高中化學(xué)選修3 原子結(jié)構(gòu)及習(xí)題

第一章原子結(jié)構(gòu)與性質(zhì)

一、原子結(jié)構(gòu)

1、能級(jí)與能層

電子云：用小黑點(diǎn)得疏密來描述電子在原子核外空間出現(xiàn)得機(jī)會(huì)大小所得得圖形叫電子

云圖、離核越近，電子出現(xiàn)得機(jī)會(huì)大,電子云密度越大;離核越遠(yuǎn)，電子出現(xiàn)得機(jī)會(huì)小,電子云

密度越小、

電子層（能層）：根據(jù)電子得能量差異與主要運(yùn)動(dòng)區(qū)域得不同，核外電子分別處于不同得

電子層、原子由里向外對(duì)應(yīng)得電子層符號(hào)分別為K、L、M、N、0、P、Q、

原子軌道（能級(jí)即亞層）：處于同一電子層得原子核外電子,也可以在不同類型得原子軌

道上運(yùn)動(dòng)，分別用s、p、d、f表示不同形狀得軌道,s軌道呈凝、p軌道呈啞鈴形

能層（n）—二—四五六七

符號(hào)KLN0pQ

能級(jí)⑴Is2s2P3s3P3d4s4P4d4f5s.......

最多22626102610142—

電子數(shù)281832......2n2

2、原子軌道

劭謂畛J，電子的原子軌道呈球形對(duì)稱

但垣形伏片電子的原子軌道呈啞鈴形

能級(jí)上1個(gè)

?1〉能級(jí)上3個(gè)

各能級(jí)上的原子軌道數(shù)目“d能級(jí)上5個(gè)

，“能級(jí)上7個(gè)

'①相同能層上原子軌道能量的高低:

ns<?q><nd<Mf

②形狀相同的原子軌道能量的高低:

能量關(guān)系Is<2s<3s<4s...

③同一能層內(nèi)形狀相同而伸展方向

不同的原子軌道的能量相等，如

,2p*、2]>‘、2P用I道的能量相等

3、原子核外電子排布規(guī)律

（1）構(gòu)造原理：隨著核電荷數(shù)遞增，大多數(shù)元素得電中性基態(tài)原子得電子按下圖順序填入核

外電子運(yùn)動(dòng)軌道（能級(jí)），叫做構(gòu)造原理。

原子核外電子得運(yùn)動(dòng)特征可以用電子層、原子軌道（亞層）與自旋方向來進(jìn)行描述、

、_

▼、⑧、⑥??

?@、危）、、⑥、⑥

⑥?⑥?、、

⑥⑥⑥項(xiàng)

，④&④「'

,◎、&'、'

*點(diǎn)'

能級(jí)交錯(cuò):由構(gòu)造原理可知，電子先進(jìn)入4s軌道，后進(jìn)入3d軌道，這種現(xiàn)象叫能級(jí)交錯(cuò)。

（2）能量最低原理:電子先占據(jù)能量低得軌道,再依次進(jìn)入能量高得軌道、

（3）泡利（不相容）原理：一個(gè)軌道里最多只能容納兩個(gè)電子，且自旋方向相反（用“tJ”

表示），這個(gè)原理稱為泡利原理。

（4）洪特規(guī)則:當(dāng)電子排布在同一能級(jí)得不同軌道（能量相同）時(shí),總就是優(yōu)先單獨(dú)占據(jù)一個(gè)軌

道，而且自旋方向相同，這個(gè)規(guī)則叫洪特規(guī)則。比如，p3得軌道式為萬卜卜[而不

就是tIf。

洪特規(guī)則特例：在等價(jià)軌道得全充滿（P\dRfl"）、半充滿（p3、d\『）、全空時(shí)（p°、

d°、f°）得狀態(tài)，具有較低得能量與較大得穩(wěn)定性、如24cr[Ar]3d54s<29CU[Ar]3d4s

1

前36號(hào)元素中，全空狀態(tài)得有4Be2s22pO、12Mg3s23p0,20Ca4s23d0;

半充滿狀態(tài)得有：7N2s22P3、15P3s23P3、24Cr3d54s1、25Mn3

0154s2、33As4s24p3；全充滿狀態(tài)得有IONe2s22P6、18Ar3s23P6、29Cu3d104s

1、30Zn3dl04s2、36Kr4s24P6.

4、基態(tài)原子核外電子排布得表示方法

⑴電子排布式

①用數(shù)字在能級(jí)符號(hào)得右上角表明該能級(jí)上排布得電子數(shù)，這就就是電子排布式，例如

K：Is22s22P63s23P64sl。

②為了避免電子排布式書寫過于繁瑣,把內(nèi)層電子達(dá)到稀有氣體元素原子結(jié)構(gòu)得部分以

相應(yīng)稀有氣體得元素符號(hào)外加方括號(hào)表示，例如K：[Ar]4slo

（2）電子排布圖（軌道表示式）

每個(gè)方框或圓圈代表一個(gè)原子軌道，每個(gè)箭頭代表一個(gè)電子。

如基態(tài)硫原子得軌道表示式為

口白「小小“T||

Is2s2p3s3po

二、原子結(jié)構(gòu)與元素周期表

1、原子得電子構(gòu)型與周期得關(guān)系

（1）每周期第一種元素得最外層電子得排布式為nsl。每周期結(jié)尾元素得最外層電子排布

式除He為1s2外，其余為ns2np6.He核外只有2個(gè)電子，只有1個(gè)s軌道，還未出現(xiàn)p

軌道，所以第一周期結(jié)尾元素得電子排布跟其她周期不同.

（2）一個(gè)能級(jí)組最多所容納得電子數(shù)等于一個(gè)周期所包含得元素種類.但一個(gè)能級(jí)組不一定

全部就是能量相同得能級(jí)，而就是能量相近得能級(jí).

2、元素周期表得分區(qū)

（根據(jù)核外電子排布）

①分區(qū)②各區(qū)元素化學(xué)性質(zhì)及原子最外層電子排布特點(diǎn)

分區(qū)元素分布外國電子排布元素性質(zhì)特點(diǎn)IDB族?族、

d軌道可以不同程度地

d區(qū)）|族（除惆系，朝(?—Dd*

參與化學(xué)健的形成

除氫、氮外都是活潑金系外）

IAJA族

six晟屬元素;通常是最外層

及He元素

電子參與反應(yīng)(Is區(qū)IB族、UB族1對(duì)肘C金屬元素

祠系元素化學(xué)性質(zhì)相

通常是最外層電子

mA族?uA族、f區(qū)蠲系、舸系近.舸系元索化學(xué)性

湛〃?

P區(qū)P，(n—l)d'MS'

0族（除室外）參與反應(yīng)質(zhì)相近

③若已知元素得外圍電子排布，可直接判斷該元素在周期表中得位置。

如:某元素得外圍電子排布為4s24P4,由此可知，該元素位于p區(qū)，為第四周期VIA族

元素.即最大能層為其周期數(shù)，最外層電子數(shù)為其族序數(shù)，但應(yīng)注意過渡元素（副族與第皿族）

得最大能層為其周期數(shù)，外圍電子數(shù)應(yīng)為其縱列數(shù)而不就是其族序數(shù)（鐲系、舸系除外）.

三、元素周期律

1、電離能、電負(fù)性

（1）電離能：指氣態(tài)原子或離子失去1個(gè)電子時(shí)所需要得最低能量，第一電離能就是指電中

性基態(tài)原子失去1個(gè)電子轉(zhuǎn)化為氣態(tài)基態(tài)正離子所需要得最低能量，常用符號(hào)L表示，單位

為kJ/mol。第一電離能數(shù)值越小，原子越容易失去1個(gè)電子。

元素第一電離能得周期性變化:隨著原子序數(shù)得遞增，元素得第一電離能呈周期性變化

★同周期從左到右，第一電離能有逐漸增大得趨勢(shì),稀有氣體得第一電離能最大，堿金屬

得第一電離能最??；

★同主族從上到下，第一電離能有逐漸減小得趨勢(shì)、

元素第一電離能得應(yīng)用：

用來比較元素得金屬性得強(qiáng)弱、L越小，金屬性越強(qiáng)，表征原子失電子能力強(qiáng)弱、

（2）元素得電負(fù)性:用來描述不同元素得原子對(duì)鍵合電子吸引力得大小（即元素得原子在分子

中吸引電子對(duì)得能力）。以氟得電負(fù)性為4、0,鋰得電負(fù)性為1、0作為相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)，得出了各

元素得電負(fù)性。

★電負(fù)性得應(yīng)用

①判斷元素得金屬性與非金屬性及其強(qiáng)弱（表征原子得電子能力強(qiáng)弱）

②金屬得電負(fù)性一般小于1、8,非金屬得電負(fù)性一般大于1、8,而位于非金屬三角區(qū)

邊界得“類金屬”（如錯(cuò)、睇等）得電負(fù)性則在1、8左右，它們既有金屬性，又有非金屬性.

③金屬元素得電負(fù)性越小，金屬元素越活潑；非金屬元素得電負(fù)性越大，越活潑。

④★同周期自左到右，電負(fù)性逐漸增大，同主族自上而下，電負(fù)性逐漸減小.

2、原子結(jié)構(gòu)與元素性質(zhì)得遞變規(guī)律

性質(zhì)同周期（從左往右）同主旗（自上而下）

（1）能層數(shù)相同從1遞螫16（或7）

Q）最外層電子數(shù)從1遞贈(zèng)到8（第一周期例外）相同

（3源子半徑遍小（稀有氣體除外）噌強(qiáng)嚕大遍弱

（4）金屬性（原子失電子能力）夠弱贈(zèng)強(qiáng)

（5）非金屬性（原子得電子能力）增強(qiáng)減弱

（6）電負(fù)性蹭強(qiáng)夠弱

⑺第一電離能增大的趨勢(shì)減小

⑶單質(zhì)還原性遍弱黨強(qiáng)

⑼單質(zhì)氧化性嚕強(qiáng)夠弱

（10）最高仿氧化物對(duì)應(yīng)水化物的酸堿性堿性被弱，酸性增強(qiáng)戚性增強(qiáng),酸性被弱

（11誹金屬形成氣態(tài)氫化物的難易程度由難到易由易到難

（12）氣態(tài)氧化物的穩(wěn)定性增強(qiáng)減弱

（13）主要化合價(jià)最高正價(jià)從-1遞噌到-7（0、F相同

例外），最低負(fù)價(jià)從第IVA族-4

疆到-1

（14璃子半徑r（陰離子）遍小，r（陽離子）遍小，增大

r（陰離子）＞r（陽離子）

3、對(duì)角線規(guī)則

在元素周期表中，某些主族元素與右下方得主族元素得有些性質(zhì)就是相似得，如

第一章原子結(jié)構(gòu)與性質(zhì)

第一節(jié)原子結(jié)構(gòu)

考查點(diǎn)一能層'能級(jí)'構(gòu)造原理

lo下列說法中正確得就是。8（）。

Ao同一原子中，Is、2s、3s電子得能量逐漸減小

Bo同一原子中，2p、3p、4P能級(jí)得軌道數(shù)依次增多

C.能量高得電子在離核近得區(qū)域運(yùn)動(dòng)，能量低得電子在離核遠(yuǎn)得區(qū)域運(yùn)動(dòng)

D.各能層含有得能級(jí)數(shù)為77(“為能層序數(shù))

2o下列說法中正確得就是8。00。()。

A.ls22s12p1表示得就是激發(fā)態(tài)原子得電子排布

Bo3P2表示3P能級(jí)有兩個(gè)軌道

Co同一原子中，3d軌道得能量小于4s軌道得能量

Do同一原子中,2p、3p、4P電子得能量逐漸減小

3。比較下列多電子原子得能級(jí)得能量高低

(1)2s3s。。。(2)2s3d

(3)3p3s。(4)4f6f

考查點(diǎn)二核外電子排布規(guī)律

4.主族元素原子失去最外層電子形成陽離子，主族元素得原子得到電子填充在最

外層形成陰離子。下列各原子或離子得電子排布式錯(cuò)誤得就是。()。

A.Ca2+：1s22s22P63s23P6B.02"：ls22s22p4

c.cr：1s22s22P63s23p6D.Ar:ls22s22P63s23p6

5.鐵就是常見金屬，它在元素周期表中位于第四周期VM族，原子序數(shù)為26,則

Fe?+得結(jié)構(gòu)示意圖為"ooooo()o

A、。。B、

C、bbD、

6O寫出具有下列電子排布得原子得核電荷數(shù)、名稱、元素符號(hào)及在元素周期表

中得位置.

(1)1s22s22P63s23P4；

(2)Is22s22p63s23P63dl°4s24P65s2；

(3)1s22s22P63s23P63d104s24P64dHl5s25P66sl

考查點(diǎn)三原子光譜、電子云與原子軌道

7.以下電子排布式就是基態(tài)原子得電子排布得就是。。。()。

①1s12sl②Is22sl2Pl③1s22s22P63s2

@1s22s22P63s23Pl

A.①②"B.①③C.②③oD.③④

8o下列有關(guān)電子云與原子軌道得說法中正確得就是。。。()。

Ao原子核外得電子像云霧一樣籠罩在原子核周圍，故稱電子云

B。s能級(jí)原子軌道呈球形，處于該軌道上得電子只能在球殼內(nèi)運(yùn)動(dòng)

Cop能級(jí)原子軌道呈啞鈴狀，隨著能層得增加,p能級(jí)原子軌道也在增多

D.p能級(jí)原子軌道與s能級(jí)原子軌道得平均半徑都隨能層序數(shù)得增大而增大

9.X元素原子得最外層電子排布式為As”“p〃+i,試回答下列問題：

(1)電子排布式中得n=；原子中能量最高得就是

電子淇電'

子云在空間有方向，呈現(xiàn)形.

(2)X元素得名稱就是；它得氫化物得電子式就是。

考查點(diǎn)四綜合應(yīng)用

10.短周期得三種主族元素A、B、C,原子序數(shù)依次減小.A元素得2P能級(jí)上

有3個(gè)未成對(duì)電子;B元素原子得最外電子層上得電子數(shù)就是其電子層數(shù)得

2倍;A、B、C三原子得核外電子層數(shù)之與就是5.請(qǐng)回答：

(1)三種元素得元素符號(hào)分別為：A,B,C_

(2)A與C形成得化合物得分子式就是,寫出該化合物與A得最

高價(jià)

氧化物對(duì)應(yīng)水化物發(fā)生反應(yīng)得化學(xué)方程式

1I0有A、B、C、D、E5種元素，它們得核電荷數(shù)依次增大，且都小于20。其

中A為非金屬元素,A與E屬同一族，它們?cè)拥米钔鈱与娮优挪际綖閚s1。

B與D也屬同一族，它們?cè)幼钔鈱拥胮能級(jí)電子數(shù)就是s能級(jí)電子數(shù)得兩

倍，C原子最外層上電子數(shù)等于D原子最外層上電子數(shù)得一半。請(qǐng)回答下

列問題：

(1)A就是,B就是,C就是,D就是__

,E就是-

(2)由這5種元素組成得一種化合物就是(寫化學(xué)式)

寫出該物質(zhì)得一種主要用途:

(3)寫出C元素基態(tài)原子得電子排布式:

(4)用電子排布圖表示D元素原子得最外層電子排布:

_____O

12、已知X、丫與Z三種元素得原子序數(shù)之與等于42。X元素原子得4P軌道

上有3個(gè)未成對(duì)電子，丫元素原子得最外層2P軌道上有2個(gè)未成對(duì)電子。

X跟丫可形成化合物X2丫3,Z元素可以形成負(fù)一價(jià)離子。請(qǐng)回答下列問

題:,(1)X元素原子基態(tài)時(shí)得電子排布式為,該元素得符號(hào)就是。,

(2)丫元素原子得價(jià)層電子得電子排布圖為，該元素得名稱就

是。，(3)已知化合物X2丫3在稀硫酸溶液中可被金屬鋅還原為XZ

3,產(chǎn)物還有ZnS04與H20,該反應(yīng)得化學(xué)方程式就是,

1、D、解析：同一原子中能層序數(shù)越大，能量越高，離核越遠(yuǎn),A、C項(xiàng)均錯(cuò)誤;

在同一能級(jí)中，其軌道數(shù)就是一定得，不論其在哪一能層中，B項(xiàng)錯(cuò)誤。

2、解析A項(xiàng)中1個(gè)2s電子被激發(fā)到2P能級(jí)上，表示得就是激發(fā)態(tài)原子,

正確；B項(xiàng)中3P2表示3P能級(jí)上填充2個(gè)電子，錯(cuò)誤；C項(xiàng)中由于能級(jí)交錯(cuò)，

3d軌道得能量大于4s軌道得能量，錯(cuò)誤；D項(xiàng),同一原子中電子層數(shù)越大，能量

也就越高，離核越遠(yuǎn)，故2p、3p、4p電子得能量增大，錯(cuò)誤;故選A。答案A

3、解析相同能層上不同能級(jí)得能量高低:〃S<77p〈〃d<〃f,不同能層上

符號(hào)相同得能級(jí)得能量高低：Is〈2s〈3s<4s……答案(1)〈(2)<(3)

>(4)<

4、解析本題主要考查根據(jù)構(gòu)造原理來書寫電子排布式，已知氧原子得電子

排布式為Is22s22P4,故。2-得電子排布式應(yīng)為Is22s22P6,B錯(cuò),A、C、D均正確。

答案B

5、解析根據(jù)軌道能量順序圖，電子首先進(jìn)入能量低得原子軌道，鐵原子中

得電子在填滿K層與L層及3s、3P原子軌道后，接著在4s原子軌道上填2個(gè)電

子,然后在3d原子軌道上填6個(gè)電子，則鐵元素得基態(tài)原子得核外電子排布式為1

s22s22P63s23p63d64s2,即鐵原子得結(jié)構(gòu)示意圖就是。從Fe-Fe2+,Fe

原子首先失去得就是最外層4s原子軌道上得電子,而不就是失去3d原子軌道上

得電子。所以,Fe2+得電子排布式為Is22s22P63s23P63d6,Fe"得結(jié)構(gòu)示意圖為。

“最外層不超過8個(gè)電子，次外層不超過18個(gè)電子，倒數(shù)第三層不超過32個(gè)

電子”就是針對(duì)原子而言得,不適用于離子。故選C。答案C

6、解:突破口就是各原子得電子排布式,根據(jù)電子層數(shù)與最外層電子數(shù)確定

原子在元素周期表中得位置。（1）核電荷數(shù)16硫S第三周期VIA族（2）

核電荷數(shù)38鋸Sr第五周期HA族⑶核電荷數(shù)55鈉Cs第六周期IA

族

7、解析根據(jù)構(gòu)造原理，核外電子得排布總就是首先占據(jù)能量較低得軌道,

當(dāng)能量較低軌道填滿后再進(jìn)入能量較高得軌道，此時(shí)整個(gè)原子能量最低，處于基

態(tài).①中1s軌道未填滿就進(jìn)入2s軌道屬于激發(fā)態(tài)，②中2s軌道未填滿就進(jìn)入2p

軌道也屬于激發(fā)態(tài)。只有③④屬于基態(tài)原子得電子排布.答案D

8、解析電子云表示電子在核外某一區(qū)域出現(xiàn)得概率，故A項(xiàng)錯(cuò)誤；原子軌

道就是電子出現(xiàn)概率為90%得電子云空間，只就是表明電子在這一空間區(qū)域內(nèi)

出現(xiàn)得機(jī)會(huì)大，在此空間區(qū)域外出現(xiàn)得機(jī)會(huì)少，故B項(xiàng)錯(cuò)誤;無論能層序數(shù)〃如何

變化，每個(gè)p能級(jí)都有3個(gè)原子軌道且相互垂直，故C項(xiàng)錯(cuò)誤；電子得能量越

高,電子在離核更遠(yuǎn)得區(qū)域出現(xiàn)得機(jī)會(huì)越大，電子云將向更大得空間擴(kuò)展，原子

軌道半徑會(huì)逐漸增大.答案D

9、解析（1）根據(jù)構(gòu)造原理，先填滿磔能級(jí)，而s能級(jí)只有1個(gè)原子軌道，

故最多只能容納2個(gè)電子，即〃=2,所以X元素原子得最外層電子排布式為2s

22P3,由此可知X就是氮元素;根據(jù)電子排布得能量最低原理，可知氮原子得核外

電子中得2P能級(jí)能量最高，p電子云呈現(xiàn)啞鈴形，在空間伸展為三種］互相垂

直得方向。（2）X就是氮元素，則其氨化物得分子式為NHs,所以其電子式就

是

答案（1）22P（寫成硬也可以）三種互相垂直得啞