②序号及符号：由里到外，能层序号一、二、三、四、五、六、七……分别用 、O、P、Q…符号表示。如图： ③能量关系：能层越高，电子的能量 ，能量的高低顺序为E(K)＜E(L)＜E(M)＜E(N)＜E(O)＜E(P)＜E(Q)。 ④能层与容纳的电子数关系： a.每一层最多容纳的电子数： 个。 b.最外层电子数不超过 个（K层为最外层时不超过 个）。 c.次外层电子数不超过 个，倒数第三层不超过32个。 （2）能级： ①定义：根据多电子原子的能量也可能不同，将它们分为不同能级。根据多电子原子的同一能层的电子的 也可能不同，将它们分为不同能级。 ②表示方法：分别用相应能层的序数和字母 等表示，同能层不同能级如n能层的能级按能量由低到高的排列顺序为 等。 ③能层、能级与最多容纳的电子数： 能层 一 二 三 四 五 六 七 符号 K L M N O P Q 能级 1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p 4d 4f ...... ...... ...... 最多电子数 2 2 6 2 6 10 2 6 10 14 2 8 18 32 50 72 98 离核远近 近 远 能量高低 低 高 规律：a.任一能层的能级总是从 能级开始，能级符号的顺序是ns、np、nd、nf......(n为能层序数)。能层序数 该能层所包含的能级数，如第三能层有 个能级。 b.s、p、d、f 各能级可容纳的电子数分别为1、3、5、7的 倍。 c.原子核外电子的每一能层最多可容纳的电子数与能层的序数(n)间存在的关系是 。 【特别提醒】同一原子处于不同状态能量高低的判断方法 ①原子处于基态时，能量 ，激发态能量 基态，其中各能层能级的能量高低顺序为：1s＜2s＜2p＜3s＜3p＜… ②电子由基态跃迁到激发态时，激发态原子所处的能层和能级数越高，需要的能量 。 ③能层和能级数低的能级上排布的电子数越多，原子所处的能量 ，能层和能级数高的能级上排布的电子数越多，原子所处的能量 。 2.电子云 （1）概念：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。 （2）含义：单位体积内小点的疏密程度表示电子在原子核外出现 大小，小点越密，表示概率密度 。 （3）形状： ①s电子云：呈 形对称，只有 种空间伸展方向。 ②p电子云：呈 形，有 种空间伸展方向，分别相对于x、y、z轴对称。 【特别提醒】 ①电子云只是形象的表示电子出现在各点的 高低，而实际上并不存在。 ②1s 轨道上的电子（也称1s电子）在空间出现的概率分布呈 形对称，并且电子在原子核附近单位体积内出现的概率 ，离核越远，单位体积内电子的出现概率越 。 ③处于2p轨道的电子在空间单位体积内出现的的概率是沿着一个坐标轴（x轴、y轴或z轴） 分布。 3. 原子轨道 （1）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＝90%的空间圈出来，即电子云轮廓图。 ②形状：1s和2p轨道的电子云空间分布图： （2）原子轨道： ①定义：当电子处于不同的运动状态时具有的能量是不同的。我们把原子中核外电子的一个 称为一个原子轨道。 ②形状： a. s电子的原子轨道呈 形，能层序数越大，原子轨道的半径越 。 b. p电子的原子轨道呈 形，能层序数越大，原子轨道的半径越大。 （3）原子轨道与能层序数的关系： ①不同能层的同种能级的原子轨道形状 ，只是半径 。能层序数n越大，原子轨道的半径 。 ②s能级只有 个原子轨道。p能级有 个原子轨道，它们互相垂直，分别以px、py、pz表示。 ③在同一能层中px、py、pz的能量相同。 【特别提醒】 此处轨道的含义和玻尔原子结构模型中轨道的含义完全 ，它既不是圆周轨道，也不是其他经典意义上的固定轨迹。玻尔原子模型中的“轨道”是指运行其中的电子每时每刻都有确定的速度、位置、能量和角动量；此处轨道是指一种量子状态，他具有某种特定的 和角动量（对应于确定的能层和能级），但其速度和位置都是 确定的，只有一个概率分布。 4. 电子自旋 （1）概念：电子自旋在空间有 两种取向，简称自旋相反，常用上下箭头( “↑”“↓” )表示自旋相反的电子。 （2）特点：1925 年，泡利正式提出，在一个原子轨道里，最多只能容纳 个电子，它们的自旋 ，这个原理被称为泡利原理(泡利不相容原理)。 即学即练 1. 下列有关认识正确的是 A．各能级的原子轨道数按s、p、d、f的顺序依次为1、3、5、7 B．各能层的能级都是从s能级开始至f能级结束 C．各能层含有的能级数为n-1 D．各能层含有的电子数为2n2 2. 下列关于核外电子的运动状态的说法错误的是 A．核外电子是分层运动的 B．只有能层、能级、电子云的空间伸展方向以及电子的自旋状态都确定时，电子运动状态才能被确定 C．只有能层、能级、电子云的空间伸展方向以及电子的自旋状态都确定时，才能确定每一个电子层的最多轨道数 D．电子云的空间伸展方向与电子的能量大小无关 3．如图是s能级和p能级的原子轨道图，下列说法正确的是 A．每个p能级都有3个原子轨道 B．s能级和p能级的原子轨道形状相同 C．钠原子核外电子有11种不同的空间运动状态 D．s能级的原子轨道半径与能层序数无关 一、原子光谱及应用 1．原子光谱 （1）光谱：光谱就是通过棱镜或光栅的分光作用，将一束复色光分解成各种波长的单色光，按照波长或频率大小顺序排列起来形成的图案。 （2）连续光谱和线光谱：得到的图案如果是一条连续的亮带，就是连续光谱；得到的图案如果是不连续的亮线，就是线光谱。各元素原子的线光谱就叫做原子光谱。 （3）特征：气体中中性原子的发光光谱都是线状谱，说明原子只发出几种特定频率的光。不同原子的亮线位置不同，说明不同原子的发光频率是不一样的，因此，这些亮线称为原子的特征谱线。既然每种原子都有自己的特征谱线，我们就可以利用它来鉴别物质和确定物质的组成成分。这种方法称为光谱分析。 （4）微观粒子既有波动性又有粒子性，描述宏观物体运动的经典力学不适用于描述微观粒子的运动。 2．应用 （1）霓虹灯发光：充有氖气的霓虹灯能发出红光，产生这一现象的原因是通电后在电场作用下，放电管里氖原子中的电子吸收能量后跃迁到能量较高的能级，且处在能量较高的能级上的电子会很快地以光的形式释放能量而跃迁到能量较低的能级上，该光的波长恰好处于可见光区域中的红色波段。 （2）焰色试验：金属的焰色试验是电子跃迁的结果，金属原子中,核外电子按一定轨道顺序排列,轨道离核越远,能量越高。灼(燃)烧时,电子获得能量,能量较低的电子发生跃迁,从基态变为激发态。随即电子又从能量较高的激发态跃迁到能量较低的激发态乃至基态,便以光(辐射)的形式释放能量,形成不同的焰色。 （3）光谱分析法鉴定元素的原因：一种元素有一种原子光谱，一种原子光谱对应着一种元素，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)，所以，可以用光谱分析法鉴定元素。 实践应用 1．下列图像中所发生的现象与电子的跃迁无关的是 2.下列与氢原子有关的说法中，错误的是 A．氢原子电子云图中小黑点的疏密表示电子在该区域出现的概率密度 B．霓虹灯能的发光机理与氢原子光谱形成机理基本相同 C．利用玻尔原子结构模型可以较好地解释氢原子光谱为线状光谱 D．氢原子核外只有一个电子，它产生的原子光谱中只有一根或明或暗的线 二、能层、能级与原子轨道 1.能层(n)：核外电子按能量不同分成能层，电子的能层由内向外排序，通常用K、L、M、N……表示，能量依次升高。 2.能级：同一能层里的电子按能量不同将其分成不同的能级，通常用s、p、d、f等表示；同一能层里，各能级的能量按ns、np、nd、nf……的顺序依次升高。 3.原子轨道：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，即电子在核外经常出现的区域。 4.能级与轨道数： 能层 能级 原子轨道数 原子轨道符号 电子云轮廓图 形状 取向 K 1s 1 1s 球形 —— L 2s 1 2s 球形 —— 2p 3 2px、2py、2pz 哑铃形 相互垂直 M 3s 1 3s 球形 —— 3p 3 3px、3py、3pz 哑铃形 相互垂直 3d 5 —— —— —— 5.能层序数与原子轨道 （1）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，原子轨道的半径越大。且同一能层相同能级的原子轨道的能量相同，如px、py、pz能量相同。 （2）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px、py、pz表示。d能级有5个原子轨道，f能级有7个原子轨道， （3）原子轨道数与能层序数(n)的关系：原子轨道数目＝n2． 6.原子核外电子的运动状态和空间运动状态种类的判断方法 （1）核外电子的运动状态种类＝原子核外电子的总数：描述原子核外电子运动状态有4个参数：能层、能级、原子轨道和自旋方向，因此同一原子核外各电子的运动状态均不相同。 （2）核外电子的空间运动状态种类＝电子占据的原子轨道总数：描述原子核外电子的空间运动状态有3个参数：能层、能级和原子轨道，故根据核外电子排布占据的原子轨道总数判断原子的空间运动状态种类。 实践应用 1．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 2．下列有关原子轨道的叙述中正确的是 A. 硫原子的轨道能量较轨道高 B. 能层的原子轨道最多可容纳个电子 C. 铯原子的与轨道均为球形 D. 能级的原子轨道呈哑铃形，随着能层序数的增加，能级原子轨道也在增多 考点一 光谱及光谱分析 【例1】关于原子光谱说法不正确的是 A．霓虹灯光、LED灯光与原子核外电子跃迁释放能量有关 B．焰色试验是利用元素的吸收光谱鉴别某些元素 C．玻尔提出了核外电子的能量是量子化的，因此可以解释离散的谱线 D．钠双线证明了即使同一个能级的两个电子能量也有微弱的差别 【变式1-1】下列说法中正确的是 A．铍原子最外层原子轨道的电子云图： B．霓虹灯能发出五颜六色的光，发光机理与氢原子光谱形成机理完全不同 C．焰色反应中的特殊焰色是金属原子在电子从基态跃迁到激发态时产生的光谱谱线的颜色 D．同一原子处于激发态时的能量一定大于其处于基态时的能量 【变式1-2】激发态原子和基态原子可以通过电子跃迁的方式相互转换,跃迁过程中可得到光谱,下列说法正确的是 A．元素K的焰色试验呈紫红色,其中紫色对应的辐射波长约为700 nm B．以上实验装置测得的是氢元素的吸收光谱 C．电子仅从激发态跃迁到基态时才会产生原子光谱 D．原子光谱可以用于定性鉴定元素 考点二 基态、激发态 【例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 【变式2-1】下列说法正确的是 A．自然界中的所有原子都处于基态 B．在一个基态多电子的原子中，可以有两个运动状态完全相同的电子 C．同一原子处于激发态时的能量一定高于基态时的能量 D．激发态原子的能量较高，极易失去电子，表现出较强的还原性 【变式2-2】下列有关原子轨道的说法正确的是 A．在K能层中，有自旋相反的两条轨道 B．N能层中有4s、4p、4d、4f四个能级，共16个轨道，可容纳32种运动状态的电子 C．基态原子电子能量的高低顺序为：E(1s)<E(2s)<E(2px)<E(2py)<E(2pz) D．3p能级上只有一个空轨道的原子和3p能级上有两个未成对电子的原子对应为同一元素 考点三 能层、能级 【例3】下列有关能层和能级的叙述正确的是 A．M能层有s、p共2个能级，最多能容纳8个电子 B．3d能级最多容纳5个电子，3f能级最多容纳7个电子 C．无论哪一能层的s能级最多容纳的电子数均为2 D．任一能层都有s、p能级，但不一定有d能级 【变式3-1】下列关于能层与能级的说法中不正确的是 A．原子核外每一个能层最多可容纳的电子数为2n2 B．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 C．不同能层中s电子的原子轨道半径相同 D．相同能层中p电子的原子轨道能量相同 【变式3-2】下列说法正确的是 A．同一原子中，1s、2s、3s电子的能量逐渐减小 B．同一原子中，2p、3p、4p能级的轨道数依次增多 C．能量高的电子在离核近的区域运动，能量低的电子在离核远的区域运动 D．各能层含有的原子轨道数为n2(n为能层序数) 考点四 电子云与原子轨道 【例4】以下对核外电子运动状况的描述正确的是 A．同一原子中，能级的轨道依次增多 B．电子云图中的一个小黑点表示一个自由运动的电子 C．电子能量较高，总是在比电子离核更远的地方运动 D．在同一能级上运动的电子，其运动状态不可能相同 【变式4-1】下列有关原子轨道的叙述中正确的是 A. 硫原子的轨道能量较轨道高 B. 能层的原子轨道最多可容纳个电子 C. 铯原子的与轨道均为球形 D. 能级的原子轨道呈哑铃形，随着能层序数的增加，能级原子轨道也在增多 【变式4-2】图A和图B分别是1s电子的概率密度分布图和电子云轮廓图。下列有关说法正确的是 A．图A中的每个小黑点表示1个电子 B．图B表示1s电子只能在球体内出现 C．图A中的小黑点的疏密表示电子在核外空间某处单位体积内出现机会的多少 D．图B表明1s电子云轮廓图呈圆形，有无数对称轴 基础达标 1．下列不同时期原子结构模型的提出时间排列正确的是 ①电子分层排布模型　②“葡萄干布丁”模型　③电子云模型　④道尔顿原子模型　 ⑤核式模型 A．①③②⑤④ B．④②③①⑤ C．④②⑤①③ D．④⑤②①③ 2．下列能层中，包含f能级的是 A．能层 B．能层 C．能层 D．能层 2．下列有关光谱的说法中不正确的是 A．原子中的电子在跃迁时会发生能量变化，能量的表现形式之一是光(辐射)，这也是原子光谱产生的原因 B．霓虹灯光、激光、焰火都与电子跃迁释放能量有关 C．通过原子光谱可以发现新的元素，也可以鉴定某些元素 D．电子由低能级跃迁到高能级时，可通过光谱仪直接摄取原子的发射光谱 3．下列各组多电子原子的原子轨道能量高低比较中，错误的是 ①2s＜2p ②3px＜3py ③3s＜3d ④4s＞4p A．①② B．②③ C．①③ D．②④ 4．下列说法错误的是 A．4d能级最多容纳10个e- B．2p、3p能级的轨道数均为5 C．K、L、M能层中均包含能级 D．3s能级的能量比2p能级的能量高 5．下列说法不正确的是 A．ls与2s的原子轨道都呈球形 B．3p与2p的原子轨道都是纺缍形 C．同一能层中，p电子能量比s电子能量大 D．电子云表示的是电子在原子核外空间的运动轨道 6．下列叙述不正确的是 A．越易失去的电子能量越高 B．在离核越远区域内运动的电子能量越高 C．p能级电子能量一定高于s能级电子能量 D．在离核越近区域内运动的电子能量越低 7．下列关于电子云的叙述不正确的是 A．电子云是用单位体积内小点的疏密程度来表示电子在空间单位体积内出现概率大小的图形 B．电子云实际上是电子运动形成的类似云一样的图形 C．电子云图说明电子离核越近，单位体积内出现的概率越大；电子离核越远，单位体积内出现的概率越小 D．相同电子层不同能级的原子轨道，其电子云的形状不同 8．玻尔理论、量子力学理论都是对核外电子运动的描述方法，根据对它们的理解，下列叙述中正确的是 A．因为s轨道的形状是球形的，所以s电子做的是圆周运动 B．、、的轨道相互垂直，能量不同 C．钒原子核外有4种形状的原子轨道 D．从空间角度看，2s轨道比1s轨道大，其空间包含了1s轨道 9．对于第n能层，若它是原子的最外层，则其容纳的电子数最多与n-1层相同，若它是次外层，则其最多容纳的电子比n+1层上最多容纳的电子多10个，则第n层为 A．K层 B．L层 C．M层 D．N层 10．下列叙述中，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．3d能级有5个原子轨道，且电子按3p→3d→4s的顺序填充 D．s、p、d能级所含有的原子轨道数分别为1、3、5 11．下列关于能层与能级的说法中正确的是 A．同一原子中，符号相同的能级，其上电子能量不一定相同 B．任一能层的能级总是从s能级开始，而且能级数不一定等于该能层序数 C．同是s能级，在不同的能层中所能容纳的最多电子数是不相同的 D．多电子原子中，每个能层上电子的能量一定不同 12．下列说法正确的是 A．同一个电子层中，s能级的能量总是大于p能级的能量 B．2s原子轨道半径比1s大，说明2s的电子云中的电子比1s的多 C．第二电子层上的电子，不论在哪一个原子轨道上，其能量都相等 D．N电子层的原子轨道类型数和原子轨道数分别为4和16 综合应用 13．下列与氢原子有关的说法中，错误的是 A．氢原子电子云图中小黑点的疏密表示电子在该区域出现的概率密度 B．霓虹灯能的发光机理与氢原子光谱形成机理基本相同 C．利用玻尔原子结构模型可以较好地解释氢原子光谱为线状光谱 D．氢原子核外只有一个电子，它产生的原子光谱中只有一根或明或暗的线 14．下列叙述正确的是 A．钠的焰色反应呈现黄色，是电子由激发态转化成基态时吸收能量产生的 B．原子轨道和电子云都是用来形象地描述电子运动状态的 C．各能层的s电子云轮廓图都是圆形，但圆的半径大小不同 D．同一原子中，2p、3p、4p能级的轨道数依次增多 15．下列叙述中，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．s、p、d能级所含有的原子轨道数分别为1、3、5 D．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 E．卢瑟福的“有核模型”可以准确地描述电子运动状态 F．在同一原子中，2p、3p、4p能级的轨道数相等 16．回答下列问题： （1）日光等白光经棱镜折射后产生的是 光谱。原子光谱是 光谱。 （2）吸收光谱是 的电子跃迁为 的电子产生的，此过程中电子 能量；发射光谱是 的电子跃迁为 的电子产生的，此过程中电子 能量。 （3）1861年德国人基尔霍夫(G.R Kirchhoff)和本生(R.W.Bunsen)研究锂云母的某谱时，发现在深红区有一新线从而发现了铷元素他们研究的是 。 （4）含有钾元素的盐的焰色试验为 色。许多金属盐都可以发生焰色试验其原因是 。 拓展培优 17．下列有关电子运动状态及电子云的叙述正确的是 A．电子的运动速率特别快，运动范围特别小，不可能同时准确地测定其位置和速度 B．电子云直观地表示了核外电子的数目 C．1s电子的电子云轮廓图是一个球形，表示在这个球以外，电子出现的概率为零 D．电子云是电子绕核运动形成的一团带负电荷的云雾 18．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能级的原子轨道图呈哑铃形，且有3个伸展方向 19．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电子层的电子数分别为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元素原子核外均有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 20．由玻尔的理论发展而来的现代量子物理学认为原子核外电子的可能状态是不连续的，因此各状态对应能量也是不连续的，这些能量值就是能级。能级是用来表达在一定能层(K、L、M、N、O、P、Q)上而又具有一定形状电子云的电子。下列说法中不正确的是 A．硫原子的L能层上有两个能级，分别为2s、2p B．钠原子3s能级的电子跃迁至低能级时，最多出现5条谱线 C．灼烧含钾元素的物质时出现特征紫色是由电子的跃迁引起的 D．基态砷原子的最高能级为4p 21．下表给出了五种元素的相关信息，其中A、B、C、D为短周期元素。 元素 相关信息 A 在常温、常压下，其单质是气体，随着人类对环境的认识和要求的提高，它将成为备受青睐的清洁燃料 B 工业上通过分离液态空气获得其单质，其某种同素异形体是保护地球地表环境的重要屏障 C 植物生长三要素之一，它能形成多种氧化物，其中一种是早期医疗中使用的麻醉剂 D 室温下其单质是呈黄色的粉末状固体，加热易熔化。该单质在氧气中燃烧，发出明亮的蓝紫色火焰 E 它是人体不可缺少的微量元素，其单质也是日常生产和生活中不可缺少的金属原材料，常用于制造桥梁、楼房等 根据上述信息填空： （1）B元素的基态原子含有________个能层，其中第二能层中含有的能级：________；画出D的原子结构示意图：________________。 （2）基态D原子核外共有___________种不同能级的电子，有___________种不同运动状态的电子，能量最高的能级上共有_________原子轨道。 （3）C与A形成的某一化合物能和C与B形成的另一无色化合物(这两种化合物分子中的原子个数比皆为1∶2)一起用作火箭助推剂，写出两者发生反应生成无毒物质的化学方程式：___________________________。 （4）某矿藏主要含D、E两种元素组成的化合物，它在空气中高温条件下生成一种有刺激性气味的气体和一种红色氧化物。试写出该反应的化学方程式：____________________。 学科网（北京）股份有限公司1 / 10 学科网（北京）股份有限公司 $ 第一章 原子结构与性质 第一节 氢原子的结构模型 共1课时 教学目标 1．了解有关原子核外电子运动模型的历史发展过程 ，认识核外电子的运动特点。 2．知道电子运动的能量状态具有量子化的特征，（能量不连续），电子可以处于不同的能级，在一定条件下会发生激发与跃迁。 3．知道电子的运动状态（空间分布及能量）可通过原子轨道和电子云模型来描述 。 4．知道原子光谱分析及应用。 重点和难点 重点：能层、能级与能量、电子数的关系。 难点：光谱、原子轨道、电子云概念的理解。 ◆知识点一 氢原子光谱和玻尔原子结构模型 1．氢原子光谱 （1）原子核外电子运动模型的历史发展过程： 1803年 ①原子都是不能再分的粒子；②同种元素的原子的各种性质和质量都相同；③原子是微小的实心球体。 道尔顿（英国）实心球模型 1904年 发现了电子,原子是一个带正电荷的球，电子镶嵌在里面，形状酷似“葡萄干布丁”（Plum pudding），也称“枣糕模型”或“葡萄干面包模型”。 汤姆森（英国）葡萄干布丁模型 ①原子的大部分体积是空的；②在原子的中心有一个很小的原子核；③原子的全部正电荷在原子核内，且几乎全部质量均集中在原子核内部，带负电的电子在核空间进行绕核运动。 1911年 卢瑟福（英国）的行星模型 ①电子在原子核外空间的一定轨道（称为定态轨道）上绕核做高速圆周运动，既不吸收能量也不辐射能量；②不同定态轨道上运动的电子具有不同的能量（E），而且能量是量子化的；③电子在不同能量的两个轨道之间发生跃迁时，才会辐射或吸收能量(形成光谱)。 1913年 玻尔（丹麦）核外电子分层排布模型 1926~1935年 在德布罗意关系式的基础上，对电子的运动做了适当的数学处理，提出了薛定谔方程，再用三维坐标将解表示出来，就得到了现代电子云模型。 薛定谔（奥地利）现代电子云模型 【特别提醒】 ①原子结构模型是科学家根据科学猜想和分析，通过对原子结构的形象描摹而建构的揭示原子本质的认知模型。人类认识原子的历史是漫长的，也是无止境的。 ②目前，科学家已经能利用电子显微镜和扫描隧道显微镜摄制显示原子图像的照片。随着现代科学技术的发展，人类对原子的认识过程还会不断深化。 （2）基态与激发态： ①基态：原子、分子或离子的电子排布处于能量最低的状态，此时系统最稳定，不会自发向外释放能量。 处于最低能量状态的原子叫做基态原子。 ②激发态：基态原子、分子或离子吸收一定的能量后，电子会跃迁到较高能量的轨道但尚未离开本身粒子的状态。 ③基态原子与激发态原子的关系： 吸收能量 主要以光的形式释放能量 基态原子（能量低，稳定）激发态原子（能量高，不稳定） （3）光谱： ①光谱概念：光谱就是通过棱镜或光栅的分光作用，将一束复色光分解成各种波长的单色光，按照波长或频率大小顺序排列起来形成的图案。 ②光谱分类 a.连续光谱：由各种波长的光所组成，且相近的波长差别极小而不能分辨所得到的光谱，就是连续光谱，如阳光光谱； b.线状光谱。具有特定的波长、由彼此分离的谱线所组成得到的光谱，就是线状光谱。如氢原子光谱： （4）原子光谱： ①概念：不同原子的电子发生跃迁时可以吸收或发射不同的光，用光谱仪可以摄取各种原子的吸收光谱和发射光谱，总称为原子光谱。 如汞和锶的原子光谱： ②形成：原子光谱是由原子中电子运动状态发生变化时释放或吸收的能量形成的，与原子中电子的能量状态有最直接的关系。如图： ③种类：根据电子运动状态发生变化时释放或吸收能量，原子光谱可分为发射光谱和吸收光谱。 a.发射光谱：电子从激发态回到基态时，释放特定波长的光而形成亮线或亮带的光谱，本质是粒子释放多余的能量时“吐出”了特定颜色的光。 b.吸收光谱：电子从基态跃迁到激发态时，吸收特定波长的光后，在连续光谱上形成暗线或暗带的光谱，本质是粒子从基态到激发态时“抓走”了对应能量的光。 （5）氢原子光谱：氢原子光谱在可见光区有 4 条明亮的谱线，它们 的波长分别为：410.1 nm、434.1 nm、486.1 nm、656.3 nm.如图：【特别提醒】 吸收光谱“吸光留暗痕”，发射光谱“发光显亮痕”，两者的谱线位置一一对应，如同“吸收”和“发射”是相反的光现象。 2．玻尔原子结构模型 （1）量子化概念：玻尔认为能量是量子化的，即能量是以一个微小单位的形式存在和转播的； （2）主要观点：核心是电子在固定能量的轨道上运动，不辐射能量，且电子跃迁时会吸收或释放特定频率的光。 ①定态假设：原子中的电子只能在某些确定半径的圆周轨道上绕原子核运动，这些轨道称为定态轨道，电子在这些轨道上绕核运动时既不吸收能量也不辐射能量。 ②量子化条件：在不同定态轨道上运动的电子具有不同的能量（E），而且能量是量子化的，即轨道能量是“一份一份”地增加或减少的。轨道能量与n值（主量子数）有关。n的取值为正整数1、2、3、......、∞，n值越小，电子离核越近，能量越低，反之能量就越高。 ③跃迁假设：电子在不同能量的两个轨道之间发生跃迁时，才会辐射或吸收能量。如果电子从高能量的轨道跃回低能量轨道，就会以光的形式释放出这些能量，光辐射的波长（λ）与两个轨道的能量差（ΔE）有关。 （2）氢原子光谱为线状光谱的原因分析： ①对于氢原子而言，当核外的一个电子处于n = 1的轨道时能量最低，这个状态就称为氢原子的基态。当这个电子跃迁至n > 1的轨道上运动时，这些状态称为氢原子的激发态。 ②由于能量是不连续的，因此不同轨道之间能量的差值是不连续的，导致光辐射的波长也是不连续的。氢原子的光谱在可见光区中的4条谱线，就是电子分别从n=3、4、5、6的轨道跃迁回到n=2的轨道时释放的能量所形成的（见教材P6图1.3）。 ③轨道跃迁与氢原子光谱系列的关系： 主量子数n大于或等于2的电子跃迁到n = 1：紫外线系（赖曼系） 主量子数n大于或等于3的电子跃迁到n = 2：可见光系（巴尔末系） 主量子数n大于或等于4的电子跃迁到n = 3：红外光系（帕邢系）如下图所示： （3）玻尔模型的局限性 ①保留了经典粒子的概念，仍把电子的运动看作经典力学描述下的轨道运动。 ②对稍微复杂一点的原子（多电子原子）如氦原子，就无法解释他的光谱现象。 【特别提醒】 ①科学家研究发现，微观粒子既具有波动性又具有粒子性，他的运动速度和空间位置无法同时准确测量，描述宏观物体的经典力学方法不适用于描述微观粒子。 ②电子从较高能量的激发态跃迁到较低能量的激发态乃至基态时，将释放能量；反之，将吸收能量。光(辐射)是电子释放能量的重要形式之一。 ③电子的跃迁是物理变化(未发生电子转移)，而原子得失电子时发生的是化学变化。一般在能量相近的能级间发生电子跃迁。 3．原子光谱分析 （1）特征谱线：各种原子的发射光谱都是线状光谱，不同原子只能发出几种特定频率的光。不同原子的亮线位置不同，说明不同原子的发光频率不一样，这些亮线被称为原子的特征谱线。如下图中最上一条是连续光谱，其他几条则既有线状光谱又有连续光谱： ①发射光谱，又叫明线光谱，物质（原子）发光。特征：亮背景，暗线，线状不连续。如锂、氦、汞的发射光谱： ②吸收光谱，又叫暗线光谱。物质（原子）吸收白光。特征:暗背景，亮线， 线状不连续。如锂、氦、汞的吸收光谱： （2）原子光谱的应用——光谱分析 ①概念：在现代化学中，常利用原子光谱上的特征谱线来鉴定元素，称为光谱分析。 ②应用：鉴定（检验）或发现新元素。 【特别提醒】 生产生活中，光(辐射)是电子释放能量的重要形式之一。焰火、霓虹灯光、激光、荧光、LED 灯光等都与核外电子跃迁释放能量有关。 即学即练 1．人类对原子结构的认识经历了一个漫长的、不断深化的过程。下列说法错误的是（ ） A．1803年，英国化学家道尔顿提出了原子论，他认为原子是不可被分割的 B．1904年，汤姆孙提出了原子结构的“葡萄干布丁”模型 C．1911年，卢瑟福根据a粒子散射实验提出了原子结构的核式模型 D．1913年，波尔根据原子光谱实验建立了核外电子分层排布的原子结构模型，他认为在不同轨道上运动的电子具有相同的能量，能量值是连续的 【答案】D 【解析】1803年，英国化学家道尔顿提出了原子论，他认为物质是由原子直接构成的，原子是一个不可再分割的实心球体，A项正确；1904年，汤姆孙在发现电子的基础上提出了原子结构的“葡萄干布丁”模型，开始涉及原子的内部结构，B项正确；1911年，卢瑟福根据a粒子散射实验提出了原子结构的核式模型，原子是由原子核和核外电子构成的，C项正确；1913年，波尔根据原子光谱实验建立了核外电子分层排布的原子结构模型，他认为在不同轨道上运动的电子具有不同的能量，能量值是不连续的，D项错误。 2．对充有氖气的霓虹灯管通电，灯管发出红色光。产生这一现象的主要原因是 A.电子由激发态向基态跃迁时以光的形式释放能量 B.电子由基态向激发态跃迁时吸收除红光以外的光线 C.氖原子获得电子后转变成发出红光的物质 D.在电流的作用下，氖原子与构成灯管的物质发生反应 【答案】A 【解析】在电流作用下，基态氖原子的电子吸收能量跃迁到较高能级，变为激发态原子，这一过程要吸收能量，不会发出红色光；而电子从较高能量的激发态跃迁到较低能量的激发态或基态时，将释放能量，从而产生红光，A项正确。 3．下列有关原子光谱的说法中，不正确的是 A．霓虹灯能发出五颜六色的光，发光机理与氢原子光谱形成机理基本相同 B．铯和钕光谱图中有特征的蓝光和红光 C．夜空中五彩缤纷的烟花与原子核外电子的跃迁有关 D．利用光谱仪只能测得原子的发射光谱 【答案】D 【解析】霓虹灯能发出五颜六色的光，发光机理与氢原子光谱形成机理基本相同，都是电子在不同的、能量量子化的状态之间跃迁所导致的，A项正确；铯和钕光谱图中有特征的蓝光和红光，B项正确；核外电子发生跃迁时会吸收或释放能量，主要体现为光(辐射)，不同原子发射的光谱不同，则夜空中五彩缤纷的烟花与原子核外电子的跃迁有关，C项正确；利用光谱仪既能测得原子的发射光谱，也能测得原子的吸收光谱，D项错误。 ◆知识点二 氢原子的结构模型 1.能层与能级 （1）能层： ①定义：核外电子按能量不同，将核外电子分为不同的能层(电子层)。 ②序号及符号：由里到外，能层序号一、二、三、四、五、六、七……分别用K、L、M、N、O、P、Q…符号表示。如图： ③能量关系：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)。 ④能层与容纳的电子数关系： a.每一层最多容纳的电子数：2n2个。 b.最外层电子数不超过8个（K层为最外层时不超过2个）。 c.次外层电子数不超过18个，倒数第三层不超过32个。 （2）能级： ①定义：根据多电子原子的能量也可能不同，将它们分为不同能级。根据多电子原子的同一能层的电子的能量也可能不同，将它们分为不同能级。 ②表示方法：分别用相应能层的序数和字母s、p、d、f等表示，同能层不同能级如n能层的能级按能量由低到高的排列顺序为ns、np、nd、nf等。 ③能层、能级与最多容纳的电子数： 能层 一 二 三 四 五 六 七 符号 K L M N O P Q 能级 1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p 4d 4f ...... ...... ...... 最多电子数 2 2 6 2 6 10 2 6 10 14 2 8 18 32 50 72 98 离核远近 近 远 能量高低 低 高 规律：a.任一能层的能级总是从s能级开始，能级符号的顺序是ns、np、nd、nf......(n为能层序数)。能层序数等于该能层所包含的能级数，如第三能层有3个能级。 b.s、p、d、f 各能级可容纳的电子数分别为1、3、5、7的2倍。 c.原子核外电子的每一能层最多可容纳的电子数与能层的序数(n)间存在的关系是2n2。 【特别提醒】同一原子处于不同状态能量高低的判断方法 ①原子处于基态时，能量最低，激发态能量高于基态，其中各能层能级的能量高低顺序为：1s＜2s＜2p＜3s＜3p＜… ②电子由基态跃迁到激发态时，激发态原子所处的能层和能级数越高，需要的能量越多。 ③能层和能级数低的能级上排布的电子数越多，原子所处的能量越低，能层和能级数高的能级上排布的电子数越多，原子所处的能量越高。 2.电子云 （1）概念：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：单位体积内小点的疏密程度表示电子在原子核外出现概率大小，小点越密，表示概率密度越大。 （3）形状： ①s电子云：呈球形对称，只有一种空间伸展方向。 ②p电子云：呈哑铃形，有三种空间伸展方向，分别相对于x、y、z轴对称。 【特别提醒】 ①电子云只是形象的表示电子出现在各点的概率高低，而实际上并不存在。 ②1s 轨道上的电子（也称1s电子）在空间出现的概率分布呈球形对称，并且电子在原子核附近单位体积内出现的概率大，离核越远，单位体积内电子的出现概率越小。 ③处于2p轨道的电子在空间单位体积内出现的的概率是沿着一个坐标轴（x轴、y轴或z轴）对称分布。 3. 原子轨道 （1）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和2p轨道的电子云空间分布图： （2）原子轨道： ①定义：当电子处于不同的运动状态时具有的能量是不同的。我们把原子中核外电子的一个空间运动状态称为一个原子轨道。 ②形状： a. s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。 b. p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）原子轨道与能层序数的关系： ①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，原子轨道的半径越大。 ②s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px、py、pz表示。 ③在同一能层中px、py、pz的能量相同。 【特别提醒】 此处轨道的含义和玻尔原子结构模型中轨道的含义完全不同，它既不是圆周轨道，也不是其他经典意义上的固定轨迹。玻尔原子模型中的“轨道”是指运行其中的电子每时每刻都有确定的速度、位置、能量和角动量；此处轨道是指一种量子状态，他具有某种特定的能量和角动量（对应于确定的能层和能级），但其速度和位置都是不能确定的，只有一个概率分布。 4. 电子自旋 （1）概念：电子自旋在空间有顺时针和逆时针两种取向，简称自旋相反，常用上下箭头( “↑”“↓” )表示自旋相反的电子。 （2）特点：1925 年，泡利正式提出，在一个原子轨道里，最多只能容纳2个电子，它们的自旋相反，这个原理被称为泡利原理(泡利不相容原理)。 即学即练 1. 下列有关认识正确的是 A．各能级的原子轨道数按s、p、d、f的顺序依次为1、3、5、7 B．各能层的能级都是从s能级开始至f能级结束 C．各能层含有的能级数为n-1 D．各能层含有的电子数为2n2 【答案】A 【解析】A．各能级的原子轨道数按s、p、d、f的顺序依次为1、3、5、7，A正确；B．各能层的能级都是从s能级开始，每个能层上能级个数与能层数相等，所以有的能层不含f能级，如第一能层只有1s能级，B错误；C．各能层含有的能级数与其能层数相等为n，C错误；D．各能层最多含有的电子数为2n2，但最外层不能超过8个电子，次外层不能超过18个电子，倒数第三层不能超过32个电子，D错误。 2. 下列关于核外电子的运动状态的说法错误的是 A．核外电子是分层运动的 B．只有能层、能级、电子云的空间伸展方向以及电子的自旋状态都确定时，电子运动状态才能被确定 C．只有能层、能级、电子云的空间伸展方向以及电子的自旋状态都确定时，才能确定每一个电子层的最多轨道数 D．电子云的空间伸展方向与电子的能量大小无关 【答案】C 【解析】电子所具有的能量不同，就会在不同的能层上运动，A正确；电子运动状态是由能层、能级、电子云的空间伸展方向以及电子自旋状态共同决定的，B正确；同一能级的电子具有相同的能量，与电子云的空间伸展方向无关，与其自旋状态也无关，D正确；能层数确定能层中的最多原子轨道数，C错误。选C。 3．如图是s能级和p能级的原子轨道图，下列说法正确的是 A．每个p能级都有3个原子轨道 B．s能级和p能级的原子轨道形状相同 C．钠原子核外电子有11种不同的空间运动状态 D．s能级的原子轨道半径与能层序数无关 【答案】A 【解析】每个p能级都有相互垂直的px、py、pz共3个原子轨道，A正确；s能级的原子轨道形状为球形，而p能级的原子轨道形状为哑铃形，B错误；Na是11号元素，其基态原子核外电子排布式为1s22s22p63s1，钠原子的核外电子占据1s、2s、2p、3s共6个原子轨道，故有6种不同的空间运动状态，C错误；s能级的原子轨道半径随着能层序数的递增而增大，形状保持不变，D错误。 一、原子光谱及应用 1．原子光谱 （1）光谱：光谱就是通过棱镜或光栅的分光作用，将一束复色光分解成各种波长的单色光，按照波长或频率大小顺序排列起来形成的图案。 （2）连续光谱和线光谱：得到的图案如果是一条连续的亮带，就是连续光谱；得到的图案如果是不连续的亮线，就是线光谱。各元素原子的线光谱就叫做原子光谱。 （3）特征：气体中中性原子的发光光谱都是线状谱，说明原子只发出几种特定频率的光。不同原子的亮线位置不同，说明不同原子的发光频率是不一样的，因此，这些亮线称为原子的特征谱线。既然每种原子都有自己的特征谱线，我们就可以利用它来鉴别物质和确定物质的组成成分。这种方法称为光谱分析。 （4）微观粒子既有波动性又有粒子性，描述宏观物体运动的经典力学不适用于描述微观粒子的运动。 2．应用 （1）霓虹灯发光：充有氖气的霓虹灯能发出红光，产生这一现象的原因是通电后在电场作用下，放电管里氖原子中的电子吸收能量后跃迁到能量较高的能级，且处在能量较高的能级上的电子会很快地以光的形式释放能量而跃迁到能量较低的能级上，该光的波长恰好处于可见光区域中的红色波段。 （2）焰色试验：金属的焰色试验是电子跃迁的结果，金属原子中,核外电子按一定轨道顺序排列,轨道离核越远,能量越高。灼(燃)烧时,电子获得能量,能量较低的电子发生跃迁,从基态变为激发态。随即电子又从能量较高的激发态跃迁到能量较低的激发态乃至基态,便以光(辐射)的形式释放能量,形成不同的焰色。 （3）光谱分析法鉴定元素的原因：一种元素有一种原子光谱，一种原子光谱对应着一种元素，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)，所以，可以用光谱分析法鉴定元素。 实践应用 1．下列图像中所发生的现象与电子的跃迁无关的是 【答案】D 【解析】平面镜成像是光线反射的结果，与电子跃迁无关，霓虹灯广告、燃烧蜡烛、节日里燃放的焰火是原子的发射光谱，与原子核外电子发生跃迁有关。 2.下列与氢原子有关的说法中，错误的是 A．氢原子电子云图中小黑点的疏密表示电子在该区域出现的概率密度 B．霓虹灯能的发光机理与氢原子光谱形成机理基本相同 C．利用玻尔原子结构模型可以较好地解释氢原子光谱为线状光谱 D．氢原子核外只有一个电子，它产生的原子光谱中只有一根或明或暗的线 【答案】D 【解析】氢原子电子云图中小黑点的疏密表示电子在核外空间出现概率的大小，小黑点越密，表示电子出现的机会越多，反之，出现的机会越少，A项正确；霓虹灯能够发出五颜六色的光，其发光机理与氢原子光谱形成机理基本相同，都是电子在不同的、能量量子化的状态之间跃迁所导致的，B项正确；由玻尔理论知，原子只能处于一系列不连续的能量状态中，在这些状态中原子是稳定的，电子虽然在做加速运动，但并不向外辐射能量；不同的轨道能量不同，电子从一个轨道跃迁到另一个轨道时，它辐射或吸收能量；电子处在能量最低的轨道上时，称为基态，能量高于基态的状态，称为激发态。波尔理论是针对原子的稳定存在和氢原子光谱的事实提出，只引入一个量子数就成功的解释氢原子光谱为线状光谱，C项正确；氢原子核外只有一个电子，但是它的激发态有多种，当电子跃迁回较低状态时释放能量，发出多条不同波长的光，所以它产生的原子光谱中不只有一根或明或暗的线，D项错误。 二、能层、能级与原子轨道 1.能层(n)：核外电子按能量不同分成能层，电子的能层由内向外排序，通常用K、L、M、N……表示，能量依次升高。 2.能级：同一能层里的电子按能量不同将其分成不同的能级，通常用s、p、d、f等表示；同一能层里，各能级的能量按ns、np、nd、nf……的顺序依次升高。 3.原子轨道：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，即电子在核外经常出现的区域。 4.能级与轨道数： 能层 能级 原子轨道数 原子轨道符号 电子云轮廓图 形状 取向 K 1s 1 1s 球形 —— L 2s 1 2s 球形 —— 2p 3 2px、2py、2pz 哑铃形 相互垂直 M 3s 1 3s 球形 —— 3p 3 3px、3py、3pz 哑铃形 相互垂直 3d 5 —— —— —— 5.能层序数与原子轨道 （1）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，原子轨道的半径越大。且同一能层相同能级的原子轨道的能量相同，如px、py、pz能量相同。 （2）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px、py、pz表示。d能级有5个原子轨道，f能级有7个原子轨道， （3）原子轨道数与能层序数(n)的关系：原子轨道数目＝n2． 6.原子核外电子的运动状态和空间运动状态种类的判断方法 （1）核外电子的运动状态种类＝原子核外电子的总数：描述原子核外电子运动状态有4个参数：能层、能级、原子轨道和自旋方向，因此同一原子核外各电子的运动状态均不相同。 （2）核外电子的空间运动状态种类＝电子占据的原子轨道总数：描述原子核外电子的空间运动状态有3个参数：能层、能级和原子轨道，故根据核外电子排布占据的原子轨道总数判断原子的空间运动状态种类。 实践应用 1．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 【答案】B 【解析】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，即原子轨道类型数目等于该电子层序数，如第一层（K层）上只有1S亚层，第二电子层（L层）只有2s和2p亚层，第三电子层（M层）只有3s、3p和3d亚层，第四电子层（N层）只有4s、4p、4d和4f亚层，根据核外电子排布规律，各能层最多容纳电子数都是2n2（n为电子层数）。A．由分析可知，每个能层中的能级数都等于该能层序数，故A正确；B．由分析可知，原子核外每个能层最多容纳电子数都是2n2（n为电子层数），故B错误；C．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，故C正确；D．由分析可知，任一能层的能级总是从s能级开始，故D正确；故选B。 2．下列有关原子轨道的叙述中正确的是 A. 硫原子的轨道能量较轨道高 B. 能层的原子轨道最多可容纳个电子 C. 铯原子的与轨道均为球形 D. 能级的原子轨道呈哑铃形，随着能层序数的增加，能级原子轨道也在增多 【答案】C  【解析】A.距离原子核越远的能级，其能量越高，所以硫原子的轨道能量较能级低，故A错误；B.各电子层最多容纳电子数，则能层的原子轨道最多可容纳个电子，故B错误；C.轨道为球形，所以铯原子的与轨道皆为球形分布，故 C正确；D.能级的原子轨道呈哑铃形，能级含有个原子轨道，但随着能层序数的增加，能级原子轨道数目不变，故D错误。故选C。 考点一 光谱及光谱分析 【例1】关于原子光谱说法不正确的是 A．霓虹灯光、LED灯光与原子核外电子跃迁释放能量有关 B．焰色试验是利用元素的吸收光谱鉴别某些元素 C．玻尔提出了核外电子的能量是量子化的，因此可以解释离散的谱线 D．钠双线证明了即使同一个能级的两个电子能量也有微弱的差别 【答案】B 【解析】A． 霓虹灯光、LED灯光为金属元素的焰色实验，与原子核外电子的跃迁有关，故A正确；B． 焰色实验是利用元素的特征可见原子光谱鉴别某些元素，常利用原子光谱上的特征谱线来鉴定元素，称为光谱分析，焰色试验是利用元素的发射光谱鉴别某些元素，故B错误；C． 由玻尔理论知，原子只能处于一系列不连续的能量状态中，在这些状态中原子是稳定的，电子虽然在做加速运动，但并不向外辐射能量；不同的轨道能量不同，电子从一个轨道跃迁到另一个轨道时，它辐射或吸收能量；电子处在能量最低的轨道上时，称为基态，能量高于基态的状态，称为激发态。玻尔提出了核外电子的能量是量子化的，因此可以解释离散的谱线，故C正确；D． 钠双线证明了即使同一个能级的两个电子能量也有微弱的差别，证明了同一个能级的两个电子自旋方向相反，故D正确；故选B。 【变式1-1】下列说法中正确的是 A．铍原子最外层原子轨道的电子云图： B．霓虹灯能发出五颜六色的光，发光机理与氢原子光谱形成机理完全不同 C．焰色反应中的特殊焰色是金属原子在电子从基态跃迁到激发态时产生的光谱谱线的颜色 D．同一原子处于激发态时的能量一定大于其处于基态时的能量 【答案】D 【解析】铍原子最外层的能级为s能级，s能级的电子云为球形，A项错误；霓虹灯能发出五颜六色的光，发光机理与氢原子光谱形成机理基本相同，都是电子在不同的、能量量子化的状态之间跃迁所导致的，B项错误；焰色反应中的特殊焰色是金属原子在电子从激发态跃迁到基态时产生的光谱谱线的颜色，C项错误；原子处于激发态时，电子会分布在更高能级原子轨道，故能量高于同原子基态能量，D项正确。激发【变式1-2】态原子和基态原子可以通过电子跃迁的方式相互转换,跃迁过程中可得到光谱,下列说法正确的是 A．元素K的焰色试验呈紫红色,其中紫色对应的辐射波长约为700 nm B．以上实验装置测得的是氢元素的吸收光谱 C．电子仅从激发态跃迁到基态时才会产生原子光谱 D．原子光谱可以用于定性鉴定元素 【答案】D 【解析】元素K的焰色试验呈紫红色,紫色对应的辐射波长不是700 nm,A错误;该实验装置测得的是氢元素的发射光谱,B错误;原子光谱有吸收光谱和发射光谱两种,电子由激发态跃迁到基态时产生的原子光谱属于发射光谱,电子由基态跃迁到激发态时产生的原子光谱属于吸收光谱,C错误;原子光谱可以用于定性鉴定元素,D正确。 考点二 基态、激发态 【例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 【答案】C 【解析】同一原子处于激发态时能量较高，较不稳定，A、B不正确。电子从能量较低的基态跃迁到能量较高的激发态时，也会产生原子光谱，D不正确。 【变式2-1】下列说法正确的是 A．自然界中的所有原子都处于基态 B．在一个基态多电子的原子中，可以有两个运动状态完全相同的电子 C．同一原子处于激发态时的能量一定高于基态时的能量 D．激发态原子的能量较高，极易失去电子，表现出较强的还原性 【答案】C 【解析】自然界中存在放射性元素，其原子处于激发态，A项错误；在一个基态多电子的原子中，不可能有两个运动状态完全相同的电子，B项错误；同一原子基态原子吸收能量变为激发态原子，因此同一原子处于激发态时的能量一定高于基态时的能量，C项正确；激发态原子的能量较高，是指其电子易跃迁到能量较低的轨道里，但不一定极易失去电子，不一定表现出较强的还原性，D项错误。 【变式2-2】下列有关原子轨道的说法正确的是 A．在K能层中，有自旋相反的两条轨道 B．N能层中有4s、4p、4d、4f四个能级，共16个轨道，可容纳32种运动状态的电子 C．基态原子电子能量的高低顺序为：E(1s)<E(2s)<E(2px)<E(2py)<E(2pz) D．3p能级上只有一个空轨道的原子和3p能级上有两个未成对电子的原子对应为同一元素 【答案】B 【解析】A．K层只有1个s能级，有1条轨道，A错误；B．N能层中有4s、4p、4d、4f四个能级，共16个轨道，每个轨道最多容纳2个电子，所以可容纳32种运动状态的电子，B正确；C．2px、2py、2pz轨道是3个不同的原子轨道，空间伸展方向不同，3个轨道上的电子的运动状态不同，但同一能级上的原子轨道具有相同的能量，所以基态原子电子能量的高低顺序为E(1s)<E(2s)<E(2px)=E(2py)=E(2pz)，C错误；D．3p能级上只有一个空轨道的原子是Si，3p能级上有两个未成对电子的原子是Si或S，D错误；故选B。 考点三 能层、能级 【例3】下列有关能层和能级的叙述正确的是 A．M能层有s、p共2个能级，最多能容纳8个电子 B．3d能级最多容纳5个电子，3f能级最多容纳7个电子 C．无论哪一能层的s能级最多容纳的电子数均为2 D．任一能层都有s、p能级，但不一定有d能级 【答案】C 【解析】A项，M能层有s、p、d共3个能级，最多能容纳 18个电子；B项，3d能级最多容纳10个电子，从N能层开始有f能级，最多容纳14个电子，不存在3f能级；C项，每个能层都从s能级开始，且s能级最多容纳2个电子；D项，K能层只有s能级，没有p能级。 【变式3-1】下列关于能层与能级的说法中不正确的是 A．原子核外每一个能层最多可容纳的电子数为2n2 B．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 C．不同能层中s电子的原子轨道半径相同 D．相同能层中p电子的原子轨道能量相同 【答案】C 【解析】A．从第一能层开始，每一能层最多可容纳的电子数为2、8、18、32…，因此原子核外每一个能层最多可容纳的电子数为2n2，故A正确；B．同一能层中不同能级上电子能量关系为ns<np<nd<nf，电子填充时优先填充能量较低的能级，因此任一能层的能级总是从s能级开始，能层中能级数等于能层序数，故B正确；C．不同能层中能级的半径不同，即能级半径：1s<2s<3s<4s…，故C错误；D．相同能层中同一能级的原子轨道能量相同，即相同能层中p电子的原子轨道能量相同，故D正确；综上所述，说法不正确的是C项，故答案为C。 【变式3-2】下列说法正确的是 A．同一原子中，1s、2s、3s电子的能量逐渐减小 B．同一原子中，2p、3p、4p能级的轨道数依次增多 C．能量高的电子在离核近的区域运动，能量低的电子在离核远的区域运动 D．各能层含有的原子轨道数为n2(n为能层序数) 【答案】D 【解析】英文字母相同的不同能级，能层越高，能级上的电子的能量越高，A项错误；同一原子中，不同能层的p能级的轨道数相等，都为3，B项错误；能量高的电子在离核远的区域运动，能量低的电子在离核近的区域运动，C项错误；第一能层上有1个能级，含有原子轨道数目为1，第二能层上有s、p2个能级，分别含有原子轨道数目为1、3，共含有原子轨道数目为4，第三能层上有s、p、d3个能级，分别含有原子轨道数目为1、3、5，共含有原子轨道数目为9，第四能层上有s、p、d、f4个能级，分别含有原子轨道数目为1、3、5、7，共含有原子轨道数目为16，D项正确。 考点四 电子云与原子轨道 【例4】以下对核外电子运动状况的描述正确的是 A．同一原子中，能级的轨道依次增多 B．电子云图中的一个小黑点表示一个自由运动的电子 C．电子能量较高，总是在比电子离核更远的地方运动 D．在同一能级上运动的电子，其运动状态不可能相同 【答案】D 【解析】A．同一原子中，2p、3p、4p能级的能量依次升高，但轨道数都为3，A错误； B．电子云图中的小黑点的疏密只表示电子出现的机会多少，不表示电子，B错误；C．4s电子能量高于3s电子，4s电子在离核更远的地方的出现几率比3s电子大，不一定总是在比3s电子离核更远的地方运动，C错误；D．一个原子中，没有电子层、电子亚层、电子云伸展方向和自旋方向完全相同的两个电子存在，所以在同一能级上运动的电子，其运动状态不可能相同，D正确；故选D。 【变式4-1】下列有关原子轨道的叙述中正确的是 A. 硫原子的轨道能量较轨道高 B. 能层的原子轨道最多可容纳个电子 C. 铯原子的与轨道均为球形 D. 能级的原子轨道呈哑铃形，随着能层序数的增加，能级原子轨道也在增多 【答案】C  【解析】A.距离原子核越远的能级，其能量越高，所以硫原子的轨道能量较能级低，故A错误；B.各电子层最多容纳电子数，则能层的原子轨道最多可容纳个电子，故B错误；C.轨道为球形，所以铯原子的与轨道皆为球形分布，故 C正确；D.能级的原子轨道呈哑铃形，能级含有个原子轨道，但随着能层序数的增加，能级原子轨道数目不变，故D错误。故选C。 【变式4-2】图A和图B分别是1s电子的概率密度分布图和电子云轮廓图。下列有关说法正确的是 A．图A中的每个小黑点表示1个电子 B．图B表示1s电子只能在球体内出现 C．图A中的小黑点的疏密表示电子在核外空间某处单位体积内出现机会的多少 D．图B表明1s电子云轮廓图呈圆形，有无数对称轴 【答案】C 【解析】A．图A中小黑点表示电子出现的几率，小黑点越密集表示电子出现的概率越大，A错误；B．图B是电子云轮廓图，取电子云的90%的部分即出现概率比较大的部分，界面外出现电子的概率为10%，即1s电子可能出现在球体外，B错误；C．图A中小黑点表示电子出现的几率，电子在核外空间某处单位体积内出现机会的多少，C正确；D．1s轨道呈空间上的球形，而非圆形，D错误；故选C。 基础达标 1．下列不同时期原子结构模型的提出时间排列正确的是 ①电子分层排布模型　②“葡萄干布丁”模型　③电子云模型　④道尔顿原子模型　 ⑤核式模型 A．①③②⑤④ B．④②③①⑤ C．④②⑤①③ D．④⑤②①③ 【答案】 C 【解析】 ①电子分层排布模型由玻尔1913年提出。②“葡萄干布丁”模型由汤姆生1904年提出。③电子云模型于1926年提出。④道尔顿原子模型于1803年提出。⑤核式模型由卢瑟福于1911年提出。 2．下列能层中，包含f能级的是 A．能层 B．能层 C．能层 D．能层 【答案】D 【解析】K能层是第一能层，只有1s能级；L能层是第二能层，有两个能级，即2s和2p，M能层是第三能层，有三个能级，即3s、3p、3d；N能层是第四能层，有四个能级，即4s、4p、4d、4f。根据能级数等于能层序数，只有能层序数≥4的能层才有f能级。 2．下列有关光谱的说法中不正确的是 A．原子中的电子在跃迁时会发生能量变化，能量的表现形式之一是光(辐射)，这也是原子光谱产生的原因 B．霓虹灯光、激光、焰火都与电子跃迁释放能量有关 C．通过原子光谱可以发现新的元素，也可以鉴定某些元素 D．电子由低能级跃迁到高能级时，可通过光谱仪直接摄取原子的发射光谱 【答案】D 【解析】A．原子中的电子在跃迁时会发生能量的变化，能量的表现形式以光的形式体现，电子由基态向激发态跃迁形成吸收光谱，电子由激发态向基态跃迁形成发射光谱，故A正确；B．在日常生活中我们看到的许多可见光，如霓虹灯光、激光、焰火等都与原子核外电子发生跃迁释放能量有关，故B正确；C．原子光谱用于测定原子种类，历史上很多种元素是通过原子光谱发现的，故C正确；D．电子由低能级跃迁到高能级时，形成吸收光谱，故D错误；选D。 3．下列各组多电子原子的原子轨道能量高低比较中，错误的是 ①2s＜2p ②3px＜3py ③3s＜3d ④4s＞4p A．①② B．②③ C．①③ D．②④ 【答案】D 【解析】同一电子层上原子轨道的能量高低为ns＜np＜nd，①、③正确，④错误，同一能级上各原子轨道的能量相同，3px＝3py，②错误。 4．下列说法错误的是 A．4d能级最多容纳10个e- B．2p、3p能级的轨道数均为5 C．K、L、M能层中均包含能级 D．3s能级的能量比2p能级的能量高 【答案】B 【解析】A．4d能级含有5个轨道，最多容纳10个e-，A正确；B．2p、3p能级的轨道数均为3，B错误；C．K、L、M能层中均包含s能级，C正确；D．原子中不同能级电子能量从小到大顺序是1s、2s、2p、3s、3p ；3s能级的能量比2p能级的能量高，D正确；故选B。 5．下列说法不正确的是 A．ls与2s的原子轨道都呈球形 B．3p与2p的原子轨道都是纺缍形 C．同一能层中，p电子能量比s电子能量大 D．电子云表示的是电子在原子核外空间的运动轨道 【答案】D 【解析】A．不同能层相同能级的原子轨道形状相同，故ls与2s的原子轨道都呈球形，A正确；B．不同能层相同能级的原子轨道形状相同，3p与2p的原子轨道都是纺缍形，B正确；C．根据能级构造原理可知，同一能层中，p电子能量比s电子能量大，C正确；D．电子云表示的是电子在原子核外空间的概率密度分布的形象化描述，D错误；故答案为：D。 6．下列叙述不正确的是 A．越易失去的电子能量越高 B．在离核越远区域内运动的电子能量越高 C．p能级电子能量一定高于s能级电子能量 D．在离核越近区域内运动的电子能量越低 【答案】C 【解析】A．核外电子能量越高，在原子核外较远区域内出现的几率越高，越易失去，则越易失去的电子能量越高，故A正确；B．核外电子能量越高，在原子核外较远区域内出现的几率越高，则在离核越远区域内运动的电子能量越高，离核越近区域内运动的电子能量越低，故B正确；C．由构造原理可知，p能级电子能量不一定高于s能级电子能量，如3s能级电子能量高于2p能级电子能量，故C错误；D．核外电子能量越高，在原子核外较远区域内出现的几率越高，则在离核越远区域内运动的电子能量越高，离核越近区域内运动的电子能量越低，故D正确；故选C。 7．下列关于电子云的叙述不正确的是 A．电子云是用单位体积内小点的疏密程度来表示电子在空间单位体积内出现概率大小的图形 B．电子云实际上是电子运动形成的类似云一样的图形 C．电子云图说明电子离核越近，单位体积内出现的概率越大；电子离核越远，单位体积内出现的概率越小 D．相同电子层不同能级的原子轨道，其电子云的形状不同 【答案】B 【解析】 A.电子云是用单位体积内小点的疏密程度来表示电子在空间单位体积内出现概率大小的图形，是电子在原子核外空间概率密度分布的形象描述，故A正确；B. 电子云是电子在原子核外空间概率密度分布的形象描述，故B错误；C.电子离核越近，单位体积内出现的概率越大；电子离核越远，单位体积内出现的概率越小，故C正确；D. 相同电子层不同能级的原子轨道，其电子云的形状不同，如2s能级电子云形状为球形、如2p能级电子云形状为哑铃形，故D正确；选B。 8．玻尔理论、量子力学理论都是对核外电子运动的描述方法，根据对它们的理解，下列叙述中正确的是 A．因为s轨道的形状是球形的，所以s电子做的是圆周运动 B．、、的轨道相互垂直，能量不同 C．钒原子核外有4种形状的原子轨道 D．从空间角度看，2s轨道比1s轨道大，其空间包含了1s轨道 【答案】D 【解析】A．s轨道是球形，描述的是电子云轮廓图，表示电子在单位体积内出现概率的大小，故A错误；B．p能级有三个原子轨道，同一能层上的p轨道能量相同，3Px、3Py、3Pz能量相同，它们的差异是延伸方向不同，故B错误；C．23号钒原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d34s2，有s、p、d三种能级，对应的原子轨道形状有3种，故C错误；D．s轨道的空间形状为球形，2s轨道的半径大于1s，因此从空间上看，2s轨道包含了1s轨道，故D项正确；故选D。 9．对于第n能层，若它是原子的最外层，则其容纳的电子数最多与n-1层相同，若它是次外层，则其最多容纳的电子比n+1层上最多容纳的电子多10个，则第n层为 A．K层 B．L层 C．M层 D．N层 【答案】C 【解析】若M层是原子的最外层，容纳的电子数最多为8个，与L层电子数相同，若M层是次外层，其容纳的电子数最多为18个，比最外层最多容纳的电子数多10个，C项正确。 10．下列叙述中，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．3d能级有5个原子轨道，且电子按3p→3d→4s的顺序填充 D．s、p、d能级所含有的原子轨道数分别为1、3、5 【答案】D 【解析】A．第一层含有1个s轨道，第二层含有1个s轨道和3个p轨道，共4个原子轨道，第三层含有1个s轨道、3个p轨道和5个d轨道，共9个原子轨道，以此类推，可知各电子层含有的原子轨道数为n2，故A错误；B．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；C．3d能级有5个原子轨道，根据能量最低原理，电子按3p→4s→3d的顺序填充，故C错误；D．各能级的原子轨道数取决于原子轨道在的空间分布状况，s、p、d能级分别含有1、3、5个原子轨道，故D正确；故选D。 11．下列关于能层与能级的说法中正确的是 A．同一原子中，符号相同的能级，其上电子能量不一定相同 B．任一能层的能级总是从s能级开始，而且能级数不一定等于该能层序数 C．同是s能级，在不同的能层中所能容纳的最多电子数是不相同的 D．多电子原子中，每个能层上电子的能量一定不同 【答案】A 【解析】同一原子中，符号相同的能级，其上电子能量不一定相同，如1s和2s，能量2s＞1s，A项正确；能层含有的能级数等于能层序数，即第n能层含有n个能级，每一能层总是从s能级开始，B项错误；同是s能级，在不同的能层中所能容纳的最多电子数都是2，C项错误；多电子原子中，同一能级上电子的能量相同，D项错误。 12．下列说法正确的是 A．同一个电子层中，s能级的能量总是大于p能级的能量 B．2s原子轨道半径比1s大，说明2s的电子云中的电子比1s的多 C．第二电子层上的电子，不论在哪一个原子轨道上，其能量都相等 D．N电子层的原子轨道类型数和原子轨道数分别为4和16 【答案】D 【解析】A．同一电子层中，s能级的能量小于p能级的能量，故A错误；B．2s原子轨道半径比1s大，说明2s电子在离核更远的区域出现的概率比1s电子的大，故B错误；C．当电子在同一电子层的不同能级上时，其能量不相同，故C错误；D．对于N电子层，n＝4，其轨道类型数为4，轨道数为1+3+5+7=16，故D正确。故选D。 综合应用 13．下列与氢原子有关的说法中，错误的是 A．氢原子电子云图中小黑点的疏密表示电子在该区域出现的概率密度 B．霓虹灯能的发光机理与氢原子光谱形成机理基本相同 C．利用玻尔原子结构模型可以较好地解释氢原子光谱为线状光谱 D．氢原子核外只有一个电子，它产生的原子光谱中只有一根或明或暗的线 【答案】D 【解析】A．氢原子电子云图中小黑点的疏密表示电子在核外空间出现概率的大小，小黑点越密，表示电子出现的机会越多，反之，出现的机会越少，A正确；B．霓虹灯能够发出五颜六色的光，其发光机理与氢原子光谱形成机理基本相同，都是电子在不同的、能量量子化的状态之间跃迁所导致的，B正确；C．由玻尔理论知，原子只能处于一系列不连续的能量状态中，在这些状态中原子是稳定的，电子虽然在做加速运动，但并不向外辐射能量；不同的轨道能量不同，电子从一个轨道跃迁到另一个轨道时，它辐射或吸收能量；电子处在能量最低的轨道上时，称为基态，能量高于基态的状态，称为激发态。波尔理论是针对原子的稳定存在和氢原子光谱的事实提出，只引入一个量子数就成功的解释氢原子光谱为线状光谱，C正确；D．氢原子核外只有一个电子，但是它的激发态有多种，当电子跃迁回较低状态时释放能量，发出多条不同波长的光，所以它产生的原子光谱中不只有一根或明或暗的线，D错误；故答案为：D。 14．下列叙述正确的是 A．钠的焰色反应呈现黄色，是电子由激发态转化成基态时吸收能量产生的 B．原子轨道和电子云都是用来形象地描述电子运动状态的 C．各能层的s电子云轮廓图都是圆形，但圆的半径大小不同 D．同一原子中，2p、3p、4p能级的轨道数依次增多 【答案】B 【解析】A．钠的焰色反应是电子由激发态转化成基态时释放能量产生的，A错误；B．原子轨道和电子云都是用来描述电子运动状态而不是表示电子运动轨迹的，B正确；C．各能层的s电子云轮廓图都是球形，而不是圆形，C错误；D．同一原子中，2p、3p、4p能级的轨道数相等，都是3个，D错误； 答案选B。 15．下列叙述中，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．s、p、d能级所含有的原子轨道数分别为1、3、5 D．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 E．卢瑟福的“有核模型”可以准确地描述电子运动状态 F．在同一原子中，2p、3p、4p能级的轨道数相等 【答案】CF 【解析】A．各电子层含有的原子轨道数为n2，A错误；B．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，B错误；C．n为能层序数，各能级的原子轨道数按s、p、d的顺序依次为1、3、5，C正确；D．钠的焰色反应是电子由激发态转化成基态时释放能量产生的，D错误；E．卢瑟福的“有核模型”验证了原子中存在原子核，但并未准确说明核外电子运动状态，E错误；F．同一原子中，2p、3p、4p能级的轨道数相等，都是3个，F正确；故选CF。 16．回答下列问题： （1）日光等白光经棱镜折射后产生的是 光谱。原子光谱是 光谱。 （2）吸收光谱是 的电子跃迁为 的电子产生的，此过程中电子 能量；发射光谱是 的电子跃迁为 的电子产生的，此过程中电子 能量。 （3）1861年德国人基尔霍夫(G.R Kirchhoff)和本生(R.W.Bunsen)研究锂云母的某谱时，发现在深红区有一新线从而发现了铷元素他们研究的是 。 （4）含有钾元素的盐的焰色试验为 色。许多金属盐都可以发生焰色试验其原因是 。 【答案】 （1）连续 线状 （2）基态 激发态 吸收 激发态 基态 释放 （4）原子光谱 （5）紫 激发态的电子从能量较高的轨道跃迁到能量较低的轨道时，以一定波长(可见光区域)光的形式释放能量 【解析】（1）日光经棱镜折射后形成的光谱为连续光谱；原子光谱是由不连续特征谱线组成的，都是线状光谱。故答案为：连续；线状； （2）吸收光谱是基态原子的电子吸收能量跃迁到高能级轨道时产生的；而发射光谱是高能级轨道的电子跃迁到低能级轨道过程中释放能量产生的，故答案为：基态；激发态；吸收；激发态；基态；释放； （3）1861年德国人基尔霍夫研究原子光谱时发现了铷，故答案为：原子光谱； （4）金属原(离)子核外电子吸收能量由基态跃迁到激发态，激发态的电子从能量较高的轨道跃迁到能量较低的轨道时以一定波长(可见光区域)光的形式释放能量。而钾原子释放的能量波长较短，以紫光的形式释放，故答案为：紫；激发态的电子从能量较高的轨道跃迁到能量较低的轨道时，以一定波长(可见光区域)光的形式释放能量； 拓展培优 17．下列有关电子运动状态及电子云的叙述正确的是 A．电子的运动速率特别快，运动范围特别小，不可能同时准确地测定其位置和速度 B．电子云直观地表示了核外电子的数目 C．1s电子的电子云轮廓图是一个球形，表示在这个球以外，电子出现的概率为零 D．电子云是电子绕核运动形成的一团带负电荷的云雾 【答案】 A 【解析】 电子的运动速率特别快，运动范围特别小，不可能同时准确地测定其位置和速度。为了形象地表示电子在原子核外空间的运动状况，人们常在电子云轮廓图中用小黑点的疏密程度来表示电子在原子核外出现的概率密度：小黑点密集的地方，表示电子出现的概率大；小黑点稀疏的地方，表示电子出现的概率小。在1s电子的球形电子云以外，电子出现的概率很小但不为零。 18．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能级的原子轨道图呈哑铃形，且有3个伸展方向 【答案】D 【解析】电子云轮廓图与电子云图不是同一个概念，而是我们常说的原子轨道图，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能级的原子轨道图呈哑铃形，有px、py、pz三个伸展方向，并且互相垂直，D项正确。 19．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电子层的电子数分别为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元素原子核外均有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电子层的电子数分别为0、5、8、8，它们的最外层电子数之和为18，则W、X、Y、Z元素分别为H、N、P、Cl元素。A．X(N)元素原子核外有1s、2s、2p共3个能级，Y(P)元素原子核外有1s、2s、2p、3s、3p、3d共6个能级，A错误；B．W(H)元素原子核外只有1个电子，B正确；C．Z(Cl)元素原子的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，C错误；D．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；故选B。 20．由玻尔的理论发展而来的现代量子物理学认为原子核外电子的可能状态是不连续的，因此各状态对应能量也是不连续的，这些能量值就是能级。能级是用来表达在一定能层(K、L、M、N、O、P、Q)上而又具有一定形状电子云的电子。下列说法中不正确的是 A．硫原子的L能层上有两个能级，分别为2s、2p B．钠原子3s能级的电子跃迁至低能级时，最多出现5条谱线 C．灼烧含钾元素的物质时出现特征紫色是由电子的跃迁引起的 D．基态砷原子的最高能级为4p 【答案】B 【解析】A．硫原子核外有3个电子层，其中L层为第二层，该能层上有两个能级，分别为2s、2p，故A正确；B．钠原子3s能级的电子跃迁至低能级，可以是3s到2p、3s到2s、3s到1s、2p到2s、2p到1s以及2s到1s，因此最多会出现6条谱线，故B错误；C．灼烧含钾元素的物质时，钾元素原子的核外电子由低能状态跃迁到高能状态，再由高能状态跃迁到低能状态时释放的能量与紫光的能量相同，从而呈现出紫色，故C正确；D．基态砷原子核外有4个电子层，其中能量最高的能级为4p能级，故D正确；故故选B。 21．下表给出了五种元素的相关信息，其中A、B、C、D为短周期元素。 元素 相关信息 A 在常温、常压下，其单质是气体，随着人类对环境的认识和要求的提高，它将成为备受青睐的清洁燃料 B 工业上通过分离液态空气获得其单质，其某种同素异形体是保护地球地表环境的重要屏障 C 植物生长三要素之一，它能形成多种氧化物，其中一种是早期医疗中使用的麻醉剂 D 室温下其单质是呈黄色的粉末状固体，加热易熔化。该单质在氧气中燃烧，发出明亮的蓝紫色火焰 E 它是人体不可缺少的微量元素，其单质也是日常生产和生活中不可缺少的金属原材料，常用于制造桥梁、楼房等 根据上述信息填空： （1）B元素的基态原子含有________个能层，其中第二能层中含有的能级：________；画出D的原子结构示意图：________________。 （2）基态D原子核外共有___________种不同能级的电子，有___________种不同运动状态的电子，能量最高的能级上共有_________原子轨道。 （3）C与A形成的某一化合物能和C与B形成的另一无色化合物(这两种化合物分子中的原子个数比皆为1∶2)一起用作火箭助推剂，写出两者发生反应生成无毒物质的化学方程式：___________________________。 （4）某矿藏主要含D、E两种元素组成的化合物，它在空气中高温条件下生成一种有刺激性气味的气体和一种红色氧化物。试写出该反应的化学方程式：____________________。 【答案】（1）2　2s、2p　 （2）5 16 3 （3）2N2H4＋N2O43N2＋4H2O （4）4FeS2＋11O22Fe2O3＋8SO2 【解析】(1)氢气是一种清洁燃料，所以A为氢元素；臭氧对紫外线有吸收作用，是保护地球地表环境的重要屏障，所以B为氧元素，其基态原子含有K层与L层2个能层，L层为第二能层，有s、p两个能级(即2s和2p)；氮、磷、钾是植物生长三要素，N2O俗名“笑气”，是早期医疗中使用的麻醉剂，所以C为氮元素；单质硫在氧气中燃烧，发出明亮的蓝紫色火焰，所以D为硫元素；日常生产和生活中最常用的金属是铁、铜和铝，其中只有铁是人体不可缺少的微量元素，所以E为铁元素。 （2）D元素为硫，其原子结构示意图为，原子核外共有16个电子，占据K、L、M 3个能层和1s、2s、2p、3s、3p 5个能级，能量最高的能级为3p 能级，共有3个轨道。同一个原子中的核外一个电子就是一种运动状态。因此，答案分别为5、16、3。 （3）氮和氢形成的原子个数比为1∶2的化合物为N2H4，氮和氧形成的原子个数比为1∶2的化合物有NO2和N2O4，其中N2O4是无色气体，NO2是红棕色气体，N2H4和N2O4反应生成无毒的N2和H2O。 （4）矿藏主要含D、E两种元素组成的化合物为FeS2，在空气中高温条件下生成SO2气体和红色的氧化物三氧化二铁，反应方程式为4FeS2＋11O22Fe2O3＋8SO2。 学科网（北京）股份有限公司1 / 10 学科网（北京）股份有限公司 $