2 第1章 第2节 第1课时 基态原子的核外电子排布-【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（鲁科版2019 双选）

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 [素养发展目标]　1.通过认识原子结构及核外电子排布，辨识微观粒子运动状态不同于宏观物体运动状态。　2.结合原子核外电子排布规律及核外电子排布的原则建立观点、结论和证据之间的逻辑关系。 一、基态原子的核外电子排布 1．基态原子的核外电子排布规律 规律 内容 能量最低原理 在不违背泡利原理的前提下，核外电子在原子轨道上排布时按轨道能量由低到高依次排列，使整个原子处于能量最低的状态 泡利不相容原理 每个原子轨道中最多只能容纳两个电子，且这两电子的自旋状态不同，用箭头“↑”或“↓”表示 洪特规则 对于基态原子，核外电子在能量相同的原子轨道上排布时，将尽可能分占不同的原子轨道并且自旋状态相同 2．原子核外电子排布表示方法 电子排 布式 表示方法 在ns、np、nd等各能级符号的右上角用数字表示出该能级中电子的数目 图示 轨道 表示 式(电 子排 布图) 表示 方法 用方框(或小圆圈、短线)表示一个原子轨道，用箭头“↑”或“↓”来区别自旋状态不同的电子的式子 图示 二、19～36号元素基态原子的核外电子排布 1．核外电子排布式 按照基态原子核外电子排布原则，请尝试写出19～36号元素K～Kr的基态原子的核外电子排布式。 ①K：1s22s22p63s23p64s1 ②Ca：1s22s22p63s23p64s2 ③Sc：1s22s22p63s23p63d14s2 ④Ti：1s22s22p63s23p63d24s2 ⑤V：1s22s22p63s23p63d34s2 ⑥Cr：1s22s22p63s23p63d54s1 ⑦Mn：1s22s22p63s23p63d54s2 ⑧Fe：1s22s22p63s23p63d64s2 ⑨Co：1s22s22p63s23p63d74s2 ⑩Ni：1s22s22p63s23p63d84s2 ⑪Cu：1s22s22p63s23p63d104s1 ⑫Zn：1s22s22p63s23p63d104s2 ⑬Ga：1s22s22p63s23p63d104s24p1 ⑭Ge：1s22s22p63s23p63d104s24p2 ⑮As：1s22s22p63s23p63d104s24p3 ⑯Se：1s22s22p63s23p63d104s24p4 ⑰Br：1s22s22p63s23p63d104s24p5 ⑱Kr：1s22s22p63s23p63d104s24p6 2．洪特规则特例 (1)能量相同的原子轨道在全充满(如d10)、半充满(如d5)和全空(如d0)状态时，体系能量较低，原子较稳定。 学生用书↓第6页 (2)在原子中，每个电子层最多容纳2n2个电子，每个能级最多能容纳的电子数为其所包含的原子轨道数的2倍。 1．下列轨道表示式中，能正确表示该元素原子处于最低能量状态的是(　　) D　[若元素的原子处于最低能量状态，则其核外电子排布遵循能量最低原理、泡利不相容原理和洪特规则。A、B项违背洪特规则，C项表示元素的原子处于激发态，违背能量最低原理。] 2.下列原子或离子的电子排布式错误的是(　　) A．O2－：1s22s22p6 B．Ne：1s22s22p6 C．Ca：1s22s22p63s23p6 D．Al3＋：1s22s22p6 C　[Ca是20号元素，其电子排布式为1s22s22p63s23p64s2，故C错误。] 探究一　根据构造原理书写电子排布式或画轨道表示式 1．如何根据构造原理书写电子排布式？ 提示：首先确定原子电子数目，然后根据“构造原理图”箭头顺序依次填入电子直至把所有电子排布完毕。例：要写出P的电子排布式，P是15号元素，所以总共有15个电子。按构造原理依次是1s2→2s2→2p6→3s2→3p3，排布完毕。所以P的电子排布式为1s22s22p63s23p3。 2．如何根据“构造原理”画出轨道表示式？ 提示：首先根据构造原理确定电子排布式，然后根据“泡利不相容原理”及“洪特规则”确定各轨道电子排布及自旋状态，最后画出即可。例：P的电子排布式为1s22s22p63s23p3，把各能级轨道用方框(或小圆圈、短线)画出为 ，根据“泡利不相容原理”及“洪特规则”填入电子(用箭头表示)，P的轨道表示式为 。 3．构造原理是不是完全根据原子轨道能量由低到高填入的？是否能量最低原理有错？ 提示：不是，例如“构造原理”先排布ns轨道后填(n－1)d轨道，但实际许多情况下轨道能量是(n－1)d轨道更低。能量最低原理没错，能量最低原理并不是指电子优先排布于能量最低的轨道中，而是指电子整体排布方式能量最低。一般1～18号元素原子电子优先排布于能量最低的原子轨道是对的，超过18号元素后情况就比较复杂了。 基态原子核外电子在原子轨道上的排布 1．排布顺序 (1)构造原理：随着原子序数的递增，基态原子的“外层电子”按照如图箭头的方向依次排布在各原子轨道上：1s、2s、2p、3s、3p、4s、3d、4p、5s、4d、5p、6s……即按ns、(n－2)f、(n－1)d(n≥6)、np顺序排布。能量高低：ns<np<nd<nf，1s<2s<3s，2p<3p<4p。 (2)构造原理只是给出了基态原子外层电子在原子 学生用书↓第7页 轨道上排布的规律，即只有原子最外层电子在原子轨道上填充时才出现先填ns轨道再填(n－1)d轨道。但这一顺序并不代表电子填充后在原子中各原子轨道的能级高低顺序。对于ns和(n－1)d轨道都填有电子的原子，在许多情况下(n－1)d轨道的电子能量更低。 2．轨道表示式中各符号、数字的意义 1．下列有关原子核外电子排布的说法正确的是(　　) A．电子排布为[Ar]3d44s2的中性原子是基态原子 B．1s22s12p2p2p违背了洪特规则，是激发态原子的电子排布 C．不符合泡利不相容原理，是不存在的排布 D．原子结构示意图为的原子，核外电子云有3种不同形状 C　[电子排布为[Ar]3d44s2的中性原子不是基态Cr原子，基态Cr原子的电子排布为[Ar]3d54s1，遵循半充满状态稳定这一规律，A项错误；该电子排布式没有违背洪特规则，是激发态原子的电子排布式，洪特规则指出电子在排布时应优先分占不同的原子轨道且自旋状态相同，B项错误；该原子的轨道表示式中2s能级的两个电子自旋状态相同，违反泡利不相容原理，是不存在的，泡利不相容原理指出，同一轨道的两个电子自旋状态应相反，C项正确；该原子为F原子，其电子排布式为1s22s22p5，电子云有2种不同的形状，D项错误。] 探究二　洪特规则本质 1．为什么能量相同的原子轨道中电子总是分占轨道且自旋状态一致？ 提示：如果不分占轨道，就要2个电子自旋状态相反进入同一轨道。两个电子在同一轨道内静电排斥导致原子体系不稳定，能量升高。所以分占轨道且自旋状态一致时原子整体能量较低，符合能量最低原理。 2．基态铬原子和基态铜原子的核外电子排布式分别为Cr：1s22s22p63s23p63d54s1，Cu：1s22s22p63s23p63d104s1，而非Cr：1s22s22p63s23p63d44s2；Cu：1s22s22p63s23p63d94s2，这是为什么？ 提示：能量相同的原子轨道在全充满、半充满和全空状态时，体系能量较低。所以基态铬原子和基态铜原子的电子排布式为题目前面两种。 3．根据核外电子排布的原则，铬元素原子的核外电子排布式应该为1s22s22p63s23p63d44s2，实际上却是1s22s22p63s23p63d54s1，为什么？ 提示：铬原子的核外电子排布式符合洪特规则的特例，此时3d、4s轨道为半充满状态，体系能量较低，较稳定。 前4周期元素核外电子排布的特殊性 1．最外层只有1个未成对电子的元素 ⅠA族(ns1：H、Li、Na、K)； ⅢA族(ns2np1：B、Al、Ga)； ⅦA族(ns2np5：F、Cl、Br)； Cr(3d54s1)、Cu(3d104s1)。 2．最外层有2个未成对电子的元素 ⅣA族(ns2np2：C、Si、Ge)； ⅥA族(ns2np4：O、S、Se)。 3．最外层有3个未成对电子的元素 ⅤA族(ns2np3：N、P、As)。 4．核外电子排布中，未成对电子数最多的元素是Cr(3d54s1，共有6个未成对电子)。 2．前4周期元素中，基态原子中未成对电子数与其所在周期数相同的元素有(　　) A．3种　　 B．4种　　　C．5种　　　D．6种 C　[第1周期中，有一个未成对电子的是1s1；第2周期中，未成对电子是两个的有两种：1s22s22p2和1s22s22p4；第3周期中，未成对电子是三个的是1s22s22p63s23p3；第4周期中未成对电子是四个的是1s22s22p63s23p63d64s2，共有5种。] 学生用书↓第8页 1．在d轨道中电子排布成，而不排布成，其最直接的根据是(　　) A．能量最低原理　　　　　 B．泡利不相容原理 C．原子轨道构造原理 D．洪特规则 D　[洪特规则表明，当电子排布在能量相同的不同轨道时，总是尽可能分占不同的轨道且自旋状态相同。] 2．下列排布不符合泡利不相容原理的是(　　) A．2p轨道： B．3d轨道： C．2p轨道： D．3d轨道： C　[泡利不相容原理指的是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必须相反，只有选项C不满足此原理。] 3．下列微粒中，未成对电子数最多的是(　　) A．O：1s22s22p4 B．P：1s22s22p63s23p3 C．Fe：1s22s22p63s23p63d64s2 D．Mn：1s22s22p63s23p63d54s2 D　[A项，O原子未成对电子数为2；B项，P原子未成对电子数为3；C项，Fe原子未成对电子数为4；D项，Mn原子未成对电子数为5。] 4．(1)(2020·全国卷Ⅰ)基态Fe2＋与Fe3＋离子中未成对的电子数之比为________。 (2)(2020·全国卷Ⅱ)基态Ti原子的核外电子排布式为________________________。 (3)Zn基态核外电子排布式为_____________________________________________ _____________________________________________________________________。 解析：　(1)基态Fe2＋的价电子排布式为3d6，未成对电子数为4，基态Fe3＋的价电子排布式为3d5，未成对电子数为5，所以两者之比为4∶5。 (2)Ti的原子序数为22，因此基态Ti原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d24s2或[Ar]3d24s2。 (3)Zn是30号元素，其基态核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s2或[Ar]3d104s2。 答案：　(1)4∶5 (2)1s22s22p63s23p63d24s2或[Ar]3d24s2 (3)1s22s22p63s23p63d104s2或[Ar]3d104s2 课时作业(二)　基态原子的核外电子排布 (本栏目内容，在学生用书中以独立形式分册装订！) 一、选择题(本小题共8小题，每小题只有一个选项符合题意) 1．基态碳原子的核外电子排布为1s22s22p2，则p轨道表示式正确的是(　　) A　[电子排布在同一能级时，总是优先单独占据不同轨道，且自旋方向相同。] 2．M－的最外层电子排布式为3s23p6，下列说法中正确的是(　　) A．M可能为稀有气体元素 B．M原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p64s1 C．M原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p5 D．M的最外电子层上有6个电子 C　[M－的最外层电子排布式为3s23p6，M原子的最外层电子排布式为3s23p5，其最外层有7个电子。] 3．某元素的3p轨道上有两个未成对电子，因此其(　　) A．第三电子层上有4个电子 B．最高正价为＋2 C．最高正价为＋4 D．第二电子层没有未成对电子 D　[3p轨道上有两个未成对电子，则该基态原子电子排布式为1s22s22p63s23p2或1s22s22p63s23p4，即为Si元素或S元素。] 4．下列表示式中错误的是(　　) 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＋的电子排布式：1s22s22p6 A　[A项违背了泡利不相容原理。] 5．能量最低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表示某能级的能量，以下各式中正确的是(　　) A．E5s>E4f>E4s>E3d B．E3d>E4s>E3p>E3s C．E4s<E3s<E2s<E1s D．E5s>E4s>E4f>E3d 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……，即E4f>E5s>E3d>E4s；形状相同的原子轨道的能量高低顺序为E4s>E3s>E2s>E1s。] 6．下列化学用语书写正确的是(　　) A．基态V原子的电子排布式为：1s22s22p63s23p63d5 B．甲醛的电子式： C．基态P原子的轨道表示式： D．基态Fe3＋的电子排布式：[Ar]3d64s0 答案：　C 7．下列说法或有关化学用语的表达错误的是(　　) A．s电子云图呈球形，p电子云图呈哑铃形 B．24Cr的外围电子排布式：3d54s1 C．基态电子排布(23V)1s22s22p63s23p63d5违反了洪特规则 D．违反了泡利不相容原理 C　[s电子云图呈球形，p电子云图为哑铃形，故A正确；Cr核外有24个电子，外围电子排布式：3d54s1，故B正确；由于4s轨道能量小于3d，应该先排4s再排3d，基态23V正确的电子排布式为1s22s22p63s23p63d34s2，违反的是能量最低原理，故C错误；中1s和2s轨道中容纳自旋状态相同的电子，违反了泡利不相容原理，故D正确。] 8．某基态原子的第四电子层有3个电子，则第三电子层的电子数有(　　) A．2个 B．8个 C．10个 D．18个 D　[第四电子层有3个电子，按能量最低原理，第三电子层各能级应充满电子，即3s2、3p6、3d10，共有18个电子。] 二、选择题(本题包括4小题，每小题有一个或两个选项符合题意) 9．某基态原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s2，下列说法中不正确的是(　　) A．该元素基态原子中共有23个电子 B．该元素原子核外有4个电子层 C．该元素原子最外层共有2个电子 D．该元素原子M电子层共有8个电子 AD　[由该原子基态电子排布式知，其有25个电子，核外有4个电子层，最外层有2个电子，M电子层有13个电子，A、D项不正确。] 10．(2022·山东淄博一中高二检测)某元素的一种基态粒子的M层p能级上有4个电子，有关该粒子的叙述错误的是(　　) A．N层可能含有电子 B．该粒子可能为中性原子 C．L层一定有8个电子 D．粒子的最外层电子数为4 AD　[由于M层上的p轨道没有排满，故该基态粒子的N层上没有电子，A错误；根据元素的一种基态粒子的M层p能级上有4个电子，得出其价电子排布式为3s23p4，最外层电子数是6，D错误。] 11．(2022·黑龙江哈尔滨三中高二上期末)若某基态原子的外围电子排布为4d15s2，则下列说法正确的是(　　) A．该元素基态原子核外共有3个电子 B．该元素原子核外有5个电子层 C．该元素原子最外层共有3个电子 D．该元素原子M层共有8个电子 B　[某基态原子的外围电子排布为4d15s2，原子核外共有39个电子，故A错误；该元素原子核外有5个电子层，故B正确；该元素原子最外层共有2个电子，故C错误；M层为第3层，共有18个电子，故D错误。] 12．基态原子的4s能级中只有1个电子的元素共有(　　) A．1种 B．2种 C．3种 D．8种 C　[4s能级中只有1个电子时其最外层电子排布只能为4s1，3d54s1，3d104s1。] 三、非选择题(本题包括3小题) 13．(1)Na位于元素周期表第________周期第______族；S的基态原子核外有________个未成对电子；Si的基态原子核外电子排布式为______________________________。 (2)Cu＋基态核外电子排布式为____________________________________________。 (3)基态铁原子有________个未成对电子，Fe3＋的电子排布式为____________________。 (4)31Ga基态原子的核外电子排布式是_________________________________________ ________________________________________________________________________。 解析：　(1)Na元素位于元素周期表第3周期第ⅠA族；S的基态原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p4，3p轨道上有2个未成对电子；Si原子核外电子数为14，基态原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p2。(2)Cu为29号元素，要注意3d轨道写在4s轨道的前面，基态原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s1，Cu→Cu＋失去最外层的4s1，故Cu＋的基态核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d10。(3)基态铁原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2，所以有4个未成对电子，失去2个4s、1个3d电子形成Fe3＋，其电子排布式为1s22s22p63s23p63d5。(4) Ga位于第4周期第ⅢA族，故其电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p1。 答案：　(1)3　ⅠA　2　1s22s22p63s23p2 (2)1s22s22p63s23p63d10 (3)4　1s22s22p63s23p63d5 (4)1s22s22p63s23p63d104s24p1 14．设X、Y、Z代表三种元素。 ①X＋和Y－两种离子具有相同的电子层结构； ②Z原子核内质子数比Y原子核内质子数少9个； ③Y和Z两种元素可以形成4核42个电子的负一价阴离子。据此，请填空。 (1)Y元素是________(填元素符号)，其原子的电子排布式为________________________，Z元素原子的电子排布式为________________________。 (2)由X、Y、Z三种元素形成的含68个电子的盐类化合物的化学式是________________________________________________________________________。 解析：　X＋和Y－电子层结构相同可推测为Na＋、F－或K＋、Cl－，然后根据Y和Z可形成4核42个电子的负一价阴离子，推测该阴离子为ClO。X＋与Y－具有相同的电子层结构说明X位于Y的下一周期，由于Y形成Y－，又Z比Y的质子数少9个，故Y的原子序数最少为17，假设Y为Cl，则由③可推知Z为O，由①可推知X为K，满足题意。 答案：　(1)Cl　1s22s22p63s23p5　1s22s22p4　(2)KClO4 15．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，其元素符号为________________________________________________________________________。 (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___________________________________________。 解析：　解答此题的关键是要熟练掌握原子的核外电子排布式，并特别注意原子的几种稳定态的核外电子排布：能量相同的原子轨道在全充满(如p6和d10)、半充满(如p3和d5)、全空(如p0和d0)状态时，体系的能量较低，原子较稳定。 答案：　(1)N　(2)Cl　K (3)Fe　1s22s22p63s23p63d64s2 (4)Cu　1s22s22p63s23p63d104s1 学科网（北京）股份有限公司 $$