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-【新课程学案】2025-2026学年高中化学选择性必修2教师用书word（人教版 单选版）

第2课时　构造原理与电子排布式　电子云与原子轨道 新知探究(一)——构造原理与电子排布式 1.构造原理 (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。如图: 根据构造原理图示,电子填入能级的顺序为1s→2s→2p→3s→3p→4s→3d→4p→5s→4d→5p→6s→4f→5d→6p→7s→5f→6d→7p。 [微点拨]　构造原理中的能级顺序,其实质是各能级能量由低到高的顺序。 (2)能级交错: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,电子是按3p→4s→3d的顺序而不是3p→3d→4s的顺序填充,这种现象称为能级交错。 2.核外电子排布的表示方法 (1)电子排布式:将能级上所排布的电子数标注在该能级符号右上角,并按照能层的顺序从左到右排列的式子。图示如下: 写出下列基态原子的核外电子排布式: ①8O:1s22s22p4; ②17Cl:1s22s22p63s23p5; ③19K:1s22s22p63s23p64s1; ④21Sc:1s22s22p63s23p63d14s2; ⑤24Cr:1s22s22p63s23p63d54s1; ⑥29Cu:1s22s22p63s23p63d104s1。 [微点拨]　①在书写电子排布式时,一般情况下,把能层低的能级写在左边,同一能层的能级按s、p、d、f……顺序排列,而不是按照构造原理顺序书写。 ②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,结构较稳定。如24Cr、29Cu最后两个能级的电子排布。 (2)简化电子排布式: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。 如钠的简化电子排布式为[Ne]3s1。 写出8O、17Cl、29Cu的简化电子排布式: ①8O:[He]2s22p4;②17Cl:[Ne]3s23p5; ③29Cu:[Ar]3d104s1。 (3)价层电子排布: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Fe的价层电子排布为3d64s2。 通常,元素周期表只给出价层电子排布。请写出下列元素的价层电子排布:Na:3s1;Al:3s23p1;Cl:3s23p5;Mn:3d54s2;Br:4s24p5。 (4)离子电子排布式:原子失去电子时,主族元素的原子一般只失去最外层电子,而过渡元素的原子还可能失去次外层电子;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: [微点拨]　原子失去电子时,最先失去最外层电子,根据需要可能再继续失去次外层电子。 [题点多维训练] 1.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能级的顺序一般为3p→4s→3d B.某基态原子部分核外电子的排布式为3s24s2 C.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 D.从第三能层开始出现能级交错现象,即电子填入能级的顺序与能层顺序不同 解析:选B　根据构造原理判断,填入顺序为3p→4s→3d,A项正确;根据构造原理可知,3s与4s能级之间还有3p能级,B项错误;电子最后填入的能级不一定是原子最外层上的能级,如某些过渡元素,C项正确;从M能层开始,电子填入的顺序是3s→3p→4s→3d……,与能层的顺序不同,D项正确。 2.下列原子或离子的核外电子排布式,正确的是 (　　) A.S2-:1s22s22p63s23p4 B.Sc:1s22s22p63s23p64s23d1 C.Ar:1s22s22p63s23p6 D.F:2s22p5 解析:选C　S2-的原子核外共有18个电子,其核外电子排布式为1s22s22p63s23p6,选项A是S原子的核外电子排布式,故A错误;书写电子排布式时,同一能层的能级放到一起,因此21Sc原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d14s2,故B错误;选项D是F的最外层电子排布式,不符合题意。 3.主族元素原子失去最外层电子形成阳离子,主族元素的原子得到电子填充在最外层形成阴离子。下列各原子或离子的电子排布式错误的是 (　　) A.Ca2+:1s22s22p63s23p6 B.O2-:1s22s22p4 C.K+:[Ne]3s23p6 D.Se:1s22s22p63s23p63d104s24p4 解析:选B　氧原子的电子排布式为1s22s22p4,故O2-的电子排布式应为1s22s22p6,B项错误。 4.(1)Si的价层电子排布为　　　　　　。  (2)基态Fe原子的电子排布式为　　　　　　。  (3)Fe成为阳离子时首先失去　　　　轨道电子,Sm的价层电子排布为4f66s2,Sm3+的价层电子排布为　　　　　　。  (4)Cu2+基态核外电子排布式为　　　　　　　　　　　　　　　　　　。  答案:(1)3s23p2　(2)1s22s22p63s23p63d64s2或[Ar]3d64s2　(3)4s　4f5 (4)[Ar]3d9或1s22s22p63s23p63d9 新知探究(二)——电子云与原子轨道 1.电子云 (1)概率密度:一定空间运动状态的电子在核外空间各处都可能出现,但出现的概率不同,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)电子概率密度分布:如图是氢原子的1s电子在原子核外出现的概率密度分布图,小点的疏密程度表示电子在原子核外出现概率的大小,小点越密,表明概率密度越大。 (3)电子云: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。电子层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。 (4)电子轮廓图:把电子在原子核外空间出现概率P=90%的空间圈出来,即电子云轮廓图,表示电子云轮廓的形状,对核外电子的空间运动状态形象化的简便描述。如图1、图2所示,所有原子的任一能层的s电子的电子云轮廓图都是球形,能层越高,电子云半径越大。 p电子云轮廓图是哑铃状,同一能层p电子云轮廓都有3个空间伸展方向,分别称为px、py、pz,在直角坐标系里沿x、y、z轴伸展取向。 　　[微思考]　为什么同一原子的能层越高,s电子云半径越大? 提示:随着能层的升高,电子的能量依次增高,电子克服原子核的吸引,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,越来越弥散,因此能层越高,电子云半径越大。 2.原子轨道 (1)概念: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)表示: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)各能级所含有的原子轨道数 能级 ns np nd nf 原子轨道数 1 3 5 7 应用化学　 　　钋,化学符号为Po,原子序数是84,是已知最稀有的元素之一,在地壳中含量约为100万亿分之一,主要通过人工合成方式取得,钋单质是一种银白色金属,能在黑暗中发光。 1.钋元素原子的ns电子的电子云图上的小点较为稀疏的地方代表电子数目较少吗? 提示:电子云图中的小点的疏密程度代表电子在原子核外空间某处单位体积内出现概率的大小,其中小点稀疏的地方代表电子出现的概率低。 2.钋元素原子n=3的电子层的p能级上有3px、3py、3pz三个原子轨道。这三个p轨道电子云的形状是否相同?电子云在空间的伸展方向是否相同? 提示:钋元素原子n=3的三个p轨道电子云的形状相同,都是沿坐标轴方向分布;电子云在空间的伸展方向互相垂直。 [题点多维训练] 1.正误判断(正确的打“√”,错误的打“×”)。 (1)一定空间运动状态的电子在线性轨道上绕核运动 (×) (2)1s的电子云图中一个小点表示一个自由运动的电子 (×) (3)能层越高,s能级原子轨道数目越多,电子云半径越大 (×) (4)在同一能层中px、py、pz的能量相同 (√) (5)M能层中共有9个原子轨道 (√) 2.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　小点表示电子出现的概率密度,故A、D错误;在界面内出现该电子的概率大于90%而界面外出现该电子的概率不足10%,故B错误。 3.下列关于电子云的说法中,正确的是 (　　) A.电子云表示电子在原子核外运动的轨迹 B.电子云表示电子在核外单位体积的空间出现的概率大小 C.电子云界面图中的小点越密表示该核外空间的电子越多 D.钠原子的1s、2s、3s电子云半径相同 解析:选B　电子云表示电子在核外单位体积的空间出现的概率大小,不是表示电子运动的轨迹,A错误,B正确;电子云界面图中的小点越密表示电子在核外空间出现的机会越多,C错误;钠原子的1s、2s、3s电子云半径逐渐增大,D错误。 4.如图是s能级和p能级的原子轨道示意图。 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　　　　 能级电子,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　　　　。  解析:(1)s电子的原子轨道都是球形的,每个s能级有1个原子轨道,p电子的原子轨道都是哑铃形的,每个p能级有3个原子轨道,它们相互垂直,分别用px、py、pz表示。(2)元素X的原子最外层电子排布式为nsnnpn+1,np轨道已排有电子,说明ns轨道已排满电子,即n=2,原子中能量最高的是2p能级电子,元素X的原子核外电子排布式为1s22s22p3,X是氮元素。 答案:(1)球　1　哑铃　3　(2)2p　垂直　氮 学科网（北京）股份有限公司 $