【知識(shí)解析】構(gòu)造原理與電子排布式 公開課比賽一等獎(jiǎng)

構(gòu)造原理（1）內(nèi)容以光譜學(xué)事實(shí)為基礎(chǔ)，從氫開始，隨核電荷數(shù)遞增，新增電子填入能級(jí)的順序稱為構(gòu)造原理。圖為構(gòu)造原理示意圖。圖中用小圓圈表示一個(gè)能級(jí)，每一行對(duì)應(yīng)一個(gè)能層，箭頭引導(dǎo)的曲線顯示遞增電子填入能級(jí)的順序。構(gòu)造原理示意圖構(gòu)造原理（2）原子核外電子的填充順序由構(gòu)造原理知，元素原子的核外電子的填充順序是在能層的基礎(chǔ)上，按能級(jí)能量由低到高依次填入相應(yīng)能級(jí)，即按1s→2s→2p→……的順序。（3）能級(jí)交錯(cuò)構(gòu)造原理告訴我們，隨核電荷數(shù)遞增，電子并不總是填滿一個(gè)能層后再開始填入下一個(gè)能層的。電子是按3p→4s→3d的順序而不是按3p→3d→4s的順序填充的，這種現(xiàn)象被稱為能級(jí)交錯(cuò)。構(gòu)造原理名師提醒（1）構(gòu)造原理是以光譜學(xué)事實(shí)為基礎(chǔ)得出的結(jié)論，是經(jīng)驗(yàn)而非理論原理。根據(jù)構(gòu)造原理，絕大多數(shù)基態(tài)原子核外電子的排布都遵循下列順序：（2）原子核外電子按能量由低到高的順序依次排布。因此，根據(jù)構(gòu)造原理可以比較各能級(jí)的能量高低。1s、2s、2p、3s、3p、4s、3d、4p、5s、4d、5p、6s、4f、5d……構(gòu)造原理名師提醒（3）原子的核外電子不是完全按能層順序依次填充的，即不完全是填滿n能層后再填（n＋1）能層，而是按照?qǐng)D所示的能級(jí)順序填充的，在該順序中，從第三能層開始，出現(xiàn)了能級(jí)交錯(cuò)現(xiàn)象。（4）根據(jù)構(gòu)造原理，在多電子原子中，電子最后填入的能級(jí)不一定是原子最外能層上的能級(jí)，如Ti、V等過渡元素原子的電子最后填入的是3d能級(jí)。電子能量的高低電子能量高低比較相同能層不同能級(jí)同一能層中，能級(jí)越高，電子能量越高，即Ens＜Enp＜End＜Enf相同能級(jí)能層和能級(jí)都相同時(shí)，電子的能量相同不同能層英文字母相同的能級(jí)中，能層序數(shù)越大，電子能量越高，如E1s＜E2s＜E3s＜E4s從第三能層開始出現(xiàn)能級(jí)交錯(cuò)現(xiàn)象，能級(jí)交錯(cuò)排列的順序即電子能量由低到高的順序，即Ens＜E(n－2)f＜E(n－1)d＜Enp電子能量的高低發(fā)散探討為什么原子核外最外層電子數(shù)目不超過8（K能層為最外層時(shí)不超過2），次外層電子數(shù)目不超過18？可以用構(gòu)造原理解釋。依據(jù)構(gòu)造原理，能級(jí)的能量順序?yàn)閚p＜（n＋1）s＜nd、nd＜（n＋1）p＜（n＋2）s＜nf（n≥3）。那么，電子在填滿np能級(jí)后接著填入的是（n＋1）s能級(jí)而不是nd能級(jí)，當(dāng)nd能級(jí)上有電子時(shí)，（n＋1）s能級(jí)上已填有電子，n能層已不是最外層了，所以原子核外最外層電子不超過8個(gè)。電子能量的高低發(fā)散探討例如，鉀（19K）的各層電子數(shù)是2、8、8、1而不是2、8、9。同樣，當(dāng)電子填滿nd能級(jí)后接著填入的是（n＋1）p能級(jí)而不是nf能級(jí)，當(dāng)nf能級(jí)上有電子時(shí)，（n＋2）s能級(jí)上已填有電子，即n能層已不是次外層而是倒數(shù)第三層了，所以原子核外次外層電子不超過18個(gè)。電子排布式（1）對(duì)電子排布式的認(rèn)識(shí)電子排布式是用核外電子分布的能級(jí)及各能級(jí)上的電子數(shù)來表示電子排布的式子。例如，從氫到碳的基態(tài)原子電子排布式如下：1s1→1s2→1s22s1→1s22s2→1s22s22p1→1s22s22p2氫

氦

鋰

鈹

硼

碳電子排布式以Al原子為例，電子排布式中各符號(hào)的意義如下：1s22s22p63s23p1能層能級(jí)上的電子數(shù)能級(jí)（2）書寫電子排布式的方法①“三步法”書寫電子排布式構(gòu)造原理是書寫基態(tài)原子電子排布式的依據(jù)。電子排布式第一步：按照構(gòu)造原理寫出電子填入能級(jí)的順序。1s→2s→2p→3s→3p→4s→3d→4p→5s→4d→5p→6s……第二步：根據(jù)各能級(jí)容納的電子數(shù)填充電子。第三步：去掉空能級(jí)，并按照能層順序排列即可得到電子排布式。如S的電子排布式是1s22s22p63s23p4。注意：在得出構(gòu)造原理之前，由原子光譜得知有些過渡金屬元素基態(tài)原子電子排布不符合構(gòu)造原理，如Cr和Cu的最后兩個(gè)能級(jí)的電子排布分別為3d54s1和3d104s1。電子排布式②簡化電子排布式將電子排布式中的內(nèi)層電子排布用相應(yīng)的稀有氣體元素符號(hào)外加方括號(hào)表示的式子稱為簡化電子排布式。如氮、鈉、鈣的簡化電子排布式分別為[He]2s22p3、[Ne]3s1、[Ar]4s2。名師提醒以稀有氣體的元素符號(hào)外加方括號(hào)表示的部分稱為“原子實(shí)”。[Ne]、[Ar]等符號(hào)的意義分別是指該部分與Ne、Ar等的電子排布式相同。電子排布式③離子的核外電子排布式對(duì)于主族元素的原子來說，原子失去電子時(shí)，一般只失去最外層電子，而過渡元素的原子可能還會(huì)進(jìn)一步失去內(nèi)層電子；原子得到電子時(shí)，一般總是填充到最外層未填滿的能級(jí)上。如Fe位于第四周期第Ⅷ族，其基態(tài)原子的核外電子排布式為[Ar]3d64s2，F(xiàn)e2＋的核外電子排布式為[Ar]3d6，F(xiàn)e3＋的核外電子排布式為[Ar]3d5。電子排布式名師提醒（1）在書寫電子排布式時(shí)，一般情況下，能層低的能級(jí)要寫在左邊，而不是按構(gòu)造原理的順序?qū)?。?）原子在失去電子時(shí)仍遵循先失去最外層電子，后失去次外層電子的順序，如Fe失去電子時(shí)先失去4s能級(jí)上的電子，轉(zhuǎn)化為Fe2＋，再失去3d能級(jí)上的電子，轉(zhuǎn)化為Fe3＋。電子排布式（3）價(jià)層電子排布式為突出化合價(jià)與電子排布的關(guān)系，將在化學(xué)反應(yīng)中可能發(fā)生電子變動(dòng)的能級(jí)稱為價(jià)電子層（簡稱價(jià)層）。元素周期表中給出了元素的價(jià)層電子排布式。如Cl的價(jià)層電子排布式為3s23p5，Cr的價(jià)層電子排布式為3d54s1。典例詳析例3－9下列有關(guān)構(gòu)造原理的說法錯(cuò)誤的是（）A．原子核外電子填充3p、3d、4s能級(jí)的順序一般為3p→4s→3dB．某基態(tài)原子部分核外電子的排布式為3s24s2C．在多電子原子中，電子最后填入的能級(jí)不一定是原子最外能層上的能級(jí)D．從第三能層開始出現(xiàn)能級(jí)交錯(cuò)現(xiàn)象，即電子填入能級(jí)的順序與能層順序不同B典例詳析解析：根據(jù)構(gòu)造原理判斷，A項(xiàng)正確；根據(jù)構(gòu)造原理可知，3s與4s能級(jí)之間還有3p能級(jí)，B項(xiàng)錯(cuò)誤；電子最后填入的能級(jí)不一定是原子最外能層上的能級(jí)，如某些過渡元素，C項(xiàng)正確；從M能層開始，電子填入的順序是3s→3p→4s→3d……，與能層的順序不同，D項(xiàng)正確。點(diǎn)評(píng)：在構(gòu)造原理中，從第三能層開始出現(xiàn)能級(jí)交錯(cuò)現(xiàn)象。我們可以利用“Ens＜

E（n－2）f＜E（n－1）d＜Enp”記憶這種現(xiàn)象。典例詳析例3－10比較下列能級(jí)的能量大小關(guān)系（填“＞”“＝”或“＜”）：（1）2s________4s；（2）3p________3d；（3）4s________3d；（4）5d________4d；（5）3s________2p；（6）4d________5f。＜＜＜＜＞＞典例詳析解析：由構(gòu)造原理可知：①對(duì)于相同類型的能級(jí)，能層序數(shù)越大，能級(jí)的能量越高；②同一能層，能級(jí)的能量按s、p、d、f……的順序依次升高，即Ens＜Enp＜End＜Enf……；③從第三能層開始出現(xiàn)能級(jí)交錯(cuò)現(xiàn)象，即能層序數(shù)大的，其能級(jí)的能量不一定高，如3d能級(jí)的能量介于4s和4p能級(jí)之間。典例詳析例3－11（2020甘肅蘭州月考）下列屬于基態(tài)原子的電子排布式的是（）①1s12s1

②1s22s12p1

③1s22s22p63s2

④1s22s22p63s23p1A．①②

B．①③C．②③

D．③④D典例詳析解析：①中1s能級(jí)未填滿就填充2s能級(jí)，屬于激發(fā)態(tài)原子的電子排布式；②中2s能級(jí)未填滿就填充2p能級(jí)，也屬于激發(fā)態(tài)原子的電子排布式；③和④均按照構(gòu)造原理依能層、能級(jí)能量由低到高的順序填充電子，故都屬于基態(tài)原子的電子排布式。典例詳析例3－12（2020海南三亞期中）某元素基態(tài)原子的M層有4個(gè)p電子，下列敘述錯(cuò)誤的是（）A．N層不含電子B．該元素是硫元素C．L層一定有8個(gè)電子D．原子最外層電子數(shù)為4D典例詳析解析：元素基態(tài)原子的M層有4個(gè)p電子，則該元素基態(tài)原子M層的電子排布式為3s23p4，故該元素是硫元素，L層一定有8個(gè)電子，N層不含電子，原子最外層電子數(shù)為6，D項(xiàng)錯(cuò)誤。典例詳析例3－13根據(jù)下列敘述，寫出元素名稱和其基態(tài)原子的核外電子排布式。（1）A元素原子核外M層電子數(shù)是L層電子數(shù)的

：________________________。（2）B元素原子的最外層電子數(shù)是次外層電子數(shù)的

倍：________________________。（3）C元素的單質(zhì)在常溫下可與水劇烈反應(yīng)，產(chǎn)生的氣體能使帶火星的木條復(fù)燃：________________________。（4）D元素原子的次外層電子數(shù)是最外層電子數(shù)的

：________________________。硅，1s22s22p63s23p2硼，1s22s22p1氟，1s22s22p5氖，1s22s22p6典例詳析解析：（1）A元素原子核外M層電子數(shù)是L層電子數(shù)的

，則A是硅，其基態(tài)原子電子排布式是1s22s22p63s23p2。（2）B元素原子的次外層若是K層，則其L層電子數(shù)是3，則B是硼，其基態(tài)原子電子排布式是1s22s22p1，其他情況均不成立。（3）能使帶火星的木條復(fù)燃的氣體是O2，能與水反應(yīng)產(chǎn)生O2的單質(zhì)只有F2，故C是氟，其基態(tài)原子電子排布式是1s22s22p5。（4）D元素原子的K層有2個(gè)電子，L層有8個(gè)電子，故D是氖，其基態(tài)原子電子排布式是1s22s22p6。典例詳析例3－14（2020山東煙臺(tái)檢測）下列是某些元素的最外層電子排布式，各組指定的元素原子間不能形成AB2型化合物的是（）A．2s22p2和2s22p4B．3s23p4和2s22p4C．3s2和2s22p5D．3s1和3s23p2D點(diǎn)撥：由題給最外層電子排布式，推斷出具體元素，再進(jìn)行分析并得出結(jié)論。典例詳析解析：A項(xiàng)中元素分別為C和O，能形成CO2；B項(xiàng)中元素分別為S和O，能形成SO2；C項(xiàng)中元素分別為Mg和F，能形成MgF2；D項(xiàng)中元素分別為Na和Si，不能形成AB2型化合物，故選D。典例詳析例3－15有幾種粒子的核外電子排布式均為1s22s22p63s23p6，回答下列問題：（1）某粒子一般不與其他粒子反應(yīng)，這種粒子的符號(hào)是________。（2）某粒子的鹽溶液能使溴水褪色，并出現(xiàn)渾濁，這種粒子的符號(hào)是________。（3）某粒子氧化性很弱，但得到電子后還原性很強(qiáng)，且對(duì)應(yīng)原子只有一個(gè)單電子，這種粒子的符號(hào)是________。（4）某粒子還原性雖弱，但失去電子后氧化性很強(qiáng)，且對(duì)應(yīng)原子得到一個(gè)電子即達(dá)到穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，該粒子的符號(hào)