课时素养评价
二 能量最低原理、基态与激发态、光谱电子云与原子轨道
泡利原理和洪特规则
(30分钟 50分)
一、选择题(本题包括4小题,每小题5分,共20分)
1.(2020·滁州高二检测)下列关于同一原子中的基态和激发态说法中,正确的是
( )
A.基态时的能量比激发态时高
B.激发态时比较稳定
C.由基态转化为激发态过程中吸收能量
D.电子仅在激发态跃迁到基态时才会产生原子光谱
【解析】选C。激发态时能量较高,较不稳定,A、B不正确。电子从较低能量的基态跃迁到较高能量的激发态时,也会产生原子光谱,D不正确。
【补偿训练】
(2020·重庆高二检测)电子由3d能级跃迁至4p能级时,可通过光谱仪直接摄取
( )
A.电子的运动轨迹图象
B.原子的吸收光谱
C.电子体积大小的图象
D.原子的发射光谱
【解析】选B。由于E3d2.(2020·锦州高二检测)下面说法中正确的是
( )
A.电子云图中的小黑点密度大,说明该原子核外空间电子数目越多
B.某基态原子外围电子排布中最高能级的符号为3f
C.3d3表示3d能级上有3个轨道
D.ns能级的原子轨道图可表示为
【解析】选D。电子云图中的小黑点密度大,说明该原子核外空间电子出现的机会多,A错误;第三能层具有的能级只有s、p、d三种,B错误;3d3表示3d能级上有3个电子,C错误;ns能级的电子云是球形对称的,原子轨道图可表示为,D正确。
3.(2020·太原高二检测)下列基态原子中,未成对电子数最多的是
( )
A.O
B.P
C.Mn
D.Cr
【解析】选D。O的电子排布式为1s22s22p4,未成对电子数为2;P的电子排布式为1s22s22p63s23p3,未成对电子数为3;Mn的电子排布式为
1s22s22p63s23p63d54s2,未成对电子数为5;Cr的电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s1,未成对电子数是6。
【方法规律】基态原子中未成对电子的快速判断方法
(1)主族元素原子中未成对电子数:
主族
ⅠA
ⅡA
ⅢA
ⅣA
ⅤA
ⅥA
ⅦA
未成对电子数
1
0
1
2
3
2
1
(2)副族和第Ⅷ族元素可以通过书写电子排布式的办法来进行判断。需要特别注意的是铬和铜两种元素,铬的基态原子中存在6个未成对电子,而不是4个,铜的基态原子中存在1个未成对的s电子而不是d电子。
4.下列关于钠元素的几种表达式错误的是
( )
选项
微粒种类
表示方法的名称
表示方法
A
基态Na+
电子排布图
B
基态Na+
结构示意图
C
基态Na
电子排布式
1s22s22p63s1
D
基态Na
简化电子排布式
[Na]3s1
【解析】选D。Na的简化电子排布式为[Ne]3s1。即上一周期的稀有气体[元素符号]+该原子价电子排布。
【方法规律】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。
二、非选择题(本题包括1小题,共10分)
5.写出下列粒子的电子排布式或电子排布图。
(1)电子排布式
①17Cl________________________;?
②Ca2+________________________;?
③22Ti________________________;?
④Al3+________________________。?
(2)电子排布图
①O2-电子排布图_____________________;?
②F的最外层电子排布图_____________。
(3)分别写出Al、C的最外层电子排布式___________、___________。
【解析】熟悉前36号元素,尤其是前18号元素的核外电子排布规律,能熟练表示基态原子或离子的电子排布式、外围电子排布式、电子排布图等。注意两个问题,一是E(3d)>E(4s),但最终的电子排布式按能层的顺序写;二是注意特殊元素,如Cu、Cr等。
答案:(1)①1s22s22p63s23p5(或[Ne]3s23p5)
②1s22s22p63s23p6 ③1s22s22p63s23p63d24s2
(或[Ar]3d24s2) ④1s22s22p6
(2)① ②
(3)3s23p1 2s22p2
一、选择题(本题包括2小题,每小题5分,共10分)
6.(2020·长沙高二检测)下列对核外电子运动状态的描述正确的是
( )
A.电子的运动与行星的运动相似,围绕原子核在固定的轨道上高速旋转
B.能层数为3时,有3s、3p、3d、3f四个轨道
C.氢原子中只有一个电子,故氢原子只有一个轨道
D.在同一能级上运动的电子,其运动状态肯定不同
【解析】选D。A项,质量很小的电子在做高速运动时,其运动规律跟普通物体不同,电子没有确定的运动轨道;B项,第三能层只有3s、3p、3d三个能级,而3s能级有1个轨道、3p能级有3个轨道、3d能级有5个轨道,故第三能层有9个轨道;C项,氢原子中只有1个电子,在1s轨道,但还存在其他空轨道;D项,电子的运动状态与能层、能级和自旋状态有关,在同一原子内部没有两个电子存在完全相同的运动状态。
7.(2020·锦州高二检测)某元素基态原子3d轨道上有5个电子,则该原子最外层电子的排布可能是
( )
A.4s1 B.4s24p1 C.4s24p3
D.3s23p63d5
【解析】选A。3d轨道上有5个电子,属于半充满稳定状态,又根据构造原理可知电子先填充4s轨道再填充3d轨道,待3d轨道填满后再填充4p轨道,故题给原子的价层电子排布为3d54s1或3d54s2,最外层电子排布为4s1或4s2,故A正确。
【补偿训练】
(2020·湖州高二检测)下列离子中d轨道达半充满状态的是
( )
A.Cr3+ B.Cu+ C.Co3+
D.Fe3+
【解析】选D。Cr3+的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d3,d轨道不是半充满状态,故A错误;Cu+的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d10,d轨道处于全满状态,故B错误;Co3+的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d6,d轨道不是半充满状态,故C错误;Fe3+的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d5,d轨道达半充满状态,故D正确。
二、非选择题(本题包括1小题,共10分)
8.有A、B、C、D四种元素且原子序数(均不超过36)依次递增,它们原子核外的电子层数各不相同。A元素原子核外是仅有一种原子轨道的元素;B元素原子核外的p电子数与s电子数相等;C元素原子的价电子排布式为3s23p5;D元素原子最外层只有1个电子,次外层有13个电子。
(1)写出四种元素的元素符号:
A________,B________,C________,D________。?
(2)写出C、D两种元素基态原子核外电子排布图。
C_________________________________,?
D_________________________________。?
(3)写出B、A两种元素单质在一定条件下反应的化学方程式___________。?
(4)写出B元素单质和氢化物的电子式:单质________,氢化物________。?
【解析】A可能是H或He,但由问题(3)说明A只能是氢元素;B是O或Mg,但C是Cl,因它们原子核外电子层数均不相同,所以B是氧元素;D的次外层有13个电子,最外层有1个电子且原子序数不超过36,说明D为Cr。
答案:(1)H O Cl Cr
(2)
(3)O2+2H22H2O(共76张PPT)
第2课时
能量最低原理、基态与激发态、光谱
电子云与原子轨道
泡利原理和洪特规则
一、能量最低原理、基态与激发态、光谱
1.能量最低原理
原子的电子排布遵循_____原理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
(1)基态原子:处于_________的原子。
(2)激发态原子:基态原子的电子_____能量后,电子跃迁到_____能级,变为激
发态原子。
必备知识·自主学习
构造
最低
最低能量
吸收
较高
(3)基态、激发态相互转化的能量变化
基态原子
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的_____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。
(3)光谱分析的应用——_________。
吸收
发射
特征谱线
鉴定元素
【自主探索】
(1)原子的核外电子排布为什么要遵循能量最低原理?
提示:能量最低原理是自然界普遍遵循的规律。能量越低,物质越稳定,物质都有从高能量状态转化到低能量状态的趋势。
(2)每到夜幕降临的时候,大街上的霓虹灯就会渐渐亮起来,整个城市也变得那么迷人,霓虹灯内因为充有稀薄氖气或其他稀有气体才会发出颜色各异的光,你知道霓虹灯为什么能发出颜色各异的光吗?
提示:当外电源电路接通后,变压器输出端就会产生几千伏甚至上万伏的高压。当这一高压加到霓虹灯管两端电极上时,霓虹灯管内的带电粒子电子就会发生跃迁,发出五颜六色的光。
二、电子云与原子轨道
1.电子云的定义及形状:
定义
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
意义
用单位体积内小黑点的_________表示电子在核外出现_____
的大小
形状
s
呈_____,只有一种空间伸展方向
p
呈_____形,有三种空间伸展方向,它们相互分别垂直,分别
相对于x、y、z轴对称
概率密度
疏密程度
概率
球形
哑铃
2.原子轨道:
(1)概念:电子在原子核外的一个_____________。
(2)不同能层所对应的能级和原子轨道。
能层
能级
原子轨道数
原子轨道名称
电子云轮廓图形状
K
1s
1
1s
球形
L
2s
2p
1
__
2s
2px、2py、2pz
球形
_______
M
3s
3p
3d
1
__
__
3s
3px、3py、3pz
……
球形
_______
……
……
……
……
……
……
空间运动状态
3
哑铃形
3
哑铃形
5
3.泡利原理和洪特规则
(1)泡利原理:一个原子轨道最多只能容纳__个电子,且自旋状态_____。电子自
旋有_______和_______两种方向。
(2)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_________________,而且自旋状态_____。
(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。
如氮原子的电子排布图是___________________。
2
相反
顺时针
逆时针
单独占据一个轨道
相同
【自主探索】
(1)判断下列说法是否正确。
①电子云中的每一个小黑点都表示一个电子。
( )
提示:×。电子云中的每个小黑点疏密代表电子在此空间出现的概率。
②原子轨道是原子核外的具有确定半径的圆。
( )
提示:×。原子轨道是电子在原子核外的空间运动状态。
③同一原子中,2p、3p、4p能级的轨道数依次增多。
( )
提示:×。2p、3p、4p的轨道数一样多,均为三个。
(2)能层与能级及原子轨道数目有何关系?
提示:第n能层上有n个能级、n2个原子轨道。例如,第3能层有3个能级(3s、3p、3d),包含9个原子轨道,不同能级中的电子云可能有不同的伸展方向,即可能有不同的原子轨道。
(3)下列原子或离子的电子排布式正确的是________,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
③P:
④Cr:1s22s22p63s23p63d44s2
⑤Fe:1s22s22p63s23p63d64s2
⑥Mg2+:1s22s22p6
⑦C:
提示:根据核外电子排布规律,①正确。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,正确的应为1s22s22p6。③中没有遵循洪特规则——电子在
能量相同的轨道上排布时,应尽可能分占不同的轨道并且自旋方向相同,正确的
应为
。④中忽略了能量相同的原子轨道在半充满状态时,体系的能
量较低,原子较稳定,正确的应为1s22s22p63s23p63d54s1。⑤和⑥正确。⑦违反泡
利原理和洪特规则,正确的应为
。
答案:①⑤⑥ ②④ ③⑦ ⑦
关键能力·合作学习
知识点一 基态原子核外电子排布?
1.排布原则
2.构造原理中的“能级交错”现象:
从原子核外电子排布的轨道能量顺序看出,从第三电子层就会出现能级交错现象,这是因为3d能级的能量似乎应该低于4s能级,而实际上E(3d)>E(4s)。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,而且最外层未达到最大容量时,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一般达不到最大容量。
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Cr:1s22s22p63s23p63d44s2(错误)
应为1s22s22p63s23p63d54s1
Cu:1s22s22p63s23p63d94s2(错误)
应为1s22s22p63s23p63d104s1
【特别警示】(1)绝大多数元素的原子核外电子的填充顺序遵循构造原理,构造原理也是书写基态原子核外电子排布式的依据。
(2)原子核外不可能有运动状态完全相同的两个电子。
(3)原子轨道只是体现电子的运动状态,而不是运动轨迹。
【合作探究】
(1)(情境应用)德国人弗里德里希·洪特(F.Hund)根据大量光谱实验数据总结出一个规律,即电子分布到能量相等的原子轨道时,优先以自旋相同的状态分别占据不同的轨道,因为这种排布方式原子的总能量最低。所以在能量相等的轨道上,电子尽可能以相同自旋状态多占不同的轨道。(科学探究与创新意识)
Ⅰ.第3能层中的电子都比第4能层中的电子能量低吗?
提示:不一定,如3d>4s。
Ⅱ.泡利原理和洪特规则有何区别?
提示: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;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。
Ⅲ.指出下列核外电子排布图的书写分别违背了什么原则?
①2p轨道上有3个电子的原子:
②2p轨道上有2个电子的原子:
③基态P原子:1s22s22p63s2
④4s轨道上有2个电子的原子:
⑤3d轨道上有8个电子的原子:
提示:①②③⑤违背了洪特规则,当电子排布在同一能级的不同轨道时,原子中的电子总是优先单独占据一个轨道,且自旋方向相同。④违背了泡利原理,一个原子轨道最多只容纳2个电子,而且这2个电子的自旋方向相反。
(2)(思维升华)电子排布式的书写顺序与核外电子进入轨道的顺序相同吗?(宏观辨识与微观探析)
提示:不相同。电子排布式的书写顺序为按电子层由里到外和s、p、d、f的顺序,而核外电子进入轨道的顺序按照基态原子在原子轨道上的排布顺序。
(3)(思维升华)核外电子在原子轨道上排布遵循的三个原则是否可以孤立应用?(证据推理与模型认知)
提示:核外电子在原子轨道上排布要遵循三个原则,对三条原则不能孤立地理解,要综合应用。其中,能量最低原理又可叙述为,在不违背泡利不相容原理的前提下,核外电子在各个原子轨道上的排布方式应使整个原子体系的能量最低。
【典例示范】
【典例】下列说法错误的是
( )
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1s22s22
违反了洪特规则
C.电子排布式(21Sc)1s22s22p63s23p63d3违反了构造原理
D.电子排布式(22Ti)1s22s22p63s23p10违反了泡利原理
【解题指南】解答本题注意以下三点:
(1)根据能量最低原理可以判断电子的能量高低。
(2)泡利原理的实质是每个原子轨道上最多容纳2个电子。
(3)洪特规则的实质是在同一能级上,电子尽可能多地多占轨道。
【解析】选A。各能级能量的大小顺序由小到大为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,A错误;对于碳原子来说,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分布在两个不同的2p轨道上,违反了洪特规则,B正确;根据轨道能量高低顺序可知E4s【母题追问】(1)上题B中原子中共有几个原子轨道上有电子?
提示:4个。碳原子中有电子的轨道有:1个1s轨道,1个2s轨道,2个2p轨道。
(2)上题C中原子失去电子时先失去哪个轨道上的电子?
提示:4s。该原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d14s2,失去电子时应该先失去最外层电子。
【素养训练】
(2020·潍坊高二检测)(1)以下列出的是一些原子的2p能级和3d能级中电子排布的情况。试判断,哪些违反了泡利原理?________。哪些违反了洪特规则?________。?
(2)某元素的激发态(不稳定状态)原子的电子排布式为1s22s22p63s13p33d2,则该元素基态原子的电子排布式为______________________;?其最高价氧化物对应水化物的化学式是________。?
(3)将下列多电子原子的原子轨道按轨道能量由低到高顺序排列。
①2s ②3d ③4s ④3s ⑤4p ⑥3p
轨道能量由低到高排列顺序是________(填序号)。?
【解析】(1)同一轨道中不应有自旋状态相同的电子,③违反了泡利原理;②中成单电子自旋状态应相同,④中5个电子应分占5个轨道,⑥中成单电子自旋状态应相同,所以②④⑥违反了洪特规则。(2)3p能量小于3d,激发态为1s22s22p63s13p33d2,基态应为1s22s22p63s23p4。此原子核外电子数为16,其质子数也为16,该元素为硫元素,其最高价氧化物对应水化物的化学式是H2SO4。
答案:(1)③ ②④⑥ (2)1s22s22p63s23p4 H2SO4
(3)①④⑥③②⑤
【补偿训练】
1.(2020·盐城高二检测)某原子核外电子排布为ns2np7,它违背了( )
A.泡利原理
B.能量最低原理
C.洪特规则
D.洪特规则特例
【解析】选A。p能级有三个轨道,据泡利不相容原理,每个轨道最多排2个电子,故p能级最多排6个电子,不可能排7个,故违背泡利原理。
2.下列原子或离子核外电子排布不属于基态排布的是
( )
A.Na:1s22s22p53s2
B.S2-:1s22s22p63s23p6
C.N:1s22s22p3
D.Si:1s22s22p63s23p2
【解析】选A。基态钠原子的核外电子排布式为1s22s22p63s1,因此1s22s22p53s2是激发态钠原子的核外电子排布,故A正确。
3.“各能级最多容纳的电子数,是该能级原子轨道数的二倍”,支撑这一结论的理论是
( )
A.构造原理
B.泡利原理
C.洪特规则
D.能量最低原理
【解析】选B。各能级最多容纳的电子数,是该能级原子轨道数的二倍,支撑这一结论的理论是泡利原理,故选B。
知识点二 基态原子核外电子排布的表示方法?
1.表示方法:
原子结构
示意图
含义
将每个能层上的电子总数表示在原子核外的图示
实例
电子排布式
含义
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
含义
为了避免电子排布式书写过于烦琐,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
电子
排布图
含义
每个方框代表一个原子轨道,每个箭头代表一个电子
实例
价电子
排布式
含义
主族元素的价层电子指最外层电子,价层电子排布式即最外层电子排布式
实例
Al:3s23p1
电子式
含义
化学中常在元素符号周围用“·”或“×”来表示元素原子的最外层电子,相应的式子叫电子式
实例
2.电子排布式书写方法的两点认识:
(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轨道中。例如,7N:1s22s22p3,17Cl:1s22s22p63s23p5。
(2)复杂原子的核外电子排布式:先按能量从低到高排列,然后再把同一层的电子排到一起。如26Fe,先按能量从低到高排列为1s22s22p63s23p64s23d6,然后,将同一层的电子移到一起,即1s22s22p63s23p63d64s2。
【特别警示】核外电子排布常见错误
(1)在写基态原子的电子排布式时,常出现以下错误:
①
(违反能量最低原理)
②
(违反泡利原理)
③
(违反洪特规则)
(2)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,即将能层低的能级写在前,而不能按填充顺序写,如Fe:1s22s22p63s23p63d64s2。
(3)注意比较原子核外电子排布式、简化电子排布式、价电子排布式的区别与联系。如Cu的电子排布式:1s22s22p63s23p63d104s1;简化电子排布式:[Ar]
3d104s1;价电子排布式:3d104s1。
【合作探究】
(1)(思维升华)电子排布式的书写顺序=电子排布顺序吗?为什么?(宏观辨识与微观探析)
提示:电子排布式的书写顺序≠电子排布顺序。
电子进入能级的顺序是按构造原理中能级的能量递增的顺序,而电子排布式的书写规则是按能层的顺序,能层中的能级按s、p、d、f的顺序排布。
(2)(思维升华)价电子排布式等于最外层电子排布式吗?举例说明。
提示:价电子是原子在参与化学反应时能够用于成键的电子,是原子核外跟元素化合价有关的电子。在主族元素中,价电子数就是最外层电子数。副族元素原子的价电子,除最外层电子外,还可包括次外层电子。例如:Mn的电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s2,价电子排布式为3d54s2。
【典例示范】
【典例】(1)(2019·全国卷Ⅱ节选)近年来我国科学家发现了一系列意义重大的铁系超导材料,其中一类为Fe-Sm-As-F-O组成的化合物。回答下列问题:
①Fe成为阳离子时首先失去___________轨道电子,Sm的价层电子排布式为4f66s2,Sm3+价层电子排布式为______________。?
②比较离子半径:F-__________O2-(填“大于”“等于”或“小于”)。?
(2)(2017·全国卷Ⅲ节选)Co基态原子核外电子排布式为________________。元素Mn与O中,基态原子核外未成对电子数较多的是__________。?
(3)(2018·全国卷Ⅱ改编)基态Fe原子价层电子的电子排布图(轨道表达式)为____________,?基态S原子电子占据最高能级的电子云轮廓图为________形,占据的原子轨道数为______________________。?
【解题指南】解答本题需要注意理解以下两个方面:
(1)核外电子排布的规则及各表示方法的含义。
(2)核外电子排布式、电子排布图等规范书写。
【解析】(1)①Fe的核外电子排布式为[Ar]3d64s2,Fe成为阳离子时首先失去最外层两个电子,即4s轨道上的电子。Sm的价层电子排布式为4f66s2,Sm成为阳离子Sm3+时首先失去最外层两个电子,即6s轨道上的电子,再失去4f轨道上的一个电子,所以Sm3+的价层电子排布式为4f5。
②电子层结构相同的离子,离子半径随着原子序数增大而减小,所以离子半径:
F-(2)Co是27号元素,其基态原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d74s2;O基态原
子价电子排布式为2s22p4,所以其核外未成对电子数是2,而Mn基态原子价电子排
布式为3d54s2,所以其核外未成对电子数是5,因此核外未成对电子数较多的是
Mn。
(3)铁元素为26号元素,基态铁原子的价层电子排布式为3d64s2,因此其价层电子
排布图为
。基态硫原子电子排布式为1s22s22p63s23p4,最高能级
为3p能级,其电子云形状轮廓图为哑铃形或纺锤形,根据硫的电子排布式可知占
据9个原子轨道。
答案:(1)①4s 4f5 ②小于
(2)1s22s22p63s23p63d74s2 Mn
(3)
哑铃(纺锤) 9
【规律方法】核外电子排布各表示方法的特点
(1)结构示意图:能直观地反映核内的质子数和核外的电子层数及各层上的电子
数。
(2)核组成式:如
O,侧重于表示原子核的结构,它能告诉我们该原子核内的质
子数和核外电子数以及质量数,但不能反映核外电子的排布情况。
(3)电子排布式:能直观地反映核外电子的电子层、轨道和各轨道上的电子数,
但不能表示原子核的情况,也不能表示各个电子的运动状态。
(4)电子排布图:能反映各轨道的能量的高低,各轨道上的电子分布情况及自旋方向。
(5)价电子排布式:如锰原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s2,价电子排布式为3d54s2。价电子排布式能反映基态原子的电子层数和参与成键的电子数以及最外层电子数。
【素养训练】
1.(2020·衢州高二检测)下列原子的价层电子排布图正确的是( )
【解析】选C。A的2p轨道应各排布一个电子且自旋状态相同,B的2s轨道中两个电子的自旋状态应相反,D的2s轨道中排满两个电子后才排2p轨道。
2.(1)(2018·江苏高考节选)Fe2+基态核外电子排布式为________________
____________。?
(2)(2017·全国卷Ⅱ节选)我国科学家最近成功合成了世界上首个五氮阴离子盐(N5)6(H3O)3(NH4)4Cl(用R代表)。氮原子价层电子的轨道表达式(电子排布图)为____________________________________。?
(3)(2017·全国卷Ⅰ节选)钾和碘的相关化合物在化工、医药、材料等领域有着广泛的应用。回答下列问题:
①元素钾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
②基态钾原子中,核外电子占据最高能层的符号是________,占据该能层电子的电子云轮廓图形状为________。?
【解析】(1)铁原子核外有26个电子,根据构造原理,基态Fe的核外电子排布式
为1s22s22p63s23p63d64s2,基态Fe2+的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d6或
[Ar]3d6。
(2)氮原子位于第二周期第ⅤA族,价电子是最外层电子,其价层电子排布式为
2s22p3,所以其电子排布图为
。
(3)①可见光波长范围大约在400
nm到760
nm之间,紫光高能高频波长短,选A。
②基态钾原子中,最外层电子为4s1,核外电子占据的最高能层为第四层,符号是N,
占据该能层电子的电子云轮廓图形状为球形。
答案:(1)[Ar]3d6或1s22s22p63s23p63d6
(2)
(3)①A ②N 球形
【补偿训练】
(2019·福州高二检测)下列说法正确的是
( )
A.原子核外电子排布式为1s2的原子与原子核外电子排布式为1s22s2的原子化学
性质相似
B.Zn2+的最外层电子排布式为3s23p63d10
C.基态铜原子的外围电子排布图:
D.基态碳原子的最外层电子排布图:
【解析】选B。A.原子核外电子排布式为1s2的元素为He,原子核外电子排布式为
1s22s2的元素为Be,He性质稳定,Be较活泼,性质不同,故A错误;B.Zn的原子序数
为30,电子排布为[Ar]3d104s2,失去2个电子变为锌离子,Zn2+的最外层电子排布
式为3s23p63d10,故B正确;C.Cu的原子序数为29,价电子排布式为3d104s1,基态铜
原子的价电子排布图为
,故C错误;D.C的原子序数为6,价电子排
布式为2s22p2,基态碳原子的价电子排布图为
,故D错误。
【课堂小结】
【三言两语话重点】
1.基态、激发态与光谱
2.s电子的原子轨道呈球形对称,p电子的原子轨道呈哑铃形。s、p、d、f能级含有的原子轨道数目依次为1、3、5、7个。
3.基态原子核外电子排布遵循“两原理、一规则”:能量最低原理、泡利原理和洪特规则。
4.书写电子排布式时按能层由低到高的顺序,而不能按填充顺序书写。
课堂检测·素养达标
1.(2020·绵阳高二检测)激发态原子不稳定,电子从能量较高的激发态跃迁到能量较低的激发态乃至基态时,将释放能量。光辐射是电子释放能量的重要形式之一,霓虹灯光、激光、焰火等可见光都与原子核外电子发生跃迁释放能量有关。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。霓虹灯之所以能发光,是因为电子吸收能量后跃迁到能量较高的轨道,能量较高轨道上的电子会很快以光的形式辐射能量而跃迁回能量较低的轨道。
【补偿训练】
(2020·绵阳高二检测)下列图象中所发生的现象与电子的跃迁无关的
是
( )
【解析】选D。平面镜成像是光线反射的结果,与电子跃迁无关,霓虹灯广告、蜡烛燃烧、燃放烟花发出的光是原子的发射光谱,与原子核外电子发生跃迁有关。
2.(2020·成都高二检测)下列有关电子云的叙述中,正确的是
( )
A.电子云形象地表示了电子在核外某处单位体积内出现的概率
B.电子云直观地表示了核外电子的数目
C.1s电子云界面图是一个球面,表示在这个球面以外,电子出现的概率为零
D.电子云是电子绕核运动形成了一团带负电荷的云雾
【解析】选A。电子云表示电子在核外单位体积内出现的概率大小,小黑点的疏密表示出现概率密度的大小,密则概率密度大,疏则概率密度小,故A正确。
3.(教材改编)下列关于能层、能级与轨道数之间关系不正确的是
( )
A.每个能层上的能级数与能层序数相等
B.K、L、M能层上所有的轨道数依次为1、3、5
C.s、p、d能级上所有的轨道数依次为1、3、5
D.每个能层上所有的轨道总数为n2(n为能层序数)
【解析】选B。每个能层所包含的轨道数等于该能层各能级的轨道数之和,即能层序数的平方(n2)。
4.(2020·绵阳高二检测)以下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。
5.(2020·邯郸高二检测)符号3px所代表的含义是( )
A.px轨道上有3个电子
B.第三电子层px轨道有3个伸展方向
C.px电子云有3个伸展方向
D.第三电子层沿x轴方向伸展的p轨道
【解析】选D。3px中,3表示第三电子层,p原子轨道在三维空间的分布分别沿x、y、z三个方向,px表示沿x轴方向伸展的p轨道。
6.(2020·绵阳高二检测)下列有关核外电子排布的式子,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.N的电子排布图:
D.S的电子排布图:
【解析】选D。S的电子排布图违反了洪特规则,正确的应是
。
【补偿训练】
(2019·成都高二检测)下列原子的电子排布图中,符合核外电子排布规则的是
( )
【解析】选C。该电子排布图违反洪特规则,A错误;该电子排布图违反泡利不相容原理,B错误;该电子排布图符合洪特规则,C正确;该电子排布图违反能量最低原理,D错误。
7.按要求填空:
(1)Cu的原子结构示意图为_____________;?
(2)P的外围电子排布式为______________;?
(3)Fe的电子排布式为_________________;?
(4)N的电子排布图为__________________;?
(5)X元素的外围电子排布式是4s24p5,X元素符号是________________。?
【解析】本题主要考查核外电子排布的常用表示方法,电子排布式应是这些
方法的基础。Cu的电子排布式是1s22s22p63s23p63d104s1,所以其原子结构示意
图是
;P的价电子排布式为3s23p3;Fe的电子排布式为
1s22s22p63s23p63d64s2或[Ar]3d64s2;N的电子排布式为1s22s22p3,所以其电子排
布图是
。X元素出现了4p层,说明3d层已经排满,其电子排布式
为1s22s22p63s23p63d104s24p5,原子序数是35,为溴元素。
答案:(1)
(2)3s23p3
(3)1s22s22p63s23p63d64s2(或[Ar]3d64s2)
(4)
(5)Br
【互动探究】(1)题干(2)中磷元素的未成对电子有几个?
提示:3个,3p轨道中有3个电子,根据洪特规则,电子要分占尽可能多的轨道,所以这三个电子都未成对。
(2)为什么Fe3+的稳定性强于Fe2+?
提示:当铁原子失去3个电子后,3d轨道有5个电子,是半充满状态,体系能量低,比较稳定。
【易错提醒】铜的核外电子排布遵循洪特规则的特例,因此其核外电子排布为1s22s22p63s23p63d104s1而不是1s22s22p63s23p63d94s2。
【素养新思维】
8.(2020·南京高二检测)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,该原子的电子排布图为________。?
(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元素的正三价离子的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________,其价电子排布图为________。?
【解析】(1)根据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,
可知该元素的基态原子有2个电子层,共有7个电子,是N元素,其电子排布图为
。(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
与氩原子相同,即都有18个电子,则B元素为Cl,C元素为K,K+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,即三价阳离子的价电子
构型为3d5,则原子的价电子构型为3d64s2,即为26号Fe元素,其基态电子排布式
为1s22s22p63s23p63d64s2。(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,其价电子排
布图为
。
答案:(1)
(2)Cl
(3)Fe 1s22s22p63s23p63d64s2
(或[Ar]3d64s2) (4)Cu
