2.1 第2课时 原子核外电子的排布 学案（含答案） 2023-2024学年高二化学苏教版（2020）选择性必修第二册
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| 名称 | 2.1 第2课时 原子核外电子的排布 学案（含答案） 2023-2024学年高二化学苏教版（2020）选择性必修第二册 |  | |
| 格式 | docx | ||
| 文件大小 | 238.3KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 苏教版（2019） | ||
| 科目 | 化学 | ||
| 更新时间 | 2024-04-07 23:19:58 | ||
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文档简介
2.1 第2课时 原子核外电子的排布
【学习目标】
1.能举例说明原子核外电子排布的构造原理。
2.能用电子排布式、轨道表示式表征1~36号元素基态原子的核外电子排布。
【合作探究】
【学习情境】
烟花其实和爆竹的结构类似,其结构都包含黑火药和药引。制作烟花的过程中还加入了一些发光剂和发色剂,能够使烟花放出五彩缤纷的颜色。发光剂是金属镁或金属铝的粉末,这些金属在燃烧时会发出白炽的强光。发色剂其实只不过是一些金属化合物。烟花燃烧为什么会放出独特颜色的火焰 其本质是燃烧时电子发生了跃迁。
任务1 电子排布的构造原理
【新知生成】
1.原子核外电子排布遵循的原理有(1) ;(2) ;(3) ;(4) 。
2.原子轨道的能量高低规律
(1)比较下列原子轨道能量的高低,并总结比较原子轨道能量大小的规律。
① 1s 2s 3s 4s 5s 6s 7s
② 7s 7p 7d 7f
③ 3px 3pz 3py
规律: 。
(2)比较3d、4s、4p原子轨道能量的高低: 。
3.电子排布式:用数字在原子轨道符号右上角标明该能级上排布的电子数的式子。
写出下列基态原子的电子排布式:
7N ; 12Mg 。
4.简化的电子排布式:为了避免电子排布式书写过于烦琐,可以把内层电子已达到稀有气体结构的部分写成“原子实”,以稀有气体的元素符号外加方括号表示。
7N、12Mg的简化电子排布式分别为 、 。
5.下列基态氮原子2p轨道表示式违背的原理是(1) ;(2) 。
(1)
(2)
【答案】1.(1)能量最低原理 (2)泡利不相容原理 (3)洪特规则 (4)洪特规则特例
2.(1)①< < < < < < ② < < <
③= = 先比较电子层,再比较能级 (2)4s<3d<4p
3.1s22s22p3 1s22s22p63s2
4.[He]2s22p3 [Ne]3s2
5.(1)洪特规则 (2)洪特规则、泡利不相容原理
【核心突破】
典例1 下列说法错误的是 ( )
A.ns电子的能量不一定高于(n-1)p电子的能量
B.基态6C的电子排布式1s22s22违反了洪特规则
C.电子排布式(21Sc)1s22s22p63s23p63d3违反了能量最低原则
D.电子排布式(22Ti)1s22s22p63s23p10违反了泡利不相容原理
【答案】A
【解析】根据能级构造原理可知,不同层不同能级ns<(n-2)f<(n-1)d 典例2 根据轨道能量顺序写出下列基态原子或离子的核外电子排布式。
(1)O ;
(2)Ca ;
(3) ;
(4)Al3+ 。
【答案】(1)1s22s22p4 (2)1s22s22p63s23p64s2 (3)1s22s22p63s23p6 (4)1s22s22p6
【解析】O原子有8个电子,按1s、2s、2p顺序填充电子:1s22s22p4;Ca原子有20个电子,由于4s<3d,出现原子轨道交错,按1s、2s、2p、3s、3p、4s顺序填充为1s22s22p63s23p64s2;S原子有16个电子,按1s、2s、2p、3s、3p顺序填充为1s22s22p63s23p4,为S原子得到2个电子后形成,故3p轨道上填充6个电子,即其核外电子排布式为1s22s22p63s23p6;Al原子有13个电子,按1s、2s、2p、3s、3p顺序填充为1s22s22p63s23p1,Al原子失去3个电子后变成Al3+,故Al3+的电子排布式为1s22s22p6。
归纳总结 一、基态原子核外电子排布所遵循的原理
1.能量最低原理:电子优先排布在能量最低的原子轨道里,由里到外,依次排布在能量逐渐升高的原子轨道(对于1~36号元素,重点掌握“1s→2s→2p→3s→3p→4s→3d→4p”这一顺序)。
2.泡利不相容原理:在任何一个原子中,不可能有运动状态完全相同的两个电子。
3.洪特规则:在相同能量的原子轨道上,电子尽可能占据不同的轨道,而且自旋方向相同,这就是洪特规则。如碳原子的轨道表示式是,而不是。
二、核外电子排布的表示方法
粒子 结构 示意图 含义 将每个电子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 用数字在原子轨道符号右上角标明该原子轨道上排布的电子数
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结构的部分以相应稀有气体的元素符号外加方括号表示
实例 Ca:[Ar]4s2
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
实例
训练1 元素周期表中铋元素的数据如图所示,下列说法正确的是 ( )
A.Bi元素的质量数是209.0
B.Bi元素的相对原子质量是209.0
C.Bi原子6p轨道有一个未成对电子
D.Bi原子最外层有5个能量相同的电子
【答案】B
【解析】Bi的质子数为83,因不知中子数,无法确定其质量数,A项错误;Bi的相对原子质量为209.0,B项正确;6p轨道有3个未成对电子,C项错误;最外层5个电子分别在s、p轨道,能量不同,D项错误。
训练2 下列对电子排布式或轨道表示式书写的评价正确的是 ( )
选项 电子排布式或轨道表示式 评价
A N原子的轨道表示式: 错误;违反洪特规则
B O原子的轨道表示式: 错误;违反泡利不相容原理
C K原子的电子排布式:1s22s22p63s23p63d1 错误;违反能量最低原理
D Br-的电子排布式:[Ar]3d104s24p6 错误;违反能量最低原理
【答案】C
【解析】A项,相同轨道中的两个电子运动方向相反,违反了泡利不相容原理,不符合题意;B项,电子应先充满同能级的轨道,违反了洪特规则,不符合题意;C项,K原子的电子排布式:1s22s22p63s23p64s1,1s22s22p63s23p63d1违反能量最低原理,符合题意;D项,Br-的电子排布式:[Ar]3d104s24p6,正确,评价错误。
任务2 核外电子排布的表示方法 原子光谱
【新知生成】
1.写出下列原子核外电子排布表示方法的含义。
(1)1s1 (2)[Ar]4s2 (3)
2.基态铜原子的核外电子排布式、简化的核外电子排布式、外围电子排布式分别为 、 、 。
3.吸收光谱与发射光谱
4.焰色试验的原理是原子中的电子 了能量,从能量较低的轨道跃迁到能量较高的轨道。但处于能量较高轨道上的电子是不稳定的,很快跃迁回能量较低的轨道,这时就将多余的能量以 的形式放出,使火焰呈现颜色。
【答案】1.(1)
(2)[Ar]4s2表示钙原子核外电子排布式的简写,把内层电子达到稀有气体结构的部分写成“原子实”
(3)
2.1s22s22p63s23p63d104s1 [Ar]3d104s1 3d104s1
3.吸收 发射
4.吸收 光
【核心突破】
典例3 按要求回答下列问题:
(1)基态17Cl-的电子排布式为 。
(2)基态17Cl的外围电子排布式为 。
(3)17Cl-的电子式为 。
(4)基态17Cl的轨道表示式为 。
(5)17Cl的原子结构示意图为 。
(6)第4周期中最外层仅有1个电子的所有基态原子的简化电子排布式为 、 、 。
(7)某元素质量数为51,中子数为28,其基态原子未成对电子数为 。
【答案】(1)1s22s22p63s23p6{或[Ne]3s23p6} (2)3s23p5 (3)]- (4)
(5) (6)19K:[Ar]4s1 24Cr:[Ar]3d54s1 29Cu:[Ar]3d104s1 (7)3
【解析】(1)~(5)主要考查电子排布式、外围电子排布式、电子式、轨道表示式、原子结构示意图等常用化学用语概念的区别,要注意对概念的辨析。
(6)第4周期最外层只有1个电子的最外层电子排布式为4s1,此时3s、3p应已填满,3d轨道可能全空、半充满或全充满,即这些原子的电子排布式分别为19K:[Ar]4s1、24Cr:[Ar]3d54s1、29Cu:[Ar]3d104s1。
(7)该元素原子的质子数为51-28=23,为钒元素,其基态原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d34s2,3d能级有5个原子轨道,3个电子优先分别占据1个轨道,且自旋方向相同,故有3个未成对电子。
典例4 在第4周期中,未成对电子数最多的元素是 (填名称)。
(1)该元素位于第 族。
(2)该元素基态原子的核外电子排布式是 。
(3)该元素原子中有 个能层, 个能级, 种运动状态不同的电子。
(4)该元素原子的外围电子排布式为 ,外围电子轨道表示式为 。
【答案】铬 (1)ⅥB (2)1s22s22p63s23p63d54s1{或[Ar]3d54s1} (3)4 7 24 (4)3d54s1
【解析】第4周期元素中,铬元素原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s1或[Ar]3d54s1,未成对电子数最多(6个)。根据其核外电子排布式,可知该元素位于ⅥB族,有4个能层,7个能级,每个电子的运动状态都是不同的,有24种运动状态不同的电子。
归纳总结 核外电子排布的表示方法
(1)核外电子排布式的书写
①简单原子的核外电子排布式:按照轨道能量顺序将电子依次填充到能量逐渐升高的轨道中。例如,7N:1s22s22p3,17Cl:1s22s22p63s23p5。
②复杂原子的核外电子排布式:先按能量从低到高排列,然后再把同一层的电子排到一起,如26Fe,先按能量从低到高排列为1s22s22p63s23p64s23d6,然后将同一层的电子移到一起,即1s22s22p63s23p63d64s2。
(2)特别地,当同一原子轨道上的电子排布为全充满(p6、d10、f14)、半充满(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。例如,铬(24Cr)的外围电子排布是3d54s1(3d、4s轨道均为半充满),而不是3d44s2;铜(29Cu)的外围电子排布是3d104s1(3d全充满,4s半充满)。
训练3 下列有关基态原子核外电子排布的式子不正确的是 ( )
A.24Cr的电子排布式:1s22s22p63s23p63d54s1
B.K的简化电子排布式:[Ar]4s1
C.N原子的轨道表示式:
D.S原子的轨道表示式:
【答案】D
【解析】原子轨道在全充满、半充满和全空状态时体系能量较低,原子较稳定,故Cr的外围电子排布不是3d44s2,而是3d54s1,A项正确;该式为简化的电子排布式,以[Ar]代表1s22s22p63s23p6,B项正确;2p3中的三个电子自旋状态相同,C项正确;S原子的轨道表示式应是,D项错误。
训练4 具有下列电子排布式的原子中,半径最大的是 ( )
A.1s22s22p63s23p5 B.1s22s22p3 C.1s22s22p2 D.1s22s22p63s23p2
【答案】D
【解析】由基态原子的核外电子排布式可以确定A为氯元素,B为氮元素,C为碳元素,D为硅元素,根据同周期从左到右原子半径减小,同主族自上而下原子半径增大,可知Si元素的原子半径最大。
课堂小结
【随堂检测】
1.下列表示氦原子结构的化学用语中,对电子运动状态描述最详尽的是 ( )
AHe B. C.1s2 D.
【答案】D
【解析】A项,电子式只能表示原子的最外层电子数;B项,原子结构示意图只表示原子核外的电子分层排布情况;C项,电子排布式具体到各能级的电子数;D项,电子排布图包含了能层、能级以及轨道内电子的自旋状态等信息,故该项符合题意。
2.下列轨道表示式能表示磷原子的最低能量状态的是 ( )
A.
B.
C.
D.
【答案】C
【解析】由于轨道中的电子处于半充满或全充满状态能量最低、稳定性强,且遵循洪特规则,单独电子占据一个轨道,电子自旋方向相同,C项正确。
3.下列表示式错误的是( )。
A.基态Na+的轨道表示式:
B.Na+的结构示意图:
C.基态Na原子的电子排布式:1s22s22p63s1
D.基态Na原子的简化电子排布式:[Ne]3s1
【答案】A
【解析】根据泡利不相容原理可知,同一轨道的两个电子的自旋方向相反,故Na+的轨道表示式:,A项错误;钠是11号元素,故Na+的结构示意图:,B项正确;根据能量最低原理和能级构造原理可知,基态Na原子的电子排布式为1s22s22p63s1,C项正确;根据基态Na原子的电子排布式为1s22s22p63s1,故可简化为[Ne]3s1,D项正确。
4.若某基态原子的外围电子排布式为4d15s2,则下列说法正确的是( )。
A.该元素基态原子中共有3个电子
B.该元素原子核外有5个电子层
C.该元素原子最外层共有3个电子
D.该元素原子M能层共有8个电子
【答案】B
【解析】由外围电子排布式为4d15s2可知,该元素原子核外有5个电子层,最外层有2个电子,M层是第三层,3d能级应排满,电子排布为3s23p63d10,共18个电子。
5.以下列出的是一些原子的2p能级和3d能级中电子排布的情况。其中:违反了泡利不相容原理的是 ,违反了洪特规则的是 。(填序号)
① ② ③ ④ ⑤
【答案】② ③
【解析】泡利不相容原理:每个原子轨道上最多只能容纳2个自旋状态相反的电子;洪特规则是指在能量相同的各个轨道上排布的电子,总是优先单独占据不同的轨道,且自旋方向相同。所以违反泡利不相容原理的有②,违反洪特规则的有③。
6.A、B、C、D代表4种元素。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,其元素符号为 。
(2)B元素的负一价离子和C元素的正一价离子的电子层结构都与氩相同,B的元素符号为 ,C的元素符号为 。
(3)D元素的正三价离子的3d能级为半充满,D的元素符号为 ,其基态原子的电子排布式为 。
【答案】(1)N (2)Cl K
(3)Fe 1s22s22p63s23p63d64s2{或[Ar]3d64s2}
【解析】(1)由题意可知,A原子只有两个电子层,其基态原子的轨道表示式为,可见该元素核外有7个电子,为氮元素。
(2)B-、C+的电子层结构都与Ar相同,即核外都有18个电子,则B为17号元素Cl,C为19号元素K。
(3)由题可知,D3+的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d5,是由D元素原子失去2个4s电子和1个3d电子后得到的,则D元素原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2或[Ar]3d64s2,故该元素是26号元素Fe。
2
【学习目标】
1.能举例说明原子核外电子排布的构造原理。
2.能用电子排布式、轨道表示式表征1~36号元素基态原子的核外电子排布。
【合作探究】
【学习情境】
烟花其实和爆竹的结构类似,其结构都包含黑火药和药引。制作烟花的过程中还加入了一些发光剂和发色剂,能够使烟花放出五彩缤纷的颜色。发光剂是金属镁或金属铝的粉末,这些金属在燃烧时会发出白炽的强光。发色剂其实只不过是一些金属化合物。烟花燃烧为什么会放出独特颜色的火焰 其本质是燃烧时电子发生了跃迁。
任务1 电子排布的构造原理
【新知生成】
1.原子核外电子排布遵循的原理有(1) ;(2) ;(3) ;(4) 。
2.原子轨道的能量高低规律
(1)比较下列原子轨道能量的高低,并总结比较原子轨道能量大小的规律。
① 1s 2s 3s 4s 5s 6s 7s
② 7s 7p 7d 7f
③ 3px 3pz 3py
规律: 。
(2)比较3d、4s、4p原子轨道能量的高低: 。
3.电子排布式:用数字在原子轨道符号右上角标明该能级上排布的电子数的式子。
写出下列基态原子的电子排布式:
7N ; 12Mg 。
4.简化的电子排布式:为了避免电子排布式书写过于烦琐,可以把内层电子已达到稀有气体结构的部分写成“原子实”,以稀有气体的元素符号外加方括号表示。
7N、12Mg的简化电子排布式分别为 、 。
5.下列基态氮原子2p轨道表示式违背的原理是(1) ;(2) 。
(1)
(2)
【答案】1.(1)能量最低原理 (2)泡利不相容原理 (3)洪特规则 (4)洪特规则特例
2.(1)①< < < < < < ② < < <
③= = 先比较电子层,再比较能级 (2)4s<3d<4p
3.1s22s22p3 1s22s22p63s2
4.[He]2s22p3 [Ne]3s2
5.(1)洪特规则 (2)洪特规则、泡利不相容原理
【核心突破】
典例1 下列说法错误的是 ( )
A.ns电子的能量不一定高于(n-1)p电子的能量
B.基态6C的电子排布式1s22s22违反了洪特规则
C.电子排布式(21Sc)1s22s22p63s23p63d3违反了能量最低原则
D.电子排布式(22Ti)1s22s22p63s23p10违反了泡利不相容原理
【答案】A
【解析】根据能级构造原理可知,不同层不同能级ns<(n-2)f<(n-1)d
(1)O ;
(2)Ca ;
(3) ;
(4)Al3+ 。
【答案】(1)1s22s22p4 (2)1s22s22p63s23p64s2 (3)1s22s22p63s23p6 (4)1s22s22p6
【解析】O原子有8个电子,按1s、2s、2p顺序填充电子:1s22s22p4;Ca原子有20个电子,由于4s<3d,出现原子轨道交错,按1s、2s、2p、3s、3p、4s顺序填充为1s22s22p63s23p64s2;S原子有16个电子,按1s、2s、2p、3s、3p顺序填充为1s22s22p63s23p4,为S原子得到2个电子后形成,故3p轨道上填充6个电子,即其核外电子排布式为1s22s22p63s23p6;Al原子有13个电子,按1s、2s、2p、3s、3p顺序填充为1s22s22p63s23p1,Al原子失去3个电子后变成Al3+,故Al3+的电子排布式为1s22s22p6。
归纳总结 一、基态原子核外电子排布所遵循的原理
1.能量最低原理:电子优先排布在能量最低的原子轨道里,由里到外,依次排布在能量逐渐升高的原子轨道(对于1~36号元素,重点掌握“1s→2s→2p→3s→3p→4s→3d→4p”这一顺序)。
2.泡利不相容原理:在任何一个原子中,不可能有运动状态完全相同的两个电子。
3.洪特规则:在相同能量的原子轨道上,电子尽可能占据不同的轨道,而且自旋方向相同,这就是洪特规则。如碳原子的轨道表示式是,而不是。
二、核外电子排布的表示方法
粒子 结构 示意图 含义 将每个电子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 用数字在原子轨道符号右上角标明该原子轨道上排布的电子数
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结构的部分以相应稀有气体的元素符号外加方括号表示
实例 Ca:[Ar]4s2
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
实例
训练1 元素周期表中铋元素的数据如图所示,下列说法正确的是 ( )
A.Bi元素的质量数是209.0
B.Bi元素的相对原子质量是209.0
C.Bi原子6p轨道有一个未成对电子
D.Bi原子最外层有5个能量相同的电子
【答案】B
【解析】Bi的质子数为83,因不知中子数,无法确定其质量数,A项错误;Bi的相对原子质量为209.0,B项正确;6p轨道有3个未成对电子,C项错误;最外层5个电子分别在s、p轨道,能量不同,D项错误。
训练2 下列对电子排布式或轨道表示式书写的评价正确的是 ( )
选项 电子排布式或轨道表示式 评价
A N原子的轨道表示式: 错误;违反洪特规则
B O原子的轨道表示式: 错误;违反泡利不相容原理
C K原子的电子排布式:1s22s22p63s23p63d1 错误;违反能量最低原理
D Br-的电子排布式:[Ar]3d104s24p6 错误;违反能量最低原理
【答案】C
【解析】A项,相同轨道中的两个电子运动方向相反,违反了泡利不相容原理,不符合题意;B项,电子应先充满同能级的轨道,违反了洪特规则,不符合题意;C项,K原子的电子排布式:1s22s22p63s23p64s1,1s22s22p63s23p63d1违反能量最低原理,符合题意;D项,Br-的电子排布式:[Ar]3d104s24p6,正确,评价错误。
任务2 核外电子排布的表示方法 原子光谱
【新知生成】
1.写出下列原子核外电子排布表示方法的含义。
(1)1s1 (2)[Ar]4s2 (3)
2.基态铜原子的核外电子排布式、简化的核外电子排布式、外围电子排布式分别为 、 、 。
3.吸收光谱与发射光谱
4.焰色试验的原理是原子中的电子 了能量,从能量较低的轨道跃迁到能量较高的轨道。但处于能量较高轨道上的电子是不稳定的,很快跃迁回能量较低的轨道,这时就将多余的能量以 的形式放出,使火焰呈现颜色。
【答案】1.(1)
(2)[Ar]4s2表示钙原子核外电子排布式的简写,把内层电子达到稀有气体结构的部分写成“原子实”
(3)
2.1s22s22p63s23p63d104s1 [Ar]3d104s1 3d104s1
3.吸收 发射
4.吸收 光
【核心突破】
典例3 按要求回答下列问题:
(1)基态17Cl-的电子排布式为 。
(2)基态17Cl的外围电子排布式为 。
(3)17Cl-的电子式为 。
(4)基态17Cl的轨道表示式为 。
(5)17Cl的原子结构示意图为 。
(6)第4周期中最外层仅有1个电子的所有基态原子的简化电子排布式为 、 、 。
(7)某元素质量数为51,中子数为28,其基态原子未成对电子数为 。
【答案】(1)1s22s22p63s23p6{或[Ne]3s23p6} (2)3s23p5 (3)]- (4)
(5) (6)19K:[Ar]4s1 24Cr:[Ar]3d54s1 29Cu:[Ar]3d104s1 (7)3
【解析】(1)~(5)主要考查电子排布式、外围电子排布式、电子式、轨道表示式、原子结构示意图等常用化学用语概念的区别,要注意对概念的辨析。
(6)第4周期最外层只有1个电子的最外层电子排布式为4s1,此时3s、3p应已填满,3d轨道可能全空、半充满或全充满,即这些原子的电子排布式分别为19K:[Ar]4s1、24Cr:[Ar]3d54s1、29Cu:[Ar]3d104s1。
(7)该元素原子的质子数为51-28=23,为钒元素,其基态原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d34s2,3d能级有5个原子轨道,3个电子优先分别占据1个轨道,且自旋方向相同,故有3个未成对电子。
典例4 在第4周期中,未成对电子数最多的元素是 (填名称)。
(1)该元素位于第 族。
(2)该元素基态原子的核外电子排布式是 。
(3)该元素原子中有 个能层, 个能级, 种运动状态不同的电子。
(4)该元素原子的外围电子排布式为 ,外围电子轨道表示式为 。
【答案】铬 (1)ⅥB (2)1s22s22p63s23p63d54s1{或[Ar]3d54s1} (3)4 7 24 (4)3d54s1
【解析】第4周期元素中,铬元素原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s1或[Ar]3d54s1,未成对电子数最多(6个)。根据其核外电子排布式,可知该元素位于ⅥB族,有4个能层,7个能级,每个电子的运动状态都是不同的,有24种运动状态不同的电子。
归纳总结 核外电子排布的表示方法
(1)核外电子排布式的书写
①简单原子的核外电子排布式:按照轨道能量顺序将电子依次填充到能量逐渐升高的轨道中。例如,7N:1s22s22p3,17Cl:1s22s22p63s23p5。
②复杂原子的核外电子排布式:先按能量从低到高排列,然后再把同一层的电子排到一起,如26Fe,先按能量从低到高排列为1s22s22p63s23p64s23d6,然后将同一层的电子移到一起,即1s22s22p63s23p63d64s2。
(2)特别地,当同一原子轨道上的电子排布为全充满(p6、d10、f14)、半充满(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。例如,铬(24Cr)的外围电子排布是3d54s1(3d、4s轨道均为半充满),而不是3d44s2;铜(29Cu)的外围电子排布是3d104s1(3d全充满,4s半充满)。
训练3 下列有关基态原子核外电子排布的式子不正确的是 ( )
A.24Cr的电子排布式:1s22s22p63s23p63d54s1
B.K的简化电子排布式:[Ar]4s1
C.N原子的轨道表示式:
D.S原子的轨道表示式:
【答案】D
【解析】原子轨道在全充满、半充满和全空状态时体系能量较低,原子较稳定,故Cr的外围电子排布不是3d44s2,而是3d54s1,A项正确;该式为简化的电子排布式,以[Ar]代表1s22s22p63s23p6,B项正确;2p3中的三个电子自旋状态相同,C项正确;S原子的轨道表示式应是,D项错误。
训练4 具有下列电子排布式的原子中,半径最大的是 ( )
A.1s22s22p63s23p5 B.1s22s22p3 C.1s22s22p2 D.1s22s22p63s23p2
【答案】D
【解析】由基态原子的核外电子排布式可以确定A为氯元素,B为氮元素,C为碳元素,D为硅元素,根据同周期从左到右原子半径减小,同主族自上而下原子半径增大,可知Si元素的原子半径最大。
课堂小结
【随堂检测】
1.下列表示氦原子结构的化学用语中,对电子运动状态描述最详尽的是 ( )
AHe B. C.1s2 D.
【答案】D
【解析】A项,电子式只能表示原子的最外层电子数;B项,原子结构示意图只表示原子核外的电子分层排布情况;C项,电子排布式具体到各能级的电子数;D项,电子排布图包含了能层、能级以及轨道内电子的自旋状态等信息,故该项符合题意。
2.下列轨道表示式能表示磷原子的最低能量状态的是 ( )
A.
B.
C.
D.
【答案】C
【解析】由于轨道中的电子处于半充满或全充满状态能量最低、稳定性强,且遵循洪特规则,单独电子占据一个轨道,电子自旋方向相同,C项正确。
3.下列表示式错误的是( )。
A.基态Na+的轨道表示式:
B.Na+的结构示意图:
C.基态Na原子的电子排布式:1s22s22p63s1
D.基态Na原子的简化电子排布式:[Ne]3s1
【答案】A
【解析】根据泡利不相容原理可知,同一轨道的两个电子的自旋方向相反,故Na+的轨道表示式:,A项错误;钠是11号元素,故Na+的结构示意图:,B项正确;根据能量最低原理和能级构造原理可知,基态Na原子的电子排布式为1s22s22p63s1,C项正确;根据基态Na原子的电子排布式为1s22s22p63s1,故可简化为[Ne]3s1,D项正确。
4.若某基态原子的外围电子排布式为4d15s2,则下列说法正确的是( )。
A.该元素基态原子中共有3个电子
B.该元素原子核外有5个电子层
C.该元素原子最外层共有3个电子
D.该元素原子M能层共有8个电子
【答案】B
【解析】由外围电子排布式为4d15s2可知,该元素原子核外有5个电子层,最外层有2个电子,M层是第三层,3d能级应排满,电子排布为3s23p63d10,共18个电子。
5.以下列出的是一些原子的2p能级和3d能级中电子排布的情况。其中:违反了泡利不相容原理的是 ,违反了洪特规则的是 。(填序号)
① ② ③ ④ ⑤
【答案】② ③
【解析】泡利不相容原理:每个原子轨道上最多只能容纳2个自旋状态相反的电子;洪特规则是指在能量相同的各个轨道上排布的电子,总是优先单独占据不同的轨道,且自旋方向相同。所以违反泡利不相容原理的有②,违反洪特规则的有③。
6.A、B、C、D代表4种元素。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,其元素符号为 。
(2)B元素的负一价离子和C元素的正一价离子的电子层结构都与氩相同,B的元素符号为 ,C的元素符号为 。
(3)D元素的正三价离子的3d能级为半充满,D的元素符号为 ,其基态原子的电子排布式为 。
【答案】(1)N (2)Cl K
(3)Fe 1s22s22p63s23p63d64s2{或[Ar]3d64s2}
【解析】(1)由题意可知,A原子只有两个电子层,其基态原子的轨道表示式为,可见该元素核外有7个电子,为氮元素。
(2)B-、C+的电子层结构都与Ar相同,即核外都有18个电子,则B为17号元素Cl,C为19号元素K。
(3)由题可知,D3+的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d5,是由D元素原子失去2个4s电子和1个3d电子后得到的,则D元素原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2或[Ar]3d64s2,故该元素是26号元素Fe。
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