化學(xué)選修原子結(jié)構(gòu)_第1頁(yè)
化學(xué)選修原子結(jié)構(gòu)_第2頁(yè)
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關(guān)于化學(xué)選修原子結(jié)構(gòu)第一頁(yè),共五十九頁(yè),2022年,8月28日1、進(jìn)一步認(rèn)識(shí)原子核外電子的分層排布2、知道原子核外電子的能層分布及其能量關(guān)系3、知道原子核外電子的能級(jí)分布及其能量關(guān)系4、能用符號(hào)表示原子核外的不同能級(jí),初步知道量子數(shù)的涵義5、了解原子結(jié)構(gòu)的構(gòu)造原理,能用構(gòu)造原理認(rèn)識(shí)原子的核外電子排布6、能用電子排布式表示常見(jiàn)元素(1-36號(hào))原子核外電子的排布

知識(shí)與技能過(guò)程與方法:

復(fù)習(xí)和延伸、類比和歸納、能層類比樓層,能級(jí)類比樓梯。情感和價(jià)值觀:

充分認(rèn)識(shí)原子結(jié)構(gòu)理論發(fā)展的過(guò)程是一個(gè)逐步深入完美的過(guò)程第二頁(yè),共五十九頁(yè),2022年,8月28日近代原子論發(fā)現(xiàn)電子帶核原子結(jié)構(gòu)模型原子軌道結(jié)構(gòu)模型電子云模型

科學(xué)家們經(jīng)過(guò)近一個(gè)世紀(jì)的研究,已經(jīng)基本揭開了原子結(jié)構(gòu)的面紗第三頁(yè),共五十九頁(yè),2022年,8月28日小結(jié):人類探索物質(zhì)結(jié)構(gòu)的歷史德謨克利特的古代原子學(xué)說(shuō)道爾頓的近代原子學(xué)說(shuō)(模型)湯姆生原子模型盧瑟福原子模型玻爾原子模型薛定諤電子云模型原子結(jié)構(gòu)的衍變過(guò)程第四頁(yè),共五十九頁(yè),2022年,8月28日一、開天辟地—原子的誕生現(xiàn)代大爆炸宇宙學(xué)理論——

宇宙誕生于約140億年前的一次大爆炸大爆炸后約2小時(shí),誕生了大量的H,少量的He和極少量的Li我們今天熟悉的各種元素(原子),都是從那時(shí)起經(jīng)歷了漫長(zhǎng)復(fù)雜的物理化學(xué)變化,分批分期合成而來(lái)的1氫元素是宇宙中最豐富的元素。

2宇宙年齡距今約140億年,地球年齡已有46億年

3地球上的元素絕大多數(shù)是金屬,非金屬僅有22種第五頁(yè),共五十九頁(yè),2022年,8月28日數(shù)量關(guān)系:核電荷數(shù)(Z)=核內(nèi)質(zhì)子數(shù)=核外電子數(shù)質(zhì)量關(guān)系:質(zhì)量數(shù)(A)=質(zhì)子數(shù)(Z)+中子數(shù)(N)原子核核外電子

Z個(gè)質(zhì)子

Z個(gè)中子(A—Z)個(gè)原子X(jué)AZ二.原子結(jié)構(gòu)質(zhì)量數(shù):對(duì)質(zhì)子和中子的相對(duì)質(zhì)量取整數(shù)相加的數(shù)值,即近似原子量電性關(guān)系:原子:質(zhì)子數(shù)=核外電子數(shù)

(幾乎集中原子的全部質(zhì)量)

(其運(yùn)動(dòng)空間幾乎占據(jù)了原子的整個(gè)體積)第六頁(yè),共五十九頁(yè),2022年,8月28日構(gòu)成原子的粒子電子原子核質(zhì)子中子電性和電量一個(gè)電子帶一個(gè)單位負(fù)電荷,電量為1.6×10-19C一個(gè)質(zhì)子帶一個(gè)單位正電荷不顯電性質(zhì)量(kg)9.109×10-311.673×10-271.675×10-27相對(duì)質(zhì)量1/18361.0071.008原子構(gòu)成的粒子及其性質(zhì)第七頁(yè),共五十九頁(yè),2022年,8月28日原子質(zhì)量主要集中在原子核上。原子核體積很小,只占原子體積的幾億分之一第八頁(yè),共五十九頁(yè),2022年,8月28日【說(shuō)明】:

●原子不是實(shí)心球體,在原子核外有一個(gè)“很大”的空間供電子作高速運(yùn)動(dòng)。

●原子核與電子之間既存在吸引力,又存在排斥力。當(dāng)達(dá)到平衡時(shí),電子既不會(huì)飛離出去,又不會(huì)緊貼在原子核上。

●不是任何原子都由質(zhì)子、中子和電子構(gòu)成。如:氫原子。

●在原子中,質(zhì)子數(shù)一定等于核外電子總數(shù),但不一定等于中子數(shù)。一般質(zhì)子數(shù)≤中子數(shù)。第九頁(yè),共五十九頁(yè),2022年,8月28日在多電子的原子中,核外電子的能量是不同的,按電子的能量差異,可以將核外電子分成不同的能層。三:能層與能級(jí)能層一二三四五六七符號(hào)KLMNOPQ最多容納電子數(shù)28183250每一個(gè)能層最多可容納的電子數(shù):2n2能層(電子層)第十頁(yè),共五十九頁(yè),2022年,8月28日(1)先排能量低的電子層,再排能量高的電子層,由里往外。(2)每一層最多容納電子數(shù):2n2個(gè)。(3)最外層電子數(shù)不超過(guò)8個(gè)(K層為最外層時(shí)不超過(guò)2個(gè))。(4)次外層電子數(shù)不超過(guò)18個(gè),倒數(shù)第三層不超過(guò)32個(gè)。核外電子的排布規(guī)律:(一低四不超)第十一頁(yè),共五十九頁(yè),2022年,8月28日KLMNO+能級(jí)1s2s2p3s3p3d4s4p4d4f最多容納電子數(shù)2262610261014規(guī)定,任一能層的能級(jí)總是從s能級(jí)開始,依次稱p、d、f、g能級(jí)……在多電子原子中,同一能層的電子的能量也可能不同,可以將它們分為不同的能級(jí).(即電子亞層)。能級(jí)(電子亞層)第十二頁(yè),共五十九頁(yè),2022年,8月28日【學(xué)與問(wèn)】教材p51、原子核外電子的每一個(gè)能層最多可容納的電子數(shù)與能層的序數(shù)(n)間存在什么關(guān)系?2、不同能層分別有多少個(gè)能級(jí),與能層的序數(shù)間存在什么關(guān)系?3、英文字母相同的不同能級(jí)中所能容納的最多電子數(shù)是否相同?不同能層中的s、p、d、f、g能級(jí)最多能容納的電子數(shù)是相同的,各為:s1×2=2p3×2=6d5×2=10f7×2=14g9×2=18(2n2)(所含能級(jí)個(gè)數(shù)=能層序數(shù)n)第十三頁(yè),共五十九頁(yè),2022年,8月28日①任一能層的能級(jí)數(shù)等于該能層的序數(shù),依次用ns、np、nd、nf等表示⑤英文字母相同的不同能級(jí)的能量高低順序:

1s<2s<3s<4s;2p<3p<4p;3d<4d③不同能層中,符號(hào)相同的能級(jí)中容納的最多電子數(shù)相同②以s、p、d、f……排序的各能級(jí)可容納的的最多電子數(shù)依次為2、6、10、141、3、5、7……的二倍。④

在同一能層中,能級(jí)的能量高低是ns<np<nd<nf……【特別提醒】第十四頁(yè),共五十九頁(yè),2022年,8月28日【練習(xí)】1.比較下列多電子原子的不同能層中能級(jí)的能量高低(1)1s、3d(2)3s、3p、3d(3)2p、3p、4p1s<3d3s<3p<3d2p<3p<4p2.將下列多電子原子的能級(jí)按照能量由高到低的順序排列1s、4p、2s、3s、5f、4s5f>4p>4s>3s>2s>1s第十五頁(yè),共五十九頁(yè),2022年,8月28日隨原子核電荷數(shù)遞增,絕大多數(shù)原子核外電子的排布遵循如下圖的排布順序,這個(gè)排布順序被稱為構(gòu)造原理。四:多電子原子的核外電子排布--構(gòu)造原理第十六頁(yè),共五十九頁(yè),2022年,8月28日2s2p3s3p3d4s4p4d4f5s5p5d5f6s6p6d7s7p1s能量升高能級(jí)交錯(cuò)——能級(jí)能量高低的順序能量升高4s<3d<4p5s<4d<5p

各圓圈間連接線的方向表示隨核電荷數(shù)增加而增加的電子填入能級(jí)的順序不同層不同能級(jí)可由下面的公式得出:

ns<(n-2)f<(n-1)d<np(n為能層序數(shù))稱為能級(jí)交錯(cuò)現(xiàn)象第十七頁(yè),共五十九頁(yè),2022年,8月28日①電子排布式表示該能級(jí)填充的電子數(shù)目能級(jí)雖先排4s后排3d,但電子排布式中先寫3d,后寫4s。26Fe(鐵)電子排布式中最后2個(gè)能級(jí)應(yīng)寫為3d64s2,而不能寫成4s23d6。在書寫電子排布式時(shí),能層低的能級(jí)要寫在左邊,

不能按填充順序?qū)?。失電子的順序:從外層到?nèi)層逐漸失去能層Fe:1s22s22p63s23p63d64s2Fe2+:1s22s22p63s23p63d6Fe3+:1s22s22p63s23p63d5第十八頁(yè),共五十九頁(yè),2022年,8月28日在書寫電子排布式時(shí),要從左向右,根據(jù)構(gòu)造原理,按能層能量遞增的順序排列。每個(gè)能層中的能級(jí)是按spdf能量遞增的順序排列,各能級(jí)上的電子數(shù)標(biāo)在能級(jí)符號(hào)的右上角。能層低的能級(jí)要寫在左邊,不能按填充順序?qū)憽?/p>

失電子的順序:從外層到內(nèi)層逐漸失去Fe2+:1s22s22p63s23p63d6Fe3+:1s22s22p63s23p63d5電子排布式的書寫第十九頁(yè),共五十九頁(yè),2022年,8月28日

試書寫7N、17Cl、19K、26Fe、21Sc、35Br原子的核外電子排布式.【練習(xí)】N:1s2

2s22p3Cl:1s22s22p6

3s23p5K:1s22s22p63s23p6

4s1Fe:1s22s22p63s23p63d6

4s2Sc:1s22s22p63s23p63d1

4s2Br:1s22s22p63s23p63d10

4s24p5根據(jù)構(gòu)造原理只要我們知道原子序數(shù)就可以寫出元素原子的電子排布式,這樣的電子排布是基態(tài)原子的。第二十頁(yè),共五十九頁(yè),2022年,8月28日原子序數(shù)元素名稱元素符號(hào)電子排布KLMN1氫H2氦He3鋰Li4鈹Be5硼B(yǎng)6碳C7氮N8氧O9氟F10氖Ne1s11s2

2s11s21s2

2s21s2

2s22p11s2

2s22p21s2

2s22p31s2

2s22p41s2

2s22p51s2

2s22p6要求熟練書寫1~36號(hào)元素原子的電子排布式第二十一頁(yè),共五十九頁(yè),2022年,8月28日原子序數(shù)元素名稱元素符號(hào)電子排布KLMN11鈉Na12鎂Mg13鋁Al14硅Si15磷P16硫S17氯Cl18氬Ar1s22s22p6

3s11s22s22p6

3s21s22s22p6

3s23p11s22s22p6

3s23p21s22s22p6

3s23p31s22s22p6

3s23p41s22s22p6

3s23p51s22s22p6

3s23p6第二十二頁(yè),共五十九頁(yè),2022年,8月28日原子序數(shù)元素名稱元素符號(hào)電子排布KLMN19鉀K20鈣Ca21鈧Sc22鈦Ti23釩V24鉻Cr25錳Mn26鐵Fe27鈷Co28鎳Ni1s22s22p63s23p6

4s11s22s22p63s23p6

4s21s22s22p63s23p63d1

4s21s22s22p63s23p63d2

4s21s22s22p63s23p63d3

4s21s22s22p63s23p63d54s11s22s22p63s23p63d5

4s21s22s22p63s23p63d6

4s21s22s22p63s23p63d7

4s21s22s22p63s23p63d8

4s2第二十三頁(yè),共五十九頁(yè),2022年,8月28日原子序數(shù)元素名稱元素符號(hào)電子排布KLMN29銅Cu30鋅Zn31鎵Ga32鍺Ge33砷As34硒Se35溴Br36氪Kr1s22s22p63s23p63d10

4s24p11s22s22p63s23p63d10

4s24p21s22s22p63s23p63d10

4s24p31s22s22p63s23p63d10

4s24p41s22s22p63s23p63d10

4s24p51s22s22p63s23p63d10

4s24p61s22s22p63s23p63d104s11s22s22p63s23p63d10

4s2【思考】是否所有元素的基態(tài)原子的電子排布都遵循構(gòu)造原理?鉻、銅、銀、金等第二十四頁(yè),共五十九頁(yè),2022年,8月28日【練習(xí)】請(qǐng)寫出K+、S2-、Cu2+離子的電子排布式?K+:1s22s22p63s23p6S2-:1s22s22p63s23p6Cu2+:1s22s22p63s23p63d9第二十五頁(yè),共五十九頁(yè),2022年,8月28日【練習(xí)】請(qǐng)寫出14、24、26、31號(hào)元素的簡(jiǎn)化電子排布式?K的簡(jiǎn)化電子排布式:[Ar]4s1②簡(jiǎn)化電子排布式表示Ar(前一周期的稀有氣體)的電子排布(原子實(shí))K的電子排布式:1s22s22p63s23p64s114Si:[Ne]3s23p224Cr:[Ar]3d54s126Fe:[Ar]3d64s231Ga:[Ar]3d104s24p1第二十六頁(yè),共五十九頁(yè),2022年,8月28日【思考與交流】教材P7

電子排布式可以簡(jiǎn)化,如可以把鈉的電子排布式寫成【Ne】3s1。試問(wèn):上式方括號(hào)中的符號(hào)的意義是什么?你能仿照鈉原子的簡(jiǎn)化電子排布式寫出O、Si、Fe的簡(jiǎn)化電子排布式嗎?O:【He】2s22p4Si:【Ne】3s23p2Fe:【Ar】3d64s2符號(hào)【Ne】

表示Na的內(nèi)層電子排布與稀有氣體元素Ne的核外電子排布相同。第二十七頁(yè),共五十九頁(yè),2022年,8月28日③外圍電子排布式化學(xué)反應(yīng)中,原子的外圍電子發(fā)生變化,而“原子實(shí)”不受影響。所以描述原子核外電子排布式時(shí)可省去“原子實(shí)”,僅寫出原子的外圍電子排布式(對(duì)于主族元素的原子,外圍電子又稱價(jià)層電子或價(jià)電子)。K原子的外圍電子排布式:4s1Fe原子的外圍電子排布式:3d64s2第二十八頁(yè),共五十九頁(yè),2022年,8月28日六:能量最低原理

原子的電子排布遵循構(gòu)造原理能使整個(gè)原子的能量處于最低狀態(tài)。①基態(tài)與激發(fā)態(tài)基態(tài)原子:處于最低能量狀態(tài)的原子激發(fā)態(tài)原子:一般是指電子激發(fā)態(tài)

當(dāng)基態(tài)原子的電子吸收一定能量后,電子被激發(fā)躍遷到較高能級(jí),變成激發(fā)態(tài)原子第二十九頁(yè),共五十九頁(yè),2022年,8月28日基態(tài)激發(fā)態(tài)吸收能量釋放能量光(輻射)是電子釋放能量的重要形式之一吸收光譜發(fā)射光譜②原子光譜不同元素的原子發(fā)生躍遷時(shí)會(huì)吸收或釋放不同的能量→表現(xiàn)為光的形式→用光譜儀攝取→得到各種元素的電子的吸收光譜或發(fā)射光譜,總稱原子光譜。——核外電子的躍遷第三十頁(yè),共五十九頁(yè),2022年,8月28日Li、He、Hg發(fā)射光譜Li、He、Hg吸收光譜【思考】下面是部分元素的發(fā)射光譜和吸收光譜:(2)為什么不同元素原子具有不同的特征光譜?不同原子的能級(jí)結(jié)構(gòu)不同,發(fā)出的譜線的特征不同(1)同一元素發(fā)射光譜和吸收光譜有什么差異?發(fā)射光譜特征:暗背景,亮線,線狀不連續(xù)

吸收光譜特征:亮背景,暗線,線狀不連續(xù)第三十一頁(yè),共五十九頁(yè),2022年,8月28日一些元素的線狀光譜光譜分析:利用原子光譜上的特征譜線鑒定元素。第三十二頁(yè),共五十九頁(yè),2022年,8月28日③光譜分析方法的建立1853年發(fā)明本生燈溫度達(dá)2300℃,且沒(méi)有顏色本生利用本生燈研究各種金屬鹽類在火焰中呈現(xiàn)不同顏色的現(xiàn)象第三十三頁(yè),共五十九頁(yè),2022年,8月28日節(jié)日燃放的焰火與金屬內(nèi)層的電子躍遷有關(guān)激光的產(chǎn)生與電子受激躍遷有關(guān)第三十四頁(yè),共五十九頁(yè),2022年,8月28日判斷下列表達(dá)是正確還是錯(cuò)誤1)1s22p1屬于基態(tài);2)1s22s22p63s23p63d54s1屬于激發(fā)態(tài);3)1s22s22p63d1屬于激發(fā)態(tài);4)1s22s22p63p1屬于基態(tài);答案:(1)x(2)x(3)√(4)x【練習(xí)】第三十五頁(yè),共五十九頁(yè),2022年,8月28日七、電子云與原子軌道思考:宏觀物體與微觀物體(電子)的運(yùn)動(dòng)有什么區(qū)別?宏觀物體的運(yùn)動(dòng)特征:可以準(zhǔn)確地測(cè)出它們?cè)谀骋粫r(shí)刻所處的位置及運(yùn)行的速度可以描畫它們的運(yùn)動(dòng)軌跡。微觀物體的運(yùn)動(dòng)特征:電子的質(zhì)量很小,只有9.11×10-31千克;核外電子的運(yùn)動(dòng)范圍很?。ㄏ鄬?duì)于宏觀物體而言);電子的運(yùn)動(dòng)速度很大;測(cè)不準(zhǔn)第三十六頁(yè),共五十九頁(yè),2022年,8月28日?qǐng)D中表示原子核,一個(gè)小黑點(diǎn)代表電子在這里出現(xiàn)過(guò)一次第三十七頁(yè),共五十九頁(yè),2022年,8月28日小黑點(diǎn)的疏密表示電子在核外空間單位體積內(nèi)出現(xiàn)的概率的大小。第三十八頁(yè),共五十九頁(yè),2022年,8月28日原子核外電子的運(yùn)動(dòng)特征如何描述核外電子的運(yùn)動(dòng)?1:電子云--核外電子運(yùn)動(dòng)的形象描述小黑點(diǎn)表示在該核外空間的單位體積內(nèi)電子出現(xiàn)的概率運(yùn)動(dòng)區(qū)域距離核近,電子出現(xiàn)機(jī)會(huì)大;運(yùn)動(dòng)區(qū)域距離核遠(yuǎn),電子出現(xiàn)機(jī)會(huì)??;第三十九頁(yè),共五十九頁(yè),2022年,8月28日2:原子軌道:50%90%繪制電子云的輪廓圖的方法:等密度面電子云輪廓圖:表示電子在核外空間經(jīng)常出現(xiàn)的區(qū)域。常把電子出現(xiàn)的概率約為90%的空間圈出來(lái),把這種電子云輪廓圖稱為原子軌道第四十頁(yè),共五十九頁(yè),2022年,8月28日s能級(jí)的原子軌道圖(球形)①ns能級(jí)只有一個(gè)原子軌道,球形②n越大,原子軌道半徑越大s電子的原子軌道(電子云)形狀是以原子核為中心的球體,只有一個(gè)伸展方向第四十一頁(yè),共五十九頁(yè),2022年,8月28日p能級(jí)的原子軌道圖(啞鈴形)①np能級(jí)有三個(gè)能量相等的原子軌道,px、py、pz,啞鈴形,相互垂直。②n越大,原子軌道半徑越大2p3pp電子的原子軌道(電子云)的形狀是啞鈴形,其伸展方向是互相垂直的三個(gè)方向(Px、Py、Pz)。第四十二頁(yè),共五十九頁(yè),2022年,8月28日d能級(jí)的原子軌道圖nd能級(jí)有5個(gè)能量相等的原子軌道第四十三頁(yè),共五十九頁(yè),2022年,8月28日+現(xiàn)代原子結(jié)構(gòu)模型原子軌道能級(jí)spdf原子軌道數(shù)13571s2s3s4s5s2p3p4p5p3d4d5d4f5f5g第四十四頁(yè),共五十九頁(yè),2022年,8月28日八:核外電子的排布原則①能量最低原理多電子原子在基態(tài)時(shí)核外電子優(yōu)先占據(jù)能量最低的軌道。--自然界的普適規(guī)律②泡利原理每個(gè)原子軌道最多只能容納2個(gè)自旋方向相反的電子

。用↑↓表示自旋方向自旋順時(shí)針逆時(shí)針能級(jí)spdf原子軌道數(shù)1357最多容納電子數(shù)261014第四十五頁(yè),共五十九頁(yè),2022年,8月28日能層(n)12345符號(hào)KLMNO能級(jí)sspspdspdfspdfg軌道113135135713579軌道容納電子數(shù)226261026101426101418最多容納電子數(shù)28183250原子核外電子的排布:第四十六頁(yè),共五十九頁(yè),2022年,8月28日③洪特規(guī)則當(dāng)電子排布在同一能級(jí)的不同軌道時(shí),總是優(yōu)先單獨(dú)占據(jù)一個(gè)軌道,而且自旋方向相同??偰芰孔畹停芰孔畹驮淼奶乩普摚寒?dāng)軌道被電子半充滿或全充滿時(shí)最穩(wěn)定。相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)全充滿(p6,d10,f14)全空時(shí)(p0,d0,f0)半充滿(p3,d5,f7)【思考】從洪特規(guī)則解釋Cr和Cu的核外電子排布?第四十七頁(yè),共五十九頁(yè),2022年,8月28日注意第四十八頁(yè),共五十九頁(yè),2022年,8月28日24Cr原子的電子排布圖:1s22s22p63s23p63d5

4s1不是3d44s2

1s22s22p63s23p63d10

4s129Cu原子的電子排布圖:不是3d94s2第四十九頁(yè),共五十九頁(yè),2022年,8月28日(4)電子排布圖(軌道表示式):核外電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的描述:能層、能級(jí)、原子軌道、自旋方向例.以下表示氦原子結(jié)構(gòu)的化學(xué)用語(yǔ)中,對(duì)電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)描述最詳盡的是()A.:B.C.1s2D.HeD

在電子排布圖中,用方框表示原子軌道,用箭頭表示電子。第五十頁(yè),共五十九頁(yè),2022年,8月28日↑↓LiBeBC↑↓1s2s↑↓↑↑↓↑↓1s2s↑2p↑↓↑↓1s2s↑↑2p1s2sNO↑↓↑↓1s2s↑↑↑2p↑↓↑↓1s2s↑↑↑↓2pFNe↑↑↑↓↓↑↓1s2s2p↑↓↑↓1s2s2p↑↑↑↓↓↓↑↓【思考】請(qǐng)寫出第二周期元素原子的電子排布圖(即軌道表示式)?第五十一頁(yè),共五十九頁(yè),2022年,8月28日【練習(xí)】某元素原子的最外層2p軌道上有2個(gè)未成對(duì)電子。請(qǐng)寫出該元素原子的價(jià)層電子的軌道表示式?O↑↓2s↑↑↑↓2pF↑↑↑↓↓2s2p↑↓【練習(xí)】某元素原子的L層上有3對(duì)成對(duì)電子。請(qǐng)寫出該元素原子的價(jià)層電子的軌道表示式?C↑↓2s↑↑2p第五十二頁(yè),共五十九頁(yè),2022年,8月28日區(qū)別原子的電子式、原子結(jié)構(gòu)示意圖、核外電子排布式、電子排布圖(軌道表示式)。軌道表示式電子排布式原子結(jié)構(gòu)示意圖電子式↑↑1s2s2p↑↓↑↓1s22s22p2+624C····以C為例:簡(jiǎn)化電子排布式[He]2s22p2第五十三頁(yè),共五十九頁(yè),2022年,8月28日1下列各原子的電子排布正確的是()A.Be1s22s12p1

B.C1s22s22p2

C.He1s12s1

D.Cl1s22s22p63

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