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专题2　原子结构与元素性质
第一单元　原子核外电子的运动
第2课时　原子核外电子的排布
课程标准 核心素养目标
能举例说明原子核外电子排布的构造原理，能用电子排布式、轨道表示式表征1～36号元素基态原子的核外电子排布。 宏观辨识与微观探析：通过原子核外电子排布的学习，学生能从微观探析的角度认识核外电子排布的规律。
1.原子核外电子排布的构造原理
原子核外电子运动状态的描述涉及__________、___________和______ ______。为了确定原子核外电子所处的原子轨道，人们需要讨论原子核外电子排布。科学家经过研究发现，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，这种规律称为____________。
电子层
原子轨道
电子
自旋
构造原理
2．构造原理的三大内容
原子核外电子的运动(也称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规则。具体内容如下：
(1)能量最低原理
电子在原子中所处的状态总是要尽可能使整个体系的能量______，这样的体系最______。即原子核外电子先占据_________的轨道，然后依次进入能量______的轨道，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。
最低
稳定
能量低
较高
(2)泡利不相容原理
每个原子轨道最多容纳两个自旋状态不同的电子，称为泡利不相容原理。电子自旋有顺时针和逆时针两种状态，常用方向相反的箭头“↑”和“↓”表示____________不同的电子。
(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______在不同的原子轨道上，且自旋状态______，这样整个原子的能量最低，这个规则称为洪特规则。
自旋状态
分占
相同
3．原子核外电子排布的轨道能量顺序
4．电子排布式和轨道表示式
根据原子核外电子排布的原则，我们可以写出原子的____________式和____________式。
(1)电子排布式：为了避免电子排布式书写过繁，可以把内层电子已达到稀有气体结构的部分写成“原子实”，以稀有气体的元素符号外加方括号表示。例如，基态钠原子的电子排布式：1s22s22p63s1，也可以表示为[Ne]3s1。
(2)轨道表示式：如钠原子的轨道表示式为
电子排布
轨道表示
5．外围电子排布式
(1)外围电子
一般情况下，化学反应只涉及外层原子轨道上的电子。
(2)外围电子排布式
主族元素原子外围电子为最外层电子，外围电子排布式即最外层电子排布式。主族元素原子的外围电子排布式为ns1～2或ns2np1～5。如钙(Ca)的外围电子排布式为4s2，溴(Br)的外围电子排布式为4s24p5。
6．原子光谱分析原理
(1)发射光谱：当原子中的电子从能量______的轨道跃迁到能量______的轨道时，放出光子，将发出的光通过棱镜就得到原子____________。
(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______的轨道跃迁到能量______的轨道上，然后将透过光通过棱镜，就得到原子______光谱。
(3)不同元素的原子中电子发生跃迁时吸收或放出的光是______的，可以用_________摄取各种元素的原子的发射光谱或吸收光谱。
较高
较低
发射光谱
较低
较高
吸收
不同
光谱仪
◆拓展延伸
随核电荷数递增，电子并不总是填满一个电子层后再开始填入下一个能级，电子是按3p→4s→3d的顺序而不是3p→3d→4s的顺序填充，这种现象被称为能级交错，构造原理呈现的能级交错源于光谱学事实，构造原理是一个思维模型，是个假想的过程。
◆易错警示
书写电子排布式时， 将同一电子层上的排列在一起，与进入轨道的顺序不同。 如：锰电子排布式是1s22s22p63s23p63d54s2，不是1s22s22p63s23p64s23d5 。
◆易错警示
主族元素外围电子排布式是最外层电子排布式； 过渡元素包含d层电子， 甚至包含f层电子；离子电子排布式是原子电子排布式先失去最外层电子，再依次失去内层电子， 不是后进入的电子先失去。Fe2+的电子排布式是铁原子电子排布式失去最外层4s电子，不是失去3d电子。
◆名师总结
(1)注意辨别吸收光谱和发射光谱：
Li、He、Hg的发射光谱(左)和吸收光谱(右)
(2)吸收光谱彩色亮背景，谱线不连续，发暗； 发射光谱暗背景，谱线不连续，发亮。
(3)同一元素吸收光谱和发射光谱的谱线位置相同。
◆微辨析(对的画“√”，错的画“×”)
(1)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 (　　　)
(2)1～36号元素中，基态原子未成对电子数最多的是Cr (　　　)
(3)能量关系：1s<2s<3p<3d<4s (　　　)
(4)基态氮原子最外层有2个未成对电子 (　　　)
√
√
×
×
探究一 原子的核外电子排布
在原子里，原子核位于整个原子的中心，电子在核外绕核做高速运动，因为电子在离核距离不同的区域中运动，我们可以看作电子是在核外分层排布的。
原子核外电子排布的轨道能量顺序图如下：
[问题设计]
(1)根据材料，结合基态原子的核外电子排布的三个规律，写出基态锰原子的核外电子排布式。
提示：1s22s22p63s23p63d54s2或[Ar]3d54s2。
(2)为什么基态铬原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s1而不是1s22s22p63s23p63d44s2
提示：能量相同的原子轨道在全充满(如p6和d10)、半充满(如p3和d5)和全空(如d0)状态时，体系的能量较低，原子较稳定。
(3)基态锰原子的外围电子轨道表示式怎么画？
提示：先写出基态锰原子的外围电子排布式，再根据洪特规则画出基态锰原子外围电子轨道表示式为 。
1．核外电子排布的常见表示方法(以K为例)
2．基态原子核外电子在原子轨道上的排布顺序
(1)基态原子的核外电子在原子轨道上排布要遵循三个原则：能量最低原理、泡利不相容原理和洪特规则。这三个原则并不是孤立的，而是相互联系、相互制约的。也就是说核外电子在原子轨道上排布要同时遵循这三个原则。
[易错提示]　(1)依据构造原理书写电子排布式要注意以下3点：
①对于副族元素要注意轨道能量顺序；
②“外围电子排布”“核外电子排布”的区别；
③原子电子排布式与离子电子排布式的区别。
【例1】 用R代表短周期元素，R原子最外层的p轨道上的未成对电子只有2个。下列关于R的描述正确的是 (　　)
A．R的氧化物都能溶于水
B．R的最高价氧化物的水化物都是H2RO3
C．R的氢化物均为共价化合物
D．R的氧化物都能与NaOH反应
C
解析：
根据题意可知R原子最外层电子排布式为ns2np2或ns2np4，即R可能是C、Si、O、S。CO、SiO2不溶于水，A错误；R的最高价氧化物的水化物可能是H2RO3或H2RO4，B错误；CO与NaOH不反应，D错误。
A
解析：
探究二__核外电子排布的表示方法
这是第三周期元素的基态原子的核外电子排布式和轨道表示式：
[问题设计]
(1)电子排布式的书写顺序与核外电子填充轨道的顺序一定相同吗？
提示：不一定。电子排布式的书写顺序为按电子层由里到外和s、p、d的顺序，而核外电子填充轨道的顺序是按照基态原子核外电子在原子轨道上的排布顺序，即1s，2s，2p，3s，3p，4s，3d，4p，5s，4d，5p，6s……。
(2)电子排布式和轨道表示式一样能反映核外电子的具体运动状态吗？
提示：电子排布式能够表示出每一个能级上的电子排布情况，轨道表示式除了能够表示出每一个能级上的电子排布情况，还能表示出电子在这一能级的原子轨道上的排布情况，因此比电子排布式更加具体形象。
(3)如何书写简单离子的电子排布式？
提示：先写出原子的电子排布式，然后根据得失电子写出离子的电子排布式。如O的电子排布式为1s22s22p4，得到两个电子形成O2-，电子排布式为1s22s22p6；再比如Fe的电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2，失去3个电子形成的Fe3+电子排布式为1s22s22p63s23p63d5。
A
解析：
同一轨道上排布两个电子， 电子的自旋状态不同，A错误。
2．(2023·福建龙岩高二质检)元素周期表共有18个列，从左到右排列为1～18列，即碱金属是第一列，稀有气体是第18列。按这种规定，下列说法正确的是 (　　)
A．第9列元素中不完全是金属元素
B．第15列元素的原子最外层电子的排布式为ns2np3
C．最外层电子数为ns2的元素都在第2列
D．第10、11列为ds区的元素，形成化合物种类最多的元素在第14列
B
解析：
第9列元素为部分Ⅷ族元素，全部属于金属元素，A错误；第15列为ⅤA族元素，其最外层电子的排布式为ns2np3，B正确；最外层电子数为ns2的元素除 ⅡA族(第2列)外，还有He以及部分过渡金属元素，C错误；ds区元素是第11、12列元素，D错误。
1．外围电子排布式为3d104s1的元素在周期表中应位于 (　　)
A．第4周期ⅠB族 B．第5周期ⅡB族
C．第4周期ⅦB族 D．第5周期ⅢB族
A　
解析：
根据该元素的外围电子排布式可知其电子层数为4，因此它位于第4周期。由3d轨道为全充满结构和最外层4s轨道上有1个电子可知它位于ⅠB族，A正确。
D　
解析：
A中只能说明该元素的L层有8个电子，不能确定其在周期表中的位置，A错误；B中非金属元素有多种化合价，＋4价不一定是其最高化合价，不能确定，B错误；C中根据最外层电子数只能确定族序数，不能确定周期数，C错误；D可确定该元素在第5周期ⅢA族，D正确。
3．有A、B、C、D、E五种元素。其中A为第4周期元素，与D可形成1∶1和2∶1原子个数比的化合物；B为第4周期过渡元素，最高化合价为＋7；C和B是同周期的元素，具有相同的最高化合价；D的外围电子排布式为nsnnpn+2，E元素的基态原子核外有7个原子轨道填充了电子。
(1)试写出下面三种元素的元素符号：
A______、B______、C______。
(2)写出D2-的电子排布式：
__________________________________________________________，
基态E原子的电子排布式为____________。
(3)B位于______族，C位于______族。
答案：(1)K　Mn　Br
(2)1s22s22p6　1s22s22p63s23p1　
(3)ⅦB　ⅦA
解析：
由B为第4周期过渡元素，最高化合价为＋7可推出B是锰元素；C和B是同周期的元素，具有相同的最高化合价，则C是溴元素；D的外围电子排布式为nsnnpn+2，D是氧元素；A与D可形成1∶1和2∶1原子个数比的化合物，A是钾元素。B位于第四周期，最高化合价为＋7，根据族序数等于外围电子数可知B位于第ⅦB族，溴原子最外层也是7个电子，属于主族元素，位于ⅦA族。E元素的基态原子核外有7个原子轨道填充了电子，其核外电子排布式为1s22s22p63s23p1，该元素应为Al。

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