(共25张PPT)
拓展提升1 核外电子排布的规范书写与应用
进一步巩固对原子核外电子的运动状态的描述与判断,规范核外电子排布的书写。
一、原子核外电子的
运动状态的描述与判断
1.原子核外电子排布的规范书写
(1)排布原则。
①能量最低原理:在构建基态原子时,电子将尽可能地占据能量最低的原子轨道,使整个原子的能量最低。
特例:当能量相同的原子轨道在全充满(p6、d10、f14)、半充满(p3、d5、f7)和全空(p0、d0、f0)状态时,体系的能量最低。
2.多电子原子中电子运动状态的描述分析
(1)在能量相同的原子轨道中电子总是分占轨道且自旋状态一致的原因是
。
如果不分占轨道,就要2个电子自旋状态相反进入同一轨道。两个电子在同一轨道内静电排斥导致原子体系不稳定,能量升高。所以分占轨道且自旋状态一致时原子整体能量较低,符合能量最低原理
(2)基态铬原子和基态铜原子的核外电子排布式分别为1s22s22p63s23p63d54s1(Cr)、1s22s22p63s23p63d104s1(Cu),而非1s22s22p63s23p63d44s2(Cr)、1s22s22p63s23p63d94s2(Cu),原因是
。
3.基态原子中未成对电子(单电子)的含义
一个原子轨道中只有1个电子时,该电子即为未成对电子。一个原子轨道中有2个自旋相反的电子时,这2个电子称为电子对。
能量相同的原子轨道在全充满、半充满和全空状态时,体系能量较低
[深度思考]
写出符合下列条件的1~36号元素的元素符号:
(1)有1个未成对电子: 。
(2)有2个未成对电子: 。
(3)有3个未成对电子: 。
(4)有4个未成对电子: 。
(5)有5个未成对电子: 。
(6)有6个未成对电子: 。
H、Li、Na、K、B、Al、Ga、F、Cl、Br、Sc、Cu
C、Si、Ge、O、S、Se、Ti、Ni
N、P、As、V、Co
Fe
Mn
Cr
[跟踪训练]
1.下列说法正确的是( )
[A]第四周期中,有1个未成对电子的元素有3种
[B]2p和3p轨道形状均为哑铃形
[C]电子在3px与3py轨道上的运动状态相同
B
2.判断电子的运动状态。
(1)基态氟原子核外电子的运动状态有 种。
9
【解析】 (1)基态氟原子共有9个核外电子,则每个电子都有对应的轨道和自旋状态,所以核外电子的运动状态有9种。
(2)基态钛原子的价层电子排布式为 ,其原子核外电子的空间运动状态有 种,共有 种运动状态不同的电子。
3d24s2
12
22
【解析】 (2)基态钛原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d24s2,价层电子排布式为3d24s2;s轨道有一种空间运动状态,p轨道有三种空间运动状态,d轨道有五种空间运动状态,3d轨道只有两个电子,有两种空间运动状态,因此基态钛原子的核外电子的空间运动状态有12种;核外有22个电子,就有22种运动状态。
(3)基态硅原子价层电子的运动状态有 种,若其电子排布式表示为[Ne]3s23 ,则违背了 。
4
洪特规则
【解析】 (3)基态硅原子的价层电子排布式为3s23p2,有4种不同的运动状态,电子在占据轨道时,优先分占简并轨道且自旋平行,此为洪特规则。
(4)基态铜原子核外电子的空间运动状态有 种。
15
【解析】 (4)基态铜原子核外电子排布式为[Ar]3d104s1,基态铜原子核外有几个轨道,其核外电子就有几种空间运动状态,则基态铜原子核外电子的空间运动状态有1+1+3+1+3+5+1=15(种)。
3.判断粒子中未成对电子数目。
(1)基态Ti3+中未成对电子数有 个;与Ti同族相邻的元素Zr的基态原子价层电子排布式为 。与钛同周期元素的基态原子中,未成对电子数与钛相同的元素有 种。
1
4d25s2
3
【解析】 (1)Ti3+的价层电子排布式为3d1,含1个未成对电子;Zr位于第五周期,价层电子排布式与Ti类似,为4d25s2;Ti位于第四周期,Ti的基态原子价层电子排布式为3d24s2,未成对电子数是2,与钛同周期的所有元素的基态原子中,未成对电子数与钛相同的元素有Ni、Ge、Se 3种。
(2)血红蛋白中的铁处于基态时,其最高能级中的单电子数为 。
4
(3)Cr与Ni的基态原子核外未成对电子数之比为 。
3∶1
【解析】 (3)基态铬原子价层电子排布式为3d54s1,核外有6个未成对电子,基态镍原子核外有2个未成对电子,则Cr与Ni的基态原子核外未成对电子数之比为3∶1。
(4)第四周期中未成对电子数最多的基态原子的价层电子轨道表示式为
。
二、核外电子排布的规范书写
1.核外电子排布不同表示方法间的关系
原子结构示意图→电子排布式→轨道表示式,逐步细化核外电子的运动
状态。
2.核外电子排布表示方法的常见误区
(1)当出现d轨道时,虽然电子按ns、(n-1)d、np的顺序填充,但在书写电子排布式时,仍把(n-1)d放在ns前,如Fe的电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2。而失电子时,却先失4s轨道上的电子,如Fe3+的电子排布式为1s22s22p63s23p63d5。
(2)注意比较原子核外电子排布式、简化电子排布式、价层电子排布式的区别与联系。如Cu的电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s1;简化电子排布式为[Ar]3d104s1;价层电子排布式为3d104s1。
[跟踪训练]
1.下列关于钠元素的粒子的几种化学用语的表述错误的是( )
C
【解析】 基态钠原子的电子排布式应为1s22s22p63s1,C错误。
2.下列粒子的核外电子的表示方法中正确的是( )
A
3.下列原子的价层电子排布式(或价层电子轨道表示式)中,①、②两种状态的能量符合E(①)>E(②)的是( )
A拓展提升1 核外电子排布的规范书写与应用
课时作业
(分值:100分)
(选择题,每小题3分)
1.某元素的3p轨道上有两个未成对电子,因此其( )
[A]第三电子层上有4个电子
[B]最高正化合价为+2价
[C]最高正化合价为+4价
[D]第二电子层上没有未成对电子
【答案】 D
【解析】 3p轨道上有两个未成对电子,则该基态原子的电子排布式为1s22s22p63s23p2或1s22s22p63s23p4,即为硅元素或硫元素。
2.下列基态原子的价层电子排布式中,正确的是 ( )
[A]3d94s2 [B]3d44s2
[C]4s25p3 [D]3d74s2
【答案】 D
【解析】 根据电子填入轨道的顺序和核外电子的排布规律,A应为3d104s1;B应为3d54s1;C应为4s24p3。
3.前四周期元素中,基态原子中未成对电子数与其所在周期数相同的元素有( )
[A]3种 [B]4种 [C]5种 [D]6种
【答案】 C
【解析】 第一周期中,有一个未成对电子的是H(1s1);第二周期中,未成对电子是两个的有C(1s22s22p2)和O(1s22s22p4);第三周期中,未成对电子是三个的是P(1s22s22p63s23p3);第四周期中,未成对电子是四个的是Fe(1s22s22p63s23p63d64s2),共有5种。
4.氮的化合物种类繁多,应用广泛,下列不同状态的氮原子能量最低的是( )
[A] [B]
[C] [D]
【答案】 A
【解析】 遵循能量最低原则、洪特规则、泡利原理,故A符合题意;1s轨道未填充满,处于激发态,且2p轨道上电子的排布不符合洪特规则,故B不符合题意;2s轨道未填充满,处于激发态,故C不符合题意;1s和2s轨道均未填充满,处于激发态,故D不符合题意。
5.(2025·广东广州月考)下列有关核外电子排布的化学用语不正确的是( )
[A]24Cr的电子排布式:1s22s22p63s23p63d54s1
[B]K的简化电子排布式:[Ar]4s1
[C]氟原子的轨道表示式:
[D]硫原子的轨道表示式:
【答案】 D
【解析】 D项所给S的轨道表示式违反了洪特规则,正确的应是。
6.下列有关原子核外电子排布的说法正确的是 ( )
[A]电子排布式为[Ar]3d44s2的原子是基态原子
[B]1s22s1222违背了洪特规则,是激发态原子的电子排布式
[C]不符合泡利原理,是不存在的排布
[D]原子结构示意图为的原子,核外电子云有3种不同形状
【答案】 C
【解析】 电子排布为[Ar]3d44s2的原子不是基态铬原子,基态铬原子的电子排布为[Ar]3d54s1,A错误;该电子排布式没有违背洪特规则,是激发态原子的电子排布式,B错误;该原子的轨道表示式中2s能级的两个电子自旋平行,违反泡利原理,是不存在的排布,C正确;该原子为氟原子,其电子排布式为1s22s22p5,电子云有2种不同的形状,即球形和哑铃形,D错误。
7.若某基态原子的价层电子排布式为4d15s2,则下列说法正确的是( )
[A]该元素基态原子核外共有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层共有8个电子
【答案】 B
【解析】 该基态原子的核外电子排布式为[Kr]4d15s2,原子核外共有39个电子,故A错误;该元素原子核外有5个电子层,故B正确;该元素原子最外层共有2个电子,故C错误;M层为第3层,共有18个电子,故D错误。
8.(2025·江苏苏州月考)原子核外运动的电子有两种相反的自旋状态,若一种自旋状态用+表示,与之相反的用-表示,±即称为电子的自旋磁量子数。对于基态钛原子,其价层电子自旋磁量子数的代数和为( )
[A]-1 [B]+1
[C]0 [D]-1或+1
【答案】 D
【解析】 基态钛原子的价层电子排布式为3d24s2,3d轨道的2个电子自旋平行,4s轨道的2个电子自旋相反,则其价层电子自旋磁量子数的代数和为2×(+)=+1或2×(-)=-1,故D符合题意。
9.下列说法正确的是( )
[A]基态硅原子中电子占据的最高能层符号为3s23p2
[B]基态硅原子中电子占据的最高能层的轨道数为9
[C]基态硫原子中电子占据的最高能级的电子云轮廓图为球形
[D]基态铝原子有7种不同运动状态的核外电子
【答案】 B
【解析】 基态硅原子中电子占据的最高能层符号为M,A项错误;基态硅原子中电子占据的最高能层为M层,M层能级有3s、3p、3d,轨道数为1+3+5=9,B项正确;基态硫原子电子排布式为1s22s22p63s23p4,占据的最高能级为3p,其电子云轮廓图为哑铃形,C项错误;基态铝原子电子排布式为1s22s22p63s23p1,有13种不同运动状态的核外电子,D项错误。
10.(10分)按要求写出电子排布式、原子结构示意图或轨道表示式。
(1)(1分)基态镍原子的电子排布式: 。
(2)(1分)基态Cu+的电子排布式: 。
(3)(1分)基态磷原子的价层电子排布式: 。
(4)(1分)基态铁原子结构示意图: 。
(5)(3分)基态氯原子的轨道表示式: 。
(6)(3分)第四周期中最外层仅有1个电子的所有基态原子的电子排布式:
。
【答案】 (1)1s22s22p63s23p63d84s2(或[Ar]3d84s2)
(2)1s22s22p63s23p63d10(或[Ar]3d10) (3)3s23p3
(4)
(5)
(6)[Ar]4s1、[Ar]3d54s1、[Ar]3d104s1
【解析】 (2)基态铜原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s1,失去1个电子所得Cu+的电子排布式为1s22s22p63s23p63d10或[Ar]3d10。(5)基态氯原子的电子排布式为1s22s22p63s23p5,轨道表示式为。(6)第四周期中最外层只有
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,即符合条件的电子排布式为[Ar]4s1、[Ar]3d54s1、[Ar]3d104s1。
11.(28分)按要求回答下列问题。
(1)(8分)写出下列基态原子或基态离子的电子排布式。
①(4分)B:
V:
Ga:
Ge:
②(4分)N3-:
Ni2+:
Cr3+:
Mn2+:
(2)(1分)2p轨道上最多只能排布6个电子,其依据的原理是 。
(3)(4分)氧元素基态原子核外未成对电子有 个;写出3p轨道上只有2个未成对电子的元素符号: 。M层上有2个电子对的基态原子最外层共有 种不同运动状态的电子。
(4)(4分)写出1~36号元素原子中未成对电子数为2的元素符号及价层电子排布式:
。
(5)(1分)X元素基态原子的价层电子排布式是4s24p5,对应的元素符号是 。
(6)(6分)某元素的原子序数为33,该元素基态原子的价层电子排布式为 ,该元素原子核外有 个电子层, 个能级, 个原子轨道。
(7)(4分)基态铁原子有 个未成对电子,基态碳原子中,核外有 对自旋相反的电子。
【答案】 (1)①1s22s22p1(或[He]2s22p1)
1s22s22p63s23p63d34s2(或[Ar]3d34s2)
1s22s22p63s23p63d104s24p1(或[Ar]3d104s24p1)
1s22s22p63s23p63d104s24p2(或[Ar]3d104s24p2)
②1s22s22p6(或[He]2s22p6)
1s22s22p63s23p63d8(或[Ar]3d8)
1s22s22p63s23p63d3(或[Ar]3d3)
1s22s22p63s23p63d5(或[Ar]3d5)
(2)泡利原理
(3)2 Si、S 6
(4)C(2s22p2)、Si(3s23p2)、Ge(4s24p2)、
O(2s22p4)、S(3s23p4)、Se(4s24p4)、Ti(3d24s2)、Ni(3d84s2)
(5)Br
(6)4s24p3 4 8 18
(7)4 2
【解析】 (2)泡利原理是指每个原子轨道最多容纳两个电子,且自旋相反,2p能级有3个轨道,最多容纳6个电子。(3)氧原子核外有8个电子,其基态原子核外电子排布式为1s22s22p4,4个电子在3个轨道中排布,故未成对的电子个数是2。3p轨道上只有2个未成对电子的价层电子排布式为3s23p2或3s23p4,核外电子数为14或16,元素符号为Si或S。M层上有2个电子对的基态原子的电子排布式为1s22s22p63s23p4,最外层有6个电子,每个电子的运动状态都不相同。(4)价层电子排布中含有p2、p4、3d2、3d8结构的原子有2个未成对电子。符合条件的元素的价层电子排布式为2s22p2、3s23p2、4s24p2、2s22p4、3s23p4、4s24p4、3d24s2、3d84s2,分别为C、Si、Ge、O、S、Se、Ti、Ni。(5)根据价层电子排布式可知,该元素位于元素周期表中第四周期第ⅦA族,为Br。(6)33号元素基态原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p3,价层电子排布式为4s24p3,得出该元素原子核外有4个电子层、8个能级,共1+1+3+1+3+5+1+3=18(个)原子轨道。(7)基态铁原子电子排布式为[Ar]3d64s2,故有4个未成对电子,基态碳原子轨道表示式为,所以核外有2对自旋相反的电子。
12.(9分)A、B、C、D、E代表5种元素。请回答下列问题。
(1)(1分)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)(2分)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)(3分)D元素的基态正三价离子的3d轨道为半充满,D的元素符号为 ,其基态原子的电子排布式为 。
(4)(3分)E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,E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)
(4)Cu 1s22s22p63s23p63d104s1(或[Ar]3d104s1)
13.(11分)下表列出了某些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 正化合价 +3 +4 +5 +6 +7
(1)(4分)写出下列元素基态原子的简化电子排布式。
Sc: Ti:
V: Mn:
(2)(3分)已知基态铬原子的电子排布式是1s22s22p63s23p63d54s1,不符合构造原理。人们常常会碰到客观事实与理论不相吻合的问题,当你遇到这样的问题时,你的态度是 。
(3)(4分)对比上述五种元素基态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 ;出现这一现象的原因是
。
【答案】 (1)[Ar]3d14s2 [Ar]3d24s2
[Ar]3d34s2 [Ar]3d54s2
(2)尊重客观事实,注重理论适用范围,掌握特例(合理即可)
(3)五种元素的最高正化合价数值都等于各元素基态原子的最外层s能级和次外层d能级电子数目之和 能级交错使得次外层d能级上的电子也参与化学反应
14.(15分)已知A、B、C、D、E、F、G都是元素周期表中短周期主族元素,它们的原子序数依次增大。A是周期表中原子半径最小的元素,D3B中阴、阳离子具有相同的电子层结构,B、C均可与A形成10电子分子,B、C位于同一周期,两者可以形成许多种共价化合物,C、F位于同一主族,B元素基态原子最外层的p能级处于半充满状态,C元素基态原子的最外层电子数是内层电子数的3倍,E元素基态原子的最外层电子数比最内层多1。请回答下列问题。
(1)(1分)E元素基态原子的电子排布式为 。
(2)(1分)F元素基态原子的价层电子轨道表示式为 。
(3)(1分)F、G元素对应的最高价含氧酸中酸性较强的分子式为 。
(4)(1分)A、C形成的两种常见分子中,其中一种为绿色氧化剂,电子式为 。
(5)(6分)基态G原子中,电子占据的最高能层符号是 ,该能层有 个能级,电子数是 。该原子有 种运动状态不同的电子,最高能级符号是 ,未成对电子数为 。
(6)(5分)与E同族且原子有4个能层的元素的符号为 ,其基态原子的简化电子排布式为 ,与该元素同周期且核电荷数比该元素小7的元素在周期表中的位置是 ,其基态原子的价层电子排布式为 , (填“满足”或“不满足”)构造原理。
【答案】 (1)1s22s22p63s23p1
(2)
(3)HClO4
(4)HH
(5)M 3 7 17 3p 1
(6)Ga [Ar]3d104s24p1 第四周期第ⅥB族 3d54s1 不满足
【解析】 A、B、C、D、E、F、G都是元素周期表中短周期主族元素,它们的原子序数依次增大,A是周期表中原子半径最小的元素,则A是H,D3B中阴、阳离子具有相同的电子层结构,B元素基态原子最外层的p能级处于半充满状态,为第ⅤA族元素,B为-3价、D为+1价且D是金属元素,D的原子序数大于B、C,则D为Na、B为N,B、C均可与A形成10电子分子,B、C位于同一周期,两者可以形成许多种共价化合物,C元素基态原子的最外层电子数是内层电子数的3倍,则C是O,C、F位于同一主族,则F是S,E元素基态原子的最外层电子数比最内层多1,则最外层电子数为3,E是Al,G的原子序数大于F,且为短周期主族元素,则G是Cl。(1)E是Al,其原子核外有13个电子,根据构造原理知其基态原子的电子排布式为1s22s22p63s23p1。(2)F为S,其基态原子的价层电子轨道表示式为。(3)元素的非金属性越强,其最高价氧化物对应的水化物的酸性越强,Cl的非金属性大于S的,则F、G元素对应的最高价含氧酸中酸性较强的分子式为HClO4。(4)A、C形成的一种绿色氧化剂是过氧化氢,其电子式为HH。(5)基态氯原子的电子排布式为1s22s22p63s23p5,电子占据的最高能层为第三能层,能层符号为M;该能层中有3s、3p、3d共3个能级;基态氯原子的第三能层中电子数为2+5=7。基态氯原子核外电子数为17,因此共有17种运动状态不同的电子;最高能级符号为3p;其价层电子轨道表示式为,核外未成对电子数为1。(6)Al位于第ⅢA族,第四周期第ⅢA族元素为Ga,其基态原子的简化电子排布式为[Ar]3d104s24p1;第ⅢA族位于周期表中第13列,因此同周期且核电荷数比Ga小7的元素在周期表中的位置为第四周期第6列,即第四周期第ⅥB族;该元素基态原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s1,价层电子排布式为3d54s1,满足洪特规则特例,不满足构造原理。
21世纪教育网(www.21cnjy.com)拓展提升1 核外电子排布的规范书写与应用
[学习目标] 进一步巩固对原子核外电子的运动状态的描述与判断,规范核外电子排布的书写。
一、原子核外电子的运动状态的描述与判断
1.原子核外电子排布的规范书写
(1)排布原则。
①能量最低原理:在构建基态原子时,电子将尽可能地占据能量最低的原子轨道,使整个原子的能量最低。
②泡利原理:在一个原子轨道里,最多只能容纳2个电子,它们的自旋相反。如2s轨道上的电子排布为,不能表示为。
③洪特规则:基态原子中,填入简并轨道的电子总是先单独分占,且自旋平行。如2p3的电子排布为,不能表示为或。
特例:当能量相同的原子轨道在全充满(p6、d10、f14)、半充满(p3、d5、f7)和全空(p0、d0、f0)状态时,体系的能量最低。
2.多电子原子中电子运动状态的描述分析
(1)在能量相同的原子轨道中电子总是分占轨道且自旋状态一致的原因是如果不分占轨道,就要2个电子自旋状态相反进入同一轨道。两个电子在同一轨道内静电排斥导致原子体系不稳定,能量升高。所以分占轨道且自旋状态一致时原子整体能量较低,符合能量最低原理。
(2)基态铬原子和基态铜原子的核外电子排布式分别为1s22s22p63s23p63d54s1(Cr)、
1s22s22p63s23p63d104s1(Cu),而非1s22s22p63s23p63d44s2(Cr)、1s22s22p63s23p63d94s2(Cu),原因是能量相同的原子轨道在全充满、半充满和全空状态时,体系能量较低。
3.基态原子中未成对电子(单电子)的含义
一个原子轨道中只有1个电子时,该电子即为未成对电子。一个原子轨道中有2个自旋相反的电子时,这2个电子称为电子对。
[深度思考]
写出符合下列条件的1~36号元素的元素符号:
(1)有1个未成对电子: 。
(2)有2个未成对电子: 。
(3)有3个未成对电子: 。
(4)有4个未成对电子: 。
(5)有5个未成对电子: 。
(6)有6个未成对电子: 。
【答案】 (1)H、Li、Na、K、B、Al、Ga、F、Cl、Br、Sc、Cu (2)C、Si、Ge、O、S、Se、Ti、Ni (3)N、P、As、V、Co (4)Fe (5)Mn (6)Cr
[跟踪训练]
1.下列说法正确的是( )
[A]第四周期中,有1个未成对电子的元素有3种
[B]2p和3p轨道形状均为哑铃形
[C]电子在3px与3py轨道上的运动状态相同
[D]硼原子由1s22s22→1s22s22时,由基态转化为激发态,形成发射光谱
【答案】 B
【解析】 第四周期中,有1个未成对电子的元素有5种,分别为K(4s1)、Sc(3d14s2)、Cu(3d104s1)、Ga(4s24p1)、Br(4s24p5),A错误;2p和3p轨道形状均为哑铃形,B正确;3px与3py为同一能级上的轨道,其能量相同,但在同一原子里没有运动状态完全相同的电子存在,则电子在3px与3py轨道上的运动状态不相同,C错误;硼原子由1s22s22→1s22s22时,均为基态,没有能量变化,D错误。
2.判断电子的运动状态。
(1)基态氟原子核外电子的运动状态有 种。
(2)基态钛原子的价层电子排布式为 ,其原子核外电子的空间运动状态有 种,共有 种运动状态不同的电子。
(3)基态硅原子价层电子的运动状态有 种,若其电子排布式表示为[Ne]3s23,则违背了 。
(4)基态铜原子核外电子的空间运动状态有 种。
【答案】 (1)9 (2)3d24s2 12 22 (3)4 洪特规则 (4)15
【解析】 (1)基态氟原子共有9个核外电子,则每个电子都有对应的轨道和自旋状态,所以核外电子的运动状态有9种。(2)基态钛原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d24s2,价层电子排布式为3d24s2;s轨道有一种空间运动状态,p轨道有三种空间运动状态,d轨道有五种空间运动状态,3d轨道只有两个电子,有两种空间运动状态,因此基态钛原子的核外电子的空间运动状态有12种;核外有22个电子,就有22种运动状态。(3)基态硅原子的价层电子排布式为3s23p2,有4种不同的运动状态,电子在占据轨道时,优先分占简并轨道且自旋平行,此为洪特规则。(4)基态铜原子核外电子排布式为[Ar]3d104s1,基态铜原子核外有几个轨道,其核外电子就有几种空间运动状态,则基态铜原子核外电子的空间运动状态有1+1+3+1+3+5+1=15(种)。
3.判断粒子中未成对电子数目。
(1)基态Ti3+中未成对电子数有 个;与Ti同族相邻的元素Zr的基态原子价层电子排布式为 。与钛同周期元素的基态原子中,未成对电子数与钛相同的元素有 种。
(2)血红蛋白中的铁处于基态时,其最高能级中的单电子数为 。
(3)Cr与Ni的基态原子核外未成对电子数之比为 。
(4)第四周期中未成对电子数最多的基态原子的价层电子轨道表示式为 。
【答案】 (1)1 4d25s2 3 (2)4 (3)3∶1
(4)
【解析】 (1)Ti3+的价层电子排布式为3d1,含1个未成对电子;Zr位于第五周期,价层电子排布式与Ti类似,为4d25s2;Ti位于第四周期,Ti的基态原子价层电子排布式为3d24s2,未成对电子数是2,与钛同周期的所有元素的基态原子中,未成对电子数与钛相同的元素有Ni、Ge、Se 3种。(3)基态铬原子价层电子排布式为3d54s1,核外有6个未成对电子,基态镍原子核外有2个未成对电子,则Cr与Ni的基态原子核外未成对电子数之比为3∶1。
二、核外电子排布的规范书写
1.核外电子排布不同表示方法间的关系
原子结构示意图→电子排布式→轨道表示式,逐步细化核外电子的运动状态。
2.核外电子排布表示方法的常见误区
(1)当出现d轨道时,虽然电子按ns、(n-1)d、np的顺序填充,但在书写电子排布式时,仍把(n-1)d放在ns前,如Fe的电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2。而失电子时,却先失4s轨道上的电子,如Fe3+的电子排布式为1s22s22p63s23p63d5。
(2)注意比较原子核外电子排布式、简化电子排布式、价层电子排布式的区别与联系。如Cu的电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s1;简化电子排布式为[Ar]3d104s1;价层电子排布式为3d104s1。
[跟踪训练]
1.下列关于钠元素的粒子的几种化学用语的表述错误的是( )
[A]Na+的电子轨道排布图:
[B]Na+的结构示意图:
[C]基态钠原子的电子排布式:1s22s22p53s2
[D]基态钠原子的简化电子排布式:[Ne]3s1
【答案】 C
【解析】 基态钠原子的电子排布式应为1s22s22p63s1,C错误。
2.下列粒子的核外电子的表示方法中正确的是( )
[A]碳原子轨道表示式为
[B]磷原子价层电子轨道表示式为
[C]铬原子的价层电子排布式为3d44s2
[D]Fe2+价层电子排布式为3d44s2
【答案】 A
【解析】 碳元素是6号元素,6个电子分别排在1s、2s、2p能级上,碳原子轨道表示式为,故A正确;磷原子3p能级上三个电子自旋平行,其价层电子轨道表示式为,故B错误;铬原子的价层电子排布式为3d54s1,故C错误;铁原子失去4s能级上两个电子形成Fe2+,Fe2+的价层电子排布式为3d6,故D错误。
3.下列原子的价层电子排布式(或价层电子轨道表示式)中,①、②两种状态的能量符合E(①)>E(②)的是( )
[A]氮原子:①、②
[B]钠原子:①3s1、②3p1
[C]铬原子:①3d54s1、②3d44s2
[D]碳原子:①、②
【答案】 A
【解析】 基态氮原子核外电子总数为7,2p轨道上3个电子各占据1个轨道,此时最稳定,能量最低,价层电子轨道表示式为,若呈现结构,则能量增大,属于不稳定状态,故A符合题意;钠原子最外层电子由3s轨道跃迁至3p轨道,能量增大,故B不符合题意;铬元素为24号元素,原子核外有24个电子,基态铬原子价层电子排布式为3d54s1,此时处于半充满稳定状态,能量最低,若价层电子排布式为3d44s2,能量增大,故C不符合题意;根据洪特规则,碳原子2p轨道上2个电子各占据1个轨道时能量最低,故状态的能量低于状态的能量,故D不符合题意。
课时作业
(分值:100分)
(选择题,每小题3分)
1.某元素的3p轨道上有两个未成对电子,因此其( )
[A]第三电子层上有4个电子
[B]最高正化合价为+2价
[C]最高正化合价为+4价
[D]第二电子层上没有未成对电子
【答案】 D
【解析】 3p轨道上有两个未成对电子,则该基态原子的电子排布式为1s22s22p63s23p2或1s22s22p63s23p4,即为硅元素或硫元素。
2.下列基态原子的价层电子排布式中,正确的是 ( )
[A]3d94s2 [B]3d44s2
[C]4s25p3 [D]3d74s2
【答案】 D
【解析】 根据电子填入轨道的顺序和核外电子的排布规律,A应为3d104s1;B应为3d54s1;C应为4s24p3。
3.前四周期元素中,基态原子中未成对电子数与其所在周期数相同的元素有( )
[A]3种 [B]4种 [C]5种 [D]6种
【答案】 C
【解析】 第一周期中,有一个未成对电子的是H(1s1);第二周期中,未成对电子是两个的有C(1s22s22p2)和O(1s22s22p4);第三周期中,未成对电子是三个的是P(1s22s22p63s23p3);第四周期中,未成对电子是四个的是Fe(1s22s22p63s23p63d64s2),共有5种。
4.氮的化合物种类繁多,应用广泛,下列不同状态的氮原子能量最低的是( )
[A] [B]
[C] [D]
【答案】 A
【解析】 遵循能量最低原则、洪特规则、泡利原理,故A符合题意;1s轨道未填充满,处于激发态,且2p轨道上电子的排布不符合洪特规则,故B不符合题意;2s轨道未填充满,处于激发态,故C不符合题意;1s和2s轨道均未填充满,处于激发态,故D不符合题意。
5.(2025·广东广州月考)下列有关核外电子排布的化学用语不正确的是( )
[A]24Cr的电子排布式:1s22s22p63s23p63d54s1
[B]K的简化电子排布式:[Ar]4s1
[C]氟原子的轨道表示式:
[D]硫原子的轨道表示式:
【答案】 D
【解析】 D项所给S的轨道表示式违反了洪特规则,正确的应是。
6.下列有关原子核外电子排布的说法正确的是 ( )
[A]电子排布式为[Ar]3d44s2的原子是基态原子
[B]1s22s1222违背了洪特规则,是激发态原子的电子排布式
[C]不符合泡利原理,是不存在的排布
[D]原子结构示意图为的原子,核外电子云有3种不同形状
【答案】 C
【解析】 电子排布为[Ar]3d44s2的原子不是基态铬原子,基态铬原子的电子排布为[Ar]3d54s1,A错误;该电子排布式没有违背洪特规则,是激发态原子的电子排布式,B错误;该原子的轨道表示式中2s能级的两个电子自旋平行,违反泡利原理,是不存在的排布,C正确;该原子为氟原子,其电子排布式为1s22s22p5,电子云有2种不同的形状,即球形和哑铃形,D错误。
7.若某基态原子的价层电子排布式为4d15s2,则下列说法正确的是( )
[A]该元素基态原子核外共有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层共有8个电子
【答案】 B
【解析】 该基态原子的核外电子排布式为[Kr]4d15s2,原子核外共有39个电子,故A错误;该元素原子核外有5个电子层,故B正确;该元素原子最外层共有2个电子,故C错误;M层为第3层,共有18个电子,故D错误。
8.(2025·江苏苏州月考)原子核外运动的电子有两种相反的自旋状态,若一种自旋状态用+表示,与之相反的用-表示,±即称为电子的自旋磁量子数。对于基态钛原子,其价层电子自旋磁量子数的代数和为( )
[A]-1 [B]+1
[C]0 [D]-1或+1
【答案】 D
【解析】 基态钛原子的价层电子排布式为3d24s2,3d轨道的2个电子自旋平行,4s轨道的2个电子自旋相反,则其价层电子自旋磁量子数的代数和为2×(+)=+1或2×(-)=-1,故D符合题意。
9.下列说法正确的是( )
[A]基态硅原子中电子占据的最高能层符号为3s23p2
[B]基态硅原子中电子占据的最高能层的轨道数为9
[C]基态硫原子中电子占据的最高能级的电子云轮廓图为球形
[D]基态铝原子有7种不同运动状态的核外电子
【答案】 B
【解析】 基态硅原子中电子占据的最高能层符号为M,A项错误;基态硅原子中电子占据的最高能层为M层,M层能级有3s、3p、3d,轨道数为1+3+5=9,B项正确;基态硫原子电子排布式为1s22s22p63s23p4,占据的最高能级为3p,其电子云轮廓图为哑铃形,C项错误;基态铝原子电子排布式为1s22s22p63s23p1,有13种不同运动状态的核外电子,D项错误。
10.(10分)按要求写出电子排布式、原子结构示意图或轨道表示式。
(1)(1分)基态镍原子的电子排布式: 。
(2)(1分)基态Cu+的电子排布式: 。
(3)(1分)基态磷原子的价层电子排布式: 。
(4)(1分)基态铁原子结构示意图: 。
(5)(3分)基态氯原子的轨道表示式: 。
(6)(3分)第四周期中最外层仅有1个电子的所有基态原子的电子排布式:
。
【答案】 (1)1s22s22p63s23p63d84s2(或[Ar]3d84s2)
(2)1s22s22p63s23p63d10(或[Ar]3d10) (3)3s23p3
(4)
(5)
(6)[Ar]4s1、[Ar]3d54s1、[Ar]3d104s1
【解析】 (2)基态铜原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s1,失去1个电子所得Cu+的电子排布式为1s22s22p63s23p63d10或[Ar]3d10。(5)基态氯原子的电子排布式为1s22s22p63s23p5,轨道表示式为。(6)第四周期中最外层只有
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,即符合条件的电子排布式为[Ar]4s1、[Ar]3d54s1、[Ar]3d104s1。
11.(28分)按要求回答下列问题。
(1)(8分)写出下列基态原子或基态离子的电子排布式。
①(4分)B:
V:
Ga:
Ge:
②(4分)N3-:
Ni2+:
Cr3+:
Mn2+:
(2)(1分)2p轨道上最多只能排布6个电子,其依据的原理是 。
(3)(4分)氧元素基态原子核外未成对电子有 个;写出3p轨道上只有2个未成对电子的元素符号: 。M层上有2个电子对的基态原子最外层共有 种不同运动状态的电子。
(4)(4分)写出1~36号元素原子中未成对电子数为2的元素符号及价层电子排布式:
。
(5)(1分)X元素基态原子的价层电子排布式是4s24p5,对应的元素符号是 。
(6)(6分)某元素的原子序数为33,该元素基态原子的价层电子排布式为 ,该元素原子核外有 个电子层, 个能级, 个原子轨道。
(7)(4分)基态铁原子有 个未成对电子,基态碳原子中,核外有 对自旋相反的电子。
【答案】 (1)①1s22s22p1(或[He]2s22p1)
1s22s22p63s23p63d34s2(或[Ar]3d34s2)
1s22s22p63s23p63d104s24p1(或[Ar]3d104s24p1)
1s22s22p63s23p63d104s24p2(或[Ar]3d104s24p2)
②1s22s22p6(或[He]2s22p6)
1s22s22p63s23p63d8(或[Ar]3d8)
1s22s22p63s23p63d3(或[Ar]3d3)
1s22s22p63s23p63d5(或[Ar]3d5)
(2)泡利原理
(3)2 Si、S 6
(4)C(2s22p2)、Si(3s23p2)、Ge(4s24p2)、
O(2s22p4)、S(3s23p4)、Se(4s24p4)、Ti(3d24s2)、Ni(3d84s2)
(5)Br
(6)4s24p3 4 8 18
(7)4 2
【解析】 (2)泡利原理是指每个原子轨道最多容纳两个电子,且自旋相反,2p能级有3个轨道,最多容纳6个电子。(3)氧原子核外有8个电子,其基态原子核外电子排布式为1s22s22p4,4个电子在3个轨道中排布,故未成对的电子个数是2。3p轨道上只有2个未成对电子的价层电子排布式为3s23p2或3s23p4,核外电子数为14或16,元素符号为Si或S。M层上有2个电子对的基态原子的电子排布式为1s22s22p63s23p4,最外层有6个电子,每个电子的运动状态都不相同。(4)价层电子排布中含有p2、p4、3d2、3d8结构的原子有2个未成对电子。符合条件的元素的价层电子排布式为2s22p2、3s23p2、4s24p2、2s22p4、3s23p4、4s24p4、3d24s2、3d84s2,分别为C、Si、Ge、O、S、Se、Ti、Ni。(5)根据价层电子排布式可知,该元素位于元素周期表中第四周期第ⅦA族,为Br。(6)33号元素基态原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p3,价层电子排布式为4s24p3,得出该元素原子核外有4个电子层、8个能级,共1+1+3+1+3+5+1+3=18(个)原子轨道。(7)基态铁原子电子排布式为[Ar]3d64s2,故有4个未成对电子,基态碳原子轨道表示式为,所以核外有2对自旋相反的电子。
12.(9分)A、B、C、D、E代表5种元素。请回答下列问题。
(1)(1分)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)(2分)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)(3分)D元素的基态正三价离子的3d轨道为半充满,D的元素符号为 ,其基态原子的电子排布式为 。
(4)(3分)E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,E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)
(4)Cu 1s22s22p63s23p63d104s1(或[Ar]3d104s1)
13.(11分)下表列出了某些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 正化合价 +3 +4 +5 +6 +7
(1)(4分)写出下列元素基态原子的简化电子排布式。
Sc: Ti:
V: Mn:
(2)(3分)已知基态铬原子的电子排布式是1s22s22p63s23p63d54s1,不符合构造原理。人们常常会碰到客观事实与理论不相吻合的问题,当你遇到这样的问题时,你的态度是 。
(3)(4分)对比上述五种元素基态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 ;出现这一现象的原因是
。
【答案】 (1)[Ar]3d14s2 [Ar]3d24s2
[Ar]3d34s2 [Ar]3d54s2
(2)尊重客观事实,注重理论适用范围,掌握特例(合理即可)
(3)五种元素的最高正化合价数值都等于各元素基态原子的最外层s能级和次外层d能级电子数目之和 能级交错使得次外层d能级上的电子也参与化学反应
14.(15分)已知A、B、C、D、E、F、G都是元素周期表中短周期主族元素,它们的原子序数依次增大。A是周期表中原子半径最小的元素,D3B中阴、阳离子具有相同的电子层结构,B、C均可与A形成10电子分子,B、C位于同一周期,两者可以形成许多种共价化合物,C、F位于同一主族,B元素基态原子最外层的p能级处于半充满状态,C元素基态原子的最外层电子数是内层电子数的3倍,E元素基态原子的最外层电子数比最内层多1。请回答下列问题。
(1)(1分)E元素基态原子的电子排布式为 。
(2)(1分)F元素基态原子的价层电子轨道表示式为 。
(3)(1分)F、G元素对应的最高价含氧酸中酸性较强的分子式为 。
(4)(1分)A、C形成的两种常见分子中,其中一种为绿色氧化剂,电子式为 。
(5)(6分)基态G原子中,电子占据的最高能层符号是 ,该能层有 个能级,电子数是 。该原子有 种运动状态不同的电子,最高能级符号是 ,未成对电子数为 。
(6)(5分)与E同族且原子有4个能层的元素的符号为 ,其基态原子的简化电子排布式为 ,与该元素同周期且核电荷数比该元素小7的元素在周期表中的位置是 ,其基态原子的价层电子排布式为 , (填“满足”或“不满足”)构造原理。
【答案】 (1)1s22s22p63s23p1
(2)
(3)HClO4
(4)HH
(5)M 3 7 17 3p 1
(6)Ga [Ar]3d104s24p1 第四周期第ⅥB族 3d54s1 不满足
【解析】 A、B、C、D、E、F、G都是元素周期表中短周期主族元素,它们的原子序数依次增大,A是周期表中原子半径最小的元素,则A是H,D3B中阴、阳离子具有相同的电子层结构,B元素基态原子最外层的p能级处于半充满状态,为第ⅤA族元素,B为-3价、D为+1价且D是金属元素,D的原子序数大于B、C,则D为Na、B为N,B、C均可与A形成10电子分子,B、C位于同一周期,两者可以形成许多种共价化合物,C元素基态原子的最外层电子数是内层电子数的3倍,则C是O,C、F位于同一主族,则F是S,E元素基态原子的最外层电子数比最内层多1,则最外层电子数为3,E是Al,G的原子序数大于F,且为短周期主族元素,则G是Cl。(1)E是Al,其原子核外有13个电子,根据构造原理知其基态原子的电子排布式为1s22s22p63s23p1。(2)F为S,其基态原子的价层电子轨道表示式为。(3)元素的非金属性越强,其最高价氧化物对应的水化物的酸性越强,Cl的非金属性大于S的,则F、G元素对应的最高价含氧酸中酸性较强的分子式为HClO4。(4)A、C形成的一种绿色氧化剂是过氧化氢,其电子式为HH。(5)基态氯原子的电子排布式为1s22s22p63s23p5,电子占据的最高能层为第三能层,能层符号为M;该能层中有3s、3p、3d共3个能级;基态氯原子的第三能层中电子数为2+5=7。基态氯原子核外电子数为17,因此共有17种运动状态不同的电子;最高能级符号为3p;其价层电子轨道表示式为,核外未成对电子数为1。(6)Al位于第ⅢA族,第四周期第ⅢA族元素为Ga,其基态原子的简化电子排布式为[Ar]3d104s24p1;第ⅢA族位于周期表中第13列,因此同周期且核电荷数比Ga小7的元素在周期表中的位置为第四周期第6列,即第四周期第ⅥB族;该元素基态原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s1,价层电子排布式为3d54s1,满足洪特规则特例,不满足构造原理。
21世纪教育网(www.21cnjy.com)
