2019-2020学年人教版选修3 1.1（第2课时）基态原子的核外电子排布原子轨道 学案

第2课时　基态原子的核外电子排布　原子轨道
1．知道原子的基态和激发态的含义。　2.初步知道原子核外电子的跃迁、吸收和发射光谱，了解其简单应用。　3.了解核外电子运动的状态、电子云和原子轨道的含义。　4.知道原子核外电子的排布遵循能量最低原理。了解泡利原理和洪特规则。
　基态与激发态、光谱
1．能量最低原理：原子的电子排布遵循构造原理能使整个原子的能量处于最低状态。
2．基态原子与激发态原子
3．光谱与光谱分析
(1)原子光谱：不同元素的原子发生跃迁时会吸收或释放不同的光，利用光谱仪摄取各种元素的电子的吸收光谱或发射光谱，总称原子光谱。
(2)光谱分析：在现代化学中，利用原子光谱上的特征谱线来鉴定元素的分析方法。
1．正误判断(正确的打“√”，错误的打“×”，并阐释错因或列举反例)。

语句描述
正误
阐释错因或列举反例
(1)日常生活中看到的灯光、焰火等可见光，都与原子核外电子发生跃迁释放能量有关
(2)由基态转化为激发态过程中释放能量
(3)电子仅在激发态跃迁到基态时才会产生原子光谱
(4)焰色反应属于化学变化
答案：(1)√
(2)×　由基态转化为激发态过程中吸收能量
(3)×　电子从能量较低的基态跃迁到能量较高的激发态时，也会产生原子光谱
(4)×　焰色反应是电子跃迁的结果，其属于物理变化
2．任何元素的原子从基态到激发态都要吸收能量，从激发态到基态都要放出能量。为什么具有焰色反应现象的元素大多为金属而不是所有元素都有焰色反应？
答案：元素的原子从激发态到基态要放出能量，发出的电磁波的频率各不相同，只有在可见光范围的才会有焰色反应现象。
题组一　基态和激发态
1．下列电子排布式是基态原子的电子排布式的是(　　)
A．1s12s1　　　　　　　　 B．1s22s12p1
C．1s22s22p63s2 D．1s12s12p63p1
解析：选C。根据构造原理，基态原子的核外电子的排布总是优先占据能量低的能级，填满后再逐一填充能量高的能级。低能量的能级没填满就填高能量的能级的原子处于激发态。A项，1s12s1为激发态；B项，1s22s12p1为
激发态；D项，1s12s12p63p1为激发态；只有C项处于基态。
2．当镁原子由1s22s22p63s2→1s22s22p63p2时，以下说法正确的是(　　)
A．镁原子由基态转化成激发态，这一过程中吸收能量
B．镁原子由激发态转化成基态，这一过程中释放能量
C．转化后镁原子的性质更稳定
D．转化后镁原子与硅原子电子层结构相同，化学性质相似
解析：选A。镁原子3s能级上的电子被激发到3p能级上，要吸收能量变为激发态原子，其性质比基态更不稳定，所以A项正确，B、C项错误；变成激发态后，Mg与Si电子层结构不同，化学性质也不相似，所以D项错误。
题组二　光谱现象与电子跃迁
3．对充有氖气的霓虹灯管通电，灯管发出红色光。产生这一现象的主要原因是(　　)
A．电子由激发态向基态跃迁时以光的形式释放能量
B．电子由基态向激发态跃迁时吸收除红光以外的光线
C．氖原子获得电子后转变成发出红光的物质
D．在电流的作用下，氖原子与构成灯管的物质发生反应
解析：选A。在电流作用下，基态氖原子的电子吸收能量跃迁到较高能级，变为激发态原子，这一过程要吸收能量，不会发出红色光；而电子从较高能量的激发态跃迁到较低能量的激发态或基态时，将释放能量，从而产生红光，故A项正确。
4．(2017·高考全国卷Ⅰ)元素K的焰色反应呈紫红色，其中紫色对应的辐射波长为________nm(填标号)。
A．404.4　　 B．553.5　　
C．589.2　　 D．670.8
E．766.5
解析：当对金属钾或其化合物进行灼烧时，焰色反应显紫红色，可见光的波长范围为400～760 nm，紫色光波长较短(钾原子中的电子吸收较多能量发生跃迁，但处于较高能量轨道的电子不稳定，跃迁到较低能量轨道时放出的能量较多，故放出的光的波长较短)。
答案：A
　电子云与原子轨道　核外电子排布规则
1．电子云
(1)电子运动的特点：电子的质量小，运动速度快且没有规则，无法确定核外电子在某个时刻处于原子核外空间何处，只能确定在原子核外各处出现的概率。
(2)电子云：是处于一定空间运动状态的电子在原子核外空间的概率密度分布的形象化描述。小黑点越密，表示概率密度越大。
(3)电子云的形状：s电子云呈球形，p电子云呈哑铃形。
2．原子轨道
(1)概念：量子力学把电子在原子核外的一个空间运动状态称为一个原子轨道。
(2)各能级所含原子轨道数目
能级符号
ns
np
nd
nf
轨道数目
1
3
5
7
3.核外电子的排布
(1)核外电子排布规则
①能量最低原理：原子的电子排布遵循构造原理，能使整个原子的能量处于最低状态。
②泡利原理：在一个原子轨道里，最多只能容纳2个电子，而且它们的自旋状态相反。
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。
(2)电子排布图：用方框表示原子轨道，用不同方向的箭头表示自旋状态不同的电子的式子。例如：
1．正误判断(正确的打“√”，错误的打“×”，并阐释错因或列举反例)。
语句描述
正误
阐释错因或列举反例
(1)同一原子中2p、3p、4p能级轨道数依次增多
(2)基态多电子原子中，可以存在两个运动状态完全相同的电子
(3)核外电子排布的表示方法中，电子排布图最能反应电子的排布情况
(4)2p只违背了洪特规则
答案：(1)×　不同能层中的p能级轨道数相同
(2)×　基态多电子原子中，电子的运动状态各不相同
(3)√
(4)×　2p违背了洪特规则和泡利原理
(5)×　违背了洪特规则
2．核外电子排布的表示方法主要有哪些？你能用这些方法表示硫原子的核外电子排布吗？
答案：主要有四种方法，即原子结构示意图、电子排布式、简化电子排布式、电子排布图。
表示硫原子核外电子排布的各种方法如下：
原子结构示意图
电子排布式
1s22s22p63s23p4
简化电子排布式
[Ne]3s23p4
电子排布图
题组一　电子云和原子轨道
1．下列说法中正确的是(　　)
A．1s电子云呈球形，表示电子绕原子核做圆周运动
B．基态氢原子的电子云是圆形的
C．ns能级的原子轨道图可表示为
D．3d3表示3d能级有3个原子轨道
解析：选C。电子云是用小黑点表示电子在原子核外空间出现的概率，小黑点不代表电子，小黑点的疏密表示电子出现概率的大小，A项错误；基态氢原子的电子云是球形的而不是圆形的，B项错误；3d3表示第三能层d能级有3个电子，d能级有5个原子轨道，D项错误。
2．(2019·东营胜利一中高二周测)下列有关原子轨道的叙述中正确的是(　　)
A．氢原子的2s轨道能量较3p轨道高
B．锂原子的2s与5s 轨道均为球形
C．p能级的原子轨道呈哑铃形，随着能层序数的增加，p能级原子轨道数也在增多
D．能层n＝4的原子轨道最多可容纳16个电子
解析：选B。2s轨道能量低于3p轨道，A项错误；p能级所含原子轨道数只有3个，与能级序数多少无关，C项错误；n＝4时，最多可容纳2×42＝32个电子，D项错误。
题组二　核外电子排布规则及表示方法
3．(2018·高考全国卷Ⅰ)下列Li原子电子排布图表示的状态中，能量最低和最高的分别为______、______(填标号)。
A.
B.
C.
D.
答案：D　C
4．下列原子或离子的电子排布表示方法中，正确的是________，违反能量最低原理的是________，违反洪特规则的是________，违反泡利原理的是________。
①Ca2＋：1s22s22p63s23p6
②F－：1s22s23p6
④Cr：1s22s22p63s23p63d44s2
⑤Fe：1s22s22p63s23p63d64s2
⑥Mg2＋：1s22s22p6
解析：根据核外电子排布规律知②中错误在于电子排完2s轨道后应排2p轨道，而不是3p轨道，应为1s22s22p6；③中没有遵循洪特规则——电子在同一能级的不同轨道上排布时，应尽可能分占不同的轨道并且自旋状态相同；④中忽略了3d轨道在半充满状态时，体系的能量较低，
原子较稳定，应为1s22s22p63s23p63d54s1；⑦违反泡利原理，应为。
答案：①⑤⑥　②④　③　⑦

书写电子排布图时的“五”注意
(1)一个方框表示一个原子轨道，一个箭头表示一个电子。
(2)不同能级中的□要相互分开，同一能级中的□要相互连接。
(3)整个电子排布图中各能级的排列顺序要与相应的电子排布式一致。
(4)当□中有2个电子时，它们的自旋状态必须相反。
(5)基态原子的电子排布遵循能量最低原理、泡利原理和洪特规则。　
学习小结
1.能量最低原理：原子的电子排布遵循构造原理能使整个原子的能量处于最低状态。处于最低能量的原子叫做基态原子。
2.泡利原理：在一个原子轨道里，最多只能容纳2个电子，而且它们的自旋状态相反。
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。
4.电子云是处于一定空间运动状态的电子在原子核外空间的概率密度分布的形象化描述。电子云中，小黑点越密，表示电子出现的概率密度越大。
5.电子在原子核外的一个空间运动状态称为一个原子轨道，s能级只有一个原子轨道，p能级有三个原子轨道：px、py、pz。