专题2 第一单元 第2课时 原子核外电子的排布-【高考领航】2023-2024学年高中化学选择性必修2同步核心辅导与测评（苏教版）

第2课时　原子核外电子的排布 学习任务一　核外电子排布原理 德国人弗里德里希·洪特(F.Hund)根据大量光谱实验数据总结出一个规律，即电子分布到能量相等的原子轨道时，优先以自旋相同的方式分别占据不同的轨道，因为这种排布方式原子的总能量最低。所以在能量相等的轨道上，电子尽可能自旋平行地多占不同的轨道。 那么，核外电子排布有哪些规律呢？ 构造原理：电子是按顺序填充的，填满一个能级再填下一个能级。 原子核外电子的运动遵循构造原理的三大内容： 能量最低原理、泡利不相容原理、洪特规则。 1．能量最低原理 (1)能量最低原理 原子核外电子先占据能量低的轨道，然后依次进入能量高的轨道，这样使整个原子处于最低的能量状态。 (2)基态原子的核外电子在原子轨道上的排列顺序：随着原子核电荷数的递增，绝大多数元素的原子核外电子排布遵循下列顺序： ①电子所排的轨道顺序：1s、2s、2p、3s、3p、4s、3d、4p、5s、4d、5p、6s、4f、5d、6p、7s……，这是从实验得到的规律，适用于大多数基态原子的核外电子排布。 ②由上图可知，各轨道的能量高低顺序，可由下列公式得出：ns<(n－2)f<(n－1)d<np(n表示电子层序数)。 2．泡利不相容原理 (1)内容：每个原子轨道上最多只能容纳两个自旋状态不同的电子。 (2)根据泡利不相容原理，可以获得以下几个重要结论： ①每一种运动状态的电子只能有一个。 ②由于每一个原子轨道包括两种运动状态，所以每一个原子轨道最多只能容纳两个自旋方向相反的电子。 ③因为s，p，d，f轨道的原子轨道数分别为1，3，5，7个，所以s，p，d，f各原子轨道分别最多能容纳2，6，10，14个电子。 3．洪特规则 (1)内容：原子核外电子在能量相同的各个轨道上排布时，电子尽可能分占不同的原子轨道，且自旋状态相同，这样整个原子的能量最低。这就是洪特规则。 (2)特例：能量相同的原子轨道在全充满(如p6和d10)、半充满(如p3和d5)和全空(如p0和d0)状态时，体系的能量较低，原子较稳定。这称为洪特规则特例。 [思考1]　为什么原子核外没有运动状态完全相同的电子？ 提示：由量子力学可知，电子除空间运动状态外，还有一种自旋状态(分为顺时针和逆时针两种状态)，一个原子轨道表示一种原子核外电子的空间运动状态，则处于不同原子轨道的电子的空间运动状态不同；又由泡利原理可知，在一个原子轨道里最多只能容纳两个电子，且它们的自旋状态相反，所以原子核外没有运动状态完全相同的电子。 [思考2]　所有元素的基态原子的核外电子排布都遵循构造原理吗？ 提示：构造原理是指原子核外电子按能级顺序填充，填满一个能级再填一个新能级，且能级的能量按照填充顺序依次升高，在多电子原子中，核外电子大多是按照能量由低到高的顺序依次填充在相应的能级中，即按照构造原理进行填充。在一个原子轨道里最多只能容纳两个电子，且自旋状态相反。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，而且自旋方向相同，即符合洪特规则；但当同一能级上的电子排布为全充满(p6、d10、f14)、半充满(p3、d5、f7)、全空(p0、d0、f0)状态时具有较低的能量和较强的稳定性，此时元素的基态原子的核外电子排布就不再遵循构造原理了。例如，铬(24Cr)的价电子排布式为3d54s1，而不是3d44s2；铜(29Cu)的价电子排布式为3d104s1，而不是3d94s2。 构造原理的理解 1．构造原理中的电子排布顺序，其实质是各能级的能量高低顺序。 2．根据构造原理，绝大多数基态原子核外电子的排布都遵循下列顺序：1s、2s、2p、3s、3p、4s、3d、4p、5s、4d、5p、6s、4f、5d…… 3．原子核外电子按能量由低到高的顺序依次排布。因此，根据构造原理可以比较各能级的能量高低；多电子原子中，同一电子层各能级的能量顺序：E(ns)<E(np)<E(nd)<E(nf)…… 4．原子的核外电子不是完全按电子层顺序依次排布的，即不完全是填满n电子层后，再填(n＋1)电子层，而是按教材图中顺序，从第三电子层开始，电子按3p→4s→3d顺序而不是3p→3d→4s填充，即出现能级交错现象。 核外电子排布原则的两个易错点 (1)由于能级交错，3d轨道的能量比4s轨道的能量高，排电子时先排4s轨道再排3d轨道，而失电子时，却先失4s轨道上的电子。 (2)核外电子在原子轨道上排布要遵循三个原则，对三条原则不能孤立地理解，要综合应用。其中，能量最低原理又可叙述为在不违背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。 　氢原子的核外一个电子，通常排布在1s能级，而不是2s能级上，可以表示为1s1。对此，下列理解中不合理的是(　　) A．1s能