第1章 第1节 第2课时 构造原理与电子排布式 电子云与原子轨道-【优学精讲】2024-2025学年高中化学选择性必修2教用Word(人教版)

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】　1.了解原子核外电子排布的构造原理，能写出1～36号元素基态原子的电子排布式。 2．知道电子的运动状态可通过原子轨道和电子云模型来描述，能说明微观粒子的运动状态与宏观物体运动特点的差异。 知识点一　构造原理与电子排布式 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______________的顺序称为构造原理。 （2）示意图 电子填入能级的顺序：1s；2s、2p；3s、3p；____________；____________；________________；7s…… （3）能级交错 ①含义：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。 ②规律：从第三能层开始出现能级交错现象，能级交错排列的顺序为ns→（n－2）f→（n－1）d→np。 2．电子排布式 （1）含义：将____________上所容纳的电子数标在该能级符号右上角，并按照____________从左到右的顺序排列的式子叫电子排布式。如氮原子的电子排布式为 （2）书写方法 按能层从低到高排列书写。 （3）简化电子排布式 电子排布式可以简化，如Na的电子排布式可简化为[Ne]3s1，其中[Ne]表示Na的内层电子排布与稀有气体元素Ne的核外电子排布相同。 （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Al的价层电子排布式为____________，Ni的价层电子排布式为____________。　 　写出24Cr、29Cu、33As基态原子的核外电子排布式，它们的电子排布符合构造原理吗？ 提示：24Cr：1s22s22p63s23p63d54s1或[Ar]3d54s1，29Cu：1s22s22p63s23p63d104s1或[Ar]3d104s1，33As：1s22s22p63s23p63d104s24p3或[Ar]3d104s24p3；Cr和Cu均不符合构造原理。 当p、d、f能级处于全空、全充满或半充满状态时，能量相对较低，原子结构较稳定。以Cu为例： [答案自填] 能级　能层　能级　4s、3d、4p 5s、4d、5p　6s、4f、5d、6p　能级　能层 电子数　能级　3s23p1　3d84s2 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 解析：选C。由构造原理可知，A项中电子填入能级的顺序应为1s、2p、4s、3d，错误；B项中电子填入能级的顺序应为1s、2s、2p、3s，错误；D项中电子填入能级的顺序应为3p、4s、3d、4p，错误。 2．（教材习题改编）下列各离子或原子的电子排布式错误的是（　　） A．Ca2＋：1s22s22p63s23p6 B．O：1s22s22p4 C．K：1s22s22p63s23p64s1 D．Fe2＋：1s22s22p63s23p63d5 解析：选D。A.钙元素的原子序数为20，钙离子的电子排布式为1s22s22p63s23p6，故A正确；B.氧元素的原子序数为8，氧原子的电子排布式为1s22s22p4，故B正确；C.钾元素的原子序数为19，钾原子的电子排布式为1s22s22p63s23p64s1，故C正确；D.铁元素的原子序数为26，Fe2＋的电子排布式为1s22s22p63s23p63d6，故D错误。 3．请根据构造原理，按要求写出下列电子排布式。 （1）20Ca的最高能层的电子排布式：__________________________________________________。 （2）26Fe的简化电子排布式：____________________________________________________。 （3）24Cr3＋的电子排布式：_____________________________________________________。 （4）31Ga的简化电子排布式：______________________________________________________。 （5）32Ge的价层电子排布式：________________________________________________________。 （6）34Se的价层电子排布式：___________________________________________________。 答案：（1）4s2　（2）[Ar]3d64s2　（3）1s22s22p63s23p63d3 （4）[Ar]3d104s24p1　（5）4s24p2　（6）4s24p4 知识点二　电子云与原子轨道 1．概率密度 量子力学指出，一定空间运动状态的电子在核外空间各处都可能出现，但出现的____________不同，可用概率密度（ρ）表示，即ρ＝（P表示电子在某处出现的概率，V表示该处的体积）。 2．电子云 （1）含义：处于一定空间运动状态的电子在原子核外空间的________________的形象化描述。 （2）表示方法：概率密度大小用小点的疏密来表示，小点越密，表明概率密度越________ __。 3．电子云轮廓图 （1）含义：把电子在原子核外空间出现概率P＝90%的空间圈出来，表示电子云轮廓的形状。 （2）形状 4．原子轨道 （1）概念：量子力学把电子在原子核外的一个________________称为一个原子轨道。因此，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。 （2）形状 s电子的原子轨道呈球形，能层序数越大，电子的能量越高，原子轨道的半径越__________，球的半径越________ p电子的原子轨道呈____________形，能层序数越大，电子的能量越高，原子轨道的半径越______ （3）各能级所含原子轨道数目 能级符号 ns np nd nf …… 原子轨道数目 __ __ __ __ …… 　（1）s能级和p能级的原子轨道存在哪些方面的差异？ （2）在同一能层，原子轨道数与能层序数（n）之间有何关系？ 提示：（1）轨道的形状、数目，最多容纳电子数等都不同。 （2）原子轨道数＝n2。 [答案自填] 概率　概率密度分布　大　球形 哑铃形　空间运动状态　大　大　哑铃 大　1　3　5　7 （1）在电子云中，一个小点代表电子在这里出现过一次（　　） （2）电子围绕原子核在固定轨道上高速运行（　　） （3）同一原子中，2p、3p、4p能级轨道数依次增多（　　） （4）硅原子的M层上共有9个原子轨道（　　） （5）2px、2py、2pz轨道相互垂直，能量相等（　　） 答案：（1）×　（2）×　（3）×　（4）√　（5）√ 1．（2024·宜昌高二期末）图1和图2分别是1s电子的概率密度分布图和电子云轮廓图。下列有关说法正确的是（　　） A．图1中的每个小点表示1个电子 B．图2表示1s电子只能在球体内出现 C．图2表明1s轨道呈球形，有无数条对称轴 D．图1中的小点表示电子在核外所处的位置 解析：选C。小点表示原子核外空间各电子出现的概率，故A、D错误；在球体内出现该电子的概率约为90%，球体外出现该电子的概率约为10%，故B错误；1s轨道呈球形，有无数条对称轴，故C正确。 2．（2024·开封高二期末）下列说法不正确的是（　　） A．3d3表示3d能级有3个电子 B．在基态多电子原子中，p轨道电子的能量一定高于s轨道电子的能量 C．能层序数越大，s原子轨道的半径越大 D．相同能层的同一能级上的电子，其能量相同 解析：选B。A.3d3表示3d能级上填充了3个电子，A正确；B.电子的能量高低，不仅与能级有关，还与能层有关，如2p能级电子的能量就比3s能级电子的能量低，B错误；C.不同能层s轨道形状均为球形，只是半径不同，能层序数越大，s原子轨道的半径越大，C正确；D.同一能级上的电子能量是相同的，如3s2中3s能级上的2个电子能量相同，D正确。 3．下列有关原子轨道的叙述正确的是（　　） A．氢原子的2s轨道的能量比3p轨道的能量高 B．能层序数n＝4的原子轨道最多可容纳16个电子 C．p能级的原子轨道呈哑铃形，随着能层序数的增加，p能级原子轨道数也在增多 D．锂原子的1s与2s轨道皆为球形分布 解析：选D。氢原子的2s轨道的能量比3p轨道的能量低，故A错误；每个能层最多能容纳2n2个电子，所以能层序数n＝4的原子轨道最多可容纳32个电子，故B错误；p能级含有3个原子轨道，与能层序数无关，故C错误；s轨道的电子云轮廓图呈球形，所以锂原子的1s与2s轨道皆为球形分布，故D正确。 1．（2024·台州高二期末）下列说法正确的是（　　） A．电子云轮廓图是电子的概率密度分布图 B．s电子云轮廓图是圆形 C．2px、2py和2pz轨道在空间内的取向相互垂直 D．同一原子的能层越低，电子云越弥散 解析：选C。A.把电子在原子核外空间出现概率P＝90%的空间圈出来，表示电子云轮廓的形状，A错误；B.s电子云轮廓图是球形，B错误；C.2px、2py和2pz轨道在空间内的取向相互垂直，C正确；D.同一原子的能层越低，电子云越集中，D错误。 2．（2024·泰安高二检测）下列原子的电子排布式能表示基态原子的电子排布式的是（　　） A．[Ne]3s13p3　　　　　 B．[Ar]3d64s1 C．[Ar]3d64s2 D．[Ne]3s23p63d5 解析：选C。[Ne]3s13p3表示3s能级中的一个电子跃迁到3p能级上，基态原子的电子排布式应为[Ne]3s23p2，故A错误；电子先排满4s能级再排3d能级，基态原子的电子排布式应为[Ar]3d54s2，故B错误；电子先排满4s能级再排3d能级，基态原子的电子排布式应为[Ne]3s23p63d34s2，故D错误。 3．（教材习题改编）下列基态原子或离子的电子排布式错误的是（　　） A．Cr：1s22s22p63s23p63d54s1 B．F－：1s22s22p6 C．Mn：1s22s22p63s23p63d7 D．Kr：1s22s22p63s23p63d104s24p6 解析：选C。基态Mn原子的电子排布式应为 1s22s22p63s23p63d54s2。 4．下列有关原子轨道和电子云的说法正确的是（　　） A．s轨道呈球形，随能层序数的增加，s轨道数也增加 B．p轨道呈哑铃形，p轨道电子绕核做“∞”形运动 C.电子云是笼罩在原子核外的云雾 D．电子云图中小点的疏密程度表示电子在原子核外空间出现概率的大小 解析：选D。任何能层的s能级都只有1个原子轨道，与能层序数的大小无关，故A错误；电子在p轨道上绕核高速运动，不是做“∞”形运动，故B错误；电子云不是笼罩在原子核外的云雾，是表示电子在核外空间出现的概率，小点的疏密程度表示电子在原子核外空间出现概率的大小，故C错误，D正确。 5．（2024·南充高级中学高二月考）按照下列元素基态原子的电子排布特征判断元素，回答下列问题。 A原子的核外电子只占据一个能层且只含1个电子；B原子的2p能级得到2个电子后不能再容纳外来电子；C原子的价层电子排布式为nsn－1npn＋1 ；D的一种核素的质量数为59，中子数为31。 （1）A原子核外电子的原子轨道形状为　　_____________________________________________________。 （2）画出B的原子结构示意图：_______________________________________________________。 （3）C原子的核外电子排布式是________________________________________________________。 （4）D2＋ 的核外电子排布式是_______________________________________________________。 解析：A原子的核外电子只占据一个能层且只含1个电子，故A为H元素；B原子的2p能级得到2个电子后不能再容纳外来电子，B原子的核外电子排布式为 1s22s22p4，故B为O元素；C原子的价层电子排布式为 nsn－1npn＋1，由于s能级最多容纳2个电子，即n－1＝2，解得n＝3，C原子的价层电子排布式为3s23p4，故C为S元素；D的一种核素的质量数为59，中子数为31，质子数为59－31＝28，故D为Ni元素。 （1）H元素的原子核外电子只填充1s轨道，原子轨道为球形。 （2）O元素的原子结构示意图为。 （3）S元素的原子序数为16，核外有16个电子，S原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p4或[Ne]3s23p4。 （4）Ni元素的原子序数为28，核外有28个电子，Ni原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d84s2或[Ar]3d84s2，失去4s能级上的2个电子形成Ni2＋，Ni2＋的核外电子排布式是1s22s22p63s23p63d8或[Ar]3d8。 答案：（1）球形　（2）　 （3）1s22s22p63s23p4{或[Ne]3s23p4}　 （4）1s22s22p63s23p63d8{或[Ar]3d8} 学科网（北京）股份有限公司 $