第1章 第2节 第1课时 基态原子的核外电子排布（Word教参）-【优化指导】2024-2025学年新教材高中化学选择性必修2（鲁科版2019）

第2节　原子结构与元素周期表 第1课时　基态原子的核外电子排布 课程内容标准 1.知道原子核外电子的能级高低顺序，了解原子核外电子排布的构造原理。 2．认识基态原子中核外电子的排布遵循能量最低原理、泡利不相容原理和洪特规则。 3．知道1～36号元素基态原子核外电子的排布。 1．基态原子核外电子排布原则 (1)能量最低原则 ①能量最低原理 基态原子的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。 ②基态原子的核外电子在原子轨道上的排列顺序： 电子所排的能级顺序：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，这一规律称为构造原理。 (2)泡利不相容原理 一个原子轨道中最多只能容纳两个电子，并且这两个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，应尽可能分占不同的轨道并且自旋方向相同。这就是洪特规则。如碳原子的轨道表示式不是，而是。 2．基态原子核外电子排布的表示方法 (1)电子排布式 可简单写为nlx，其中n为主量子数，x为电子数，角量子数l用其所对应的符号表示。如Li原子的电子排布式为1s22s1，Al原子的电子排布式为1s22s22p63s23p1。 (2)轨道表示式 用小圆圈(或方框、短线)表示一个给定量子数n、l、m的原子轨道，并用“↑”或“↓”区别自旋状态不同的电子。 如基态O原子的轨道表示式为或。 3．19～36号元素基态原子的核外电子排布 (1)内容：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。 (2)举例：写出下列基态原子的电子排布式。 Cr: 1s22s22p63s23p63d54s1。 Cu：1s22s22p63s23p63d104s1。 1．巧判断(对的打“√”，错的打“×”) (1)3p2表示3p能级有两个轨道。(×) (2)核外电子排布的表示方法中，轨道表示式最能反映电子的排布情况。(√) (3)2p违背了洪特规则。(×) (4)3d6的轨道表示式为。(×) 2．下列基态原子的轨道表示式中正确的是(　　) A　[B违背了洪特规则，2p轨道应为，C、D违背了能量最低原理，C应为 ，D应为。] 3．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 ④Cr：1s22s22p63s23p63d44s2 ⑤Fe：1s22s22p63s23p63d64s2 ⑥Mg2＋：1s22s22p6 解析　根据核外电子排布规律知②中错误在于电子排完2s轨道后应排2p轨道，而不是3p轨道，应为1s22s22p6；③中没有遵循洪特规则——电子在同一能级的不同轨道上排布时，应尽可能分占不同的轨道并且自旋状态相同；④中忽略了3d轨道在半充满状态时，体系的能量较低，原子较稳定，应为1s22s22p63s23p63d54s1；⑦违反泡利原理，应为。 答案　①⑤⑥　②④　③　⑦ 学习任务一　构造原理 查阅元素周期表可知Cr的电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s1，Cu的电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s1。 1．分析Cr、Cu的电子排布式，思考电子排布式的书写顺序与核外电子填充顺序一定相同吗？ 提示　不一定相同，电子排布式的书写按电子层由里到外和s、p、d顺序，而核外电子填充顺序是按构造原理。过渡元素电子排布式的书写与电子填充顺序不一致。 2．所有元素的原子核外电子排布都符合构造原理吗？ 提示　1～36号元素中，只有Cr、Cu两种元素基态原子的电子填充顺序与构造原理不符合。 (1)构造原理是绝大多数基态原子的核外电子排布顺序。 (2)电子按照构造原理排布，会使整个原子的能量处于最低状态，原子相对较稳定。 (3)从构造原理图可以看出，从第三电子层开始，不同电子层的能级出现能级交错现象。能级交错是指电子层序数较大的某些能级的能量反而低于电子层序数较小的能级的能量的现象。如E(3d)>E(4s)、E(4d)>E(5s)、E(4f)>E(6s)等。原因是电子之间存在着斥力，从而减弱了原子核对外层电子的吸引力，致使能级出现交错现象。 1．下列有关构造原理的说法错误的是(　　) A．原子核外电子填充3p、3d、4s能级的顺序为3p→4s→3d B．某基态原子部分核外电子的排布为3s24s2 C．不是所有基态原子的核外电子排布均符合构造原理 D．构造原理中的电子填入能级的顺序，实质是各能级能量由低到高的顺序 B　[根据构造原理示意图判断，A项正确。根据构造原理可知，3s与4s能级之间还有3p能级，故B项错误。绝大多数基态原子的核外电子排布都遵循构造原理，但也有少数例外，如Cu和Ag，故C项正确。构造原理中电子填入能级的顺序即各能级能量由低到高的顺序，故D项正确。] 2．构造原理揭示的电子排布能级顺序，实质是各能级能量高低。若以E(nl)表示某能级的能量，以下各式中正确的是(　　) 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) B　[根据构造原理，各能级能量由低到高的顺序为1s、2s、2p、3s、3p、4s、3d、4p、5s…，A项和D项正确顺序为E(4f)>E(5s)>E(3d)>E(4s)；对于不同电子层的相同能级，电子层序数越大，能量越高，所以C项错误。] [规律方法]　书写电子排布式的关键是熟悉构造原理，各能级能量由低到高可记为ns<(n－2)f<(n－1)d<np，最后要把同一电子层的不同能级移到一起。 半导体或芯片是由晶体硅生产的。晶圆片上刻蚀出数以百万甚至上亿的晶体管，通过控制电流来管理数据，形成各种文字、数字、声音、图像和色彩。它们被广泛用于集成电路，如计算机、电信和电视，还有的应用于先进的微波传送、激光转换系统、医疗诊断和治疗设备、防御系统和NASA航天飞机。 (1)硅元素原子核外电子排布式是怎样的？硅元素的原子核外共有多少种不同能级的电子？ 提示　硅元素原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p2。硅元素原子核外有5种不同能级的电子。 (2)为了突出化合价与电子排布的关系，将在化学反应中可能发生电子变动的能级称为价电子层(简称价层)，根据信息写出硅的价层电子排布。 提示　硅元素的价层电子排布式为3s23p2。 学习任务二　核外电子排布的表示方法 基态原子核外电子排布遵循泡利原理、洪特规则、能量最低原理，阅读教材P14～16内容，思考并回答下列问题。 1．下列轨道表示式中哪个是硼的基态原子？为什么？ 提示　A，根据泡利原理在一个原子轨道里的两个电子应自旋相反。 2．氦存在1s12s1的状态吗？为什么？ 提示　氦处于激发态时可能会存在1s12s1的状态。 3．为什么基态K和Ca的价电子是4s1和4s2，而不是3d1和3d2? 提示　3d轨道的能量比4s高，如果按照3d1和3d2排布，违背了能量最低原理。 4．指出下列核外轨道表示式的书写分别违背了什么原则？ 提示　①②③⑤违背了洪特规则，当电子排布在同一能级的不同轨道时，原子中的电子总是优先单独占据一个轨道，且自旋方向相同。④违背了泡利原理，一个原子轨道最多只容纳2个电子，而且这2个电子的自旋方向相反。 核外电子排布的表示方法 原子(离子) 结构示意图 含义 将每个电子层上的电子总数表示在原子核外的式子 实例 Al　S2－ 电子排布式 含义 用数字在能级符号右上角标明该能级上排布的电子数，这就是电子排布式 实例 K：1s22s22p63s23p64s1 简化电子 排布式 含义 为了避免电子排布式书写过于复杂，把内层电子达到稀有气体原子结构的部分以相应稀有气体元素符号外加方括号表示 实例 K：[Ar]4s1 价电子 排布式 含义 主族元素的价层电子指最外层电子，价层电子排布式即最外层电子排布式 实例 Al：3s23p1 轨道表 示式 含义 每个方框代表一个原子轨道，每个箭头代表一个电子 实例 电子式 含义 化学中常在元素符号周围用“·”或“×”来表示元素原子的最外层电子，相应的式子叫作电子式 实例 1．(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的原子化学性质不同 B．Zn2＋的最外层电子排布式为3s23p63d10 C．基态铜原子的外围轨道表示式： D．基态碳原子的最外层轨道表示式： AB　[原子核外电子排布式为1s2的元素为He，原子核外电子排布式为1s22s2的元素为Be，He性质稳定，Be较活泼，性质不同，故A正确；Zn的原子序数为30，电子排布为[Ar]3d104s2，失去2个电子变为锌离子，Zn2＋的最外层排布式为：3s23p63d10，故B正确；Cu的原子序数为29，价电子排布为3d104s1，基态铜原子的外围轨道表示式为，故C错误；C的原子序数为6，价电子排布为2s22p2，基态碳原子的价轨道表示式为，故D错误。] 2．根据核外电子的排布特点推断元素 (1)A元素基态原子的最外层有3个未成对电子，次外层有2个电子，其元素符号为________；其价层轨道表示式为________。 (2)B元素的负一价离子和C元素的正一价离子的电子层结构都与氩相同，B的元素符号为________，C离子的结构示意图为________。 (3)D元素的正三价离子的3d能级为半充满，D的元素符号为________，其基态原子的电子排布式为________，其原子的结构示意图为________。 (4)E元素基态原子的M层全充满，N层没有成对电子且只有一个未成对电子，E的元素符号为________，其基态原子的电子排布式为________。 (5)F元素的原子最外层电子排布式为nsnnpn＋2，则n＝________；原子中能量最高的是________电子，核外轨道表示式为________。 解析　(1)A元素基态原子的轨道表示式由题意可写成：，则该元素核外有7个电子，为氮元素，其元素符号为N。 (2)B－、C＋的电子层结构都与Ar相同，即核外都有18个电子，则B为17号元素Cl，C为19号元素K。 (3)D元素原子失去2个4s电子和1个3d电子后变成＋3价离子，其原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2或[Ar]3d64s2即26号元素铁。 (4)E元素的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s1或[Ar]3d104s1故E为Cu。 (5)F最外层电子排布式为2s22p4。 答案　(1)N　　(2)Cl　 (3)Fe　1s22s22p63s23p63d64s2或[Ar]3d64s2　 (4)Cu　[Ar]3d104s1或1s22s22p63s23p63d104s1 (5)2　2p　 [归纳总结]　1～36号元素原子核外电子排布的特殊性 (1)最外层只有一个未成对电子的元素： ①第ⅠA族(ns1：H、Li、Na、K)，②第ⅢA族(ns2np1：B、Al、Ga)，③第ⅦA族(ns2np5：F、Cl、Br)，④特殊的Cr(3d54s1)和Cu(3d104s1)。 (2)最外层有2个未成对电子的元素： ①第ⅣA族(ns2np2：C、Si、Ge)，②第ⅥA族(ns2np4：O、S、Se)。 (3)最外层有3个未成对电子的元素： 第ⅤA族(ns2np3：N、P、As)。 (4)3d电子半充满的元素：Cr(3d54s1)、Mn(3d54s2)。 1．原子核外电子排布要遵循三个原则 (1)能量最低原则：电子在原子轨道上的排布要尽可能地使原子的能量最低。 (2)泡利不相容原理：每个原子轨道中最多只能容纳两个电子且这两个电子的自旋方向必须相反(同一原子中不可能有运动状态完全相同的电子)。 (3)洪特规则：当电子排布在相同能量的不同轨道时，总是优先单独占据一个轨道，而且自旋方向相同。 2．电子排布式的书写顺序与核外电子进入轨道的顺序不同。电子排布式的书写顺序按电子层由里到外和s、p、d的顺序，而核外电子进入轨道的顺序按照基态原子在原子轨道上的排布顺序。 学科网（北京）股份有限公司 $$