2.1.2 原子核外电子的排布-【步步高】2023-2024学年高二化学选择性必修2 （苏教版2019，闽苏桂蒙陕冀）

第2课时　原子核外电子的排布 [核心素养发展目标]　1.从微观层面理解原子的组成及结构，了解核外电子的排布规则，培养宏观辨识与微观探析的化学学科核心素养。2.能结合能量最低原理、泡利不相容原理和洪特规则书写和说明1～36号元素基态原子的核外电子排布式和轨道表示式，发展证据推理与模型认知的化学学科核心素养。 一、核外电子的排布原理及表示方法 构造原理 概念 电子是按一定顺序填充的，填满一个能级之后再填下一个能级，这种规律称为构造原理 三大 内容 ①能量最低原理：原子核外电子先占据能量低的轨道，然后依次进入能量较高的轨道，使整个原子处于能量最低的状态 ②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 ③洪特规则：原子核外电子在能量相同的各个轨道上排布时，电子尽可能分占在不同的原子轨道上，且自旋状态相同，这样整个原子的能量最低 原子核外电子排布的轨道能量顺序 电子排布的表示方法 电子排布式 如①7N：1s22s22p5；②12Mg：1s22s22p63s2；③35Br：1s22s22p63s23p63d104s24p5 简化的电子排布式 为了避免电子排布式书写过繁，可以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，得到简化的电子排布式。上述三种原子简化的电子排布式分别为①[He]2s22p5；②[Ne]3s2；③[Ar]3d104s24p5 轨道表示式 如Na原子的轨道表示式： 外围电子排布式 在化学反应中，一般是原子的外围电子(主族元素原子的外围电子就是最外层电子)发生变化。如氯原子的外围电子排布式为3s23p5 　　　　　　　　　　　　　　　　 1．下列轨道表示式中哪个是氧的基态原子？为什么？ A. B. C. 提示　A。根据洪特规则，基态原子中，填入原子轨道的电子总是先单独分占，且自旋状态相同。 2．电子排布式的书写顺序＝电子排布顺序吗？为什么？ 提示　电子排布式的书写顺序≠电子排布顺序。因为电子进入能级的顺序是按构造原理中能级的能量递增的顺序，而电子排布式的书写规则是按电子层的顺序，电子层中的能级按s、p、d、f的顺序排布。 3．为什么基态K和Ca的外围电子排布是4s1和4s2，而不是3d1和3d2。 提示　根据构造原理，3d轨道的能量大于4s轨道的能量，所以依据能量最低原理，电子填入能量低的原子轨道可使整个原子的能量最低。 4．(1)铬原子的核外电子排布式是[Ar]3d54s1还是[Ar]3d44s2？为什么？ 提示　是[Ar]3d54s1，因为3d54s1均为半充满结构，更稳定。 (2)铜原子的核外电子排布式是[Ar]3d104s1还是[Ar]3d94s2？为什么？ 提示　是[Ar]3d104s1，因为3d104s1一个全充满，一个半充满，更稳定。 1．若以E表示某原子轨道的能量，下列各式正确的是(　　) A．E(5s)>E(4f)>E(4s)>E(3d) B．E(4p)>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 2．下列有关碳原子的轨道表示式中，能量最低的是(　　) A. B. C. D. 答案　D 解析　根据洪特规则，原子的核外电子在能量相同的轨道上排布时，电子尽可能分占不同的轨道且自旋状态相同，这样整个原子的能量最低。A中2p轨道上两个电子挤在同一个轨道上，B、C中两个轨道上电子的自旋状态相反，均与洪特规则相违背，只有D中的排布符合洪特规则，能量最低。 3．写出15P、25Mn的轨道表示式，并按要求填空。 15P：_________________________________，有________个电子对，有________个单电子。 25Mn：_______________________________________________________，有________种空间运动状态，有________个单电子，属于半充满状态。 答案　 6　3　 15　5 4．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： ④Fe：1s22s22p63s23p63d64s2 ⑤Mg2＋：1s22s22p6 ⑥C： 答案　①④⑤　②　③　⑥ 解析　根据核外电子排布规律知，②中错误在于电子排满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，正确的应为 ；⑥违反泡利不相容原理，正确的应为 。 二、光谱与光谱分析 1．基态原子与激发态原子 (1)基态原子：处于最低能量状态的原子。 (2)激发态原子：基态原子吸收能量后，电子从能量较低的轨道跃迁到能量较高的轨道上，变为激发态原子。 2．光谱 光谱的成因及分类 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．许多金属元素都可以发生焰色反应，焰色反应的形成原因是什么？焰色反应属于物理变化还是化学变化？ 提示　基态原子吸收能量，电子从基态跃迁到激发态后，电子从较高能量的激发态跃迁到较低能量的激发态乃至基态时，将能量以光的形式释放出来。焰色反应属于物理变化。 2．金属元素的焰色反应属于吸收光谱还是发射光谱？ 提示　光(辐射)是电子跃迁释放能量的重要形式之一，焰色反应属于发射光谱。 1．下列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 解析　①霓虹灯发出有色光，因为灯管中的稀有气体原子发生电子跃迁，释放能量，发射出不同颜色的光，正确；②棱镜分光是由于不同色彩的光在玻璃中的折射率不同引起的，与电子跃迁无关，错误；③激光的产生就是在外部刺激的情况下，很多高能的电子同时释放相位和能级相同的能量，这些能量成为颜色一样的光子，有的在激光器内反射，继续与电子碰撞，释放更多的与它相同的光子，有的离开激光器，形成激光，与电子跃迁有关，正确；④石油蒸馏是利用石油中各成分的沸点不同加以分离，与电子跃迁无关，错误；⑤凸透镜聚光是由光的折射形成的，与电子跃迁无关，错误；⑥燃放的焰火，是因为不同金属元素发生电子跃迁，释放能量，形成不同颜色的光，正确；⑦日光灯通电发光，是因为原子受到激发时电子会释放出可见光子，与电子跃迁有关，正确；⑧冷却结晶，是由于温度降低，物质的溶解度减小，析出溶质，与电子跃迁无关，错误。 2．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．电子由激发态向基态跃迁时以光的形式释放能量 B．电子由基态向激发态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，基态氖原子中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，不会发出红光；而电子从能量较高的激发态跃迁到能量较低的激发态或基态时，将释放能量，从而产生红光，故A项正确。 题组一　构造原理与电子排布式 1．按照构造原理，下列电子填入能级的顺序正确的是(　　) A．1s、2p、3d、4s B．1s、2s、3s、2p C．2s、2p、3s、3p D．4p、3d、4s、3p 答案　C 解析　由构造原理可知，A项中电子填入能级的正确顺序应为1s、2p、4s、3d，错误；B项中电子填入能级的正确顺序应为1s、2s、2p、3s，错误；D项中电子填入能级的正确顺序应为3p、4s、3d、4p，错误。 2．下列各原子或离子的电子排布式错误的是(　　) A．Na＋：1s22s22p6 B．F：1s22s22p5 C．Cl－：1s22s22p63s23p5 D．Mn：1s22s22p63s23p63d54s2 答案　C 解析　Cl－应是Cl原子得一个电子形成的稳定结构，所以Cl－的电子排布式应为1s22s22p63s23p6。 3．下列电子排布式表示的是基态原子核外电子排布的是(　　) A．1s22s22p63s13p3 B．1s22s22p63s23p63d104s14p1 C．1s22s22p63s23p63d24s2 D．1s22s22p63s23p63d104s14p2 答案　C 解析　A项，Si原子的核外电子数为14，其基态原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p2，错误；B项，Zn原子的核外电子数为30，其基态原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s2，错误；C项，Ti原子的核外电子数为22，其基态原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d24s2，正确；D项，Ga原子的核外电子数为31，其基态原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p1，错误。 4．某原子核外电子排布式为ns2np7，它违背了(　　) A．泡利不相容原理 B．能量最低原理 C．洪特规则 D．洪特规则特例 答案　A 解析　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状态相反。p轨道只有3个原子轨道，最多只能容纳6个电子，故电子排布式ns2np7违背了泡利不相容原理。 题组二　轨道表示式 5．下列硼原子的轨道表示式表示的状态中，能量最高的是(　　) A. B. C. D. 答案　A 6．华东师范大学姜雪峰教授是中国首位入选成为“青年化学家元素周期表”的科学家，他是“S”元素的代言人。下列轨道表示式能表示基态硫原子最外层结构的是(　　) A. B. C. D. 答案　D 解析　基态硫原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p4，最外层电子排布式为3s23p4，根据泡利不相容原理，3s轨道的2个电子自旋状态相反；根据洪特规则，3p轨道的4个电子中3个电子先分占3个p轨道，且自旋状态相同，第4个电子再填充到其中一个3p轨道，与原来填充的电子自旋状态相反，故D正确。 7．下列原子的外围电子的轨道表示式正确的是(　　) A． B． C． D． 答案　B 解析　A项，当轨道中均只有一个电子时，电子的自旋状态应相同，氧原子的外围电子的轨道表示式应为，错误；C项，基态原子中的电子总是优先单独占据一个轨道，硅原子的外围电子的轨道表示式为，错误；D项，在同一能级上的电子排布处于全充满、半充满或全空状态时，原子体系更稳定，所以铬原子的外围电子的轨道表示式应为，错误。 8．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，则违反了构造原理 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．泡利不相容原理、洪特规则、构造原理都是核外电子排布满足能量最低的条件 答案　A 解析　3p轨道电子排布违反了洪特规则，故A错误；25号Mn元素的基态原子电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s2，若写成1s22s22p63s23p63d7，则违反了构造原理，故B正确。 题组三　光谱与光谱分析 9．电子由3d能级跃迁至4p能级时，可通过光谱仪直接摄取(　　) A．电子的运动轨迹图像 B．原子的吸收光谱 C．电子体积大小的图像 D．原子的发射光谱 答案　B 解析　E(3d)<E(4p)，故电子由3d能级跃迁至4p能级时，吸收能量，形成吸收光谱。 10．氯化钠在灼烧过程中，发出黄色的光，下列对此现象的描述正确的是(　　) A．形成发射光谱，物理变化 B．形成发射光谱，化学变化 C．形成吸收光谱，物理变化 D．形成吸收光谱，化学变化 答案　A 解析　氯化钠在灼烧时，电子吸收能量由能量较低的轨道向能量较高的轨道跃迁，电子再从能量较高的轨道跃迁到能量较低的轨道时，多余的能量以光的形式释放出来，发出黄色的光，形成的是发射光谱，该过程是物理变化。 11．下列离子中外层d轨道处于半充满状态的是(　　) A．Cr3＋ B．Cu＋ C．Co3＋ D．Fe3＋ 答案　D 解析　Cr3＋的外围电子排布式为3d3，d轨道不是半充满状态，故A不符合题意；Cu＋的外围电子排布式为3d10，d轨道处于全充满状态，故B不符合题意；Co3＋的外围电子排布式为3d6，d轨道不是半充满状态，故C不符合题意；Fe3＋的外围电子排布式为3d5，d轨道处于半充满状态，故D符合题意。 12．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　p轨道有3个原子轨道，最多可以容纳6个电子，根据泡利不相容原理和洪特规则，当p轨道上有2个电子或4个电子时，p轨道上均有2个未成对电子，所以可能是ⅣA族元素，也可能是ⅥA族元素，故A不符合题意；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，故B符合题意；最外层电子排布式为1s2和2s22p6的原子，二者都是稀有气体元素，但不属于主族元素，故C不符合题意；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，位于ⅡA族，故D不符合题意。 13．下列各组表述中，两个微粒一定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．M层全充满而N层为4s2的原子和核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2的原子 C．最外层电子数是核外电子总数的原子和外围电子排布式为4s24p5的原子 D．2p轨道有一个未成对电子的基态原子和外围电子排布式为2s22p5的原子 答案　B 解析　3p轨道有一个空轨道，说明3p上有2个电子，外围电子排布式为3s23p2，两微粒相同，A项不符合题意；M层全充满而N层为4s2，M层上有d轨道，M层电子排布式为3s23p63d10，是锌元素，外围电子排布式为3d64s2的元素是铁元素，B项符合题意；外围电子排布式为4s24p5，则3d上已排满10个电子，核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p5，最外层电子数是核外电子总数的的原子，最外层电子数为7，核外电子总数为35时合理，其电子排布式也是1s22s22p63s23p63d104s24p5，二者是同种元素的原子，C项不符合题意；2p轨道有一个未成对电子，可以是2p1，也可以是2p5，因此二者可能属于同种元素的原子，D项不符合题意。 14．某元素A原子的L层要比M层少6个电子，它有两种常见的阳离子a和b(其中a的化合价大于b的化合价)。则： (1)a的M层比N层多________个电子；b的L层比M层少________个电子。a的稳定性________(填“大于”或“小于”)b的稳定性。 (2)写出A的电子排布式：_______________________________________________________。 a的最外层电子轨道表示式为_____________________________________________________。 答案　(1)13　6　大于 (2)1s22s22p63s23p63d64s2 解析　由于第1、2层电子排布不出现轨道交错，由题意可知A元素的L层已填满，共有8个电子，可得A的M层上有14个电子，则A的第3层电子排布为3s23p63d6，即可得A的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2，即A为Fe原子，其两种阳离子为Fe3＋和Fe2＋，阳离子a的电子排布式为1s22s22p63s23p63d5，阳离子b的电子排布式为1s22s22p63s23p63d6，再根据洪特规则，a的3d轨道处于半充满状态，a比b稳定。 15．A、B、C、D代表4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，D的元素符号为______，其基态原子的电子排布式为____________________________________________。 答案　(1) (2)　K (3)Cu　1s22s22p63s23p63d104s1(或[Ar]3d104s1) 解析　(1)A元素基态原子外围电子的轨道表示式为。 (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)根据题意要求，首先写出电子排布式：1s22s22p63s23p63d104s1，该元素为29号元素Cu。 学科网（北京）股份有限公司 $$