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第2课时　原子核外电子的排布
1.能举例说明原子核外电子排布的构造原理。2.能用电子排布式和轨道表示式表征1～36号元素基态原子的核外电子排布。
原子核外电子的排布原理及表示方法
学习任务一
1.构造原理
电子是按一定顺序填充的,填满一个能级之后再填下一个能级,这个规律称为构造原理。原子核外电子的排布遵循构造原理的三大内容:能量最低原理、泡利不相容原理和洪特原则。
(1)能量最低原理。
原子核外电子首先 ,然后依次进入 ,这样使整个原子处于能量最低的状态,从而满足能量最低原理。如图所示:
占据能量低的轨道
电子所排的轨道顺序:1s、2s、2p、3s、3p、4s、3d、4p、5s、4d、5p、6s、4f、5d、6p、7s……这是实验得到的规律,适用于大多数基态原子的核外电子排布。
能量较高的轨道
(2)泡利不相容原理。
每个原子轨道最多容纳 的电子。
(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
上,且 ,这样整个原子的能量最低。
两个自旋状态不同
分占在不同的
原子轨道
自旋状态相同
2.表示方法
(1)原子结构示意图。
核电荷数
电子层
该电子层上的电子数
(2)电子排布式(以氢为例)。
电子层数
电子数
原子轨道类型
(3)轨道表示式(以锂为例)。
自旋状态相反
原子轨道
电子及其
自旋状态
[注意] 处于最低能量状态的原子称为基态原子。
查阅元素周期表可知Cr的电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s1,而不是1s22s22p63s23p63d44s2;Cu的电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s1,而不是1s22s22p63s23p63d94s2。
探究　电子排布式的书写方法及注意事项
问题1:分析Cr、Cu的电子排布式,思考电子排布式中能级的呈现顺序与构造原理中能级呈现顺序一定相同吗
提示:不一定相同,电子排布式中能级按电子层由里到外,同一层中按照能级ns、np、nd……由低到高顺序呈现,而构造原理中的能级呈现顺序是按照构造原理模型图中的顺序,对过渡元素而言两者不同。
问题2:1～36号元素所有元素的原子核外电子排布都符合构造原理吗 若有不符合的,说明构造原理没有参考价值吗
提示:1～36号元素中,Cr、Cu两种元素基态原子的电子排布式中的3d54s1与3d104s1部分与按照构造原理的填充情况不完全符合。构造原理是概括了大量实验事实后总结的一般规律,适用于大多数原子核外电子排布,不排除个别原子的核外电子排布不符合构造原理的情况,最终原子的核外电子排布情况要以实验为准。
问题3: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号元素原子简化的电子排布式。
提示:方括号里符号的意义是稀有气体元素原子的结构,表示该元素前一周期的稀有气体元素原子的电子排布结构。O:[He]2s22p4;Si:[Ne]3s23p2;
Fe:[Ar]3d64s2。
问题4:为突出结构与性质的关系,将在化学反应中可能发生电子变动的能级上的电子称为外围电子,如何书写元素原子的外围电子排布式
提示:在简化电子排布式中除去满足稀有气体部分的电子排布,剩余部分即为该元素原子的外围电子排布式,如Fe的简化电子排布式为[Ar]3d64s2,其外围电子排布式为3d64s2。
归纳拓展
1.基态原子的核外电子排布注意问题
(1)洪特规则特例:洪特通过分析光谱实验的结果指出,能量相同的原子轨道
(也叫简并轨道)在全充满、半充满、全空状态时,体系的能量较低,原子较稳定。 Cr的电子排布式之所以为[Ar]3d54s1而不是[Ar]3d44s2,是因为3d5属于半充满状态,使得整个原子体系更稳定;Cu的电子排布式之所以为[Ar]3d104s1而不是[Ar]3d94s2,是因为3d10属于全充满状态,使得整个原子体系更稳定。
归纳拓展
(2)“能级交错”现象:按照构造原理可知,核外电子在原子轨道上排布时,每当出现d轨道时,电子按ns、(n-1)d、np的顺序在原子轨道上排布;当出现f轨道时,电子按ns、(n-2)f、(n-1)d、np的顺序在原子轨道上排布。从第三电子层开始,各能级不完全遵循电子层顺序,产生了能级交错排列,即产生“能级交错”现象。
归纳拓展
2.电子排布式的书写
(1)简单基态原子的电子排布式的书写。
按照基态原子核外电子排布顺序将电子依次填充到能量逐渐升高的能级中。如:6C:1s22s22p2,19K:1s22s22p63s23p64s1。
归纳拓展
(2)复杂原子的电子排布式的书写。
先按构造原理从低到高排列,然后将同一层的电子移到一起。
如26Fe:先按能量从低到高排列为1s22s22p63s23p64s23d6,再将同一层的电子排到一起,即该原子的电子排布式为 1s22s22p63s23p63d64s2。
归纳拓展
(3)特殊原子的电子排布式。
当p、d、f能级处于全空、全充满或半充满状态时,能量相对较低,原子结构较稳定。如24Cr:
归纳拓展
(4)书写离子的电子排布式时,先失去最外层电子,再失去内层电子,如Fe2+的电子排布式为1s22s22p63s23p63d6,Fe3+的电子排布式为1s22s22p63s23p63d5。
题点一　构造原理
1.下列能级符号正确的是(　　)
①1s　②2d　③3f　④4p
A.①④ B.②③ C.③④ D.①②
A
【解析】 ①s能级在每一电子层上都有,因此存在1s能级,正确;②d能级出现在第三电子层及以上,第二电子层只有2s、2p能级,错误;③f能级出现在第四电子层及以上,第三电子层只有3s、3p、3d能级,错误;④p能级出现在第二电子层及以上,因此存在4p能级,正确,故选A。
D
A.泡利不相容原理 B.能量守恒原理
C.构造原理 D.洪特规则
3.下列基态原子或离子的电子排布式或轨道表示式正确的是　　　 ,违反能量最低原理的是　　 ,违反洪特规则的是　　　,违反泡利不相容原理的是　　　　。(填序号)
①Ca2+:1s22s22p63s23p6
②F-:1s22s23p6
①⑤⑥
④Cr:1s22s22p63s23p63d44s2
⑤Fe:1s22s22p63s23p63d64s2
⑥Mg2+:1s22s22p6
②
③④
⑦
题点二　基态原子核外电子排布式及轨道表示式
4.下列表示Fe的基态原子外围电子轨道表示式的是(　　)
A
A B
C D
【解析】 Fe为26号元素,基态铁原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2,则外围电子排布式为3d64s2。A项中外围电子排布式为3d64s2,符合题意;B项中外围电子排布式为3d54s2,不符合题意;C项中电子排布时应优先进入空轨道,不符合题意;D项中每个轨道最多只能容纳两个自旋方向相反的电子,不符合题意。
5.写出下列微粒的电子排布式和外围电子排布式:
(1)Fe　　　　 　　　　　 　　,　　　　。
(2)Fe2+　　　　　　　　　 　　　,　　　　。
(3)As　　　　　　　　　 　　　,　　 　　。
(4)Cu2+　　　　 　　　　　　　　,　　　　。
1s22s22p63s23p63d64s2(或[Ar]3d64s2)
3d64s2
1s22s22p63s23p63d6(或[Ar]3d6)
3d6
1s22s22p63s23p63d104s24p3(或[Ar]3d104s24p3)
4s24p3
1s22s22p63s23p63d9(或[Ar]3d9)
3d9
光谱与光谱分析
学习任务二
1.原子光谱形成原因
(1)在通常情况下,原子核外电子的排布总是使整个原子处于能量 的状态。
(2)当处于能量最低状态的原子 能量后,电子从能量 的轨道跃迁到能量 的轨道上。电子从能量较高的轨道跃迁到能量较低的轨道时,将 出能量。
最低
吸收
较低
较高
释放
2.原子光谱分类
(1)发射光谱:原子中的电子从能量较高的轨道跃迁到能量较低的轨道时,放出光子,将发出的光通过棱镜就得到原子发射光谱。
(2)吸收光谱:将特定波长范围的光通过某种物质的蒸气,原子中的电子吸收光子,从能量较低的轨道跃迁到能量较高的轨道上,然后将透过光通过棱镜,就得到原子吸收光谱。
3.光谱分析
通过原子发射光谱或吸收光谱检测元素,称为光谱分析。
光谱产生的原因与应用
1.光是电子释放能量的重要形式之一。电子从较高能量的激发态跃迁到较低能量的激发态乃至基态时,将以光的形式释放能量。电子跃迁产生的光谱现象属于物理变化过程,不属于化学变化。
2.日常生活中看到的霓虹灯光、激光、焰火等,都与原子核外电子跃迁释放能量有关。
3.可以利用金属元素原子核外电子跃迁产生的焰色反应鉴别元素种类。
归纳拓展
1.下列现象与电子的跃迁无关的是(　　)
A.燃放焰火 B.霓虹灯广告
C.蜡烛燃烧 D.平面镜成像
D
【解析】 D项平面镜成像是一种物理现象,不存在电子的跃迁,符合题意;A、B、C三项中物质变化均与原子核外的电子跃迁有关,不符合题意。
2.下列说法不正确的是(　　)
A.霓虹灯光、LED灯光与原子核外电子跃迁释放能量有关
B.焰色反应是利用元素的特征可见原子光谱鉴别某些元素
C.许多元素是通过原子光谱发现的
D.原子中电子发生跃迁,只能从高能级到低能级进行
D
【解析】 原子中的电子在跃迁时可以是从较低能量的能级到较高能量的能级,也可以是从较高能量的能级到较低能量的能级,D错误。
知识整合
(1)A为　　　(填元素符号),原子的电子排布式是　　　　　　　　　。
(2)B为　　　　　(填元素符号),原子的简化电子排布式是　　　 　　。
(3)C为　　　(填元素符号),原子的最外层电子排布式是　　　　 　。
(4)D为　　　(填元素符号),原子的电子排布式是　　　　　　　。
(5)E为　　　(填元素符号),原子结构示意图是　　　　 　　　　　。
Si
1s22s22p63s23p2
Na
[Ne]3s1
P
3s23p3
N
1s22s22p3
Fe
【解析】 由题意可知,A为Si,B为Na,C为P,则D为N,E为Fe。A、B、C、D、E五种元素原子的电子排布式分别为1s22s22p63s23p2、1s22s22p63s1、1s22s22p63s23p3、1s22s22p3、1s22s22p63s23p63d64s2。
命题解密与解题指导
情境解读:该题以常见元素的位、构、性关系的相互推断为载体,主要考查原子的电子排布式的书写。
素养立意:借助元素位、构、性关系的推断,原子的电子排布式的书写等,培养证据推理与模型认知素养。
思维建模:原子的电子排布式的书写思路。

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