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第2节 原子结构与元素周期表
课时1 基态原子的核外电子排布
第一章 原子结构与元素性质
教材分析
学生对原子结构与元素周期表的关系有了一定的认识，如原子的电子层数和同期序数的关系，最外层电了数和主族序数的关系，但是并未揭示原了结构与周期、族等元素周期表的构成的深层关系。本节在原子结构的量子力学模型的基础上，进一步介绍基态原子的核外电子排布，为了让学生积极主动地获取知识，基态原子的核外电子排布的内容是通过活动探究来完成的，从中引入三个基本原理或规则，还特别设计了针对碳原了的核外电了排布的"交流·研讨";
最后通过"活动·探究"使学生根据前面所学的方法和原则，写出的电子排布式与实际不符，从而发现原有模型的局限性，进而自然地产生进一步学习的动机，随后以光谱实验作为证据支持，使建立的模型进一步完善。
请你回忆！
请回顾一下１一１８号元素的原子结构示意图
Na
+11
2 8 1
+12
2 8 2
+13
2 8 3
+14
2 8 4
+15
2 8 5
+16
2 8 6
+17
2 8 7
+18
2 8 8
Mg
Al
Si
P
S
Cl
Ar
Li
+3
2 1
+4
2 2
+5
2 3
+6
2 4
+7
2 5
+8
2 6
+9
2 7
+10
2 8
Be
B
C
N
O
F
Ne
H
+1
1
He
+2
2
请你联想·质疑！
请回顾一下１一１８号元素的原子结构示意图
为什么第一层最多只能容纳２个电子，第二层最多只能容纳８个电子？
请你联想·质疑！
请回顾一下１一１８号元素的原子结构示意图
原子核外第三、四、五层及其他电子层最多容纳的电子数分别是多少？原子核外电子的排布与原子轨道有什么关系？
01
基态原子的核外电子排布规律
请根据有关原子轨道的知识猜想 1~18 号元素基态原子的核外电子排布情况，
并尝试推测基态原子的核外电子排布规律
活动·探究
原子核外电子是分层排布的
原子核外电子是分层排布的
表示方法——原子结构示意图
Na
K
L
M
不同的电子层，其能量是不同的
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你知道吗
Na原子第二层上的8个电子的能量是否一样？
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。
Na
K
L
M
2
2S
2P
3d
2s
8
1
3S
3P
2
2
2
2
2
1
同能层和同能级：2px＝2py＝2pz
同能层不同能级：2s＜2p
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量子力学对原子核外电子运动状态的描述
电子层(n) 1 2 3 4 …
符号 K L M N …
能级 1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p 4d 4f …
原子轨道数 1 1 3 1 3 5 1 3 5 7 …
最多容纳的电子数 每个能级 2 2 6 2 6 10 2 6 10 14 …
每个电子层 2 8 18 32 …
能量 K02
基态原子的核外电子排布规律
原则一：能量最低原理
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请根据有关原子轨道的知识猜想 1~18 号元素基态原子的核外电子排布情况，
并尝试推测基态原子的核外电子排布规律
原子核外电子是分层排布的
原子核外电子是分层排布的
1.基态原子的核外电子排布规律
基态原子核外电子总是尽可能先排布在能量最低的轨道上，然后由里及外依次排布在能量较高的轨道上。也可以说，核外电子遵循的排布规则使整个原子的能量处于最低状态。
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请根据有关原子轨道的知识猜想 1~18 号元素基态原子的核外电子排布情况，
并尝试推测基态原子的核外电子排布规律
基态原子核外电子总是尽可能先排布在能量最低的轨道上，然后由里及外依次排布在能量较高的轨道上。也可以说，核外电子遵循的排布规则使整个原子的能量处于最低状态。
1s
2s
2p
3s
3p
2
6
3d
K
L
M
（二）药理作用
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原则一：能量最低原理
K层
L层
能层
能量越来越高
N层
M层
能级
同一能层各能级能量越来越高
能层是楼层
能级是楼层的阶梯
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电子层(n) 1 2 3 4 …
符号 K L M N …
能级 1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p 4d 4f …
原子轨道数 1 1 3 1 3 5 1 3 5 7 …
最多容纳的电子数 每个能级 2 2 6 2 6 10 2 6 10 14 …
每个电子层 2 8 18 32 …
能量 K请你思考！
1s原子轨道有两个电子，那么这两个电子的运动状态有什么差异呢？
03
基态原子的核外电子排布规律
原则二：泡利不相容原理
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斯特恩-盖拉赫实验
在斯特恩-盖拉赫实验中发现了银原子束经过不均匀磁场，产生了偏转，并最终在屏幕垂直方向上，形成了两个上下对称的非连续分布。至此，所有的粒子从理论上就都有了——自旋。
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电子自旋
电子自旋在空间有顺时针和逆时针两种取向，简称自旋相反，常用上下箭头( “↑”“↓” )表示自旋相反的电子。
电子除了空间运动状态外，还存在一种运动状态叫自旋
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请你猜测！
氦原子有两个电子，按照能量最低原理，这两个电子电子排布的两种状态
氦的电子排布的两种状态
He
1s
或：
He
1s
或：
He
1s
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原则二：泡利不相容原理
一个原子轨道中最多只能容纳两个电子，且这两个电子的自旋状态不同。
1925 年，泡利正式提出，在一个原子轨道里，最多只能容纳2个电子，它们的自旋相反，这个原理被称为泡利原理(泡利不相容原理)。
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请你判断！
氦原子有两个电子，按照能量最低原理，这两个电子电子排布的两种状态
氦的电子排布的两种状态
He
1s
或：
He
1s
或：
He
1s
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基态原子的核外电子排布表示方法
原子结构示意图
He
1s
轨道表示式
04
基态原子的核外电子排布表示方法
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核外电子排布表示方法
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核外电子排布表示方法
结合H、He的原子结构示意图可知，电子首先填入能量最低的1s能级，直至将该能级填满。
基态氢原子的电子排布式为
1s1
基态氦原子的电子排布式为
1s2
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核外电子排布表示方法
基态锂原子的电子排布式为
1s22s1
基态铍原子的电子排布式为
1s22s2
对于Li和Be，当1s能级填满之后，电子优先填入能量较低的2s能级，直至填满。
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核外电子排布表示方法
电子层(n) 1 2 3 4 …
符号 K L M N …
能级 1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p 4d 4f …
原子轨道数 1 1 3 1 3 5 1 3 5 7 …
最多容纳的电子数 每个能级 2 2 6 2 6 10 2 6 10 14 …
每个电子层 2 8 18 32 …
能量 Kmeiyangyang8602
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核外电子排布表示方法
对于B至Ne元素，在1s、2s能级填满后，电子填入 2p能级，直至2p能级填满。
1s22s22p1
1s22s22p2
1s22s22p3
1s22s22p4
1s22s22p5
1s22s22p6
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核外电子排布表示方法
1.电子排布式
电子排布式是表示原子核外电子排布的一种方式。在ns、np、nd等符号的右上角用数字表示出电子的数目。
1s22s22p63s23p5
锂
1s22s1
氯
练习
写出11至18号元素的电子排布式
Na
Mg
Al
Si
P
S
Cl
Ar
1s22s22p63s1
1s22s22p63s2
1s22s22p63s23p1
1s22s22p63s23p2
1s22s22p63s23p3
1s22s22p63s23p4
1s22s22p63s23p5
1s22s22p63s23p6
Ne 1s22s22p6
[Ne]3s1
1s22s22p63s1
简化
[Ne]3s23p5
表示内层电子已经达到稀有气体结构的部分
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核外电子排布表示方法
1.电子排布式
1s22s22p63s23p5
锂
1s22s1
氯
需要强调的是，原子中的核外电子是不可区分的，实际上人们并不能确定哪个电子排布在哪个原子轨道上。
给出核外电子排入各原子轨道的顺序及探讨基态原子的核外电子排布，仅仅是为了给学习和研究提供方便。
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核外电子排布表示方法
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核外电子排布表示方法
2.轨道表示式
用方框表示一个原子轨道，用箭头“↑”或“↓”来区别自旋状态不同的电子。
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核外电子排布表示方法
结合H、He的原子结构示意图可知，电子首先填入能量最低的1s能级，直至将该能级填满。
基态氢原子的电子排布式为
1s1
基态氦原子的电子排布式为
1s2
↑
1s
H
↓
1s
H
或
↑↓
1s
He
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核外电子排布表示方法
基态锂原子的电子排布式为
1s22s1
基态铍原子的电子排布式为
1s22s2
对于Li和Be，当1s能级填满之后，电子优先填入能量较低的2s能级，直至填满。
Be
1s
↑↓
↑↓
2s
Li
1s
↑↓
↑
2s
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核外电子排布表示方法
对于B，在1s、2s能级填满后，电子填入 2p能级，直至2p能级填满。
1s22s22p1
B
1s
↑
↑↓
↑↓
2s
2p
同一个原子轨道:
只有一个电子
2
1
电子对
自旋方向相反的一对电子
单电子
B 原子中: 有 对电子对，有 个单电子。
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核外电子排布表示方法
对于B，在1s、2s能级填满后，电子填入 2p能级，直至2p能级填满。
有 种空间运动状态，有 种运动状态不同的电子。
3
5
B
1s
↑
↑↓
↑↓
2s
2p
轨道数
电子数
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核外电子排布表示方法
1s22s22p2
由于三个p轨道的能量完全一样，那么，你认为p轨道上的两个电子应当采取以下排布方式中的哪种方式呢
交流·研讨
根据能量最低原理和泡利不相容原理，可以推断基态碳原子的核外电子排布式为 1s 2s 2p 。
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交流·研讨
基态碳原子可能的轨道表示式
（1）
（2）
（3）
（4）
其他排布方式
C
1s
2s
2p
C
1s
2s
2p
C
1s
2s
2p
C
1s
2s
2p
你认为p轨道上的两个电子应当采取以下排布方式中的哪种方式呢
05
基态原子的核外电子排布规律
原则三：洪特规则
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原则三：洪特规则
洪特（F.Hund）在研究了大量原子光谱后总结出一个规律：对于基态原子，核外电子在能量相同的原子轨道上排布时，将尽可能分占不同的原子轨道并且自旋状态相同。这就是原子核外电子在原子轨道上排布所遵循的第三个原则——洪特规则（Hund’s rule）。
弗里德里希·洪特
使体系的总能量达到最低。
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原则三：洪特规则
1s22s22p2
（1）
（3）
（3）
（4）
其他排布方式
练习
请写出以下元素原子的轨道表示式。
1s
↑
↑↓
↑↓
↑
↑
2s
2p
N
1s
↑↓
↑↓
↑↓
↑
↑
2s
2p
O
1s
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑
2s
2p
F
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分别写出1～18号元素基态原子的电子排布式和轨道表示式
迁移应用
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分别写出1～18号元素基态原子的电子排布式和轨道表示式
迁移应用
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请你思考！
19 ～36号元素基态原子的核外电子排布
活动探究
按照前面介绍的原则和方法，请你尝试写出19~36号元素K~Kr的原子的核外电子排布式。
能层 K L M N 最多电子数 2 8 18 32 能级 1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p 4d 4f
填充电子数 2 2 6 2 6 1
K：1s22s22p63s23p64s1
1s
2s
3s
2p
3p
4s
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活动探究
请你思考！
19 ～36号元素基态原子的核外电子排布
当4s能级填满后，下一个电子应该填充在哪个能级？
能层 K L M N 最多电子数 2 8 18 32 能级 1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p 4d 4f
填充电子数 2 2 6 2 6 2
Ca：1s22s22p63s23p64s2
1s
2s
3s
2p
3p
4s
3d
能级交错
06
基态原子的核外电子排布规律
原则四：构造原理
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原则四：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。
K
L
M
N
O
P
Q
1s
2s
3s
2p
3p
3d
4s
4p
4d
4f
5s
5p
5d
5f
6s
6p
6d
7s
7p
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原则四：构造原理
基态原子核外电子在原子轨道上的排布顺序如图 1-2-4 所示，它表示随着原子序数的递增，基态原子的“外层电子”按照箭头的方向依次排布在各原子轨道上：1s、2s、2p、3s、3p、4s、3d、4p、5s、4d、5p、6s……这一规律称为构造原理。
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值得指出的是，图 1-2-4 只是给出了基态原子外层电子在原子轨道上排布的规律，即只有原子最外层电子在原子轨道上填充时才出现先填 ns 轨道再填 (n-1) d 轨道。
但这一顺序并不代表电子填充后在原子中各原子轨道的能级高低顺序。例如，对于ns和(n-1)d 轨道都填有电子的原子，在许多情况下 (n-1)d 轨道的电子能量更低。
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原则四：构造原理
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请你总结！
19 ～36号元素基态原子的核外电子排布
K：1s22s22p63s23p64s1、 Ca：1s22s22p63s23p64s2、 Sc：1s22s22p63s23p63d14s2、 Ti：1s22s22p63s23p63d24s2、V：1s22s22p63s23p63d34s2、 Cr：1s22s22p63s23p63d54s1、
Mn：1s22s22p63s23p63d54s2、 Fe：1s22s22p63s23p63d64s2、
Co：1s22s22p63s23p63d74s2、 Ni：1s22s22p63s23p63d84s2、
Cu：1s22s22p63s23p63d104s1、
Zn：1s22s22p63s23p63d104s2、Ga：1s22s22p63s23p63d104s24p1、
Ge：1s22s22p63s23p63d104s24p2、As：1s22s22p63s23p63d104s24p3
Se：1s22s22p63s23p63d104s24p4、Br：1s22s22p63s23p63d104s24p5、
Kr：1s22s22p63s23p63d104s24p6。
Cr：1s22s22p63s23p63d44s2、
Cu：1s22s22p63s23p63d94s2、
07
基态原子的核外电子排布
规律
洪特规则特例
meiyangyang8602
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洪特规则特例
24Cr原子电子排布式
1s22s22p6 3s23p6 3d44s2
1s22s22p6 3s23p6 3d54s1
能级排布顺序 1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p
填充电子数 2 2 6 2 6 1 5
meiyangyang8602
meiyangyang8602
洪特规则特例
29Cu原子电子排布式
1s22s22p6 3s23p6 3d94s2
1s22s22p6 3s23p6 3d104s1
能级排布顺序 1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p
填充电子数 2 2 6 2 6 1 10
meiyangyang8602
能量相近的简并轨道中，电子排布为全充满、半充满或全空的状态是能量较低的稳定状态，此为洪特规则的特例。
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洪特规则特例
全充满：p6、d10、f14
体系能量较低，原子较稳定
半充满：p3、d5、f7
全空：p0、d0、f0
1s22s22p63s23p63d54s1
铬
3d54s1
1s22s22p63s23p63d104s1
铜
3d104s1
练习
1,根据构造原理试写出下列基态原子的电子排布式和简化电子排布式
①33As：______________________，_____________。
②35Br：______________________，______________。
1s22s22p63s23p63d104s24p3　 [Ar]3d104s24p3
1s22s22p63s23p63d104s24p5　 [Ar]3d104s24p5
2,请写出K+、S2-、 29Cu2+ 离子的电子排布式？
K+ ：1s22s22p63s23p6
S2- ：1s22s22p63s23p6
Cu2+ ：1s22s22p63s23p63d9
练习
3,写出15P、25Mn的轨道表示式，并按要求填空。
15P：
有 对电子对，有 个单电子。
25Mn：
_______________________________________________________________________，
有 种空间运动状态，有 个单电子，属于半充满。
6
3
15
5
练习
4.下列原子的轨道表示式中，符合洪特规则的是( )
A. B.
C. D.
C
5.下列有关化学用语中不能体现氮原子核外电子能量有差异的是( )
A. B.
C. D.1s22s22p3
A
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