高中化学-专题2-原子结构与元素的性质第一单元-原子核外电子的运动-苏教版选修3.doc

专题2　原子结构与元素的性质第一单元　原子核外电子的运动
课前预习
问题导入
什么是原子？原子有哪些特点？
答：原子是化学变化中的最小粒子。原子的特点有：（1）原子的大部分质量集中于原子核内；（2）核的体积很小，约为整个原子体积的10-15，因此，原子内原子核外有较大空间；（3）原子内原子核的密度非常大，约为金属铀密度（18.07 g·cm-3）的5×1012倍。
知识预览
1.氢原子光谱是由具有特定__________、彼此分离的__________所组成，即为线状光谱。
2.玻尔的原子结构模型的基本观点：
（1）原子中的电子在具有确定半径的圆周轨道上绕__________运动，并且__________能量。
（2）在不同轨道上运动的电子具有__________的能量（E），而且能量是__________的，即能量是“__________”的，不能任意连续变化而只能取某些不连续的数值。
（3）只有当电子从一个轨道（能量为Ei）跃迁到另一个轨道（能量为Ej）时，才会__________能量。
3.量子力学研究表明，处于同一电子层的原子核外电子，也可以在不同类型的原子轨道上运动。轨道的类型不同，__________也不同。人们用小写的英文字母s、p、d、f分别表示不同形状的轨道。s轨道呈__________形，p轨道呈__________形，d轨道和f轨道较复杂。
4.原子核外电子还有一种称为“__________”的运动。原子核外电子的自旋可以有两种不同的状态，通常用__________和__________来表示这两种不同的自旋状态。
5.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__________来表示电子在原子核外出现概率的大小。点__________的地方，表示电子在那里出现的概率大；点__________的地方，表示电子在那里出现的概率小。这种形象地描述电子在空间出现的概率大小的图形称为__________图。
6.最早提出科学的原子概念的是__________，意大利科学家阿伏加德罗在总结气体反应体积比的基础上，提出了__________的概念，俄国化学家门捷列夫揭示了自然界的一条基本规律，即__________，从理论上指导了化学元素的发现和应用。
7.__________为化学提供了分析原子和分子结构的理论基础。
8.原子结构模型的演变过程：道尔顿原子学说汤姆生__________→__________→玻尔电子分层排布模型→__________。
答案：1.波长　谱线
2.（1）原子核　不辐射　（2）不同　量子化　一份一份　（3）辐射或吸收
3.轨道的形状　球　纺锤
4.自旋　向上箭头“↑”　向下箭头“↓”
5.疏密程度　密集　稀疏　电子云
6.道尔顿　分子　元素周期律
7.量子力学
8. “葡萄干布丁”模型　卢瑟福核式模型　量子力学模型
课堂互动
三点剖析
一、人类认识原子结构的历史
道尔顿原子学说→汤姆逊“葡萄干布丁”模型→卢瑟福核式模型→玻尔电子分层排布模型→量子力学模型。
人类对原子结构的认识经历了一个漫长，不断深化的过程，这有利于培养我们的正确的科学发展观。
二、氢原子光谱和玻尔的原子结构模型
玻尔的核外电子分层排布的原子结构模型成功地解释了氢原子光谱是线状光谱的实验事实。玻尔的重大贡献在于指出了原子光谱源自核外电子在能量不同的轨道之间的跃迁，而电子所处的轨道的能量是量子化的。
谱线的波长或频率与能级间能量差所具有的关系可用下式表示：
E0-hυ=ΔE=E末-E始。ΔE为两轨道的能量差。
玻尔指出,原子核外电子在具有确定能量的轨道上运动,当原子不受外界影响时,电子既不吸收能量也不放出能量。不同的原子轨道具有不同的能量,轨道能量的变化是不连续的,即量子化的。当电子吸收了能量（如光能、热能等）后，就会从能量较低的轨道跃迁到能量较高的轨道上。处于能量较高轨道的电子不稳定，会回到能量较低的轨道上，当电子从能量较高的轨道回到能量较低的轨道时发射出光子，发出光的波长取决于两个轨道的能量之差。
三、原子核外电子运动的特征
量子力学中的轨道的含义已与玻尔原子结构模型中轨道的含义完全不同，它既不是圆形轨道，也不是指固定轨迹。
注意：①电子云的含义、电子云示意图的描述都是比较容易出错的地方，希望大家引起足够重视。②所谓电子在核外出现的概率大小，用通俗的话说就是电子在核外空间单位体积内出现的机会多少。
下表总结了量子数的取值范围和符号表示。
量子数和原子轨道
主量子数n
角量子数l
磁量子数m
取值
符号
取值
符号
取值
1
K
0
s
0
2
L
0
s
0
1
p
0，±1

3

M
0
s
0
1
p
0,±1
2
d
0,±1,±2

原子轨道
自旋磁量子数ms
原子轨道个数
符号
取值
亚层
层
1s
±
1
1
2s
±
1
4
2px,2py,2pz
±
3
3s
±
1
9
3px,3py,3pz
±
3
3dxy,3dyz,3dxz3dx2-y2,3dz2

±
5
从表中可以看出，四个量子数的取值必须遵守下列要求：l≤n-1,｜m｜≤l,ms只能取±中的一种。
四、核外电子排布
（1）能量最低原则：基态原子核外电子的排布总是尽可能地排布在能量最低的原子轨道，然后由里及外逐渐排布在能量升高的原子轨道。也就是说，电子在原子轨道上的分布尽可能使能量为最低，以形成稳定结构。
（2）泡利不相容原理：一个原子轨道中最多容纳两个电子，并且电子的自旋方向必须相反；或者说，一个原子中不会存在四个量子数（n、l、m、ms）完全相同的电子。
（3）洪特规则：对于基态原子，电子在能量相同的轨道上排布时，应尽可能分占不同轨道且自旋方向平行。而且，在全充满、半充满或全空时，体系能量较低，原子较稳定。
核外电子在原子轨道上的排布三原则间的关系。
在不违反泡利不相容原理的前提下，核外电子在各个原子轨道上的排布方式应使整个原子体系的能量最低。我们称原子的最低能量状态为原子的基态，能量高于基态的状态为激发态。在n和l相同的轨道上分布的电子，将尽可能分占m不同的轨道，且自旋平行。
根据原子的核外电子排布原则，能写出1～18号元素基态原子的电子排布式和轨道表示式。
各个突破
【例1】下列对不同时期原子结构模型的提出时间排列正确的是（　　）
①电子分层排布模型　②“葡萄干布丁”模型　③量子力学模型　④道尔顿原子学说　⑤核式模型
A.①③②⑤④　 B.④②③①⑤　
C.④②⑤①③　 D.④⑤②①③
解析：①电子分层排布模型由玻尔1913年提出；②“葡萄干布丁”模型由汤姆逊1903年提出；③量子力学模型于1926年提出；④道尔顿原子学说于1803年提出；⑤核式模型由卢瑟福于1911年提出。
答案：C
【例2】下列关于光谱的说法正确的是（　　）
A.炽热固体、液体和高压气体发出的光生成连续光谱
B.各种原子的线状光谱中的明线和它的吸收光谱中的暗线必定一一对应
C.气体发出的光只能产生线状光谱
D.甲物质发出的白光通过低温的乙物质蒸气可得到甲物质的吸收光谱
解析：由于通常看到的吸收光谱中的暗线比线状光谱中的亮线要少一些，所以B选项不对，而气体发光时，若是高压气体发光形成连续光谱，若是稀薄气体发光形成线状光谱，故C选项也不对，甲物质发出的白光通过低温的乙物质蒸发后，看到的乙物质的吸收光谱，所以上述选项中只有A正确。
答案：A
类题演练　1
当氢原子的一个电子从第二能级跃迁到第一能级时，发射出光的波长是121.6 nm;当电子从第三能级跃迁到第二能级时，发射出光子的波长是656.3 nm。
试回答：
（1）哪一种光子的能量大？说明理由。
（2）求氢原子中电子的第三和第二能级的能量差及第二和第一能级的能量差。说明原子中的能量是否连续。
解析：（1）由公式E=hγ得,λ愈小，E愈大，所以第一种光子能量大。
（2）由公式，可得（代入题中数据）ΔE2.1=1.63×10-18J　ΔE3.2=3.03×10-19J。
答案：（1）第一种光子的能量大。由公式E=hγ得,λ愈小，E愈大，所以第一种光子能量大。
（2）ΔE2.1=1.63×10-18 J　ΔE3.2=3.03×10-19 J原子中的能量是不连续的。
【例3】下列各组用四个量子数来描述核外电子的运动状态，哪些是合理的？哪些是不合理的？并说明理由。
(1)n=2　l=1　m=0　ms=+12
(2)n=3　l=3　m=2　ms=-12
(3)n=3　l=2　m=2　ms=+12
(4)n=4　l=2　m=3　ms=+12
(5)n=2　l=1　m=1　ms=-1
解析：根据量子数取值相互限制性，它们的取值是：l<n,｜m｜≤l,ms=±。
由此可以判断
答案：（1）合理。
（2）不合理，因取值l=n,错。
（3）合理。
（4）不合理，因取值m>l，错。
（5）不合理，因ms只能取+或-。
类题演练　2
下列对四个量子数的说法正确的是（　　）
A.电子的自旋量子数是，在某一个轨道中有两个电子，所以总自旋量子数是1或是0
B.磁量子数m=0的轨道都是球形的轨道
C.角量子数l的可能取值是从0到n的正整数
D.多电子原子中，电子的能量取决于主量子数n和角量子数l
解析：轨道的形状由角量子数l决定，磁量子数决定轨道的空间的分布特点，实际上m=0的轨道可以是球形，也可以是其他形状。角量子数的可能取值是从0到（n-1）的正整数。
答案：D
类题演练　3
s、3s、3s1各代表什么意义？
答案：s:是原子轨道符号，表示l=0、m=0的电子运动状态，其空间图像为球形。
3s:代表第三层中的s原子轨道，即n=3，l=0，m=0的电子运动状态。
3s1:代表第三层s轨道中的一个电子。即n=3，l=0，m=0，ms=+或-的电子运动状态。
【例4】下列各组原子中，彼此化学性质一定相似的是（　　）
A.原子核外电子排布式为1s2的X原子与原子核外电子排布式为1s12s2的Y原子
B.原子核外M层上仅有两个电子的X原子与原子核外N层上仅有两个电子的Y原子
C.2p轨道上有一个未成对的电子的X原子与3p轨道上只有一个未成对的电子的Y原子
D.最外层都只有一个电子的X、Y原子
解析：本题考查的是核外电子排布的知识。A中1s2结构的原子为He,1s22s2结构为Be，两者性质不相似。B项X原子为Mg，Y原子N层上有2个电子的有多种元素，如第4周期中Ca、Fe等都符合，化学性质不一定相同。C项为同主族的元素，化学性质一定相似。D项最外层只有1个电子的第ⅠA族元素可以，过渡元素中也有很多最外层只有1个电子的。故性质不一定相似。
答案：C
类题演练　4
下列原子的外围电子排布式（或外围轨道表示式）中，哪一种状态的能量较低？试说明理由。
(1）氮原子：A. B.
(2）钠原子：A.3s1　B.3p1
(3)铬原子：A.3d54s1　B.3d44s2
(4)碳原子：
解析：本题考查的是核外电子排布所遵循的原理方面的知识。据洪特规则，电子在能量相同的各个轨道上排布时尽可能分占不同的原子轨道，且自旋状态相同，故（1）选B，（4）选A。据能量最低原理，核外电子先占有能量低的轨道，再占有能量高的轨道，（2）中由于s轨道能量低于p轨道能量，故选A。（3）中A选项d5为半充满状态，为相对稳定的状态，B不是，所以选A。
答案：（1）B　（2）A　（3）A　（4）A
课后集训
基础达标
1.据报道，放射性同位素钬可有效地治疗肝癌，该同位素原子的核内中子数与核外电子数之差是（　　）
A.32　　　 B.67　　　 C.99　　　 D.166
解析：由核组成符号Ho知该同位素的质量数为166，质子数为67。又据质量数=质子数+中子数，得中子数=166-67=99，原子的核外电子数=质子数=67，故核内中子数-核外电子数=99-67=32。
答案：A
2.（2005广东高考）Se是人体必需的微量元素，下列关于Se和Se的说法正确的是（　　）
A.Se和Se互为同素异形体
B.Se和Se互为同位素
C.Se和Se分别含有44和46个质子
D.Se和Se都含有34个中子
解析：同素异形体指同一种元素而结构相异的不同单质，故A错；Se的两种同位素的质子数都为34，而中子数分别为44和46，故C、D错；应选B。
答案：B
3.（2005全国高考理综Ⅱ）分析发现，某陨石中含有半衰期极短的镁的一种放射性同位素28Mg，该同位素的原子核内的中子数是（　　）
A.12 B.14 C.16 D.18
解析：28Mg的质量数为28，则中子数为28-12=16。
答案：C
4.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.运动速率很快
D.有确定的运动轨道
解析：核外电子的质量极小，约为9.1×10-31kg，仅为质子质量的，在直径10-10 m的空间内做高速运动，运动速率已近光速（3×108 m·s-1)。所以，不能同时准确测定电子在某一时刻所处的位置及运动速率，也不能描画出它的运动轨迹，即没有确定的运动轨道。
答案：D
5.下列说法正确的是（　　）
A.某粒子核外电子排布为2、8、8结构，则该粒子一定是氩原子
B.最外层电子达稳定结构的粒子只能是稀有气体的原子
C.F-、Na+、Mg2+、Al3+是与Ne原子具有相同电子层结构的离子
D.NH与H3O+具有相同的质子数和电子数
解析：具有2、8、8结构的粒子还可能为S2-、Cl-、K+、Ca2+等，A不对；最外层电子达稳定结构的粒子还可能由活泼金属的原子失去电子或活泼非金属的原子得电子而形成，B也不对；具有相同电子层结构的离子指核外电子层数和每层电子数都相同，故C正确；D中NH和H3O+都具有11个质子和10个电子，故D正确。
答案：CD
6.氢原子的电子云图中小黑点表示的意义是（　　）
A.1个小黑点表示一个电子
B.黑点的多少表示电子个数的多少
C.表示电子运动的轨迹
D.表示电子在核外空间出现机会的多少
解析：在电子云图中，小黑点并不代表电子，小黑点代表电子在核外空间区域内出现的机会，小黑点的疏密与电子在该区域内出现的机会大小成正比。
答案：D
7.“飞秒（10-15s）化学”使运用激光光谱技术观测化学反应时分子中原子的运动成为可能，你认为利用该技术不能观察的是（　　）
A.原子中原子核的内部结构
B.化学反应中原子的运动
C.化学反应中生成物分子的形成
D.化学反应中反应物分子的分解
解析：运用激光光谱技术观测的是化学反应时分子中原子的运动，分子的形成和分解都是由原子的运动完成的，化学反应的最小粒子是原子，原子参与反应，原子核不参与反应。
答案：A
8.以mD、mp、mn分别表示氘核、质子、中子的质量，则（　　）
A.mD=mp+mn
B.m D=mp+2mn
C.mD>mp+mn
D.mD<mp+mn
解析：氘核由一个质子和一个中子构成。
答案：A
9.原子结构模型是科学家根据自己的认识，对原子结构的形象描述，一种原子模型代表了人类对原子结构认识的一个阶段。描述电子在原子核外空间的一定轨道上绕核做高速圆周运动的原子模型是（　　）
A.玻尔原子模型
B.电子云模型
C.汤姆生原子模型
D.卢瑟福原子模型
解析：玻尔在1913年创立的原子模型认为，电子在原子核外空间的一定轨道上绕核做高速圆周运动。
答案：A
10.反物质就是由反粒子组成的物质，所有的粒子都有反粒子，这些反粒子的特点是质量、寿命、自旋与其相对应的粒子相同，但电荷、重子数、轻子数等量子数与之相反，如果制取了反氧原子，则下列说法正确的是（　　）
A.核内有8个带正电的质子，核外有8个带负电的电子
B.核内有8个带负电的电子，核外有8个带正电的质子
C.核内有8个带负电的中子，核外有8个带正电的质子
D.核内有8个带负电的质子，核外有8个带正电的电子
解析：氧原子由8个质子和8个中子构成，其中质子带正电，由反物质性质可判断质子带负电，则只有D正确。
答案：D
11.道尔顿的原子学说曾经起了很大的作用。他的学说中，包含有下述三个论点：①原子是不能再分的粒子；②同种元素的原子的性质和质量都相同；③原子是微小的实心球体。从现代的观点看，你认为这三个论点中，不确切的是（　　）
A.只有③
B.只有①③
C.只有②③
D.①②③
解析：在人们研究电子结构的不同时期分别有不同的原子理论，这对后人了解原子的真实结构起了很好的推动作用。根据现在的研究结果，显然道尔顿当时的原子理论都是不确切的。
答案：D
12.下列轨道表示式所表示的元素原子中，其能量处于最低状态的是（　　）
A.
B.
C.
D.
解析：A、C项违背了能量最低原理，B项违背了洪特规则。
答案：D
综合运用
13.下列各组原子中，彼此化学性质一定相似的是（　　）
A.原子核外电子排布式为1s2的X原子与原子核外电子排布式为1s22s2的Y原子
B.原子核外M层上仅有两个电子的X原子与原子核外N层上仅有两个电子的Y原子
C.2p轨道上有一个未成对电子的X原子与3p轨道上只有一个未成对电子的Y原子
D.最外层都只有一个电子的X、Y原子
解析：本题考查的是核外电子排布的知识。A中1s2结构的原子为He，1s22s2结构为Be，两者性质不相似。B项X原子为Mg，Y原子N层上有2个电子的有多种元素，如第4周期中Ca、Fe等都符合，化学性质不一定相同。C项为同主族的元素，X、Y分别为F和Cl，化学性质一定相似。D项最外层只有1个电子的第ⅠA族元素可以，过渡元素中也有很多最外层只有1个电子的，故性质不一定相似。
答案：C
14.我国的“神舟”六号载人飞船已发射成功，“嫦娥”探月工程也已正式启动。据科学家预测，月球上土壤中吸附着数百万吨的32He，每百吨32He核聚变所释放出的能量相当于目前人类一年消耗的能量。在地球上，氦元素主要以42He的形式存在。下列说法正确的是（　　）
A.42He原子核内有4个质子
B.32He和42He互为同位素
C.32He原子核内有3个电子
D.42He的价电子数为2，所以42He具有较强的金属性
解析：根据的意义可知，Z表示质子数，A表示质量数，故A、C不正确。He的最外层电子数虽然为2，但其电子层结构已饱和，所以化学性质不活泼，故D也不正确。综上所述，只有B项符合题意。
答案：B
15.已知溴在自然界中有两种同位素，这两种同位素原子大约各占一半，已知溴的核电荷数为35，溴元素的相对原子质量为80，则溴的这两种同位素的中子数分别为（　　）
A.79，81
B.44，46
C.45，46
D.44，45
解析：由题意，溴元素两种同位素的平均中子数为80-35=45。符合题意的选项只有B。
答案：B
16.核内中子数为N的R2+离子，质量数为A，则它的n g氧化物中所含质子的物质的量是多少？
解析：由题意知，氧化物RO中所含质子数为（A-N）+8，氧化物的相对分子质量为A+16，则n g RO中所含质子的物质的量为(A-N+8) mol。
答案：(A-N+8) mol
17.在A、B、C、D四种元素中，A为地壳中含量最多的元素；B的单质在所有气体中密度最小；C元素的原子失去两个电子后，其电子层结构和氩原子相同；D元素的原子核外有三个能层，各能层电子数之比为1∶4∶1。
（1）写出上述四种元素的名称：A__________，B__________，C__________，D__________。
（2）写出C2+的电子排布式__________。
（3）指出A、B、C三种元素所形成化合物中包含化学键类型____________________。
（4）分别用电子式表示：A与B形成化合物B2A、A与C形成化合物CA的过程。
解析：首先根据各元素存在的有关特征，推出A为氧，B为氢，C为钙，D为镁。然后再完成各小题。在解答（3）时，要先写出A、B、C三种元素所形成化合物的化学式〔Ca(OH)2〕，再判断化学键类型。解答（4）时，弄清题目要求，用电子式表示H2O和CaO的形成过程，而不是仅写出H2O和CaO的电子式。
答案：（1）氧　氢　钙　镁
（2）1s22s22p63s23p6
(3)离子键、共价键
（4）
18.短周期元素A、B、C、D中，0.5 mol A元素的离子得到6.02×1023个电子被还原为中性原子，0.4 g A的氧化物恰好与100 mL 0.2 mol·L-1的盐酸完全反应。A元素原子核内质子数与中子数相等，B元素原子核外M能层电子数比K能层多1，C-的核外电子排布为［Ne］3s23p6，D元素原子核外L能层比K能层多2个电子，请完成：
（1）写出A、B、C、D四种元素的名称。
（2）画出C-和D原子的结构示意图。
（3）向B、C两元素形成的化合物的水溶液中逐滴滴入苛性钠溶液，有什么现象发生？写出有关反应的离子方程式。
解析：根据0.5 mol A离子得到6.02×1023个（即1 mol）电子被还原为中性原子，可确定A离子为二价离子，故其氧化物可表示为AO。结合AO+2HCl====ACl2+H2O，可求得，所以A原子的相对原子质量为24，即A原子的质量数为24。再根据A=Z+N，Z=N，求得Z=12，故可确定A为镁。然后分别根据题中B、C、D粒子的结构特征，可推得B为铝，C为氯，D为碳。最后完成（2）和（3）两小题。可见，本题的关键是确定A元素。确定A时，需用到阿伏加德罗常数、摩尔质量及化学方程式的计算，最后结合A原子结构特点来确定A元素。本题的综合性较强。
答案：（1）A.镁　B.铝　C.氯　D.碳
（2）
(3)先有白色沉淀产生，到沉淀达到最大量后，沉淀又逐渐溶解，最后形成无色溶液。有关反应的离子方程式如下：Al3++3OH-====Al(OH)3↓　Al(OH)3+OH-====AlO-2+2H2O。
19.画出V，Si，Fe电子轨道图，并指出这些原子各有几个未成对电子？
解析：本题考查的是正确书写核外电子的排布。要求明白电子在各轨道上排布的顺序。至于未成对电子数及其所在的轨道，通过观察核外电子排布便一目了然了。
答案：

20.A、B、C、D、E五种元素为1～18号元素。已知：它们的原子序数依次增大，A、B两种元素的核电荷数之差等于它们的原子最外层电子数之和；B原子最外层电子数比其次外层电子数多2；C元素原子的电子层数及最外层电子数都比E元素的少1；D和E的原子序数之和为30。它们两两形成的化合物有甲、乙、丙、丁四种。这四种化合物中原子个数比如下表：

甲
乙
丙
丁
化合物中各元素原子个数比
A和C 1∶1
B和A 1∶2
D和E 1∶3
B和E 1∶4
（1）写出元素符号：A__________，B__________，C__________，D__________，E__________。
（2）向甲的水溶液中加入MnO2，氧化产物是____________________。
（3）已知有机物乙的分子为平面结构，键角都为120°，实验室制取乙的化学方程式为____________________。
（4）丙的水溶液呈酸性，与饱和NaHCO3溶液反应会产生大量的气体和难溶物，有关离子方程式是____________________。
（5）写出E原子的电子排布式____________________。
解析：A、B、C、D、E都为1～18号元素，B原子最外层电子数比其次外层电子数多2，则B的电子层结构为，B为6号元素C；A、B两元素的核电荷数之差等于它们的原子最外层电子数之和，且A、B形成的化合物乙为有机物，则A为H；D和E的原子序数之和为30，它们形成化合物丙的化学式为DE3，只有AlCl3符合题意，则D为Al，E为Cl；C元素原子的电子层数及最外层电子数都比E的少1，则C为O。确定五种元素后其他几问可顺利解答。
答案：（1）H　C　O　Al　Cl
(2)O2
(3)C2H5OHC2H4↑+H2O
(4)Al3++3HCO-3====Al(OH)3↓+3CO2↑
(5)1s22s22p63s23p5