1.1 原子结构 第2课时（导学案）化学人教版选择性必修2

1.1 原子结构 第2课时 构造原理与电子排布式 电子云与原子轨道 一、知识目标 1. 了解核外电子排布的构造原理，掌握相同能层不同能级、英文字母相同不同能级以及不同层不同能级的能量高低顺序，知晓能级交错现象，能根据构造原理书写 1 - 36 号元素的电子排布式、简化电子排布式和价层电子排布式。 2. 理解电子云的概率密度分布概念，了解电子云轮廓图与核外电子的空间运动状态，认识不同形状的原子轨道。 二、核心素养目标 1. 宏观辨识与微观探析：从宏观上认识元素的性质与电子排布的关系，从微观上理解核外电子的运动状态和排布规律。 2. 证据推理与模型认知：通过对构造原理和电子排布式的学习，建立核外电子排布的模型，培养逻辑推理能力。 3. 科学探究与创新意识：通过对电子云与原子轨道的探究，培养对微观世界的探究兴趣和创新思维。 一、学习重点 1. 构造原理。 2. 1 - 36 号元素电子排布式的书写。 3. 电子云与原子轨道的概念。 二、学习难点 1. 能级交错现象。 2. 不遵循构造原理的电子排布情况。 3. 电子云与原子轨道的空间理解。 1. 构造原理与电子排布式 （1） 构造原理 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。构造原理示意图： （2） 电子排布式 按照构造原理，元素的核电荷数每递增一个，同时增加一个核电荷和一个核外电子，就得到一个基态原子的电子排布。电子填满了一个能级，开始填入下一个能级，由此构建了元素周期系中各元素的基态原子的电子排布。常见元素基态原子的电子排布式： 2. 电子云与原子轨道 （1）量子力学指出，一定空间运动状态的电子并不在玻尔假定的线性轨道上运行，而在核外空间各处都可能出现，但出现的概率不同，可以算出它们的概率密度分布。用P表示电子在某处出现的概率，V表示该处的体积，则P/V称为概率密度，用表示。 由于核外电子的概率密度分布看起来像一片云雾，因而被形象地称作电子云。 （2）原子轨道 量子力学把电子在原子核外的一个空间运动状态称为个原子轨道。 不同能层、能级的原子轨道形状、数量： （1） 课堂导入 【引导学生回顾】同学们，我们在初中化学里已经了解到，原子核外电子是在原子核外距离原子核由近及远、能量由低到高分层排布的。现在请大家回忆一下，1 - 18号原子核外电子分层排布的原子结构示意图是怎样的呢？给大家1分钟时间，在草稿纸上画一画，然后同桌之间相互交流检查。（学生进行回忆和书写，教师巡视并给予适当指导） 【引入新材料研发实例】大家画得都很认真。其实，核外电子的排布在现代科技和化工生产中有着至关重要的作用。比如在研发新型半导体材料时，科学家们需要精确了解原子的电子排布情况。因为电子的排布决定了原子的化学性质和物理性质，进而影响材料的性能。像现在广泛应用于电子设备中的高性能芯片，其核心材料的研发就离不开对原子电子排布的深入研究。科学家们通过调整原子的电子排布，能够改变材料的导电性、导热性等关键性能，从而制造出更高效、更节能的芯片。那么，原子核外电子具体是按照怎样的规律排布的呢？这就是我们今天要深入探究的内容。 （2） 构造原理与电子排布式 1.构造原理 问题探究：观察教材上构造原理的能级顺序图，思考每一行、每一小圈以及各圆圈间连接线的方向分别代表什么含义？为什么电子不是按照能层依次填满再填下一个能层？ 答案：每一行对应一个能层，每一小圈对应一个能级，各圆圈间连接线的方向表示随核电荷数递增而增加的电子填入能级的顺序。从第三能层开始出现能级交错现象，能级交错是指随着电荷数递增，电子并不总是填满一个能层后再开始填入下一个能层的，例如电子是按的顺序填充的，电子填充的顺序是由能量高低决定的，所以不是按能层依次填满再填下一个能层。 问题思考：请总结相同能层的不同能级的能量高低顺序、英文字母相同的不同能级的能量高低顺序以及不同层不同能级的能量高低公式。 答案：相同能层的不同能级的能量高低顺序：。 英文字母相同的不同能级的能量高低顺序：；；。 不同层不同能级可由公式（为能层序数，为能级）得出。 对应训练 1：下列能级能量高低比较正确的是（ ） A. B. C. D. 答案：C 解析：根据构造原理，不同能层不同能级的能量高低顺序为。A 项，；B 项，；D 项，，所以答案选 C。 对应训练 2：下列关于能级交错的说法正确的是（ ） A. 能级交错只出现在第三能层 B. 能级交错是指电子先填充能量低的能级，再填充能量高的能级 C. 能级交错是指电子不按能层顺序依次填充能级 D. 能级交错现象违背了能量最低原理 答案：C 解析：能级交错从第三能层开始出现，但不是只出现在第三能层，A 错误；能级交错是指电子不按能层顺序依次填充能级，而不是简单的先低后高，B 错误；能级交错现象并不违背能量最低原理，电子填充还是遵循能量最低原则，D 错误，所以答案选 C。 2. 电子排布式 问题思考：根据构造原理，尝试写出 1 - 10 号元素原子的电子排布式。 答案： ：-： ： ： ：-： ：-： ：-： 问题探究：继续写出 11 - 36 号元素原子的电子排布式，并观察是否所有元素都遵循构造原理。 答案：部分元素如铬（）、铜（）等不符合构造原理。铬的电子排布式为，而不是；铜的电子排布式为，而不是。这种现象是由于半充满（、、）和全充满（、、）的电子构型更稳定。 对应训练 1：下列原子的电子排布式书写正确的是（ ） A. ： B. ： C. ：D.： 答案：B 解析：A 项，的电子排布式应为；C 项，的电子排布式正确；D 项，的电子排布式应该是，电子先填充能量较低的能级，而不是能级，所以答案选 B。 对应训练 2：某元素原子的电子排布式为，该元素在周期表中的位置是（ ） A. 第三周期第ⅢA 族 B. 第四周期第ⅢA 族 C. 第三周期第ⅦA 族 D. 第四周期第ⅢB 族 答案：D 解析：根据电子排布式可知，该元素的最高能层为，所以位于第四周期；价电子排布式为，属于副族元素，最外层电子数为，位于第ⅢB 族，答案选 D。 3. 简化电子排布式和价层电子排布式 问题思考：以钠（）为例，如何将其电子排布式简化？什么是价电子层？ 答案：钠的电子排布式为，内层电子达到稀有气体元素原子结构的部分（）以相应稀有气体氖（）的元素符号外加方括号的形式表示，即。在化学反应中可能发生电子变动的能级称为价电子层。 问题探究：仿照上述方法，写出、、、、的简化电子排布式和、、、的价层电子排布式。 答案：简化电子排布式： ： ：-： ：-： 价层电子排布式： ： ：-： ： 对应训练 1：下列简化电子排布式书写错误的是（ ） A. ：B.： C. ： D. ： 答案：D 解析：锌（）的简化电子排布式应为，D 错误，所以答案选 D。 对应训练 2：某元素的价层电子排布式为，则该元素是（ ） A. 主族元素 B. 副族元素 C. 稀有气体元素 D. 非金属元素 答案：B 解析：价层电子排布式为的元素是锰（），属于副族元素，答案选 B。 （3） 电子云与原子轨道 1. 电子云 问题思考：什么是电子云？电子云是如何表示电子在原子核外的概率密度分布的？ 答案：电子云是用小黑点的疏密来表示电子在原子核外空间某处出现概率大小的图形。概率密度用表示，，其中表示电子在某处出现的概率，表示该处的体积。 问题探究：想象电子在原子核外的运动状态，思考电子云的形状与电子的空间运动状态有什么关系？ 答案：电子云的形状反映了电子的空间运动状态。通常我们用电子云轮廓图来表示电子的空间运动状态，一般取电子在该区域出现概率为 90% 的部分。 对应训练 1：下列关于电子云的说法正确的是（ ） A. 电子云是电子实际运动的轨迹 B. 电子云图中的小黑点越密，表示电子在该区域出现的概率越小 C. 电子云是用小黑点的疏密来表示电子在原子核外空间某处出现概率大小的图形 D. 电子云的形状与电子的能量无关 答案：C 解析：电子云不是电子实际运动的轨迹，A 错误；电子云图中的小黑点越密，表示电子在该区域出现的概率越大，B 错误；电子云的形状与电子的能量有关，不同能级的电子云形状不同，D 错误，所以答案选 C。 对应训练 2：下列对电子云的描述正确的是（ ） A. 电子云是一团带负电荷的云雾 B. 电子云是球形对称的，说明电子在原子核外空间各处出现的概率相等 C. 电子云是哑铃形的，说明电子运动的轨迹是哑铃形 D. 电子云图是对电子运动的统计结果 答案：D 解析：电子云不是实际的云雾，A 错误；电子云是球形对称的，但电子在原子核外空间各处出现的概率不相等，B 错误；电子云是哑铃形的，但电子运动没有固定轨迹，C 错误，所以答案选 D。 2. 原子轨道 问题思考：什么是原子轨道？不同能级的原子轨道有什么特点？ 答案：原子轨道是电子在原子核外空间的一个空间运动状态。能级只有 1 个原子轨道，形状为球形；能级有 3 个原子轨道，形状为哑铃形。 问题探究：总结不同能级的原子轨道数目和形状。 答案： 能级 原子轨道数目 形状 1 球形 3 哑铃形 5 复杂形状 7 复杂形状 对应训练 1：下列关于原子轨道的说法正确的是（ ） A. 原子轨道是电子运动的轨迹 B. 同一能层的能级有 3 个能量不同的原子轨道 C. 能级的原子轨道半径与能层序数无关 D. 不同能层的能级都有 1 个原子轨道，且形状均为球形 答案：D 解析：原子轨道不是电子运动的轨迹，A 错误；同一能层的能级的 3 个原子轨道能量相同，B 错误；能级的原子轨道半径与能层序数有关，能层序数越大，半径越大，C 错误，所以答案选 D。 对应训练 2：下列能级中原子轨道数目为 5 的是（ ） A. 能级 B. 能级 C. 能级 D. 能级 答案：C 解析：能级有 1 个原子轨道，能级有 3 个原子轨道，能级有 5 个原子轨道，能级有 7 个原子轨道，所以答案选 C。 1. 判断正误 （1）最外层电子排布式为4s¹的元素一定为K。 (　×　) 【解析】最外层电子排布式为4s¹的元素不一定为K，还可能是Cr、Cu等，Cr的价电子排布式为3d⁵4s¹，Cu的价电子排布式为3d¹⁰4s¹，所以该说法错误。 （2）K的电子排布式为1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹。 (　×　) 【解析】根据构造原理，K的电子排布式应该是1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s¹，电子先填充能量较低的4s能级，而不是3d能级，所以该说法错误。 （3）Mg的简化电子排布式为[Ne]3s² (　√　) 【解析】Mg的电子排布式为1s²2s²2p⁶3s²，内层电子达到Ne的电子结构，所以其简化电子排布式可以写成[Ne]3s²，该说法正确。 （4）核外电子的运动有固定的轨道。 (　×　) 【解析】核外电子的运动是无规则的，没有固定的轨道，只能用电子云来描述电子在原子核外空间出现的概率，所以该说法错误。 （5）s能级与p能级的轨道形状相同。 (　×　) 【解析】s能级的轨道形状是球形，p能级的轨道形状是哑铃形，二者轨道形状不同，所以该说法错误。 （6）s能级的轨道半径与能层序数有关。 (　√　) 【解析】能层序数越大，s能级的轨道半径越大，所以s能级的轨道半径与能层序数有关，该说法正确。 1. 下列基态原子的电子排布式，书写正确的是(　 　) A. ⁹F:1s²2s²2p⁶ B. ¹⁵P:1s²2s²2p⁶3s³3p² C. ²¹Sc:1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s²3d¹ D. ³⁵Br:1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s²4p⁵ 【解析】A选项，F的电子排布式应该是1s²2s²2p⁵，A错误；B选项，s能级最多容纳2个电子，P的电子排布式应该是1s²2s²2p⁶3s²3p³，B错误；C选项，电子排布式书写时应先写能量低的能级，再写能量高的能级，Sc的电子排布式应该是1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹4s²，C错误；D选项，Br的电子排布式书写正确，D正确。 1. X、Y两元素可形成X₂Y₃型化合物，则X、Y原子处于基态时的最外层电子排布式可能是（ ） A. X：3s²3p¹　Y：3s²3p⁴ B. X：2s²2p³　Y：2s²2p⁴ C. X：3s²3p²　Y：3s²3p⁴ D. X：3s²　 Y：2s²2p³ 【解析】X₂Y₃型化合物中X显+3价，Y显 - 2价。A选项，X为Al，最外层电子排布式为3s²3p¹，显+3价，Y为S，最外层电子排布式为3s²3p⁴，显 - 2价，可以形成Al₂S₃，A正确；B选项，X为N，最外层电子排布式为2s²2p³，显+3价，Y为O，最外层电子排布式为2s²2p⁴，显 - 2价，可以形成N₂O₃，B正确；C选项，X为Si，最外层电子排布式为3s²3p²，通常显+4价，不能形成X₂Y₃型化合物，C错误；D选项，X为Mg，最外层电子排布式为3s²，显+2价，不能形成X₂Y₃型化合物，D错误。 一、构造原理与电子排布式 1. 构造原理：以光谱学事实为基础，从氢开始，随着核电荷数递增，新增电子填入能级的顺序称为构造原理。 由构造原理知，元素原子的核外电子填充顺序是在能层的基础上，按能级能量由低到高依次填入相应能级。即1s→2s→2p→3s→3p→4s→3d→ … 从构造原理可以看出：随着核电荷数递增，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，这种现象称为能级交错。 2. 电子能量高低的比较 ① 相同能层的相同能级，电子能量相同；相同能层的不同能级，能级越高，电子能量越高，即E（ns）＜E（np）＜E（nd）＜E（nf） ② 不同能层，在英文字母相同的能级中，能层序数越大，电子能量越高，即E（1s）＜E（2s）＜E（3s）＜E（4s）；从第三能层开始出现能级交错现象，能级交错排列的顺序即电子能量由低到高的顺序，即Ens＜E（n-2）f＜E（n-1）d＜Enp 3. 电子排布式：用核外电子分步的能级及各能级上的电子数来表示电子排布的式子。 ① 书写电子排布式的方法 第一步：按照构造原理写出电子填入能级的顺序，1s→2s→2p→3s→3p→4s→3d→4p→5s→4d→5p→6s… 第二步：根据各能级容纳的电子数填充电子 第三步：去掉空能级，并按照能层顺序排列即可得到电子排布式 ② 简化电子排布式 将电子排布式中的内层电子排布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N、Na、Ca的简化电子排布式分别为[He]2s22p3、[Ne]3s1、[Ar]4s2 [He]、[Ne]、[Ar]称为“原子实”，表示该部分与He、Ne、Ar等的电子排布式相同。 ③ 离子的核外电子排布式 对于主族元素原子来说，原子失去电子是，一般只失去最外层电子，而过渡元素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。 ④ 价层电子排布式 为突出化合价与电子排布的关系，将在化学反应中可能发生电子变动的能级称为价电子层（简称价层）。 如Cl的价层电子为3s23p5 ，Cr的价层电子为3d54s1 二、电子云与原子轨道 1. 概率密度 用P表示电子在某处出现的概率，用V表示该处的体积，则P/V称为概率密度，用ρ表示。 2. 电子云 由于核外电子的概率密度分部看起来像一片云雾，因而被形象地称作电子云。即电子云是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。 3. 电子云轮廓图 绘制电子云轮廓图的目的是表示电子云轮廓的形状，对核外电子的空间运动状态有一个形象化的简便描述。 所有原子的任一能层的s电子的电子云轮廓图都是球形，同一原子的能层越高，s电子云的半径越大。p电子的电子云轮廓图是哑铃（纺锤）形的，每个p能级都有3个相互垂直的电子云，分别称为px、py、pz，其平均半径也是随着能层序数的增大而增大的。 4. 原子轨道 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，各能级的一个伸展方向的电子云轮廓图即表示一个原子轨道。 各能级及原子轨道数目如下： 能级符号 ns np nd nf 轨道数目 1 3 5 7 电子云形状 球形 哑铃形 — — 考点1 构造原理与电子排布式 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $ 1.1 原子结构 第2课时 构造原理与电子排布式 电子云与原子轨道 一、知识目标 1. 了解核外电子排布的构造原理，掌握相同能层不同能级、英文字母相同不同能级以及不同层不同能级的能量高低顺序，知晓能级交错现象，能根据构造原理书写 1 - 36 号元素的电子排布式、简化电子排布式和价层电子排布式。 2. 理解电子云的概率密度分布概念，了解电子云轮廓图与核外电子的空间运动状态，认识不同形状的原子轨道。 二、核心素养目标 1. 宏观辨识与微观探析：从宏观上认识元素的性质与电子排布的关系，从微观上理解核外电子的运动状态和排布规律。 2. 证据推理与模型认知：通过对构造原理和电子排布式的学习，建立核外电子排布的模型，培养逻辑推理能力。 3. 科学探究与创新意识：通过对电子云与原子轨道的探究，培养对微观世界的探究兴趣和创新思维。 一、学习重点 1. 构造原理。 2. 1 - 36 号元素电子排布式的书写。 3. 电子云与原子轨道的概念。 二、学习难点 1. 能级交错现象。 2. 不遵循构造原理的电子排布情况。 3. 电子云与原子轨道的空间理解。 1. 构造原理与电子排布式 （1） 构造原理 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。构造原理示意图： （2） 电子排布式 按照构造原理，元素的核电荷数每递增一个，同时增加一个核电荷和一个核外电子，就得到一个基态原子的电子排布。电子填满了一个能级，开始填入下一个能级，由此构建了元素周期系中各元素的基态原子的电子排布。常见元素基态原子的电子排布式： 2. 电子云与原子轨道 （1）量子力学指出，一定空间运动状态的电子并不在玻尔假定的线性轨道上运行，而在核外空间各处都可能出现，但出现的概率不同，可以算出它们的概率密度分布。用P表示电子在某处出现的概率，V表示该处的体积，则P/V称为概率密度，用表示。 由于核外电子的概率密度分布看起来像一片云雾，因而被形象地称作电子云。 （2）原子轨道 量子力学把电子在原子核外的一个空间运动状态称为个原子轨道。 不同能层、能级的原子轨道形状、数量： （1） 课堂导入 【引导学生回顾】同学们，我们在初中化学里已经了解到，原子核外电子是在原子核外距离原子核由近及远、能量由低到高分层排布的。现在请大家回忆一下，1 - 18号原子核外电子分层排布的原子结构示意图是怎样的呢？给大家1分钟时间，在草稿纸上画一画，然后同桌之间相互交流检查。（学生进行回忆和书写，教师巡视并给予适当指导） 【引入新材料研发实例】大家画得都很认真。其实，核外电子的排布在现代科技和化工生产中有着至关重要的作用。比如在研发新型半导体材料时，科学家们需要精确了解原子的电子排布情况。因为电子的排布决定了原子的化学性质和物理性质，进而影响材料的性能。像现在广泛应用于电子设备中的高性能芯片，其核心材料的研发就离不开对原子电子排布的深入研究。科学家们通过调整原子的电子排布，能够改变材料的导电性、导热性等关键性能，从而制造出更高效、更节能的芯片。那么，原子核外电子具体是按照怎样的规律排布的呢？这就是我们今天要深入探究的内容。 （2） 构造原理与电子排布式 1.构造原理 问题探究：观察教材上构造原理的能级顺序图，思考每一行、每一小圈以及各圆圈间连接线的方向分别代表什么含义？为什么电子不是按照能层依次填满再填下一个能层？ 答案：每一行对应一个能层，每一小圈对应一个能级，各圆圈间连接线的方向表示随核电荷数递增而增加的电子填入能级的顺序。从第三能层开始出现能级交错现象，能级交错是指随着电荷数递增，电子并不总是填满一个能层后再开始填入下一个能层的，例如电子是按的顺序填充的，电子填充的顺序是由能量高低决定的，所以不是按能层依次填满再填下一个能层。 问题思考：请总结相同能层的不同能级的能量高低顺序、英文字母相同的不同能级的能量高低顺序以及不同层不同能级的能量高低公式。 答案：相同能层的不同能级的能量高低顺序：。 英文字母相同的不同能级的能量高低顺序：；；。 不同层不同能级可由公式（为能层序数，为能级）得出。 对应训练 1：下列能级能量高低比较正确的是（ ） A. B. C. D. 对应训练 2：下列关于能级交错的说法正确的是（ ） A. 能级交错只出现在第三能层 B. 能级交错是指电子先填充能量低的能级，再填充能量高的能级 C. 能级交错是指电子不按能层顺序依次填充能级 D. 能级交错现象违背了能量最低原理 2. 电子排布式 问题思考：根据构造原理，尝试写出 1 - 10 号元素原子的电子排布式。 答案： ：-： ： ： ：-： ：-： ：-： 问题探究：继续写出 11 - 36 号元素原子的电子排布式，并观察是否所有元素都遵循构造原理。 答案：部分元素如铬（）、铜（）等不符合构造原理。铬的电子排布式为，而不是；铜的电子排布式为，而不是。这种现象是由于半充满（、、）和全充满（、、）的电子构型更稳定。 对应训练 1：下列原子的电子排布式书写正确的是（ ） A. ： B. ： C. ：D.： 。 对应训练 2：某元素原子的电子排布式为，该元素在周期表中的位置是（ ） A. 第三周期第ⅢA 族 B. 第四周期第ⅢA 族 C. 第三周期第ⅦA 族 D. 第四周期第ⅢB 族 3. 简化电子排布式和价层电子排布式 问题思考：以钠（）为例，如何将其电子排布式简化？什么是价电子层？ 答案：钠的电子排布式为，内层电子达到稀有气体元素原子结构的部分（）以相应稀有气体氖（）的元素符号外加方括号的形式表示，即。在化学反应中可能发生电子变动的能级称为价电子层。 问题探究：仿照上述方法，写出、、、、的简化电子排布式和、、、的价层电子排布式。 答案：简化电子排布式： ： ：-： ：-： 价层电子排布式： ： ：-： ： 对应训练 1：下列简化电子排布式书写错误的是（ ） A. ：B.： C. ： D. ： 对应训练 2：某元素的价层电子排布式为，则该元素是（ ） A. 主族元素 B. 副族元素 C. 稀有气体元素 D. 非金属元素 （3） 电子云与原子轨道 1. 电子云 问题思考：什么是电子云？电子云是如何表示电子在原子核外的概率密度分布的？ 答案：电子云是用小黑点的疏密来表示电子在原子核外空间某处出现概率大小的图形。概率密度用表示，，其中表示电子在某处出现的概率，表示该处的体积。 问题探究：想象电子在原子核外的运动状态，思考电子云的形状与电子的空间运动状态有什么关系？ 答案：电子云的形状反映了电子的空间运动状态。通常我们用电子云轮廓图来表示电子的空间运动状态，一般取电子在该区域出现概率为 90% 的部分。 对应训练 1：下列关于电子云的说法正确的是（ ） A. 电子云是电子实际运动的轨迹 B. 电子云图中的小黑点越密，表示电子在该区域出现的概率越小 C. 电子云是用小黑点的疏密来表示电子在原子核外空间某处出现概率大小的图形 D. 电子云的形状与电子的能量无关 对应训练 2：下列对电子云的描述正确的是（ ） A. 电子云是一团带负电荷的云雾 B. 电子云是球形对称的，说明电子在原子核外空间各处出现的概率相等 C. 电子云是哑铃形的，说明电子运动的轨迹是哑铃形 D. 电子云图是对电子运动的统计结果 2. 原子轨道 问题思考：什么是原子轨道？不同能级的原子轨道有什么特点？ 答案：原子轨道是电子在原子核外空间的一个空间运动状态。能级只有 1 个原子轨道，形状为球形；能级有 3 个原子轨道，形状为哑铃形。 问题探究：总结不同能级的原子轨道数目和形状。 答案： 能级 原子轨道数目 形状 1 球形 3 哑铃形 5 复杂形状 7 复杂形状 对应训练 1：下列关于原子轨道的说法正确的是（ ） A. 原子轨道是电子运动的轨迹 B. 同一能层的能级有 3 个能量不同的原子轨道 C. 能级的原子轨道半径与能层序数无关 D. 不同能层的能级都有 1 个原子轨道，且形状均为球形 对应训练 2：下列能级中原子轨道数目为 5 的是（ ） A. 能级 B. 能级 C. 能级 D. 能级 1. 判断正误 （1）最外层电子排布式为4s¹的元素一定为K。 (　×　) （2）K的电子排布式为1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹。 (　×　) （3）Mg的简化电子排布式为[Ne]3s² (　√　) （4）核外电子的运动有固定的轨道。 (　×　) （5）s能级与p能级的轨道形状相同。 (　×　) （6）s能级的轨道半径与能层序数有关。 (　√　) 1. 下列基态原子的电子排布式，书写正确的是(　 　) A. ⁹F:1s²2s²2p⁶ B. ¹⁵P:1s²2s²2p⁶3s³3p² C. ²¹Sc:1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s²3d¹ D. ³⁵Br:1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s²4p⁵ 1. X、Y两元素可形成X₂Y₃型化合物，则X、Y原子处于基态时的最外层电子排布式可能是（ ） A. X：3s²3p¹　Y：3s²3p⁴ B. X：2s²2p³　Y：2s²2p⁴ C. X：3s²3p²　Y：3s²3p⁴ D. X：3s²　 Y：2s²2p³ 一、构造原理与电子排布式 1. 构造原理：以光谱学事实为基础，从氢开始，随着核电荷数递增，新增电子填入能级的顺序称为构造原理。 由构造原理知，元素原子的核外电子填充顺序是在能层的基础上，按能级能量由低到高依次填入相应能级。即1s→2s→2p→3s→3p→4s→3d→ … 从构造原理可以看出：随着核电荷数递增，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，这种现象称为能级交错。 2. 电子能量高低的比较 ① 相同能层的相同能级，电子能量相同；相同能层的不同能级，能级越高，电子能量越高，即E（ns）＜E（np）＜E（nd）＜E（nf） ② 不同能层，在英文字母相同的能级中，能层序数越大，电子能量越高，即E（1s）＜E（2s）＜E（3s）＜E（4s）；从第三能层开始出现能级交错现象，能级交错排列的顺序即电子能量由低到高的顺序，即Ens＜E（n-2）f＜E（n-1）d＜Enp 3. 电子排布式：用核外电子分步的能级及各能级上的电子数来表示电子排布的式子。 ① 书写电子排布式的方法 第一步：按照构造原理写出电子填入能级的顺序，1s→2s→2p→3s→3p→4s→3d→4p→5s→4d→5p→6s… 第二步：根据各能级容纳的电子数填充电子 第三步：去掉空能级，并按照能层顺序排列即可得到电子排布式 ② 简化电子排布式 将电子排布式中的内层电子排布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N、Na、Ca的简化电子排布式分别为[He]2s22p3、[Ne]3s1、[Ar]4s2 [He]、[Ne]、[Ar]称为“原子实”，表示该部分与He、Ne、Ar等的电子排布式相同。 ③ 离子的核外电子排布式 对于主族元素原子来说，原子失去电子是，一般只失去最外层电子，而过渡元素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。 ④ 价层电子排布式 为突出化合价与电子排布的关系，将在化学反应中可能发生电子变动的能级称为价电子层（简称价层）。 如Cl的价层电子为3s23p5 ，Cr的价层电子为3d54s1 二、电子云与原子轨道 1. 概率密度 用P表示电子在某处出现的概率，用V表示该处的体积，则P/V称为概率密度，用ρ表示。 2. 电子云 由于核外电子的概率密度分部看起来像一片云雾，因而被形象地称作电子云。即电子云是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。 3. 电子云轮廓图 绘制电子云轮廓图的目的是表示电子云轮廓的形状，对核外电子的空间运动状态有一个形象化的简便描述。 所有原子的任一能层的s电子的电子云轮廓图都是球形，同一原子的能层越高，s电子云的半径越大。p电子的电子云轮廓图是哑铃（纺锤）形的，每个p能级都有3个相互垂直的电子云，分别称为px、py、pz，其平均半径也是随着能层序数的增大而增大的。 4. 原子轨道 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，各能级的一个伸展方向的电子云轮廓图即表示一个原子轨道。 各能级及原子轨道数目如下： 能级符号 ns np nd nf 轨道数目 1 3 5 7 电子云形状 球形 哑铃形 — — 考点1 构造原理与电子排布式 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $