人教版選修3 第一章 第一節(jié) 原子結(jié)構(gòu) 第1課時 學(xué)案.doc

第一節(jié)原子結(jié)構(gòu)第1課時原子的誕生、能層、能級和構(gòu)造原理課程目標(biāo)核心素養(yǎng)建構(gòu)1.了解原子結(jié)構(gòu)的構(gòu)造原理。2.知道原子核外電子的能級分布，能用電子排布式表示常見元素(136號)原子核外電子的排布。知 識 梳 理一、原子的誕生、能層與能級1.原子的誕生2.宇宙中元素的組成及含量3.能層根據(jù)多電子原子核外電子的能量差異，將核外電子分成不同的能層，能層用k、l、m、n、o、p、q表示。4.能級(1)根據(jù)多電子原子中同一能層電子能量的不同，將它們分成不同能級。(2)能級用相應(yīng)能層的序數(shù)和字母s、p、d、f組合在一起來表示，在每一個能層中，能級符號的順序是ns、np、nd、nf(n表示能層)。(3)能層序數(shù)等于該能層所包含的能級數(shù)，如第三能層有能級3個(3s、3p、3d)。(4)s、p、d、f能級可容納的最多電子數(shù)為1、3、5、7的2倍。5.能層、能級的符號和所能容納的最多電子數(shù)二、構(gòu)造原理與電子排布式1.構(gòu)造原理隨著原子核電荷數(shù)的遞增，絕大多數(shù)元素的原子核外電子的排布將遵循下圖的排布順序。人們把它稱為構(gòu)造原理。即電子填充能級的順序：1s、2s、2p、3s、3p、4s、3d、4p、5s、4d、5p、6s、4f、5d、6p、7s2.電子排布式將能級上排布的電子數(shù)標(biāo)在該能級符號右上角，并按照能層從左到右的順序排列的式子，稱電子排布式，如mg原子的電子排布式中數(shù)字和符號的意義為鋁原子的電子排布式為1s22s22p63s23p1，也可以寫成ne3s23p1。自 我 檢 測1.判斷正誤，正確的打“”；錯誤的打“”。(1)第三能層有s、p共2個能級()(2)3d能級最多容納5個電子()(3)第三能層最多容納8個電子()(4)任一能層的s能級最多容納的電子數(shù)均為2()(5)s能級的能量一定比p能級的低()(6)3p2表示3p能級只能填充兩個電子()(7)同一原子中，1s、2p、4p電子的能量逐漸降低()(8)同一原子中，2p、3p、4p電子的能量逐漸升高()(9)各能級最多可容納的電子數(shù)按s、p、d、f的順序依次為1、3、5、7的2倍()答案(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)(8)(9)2.下列對不同時期原子結(jié)構(gòu)模型提出的時間排列正確的是()電子分層排布模型“葡萄干布丁”模型量子力學(xué)模型道爾頓原子學(xué)說核式模型a. b.c. d.解析陰極射線的發(fā)現(xiàn)、粒子散射實(shí)驗(yàn)、氫原子光譜的發(fā)現(xiàn)和研究，對揭示原子內(nèi)部結(jié)構(gòu)的奧秘起到了極為重要的作用。道爾頓、湯姆生、盧瑟福、玻爾等人提出的原子結(jié)構(gòu)模型對人類探索物質(zhì)結(jié)構(gòu)做出了巨大的貢獻(xiàn)。原子結(jié)構(gòu)模型的演變過程可以表述為道爾頓原子學(xué)說湯姆生“葡萄干布丁”模型盧瑟福核式模型玻爾電子分層排布模型量子力學(xué)模型。答案c3.比較下列原子的能級的能量高低：(1)3d，4s；(2)3s，3p，3d；(3)2s，3s，4s。解析解答此題的關(guān)鍵在于熟記構(gòu)造原理。各能級的能量按1s、2s、2p、3s、3p、4s、3d、4p、5s的順序逐漸升高。答案(1)4s3d(2)3s3p3d(3)2s3s4s提升一能層、能級和構(gòu)造原理的理解【例1】下列有關(guān)認(rèn)識正確的是()a.各能層的能級數(shù)按k、l、m、n分別為1、2、3、4b.各能層的能級都是從s能級開始至f能級結(jié)束c.各能層含有的能級數(shù)為n1d.各能層含有的電子數(shù)為2n2解析各能層中的能級數(shù)等于其所處的能層數(shù)，即當(dāng)n1時，它只有一個s能級，當(dāng)n2時，含有兩個能級分別為s、p能級，所以b、c都不正確；d選項(xiàng)中每個能層最多能填充2n2個電子，但不是一定含有2n2個電子。答案a【名師點(diǎn)撥】1.各能級的能量并不是按能層序數(shù)增大的順序遞增的，從第三能層開始出現(xiàn)了能層高的能級的能量比能層低的能級的能量低的現(xiàn)象，稱為能級交錯現(xiàn)象。能級交錯可以表示為能量ns(n2)f(n1)dnp，如4s3d，5s4d，6s4f5d等。要特別記憶4s3d這一能級交錯現(xiàn)象。2.原子核外電子按能量由低到高的順序依次排布。因此，根據(jù)構(gòu)造原理可以比較各能級的能量高低?！旧疃人伎肌?.怎么比較電子能量的高低？提示(1)英文字母相同的不同能級中，能層序數(shù)越大，電子能量越高。如e2pe3pe4p(2)同一能層中，能級越高，電子能量越高。如e4se4pe4de4f。(3)從第三能層開始出現(xiàn)能級交錯現(xiàn)象，能級交錯排列的順序即能量由低到高的順序，ense(n2)fe(n1)denp。如e4se3d、e5se4d、e6se4fe5d(4)能層和能級都相同時，電子的能量相同。如e2pxe2pye2pz。2.原子核外電子按能量的差異如何分成能級組？提示如下圖所示：每一行表示1個能級組，自下而上表示n個能級組，其能量依次升高；在同一能級組內(nèi)，從左到右能量依次升高。【變式訓(xùn)練】1.比較下列原子軌道的能量高低。(1)2s_3s；(2)2s_3d；(3)3px_3pz；(4)3p_3s；(5)4f_5f；解析根據(jù)構(gòu)造原理，各能級能量由低到高的順序?yàn)椋?s、2s、2p、3s、3p、4s、3d、4p、5s、4d、5p、6s、4f、5d、6p、7s、5f、6d、7p同一能層中同一能級的不同原子軌道的能量相同。答案(1)(2)(3)(4)(5)2.宇宙中最豐富的元素是()a.o b.h c.he d.al解析宇宙中最豐富的元素是h。答案b3.下列各能層不包含d能級的是()a.o能層 b.p能層 c.m能層 d.k能層解析多電子原子中，同一能層的電子可分占不同的能級，k能層只有s能級，l能層有s、p能級，從m能層開始有d能級。答案d提升二電子排布式的書寫【例2】按要求填空：(1)基態(tài)b原子的電子排布式為_。(2)基態(tài)n原子的價電子排布式為_。(3)se原子序數(shù)為_，其核外m層電子的排布式為_。(4)li3n晶體中氮以n3存在，基態(tài)n3的電子排布式為_。(5)寫出基態(tài)鎵(ga)原子的電子排布式：_。解析b的核外有5個電子，電子排布式為1s22s22p1或he2s22p1。n原子最外層有5個電子，最高能層為2，價電子排布式為2s22p3。se與o同主族。原子序數(shù)為34，n能層有6個電子，故其m層排滿，m層電子排布式為3s23p63d10。n原子電子排布式為2s22p3，n原子得到3個電子所得n3的電子排布式為2s22p6。ga為第四周期第a族元素。故其原子最外層電子排布式為4s24p1，ga原子電子排布式為ar3d104s24p1或1s22s22p63s23p63d104s24p1。答案(1)1s22s22p1或he2s22p1(2)2s22p3(3)343s23p63d10(4)1s22s22p6(5)1s22s22p63s23p63d104s24p1或ar3d104s24p1【名師點(diǎn)撥】1.簡單原子的電子排布式的書寫按照構(gòu)造原理將電子依次填充到能量逐漸升高的能級中。如：6c：1s22s22p210ne：1s22s22p617cl：1s22s22p63s23p519k：1s22s22p63s23p64s12.復(fù)雜原子的電子排布式的書寫對于較復(fù)雜的電子排布式，應(yīng)先按能量最低原理從低到高排列，然后將同一層的電子移到一起。如：26fe：先按能量從低到高排列為1s22s22p63s23p64s23d6，然后將同一層的排列一起，即該原子的電子排布式為1s22s22p63s23p63d64s2。3.利用構(gòu)造原理書寫簡化電子排布式如k：1s22s22p63s23p64s1，其簡化電子排布式可表示為ar4s1，其中ar代表ar原子的核外電子排布式，即1s22s22p63s23p6，4s1是k原子的最外層電子排布。再如fe原子的簡化電子排布式為ar3d64s2。4.簡單離子電子排布式的書寫先寫原子的電子排布式，然后再得失電子。例如：o2的電子排布式，先寫o原子的電子排布式為1s22s22p4，再得2個電子知o2的電子排布式為1s22s22p6。fe3的電子排布式，先寫fe原子的電子排布式為ar3d64s2，再失去3個電子(由外層向里層失去電子)得到fe3電子排布式為ar3d5，而不能先失去3d上的3個電子，再按軌道能量順序?qū)懗蒩r3d34s2。5.特殊原子的電子排布式書寫規(guī)則當(dāng)能級處于全空、全充滿或半充滿狀態(tài)時，能量相對較低，原子結(jié)構(gòu)較穩(wěn)定。(1)24cr的電子排布式的書寫(2)29cu的電子排布式的書寫【深度思考】1.書寫電子排布式應(yīng)注意的問題是什么？提示電子排布按構(gòu)造原理填充，而書寫電子排布式時，按能層由小到大的順序書寫，同一能層按能級順序連在一起。如fe：1s22s22p63s23p63d64s2，而不能寫成1s22s22p63s23p64s23d6。2.基態(tài)原子失電子的規(guī)律？提示基態(tài)原子失電子時，由外層向里層，按能級順序失去電子?！咀兪接?xùn)練】4.下列能級符號表示正確且最多容納的電子數(shù)按照從少到多的順序排列的是()a.1s、2p、3d b.1s、2s、3sc.2s、2p、2d d.3p、3d、3f解析從m能層開始有d能級，不存在2d能級，故c項(xiàng)錯誤；從n能層開始有f能級，不存在3f能級，故d項(xiàng)錯誤；不同能層的相同能級最多容納的電子數(shù)相同，故b項(xiàng)錯誤。答案a5.已知na的核外電子排布式為1s22s22p63s1，通?？砂褍?nèi)層已達(dá)稀有氣體原子的電子層結(jié)構(gòu)的部分寫成“原子實(shí)”，如na的核外電子排布式可寫成ne3s1。用“原子實(shí)”表示的30號元素鋅的原子核外電子排布式正確的是()a.ne3d104s2 b.ar3d104s24p2c.ar3d84s24p2 d.ar3d104s2解析根據(jù)構(gòu)造原理可知，鋅元素原子的核外電子排布式為1s22s22p63s23p63d104s2，除3d104s2外，鋅原子內(nèi)層電子的排布與稀有氣體原子ar的電子排布相同，因此鋅的核外電子排布式可寫為ar3d104s2。答案d6.按要求填空：(1)根據(jù)構(gòu)造原理寫出下列基態(tài)原子或離子的核外電子排布式。a元素原子核外m層電子數(shù)是l層電子數(shù)的一半：_。b元素原子的最外層電子數(shù)是次外層電子數(shù)的1.5倍：_。基態(tài)ni2、fe3、s2的電子排布式分別為_、_、_。(2)某元素的最外層電子排布式是4s24p5，則其元素符號為_。(3)基態(tài)ti2中，電子占據(jù)的最高的能層符號為_，該能層有_個能級。(4)寫出基態(tài)砷原子的電子排布式_，砷位于元素周期表中_周期第_族。解析(1)l層有8個電子，則m層有4個電子，故a為硅。當(dāng)次外層為k層時，最外層電子數(shù)則為3，為硼；當(dāng)次外層為l層時，最外層電子數(shù)為1.5812，違背了排布規(guī)律，故不可能。ni的原子序數(shù)為28，根據(jù)構(gòu)造原理，基態(tài)ni原子的電子排布式為1s22s22p63s23p63d84s2，故ni2的電子排布式為1s22s22p63s23p63d8；基態(tài)fe原子的電子排布式為1s22s22p63s23p63d64s2，故fe3的電子排布式為1s22s22p63s23p63d5；硫原子序數(shù)為16，基態(tài)硫原子的電子排布式為1s22s22p63s23p4，故s2的電子排布式為1s22s22p63s23p6。(2)根據(jù)價電子排布式可知該元素有4個電子層，最外層有7個電子，位于元素周期表的第四周期第a族，為br元素。(3)ti的原子序數(shù)為22，基態(tài)ti原子的電子排布式為ar3d24s2，故基態(tài)ti2的電子排布式為ar3d2，電子占據(jù)的最高能層符號為m，該能層有3s、3p、3d 3個能級。(4)砷的原子序數(shù)為33，基態(tài)as原子的電子排布式為ar3d104s24p3，位于第四周期第a族。答案(1)1s22s22p63s23p2或ne3s23p21s22s22p1或he2s22p11s22s22p63s23p63d8或ar3d81s22s22p63s23p63d5或ar3d51s22s22p63s23p6或ne3s23p6(2)br(3)m3(4)ar3d104s24p3四a7.填空題。(1)co基態(tài)原子核外電子排布式為_。(2)基態(tài)ge原子的核外電子排布式為_。(3)鎳元素基態(tài)原子的電子排布式為_。(4)寫出基態(tài)as原子的核外電子排布式_。(5)p原子的核外電子排布式為_。(6)fe3的電子排布式為_。答案(1)1s22s22p63s23p63d74s2或ar3d74s2(2)1s22s22p63s23p63d104s24p2或ar3d104s24p2(3)1s22s22p63s23p63d84s2或ar3d84s2(4)1s22s22p63s23p63d104s24p3或ar3d104s24p3(5)1s22s22p63s23p3或ne3s23p3(6)1s22s22p63s23p63d5或ar3d5課時作業(yè)基礎(chǔ)題組1.下列圖、圖、圖所示的原子結(jié)構(gòu)模型中依次符合盧瑟福、道爾頓、湯姆生的觀點(diǎn)的是()a. b.c. d.解析盧瑟福提出了原子的核式模型，道爾頓認(rèn)為原子是一個實(shí)心的球體，湯姆生發(fā)現(xiàn)了電子，并提出了原子的“葡萄干布丁”模型。答案b2.下列說法錯誤的是()a.地球上的非金屬元素共有22種b.宇宙大爆炸產(chǎn)生了氫、氦、鋰元素c.思辨性推測就是科學(xué)假設(shè)d.地球上的元素絕大多數(shù)是金屬元素解析科學(xué)假設(shè)須以已有的科學(xué)事實(shí)和理論為依據(jù)，更要用系統(tǒng)的科學(xué)觀察和實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證，而思辨性推測是一種預(yù)言性推測，不是科學(xué)假設(shè)，故c項(xiàng)說法錯誤。答案c3.符號為n的能層最多能容納的電子數(shù)為()a.18 b.32 c.50 d.72解析符號為n的能層是第四能層，每一能層最多能容納的電子數(shù)為2n2(n表示能層序數(shù))，故n能層最多能容納的電子數(shù)為24232。答案b4.在同一個原子中，m能層上電子的能量與q能層上電子的能量相比()a.前者大于后者 b.后者大于前者c.前者等于后者 d.無法確定解析能層低的能級能量低，m能層上電子的能量比q能層上電子的能量低，b項(xiàng)正確。答案b5.下列關(guān)于能層與能級的說法中不正確的是()a.原子核外電子的每一個能層最多可容納的電子數(shù)為2n2(n為能層序數(shù))b.任一能層的能級總是從s能級開始，而且能級數(shù)等于該能層序數(shù)c.同是s能級，在不同的能層中所能容納的最多電子數(shù)是相同的d.1個原子軌道里最多只能容納2個電子，且自旋方向相同解析各能層最多容納的電子數(shù)為2n2(n為能層序數(shù))，故a項(xiàng)正確；任一能層的能級總是從s能級開始，而且能級數(shù)等于該能層序數(shù)，故b項(xiàng)正確；同是s能級，在不同的能層中所能容納的最多電子數(shù)都為2，故c項(xiàng)正確；1個原子軌道里最多只能容納2個電子，但自旋方向相反，故d項(xiàng)錯誤。答案d6.下列關(guān)于原子結(jié)構(gòu)的說法正確的是()a.所有的原子都含有質(zhì)子、中子和電子三種基本構(gòu)成微粒b.所有原子的質(zhì)子、中子和電子的個數(shù)都相等c.原子核對電子的吸引實(shí)質(zhì)是原子核中的質(zhì)子對核外電子的吸引d.原子中的質(zhì)子、中子和電子不可能再進(jìn)一步轉(zhuǎn)化成更小的微粒解析所有的原子都含有質(zhì)子和電子，并且二者的數(shù)目相等，但并不是所有的原子都是由質(zhì)子、中子和電子構(gòu)成的.如h中就只含有一個質(zhì)子和一個電子，沒有中子，多數(shù)原子的中子數(shù)和質(zhì)子數(shù)比較接近但沒有必然的數(shù)量關(guān)系，故a、b項(xiàng)不正確。原子核對核外電子的吸引是一種靜電作用，因?yàn)橹凶硬伙@電性，質(zhì)子和電子帶相反電荷，所以c項(xiàng)正確。原子中的質(zhì)子、中子和電子有可能進(jìn)一步轉(zhuǎn)化成更小的微粒，科學(xué)家已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了更小的微粒夸克，所以d項(xiàng)錯誤。答案c7.下面是某些元素的最外層電子排布，各組指定的元素，不能形成ab2型化合物的是()a.2s22p2和2s22p4 b.3s23p4和2s22p4c.3s2和2s22p5 d.3s1和3s23p2解析a項(xiàng)為c和o，能形成co2；b項(xiàng)為s和o，能形成so2；c項(xiàng)為mg和f，能形成mgf2；d項(xiàng)為na和si，不能形成ab2型化合物，故選d。答案d8.r元素的原子，其最外層的p能級電子數(shù)等于所有的能層s能級電子總數(shù)，則r可能是()a.li b.be c.s d.ar解析若只有1個能層，不存在p能級；若有2個能層，則有兩個s能級，則電子排布為1s22s22p4，為o元素；若有3個能層，則有三個s能級，則電子排布為1s22s22p63s23p6，為ar元素，d正確。答案d9.下列微粒符號正確的是()a.2d1 b.3f7 c.6s3 d.7p2解析l層只有s、p兩個能級，沒有d能級，a錯誤；m層只有s、p、d三個能級，沒有f能級，b錯誤；s能級只有一個軌道，最多只能容納2個電子，c錯誤；q層有p能級，p能級有3個軌道，最多容納6個電子，d正確。答案d10.構(gòu)造原理揭示的電子排布能級順序，實(shí)質(zhì)是各能級能量高低。若以e(nl)表示某能級的能量，以下各式中正確的是()a.e(5s)e(4f)e(4s)e(3d)b.e(3d)e(4s)e(3p)e(3s)c.e(4s)e(3s)e(2s)e(1s)d.e(5s)e(4s)e(4f)e(3d)解析根據(jù)構(gòu)造原理，各能級能量的大小順序?yàn)?s2s2p3s3p4s3d4p5s能量由低到高，a項(xiàng)和d項(xiàng)正確順序：e(4f)e(5s)e(3d)e(4s)；對于不同能層的相同能級，能層序數(shù)越大，能量越高，所以c項(xiàng)錯誤。答案b11.a、b、c、d分別代表四種不同的短周期元素。a元素的原子最外層電子排布式為ns1，b元素的原子價電子排布式為ns2np2，c元素的最外層電子數(shù)是其電子層數(shù)的3倍，d元素原子的m電子層的p能級中有3個電子。(1)c原子的電子排布式為_，若a元素的原子最外層電子排布式為1s1，則a與c形成的陰離子的電子式為_。(2)當(dāng)n2時，b的原子結(jié)構(gòu)示意圖為_。(3)若a元素的原子最外層電子排布式為2s1，元素a在周期表中的位置是_。解析由c元素的最外層電子數(shù)是其電子層數(shù)的3倍，推出c為o元素；d元素原子的m電子層的p能級中有3個電子，推出d是p元素；若n2，則b的價電子排布式為2s22p2，b為碳元素；若n3，則b為si元素。答案(1)1s22s22p4 (2)(3)第二周期第a族能力題組12.有兩種氣態(tài)單質(zhì)am和bn，已知2.4 g am和2.1 g bn所含的原子個數(shù)相等，而分子數(shù)之比為23。a和b的原子核內(nèi)質(zhì)子數(shù)都等于中子數(shù)，a原子l層電子數(shù)是k層的3倍。(1)a、b的元素符號分別為_。(2)am中的m值為_。(3)b的能層數(shù)目為_。(4)a、b形成的一種化合物與水反應(yīng)能生成另一種由a、b形成的氣態(tài)化合物。寫出該反應(yīng)的化學(xué)方程式：_。解析由a原子l層電子數(shù)是k層的3倍，可知a為o。根據(jù)題意，設(shè)a、b的相對原子質(zhì)量分別為x、y，則，解得7x8y，2m3n。由此可知b為n，則am為o3，bn為n2。答案(1)o、n(2)3(3)2(4)3no2h2o=2hno3no13.(1)已知短周期元素a、b，a元素原子的最外層電子數(shù)為a，次外層電子數(shù)為b；b元素原子的m層電子數(shù)為ab，l層電子數(shù)為ab，則a為_(填元素符號，下同)，b為_。(2)已知x元素原子的l層比y元素原子的l層少3個電子，y元素原子的核外電子總數(shù)比x元素多5，則x、y分別為_、_。解析(1)短周期元素的原子最多有三個電子層(k、l、m)，則a元素原子的次外層只可能為k層或l層，b只可能是2或8。又因?yàn)閎元素原子的l層電子數(shù)為ab，而l層最多容納8個電子，所以b只可能等于2。由ab8，得a6。故a元素原子的核外電子排布情況為k層2個電子，l層6個電子，則a為o；b元素原子的核外電子排布情況為k層2個電子，l層8個電子，m層4個電子，則b為si。(2)根據(jù)題意，y元素原子的核外電子總數(shù)比x元素多5，而y元素原子的l層電子只比x元素多3個，故y元素原子的最外層不是l層，而是m層。根據(jù)核外電子排布規(guī)律可知，l層為次外層時只能排8個電子，則x元素原子的l層為5個電子，其原子核外電子數(shù)為257，故x為n；y元素原子核外電子數(shù)為7512，故y為mg。答案(1)osi(2)nmg14.下表給出了五種元素的相關(guān)信息，其中x、y、z、w為短周期元素。元素相關(guān)信息x在常溫、常壓下，其單質(zhì)是氣體，隨著人類對環(huán)境的認(rèn)識和要求的提高，它將成為備受青睞的清潔燃料y工業(yè)上通過分離液態(tài)空氣獲得它的一種單質(zhì)，含它的另一種單質(zhì)的濃度相對較高的平流層是保護(hù)地球地表環(huán)境的重要屏障z植物生長所需的三種主要元素之一，它能形成多種氧化物，其中一種是早期醫(yī)療中使用的麻醉劑w室溫下其單質(zhì)為粉末狀固體，加熱易熔化。該單質(zhì)在氧氣中燃燒，發(fā)出明亮的藍(lán)紫色火焰m它是人體不可缺少的微量元素，含該元素的合金也是工業(yè)生產(chǎn)中不可缺少的金屬材料，常用于建造橋梁、樓房等根據(jù)上述信息填空：(1)y元素的原子含有_個能層，其中第二能層中的能級分別是_；畫出w的原子結(jié)構(gòu)示意圖：_。(2)z與x形成的某種化合物能和z與y形成的另一無色化合物(這兩種化合物分子中z與另一元素原子的個數(shù)比均為12)一起用作火箭推進(jìn)劑，寫出二者發(fā)生反應(yīng)生成無毒物質(zhì)的化學(xué)方程式：_。(3)某礦藏主要含w、m兩種元素組成的化合物，它是我國生產(chǎn)某強(qiáng)酸的主要原料。試寫出生產(chǎn)該強(qiáng)酸過程中第一階段主要反應(yīng)的化學(xué)方程式：_。解析(1)氫氣是一種清潔燃料，所以x為氫元素；臭氧對紫