课时01 能层与能级（精讲）-高二化学精讲精练（人教2019选择性必修2）

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第一章 原子结构与性质第一节 原子结构课时精讲01 能层与能级【目标导航】1．进一步认识原子核外电子的分层排布。2．通过认识原子结构与核外电子排布理解能层与能级的关系。 3．通过核外电子能量不同分析，能用符号表示原子核外的不同能级。4．知道原子的基态和激发态的含义，初步知道原子核外电子的跃迁、吸收和发射光谱，了解其简单应用。【知识导图】一、能层与能级1．电子层(n)2．能层：多电子原子的核外电子的能量是不同的。按电子的能量差异，可以将核外电子分成不同的能层。3．能级：在同一电子层中，电子所具有的能量可能不同，所以同一电子层可分成不同的能级，用 s、p、d、f 表示，每个能层的能级数＝该能层序数。二、能层、能级及其所能容纳的电子数1．不同能层的能级组成任一能层的能级总是从s能级开始，能层的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和3d)，依次类推。2．各能层、能级所容纳的最多电子数三、原子轨道1．概念：原子中的单个电子的空间运动状态。2．n值所对应的能级和原子轨道的情况：四、原子轨道数与电子数电子层数(n)、能级数、原子轨道数、容纳电子数的关系：【小试牛刀】判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。1．在同一能层不同能级上的电子，其能量肯定不同( )【答案】√【解析】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。2．各能层的能级都是从s能级开始至f能级结束( )【答案】×【解析】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。3．各能层含有的能级数为n-1( )【答案】×【解析】各能层含有的能级数与能层序数相同。4．各能层含有的电子数为2n2( )【答案】×【解析】各能层最多容纳电子数为2n2。5．同一原子中，1s、2s、3s电子的能量逐渐减小( )【答案】×【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。6．同一原子中，2p、3p、4p能级的轨道数依次增多( )【答案】×【解析】同一原子中，不同能层的p能级的轨道数相等，都为3。7．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( )【答案】×【解析】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。8．p轨道电子能量一定高于s轨道电子能量( )【答案】×【解析】在原子核外同一能层中不同轨道，p轨道电子能量高于s轨道电子能量，若处于不同能层，则能层数越多，电子具有的能量就越高，如2p轨道电子能量比3s、4s轨道的电子能量低。9．硅原子的2s轨道能量较3p轨道高( )【答案】×【解析】2s轨道能量低于3p轨道。10．第四能层最多可容纳16个电子( )【答案】×【解析】第四能层最多可容纳2×42=32个电子。11．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】×【解析】s轨道是壳层球体而不是实心球体，所以可说2s轨道包围了1s轨道，而不能说包含了1s轨道。12．2p、3p、4p能级的轨道数依次增多( )【答案】×【解析】2p、3p、4p能级的轨道数都是3个。13．2px、2Py、2pz轨道相互垂直，但能量相等( )【答案】√【解析】2px、2Py、2pz轨道相互垂直，同一能级的不同轨道的能量相同，所以2px、2Py、2pz轨道的能量相同。14．基态原子电子能量的高低顺序为E(1s)＜E(2s)＜E(2px)＜E(2py)＜E(2pz) ( )【答案】×【解析】基态原子电子能量的高低顺序为E(1s)＜E(2s)＜E(2px)=E(2py)=E(2pz)。15．原子核外电子中，最外层上的电子能量最高( )【答案】√【解析】原子核外电子中，最外层上的电子能量最高。考点一 能层与能级【例1】以下能级符号不正确的是( )A．2d B．3s C．4p D．5f【答案】A【解析】A项，第2层只有2s、2p能级，不存在2d能级，A项错误；B项，第3层有3s、3p、3d能级，存在3s能级，B项正确；C项，第4层有4s、4p、4d、4f能级，存在4p能级，C项正确；D项，第5层有5s、5p、5d、5f……能级，存在5f能级，D项正确；故选A。【例2】若以E(nl)表示某能级的能量，以下各式中正确的是(　　)A．E(5s)>E(4f)>E(4s)>E(3d) B．E(3d)>E(4s)>E(3p)>E(3s)C．E(4s)E(4s)>E(4f)>E(3d)【答案】B【解析】根据构造原理，各能级能量大小的排列顺序为1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 5s……能量由低到高，A项和D项正确顺序为：E(4f)>E(5s)>E(3d)>E(4s)；对于不同能层的相同能级，能层序数越大，能量越高，C项正确顺序为E(4s)>E(3s)>E(2s)>E(1s)。【解题技法】【对点训练1】1．下列能层中，包含f能级的是(　　)A． K能层 B． L能层 C． M能层 D． N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．下列轨道按能量由高到低排列正确的是( )A．3d >3p>3s B．2px>2py>2pz C．1s>2s>3s D．5s> 4f >4d【答案】A【解析】相同能层上，不同原子轨道能量的高低顺序：ns＜np＜nd＜nf；不同能层上形状相同的原子轨道能量的高低顺序：1s＜2s＜3s＜4s…；能层、能级均相同的原子轨道能量相等如3px=3py=3pz；能层、能级均不同，原子轨道能量的高低顺序：1s＜2s＜2p＜3s＜3p＜4s＜3d＜4p＜5s＜4d＜5p＜6s＜4f…。A项，3s＜3p＜3d，故A正确；B项，2px=2py=2pz，故B错误；C项，1s＜2s＜3s，故C错误；D项，4f＞4d＞5s，故D错误；故选A。考点二 原子轨道【例3】下列有关原子轨道的叙述中正确的是( )A．硅原子的2s轨道能量较3p轨道高B．锂原子的2s轨道与5s轨道均为球形C．p能级的原子轨道呈哑铃形，随着能层序数的增加，p能级原子轨道数也在增多D．第四能层最多可容纳16个电子【答案】B【解析】A项，2s轨道能量低于3p轨道，A错误；B项，2s轨道与5s轨道均为球形，B正确；C项，p能级所含原子轨道数只有3个，与能层序数无关，C错误；D项，第四能层最多可容纳2×42=32个电子，D错误；故选B。【例4】下列关于2pz轨道电子云示意图的说法中，错误的是( )A．2pz轨道上的电子在空间出现的概率分布呈z轴对称B．点密集的地方表明电子出现的机会大C．电子先沿z轴正半轴运动，然后沿负半轴运动D．2pz轨道电子云示意图的形状为纺锤形【答案】C【解析】A项，2pz轨道为电子云示意图中哑铃型，电子在空间出现的概率分布相对于z轴对称，故A正确；B项，电子云中的小点疏密程度代表电子出现的概率大小，所以点密集的地方表明电子出现的机会大，故B正确；C项，电子运动是无规则的，小点并不是电子的真实运动轨迹，故C错误；D项，2pz轨道电子云示意图为纺锤形，故D正确；故选D。【解题技法】【对点训练2】3．电子层数n＝3时，电子的空间运动状态(即原子轨道)有(　　)A．4种　　　 B．7种 C．8种 D．9种【答案】D【解析】电子层数n＝3的原子轨道有3s(1个原子轨道)，3p(3种伸展方向，即3个原子轨道)，3d(5种伸展方向，即5个原子轨道)共9(即n2)个原子轨道。4．下列说法正确的是(　　)A．任何一个电子层最多只有s、p、d、f四个能级B．用n表示电子层数，则每一电子层最多可容纳的电子数为2n2C．核外电子运动的概率密度分布图就是原子轨道D．电子的运动状态可从电子层、能级、原子轨道三个方面进行描述【答案】B【解析】A项，由于元素周期表未填满，以后还会有元素被发现，电子层除有s、p、d、f四个能级外，可能还有其他能级存在，错误；C项，核外电子运动的概率密度分布图表示电子在核外空间单位体积内出现的概率，错误；D项，电子的运动状态可从电子层、能级、原子轨道、电子的自旋状态四个方面进行描述，错误。1．下列能级中，轨道数为5的是(　　)A．s能级 B．p能级 C．d能级 D．f能级【答案】C【解析】s、p、d、f能级所含的轨道数依次为1、3、5、7。2．下列原子轨道中，可容纳电子数最多的是( )A．5d B．6p C．4f D．7s【答案】C【解析】能级中所含原子轨道的数目取决于能级种类，与电子层序数无关，s、p、d、f能级分别含有1、3、5、7个原子轨道，每个原子轨道最多容纳2个电子，所以4f轨道容纳电子数最多，故选C。3．符号“2p”没有给出的信息是( )A．能级 B．电子层C．电子云形状 D．电子云在空间的伸展方向【答案】D【解析】2p表示原子核外第2能层(电子层)中的p能级，电子云形状为哑铃形，其中p能级应有3个不同伸展方向的原子轨道，可分别表示为px、py、pz，“2p”符号没有表示出电子云在空间的伸展方向，故D项正确。4．以下能级符号正确的是(　　)①6s　②2d　③3f　④7pA．①② B．②③ C．③④ D．①④【答案】D【解析】能级数与电子层数n相同，当n＝2时，只有2s、2p能级，不能出现d能级，而在n＝3时也不会出现3f能级。5．下列各组微粒中，各能层电子数均达到2n2个的是(　　)A．Ne和Ar B．H－和Na＋ C．Ne和Cl－ D．F－和S2－【答案】B【解析】Ar原子核外第三层只有8个电子，未达到2n2(n为电子层数)＝18个，不符合条件， A错误；H－和Na＋各个电子层电子数都达到2n2个，B正确；Cl－核外第三层只有8个电子，未达到2n2(n为电子层数)＝18个，不符合条件，C错误；S2－核外第三层只有8个电子，未达到2n2(n为电子层数)＝18个，不符合条件，D错误。6．下列关于能层、能级和原子轨道的说法正确的是( )A．各能层含有的能级数等于能层序数减1B．各能级的原子轨道数按s、p、d、f的顺序依次为1、3、5、7C．各能层所含有的电子数一定是该能层序数平方的2倍D．各能层的能级都是从s能级开始至f能级结束【答案】B【解析】A项，各能层的能级数等于其能层序数，A项错误；B项，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项正确；C项，各能层所含有的电子数不一定是该能层序数平方的2倍，例如H原子的K能层只有1个电子，C项错误；D项，各能层的能级都是从s能级开始、且能级数等于其能层序数，不一定都到f结束，D项错误；故选B。7．下列关于电子层与原子轨道的说法中，正确的是( )A．不同的电子层中的s原子轨道的能量相同B．原子核外每一个电子层最多可容纳的电子数为C．每种类型的原子轨道里最多容纳的电子数与原子轨道数目相等D．任一电子层中所含有的原子轨道类型数等于该电子层序数【答案】D【解析】A项，不同电子层中的s原子轨道的能量不同，电子层序数越大，能量越高，A错误；B项，每一个电子层最多可容纳的电子数为2n2，B错误；C项，每种类型的原子轨道里最多容纳的电子数是原子轨道数目的2倍，C错误；D项，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，D正确；故选D。8．下列关于电子层与能级的说法中正确的是(　　)A．原子核外电子的每个电子层最多可容纳的电子数为n2B．任一电子层的能级总是从s能级开始，而且能级数等于该电子层序数C．同是s能级，在不同的电子层中所能容纳的最多电子数是不相同的D．能级能量4s＞4d【答案】B【解析】A项，每一电子层最多可容纳的电子数为2n2；C项，只要是s能级，不论哪一电子层，所容纳的电子数都为2；D项，能级能量4d＞4s。9．下列有关电子云和原子轨道的说法正确的是( )A．s、p、d能级所含原子轨道数分别为1，3，5B．s能级的原子轨道呈球形，处在该轨道上的电子只能在球壳内运动C．p能级的原子轨道呈纺锤形，随着能层的增加，p能级原子轨道数也增多D．原子核外的电子像云雾一样笼罩在原子核周围，故称电子云【答案】A【解析】A项，s、p、d能级所含原子轨道数分别为1，3，5，故A正确；B项，s能级的原子轨道呈球形，处在该轨道上的电子不只能在球壳内运动，还在球壳外运动，只是在球壳外运动概率较小，故B错误；C项，p能级的原子轨道呈纺锤形，p能级原子轨道数为3，与电子层数无关，故C错误；D项，电子云表示电子出现的几率，即表示电子在核外单位体积的空间出现的机会多少，故D错误；故选A。分层标准电子离核的远近n的取值1234567符号KLMNOPQ能量eq \o(――→,\s\up7(由低到高))离核eq \o(――→,\s\up7(由近到远))能层一二三四五符号KLMNO能级1s2s2p3s3p3d4s4p4d4f5s5p…最多电子数226261026101426…电子离核远近近→远电子能量高低低→高n(电子层)能级原子轨道取值符号符号符号数目1Ks1s12Ls2s1p2px、2py、2pz33Ms3s1p3px、3py、3pz3d3d54Ns4s1p4px、4py、4pz3d4d5f4f7n取值1234n能级数1234n原子轨道数14916n2最多容纳电子数2818322n21．第一电子层(K)只有s一种原子轨道；第二电子层(L)有s、p两种原子轨道；第三电子层(M)有s、p、d三种原子轨道。2．s轨道只有1个轨道，p轨道有3个轨道，d轨道有5个轨道，f轨道有7个轨道。3．核外电子的能量并不是完全按电子层序数的增加而升高，不同电子层的原子轨道之间的能量高低有交错现象，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。4．原子轨道的能量关系(1)相同电子层上原子轨道能量的高低：ns