专题2 第1单元 第2课时 原子核外电子的排布-【金版教程】2024-2025学年高中化学选择性必修2创新导学案教用word（苏教版2019）

化学　选择性必修2[SJ] 第二课时　原子核外电子的排布 　　1.能举例说明原子核外电子排布的构造原理，能用电子排布式、轨道表示式表征1～36号元素基态原子的核外电子排布。2.知道原子核外电子在一定条件下会发生跃迁，了解其简单应用。 一　原子核外电子的排布及表示方法 1．原子核外电子排布的轨道能量顺序 2．原子核外电子排布的构造原理 3．原子核外电子排布的表示方法 (1)电子排布式 ①碳原子的电子排布式为1s22s22p2。 ②钠原子的电子排布式为1s22s22p63s1。 (2)简化电子排布式 把内层电子已达到稀有气体结构的部分写成“原子实”，以稀有气体的元素符号外加方括号表示。如Na原子的简化电子排布式为[Ne]3s1。 (3)轨道表示式 ①碳原子的轨道表示式为。 ②钠原子的轨道表示式为。 (4)外围电子排布式和轨道表示式 主族元素的原子外围电子就是最外层电子。如氯原子的外围电子排布式为3s23p5，外围电子轨道表示式为。 (5)第4周期部分元素原子核外电子排布式 K：1s22s22p63s23p64s1或[Ar]4s1 Ca：1s22s22p63s23p64s2或[Ar]4s2 Cr：1s22s22p63s23p63d54s1或[Ar]3d54s1 二　电子跃迁与光谱分析 1．基态与激发态 基态原子：处于能量最低状态的原子叫做基态原子。激发态原子：基态原子的电子吸收能量后，电子会跃迁到能量较高的原子轨道上，变为激发态原子。从能量较高的轨道跃迁到能量较低的轨道时，将释放出能量。 2．原子光谱 不同元素的原子中电子发生跃迁时吸收或释放不同的光，可以用光谱仪摄取各种元素的原子的发射光谱或吸收光谱，总称原子光谱。 3．光谱分析 在现代化学中，人们可通过原子发射光谱或吸收光谱来检测元素，称为光谱分析。 1．判断正误，正确的打“√”，错误的打“×”。 (1)电子跃迁时吸收能量。(　　) (2)轨道能量：4s>3d。(　　) (3)电子排布式(22Ti)1s22s22p63s23p10违反了泡利不相容原理。(　　) (4)电子排布式(21Sc)1s22s22p63s23p63d3违反了能量最低原理。(　　) (5)3d6的轨道表示式为。(　　) 答案：(1)×　(2)×　(3)√　(4)√　(5)× 2．下列原子的外围电子的轨道表示式正确的是(　　) A．O： B．Fe： C．Si： D．Cr： 答案：B 解析：A项，氧原子的外围电子的轨道表示式应为，错误；C项，硅原子的外围电子的轨道表示式应为，错误；D项，铬原子的外围电子的轨道表示式应为，错误。 3．下列关于钠元素的几种表达式错误的是(　　) A．Na＋的轨道表示式： B．Na＋的结构示意图： C．Na的电子排布式：1s22s22p63s1 D．Na的简化电子排布式：[Na]3s1 答案：D 解析：Na的简化电子排布式为[Ne]3s1。 4．以下现象与核外电子的跃迁有关的是(　　) ①霓虹灯发出有色光　②棱镜分光　③激光器产生激光　④石油蒸馏　⑤凸透镜聚光　⑥燃放的焰火，在夜空中呈现五彩缤纷的礼花　⑦日光灯通电发光　⑧冷却结晶 A．①③⑥⑦ B．②④⑤⑧ C．①③⑤⑥⑦ D．①②③⑤⑥⑦ 答案：A 5．下列原子或离子的电子排布式或轨道表示式正确的是________(填序号，下同)，违反能量最低原理的是________，违反洪特规则的是________，违反泡利不相容原理的是________。 ①Ca2＋：1s22s22p63s23p6 ②F－：1s22s23p6 ③P： ④N：1s22s22p3 ⑤Mg2＋：1s22s22p6 ⑥C： 答案：①④⑤　②　③　⑥ 解析：根据核外电子排布规律知，②违反了能量最低原理，电子排满2s轨道后应排2p轨道，而不是3p轨道，正确的应为1s22s22p6；③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，正确的应为；⑥违反了泡利不相容原理，每个原子轨道最多容纳两个自旋状态不同的电子，正确的应为。 知识点一　原子轨道能量顺序与核外电子排布的表示方法 1．原子轨道能量顺序 (1)原子轨道类型相同时，电子层序数越大，原子轨道能量越高。如E3p>E2p。 (2)电子层相同时，不同原子轨道之间的能量关系为Enf>End>Enp>Ens。如E3d>E3p>E3s。 (3)电子层、能级均不同时，能量相近的原子轨道存在能级交错现象。如E4s<E3d<E4p，E5s<E4d<E5p。能级交错规律：Ens<E(n－2)f<E(n－1)d<Enp。 2．核外电子排布的表示方法 粒子结构示意图 含义 表示原子(或离子)核电荷数和电子层排布的图示形式 实例 电子排布式 含义 用数字在原子轨道符号右上角标明该原子轨道上排布的电子数 实例 K：1s22s22p63s23p64s1 简化电子排布式 含义 把内层电子达到稀有气体结构的部分以相应稀有气体的元素符号外加方括号表示 实例 K：[Ar]4s1 外围电子排布式 含义 化学反应中一般是原子的外围电子发生变化，主族元素的外围电子为最外层电子，副族元素的外围电子还包括次外层的d轨道电子，有的还包括倒数第三层的f轨道电子 实例 Cr：3d54s1 轨道表示式 含义 每个方框代表一个原子轨道，在方框内用箭头表示自旋状态不同的电子的式子 实例 3.核外电子排布式的书写 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、f的顺序。 (1)简单的核外电子排布式：按照轨道能量顺序将电子依次填充到能量逐渐升高的轨道中。例如7N：1s22s22p3，17Cl：1s22s22p63s23p5。 (2)较复杂的核外电子排布式：先按能量从低到高排列，然后再把同一层的电子排到一起，如26Fe，先按能量从低到高排列为 1s22s22p63s23p64s23d6，然后将同一层的电子移到一起，即1s22s22p63s23p63d64s2。 (3)离子的电子排布式的书写 先写出原子的电子排布式，再根据得失电子情况进行调整。如： 　　　 基态原子失电子时，由外层向里层，同层则按轨道能量由高到低顺序失电子。如Cr([Ar]3d54s1)→Cr3＋([Ar]3d3)。 (4)简化电子排布式的书写 简化电子排布式一般是在原子的外围电子排布式前加上其前一周期稀有气体元素原子电子排布式的简化形式，如用[Ar]代表Ar的电子排布式。其中19～30号元素原子的简化电子排布式是在其外围电子排布式前面加上“[Ar]”，而31～35号元素原子的简化电子排布式是在其外围电子排布式前面加上“[Ar]3d10”。 1．若以E(nl)表示某原子轨道的能量，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) 答案：B 解析：A和D正确顺序为E(4f)>E(5s)>E(3d)>E(4s)；对于不同电子层的相同原子轨道，电子层序数越大，能量越高，C错误。 2．写出下列原子或离子的核外电子排布式及外围电子轨道表示式。 (1)O：________________，________________； (2)Ca：__________________，________________； (3)S2－：______________，________________； (4)Al3＋：________________，________________。 答案：(1)1s22s22p4　 (2)1s22s22p63s23p64s2　 (3)1s22s22p63s23p6　 (4)1s22s22p6　 知识点二　基态原子核外电子排布所遵循的原理 1．能量最低原理 原子核外电子排布总是先排布在能量低的原子轨道，然后由里及外，逐渐排布在能量较高的原子轨道，这样使整个原子处于最低的能量状态(对于1～36号元素来说，应重点掌握和记忆“1s→2s→2p→3s→3p→4s→3d→4p”这一顺序)。 2．泡利不相容原理 每个原子轨道最多只能容纳两个电子，而且这两个电子自旋状态不同。或者说，在同一轨道中，不可能有两个电子处于完全相同的状态。如氟原子的电子排布式可表示为1s22s22p2p2p，9个电子的运动状态互不相同。 3．洪特规则 在相同能量的原子轨道上，电子的排布将尽可能占据不同的轨道，而且自旋状态相同，这就是洪特规则。如碳原子的轨道表示式是，而不是或。 特别地，当同一原子轨道上的电子排布为全充满(p6、d10、f14)、半充满(p3、d5、f7)和全空(p0、d0、f0)状态时，具有较低的能量和较大的稳定性。例如，铬(24Cr)的外围电子排布式是3d54s1(3d、4s轨道均为半充满)，而不是3d44s2；铜(29Cu)的外围电子排布式是3d104s1(3d全充满、4s半充满)，而不是3d94s2，称为洪特规则特例。 [知识拓展]　未成对电子(单电子) (1)未成对电子的定义 一个原子轨道中只有1个电子时，该电子即为未成对电子。一个原子轨道中有2个自旋状态不同的电子，这2个电子称为成对电子。 (2)1～36号元素中，原子核外未成对电子数与外围电子排布之间的关系 ①有1个未成对电子：ns1、ns2np1、ns2np5、3d14s2、3d104s1。 ②有2个未成对电子：ns2np2、ns2np4、3d24s2、3d84s2。 ③有3个未成对电子：ns2np3、3d34s2、3d74s2。 ④有4个未成对电子：3d64s2。 ⑤有5个未成对电子：3d54s2。 ⑥有6个未成对电子：3d54s1。 3．下列各项叙述错误的是(　　) A．若硫原子的轨道表示式为，违反了泡利不相容原理 B．若25号Mn元素的基态原子电子排布式为1s22s22p63s23p63d7，则违反了能量最低原理 C．氮原子的轨道表示式为，符合洪特规则和泡利不相容原理 D．构造原理的三大内容是泡利不相容原理、洪特规则、能量最低原理 答案：A 解析：3p轨道电子排布违反了洪特规则，故A错误。 4．(1)基态Fe2＋与Fe3＋中未成对的电子数之比为________。 (2)Mn位于元素周期表中第4周期____族，基态Mn原子核外未成对电子有____个。 (3)基态Ge原子的核外电子排布式为[Ar]________，有____个未成对电子。 (4)镍元素基态原子的电子排布式为________________，3d轨道上的未成对电子数为____。 答案：(1)4∶5　(2)ⅦB　5 (3)3d104s24p2　2 (4)1s22s22p63s23p63d84s2(或[Ar]3d84s2)　2 解析：(1)基态Fe2＋的外围电子排布式为3d6，未成对电子数为4，基态Fe3＋的外围电子排布式为3d5，未成对电子数为5，所以两者未成对电子数之比为4∶5。 (2)Mn是25号元素，在元素周期表中位于第4周期第ⅦB族，根据构造原理可得基态Mn原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s2，该原子核外的未成对电子有5个。 (3)Ge为32号元素，根据原子核外电子的排布规律，可写出其电子排布式为 1s22s22p63s23p63d104s24p2或[Ar]3d104s24p2，其中4p轨道有2个未成对电子。 (4)镍是28号元素，位于第4周期第Ⅷ族，根据核外电子排布规则，其基态原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d84s2；根据洪特规则可知，3d轨道上的未成对电子数为2。 课时作业 题号 1 2 3 4 5 6 7 8 难度 ★ ★ ★ ★ ★ ★★ ★ ★ 对点 电子跃迁 构造原理 电子排布式的书写 轨道表示式的书写 电子跃迁 构造原理 核外电子排布的表示方法 构造原理的内容 题号 9 10 11 12 13 14 15 16 难度 ★ ★★ ★★ ★★ ★ ★ ★ ★★★ 对点 核外电子排布 核外电子排布式的理解 未成对电子、核外电子排布 未成对电子、核外电子排布 构造原理、元素推断、核外电子排布 构造原理、元素推断、核外电子排布 构造原理、元素推断、核外电子排布 构造原理、元素推断、核外电子排布 一、选择题(每小题只有1个选项符合题意) 1．下列现象与电子的跃迁没有直接关联的是(　　) 答案：D 2．某原子的3d轨道中有一个电子，其第四层中的电子数为(　　) A．0 B．2 C．3 D．8 答案：B 解析：因为3d轨道能量高于4s轨道，所以电子先排满4s，再排3d，电子排布式应为 1s22s22p63s23p63d14s2。 3．下列叙述正确的是(　　) A．基态铝原子核外有3个单电子 B．基态铜原子的外围电子排布式是3d94s2 C．[Ne]3s23p3是基态磷原子的电子排布式 D．基态O原子的电子排布式是1s22s22p6 答案：C 4．下列轨道表示式正确且所表示的元素原子的能量处于最低状态的是(　　) A． B． C． D． 答案：D 5．对充有氖气的霓虹灯管通电，灯管发出红色光。产生这一现象的主要原因是(　　) A．电子由能量较高的轨道向能量较低的轨道跃迁时以光的形式释放能量 B．电子由能量较低的轨道向能量较高的轨道跃迁时吸收除红光以外的光线 C．氖原子获得电子后转变成发出红光的物质 D．在电流的作用下，氖原子与构成灯管的物质发生反应 答案：A 解析：在电流作用下，基态氖原子的电子吸收能量跃迁到能量较高的轨道，变为激发态原子，这一过程要吸收能量，不会发出红色光；而电子从较高能量的轨道跃迁到较低能量的轨道时，将释放能量，从而产生红光。 6．下列说法正确的是(　　) ①“构造原理”是所有原子随原子序数递增，核外电子排布所遵循的规律　②4s轨道的能量比3p轨道的能量低　③同一电子层中三个p轨道的能量一定相等　④原子核外电子排布遵循“使整个原子处于能量最低的状态”的原则 A．①② B．③④ C．②④ D．①③ 答案：B 解析：原子的电子排布遵循构造原理，电子按顺序填入能级中，但有些过渡金属元素基态原子的电子排布不遵循构造原理，如Cu的外围电子排布为3d104s1，故①错误；轨道能量4s>3p，故②错误。 7．某公司研发出一种比锂电池成本更低、寿命更长、充电速度更快的钠离子电池，该电池的负极材料为Na2Co2TeO6(制备原料为Na2CO3、Co3O4和TeO2)，电解液为NaClO4的碳酸丙烯酯溶液。下列化学用语正确的是(　　) A．基态Na＋的电子排布式为1s22s22p63s1 B．基态碳原子的外围电子轨道表示式为 C．中子数为20的氯原子：Cl D．Br与Cl同主族，基态Br原子的简化电子排布式为[Ar]4s24p5 答案：C 解析：基态钠离子的核外电子排布式为1s22s22p6，故A错误；基态碳原子的外围电子排布式为2s22p2，根据泡利不相容原理和洪特规则，其外围电子轨道表示式为，故B错误；Br是35号元素，基态Br原子的简化电子排布式为[Ar]3d104s24p5，故D错误。 8．下列由电子排布式所得的结论错误的是(　　) 选项 电子排布式 结论 A 1s22s22p2p2p 违背洪特规则 B 1s22s22p63s23p2 违背能量最低原理 C 1s22s22p63s23p10 违背泡利不相容原理 D 1s22s22p63s23p23d5 违背能量最低原理 答案：B 解析：2个电子排入2p能级，它们将分别占据2个不同的轨道且自旋平行，而不是自旋相反地挤入其中1个轨道，该电子排布式违反了洪特规则，A结论正确；电子排布式为1s22s22p63s23p2，符合能量最低原理，B结论错误；3p轨道最多容纳6个电子，不可能出现3p10的情况，电子排布式违反泡利不相容原理，C结论正确；3p轨道上只有2个电子，没有充满电子，且排满3p轨道后应排4s轨道，该电子排布式违反了能量最低原理，D结论正确。 9．下列各组指定的元素，不能形成AB2型化合物的是(　　) A．[He]2s22p2和[He]2s22p4 B．[Ne]3s23p4和[He]2s22p4 C．[Ne]3s2和[He]2s22p5 D．[Ne]3s1和[Ne]3s23p4 答案：D 解析：A项，核外电子排布式为[He]2s22p2的元素为C，核外电子排布式为[He]2s22p4的元素为O，二者可形成CO2；B项，核外电子排布式为[Ne]3s23p4的元素为S，核外电子排布式为[He]2s22p4的元素为O，二者可形成SO2；C项，核外电子排布式为[Ne]3s2的元素为Mg，核外电子排布式为[He]2s22p5的元素为F，二者可形成MgF2；D项，核外电子排布式为[Ne]3s1的元素为Na，核外电子排布式为[Ne]3s23p4的元素为S，二者形成Na2S，不能形成AB2型化合物。 10．某基态原子的核外电子排布式为[Ar]3d104s24p4，下列说法中错误的是(　　) A．该元素原子核外共有34个运动状态不同的电子 B．该元素原子核外有8种能量不同的电子 C．该元素原子核外电子有18种空间运动状态 D．该元素原子外围电子排布式为3d104s24p4 答案：D 解析：某基态原子的核外电子排布式为 [Ar]3d104s24p4，其原子序数为34，为Se元素。原子核外有34个电子，各电子的运动状态均不相同，故A正确；核外电子分布于8个能量不同的原子轨道，则有8种能量不同的电子，故B正确；34个电子占据18个原子轨道，有18种空间运动状态，故C正确；Se为第4周期第ⅥA族元素，外围电子排布式为4s24p4，故D错误。 11．具有如下电子层结构的原子，其相应元素一定属于同一主族的是(　　) A．3p轨道上有2个未成对电子的原子和4p轨道上有2个未成对电子的原子 B．3p轨道上只有1个空轨道的原子和4p轨道上只有1个空轨道的原子 C．最外层电子排布式为1s2的原子和最外层电子排布式为2s22p6的原子 D．最外层电子排布式为1s2的原子和最外层电子排布式为2s2的原子 答案：B 解析：A项，当p轨道上有2个电子或4个电子时，p轨道上有2个未成对电子，所以可能是ⅣA族元素，也可能是ⅥA族元素；B项，p轨道上有1个空轨道，说明另外两个轨道各容纳了1个电子，加上s轨道上的2个电子，最外层是4个电子，属于ⅣA族元素；C项，最外层电子排布式为1s2和2s22p6的原子分别是He和Ne，不属于主族元素；D项，最外层电子排布式为1s2的原子为He，位于0族，而最外层电子排布式为2s2的原子是Be，属于ⅡA族元素。 12．下列各项表述中，两个原子不属于同种元素原子的是(　　) A．3p轨道有一个空轨道的基态原子和核外电子排布式为1s22s22p63s23p2的原子 B．2p轨道无空轨道且有一个未成对电子的基态原子和最外层电子排布式为2s22p5的原子 C．M层全充满而N层为4s2的原子和核外电子排布式为1s22s22p63s23p64s2的原子 D．最外层电子数是核外电子总数的的原子和最外层电子排布式为4s24p5的原子 答案：C 解析：C项，M层全充满而N层为4s2的原子，其M层有18个电子，而后者的M层上只有8个电子，所以两个原子不是同种元素的原子。 二、非选择题 13．(1)下列原子或离子的电子排布式或轨道表示式正确的是________(填序号，下同)，违反能量最低原理的是________，违反洪特规则的是________，违反泡利不相容原理的是________。 ①K＋：1s22s22p63s23p6 ②F：1s22s23p5 ③P： ④Cr：1s22s22p63s23p63d44s2 ⑤Fe2＋：1s22s22p63s23p63d6 ⑥Mg：1s22s22p63s2 ⑦O： (2)离子M2＋的3d轨道中有5个电子，则M原子的最外层电子数和未成对电子数分别为________和________。 (3)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，核外电子的轨道表示式为________。 答案：(1)①⑤⑥　②　③④　⑦ (2)2　5 (3)2　2p　 14．A、B、C、D、E代表5种元素。请填空： (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，其外围电子的轨道表示式为________________。 (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元素的原子结构示意图为__________，C的元素符号为________。 (3)D元素的正三价离子的3d轨道为半充满，D的元素符号为________，其基态原子的电子排布式为__________________。 (4)E元素基态原子的M层全充满，N层没有成对电子，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__________________。 答案：(1)　(2)　K (3)Fe　1s22s22p63s23p63d64s2(或[Ar]3d64s2) (4)Cu　1s22s22p63s23p63d104s1(或[Ar]3d104s1) 解析：(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，即26号元素Fe。 15．A、B、C、D是四种短周期元素，E、F是过渡元素。A、B、C同周期，C、D同主族，A的原子结构示意图为，B是同周期除稀有气体外半径最大的元素，C的最外层有三个成单电子，E、F的外围电子排布式分别为3d54s1、3d64s2，回答下列问题： (1)A的基态原子的电子排布式是____________。 (2)B的外围电子排布式为________，C的最低负化合价为________。 (3)用轨道表示式表示D原子核外电子排布________________。 (4)解释为什么E的外围电子排布式为3d54s1，而不为3d44s2？________________________________________________________________________________________________________________________________________________。 (5)F原子结构示意图是__________________________________________________________。 答案：(1)1s22s22p63s23p2　 (2)3s1　－3价　 (3)　 (4)E的外围电子排布呈3d54s1时，3d、4s轨道上的电子处于半满状态，整个原子的能量最低　(5) 解析：因为第一层上只能容纳2个电子，所以x＝2，则A原子结构示意图为，是硅元素，B是钠元素，C的核外电子排布为1s22s22p63s23p3，是磷元素，则D为氮元素，E是铬元素，F是铁元素。 16．如图所示是元素周期表中原子序数小于20的9种元素单质的沸点与原子序数的关系，图中原子序数是连续的。 请回答下列问题： (1)图中位于0族的元素，其基态原子的电子排布式为________________。 (2)写出A元素基态原子的轨道表示式：________________。 (3)图中所示元素基态原子中，未成对电子数最多的是________(填元素符号，下同)。 (4)图中所示元素中基态原子的s轨道和p轨道容纳的电子数相等的元素是__________。 答案：(1)1s22s22p63s23p6 (2)　(3)P　(4)Mg 解析：沸点低于0 ℃的是气体，在题图中，有原子序数相连的两种元素的单质是气体，这两种单质只能是Cl2、Ar，则题图中各点依次代表Na～K 9种元素。 (3)基态原子中，未成对电子数最多的是P，其基态原子的电子排布式为1s22s22p63s23p3，有3个未成对电子。 (4)基态原子的s轨道和p轨道容纳的电子数相等的元素是Mg，其电子排布式是1s22s22p63s2，s轨道和p轨道上均有6个电子。 15 学科网（北京）股份有限公司 $$