1.2 第1课时 基态原子的核外电子排布 学案（含答案） 2023-2024学年高二化学鲁科版（2019）选择性必修2
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| 名称 | 1.2 第1课时 基态原子的核外电子排布 学案（含答案） 2023-2024学年高二化学鲁科版（2019）选择性必修2 |  | |
| 格式 | docx | ||
| 文件大小 | 281.8KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 鲁科版（2019） | ||
| 科目 | 化学 | ||
| 更新时间 | 2024-07-23 14:43:21 | ||
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文档简介
1.2 第1课时 基态原子的核外电子排布
【学习目标】
1.认识基态原子中核外电子的排布遵循能量最低原理、泡利不相容原理和洪特规则等。培养证据推理与模型认知的核心素养。
2.知道原子核外电子的能级高低顺序,了解原子核外电子排布的构造原理。培养证据推理与模型认知的核心素养。
3.能运用构造原理书写电子排布式,知道1~36号元素基态原子核外电子的排布。
【自主预习】
1.核外电子排布的表示方法
(1)电子排布式
a.概念:按照 原理对能级进行排序,进而在ns、np、nd等能级符号的右上角用数字表示出 的数目。
b.图示
c.示例:基态锂原子的电子排布式为 。
(2)轨道表示式
a.概念:用方框(或小圆圈、短线)表示一个 ,用箭头“↑”或“↓”来区别 不同的电子。
b.图示
c.示例:基态锂原子的轨道表示式为 。
2.基态原子核外电子排布遵循的原则
(1)能量最低原理:基态原子的核外电子通常情况下只能分布在能量 的原子轨道上。基态原子核外电子在原子轨道上的排布顺序为 。
(2)泡利不相容原理:一个原子轨道中最多只能容纳 个电子,并且这两个电子的自旋方向必须 。
(3)洪特规则:对于基态原子,电子在能量相同的轨道上排布时,将尽可能分占不同的轨道并且自旋方向 。
【参考答案】1.能量最低 电子 电子层数 电子数 能级
1s22s1 原子轨道 自旋状态 原子轨道 电子 自旋状态不同
2.最低 1s,2s,2p,3s,3p,4s,3d,4p,5s,4d,5p,6s,… 两 相反 相同
【效果检测】
1.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)。
(1)1~36号元素基态Cr原子未成对电子数最多。 ( )
(2)基态Cr原子价电子排布式为3d44s2。 ( )
(3)基态Cu原子价电子排布式为3d94s2。 ( )
(4)Fe2+的价电子排布式为3d64s2。 ( )
(5)[Ar]3d34s2是基态某原子的电子排布式。 ( )
(6)基态铜原子的价电子轨道表示式:。( )
【答案】(1)√ (2)× (3)× (4)× (5)√ (6)×
2.为什么每个电子层最多容纳2n2个电子
【答案】各电子层上的能级数目=电子层序数n,每个电子层(n)中,原子轨道数为n2个,根据泡利不相容原理,每个原子轨道最多只能容纳2个电子,所以每个电子层最多容纳2n2个电子。
3.基态硼原子的电子排布式和轨道表示式分别如何表示 核外电子共有几种运动状态 有几个未成对电子 有几对成对电子
【答案】基态硼原子的电子排布式1s22s22p1,轨道表示式为,核外一共有5种运动状态的电子,有1个未成对的电子,2对成对电子。
4.画出基态氯原子的最外层电子轨道表示式。
【答案】
5.画出基态Fe的价电子轨道表示式。
【答案】
【合作探究】
任务1：基态原子的核外电子排布规律
情境导入
多电子的基态原子核外电子在原子轨道上的排布顺序可表示为
问题生成
1.基态原子核外电子在原子轨道上是先排3d轨道还是先排4s轨道
【答案】根据构造原理可知,电子在基态原子核外排布时,先排4s轨道再排3d轨道。
2.n值小的能级的轨道的能量一定小于n值大的能级的轨道的能量吗
【答案】不一定。电子层序数、能级不同时,核外电子在外层分布时存在原子轨道能级交错现象,如E4s3.为什么原子核外最外层的电子不超过8个 次外层不超过18个电子
【答案】由于E(nd)>E[(n+1)s],当ns和np轨道电子排满时,多余的电子不是填入nd轨道,而是首先填入(n+1)s轨道,因此最外层电子数不可能超过2+6=8。同理次外层由(n-1)s(n-1)p(n-1)d组成,所容纳的电子数不大于2+6+10=18。
【核心归纳】
1.能量最低原理
(1)基态原子核外电子在原子轨道上的排布顺序。
(2)能级相同时,电子层数越大,原子轨道能量越高,如E3p>E2p。
(3)电子层相同时,不同能级之间的能量关系,如E3d>E3p>E3s。
(4)电子层、能级不同时,原子中的价电子在外层分布时存在原子轨道能级交错现象,如E4s2.泡利不相容原理
泡利不相容原理可以简单叙述为一个原子轨道中最多只能容纳两个电子,并且这两个电子的自旋方向必须相反。
说明:a.在核外电子的排布中,排在同一轨道上的两个电子,自旋方向相反;而自旋方向相同的电子,必然处于不同的轨道上。可以这样理解:在同一原子中,没有运动状态完全相同的两个电子存在,原子核外有几个电子,就有几种运动状态。
b.根据泡利不相容原理我们可以推算出各电子层可以容纳的最多电子数。具体见下表:
电子层(n) K L M N ……
能级 1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p 4d 4f ……
原子轨道数 1 1 3 1 3 5 1 3 5 7 ……
1 4 9 16
电子数 2 8 18 32 ……
2×12 2×22 2×32 2×42 ……
在原子中,每个电子层最多可容纳2n2个电子,每个能级最多容纳的电子数是其所包含的原子轨道数的2倍。
3.洪特规则
当电子排布在同一能级的不同轨道时,基态原子中的电子总是优先单独占据一个轨道,而且自旋状态相同,这个规则称为洪特规则。通俗地说,洪特规则可以表述为电子总是先平行地分占能量相同的不同轨道(同一能级上的轨道)。如碳原子的轨道表示式为,而不是,也不是。
特别地,当同一能级上的电子排布为全充满(s2、p6、d10、f14)、半充满(s1、p3、d5、f7)和全空状态(p0、d0、f0)时,具有较低的能量和较大的稳定性,这称为洪特规则的特例。例如,铬(24Cr)的价电子排布式是3d54s1(3d、4s能级均为半充满)而不是3d44s2,铜(29Cu)的价电子排布式是3d104s1(3d全充满、4s半充满)而不是3d94s2等。
【典型例题】
【例1】下列基态原子或离子的电子排布式(或轨道表示式)正确的是 (填序号,下同),违反能量最低原理的是 ,违反洪特规则的是 ,违反泡利不相容原理的是 。
①Ca2+:1s22s22p63s23p6
②F-:1s22s23p6
③P:
④Cr:1s22s22p63s23p63d44s2
⑤Fe:1s22s22p63s23p63d64s2
⑥Mg2+:1s22s22p6
⑦O:
【答案】①⑤⑥ ② ③④ ⑦
【解析】根据核外电子排布规律判断,②的错误在于电子排完2s轨道后应排能量较低的2p轨道而不是3p轨道,正确的电子排布式应为1s22s22p6。③没有遵循洪特规则,3p轨道上正确的电子轨道表示式应为。④忽略了能量相同的原子轨道上电子排布为半充满状态时,体系的能量较低,原子较稳定,正确的电子排布式应为1s22s22p63s23p63d54s1。⑦违反泡利不相容原理,正确的电子轨道表示式应为。
易错警示：核外电子在原子轨道上排布要遵循三个原则,即能量最低原理、泡利不相容原理和洪特规则。这三个原则并不是孤立的,而是相互联系、相互制约的。也就是说核外电子在原子轨道上排布要同时遵循这三个原则。其中能量最低原理可叙述为在不违反泡利不相容原理的前提下,核外电子在各个原子轨道上的排布方式应使整个原子体系的能量最低。
任务2：基态原子核外电子排布的表示方法
情境导入 钛是一种金属,其耐腐蚀性、稳定性高,和人体长期接触也不影响人体器官的本质,所以不会造成人体过敏。它是唯一对人类神经和味觉没有任何影响的金属。钛合金与人体自然骨的弹性模量相对接近,生物相容性良好,在临床有着广泛应用。
问题生成
1.基态钛原子的核外电子排布式如何表示
【答案】1s22s22p63s23p63d24s2。
2.基态钛原子的轨道表示式如何表示
【答案】
。
3.电子排布式和轨道表示式在描述核外电子运动状态方面有什么区别
【答案】电子排布式能够表示出每一个能级上的电子排布情况,轨道表示式除了能够表示出在每一个能级上电子的排布情况,还能表示出电子在该能级的原子轨道上的排布情况,因此比电子排布式更加具体形象。
4.如何书写简单离子的电子排布式
【答案】先写原子的电子排布式,然后再根据得失电子写出离子的电子排布式。例如:O2-的电子排布式,先写氧原子的电子排布式为1s22s22p4,再得2个电子得到O2-的电子排布式为1s22s22p6。Fe3+的电子排布式,先写铁原子的电子排布式为[Ar]3d64s2,再失3个电子(由外层向内层)得到Fe3+的电子排布式为[Ar]3d5。
5.Fe2+和Fe3+的电子排布式如何表示 为什么Fe3+的稳定性大于Fe2+的稳定性
【答案】Fe2+电子排布式为1s22s22p63s23p63d6,Fe3+电子排布式为1s22s22p63s23p63d5。根据洪特规则特例,Fe3+的3d轨道处于半充满状态,更稳定些。
【核心归纳】
核外电子排布的表示方法
原子(离子) 结构示意图 含义 将每个能层上的电子总数表示在原子核外的式子
实例
电子排布式 含义 用数字在能级符号右上角标明该能级上排布的电子数,这就是电子排布式
实例 K:1s22s22p63s23p64s1
简化电子 排布式 含义 为了避免电子排布式书写过于烦琐,把内层电子达到稀有气体原子结构的部分以相应稀有气体元素符号外加方括号表示
实例 K:[Ar]4s1
价电子 排布 含义 在化学反应中可能发生电子变动的电子层称为价电子层
实例 Al:3s23p1
轨道表示式 含义 每个方框代表一个原子轨道,每个箭头代表一个电子及其自旋取向
实例
电子式 含义 化学中常在元素符号周围用“·”或“×”来表示元素原子的最外层电子,相应的式子叫作电子式
实例
【典型例题】
【例2】下列化学用语表示正确的是( )。
A.HCl的电子式:H+]-
B.基态氮原子的轨道表示式:
C.S2-的结构示意图:
D.基态硅原子的简化电子排布式:[He]3s23p2
【答案】C
【解析】A项,应为;B项,应为;D项,应为[Ne]3s23p2。
【例3】下列有关核外电子排布的式子表示不正确的是( )。
A.基态24Cr的电子排布式:1s22s22p63s23p63d54s1
B.基态K的简化电子排布式:[Ar]4s1
C.基态N原子的轨道表示式:
D.基态Si原子的轨道表示式:
【答案】D
【解析】24Cr的电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s1,这样排布可以满足洪特规则特例,且能量最低,A项正确;Si原子3p能级的电子排布遵循洪特规则,其轨道表示式为,D项不正确。
【例4】下表列出了核电荷数为21~25的元素的最高正化合价,回答下列问题:
元素名称 钪 钛 钒 铬 锰
元素符号 Sc Ti V Cr Mn
核电荷数 21 22 23 24 25
最高正价 +3 +4 +5 +6 +7
(1)写出下列元素基态原子的核外电子排布式:
Sc: 。
Ti: 。
V: 。
Mn: 。
(2)已知基态铬原子的核外电子排布式是1s22s22p63s23p63d54s1,其并未严格按照基态原子核外电子在原子轨道上的排布顺序进行排布,为什么核外电子这样排布呢 。
(3)对比上述五种元素原子的核外电子排布式与元素的最高正化合价,你发现的规律是 。
【答案】(1)1s22s22p63s23p63d14s2{或[Ar]3d14s2}
1s22s22p63s23p63d24s2{或[Ar]3d24s2}
1s22s22p63s23p63d34s2{或[Ar]3d34s2}
1s22s22p63s23p63d54s2{或[Ar]3d54s2}
(2)由洪特规则的特例可知,能量相同的原子轨道半充满状态一般比较稳定
(3)五种元素的最高正化合价数值等于各元素基态原子的最外电子层s电子和次外电子层d电子数目之和
【解析】(1)根据核电荷数和构造原理可以写出四种元素原子的核外电子排布式。(2)由洪特规则的特例可知,能量相同的原子轨道全充满、半充满或全空的状态一般比较稳定。(3)由化合价数值与对应的核外电子排布式,可以得出最高正化合价数值等于各元素基态原子的最外电子层s电子和次外电子层d电子数目之和。
【随堂检测】
1.下列化学用语的表示正确的是( )。
A.原子核内有10个中子的氧原子O
B.氯原子的结构示意图:
C.基态Fe3+的最外层电子排布式:3s23p63d5
D.基态铜原子的价电子轨道表示式:
【答案】C
【解析】A项,原子核内有10个中子的氧原子可表示为O,错误;B项,氯原子的结构示意图为,错误;C项,铁的原子序数是26,Fe3+的最外层电子排布式为3s23p63d5,正确;D项,铜的原子序数是29,则基态铜原子的价电子轨道表示式为,错误。
2.基态原子的4s能级中只有1个电子的元素共有( )。
A.1种 B.2种 C.3种 D.8种
【答案】C
【解析】4s能级中只有1个电子的基态原子可以是主族元素K,也可以是过渡元素Cu或Cr,所以共有3种。
3.下列各组中的X和Y两种原子,其元素化学性质一定相似的是( )。
A.X原子和Y原子最外层都只有一个电子
B.X原子的核外电子排布式为1s2,Y原子的核外电子排布式为1s22s2
C.X原子2p能级上有三个电子,Y原子的3p能级上有三个电子
D.X原子核外M层上仅有两个电子,Y原子核外N层上仅有两个电子
【答案】C
【解析】A项,如H和Na原子的最外层均只有1个电子,但化学性质不相似,错误;B项,X为He,Y为Be,两者化学性质不相似,错误;C项,X为N,Y为P,同主族元素化学性质相似,正确;D项,X为Mg,Y不确定,元素种类很多,错误。
4.根据下列叙述写出对应元素符号和基态原子核外电子排布式。
(1)次外层d轨道全空,最外层有一个4s电子: 。
(2)某元素+3价离子和氩原子的电子排布相同: 。
(3)某元素+3价离子的3d轨道半充满: 。
【答案】(1)K,1s22s22p63s23p64s1
(2)Sc,1s22s22p63s23p63d14s2
(3)Fe,1s22s22p63s23p63d64s2
5.A、B、C、D、E代表前四周期的五种元素,原子序数依次增大。请回答下列问题:
(1)A元素基态原子的最外层有3个未成对电子,次外层有2个电子,其轨道表示式为 。
(2)B元素的负一价离子的电子层结构与氩相同,B的离子的结构示意图为 。
(3)C元素的正三价离子的3d能级为半充满,C的元素符号为 ,其基态原子的电子排布式为 。
(4)D元素基态原子的M层全充满,N层没有成对电子,只有一个未成对电子,D的元素符号为 。其基态原子的电子排布式为 。
(5)E元素基态原子中没有未成对电子,E的电子排布式是 。
【答案】(1) (2)
(3)Fe 1s22s22p63s23p63d64s2
(4)Cu 1s22s22p63s23p63d104s1
(5)1s22s22p63s23p63d104s2或1s22s22p63s23p63d104s24p6
【解析】(1)基态原子的最外层有3个未成对电子,次外层有2个电子的元素为氮元素,其轨道表示式为。
(2)因为B-的电子层结构与氩相同,即核外电子数相同,所以B元素的质子数为18-1=17,则B-为Cl-,其结构示意图为。
(3)C元素的正三价离子的3d能级为半充满,C的元素符号为Fe,其基态原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2。
(4)D元素基态原子的M层全充满,N层没有成对电子,只有一个未成对电子,则D为Cu,其基态原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s1。
(5)E元素基态原子中没有未成对电子,且E的原子序数在五种元素中最大,因此E元素为30号元素Zn或36号元素Kr,其电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s2或1s22s22p63s23p63d104s24p6。
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【学习目标】
1.认识基态原子中核外电子的排布遵循能量最低原理、泡利不相容原理和洪特规则等。培养证据推理与模型认知的核心素养。
2.知道原子核外电子的能级高低顺序,了解原子核外电子排布的构造原理。培养证据推理与模型认知的核心素养。
3.能运用构造原理书写电子排布式,知道1~36号元素基态原子核外电子的排布。
【自主预习】
1.核外电子排布的表示方法
(1)电子排布式
a.概念:按照 原理对能级进行排序,进而在ns、np、nd等能级符号的右上角用数字表示出 的数目。
b.图示
c.示例:基态锂原子的电子排布式为 。
(2)轨道表示式
a.概念:用方框(或小圆圈、短线)表示一个 ,用箭头“↑”或“↓”来区别 不同的电子。
b.图示
c.示例:基态锂原子的轨道表示式为 。
2.基态原子核外电子排布遵循的原则
(1)能量最低原理:基态原子的核外电子通常情况下只能分布在能量 的原子轨道上。基态原子核外电子在原子轨道上的排布顺序为 。
(2)泡利不相容原理:一个原子轨道中最多只能容纳 个电子,并且这两个电子的自旋方向必须 。
(3)洪特规则:对于基态原子,电子在能量相同的轨道上排布时,将尽可能分占不同的轨道并且自旋方向 。
【参考答案】1.能量最低 电子 电子层数 电子数 能级
1s22s1 原子轨道 自旋状态 原子轨道 电子 自旋状态不同
2.最低 1s,2s,2p,3s,3p,4s,3d,4p,5s,4d,5p,6s,… 两 相反 相同
【效果检测】
1.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)。
(1)1~36号元素基态Cr原子未成对电子数最多。 ( )
(2)基态Cr原子价电子排布式为3d44s2。 ( )
(3)基态Cu原子价电子排布式为3d94s2。 ( )
(4)Fe2+的价电子排布式为3d64s2。 ( )
(5)[Ar]3d34s2是基态某原子的电子排布式。 ( )
(6)基态铜原子的价电子轨道表示式:。( )
【答案】(1)√ (2)× (3)× (4)× (5)√ (6)×
2.为什么每个电子层最多容纳2n2个电子
【答案】各电子层上的能级数目=电子层序数n,每个电子层(n)中,原子轨道数为n2个,根据泡利不相容原理,每个原子轨道最多只能容纳2个电子,所以每个电子层最多容纳2n2个电子。
3.基态硼原子的电子排布式和轨道表示式分别如何表示 核外电子共有几种运动状态 有几个未成对电子 有几对成对电子
【答案】基态硼原子的电子排布式1s22s22p1,轨道表示式为,核外一共有5种运动状态的电子,有1个未成对的电子,2对成对电子。
4.画出基态氯原子的最外层电子轨道表示式。
【答案】
5.画出基态Fe的价电子轨道表示式。
【答案】
【合作探究】
任务1：基态原子的核外电子排布规律
情境导入
多电子的基态原子核外电子在原子轨道上的排布顺序可表示为
问题生成
1.基态原子核外电子在原子轨道上是先排3d轨道还是先排4s轨道
【答案】根据构造原理可知,电子在基态原子核外排布时,先排4s轨道再排3d轨道。
2.n值小的能级的轨道的能量一定小于n值大的能级的轨道的能量吗
【答案】不一定。电子层序数、能级不同时,核外电子在外层分布时存在原子轨道能级交错现象,如E4s
【答案】由于E(nd)>E[(n+1)s],当ns和np轨道电子排满时,多余的电子不是填入nd轨道,而是首先填入(n+1)s轨道,因此最外层电子数不可能超过2+6=8。同理次外层由(n-1)s(n-1)p(n-1)d组成,所容纳的电子数不大于2+6+10=18。
【核心归纳】
1.能量最低原理
(1)基态原子核外电子在原子轨道上的排布顺序。
(2)能级相同时,电子层数越大,原子轨道能量越高,如E3p>E2p。
(3)电子层相同时,不同能级之间的能量关系,如E3d>E3p>E3s。
(4)电子层、能级不同时,原子中的价电子在外层分布时存在原子轨道能级交错现象,如E4s
泡利不相容原理可以简单叙述为一个原子轨道中最多只能容纳两个电子,并且这两个电子的自旋方向必须相反。
说明:a.在核外电子的排布中,排在同一轨道上的两个电子,自旋方向相反;而自旋方向相同的电子,必然处于不同的轨道上。可以这样理解:在同一原子中,没有运动状态完全相同的两个电子存在,原子核外有几个电子,就有几种运动状态。
b.根据泡利不相容原理我们可以推算出各电子层可以容纳的最多电子数。具体见下表:
电子层(n) K L M N ……
能级 1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p 4d 4f ……
原子轨道数 1 1 3 1 3 5 1 3 5 7 ……
1 4 9 16
电子数 2 8 18 32 ……
2×12 2×22 2×32 2×42 ……
在原子中,每个电子层最多可容纳2n2个电子,每个能级最多容纳的电子数是其所包含的原子轨道数的2倍。
3.洪特规则
当电子排布在同一能级的不同轨道时,基态原子中的电子总是优先单独占据一个轨道,而且自旋状态相同,这个规则称为洪特规则。通俗地说,洪特规则可以表述为电子总是先平行地分占能量相同的不同轨道(同一能级上的轨道)。如碳原子的轨道表示式为,而不是,也不是。
特别地,当同一能级上的电子排布为全充满(s2、p6、d10、f14)、半充满(s1、p3、d5、f7)和全空状态(p0、d0、f0)时,具有较低的能量和较大的稳定性,这称为洪特规则的特例。例如,铬(24Cr)的价电子排布式是3d54s1(3d、4s能级均为半充满)而不是3d44s2,铜(29Cu)的价电子排布式是3d104s1(3d全充满、4s半充满)而不是3d94s2等。
【典型例题】
【例1】下列基态原子或离子的电子排布式(或轨道表示式)正确的是 (填序号,下同),违反能量最低原理的是 ,违反洪特规则的是 ,违反泡利不相容原理的是 。
①Ca2+:1s22s22p63s23p6
②F-:1s22s23p6
③P:
④Cr:1s22s22p63s23p63d44s2
⑤Fe:1s22s22p63s23p63d64s2
⑥Mg2+:1s22s22p6
⑦O:
【答案】①⑤⑥ ② ③④ ⑦
【解析】根据核外电子排布规律判断,②的错误在于电子排完2s轨道后应排能量较低的2p轨道而不是3p轨道,正确的电子排布式应为1s22s22p6。③没有遵循洪特规则,3p轨道上正确的电子轨道表示式应为。④忽略了能量相同的原子轨道上电子排布为半充满状态时,体系的能量较低,原子较稳定,正确的电子排布式应为1s22s22p63s23p63d54s1。⑦违反泡利不相容原理,正确的电子轨道表示式应为。
易错警示：核外电子在原子轨道上排布要遵循三个原则,即能量最低原理、泡利不相容原理和洪特规则。这三个原则并不是孤立的,而是相互联系、相互制约的。也就是说核外电子在原子轨道上排布要同时遵循这三个原则。其中能量最低原理可叙述为在不违反泡利不相容原理的前提下,核外电子在各个原子轨道上的排布方式应使整个原子体系的能量最低。
任务2：基态原子核外电子排布的表示方法
情境导入 钛是一种金属,其耐腐蚀性、稳定性高,和人体长期接触也不影响人体器官的本质,所以不会造成人体过敏。它是唯一对人类神经和味觉没有任何影响的金属。钛合金与人体自然骨的弹性模量相对接近,生物相容性良好,在临床有着广泛应用。
问题生成
1.基态钛原子的核外电子排布式如何表示
【答案】1s22s22p63s23p63d24s2。
2.基态钛原子的轨道表示式如何表示
【答案】
。
3.电子排布式和轨道表示式在描述核外电子运动状态方面有什么区别
【答案】电子排布式能够表示出每一个能级上的电子排布情况,轨道表示式除了能够表示出在每一个能级上电子的排布情况,还能表示出电子在该能级的原子轨道上的排布情况,因此比电子排布式更加具体形象。
4.如何书写简单离子的电子排布式
【答案】先写原子的电子排布式,然后再根据得失电子写出离子的电子排布式。例如:O2-的电子排布式,先写氧原子的电子排布式为1s22s22p4,再得2个电子得到O2-的电子排布式为1s22s22p6。Fe3+的电子排布式,先写铁原子的电子排布式为[Ar]3d64s2,再失3个电子(由外层向内层)得到Fe3+的电子排布式为[Ar]3d5。
5.Fe2+和Fe3+的电子排布式如何表示 为什么Fe3+的稳定性大于Fe2+的稳定性
【答案】Fe2+电子排布式为1s22s22p63s23p63d6,Fe3+电子排布式为1s22s22p63s23p63d5。根据洪特规则特例,Fe3+的3d轨道处于半充满状态,更稳定些。
【核心归纳】
核外电子排布的表示方法
原子(离子) 结构示意图 含义 将每个能层上的电子总数表示在原子核外的式子
实例
电子排布式 含义 用数字在能级符号右上角标明该能级上排布的电子数,这就是电子排布式
实例 K:1s22s22p63s23p64s1
简化电子 排布式 含义 为了避免电子排布式书写过于烦琐,把内层电子达到稀有气体原子结构的部分以相应稀有气体元素符号外加方括号表示
实例 K:[Ar]4s1
价电子 排布 含义 在化学反应中可能发生电子变动的电子层称为价电子层
实例 Al:3s23p1
轨道表示式 含义 每个方框代表一个原子轨道,每个箭头代表一个电子及其自旋取向
实例
电子式 含义 化学中常在元素符号周围用“·”或“×”来表示元素原子的最外层电子,相应的式子叫作电子式
实例
【典型例题】
【例2】下列化学用语表示正确的是( )。
A.HCl的电子式:H+]-
B.基态氮原子的轨道表示式:
C.S2-的结构示意图:
D.基态硅原子的简化电子排布式:[He]3s23p2
【答案】C
【解析】A项,应为;B项,应为;D项,应为[Ne]3s23p2。
【例3】下列有关核外电子排布的式子表示不正确的是( )。
A.基态24Cr的电子排布式:1s22s22p63s23p63d54s1
B.基态K的简化电子排布式:[Ar]4s1
C.基态N原子的轨道表示式:
D.基态Si原子的轨道表示式:
【答案】D
【解析】24Cr的电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s1,这样排布可以满足洪特规则特例,且能量最低,A项正确;Si原子3p能级的电子排布遵循洪特规则,其轨道表示式为,D项不正确。
【例4】下表列出了核电荷数为21~25的元素的最高正化合价,回答下列问题:
元素名称 钪 钛 钒 铬 锰
元素符号 Sc Ti V Cr Mn
核电荷数 21 22 23 24 25
最高正价 +3 +4 +5 +6 +7
(1)写出下列元素基态原子的核外电子排布式:
Sc: 。
Ti: 。
V: 。
Mn: 。
(2)已知基态铬原子的核外电子排布式是1s22s22p63s23p63d54s1,其并未严格按照基态原子核外电子在原子轨道上的排布顺序进行排布,为什么核外电子这样排布呢 。
(3)对比上述五种元素原子的核外电子排布式与元素的最高正化合价,你发现的规律是 。
【答案】(1)1s22s22p63s23p63d14s2{或[Ar]3d14s2}
1s22s22p63s23p63d24s2{或[Ar]3d24s2}
1s22s22p63s23p63d34s2{或[Ar]3d34s2}
1s22s22p63s23p63d54s2{或[Ar]3d54s2}
(2)由洪特规则的特例可知,能量相同的原子轨道半充满状态一般比较稳定
(3)五种元素的最高正化合价数值等于各元素基态原子的最外电子层s电子和次外电子层d电子数目之和
【解析】(1)根据核电荷数和构造原理可以写出四种元素原子的核外电子排布式。(2)由洪特规则的特例可知,能量相同的原子轨道全充满、半充满或全空的状态一般比较稳定。(3)由化合价数值与对应的核外电子排布式,可以得出最高正化合价数值等于各元素基态原子的最外电子层s电子和次外电子层d电子数目之和。
【随堂检测】
1.下列化学用语的表示正确的是( )。
A.原子核内有10个中子的氧原子O
B.氯原子的结构示意图:
C.基态Fe3+的最外层电子排布式:3s23p63d5
D.基态铜原子的价电子轨道表示式:
【答案】C
【解析】A项,原子核内有10个中子的氧原子可表示为O,错误;B项,氯原子的结构示意图为,错误;C项,铁的原子序数是26,Fe3+的最外层电子排布式为3s23p63d5,正确;D项,铜的原子序数是29,则基态铜原子的价电子轨道表示式为,错误。
2.基态原子的4s能级中只有1个电子的元素共有( )。
A.1种 B.2种 C.3种 D.8种
【答案】C
【解析】4s能级中只有1个电子的基态原子可以是主族元素K,也可以是过渡元素Cu或Cr,所以共有3种。
3.下列各组中的X和Y两种原子,其元素化学性质一定相似的是( )。
A.X原子和Y原子最外层都只有一个电子
B.X原子的核外电子排布式为1s2,Y原子的核外电子排布式为1s22s2
C.X原子2p能级上有三个电子,Y原子的3p能级上有三个电子
D.X原子核外M层上仅有两个电子,Y原子核外N层上仅有两个电子
【答案】C
【解析】A项,如H和Na原子的最外层均只有1个电子,但化学性质不相似,错误;B项,X为He,Y为Be,两者化学性质不相似,错误;C项,X为N,Y为P,同主族元素化学性质相似,正确;D项,X为Mg,Y不确定,元素种类很多,错误。
4.根据下列叙述写出对应元素符号和基态原子核外电子排布式。
(1)次外层d轨道全空,最外层有一个4s电子: 。
(2)某元素+3价离子和氩原子的电子排布相同: 。
(3)某元素+3价离子的3d轨道半充满: 。
【答案】(1)K,1s22s22p63s23p64s1
(2)Sc,1s22s22p63s23p63d14s2
(3)Fe,1s22s22p63s23p63d64s2
5.A、B、C、D、E代表前四周期的五种元素,原子序数依次增大。请回答下列问题:
(1)A元素基态原子的最外层有3个未成对电子,次外层有2个电子,其轨道表示式为 。
(2)B元素的负一价离子的电子层结构与氩相同,B的离子的结构示意图为 。
(3)C元素的正三价离子的3d能级为半充满,C的元素符号为 ,其基态原子的电子排布式为 。
(4)D元素基态原子的M层全充满,N层没有成对电子,只有一个未成对电子,D的元素符号为 。其基态原子的电子排布式为 。
(5)E元素基态原子中没有未成对电子,E的电子排布式是 。
【答案】(1) (2)
(3)Fe 1s22s22p63s23p63d64s2
(4)Cu 1s22s22p63s23p63d104s1
(5)1s22s22p63s23p63d104s2或1s22s22p63s23p63d104s24p6
【解析】(1)基态原子的最外层有3个未成对电子,次外层有2个电子的元素为氮元素,其轨道表示式为。
(2)因为B-的电子层结构与氩相同,即核外电子数相同,所以B元素的质子数为18-1=17,则B-为Cl-,其结构示意图为。
(3)C元素的正三价离子的3d能级为半充满,C的元素符号为Fe,其基态原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2。
(4)D元素基态原子的M层全充满,N层没有成对电子,只有一个未成对电子,则D为Cu,其基态原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s1。
(5)E元素基态原子中没有未成对电子,且E的原子序数在五种元素中最大,因此E元素为30号元素Zn或36号元素Kr,其电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s2或1s22s22p63s23p63d104s24p6。
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