第一章原子结构与性质
第一节 原子结构
第一课时 能层与能级 原子光谱 构造原理与电子排布式
课后篇素养形成
夯实基础轻松达标
1.下列图像表述的现象与电子的跃迁无关的是( )
答案A
解析电子在基态和激发态之间的跃迁会引起能量的变化,并以光的形式体现,故B、C、D所表述的现象均与电子的跃迁有关。而平面镜成像只是光的反射,与电子的跃迁无关,故选A。
2.在M能层中,最多能容纳的电子数为( )
A.2
B.8
C.18
D.32
答案C
解析原子核外电子的每一能层最多可容纳的电子数为2n2(n为能层序数)。M能层的序数为3,故最多能容纳18个电子。
3.下列能级中,可容纳电子数最多的是( )
A.6s
B.4p
C.3d
D.4f
答案D
解析各能级最多容纳的电子数分别是:ns能级为2个,np能级为6个,nd能级为10个,nf能级为14个。
4.某基态原子第四能层中有2个电子,该原子M能层中的电子数为( )
A.8
B.18
C.8~18
D.18~32
答案C
解析M能层为第三能层,当M能层为原子的次外层时,对应能级分别为3s、3p、3d,根据构造原理,既然4s能级已填充电子,则3s、3p能级肯定填满,3d可能填满,也可能未填充电子,故该能层电子数为8~18。
5.构造原理揭示的能级顺序,实质上是各能级能量高低顺序。以下各式表示的能量关系正确的是( )
A.E(3s)>E(2s)>E(1s)
B.E(3s)>E(3p)>E(3d)
C.E(4f)>E(4s)>E(3d)
D.E(5s)>E(4s)>E(4f)
答案A
解析根据构造原理,各能级能量的大小顺序为1s<2s<2p<3s<3p<4s<3d<4p<5s<4d<5p<6s<4f……故A项正确。
6.电子由3d能级跃迁至4p能级时,可通过光谱仪直接摄取到( )
A.电子的运动轨迹图像
B.原子的吸收光谱
C.电子体积大小的图像
D.原子的发射光谱
答案B
解析由于4p能级的能量要高于3d能级的能量,电子由3d能级跃迁至4p能级时需要吸收能量,故得到的是原子的吸收光谱。
7.某原子的3d能级中有一个电子,其第四能层中的电子数为( )
A.0
B.2
C.3
D.8
答案B
解析因为3d能级能量大于4s能级,所以电子先排满4s,再排3d,电子排布式应为1s22s22p63s23p63d14s2。
8.某原子的电子排布式为1s22s22p63s23p1,该元素最可能的化合价为( )
A.+1
B.+3
C.+5
D.-5
答案B
解析根据该元素原子的电子排布式可知,该原子的最外能层上有3个电子,故该元素的原子容易失去3个电子表现+3价。
9.已知X、Y两种元素的原子序数之和等于41。X元素原子的4p能级上有3个电子,Y元素原子的最外层2p能级上有4个电子。请回答下列问题。
(1)X元素基态原子的电子排布式为 ,该元素的符号是 。?
(2)Y元素原子的价层电子排布式为 ,该元素的名称是 。?
答案(1)1s22s22p63s23p63d104s24p3 As
(2)2s22p4 氧
解析(1)由X原子4p能级上有3个电子,可知其电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p3,并推出其元素符号为As。
(2)根据Y元素的原子最外层2p能级上有4个电子,又因为X、Y的原子序数之和为41,故Y的原子序数为41-33=8,为氧元素,其价层电子排布式为2s22p4。
提升能力跨越等级
1.有关原子光谱的下列说法不正确的是( )
A.原子中的电子在跃迁时能量的表现形式之一是光能,这也是原子光谱产生的原因
B.原子光谱只有发射光谱
C.通过原子光谱可以发现新的元素
D.通过光谱分析可以鉴定某些元素
答案B
解析电子在基态和激发态之间的跃迁会引起能量的变化,并以光的形式体现,用光谱仪摄取得到光谱。电子从基态向激发态的跃迁会吸收能量,形成吸收光谱;电子从激发态向基态的跃迁会放出能量,形成发射光谱,B错误。
2.(双选)下列化学用语的应用错误的是( )
A.Na+的电子式:]+
B.Na+的结构示意图:
C.Na的电子排布式:1s22s22p63s1
D.Na的简化电子排布式:[Na]3s1
答案AD
解析金属阳离子的电子式就是其离子符号,故Na+的电子式应为Na+,A项错误;简化电子排布式中的“[ ]”应为该元素上一周期的稀有气体元素,Na的简化电子排布式应为[Ne]3s1,D项错误。
3.某种原子的电子排布式为1s22s22p63s23p1,有关该原子的下列说法中正确的是( )
A.该原子核内有13个中子
B.该原子的简化电子排布式为[He]3s23p1
C.该原子最外层有1个电子
D.该原子第二能层上有8个电子
答案D
解析由电子排布式可以看出该原子核外共有13个电子,故只能确定核内质子数为13,无法确定中子数,A错误;该原子的简化电子排布式为[Ne]3s23p1,B错误;该原子的最外层电子排布式为3s23p1,故最外层有3个电子,C错误。
4.某元素基态原子的M能层p能级上有4个电子,有关该原子的叙述错误的是( )
A.该原子的N能层不含电子
B.该原子容易得到2个电子达到稳定结构
C.该原子的L能层中一定有8个电子
D.该原子的最外能层上有4个电子
答案D
解析根据基态原子M能层p能级上有4个电子,可知其电子排布式为1s22s22p63s23p4,故该原子的L能层有8个电子,N能层不含电子;该原子的最外能层上有6个电子,容易得到2个电子达到稳定结构,故D项错误。
5.钒具有众多优异的物理性能和化学性能,因而钒的用途十分广泛,有金属“维生素”之称。钒元素的原子序数为23,则基态钒原子价电子排布式是( )
A.3s23p6
B.3d34s2
C.3d64s2
D.4s2
答案B
解析钒元素的原子序数为23,基态钒原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d34s2,钒元素为副族元素,则其价电子排布式为3d34s2。
6.X、Y两元素可形成X2Y3型化合物,则X、Y原子最外层电子排布式可能是( )
①X:3s23p1 Y:3s23p5 ②X:2s22p3 Y:2s22p4
③X:3s23p1 Y:3s23p4 ④X:3s2 Y:2s22p3
A.②③
B.①②
C.①④
D.③④
答案A
解析①X为Al元素,Y为Cl元素,形成的化合物为AlCl3,错误;②X为N元素,Y为O元素,可形成N2O3,正确;③X为Al元素,Y为S元素,可形成Al2S3,正确;④X为Mg元素,Y为N元素,可形成Mg3N2,错误。
7.根据已学过的知识,填写下表:
核电荷数
元素
名称
元素
符号
电子排布式
具有的
能级数
2
铍
C
1s22s22p5
Al
16
1s22s22p63s23p64s2
答案
核电
荷数
元素
名称
元素
符号
电子排布式
具有的能级数
氦
He
1s2
1
4
Be
1s22s2
2
6
碳
1s22s22p2
3
9
氟
F
3
13
铝
1s22s22p63s23p1
5
硫
S
1s22s22p63s23p4
5
20
钙
Ca
6
解析根据电子排布式可判断元素原子总的电子数,进而确定元素名称、元素符号等;根据核电荷数=原子序数,可确定元素名称、元素符号,结合构造原理可写出电子排布式;根据电子排布式可确定该原子具有的能级数。
8.有几种元素的粒子核外电子排布式均为1s22s22p63s23p6,其中:
(1)某电中性微粒一般不和其他元素的原子反应,这种微粒的符号是 ;?
(2)某微粒的盐溶液,能使溴水褪色,并出现浑浊,这种微粒的符号是 ;?
(3)某微粒氧化性很弱,但得到电子后还原性很强,且这种原子最外层只有一个电子,这种微粒的符号是 ;?
(4)某微粒还原性虽弱,但失去电子后氧化性较强,且这种元素的原子得到一个电子即达稳定结构,这种微粒的符号是 。?
答案(1)Ar (2)S2- (3)K+ (4)Cl-
解析符合上述核外电子排布式的电中性微粒,很难发生化学反应的应为稀有气体Ar;使溴水褪色并出现浑浊,应为还原性较强的S2-,与溴水发生如下反应S2-+Br2S↓+2Br-;氧化性很弱,得电子后还原性很强,应为K+;原子得到一个电子形成的具有该稳定结构的微粒应为Cl-。
贴近生活拓展创新
有A、B、C、D四种短周期主族元素,它们的原子序数依次增大。其中A元素原子核外电子仅有一种能级,也是宇宙中最丰富的元素;B元素原子核外p能级上的电子数比s能级上的电子数少1;C为金属元素且原子核外p能级上的电子数和s能级上的电子数相等;D元素的原子核外所有p能级为全充满或半充满状态。
(1)写出四种元素的元素符号:
A ,B ,C ,D 。?
(2)写出C、D两种元素基态原子的电子排布式。
C
,?
D
。?
(3)写出B、C两种元素的单质在一定条件下反应的化学方程式:
。?
(4)写出B元素对应的单质和氢化物的电子式:单质 ,氢化物 。?
答案(1)H N Mg P
(2)1s22s22p63s2 1s22s22p63s23p3
(3)N2+3MgMg3N2
(4N?? HH
解析本题属于元素推断题,题给元素的特征信息是解题的突破口。A是宇宙中最丰富的元素,则A为氢;B元素原子的核外电子排布式为1s22s22p3,B元素为氮;C元素原子的核外电子排布式为1s22s22p63s2,C元素为镁;D元素原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p3,D元素为磷。(共40张PPT)
第二课时 电子云与原子轨道 泡利原理、洪特规则、能量最低原理
素养
目标
1.通过原子核外电子运动的形象化表达,了解电子云和原子轨道的概念,形成宏观辨识与微观探析的核心素养。
2.通过对核外电子排布规律的探究,了解泡利原理、洪特规则、能量最低原理等,形成证据推理与模型认知的核心素养。
知识铺垫
必备知识
正误判断
1.核外电子是分层排布的,在离核较近的区域运动的电子能量较低,在离核较远的区域运动的电子能量较高。
2.原子核外电子排布有以下规律
(1)原子核外第n层最多容纳的电子数为2n2个。
(2)最外层中的电子数最多只有8个(K层最多只有2个)。
(3)次外层电子数不超过18个。
(4)倒数第三层电子数不超过32个。
知识铺垫
必备知识
正误判断
1.电子云与原子轨道
(1)电子云。
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。由于核外电子的概率密度分布看起来像一片云雾,因而被形象地称为电子云。s电子云为球形,p电子云是哑铃状。
知识铺垫
必备知识
正误判断
(2)原子轨道。
①原子轨道: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能级与原子轨道数目的关系。
【微思考1】电子云中的一个小黑点表示电子在该处出现过一次吗?
提示:不是。电子云图中独立的小黑点没有意义,小黑点的密度才有意义,小黑点的密度大小表示电子出现概率的大小。
能级符号
ns
np
nd
nf
轨道数目
1
3
5
7
知识铺垫
必备知识
正误判断
2.泡利原理、洪特规则、能量最低原理
(1)泡利原理。
在一个原子轨道里最多只能容纳2个电子,而且自旋相反,常用上下箭头(↑和↓)表示。
(2)洪特规则。
基态原子中,填入简并轨道(能量相同的原子轨道)的电子总是先
单独分占,且自旋平行,称为洪特规则。
知识铺垫
必备知识
正误判断
(3)电子排布的轨道表示式。
轨道表示式又称电子排布图,如氢原子、氧原子的轨道表示式分别
相同的原子轨道相连,箭头表示一种自旋状态的电子;“↑↓”称电子对,“↑”或“↓”表示单电子(或称未成对电子)。
(4)能量最低原理。
基态原子中,电子尽可能占据能量最低的原子轨道,使整个原子的能量最低,这就是能量最低原理。
【微思考2】对于多电子的基态原子,核外电子排布总是按照构造原理,由低能级依次排列才能保证原子的能量最低吗?
提示:不是。如Cr、Cu的核外电子排布。
知识铺垫
必备知识
正误判断
1.在原子中第n能层,电子占有的轨道数最多为n2。
( )
2.同一原子中的npx与npy轨道形状相同,半径相同且在空间相互垂直。( )
3.电子云图中小黑点密度的大小可表示电子的多少。( )
4.p轨道呈哑铃形,因此p轨道上的电子运动轨迹呈哑铃形。( )
答案:1.√ 2.√ 3.× 4.× 5.×
探究1
探究2
素养脉络
随堂检测
原子轨道图形描述与电子云
问题探究
(1)电子云图中的小黑点的含义是什么?小黑点的密度表示什么?
提示:小黑点是电子在原子核外出现的概率密度的形象表述。小黑点密度越大,表明电子在核外出现概率密度越大。
(2)电子在原子核外出现的概率有什么规律?
提示:离核越近,电子出现的概率越大,电子云越密集。
探究1
探究2
素养脉络
随堂检测
(3)不同能层的同种能级符号的原子轨道形状是否完全相同?
提示:不同能层的同种能级符号的原子轨道形状相似,但不完全相同。只是原子轨道的半径不同,能级序数n越大,电子的能量越大,原子轨道的半径越大。例如1s、2s、3s轨道均为球形,原子轨道半径:r(1s)探究1
探究2
素养脉络
随堂检测
深化拓展
1.对电子云图的说明
(1)电子云图表示电子在核外空间某处出现的概率,不代表电子的运动轨迹。
(2)电子云图中的小黑点是电子在原子核外出现的概率密度的形象描述,小黑点越密,表明电子在核外出现的概率密度越大。
(3)常把电子在原子核外空间出现的概率P=90%的空间圈起来,即为电子云轮廓图。
探究1
探究2
素养脉络
随堂检测
2.s能级和p能级的原子轨道的对比
能级
s
p
轨道图形
轨道形状
球形
哑铃形
轨道数目
1
3(空间相互垂直)
最多容纳电子数
2
6
相同点
①均以原子核为对称中心
②原子轨道的平均半径分别随能层数增大而增大,且同种能级符号的原子轨道形状相似
探究1
探究2
素养脉络
随堂检测
3.不同能层中的原子轨道
能层
能级
原子
轨道数
原子轨道名称
电子云轮廓图
形状
取向
K
1s
1
1s
球形
—
L
2s
1
2s
球形
—
2p
3
2px、2py、2pz
哑铃形
相互垂直
M
3s
1
3s
球形
—
3p
3
3px、3py、3pz
哑铃形
相互垂直
3d
5
……①
……
……
探究1
探究2
素养脉络
随堂检测
能层
能级
原子
轨道数
原子轨道名称
电子云轮廓图
形状
取向
N
4s
1
4s
球形
—
4p
3
4px、4py、4pz
哑铃形
相互垂直
4d
5
……
……
……
4f
7
……
……
……
……
……
……
……
……
……
注:①各能层的d轨道和f轨道各有其名称、形状和取向,此处不作赘述。
探究1
探究2
素养脉络
随堂检测
素能应用
典例1如图是2pz原子轨道电子云形状的示意图,请观察图示并判断下列说法中不正确的是( )
A.2pz轨道上的电子在空间出现的概率分布是z轴对称
B.s电子的电子云形状是球形对称的
C.电子先沿z轴正半轴运动,然后再沿负半轴运动
D.2pz原子轨道形状为哑铃形
答案:C
解析:电子云是表示电子在一定区域内出现概率大小的图形,它并不是电子运动的实际轨迹,故C错;s轨道是球形对称的,s电子的电子云是球形对称的,故B对;观察该图可知A对;该p轨道为哑铃形,D正确。
探究1
探究2
素养脉络
随堂检测
规律总结
处于基态的原子,离核越近,电子出现的概率越大,电子云越密集。
探究1
探究2
素养脉络
随堂检测
变式训练1观察氢原子1s电子的电子云示意图,判断下列说法正确的是( )
A.一个小点表示1个自由运动的电子
B.1s原子轨道的电子云形状为圆形
C.电子在1s原子轨道上运动就像地球围绕太阳旋转
D.1s原子轨道电子云小点的疏密表示电子在某一位置出现概率的大小
答案:D
解析:图中的小点不表示电子,只表示电子在此位置出现概率的大小。
探究1
探究2
素养脉络
随堂检测
核外电子排布规律及其表达方式
问题探究
原子核外电子排布的多种表达方式
探究1
探究2
素养脉络
随堂检测
下列原子或离子的电子排布式正确的是①⑤⑥,违反能量最低原理的是②④,违反洪特规则的是③⑦,违反泡利原理的是⑦。
①Ca2+:1s22s22p63s23p6
②F-:1s22s23p6
④Cr:1s22s22p63s23p63d44s2
⑤Fe:1s22s22p63s23p63d64s2
⑥Mg2+:1s22s22p6
探究1
探究2
素养脉络
随堂检测
深化拓展
1.基态原子核外电子排布的规则
(1)核外电子排布所遵循的规律。
①能量最低原理: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个电子且自旋相反。
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。
探究1
探究2
素养脉络
随堂检测
(2)构造原理中的“能级交错”现象。
从构造原理示意图可以看出,从第三能层就会出现能级交错现象,这是因为3d能级的能量高于4s能级。按能量最低原理,电子在进入核外电子层时,不是排完3p就排3d,而是先排4s,排完4s才排3d。由于能级交错,在次外层未达最大容量之前,已出现了最外层,而且最外层未达最大容量时,又进行次外层电子的填充,所以原子最外层和次外层电子数常常达不到最大容量。
(3)洪特规则特例。
有少数元素基态原子的电子排布对于排布原则有1个电子的偏差。因为能量相同的原子轨道在全充满(如p6和d10)、半充满(p3和d5)和全空(p0和d0)状态时,体系能量较低,原子较稳定。
如:Cr1s22s22p63s23p63d44s2(错误);实际为1s22s22p63s23p63d54s1
Cu1s22s22p63s23p63d94s2(错误);实际为1s22s22p63s23p63d104s1
探究1
探究2
素养脉络
随堂检测
2.原子核外电子排布的表示方法
结构
示意图
意义
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
意义
用数字在能级符号右上角标明该能级上排布的电子数
实例
K:1s22s22p63s23p64s1
简化
电子
排布式
意义
为了避免电子排布式书写过于繁琐,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
K:[Ar]4s1
探究1
探究2
素养脉络
随堂检测
价电子
排布式
意义
主族元素的价层电子指最外层电子,价层电子排布式即外围电子排布式,副族元素还包括次外层的d电子及次次外层的f电子
实例
Al3s23p1;Cu3d104s1
轨道
表示式
意义
每个方框代表一个原子轨道,每个箭头代表一个电子
实例
Al
探究1
探究2
素养脉络
随堂检测
素能应用
典例2
A、B、C、D、E代表5种元素。请填空:
(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,该原子的轨道表示式为 。?
(2)B元素的负一价离子与C元素的正一价离子的电子排布式都与氩原子相同,B元素的符号为 ,C的离子结构示意图为 。?
(3)D元素正三价离子的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 。?
(4)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 ,其价电子轨道表示式为 。?
探究1
探究2
素养脉络
随堂检测
探究1
探究2
素养脉络
随堂检测
探究1
探究2
素养脉络
随堂检测
(4)由E元素基态原子的M层全充满,N层没有成对电子,只有1个未成对电子,可知其价电子构型为3d104s1,所以E为Cu元素,其价电
探究1
探究2
素养脉络
随堂检测
规律总结
1~36号元素中原子核外电子排布的特殊性。
(1)最外层只有一个未成对电子的元素:
①第ⅠA族(ns1:H、Li、Na、K),
②第ⅢA族(ns2np1:B、Al、Ga),
③第ⅦA族(ns2np5:F、Cl、Br),
④Cr(3d54s1)和Cu(3d104s1)。
(2)最外层有2个未成对电子的元素:
①第ⅣA族(ns2np2:C、Si、Ge),
②第ⅥA族(ns2np4:O、S、Se)。
(3)最外层有3个未成对电子的元素:
第ⅤA族(ns2np3:N、P、As)。
(4)3d能级半充满的元素:Cr3d54s1;Mn3d54s2。
探究1
探究2
素养脉络
随堂检测
变式训练2-1下列电子排布的表示正确的是( )
C.基态Cr原子的电子排布式:[Ar]3d54s1
D.基态Ca原子的电子排布式:[Ar]3d2
答案:C
探究1
探究2
素养脉络
随堂检测
探究1
探究2
素养脉络
随堂检测
变式训练2-2A、B、C、D是四种短周期元素,E是过渡元素。A、B、C同周期,C、D同主族,A的原子结构示意图为
,B是同周期除稀有气体外半径最大的元素,C最外层有三个未成对电子,E的外围电子排布式为3d64s2。回答下列问题:
(1)A为 (写出元素符号,下同),电子排布式是 。?
(2)B为 ,简化电子排布式是 。?
(3)C为 ,价电子排布式是 。?
(4)D为 ,轨道表示式是 。?
(5)E为 ,原子结构示意图是 。?
探究1
探究2
素养脉络
随堂检测
答案:(1)Si 1s22s22p63s23p2
(2)Na [Ne]3s1 (3)P 3s23p3
解析:由题意可知,A为Si,B为Na,C为P,则D为N,E为Fe。这五种元素电子排布式如下。
A1s22s22p63s23p2,B1s22s22p63s1,
C1s22s22p63s23p3,D1s22s22p3,
E1s22s22p63s23p63d64s2。由电子排布式可写出答案。
探究1
探究2
素养脉络
随堂检测
探究1
探究2
素养脉络
随堂检测
1.图1和图2分别是1s电子的概率密度分布图和原子轨道图。下列有关认识正确的是( )
A.图1中的每个小黑点表示1个电子
B.图2表示1s电子只能在球体内出现
C.图2表明1s轨道呈圆形,有无数对称轴
D.图1中小黑点的疏密表示某一时刻电子在核外出现概率的大小
答案:D
解析:图2只是表示电子在该区域出现的概率较大,在此之外也能出现,不过概率很小,B错误;1s轨道在空间呈球形而不是圆形,C错误。
探究1
探究2
素养脉络
随堂检测
2.(双选)下列说法正确的是( )
A.基态原子中,3d3表示3d能级有3个电子且自旋平行
C.核外电子运动的概率密度分布图(电子云)就是原子轨道
D.电子的运动状态可从能层、能级、原子轨道3个方面进行描述
答案:AB
解析:3d3表示第三能层d能级有3个电子,d能级有5个轨道,当5个d轨道中有3个电子时,这3个电子自旋平行,A项正确;电子云是对电子在原子核外空间的概率密度分布的形象化描述,而原子轨道是用来描述核外电子空间运动状态的,C项不正确;核外电子的运动状态从能层、能级、原子轨道和电子自旋四个方面进行描述,D项不正确。
探究1
探究2
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3.下列原子的价电子轨道表示式正确的是( )
答案:B
探究1
探究2
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4.下面是s能级、p能级的原子轨道图,据图回答下列问题:
(1)s能级的原子轨道呈 形,每个s能级有 个原子轨道;p能级中的原子轨道分别相对于x、y、z轴 ,每个p能级有 个原子轨道。?
(2)s能级原子轨道、p能级原子轨道的半径与什么因素有关?是什么关系?
探究1
探究2
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答案:(1)球 1 对称 3
(2)原子轨道的半径与能层数有关,并随能层数增大而增大。
解析:s能级中的原子轨道在三维空间分布的图形为球形,p能级中的原子轨道在空间分布的图形分别相对于x、y、z轴对称;原子轨道的半径与能层数有关,并随能层数增大而增大。
探究1
探究2
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5.(1)写出砷的元素符号 ,原子中所有电子占据 个能级,共占有 个轨道,核外共有 个不同运动状态的电子。?
(2)写出元素Ni的名称 ,该元素在周期表的位置为第 周期,第 族。?
(3)第四周期基态原子中未成对电子数最多的元素是 ,该元素基态原子的价电子轨道表示式为 。?
(4)第三电子层上有 个能级,作为内层最多可容纳 个电子,作为最外层时,最多可含有 个未成对电子。?
答案:(1)As 8 18 33 (2)镍 四 Ⅷ
(3)铬(或Cr)
(4)3 18 3
探究1
探究2
素养脉络
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解析:(1)砷的元素符号为As,是第33号元素,核外有33个不同运动状态的电子,其核外电子排布为1s22s22p63s23p63d104s24p3,电子占据8个能级,共占有18个原子轨道。(2)镍的元素符号为Ni,在周期表中的第四周期第Ⅷ族。(3)第四周期元素中,外围电子排布为ndxnsy,且能级处于半满稳定状态时含有的未成对电子数最多,即外围电子排布为3d54s1的元素铬含有的未成对电子数最多,其基态原子的价电
子轨道表示式为
。
(4)第三电子层有3s、3p、3d三个不同的能级,由于每个电子层最多容纳2n2个电子,故当第三电子层作为内层时,最多可容纳18个电子,作为最外层时,当3p能级中填充3个电子时未成对电子最多,即最多有3个未成对电子。第二课时 电子云与原子轨道 泡利原理、洪特规则、能量最低原理
课后篇素养形成
夯实基础轻松达标
1.以下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( )
A.电子式:He∶
B.原子结构示意图:
C.电子排布式:1s2
D.轨道表示式:
答案D
解析A、B、C三项的表示方法只能说明氦原子核外第一能层有两个电子,但不能说明这两个电子的自旋状态,而D项可以说明两个电子均在1s能级的原子轨道中,且自旋相反。
2.在1s、2px、2py、2pz原子轨道中,具有球对称性的原子轨道是( )
A.1s
B.2px
C.2py
D.2pz
答案A
解析1s原子轨道和2p原子轨道的图像分别为:
由图像可看出,呈球对称性的为1s原子轨道。
3.下列元素中,未成对电子最多的是( )
A.Ne
B.P
C.Fe
D.Cr
答案D
解析首先分别写出四种元素原子核外电子排布的轨道表示式,然后进行判断。Ne没有未成对电子,P有3个未成对电子,Fe有4个未成对电子,而Cr的未成对电子最多,有6个。
4.将nd能级中的电子排布成,而不排布成,其最直接的根据是( )
A.能量最低原理
B.泡利原理
C.构造原理
D.洪特规则
答案D
解析洪特规则表明,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。
5.下列有关电子云和原子轨道的说法正确的是( )
A.原子核外的电子像云雾一样笼罩在原子核周围,故称电子云
B.s能级的原子轨道呈球形,处在该轨道上的电子只能在球壳内运动
C.p能级的原子轨道呈哑铃形,随着能层的增加,p能级原子轨道也在增多
D.与s电子原子轨道相同,p电子原子轨道的平均半径也随能层的增大而增大
答案D
解析A项中,应为“原子核外电子的概率密度分布看起来像一片云雾”,而不是电子像云雾一样笼罩在原子核周围;B项中,处在s原子轨道上的电子,出现在球形内空间的概率为90%;C项中,无论是2p、3p、4p、5p,能级中原子轨道数目不变,只是能量增加。
6.下面是第二周期部分元素基态原子的轨道表示式,据此判断下列说法错误的是( )
A.每个原子轨道里最多只能容纳2个电子
B.电子排在同一能级时,总是优先单独占据一个轨道
C.每个能层所具有的能级数等于能层的序数(n)
D.若一个能级中有2个电子,则其自旋状态一定相反
答案D
解析由题给四种元素原子的轨道表示式可知,在一个原子轨道里,最多只能容纳自旋相反的2个电子,即符合泡利原理,A正确;当电子排布在同一能级的不同轨道时,总是优先单独占据一个轨道且自旋平行,即符合洪特规则,B正确;任一能层的能级总是从s能级开始,而且能级数等于该能层序数,C正确;若在同一个原子轨道里有2个电子,则它们的自旋状态相反,若在同一能级的不同轨道里有2个电子,则自旋状态相同,故D错。
7.已知锰的核电荷数为25,以下是一些同学绘制的基态锰原子的轨道表示式,其中最能准确表示基态锰原子核外电子运动状态的是( )
A.
B.
C.
D.
答案D
解析Mn原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s2,其中3d能级上排布了5个电子,为半充满状态,各电子分占不同的轨道,且自旋平行。A中,3d能级上电子排布不对,违反了洪特规则;B中,s轨道上两个电子的自旋状态应相反;C中3d能级上电子排布不对,违反了洪特规则。D项正确。
8.若某原子在处于能量最低状态时,外围电子排布为4d15s2,则下列说法正确的是( )
A.该元素原子处于能量最低状态时,原子中共有3个未成对电子
B.该元素的原子核外共有5个电子层
C.该元素原子的M能层中有8个电子
D.该元素原子最外层有3个电子
答案B
解析该元素原子处于能量最低状态时,原子中只有1个未成对电子,A错误;该元素原子核外共有5个电子层,B正确;该元素原子的M能层中有18个电子,C错误;该元素原子最外层有2个电子,D错误。
9.下表列出了核电荷数为21~25的元素的最高正价,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与元素的最高正价,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)能量相近的原子轨道中,当电子处于半充满状态时比较稳定
(3)五种元素的最高正价数等于各元素基态原子最外层s能级中的电子和次外层d能级中的电子数目之和
解析(1)根据原子序数和基态原子核外电子排布原则可以写出4种元素原子的电子排布式。(2)由洪特规则特例,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)由最高正价数值与对应的核外电子排布式,可以得出21~25号元素最高正价数值等于各元素基态原子的最外层s轨道上的电子和次外层d轨道上的电子数目之和。
提升能力跨越等级
1.具有下列电子层结构的原子,其对应元素一定属于同一周期的是( )
A.两种原子的电子层上全部都是s电子
B.3p能级上只有一个空轨道的原子和3p能级上有一个未成对电子的原子
C.最外层电子排布式为2s22p6的原子和最外层电子排布式为2s22p6的离子
D.原子核外M能层上的s能级和p能级都填满了电子,而d能级尚未排有电子的两种原子
答案B
解析两原子的核外全部都是s电子,则原子具有1s能级或具有1s、2s能级,如果是氢原子与锂原子,二者并不处于同一周期,A项错误。3p能级上只有一个空轨道的原子,其价电子排布式为3s23p2;3p能级上只有一个未成对电子的原子,其价电子排布式为3s23p1或3s23p5,三者都处于第三周期,B项正确。最外层电子排布式为2s22p6的原子为氖原子;最外层电子排布式为2s22p6的离子可能是阴离子也可能是阳离子,如O2-、Na+等,不一定处于同一周期,C项错误。原子核外M层上的s、p能级都充满电子,而d能级中没有电子,符合条件的原子有氩原子、钾原子、钙原子,故不一定处于同一周期,D项错误。
2.下列关于多电子原子中电子运动规律的叙述正确的是
( )
A.所有的电子在同一区域里运动
B.在离原子核较近的区域内运动的电子能量较高,在离原子核较远的区域内运动的电子能量较低
C.处于最低能量的原子叫基态原子
D.同一原子中,4s、4p、4d、4f所能容纳的电子数越来越多,各能级能量大小相等
答案C
解析在含有多个电子的原子里,电子分别在能量不同的区域内运动,A错误;在多电子的原子中,电子的能量是不相同的,在离原子核较近的区域内运动的电子能量较低,在离原子核较远的区域内运动的电子能量较高,B错误;处于最低能量的原子叫基态原子,当基态原子吸收能量后,电子会跃迁到较高能级,变成激发态原子,C正确;同一原子中,4s、4p、4d、4f能级所能容纳的电子数越来越多,但第四能层中,这四种能级的能量大小不同,其能量大小顺序为E(4s)3.下列关于价电子排布式为3s23p4的粒子的描述正确的是( )
A.它的元素符号为O
B.它的核外电子排布式为1s22s22p63s23p4
C.可以与H2化合生成常温下呈液态的化合物
D.其轨道表示式为:
答案B
解析价电子排布式为3s23p4的原子是S,O原子的价电子排布式为2s22p4,A错误;S原子的电子排布式为1s22s22p63s23p4,B正确;硫和氢气化合生成的硫化氢在常温下是气体而不是液体,C错误;当电子排布在同一能级的不同轨道时,总是优先单独占据一个轨道,且自旋平行,所以D项中的轨道表示式违反洪特规则,D错误。
4.(双选)下列电子排布式或轨道表示式书写正确的是
( )
A.O原子的轨道表示式:
B.Ca原子的电子排布式:1s22s22p63s23p63d2
C.N原子的轨道表示式:
D.Br-的电子排布式:[Ar]3d104s24p6
答案CD
解析A项中O原子的轨道表示式违背洪特规则;B项中Ca原子的电子排布式违背能量最低原理。
5.下列各组原子中,彼此化学性质一定相似的是( )
A.电子排布式为1s2的X原子与电子排布式为1s22s2的Y原子
B.原子核外M层上仅有两个电子的X原子与原子核外N层上仅有两个电子的Y原子
C.2p能级中有一个空轨道的X原子与3p能级中有一个空轨道的Y原子
D.最外层都只有1个电子的X、Y原子
答案C
解析电子排布式为1s2的原子为He,电子排布式为1s22s2的原子为Be,两者化学性质不相似,A错误;原子核外M层上仅有两个电子的X原子为Mg,原子核外N层上仅有两个电子的Y原子有多种,如第四周期中Ca、Fe、Zn等,化学性质不一定相似,B错误;2p能级中有一个空轨道的X原子为C,3p能级中有一个空轨道的Y原子为Si,均为ⅣA族元素,同主族的C和Si化学性质相似,C正确;原子最外层只有1个电子有第ⅠA族元素及部分过渡元素(如Cr、Cu),其化学性质不一定相似,D错误。
6.按照下列元素基态原子的电子排布特征判断并回答问题。
基态原子
电子排布特征
A
只有一个能层且只含1个电子
B
得到1个电子后3p能级中不能再容纳外来电子
C
2p能级中有1个电子的自旋与其他电子的自旋相反
D
第三能层上有8个电子,第四能层上只有1个电子
E
外围电子排布为3s23p6
(1)写出由A、B、C、D中的三种元素组成的化合物的化学式(至少写出5种):? 。?
(2)写出用上述元素组成的物质制得A的单质的化学方程式(至少写出2个):? 。?
(3)检验某溶液中是否有D+,可通过 反应来实现;检验某溶液中是否含有B-,通常所用的试剂是 和 。?
(4)写出E的元素符号: ,要证明太阳上是否含有E元素,可采用的方法是 。?
答案(1)KOH、KClO、KClO3、HClO、HClO3(合理即可)
(2)2H2O2H2↑+O2↑;2K+2H2O2KOH+H2↑(合理即可)
(3)焰色 AgNO3溶液 稀硝酸
(4)Ar 对太阳光进行光谱分析
解析由A只有1个能层且只含1个电子,判断A为氢元素;B原子得到1个电子后3p能级全充满,则该原子3p能级中原有5个电子,即B的电子排布式为1s22s22p63s23p5,为氯元素;C原子的轨道表示式为,为氧元素;D为钾元素;E为氩元素。
7.已知X、Y、Z、W、Q、R、E七种元素中,原子序数X元素
结构或性质信息
X
原子的L层上s电子数等于p电子数
Y
元素原子最外层电子排布式为nsnnpn+1
Z
单质在常温、常压下是气体,原子的M层上有1个未成对的p电子
W
元素的正一价离子的电子层结构与氩相同
Q
元素的核电荷数为Y和Z之和
R
元素的正三价离子的3d能级为半充满
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
请根据信息回答有关问题:
(1)元素X的原子核外共有 种不同运动状态的电子,有 种不同能级的电子。?
(2)Q的基态原子电子排布式为 ,R的元素符号为 ,E元素基态原子的价电子排布式为 。?
(3)含有元素W的盐的焰色反应为 色,许多金属元素形成的盐都可以发生焰色反应,其原因是?? 。?
答案(1)6 3
(2)1s22s22p63s23p63d54s1 Fe 3d104s1
(3)紫 激发态的电子从能量较高的轨道跃迁到能量较低的轨道时,以一定波长(可见光区域)的光的形式释放能量,发出不同颜色的光
解析(1)X元素原子的L层上s电子数等于p电子数,即其电子排布式为1s22s22p2,故X为碳元素,其原子核外共有6种不同运动状态的电子,有3种不同能级的电子。
(2)Z元素原子的M层上有1个未成对的p电子,可能为Al或Cl,单质在常温、常压下是气体的是Cl2,故Z为Cl元素;Q为Cr元素,基态原子电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s1;R元素原子失去2个4s电子和1个3d电子后变成+3价离子,其原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2,即R为26号元素Fe;根据题给信息,E元素原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s1,该元素为29号元素Cu,其原子的价电子排布式为3d104s1。
贴近生活拓展创新
有四种短周期元素,与其相关的结构、性质等信息如下表所述:
元素
结构、性质等信息
A
是短周期中(除稀有气体外)原子半径最大的元素,该元素的某种合金是原子反应堆的导热剂
B
B与A同周期,其最高价氧化物对应水化物具有两性
C
元素的气态氢化物极易溶于水,可用作制冷剂
D
是海水中除氢、氧元素外含量最高的元素,其单质或化合物也是自来水生产过程中常用的消毒杀菌剂
请根据表中信息回答下列问题:
(1)A元素基态原子的电子排布式为 。?
(2)B元素在元素周期表中的位置为 。?
(3)C基态原子的轨道表示式是 ,其原子核外有 个未成对电子,能量最高的电子为 轨道上的电子,其原子轨道呈 形。?
(4)D原子的电子排布式为 ,D-的结构示意图是 。?
(5)B的最高价氧化物对应的水化物与A的最高价氧化物对应的水化物反应的化学方程式为 ,B的最高价氧化物对应的水化物与D的氢化物的水溶液反应的化学方程式为 。?
答案(1)1s22s22p63s1
(2)第三周期第ⅢA族
(3) 3 2p 哑铃
(4)1s22s22p63s23p5或[Ne]3s23p5
(5)NaOH+Al(OH)3NaAlO2+2H2O 3HCl+Al(OH)3AlCl3+3H2O
解析根据同周期和同主族元素原子半径的变化规律可知,短周期元素中(除稀有气体外)原子半径最大的元素是Na,且钠与钾的合金是原子反应堆的导热剂;与钠元素同周期、且最高价氧化物对应水化物具有两性的元素是Al;NH3极易溶于水,且可用作制冷剂,故C元素是N;海水中除氢、氧元素外含量最高的元素D是Cl,其单质(Cl2)或化合物(ClO2等)可用作自来水生产过程中常用的消毒杀菌剂。(共37张PPT)
第一课时 能层与能级 原子光谱
构造原理与电子排布式
素养目标
1.通过认识原子结构及核外电子排布,知道原子核外电子的能层、能级及电子排布规律,形成宏观辨识与微观探析的核心素养。
2.结合原子模型的演变过程,掌握原子核外电子排布的构造原理,形成证据推理与模型认知的核心素养。
知识铺垫
必备知识
正误判断
1.原子是由原子核和核外电子组成的,核外电子是分层排布的;离核越远的电子,能量越高。
2.写出氮、氧、钠、氯的原子结构示意图:
知识铺垫
必备知识
正误判断
1.能层与能级
(1)能层。
核外电子按能量不同分成能层,能层序数1、2、3、4、5、6、7分别用K、L、M、N、O、P、Q表示。能层越高,电子的能量越高,能量的高低顺序为E(K)(2)能级。
①同一能层的电子,又被分成不同能级。任一能层的能级总是从s能级开始,能级的字母代号按s、p、d、f……排序,每个能级最多可容纳的电子数依次为自然数1、3、5、7……的2倍。
②同一能层不同能级的能量顺序:E(ns)知识铺垫
必备知识
正误判断
③各能层、能级中最多容纳的电子数。
【微思考1】能层序数与所含的能级数有何关系?
提示:能级数等于能层序数。
能层
一
二
三
四
五
…
K
L
M
N
O
…
能级
1s
2s
2p
3s
3p
3d
4s
4p
4d
4f
5s
5p
…
…
最多
电子
数
2
2
6
2
6
10
2
6
10
14
2
6
…
…
2
8
18
32
……
…
知识铺垫
必备知识
正误判断
2.基态与激发态 原子光谱
(1)基态原子与激发态原子。
知识铺垫
必备知识
正误判断
(2)原子光谱与光谱分析。
①原子光谱:不同元素的原子,电子发生跃迁时会吸收或释放不同的光,可以用光谱仪摄取各种元素原子的吸收光谱或发射光谱,总称原子光谱。
②光谱分析:现代化学中,常利用原子光谱上的特征谱线来鉴定元素,称为光谱分析。
【微思考2】金属的焰色试验中,一些金属元素呈现不同焰色的原因是什么?
提示:激发态原子中的电子跃迁到低能级时,多余的能量以光的形式释放出来。
知识铺垫
必备知识
正误判断
3.构造原理与电子排布式
(1)构造原理。
以光谱学事实为基础,从氢开始,随核电荷数递增,新增电子填入能级的顺序称为构造原理。如下图所示:
知识铺垫
必备知识
正误判断
知识铺垫
必备知识
正误判断
(2)电子排布式。
①电子排布式中,能级符号右上角的数字表示该能级中的电子数,如氢、氮、氧、钠、氯的电子排布式分别为1s2、1s22s22p3、1s22s22p4、1s22s22p63s1、1s22s22p63s23p5。
②能级交错。
随核电荷数递增,电子并不总是填满一个能层后再开始填入下一个能层,如电子是按3p→4s→3d的顺序而不是按3p→3d→4s的顺序填充的,这种现象被称为能级交错。
基态铬、铜的核外电子排布不符合构造原理,Cr、Cu基态原子的电子排布式分别为1s22s22p63s23p63d54s1、1s22s22p63s23p63d104s1。
知识铺垫
必备知识
正误判断
【微思考3】基态原子的电子排布式是按照构造原理的顺序依次书写的吗??
提示:不是。基态原子按照构造原理填充电子,可能存在能级交错;而电子排布式是按照能层由低到高、同一能层按照能级由低到高的顺序书写的。
知识铺垫
必备知识
正误判断
1.原子中第n能层容纳的电子数一定是2n2。
( )
2.最外层电子排布式为4s1的元素一定为K。( )
3.能层序数大,该能层中能级的能量一定高。( )
4.原子光谱是原子发生电子得失而引起的。( )
5.K的电子排布式为1s22s22p63s23p63d1。( )
答案:1.× 2.× 3.× 4.× 5.×
探究1
探究2
素养脉络
随堂检测
能层与能级的组成以及能量关系
问题探究
在多电子的原子中,同一能层的电子,能量也可能不同,据此把它们分为能级。
探究1
探究2
素养脉络
随堂检测
(1)原子核外每一个能层最多可容纳的电子数与能层的序数(n)之间存在什么关系?
提示:每个能层最多容纳2n2个电子。
(2)英文字母相同的不同能级(如2p、3p)中所能容纳的最多电子数是否相同?
提示:相同。如2p、3p能级最多容纳的电子数都是6。
(3)不同能层的s能级之间,能量高低有何关系?同一能层不同能级之间能量高低有何关系?
提示:1s<2s<3s<4s<……;ns探究1
探究2
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深化拓展
1.各能层所包含的能级符号及各能层、能级最多容纳的电子数
能层
(n)
一
二
三
四
五
六
七
符号
K
L
M
N
O
P
Q
能级
1s
2s
2p
3s
3p
3d
4s
4p
4d
4f
5s
……
……
……
最多
电子
数
2
2
6
2
6
10
2
6
10
14
2
……
……
……
2
8
18
32
……
……
……
探究1
探究2
素养脉络
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2.能层与能级中的四个数量关系
(1)任一能层,能级数=能层序数,且总是从s能级开始。
(2)各能级最多容纳的电子数为以s、p、d、f……排序的自然数1、3、5、7……的2倍。
(3)每一能层中最多容纳的电子数为2n2(n代表能层序数)。
(4)不同能层中符号相同的能级所容纳的最多电子数相同。
探究1
探究2
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3.能层中各能级之间能量大小关系
(1)能层或能级的能量关系。
(2)不同能层中不同能级的能量高低顺序(按构造原理排序,存在能级交错):
ns<(n-2)f<(n-1)d探究1
探究2
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素能应用
典例1已知n为能层序数,下列有关认识正确的是( )
A.各能层含有的电子数为2n2
B.各能层的能级都是从s能级开始至f能级结束
C.各能层含有的能级数为n-1
D.各能级最多容纳的电子数按s、p、d、f的顺序依次为1、3、5、7的2倍
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答案:D
解析:各能层最多含有的电子数为2n2,A项错误;各能层的能级都是从s能级开始,每个能层上的能级数与能层序数相等,并不是所有能层的能级都是从s能级开始到f能级结束,如第1、2、3能层,B项错误;各能层含有的能级数与其能层序数相等,C项错误;各能级最多容纳的电子数按s、p、d、f的顺序依次为1、3、5、7的2倍,D项正确。
易错警示
能层与能级的认识误区
(1)任何能层均含有s能级,但不是任何能层均含有s、p、d、f能级。
(2)能层就是电子层,各能层具有的能级数等于能层序数,例如:K层只有1s能级;L层有2s、2p两个能级等。
(3)从第3能层(M层)开始出现d能级,且3d能级的能量大于4s能级。
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变式训练1-1下列能级表示正确(实际存在的)且最多容纳的电子数按照从少到多的顺序排列的是( )
A.1s、2p、3d
B.1s、2s、3s
C.2s、2p、2d
D.3p、3d、3f
答案:A
解析:不同能层中英文字母相同的能级最多容纳的电子数相同,B项错误;从M层开始有d能级,即3d能级,L层不存在2d能级,故C项错误;从N层开始有f能级,即4f,M层不存在3f能级,故D项错误。
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变式训练1-2按能量由低到高的顺序排列,正确的一组是( )
A.1s、2p、3d、4s
B.1s、2s、3s、2p
C.2s、2p、3s、3p
D.3p、3d、4s、4p
答案:C
解析:电子能量的高低主要由能层和能级决定。当能级符号相同时,能层序数越大,能量越高,例如E1s探究1
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构造原理与电子排布式的书写
问题探究
根据构造原理示意图回答以下问题:
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(1)查阅元素周期表可知Cr的电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s1,Cu的电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s1。这两种元素的原子核外电子排布不符合构造原理,是根据什么确定其电子排布的?
提示:Cr、Cu两种元素基态原子的电子填充顺序与构造原理不符合,这是根据Cr、Cu的原子光谱确定的。
(2)元素周期表中钠的电子排布式写成[Ne]3s1,方括号里的符号是什么意义?模仿写出8号、14号、26号元素的简化电子排布式。
提示:方括号里符号的意义是对应稀有气体元素原子的电子排布结构。8号、14号、26号元素分别为O、Si、Fe,其简化电子排布式分别为:O[He]2s22p4;Si[Ne]3s23p2;Fe[Ar]3d64s2。
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(3)分别写出O、Na、23V、26Fe的电子填充顺序和电子排布式。
提示:
元素
O
Na
23V
26Fe
电子填充顺序
1s22s22p4
1s22s22p63s1
1s22s22p63s23p64s23d3
1s22s22p63s23p64s23d6
电子
排布式
1s22s22p4
1s22s22p63s1
1s22s22p63s23p63d34s2
1s22s22p63s23p63d64s2
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深化拓展
1.构造原理的实质
构造原理中的能级顺序,其实质是各能级能量由低到高的顺序。绝大多数原子核外电子的填充顺序符合构造原理中的能级顺序。
2.“能级交错”现象
当出现d能级时,电子按ns、(n-1)d、np的顺序填充电子;当出现f能级时,电子按ns、(n-2)f、(n-1)d、np的顺序填充电子。从第三能层开始,各能级高低不完全符合能层顺序,产生了能级交错排列,即产生“能级交错”现象。
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3.电子排布式的书写
(1)简单原子的电子排布式。
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6C:1s22s22p2。
(2)复杂原子的核外电子排布式。
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(3)利用构造原理书写简化电子排布式。
为了避免电子排布式过于繁琐,可以把内层电子达到稀有气体电子层结构的部分,以相应稀有气体元素符号外加方括号来表示。
如K:1s22s22p63s23p64s1,其简化电子排布式为[Ar]4s1,其中[Ar]代表Ar的核外电子排布式,即1s22s22p63s23p6。
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素能应用
典例2写出下列原子的电子排布式。
(1)(四川理综)基态Cl原子的电子排布式是 。?
(2)(全国理综)基态Ge原子的核外电子排布式为 。?
(3)(全国理综)写出基态As原子的电子排布式 。?
(4)P原子的电子排布式是 。?
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答案:(1)1s22s22p63s23p5或[Ne]3s23p5
(2)1s22s22p63s23p63d104s24p2或[Ar]3d104s24p2
(3)1s22s22p63s23p63d104s24p3或[Ar]3d104s24p3
(4)1s22s22p63s23p3或[Ne]3s23p3
解析:根据构造原理填充核外电子,根据能层序号由低到高的顺序书写电子排布式。要注意从3d能级开始出现“能级交错”现象。
规律总结
(1)电子排布式的书写:①要依据构造原理完成电子填充,按能层序号由低到高书写电子排布式;②对于原子序数20号以后的元素,要注意能级交错现象;③要关注原子电子排布式与离子电子排布式的区别。
(2)注意核外电子排布的几个特例:Cr[Ar]3d54s1;Cu[Ar]3d104s1。
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变式训练2-1下列基态原子的电子排布式,书写正确的是( )
A.9F:1s22s22p6
B.15P:1s22s22p63s33p2
C.21Sc:1s22s22p63s23p64s23d1
D.35Br:1s22s22p63s23p63d104s24p5
答案:D
解析: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。
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变式训练2-2下列基态原子或离子的电子排布式错误的是( )
A.Ca 1s22s22p63s23p64s2
B.Mg2+ 1s22s22p6
C.F- 1s22s22p5
D.Br 1s22s22p63s23p63d104s24p5
答案:C
解析:Ca原子核外有20个电子,根据构造原理,其电子排布式为1s22s22p63s23p64s2,A项正确;Mg2+核外有10个电子,根据构造原理,其电子排布式为1s22s22p6,B项正确;F-核外有10个电子,根据构造原理,其电子排布式为1s22s22p6,C项错误;Br原子核外有35个电子,根据构造原理,其电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p5,D项正确。
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1.下列能级不属于M能层的是( )
A.3s
B.4s
C.3p
D.3d
答案:B
解析:M能层包含3s、3p、3d三个能级。
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2.下列说法正确的是( )
A.基态原子的能量一定比激发态原子的能量低
B.1s22s12p1表示的是基态原子的电子排布
C.日常生活中我们看到的许多可见光,如霓虹灯光、节日焰火,都与原子核外电子发生跃迁释放能量有关
D.电子仅在激发态跃迁到基态时才会产生原子光谱
答案:C
解析:同类原子基态比激发态的能量低,A选项错误;1s22s12p1不符合构造原理,该原子处于激发态,B选项错误;原子光谱有发射光谱和吸收光谱两种,电子从激发态跃迁到基态时产生发射光谱,从基态到激发态跃迁时产生吸收光谱,D选项错误。
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3.(双选)下列各基态原子的电子排布式正确的是( )
A.Be:1s22s12p1
B.C:1s22s22p2
C.He:1s12s1
D.Cl:1s22s22p63s23p5
答案:BD
解析:A项中Be的电子排布式应为1s22s2;C项中He的电子排布式应为1s2。
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4.写出下列原子的电子排布式:
(1)11Na ;(2)16S ;?
(3)34Se ;(4)19K ;?
(5)31Ga ;(6)30Zn 。?
答案:(1)1s22s22p63s1 (2)1s22s22p63s23p4
(3)1s22s22p63s23p63d104s24p4
(4)1s22s22p63s23p64s1
(5)1s22s22p63s23p63d104s24p1
(6)1s22s22p63s23p63d104s2
解析:根据构造原理填充各能级中的电子,按能层序数从小到大的顺序书写原子的电子排布式。注意从3d能级开始出现“能级交错”现象。
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5.某元素原子序数为34,则:
(1)此元素原子的电子总数是 ,有 个电子层, 个能级。?
(2)它的价电子排布式为 。?
答案:(1)34 4 8
(2)4s24p4
解析:原子序数为34的元素,原子的电子总数是34,根据原子的核外电子数,其基态原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p4,有4个电子层,8个能级;它的价电子排布式为4s24p4。
