1.1.1 能层与能级、基态与激发态、原子光谱——高二化学人教版（2019）选修二课时优化训练
1.下列说法正确的是( )
A.自然界中的所有原子都处于基态
B.同一原子处于激发态时的能量一定高于基态时的能量
C.无论原子种类是否相同,基态原子的能量总是低于激发态原子的能量
D.激发态原子的能量较高,极易失去电子,表现出较强的还原性
2.在多电子原子里,把电子运动的能量不同的区域简化为不连续的壳层称作电子层。电子层模型被称为洋葱式结构,如图所示。根据电子层模型,判断下列说法不正确的是( )
原子的电子层模型
A.多电子原子的核外电子是分层运动的
B.所有电子在同一区域里运动
C.排在K、L、M层上的电子的能量依次增大
D.多电子原子里电子的能量不同
3.下列能级符号表示正确且最多容纳的电子数按照从少到多的顺序排列的是( )
A.1s、2p、3d B.1s、2s、3s
C.2s、2p、2d D.3p、3d、3f
4.对于第能层，若它是原子的最外层，则其容纳的电子数最多与-1层相同，若它是次外层，则其最多容纳的电子比+1层上最多容纳的电子多10个，则第层为( )
A.K层 B.L层 C.M层 D.N层
5.由玻尔的理论发展而来的现代量子物理原创学认为原子核外电子的可能状态是不连续的，因此各状态对应能量也是不连续的，这些能量值就是能级。能级是用来表达在一定能层（K、L、M、N、O、P、Q）上而又具有一定形状电子云的电子。下列说法中不正确的是( )
A.硫原子的L能层上有两个能级，分别为2s、2p
B.钠原子3s能级的电子跃迁至低能级时，最多出现5条谱线
C.灼烧含钾元素的物质时出现特征紫色是由电子的跃迁引起的
D.基态砷原子的最高能级为4p
6.激发态原子和基态原子可以通过电子跃迁的方式相互转换，跃迁过程中可得到光谱，下列说法正确的是( )
A.元素K的焰色试验呈紫红色，其中紫色对应的辐射波长约为700nm
B.图中实验装置测得的是氢元素的吸收光谱
C.电子仅从激发态跃迁到基态时才会产生原子光谱
D.原子光谱可以用于鉴定元素
7.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.激光与电子跃迁释放能量有关
C.通过原子光谱可以发现新的元素
D.电子由低能级跃迁到高能级时，可通过光谱仪直接获得原子的发射光谱
8.短周期主族元素X、Y、Z、W的原子序数依次增大，X和W同主族且W的单质是重要的半导体材料，Y原子的最外层电子数是其内层电子数的3倍，与核外电子排布相同。下列说法正确的是( )
A.X的氢化物中仅含有极性键
B.X与Y形成的三原子分子的电子式是
C.原子半径Z>Y，离子半径
D.X、Y的非金属性强弱可根据其最高价氧化物的水化物的酸性强弱来推断
9.M原子的结构示意图为，则、及该原子3d能级上的电子数不可能的组合是( )
A.18、8、0 B.20、8、0 C.25、13、5 D.30、18、10
10.W、X、Y、Z均为短周期主族元素，原子序数依次增大，且原子核外L电子层的电子数分别为0、5、8、8，它们的最外层电子数之和为18。下列说法正确的是( )
A.X和Y元素原子核外均有3个能级
B.W元素原子核外只有1个电子
C.Z元素原子的M层上有3个能级，有6个电子
D.X、Y、Z元素形成的简单离子具有相同的电子层结构
11.有两种气态单质和，已知和所含的原子个数相等，而分子数之比为2：3。A和B的原子核内质子数都等于中子数，A原子L层电子数是K层的3倍。
（1）A、B的元素符号分别为__________________。
（2）中的值为__________________。
（3）B原子的能层数目为__________________。
（4）A、B形成的一种化合物与水反应能生成另一种由A、B形成的气态化合物。写出该反应的化学方程式：__________________。
12.有两种短周期元素X、Y，X元素原子的最外层电子数为，次外层电子数为；Y元素原子的M层（有电子）电子数为，L层电子数为。
（1）X元素的原子含有_____________个能层。
（2）推断元素名称和符号：X_____________、_____________，Y_____________、_____________。
（3）X、Y两元素形成的化合物可能具有的性质是_____________（填序号）。
A.能与水反应 B.能与硫酸反应 C.能与氢氧化钠溶液反应
13.下表给出了五种元素的相关信息，其中X、Y、Z、W为短周期元素。
元素 相关信息
X 在常温、常压下，其单质是气体，随着人类对环境的认识和要求的提高，它将成为备受青睐的清洁燃料
Y 工业上通过分离液态空气获得它的一种单质，含它的另一种单质的浓度相对较高的平流层是保护地球地表环境的重要屏障
Z 植物生长所需的主要元素之一，它能形成多种氧化物，其中一种是早期医疗中使用的麻醉剂
W 室温下其单质为粉末状固体，加热易熔化。该单质在氧气中燃烧，发出明亮的蓝紫色火焰
M 它是人体不可缺少的微量元素，含该元素的合金是工业生产中不可缺少的金属材料，常用于建造桥梁、楼房等
根据上述信息填空：
（1）Y元素的原子含有_______________个能层，其中第二能层中的能级包括_______________；画出W元素原子的结构示意图：_______________；M元素是_______________（填元素符号）。
（2）Z与X形成的某种化合物能和Z与Y形成的另一种无色化合物（这两种化合物分子中Z与另一元素原子的个数比均为1：2）一起用作火箭推进剂，写出二者发生反应生成无毒物质的化学方程式：_______________。
14.下表为部分短周期元素的原子结构。
元素编号 原子结构
T L能层比K能层多5个电子
X L能层p电子数比s电子数多2个
Y M能层p电子数为s电子数的一半
Z L能层有3个未成对电子
（1）元素X的离子结构示意图为________，元素2的简单气态氢化物的电子式为________。
（2）写出Y元素最高价氧化物对应的水化物与氢氧化钠溶液反应的离子方程式：________。
（3）元素T与氯元素相比，非金属性较强的是________（用元素符号表示），下列表述中能证明这一事实的是________（填字母）。
A.常温下氯气的颜色比T单质的颜色深
B.T的氢化物比氯的氢化物稳定
C.C与T形成的化合物中氯元素呈正价态
D.最高价氧化物对应水化物的酸性：T>氯
（4）T、X、Y、Z四种元素的单质中有一种单质的化学性质明显不同于其他三种单质，该单质是________，理由：________。
答案以及解析
1.答案：B
解析：自然界中的原子有的处于基态,有的处于激发态,A项错误;同一种原子处于激发态时的能量一定高于基态时的能量,若原子种类不同,则不一定如此,B项正确、C项错误;激发态原子的能量较高,容易跃迁到能量较低的激发态或基态,能量降低,激发态原子若要失去电子,仍必须再吸收能量,失去电子难易程度需根据原子的具体情况而定,有的激发态原子易失去电子,有的激发态原子难失去电子,D项错误。
2.答案：B
解析：多电子的原子其核外电子在原子核外能量不同的区域内运动,A正确,B错误;排在K、L、M层上的电子的能量依次增大,故C正确;多电子原子中核外电子的能量是不同的,能量低的通常在离核较近的区域运动,故D正确。
3.答案：A
解析：1s、2p、3d,K层有1个能级,为1s,最多容纳2个电子;L层有2个能级,分别为2s、2p,2p最多容纳6个电子;从M层开始有d能级,即3d最多容纳10个电子,故A正确;1s、2s、3s,s能级只容纳2个电子,故B错误;2s、2p、2d,L层有2个能级,分别为2s、2p,没有2d,故C错误;3p、3d、3f,N层开始有f能级,即4f,第三能层没有3f,故D错误。
4.答案：C
解析：若M层是原子的最外层，容纳的电子数最多为8个，与L层电子数相同，若M层是次外层，其容纳的电子数最多为18个，比最外层最多容纳的电子数多10个，故选C。
5.答案：B
解析：硫原子核外有3个电子层，其中L层为第二层，该能层上有两个能级，分别为2s、2p，故A正确；钠原子3s能级的电子跃迁至低能级，可以是3s到2p、3s到2s、3s到1s、2p到2s、2p到1s以及2s到1s，因此最多会出现6条谱线，故B错误；灼烧含钾元素的物质时，钾元素原子的核外电子由低能状态跃迁到高能状态，再由高能状态跃迁到低能状态时释放的能量与紫光的能量相同，从而呈现出紫色，故C正确；基态砷原子核外有4个电子层，其中能量最高的能级为4p能级，故D正确。
6.答案：D
解析：元素K的焰色试验呈紫红色，紫色光对应的波长介于430~400nm，A错误；该实验装置测得的是氢元素的发射光谱，B错误；原子光谱有吸收光谱和发射光谱两种，电子由激发态跃迁到基态时产生的原子光谱属于发射光谱，C错误；原子光谱可以用于鉴定元素，D正确。
7.答案：D
解析：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），电子由基态向激发态跃迁形成吸收光谱，电子由较高能量的激发态向较低能量的激发态乃至基态跃迁形成发射光谱，故A正确；在日常生活中我们看到的许多可见光，如霓虹灯光、激光、焰火等都与原子核外电子发生跃迁释放能量有关，故B正确；原子光谱用于测定原子种类，历史上很多种元素都是通过原子光谱发现的，故C正确；电子由低能级跃迁到高能级时，形成吸收光谱，故D错误。
8.答案：C
解析：短周期主族元素X、Y、Z、W的原子序数依次增大，X和W同主族且W的单质是重要的半导体材料，故W是Si，X是C；Y原子的最外层电子数是其内层电子数的3倍，故Y是O；与核外电子排布相同，故Z是Mg。C的氢化物中可能只含有极性键，例如甲烷，也可能含有极性键和非极性键，例如乙烯，A错误；X与Y形成的三原子分子是，电子式是，B错误；原子半径Mg>O，核外电子排布相同时离子半径随原子序数的增大而减小，离子半径，C正确；氧元素没有最高价氧化物，D错误。
9.答案：A
解析：若、及该原子3d能级上的电子数的组合是18、8、0，核内质子数与核外电子数不相等，A项不可能；若、及该原子3d能级上的电子数的组合是20、8、0，符合钙原子的结构，B项可能；若、及该原子3d能级上的电子数的组合是25、13、5，符合锰原子的结构，C项可能；若、及该原子3d能级上的电子数的组合是30、18、10，符合锌原子的结构，D项可能。
10.答案：B
解析：由题给信息可知，W、X、Y、Z元素分别为H、N、P、Cl元素。A项，X（N）元素原子核外有1s、2s、2p共3个能级，Y（P）元素原子核外有1s、2s、2p、3s、3p、3d共6个能级，错误。B项，W（H）元素原子核外只有1个电子，正确。C项，Z（Cl）元素原子的M层有3s、3p、3d共3个能级，其中3s能级有2个电子，3p能级有5个电子，错误。D项，X（N）、Y（P）、Z（Cl）元素形成的简单离子分别为和，其中和具有相同的电子层结构，错误。
11.答案：（1）O、N
（2）3
（3）2
（4）
解析：由A原子L层电子数是K层的3倍，可知A为O。根据题意，设A、B原子的摩尔质量分别为、，则，解得，。由此可知B为N，则为，为。
12.答案：（1）2
（2）氧 O 硅 Si
（3）C
解析：X元素原子的最外层电子数为，次外层电子数为；Y元素原子的M层电子数为，L层电子数为，则L层电子数为8，所以，由此推出X元素原子有2个电子层，故，所以，则X为O元素；Y元素原子的M层电子数为，故Y为Si元素，X、Y两元素形成的化合物为。
13.答案：（1）2 2s和2p Fe
（2）
解析：（1）氢气是一种清洁燃料，所以X为氢元素；臭氧对紫外线有吸收作用，其浓度相对较高的平流层是保护地球地表环境的重要屏障，所以Y为氧元素，其原子含有K层与L层两个能层，L层为第二能层，有2s和2p两个能级；氮是植物生长所需的主要元素之一，俗称“笑气”，是早期医疗中使用的麻醉剂，所以Z为氮元素；单质硫在氧气中燃烧发出明亮的蓝紫色火焰，所以W为硫元素；钢铁常用于建造桥梁、楼房等，铁是人体不可缺少的微量元素，所以M为铁元素。
（2）氮和氢形成的原子个数比为1：2的化合物为，氮和氧形成的原子个数比为1：2的化合物有和，其中是无色气体，是红棕色气体，和反应生成无毒的和。
14.答案：（1）；
（2）
（3）F；BC
（4）Al；Al具有金属性
解析：T的L能层比K能层多5个电子，可知T是F；X的L能层p电子数比s电子数多2个。可知其L能层有6个电子，是O；Y的M能层p电子数为s电子数的一半，Y是Al，其最高价氧化物对应的水化物是；Z的L能层有3个未成对电子，可知其L能层有5个电子，是N。
