第2课时
能量最低原理
泡利原理
洪特规则
A 级·基础巩固练
一、选择题
1．下列原子的电子排布图中，正确的是( C )
解析：该电子排布图违反洪特规则，故A错误；该电子排布图违反泡利不相容原理，故B错误；该电子排布图符合洪特规则，故C正确；该电子排布图违反能量最低原理，故D错误；故选C。
2．下列关于价电子排布为3s23p4的原子描述正确的是( B )
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化合生成液态化合物
D．其电子排布图为
解析：价电子排布为3s23p4的原子，其基态原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p4，其核外电子数为16，为S元素，故A错误、B正确；一定条件下，它可与H2生成气态化合物H2S，故C错误；S原子核外电子排布遵循能量最低原理、泡利不相容原理、洪特规则，其轨道表示式为 ，故D错误；故选B。
3．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电子排布图，其中最能准确表示基态锰原子核外电子运动状态的是( D )
解析：Mn原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s2，其中3d轨道上排布了5个电子，为半充满状态，各电子分占不同的轨道，且自旋状态相同。A中，3d轨道上电子排布不对，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轨道上电子排布不对，违反了洪特规则；D项正确。
4．下面是第二周期部分元素基态原子的电子排布图，据此下列说法错误的是( D )
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．若同一能级的原子轨道里有2个电子，则其自旋状态一定相反
解析：由题给的四种元素原子的电子排布图可知，在一个原子轨道里，最多只能容纳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，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。
二、非选择题
5．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核外电子排布式：
Sc：__1s22s22p63s23p63d14s2或[Ar]3d14s2__。
Ti：__1s22s22p63s23p63d24s2或[Ar]3d24s2__。
V：__1s22s22p63s23p63d34s2或[Ar]3d34s2__。
Mn：__1s22s22p63s23p63d54s2或[Ar]3d54s2__。
(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？__由洪特规则的特例，可知能量相同的原子轨道半充满状态一般比较稳定__。
(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__五种元素的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__。
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种元素原子的核外电子排布式。
(2)由洪特规则的特例，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。
6．下列原子或离子的电子排布式(图)正确的是__①⑤⑥__(填序号，下同)，违反能量最低原理的是__②__，违反洪特规则的是__③④__，违反泡利原理的是__⑦__。
①Ca2＋：1s22s22p63s23p6
②F－：1s22s23p6
③P：
④Cr：1s22s22p63s23p63d44s2
⑤Fe：1s22s22p63s23p63d64s2
⑥Mg2＋：1s22s22p6
⑦O：
解析：根据核外电子排布规律判断，②的错误在于电子排完2s轨道后应排能量较低的2p轨道而不是3p轨道，正确的电子排布式应为1s22s22p6。③没有遵循洪特规则，3p轨道上正确的电子排布图应为。④忽略了能量相同的原子轨道上电子排布为半充满状态时，体系的能量较低，原子较稳定，正确的电子排布式应为1s22s22p63s23p63d54s1。⑦违反泡利原理，正确的电子排布图应为。
7．根据核外电子的排布特点推断元素
(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__N__；其价电子排布图为__
__。
(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__Cl__，C离子的结构示意图为____。
(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__Fe__，其基态原子的电子排布式为__1s22s22p63s23p63d64s2或[Ar]3d64s2__，其原子的结构示意图为____。
(4)E元素基态原子的M层全充满，N层没有成对电子且只有一个未成对电子，E的元素符号为__Cu__，其基态原子的电子排布式为__[Ar]3d104s1__。
(5)F元素的原子最外层电子排布式为nsnnpn＋2，则n＝__2__；原子中能量最高的是__2p__电子，核外电子排布图为____。
解析：(1)A元素基态原子的电子排布图由题意可写成：，则该元素核外有7个电子，为氮元素，其元素符号为N。
(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)D元素原子失去2个4s电子和1个3d电子后变成＋3价离子，其原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2即26号元素铁。
(4)E元素的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s1故E为Cu。
(5)F最外层电子排布式为2s22p4。
B 级·能力提升练
一、选择题
1．已知下列电子排布图所表示的是元素的原子，其中能量处于最低状态的是( A )
A．
B．
C．
D．
解析：A项表示的是基态原子，能量处于最低状态；B项中2s能级上的电子跃迁到2p能级上，为激发态原子，能量较高；C项，2p能级上的三个电子应尽可能分占不同的轨道，且自旋方向相同时能量最低；D项，先填满2s能级、再填2p能级时的能量最低。
2．下列说法错误的是( A )
A．ns电子的能量不一定高于(n－1)p电子的能量
B．6C的电子排布式1s22s22p2x违反了洪特规则
C．电子排布式(21Sc)1s22s22p63s23p63d3违反了能量最低原理
D．电子排布式(22Ti)1s22s22p63s23p10违反了泡利原理
解析：A项，各能级能量由低到高的顺序为1s、2s、2p、3s、3p、4s、3d、4p、5s……，ns电子的能量一定高于(n－1)p电子的能量；B项，对于C原子来说，2p能级有3个能量相同的原子轨道，最后2个电子应以自旋状态相同的方式排布在两个不同的2p轨道上，违反了洪特规则；C项，根据轨道能量高低顺序可知E(4s)
3．下列各组原子中，彼此化学性质一定相似的是( C )
A．原子核外L能层的未成对电子数与M能层的未成对电子数相等的原子
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能级只有1个空轨道的X原子和3p能级只有1个空轨道的Y原子
D．最外层都只有一个电子的X、Y原子
解析：L层(M层)只有1个未成对电子的可能是Li或F(Na或Cl)，L层(M层)有2个未成对电子的可能是C或O(Si或S)，A项错；B项中X为Mg，Y可能为Ca、Sc、Ti、V、Mn、Fe、Co、Ni、Zn等；C项为C()和Si()；最外层只有一个电子除ⅠA族元素外还有Cr、Cu等。
4．对于基态原子电子排布规则，以下表述正确的是( D )
A．按泡利不相容原理每个电子层的电子容量为2n2个
B．当轨道处于全充满状态时，原子较稳定，故35Br的电子排布式为[Ar]3d104s14p6
C．原子中核外电子的排布是根据三规则提出的而非自然形成的
D．能量最低原理解决了电子在不同电子层中的排布顺序问题
解析：泡利不相容原理确定了每个电子层最多容纳2n2个电子，A错误；溴原子核外电子排布为[Ar]3d104s24p5，B错误；原子核外电子的排布是自然形成的，人们经过研究发现核外电子的排布呈现一定的规律，C错误。
5．下列各组表述中，两个微粒不属于同种元素原子的是( C )
A．3p能级有一个空轨道的基态原子和核外电子的排布式为1s22s22p63s23p2的原子
B．2p能级无空轨道且有一个未成对电子的基态原子和原子的最外层电子排布式为2s22p5的原子
C．M层全充满而N层为4s2的原子和核外电子排布式为1s22s22p63s23p64s2的原子
D．最外层电子数是核外电子总数的1/5的原子和最外层电子排布式为4s24p5的原子
解析：A中，3p能级有一个空轨道，根据洪特规则只能，又根据能量最低原理，能量低于3p能级的轨道均已充满，即其电子排布式为1s22s22p63s23p2，两者为同种元素；B中，2p能级有一个未成对电子但无空轨道，即为，其电子排布式为1s22s22p5，两者也为同种元素；C中，M层有s、p、d三个能级，全充满且N层为4s2，应为3s23p63d104s2，与3s23p64s2非同种元素；D中，最外层电子排布式为4s24p5，其电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p5，最外层电子数为7，核外电子总数为35，故两者也为同种元素。
二、非选择题
6．推导下列元素，回答有关问题：
(1)具有1个4p电子的元素为__镓__(写元素名称，下同)，简化电子排布式为__[Ar]3d104s24p1__。
(2)N层只有1个电子的主族元素是__钾__，其氯化物的焰色反应呈__(浅)紫__色，其原子核外有__19__种不同运动状态的电子。
(3)3d能级全充满，4s能级只有1个电子的元素为__铜__，原子序数为__29__。
(4)离子M2＋的3d轨道中有5个电子，则M原子的最外层电子数和未成对电子数分别为__2__和__5__。
(5)原子序数小于36的元素X和Y，在周期表中既处于同一周期又位于同一族，且Y的原子序数比X大2，则Y的基态原子的价电子排布式是__3d84s2__，X在参与化学反应时，1个原子失去的电子数为__2个或3个__。
解析：既处于同一周期又位于同一族的元素在第Ⅷ族。则X和Y分别为Fe和Ni。
7．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元素原子核外仅有一个非空原子轨道，也是宇宙中最丰富的元素；B元素原子核外p电子数比s电子数少1；C为金属元素且原子核外p电子数和s电子数相等；D元素的原子核外所有p轨道为全充满或半充满状态。
(1)写出四种元素的元素符号：A__H__，B__N__，C__Mg__，D__P__。
(2)写出C、D两种元素基态原子的核外电子排布图：
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：__N2＋3MgMg3N2__。
(4)B元素的单质的电子式为____，其简单氢化物的电子式为____。
解析：A是宇宙中最丰富的元素，且原子核外仅有一个非空原子轨道，则A为氢；B元素原子的核外电子排布式为1s22s22p3，则B为氮；C元素原子的核外电子排布式为1s22s22p63s2，则C为镁；D元素原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p3，则D为磷。
8．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
元素的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__6__种不同运动状态的电子，有__3__种不同能级的电子。
(2)Q的基态原子核外电子排布式为__1s22s22p63s23p63d54s1__，R的元素符号为__Fe__。E元素基态原子的价电子排布式为__3d104s1__。
(3)含有元素W的盐的焰色反应为__紫__色，许多金属盐都可以发生焰色反应，其原因是__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)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，即其核外电子排布式为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、常压下是气体的只有Cl元素，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，其原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2，即26号元素Fe；根据题意要求，E元素原子的电子排布式：1s22s22p63s23p63d104s1，该元素为29号元素Cu，其原子的价电子排布式为3d104s1。
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-第2课时 能量最低原理 泡利原理 洪特规则
激趣入题·情境呈现
霓虹灯为什么能够发出五颜六色的光
霓虹灯之所以能够发出五颜六色的光，其原因与氢原子光谱形成的原因基本相同。对霓虹灯而言，灯管中装载的气体不同，在高电压的激发下发出的光的颜色就不同。例如，氖灯的灯管中充入的气体是氖气，通电后在电场作用下，放电管里的氖原子中的电子吸收能量后跃迁到能量较高的轨道，但处在能量较高轨道上的电子会很快地以光的形式辐射能量而跃迁回能量较低的轨道，所发出的光的波长恰好位于可见光区域中的红色波段，所以我们看到的是红色光。类似地，在通电后氩气发蓝色光，氦气发粉红色光，水银蒸气发蓝色光，等等。
新知预习·自主探究
一、基态与激发态、光谱
1．能量最低原理
现代物质结构理论证实，原子中的电子排布遵循__构造原理__能使整个原子的能量处于__最低__状态，简称能量最低原理。
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，可以用光谱仪摄取各种元素的电子__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。
二、电子云与原子轨道
1．电子云
(1)概念：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__。
(2)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)原子轨道：通常把电子云轮廓图中电子出现的概率约为__90%__的空间圈出来，这种电子云轮廓图称为原子轨道。每一个原子轨道表示电子在原子核外的__一个__空间运动状态。
(2)能级与原子轨道数目关系
能级符号
ns
np
nd
nf
轨道数目
__1__
__3__
__5__
__7__
三、核外电子排布
1．泡利原理
在一个原子轨道里最多只能容纳__2__个电子，而且自旋状态__相反__，用__“↑↓”__表示。
2．洪特规则：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，而且自旋状态__相同__。
如氮原子、氟原子的电子排布图：
3．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。
如氧原子的电子排布图是__
_。
预习自测·初试牛刀
1．思考辨析：
(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)电子云图中的小黑点密度的大小表示电子的多少。(×)
(4)违背了泡利原理。(×)
(5)
假日烟火、焰色反应均与电子的跃迁有关。(√)
2．有关于光谱的说法中不正确的是( B )
A．原子中的电子在跃迁时能量的表现形式之一是光，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
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。
3．下列电子排布式中表示基态原子电子排布式的是( C )
A．1s22s22p63s13p3
B．1s22s22p63s23p63d104s14p1
C．1s22s22p63s23p63d24s1
D．1s22s22p63s23p63d94s24p1
4．“各电子层最多容纳的电子数，是该电子层原子轨道数的二倍”，支撑这一结论的理论是( B )
A．能量最低原理
B．泡利不相容原理
C．洪特规则
D．能量最低原理和泡利不相容原理
解析：根据泡利不相容原理，每个原子轨道上最多只能容纳两个自旋状态相反的电子，因此各电子层最多容纳该电子层原子轨道数目二倍的电子；洪特规则是电子在能量相同轨道排布时尽可能分占不同轨道且自旋状态相同；能量最低原理是指电子总是先占据能量低的轨道，再依次进入能量高的轨道。
5．下面关于硅原子的核外电子排布表示式中，错误的是( C )
A．1s22s22p63s23p2
B．[Ne]3s23p2
C．
D．
解析：A和B两项都是电子排布式，C和D两项都是电子排布图，其中C项违背了洪特规则。
6．下面是s能级、p能级的原子轨道图，试回答问题：
(1)s电子的原子轨道呈__球__形，每个s能级有__1__个原子轨道；p电子的原子轨道分别相对于x、y、z轴__对称__，每个p能级有__3__个原子轨道。
(2)s电子原子轨道、p电子原子轨道的半径与什么因素有关？是什么关系？__原子轨道的半径与电子层数有关，并随电子层数增大而增大。__
解析：s轨道在三维空间分布的图形为球形，p轨道空间分布的图形分别相对于x、y、z轴对称，原子轨道的半径与电子层数有关，并随电子层数增大而增大。
课堂探究·疑难解惑
知识点一 核外电子排布遵循的规律
┃┃问题探究__■
1．根据泡利原理和洪特规则，画出硼的电子排布图。
2．下列电子排布图中哪个是C原子的？
3．以下分别是两个原子的2p能级和3d能级的电子排布情况，试分析有无错误，若有，违反了什么原则？
┃┃探究提示__■
1．提示 注意1个原子轨道的2个电子自旋状态相反，故应为。
2．提示 A。B中电子排布不符合洪特规则，即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，而且自旋状态相同。
3．提示 (1)错误，违反了洪特规则。
(2)错误，违反了泡利原理。
┃┃知识总结__■
1．能量最低原理：原子核外电子总是优先占有能量低的轨道，然后依次进入能量高的轨道，这样使整个原子处于能量最低的状态。
这个原则是比较抽象的，如果我们打个这样的比方就可以理解了，也易于记忆了。把地球比作原子核，把能力高的大雁、老鹰等鸟比作能量高的电子，把能力低的麻雀、小燕子等鸟比作能量低的电子。能力高的鸟常在离地面较高的天空飞翔，能力低的鸟常在离地面很低的地方活动。
2．泡利原理：每个原子轨道上最多只能容纳两个自旋状态相反的电子。如2s轨道上的电子排布为，不能表示为。
比如氦原子有两个电子，按能量最低原则，这两个电子都应当排布在1s原子轨道上。显然，这两个电子在1s轨道上的分布可能是下列两种状态之一：↑↑(自旋相同)或↑↓(自旋相反)。泡利通过总结诸多光谱实验事实确定，基态氦原子的电子排布是↑↓，这就是电子在原子轨道上排布要遵循的原则——泡利不相容原理。
3．洪特规则：原子核外电子在能量相同的各个轨道上排布时，电子尽可能分占不同的原子轨道，且自旋状态相同，这样整个原子的能量最低。
比如C：最外层的p能级上有三个轨道
写出基态C原子的最外层p能级上两个电子的可能排布：
p有3个轨道，而碳原子2p能层上只有两个电子，电子应优先分占，而不是挤入一个轨道，C原子最外层p能级上两个电子的排布应如①所示，这就是洪特规则。
提示：为什么某些原子核外电子排布违背构造原理？
根据构造原理，在书写少数元素如Cu、Ag、Au、Cr等基态原子的电子排布式时会有1个电子的偏差。如Cr：1s22s22p63s23p63d54s1(非3d44s2)，Cu：1s22s22p63s23p63d104s1(非3d94s2)。对于这一现象，洪特通过分析光谱实验的结果指出：能量相同的原子轨道在全充满(如s2、p6和d10等)、半充满(如s1、p3和d5等)以及全空(如s0、p0和d0等)状态时体系的能量较低，原子较稳定。如Cr：半充满时比有空轨道时要稳定，出现该种情况的元素一般位于过渡元素区。还需要补充说明的是电子排布的构造原理是概括了大量实验事实后提出的一般结论。因此，绝大多数原子的核外电子排布与原理一致。但有些过渡元素会出现特殊情况，构造原理还有待于进一步发展完善。
┃┃典例剖析__■
典例1
下列原子价电子层的电子排布图正确的是( B )
解析：A项，当轨道中均只有一个电子时，电子的自旋状态应相同，氧原子的价电子排布图应为 ，错误；B项，铁原子的价电子排布图为，正确；C项，基态原子中的电子总是优先单独占据一个轨道，硅原子的价电子排布图为，错误；D项，在同一能级上的电子排布处于全充满、半充满或全空状态时，原子体系更稳定，所以铬原子的价电子排布图应为，错误。
规律方法指导：对于同一能级，当电子排布为全充满、半充满或全空时，是比较稳定的。
┃┃变式训练__■
1．下列电子排布的表示正确的是( C )
A．基态C原子的电子排布图：
B．基态N原子的电子排布图：
C．基态Cr原子的核外电子排布式：[Ar]3d54s1
D．基态Ca原子的核外电子排布式：[Ar]3d2
解析：A项，基态碳原子核外有6个电子，最外层有4个电子，依据洪特规则2p能级上的2个电子应占据2个轨道，且自旋状态相同，其电子排布图为 ，错误；B项，基态氮原子的最外层有5个电子，根据洪特规则可知2p能级上的3个电子应占据不同轨道，且自旋状态相同，所以电子排布图应该是 ，错误；C项，d能级全空、全满或半满时能量最低，基态Cr原子的核外电子排布式为[Ar]3d54s1，正确；D项，基态Ca原子的核外电子排布式为[Ar]4s2，错误。
知识点二 描述核外电子排布的化学用语
┃┃问题探究__■
1．电子云中每个小黑点表示电子在该处出现过一次吗？
2．(1)s能级和p能级的原子轨道存在哪些方面的差异？
(2)不同能层中的s轨道和p轨道电子云轮廓图分别相同吗？分别呈什么形状？
┃┃探究提示__■
1．提示 电子云中孤立的小黑点没有意义，小黑点的密度不同，代表电子出现的概率不同。
2．(1)提示 轨道形状、数目、最多容纳电子数等不同。
(2)提示 相同。s轨道均为球形，p轨道均为哑铃形。
┃┃知识总结__■
1．电子排布式
(1)定义：用核外电子分布的原子轨道(能级)及各原子轨道(能级)上的电子数来表示电子排布的式子。如1s22s22p4、1s22s22p63s23p63d64s2分别是O、Fe原子的电子排布式。
以铝原子为例，电子排布式中各符号、数字的意义为：
(2)简化的电子排布式
电子排布式中的内层电子排布可用相应的稀有气体的元素符号加方括号来表示，以简化电子排布式。以稀有气体的元素符号外加方括号表示的部分称为“原子实”。如钙的电子排布式为1s22s22p63s23p64s2，其简化的电子排布式可以表示为[Ar]4s2。
(3)外围电子排布式
在原子的核外电子排布式中，省去“原子实”后剩下的部分称为外围电子排布式。如氯、铜原子的电子排布式分别为1s22s22p63s23p5、1s22s22p63s23p63d104s1，用“原子实”的形式分别表示为[Ne]3s23p5、[Ar]3d104s1，其外围电子排布式分别为3s23p5、3d104s1。
提示：①虽然电子排布是遵循构造原理的，但书写时应按照电子层的顺序排列。如铁原子的电子排布式是1s22s22p63s23p63d64s2，而不能写作1s22s22p63s23p64s23d6。
②主族元素的最外层电子就是价电子。过渡元素的外围电子一般包括最外层的s电子和次外层的d电子，有的还包括倒数第三层的f电子。
③元素周期表中呈现的电子排布是各元素原子的外围电子排布。
2．电子排布图
以铝原子为例，电子排布图中各符号、数字的意义为：
在电子排布图中也可以用圆圈表示一个原子轨道，如Na：。
电子排布式和电子排布图反映的是基态原子即处于最低能量状态的原子的电子排布情况。它们相互关联，可以非常方便地相互转换。
3．原子结构示意图
原子结构示意图是表示原子的核电荷数和核外电子在原子核外各电子层排布的图示。
4．电子式
在化学反应中，一般是原子的最外层电子数目发生变化。为了简便起见，化学中常在元素符号周围用小黑点“·”或小叉“×”来表示元素原子的最外层电子，相应的式子叫做电子式。如钠原子的电子式为·Na(或×Na)。
5．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
……
……
N
4s
1
4s
球形
－
4p
3
4px、4py、4pz
哑铃形
相互垂直
4d
5
……
……
……
4f
7
……
……
……
……
……
……
……
……
……
注：①d轨道和f轨道各有其名称、形状和取向，此处不再赘述。
┃┃典例剖析__■
典例2
下列有关化学用语书写错误的是( A )
A．S2－的核外电子排布式：1s22s22p6
B．碳原子的价电子轨道表示式：
C．碳－14的原子组成符号：C
D．Cl－的结构示意图：
解析：S2－的核外电子排布式应为1s22s22p63s23p6，故A项错误。
┃┃变式训练__■
2．下列说法正确的是( C )
A．3p2表示3p能级上有两个轨道
B．M层中的原子轨道数目为3
C．同一原子中，2p、3p、4p能级的原子轨道数相同
D．S原子的轨道表示式为
解析： 3p2表示3p能级上填充了2个电子，A项错误；M层中有3s、3p、3d三个能级，原子轨道数目为9，B项错误；同一原子中，2p、3p、4p能级的原子轨道数相同，均为3，C项正确；S原子的轨道表示式应为，D项错误。
核心素养·专家博客
易混概念的比较
1．电子层、次外层、最外层、最内层、内层
在推断题中经常出现与层数有关的概念，理解这些概念是正确做推断题的关键。为了研究方便，人们形象地把原子核外电子的运动看成分层运动，在原子结构示意图中，按能量高低将核外电子分为不同的能层，并用符号K、L、M、N、O、P、Q……表示相应的层，统称为电子层。一个原子在基态时，电子所占据的电子层数等于该元素在周期表中所处的周期数。倒数第一层，称为最外层；从外向内，倒数第二层称为次外层；最内层就是第一层(K层)；内层是除最外层外剩下电子层的统称。以基态铁原子结构示意图为例：铁原子共有4个电子层，最外层(N层)只有2个电子，次外层(M层)共有14个电子，最内层(K层)有2个电子，内层共有24个电子。
2．基态、激发态
处于最低能量的原子叫基态原子。基态原子的核外电子排布遵循泡利原理、洪特规则、能量最低原理。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。
3．价电子、最外层电子、外围电子
价电子指原子参加化学反应时与化合价有关的电子；最外层电子指能量最高的电子层上的电子，对于主族元素，最外层电子数等于价电子数；对于副族元素，部分能量高的次外层电子参与成键，即次外层部分电子与最外层电子统称为外围电子，即价电子。例如，铝原子的简化电子排布式为[Ne]3s23p1，最外层电子数和价电子数都是3。
4．能层、能级、轨道
电子层即为能层，同一能层中按能量高低分为不同的能级(如s、p、d……)，同一能级中若有多个轨道，其能量相同。例如，镍(Ni)原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d84s2，其中1、2、3、4称为能层，2s、2p表明第2能层上有2个能级，即镍原子核外电子排布有4个能层，7个能级(1s、2s、2p、3s、3p、3d、4s)。轨道：s、p、d、f所含轨道数分别为1、3、5、7，如1s、2s、3s、4s能级的能量不同，但是轨道数相同。电子进入能级的顺序是(按能量由低到高排序)1s、2s、2p、3s、3p、4s、3d、4p、5s、4d、5p、6s、4f、5d、6p、7s、5f、6d……
┃┃即时训练__■
若某基态原子的价电子排布为4d15s2，则下列说法正确的是( B )
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
解析：根据核外电子排布规律，该元素基态原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p64d15s2。由此可见：该元素原子中共有39个电子，分5个电子层，其中M能层上有18个电子，最外层上有2个电子。
点评：电子排布式的书写和正误判断
(1)注意每一个能级电子分布，特别注意当电子数不能够填满所有原子轨道时，注意分布形式；(2)基态原子和激发态原子电子排布的不同。即抓住每一个能级的每一个原子轨道最多填充两个自旋状态相反的电子，而对于同一能级电子应该尽量分布于不同原子轨道。
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10
-第2课时
能量最低原理
泡利原理
洪特规则
1．下列图像表述的现象与电子的跃迁无关的是( 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原理，与电子的跃迁无关，故选A。
2．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( D )
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，电子在核外出现的概率的大小
解析：题图2只是表示电子在该区域出现的概率大，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。
3．下列有关电子云和原子轨道的说法中，正确的是( D )
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，处于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．p能级原子轨道与s能级原子轨道的平均半径都随能层序数的增大而增大
解析：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，A错误；外在该轨道上的电子不只在球壳内运动，还在球壳外运动，只是在球壳外运动概率很小，B错误；任何能层的P能级都有3个原子轨道，C错误。
4．下列说法正确的是( C )
A．不同的原子轨道形状一定不相同
B．p轨道呈哑铃形，因此p轨道上的电子运动轨迹呈哑铃形
C．2p能级有3个p轨道
D．氢原子的电子运动轨迹呈球形
解析：不同能级的原子轨道形状可以相同，如1s、2s能级的原子轨道都是球形，只是半径不同，A错；现在的技术无法测定电子在原子核外的运动轨迹，原子轨道只是体现电子的运动状态，B、D错；任何能层的p能级都有3个p轨道，C正确。
5．已知元素X、Y的原子最外层分别有n个和(m－5)个电子，次外层分别有(n＋2)个和m个电子，据此推断：
(1)元素X和Y分别是__S__和__Al__(填元素符号)；其电子排布式分别为__1s22s22p63s23p4__和__1s22s22p63s23p1__；其价电子的电子排布图分别为____和____。
(2)X、Y元素原子中的电子分别占据的轨道数为__9__、__7__。
(3)X、Y元素原子中未成对电子数分别为__2__、__1__。
(4)X、Y元素原子中电子的运动状态分别为__16__种、__13__种。
解析：由题意知X、Y的结构示意图分别为，，即X为S，Y为Al。
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-(共50张PPT)
第一章
原子结构与性质
第一节 原子结构
第2课时 能量最低原理 泡利原理 洪特规则
激趣入题·情境呈现
霓虹灯为什么能够发出五颜六色的光
霓虹灯之所以能够发出五颜六色的光，其原因与氢原子光谱形成的原因基本相同。对霓虹灯而言，灯管中装载的气体不同，在高电压的激发下发出的光的颜色就不同。例如，氖灯的灯管中充入的气体是氖气，通电后在电场作用下，放电管里的氖原子中的电子吸收能量后跃迁到能量较高的轨道，但处在能量较高轨道上的电子会很快地以光的形式辐射能量而跃迁回能量较低的轨道，所发出的光的波长恰好位于可见光区域中的红色波段，所以我们看到的是红色光。类似地，在通电后氩气发蓝色光，氦气发粉红色光，水银蒸气发蓝色光，等等。
新知预习·自主探究
一、基态与激发态、光谱
1．能量最低原理
现代物质结构理论证实，原子中的电子排布遵循____________能使整个原子的能量处于________状态，简称能量最低原理。
2．基态原子与激发态原子
构造原理
最低
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，可以用光谱仪摄取各种元素的电子________光谱或________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____________来鉴定元素，称为光谱分析。
二、电子云与原子轨道
1．电子云
(1)概念：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____________分布的形象化描述。小黑点越密，表示概率密度________。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__________。
吸收
发射
特征谱线
概率密度
越大
电子云
(2)电子云的形状：
s电子云呈______形
p电子云呈________形
球
哑铃
2．原子轨道
(1)原子轨道：通常把电子云轮廓图中电子出现的概率约为________的空间圈出来，这种电子云轮廓图称为原子轨道。每一个原子轨道表示电子在原子核外的________空间运动状态。
(2)能级与原子轨道数目关系
90%
一个
能级符号
ns
np
nd
nf
轨道数目
_____
_____
_____
_____
1
3
5
7
三、核外电子排布
1．泡利原理
在一个原子轨道里最多只能容纳_____个电子，而且自旋状态________，用____________表示。
2．洪特规则：当电子排布在同一能级的不同轨道时，总是优先____________一个轨道，而且自旋状态________。
2
相反
“↑↓”
单独占据
相同
如氮原子、氟原子的电子排布图：
3．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。
如氧原子的电子排布图是_______________________。
预习自测·初试牛刀
√
√
×
×
√
2．有关于光谱的说法中不正确的是( )
A．原子中的电子在跃迁时能量的表现形式之一是光，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
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。
B
3．下列电子排布式中表示基态原子电子排布式的是( )
A．1s22s22p63s13p3
B．1s22s22p63s23p63d104s14p1
C．1s22s22p63s23p63d24s1
D．1s22s22p63s23p63d94s24p1
C
4．“各电子层最多容纳的电子数，是该电子层原子轨道数的二倍”，支撑这一结论的理论是( )
A．能量最低原理
B．泡利不相容原理
C．洪特规则
D．能量最低原理和泡利不相容原理
解析：根据泡利不相容原理，每个原子轨道上最多只能容纳两个自旋状态相反的电子，因此各电子层最多容纳该电子层原子轨道数目二倍的电子；洪特规则是电子在能量相同轨道排布时尽可能分占不同轨道且自旋状态相同；能量最低原理是指电子总是先占据能量低的轨道，再依次进入能量高的轨道。
B
解析：A和B两项都是电子排布式，C和D两项都是电子排布图，其中C项违背了洪特规则。
C
6．下面是s能级、p能级的原子轨道图，试回答问题：
(1)s电子的原子轨道呈______形，每个s能级有_____个原子轨道；p电子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电子原子轨道、p电子原子轨道的半径与什么因素有关？是什么关系？__________________________________________________________
球
1
对称
3
原子轨道的半径与电子层数有关，并随电子层数增大而增大。
解析：s轨道在三维空间分布的图形为球形，p轨道空间分布的图形分别相对于x、y、z轴对称，原子轨道的半径与电子层数有关，并随电子层数增大而增大。
课堂探究·疑难解惑
1．根据泡利原理和洪特规则，画出硼的电子排布图。
2．下列电子排布图中哪个是C原子的？
知识点一 核外电子排布遵循的规律
1．能量最低原理：原子核外电子总是优先占有能量低的轨道，然后依次进入能量高的轨道，这样使整个原子处于能量最低的状态。
这个原则是比较抽象的，如果我们打个这样的比方就可以理解了，也易于记忆了。把地球比作原子核，把能力高的大雁、老鹰等鸟比作能量高的电子，把能力低的麻雀、小燕子等鸟比作能量低的电子。能力高的鸟常在离地面较高的天空飞翔，能力低的鸟常在离地面很低的地方活动。
提示：为什么某些原子核外电子排布违背构造原理？
根据构造原理，在书写少数元素如Cu、Ag、Au、Cr等基态原子的电子排布式时会有1个电子的偏差。如Cr：1s22s22p63s23p63d54s1(非3d44s2)，Cu：1s22s22p63s23p63d104s1(非3d94s2)。对于这一现象，洪特通过分析光谱实验的结果指出：能量相同的原子轨道在全充满(如s2、p6和d10等)、半充满(如s1、p3和d5等)以及全空(如s0、p0和d0等)状态时体系的能量较低，原子较稳定。
下列原子价电子层的电子排布图正确的是( )
B
典例
1
规律方法指导：对于同一能级，当电子排布为全充满、半充满或全空时，是比较稳定的。
C
1．电子云中每个小黑点表示电子在该处出现过一次吗？
2．(1)s能级和p能级的原子轨道存在哪些方面的差异？
(2)不同能层中的s轨道和p轨道电子云轮廓图分别相同吗？分别呈什么形状？
知识点二 描述核外电子排布的化学用语
1．提示 电子云中孤立的小黑点没有意义，小黑点的密度不同，代表电子出现的概率不同。
2．(1)提示 轨道形状、数目、最多容纳电子数等不同。
(2)提示 相同。s轨道均为球形，p轨道均为哑铃形。
1．电子排布式
(1)定义：用核外电子分布的原子轨道(能级)及各原子轨道(能级)上的电子数来表示电子排布的式子。如1s22s22p4、1s22s22p63s23p63d64s2分别是O、Fe原子的电子排布式。
以铝原子为例，电子排布式中各符号、数字的意义为：
(2)简化的电子排布式
电子排布式中的内层电子排布可用相应的稀有气体的元素符号加方括号来表示，以简化电子排布式。以稀有气体的元素符号外加方括号表示的部分称为“原子实”。如钙的电子排布式为1s22s22p63s23p64s2，其简化的电子排布式可以表示为[Ar]4s2。
(3)外围电子排布式
在原子的核外电子排布式中，省去“原子实”后剩下的部分称为外围电子排布式。如氯、铜原子的电子排布式分别为1s22s22p63s23p5、1s22s22p63s23p63d104s1，用“原子实”的形式分别表示为[Ne]3s23p5、[Ar]3d104s1，其外围电子排布式分别为3s23p5、3d104s1。
提示：①虽然电子排布是遵循构造原理的，但书写时应按照电子层的顺序排列。如铁原子的电子排布式是1s22s22p63s23p63d64s2，而不能写作1s22s22p63s23p64s23d6。
②主族元素的最外层电子就是价电子。过渡元素的外围电子一般包括最外层的s电子和次外层的d电子，有的还包括倒数第三层的f电子。
③元素周期表中呈现的电子排布是各元素原子的外围电子排布。
2．电子排布图
以铝原子为例，电子排布图中各符号、数字的意义为：
4．电子式
在化学反应中，一般是原子的最外层电子数目发生变化。为了简便起见，化学中常在元素符号周围用小黑点“·”或小叉“×”来表示元素原子的最外层电子，相应的式子叫做电子式。如钠原子的电子式为·Na(或×Na)。
5．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
注：①d轨道和f轨道各有其名称、形状和取向，此处不再赘述。
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
M
3s
1
3s
球形
－
3p
3
3px、3py、3pz
哑铃形
相互垂直
3d
5
……①
……
……
N
4s
1
4s
球形
－
4p
3
4px、4py、4pz
哑铃形
相互垂直
4d
5
……
……
……
4f
7
……
……
……
……
……
……
……
……
……
下列有关化学用语书写错误的是( )
A
典例
2
C
核心素养·专家博客
易混概念的比较
1．电子层、次外层、最外层、最内层、内层
在推断题中经常出现与层数有关的概念，理解这些概念是正确做推断题的关键。为了研究方便，人们形象地把原子核外电子的运动看成分层运动，在原子结构示意图中，按能量高低将核外电子分为不同的能层，并用符号K、L、M、N、O、P、Q……表示相应的层，统称为电子层。一个原子在基态时，电子所占据的电子层数等于该元素在周期表中所处的周期数。倒数第一层，称为最外层；从外向内，倒数第二层称为次外层；最内层就是第一层(K层)；内层是除最外层外剩下电子层的统称。
3．价电子、最外层电子、外围电子
价电子指原子参加化学反应时与化合价有关的电子；最外层电子指能量最高的电子层上的电子，对于主族元素，最外层电子数等于价电子数；对于副族元素，部分能量高的次外层电子参与成键，即次外层部分电子与最外层电子统称为外围电子，即价电子。例如，铝原子的简化电子排布式为[Ne]3s23p1，最外层电子数和价电子数都是3。
4．能层、能级、轨道
电子层即为能层，同一能层中按能量高低分为不同的能级(如s、p、d……)，同一能级中若有多个轨道，其能量相同。例如，镍(Ni)原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d84s2，其中1、2、3、4称为能层，2s、2p表明第2能层上有2个能级，即镍原子核外电子排布有4个能层，7个能级(1s、2s、2p、3s、3p、3d、4s)。轨道：s、p、d、f所含轨道数分别为1、3、5、7，如1s、2s、3s、4s能级的能量不同，但是轨道数相同。电子进入能级的顺序是(按能量由低到高排序)1s、2s、2p、3s、3p、4s、3d、4p、5s、4d、5p、6s、4f、5d、6p、7s、5f、6d……
若某基态原子的价电子排布为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
B
解析：根据核外电子排布规律，该元素基态原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p64d15s2。由此可见：该元素原子中共有39个电子，分5个电子层，其中M能层上有18个电子，最外层上有2个电子。
点评：电子排布式的书写和正误判断
(1)注意每一个能级电子分布，特别注意当电子数不能够填满所有原子轨道时，注意分布形式；(2)基态原子和激发态原子电子排布的不同。即抓住每一个能级的每一个原子轨道最多填充两个自旋状态相反的电子，而对于同一能级电子应该尽量分布于不同原子轨道。第1课时
能层与能级
构造原理
A 级·基础巩固练
一、选择题
1．下列有关构造原理的说法错误的是( B )
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：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．下列符号不符合事实的是( D )
A．4s2
B．2p3
C．3d8
D．3f14
解析：s能级最多排列2个电子、p能级最多排列6个电子、d能级最多排列10个电子，存在4s2、2p3、3d8排布，f能级最多排列14个电子，第三能层没有f能级，至少在第四能层才存在f能级，不可能存3f14排布，故选D。
3．某元素的电子排布式为1s22s22p63s23p1，该元素最可能的化合价为( B )
A．＋1
B．＋3
C．＋5
D．－5
解析：根据该元素的电子排布式可知，该原子的最外能层上有3个电子，故该元素容易失去3个电子，表现为＋3价。
4．下列关于多电子原子核外电子排布的说法正确的是( D )
A．各能层含有的能级数等于能层序数减1
B．各能层的能级都是从s能级开始至f能级结束
C．各能层所含有的电子数一定是偶数
D．各能级的原子轨道数按s、p、d、f的顺序依次为1、3、5、7
解析：各能层中所含有的能级数等于其能层序数，A项错误；当为第一能层时，只含s能级，第二能层只含s、p能级，B项错误；每个能层最多能填充该能层序数平方的2倍个电子，即最多填充的电子数是偶数，但不一定含有这些电子，如H原子的K层只有1个电子。
5．下列各组微粒中，各能层电子数均达到2n2个的是( B )
A．Ne和
Ar
B．H－和Na＋
C．Ne和Cl－
D．F－和S2－
解析：Ar原子核外第三层只有8个电子，未达到2n2(n为电子层数)＝18个，不符合条件，故A错误；H－和Na＋各个电子层电子数都达到2n2个，故B正确；Cl－核外第三层只有8个电子，未达到2n2(n为电子层数)＝18个，不符合条件，故C错误；S2－核外第三层只有8个电子，未达到2n2(n为电子层数)＝18个，不符合条件，故D错误；故选B。
6．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 )
A．
B．
C．1s2
D．He
解析：原子轨道排布式不仅能表示电子在核外的排布情况，还能表示电子在原子轨道上的自旋状态，对电子运动状态描述最详尽。表示1s轨道上有2个电子，且自旋状态相反；表示核外有一个电子层且有2个电子；1s2表示在1s轨道上有2个电子；He是氦元素符号；对电子运动状态描述最详尽的答案选A。
7．已知Na的核外电子排布式为1s22s22p63s1，通常可把内层已达稀有气体原子的电子层结构的部分写成“原子实”，如Na的核外电子排布式可写成[Ne]3s1。用“原子实”表示的30号元素锌的原子核外电子排布式正确的是( D )
A．[Ne]3d104s2
B．[Ar]3d104s24p2
C．[Ar]3d84s24p2
D．[Ar]3d104s2
解析：根据构造原理可知，锌元素原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s2，除3d104s2外，锌原子内层电子的排布与稀有气体原子Ar的电子排布相同，因此锌的核外电子排布式可写为[Ar]3d104s2。
二、非选择题
8．(1)多电子原子中，同一能层的电子能量可能__不同__，还可以把它们分成__不同能级__。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__。如N能层有__4__个能级，分别是__4s、4p、4d、4f__。
(2)以s、p、d、f排序的各能级最多可容纳的电子数依次为1、3、5、7的__二__倍。
9．5种元素原子的电子排布式如下：
A．1s22s22p63s23p63d54s2
B．1s22s22p63s2
C．1s22s22p6
D．1s22s22p63s23p2
E．[Ar]4s1
(1)哪种元素是稀有气体？__C(Ne)__。
(2)A的元素符号是__Mn__，写出A原子的简化电子排布式：__[Ar]3d54s2__。
(3)B、D、E三种元素的原子半径大小顺序是__E>B>D(K>Mg>Si)__。
解析：由原子的电子排布式可知A～E元素原子的核外电子数分别为25、12、10、14、19，即分别为Mn、Mg、Ne、Si、K元素。
10．用“>”“<”或“＝”表示下列能级的能量高低关系：
(1)①1s__<__2s__<__3s__<__4s；
②2p__<__3p__<__4p__<__5p；
③3d__<__4d__<__5d；
(2)①2s__<__2p；
②3s__<__3p__<__3d；
③4s__<__4p__<__4d__<__4f。
解析：在第n能层中，各能级能量顺序是ns11．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轨道上有3个未成对电子，Y元素原子的最外层2p轨道上有2个未成对电子。请回答下列问题。
(1)X元素原子基态时的电子排布式为__1s22s22p63s23p63d104s24p3__，该元素的符号是__As__。
(2)Y元素原子的价层电子排布式为__2s2sp4__，该元素的名称是__氧__。
解析：(1)因为X原子4p轨道上有3个未成对电子，可知其电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p3，并推出其元素符号为As。
(2)根据Y元素的最外层2p轨道上有2个未成对电子，又因为X、Y的原子序数和为41，故Y的原子序数为41－33＝8，为氧元素，故其价层电子排布式为2s22p4。
12．根据下列叙述，写出元素名称，画出原子结构示意图，并写出核外电子排布式。
(1)A元素原子核外M层电子数是L层电子数的一半：__硅
1s22s22p63s23p2__。
(2)B元素原子的最外层电子数是次外层电子数的1.5倍：__硼
1s22s22p1__。
(3)C元素的单质在常温下可与水剧烈反应，产生的气体能使带火星的木条复燃：__氟
1s22s22p5__。
(4)D元素的次外层电子数是最外层电子数的：__氖
1s22s22p6__。
解析：A原子的L层排满有8个电子，故M层有4个电子，故A为Si；B原子次外层电子数只能为2，故最外层电子数为3，故B为B；C元素为F,2F2＋2H2O===4HF＋O2；D元素最外层电子数为8，次外层电子数为2，D为Ne。
B 级·能力提升练
一、选择题
1．若某原子的外围电子排布式为3d64s2，则下列说法正确的是( A )
A．该元素为Fe元素
B．该元素原子核外有7个能层
C．该元素原子最外层共有8个电子
D．该元素原子M能层共有18个电子
解析：根据核外电子排布规律，该元素基态原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2。由此可知：该元素基态原子中共有26个电子，为Fe元素原子核外有4个能层，其中M能层上有14个电子，最外层上有2个电子。
2．某元素的一种基态原子的M能层p能级上有4个电子，有关该原子的叙述错误的是( D )
A．该原子的N层不含电子
B．该原子容易得到2个电子
C．该原子的L层一定有8个电子
D．该原子的最外能层上有4个电子
解析：根据基态原子的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层有8个电子，N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，故D项错误。
3．A原子的结构示意图为。则x、y及该原子3p能级上的电子数分别为( B )
A．18、6、4
B．20、8、6
C．18、8、6
D．15～20、3～8、1～6
解析：第三能层上有3s、3p、3d三个能级，因为第四能层上已经含有电子，故3s、3p能级上已经排满，3d能级可以排0～10个电子，故8≤y≤18，则20≤x≤30，只有B符合。
4．下列各原子或离子的电子排布式错误的是( B )
A．Ca2＋：1s22s22p63s23p6
B．F－：1s22s23p6
C．S：1s22s22p63s23p4
D．Ar：1s22s22p63s23p6
解析：判断离子的电子排布式时，首先写出其原子的电子排布式，A项中生成Ca2＋失去4s能级上的2个电子，B项中2p能级得到1个电子，其电子排布式为1s22s22p6。
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正确的是( B )
A．3s23p6
B．3d34s2
C．3d64s2
D．4s2
解析：钒元素的原子序数为23，可根据电子排布规律写出基态钒原子核外电子排布式为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原子最外层的电子排布式可能是( A )
①X：3s23p1 Y：3s23p5 ②X：2s22p3 Y：2s22p4
③X：3s23p1 Y：3s23p4 ④X：3s2 Y：2s22p3
A．②③
B．①②
C．①④
D．③④
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．在基态多电子原子中，关于核外电子能量的叙述错误的是( C )
A．最易失去的电子能量最高
B．电离能最小的电子能量最高
C．p轨道电子能量一定高于s轨道电子能量
D．在离核最近区域内运动的电子能量最低
解析：在基态多电子原子中，能量低的电子，排布在离原子核较近的区域运动，能量高的电子在离原子核较远的区域运动，因此最易失去的电子是离核较远的能量最高的电子，A正确；电离能最小的电子能量最高，B正确；在同一电子层中p轨道电子能量一定高于s轨道电子能量，但是若是在不同的电子层中，p轨道电子能量可能就低于s轨道电子能量，C错误；电子的能量越低，就在离核最近区域内运动，因此在离核近的区域的电子的能量较低，D正确。故选C。
8．主族元素A和B可形成组成为AB2的离子化合物，则A、B两原子的最外层电子排布式分别为( C )
A．ns2和ns2np4
B．ns1和ns2np4
C．ns2和ns2np5
D．ns1和ns2
解析：由于AB2为离子化合物，故A为＋2价，B为－1价，A、B均为主族元素，因此A为第ⅡA族元素，其原子最外层有两个电子，最外层电子排布式为ns2；B为第ⅦA族元素，其原子最外层有7个电子，最外层电子排布式为ns2np5。
9．下列化学用语的表述错误的是( C )
A．18O2－离子的结构示意图：
B．甲烷分子的比例模型：
C．二氧化碳分子的电子式：
D．氮原子核外电子排布的轨道表示式：
解析：O元素是8号元素，离子的结构示意图为，故A正确；甲烷是正四面体结构，分子的比例模型为，故B正确；二氧化碳中C原子采用sp杂化，形成C＝O，电子式为，故C错误；氮为7号元素，原子核外电子排布的轨道表示式为，故D正确；故选C。
二、非选择题
10．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
__氦__
__He__
__1s2__
__1__
__4__
铍
__Be__
__1s22s2__
__2__
__6__
__碳__
C
__1s22s22p2__
__3__
__9__
__氟__
__F__
1s22s22p5
__3__
__13__
__铝__
Al
__1s22s22p63s23p1__
__5__
16
__硫__
__S__
__1s22s22p63s23p4__
__5__
__20__
__钙__
__Ca__
1s22s22p63s23p64s2
__6__
解析：根据电子排布式可计算出总的电子数，进一步确定元素名称、元素符号等；根据核电荷数＝电子序数，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。
11．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__Ar__；
(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__S2－__；
(3)某微粒氧化性很弱，但得到电子后还原性很强，且这种原子有一个单电子，这种微粒的符号是__K＋__；
(4)某微粒还原性虽弱，但失去电子后氧化性强，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__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，应为还原性较强的S2－，发生如下反应S2－＋Br2===S↓＋2Br－；氧化性很弱，得电子后还原性很强，应为K＋；得一个电子即达稳定结构，故该微粒应为Cl－。
12．A、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元素外原子半径最大的元素，C的最外层有三个未成对电子，E的价电子排布式为3d64s2。回答下列问题：
(1)A为__Si__(填元素符号，下同)，电子排布式是__1s22s22p63s23p2__；
(2)B为__Na__，简化电子排布式是__[Ne]3s1__；
(3)C为__P__，价电子排布式是__3s23p3__；
(4)D为__N__，电子排布式是__1s22s22p3__；
(5)E为__Fe__，原子结构示意图是____。
解析：由题意可知，A为Si，B为Na，C为P，D为N，E为Fe。这五种元素原子的电子排布式分别为A：1s22s22p63s23p2，B：1s22s22p63s1，C：1s22s22p63s23p3，D：1s22s22p3，E：1s22s22p63s23p63d64s2。
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7
-第一章 原子结构与性质
本章概述·素养呈现
本章是在已有知识和经验的基础上，进一步了解核外电子的运动情况，从能级、能层的角度分析核外电子的排布原则；从电离能和电负性的角度分析元素的化学性质；更加深入地理解原子结构与元素周期表的关系，把握元素周期律的实质；能用新的观点来解释元素的某些性质，并能阐述元素性质和原子结构的关系。本章的学习重点是掌握原子轨道的量子力学模型，用电子排布式表示常见元素(1～36号)原子核外电子的排布，理解电离能、电负性与元素性质的关系。
第一节 原子结构
第1课时 能层与能级 构造原理
激趣入题·情境呈现
秦始皇幻想帝位永在，龙体长存，日思长生药，夜作金银梦。于是各路仙家大炼金丹，他们深居简出于山野之中，过着超脱尘世的神仙般生活。炼丹家以丹砂(硫化汞)、雄黄(硫化砷)等为原料，开炉熔炼。企图制得仙丹，再点石成金，服用仙丹或以金银为皿，均使人永不老死。西洋文人也仿效于暗室或洞穴，单身寡居致力于炼金术。一两千年过去了，死于仙丹不乏其人，点石成金终成泡影。金丹大多徒劳无功而销声匿迹。中外古代炼金术士毕生从事化学实验，为何一事无成？乃因其违背科学规律。他们梦想用升华等简单方法改变金属的性质，把铅、铜、铁、汞变成贵重的金银。殊不知用一般化学方法是不能改变元素的性质的。化学元素是具有相同核电荷数的同种原子的总称，而原子是化学变化中的最小微粒。在化学反应里分子可以分成原子，原子却不能再分。随着科学的发展，今天“点石成金”已经实现。1919年英国卢瑟福用α粒子轰击氮元素使氮变成了氧。1941年科学家用原子加速器把汞变成了黄金——人造黄金镄(一百号元素)。1980年美国科学家又用氖和碳原子高速轰击铋金属靶，得到了针尖大的微量金。这一切都离不开科学家对原子的研究。
新知预习·自主探究
一、开天辟地——原子的诞生
1．原子的诞生：
2．宇宙的组成元素及其含量：
二、能量与能级
1．能层：
意义：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
符号：能层序数1、2、3、4、5、6、7分别用K、L、M、N、O、P、Q表示
2．能级：
意义：根据多电子原子中同一能层电子能量不同，将它们分成不同的能级
符号：在每一能层中，能级符号分别为ns、np、nd、nf……，其中n代表能层
3．能层、能级中所容纳的电子数：
能层
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
……
……
三、构造原理
1．构造原理：
(1)含义：在多电子原子中，电子在能级上的排列顺序是电子先排在能量__较低__的能级上，然后依次排在能量__较高__的能级上。
(2)构造原理示意图。
2．电子排布式：
(1)概念：将__能级__上所排布的电子数标注在该能级符号__右上角__，并按照能层从左到右的顺序排列的式子。
(2)表示方法。
钠原子的电子排布式可表示为1s22s22p63s1，也可简化为[Ne]3s1。
预习自测·初试牛刀
1．思考辨析：
(1)在原子中第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，能级的能量一定大。(×)
(4)K的电子排布式为1s22s22p63s23p63d1。(×)
2．在M能层中，最多能容纳的电子数为( C )
A．2
B．8
C．18
D．32
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．下列各能层不包含d能级的是( D )
A．O能层
B．P能层
C．M能层
D．K能层
解析：多电子原子中，同一能层的电子可分占不同的能级，K能层只有s能级，L能层有s、p能级，从M能层开始有d能级。
4．以下能级符号表述正确的是( B )
①5s ②1d ③2f ④1p ⑤2d ⑥3f ⑦4f ⑧5d ⑨3p ⑩6s
A．③⑤⑦⑧⑨⑩
B．①⑦⑧⑨⑩
C．①③⑤⑦⑨
D．②④⑥⑧⑩
解析：每一个能层都有s能级，从第二能层开始出现p能级，从第三能层开始出现d能级，从第四能层开始出现f能级。综上所述，B项正确。
5．下列叙述正确的是( C )
A．M电子层只有s、p
2个能级，该电子层最多能容纳8个电子
B．d能级最多能容纳5个电子，f能级最多能容纳7个电子
C．无论哪一电子层的s能级，最多容纳的电子数均为2
D．任一电子层都有s、p能级，但不一定有d能级
解析：A项，M电子层有s、p、d
3个能级，该电子层最多能容纳18个电子；B项，d能级最多能容纳10个电子，f能级最多能容纳14个电子；C项，每个电子层都从s能级开始，且s能级最多能容纳2个电子；D项，K电子层只有s能级，不含有p能级。
6．按要求书写原子或离子的电子排布式。
(1)K__1s22s22p63s23p64s1__。
(2)Cl－__1s22s22p63s23p6__。
(3)Fe__1s22s22p63s23p63d64s2__。
(4)Fe3＋__1s22s22p63s23p63d5__。
解析：因E(3d)>E(4s)，故19号K先排4s能级，电子排布式为1s22s22p63s23p64s1；氯离子是由氯原子得到一个电子填充在最外层，使原来未充满的3p能级达到8电子稳定结构；铁是26号元素，其价电子与次外层的d能级有关，当铁失去电子时，是从最外层开始失去电子，所以先失去的是4s能级上的两个电子，再失去次外层3d能级上的一个电子。
课堂探究·疑难解惑
知识点一 能层和能级的组成与能量关系
┃┃问题探究__■
1．不同能层分别有多少个能级？与能层序数(n)间存在什么关系？
2．原子核外电子的每一个能层最多可容纳的电子数与能层序数(n)间存在什么关系？
3．以s能级为例，不同能层的s能级间能量有何关系？同一能层，不同能级间能量有何关系？
┃┃探究提示__■
1．提示 任一能层的能级数等于该能层序数。相等。
2．提示 各层最多容纳的电子数为2n2。
3．提示 1s<2s<3s<4s……ns┃┃知识总结__■
1．能层和能级的划分
离核距离
近→远
能量高低
低→高
能层
一
二
三
四
……
n
符号
K
L
M
N
……
能级
1s
2s、2p
3s、3p、3d
4s、4p、4d、4f
……
各能级轨道数
1
1、3
1、3、5
1、3、5、7
……
各能级最多容纳的电子数
2
2、6
2、6、10
2、6、10、14
……
各能层最多容纳的电子数
2
8
18
32
……
2n2
2.能层、能级中的数量
(1)任一能层，能级数＝能层序数，且总是从s能级开始。
(2)以s、p、d、f……排序的各能级最多容纳的电子数依次为1、3、5,7……的二倍。
(3)每个能层最多可容纳的电子数是能层序数的平方的二倍，即2n2。
(4)能级符号相同的不同能层中所容纳的最多电子数相同。
3．不同能层中各能级之间能量大小关系
(1)不同能层中同一能级，能层序数越大能量越高。例如，1s<2s<3s……2p<3p<4p……
(2)同一能层中，各能级之间的能量大小关系是s(3)能层和能级都相同的各原子轨道能量相等，例如，2px＝2py＝2pz。
┃┃典例剖析__■
典例1
已知n为能层序数，下列有关认识正确的是( D )
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．各能级的原子轨道数按s、p、d、f的顺序依次为1、3、5、7
解析：A项，各能层最多容纳的电子数为2n2，错误；B项，各能层的能级都是从s能级开始，每个能层上能级数与能层序数相等，并不是所有能层的能级都到f能级结束，如第1、2、3能层，错误；C项，各能层含有的能级数与其能层序数相等，错误；D项，各能级的原子轨道数按s、p、d、f的顺序依次为1、3、5、7，正确。
规律方法指导：熟记能层、能级中的“4”个数量：(1)任一能层，能级数＝能层序数，且总是从s能级开始。(2)以s、p、d、f……排序的各能级最多容纳的电子数依次为1、3、5、7……的二倍。(3)每个能层最多可容纳的电子数是能层序数平方的二倍，即2n2。(4)能级符号相同的不同能层中所容纳的最多电子数相同。
┃┃变式训练__■
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 )
A．1s、2p、3d
B．1s、2s、3s
C．2s、2p、2d
D．3p、3d、3f
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，故B项错；从M层开始有d能级，即3d，不存在2d，故C项错；同理从N层开始有f能级，即4f，不存在3f，故D项错。
知识点二 构造原理与电子排布式
┃┃问题探究__■
1．已知氮原子的电子排布式为，①②③分别表示的含义是什么？
2．写出氩原子和钾原子的电子排布式，它们的最外层有几个电子？
┃┃探究提示__■
1．提示 ①—能层、②—能级、③—能级上的电子数。
2．提示 18Ar：1s22s22p63s23p6,19K：1s22s22p63s23p64s1，最外层电子数分别为8和1。
┃┃知识总结__■
1．构造原理
(1)原理
随着原子序数的递增，绝大多数元素的原子核外电子排布遵循下列顺序：
图中每个小圆圈表示一个能级，每一行对应一个能层，各圆圈间连接线的方向表示随核电荷数递增而增加的电子填入能级的顺序。
提示：原子核外电子排布构造易记图：
自左往右、自下而上，依次填充。
(2)实质：构造原理中的电子排布顺序，其实质是各能级的能量高低顺序。
(3)“能级交错”现象：由构造原理可知，核外电子排布的能级顺序为1s2s2p3s3p4s3d4p5s4d5p6s4f5d6p7s……从中可以看出，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，即产生“能级交错”现象。如E(3d)>E(4s)、E(4d)>E(5s)、E(5d)>E(6s)、E(6d)>E(7s)、E(4f)>E(5p)、E(4f)>E(6s)等。
2．电子排布式的书写
电子排布式是指用来表示原子核外电子排布情况的表达式，如钠原子的电子排布式为ls22s22p63s1。它能直接地反映核外电子的能层、能级和各能级上的电子数。
(1)简单原子的核外电子排布式：
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：1s22s22p2,10Ne：1s22s22p6,17Cl：1s22s22p63s23p5，19K：1s22s22p63s23p64s1。
(2)复杂原子的核外电子排布式：
注意：在书写电子排布式时，能层低的能级要写在左边，不一定完全按填充顺序写。
(3)利用构造原理书写简易电子排布式
为了方便，常把内层已达到稀有气体电子层结构的部分写成“原子实”，用稀有气体符号外加方括号来表示。如K：1s22s22p63s23p64s1，其中1s22s22p63s23p6看作[Ar]“原子实”，故K的电子层结构可表示为：[Ar]4s1，其中[Ar]代表Ar的核外电子排布结构，即1s22s22p63s23p6。再如Fe的简化
电子排布式为：[Ar]3d64s2。
┃┃典例剖析__■
典例2
写出下列原子的电子排布式。
(1)Cl基态原子的电子排布式是__1s22s22p63s23p5或[Ne]3s23p5__。
(2)基态Ge原子的核外电子排布式为__1s22s22p63s23p63d104s24p2或[Ar]3d104s24p2__。
(3)写出基态As原子的电子排布式__1s22s22p63s23p63d104s24p3或[Ar]3d104s24p3__。
(4)P原子的核外电子排布式是__1s22s22p63s23p3或[Ne]3s23p3__。
解析：根据原子核外电子排布所遵循的原理书写原子的电子排布式，同时应注意从3d能级开始出现“能级交错”现象。
规律方法指导：电子排布式的书写顺序与电子排布顺序有所不同，电子进入能级的顺序是按构造原理中能级能量递增的顺序，而电子排布式的书写则按能层的顺序，能层中的能级按s、p、d、f能量递增的顺序排列。
┃┃变式训练__■
2．下列基态原子或离子的电子排布式错误的是( C )
A．Ca 1s22s22p63s23p64s2
B．Mg2＋ 1s22s22p6
C．F－ 1s22s22p5
D．Br 1s22s22p63s23p63d104s24p5
解析：A项，Ca原子核外有20个电子，根据构造原理可得其核外电子排布式为1s22s22p63s23p64s2，正确；B项，Mg2＋核外有10个电子，根据构造原理可得其核外电子排布式为1s22s22p6，正确；C项，F－核外有10个电子，根据构造原理可得其核外电子排布式为1s22s22p6，错误；D项，Br原子核外有35个电子，根据构造原理可得其核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p5，正确。
核心素养·专家博客
原子结构模型的演变过程
古代原子学说→道尔顿原子模型→汤姆生原子模型→卢瑟福原子模型→玻尔原子模型→电子云模型。
1.德谟克利特的古代原子学说：物质由原子构成，且原子是不可分的微粒；原子的结合和分离是万物变化的根本。
2.道尔顿原子模型：物质由原子组成，且原子为实心球体，不能用物理方法分割；同种原子的质量和性质相同。
3.汤姆生原子模型：原子是一个平均分布着正电荷的粒子，电子镶嵌其中并中和正电荷，使原子呈电中性；原子是可以再分的。
4.卢瑟福原子模型：原子由原子核和核外电子组成。原子核带正电荷，位于原子的中心并几乎集中了原子的全部质量，电子带负电荷，在原子核周围空间作高速运动。
5.玻尔原子模型：电子在原子核外一定轨道上绕核作高速运动。
6.电子云模型(现代原子结构学说)：现代科学家用量子力学的方法描述核外电子运动，即运用电子云模型描述核外电子的运动。
┃┃即时训练__■
构造原理揭示的电子排布能级顺序，实质是各能级能量高低。若以E表示其能级的能量，以下各式中正确的是( B )
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：根据构造原理，各能级能量由低到高的顺序为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，C项的正确顺序为E(4s)＞E(3s)＞E(2s)＞E(1s)。
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8
-第1课时
能层与能级
构造原理
1．下列能级中，不属于M能层的是( B )
A．3s
B．4s
C．3p
D．3d
解析：M能层包含3s、3p、3d三个能级。
2．下列叙述正确的是( B )
A．能级就是电子层
B．每个能层最多可容纳的电子数是2n2
C．同一能层中的不同能级的能量高低相同
D．不同能层中的s能级的能量高低相同
解析：同一能层中的不同能级的能量高低顺序是ns3．表示一个原子在第三个电子层上有10个电子可以写成( C )
A．3s10
B．3d10
C．3s23p63d2
D．3s23p53d3
解析：按照能量最低原理，电子应先排满s能级，再排满p能级，最后排d能级。
4．某元素的原子3d能级上有1个电子，它的N能层上的电子数是( B )
A．0
B．2
C．5
D．8
解析：根据该元素的原子3d能级上有1个电子可以写出该原子的电子排布式：1s22s22p63s23p63d14s2，由此可知该元素N能层上的电子数为2。
5．用“>”“＝”或“<”表示下列各组多电子原子的能级或轨道能量的高低。
(1)2s__<__3p
(2)4px__＝__4Pz
(3)4s__<__4d
(4)4s__>__3p
(5)5p__<__7d
(6)3d__<__4d
解析：掌握各能级及原子轨道能量高低的顺序就容易得出答案。
6．某元素原子序数为34，则
(1)此元素原子的电子总数是__34__，有__2__个未成对电子。
(2)有__4__个电子层，__8__个能级，__18__个原子轨道。
(3)它的价电子排布式为__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，书写出其基态原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p4，可知有2个未成对电子，有4个电子层，8个能级，18个原子轨道；它的价电子排布式4s24p4。
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-(共46张PPT)
第一章
原子结构与性质
本章概述·素养呈现
本章是在已有知识和经验的基础上，进一步了解核外电子的运动情况，从能级、能层的角度分析核外电子的排布原则；从电离能和电负性的角度分析元素的化学性质；更加深入地理解原子结构与元素周期表的关系，把握元素周期律的实质；能用新的观点来解释元素的某些性质，并能阐述元素性质和原子结构的关系。本章的学习重点是掌握原子轨道的量子力学模型，用电子排布式表示常见元素(1～36号)原子核外电子的排布，理解电离能、电负性与元素性质的关系。
第一节 原子结构
第1课时 能层与能级 构造原理
激趣入题·情境呈现
秦始皇幻想帝位永在，龙体长存，日思长生药，夜作金银梦。于是各路仙家大炼金丹，他们深居简出于山野之中，过着超脱尘世的神仙般生活。炼丹家以丹砂(硫化汞)、雄黄(硫化砷)等为原料，开炉熔炼。企图制得仙丹，再点石成金，服用仙丹或以金银为皿，均使人永不老死。西洋文人也仿效于暗室或洞穴，单身寡居致力于炼金术。一两千年过去了，死于仙丹不乏其人，点石成金终成泡影。金丹大多徒劳无功而销声匿迹。中外古代炼金术士毕生从事化学实验，为何一事无成？乃因其违背科学规律。他们梦想用升华等简单方法改变金属的性质，把铅、铜、铁、汞变成贵重的金银。
殊不知用一般化学方法是不能改变元素的性质的。化学元素是具有相同核电荷数的同种原子的总称，而原子是化学变化中的最小微粒。在化学反应里分子可以分成原子，原子却不能再分。随着科学的发展，今天“点石成金”已经实现。1919年英国卢瑟福用α粒子轰击氮元素使氮变成了氧。1941年科学家用原子加速器把汞变成了黄金——人造黄金镄(一百号元素)。1980年美国科学家又用氖和碳原子高速轰击铋金属靶，得到了针尖大的微量金。这一切都离不开科学家对原子的研究。
新知预习·自主探究
一、开天辟地——原子的诞生
1．原子的诞生：
2．宇宙的组成元素及其含量：
二、能量与能级
1．能层：
意义：根据多电子原子的核外电子的____________，将核外电子分成不同的能层
符号：能层序数1、2、3、4、5、6、7分别用K、L、M、N、O、P、Q表示
2．能级：
意义：根据多电子原子中同一能层电子能量不同，将它们分成不同的能级
符号：在每一能层中，能级符号分别为ns、np、nd、nf……，其中n代表能层
能量差异
3．能层、能级中所容纳的电子数：
能层
K
L
M
N
O
……
能级
___
___
___
___
___
___
___
___
___
___
5s
5p
…
……
最多电
子数
2
2
6
2
6
10
__
__
___
___
__
__
…
……
__
__
___
___
……
……
1s
2s
2p
3s
3p
3d
4s
4p
4d
4f
2
6
10
14
2
6
2
8
18
32
三、构造原理
1．构造原理：
(1)含义：在多电子原子中，电子在能级上的排列顺序是电子先排在能量________的能级上，然后依次排在能量________的能级上。
(2)构造原理示意图。
较低
较高
2．电子排布式：
(1)概念：将________上所排布的电子数标注在该能级符号__________，并按照能层从左到右的顺序排列的式子。
(2)表示方法。
钠原子的电子排布式可表示为1s22s22p63s1，也可简化为[Ne]3s1。
能级
右上角
预习自测·初试牛刀
1．思考辨析：
(1)在原子中第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，能级的能量一定大。( )
(4)K的电子排布式为1s22s22p63s23p63d1。( )
×
×
×
×
2．在M能层中，最多能容纳的电子数为( )
A．2
B．8
C．18
D．32
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。
C
3．下列各能层不包含d能级的是( )
A．O能层
B．P能层
C．M能层
D．K能层
解析：多电子原子中，同一能层的电子可分占不同的能级，K能层只有s能级，L能层有s、p能级，从M能层开始有d能级。
D
4．以下能级符号表述正确的是( )
①5s ②1d ③2f ④1p ⑤2d ⑥3f ⑦4f ⑧5d ⑨3p ⑩6s
A．③⑤⑦⑧⑨⑩
B．①⑦⑧⑨⑩
C．①③⑤⑦⑨
D．②④⑥⑧⑩
解析：每一个能层都有s能级，从第二能层开始出现p能级，从第三能层开始出现d能级，从第四能层开始出现f能级。综上所述，B项正确。
B
5．下列叙述正确的是( )
A．M电子层只有s、p
2个能级，该电子层最多能容纳8个电子
B．d能级最多能容纳5个电子，f能级最多能容纳7个电子
C．无论哪一电子层的s能级，最多容纳的电子数均为2
D．任一电子层都有s、p能级，但不一定有d能级
解析：A项，M电子层有s、p、d
3个能级，该电子层最多能容纳18个电子；B项，d能级最多能容纳10个电子，f能级最多能容纳14个电子；C项，每个电子层都从s能级开始，且s能级最多能容纳2个电子；D项，K电子层只有s能级，不含有p能级。
C
6．按要求书写原子或离子的电子排布式。
(1)K______________________。
(2)Cl－___________________。
(3)Fe_________________________。
(4)Fe3＋______________________。
解析：因E(3d)>E(4s)，故19号K先排4s能级，电子排布式为1s22s22p63s23p64s1；氯离子是由氯原子得到一个电子填充在最外层，使原来未充满的3p能级达到8电子稳定结构；铁是26号元素，其价电子与次外层的d能级有关，当铁失去电子时，是从最外层开始失去电子，所以先失去的是4s能级上的两个电子，再失去次外层3d能级上的一个电子。
1s22s22p63s23p64s1
1s22s22p63s23p6
1s22s22p63s23p63d64s2
1s22s22p63s23p63d5
课堂探究·疑难解惑
1．不同能层分别有多少个能级？与能层序数(n)间存在什么关系？
2．原子核外电子的每一个能层最多可容纳的电子数与能层序数(n)间存在什么关系？
3．以s能级为例，不同能层的s能级间能量有何关系？同一能层，不同能级间能量有何关系？
知识点一 能层和能级的组成与能量关系
1．提示 任一能层的能级数等于该能层序数。相等。
2．提示 各层最多容纳的电子数为2n2。
3．提示 1s<2s<3s<4s……ns1．能层和能级的划分
2.能层、能级中的数量
(1)任一能层，能级数＝能层序数，且总是从s能级开始。
(2)以s、p、d、f……排序的各能级最多容纳的电子数依次为1、3、5,7……的二倍。
(3)每个能层最多可容纳的电子数是能层序数的平方的二倍，即2n2。
(4)能级符号相同的不同能层中所容纳的最多电子数相同。
3．不同能层中各能级之间能量大小关系
(1)不同能层中同一能级，能层序数越大能量越高。例如，1s<2s<3s……2p<3p<4p……
(2)同一能层中，各能级之间的能量大小关系是s(3)能层和能级都相同的各原子轨道能量相等，例如，2px＝2py＝2pz。
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．各能级的原子轨道数按s、p、d、f的顺序依次为1、3、5、7
D
典例
1
解析：A项，各能层最多容纳的电子数为2n2，错误；B项，各能层的能级都是从s能级开始，每个能层上能级数与能层序数相等，并不是所有能层的能级都到f能级结束，如第1、2、3能层，错误；C项，各能层含有的能级数与其能层序数相等，错误；D项，各能级的原子轨道数按s、p、d、f的顺序依次为1、3、5、7，正确。
规律方法指导：熟记能层、能级中的“4”个数量：(1)任一能层，能级数＝能层序数，且总是从s能级开始。(2)以s、p、d、f……排序的各能级最多容纳的电子数依次为1、3、5、7……的二倍。(3)每个能层最多可容纳的电子数是能层序数平方的二倍，即2n2。(4)能级符号相同的不同能层中所容纳的最多电子数相同。
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
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，故B项错；从M层开始有d能级，即3d，不存在2d，故C项错；同理从N层开始有f能级，即4f，不存在3f，故D项错。
A
知识点二 构造原理与电子排布式
1．提示 ①—能层、②—能级、③—能级上的电子数。
2．提示 18Ar：1s22s22p63s23p6,19K：1s22s22p63s23p64s1，最外层电子数分别为8和1。
1．构造原理
(1)原理
随着原子序数的递增，绝大多数元素的原子核外电子排布遵循下列顺序：
图中每个小圆圈表示一个能级，每一行对应一个能层，各圆圈间连接线的方向表示随核电荷数递增而增加的电子填入能级的顺序。
(2)实质：构造原理中的电子排布顺序，其实质是各能级的能量高低顺序。
(3)“能级交错”现象：由构造原理可知，核外电子排布的能级顺序为1s2s2p3s3p4s3d4p5s4d5p6s4f5d6p7s……从中可以看出，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，即产生“能级交错”现象。如E(3d)>E(4s)、E(4d)>E(5s)、E(5d)>E(6s)、E(6d)>E(7s)、E(4f)>E(5p)、E(4f)>E(6s)等。
2．电子排布式的书写
电子排布式是指用来表示原子核外电子排布情况的表达式，如钠原子的电子排布式为ls22s22p63s1。它能直接地反映核外电子的能层、能级和各能级上的电子数。
(1)简单原子的核外电子排布式：
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：1s22s22p2,10Ne：1s22s22p6,17Cl：1s22s22p63s23p5，19K：1s22s22p63s23p64s1。
(2)复杂原子的核外电子排布式：
注意：在书写电子排布式时，能层低的能级要写在左边，不一定完全按填充顺序写。
(3)利用构造原理书写简易电子排布式
为了方便，常把内层已达到稀有气体电子层结构的部分写成“原子实”，用稀有气体符号外加方括号来表示。如K：1s22s22p63s23p64s1，其中1s22s22p63s23p6看作[Ar]“原子实”，故K的电子层结构可表示为：[Ar]4s1，其中[Ar]代表Ar的核外电子排布结构，即1s22s22p63s23p6。再如Fe的简化电子排布式为：[Ar]3d64s2。
写出下列原子的电子排布式。
(1)Cl基态原子的电子排布式是_________________________________。
(2)基态Ge原子的核外电子排布式为_______________________________________________。
(3)写出基态As原子的电子排布式_______________________________________________。
(4)P原子的核外电子排布式是_________________________________。
1s22s22p63s23p5或[Ne]3s23p5
典例
2
1s22s22p63s23p63d104s24p2或[Ar]3d104s24p2
1s22s22p63s23p63d104s24p3或[Ar]3d104s24p3
1s22s22p63s23p3或[Ne]3s23p3
解析：根据原子核外电子排布所遵循的原理书写原子的电子排布式，同时应注意从3d能级开始出现“能级交错”现象。
规律方法指导：电子排布式的书写顺序与电子排布顺序有所不同，电子进入能级的顺序是按构造原理中能级能量递增的顺序，而电子排布式的书写则按能层的顺序，能层中的能级按s、p、d、f能量递增的顺序排列。
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
C
解析：A项，Ca原子核外有20个电子，根据构造原理可得其核外电子排布式为1s22s22p63s23p64s2，正确；B项，Mg2＋核外有10个电子，根据构造原理可得其核外电子排布式为1s22s22p6，正确；C项，F－核外有10个电子，根据构造原理可得其核外电子排布式为1s22s22p6，错误；D项，Br原子核外有35个电子，根据构造原理可得其核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p5，正确。
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原子结构模型的演变过程
古代原子学说→道尔顿原子模型→汤姆生原子模型→卢瑟福原子模型→玻尔原子模型→电子云模型。
1.德谟克利特的古代原子学说：物质由原子构成，且原子是不可分的微粒；原子的结合和分离是万物变化的根本。
2.道尔顿原子模型：物质由原子组成，且原子为实心球体，不能用物理方法分割；同种原子的质量和性质相同。
3.汤姆生原子模型：原子是一个平均分布着正电荷的粒子，电子镶嵌其中并中和正电荷，使原子呈电中性；原子是可以再分的。
4.卢瑟福原子模型：原子由原子核和核外电子组成。原子核带正电荷，位于原子的中心并几乎集中了原子的全部质量，电子带负电荷，在原子核周围空间作高速运动。
5.玻尔原子模型：电子在原子核外一定轨道上绕核作高速运动。
6.电子云模型(现代原子结构学说)：现代科学家用量子力学的方法描述核外电子运动，即运用电子云模型描述核外电子的运动。
构造原理揭示的电子排布能级顺序，实质是各能级能量高低。若以E表示其能级的能量，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)
B
解析：根据构造原理，各能级能量由低到高的顺序为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，C项的正确顺序为E(4s)＞E(3s)＞E(2s)＞E(1s)。