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第一章
原子结构与性质
第一节　原子结构
课时2　原子核外电子排布规律
1．认识原子核外电子排布的构造原理，学习利用构造原理进行电子排布。
2．认识能量最低原理、泡利不相容原理和洪特规则等，会书写1～36号元素基态原子核外电子的排布(电子排布式和轨道表示式)。
3．知道电子运动的能量状态具有量子化的特征(能量不连续)，电子可以处于不同的能级，在一定条件下会发生激发与跃迁。知道原子光谱的原理及应用。
1．写出K和Ca的基态原子电子排布式，并与正确结果做对照，正确的书写方式中电子是否是将低能层能级完全排满后，再排到高能层的能级？
【答案】 K：1s22s22p63s23p64s1或[Ar]4s1　Ca：1s22s22p63s23p64s2
或[Ar]4s2　不是按将低能层能级完全排满后，再排到高能层的能级。电子没有先排到3d能级，而是直接排到4s能级。
活动一：认识构造原理
2．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。如图所示为构造原理示意图，图中小圆圈表示一个能级，箭头引导的曲线表示电子填入能级的顺序。
(1) 根据图中填充顺序，写出从1s→4p的各能级填充顺序，有些能级存在不是按能层顺序递增进行填充，这种现象称为能级交错现象，其中存在能级交错现象的是哪些？
【答案】 1s、2s、2p、3s、3p、4s、3d。4s排在3d之前。
(2) 根据构造原理示意图写出Sc(21号)、Fe(26号)、Zn(30号)、Br (35号)元素的基态原子电子排布式。书写电子式时，能层低的能级写在左边。
【答案】 Sc：1s22s22p63s23p63d14s2　Fe：1s22s22p63s23p63d64s2
Zn：1s22s22p63s23p63d104s2　Br：1s22s22p63s23p63d104s24p5
(3) 电子排布式可以简化，如钠的电子排布式可以简化为[Ne]3s1，钾的电子排布式可以简化为[Ar]4s1。则Sc(21号)、Fe(26号)、Zn(30号)、Br(35号)元素的基态原子电子排布式可以如何简写？
【答案】 Sc：[Ar]3d14s2　Fe：[Ar]3d64s2　Zn：[Ar]3d104s2　Br：[Ar]3d104s24p5
(4) 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)，只含价层电子排布的式子称为价层电子排布式。在周期表的前四周期元素中，主(A)族、稀有气体(0族)元素的价层电子为最外能层所在电子，副族元素的价层电子为最外能层所在电子和次外层d能级的电子。Sc(21号)、Fe(26号)、Zn(30号)、Br(35号)元素的基态原子价层电子排布式可以如何简写？
【答案】 Sc：3d14s2　Fe：3d64s2　Zn：3d104s2　Br：4s24p5
1．阅读下列资料，回答问题。
电子的空间运动状态中还包括自旋。轨道表示式(电子排布图)是表述电子排布的一种图示。在轨道表示式中，方框(或圆圈)表示原子轨道，在其上方或下方标记能级符号，能量相同的原子轨道(简并轨道)的方框相连；箭头表示一种自旋状态的电子，“↑↓”称电子对，“↑”或“↓”称单电子(或称未成对电子)；箭头同向的单电子称自旋平行。有时画出的能级上下错落，以表达能量高低不同。
活动二：根据电子排布的轨道表示式归纳原子核外电子排布规律
下图所示为第二周期元素基态原子的电子排布的轨道表示式。
(1) 与电子排布式相比，轨道表示式可以增加电子的哪些状态信息？
【答案】 电子所处的原子轨道和自旋信息。
(2) 你观察出了基态原子核外电子排布有哪些规律？将它们一一写出来。
【答案】 略
2．将你所发现的规律，与科学家经过研究发现的下列三个原理进行对照，看看还有哪些规律你没有发现，并在对应的文字下面做上记号。
能量最低原理：在构建基态原子时，电子将尽可能地占据能量最低的原子轨道，使整个原子的能量最低。
泡利原理：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。
洪特规则：基态原子中，填入简并轨道的电子总是先单独分占，且自旋平行。
【答案】 略
3．已知当同一能级的不同轨道处于半充满或全充满时，能量较低。查阅资料，写出Cr(24号)、Cu(29号)的价层电子轨道表示式，并猜想其与构造原理不相符的原因。
Cr的3d和4s轨道半充满，能量较低；Cu的3d轨道全充满、4s轨道半充满，能量较低。
1．处于最低能量状态的原子叫作基态原子。基态原子吸收能量，它的电子会跃迁到较高能级，变为激发态原子。
(1) 原子中的电子从3s原子轨道跃迁到2p轨道，是吸收能量还是释放能量？电子跃迁释放能量的重要形式之一是什么？
【答案】 释放能量。光(辐射)。
(2) 五彩斑斓的焰火中，产生黄色光的是哪一种元素？用原子结构的知识解释发光的原因。
【答案】 Na。电子从能量较高的轨道跃迁到能量较低的轨道时，以光(子)的形式释放能量。
活动三：认识核外电子的跃迁及其简单应用
2．不同元素的原子中电子发生跃迁时会吸收或释放不同的光。
(1) 可以用光谱仪摄取各种元素原子的吸收光谱或发射光谱，总称为原子光谱。你认为同一种元素的发射光谱与吸收光谱存在着怎样的关系？
【答案】 存在着互补的关系。
(2) 你认为光谱分析有什么应用？
【答案】 分析和鉴定元素。
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1．下列表示氦原子结构的化学用语中，对电子运动状态描述最详尽的是 (　　)
【解析】 A、B、C三项的表示方法只能说明氦原子核外第一能层有两个电子，但不能说明这两个电子的自旋状态，而D项可以说明两个电子均在1s能级的原子轨道中，且自旋状态相反。
【答案】 D
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【解析】 洪特规则表明，基态原子中，填入简并轨道的电子总是先单独分占，且自旋状态相同。
【答案】 D
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3．下列元素的基态原子中，未成对电子最多的是 (　　)
A．Ne B．P
C．Fe D．Cr
【解析】 首先分别写出四种元素原子核外电子排布的轨道表示式，然后进行判断。Ne没有未成对电子，P有3个未成对电子，Fe有4个未成对电子，而Cr有6个未成对电子，最多。
【答案】 D
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4．硫离子核外具有不同能量的电子种数是 (　　)
A．16种 B．18种
C．5种 D．2种
【答案】 C
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【解析】 根据泡利原理知，3p轨道最多排6个电子，A正确；根据洪特规则知，2p轨道上的两个电子应排在不同轨道上，B正确；电子能量与能层和能级都有关，ns电子的能量一定高于(n－1)p电子的能量，C错误；根据能量最低原理知，电子先排能量低的轨道后排能量高的轨道，D正确。
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【答案】 C
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6．(1) 基态Cu原子的结构示意图为___________。
(2) 基态P原子的价层电子排布式为__________。
(3) 基态Fe原子的电子排布式为__________________________ ___________。
(4) 基态N原子的轨道表示式为______________。
(5) X元素基态原子的价层电子排布式为4s24p5，X的元素符号是______。
3s23p3
1s22s22p63s23p63d64s2或
[Ar] 3d64s2
Br
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7．根据所学的核外电子排布原则，解释下列事实。
(1) 基态钾原子的电子排布式为1s22s22p63s23p64s1，不为1s22s22p63s23p63d1。
【答案】 由构造原理可知，4s能级的能量比3d能级的能量低，所以电子先排在4s能级上。
(2) 基态铬原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s1，不为1s22s22p63s23p63d44s2。
【答案】 根据洪特规则的特例，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p0和d0)状态时，体系的能量较低，原子较稳定。
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【答案】 根据洪特规则，电子在能量相同的原子轨道上排布时，应尽量先分占不同的轨道且自旋状态相同。
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8．请写出满足下列条件的元素(用元素符号回答)。
(1) 基态原子最外层上4p有5个电子：______。
【解析】 最外层4p有5个电子，故该原子的价层电子排布式为4s24p5，此元素为溴元素。
(2) 基态原子n＝4的电子层有2个电子，3d轨道上有5个电子：______。
【解析】 该原子的价层电子排布式为3d54s2，所以该元素为锰元素。
Br
Mn
(3) 基态原子次外层3d轨道全满，最外层有1个s电子：______。
【解析】 该原子的价层电子排布式为 3d104s1，则该元素为铜元素。
(4) 基态时的＋3价离子的3d轨道半满：______。
【解析】 由于3d轨道半满，所以该元素＋3价离子的价层电子排布式为3d5，该元素原子的基态电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2，则该元素为铁元素。
Cu
Fe
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(5) 基态原子3p轨道上有2个未成对电子：_________。
Si或S

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