高中化学人教版 (2019)选择性必修2第一节 原子结构精品课后测评

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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02 基态与激发态 原子光谱 构造原理与电子排布式【目标导航】1．了解原子核外电子的运动状态。2．了解原子结构的构造原理。3．知道原子核外电子的能级分布，掌握基态原子核外电子排布规律，能用电子排布式表示常见元素(1～36号)原子核外电子的排布。【知识导图】一、基态与激发态和电子跃迁1．基态原子：处于最低能量的原子。2．激发态原子：当基态原子的电子吸收能量后，电子会跃迁到较高能级，变成激发态原子。3．电子跃迁与原子光谱概念：不同元素的原子发生跃迁时会吸收或释放不同的光，可以用光谱仪摄取各种元素的电子的吸收光谱或发射光谱，总称原子光谱。4．光谱分析：利用原子光谱上的特征谱线来鉴定元素。二、光谱和氢原子光谱1．光谱(1)概念：利用仪器将物质吸收的光或发射的光的波长和强度分布记录下来的谱线。(2)形成原因：电子在不同轨道间跃迁时，会辐射或吸收能量。2．氢原子光谱：属于线状光谱。3．玻尔原子结构模型的基本观点三、构造原理随着原子序数的递增，绝大多数元素的基态原子核外电子排布遵循下列顺序：把这种规律称为构造原理。四、电子排布式的书写1．电子排布式：元素原子的电子排布式中能级符号右上角的数字是该能级上排布的电子数。如氢元素的电子排布式为：钾原子的电子排布式为1s22s22p63s23p64s1，也可以简化成[Ar]4s1。2．简单原子的电子排布式按照构造原理将电子依次填充到能量逐渐升高的能级中。如：6C：1s22s22p2　10Ne：1s22s22p6　17Cl：1s22s22p63s23p519K：1s22s22p63s23p64s13．复杂原子的电子排布式对于较复杂的电子排布式，应先按能量最低原理从低到高排列，然后将同一层的电子排到一起。如26Fe：先按能量从低到高排列为：1s22s22p63s23p64s23d6，然后将同一层的电子排到一起，即该原子的电子排布式为：1s22s22p63s23p63d64s2。4．利用构造原理书写简化电子排布式如K：1s22s22p63s23p64s1，其简化电子排布式可表示为：[Ar]4s1，其中[Ar]代表Ar的核外电子排布式，即1s22s22p63s23p6。再如Fe的简化电子排布式为：[Ar]3d64s2。五、轨道表示式一般用小圆圈(或方框、短线)表示一个原子轨道。用“↑”或“↓”来区别自旋状态不同的电子。例如，硅的基态原子的轨道表示式：六、价电子1．与化学性质密切相关的外层原子轨道上的电子，称为价电子。2．为了便于研究元素化学性质与核外电子间的关系，人们常常只表示出原子的价电子排布。如基态铁原子的价电子排布式为3d64s2。【小试牛刀】判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。1．基态原子变为激发态原子会吸收能量，得到吸收光谱( )【答案】√【解析】基态原子变为激发态原子会吸收能量，得到吸收光谱。2．镁原子由1s22s22p63s2→1s22s22p63p2时，原子释放能量，由基态转化成激发态( )【答案】×【解析】基态Mg原子由基态转化成激发态，电子能量增大，需吸收能量。3．价层电子排布式为3d104s1的元素位于第四周期第ⅠA族，是s区元素( )【答案】×【解析】价层电子排布式为3d104s1的元素位于第四周期第ⅠB族，是ds区元素。4．硅有14种不同运动状态的电子( )【答案】√【解析】硅是14号元素，原子核外有14个电子，因此有14种不同运动状态的电子。 5．.利用光谱仪只能测得原子的发射光谱( )【答案】×【解析】利用光谱仪可测得各种元素原子的吸收光谱和发射光谱。6．原子核外电子填充3p、3d、4s能级的顺序为3p→4s→3d( )【答案】√【解析】根据构造原理可判断。7．某基态原子部分核外电子的排布式为3d64s2( )【答案】√【解析】根据构造原理可判断。8．所有基态原子的核外电子排布都遵循构造原理( )【答案】×【解析】绝大多数基态原子的核外电子排布都遵循构造原理，但也有少数例外，如Cu。9．构造原理中的电子排布能级顺序，实质是各能级能量由低到高的顺序( )【答案】√【解析】构造原理中电子填入能级的顺序即各能级能量由低到高的顺序。10．基态磷原子的电子排布图为( )【答案】×【解析】基态磷原子的电子排布图为 。11．镍的基态原子的价电子排布式：( )【答案】×【解析】镍的基态原子的价电子排布式为3d84s2。12．基态原子的核外电子全部填充在6个轨道中的元素有3种( )【答案】×【解析】基态原子的核外电子填充在6个轨道中的元素有1s22s22p63s1 、1s22s22p63s2 ，即Na、Mg两种元素。13．基态Cl原子核外电子的空间运动状态有9种( )【答案】√【解析】氯元素的原子序数为17，电子排布式为1s22s22p63s23p5，核外有9种原子轨道，故基态原子的核外电子的空间运动状态有9种。14．对于基态Cr原子，轨道处于半充满时体系总能量低，核外电子排布应为[Ar]3d54s1 ( )【答案】√【解析】基态Cr原子核外有24个电子，电子排布式为[Ar]3d54s1。15．铁元素基态原子的电子排布式为1s22s22p63s23p64s23d6( )【答案】×【解析】铁元素基态原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2。16．Cr的基态原子的简化电子排布式为[Ar]3d44s2( )【答案】×【解析】Cr的基态原子的简化电子排布式为[Ar]3d54s1。考点一 基态与激发态 【例1】下列关于同一原子的基态和激发态的说法中，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．电子仅从激发态跃迁到基态时才会产生原子光谱【答案】C【解析】原子处于激发态时能量较高，较不稳定，A、B不正确；电子从基态跃迁到较高能量的激发态时，也会产生原子光谱，D不正确。【例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】氖原子中能量较高轨道上的电子以光的形式向外辐射能量跃迁到能量较低的轨道上，所发出的光的波长恰好位于可见光区域中的红色波段。【解题技法】【对点训练1】1．氯化钠在灼烧过程中，发出黄色的光，下列对此现象的描述正确的是 (　　)A.发射光谱，物理变化 B．发射光谱，化学变化C．吸收光谱，物理变化 D．吸收光谱，化学变化【答案】A【解析】氯化钠在灼烧过程中，发出黄色的光，是由于处于激发态的电子从能量较高的激发态跃迁到能量较低的激发态或基态时，会以光的形式释放能量，故为发射光谱，该过程没有新物质生成，属于物理变化，A正确。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的变化，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．原子光谱只有发射光谱C．通过原子光谱可以发现新的元素D．通过光谱分析可以鉴定某些元素【答案】B【解析】电子在基态和激发态之间的跃迁会引起能量的变化，主要以光(辐射)的形式体现。电子从基态跃迁到激发态时，会吸收能量，形成吸收光谱；电子从激发态跃迁到基态时，会放出能量，形成发射光谱，故B项错误。考点二 原子光谱【例3】原子的吸收光谱是线状的而不是连续的，主要原因是(　　 )A．原子中电子的能量高低 B．外界条件的影响C．仪器设备的工作原理 D．原子轨道的能量是量子化的【答案】D【解析】原子轨道之间的能量变化是不连续的，是量子化的，从而造成原子的线状吸收光谱。【例4】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】解答该题的关键是明确基态原子与激发态原子的相互转化及其转化过程中的能量变化及现象。在电流作用下，基态氖原子的电子吸收能量跃迁到较高的能级，变为激发态原子，这一过程要吸收能量，不会发出红光；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，故A项正确。【解题技法】【对点训练2】3．生活中的下列现象与原子核外电子发生跃迁有关的是(　　)A．钢铁长期使用后生锈 B．节日里燃放的焰火C．金属导线可以导电 D．卫生丸久置后消失【答案】B【解析】钢铁长期使用后生锈是铁失去了电子，A错；节日里燃放的焰火是原子核外电子发生了跃迁，B正确；金属导线可以导电是电子在电场作用下的定向运动，C错；卫生丸久置后消失是分子的运动，D错误。4．图中所发生的现象与电子的跃迁无关的是(　　 ) 【答案】D【解析】燃放烟火、霓虹灯、燃烧蜡烛等获得的光能都是电子跃迁时能量以光的形式释放出来导致的，而平面镜成像则是光线反射的结果。考点三 构造原理和电子排布式【例5】下列有关构造原理的说法错误的是(　　)A．原子核外电子填充3p、3d、4s能级的顺序为3p→4s→3dB．某基态原子部分核外电子的排布式为3d64s2C．所有基态原子的核外电子排布都遵循构造原理D．构造原理中的电子排布能级顺序，实质是各能级能量由低到高的顺序【答案】C【解析】根据构造原理可判断，A项和B项正确；绝大多数基态原子的核外电子排布都遵循构造原理，但也有少数例外，如Cu，C项错误；构造原理中电子填入能级的顺序即各能级能量由低到高的顺序，D项正确。【例6】某原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s2，下列说法中不正确的是(　　)A．该元素原子核外共有25个电子B．该元素原子核外有4个能层C．该元素原子最外层有2个电子D．该元素原子M能层共有8个电子【答案】D【解析】从电子排布式看，该原子有4个能层，最外层有2个电子，B、C正确；各能级的电子数之和为25，A正确；M能层电子排布式为3s23p63d5，故该能层电子数为13，D错误。【解题技法】【对点训练3】5．下列原子或离子核外电子排布不属于基态排布的是(　　)A．N：1s22s22p3 B．S2-：1s22s22p63s23p6C．Na：1s22s22p53s2 D．Si：1s22s22p63s23p2【答案】C【解析】基态原子的核外电子排布大多遵循构造原理，基态钠原子的电子排布式应是1s22s22p63s1，故C符合题意。6．X、Y、Z三种主族元素的原子，其最外层电子排布式分别为ns1、3s23p1和2s22p4，由这三种元素组成的化合物的化学式可能是(　　)A．X2YZ3 B．XYZ2 C．X2YZ2 D．XYZ3【答案】B【解析】X元素原子最外层电子排布式为ns1，处于第ⅠA族，常见化合价为+1价，Y元素原子最外层电子排布式为3s23p1，则Y为铝元素；Z元素原子最外层电子排布式为2s22p4，则Z为氧元素，常见化合价为-2价。X2YZ3中Y的化合价为+4价，不符合，A错误；XYZ2中Y的化合价为+3价，符合，如NaAlO2，B正确；X2YZ2中Y的化合价为+2价，不符合，C错误；XYZ3中Y的化合价为+5价，不符合，D错误。1．下列现象和应用与电子跃迁无关的是(　　)A．激光　　　　　B．焰色反应 C．原子光谱 D．石墨导电【答案】D【解析】激光、焰色反应、原子光谱等所获得的光能，都是电子跃迁时能量以光的形式释放出来导致的，而石墨导电是物质内部电子的定向移动的结果。2．下列各项中，前面的能级先填入电子的是(　　)①3d和4s　②4p和5s　③5s和4d　④5p和4dA．①② B．②③ C．②④ D．③④【答案】B【解析】根据构造原理可知电子填入能级的顺序为……4s、3d、4p、5s、4d、5p、6s……从而可以看出②③中前面的能级先填入电子，选B。3．某元素原子3d轨道上有5个电子，则该原子最外层电子的排布可能是(　　)A．4s1 B．4s24p1C．4s24p3 D．3s23p63d5【答案】A 【解析】A项，该原子最外层电子的排布为4s1，应为Cr元素，3d轨道上有5个电子，符合题意，正确；B项，最外层电子排布为4s24p1的元素为Ga，3d轨道上有10个电子，错误；C项，最外层电子排布为4s24p3的元素为As，3d轨道上有10个电子，错误；D项，4s能量小于3d，某元素原子3d轨道上有5个电子，则4s能级上肯定有电子，错误。4．按要求填空：(1)根据构造原理写出下列基态原子或离子的核外电子排布式。①A元素原子核外M层电子数是L层电子数的一半：____________；②B元素原子的最外层电子数是次外层电子数的1.5倍：________；③基态Ni2＋、Fe3＋、S2－的电子排布式分别为________、____________、____________。(2)某元素的最外层电子排布式是4s24p5，则其元素符号为________。(3)基态Ti2＋中，电子占据的最高的能层符号为________，该能层有________个能级。(4)写出基态砷原子的电子排布式：________________，砷位于元素周期中第________周期第_____族。【答案】(1)①1s22s22p63s23p2　②1s22s22p1③1s22s22p63s23p63d8(或[Ar]3d8)　1s22s22p63s23p63d5(或[Ar]3d5)　1s22s22p63s23p6(或[Ne]3s23p6)　(2)Br　(3)M　3(4)[Ar]3d104s24p3　四　ⅤA【解析】(1)①L层有8个电子，则M层有4个电子，故A为硅；②当次外层为K层时，最外层电子数则为3，为硼；当次外层为L层时，最外层电子数为1.5×8＝12，违背了排布规律，故不可能；③Ni的原子序数为28，根据构造原理，基态Ni原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d84s2，故Ni2＋的电子排布式为1s22s22p63s23p63d8；基态Fe原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2，故Fe3＋的电子排布式为1s22s22p63s23p63d5；硫原子序数为16，基态硫原子的电子排布式为1s22s22p63s23p4，故S2－的电子排布式为1s22s22p63s23p6。(2)根据价电子排布式可知该元素有4个电子层，最外层有7个电子，位于元素周期表的第四周期第ⅦA族，为Br元素。(3)Ti的原子序数为22，基态Ti原子的电子排布式为[Ar]3d24s2，故基态Ti2＋的电子排布式为[Ar]3d2，电子占据的最高能层符号为M，该能层有3s、3p、3d 3个能级。(4)砷的原子序数为33，基态As原子的电子排布式为[Ar]3d104s24p3，位于第四周期第ⅤA族。5．有几种元素的粒子核外电子排布式均为1s22s22p63s23p6，其中：(1)某电中性微粒一般不和其他元素的原子反应，这种微粒的符号是________。(2)某微粒的盐溶液能使溴水褪色，并出现浑浊，这种微粒的符号是________。(3)某微粒氧化性很弱，但得到电子后还原性很强，且这种原子最外层有一个电子，这种微粒的符号是________。(4)某微粒还原性虽弱，但失去电子后氧化性很强，且这种元素的原子得到一个电子即达到稳定结构，这种微粒的符号是________。【答案】(1)Ar　(2)S2－　(3)K＋　(4)Cl－【解析】符合上述核外电子排布式的电中性微粒，很难发生化学反应的应为稀有气体Ar；使溴水褪色，应为还原性较强的S2－，发生如下反应S2－＋Br2===S↓＋2Br－；氧化性很弱，得到电子后还原性很强，应为K＋；得一个电子即达稳定结构，故该微粒应为Cl－。运动轨迹原子中的电子在具有确定半径的圆周轨道上绕原子核运动，并且不辐射能量能量分布在不同轨道上运动的电子具有不同的能量，而且能量是量子化的。轨道能量依n(电子层数)值(1，2，3，…)的增大而升高。电子跃迁对氢原子而言，电子处于n＝1的轨道时能量最低，称为基态；能量高于基态的状态称为激发态。电子在能量不同的轨道之间跃迁时，辐射或吸收的能量以光的形式表现出来并被记录下来，就形成了光谱。1．基态原子：处于最低能量的原子。2．激发态原子：当基态原子的电子吸收能量后，电子会跃迁到能量较高的原子轨道，变成激发态原子。3．原子光谱：不同元素的原子发生跃迁时会吸收或释放不同的光，可以用光谱仪摄取各种元素的电子的吸收光谱或发射光谱，总称原子光谱。基态、激发态与原子光谱1．复杂原子的核外电子排布式对于复杂原子的核外电子排布式，应先按能量最低原理从低到高排列，然后将同一电子层的排在一起。例如：26Fe，先按能量从低到高排列为1s22s22p63s23p64s23d6，然后将同一电子层的电子排在一起，即该原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2。2．特殊原子的核外电子排布式例如：24Cr，先将电子按能量从低到高排列为1s22s22p63s23p64s23d4，因3d5是半充满状态稳定，因此需要将4s轨道上的一个电子调整到3d轨道上，得1s22s22p63s23p64s13d5，再将同一电子层的排在一起，得该原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s1。再如：29Cu，先将电子按能量从低到高排列为1s22s22p63s23p64s23d9，因3d10是全充满状态稳定，因此需要将4s轨道上的一个电子调整到3d轨道上，得1s22s22p63s23p64s13d10，再将同一电子层的排在一起，得该原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s1。