魯科版選擇性必修2第1章第2節(jié)第1課時(shí)基態(tài)原子的核外電子排布課件（33張）

第2節(jié)原子結(jié)構(gòu)與元素周期表第1課時(shí)基態(tài)原子的核外電子排布學(xué)習(xí)目標(biāo)1.通過(guò)構(gòu)造原理學(xué)習(xí),知道原子核外電子的能級(jí)高低順序,了解原子核外電子排布的構(gòu)造原理。2.通過(guò)電子排布規(guī)律學(xué)習(xí),認(rèn)識(shí)基態(tài)原子中核外電子的排布遵循能量最低原理、泡利不相容原理和洪特規(guī)則等。3.通過(guò)構(gòu)造原理及電子排布規(guī)律學(xué)習(xí),掌握1～36號(hào)元素基態(tài)原子核外電子的排布。任務(wù)分項(xiàng)突破課堂小結(jié)提升學(xué)科素養(yǎng)測(cè)評(píng)任務(wù)分項(xiàng)突破學(xué)習(xí)任務(wù)1基態(tài)原子的核外電子排布規(guī)律自主梳理1.基態(tài)原子的核外電子排布規(guī)律(1)能量最低原理:在不違背

的前提下,核外電子(基態(tài)原子)在各原子軌道上的排布方式應(yīng)使

原子體系的能量

。(2)泡利不相容原理:一個(gè)原子軌道中最多只能容納

個(gè)電子,且這

個(gè)電子的自旋狀態(tài)

。(3)洪特規(guī)則:對(duì)于基態(tài)原子,核外電子在能量相同的原子軌道上排布時(shí),將盡可能分占

并且自旋狀態(tài)

。泡利不相容原理整個(gè)最低兩兩不同不同的原子軌道相同2.基態(tài)原子核外電子排布的表示方法(1)電子排布式:在ns、np、nd等各能級(jí)符號(hào)的右上角用數(shù)字表示出該能級(jí)中的電子數(shù)目,如基態(tài)鋰原子的電子排布式為

或[He]2s1,基態(tài)鋁原子的電子排布式為

或[Ne]3s23p1。(2)軌道表示式:用方框(或小圓圈、短線)表示一個(gè)原子軌道,用箭頭“↑”或“↓”來(lái)區(qū)別自旋狀態(tài)不同的電子,如基態(tài)鋰原子的軌道表示式為

。微點(diǎn)撥:電子排布式僅能體現(xiàn)電子在各能級(jí)中的排布數(shù)目,不能體現(xiàn)電子的自旋狀態(tài),也不能體現(xiàn)電子在各能級(jí)中的分布情況。而軌道表示式則可以體現(xiàn)上述所有內(nèi)容。1s22s11s22s22p63s23p13.構(gòu)造原理基態(tài)原子核外電子按照構(gòu)造原理圖中箭頭方向依次排布于各原子軌道上的規(guī)律稱為構(gòu)造原理。如圖為構(gòu)造原理圖:互動(dòng)探究構(gòu)造原理是在1920年前后由尼爾斯·玻爾正式提出的,主要以量子力學(xué)描述。設(shè)想從氫原子開(kāi)始,隨著原子核電荷數(shù)的遞增,原子核每增加一個(gè)質(zhì)子,原子核外便增加一個(gè)電子,大多數(shù)元素的電中性基態(tài)原子的電子按順序填入核外電子運(yùn)動(dòng)軌道,稱為構(gòu)造原理?！半S電荷遞增電子填入軌道”是一種形象的說(shuō)法,是一種思維模式,事實(shí)上單獨(dú)地考查某一個(gè)多電子原子的電子在原子核外排布,并沒(méi)有先后填入的次序。探究根據(jù)構(gòu)造原理書(shū)寫(xiě)電子排布式或畫(huà)軌道表示式問(wèn)題1:如何根據(jù)構(gòu)造原理書(shū)寫(xiě)電子排布式?提示:首先確定原子中電子數(shù)目,然后根據(jù)“構(gòu)造原理圖”箭頭順序依次填入電子直至把所有電子排布完畢。例:要寫(xiě)出P的電子排布式,P是15號(hào)元素,所以總共有15個(gè)電子。按構(gòu)造原理依次是1s2→2s2→2p6→3s2→3p3,排布完畢。所以P的電子排布式為1s22s22p63s23p3。問(wèn)題2:如何根據(jù)“構(gòu)造原理”畫(huà)出軌道表示式?提示:首先根據(jù)構(gòu)造原理確定電子排布式,然后根據(jù)“泡利不相容原理”及“洪特規(guī)則”確定各軌道電子排布及自旋狀態(tài),最后畫(huà)出即可。例:P的電子排布式為1s22s22p63s23p3,把各能級(jí)軌道用方框(或小圓圈、短線)畫(huà)出為,根據(jù)“泡利不相容原理”及“洪特規(guī)則”填入電子(用箭頭表示),P的軌道表示式為

。問(wèn)題3:構(gòu)造原理是不是完全根據(jù)原子軌道能量由低到高填入的?是否能量最低原理有錯(cuò)?提示:不是,例如“構(gòu)造原理”先排布ns軌道后填(n-1)d軌道,但實(shí)際許多情況下軌道能量是(n-1)d軌道更低。能量最低原理沒(méi)錯(cuò),能量最低原理并不是指電子優(yōu)先排布于能量最低的軌道中,而是指電子整體排布方式能量最低。一般1～18號(hào)元素原子電子優(yōu)先排布于能量最低的原子軌道是對(duì)的,超過(guò)18號(hào)元素后情況就比較復(fù)雜了。歸納拓展基態(tài)原子核外電子在原子軌道上的排布1.排布順序(1)構(gòu)造原理:隨著原子序數(shù)的遞增,基態(tài)原子的“外層電子”按照如圖箭頭的方向依次排布在各原子軌道上:1s、2s、2p、3s、3p、4s、3d、4p、5s、4d、5p、6s……即按ns、(n-2)f、(n-1)d、np順序排布。能量高低:ns<np<nd<nf,1s<2s<3s,2p<3p<4p。(2)構(gòu)造原理只是給出了基態(tài)原子外層電子在原子軌道上排布的規(guī)律,即只有原子最外層電子在原子軌道上填充時(shí)才出現(xiàn)先填ns軌道再填(n-1)d軌道。但這一順序并不代表電子填充后在原子中各原子軌道的能級(jí)高低順序。對(duì)于ns和(n-1)d軌道都填有電子的原子,在許多情況下(n-1)d軌道的電子能量更低。2.軌道表示式中各符號(hào)、數(shù)字的意義1.(2022·浙江諸暨期末)下列符號(hào)表述合理的是(

)A.4s1 B.2p10C.2d6 D.3f14題組例練A解析:每個(gè)能層都會(huì)從s能級(jí)開(kāi)始,且所含有電子不超過(guò)2個(gè),所以4s1合理,A正確;第二能層有s、p能級(jí),p能級(jí)最多容納電子數(shù)為6,2p10不符合,B錯(cuò)誤;第二能層有s、p能級(jí),2d不存在,2d6不符合,C錯(cuò)誤;第三能層有s、p、d三個(gè)能級(jí),3f14不存在,D錯(cuò)誤。2.(2022·廣東廣州期末)下列說(shuō)法正確的是(

)A.處于最低能量狀態(tài)的原子稱為基態(tài)原子B.3p2表示3p能級(jí)有兩個(gè)軌道C.同一原子中,1s、2s、3s電子的能量逐漸減小D.2p、3p、4p能級(jí)的軌道數(shù)依次增多A解析:基態(tài)原子是處于最低能量狀態(tài)的原子,處于最低能量狀態(tài)的原子稱為基態(tài)原子,故A正確;B.3p2表示3p能級(jí)上有兩個(gè)電子,3p能級(jí)有三個(gè)軌道,故B錯(cuò)誤;同一原子中,1s、2s、3s電子的能量逐漸增大,故C錯(cuò)誤;2p、3p、4p能級(jí)的軌道數(shù)都是3個(gè),故D錯(cuò)誤。題后悟道原子軌道上電子能量規(guī)律(1)同種能級(jí)、不同電子層:能級(jí)所在電子層越高,能量越高,如1s<2s<3s<4s……,2p<3p<4p……,3d<4d<5d……(2)同一電子層、不同能級(jí):ns<np<nd<nf……(3)不同電子層、不同能級(jí):大體與“構(gòu)造原理”電子填充順序一致(有例外:如有些原子的電子能量是3d>4s等)。學(xué)習(xí)任務(wù)2

19～36號(hào)元素基態(tài)原子的核外電子排布自主梳理1.請(qǐng)寫(xiě)出19到36號(hào)元素

.

。2.19～36號(hào)元素特殊電子排布元素:①Cr的電子排布式為

;②Cu的電子排布式為

。3.洪特規(guī)則特例:洪特通過(guò)光譜實(shí)驗(yàn)結(jié)果指出,

的原子軌道(也叫簡(jiǎn)并軌道)在

、

、

狀態(tài)時(shí),體系的能量較低,原子較穩(wěn)定。微點(diǎn)撥:Cr之所以價(jià)電子排布為3d54s1而不是3d44s2,原因是3d5屬于半充滿,使得整個(gè)原子體系更穩(wěn)定;Cu之所以價(jià)電子排布為3d104s1而不是3d94s2,原因是3d10屬于全充滿,使得整個(gè)原子體系更穩(wěn)定。K、Ca、Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、Ge、As、Se、Br、Kr1s22s22p63s23p63d54s11s22s22p63s23p63d104s1能量相同全充滿半充滿全空互動(dòng)探究洪特為德國(guó)理論物理學(xué)家。洪特在量子力學(xué)興起前后,對(duì)原子和分子結(jié)構(gòu)做了先驅(qū)的工作。1925年,洪特從光譜實(shí)驗(yàn)中總結(jié)出一條規(guī)律,叫作最多軌道規(guī)則(也叫洪特規(guī)則):在能量相等的軌道(也稱等價(jià)軌道或簡(jiǎn)并軌道,例如3個(gè)p軌道、5個(gè)d軌道、7個(gè)f軌道)上分布的電子,將盡可能分占不同的軌道,而且自旋狀態(tài)相同。這樣平行自旋的電子,能量較低,因此比較穩(wěn)定。作為洪特規(guī)則的特例:等價(jià)軌道的全充滿(p6、d10、f14)、半充滿(p3、d5、f7)或全空(p0、d0、f0)的狀態(tài)一般比較穩(wěn)定。洪特對(duì)分子軌道理論的建立也有相當(dāng)大的貢獻(xiàn)。探究洪特規(guī)則本質(zhì)問(wèn)題1:為什么能量相同的原子軌道中電子總是分占軌道且自旋狀態(tài)一致?提示:如果不分占軌道,就要2個(gè)電子自旋狀態(tài)相反進(jìn)入同一軌道。兩個(gè)電子在同一軌道內(nèi)靜電排斥導(dǎo)致原子體系不穩(wěn)定,能量升高。所以分占軌道且自旋狀態(tài)一致時(shí)原子整體能量較低,符合能量最低原理。問(wèn)題2:為什么洪特規(guī)則特例指出有些原子的能量相同的原子軌道全空、半滿、全滿狀態(tài)比較穩(wěn)定?提示:是否采取全空、全滿、半滿狀態(tài)主要看整個(gè)原子整體能量是否最低。例如:Cr如果按“構(gòu)造原理”電子排布為[Ar]3d44s2,如果按照洪特規(guī)則特例采取[Ar]3d54s1。原因是4s軌道1個(gè)電子排布至3d軌道后,由于能量E(4s)<E(3d),這一因素導(dǎo)致原子整體能量升高;同時(shí)2個(gè)電子在同一軌道成對(duì)需要克服排斥力使整個(gè)原子能量升高(稱作成對(duì)能),4s2變?yōu)?s1狀態(tài),電子不再成對(duì),這一因素造成原子整體能量降低。因?yàn)楹笠灰蛩卮笥谇耙灰蛩赜绊?所以采取后一種排布方式能量更低,符合能量最低原理,因此Cr的3d軌道采取了“半充滿”排布方式。問(wèn)題3:C原子電子排布式為1s22s22p2,為什么沒(méi)有采取1s22s12p3方式呢?提示:2s22p2變?yōu)?s12p3,一方面2s軌道1個(gè)電子排布至2p軌道,會(huì)造成原子整體能量上升[因?yàn)镋(2s)<E(2p)],2s兩個(gè)電子由成對(duì)狀態(tài)變?yōu)閱坞娮釉斐稍诱w能量降低,因?yàn)榍耙灰蛩卮笥诤笠灰蛩赜绊?所以采取前一種方式原子整體能量更低,因此C原子就沒(méi)有采取p軌道半充滿排布方式。歸納拓展1～36號(hào)基態(tài)原子中未成對(duì)電子數(shù)的判斷方法(1)成對(duì)電子和未成對(duì)電子的定義。一個(gè)軌道中僅有一個(gè)電子,該電子為未成對(duì)電子;一個(gè)軌道中有兩個(gè)自旋狀態(tài)相反的電子,這兩個(gè)電子叫作成對(duì)電子。(2)1～36號(hào)元素原子未成對(duì)電子與電子排布關(guān)系。①僅有1個(gè)未成對(duì)電子的電子排布:ns1、ns2np1、ns2np5、3d14s2、3d104s1。②有2個(gè)未成對(duì)電子的電子排布:ns2np2、ns2np4、3d84s2、3d24s2。③有3個(gè)未成對(duì)電子的電子排布:ns2np3、3d34s2、3d74s2。④有4個(gè)未成對(duì)電子的電子排布:3d64s2。⑤有5個(gè)未成對(duì)電子的電子排布:3d54s2。⑥有6個(gè)未成對(duì)電子的電子排布:3d54s1。1～36號(hào)元素原子未成對(duì)電子數(shù)目最多的原子是Cr,總共有6個(gè)未成對(duì)電子。1.(2022·遼寧丹東期末)下列說(shuō)法不正確的是(

)A.基態(tài)碳原子的核外電子軌道表示式:B.基態(tài)原子的核外電子填充在6個(gè)軌道中的元素有兩種C.基態(tài)銅原子簡(jiǎn)化電子排布式表示為[Ar]3d94s2違背了泡利原理D.基態(tài)鉀離子(K+)電子占據(jù)的最高能級(jí)共有3個(gè)原子軌道,其形狀是啞鈴形題組例練C解析:基態(tài)碳原子中電子占據(jù)3個(gè)能級(jí),分別位于1s、2s、2p能級(jí),且每個(gè)能級(jí)有2個(gè)電子,其軌道表示式為,故A正確;s能級(jí)中含有1個(gè)軌道,p能級(jí)含有3個(gè)軌道,基態(tài)原子的核外電子填充在6個(gè)軌道中,該基態(tài)原子核外電子排布式為1s22s22p63s1或1s22s22p63s2,為Na、Mg元素,故B正確;Cu是29號(hào)元素,其原子核外有29個(gè)電子,基態(tài)原子外圍電子排布式為3d104s1,[Ar]3d94s2違背了能量最低原理,故C不正確;基態(tài)K+,外圍電子排布式為3s23p6,電子占據(jù)最高能級(jí)為3p能級(jí),共有3個(gè)原子軌道,電子云輪廓圖為啞鈴形,故D正確。2.(2022·浙江慈溪期末)下列屬于基態(tài)排布的原子或離子核外電子排布式的是(

)A.Br-:3d104s24p6B.Cr:[Ar]3d54s1C.Na:1s22s22p53s2D.Fe:[Ar]4s23d6B解析:基態(tài)Br-的核外電子排布式為1s22s22p63s23p63d104s24p6,A錯(cuò)誤;基態(tài)Cr的核外電子排布式為[Ar]3d54s1,B正確;基態(tài)Na的核外電子排布式為1s22s22p63s1,C錯(cuò)誤;基態(tài)Fe的核外電子排布式為[Ar]3d64s2,D錯(cuò)誤。題后悟道電子排布式書(shū)寫(xiě)時(shí)各能層(電子層)排列順序按K、L、M、N、O、P、Q先后順序排列,每一層內(nèi)部各能級(jí)按照s、p、d、f順序排列。不是按照“構(gòu)造原理”填充順序排列。例如:Fe按照構(gòu)造原理是先填4s2后填3d6,而書(shū)寫(xiě)其電子排布式時(shí)則寫(xiě)為[Ar]3d64s2。課堂小結(jié)提升【知識(shí)整合】【易錯(cuò)提醒】1.誤認(rèn)為原子中的電子真的是按照構(gòu)造原理一個(gè)一個(gè)填充進(jìn)去的。其實(shí)構(gòu)造原理是為了認(rèn)識(shí)基態(tài)原子電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)而總結(jié)的一個(gè)形象的經(jīng)驗(yàn)原理,電子并不是一個(gè)一個(gè)按軌道能量由低到高填充進(jìn)去的。2.誤認(rèn)為構(gòu)造原理電子填充順序就是軌道能量由低到高順序。其實(shí)能量最低原理指的是“整個(gè)原子能量最低”,構(gòu)造原理填充順序大致是按照能量由低到高的順序。3.誤認(rèn)為電子排布式的書(shū)寫(xiě)按照“構(gòu)造原理填充順序”書(shū)寫(xiě)。其實(shí)書(shū)寫(xiě)電子排布式時(shí)是按照量子數(shù)(n)由小到大排序,量子數(shù)相同的軌道按s、p、d、f順序書(shū)寫(xiě)。例:Fe原子電子排布式,按照“構(gòu)造原理”先填充4s后填充3d,不能寫(xiě)作[Ar]4s23d6而是寫(xiě)成[Ar]3d64s2。4.誤認(rèn)為離子失電子時(shí)先失去的是能量最高(構(gòu)造原理后填充)的電子或采取生成半充滿、全空、全充滿等相對(duì)穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的失電子方式。實(shí)際原子失電子非常復(fù)雜,一般是先失去量子數(shù)最大的電子,失電子后的原子變?yōu)殡x子,其電子排布與原子也不完全相同。例:Fe變成Fe2+先失去的是4s的2個(gè)電子,Fe2+電子排布式為[Ar]3d6,而不是[Ar]3d44s2,也不是[Ar]3d54s1。學(xué)科素養(yǎng)測(cè)評(píng)我國(guó)著名化學(xué)家徐光憲,在長(zhǎng)期的科研和實(shí)踐中總結(jié)出一條電子電離的近似規(guī)律即“n+0.7l”規(guī)則。其中,n代表電子層的量子數(shù);l用于描述電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的另一個(gè)量子數(shù),對(duì)于s、p、d、f能級(jí),l分別取0、1、2、3。就原子的外層電子來(lái)說(shuō),(n+0.7l)越大,能級(jí)越高。將(n+0.7l)值的整數(shù)部分相同的能級(jí)合并為一組,稱為“能級(jí)組”。例如,4s、3d和4p的(n+0.7l)值依次等于4.0、4.4和4.7,它們的整數(shù)部分都是4,故都屬于第四能級(jí)組。由此,徐光憲作出與鮑林相同的能級(jí)排序和能級(jí)組劃分。值得注意的是,不同原子的原子軌道能級(jí)順序不盡相同,并不存在一個(gè)普適的能級(jí)順序,不論是鮑林還是徐光憲所列出的能級(jí)順序都只有近似意義。據(jù)此解答下列各題。(1)基態(tài)Co原子核外電子排布式為

。

解析:(1)Co是27號(hào)元素,Co位于周期表中第4周期Ⅷ族,核外電子排布是1s22s22p63s23p63d74s2或?qū)憺閇Ar]3d74s2。答案:(1)[Ar]3d74s2或1s22s22p63s23p63d74s2我國(guó)著名化學(xué)家徐光憲,在長(zhǎng)期的科研和實(shí)踐中總結(jié)出一條電子電離的近似規(guī)律即“n+0.7l”規(guī)則。其中,n代表電子層的量子數(shù);l用于描述電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的另一個(gè)量子數(shù),對(duì)于s、p、d、f能級(jí),l分別取0、1、2、3。就原子的外層電子來(lái)說(shuō),(n+0.7l)越大,能級(jí)越高。將(n+0.7l)值的整數(shù)部分相同的能級(jí)合并為一組,稱為“能級(jí)組”。例如,4s、3d和4p的(n+0.7l)值依次等于4.0、4.4和4.7,它們的整數(shù)部分都是4,故都屬于第四能級(jí)組。由此,徐光憲作出與鮑林相同的能級(jí)排序和能級(jí)組劃分。值得注意的是,不同原子的原子軌道能級(jí)順序不盡相同,并不存在一個(gè)普適的能級(jí)順序,不論是鮑林還是徐光憲所列出的能級(jí)順序都只有近似意義。據(jù)此解答下列各題。(2)基態(tài)Zn2+核外電子排布式為

。

解析:(2)Zn是30號(hào)元素,Zn原子核外有30個(gè)電子,失去最外層2個(gè)電子變?yōu)閆n2+,根據(jù)構(gòu)造原理,則Zn2+基態(tài)核外電子排布式為1s22s22p63s23p63d10或[Ar]3d10。答案:(2)1s22s22p63s23p63d10或[Ar]3d10我國(guó)著名化學(xué)家徐光憲,在長(zhǎng)期的科研和實(shí)踐中總結(jié)出一條電子電離的近似規(guī)律即“n+0.7l”規(guī)則。其中,n代表電子層的量子數(shù);l用于描述電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的另一個(gè)量子數(shù),對(duì)于s、p、d、f能級(jí),l分別取0、1、2、3。就原子的外層電子來(lái)說(shuō),(n+0.7l)越大,能級(jí)越高。將(n+0.7l)值的整數(shù)部分相同的能級(jí)合并為一組,稱為“能級(jí)組”。例如,4s、3d和4p的(n+0.7l)值依次等于4.0、4.4和4.7,它們的整數(shù)部分都是4,故都屬于第四能級(jí)組。由此,徐光憲作出與鮑林相同的能級(jí)排序和能級(jí)組劃分。值得注意的是,不同原子的原子軌道能級(jí)順序不盡相同,并不存在一個(gè)普適的能級(jí)順序,不論是鮑林還是徐光憲所列出的能級(jí)順序都只有近似意義。據(jù)此解答下列各題。(3)基態(tài)Cr3+核外電子排布式為

。

解析:(3)Cr是24號(hào)元素,失去最外層1個(gè)電子后,再失去次外層的3d的2個(gè)電子變?yōu)镃r3+,則Cr3+基態(tài)核外電子排布式為1s22s22p63s23p63d3或[Ar]3d3。答案:(3)1s22s22p63s23p63d3或[Ar]3d3我國(guó)著名化學(xué)家徐光憲,在長(zhǎng)期的科研和實(shí)踐中總結(jié)出一條電子電離的近似規(guī)律即“n+0.7l”規(guī)則。其中,n代表電子層的量子數(shù);l用于描述電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的另一個(gè)量子數(shù),對(duì)于s、p、d、f能級(jí),l分別取0、1、2、3。就原子的外層電子來(lái)說(shuō),(n+0.7l)越大,能級(jí)越高。將(n+0.7l)值的整數(shù)部分相同的能級(jí)合并為一組,稱為“能級(jí)組”。例如,4s、3d和4p的(n+0.7l)值依次等于4.0、4.4和4.7,它們的整數(shù)部分都是4,故都屬于第四能級(jí)組。由此,徐光憲作出與鮑林相同的能級(jí)排序和能級(jí)組劃分。值得注意的是,不同原子的原子軌道能級(jí)順序不盡相同,并不存在一個(gè)普適的能級(jí)順序,不論是鮑林還是徐光憲所列出的能級(jí)順序都只有近似意義。據(jù)此解答下列各題。(4)N的基態(tài)原子核外電子排布式為

;Cu的基態(tài)原子最外層有

個(gè)電子。

解析:(4)N是7號(hào)元素,原子核外電子數(shù)為7,核外電子排布式為1s22s22p3;Cu是29號(hào)元素,根據(jù)構(gòu)造原理可得Cu核外電子排布式是1s22s22p63s23p63d104s1,則在基態(tài)Cu原子核外最外層有1個(gè)電子。答案:(4)1s22s22p3

1我國(guó)著名化學(xué)家徐光憲,在長(zhǎng)期的科研和實(shí)踐中總結(jié)出一條電子電離的