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化学选择性必修2第一节 原子结构优秀复习练习题
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这是一份化学选择性必修2第一节 原子结构优秀复习练习题，共12页。
第三课时 电子云与原子轨道 泡利原理、洪特规则、能量最低原理
【学习目标】1.了解核外电子运动、电子云轮廓图和核外电子运动的状态 。
2. 了解泡利原理和洪特规则，会书写和说明1-36号元素基态原子的核外电子排布式和轨道表示式
【学习重点】泡利原理和洪特规则在轨道表示式书写中的应用
【学习难点】电子的运动状态和电子云轮廓图
【课前预习】
旧知回顾：
1、能级能量大小的判断方法：
①先看能层，一般情况下，能层序数越大，能量越 高 ；
再看同一能层各能级的能量顺序为：E(ns) < E(np) < E(nd) < E(nf) ……
②不同能层中同一能级，能层序数越大，能量越 高 。
③不同原子同一能层，同一能级的能量大小 不同 。
2、构造原理示意图中，从1s至5s电子的排布顺序： 1s→2s→2p→3s→3p→4s→3d→4p→5s
新知预习：
1、电子云：由于核外电子的概率密度分布看起来像一片云雾，因而被形象地称作电子云
2、原子轨道：量子力学把电子在原子核外的一个空间运动状态称为一个原子轨道
3、泡利原理：在一个原子轨道里，最多只能容纳2个电子，它们的自旋相反，这个原理被称为泡利原
理（也称为泡利不相容原理）
4、洪特规则：基态原子中，填入简并轨道的电子总是先单独分占，且自旋平行，称为洪特规则
5、能量最低原理：在构建基态原子时，电子将尽可能地占据能量最低的原子轨道，使整个原子的能量最低，这就是能量最低原理
【课中探究】
情景导入：通过刚才的视频，我们发现，电子的运动状态是很复杂的，那么电子到底是如何运动的，视频中提到的电子构成的概率云，自旋又指的是什么，通过今天的学习，我们就能解决这些问题。
一、电子云与原子轨道
任务一、了解电子云的相关内容
【学生活动】阅读教材P12第1-4自然段，了解电子云，回答下列问题：
1、概率密度的表达式及相关物理量的含义？
用P表示电子在某处出现的概率，V表示该处的体积，则 称为概率密度，用ρ
表示。
2、电子云的概念？
由于核外电子的概率密度分布看起来像一片云雾，因而被形象地称作电子云。
3、电子云与概率密度的关系？
电子云是处于一定空间运动状态的电子在原子核外空间的概率密度分布的形象化描述。
4、电子云中的小点与概率密度的关系？
电子云图中小点越密，表示电子出现的概率越大。
任务二、认识电子云轮廓图
【学生活动】阅读教材P12第5，6自然段，和P13第1，2自然段，了解电子云轮廓图的内容，回答下列问题：
1、绘制电子云轮廓图的目的？
表示电子云轮廓的形状，对核外电子的空间运动状态有一个形象化的简便描述。
2、绘制电子云轮廓图的方法？
把电子在原子核外空间出现概率P=90%的空间圈出来
3、s、p电子云轮廓图的形状？
s——球形，p——哑铃状
4、p电子云轮廓图有几种，如何表示，什么关系？
3种，px、py、pz，px、py、pz相互垂直
5、电子云轮廓图的大小与能层序数的关系及产生这种变化的原因？
关系：同一原子的能层越高，电子云的半径越大
原因：随着能层序数的增大，电子的能量依次增高，电子在离核更远的区域出现的概率逐渐增大，电子云越来越向更大的空间扩展。
【对应训练1】下列说法中正确的是（ ）
A.电子云通常是用小黑点来表示电子的多少
B.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
C.处于最低能量状态的原子叫基态原子
D.电子仅由激发态跃迁到基态时才会产生原子光谱
【答案】C
【解析】电子云是用小黑点表示电子在核外空间某处出现的概率，小黑点的疏密表示出现概率的大小，A错误；通常能量低的电子在离核近的区域运动，能量高的电子在离核远的区域运动，B错误；基态原子的能量最低，C正确；电子由基态跃迁到激发态，或由激发态跃迁到基态，都会产生原子光谱，D错误。
【对应训练2】下列关于电子云的叙述中不正确的是（ ）
A.电子云是用小黑点的疏密程度来表示电子在核外空间出现概率大小的图形
B.电子云实际上是电子运动形成的类似云一样的图形
C.电子云图说明离核越近，电子出现概率越大；离核越远，电子出现概率越小
D.能级类别不同，电子云的形态也不一样
【答案】B
【解析】电子云是处于一定空间运动状态的电子在原子核外空间的概率密度分布的形象化描述，而不是电子的实际运动轨迹。人们常用小黑点的疏密程度来表示电子在原子核外空间出现概率的大小。从电子云图中可以看出，离核越近，电子出现概率越大；离核越远，电子出现概率越小。
【对应训练3】下列关于1s电子在原子核外出现的概率分布图，也称电子云示意图(如图所示)
的有关说法中，正确的是（ ）
A.通常用小点来表示电子的多少，小点越密，电子数目越多
B.小点越密，单位体积内电子出现的机会越大
C.氢原子核外电子绕核做高速圆周运动
D.氢原子的电子云就是氢原子的核外电子分布图
【答案】B
【解析】电子云是一个统计学结果的形象描述。小点密度大表示单位体积内电子出现的概率大。取电子出现的概率P=90%的空间圈出来，形成电子云轮廓图。
任务三、探究原子轨道
【学生活动】阅读教材P14表1-2，小组讨论归纳，回答下列问题：
1、原子轨道的形状有哪些？
s轨道——球形，p轨道——哑铃形
2、同一能层，不同能级的原子轨道个数有什么规律？
s能级——1个，p能级——3个，d能级——5个，f能级——7个
3、不同能层，相同能级的原子轨道个数有什么规律？
不同能层，相同能级的原子轨道个数相同
4、原子轨道的个数由什么决定？
由能级决定
【思考题】1、同一能层不同能级的原子轨道，能量大小如何判断？
同一能层各能级的能量顺序为：E(ns)< E(np)【思考题】2、同一能层相同能级的原子轨道，能量大小如何判断，例如：2px、2py、2pz，这三个原子轨道的能量大小关系如何？
相同
【对应训练1】如图是s能级和p能级的原子轨道图，下列说法正确的是（ ）
A.s能级和p能级的原子轨道形状相同
B.每个p能级都有6个原子轨道
C.s能级的原子轨道半径与能层序数有关
D.钠原子的电子在11个原子轨道上高速运动
【答案】C
【解析】s轨道为球形，p轨道为哑铃形，A项错误；每个p能级只有3个原子轨道，B项错误；能层序数越小，s能级的原子轨道半径越小，C项正确；钠原子的电子在6个原子轨道上高速运动，D项错误。
【对应训练2】下列轨道上的电子在xy平面上出现的机会为零的是( )
A. 3pz B.3px C.3py D. 3s
【答案】A
【解析】px和py，在xy平面上；3pz轨道沿z轴方向伸展，垂直于xy平面，故该轨道上的电子不可能出现在xy平面上；s轨道电子云为球形，各个方向都有，故A符合题意。
【对应训练3】符号3px所代表的含义是（ ）
A.px轨道上有3个电子
B.第三能层px轨道有3个伸展方向
C.px电子云有3个伸展方向
D.第三能层沿x轴方向伸展的p轨道
【答案】D
【解析】p能级有3个轨道，沿x、y、z三个不同的方向延伸，3px所代表的含义是第三能层沿x轴方向伸展的轨道，最多只容纳2个电子。
【对应训练4】下列说法中正确的是（ ）
A.s电子云是在空间各个方向上伸展程度相同的对称形状
B.p电子云的形状是对顶双球
C.L能层有d轨道
D.2d能级包含5个原子轨道，最多容纳10个电子
【答案】A
【解析】s电子云是球形对称的，因此s电子云是在空间各个方向上伸展程度相同的对称形状，A正确；p电子云是哑铃形，B错误；L电子层只有2s、2p两个能级，无d轨道，C错误；从第三电子层开始出现d能级，即没有2d能级，D错误。
【对应训练5】下列说法正确的是（ ）
A.不同的原子轨道形状一定不相同
B.p轨道呈哑铃形，因此p轨道上的电子运动轨迹呈哑铃形
C.2p能级有3个p轨道
D.氢原子的电子运动轨迹呈球形
【答案】C
【解析】不同能级的原子轨道形状可以相同，如1s、2s能级的原子轨道都是球形，只是半径不同，A错误；现在的技术无法测定电子在原子核外的运动轨迹，原子轨道只是体现电子的运动状态，B、D错误；任何能层的p能级都有3个p轨道，C正确。
任务四、探究泡利原理
【学生活动】阅读教材P14第1，2自然段，回答下列问题：
1、电子自旋的含义？
电子除空间运动状态外，还有一种状态叫做自旋。
2、电子自旋的取向？
电子自旋在空间有顺时针和逆时针两种取向
3、电子自旋的表示方法？
常用方向相反的箭头“↑”和“↓”表示自旋状态相反的电子
4、泡利原理的内容？
在一个原子轨道里，最多只能容纳2个电子，它们的自旋相反，这个原理被称为泡利原理（也称为泡利不相容原理
任务五、探究电子排布的轨道表示式
【学生活动】阅读教材P15第1，2自然段，回答下列问题：
1、轨道表示式的含义？
轨道表示式(又称电子排布图)是表述电子排布的一种图式
2、轨道表示式的书写要求？
(1)在轨道表示式中，用方框(也可用圆圈)表示原子轨道，能量相同的原子轨道(简并轨道)的方框相连。
(2)箭头表示一种自旋状态的电子，“↑↓”称电子对，“↑”或 “↓”称单电子(或称未成对电子);箭头同向的单电子称自旋平行，如基态氧原子有2个自旋平行的2p电子。
(3)通常应在方框的下方或上方标记能级符号。
(4)有时画出的能级上下错落，以表达能量高低不同。
【学生活动】举一反三，通过教师讲授一个轨道表达式，学生能够自己书写下列原子的电子排布图
Na、Ar、F、Al、O、N
Na：
Ar：
F：
Al：
O：
N：
任务六、探究洪特规则
【学生活动】阅读教材P15第3，4， P16前三个自然段，回答下列问题：
1、洪特规则的内容？
基态原子中，填入简并轨道的电子总是先单独分占，且自旋平行，称为洪特规则
2、洪特规则适用的粒子范围？
基态原子和基态离子
3、洪特规则适用的轨道范围？
洪特规则只针对电子填入简并轨道而言，并不适用于电子填入能量不同的轨道
【学生活动】书写下列原子价层电子的轨道表示式？
C、P、S、As、Si、Se
C：
P：
S：
As：
Si：
Se：
【思考与讨论】(1)下列轨道表示式中哪个是硼的基态原子?为什么?
【答案】A 。 根据泡利原理，在一个原子轨道里，最多只能容纳2个电子，且它们的自旋相反
【思考与讨论】(2)下列轨道表示式中哪个是氧的基态原子?为什么?
【答案】A。根据洪特规则，基态原子中，填充简并轨道的电子总是先单独分占，且自旋平行
任务七、探究能量最低原理
【学生活动】阅读教材P16第4，5，6三个自然段，回答下列问题：
1、能量最低原理的内容？
在构建基态原子时，电子将尽可能地占据能量最低的原子轨道，使整个原子的能量最低，这就是能量最低原理。
2、原子能量的决定因素有哪些？
核电荷数、电子数和电子状态
3、电子填入能级的方式有哪些？
相邻能级能量相差很大时，电子填入能量低的能级即可使整个原子能量最低(如所有主族元素的基态原子);而当相邻能级能量相差不太大时，有1~2个电子占据能量稍高的能级可能反而降低了电子排斥能而使整个原子能量最低(如所有副族元素的基态原子)
4、基态原子核外电子排布遵循的原理有哪些？
泡利原理、洪特规则和能量最低原理
【思考与讨论】(1)为什么基态氦原子的电子排布是1s2而不是1s12s1?
氦原子核外有2个电子，根据能量最低原理和泡利原理，基态氦原子的2个电子以自旋相反的形式填充在能量最低的1s轨道中。且1s和2s能量相差较大，所以基态氦原子不会出现2个电子单独分占1s、2s轨道的情况。
【思考与讨论】(2)为什么基态氮原子的轨道表示式是 ,而不是
氮原子核外有7个电子，根据能量最低原理和泡利原理，基态氮原子先有2个电子以自旋相反的形式填充在1s轨道中，又有2个电以自旋相反的形式填充在2s轨道中；根据洪特规则，余下的3个电子将以自旋平行的方式分别填充在3个取向不同但能量相同的2p轨道中
【思考与讨论】(3)为什么基态K和Ca的价电子是4s1和4s2,而不是3d1和3d2?
根据构造原理书写电子排布式，基态钾原子为1s22s22p63s23p64s1,基态钙原子为 1s22s22p63s23p64s2,且钾和钙的光谱也证实了它们的最外层电子为4s1和4s2,而不是3d1和3d2,说明钾和钙这样的电子排布符合能量最低原理
【对应训练1】下列有关核外电子排布的式子不正确的是（ ）
A.24Cr的电子排布式：1s22s22p63s23p63d54s1
B.K的简化电子排布式：[Ar]4s1
C.N原子的电子排布图：
D.S原子的电子排布图：
【答案】D
【解析】S原子的电子排布图违反了洪特规则，正确的应是
【对应训练2】24Cr原子处于基态时，价电子排布可用轨道表示式表示成，而不是下列说法中正确的是（ ）
A.这两种排布方式都符合能量最低原理
B.这两种排布方式都符合泡利原理
C.这两种排布方式都符合洪特规则
D.这个实例说明洪特规则有时候和能量最低原理是矛盾的
【答案】B
【解析】洪特规则实际上是能量最低原理的一个特例，电子排布满足洪特规则，实际上是为了更好地遵循能量最低原理，同一能级的不同原子轨道在全满(s2、p6和d10)、半充满(s1、p3和d5)和全空(s0、p0和d0)状态时，体系能量较低，原子较稳定。
【对应训练3】下列说法错误的是（ ）
A.ns电子的能量可能低于(n-1)p电子的能量
B.6C的电子排布式为1s22s22px2,违反了洪特规则
C.电子排布式(21Sc)1s22s22p63s23p63d3违反了能量最低原理
D.电子排布式(22Ti) 1s22s22p63s23p10违反了泡利原理
【答案】A
【解析】能层序数越大，能量越高，对于s和p能级，ns电子的能量一定高于(n-1)p电子的能量，所以A错误。
【课后巩固】1.（易）下列轨道表示式能表示基态硫原子最外层结构的是（ ）
【答案】D
【解析】基态硫原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p4,最外层电子排布式为3s23p4，根据泡利原理，3s轨道的2个电子自旋相反；根据洪特规则，3p轨道的4个电子中3个电子先分占3个p轨道，且自旋相同，第4个电子再填充到其中一个3p轨道，与原来填充的电子自旋相反，故D正确。
2.（易）下列有关碳原子的电子排布图中，能量最低的是（ ）
【答案】D
【解析】根据洪特规则，原子的核外电子在能量相同的轨道上排布时，电子尽可能分占不同的轨道且自旋状态相同，这样整个原子的能量最低。A中2p轨道上两个电子占据在同一个轨道上，B、C中两个轨道上电子的自旋状态相反，均违背洪特规则，只有D中的排布符合洪特规则，能量最低。
3.（易）图①和图②分别是1s电子的概率密度分布及图和电子云轮廓图。下列认识正确的是（ ）
A.图①中的每个小黑点表示1个电子
B.图②表明1s电子云呈球形，有无数条对称轴
C.图②表示1s电子只能在球体内出现
D.不同能层的s电子云的半径相等
【答案】B
【解析】电子云只表示电子在原子核外出现的概率密度，小黑点并不表示电子，A项错误；电子云轮廓图是把电子在原子核外空间出现概率为90%的空间圈出来绘制而成的，电子在这一空间出现的概率大，不表示电子不能在这一空间外出现，C项错误；s电子云的半径随能层序数的增大而增大，D项错误。
4.（易）下列排布不符合泡利原理的是（ ）
A.2p能级：
B.3d能级：
C.2p能级：
D.3d能级：
【答案】C
【解析】3个电子分布在2p能级的三个同不轨道中，每个轨道容纳一个电子符合泡利原理，故A正确；3d能级的一个原子轨道中最多容纳了两个电子，并且这两个电子的自旋方向相反，故B正确；2p能级上一个原子轨道中容纳的两个电子自旋方向相同，不符合泡利原理，故C错误；5个电子分布在3d能级的五个不同轨道中，每个轨道容纳一个电子，符合泡利原理，故D正确。
5.（中）下列叙述正确的是( )
A.可能存在基态核外电子排布为1s22s22p63s23p64s24p1的原子
B.在氢原子的电子云图中，小黑点的疏密程度表示电子在该区域出现的概率密度
C.当电子排布在同一能级的不同轨道时，总是优先单独占据一个轨道，而且自旋方向相反
D.1个原子轨道里最多只能容纳2个电子，而且自旋方向相同
【答案】B
【解析】A中原子的核外电子排布应该为1s22s22p63s23p63d14s2;当电子排布在同一能级的不同轨道时，总优先单独占据一个轨道，而且自旋方向相同；一个原子轨道里最多只能容纳2个电子，且自旋方向相反，所以A、C、D错误。
6.（易）正误判断，正确的打“√”，错误的打“×”。
(1)从空间角度看，2s轨道比1s轨道大，其空间包含了1s轨道。（ ）
(2)p能级能量一定比s能级的能量高。（ ）
(3)2p、3p、4p能级的轨道数依次增多。（ ）
(4)2p和3p轨道形状均为哑铃形。（ ）
(5)2px、2py、2pz轨道相互垂直，但能量相等。（ ）
【答案】(1) √ (2) × (3) × (4) √ (5) √
【解析】(1) 随着能层序数的增大，电子的能量依次增高，电子在离核更远的区域出现的概率逐渐增大，电子云越来越向更大的空间扩展。所以，2s轨道比1s轨道大，其空间包含了1s轨道
(2)能级能量大小由能层决定，一般来说，能层序数越大，能量越高，例如2p能级的能量比4s能级的能量低。所以，p能级能量不一定比s能级的能量高
(3) 轨道数由能级决定，能级确定，轨道数就确定了，所以p能级的轨道数都为3
(4) 轨道形状由能级决定，p轨道都为哑铃型
(5) 相同能层，相同能级的三个p轨道相互垂直，由于能量大小由能层和能级决定，所以三个p轨道能量相等
7.（中）基态原子的核外电子填充在6个轨道中的元素有 种，填充在7个轨道中的元素有 种。
【答案】2 1
【解析】基态原子的核外电子填充在6个轨道，应包含1s、2s、2p、3s轨道，可能是1s22s22p63s1、1s22s22p63s2。基态原子的核外电子填充在7个轨道，应包含1s、2s、2p、3s和3个3p轨道中的1个，应为1s22s22p63s23p1。
8.（易）基态钾原子中，其电子占据的最高能层的符号是 ；基态钾离子的电子占据的最高能级共有 个原子轨道，其形状是 。
【答案】N 3 哑铃形
【解析】基态钾原子核外电子排布式为[Ar]4s1,电子占据的最高能层的符号是N；基态钾原子失去4s轨道的电子变成基态钾离子，则K+的电子排布式为1s22s22p63s23p6，电子占据的最高能级是3p,有3个原子轨道，其形状是哑铃形。
9.（易）请写出下列基态粒子的简化电子排布式和价层电子的轨道表示式：
(1)Ti:
(2)Cr:
(3)Zn2+:
【答案】（1）[Ar]3d24s2
（2）[Ar]3d54s1
（3）[Ar]3d10
【解析】根据简化的电子排布式和电子轨道表示式进行书写
10.（难） A、B、C、D、E、F均为36号以前的元素。请完成下列空白：
(1)A元素基态原子的最外层有2个未成对电子，次外层有2个电子，其元素符号为
(2)B元素的原子最外层电子排布式为nsnnpn+1,其元素符号为
(3)C元素基态的正三价离子的3d轨道为半充满（即有5个电子)，其元素符号为 ，其
基态原子的电子排布式为 。
(4)D元素基态原子的M层全充满；N层没有成对电子，只有一个未成对电子。D的元素符号为 ，其基态原子的价层电子的轨道表示式为 。
(5)E、F元素的基态原子都只有一个未成对电子；它们相互作用形成的离子的电子层结构相同，并且最高能级的电子对数等于其最高能层的电子层数。E、F的元素符号分别为 。
【答案】(1)C或O (2)N (3)Fe 1s22s22p63s23p63d64s2 或[Ar]3d64s2
(4)Cu (5)Cl、K
【解析】(1)A元素基态原子的最外层有2个未成对电子，次外层有2个电子，其电子排布式可能是1s22s22p2或1s22s22p4,元素符号为C或O。
(2)B元素的原子最外层电子排布式为nsnnpn+1，np轨道排布电子，说明ns轨道已排满电子，则n=2,B原子最外层电子排布式为2s22p3,因此B的元素符号是N。
(3)C元素基态的正三价离子的3d轨道为半充满（即有5个电子），则C基态原子的电子排布式为[Ar]3d64s2,元素符号为Fe,其基态原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2或[Ar]3d64s2。
(4)D元素基态原子的M层全充满，N层没有成对电子，只有一个未成对电子，则D的电子排布式为[Ar]3d104s1,元素符号是Cu,其基态原子的价层电子的轨道表示式为
(5)E、F元素的基态原子都只有一个未成对电子，相互作用形成的离子的电子层结构相同，且最高能级的电子对数等于其最高能层的电子层数，则由E、F形成的离子的电子排布式均为1s22s22p63s23p6,故E、F应是Cl和K
第三课时 电子云与原子轨道 泡利原理、洪特规则、能量最低原理
【学习目标】1.了解核外电子运动、电子云轮廓图和核外电子运动的状态 。
2. 了解泡利原理和洪特规则，会书写和说明1-36号元素基态原子的核外电子排布式和轨道表示式
【学习重点】泡利原理和洪特规则在轨道表示式书写中的应用
【学习难点】电子的运动状态和电子云轮廓图
【课前预习】
旧知回顾：
1、能级能量大小的判断方法：
①先看能层，一般情况下，能层序数越大，能量越 高 ；
再看同一能层各能级的能量顺序为：E(ns) < E(np) < E(nd) < E(nf) ……
②不同能层中同一能级，能层序数越大，能量越 高 。
③不同原子同一能层，同一能级的能量大小 不同 。
2、构造原理示意图中，从1s至5s电子的排布顺序： 1s→2s→2p→3s→3p→4s→3d→4p→5s
新知预习：
1、电子云：由于核外电子的概率密度分布看起来像一片云雾，因而被形象地称作电子云
2、原子轨道：量子力学把电子在原子核外的一个空间运动状态称为一个原子轨道
3、泡利原理：在一个原子轨道里，最多只能容纳2个电子，它们的自旋相反，这个原理被称为泡利原
理（也称为泡利不相容原理）
4、洪特规则：基态原子中，填入简并轨道的电子总是先单独分占，且自旋平行，称为洪特规则
5、能量最低原理：在构建基态原子时，电子将尽可能地占据能量最低的原子轨道，使整个原子的能量最低，这就是能量最低原理
【课中探究】
情景导入：通过刚才的视频，我们发现，电子的运动状态是很复杂的，那么电子到底是如何运动的，视频中提到的电子构成的概率云，自旋又指的是什么，通过今天的学习，我们就能解决这些问题。
一、电子云与原子轨道
任务一、了解电子云的相关内容
【学生活动】阅读教材P12第1-4自然段，了解电子云，回答下列问题：
1、概率密度的表达式及相关物理量的含义？
用P表示电子在某处出现的概率，V表示该处的体积，则 称为概率密度，用ρ
表示。
2、电子云的概念？
由于核外电子的概率密度分布看起来像一片云雾，因而被形象地称作电子云。
3、电子云与概率密度的关系？
电子云是处于一定空间运动状态的电子在原子核外空间的概率密度分布的形象化描述。
4、电子云中的小点与概率密度的关系？
电子云图中小点越密，表示电子出现的概率越大。
任务二、认识电子云轮廓图
【学生活动】阅读教材P12第5，6自然段，和P13第1，2自然段，了解电子云轮廓图的内容，回答下列问题：
1、绘制电子云轮廓图的目的？
表示电子云轮廓的形状，对核外电子的空间运动状态有一个形象化的简便描述。
2、绘制电子云轮廓图的方法？
把电子在原子核外空间出现概率P=90%的空间圈出来
3、s、p电子云轮廓图的形状？
s——球形，p——哑铃状
4、p电子云轮廓图有几种，如何表示，什么关系？
3种，px、py、pz，px、py、pz相互垂直
5、电子云轮廓图的大小与能层序数的关系及产生这种变化的原因？
关系：同一原子的能层越高，电子云的半径越大
原因：随着能层序数的增大，电子的能量依次增高，电子在离核更远的区域出现的概率逐渐增大，电子云越来越向更大的空间扩展。
【对应训练1】下列说法中正确的是（ ）
A.电子云通常是用小黑点来表示电子的多少
B.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
C.处于最低能量状态的原子叫基态原子
D.电子仅由激发态跃迁到基态时才会产生原子光谱
【答案】C
【解析】电子云是用小黑点表示电子在核外空间某处出现的概率，小黑点的疏密表示出现概率的大小，A错误；通常能量低的电子在离核近的区域运动，能量高的电子在离核远的区域运动，B错误；基态原子的能量最低，C正确；电子由基态跃迁到激发态，或由激发态跃迁到基态，都会产生原子光谱，D错误。
【对应训练2】下列关于电子云的叙述中不正确的是（ ）
A.电子云是用小黑点的疏密程度来表示电子在核外空间出现概率大小的图形
B.电子云实际上是电子运动形成的类似云一样的图形
C.电子云图说明离核越近，电子出现概率越大；离核越远，电子出现概率越小
D.能级类别不同，电子云的形态也不一样
【答案】B
【解析】电子云是处于一定空间运动状态的电子在原子核外空间的概率密度分布的形象化描述，而不是电子的实际运动轨迹。人们常用小黑点的疏密程度来表示电子在原子核外空间出现概率的大小。从电子云图中可以看出，离核越近，电子出现概率越大；离核越远，电子出现概率越小。
【对应训练3】下列关于1s电子在原子核外出现的概率分布图，也称电子云示意图(如图所示)
的有关说法中，正确的是（ ）
A.通常用小点来表示电子的多少，小点越密，电子数目越多
B.小点越密，单位体积内电子出现的机会越大
C.氢原子核外电子绕核做高速圆周运动
D.氢原子的电子云就是氢原子的核外电子分布图
【答案】B
【解析】电子云是一个统计学结果的形象描述。小点密度大表示单位体积内电子出现的概率大。取电子出现的概率P=90%的空间圈出来，形成电子云轮廓图。
任务三、探究原子轨道
【学生活动】阅读教材P14表1-2，小组讨论归纳，回答下列问题：
1、原子轨道的形状有哪些？
s轨道——球形，p轨道——哑铃形
2、同一能层，不同能级的原子轨道个数有什么规律？
s能级——1个，p能级——3个，d能级——5个，f能级——7个
3、不同能层，相同能级的原子轨道个数有什么规律？
不同能层，相同能级的原子轨道个数相同
4、原子轨道的个数由什么决定？
由能级决定
【思考题】1、同一能层不同能级的原子轨道，能量大小如何判断？
同一能层各能级的能量顺序为：E(ns)< E(np)
相同
【对应训练1】如图是s能级和p能级的原子轨道图，下列说法正确的是（ ）
A.s能级和p能级的原子轨道形状相同
B.每个p能级都有6个原子轨道
C.s能级的原子轨道半径与能层序数有关
D.钠原子的电子在11个原子轨道上高速运动
【答案】C
【解析】s轨道为球形，p轨道为哑铃形，A项错误；每个p能级只有3个原子轨道，B项错误；能层序数越小，s能级的原子轨道半径越小，C项正确；钠原子的电子在6个原子轨道上高速运动，D项错误。
【对应训练2】下列轨道上的电子在xy平面上出现的机会为零的是( )
A. 3pz B.3px C.3py D. 3s
【答案】A
【解析】px和py，在xy平面上；3pz轨道沿z轴方向伸展，垂直于xy平面，故该轨道上的电子不可能出现在xy平面上；s轨道电子云为球形，各个方向都有，故A符合题意。
【对应训练3】符号3px所代表的含义是（ ）
A.px轨道上有3个电子
B.第三能层px轨道有3个伸展方向
C.px电子云有3个伸展方向
D.第三能层沿x轴方向伸展的p轨道
【答案】D
【解析】p能级有3个轨道，沿x、y、z三个不同的方向延伸，3px所代表的含义是第三能层沿x轴方向伸展的轨道，最多只容纳2个电子。
【对应训练4】下列说法中正确的是（ ）
A.s电子云是在空间各个方向上伸展程度相同的对称形状
B.p电子云的形状是对顶双球
C.L能层有d轨道
D.2d能级包含5个原子轨道，最多容纳10个电子
【答案】A
【解析】s电子云是球形对称的，因此s电子云是在空间各个方向上伸展程度相同的对称形状，A正确；p电子云是哑铃形，B错误；L电子层只有2s、2p两个能级，无d轨道，C错误；从第三电子层开始出现d能级，即没有2d能级，D错误。
【对应训练5】下列说法正确的是（ ）
A.不同的原子轨道形状一定不相同
B.p轨道呈哑铃形，因此p轨道上的电子运动轨迹呈哑铃形
C.2p能级有3个p轨道
D.氢原子的电子运动轨迹呈球形
【答案】C
【解析】不同能级的原子轨道形状可以相同，如1s、2s能级的原子轨道都是球形，只是半径不同，A错误；现在的技术无法测定电子在原子核外的运动轨迹，原子轨道只是体现电子的运动状态，B、D错误；任何能层的p能级都有3个p轨道，C正确。
任务四、探究泡利原理
【学生活动】阅读教材P14第1，2自然段，回答下列问题：
1、电子自旋的含义？
电子除空间运动状态外，还有一种状态叫做自旋。
2、电子自旋的取向？
电子自旋在空间有顺时针和逆时针两种取向
3、电子自旋的表示方法？
常用方向相反的箭头“↑”和“↓”表示自旋状态相反的电子
4、泡利原理的内容？
在一个原子轨道里，最多只能容纳2个电子，它们的自旋相反，这个原理被称为泡利原理（也称为泡利不相容原理
任务五、探究电子排布的轨道表示式
【学生活动】阅读教材P15第1，2自然段，回答下列问题：
1、轨道表示式的含义？
轨道表示式(又称电子排布图)是表述电子排布的一种图式
2、轨道表示式的书写要求？
(1)在轨道表示式中，用方框(也可用圆圈)表示原子轨道，能量相同的原子轨道(简并轨道)的方框相连。
(2)箭头表示一种自旋状态的电子，“↑↓”称电子对，“↑”或 “↓”称单电子(或称未成对电子);箭头同向的单电子称自旋平行，如基态氧原子有2个自旋平行的2p电子。
(3)通常应在方框的下方或上方标记能级符号。
(4)有时画出的能级上下错落，以表达能量高低不同。
【学生活动】举一反三，通过教师讲授一个轨道表达式，学生能够自己书写下列原子的电子排布图
Na、Ar、F、Al、O、N
Na：
Ar：
F：
Al：
O：
N：
任务六、探究洪特规则
【学生活动】阅读教材P15第3，4， P16前三个自然段，回答下列问题：
1、洪特规则的内容？
基态原子中，填入简并轨道的电子总是先单独分占，且自旋平行，称为洪特规则
2、洪特规则适用的粒子范围？
基态原子和基态离子
3、洪特规则适用的轨道范围？
洪特规则只针对电子填入简并轨道而言，并不适用于电子填入能量不同的轨道
【学生活动】书写下列原子价层电子的轨道表示式？
C、P、S、As、Si、Se
C：
P：
S：
As：
Si：
Se：
【思考与讨论】(1)下列轨道表示式中哪个是硼的基态原子?为什么?
【答案】A 。 根据泡利原理，在一个原子轨道里，最多只能容纳2个电子，且它们的自旋相反
【思考与讨论】(2)下列轨道表示式中哪个是氧的基态原子?为什么?
【答案】A。根据洪特规则，基态原子中，填充简并轨道的电子总是先单独分占，且自旋平行
任务七、探究能量最低原理
【学生活动】阅读教材P16第4，5，6三个自然段，回答下列问题：
1、能量最低原理的内容？
在构建基态原子时，电子将尽可能地占据能量最低的原子轨道，使整个原子的能量最低，这就是能量最低原理。
2、原子能量的决定因素有哪些？
核电荷数、电子数和电子状态
3、电子填入能级的方式有哪些？
相邻能级能量相差很大时，电子填入能量低的能级即可使整个原子能量最低(如所有主族元素的基态原子);而当相邻能级能量相差不太大时，有1~2个电子占据能量稍高的能级可能反而降低了电子排斥能而使整个原子能量最低(如所有副族元素的基态原子)
4、基态原子核外电子排布遵循的原理有哪些？
泡利原理、洪特规则和能量最低原理
【思考与讨论】(1)为什么基态氦原子的电子排布是1s2而不是1s12s1?
氦原子核外有2个电子，根据能量最低原理和泡利原理，基态氦原子的2个电子以自旋相反的形式填充在能量最低的1s轨道中。且1s和2s能量相差较大，所以基态氦原子不会出现2个电子单独分占1s、2s轨道的情况。
【思考与讨论】(2)为什么基态氮原子的轨道表示式是 ,而不是
氮原子核外有7个电子，根据能量最低原理和泡利原理，基态氮原子先有2个电子以自旋相反的形式填充在1s轨道中，又有2个电以自旋相反的形式填充在2s轨道中；根据洪特规则，余下的3个电子将以自旋平行的方式分别填充在3个取向不同但能量相同的2p轨道中
【思考与讨论】(3)为什么基态K和Ca的价电子是4s1和4s2,而不是3d1和3d2?
根据构造原理书写电子排布式，基态钾原子为1s22s22p63s23p64s1,基态钙原子为 1s22s22p63s23p64s2,且钾和钙的光谱也证实了它们的最外层电子为4s1和4s2,而不是3d1和3d2,说明钾和钙这样的电子排布符合能量最低原理
【对应训练1】下列有关核外电子排布的式子不正确的是（ ）
A.24Cr的电子排布式：1s22s22p63s23p63d54s1
B.K的简化电子排布式：[Ar]4s1
C.N原子的电子排布图：
D.S原子的电子排布图：
【答案】D
【解析】S原子的电子排布图违反了洪特规则，正确的应是
【对应训练2】24Cr原子处于基态时，价电子排布可用轨道表示式表示成，而不是下列说法中正确的是（ ）
A.这两种排布方式都符合能量最低原理
B.这两种排布方式都符合泡利原理
C.这两种排布方式都符合洪特规则
D.这个实例说明洪特规则有时候和能量最低原理是矛盾的
【答案】B
【解析】洪特规则实际上是能量最低原理的一个特例，电子排布满足洪特规则，实际上是为了更好地遵循能量最低原理，同一能级的不同原子轨道在全满(s2、p6和d10)、半充满(s1、p3和d5)和全空(s0、p0和d0)状态时，体系能量较低，原子较稳定。
【对应训练3】下列说法错误的是（ ）
A.ns电子的能量可能低于(n-1)p电子的能量
B.6C的电子排布式为1s22s22px2,违反了洪特规则
C.电子排布式(21Sc)1s22s22p63s23p63d3违反了能量最低原理
D.电子排布式(22Ti) 1s22s22p63s23p10违反了泡利原理
【答案】A
【解析】能层序数越大，能量越高，对于s和p能级，ns电子的能量一定高于(n-1)p电子的能量，所以A错误。
【课后巩固】1.（易）下列轨道表示式能表示基态硫原子最外层结构的是（ ）
【答案】D
【解析】基态硫原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p4,最外层电子排布式为3s23p4，根据泡利原理，3s轨道的2个电子自旋相反；根据洪特规则，3p轨道的4个电子中3个电子先分占3个p轨道，且自旋相同，第4个电子再填充到其中一个3p轨道，与原来填充的电子自旋相反，故D正确。
2.（易）下列有关碳原子的电子排布图中，能量最低的是（ ）
【答案】D
【解析】根据洪特规则，原子的核外电子在能量相同的轨道上排布时，电子尽可能分占不同的轨道且自旋状态相同，这样整个原子的能量最低。A中2p轨道上两个电子占据在同一个轨道上，B、C中两个轨道上电子的自旋状态相反，均违背洪特规则，只有D中的排布符合洪特规则，能量最低。
3.（易）图①和图②分别是1s电子的概率密度分布及图和电子云轮廓图。下列认识正确的是（ ）
A.图①中的每个小黑点表示1个电子
B.图②表明1s电子云呈球形，有无数条对称轴
C.图②表示1s电子只能在球体内出现
D.不同能层的s电子云的半径相等
【答案】B
【解析】电子云只表示电子在原子核外出现的概率密度，小黑点并不表示电子，A项错误；电子云轮廓图是把电子在原子核外空间出现概率为90%的空间圈出来绘制而成的，电子在这一空间出现的概率大，不表示电子不能在这一空间外出现，C项错误；s电子云的半径随能层序数的增大而增大，D项错误。
4.（易）下列排布不符合泡利原理的是（ ）
A.2p能级：
B.3d能级：
C.2p能级：
D.3d能级：
【答案】C
【解析】3个电子分布在2p能级的三个同不轨道中，每个轨道容纳一个电子符合泡利原理，故A正确；3d能级的一个原子轨道中最多容纳了两个电子，并且这两个电子的自旋方向相反，故B正确；2p能级上一个原子轨道中容纳的两个电子自旋方向相同，不符合泡利原理，故C错误；5个电子分布在3d能级的五个不同轨道中，每个轨道容纳一个电子，符合泡利原理，故D正确。
5.（中）下列叙述正确的是( )
A.可能存在基态核外电子排布为1s22s22p63s23p64s24p1的原子
B.在氢原子的电子云图中，小黑点的疏密程度表示电子在该区域出现的概率密度
C.当电子排布在同一能级的不同轨道时，总是优先单独占据一个轨道，而且自旋方向相反
D.1个原子轨道里最多只能容纳2个电子，而且自旋方向相同
【答案】B
【解析】A中原子的核外电子排布应该为1s22s22p63s23p63d14s2;当电子排布在同一能级的不同轨道时，总优先单独占据一个轨道，而且自旋方向相同；一个原子轨道里最多只能容纳2个电子，且自旋方向相反，所以A、C、D错误。
6.（易）正误判断，正确的打“√”，错误的打“×”。
(1)从空间角度看，2s轨道比1s轨道大，其空间包含了1s轨道。（ ）
(2)p能级能量一定比s能级的能量高。（ ）
(3)2p、3p、4p能级的轨道数依次增多。（ ）
(4)2p和3p轨道形状均为哑铃形。（ ）
(5)2px、2py、2pz轨道相互垂直，但能量相等。（ ）
【答案】(1) √ (2) × (3) × (4) √ (5) √
【解析】(1) 随着能层序数的增大，电子的能量依次增高，电子在离核更远的区域出现的概率逐渐增大，电子云越来越向更大的空间扩展。所以，2s轨道比1s轨道大，其空间包含了1s轨道
(2)能级能量大小由能层决定，一般来说，能层序数越大，能量越高，例如2p能级的能量比4s能级的能量低。所以，p能级能量不一定比s能级的能量高
(3) 轨道数由能级决定，能级确定，轨道数就确定了，所以p能级的轨道数都为3
(4) 轨道形状由能级决定，p轨道都为哑铃型
(5) 相同能层，相同能级的三个p轨道相互垂直，由于能量大小由能层和能级决定，所以三个p轨道能量相等
7.（中）基态原子的核外电子填充在6个轨道中的元素有 种，填充在7个轨道中的元素有 种。
【答案】2 1
【解析】基态原子的核外电子填充在6个轨道，应包含1s、2s、2p、3s轨道，可能是1s22s22p63s1、1s22s22p63s2。基态原子的核外电子填充在7个轨道，应包含1s、2s、2p、3s和3个3p轨道中的1个，应为1s22s22p63s23p1。
8.（易）基态钾原子中，其电子占据的最高能层的符号是 ；基态钾离子的电子占据的最高能级共有 个原子轨道，其形状是 。
【答案】N 3 哑铃形
【解析】基态钾原子核外电子排布式为[Ar]4s1,电子占据的最高能层的符号是N；基态钾原子失去4s轨道的电子变成基态钾离子，则K+的电子排布式为1s22s22p63s23p6，电子占据的最高能级是3p,有3个原子轨道，其形状是哑铃形。
9.（易）请写出下列基态粒子的简化电子排布式和价层电子的轨道表示式：
(1)Ti:
(2)Cr:
(3)Zn2+:
【答案】（1）[Ar]3d24s2
（2）[Ar]3d54s1
（3）[Ar]3d10
【解析】根据简化的电子排布式和电子轨道表示式进行书写
10.（难） A、B、C、D、E、F均为36号以前的元素。请完成下列空白：
(1)A元素基态原子的最外层有2个未成对电子，次外层有2个电子，其元素符号为
(2)B元素的原子最外层电子排布式为nsnnpn+1,其元素符号为
(3)C元素基态的正三价离子的3d轨道为半充满（即有5个电子)，其元素符号为 ，其
基态原子的电子排布式为 。
(4)D元素基态原子的M层全充满；N层没有成对电子，只有一个未成对电子。D的元素符号为 ，其基态原子的价层电子的轨道表示式为 。
(5)E、F元素的基态原子都只有一个未成对电子；它们相互作用形成的离子的电子层结构相同，并且最高能级的电子对数等于其最高能层的电子层数。E、F的元素符号分别为 。
【答案】(1)C或O (2)N (3)Fe 1s22s22p63s23p63d64s2 或[Ar]3d64s2
(4)Cu (5)Cl、K
【解析】(1)A元素基态原子的最外层有2个未成对电子，次外层有2个电子，其电子排布式可能是1s22s22p2或1s22s22p4,元素符号为C或O。
(2)B元素的原子最外层电子排布式为nsnnpn+1，np轨道排布电子，说明ns轨道已排满电子，则n=2,B原子最外层电子排布式为2s22p3,因此B的元素符号是N。
(3)C元素基态的正三价离子的3d轨道为半充满（即有5个电子），则C基态原子的电子排布式为[Ar]3d64s2,元素符号为Fe,其基态原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2或[Ar]3d64s2。
(4)D元素基态原子的M层全充满，N层没有成对电子，只有一个未成对电子，则D的电子排布式为[Ar]3d104s1,元素符号是Cu,其基态原子的价层电子的轨道表示式为
(5)E、F元素的基态原子都只有一个未成对电子，相互作用形成的离子的电子层结构相同，且最高能级的电子对数等于其最高能层的电子层数，则由E、F形成的离子的电子排布式均为1s22s22p63s23p6,故E、F应是Cl和K
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