2018-2019學年新設計化學魯科選修三講義：第1章 第2節(jié) 第1課時　基態(tài)原子的核外電子排布

學必求其心得，業(yè)必貴于專精學必求其心得，業(yè)必貴于專精學必求其心得，業(yè)必貴于專精第2節(jié)原子結構與元素周期表第1課時基態(tài)原子的核外電子排布［學習目標定位]1.熟知原子核外電子排布要遵循的三個原則。2。知道原子核外電子排布的軌道能量順序,會正確書寫1~36號元素原子的核外電子排布式和軌道表示式（電子排布圖).一基態(tài)原子的核外電子排布原則1．原子核外電子排布的軌道能量順序設想從氫原子開始,隨著原子核電荷數(shù)的遞增，原子核每增加一個質子,原子核外便增加一個電子，這個電子大多是按下圖所示的軌道能量順序進行填充：觀察分析上圖，討論回答下列問題：（1)在多電子原子中，電子進入能級的先后應遵循的原則是什么?答案能量最低原則。電子最先排布在能量低的軌道上，然后依次排布在能量較高的軌道上。（2)多電子原子核外電子排布是否完全遵循電子層的順序？答案由上圖可知,從第三電子層開始各軌道不完全遵循電子層順序,產生了軌道能量交錯排列，即產生“能級交錯”現(xiàn)象.（3）軌道的能量高低主要是由哪些因素決定的？答案各軌道的能量由電子層序數(shù)和軌道類型共同決定，各軌道的能量高低順序，可由下列公式得出：ns<(n－2)f〈（n－1)d〈np（n表示電子層序數(shù))。2．泡利不相容原理泡利不相容原理的內容是：一個原子軌道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。根據泡利不相容原理，可以獲得以下幾個重要結論：（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納2n2個電子.3．相同能量軌道電子排布規(guī)則(1)在相同能量的原子軌道上,電子的排布將盡可能占據不同的軌道，而且自旋方向相同，這就是洪特規(guī)則。（2)通俗地說，洪特規(guī)則可以表述為電子總是盡量自旋平行地分占不同的軌道。如碳原子的軌道表示式是而不是。（3)當同一類型軌道上的電子排布為全充滿（p6、d10、f14)、半充滿（p3、d5、f7)和全空狀態(tài)（p0、d0、f0)時，具有較低的能量和較大的穩(wěn)定性。例如，鉻（24Cr）的價電子排布是3d54s1（3d能級為半充滿)，而不是3d44s2；銅(29Cu)的價電子排布是3d104s1(3d全充滿），而不是3d94s2，等。[歸納總結]原子核外電子排布要遵循三個原則（1)能量最低原則:電子在原子軌道上的分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：當電子排布在相同能量的不同軌道時，總是優(yōu)先單獨占據一個軌道，而且自旋方向相同。[活學活用］1．下列3d軌道的軌道表示式正確的是()答案B解析A、D中同一原子軌道內電子的自旋方向相同，違反了泡利不相容原理；C中有空軌道，違反了洪特規(guī)則.2．用軌道表示式(或電子排布式)表示下列原子的價電子排布中，哪一種狀態(tài)的能量較低？(1)氮原子：A.B。（2)鈉原子：A.3s1B．3p1(3）鉻原子:A.3d54s1B．3d44s2（4）碳原子：A。B。答案(1)B（2)A(3)A(4)A解析本題考查的是核外電子排布所遵循的原則。（1）據洪特規(guī)則，對于基態(tài)原子,電子在能量相同的軌道上排布時盡可能分占不同的軌道，且自旋方向相同，故選B。（2)中由于3s軌道能量低于3p軌道,故選A.（3)中d5為半充滿狀態(tài)，為相對穩(wěn)定狀態(tài),故選A。（4）據洪特規(guī)則,對于基態(tài)原子，電子在能量相同的軌道上排布時,應盡可能分占不同的軌道，且自旋方向相同，故選A。二原子核外電子排布的表示方法1．電子排布式按要求填表：電子排布式價電子排布式S1s22s22p63s23p43s23p4Ca1s22s22p63s23p64s24s2Fe1s22s22p63s23p63d64s23d64s2Cu1s22s22p63s23p63d104s13d104s1Ge1s22s22p63s23p63d104s24p24s24p22。軌道表示式（1)將每一個原子軌道用一個小圓圈(或方框）表示，在圓圈（或方框)內標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：①O：；②Na：.(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．原子結構示意圖（1）原子結構簡(示意）圖：圓圈內數(shù)字表示質子數(shù)，弧線表示電子層，弧線內數(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構示意圖：①K：;②Fe：；③Mg2＋：；④Cl－：。［歸納總結］1．電子排布式和軌道表示式反映的是基態(tài)原子即處于最低能量狀態(tài)的原子的電子排布情況，它們相互關聯(lián)，可以非常方便地相互轉換。2．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。3．主族元素的最外層電子稱為價電子.過渡元素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。4．離子的電子排布式原子轉化為離子有兩種情況：一是由原子失去電子轉化為陽離子，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；二是由原子得到電子轉化為陰離子，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。［活學活用］3．下列有關核外電子排布的式子不正確的是（）A．24Cr的電子排布式:1s22s22p63s23p63d54s1B．K的簡化電子排布式：[Ar]4s1C．N原子的軌道表示式為D．S原子的軌道表示式為答案D解析D項S原子的軌道表示式違反了洪特規(guī)則，正確的應是。4．下列關于價電子排布式為3s23p4的某微粒的描述正確的是（）A．它的元素符號為OB．它的核外電子排布式為1s22s22p63s23p4C．它可以與H2化合生成液態(tài)化合物D．其軌道表示式為答案B解析價電子排布式為3s23p4的微粒,其核外電子排布式為1s22s22p63s23p4,應為硫原子.在一定條件下,S與H2化合生成H2S氣體。硫原子核外有16個電子，依據洪特規(guī)則可知，其軌道表示式為。當堂檢測1．若將6C原子的電子排布式寫成1s22s22peq\o\al（2，x），它違背了（)A．能量守恒定律 B．能量最低原則C．泡利不相容原理 D．洪特規(guī)則答案D解析根據洪特規(guī)則，對于基態(tài)原子的電子在能量相同的軌道上排布時，應盡可能分占不同的軌道且自旋方向相同，故本題給出的電子排布式違背了洪特規(guī)則，應寫為1s22s22peq\o\al(1，x)2peq\o\al（1,y）。2．下列各原子或離子的電子排布式或軌道表示式表示正確的是（）A．Ca2＋：1s22s22p63s23p6B．F－：1s22s23p6C．P：最外層電子軌道表示式為D．Cr：1s22s22p63s23p63d44s2答案A解析解此類題一是要注意觀察電子排布是否符合能量最低原則,二是注意是否符合泡利不相容原理和洪特規(guī)則。千萬不要忽略了Cu、Cr等少數(shù)原子的“能量相同的原子軌道在半充滿、全充滿或全空狀態(tài)時，體系的能量較低，原子較穩(wěn)定”這種特例。A項正確，符合核外電子排布規(guī)律；B項錯誤，由核外電子排布規(guī)律，電子排完2s后應排2p軌道而不是3p軌道，正確的應為1s22s22p6；C項錯誤，沒有遵循洪特規(guī)則——電子在能量相同的原子軌道上排布時,應盡可能分占不同的原子軌道且自旋方向相同，正確的應為；D項錯誤,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，正確的應為1s22s22p63s23p63d54s1。3．下列原子的價電子排布式中，正確的是（）A．3d94s2 B．3d44s2 C．3d104s0 D．3d84s2答案D解析根據原子填入軌道的順序和核外電子的排布規(guī)律,選項A應為3d104s1；選項B應為3d54s1；選項C應為3d84s2.則只有選項D正確。4．已知元素X的原子最外層電子排布式為nsn－1npn＋2，則X元素的原子序數(shù)為(）A．9 B．10 C．17 D．18答案C解析n－1＝2,則n＝3，即最外層電子排布式為3s23p5，為氯元素。5．如果在3p軌道上有3個電子，則它們應排布為(軌道表示式）____________，而不能排布為，因為這違背了__________，也不能排布成，因為這違背了__________。如果3p軌道上有4個電子,有人認為可以排布為，你認為是否正確，說明理由________________________________________________________________________。答案泡利不相容原理和洪特規(guī)則洪特規(guī)則不正確，因為只有3個3p軌道解析若3p軌道上有3個電子，則它們應排布為，不能排布為，因為這違背了泡利不相容原理(一個軌道最多只能容納2個電子）和洪特規(guī)則(當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)先單獨占據一個軌道,且自旋方向相同），若3p能級上有4個電子，則應排布成。40分鐘課時作業(yè)[基礎過關]一、原子核外電子排布規(guī)律的理解與應用1．以下核外電子的表示方法中，能表示該原子處于能量最低狀態(tài)的是()A．N：B．F:C．Fe：［Ar］3d54s2D．Cu：3d104s1答案D解析A選項不符合洪特規(guī)則，2p軌道上的3個電子分占三個軌道時能量最低；B選項為F－的軌道表示式；C選項中Fe是26號元素，而非25號.2．下列排布不符合泡利不相容原理的是(）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，所以只有選項C不滿足此原理。3．下面是第2周期部分元素基態(tài)原子的軌道表示式，據此下列說法錯誤的是(）A．每個原子軌道中最多只能容納2個電子B．電子排布在能量相同的軌道時，總是優(yōu)先單獨占據不同的軌道C．每個電子層所具有的軌道類型的種數(shù)等于電子層的序數(shù)（n）D．若原子軌道中有2個電子，則其自旋方向相反答案D解析由題給的四種元素原子的軌道表示式可知，在一個原子軌道中，最多只能容納2個電子即符合泡利不相容原理，A正確；當電子排布在相同能量的不同軌道時,總是優(yōu)先單獨占據一個軌道，即符合洪特規(guī)則，B正確；任一電子層的軌道總是從s軌道開始，而且軌道類型的種數(shù)等于該電子層序數(shù)，C正確;若在一個原子軌道中有2個電子，則它們的自旋方向相反,若在能量相同的不同軌道中有2個電子，則自旋方向相同，故D錯.二、原子核外電子排布的表示方法4．下列各原子或離子的電子排布式錯誤的是()A．Na＋1s22s22p6 B．F－1s22s22p6C．N3＋1s22s22p6 D．O2－1s22s22p6答案C解析本題的關鍵是判斷題中所給的電子數(shù)與元素符號是否相符。Na＋、F－、O2－都含有10個電子都正確，N3＋含有4個電子,故C項錯誤。5．下列表示式中錯誤的是()A．Na＋的電子式：Na＋B．Na＋的結構示意圖：C．Na的電子排布式：1s22s22p63s1D．Na的簡化電子排布式：［Na］3s1答案D解析簡化電子排布式的“[]”中應為該元素上一周期的稀有氣體元素，故D應為［Ne]3s1.6．下列有關鐵原子的價電子排布表示正確的是（）A．3d64s2B．4s23d6答案A解析選項B排列順序不正確；選項C、D違背了洪特規(guī)則，3d軌道電子排布應先分占不同的軌道，且自旋方向相同。三、由原子核外電子排布確定元素7．下面是某些元素的最外層電子排布式,各組指定的元素不能形成AB2型化合物的是（)A．2s22p2和2s22p4 B．3s23p4和2s22p4C．3s2和2s22p5 D．3s1和3s23p4答案D解析A項為C和O,能形成CO2；B項為S和O,能形成SO2;C項為Mg和F,能形成MgF2;D項為Na和S，能形成Na2S，屬A2B型，故選D。8．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1s22s22p63s23p4。9．下列各組中的X和Y兩種原子,化學性質一定相似的是（）A．X原子和Y原子最外層都只有一個電子B．X原子的核外電子排布為1s2，Y原子的核外電子排布為1s22s2C．X原子2p軌道上有三個電子，Y原子的3p軌道上有三個電子D．X原子核外M層上僅有兩個電子，Y原子核外N層上僅有兩個電子答案C解析最外層只有一個電子的有H、Na、Cr、Cu等，他們的化學性質不同，A錯；選項B中X是He,Y是Be，他們的化學性質也不同；選項C中X原子核外電子排布式為1s22s22p3,為N原子，Y原子的核外電子排布式為1s22s22p63s23p3，為P原子,同一主族，化學性質相似；選項D中X是Mg，Y原子4s軌道上有2個電子，可能為Ca，但若為過渡元素，則由能量最低原則可知先排4s軌道，再排3d軌道,可能是Fe、Zn等，故化學性質不一定相同.[能力提升]10．按要求填空。（1）17Cl的電子排布式__________________________________________________；(2)17Cl的價電子排布式__________________________________________________；（3)17Cl－的電子式________________________________________________________;(4）17Cl的軌道表示式__________________________________________________；（5）17Cl的原子結構示意圖_________________________________________________；（6）第4周期中最外層僅有1個電子的所有基態(tài)原子的電子排布式________________________________________________________________________。答案(1）[Ne]3s23p5(2)3s23p5（3）［eq\o\al（·，·)eq\o(Cl，\s\up6（)，\s\do4（））eq\o\al（·，·)］－（4)(5）（6)19K：［Ar]4s1、24Cr：[Ar］3d54s1、29Cu：［Ar］3d104s1解析(1）～(5)主要考查電子排布式、價電子排布式、電子式、軌道表示式、原子結構示意圖等常用化學用語概念的區(qū)別。（6）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應已填滿，3d軌道可能全空、半充滿或全充滿，即其電子排布式為［Ar］4s1、［Ar］3d54s1、［Ar]3d104s1.11．五種元素原子的電子層結構如下：A．1s22s22p63s23p63d54s2；B．1s22s22p63s2;C．1s22s22p6；D．1s22s22p63s23p2；E．［Ar]4s1。請回答:(1)________元素是稀有氣體.含未成對電子數(shù)最多的元素是__________。（2)A的元素符號是__________，其核外電子共有____________________________種運動狀態(tài)。（3)D元素原子的軌道表示式為____________________________________________。答案(1)C（Ne）A(Mn）(2)Mn25(3)解析由原子的電子排布式可知A~E元素分別為Mn、Mg、Ne、Si、K,其中A、D、E元素的原子軌道中排布有未成對電子,其軌道表示式分別為A。、D.、E。，故A中含未成對電子數(shù)最多。任何多電子原子中不會存在兩個運動狀態(tài)完全相同的電子，即A中共有25種運動狀態(tài)不同的電子。12．某元素的原子序數(shù)為33,請回答：(1）該元素原子的質子數(shù)為________，有________個電子。（2)該元素原子核外有________個電子層，________個能級，________個原子軌道。（3）它的最外層電子排布為________，它的電子排布式為________,軌道表示式為________________________________________________________________________________________________________________________________________________.答案(1)3333（2）4818（3）4s24p31s22s22p63s23p63d104s24p3解析(1)根據元素原子的核外電子數(shù)＝質子數(shù)＝原子序數(shù)，可得出答案。（2）先利用能級順序和排布原則排出其電子排布式：1s22s22p63s23p63d104s24p3，得出該元素原子核外有8個能級，共1＋1＋3＋1＋3＋5＋1＋3＝18個原子軌道（s：1個軌道；p：3個軌道;d：5個軌道)。13．有A、B、C、D四種短周期主族元素，它們的原子序數(shù)依次增大，其中A元素原子核外電子僅有一種原子軌道，也是宇宙中最豐富的元素，B元素原子核外p電子數(shù)比s電子數(shù)少1,C為金屬元素且原子核外p電子數(shù)和s電子數(shù)相等,D元素的原子核外所有p軌道全充滿或半充滿.（1)寫出四種元素的元素符號：A__________；B________；C__________；D________。（2)寫出C、D兩種元素基態(tài)原子核外電子軌道表示式:C________________________________________________________________________，D________________________________________________________________________。(3)寫出B、C兩種元素的單質在一定條件下反應的化學方程式：____________________.(4）寫出B元素的單質和氫化物的電子式，單質______________________________，氫化物____________.答案（