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第3课时 电子云与原子轨道 泡利原理、洪特规则、能量最低原理
基础过关练
题组一 电子云
1.观察1s轨道电子云示意图,判断下列说法正确的是( )
深度解析
A.一个小点表示1个自由运动的电子
B.1s轨道的电子云形状为圆形的面
C.电子在1s轨道上运动像地球围绕太阳旋转
D.1s轨道电子云的点的疏密程度表示电子在某一位置出现概率的大小
2.下列叙述中,不属于核外电子的特点的是( )
A.质量很小B.运动范围很小
C.运动速度很快 D.有确定的运动轨迹
3.关于电子云的叙述不正确的是( )
A.电子云是用小点的疏密程度来表示电子在空间出现概率密度大小的图形
B.电子云实际是电子运动形成的类似云一样的图形
C.小点密集的地方电子在那里出现的概率大
D.轨道不同,电子云的形状也不一样
4.下列有关电子云的叙述中正确的是( )
A.电子云形象地表示了电子在核外某处单位体积内出现的概率
B.电子云直观地表示了核外电子的数目
C.1s电子云界面图是一个球面,表示在这个球面以外,电子出现的概率为零
D.电子云是电子绕核运动形成的一团带负电荷的云雾
5.(2019河南洛阳高二上期末)下列说法中正确的是( )
A.电子云图中的小点密度越大,说明该原子核外空间电子数目越多
B.某基态原子外围电子排布中最高能级的符号为3fC.3d3表示3d能级上有3个轨道
D.ns电子的电子云轮廓图可表示为
6.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电子层有d轨道
D.2p轨道有一个未成对电子的基态原子和价电子排布为2s22p5的原子是同种元素的原子
题组二 原子轨道
7.(2020山东烟台第二中学高二月考)下列说法不正确的是( )
A.3p2表示3p能级上有2个电子
B.处于最低能量状态的原子叫做基态原子
C.同一原子中,3s、3p、3d、4s能级的能量逐渐增大
D.同一原子中,3s、3p、3d能级的轨道数依次增多
8.图1和图2分别是1s电子的概率分布图和原子轨道图。下列有关认识正确的是( )
A.图1中的每个小点表示1个电子
B.图1中的小点表示某一时刻,电子在核外所处的位置
C.图2表示1s电子只能在球体内出现
D.图2表明1s轨道呈球形,有无数对称轴
9.下列有关说法正确的是( )
A.每个能层s能级的原子轨道的形状相同,能层序数越大,轨道半径越大,电子能量越高
B.电子云是核外电子运动后留下的痕迹
C.教材中说“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”,这说明原子核
外电子云是实际存在的
D.每个能层都有p能级,p能级都有3个原子轨道
10.(2019山东东营胜利一中高二检测)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
11.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
12.下图是s能级和p能级的原子轨道图。
试回答下列问题:
(1)s电子的原子轨道呈 形,每个s能级有 个原子轨道;p电子的原子轨道呈 形,
每个p能级有 个原子轨道。
(2)元素X的原子最外层电子排布式为nsnnpn+1,原子中能量最高的是 电子,其电子云在空间有
3个互相 (填“垂直”或“平行”)的伸展方向。元素X的名称是 ,它的最低价氢化
物的电子式是 。
(3)元素Y的原子最外层电子排布式为nsn-1npn+1,Y的元素符号为 ,原子的核外电子排布式为
。
题组三 泡利原理、洪特规则、能量最低原理
13.(2020河南洛阳高二期末)下列电子排布图正确且能表示氮原子的最低能量状态的是( )
A.
B.C.
D.
14.(2020山东潍坊高二期末)下列Si原子价电子排布图表示的状态中,能量最高的是( )
A.
B.
C.
D.
15.(2019吉林汪清六中高二下期中)下列3d能级的电子排布图正确的是( )
A. B.
C. D.
16.已知锰的核电荷数为25,以下是一些同学绘制的基态锰原子外围电子的电子排布图,其中最能准确
表示基态锰原子核外电子运动状态的是( )
A.
B.C.
D.
17.“各能级最多容纳的电子数是该能级原子轨道数的两倍”,支撑这一结论的理论是( )
A.构造原理B.泡利原理
C.洪特规则 D.能量最低原理
18.某原子核外价电子排布式为ns2np7,它违背了( )
A.泡利原理B.能量最低原理
C.洪特规则 D.构造原理
19.下列原子的价层电子排布图正确的是( )
A. B.
C. D.
20.在d轨道中电子排布成 ,而不排布成 ,遵循的是( )
A.能量最低原理 B.泡利原理
C.构造原理 D.洪特规则
21.以下列出的是一些基态原子的2p轨道和3d轨道中电子排布的情况,违背洪特规则的是( )
① ②
③ ④
⑤ ⑥
A.①②③ B.④⑤⑥
C.②④⑥ D.③④⑥22.下面是第二周期部分元素基态原子的电子排布图,据此判断下列说法错误的是( )
B C
N O
A.每个原子轨道里最多只能容纳2个电子
B.电子排布在同一能级时,总是优先单独占据一个轨道
C.每个能层所具有的能级数等于该能层的序数(n)
D.若原子轨道里有2个电子,则其自旋状态一定相反
23.下列原子或离子的电子排布表示方法中,正确的是 ,违反能量最低原理的是 ,违反洪
特规则的是 ,违反泡利原理的是 。
①Ca2+:1s22s22p63s23p6
②F-:1s22s23p6
③P:
④Cr:1s22s22p63s23p63d44s2
⑤Fe:1s22s22p63s23p63d64s2
⑥Mg2+:1s22s22p6
⑦C:
能力提升练
题组一 对原子轨道的理解及应用
1.(2020河南洛阳一中高二月考, )下列表示氮原子的化学用语中,描述正确且能据此确定电子能级的
是( )
··
A. B.·N ·
·C.1s22s22p3 D.
2.(2019黑龙江大庆四中高二下期中, )下列叙述正确的是( )
A.因为 s 轨道的形状是球形的,所以 s 电子做的是圆周运动
B.当电子排布在同一能级的不同轨道时,总是优先独自占据一个轨道,且自旋状态相反
C.氢原子的基态电子的概率密度分布图中,小点的疏密程度表示电子的多少
D.磷原子中的未成对电子的电子云伸展方向不同
3.(2020天津静海一中高二上期末, )下列微粒的核外电子的表示方法中正确的是( )
深度解析
A.碳原子轨道表示式为
B.P原子价电子轨道表示式为
C.Cr原子的价电子排布式为3d44s2
D.Fe2+价电子排布式为3d44s2
题组二 电子排布式、电子排布图的综合考查
4.(2020山东济宁高三上期末, )下列各微粒的电子排布式或外围电子排布图不符合能量最低原理的
是( )
A.Fe2+ 1s22s22p63s23p63d6
B.S 1s22s22p63s24p4
C.F
D.Na+
5.(双选)( )下列说法正确的是( )
A.原子核外电子排布式为1s2的原子与原子核外电子排布式为1s22s2的原子化学性质相似
B.Fe3+的最外层电子排布式为3s23p63d5C.基态铜原子价电子排布图为
D.基态碳原子最外层电子排布图为
6.( )下列说法错误的是( )
A.ns电子的能量不一定高于(n-1)p 电子的能量
B.如果 C的电子排布式为 1s22s22p2,则违反了洪特规则
6 x
C.如果 Sc的电子排布式为 1s22s22p63s23p63d3,则违反了能量最低原理
21
D.如果 Ti的电子排布式为 1s22s22p63s23p10,则违反了泡利原理
22
7.( )已知某原子结构示意图为 ,下列有关说法正确的是( )
深度解析
A.原子结构示意图中x=4
B.该原子的电子排布式为1s22s22p63s23p4
C.该原子的电子排布图为
D.该原子结构中共有5个能级上有电子
8.( )已知X、Y和Z三种元素的原子序数之和等于42。X元素原子的4p轨道上有3个未成对电
子,Y元素原子的最外层2p轨道上有2个未成对电子。X跟Y可形成化合物X Y ,Z元素可以形成负
2 3
一价离子。请回答下列问题:
(1)X元素原子基态时的电子排布式为 ,该元素的符号是 。
(2)Y元素原子的价层电子轨道表示式为 ,该元素的名称是 。
(3)已知化合物X Y 在稀硫酸中可被金属锌还原为XZ ,产物还有ZnSO 和H O,该反应的化学方程式
2 3 3 4 2
是 。
9.( )下表列出了核电荷数为21~25的元素的最高正化合价,回答下列问题:
元素名称 钪 钛 钒 铬 锰
元素符号 Sc Ti V Cr Mn
核电荷数 21 22 23 24 25
最高正价 +3 +4 +5 +6 +7(1)写出下列元素基态原子的核外电子排布式:
Sc ,
Ti ,
V ,
Mn 。
(2)已知基态铬原子的电子排布式是1s22s22p63s23p63d54s1,并不符合构造原理。人们常常会碰到客观事
实与理论不相吻合的问题,当你遇到这样的问题时,你的态度是 。
(3)对比上述五种元素原子的核外电子排布与元素的最高正化合价,你发现的规律是
;出现这一现象的原因是 。
答案全解全析
基础过关练
1.D 2.D 3.B 4.A 5.D 6.A 7.C 8.D
9.A 10.B 11.C 13.A 14.D 15.B 16.D 17.B
18.A 19.C 20.D 21.C 22.D
1.D 尽管人们不能确定某一时刻原子中电子的精确位置,但能够统计出电子在什么地方出现的概率
大,在什么地方出现的概率小。为了形象地表示电子在原子核外空间的分布状况,人们常用小点的疏
密程度来表示电子在原子核外出现概率的大小。点密集的地方,表示电子在那里出现的概率大;点稀
疏的地方,表示电子在那里出现的概率小。由题图可知,处于1s轨道上的电子在空间出现的概率分布
呈球形对称,而且电子在原子核附近出现的概率最大,离核越远,出现的概率越小。
归纳总结 宏观物体的运动与微观电子的运动对比
1.宏观物体的运动有确定的轨迹,可以准确测出其在某一时刻所处的位置及运动的速度。
2.由于微观粒子质量小、运动空间小、运动速度快,不能同时准确测定其位置与速度,所以对于核外电
子,只能确定其在原子核外各处出现的概率。
(1)电子云表示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。电子云图中小点密度
越大,表示电子出现的概率越大。(2)电子云图中的小点并不代表电子,小点的数目也不代表电子真实出现的次数。
(3)由氢原子的1s电子在原子核外出现的概率密度分布图可知,在离原子核越近的空间电子出现的概
率越大。
2.D 核外电子的质量极小,仅为质子质量的 1 ,约为9.1×10-31 kg;电子在极小的空间内做高速运动。
1 836
但不能准确地测定电子在某一时刻所处的位置及运动速度,也不能描绘出它的运动轨迹。
3.B 用统计的方法描述一定空间运动状态的电子在核外空间出现的概率密度大小的图形称为电子云;
常用小点的疏密程度来表示电子在原子核外出现的概率的大小。小点密集的地方,表示电子在那里出
现的概率大,小点稀疏的地方,表示电子在那里出现的概率小。
4.A 电子云表示电子在核外单位体积的空间出现的概率,小点的疏密表示出现概率的大小,密则概率
大,疏则概率小,故A项正确;小点表示电子在核外空间某处出现的概率,不表示电子数目,所以电子云不
能直观地表示核外电子的数目,故B项错误;1s电子云界面图是一个球面,是人为划定的球面,1s电子云
界面图以外,电子出现的概率小,但不为零,故C项错误;电子云不是一团带负电荷的云雾,故D项错误。
5.D 电子云图中的小点密度越大,说明该原子核外空间电子出现的概率越大,A错误;第三能层的能级
只有s、p、d三种,B错误;3d3表示3d能级上有3个电子,C错误;ns电子的电子云轮廓图是球形对称的,
可表示为 ,D正确。
6.A 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
子云是哑铃状的,B错误;L电子层只有2s、2p两个能级,无d轨道,C错误;2p轨道上有一个未成对电子
的基态原子为B或F,D错误。
7.C 3d能级能量高于4s能级,故C错误;同一原子中,3s、3p、3d能级的轨道数分别为1、3、5,故D
正确。
8.D 电子云就是用小点疏密来表示空间各电子出现概率大小的一种图形,每个小点并不代表一个电
子,而是代表电子出现的概率,A错误;每个小点代表电子出现的概率,不是电子在核外所处的位置,B错
误;原子轨道只是把电子出现概率约为90%的空间圈出来,球体外也能出现电子,C错误;1s轨道呈球形,
沿剖面直径连线,有无数对称轴,D正确。9.A s能级原子轨道都是球形的,且能层序数越大,半径也越大,电子能量越高,A正确;电子云就是用小
点疏密来表示空间电子出现概率大小的一种图形,B错误;电子云是不存在的,C错误;第一能层没有p
能级,D错误。
10.B 2s轨道能量低于3p轨道,A项错误;p能级所含原子轨道数只有3个,与能层序数无关,C项错误;
第四能层最多可容纳2×42=32个电子,D项错误。
11.C 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。
电子在原子核外做高速运动,无固定的运动轨迹,B、D错。任何能层的p能级都有3个p轨道,C正确。
12.答案 (1)球 1 哑铃 3
H
(2)2p 垂直 氮 H·· ·· ··H
N
¿··
(3)S 1s22s22p63s23p4
解析 (1)s电子的原子轨道都是球形的,每个s能级有1个原子轨道,p电子的原子轨道都是哑铃形的,
每个p能级有3个原子轨道,它们相互垂直,分别用p 、p 、p 表示。
x y z
(2)元素X的原子最外层电子排布式为nsnnpn+1,np轨道已排有电子,说明ns轨道已排满电子,即n=2,则
H
元素X的原子核外电子排布式为1s22s22p3,X是氮元素,其最低价氢化物为NH ,电子式为H·· ·· ··H。
3 N
¿··
(3)元素Y的原子最外层电子排布式为nsn-1npn+1,则n-1=2,n=3,Y元素的原子核外电子排布式为
1s22s22p63s23p4,Y是硫元素。
13.A A项,符合基态原子电子排布的能量最低原理、洪特规则,正确;B项,2p轨道上的3个电子的自
旋状态不同,不符合洪特规则,错误;C项,2p轨道上的3个电子应分别占据1个轨道,不符合洪特规则,错
误;D项,2p轨道上只有1个电子,不是氮原子的电子排布图,错误。
14.D A项中的价电子排布图是基态Si原子的,不符合题意;B项中的价电子排布图也是基态的,但是
3p轨道的两个电子自旋状态不同,不符合洪特规则,也不符合题意;C项中的一个电子由3s轨道跃迁至
3p轨道,D项中两个电子由3s轨道跃迁至3d轨道,故二者相比,D项表示的状态能量最高,符合题意。
15.B A项,每个轨道最多只能容纳两个电子且自旋状态相反,错误。C项,3d能级有6个电子,应在5
个不同的轨道,错误。D项,同一轨道自旋状态相同,题中电子排布图违反泡利原理,错误。16.D 根据洪特规则知,电子在能量相同的原子轨道上排布时,应尽可能分占不同的轨道且自旋状态
相同,故排除A、C两项;根据泡利原理知,一个原子轨道最多容纳2个电子,且自旋状态相反,故排除B
项。
17.B 根据泡利原理,每个原子轨道中最多能容纳2个自旋状态相反的电子,所以每个能级最多能容纳
的电子数是该能级原子轨道数的2倍,选项B符合题意。
18.A p能级有三个轨道,根据泡利原理,每个轨道最多排2个电子,故p能级最多排6个电子,不可能排
7个,ns2np7违背了泡利原理。
19.C A项,2p轨道应各排布一个电子且自旋状态相同;B项,2s轨道中两个电子的自旋状态应相反;D
项,2s轨道中排满两个电子后才排2p轨道。
20.D 洪特规则表明,当电子排布在同一能级的不同轨道时,基态原子中的电子总是优先单独占据一
个轨道,而且自旋状态相同。
21.C ①符合洪特规则和泡利原理,故不符合题意;②电子排布图违背洪特规则,故符合题意;③违背泡
利原理,故不符合题意;④违背洪特规则,故符合题意;⑤电子排布图符合洪特规则和泡利原理,故不符合
题意;⑥违背洪特规则,故符合题意;综上所述,选项C符合题意。
22.D 由题给的四种元素原子的电子排布图可知,在一个原子轨道里,最多只能容纳2个电子,即符合
泡利原理,A正确;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,即符合洪特规
则,B正确;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,C正确;若在一个原子轨道
里有2个电子,则它们的自旋状态相反,若在同一能级的不同轨道里有2个电子,则它们的自旋状态相
同,D错误。
23.答案 ①⑤⑥ ②④ ③ ⑦
解析 根据核外电子排布规律知,②中电子排完2s能级后应排2p能级,而不是3p能级,F-电子排布式
应为1s22s22p6;③中没有遵循洪特规则——基态原子的电子在同一能级的不同轨道上排布时,总是优先
单独占据一个轨道并且自旋状态相同;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,Cr原子电子排布式应为1s22s22p63s23p63d54s1;⑦违反泡利原理,正确的电子排布图应为
。
能力提升练1.C 2.D 3.A 4.B 5.BC 6.A 7.D
1.C A项所示是N原子的结构示意图,只能看出在原子核外各电子层上含有的电子数的多少,不能确
定电子能级,错误;B项所示是N原子的电子式,可以看出原子的最外电子层上有5个电子,不能确定电
子能级,错误;C项所示是N原子的核外电子排布式,不仅能知道原子核外有几个电子层,还能确定电子
能级,正确;D项所示是N原子的电子排布图,当电子排布在同一能级的不同轨道时,电子总是尽可能单
独占据一个轨道,即在2p能级的三个轨道上各有一个电子存在,且自旋方向相同,这样的排布使原子的
能量最低,错误。
2.D 电子的运动是无规则的,没有固定的轨道,A错误;根据洪特规则,当电子排布在同一能级的不同轨
道时,总是优先独自占据一个轨道,且自旋状态相同,B错误;在氢原子的基态电子的概率密度分布图中,
小点的疏密程度表示电子在该区域空间出现概率的大小,不表示电子的多少,C错误;磷原子中的未成
对电子,分别排布在3p的p 、p 、p 轨道上,电子云伸展方向不同,D正确。
x y z
3.A 碳是6号元素,6个电子分别排在1s、2s、2p能级上,碳原子轨道表示式为 ,
故A正确;3p能级上三个电子自旋状态相同,P原子价电子轨道表示式为 ,故B错误;Cr
原子的价电子排布式为3d54s1,故C错误;Fe原子失去4s能级上两个电子,形成Fe2+,Fe2+价电子排布式
为3d6,故D错误。
归纳总结 基态原子核外电子排布的表示方法
表示方法 以硫原子为例
电子排布式 1s22s22p63s23p4
简化电子排布式 [Ne]3s23p4
电子排布图
(或轨道表示式)
价电子排布式 3s23p4
4.B Fe2+核外电子数为24,由能量最低原理,可知核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d6,故A符合能量
最低原理;S的核外电子排布式应为1s22s22p63s23p4,故B不符合能量最低原理;F原子最外电子层为第2
电子层,有7个电子,外围电子排布式为2s22p5,由能量最低原理、泡利原理与洪特规则可知,外围电子排布图为 ,故C符合能量最低原理;Na+最外电子层为第2电子层,有8个电子,外围电子
排布式为2s22p6,由能量最低原理、泡利原理与洪特规则可知,Na+外围电子排布图为 ,
故D符合能量最低原理。
5.BC 核外电子排布式为1s2的原子是He,核外电子排布式为1s22s2的原子为Be,He是稀有气体元
素,Be是金属元素,化学性质不相似,A错误;Fe的电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2,失去电子时先失
最外层电子,再失次外层电子,失去2个电子变成Fe2+时,最外层电子排布式为3s23p63d6,失去3个电子
变成Fe3+时,最外层电子排布式为3s23p63d5,B正确;基态铜原子价电子排布图为
,3d能级全充满,才符合能量最低原理,C正确;基态碳原子的2s能级比2p能级能量低,先填满2s能级再
填2p能级,正确的最外层电子排布图为 ,D错误。
6.A 电子能量与能层和能级都有关,ns电子的能量一定高于(n-1)p电子的能量,A错误;根据洪特规则
知,2p能级上的两个电子应排在不同轨道上,B正确;根据能量最低原理知,电子先排能量低的能级后排
能量高的能级,C正确;根据泡利原理知,3p能级最多排6个电子,D正确。
7.D 由原子结构示意图可知,K层排满时为2个电子,故x=2,该元素为硅,故A选项错误;该原子的电
子排布式为1s22s22p63s23p2,故B选项错误;硅原子的电子排布图为
,故C选项错误;该原子结构中共有1s、2s、2p、3s、3p 5个能级上有电子,故D选项正确。
方法指导 本题将x=2推断出来以后就可确定元素为硅,之后进行电子排布式和电子排布图的判断,
注意电子排布图中电子的分布。
8.答案 (1)1s22s22p63s23p63d104s24p3 As
(2) 氧
(3)As O +6Zn+6H SO 2AsH ↑+6ZnSO +3H O
2 3 2 4 3 4 2解析 (1)X元素原子的4p轨道上有3个未成对电子,则X是第四周期ⅤA族元素,即X为As,其电子
排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p3。 (2)Y元素原子的最外层2p轨道上有2个未成对电子,且As跟Y
可形成化合物As Y ,可推知Y为O;又因为X、Y和Z三种元素的原子序数之和等于42,可得到Z为
2 3
H。(3)X Y 为As O ,XZ 为AsH ,As O 与稀硫酸和Zn反应的化学方程式为As O +6Zn+6H SO
2 3 2 3 3 3 2 3 2 3 2 4
2AsH ↑+6ZnSO +3H O。
3 4 2
9.答案 (1)1s22s22p63s23p63d14s2或[Ar]3d14s2
1s22s22p63s23p63d24s2或[Ar]3d24s2
1s22s22p63s23p63d34s2或[Ar]3d34s2
1s22s22p63s23p63d54s2或[Ar]3d54s2
(2)尊重客观事实,注意理论适用范围,掌握特例等
(3)五种元素的最高正化合价数值等于各元素基态原子的最高能层s电子和次高能层d电子数目之和
能级交错使得d电子也参与了化学反应
解析 判断某些元素原子核外电子的排布情况,一要熟练掌握原子的核外电子排布式,二要掌握核外
电子排布的规律性,同时还应注意在核外电子排布中的特例。
