1.1 原子结构 第2课时（培优课件）化学人教版选择性必修2

第一节 原子结构 人教版选择性必修二 高效培优系列 第一章 原子结构与性质 第2课时 构造原理与电子排布式 电子云与原子轨道 01 电子排布式 构造原理 电子云 03 02 知识导航 04 原子轨道 目标立纲 1. 了解构造原理，能说出 1s→7s 的能级填充顺序。 2. 会用构造原理书写 电子排布式、简化式、价层电子排布。 3. 知道电子云与原子轨道的含义，能说出 s、p 轨道的形状与数目。 知识目标 1.证据推理：由光谱事实概括能级交错，体会"事实→模型"的推理路径。 2.模型认知：用电子云与轨道模型描述电子运动的概率特征。 素养目标 情境启思 ▶▶ 电子究竟按什么顺序"入住"？ ① 上节课我们知道 K 层最低、Q 层最高，可 4s 与 3d， 谁先排？ ② 钾原子第 19 个电子，为什么进的是 4s 而不是 3d？ ③ 光谱实验给出的"填充次序"，与能量高低有什么关系？ 实验测得：电子的填充顺序并不完全按能层递增，而是按能级能量由低到高——4s 反而低于 3d。这条"入住规则"就是本课时的核心：构造原理。 构造原理 01 知识精研 一、构造原理：电子的"入住顺序" 如果所有电子都挤在 1s 能级，所有元素的化学性质几乎一样，就不会有金属、非金属之分，也不会有五颜六色的物质世界。正是电子分层排布，才造就了元素的多样性。 请同学们带着这个疑问进入构造原理的学习，学完后再回看：填充顺序如何一步步造就最外层电子数的差异。 那么，电子的入住顺序究竟是什么？我们一起来看"构造原理"。 知识精研 一、构造原理：电子的"入住顺序" 1.概念 随着原子核电荷数的递增，基态原子的电子按一定顺序填入能级：先填能量低的能级，填满后再填能量高的能级。这条填充顺序就叫构造原理。 要点 三个关键理解 ① 对象是基态原子的核外电子排布。 ② 依据是能级能量由低到高，不是能层顺序。 ③ 每"入住"一个电子，原子序数加 1。 警示 填充顺序 ≠ 能量顺序的完全重合，4s 先于 3d。 知识精研 二、能级交错：一张"阶梯图"记牢填充顺序 情境 · 生活现象 地铁早高峰先坐满空座再站着——电子填能级也讲究“先来后到”。 读图：红线沿"对角线"穿行——ns 之后是 (n−2)f、(n−1)d、np， 这就是"能级交错"。 记忆口诀 一句版：1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 5s 4d 5p 6s 4f 5d 6p 7s。 规律版：ns → (n−2)f → (n−1)d → np，四大段循环推进。 数列版：按"1、3、5、7"的斜线切分，每条斜线从下往上读。 培优点拨：中学阶段只需牢记到 7s，前 36 号元素用前四段即可全覆盖。 知识精研 三、能级交错：为什么 4s 会"插队"？ 现象 E(4s) < E(3d)：能量顺序与填充顺序"打架"了 按能层看，3d 属于第 3 能层、4s 属于第 4 能层；但光谱实验证明：从钾开始，4s 能级的能量反而低于 3d。电子先填 4s、再填 3d——这种"低层位反而后填"的现象叫能级交错。 原因 外层电子受内层电子的屏蔽，又可钻入内层附近（钻穿效应）；4s 电子钻穿能力强，实际能量被"拉低"，低于 3d。 证据 钾原子光谱与性质实验表明：第 19 个电子进入 4s 而不是 3d；失去电子时，4s 电子也先失去——事实与构造原理互证。 培优追问 Fe 失去 2 个电子变成 Fe²⁺，先失的是 4s 还是 3d？ ——先失 4s：失电子按能层从外到内，与填充顺序"一进一出"并不对称。 速记 先 4s 后 3d，先 6s 后 4f 再 5d。两处最常考的"插队"，抓住它们，能级交错题不丢分。 析典破难 【例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能级的顺序为3p→4s→3d 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 C 析典破难 【例2】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，下列能量大小顺序正确的是 A．E(3s)＞E(3p)＞E(3d) B．E(3s)＞E(2s)＞E(1s) C．E(4f)＞E(4s)＞E(3d) D．E(5s)＞E(4s)＞E(4f) B 析典破难 1.牢记构造原理电子排布：1s → 2s → 2p → 3s → 3p → 4s → 3d → 4p → 5s → 4d → 5p → 6s → 4f → 5d → 6p → 7s → 5f → 6d → 7p，能量依次增大。 2.牢记三种重要区别： ①填充顺序 ≠ 书写顺序：填充时 4s 先于 3d，但书写排布式要按 n 排列，如 Fe：1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁶4s²（3d 写在 4s 前）。 ②填充顺序 ≠ 失电子顺序：失电子时先失最外层的 ns（如 Fe²⁺：3d⁶，不是 3d⁴4s²）。 ③构造原理的来源：源于光谱学事实（实验归纳），不是纯理论推导。 方法总结 电子排布式 02 知识精研 一、构造原理：电子的"入住顺序" 情境 · 生活现象 户口登记按省市区逐级填写，电子的“户口”也要按能级登记。 1.概念 按构造原理，将能级符号按能量由低到高排列，并在右上角标注该能级内的电子数——这样得到的式子就是电子排布式，它完整记录了基态原子的电子"户口"。 规则 书写三步法 ① 定电子数：等于原子序数（中性原子）。 ② 按顺序填：沿构造原理红线依次分配电子。 ③ 按层书写：写成式子时，同一能层的能级写在一起（如 3s 3p 3d 相邻）。 警示 电子总数必须"对账"：各上标之和 = 原子序数。 氧原子 O（8 号）示范 第①步 电子数 = 8 第②步 1s 满 2 → 2s 满 2 → 余 4 入 2p 结果 O：1s² 2s² 2p⁴ 口诀：上标加和等于序数，同层能级写一起。 知识精研 一、构造原理：电子的"入住顺序" 2.书写演练 【跟写】Na（11 号）：1s² 2s² 2p⁶ 3s¹　　2+2+6+1 = 11 ✓ 【跟写】Cl（17 号）：1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁵　　2+2+6+2+5 = 17 ✓ N（7 号）、Mg（12 号）、Al（13 号）的电子排布式。　 N：1s² 2s² 2p³　Mg：1s² 2s² 2p⁶ 3s²　Al：1s² 2s² 2p⁶3s² 3p¹ 关键两例：19、20 号——能级交错的"现场直播" K（19 号）：1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s¹ 第 19 个电子不进 3d、进 4s——因为 E(4s) < E(3d)。 Ca（20 号）：1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² 4s 填满后，从 21 号 Sc 开始才进入 3d——过渡金属的来历。 书写提醒：完整式按能层顺序排列能级；K、Ca 的排布式中不出现 3d——它们的电子还没有"排到"3d。 知识精研 二、简化电子排布式：用"稀有气体"偷懒 1.概念 把内层已达稀有气体结构的部分，用"该稀有气体元素符号外加方括号"表示，只写出价层电子部分。如 Na：[Ne]3s¹。 规则 三步改写 ① 找出排在它前面、且不超过它的稀有气体（He、Ne、Ar、Kr…）。 ② 内层整体打包成 [X]（X 为稀有气体符号）。 ③ 括号外写出剩余能级的全部电子。 速记：常用简化的稀有气体只有四个——[He]2、[Ne]10、[Ar]18、[Kr]36，见到 19~36 号先想 [Ar]。 完整式 ⇌ 简化式 对照 元素 完整式 简化式 Li（3） 1s² 2s¹ [He]2s¹ Na（11） 1s² 2s² 2p⁶ 3s¹ [Ne]3s¹ Ca（20） …3s² 3p⁶ 4s² [Ar]4s² Fe（26） …3p⁶ 3d⁶ 4s² [Ar]3d⁶ 4s² 观察：简化式只留"最外层 + 未满 d 能级"，主族元素通常只剩最外层 ns、np。 知识精研 三、价层电子：化学反应的"先锋部队 1.概念 参加化学反应、决定元素化合价的电子。主族元素即最外层电子；过渡元素还包括未饱和的 (n−1)d 电子，其排布常写成"价层电子排布式"，如 Fe：3d⁶ 4s²。 主族元素 O：2s² 2p⁴（最外层） Na：3s¹ Cl：3s² 3p⁵ 过渡元素 Fe：3d⁶ 4s² Cu：3d¹⁰ 4s¹（全充满特例） 价层含 (n−1)d，故化合价多变 即时判断 ①"主族元素的价层电子就是最外层电子"（√）　 ②"所有元素价层电子只有最外层"（×，过渡元素含 (n−1)d） 速记：简化式"删"掉的部分是原子实；留下的部分才是"戏份最多"的价层电子。 析典破难 【例3】按构造原理，下列各基态原子（或离子）的电子填充与表示中，正确的是 A．K：…3p⁶ 3d¹ B．K：1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s¹ C．Ca：…3p⁶ 3d² D．Sc：…3p⁶ 4s² 3d¹ BD 错。第 19 个电子先入 4s。 对。4s 能量低于 3d。 错。Ca 是 4s²，电子未进 3d。 对。4s 满后才填 3d。 析典破难 【例4】写出下列基态粒子（原子或离子）的电子排布式与简化式，并指出其价层电子排布： （1）S （2）Ca （3）Fe 完整：1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁴ 简化：[Ne]3s² 3p⁴　价层：3s² 3p⁴ 完整：1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 简化：[Ar]　价层：8 电子稳定结构 完整：1s² 2s² 2p⁶3s² 3p⁶ 3d⁶ 4s² 简化：[Ar]3d⁶ 4s²　价层：3d⁶ 4s² 误区警戒 ① 阳离子先失最外层：Ca²⁺ 是失 4s² 后的 [Ar]，不是 [Ar]4s²。 ② Fe 的 3d⁶ 4s² 写反顺序会被扣分：完整式 3d 在 4s 前。 解题钥匙 阳离子三步：先写原子排布 → 按"最外层优先"失电子 → 对账。 过渡元素简化式保留 3d：[Ar]3d⁶ 4s²，不能写成 [Ar]4s² 3d⁶。 析典破难 【例5】某 +2 价金属阳离子的电子排布为 [Ar]3d⁶，下列说法正确的是 A．该元素是 26 号 Fe B．其原子排布为 [Ar]3d⁶ 4s² C．该元素为 24 号 Cr D．其价层电子为 4s² AB 方法总结 离子反推三步：①失电子数 → ②补回最外层 → ③对账定序数。 过渡元素"失电子先 4s 后 3d"，补电子时倒着补回。 变式练 M²⁺的 3d 能级有 5 个电子，M 是什么？ 答：Mn（25 号，[Ar]3d⁵ 4s²） 析典破难 能层问题“三步套路” 第一步　定 n：由能层符号写出序数（K→1，L→2，M→3，N→4）。 第二步　列能级：写全 n 个能级（如 M 层：3s、3p、3d），按能量从低到高排。 第三步　算容量：用 2n² 求最多电子数，用 s²p⁶d¹⁰f¹⁴ 求各能级容量。 方法总结 电子云 03 知识精研 一、电子云：给"神出鬼没"的电子画像 给同一状态的氢原子拍上亿张"照片"，把每个瞬间电子出现的位置都叠在一个图上：电子出现概率大的地方点子密，概率小的地方点子疏——这团"点子云"就叫电子云。 本质 三个"不是"与一个"是" ① 不是真有一大团电子——一个氢原子只有 1 个电子。 ② 不是电子的运动轨迹——电子没有确定轨迹。 ③ 小黑点也不是电子——是一次"闪现"的记录。 警示 点的疏密表示概率密度的大小，不是"电子多少"。 读图：中心密、边缘疏——电子在核附近出现的概率最大，随离核距离增大而减小。 知识精研 二、电子云图 vs 电子云轮廓图（原子轨道） 电子云图上点子密密麻麻、边界模糊，教材常把它"瘦身"成一条清晰的轮廓线：把电子出现概率占 90% 的空间圈出来，这就是电子云轮廓图，习惯上称原子轨道。 电子云图 无数小黑点；只表示概率密度，无明确边界。 黑点 = 电子一次"闪现"的记录 轮廓图 = 原子轨道 清晰实线； 是概率占 90% 的空间边界。 名称沿用，"轨道" ≠ 固定路线 ① 边界　 云图无界 / 轮廓图有界 ② 含义　 概率密度 / 90% 概率空间 ③ 关系　 轮廓图由云图"瘦身"而来 速记 电子云是"底片"，轮廓图是"剪影"。"轨道"二字只是沿用，千万别当成固定路线！ 原子轨道 04 知识精研 一、原子轨道：s 轨道——一员独居的"圆球" 形状 s 轨道：球形（各方向对称） s 能级的电子云是球形对称的，轮廓图是一个球面。同一能层的 s 轨道只有 1 个；能层越大，球的半径越大（1s ⊂ 2s ⊂ 3s…）。 规律 大小与能量的关系 ① 能层序数越大 → s 轨道越大：E(1s) < E(2s) < E(3s)。 ② "轨道变大"指电子出现的空间范围变大， 不是电子变胖。 速记：s 轨道"独门独户"——每种能层只有 1 个 球形轨道，最多住 2 个电子。 辨析：2s 的虚线圈表示"1s 的范围被包含在内"——内层轨道并不消失，只是被新轨道"包"起来。 知识精研 二、原子轨道：p 轨道——三兄弟"分家"的哑铃 形状 p 轨道：哑铃形（纺锤形） p 电子云在空间沿某一方向"两头密、中间细"，轮廓图像哑铃。每个 p 能级有 3 个互相垂直的轨道：px、py、pz——分别沿 x、y、z 三个轴伸展。 规律 三兄弟"能量相同、方向不同" ① 同一能层的 3 个 p 轨道能量完全相同。 ② 电子优先"独占"空轨道再配对（下节课泡利原理、洪特规则预告）。 ③ K 能层无 p 轨道；从 L 能层（2p）起才有。 警示 书写规范：px、py、pz 中的 x y z 为斜体小写 下标，不能大写。 类比：s 是"独居的圆屋"，p 是"三室一厅"——三个房间朝向不同，租金（能量）相同。 知识精研 三、轨道数规律：1、3、5、7 的"等差账本" 规律 d、f 轨道的形状与数目 ① d 轨道：5 个，形状更复杂（花瓣形），中学只记数目。 ② f 轨道：7 个，形状复杂，中学不展开。 ③ 每个轨道（不论形状）最多容纳 2 个电子。 推理 由此推出能层最多电子数 2n² n 能层的轨道总数 = 1+3+5+…+(2n−1) = n²；每轨道 2 电子 → 最多 2n² 个电子。数列账本严丝合缝，与上节课结论互相印证。 速记：轨道数 = 能级数 × 等差项——s:1、p:3、d:5、f:7，"奇数数列"一口气背完。 轨道数与电子数账本 能级 轨道数 轨道记号 最多电子 s 1 — 2 p 3 px py pz 6 d 5 花瓣形×5 10 f 7 形状复杂 14 验证：N 层轨道数 1+3+5+7=16=n²，最多 32=2n² 个电子 ✓ 知识精研 四、关系总账：能层 → 能级 → 轨道 → 电子 能层 n 能级（个数 = n） 轨道总数 n² 轨道分布 最多电子 2n² K（1） 1s 1 1 个 s 2 L（2） 2s 2p 4 1 个 s＋3 个 p 8 M（3） 3s 3p 3d 9 1＋3＋5 18 N（4） 4s 4p 4d 4f 16 1＋3＋5＋7 32 速记 一张表三个数列：能级数 1·2·3·4（=n），轨道数 1·4·9·16（=n²），电子数 2·8·18·32（=2n²）。 能级数 = n，轨道数 = n²， 电子数 = 2n² 三个数列：1,3,5,7（轨道）；2,6,10,14（容量） 易错：轨道数≠电子数，1 个轨道 ≠ 1 个电子 析典破难 【例6】某基态原子的电子排布式中含有 3d⁷，下列判断不正确的是 A．3d 能级共有 7 个轨道 B．该元素原子序数为 27 C．3d⁷ 表示 3d 有 7 个电子 D．M 能层已填 18 个电子 A 考点①　上标 = 电子数，不是轨道数 考点②　基态含 3d 时 4s² 已满 考点③　上标加和 = 原子序数 误区警戒 ① 把"3d⁷"读成"7 个轨道"——上标是电子数，不是轨道数。 ② 忘记 4s²：3d 出现时，4s 必已填满（基态）。 析典破难 【例7】下列关于电子云与原子轨道的说法中，正确的是 A．电子云图中的小黑点表示电子 B．p 轨道有三个伸展方向，能量不同 C．s 轨道是球形，只表示概率占 90% 的空间 D．1 个原子轨道可容纳任意多个电子 C 考点①　点子≠电子、云≠轨迹 考点②　p 三方向、同能量 考点③　1 轨道最多 2 电子 误区警戒 ① "点子=电子""云=轨迹"两类字眼必错。 ② px、py、pz 是三个轨道、同一能量，别当三种能级。 知识融通 原子结构 构造原理 电子 排布式 电子云与原子轨道 按能级能量由低到高填充 交错：4s 先于 3d，6s→4f→5d 对象：基态原子 完整式：能级右上标电子数 简化式：[He][Ne][Ar][Kr] 打包 价层：主族看最外层，过渡含 (n−1)d 电子云：概率密度的"点子图" 轨道：90% 概率的轮廓图 s 球、p 哑铃；轨道 1/3/5/7 能力跃迁 D 1.元素周期表中，与Se位于同一周期且基态原子含有相同未成对电子数的元素有 A．1种 B．2种 C．3种 D．4种 能力跃迁 D 2.下列各基态原子或离子的电子排布式正确的是 A．Cr   1s22s22p63s23p63d54s1 B．O2- 1s22s22p4 C．Cu 1s22s22p63s23p63d94s2 D．Fe2+ 1s22s22p63s23p63d44s4 能力跃迁 C 3.对基态碳原子核外两个未成对电子的描述，不正确的是 A．能量相同 B．自旋方向相同 C．在同一原子轨道 D．原子轨道的形状相同 能力跃迁 D 4.元素周期表中铋元素的数据见图，下列说法不正确的是 A．铋原子s轨道的形状是球形的，p轨道的形状是哑铃形 B．铋元素的相对原子质量是209.0 C．铋原子6p能级中6px、6py、6pz轨道上各有一个电子 D．铋原子最外层有5个能量相同的电子 能力跃迁 B 5.下列关于原子结构的说法正确的是 A．电子由3d能级跃迁至5s能级，可通过光谱仪摄取原子的发射光谱 B．同一原子中，2p、3p、4p电子的能量依次增强 C．电子仅从激发态跃迁到基态时才会产生原子光谱 D．日常生活中的焰火、LED灯、激光都与原子核外电子跃迁吸收能量有关 感谢观看 人教版选择性必修二 高效培优系列 分层精准培优，助力全面提升 $