第1章 第1节 课时2 构造原理与电子排布式 -【正禾一本通】2024-2025学年高中化学选择性必修2同步课堂高效讲义教师用书（人教版2019 单选）

第2课时　构造原理与电子排布式　电子云与原子轨道 学习目标 素养解读 1.结合构造原理形成核外电子排布式书写的思维模型，并根据思维模型熟练书写1～36号元素的电子排布式。 2．通过对原子轨道和电子云模型的学习，全面了解核外电子运动状态的描述方法 通过对原子轨道和电子云模型的学习，全面了解核外电子运动状态的描述方法，培养宏观辨识与微观探析、证据推理与模型认知的化学学科核心素养 任务一　构造原理与电子排布式 【情境诱思】 能层越高，能级的能量就越高吗？电子按照怎样的顺序填入不同的能级？ 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 提示：不是，从构造原理图可以看出，从第三能层开始，不同能层的能级出现能级交错现象。电子按照构造原理排布，使整个原子的能量处于最低状态，原子相对较稳定。 1．构造原理 (1)含义：以光谱学事实为基础，从氢开始，随核电荷数递增，新增电子填入能级的顺序称为构造原理。 (2)示意图 2．电子排布式 (1)表示方法——nsx 其中，n代表能层，s代表能级，x代表该能级填充的电子数。 例如：锂的电子排布式为1s22s1；C的电子排布式为1s22s22p2。 (2)能级交错 由构造原理可知，随核电荷数递增，电子并不总是填满一个能层后再开始填入下一个能层的。电子是按3p→4s→3d的顺序而不是按3p→3d→4s的顺序填充的，这种现象被称为能级交错。 【开拓思维】 试利用构造原理解释为什么原子核外最外层电子数目不超过8(K层为最外层时不超过2，Pd除外)，次外层电子数目不超过18? 提示：根据构造原理，能级的能量顺序为np<(n＋1)s<nd<(n＋1)p<(n＋2)s<nf。那么在填满np能级后接着填入的是(n＋1)s能级而不是nd能级，当nd能级上有电子时，(n＋1)s能级上已填有电子，n能层已经不是最外层了，所以原子核外最外层电子数不超过8个。同理，当电子填满nd能级后接着填入的是(n＋1)p能级而不是nf能级，当nf能级上有电子时，(n＋2)s能级上已填有电子，即n能层已经不是次外层而是倒数第三层了，所以次外层电子数不超过18个。 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。 问题1：根据Cr、Cu的电子排布式分析，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。 问题2：所有元素的原子核外电子排布都符合构造原理吗？ 提示：构造原理是理想化的模型，并不能解释所有基态原子的核外电子排布。例如1～36号元素中， 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。 【要点归纳】 1．构造原理 (1)构造原理是一个思维模型，是个假想过程。 (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)从第三能层开始，不同能层的能级出现能级交错现象。能级交错是指能层序数较大的某些能级的能量反而低于能层序数较小的能级的能量，如E(3d)>E(4s)、E(4d)>E(5s)、E(4f)>E(6s)等，原因之一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。 2．电子排布式的书写 (1)“三步法”书写一般电子排布式 (2)简化电子排布式的书写 将电子排布式中内层电子达到稀有气体元素原子结构的部分用相应的稀有气体元素符号外加方括号表示的式子称为简化电子排布式。如钠、铁、砷的简化电子排布式分别为[Ne]3s1、[Ar]3d64s2、[Ar]3d104s24p3。 (3)离子核外电子排布式的书写 先写出原子的电子排布式，再根据得失电子情况进行调整。对于主族元素的原子来说，原子失去电子时，一般只失去最外层电子，而过渡元素的原子可能还会进一步失去内层电子；原子得到电子时，一般总是填充到最外层未填满的能级上。如： 【提醒】 ①以稀有气体的元素符号外加方括号表示的部分称为“原子实”。[Ne]、[Ar]等符号的意义分别是指该部分与Ne、Ar等的电子排布式相同。 ②根据构造原理，在多电子原子中，电子最后填入的能级不一定是原子最外层上的能级，如Ti、V等过渡元素电子最后填入的是3d能级而不是4s能级。 【典例分析】 【典例1】 按要求填空： (1)B原子的电子排布式为___________________________________________________。 (2)N原子的价层电子排布式为______________________________________________。 (3)Se原子序数为________，其核外M层电子的排布式为________。 (4)Li3N晶体中氮以N3-存在，N3-的电子排布式为________。 (5)写出镓(Ga)原子的简化电子排布式：________________________。 【命题分析】 本题以电子排布式的书写为载体考查构造原理的掌握程度，培养学生证据推理与模型认知的化学学科核心素养。 答案：(1)1s22s22p1(或[He]2s22p1)　(2)2s22p3 (3)34　3s23p63d10　(4)1s22s22p6 (5)[Ar]3d104s24p1 【技巧】 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，最后要把同一能层的不同能级移到一起。 【对点练】 1.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顺序。若以E表示某能级的能量，下列能量大小顺序中正确的是(　　) A．E(3s)＞E(3p)＞E(3d) B．E(3s)＞E(3p)＞E(1s) C．E(4f)＞E(3d)＞E(4s) D．E(5s)＞E(4s)＞E(4f) 答案：C 2．下列说法或化学用语的使用正确的是(　　) A．符号为M的能层最多容纳的电子数为32个 B．Se的价层电子排布为：3d104s24p4 C．Ni的简化电子排布式：[Ar]3d94s1 D．构造原理呈现的能级交错源于光谱学实验 解析：选D。符号为M的能层序号为3，最多容纳的电子数为2×32＝18，A项错误； Se是34号元素，其价层电子排布为4s24p4，B项错误； Ni是28号元素，其简化电子排布式为[Ar]3d84s2，C项错误；以光谱学事实为基础，从氢开始，随核电荷数递增，新增电子填入能级的顺序称为构造原理，D项正确。 任务二　电子云与原子轨道 【情境诱思】 宏观物体和微观电子的运动状态有什么不同？ 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 提示：宏观物体的运动状态是可以预测的，而微观电子的运动状态不可预测，只能确定它出现在原子核外空间各处的概率。 1．电子云与电子云轮廓图 (1)电子云：处于一定空间运动状态的电子在原子核外空间的概率密度分布的形象化描述。 (2)电子云轮廓图 ①概念：把电子在原子核外空间出现概率P＝90%的空间圈出来，所得图形即电子云轮廓图。 ②形状 s电子云轮廓图呈球形，同一原子能层越高，电子云半径越大，如图1所示； p电子云轮廓图呈哑铃状，如图2所示。 2．原子轨道 (1)定义：量子力学把电子在原子核外的一个空间运动状态称为一个原子轨道。 (2)形状：常用电子云轮廓图的形状和取向来表示原子轨道的形状和取向。 (3)不同能层的能级、原子轨道数、原子轨道名称及形状和取向 能层 能级 原子轨道数 原子轨道名称 原子轨道的形状与取向 形状 取向 K 1s 1 1s 球形 － L 2s 1 2s 球形 － 2p 3 2px、2py、2pz 哑铃形 相互垂直 M 3s 1 3s 球形 － 3p 3 3px、3py、3pz 哑铃形 相互垂直 3d 5 － － － N 4s 1 4s 球形 － 4p 3 4px、4py、4pz 哑铃形 相互垂直 4d 5 － － － 4f 7 － － － …… …… …… …… …… …… 【易错辨析】 1．电子的运动与行星相似，围绕原子核在固定轨道上高速旋转(×) 提示：电子的运动状态不可预测，只能确定它出现在原子核外空间各处的概率。 2．2p、3p、4p能级的轨道数依次增多(×) 提示：2p、3p、4p能级的轨道数相同。 3．2px、2py、2pz轨道相互垂直，但能量相等(√) 下面是电子在1s轨道、2py轨道的电子云图，思考并回答下列问题： 问题1：电子在原子核外出现的概率有什么规律？ 提示：离核越近，电子出现的概率越大，电子云越密集。如2s电子云比1s电子云疏散。 问题2：同一能层不同能级的原子轨道数目、形状是否相同？不同能层同种能级的原子轨道数目、形状是否相同？ 提示：同一能层，不同能级的原子轨道形状不同，数目不同；不同能层，同种能级的原子轨道形状、数目相同，半径不同，能量不同。 【要点归纳】 1．正确认识电子云 (1)电子云图表示电子在核外空间出现的概率密度的相对大小。电子云图中小黑点密度越大，表示电子出现的概率密度越大。 (2)电子云图中的小黑点并不代表电子，小黑点的数目也不代表电子真实出现的次数。 (3)由氢原子的1s电子在原子核外出现的概率密度分布图可知，在离原子核越近的空间电子出现的概率越大；电子云的外围形状具有不规则性。 (4)电子云或原子轨道的形状取决于其类型，而与电子数目无关。 2．原子轨道与能层序数的关系 (1)不同能层的相同能级的原子轨道形状相同，只是半径不同。能层序数n越大，原子轨道的半径越大。 (2)s能级只有1个原子轨道。p能级有3个原子轨道，它们互相垂直，分别以px、py、pz表示。在同一能层中px、py、pz的能量相同。 (3)在同一能层，原子轨道数与能层序数(n)的关系：原子轨道数目＝n2。 【典例分析】 【典例2】 下列有关电子云和原子轨道的说法正确的是(　　) A．原子核外的电子像云雾一样笼罩在原子核周围，故称电子云 B．s轨道呈球形，处在该轨道上的电子只能在球壳内运动 C．p轨道呈哑铃形，在空间有两个伸展方向 D．p电子原子轨道的平均半径随能层的增大而增大 解析：选D。电子云是对电子运动的形象化描述，它仅表示电子在某一区域内出现的概率，并非原子核真被电子云雾所包裹，故A错误；原子轨道的形状是电子出现的概率约为90%的空间轮廓，它表明电子在这一区域内出现的概率大，在此区域外出现的概率少，故B错误；p轨道在空间有x、y、z 3个伸展方向，故C错误；由于按2p、3p……的顺序，电子的能量依次增大，电子在离核更远的区域出现的概率逐渐增大，电子云越来越向更大的空间扩展，原子轨道的平均半径逐渐增大，故D正确。 【对点练】 3.(2024·吉林长春高二期中)下列有关原子结构与性质的叙述中，不正确的是(　　) A．原子轨道和电子云可用来形象地描述电子的运动状态 B．电子从激发态跃迁到基态时能产生发射光谱 C．2px、2py、2pz轨道相互平行、能量相等 D．3p和4p轨道的形状均为哑铃形 解析：选C。原子轨道和电子云可用来形象地描述电子的运动状态，A正确；电子从激发态跃迁到基态时能产生发射光谱，B正确；2px、2py、2pz轨道相互垂直、能量相等，C错误； 3p和4p轨道的形状均为哑铃形，D正确。 4．(2024·河北保定高二检测)s能级、p能级的原子轨道图如图，下列说法正确的是(　　) A．s能级和p能级的原子轨道形状相同 B．s能级的原子轨道半径与能层序数无关 C.铜原子的电子在29个原子轨道上高速运动 D．每个p能级有3个原子轨道 解析：选D。s轨道为球形，p轨道为哑铃形，形状不同，A错误；能层序数越大，s能级的原子轨道半径越大，B错误；铜的电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s1，电子在15个原子轨道上运动，C错误； p能级有3个原子轨道，D正确。 课堂加练·课后检测 【课堂加练题组】 1．(2024·广东东莞高一检测)以下对核外电子运动状况的描述正确的是(　　) A．同一原子中，2p、3p、4p能级的轨道依次增多 B．电子云图中的一个小黑点表示一个自由运动的电子 C．4s电子能量较高，总是在比3s电子离核更远的地方运动 D．在同一能级上运动的电子，其运动状态不可能相同 解析：选D。同一原子中，2p、3p、4p能级的能量依次升高，但轨道数都为3，A错误；电子云图中的小黑点的疏密只表示电子出现的概率多少，不表示电子，B错误； 4s电子能量高于3s电子，4s电子在离核更远的地方的出现概率比3s电子大，不一定总是在比3s电子离核更远的地方运动，C错误；在同一能级上运动的电子，其运动状态不可能相同，D正确。 2．下列各基态原子或离子的电子排布式错误的是(　　) A．Mg2+　1s22s22p6 B．Br　1s22s22p63s23p63d104s24p5 C．O2-　1s22s22p6 D．Cu　1s22s22p63s23p63d94s2 解析：选D。Cu的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s1，D错误。 3．下列说法中正确的是(　　) A．因为p轨道是“8”字形的，所以p电子走“8”字形 B．M能层有3s、3p、3d三个轨道 C．原子轨道与电子云都是用来形象描述电子运动状态的 D．基态铜原子有8个能级 解析：选C。电子在原子轨道做无规则运动，所以电子不是按照某种形状运动的， A错误； M层为第三层，有3个能级，3s、3p、3d，共有9个轨道， B错误；电子运动无规律，只能利用概率方式来描述，原子轨道与电子云都是用来形象描述电子运动状态的， C正确； Cu是29号元素，处于周期表中第四周期第ⅠB族，基态铜原子的电子排布为1s22s22p63s23p63d104s1，所以有7个能级， D错误。 4．(2024·山东烟台高二联考)我国“奋斗者”号载人潜水器在马里亚纳海沟成功坐底，坐底深度为10 909 m。“奋斗者”号载人舱球壳的材料是一种由Ti、Al、Sn和Si等组成的合金，其中Si和Sn两种元素在元素周期表中位于同一纵列，下列有关说法错误的是(　　) A．基态Sn原子的价电子排布式为5s25p2 B．基态Si原子和基态Ti原子的价电子数不相等 C．基态Ti原子核外有7种能量不同的电子 D．基态Al原子核外有13种运动状态不同的电子 解析：选B。Si处于第ⅣA族，其价电子排布式为3s23p2，价电子数为4，基态Ti原子价电子排布式为3d24s2，价电子数为4，B错误。 5．如图是s能级和p能级的原子轨道图。 试回答下列问题： (1)s电子的原子轨道呈________形，每个s能级有________个原子轨道；p电子的原子轨道呈________形，每个p能级有________个原子轨道。 (2)元素X的原子最外层电子排布式为nsnnpn+1，原子中能量最高的是________电子，其电子云在空间有3个互相________(填“垂直”或“平行”)的伸展方向。元素X的名称是________，它的最低价氢化物的电子式是________。 (3)元素Y的原子最外层电子排布式为nsn-1npn+1，Y的元素符号为________，原子的核外电子排布式为______________________________________________________________。 解析：(1)s电子的原子轨道呈球形，每个s能级有1个原子轨道；p电子的原子轨道都呈哑铃形，每个p能级有3个原子轨道，它们相互垂直，分别以px、py、pz表示。(2)元素X的原子最外层电子排布式为nsnn pn+1，np轨道已排有电子，说明ns轨道已排满电子，即n＝2，则元素X的原子核外电子排布式为1s22s22p3，X是氮元素，最低价氢化物为NH3，电子式为。(3)元素Y的原子最外层电子排布式为nsn-1npn+1，则n－1＝2，n＝3，则Y元素的原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p4，Y是硫元素。 答案：(1)球　1　哑铃　3　(2)2p　垂直　氮　　(3)S　1s22s22p63s23p4 学科网（北京）股份有限公司 $$