第1章 第2节 第1课时 基态原子的核外电子排布-【优化探究】2025-2026学年新教材高中化学选择性必修2同步导学案配套PPT课件（鲁科版）双选

优化探究 第1章　原子结构与元素性质 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   [课程标准要求]　1.通过探讨1~18号元素基态原子的核外电子排布,充分理解能量最低原理、泡利不相容原理、洪特规则。2.会书写1~36号元素基态原子的电子排布式。3.学会利用电子排布式、轨道表示式正确表示核外电子排布。 任务一　基态原子的核外电子排布 任务二　构造原理及19~36号元素基态原子的核外电子排布 课时作业　巩固提升 任务一　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 (1)能量最低原理 能量最低原理即电子尽可能地先占据能量低的轨道,然后进入能量高的轨道,使整个原子的能量处于最低状态。如氢原子的原子轨道有1s、2s、2px、2py、2pz等,其核外的唯一电子在基态时只能处在能量最低的1s原子轨道上。 (2)泡利不相容原理 概念:一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状态不同。 ①在核外电子的排布中,排在同一轨道上的两个电子,自旋状态相反;而自旋状态相同的电子,必然处于不同的轨道上。在同一原子中,没有运动状态完全相同的两个电子,原子核外有几个电子,就有几种运动状态。 ②根据泡利不相容原理我们可以推算出各电子层最多能容纳的电子数。 电子层(n) K L M N … 能级 1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p 4d 4f … 原子 轨道数 1 1 3 1 3 5 1 3 5 7 … 1 4 9 16 … 最多能容纳的电子数   　  　  　  … 2　 在原子中,每个电子层最多可容纳2n2个电子,每个能级最多容纳的电子数为其所包含的原子轨道数的2倍。 8　 18 32 (3)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。如2p3的轨道表示式为 , 而不是 。 2.核外电子排布的两种表示方法 电子排布式 表示 方法 按照　　 　　原理对能级进行排序,进而在ns、np、nd等各能级符号的右上角用数字表示出该能级中的　　　　数目  图示   能量最低　 电子 电子层数 电子数 能级 轨道表示式 表示 方法 用方框(或小圆圈、短线)表示一个　　　　　,用箭头“↑”或“↓”来区别　　　　不同的电子  图示   原子轨道　 自旋状态 写出N、O、P、S的电子排布式和轨道表示式: (1)N:　　　　　　, 　 ;  (2)O:　　　　　　, 　 　 ;  (3)P:　 　　　　　,　 　 　;  (4)S:　　　 　　　,　 　 　。  注意:基态原子核外电子排布式的书写可以简化。如N、O、P、S的电子排布式可简化为 N:[He]2s22p3　　　O:[He]2s22p4 P:[Ne]3s23p3 S:[Ne]3s23p4 1s22s22p3 1s22s22p4 1s22s22p63s23p3 1s22s22p63s23p4 特别提醒　书写基态原子的轨道表示式时常出现的错误 1.基态氮原子的电子排布式为1s22s12p4,违背了能量最低原理。 ( ) 2.3d6的轨道表示式为 。 ( ) 3.基态O原子的轨道表示式为 违反了洪特规则。 ( ) √ × √ 1.下列基态原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　　　　。  ①F:1s22s23p5 ③Fe:1s22s22p63s23p63d64s2 ④Al:1s22s22p63s23p1 ③④　 ①　 ②　 ⑤ 根据核外电子排布规律,①中电子排完2s轨道后应排2p轨道而不是3p轨道,正确的电子排布式为1s22s22p5;②中没有遵循洪特规则——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;⑤中违反泡利不相容原理,正确的轨道表示式 为 。 2.绿柱石被国际珠宝界公认为四大名贵宝石之一,主要成分为Be3Al2(Si6O18), 因含适量的Cr2O3(0.15~0.6%)而形成祖母绿。基态Al原子中,电子填充的最高能级是　　　　。  3p (教参独具) 原子核外电子排布的表示方法 (1)电子排布式 书写格式:在ns、np、nd等各能级符号的右上角用数字表示出该能级中的电子数目。 以钾原子为例,电子排布式中各符号、数字的意义为 (2)轨道表示式 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。 以铝原子为例,轨道表示式中各符号、数字的意义为 (3)简化电子排布式 为避免电子排布式书写繁琐,可把内层电子排布达到稀有气体结构的部分用相应稀有气体的元素符号外加“[　]”表示。如S:[Ne]3s23p4,Ca:[Ar]4s2。 1.某同学将氧原子的核外电子轨道表示式写成 , 他违背了(　　) A.洪特规则　　　　　　　 B.泡利不相容原理 C.能量守恒原理 D.能量最低原理 A 洪特规则是指在能量相同的原子轨道上排布电子时,电子将尽可能分占不同的原子轨道,且自旋状态相同,该氧原子的核外电子轨道表示式违背了该规则,故A符合题意;泡利不相容原理指在原子中不能容纳运动状态完全相同的电子,即在一个原子轨道里最多只能容纳2个电子且电子的自旋状态必须相反,故B不符合题意;能量守恒原理是物理学中的一个基本概念,指的是在一个封闭的系统中,能量既不会无中生有,也不会自行消失,故C不符合题意;能量最低原理是指基态多电子原子核外电子排布时总是先占据能量最低的轨道,当低能量轨道占满后才排入高能量的轨道,以使整个原子体系的能量最低,故D不符合题意。 2.下列轨道表示式能表示基态硫原子最外层电子排布的是(　　) C 中,有1个3s电子激发到3p轨道上,属于激发态硫原子的最外层电子排布,A不正确; 中,3p轨道上有一个轨道容纳的2个电子自旋状态相同,违反泡利不相容原理,B不正确; 中,满足构造原理,能表示基态硫原子最外层电子排布,C正确; 中,有1个3p轨道没有排布电子,违反洪特规则,D不正确。 3.若将C原子的电子排布式写成1s22s22,它违背了(　　) A.能量守恒定律 B.能量最低原理 C.泡利不相容原理 D.洪特规则 D 根据洪特规则,基态原子的电子在能量相同的原子轨道上排布时,应尽可能分占不同的原子轨道且自旋状态相同,故本题给出的电子排布式违背了洪特规则,应写为1s22s22。 任务二　构造原理及19~36号元素基态原子的核外电子排布 1.构造原理 基态原子核外电子在原子轨道上的排布顺序如图所示,它表示随着原子序数的递增,基态原子的“外层电子”按照箭头的方向依次排布在各原子轨道上:1s、2s、2p、3s、3p、　　、　　、4p、5s、4d、5p、6s……这一规律称为构造原理。  4s 3d 特别提醒　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。例如,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.洪特规则特例 (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　　　　,原子较　　　　。  (2)基态铬原子和基态铜原子的核外电子排布式分别为 Cr:　 ,  Cu:　 。  低　 稳定 1s22s22p63s23p63d54s1 1s22s22p63s23p63d104s1 1.1~36号元素中基态Fe原子未成对电子数最多。 (　　) 2.基态Sc原子的电子排布式可表示为1s22s22p63s23p64s23d1。(　　) 3.第4周期中原子最外层仅有1个电子的元素只有K。(　　) 4.基态铜原子的简化电子排布式为[Ar]3d94s2。(　　) × × × × 写出下列元素基态原子的电子排布式和简化电子排布式。 (1)Ti:　　　　　　　　　　　　,　 　　　　　　　。  (2)Cr:　　　　　　　　　　　　,　 　　　　　　　。  (3)Mn:　　　　　　　　　　　　,　 　　　　　　　。  (4)Fe:　　　　　　　　　　　　,　 　　　　　　　。  (5)Cu:　　　　　　　　　　　　, 　　　　　　　　。  (6)Zn:　　　　　　　　　　　　,　 　　　　　　　。  (7)Br:　　　　　　　　　　　　,　 　　　　　　　。  1s22s22p63s23p63d24s2　　 [Ar]3d24s2 1s22s22p63s23p63d54s1　 [Ar]3d54s1 1s22s22p63s23p63d54s2　　 [Ar]3d54s2 1s22s22p63s23p63d64s2　　 [Ar]3d64s2 1s22s22p63s23p63d104s1　 [Ar]3d104s1 1s22s22p63s23p63d104s2　　 [Ar]3d104s2 1s22s22p63s23p63d104s24p5　 [Ar]3d104s24p5 (教参独具) 1.洪特通过分析光谱实验的结果指出,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,体系的能量较低,原子较稳定。这一规律也称为洪特规则的特例。 2.在对核外电子进行排布时,要综合考虑能量最低原理、泡利不相容原理和洪特规则。如铁的核外电子排布如图所示: 3.核外电子排布的4种表示方法 原子结构 示意图 意义 将每个电子层上的电子总数表示在原子核外的式子 实例 Na: 电子 排布式 意义 用数字在能级符号的右上角表示出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 意义 把内层电子排布达到稀有气体结构的部分用相应稀有气体的元素符号外加“[　]”表示 实例 K:[Ar]4s1 轨道 表示式 意义 每个方框(或小圆圈、短线)都代表一个原子轨道,每个箭头代表一个电子 实例   1.(双选)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轨道的顺序为3p→3d→4s B.某基态原子部分核外电子的排布式为3d64s2 C.所有基态原子的核外电子排布都遵循构造原理 D.构造原理中的电子排布能级顺序,源于光谱学事实 AC 3d轨道能量高于4s,所以原子核外电子填充3p、3d、4s轨道的顺序为3p→4s→3d,A错误;基态铁原子的价电子排布式为3d64s2,符合基态原子电子排布规律,B正确;原子的电子排布遵循构造原理能使整个原子的能量处于最低状态,但原子轨道全充满、半充满或全空时,能量较小,如Cu:3d104s1,Cr:3d54s1,不遵循构造原理,C错误;构造原理中的电子排布能级顺序,源于光谱学事实,D正确。 2.(2024·山东青岛高二检测)下列各组表述中,两个微粒一定属于同种元素原子的是(　　) A.3p能级有一个未成对电子的基态原子和核外电子排布式为1s22s22p63s23p1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1s22s22p63s23p64s2的原子 C.最外层电子数是核外电子总数的的原子和价电子排布式为3s23p5的原子 D.2p能级有一个空轨道的基态原子和原子的价电子排布式为2s22p2的原子 D 3p能级有一个未成对电子的基态原子可能是Al或Cl,核外电子排布式为1s22s22p63s23p1的原子是Al原子,因此两个微粒可能属于同种元素原子,A错误;M层全充满而N层为4s2的原子是Zn原子;核外电子排布式为1s22s22p63s23p64s2的原子是Ca原子,二者是不同元素的原子,B错误;最外层电子数是核外电子总数的的原子是P原子;价电子排布式为3s23p5的原子是Cl原子,二者是不同元素的原子,C错误;2p能级有一个空轨道的基态原子是C原子;原子的价电子排布式为2s22p2的原子也是C原子,二者是同一元素的原子,D正确。 课时作业　巩固提升 2 3 4 5 6 7 8 1 [A组　基础落实] 题组一　基态原子的核外电子排布 1.在d能级的原子轨道中电子排布成 ,而不排布成 ,其直接根据是(　　) A.能量最低原理 B.泡利不相容原理 C.原子轨道能级图 D.洪特规则 9 10 D 11 12 在能量相同的原子轨道上排布电子时,电子将尽可能分占不同的原子轨道且自旋状态相同为洪特规则。 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 12 2.下列表示钠原子的化学用语中能反映能级差别和电子自旋状态的 是(　　) A. BNa C.1s22s22p63s1 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 D 11 12 只有轨道表示式才能反映出电子的自旋状态。 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 12 3.下列轨道表示式所表示的元素原子中,能量处于最低状态的是(　　) 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 C 11 12 要使各原子能量处于最低状态(即基态),核外电子排布必须遵循三大原则。A项,2s轨道未排满电子,2p轨道排布一个电子,应为激发态,错误;B项,2p轨道上的电子排布不符合洪特规则,错误;C项,电子排布符合三大原则,能量最低,正确;D项,2p轨道未排满电子,3s轨道排布一个电子,应为激发态,错误。 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 12 4.下列关于钠元素的几种表达式错误的是(　　) 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 C 11 12 选项 微粒种类 表示方法的名称 表示方法 A 基态Na+ 轨道表示式   B 基态Na+ 结构示意图   C 基态Na+ 电子排布式 1s22s22p63s1 D 基态Na 最外层电子排布式 3s1 基态Na+的电子排布式为1s22s22p6。 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 12 题组二　构造原理及19~36号元素基态原子的核外电子排布 5.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,下列能量大小的顺序中不正确的是(　　) A.E(3d)>E(3p)>E(3s)　 B.E(3s)>E(2s)>E(1s) C.E(4f)>E(3d)>E(4s) D.E(5s)>E(3d)>E(4p) 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 D 11 12 相同电子层而不同能级的电子能量E(3d)>E(3p)>E(3s),故A正确;不同电子层而相同能级的电子能量E(3s)>E(2s)>E(1s),故B正确;根据构造原理可知E(4f)>E(3d)>E(4s),故C正确;根据构造原理可知E(5s)>E(4p)>E(3d),故D错误。 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 12 6. (双选)下列有关原子结构的说法正确的是(　　) A.基态Cr原子的电子排布式1s22s22p63s23p63d44s2违反了泡利不相容原理 B.激发态Mg2+的电子轨道表示式:   C.钠原子由1s22s22p63s1→1s22s22p63p1时,原子辐射能量,由基态转化成激发态 D.同一原子中,2p、3p、4p能级的轨道数一样多 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 BD 11 12 根据洪特规则的特例,基态Cr原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s1,而泡利不相容原理是指每个原子轨道最多只能容纳两个自旋状态相反的电子,故A错误;基态Mg2+的电子排布式为1s22s22p6,因此激发态Mg2+的电子轨道表示式可能为 ,故B正确;钠原子由1s22s22p63s1→1s22s22p63p1时,原子吸收能量,由基态转化成激发态,故C错误;同一原子中,2p、3p、4p能级的轨道数均为3,故D正确。 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 12 7. (双选)下列关于原子结构的表述正确的是(　　) A.基态铁原子核外有4个未成对电子,基态铬原子核外有6个未成对电子 B.基态氮原子的轨道表示式: C.基态溴原子的电子排布式:[Kr]3d104s24p5 D.基态P原子电子排布式1s22s22p63s23,违背了泡利不相容原理 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 AC 11 12 基态铁原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2,有4个未成对电子,基态铬原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s1,有6个未成对电子,A正 确;基态氮原子的轨道表示式 ,B错误;基态溴原子的简化电子排布式:[Ar]3d104s24p5,C正确;基态P原子电子排布式1s22s22p63s23,违背了洪特规则,D错误。 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 12 8.下列说法中正确的是(　　) A.2p和3p轨道的能量相等 B.基态P原子的轨道表示式为   C.基态氯原子的电子排布式为1s22s22p63s23p4 D.Cu原子的简化电子排布式:[Ar]3d104s1 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 D 11 12 2p和3p轨道的能量不相等,离原子核越远,能量越高,2p轨道能量低于3p,A错误; P原子核外有15个电子,基态P原子的电子排布式为1s22s22p63s23p3,轨道表示式为 ,B错误;基态氯原子的电子排布式为1s22s22p63s23p5,C错误;Cu原子核外有29个电子,其简化电子排布式为[Ar]3d104s1,D正确。 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 12 [B组　培优训练] 9.在短周期元素中,元素的基态原子的核外未成对电子数等于电子层数的元素有a种,元素的基态原子最外层电子数是未成对电子数2倍的元素有b种,则a∶b的值为(　　) A.1 B.2 C.3 D.4 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 B 11 12 在短周期元素中,符合基态原子核外未成对电子数等于电子层数的元素有第1周期的H元素;在第2周期,原子核外未成对电子数为2的元素,其核外电子的轨道表示式为 (C元素)或 (O元素);在第三周期,原子核外未成对电子数为3的元素,其核外电子排布式是1s22s22p63s23p3(P元素),符合条件的元素共4种,即a=4。符合基态原子最外层电子数是未成对电子数2倍的元素,其基态原子的最外层电子数是2、4、6或8,若最外层电子数为2,则是氦或ⅡA族元素,核外无未成对电子,不符合题意;若最外层电子数为4,则是ⅣA族元素,这些元素原子p能级上的2 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 12 个电子为未成对电子,符合题意,因题目要求是短周期元素,故有2种;若最外层电子数为6,则是ⅥA族元素,这些元素原子的p能级上有2个未成对电子,最外层电子数是未成对电子数的3倍,不符合题意;若最外层电子数为8,则是0族元素,这些元素原子的p能级为全充满状态,无未成对电子,因此不符合题意,总之,符合条件的元素共2种,即b=2。综上可知a∶b的值为2。 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 12 10.(2024·山东青岛高二检测)下列说法错误的是(　　) A.ns电子的能量不一定高于(n-1)p电子的能量 B.C的电子排布式为1s22s22,违背了洪特规则 C.电子排布式(21Sc)1s22s22p63s23p63d24s1违背了能量最低原则 D.电子排布式(22Ti)1s22s22p63s23p10违背了泡利原理 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 A 11 12 ns电子的能量一定高于(n-1)p电子的能量,A错误;对于C原子来说,2p能级有3个能量相同的原子轨道,最后2个电子应以自旋状态相同的方式分布在两个不同的2p轨道上,违背了洪特规则,B正确;根据构造原理可知轨道能量高低顺序:E4s<E3d,对于21Sc原子来说,最后3个电子应先排满4s轨道,再排3d轨道,应为1s22s22p63s23p63d14s2,故违背了能量最低原则,C正确;对于22Ti原子来说,3p能级共有3个轨道,最多可以排6个电子,如果排10 个电子,则违背了泡利原理,D正确。 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 12 11.(1)基态Co原子的核外电子排布式为　　　　　　　　　　　　　　。元素Mn与O中,基态原子核外未成对电子数较多的是　　　。  (2)基态Fe3+的核外电子排布式为　　　　　　　　　　　　　。  (3)基态Ge原子的核外电子排布式为[Ar]　　　　　,有　个未成对电子。  (4)基态镍原子的核外电子排布式为　　　　　　　　　　　　　　　,3d能级上的未成对电子数为　　。  (5)基态Zn2+的核外电子排布式为　　　　　　　　　　　　　　　。  (6)基态Cr3+的核外电子排布式为　　　　　　　　　　　　　　　。  (7)基态Cu原子的最外层有　　个电子。  2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 12 1s22s22p63s23p63d74s2{或[Ar]3d74s2}　 Mn 1s22s22p63s23p63d5{或[Ar]3d5} 3d104s24p2 2 1s22s22p63s23p63d84s2{或[Ar]3d84s2}　 2 1s22s22p63s23p63d10{或[Ar]3d10} 1s22s22p63s23p63d3{或[Ar]3d3} 1 12.有几种元素的粒子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p6,其中: (1)某粒子一般不与其他元素的原子反应,这种粒子的符号是　　　。  2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 12 Ar (1)符合题述核外电子排布式的粒子中,很难发生化学反应的应为稀有气体Ar。 (2)某粒子的盐溶液能使溴水褪色,并出现浑浊,这种粒子的符号是　　。  2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 12 S2-　 (2)能使溴水褪色,并出现浑浊,应为还原性较强的S2-,发生反应 S2-+Br2===S↓+2Br-。 (3)某粒子氧化性很弱,但得到电子后还原性很强,且对应原子最外层只有一个电子,这种粒子的符号是　　　　。  2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 12 K+ (3)氧化性很弱,得电子后还原性很强,且对应原子最外层只有一个电子,应为K+。 (4)某粒子还原性虽弱,但失去电子后氧化性很强,且这种元素的原子得到一个电子即达到稳定结构,这种粒子的符号是　　　　。  2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 12 Cl- (4)原子得一个电子即达到稳定结构,该粒子应为Cl-。 稳定状态 $$