高中化学第2节 原子结构与元素周期表第1课时复习练习题

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第2节　原子结构与元素周期表
第1课时　基态原子的核外电子排布
[核心素养发展目标]　1.了解构造原理，知道基态原子核外电子在原子轨道上的排布顺序。2.掌握基态原子的核外电子排布规律，会书写1～36号元素原子的核外电子排布式和轨道表示式。3.学会利用电子排布式、轨道表示式正确表示核外电子排布。
一、基态原子的核外电子排布
1．基态原子核外电子排布的原则
(1)能量最低原理
基态原子核外电子在各个原子轨道上的排布方式应使整个原子体系的能量最低。
(2)泡利不相容原理
一个原子轨道中最多只能容纳两个电子，且这两个电子的自旋状态不同。根据泡利不相容原理，可以获得以下重要结论：
①每一种运动状态的电子只能有1个。
②每个电子层中原子轨道的总数为 n2个，因此，每个电子层最多能容纳2n2个电子。
(3)洪特规则
对于基态原子，核外电子在能量相同的原子轨道上排布时，将尽可能分占不同的原子轨道并且自旋方向相同。
2．基态原子核外电子在原子轨道上的排布顺序——构造原理
基态原子核外电子在原子轨道上按照如下顺序依次排布：

即电子所排的能级顺序：1s、2s、2p、3s、3p、4s、3d、4p、5s、4d、5p、6s……这一规律称为构造原理。
3．原子核外电子排布表示方法
(1)电子排布式
书写格式：在ns、np、nd等各能级符号的右上角用数字表示出该能级中电子的数目。
如图所示

(2)轨道表示式(电子排布图)
①概念：用方框(或小圆圈、短线)表示一个原子轨道，用箭头“↑”或“↓”来区别自旋状态不同的电子的式子。
②以铝原子为例，轨道表示式中各符号、数字的意义为

(3)简化电子排布式
为避免电子排布式书写繁琐，可把内层电子排布达到稀有气体结构的部分用相应稀有气体的元素符号外加“[　]”表示。如S：[Ne]3s23p4，Ca：[Ar]4s2。

(1)当电子排布在同一能级的不同轨道时，电子总是先占满1个轨道，然后再占据其他原子轨道(　　)
(2)处于最低能量的原子叫做基态原子(　　)
(3)O原子排布成违反了洪特规则(　　)
(4)K的简化电子排布式为4s1(　　)
(5)6C的电子排布式为1s22s22p(　　)
(6)3d6的轨道表示式为(　　)
答案　(1)×　(2)√　(3)√　(4)×　(5)×　(6)×

1．以下表示氦原子结构的化学用语中，对电子运动状态描述最详尽的是(　　)
A． B.
C．1s2 D.
答案　D
解析　A项只能表示最外层电子数；B项只表示核外的电子分层排布情况；C项具体到各电子层的电子数；而D项包含了电子层数、能级数以及轨道内电子的自旋方向，故该项正确。
2．按要求填空
(1)O：____________________________(轨道表示式)。
(2)Na：__________________________(轨道表示式)。
(3)Ca元素基态原子电子排布式：______________________________。
(4)基态硼原子的轨道表示式为________，核外电子共有________种运动状态，有________个未成对电子，有________对成对电子。
答案　 (1)
(2)
(3)1s22s22p63s23p64s2
(4)　5　1　2
3．氧元素基态原子核外未成对电子数为________个，写出3p轨道上只有2个未成对电子的元素符号_______，M层上有2对成对电子的原子最外层共有_______种不同运动状态的电子。
答案　2　Si或S　6

书写基态原子的轨道表示式时，要兼顾三条原则，不能顾此失彼，防止出现以下错误：
①违反泡利不相容原理：；
②违反洪特规则：或；
③违反能量最低原则：。
二、19～36号元素的基态原子核外电子排布
洪特规则特例
能量相同的原子轨道在全充满(如p6和d10)、半充满(如p3和d5)和全空(如p0和d0)状态时，体系的能量较低，原子较稳定，这称为洪特规则特例。
如下列基态原子的电子排布式的书写：
　　　　　　 错误　　　　　　　 正确
铬原子　1s22s22p63s23p63d44s2　1s22s22p63s23p63d54s1
铜原子　1s22s22p63s23p63d94s2　1s22s22p63s23p63d104s1

(1)1～36号元素基态Cr原子未成对电子数最多(　　)
(2)基态铜原子的简化电子排布式为[Ar]3d94s2(　　)
(3)基态Sc原子的电子排布式可表示为1s22s22p63s23p64s23d1(　　)
(4)第4周期中原子最外层仅有1个电子的元素只有K(　　)
答案　(1)√　(2)×　(3)×　(4)×

按要求写出电子排布式或轨道表示式。
(1)基态Cu＋的电子排布式：_______________________________________________________。
(2)基态Fe原子的电子排布式：____________________________________________________。
(3)17Cl－的轨道表示式：___________________________________________________________。
(4)基态Mn原子的简化电子排布式：________________________________________________。
(5)基态As原子最外层电子的轨道表示式：__________________________________________。
(6)基态Ge原子的电子排布式：____________________________________________________。
答案　(1)1s22s22p63s23p63d10
(2)1s22s22p63s23p63d64s2
(3)
(4)[Ar]3d54s2
(5)
(6)1s22s22p63s23p63d104s24p2

(1)电子排布式的书写顺序与核外电子进入轨道的顺序不同。电子排布式的书写顺序按电子层由里到外和s、p、d的顺序。
(2)书写离子的电子排布式一定要注意：先写原子的电子排布式，然后再得失电子，失电子时，由外层向里层顺序失电子，同层则按能级由高到低顺序失电子。如Cr([Ar]3d54s1)→Cr3＋([Ar]3d3)；得电子时，得到的电子填入原子轨道的顺序与基态原子电子的排布顺序相同。


1．以下电子排布式表示基态原子电子排布的是(　　)
A．1s22s22p63s13p3
B．1s22s22p63s23p63d104s14p1
C．1s22s22p63s23p63d24s1
D．1s22s22p63s23p63d104s24p1
答案　D
解析　基态原子核外电子排布应该是1s22s22p63s23p2，A错误；基态原子核外电子排布应该是1s22s22p63s23p63d104s2，B错误；基态原子核外电子排布应该是1s22s22p63s23p63d14s2，C错误； 1s22s22p63s23p63d104s24p1符合原子核外电子排布规律，D正确。
2．下列表示方法错误的是(　　)
A．硫离子的电子式为
B．Br原子的简化电子排布式为[Ar]3d104s14p6
C．N原子的轨道表示式为
D．Cu原子的结构示意图为
答案　B
解析　Br是35号元素，位于第4周期ⅦA族，Br原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p5，其简化电子排布式为[Ar]3d104s24p5。
3．已知元素X的原子最外层电子排布式为nsn－1npn＋2，则X元素的原子序数为(　　)
A．9 B．10 C．17 D．18
答案　C
解析　n－1＝2，则n＝3，即最外层电子排布式为3s23p5，为氯元素。
4．下列轨道表示式所表示的元素原子中，能量处于最低状态的是(　　)
A.
B.
C.
D.
答案　C
解析　A项中2s轨道没有排满电子就排在了2p轨道上；B项中2p轨道上的电子排布不符合洪特规则；C项中2p3为半充满状态，能量最低；D项中2p轨道未排满就排3s轨道。
5．(1)下列原子或离子的电子排布正确的是________(填序号，下同)，违反能量最低原理的是________，违反洪特规则的是________，违反泡利不相容原理的是________。
①Ca2＋：1s22s22p63s23p6
②F－：1s22s23p6
③P：
④Cr：1s22s22p63s23p63d44s2
⑤Fe：1s22s22p63s23p63d64s2
⑥Mg2＋：1s22s22p6
⑦C：
(2)①基态氮原子核外电子的轨道表示式为__________________________________________。
②Co基态原子核外电子排布式为__________________________________________________。
③Fe3＋基态核外电子排布式为_____________________________________________________。
(3)某元素的原子序数为33，该元素原子的价电子排布式为________，该元素原子核外有________个电子层，________个能级，________个原子轨道。
(4)基态Fe原子有________个未成对电子，基态14C原子中，核外有________对自旋方向相反的电子。
答案　(1)①⑤⑥　②④　③　⑦
(2)①
②[Ar]3d74s2(或1s22s22p63s23p63d74s2)
③[Ar]3d5(或1s22s22p63s23p63d5)
(3)4s24p3　4　8　18　(4)4　2
解析　(1)根据核外电子排布规律，②中错误在于电子排完2s轨道后应排2p轨道而不是3p轨道，正确的应为1s22s22p6；③中没有遵循洪特规则——电子在能量相同的轨道上排布时，应尽可能分占不同的轨道并且自旋方向相同，最外层的轨道表示式应为；④中忽略了能量相同的原子轨道在半充满状态时，体系的能量较低，原子较稳定，正确的应为1s22s22p63s23p63d54s1；⑦中违反泡利不相容原理，正确的应为。(2)②Co的原子序数为27，其基态原子核外电子的排布式为[Ar]3d74s2或1s22p22p63s23p63d74s2。③Fe3＋基态核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d5或[Ar]3d5。
(3)先利用能级顺序和排布原则排出其电子排布式：1s22s22p63s23p63d104s24p3，价电子排布式为4s24p3，得出该元素原子核外有8个能级，共1＋1＋3＋1＋3＋5＋1＋3＝18个原子轨道(s能级：1个轨道；p能级：3个轨道；d能级：5个轨道)。
(4)基态Fe原子的电子排布式为[Ar]3d64s2，故3d有4个未成对电子，基态14C原子的轨道表示式为，所以核外有2对自旋方向相反的电子。

一、单项选择题
1．下列排布不符合泡利不相容原理的是(　　)
A．2p轨道：
B．3d轨道：
C．2p轨道：
D．3d轨道：
答案　C
解析　泡利不相容原理指的是一个原子轨道中最多只能容纳两个电子，并且这两个电子的自旋状态必须相反，所以只有C项不满足此原理。
2．若将P原子的电子排布式写成1s22s22p63s23p3p，它违背了(　　)
A．能量守恒原理 B．泡利不相容原理
C．能量最低原理 D．洪特规则
答案　D
解析　对于基态原子，电子在能量相同的轨道上排布时，将尽可能分占不同的轨道并且自旋状态相同。若将P原子的电子排布式写成1s22s22p63s23p3p，它违背了洪特规则。
3．(2020·石嘴山市高二期末)下列对电子排布式或轨道表示式书写的评价正确的是(　　)
选项
电子排布式或轨道表示式
评价
A
O原子的轨道表示式：
错误；违反泡利不相容原理
B
N原子的轨道表示式：

错误；违反洪特规则
C
Ca原子的电子排布式：1s22s22p63s23p63d2
错误；违反能量最低原理
D
Br－的电子排布式：[Ar]3d104s24p6
错误；违反能量最低原理

答案　C
解析　电子应先充满同能级的轨道，违反了洪特规则，不符合题意，A错误；相同轨道中的两个电子运动方向应相反，违反了泡利不相容原理，不符合题意，B错误；Ca原子的电子排布式：1s22s22p63s23p64s2，违反了能量最低原理，符合题意，C正确；Br－的电子排布式：[Ar]3d104s24p6，正确，评价错误，D错误。
4．某元素原子3d轨道上有5个电子，则该原子最外层电子排布可能是(　　)
A．4s1 B．4s24p1
C．4s24p3 D．3s23p63d5
答案　A
解析　最外层电子排布为4s24p1的元素为Ga,3d轨道上有10个电子，B错误；最外层电子排布为4s24p3的元素为As,3d轨道上有10个电子，C错误；4s能级的能量小于3d能级，某元素原子3d轨道上有5个电子，则4s能级上肯定有电子，D错误。
5．某元素质量数为51，中子数为28，其原子未成对电子数为(　　)
A．0 B．1 C．2 D．3
答案　D
解析　元素质量数为51，中子数为28，则质子数＝51－28＝23。根据核外电子排布规律可知，其电子排布式是1s22s22p63s23p63d34s2，因此其基态原子中未成对电子数为3个，D项正确。
6．在元素周期表中第4周期的元素，原子核外未成对电子的最大数目为(　　)
A．4 B．5 C．6 D．7
答案　C
7．在d轨道中电子排布成而不排布成，其最直接的根据是(　　)
A．能量最低原理 B．泡利不相容原理
C．原子轨道构造原理 D．洪特规则
答案　D
解析　洪特规则表明，当电子排布在能量相同的不同轨道时，总是尽可能分占不同的轨道且自旋状态相同。
8．(2019·长春市第二十九中学高二期末)下列各原子或离子的电子排布式错误的是(　　)
A．Al：1s22s22p63s23p1 B．O2－：1s22s22p6
C．Na＋：1s22s22p6 D．Si：1s22s22p2
答案　D
解析　铝是13号元素，第三层有3个电子，A项正确；氧原子核外有8个电子，得到2个电子后一共有10个电子，刚好填满前两层，B项正确；钠原子核外有11个电子，失去一个电子后有10个电子，刚好填满前两层，C项正确；硅是14号元素，而D项电子排布式中只有6个电子，实际上是碳原子的电子排布式，D项错误。
二、不定项选择题
9．下列微粒的核外电子的表示方法中正确的是(　　)
A．碳原子的轨道表示式：
B．磷原子的轨道表示式：
C．铬原子的电子排布式：[Ar]3d54s1
D．Fe2＋的电子排布式：1s22s22p63s23p63d44s2
答案　AC
解析　B项，不符合洪特规则；D项，Fe2＋应为Fe原子失去4s上的两个电子，而不是失去3d上的两个电子，应为1s22s22p63s23p63d6。
10．下列各原子或离子的电子排布式错误的是(　　)
A．Ca2＋：1s22s22p63s23p64s2
B．O2－：1s22s22p4
C．Cl－：[Ne]3s23p6
D．Ar：1s22s22p63s23p6
答案　AB
解析　氧原子的电子排布式为1s22s22p4，故O2－的电子排布式应为1s22s22p6，B项错误，C、D两项均正确。
11．下列离子中外层d轨道达半充满状态的是(　　)
A．Cr3＋ B．Cu＋ C．Co3＋ D．Fe3＋
答案　D
解析　Cr3＋的价电子排布式为3d3，A错误；Cu＋的价电子排布式为3d10，B错误；Co3＋的价电子排布式为3d6，C错误；Fe3＋的价电子排布式为3d5，d轨道达半充满状态，D正确。
12．4p轨道填充一半的元素，其原子序数是(　　)
A．15 B．33 C．35 D．51
答案　B
解析　4p轨道填充一半的元素，其电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p3，原子序数为33。
13．某主族元素的原子，M层上有一个半充满的能级，这种原子的质子数(　　)
A．只能是7 B．只能是15
C．是11或15 D．是11或13
答案　C
解析　M层上有一个半充满的能级且为主族元素，只能为3s1或3s23p3，选C。
三、非选择题
14．有A、B、C、D、E五种元素，A原子中只有一个电子层且只含有一个电子；B原子的3p轨道上得到一个电子后不能再容纳外来电子；C原子的2p轨道上有一个电子的自旋方向与2p轨道上其他电子的自旋方向相反；D原子的第三电子层上有8个电子，第四层上只有1个电子；E原子的价电子排布式为3s23p6。
回答下列问题
(1)A～E分别是哪种元素(用元素符号填空)：
A________；B________；C________；D________；E________。
(2)E原子的结构示意图为________。
(3)C的轨道表示式为________。
(4)B原子的核外电子排布式为________。
答案　(1)H　Cl　O　K　Ar　(2) (3)　
(4)1s22s22p63s23p5
解析　A原子只有1个电子层且只有1个电子，为氢；B原子3p轨道只能再得1个电子，即电子排布式应为1s22s22p63s23p5，为氯；据洪特规则，C原子2p轨道上应有4个电子即C原子电子排布式为1s22s22p4，为氧；D原子第三层上有8个电子，第四层有1个电子，即电子排布式为1s22s22p63s23p64s1，为钾；E原子价电子排布式为3s23p6，为氩。
15．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元素原子核外电子仅有一种原子轨道；B元素原子核外p电子数比s电子数少1；C元素原子的最外层电子排布可表示为asaap2a；D为金属元素且M层上有一个未成对的p电子；E元素的原子核外最外层p轨道半充满；F元素原子的M层上有三对成对电子。
(1)写出下列元素的元素符号：
A________、C________、F________。
(2)写出基态D原子的电子排布式：________________________________________________。
写出基态E原子的核外电子轨道表示式：____________________________________________。
(3)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。
(4)B元素单质和氢化物的电子式：单质__________，氢化物________。
答案　(1)H　O　Cl　
(2)1s22s22p63s23p1
(3)4　13　5　(4)　
解析　A原子只有一种原子轨道，可能是H或He，又因A是主族元素，则A为氢；B元素原子的核外电子排布式为1s22s22p3，为氮；C的价电子排布式为2s22p4，为氧；D元素原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p1，为铝；E元素原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p3，为磷；F为氯。(3)s轨道只有1种伸展方向、p轨道有3种伸展方向，Al核外电子排布式为1s22s22p63s23p1，核外13个电子的运动状态各不相同，故核外有13种不同运动状态的电子，有1s、2s、2p、3s、3p共5个能级。