2019-2020学年人教版选修3 1.1（第1课时）能层与能级 构造原理 学案

第一节　原子结构
第1课时　能层与能级　构造原理
1．知道原子的诞生及人类认识原子结构的演变过程。　
2.熟知核外电子与能层的关系，核外电子的能级分布。
3．能根据构造原理写出1～36号元素的核外电子排布。
　原子的诞生　能层与能级
1．原子的诞生
2．宇宙中元素的组成及含量
3．能层与能级
(1)能层：根据多电子原子的核外电子的能量差异，将核外电子分成不同的能层，能层用n表示，n值越大，能量越高。
(2)能级
①根据多电子原子中同一能层电子的能量不同，将它们分成不同的能级。
②能级用相应能层的序数和字母s、p、d、f……组合在一起来表示，如n能层的能级按能量由低到高的顺序排列为ns、np、nd、nf……
填写下表：
由上表可推知：
a．能层序数等于该能层所包含的能级数，如第三能层有3s、3p、3d 3个能级。
b．s、p、d、f各能级可容纳的最多电子数分别为1、3、5、7的2倍。
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)能级就是电子层
(2)每个能层最多可容纳的电子数是2n2
(3)同一能层中不同能级的能量高低相同
(4)不同能层中的s能级的能量高低相同
答案：(1)×　能层是电子层，同一能层的电子根据能量的不同把它们分成不同的能级
(2)√
(3)×　同一能层中不同能级的能量高低顺序是E(ns)＜E(np)＜E(nd)＜E(nf)……
(4)×　不同能层中同一种能级，能层序数越大能量越高
2．能层序数与该能层所含能级的种类数有什么关系？不同能层的同一种能级，最多容纳的电子数相同吗？
答案：能层序数等于该能层所包含的能级数。不同能层的同一种能级，最多容纳的电子数相同。
题组一　原子的诞生及原子结构理论的发展
1．(2019·瓦房店高级中学高二期中)下列说法中不符合现代大爆炸宇宙学理论的是(　　)
A．我们所在的宇宙诞生于一次大爆炸
B．恒星正在不断地合成自然界中没有的新元素
C．氢、氦等轻核元素是宇宙中天然元素之母
D．宇宙的所有原子中，最多的是氢元素的原子
解析：选B。根据现代大爆炸宇宙学理论，我们的宇宙诞生于一次大爆炸，A项正确；恒星在不断合成的元素是我们已知的元素，而不是新元素，B项错误；氢、氦等发生原子核的融合反应合成了其他元素，因此氢、氦等轻核元素是宇宙中天然元素之母，C项正确；宇宙的所有原子中，氢元素约占88.6%，D项正确。
2．科学家对原子结构的认识顺序正确的是(　　)
①道尔顿原子模型　②汤姆生原子模型　③卢瑟福原子模型　④电子云模型
A．①③②④　　　　　　　 B．④①②③
C．①②③④ D．④②③①
答案：C
题组二　能层与能级
3．(2019·贵州思南中学高二月考)下列说法正确的是(　　)
A．同一原子中，1s、2s、3s电子的能量逐渐减小
B．同一原子中，2p、3p、4p能级最多容纳的电子数依次增多
C．能量高的电子在离核近的区域运动，能量低的电子在离核远的区域运动
D．各能层含有的能级数为n(n为能层序数)
解析：选D。同一原子中，1s、2s、3s电子的能量逐渐增大，A项错误；2p、3p、4p能级最多容纳的电子数均为6，B项错误；能量高的电子在离核远的区域运动，能量低的电子在离核近的区域运动，C项错误。
4．下列说法正确的是(　　)
A．第三能层有s、p共2个能级
B．3d能级最多容纳5个电子
C．第三能层最多容纳8个电子
D．无论是哪一能层的s能级，最多容纳的电子数均为2
解析：选D。每一能层包含的能级数等于该能层序数，第三能层有s、p、d共3个能级，故A错误。s、d能级最多容纳的电子数分别为2、10，故B错误，D正确。每一能层最多容纳的电子数为2n2，第三能层最多容纳18个电子，故C错误。
　构造原理与电子排布式
1．构造原理
随着原子核电荷数的递增，绝大多数元素的原子核外电子的排布将遵循如图所示的排布顺序。人们把它称为构造原理。
即电子所排的能级顺序：1s、2s、2p、3s、3p、4s、3d、4p、5s、4d、5p、6s、4f、5d、6p、7s……
2.电子排布式
(1)将能级上排布的电子数标在该能级符号右上角，并按照能层从左到右依次升高的顺序排列的式子，称作电子排布式。如H原子的电子排布式如下：
(2)实例
如Mg、Sc的电子排布式：
Mg：1s22s22p63s2，或简化写成[Ne]3s2；
Sc：1s22s22p63s23p63d14s2，或简化写成[Ar]3d14s2。
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)电子按照构造原理排布，整个原子的能量处于最低状态，原子相对较稳定
(2)电子总是先填满低能层再填高能层
(3)高能层的所有能级能量都比低能层能级的能量高
(4)Ca的核外电子排布式为1s22s22p63s23p64s2，可简化为[Ar]4s2
(5)电子填入能级的顺序遵循构造原理，而电子排布式的书写则按能层、能级递增的顺序
答案：(1)√
(2)×　不一定，如电子先填4s后填3d
(3)×　不一定，如4s能级的能量比3d能级的能量低
(4)√
(5)√
2．多电子原子核外电子排布是否完全遵循能层顺序？
答案：不是。由构造原理可知，从第三能层开始各能级不完全遵循能层顺序，产生了能级交错排列现象，即产生“能级交错”现象。
3．能级的能量高低主要是由哪些因素决定的？
答案：各能级的能量由能层序数和能级类型共同决定，各能级的能量高低顺序可由下列公式得出：ns＜(n－2)f<(n－1)d 题组一　构造原理
1．下列有关构造原理的说法错误的是(　　)
A．原子核外电子填充3p、3d、4s能级的顺序为3p→4s→3d
B．某基态原子部分核外电子的排布为3s24s2
C．不是所有基态原子的核外电子排布均符合构造原理
D．构造原理中的电子填入能级的顺序，实质是各能级能量由低到高的顺序
解析：选B。根据构造原理示意图判断，A项正确。根据构造原理可知，3s与4s能级之间还有3p能级，故B项错误。绝大多数基态原子的核外电子排布都遵循构造原理，但也有少数例外，如Cu和Ag，故C项正确。构造原理中电子填入能级的顺序即各能级能量由低到高的顺序，故D项正确。
2．若以E表示某能级的能量，以下各式中正确的是(　　)
A．E(5s)＞E(4f)＞E(4s)＞E(3d)
B．E(3d)＞E(4s)＞E(3p)＞E(3s)
C．E(4s)＜E(3s)＜E(2s)＜E(1s)
D．E(5s)＞E(4s)＞E(4f)＞E(3d)
解析：选B。根据构造原理，各能级能量的大小顺序：1s＜2s＜2p＜3s＜3p＜4s＜3d＜4p＜5s……A项和D项正确顺序为E(4f)＞E(5s)＞E(3d)＞E(4s)；对于不同能层的相同能级，能层序数越大，能量越高，故C项正确顺序为E(4s)＞E(3s)＞E(2s)＞E(1s)。
题组二　电子排布式的判断与书写
3．下列原子的电子排布式正确的是(　　)
A．9F：1s22s22p6
B．15P：1s22s22p63s33p2
C．21Sc：1s22s22p63s23p64s23d1
D．35Br：1s22s22p63s23p63d104s24p5
解析：选D。氟原子2p能级应排5个电子；磷原子的3s能级应排2个电子，3p能级应排3个电子；写电子排布式时，应将同能层的能级移到一起。
4．(2019·潍坊高二检测)下列各原子或离子的电子排布式错误的是(　　)
A．K＋：1s22s22p63s23p6　　　　 B．F：[He]2s22p5
C．S2－：1s22s22p63s23p4 D．Ne：1s22s22p6
解析：选C。K原子的电子排布式为1s22s22p63s23p64s1，K原子失去4s上的一个电子形成K＋，A正确；F原子有9个电子，电子排布式为1s22s22p5，简化为[He]2s22p5，B正确；S原子的电子排布式为1s22s22p63s23p4，得到的2个电子进入3p中，所以S2－的电子排布式为1s22s22p63s23p6，C错误；Ne的电子数为10，电子排布式为1s22s22p6，D正确。
5．39号元素钇的原子核外电子排布式是(　　)
A．1s22s22p63s23p63d104s24p64d15s2
B．1s22s22p63s23p63d104s24p65s24d1
C．1s22s22p63s23p63d104s24p64f15s2
D．1s22s22p63s23p63d104s24p65s25d1
答案：A

电子排布式的书写方法
1.原子的电子排布式
(1)简单原子：按照构造原理将电子依次填充到能量逐渐升高的能级中。如14Si：1s22s22p63s23p2。
(2)复杂原子：先按构造原理从低到高排列，然后将同能层的能级移到一起。如26Fe：先排列为,1s22s22p63s23p64s23d6，然后将同一能层的能级排到一起，即该原子的电子排布式为,1s22s22p63s23p63d64s2。
(3)特殊原子：当p、d、f能级处于全空、全充满或半充满状态时，能量相对较低，原子结构较稳定。如24Cr：
2．离子的电子排布式
(1)判断该原子变成离子时会得到或失去多少个电子。
(2)原子失去电子时，总是从能量高的能级失去电子，即失去电子的顺序是由外向里。一般来说，主族元素只失去它们的最外层电子，而副族和第Ⅷ族元素可能还会进一步向里失去内层电子。
(3)原子得到电子而形成阴离子，则得到的电子填充在最外一个能层的某一个能级上。
3．简化电子排布式
如K：1s22s22p63s23p64s1，其简化电子排布式可表示为[Ar]4s1，其中[Ar]代表Ar的核外电子排布式，即1s22s22p63s23p6。
学习小结
1.一至七能层的符号分别为K、L、M、N、O、P、Q，各能层容纳的最多电子数为2n2。
2.s、p、d、f能级中最多容纳的电子数分别为2、6、10、14。
3.能级数等于能层序数，英文字母相同的不同能级中所能容纳的最多电子数相同。
4.构造原理：电子进入能级的排布顺序为1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 5s 4d 5p 6s 4f 5d 6p 7s 5f 6d 7p……