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第一节 原子结构
第一章 原子结构和性质
第二课时
构造原理与电子排布式
学习目标
1.了解原子结构的构造原理，能用构造原理认识原子的核外电子排布。
2.结合构造原理形成核外电子排布式书写的思维模型，并根据思维模型熟练书写1～36号元素的电子排布式。
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被称为构造原理。
电子排布式
按照构造原理，写出基态原子核外电子排布的表示式。
价电子排布式
简化的电子排布式。
基态原子是处于最低能量状态的原子。电子如何填入核外的不同能级以保证原子处于基态呢？有可遵循的填入顺序吗？
1s
2s
2p
3s
3p
3d
4s
4p
4d
4f
5s
5p
5d
5f
6s
6p
6d
7s
7p
K
L
M
N
O
P
Q
构造原理示意图
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
1. 构造原理——核外电子的填充规律
三、构造原理与电子排布式
52%
45%
39%
70%
2.能级交错
构造原理告诉我们，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。
源于光谱学事实
1s
2s 2p
3s 3p
4s 3d 4p
5s 4d 5p
6s 4f 5d 6p
7s 5f 6d 7p
能量相近的能级划为一组,称为能级组
第一能级组
第二能级组
第三能级组
第四能级组
第五能级组
第六能级组
第七能级组
能级组记忆方法
从第四能层开始，该能层的ns与np能级之间插入了(n-1)层的d能级，第六能层开始还插入(n-2)f。
ns <(n-2)f < (n-1)d 前18号元素原子结构示意图
请同学们，结合已有的能级知识，分析核外电子在能级中的排布规律？
1s1
该能级的电子数
能层
能级
3.电子排布式
将能级上所容纳的电子数标在该能级符号的右上角，并按照能层从左到右的顺序排列的式子。
电子排布式的书写：
按照构造原理依次填入电子，电子填满了一个能级，开始填入下一个能级。
1s
2s
2p
3s
3p
例如：氢到硼的基态原子的电子排布式。
1s1
氢
1s22s22p1
1s22s2
1s22s1
1s2
硼
铍
锂
氦
【课堂练习1】写出前18号元素的电子排布式
原子序数 元素名称 元素符号 电子排布
K L M N
1 氢 H
2 氦 He
3 锂 Li
4 铍 Be
5 硼 B
6 碳 C
7 氮 N
8 氧 O
9 氟 F
10 氖 Ne
1s1
1s2 2s1
1s2
1s2 2s2
1s2 2s22p1
1s2 2s22p2
1s2 2s22p3
1s2 2s22p4
1s2 2s22p5
1s2 2s22p6
1s1~2
1s2 2s1~22p1~6
1-10号元素原子的电子排布式
原子序数 元素名称 元素符号 电子排布
K L M N
11 钠 Na
12 镁 Mg
13 铝 Al
14 硅 Si
15 磷 P
16 硫 S
17 氯 Cl
18 氩 Ar
1s2 2s22p6 3s1
1s2 2s22p6 3s2
1s2 2s22p6 3s23p1
1s2 2s22p6 3s23p2
1s2 2s22p6 3s23p3
1s2 2s22p6 3s23p4
1s2 2s22p6 3s23p5
1s2 2s22p6 3s23p6
1s22s22p6 3s1~23p1~6
11-18号元素原子的电子排布式
思考与讨论：为什么 的原子结构示意图不是 ，而是 ？写出K的电子排布式。
原子核外电子较多的原子，其电子排布存在交错现象。 KKK K原子在排满第二层后，先排3s、3p 能级，3d 能级能量高于4s 能级，故最后一个电子排入4s 能级而不是3d<能级，所以它的原子结构示意图是 。
K的电子排布式：1s22s22p63s23p64s1
结论：构造原理的能级交错现象很好的解释了电子排布规律。最外层电子数目最多不能超过8个(K层为最外层时不能超过2个)。次外层最多能容纳的电子数不超过18个。倒数第三层电子数不超过32个。
【课堂练习2】按照构造原理，请写出钙和钪的基态原子电子排布式。
钙
1s22s22p63s23p64s2
钪
1s22s22p63s23p64s23d1
1s22s22p63s23p63d14s2
填充按构造原理：1s→2s→2p→3s→3p→4s→3d→4p
书写按能层次序：1s→2s→2p→3s→3p→3d→4s→4p
【课堂练习3】按照构造原理，请写出21~30号元素基态原子电子排布式。
原子序数 元素名称 元素符号 电子排布
K L M N
21 钪 Sc
22 钛 Ti
23 钒 V
24 铬 Cr
25 锰 Mn
26 铁 Fe
27 钴 Co
28 镍 Ni
29 铜 Cu
30 锌 Zn
1s2 2s22p6 3s23p63d1 4s2
1s2 2s22p6 3s23p63d2 4s2
1s2 2s22p6 3s23p63d3 4s2
1s2 2s22p6 3s23p63d4 4s2
1s2 2s22p6 3s23p63d5 4s2
1s2 2s22p6 3s23p63d6 4s2
1s2 2s22p6 3s23p63d7 4s2
1s2 2s22p6 3s23p63d8 4s2
1s2 2s22p6 3s23p63d9 4s2
1s2 2s22p6 3s23p63d10 4s2
×
×
1s22s22p63s23p63d1~104s2
21-30号元素原子的电子排布式
1s2 2s22p6 3s23p63d5 4s1
1s2 2s22p6 3s23p63d10 4s1
当p、d、f 能级处于全空、全充满p6、d10、f14 或半充满状态p3、d5、f7 时，能量相对较低，原子结构较稳定。
全满、半满
Cr 1s22s22p63s23p63d54s1
Cu 1s22s22p63s23p63d104s1
半充满结构，能量更低更稳定
全充满结构，能量更低更稳定
理想
模型
构造原理是一个理想模型，具有一定的局限性，对于个别过渡元素并不适用
原子序数 元素名称 元素符号 电子排布
K L M N
31 镓 Ga
32 锗 Ge
33 砷 As
34 硒 Se
35 溴 Br
36 氪 Kr
1s2 2s22p6 3s23p63d10 4s24p1
1s2 2s22p6 3s23p63d10 4s24p2
1s2 2s22p6 3s23p63d10 4s24p3
1s2 2s22p6 3s23p63d10 4s24p4
1s2 2s22p6 3s23p63d10 4s24p5
1s2 2s22p6 3s23p63d10 4s24p6
序数尾数与4p数值相同
1s22s22p63s23p63d104s24p1~6
31-36号元素原子的电子排布式
（1）按构造原理写出稀有气体氦、氖、氩、氪、氙、氡的基态原子的最外层电子排布； 除氦外它们的通式是什么？
He：1s2 Ne：2s22p6 Ar：3s23p6
Kr：4s 24p6 Xe：5s 25p6 Rn：6s 26p6
通式：ns2np6
【思考与讨论】
（2）电子排布式可以简化，如钠的电子排布式可简化为[Ne]3s1。试问:上式方括号里的符号的意义是什么？请仿造钠原子的简化电子排布式，写出第8号元素氧、第14号元素硅和第29号元素铜的简化电子排布式。
Na：1s22s22p63s1
[Ne]3s1
简化为
表示钠的内层电子排布与稀有气体元素Ne的核外电子排布相同
简化电子排布式方括号里的符号表示内层电子已达到稀有气体结构的部分
O：1s22s22p4
简化为
[He]2s22p4
Si：1s22s22p63s23p2
Cu：1s22s22p63s23p63d104s1
[Ne]3s23p2
[Ar]3d104s1
原子实
简化电子排布式：
[Ne]3s1
例：写出第19、26、31号元素的简化电子排布式
上式方括号里的符号的意义是：
Na的简化电子排布：
[Ar]3d64s2
该元素前一个周期的稀有气体电子排布结构
K:
Fe：
Ga：
[Ar] 4s1
[Ar] 3d104s24p1
【思考与交流】
(3)为突出化合价与电子排布式的关系，将在化学反应中可能发生电子变动的能级称为价电子层（简称价层）。例如，Fe的简化电子排布式为[Ar]3d64s2,价层电子排布为3d64s2。元素周期表只给出价层电子排布。请从书中找出Na、Al、Cl、Mn、Br的价层电子排布。
Na：3s1
Al：3s2 3p1
Cl：3s2 3p5
Mn：3d5 4s2
Br：4s24p5
价层电子排布式：
为突出化合价与电子排布的关系，在化学反应中可能发生电子变动的能级称为价电子层。
如Na的简化电子排布式 [Ne]3s1，价层电子排布为______。
3s1
通常,元素周期表只给出价层电子排布。
价电子的位置：
1）主族、零族元素：最外层电子。
Cl的价层电子排布式：3s23p5
2）副族和第VIII族元素：
价电子除最外层电子外，还可能包括次外层电子
Cr的价层电子排布式为3d54s1
请同学们写出25Mn、26Fe、32Ge、35Br的简化电子排布式和价层电子排布式。主族元素和过渡元素的价电子层有什么特征？
【课堂练习4】
铁
[Ar]3d64s2
3d64s2
锰
[Ar]3d54s2
3d54s2
锗
[Ar]3d104s24p2
4s24p2
溴
[Ar]3d104s24p5
4s24p5
(1)确定原子变成离子时得到或失去的电子数。
(2)原子得到电子形成阴离子，得到的电子填充在最外层的能级上。
(3)原子失去电子形成阳离子，总是先失去最外层的电子，即失电子顺序：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Ⅷ族元素可能还会进一步向内层失去电子，
Cl 1s22s22p63s23p5
Cl－ 1s22s22p63s23p6
Fe 1s22s22p63s23p63d64s2
Fe2+ 1s22s22p63s23p63d6
Fe3+ 1s22s22p63s23p63d5
书写步骤：先写原子的电子排布式；再考虑得失电子情况。
主族简单阳离子：
与上一周期稀气原子电子排布相同
O 1s2 2s22p4
O2- 1s2 2s22p6
Mg 1s2 2s22p63s2
Mg2+ 1s2 2s22p6
Ca 1s22s22p63s23p64s2
Ca2+ 1s22s22p63s23p6
主族简单阴离子：
与同周期稀气原子电子排布相同
离子的电子排布式
【课堂练习5】请写出K+、S2-、 Cu2+ 离子的电子排布式？
K+ ：1s22s22p63s23p6
S2- ：1s22s22p63s23p6
Cu2+ ：1s22s22p63s23p63d9
课堂练习6：某原子的电子排布式为 ,下列说法中不正确的是( @49@ )。
A.该元素原子核外共有25个电子
B.该元素原子核外有4个能层
C.该元素原子最外层有2个电子
D.该元素原子 能层共有8个电子
D
课堂练习7：判断下列表达是正确的是（ ）
A、1s22p1属于基态；
B、1s22s2 2p63s2 3p63d54s1属于激发态；
C、1s22s2 2p63d1属于激发态；
D、1s22s2 2p63p1属于基态；
C
课堂练习8:某元素原子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
A
课堂练习9:下列原子或离子核外电子排布不属于基态排布的是（ ）
A.N:1s22s22p3 B.S2-:1s22s22p63s23p6
C.Na:1s22s22p53s2 D.Si:1s22s22p63s23p2
C
课堂练习9:按要求填空:
(1)基态B原子的电子排布式为 。
(2)基态N原子的价电子排布式为____________。
(3)Se原子序数为____________,其核外M层电子的排布式为____________。
(4)Li3N晶体中氮以N3-形式存在,基态N3-的电子排布式为____________。
(5)写出基态镓(Ga)原子的电子排布式： 。
1s22s22p1或[He]2s22p1
2s22p3
34
3s23p63d10
1s22s22p6
1s22s22p63s23p63d104s24p1

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