高中化學(xué) 第1章 原子結(jié)構(gòu) 第2節(jié) 原子結(jié)構(gòu)與元素周期表 第1課時學(xué)案 魯科版選修3

1、第1課時基態(tài)原子的核外電子排布學(xué)習(xí)目標(biāo)定位1.了解基態(tài)原子的核外電子在原子軌道上的排布順序。2.掌握基態(tài)原子的核外電子排布規(guī)律，會書寫136號元素原子的核外電子排布式和軌道表示式。3.學(xué)會利用電子排布式、軌道表示式正確表示核外電子排布。一、基態(tài)原子的核外電子排布原則1能量最低原則(1)能量最低原理基態(tài)原子的核外電子在各個原子軌道上的排布方式應(yīng)使整個原子體系的能量最低。(2)基態(tài)原子的核外電子在原子軌道上的排列順序：隨著原子核電荷數(shù)的遞增，絕大多數(shù)元素的原子核外電子排布遵循如圖所示順序。電子所排的能級順序：1s、2s、2p、3s、3p、4s、3d、4p、5s、4d、5p、6s、4f、5d、6p、

2、7s，這是從實驗得到的規(guī)律，適用于大多數(shù)基態(tài)原子的核外電子排布。2泡利不相容原理泡利不相容原理的內(nèi)容：一個原子軌道中最多只能容納兩個電子，而且這兩個電子的自旋方向必須相反(用“”“”表示)。例如，基態(tài)氦原子的軌道表示式為。根據(jù)泡利不相容原理，可以獲得以下幾個重要結(jié)論：(1)每一種運動狀態(tài)的電子只能有一個。(2)由于每一個原子軌道包括兩種運動狀態(tài)，所以每一個原子軌道最多只能容納兩個自旋方向相反的電子。(3)因為s，p，d，f能級的原子軌道數(shù)分別為1,3,5,7個，所以s，p，d，f各原子軌道分別最多能容納2,6,10,14個電子。(4)每個電子層中原子軌道的總數(shù)為n2個，因此，每個電子層最多能容

3、納2n2個電子。3洪特規(guī)則(1)對于基態(tài)原子，電子在能量相同的軌道上排布時，應(yīng)盡可能分占不同的軌道并且自旋方向相同。這就是洪特規(guī)則。如碳原子的軌道表示式不是，而是。(2)能量相同的原子軌道在全充滿(如p6和d10)、半充滿(如p3和d5)和全空(如p0和d0)狀態(tài)時，體系的能量較低，原子較穩(wěn)定。這稱為洪特規(guī)則特例。如下列基態(tài)原子的電子排布式的書寫：錯誤正確鉻原子1s22s22p63s23p63d44s21s22s22p63s23p63d54s1銅原子1s22s22p63s23p63d94s21s22s22p63s23p63d104s1原子核外電子排布要遵循三個原則(1)能量最低原則：電子在原子

4、軌道上的排布要盡可能地使原子的能量最低。(2)泡利不相容原理：每個原子軌道中最多只能容納兩個電子且這兩個電子的自旋方向必須相反(同一原子中不可能有運動狀態(tài)完全相同的電子)。(3)洪特規(guī)則：當(dāng)電子排布在相同能量的不同軌道時，總是優(yōu)先單獨占據(jù)一個軌道，而且自旋方向相同。提醒基態(tài)原子核外電子排布必須同時遵循核外電子排布三原則。例1“各能級最多容納的電子數(shù)是該能級原子軌道數(shù)的兩倍”，支撐這一結(jié)論的理論是()a構(gòu)造原理 b泡利不相容原理c洪特規(guī)則 d能量最低原理答案b解析根據(jù)泡利不相容原理，每個原子軌道中最多能容納2個自旋狀態(tài)相反的電子，所以每個能級最多能容納的電子數(shù)是該能級原子軌道數(shù)的2倍，選項b符合

5、題意。例2若以e(nl)表示某能級的能量，以下各式中正確的是()ae(5s)>e(4f)>e(4s)>e(3d)be(3d)>e(4s)>e(3p)>e(3s)ce(4s)<e(3s)<e(2s)<e(1s)de(5s)>e(4s)>e(4f)>e(3d)答案b解析根據(jù)構(gòu)造原理，各能級能量的大小順序由低到高為1s、2s、2p、3s、3p、4s、3d、4p、5s，a項和d項正確順序為e(4f)>e(5s)>e(3d)>e(4s)；對于不同能層的相同能級，能層序數(shù)越大，能量越高，所以c項錯誤。例3在能量相同的

6、d軌道中電子排布成，而不排布成，最直接的依據(jù)是()a能量最低原則 b泡利不相容原理c原子軌道能級圖 d洪特規(guī)則答案d解析洪特規(guī)則是指當(dāng)電子排布在同一能級的不同軌道時，原子中的電子總是優(yōu)先單獨占據(jù)一個軌道，且自旋方向相同。易錯警示書寫基態(tài)原子的軌道表示式時，要兼顧三條原則，不能顧此失彼，防止出現(xiàn)以下錯誤：違反泡利不相容原理：；違反洪特規(guī)則：或；違反能量最低原則：。二、原子核外電子排布的表示方法1電子排布式(1)價電子定義：與元素的化學(xué)性質(zhì)密切相關(guān)的外層軌道上的電子，稱為價電子。規(guī)律：主族元素價電子數(shù)等于主族族序數(shù)。(2)按要求填表：電子排布式價電子排布式s1s22s22p63s23p43s23p

7、4ca1s22s22p63s23p64s24s2fe1s22s22p63s23p63d64s23d64s2cu1s22s22p63s23p63d104s13d104s1ge1s22s22p63s23p63d104s24p24s24p22.軌道表示式(1)用一個小圓圈(或方框)表示一個原子軌道，在圓圈(或方框)內(nèi)用箭頭“”或“”標(biāo)明原子核外電子排布的式子稱為軌道表示式。以鋁原子為例，軌道表示式中各符號、數(shù)字的意義為(2)寫出下列原子的軌道表示式：o：；na：。(3)在軌道表示式中也可以用方框表示一個原子軌道，如na：。3原子結(jié)構(gòu)示意圖(1)原子結(jié)構(gòu)簡(示意)圖：圓圈內(nèi)數(shù)字表示質(zhì)子數(shù)，弧線表示電子

8、層，弧線內(nèi)數(shù)字表示該電子層中的電子數(shù)。(2)寫出下列原子或離子的結(jié)構(gòu)示意圖：k：；fe：；mg2：；cl：。(1)主族元素原子的最外層電子稱為價電子。過渡元素原子的價電子一般包括最外層的s電子和次外層的d電子，有的還包括倒數(shù)第三層的f電子。(2)電子排布式書寫注意問題雖然電子排布是遵循能量最低原則的，但書寫電子排布式時應(yīng)按照電子層的順序書寫。如鐵原子的電子排布式是1s22s22p63s23p63d64s2，而不寫作1s22s22p63s23p64s23d6。簡化電子排布式為避免電子排布式書寫繁瑣，可把內(nèi)層電子排布達(dá)到稀有氣體結(jié)構(gòu)的部分用相應(yīng)稀有氣體的元素符號外加“”表示。如s：ne3s23p4

9、，ca：ar4s2，fe：ar3d64s2，ge：ar3d104s24p2。離子的電子排布式原子轉(zhuǎn)化為離子有兩種情況：一是由原子失去電子轉(zhuǎn)化為陽離子，失電子的順序與電子填入的順序有所不同，失電子時，首先失去的是最外電子層上的電子，同層則按能級由高到低失電子；二是由原子得到電子轉(zhuǎn)化為陰離子，得到的電子填入原子軌道的順序與基態(tài)原子電子的排布順序相同。特殊原子的電子排布式有少數(shù)元素的基態(tài)原子的電子排布對于構(gòu)造原理有1個電子的偏差。因為能量相同的原子軌道在全充滿(如p6和d10)、半充滿(如p3和d5)和全空(如p0和d0)狀態(tài)時，體系的能量較低，原子較穩(wěn)定。提醒元素原子的價電子排布式不一定是最外層的

10、電子排布式，主族元素的價電子排布式是最外層電子排布式，過渡元素的最外層是價電子，但有的內(nèi)層電子也是價電子，如fe原子價電子排布式為3d64s2。例4下列有關(guān)核外電子排布式或軌道表示式不正確的是()a24cr的電子排布式：1s22s22p63s23p63d54s1bk的簡化電子排布式：ar4s1cn原子的軌道表示式：ds原子的軌道表示式：答案d解析s原子的軌道表示式違反了洪特規(guī)則，正確的應(yīng)是。例5按要求寫出電子排布式、原子結(jié)構(gòu)示意圖或軌道表示式。(1)基態(tài)cu的電子排布式：_。(2)基態(tài)p原子的價電子排布式：_。(3)17cl的軌道表示式：_。(4)第4周期中最外層僅有1個電子的所有基態(tài)原子的電

11、子排布式：_。答案(1)1s22s22p63s23p63d10(或ar3d10)(2)3s23p3(3)(4)ar4s1、ar3d54s1、ar3d104s1解析(1)基態(tài)cu原子的電子排布式為1s22s22p63s23p63d104s1，失去1個電子所得cu的電子排布式為1s22s22p63s23p63d10或ar3d10。(2)p原子最外層為第三層，且有5個電子，所以其價電子排布式為3s23p3。 (3)cl的電子排布式為1s22s22p63s23p5，軌道表示式為。(4)第4周期最外層只有1個電子的最外層電子排布式為4s1，此時3s、3p應(yīng)已填滿，3d軌道可能全空、半充滿或全充滿，即其電

12、子排布式為ar4s1、ar3d54s1、ar3d104s1。易錯警示(1)電子排布式的書寫順序與核外電子進(jìn)入軌道的順序不同。電子排布式的書寫順序按電子層由里到外和s、p、d的順序，而核外電子進(jìn)入軌道的順序按照基態(tài)原子在原子軌道上的排布順序。(2)基態(tài)原子失電子時，由外層向里層，同層則按能級由高到低順序失電子。如cr(ar3d54s1)cr3(ar3d3)1以下表示氦原子結(jié)構(gòu)的化學(xué)用語中，對電子運動狀態(tài)描述最詳盡的是()a b.c1s2 d.答案d解析a項只能表示最外層電子數(shù)；b項只表示核外的電子分層排布情況；c項具體到各能層的電子數(shù)；而d項包含了能層數(shù)、能級數(shù)以及軌道內(nèi)電子的自旋方向，故該項正

13、確。2以下電子排布式表示基態(tài)原子電子排布的是()a1s22s22p63s13p3b1s22s22p63s23p63d104s14p1c1s22s22p63s23p63d24s1d1s22s22p63s23p63d104s24p1答案d解析基態(tài)核外電子排布應(yīng)該是1s22s22p63s23p2，a錯誤；基態(tài)核外電子排布應(yīng)該是1s22s22p63s23p63d104s2，b錯誤；基態(tài)核外電子排布應(yīng)該是1s22s22p63s23p63d14s2，c錯誤； 1s22s22p63s23p63d104s24p1符合原子核外電子排布規(guī)律，d正確。3下列微粒的核外電子的表示方法中正確的是()a碳原子的軌道表示式

14、：b磷原子價電子軌道表示式：c鉻原子的價電子排布式：3d44s2dfe2的電子排布式：1s22s22p63s23p63d44s2答案a解析a項表示c原子的軌道表示式，正確；b項不符合洪特規(guī)則；c項不符合洪特規(guī)則特例，應(yīng)為3d54s1；d項fe2應(yīng)為fe原子失去4s上的兩個電子，而不是失去3d上的兩個電子，應(yīng)為1s22s22p63s23p63d6。4已知元素x的原子最外層電子排布式為nsn1npn2，則x元素的原子序數(shù)為()a9 b10 c17 d18答案c解析n12，則n3，即最外層電子排布式為3s23p5，為氯元素。5下列軌道表示式所表示的元素原子中，能量處于最低狀態(tài)的是()答案c解析要使各

15、原子能量處于最低狀態(tài)(即基態(tài))，核外電子必須遵循三大原則進(jìn)行排布。a項中2s軌道沒有排滿電子就排在了2p軌道上，顯然能量不是最低的；b項中2p軌道上的電子排布不符合洪特規(guī)則，三個電子各占一個p軌道且自旋狀態(tài)相同時，能量最低；c項中2p3為半充滿狀態(tài)，能量最低；d項中2p軌道未排滿就排3s軌道，能量不是最低的。故正確答案為c。6(1)下列原子或離子的電子排布正確的是_(填序號，下同)，違反能量最低原則的是_，違反洪特規(guī)則的是_，違反泡利不相容原理的是_。ca2：1s22s22p63s23p6f：1s22s23p6p：cr：1s22s22p63s23p63d44s2fe：1s22s22p63s23

16、p63d64s2mg2：1s22s22p6c：(2)氮原子價層電子的軌道表達(dá)式(電子排布圖)為_。co基態(tài)原子核外電子排布式為_。fe3基態(tài)核外電子排布式為_。答案(1)(2)ar3d74s2(或1s22s22p63s23p63d74s2)ar3d5(或1s22s22p63s23p63d5)解析(1)根據(jù)核外電子排布規(guī)律，中錯誤在于電子排完2s軌道后應(yīng)排2p軌道而不是3p軌道，正確的應(yīng)為1s22s22p6；中沒有遵循洪特規(guī)則電子在能量相同的軌道上排布時，應(yīng)盡可能分占不同的軌道并且自旋方向相同，最外層的軌道表達(dá)式應(yīng)為；中忽略了能量相同的原子軌道在半充滿狀態(tài)時，體系的能量較低，原子較穩(wěn)定，正確的應(yīng)

17、為1s22s22p63s23p63d54s1；中違反泡利不相容原理，正確的應(yīng)為。(2)氮是7號元素，其價層電子的軌道表達(dá)式為。co的原子序數(shù)為27，其基態(tài)原子核外電子的排布式為ar3d74s2。fe3基態(tài)核外電子排布式為1s22s22p63s23p63d5或ar3d5。對點訓(xùn)練題組1基態(tài)原子核外電子排布原則1下列排布不符合泡利不相容原理的是()a.b.c.d.答案c解析由于泡利不相容原理指的是一個原子軌道中最多只能容納兩個電子，并且這兩個電子的自旋方向必須相反，所以只有c項不滿足此原理。2若將p原子的電子排布式寫成1s22s22p63s23p3p，它違背了()a能量守恒原理 b泡利不相容原理c

18、能量最低原則 d洪特規(guī)則答案d解析對于基態(tài)原子，電子在能量相同的軌道上排布時，將盡可能分占不同的軌道并且自旋方向相同。若將p原子的電子排布式寫成1s22s22p63s23p3p，它違背了洪特規(guī)則。3(2018·扶余市第一中學(xué)期末)下列電子排布式中，原子處于激發(fā)狀態(tài)的是()a1s22s22p5b1s22s22p43s2c1s22s22p63s23p63d54s2d1s22s22p63s23p63d34s2答案b解析b選項中原子的核外電子沒有填充滿2p能級，而電子填充到了能量更高的3s能級，與基態(tài)原子核外電子填充的能級順序不符，原子能量較高，處于激發(fā)態(tài)，a、c、d三選項中原子的核外電子排

19、布符合基態(tài)原子核外電子填充的能級順序和能量最低原則，泡利不相容原理及洪特規(guī)則，原子處于基態(tài)，故原子處于激發(fā)狀態(tài)的是答案b。4某元素原子3d軌道上有5個電子，則該原子最外層電子排布可能是()a4s1 b4s24p1c4s24p3 d3s23p63d5答案a解析最外層電子排布為4s24p1的元素為ga,3d軌道上有10個電子，b錯誤；最外層電子排布為4s24p3的元素為as,3d軌道上有10個電子，c錯誤；4s能級能量小于3d，某元素原子3d軌道上有5個電子，則4s能級上肯定有電子，d錯誤。5(2018·晉江市季延中學(xué)期中)某元素質(zhì)量數(shù)為51，中子數(shù)為28，其原子未成對電子數(shù)為()a0

20、b1 c2 d3答案d解析元素質(zhì)量數(shù)為51，中子數(shù)為28，由于質(zhì)量數(shù)質(zhì)子數(shù)中子數(shù)，則質(zhì)子數(shù)512823。質(zhì)子數(shù)核外電子數(shù)，即核外電子數(shù)也是23，根據(jù)核外電子排布規(guī)律可知，其排布式是1s22s22p63s23p63d34s2，因此其基態(tài)原子中未成對電子數(shù)為3個，d項正確。題組2原子核外電子排布的表示方法6(2018·深州中學(xué)期中)下列關(guān)于鈉元素的幾種表達(dá)式錯誤的是()ana的軌道表示式：bna的結(jié)構(gòu)示意圖：cna的電子排布式：1s22s22p63s1dna的簡化電子排布式：na3s1答案d解析na的簡化電子排布式為ne3s1。即上一周期的稀有氣體(元素符號)該原子的價電子排布。7主族元

21、素原子失去最外層電子形成陽離子，主族元素的原子得到電子填充在最外層形成陰離子。下列各原子或離子的電子排布式錯誤的是()aca2：1s22s22p63s23p6bo2：1s22s22p4ccl：ne3s23p6dar：1s22s22p63s23p6答案b解析本題主要考查根據(jù)構(gòu)造原理來書寫電子排布式，已知氧原子的電子排布式為1s22s22p4，故o2的電子排布式應(yīng)為1s22s22p6，b項錯誤，a、c、d三項均正確。8下列離子中外層d軌道達(dá)半充滿狀態(tài)的是()acr3 bcucco3 dfe3答案d解析cr3的價電子排布式為3d3，d軌道不是半充滿狀態(tài)，故a錯誤；cu的價電子排布式為3d10，d軌道

22、處于全充滿狀態(tài)，故b錯誤；co3的價電子排布式為3d6，d軌道不是半充滿狀態(tài)，故c錯誤；fe3的價電子排布式為3d5，d軌道達(dá)半充滿狀態(tài)，故d正確。題組3根據(jù)電子排布式推斷元素94p軌道填充一半的元素，其原子序數(shù)是()a15 b33 c35 d51答案b解析4p軌道填充一半的元素，其電子排布式為1s22s22p63s23p63d104s24p3，原子序數(shù)為33。10某元素的3p軌道上有兩個未成對電子，因此其()a第三電子層上有4個電子b最高正價為2c最高正價為4d第二電子層沒有未成對電子答案d解析由于3p軌道上有兩個未成對電子，所以該原子的核外電子排布式為1s22s22p63s23p2或者1s

23、22s22p63s23p4。11若某元素原子處于能量最低狀態(tài)時，價電子排布式為4d15s2，則下列說法正確的是()a該元素原子處于能量最低狀態(tài)時，原子中共有3個未成對電子b該元素原子核外共有5個電子層c該元素原子的n層共有8個電子d該元素原子最外層有3個電子答案b解析該元素基態(tài)原子的電子排布式為1s22s22p63s23p63d104s24p64d15s2，該元素原子處于能量最低狀態(tài)時，原子中只有4d1中的一個未成對電子，a項錯誤；由核外電子排布式可知該元素原子有5個電子層，n層共有9個電子，最外層有2個電子，c、d項錯誤，b項正確。12某主族元素的原子，m層上有一個半充滿的能級，這種原子的質(zhì)

24、子數(shù)()a只能是7 b只能是15c是11或15 d是11或13答案c13下列各組表述中，兩個微粒一定不屬于同種元素原子的是()a3p能級有一個空軌道的基態(tài)原子和核外電子排布為1s22s22p63s23p2的原子bm層全充滿而n層為4s2的原子和核外電子排布為1s22s22p63s23p63d64s2的原子c最外層電子數(shù)是核外電子總數(shù)的的原子和價電子排布為4s24p5的原子d2p能級有一個未成對電子的基態(tài)原子和價電子排布為2s22p5的原子答案b解析3p能級有一個空軌道，說明3p上填2個電子，價電子排布為3s23p2，兩微粒相同，a選項不符合題意；m層全充滿而n層為4s2，m層上有d軌道，即：3

25、s23p63d10，是鋅元素，價電子排布為3d64s2的元素是鐵元素，b選項符合題意；價電子排布為4s24p5，則3d上已排滿10個電子，核外電子排布為1s22s22p63s23p63d104s24p5，最外層電子數(shù)是核外電子總數(shù)的的原子，可按下述方法討論：若最外層電子數(shù)為1，核外電子總數(shù)為5不可能，最外層電子數(shù)為2，核外電子總數(shù)為10不可能，只有最外層電子數(shù)為7，核外電子總數(shù)為35時合理，其電子排布也是1s22s22p63s23p63d104s24p5，二者是同種元素的原子，c選項不符合題意；2p能級有一個未成對電子，可以是2p1，也可以是2p5，因此二者不一定屬于同種元素的原子，d項不符合

26、題意。綜合強化14根據(jù)核外電子的排布特點推斷元素(1)a元素基態(tài)原子的最外層有3個未成對電子，次外層有2個電子，其元素符號為_；其價層電子的軌道表示式為_。(2)b元素的正三價離子的3d能級為半充滿，b的元素符號為_，其基態(tài)原子的電子排布式為_，其原子的結(jié)構(gòu)示意圖為_。(3)c元素基態(tài)原子的m層全充滿，n層沒有成對電子且只有一個未成對電子，c的元素符號為_，其基態(tài)原子的電子排布式為_。(4)d元素的原子最外層電子排布式為nsnnpn2，則n_；原子中能量最高的是_電子，核外電子軌道表示式為_。答案(1)n(2)fe1s22s22p63s23p63d64s2(3)cu1s22s22p63s23p

27、63d104s1(4) 2 2p解析(1)a元素基態(tài)原子的軌道表示式由題意可寫成：，則該元素核外有7個電子，為氮元素，其元素符號為n。(2)b元素原子失去2個4s電子和1個3d電子后變成3價離子，其原子的核外電子排布式為1s22s22p63s23p63d64s2即26號元素鐵。(3)c元素的核外電子排布式為1s22s22p63s23p63d104s1，故e為cu。(4)d最外層電子排布式為2s22p4。15下表列出了核電荷數(shù)為2125的元素的最高正價，回答下列問題：元素名稱鈧鈦釩鉻錳元素符號sctivcrmn核電荷數(shù)2122232425最高正價34567(1)寫出下列元素基態(tài)原子的核外電子排布

28、式：sc：_。ti：_。v：_。mn：_。(2)已知基態(tài)鉻原子的核外電子排布式是1s22s22p63s23p63d54s1，其并未嚴(yán)格按照基態(tài)原子核外電子在原子軌道上的排布順序進(jìn)行排布，為什么核外電子這樣排布呢？_。(3)對比上述五種元素原子的核外電子排布與元素的最高正價，你發(fā)現(xiàn)的規(guī)律是_。答案(1)1s22s22p63s23p63d14s2(或ar3d14s2)1s22s22p63s23p63d24s2(或ar3d24s2)1s22s22p63s23p63d34s2(或ar3d34s2)1s22s22p63s23p63d54s2(或ar3d54s2)(2)由洪特規(guī)則的特例，可知能量相同的原子軌道半充滿狀態(tài)一般比較穩(wěn)定(3)五