第一章第一节 第1课时　能层与能级 练习

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

基础过关练　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

题组一　人类对原子结构的认识

1.(2020江苏镇江实验高级中学高二调研)自从1803年英国化学家道尔顿提出原子学说以来,人类对原子结构的研究不断深入、不断发展,通过实验事实不断地丰富、完善原子结构理论。下列关于原子结构的说法正确的是(　　)

A.所有的原子都含有质子、中子和电子三种基本构成微粒

B.所有的原子中的质子、中子和电子三种基本构成微粒的个数都是相等的

C.原子核对电子的吸引作用的实质是原子核中的质子对核外电子的吸引

D.原子中的质子、中子和电子三种基本构成微粒不可能再进一步分成更小的微粒

2.下列图①、图②、图③所示的原子结构模型中依次符合卢瑟福、道尔顿、汤姆孙的观点的是(　　)

A.①②③ B.③①②

C.③②① D.②①③

3.(1)提出“近代原子学说”的是英国科学家　　　　,他是最早提出科学的原子学说的人。 

(2)提出“原子—分子论”的是意大利科学家　　　　。该理论提出了分子的概念,并指出分子与原子的区别和联系。 

(3)发现电子的是英国科学家　　　　,他提出了　　　　的原子结构模型。 

(4)英国物理学家　　　　通过α粒子散射实验,提出了原子结构核式模型。 

(5)丹麦物理学家　　　　研究了　　　　　　　后,大胆地引入　　　　　　　的观点,提出了新的原子结构模型。深度解析 

题组二　能层与能级

4.以下能级符号不正确的是(　　)

A.2d B.3s C.4p D.5f

5.若n=3,以下能级符号错误的是(　　)

A.np B.nf C.nd D.ns

6.下列各能层不包含d能级的是(　　)

A.O能层 B.N能层 C.M能层 D.K能层

7.下列能级表示正确(实际存在的)且最多容纳的电子数按照从少到多的顺序排列的是(　　)

A.1s、2p、3d B.1s、2s、3s

C.2s、2p、2d D.3p、3d、3f

8.(2019吉林汪清六中高二下期中)符号为K的能层最多能容纳的电子数为(　　)

A.2 B.32 C.50 D.72

9.某一能层上nd能级最多所能容纳的电子数为(　　)

A.6 B.10 C.14 D.15

10.在同一个原子中,M能层上电子的能量与Q能层上电子的能量相比(　　)

A.前者大于后者 B.后者大于前者

C.前者等于后者 D.无法确定

11.下列有关认识中正确的是(　　)

A.在同一能层不同能级上的电子,其能量肯定不同

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

12.下列粒子中,各能层电子数均达到2n2的是(　　)

A.Ne、Ar B.F-、Mg2+ C.Al、O2- D.Cl-、Ar

13.在基态多电子原子中,关于核外电子能量的叙述错误的是(　　)

A.最易失去的电子能量最高

B.离核最远的电子能量最高

C.p能级电子能量一定高于s能级电子能量

D.在离核最近的区域内运动的电子能量最低

14.(1)Cl原子核外能量最高的电子所在的能级是　　　　。 

(2)基态Si原子中,核外电子占据的最高能层的符号为　　　　,该能层上有　　　　个能级,电子数为　　　　。 

15.(1)已知短周期元素A、B,A元素原子的最外层电子数为a,次外层电子数为b;B元素原子的M层电子数为a-b,L层电子数为a+b,则A为　　　　(填元素符号,下同),B为　　　　。 

(2)已知X元素原子的L层比Y元素原子的L层少3个电子,Y元素原子的核外电子总数比X元素原子多5,则X、Y分别为　　　　、　　　　。 

能力提升练

题组一　能层与能级

1.(2020江苏徐州第一中学高二月考,)下列说法正确的是(深度解析)

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)

2.()在多电子原子里,把电子运动的能量不同的区域简化为不连续的壳层称作电子层。电子层模型被称为洋葱式结构,如图所示:

原子的电子层模型　　　　

根据电子层模型,下列说法不正确的是(　　)

A.多电子原子的核外电子是分层运动的

B.所有电子在同一区域里运动

C.排在K、L、M层上的电子的能量依次增大

D.多电子原子的核外电子的能量不同

3.()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

4.(双选)()下列说法正确的是(深度解析)

A.第三能层有s、p共2个能级

B.3d能级最多容纳5个电子

C.第三能层最多容纳18个电子

D.无论是哪一能层的s能级,最多容纳的电子数均为2

题组二　原子结构在元素推断中的应用

5.()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

6.(2020辽宁锦州联合校高三期末,)短周期主族元素X、Y、Z、W的原子序数依次增大,X和W同主族且W的单质是重要的半导体材料,Y原子的最外层电子数是其内层电子数的3倍,Z2+与Y2-核外电子排布相同。下列说法正确的是(　　)

A.X的氢化物中仅含有极性键

B.X与Y形成的三原子分子的电子式是····X····

C.原子半径Z>Y,离子半径Z2+<Y2-

D.X、Y的非金属性强弱可根据其最高价氧化物的水化物的酸性强弱来推断

7.()有两种气态单质Am和Bn,已知2.4 g Am和2.1 g Bn所含的原子个数相等,而分子数之比为2∶3。A和B的原子核内质子数都等于中子数,A原子L层电子数是K层的3倍。

(1)A、B的元素符号分别为　　　　。 

(2)Am中的m值为　　　　。 

(3)B的能层数目为　　　　。 

(4)A、B形成的一种化合物与水反应能生成另一种由A、B形成的气态化合物。写出该反应的化学方程式:　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 

8.()下表给出了五种元素的相关信息,其中X、Y、Z、W为短周期元素。

根据上述信息填空:

(1)Y元素的原子含有　　　　个能层,其中第二能层中的能级分别是　　　　　　;画出W的原子结构示意图:　　　　　　。 

(2)Z与X形成的某种化合物能和Z与Y形成的一种无色化合物(这两种化合物分子中Z元素原子与另一元素原子的个数比均为1∶2)一起用作火箭推进剂,写出二者发生反应生成无毒物质的化学方程式:                                                         　。 

(3)某矿藏主要含W、M两种元素组成的化合物,它是我国生产某强酸的主要原料。试写出生产该强酸过程中第一阶段主要反应的化学方程式:                     　。 

答案全解全析

基础过关练

1.CH没有中子,多数原子都含有质子、中子和电子三种基本构成微粒,故A错误;原子中质子数等于电子数,但中子数不一定与它们相等,故B错误;质子带正电,电子带负电,则原子核对电子的吸引作用的实质是原子核中的质子对核外电子的吸引,故C正确;随着科学的发展,人们认识到质子、中子可以再分成更小的微粒,故D错误。

2.B　卢瑟福提出了原子结构的核式模型,道尔顿认为原子是一个实心的球体,汤姆孙发现了电子,并提出了原子结构的“葡萄干布丁”模型。

3.答案　(1)道尔顿　(2)阿伏加德罗　(3)汤姆孙　葡萄干布丁　(4)卢瑟福　(5)玻尔　电子的运动　波粒二象性

解析　本题考查识记类内容,根据人类对原子结构的认识历程进行解答即可。

知识拓展　人类对原子结构认识的演变

4.A　第二能层含有2s、2p两个能级,不存在2d能级,A错误。

5.B　任一能层能级数等于该能层序数:第一能层只有1个能级(1s),第二能层有2个能级(2s和2p),第三能层有3个能级(3s、3p、3d)……

6.D　能层序数与能层中所包含的能级数相同,K能层只存在s能级。

7.A　不同能层中英文字母相同的能级,最多容纳的电子数相同,故B项错误;从M层开始有d能级,不存在2d能级,故C项错误;从N层开始有f能级,不存在3f能级,故D项错误。

8.A　符号为K的能层为第一能层,由每一能层最多能容纳的电子数为2n2可知,K能层最多能容纳的电子数为2×12=2。故选A。

9.B　以s、p、d、f……排序的各能级可容纳的最多电子数依次为1、3、5、7……的两倍,故B正确。

10.B　M能层上电子的能量比Q能层上电子的能量低,B项正确。

11.A　在多电子原子中,同一能层不同能级上的电子具有的能量不同,A项正确;各能层的能级都是从s能级开始,但不都是至f能级结束,如L能层只有2s、2p两个能级,M能层只有3s、3p、3d三个能级,B项错误;各能层含有的能级数与能层序数相同,C项错误;各能层最多容纳电子数为2n2,D项错误。

12.B　A中Ar,C中Al,D中Cl-、Ar的M层都未填满,均不符合题意。

13.C　原子在反应中最易失去的电子应是离核最远的最外层电子,其能量最高,A、B项正确;处于高能层中的s能级电子的能量要比处于较低能层中p能级电子的能量高,C项错误;排布在离原子核越近的轨道上的电子能量越低,D项正确。

14.答案　(1)3p　(2)M　3　4

解析　(1)Cl原子核外有17个电子,排布在1s、2s、2p、3s、3p 5个能级上,能量最高的在3p能级。

(2)Si原子核外有14个电子,K、L、M能层上分别有2、8、4个电子,所以电子占据的最高能层为M能层,该能层有3s、3p、3d三个能级,排有4个电子。

15.答案　(1)O　Si　(2)N　Mg

解析　(1)短周期元素的原子最多有三个电子层(K、L、M),则A元素原子的次外层只可能为K层或L层,b只可能是2或8。又因为B元素原子的L层电子数为a+b,而L层最多容纳8个电子,所以b只可能等于2。由a+b=8,得a=6。故A元素原子的核外电子排布情况为K层2个电子,L层6个电子,则A为O;B元素原子的核外电子排布情况为K层2个电子,L层8个电子,M层4个电子,则B为Si。(2)根据题意,Y元素原子的核外电子总数比X元素原子多5,而Y元素原子的L层电子只比X元素原子的L层电子多3个,故Y元素原子的最外层不是L层,而是M层。根据核外电子排布规律可知,L层为次外层时只能排8个电子,则X元素原子的L层为5个电子,其原子核外电子数为2+5=7,故X为N;Y元素原子核外电子数为7+5=12,故Y为Mg。

能力提升练

1.D　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,故A错误;同一原子中,不同能层的p能级的轨道数相等,都为3,故B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,故C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、p 2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、d 3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、f 4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,故D正确。

归纳总结　各能级的能量关系:

(1)不同能层之间,符号相同的能级的能量随着能层序数的递增而升高。例如:1s<2s<3s<4s……

(2)在相同能层各能级能量由低到高的顺序是ns<np<nd<nf。

2.B　对于多电子原子核外电子,这些电子的能量不同,运动时离核的远近也不同,能量低的在原子核外离核较近的区域出现的机会较多,能量高的在离核远的区域出现的机会较多,所以多电子原子的核外电子是分层运动的,A正确;电子可能在不同区域里运动,B不正确;排在K、L、M层上的电子的能量依次增大,C正确;多电子原子的核外电子的能量不同,D正确。

3.C　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,故选C。

4.CD　每一能层包含的能级数等于该能层序数,第三能层有s、p、d共3个能级,故A错误。s、d能级最多容纳的电子数分别为2、10,故B错误,D正确。每一能层最多容纳的电子数为2n2,第三能层最多容纳18个电子,故C正确。

知识拓展　原子核外每一能层最多容纳的电子数是2n2(n是能层序数)的原因:每一能层的能级数等于该能层序数,即第n能层有n个能级,按s、p、d、f……排列,各能级最多容纳的电子数依次为自然数中的奇数序列1,3,5,7……的2倍。各能层最多容纳的电子数为2×(1+3+……)。根据等差数列前n项和Sn=na1+d(a1为首项,d为公差),可知各能层最多容纳的电子数为2=2=2n2。

5.B　由题给信息可知,W、X、Y、Z元素分别为H、N、P、Cl元素。A项,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,错误。B项,W(H)元素原子核外只有1个电子,正确。C项,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,错误。D项,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,错误。

6.C　短周期主族元素X、Y、Z、W的原子序数依次增大,X和W同主族且W的单质是重要的半导体材料,故W是Si,X是C;Y原子的最外层电子数是其内层电子数的3倍,故Y是O;Z2+与Y2-核外电子排布相同,故Z是Mg。C的氢化物中可能只含有极性键,例如甲烷,也可能含有极性键和非极性键,例如乙烯,A错误;X与Y形成的三原子分子是CO2,电子式是····××C××····,B错误;原子半径Mg>O,核外电子排布相同时离子半径随原子序数的增大而减小,离子半径Mg2+<O2-,C正确;氧元素没有最高价氧化物,D错误。

7.答案　(1)O、N　(2)3　(3)2　(4)3NO2+H2O 2HNO3+NO

解析　由A原子L层电子数是K层的3倍,可知A为O。根据题意,设A、B原子的摩尔质量分别为x、y,则,解得7x=8y,2m=3n。由此可知B为N,则Am为O3,Bn为N2。

8.答案　(1)2　2s和2p　

(2)2N2H4+N2O4 3N2↑+4H2O

(3)4FeS2+11O2 2Fe2O3+8SO2

解析　(1)氢气是一种清洁燃料,所以X为氢元素;臭氧对紫外线有吸收作用,其浓度相对较高的平流层是保护地球地表环境的重要屏障,所以Y为氧元素,其原子含有K层与L层两个能层,L层为第二能层,有两个能级,分别是2s和2p;氮、磷、钾是植物生长所需的三种主要元素,N2O俗称“笑气”,是早期医疗中使用的麻醉剂,所以Z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W为硫元素;钢铁常用于建造桥梁、楼房等,铁也是人体不可缺少的微量元素,所以M为铁元素。(2)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,其中常温下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。(3)我国主要以黄铁矿(主要成分是FeS2)为原料制备硫酸,该过程第一阶段是燃烧黄铁矿制备SO2。