2018-2019学年高中化学 第1章 原子结构 第2节 第1课时 基态原子的核外电子排布学案 鲁科版选修3.docx

第1课时基态原子的核外电子排布 学习目标定位1.熟知原子核外电子排布要遵循的三个原则。2.知道原子核外电子排布的轨道能量顺序，会正确书写136号元素原子的核外电子排布式和轨道表示式(电子排布图)。一基态原子的核外电子排布原则1原子核外电子排布的轨道能量顺序设想从氢原子开始，随着原子核电荷数的递增，原子核每增加一个质子，原子核外便增加一个电子，这个电子大多是按下图所示的轨道能量顺序进行填充：观察分析上图，讨论回答下列问题：(1)在多电子原子中，电子进入能级的先后应遵循的原则是什么？答案能量最低原则。电子最先排布在能量低的轨道上，然后依次排布在能量较高的轨道上。(2)多电子原子核外电子排布是否完全遵循电子层的顺序？答案由上图可知，从第三电子层开始各轨道不完全遵循电子层顺序，产生了轨道能量交错排列，即产生“能级交错”现象。(3)轨道的能量高低主要是由哪些因素决定的？答案各轨道的能量由电子层序数和轨道类型共同决定，各轨道的能量高低顺序，可由下列公式得出：ns(n2)f(n1)dnp(n表示电子层序数)。2泡利不相容原理泡利不相容原理的内容是：一个原子轨道最多只能容纳两个电子，而且这两个电子的自旋方向必须相反(用“”、“”表示)。例如，基态氦原子的轨道表示式为。根据泡利不相容原理，可以获得以下几个重要结论：(1)每一种运动状态的电子只能有一个。(2)由于每一个原子轨道包括两种运动状态，所以每一个原子轨道最多只能容纳两个自旋方向相反的电子。(3)因为s，p，d，f能级的原子轨道数分别为1,3,5,7个，所以s，p，d，f各原子轨道分别最多能容纳2,6,10,14个电子。(4)每个电子层中原子轨道的总数为n2个，因此，每个电子层最多能容纳2n2个电子。3相同能量轨道电子排布规则(1)在相同能量的原子轨道上，电子的排布将尽可能占据不同的轨道，而且自旋方向相同，这就是洪特规则。(2)通俗地说，洪特规则可以表述为电子总是尽量自旋平行地分占不同的轨道。如碳原子的轨道表示式是而不是。(3)当同一类型轨道上的电子排布为全充满(p6、d10、f14)、半充满(p3、d5、f7)和全空状态(p0、d0、f0)时，具有较低的能量和较大的稳定性。例如，铬(24Cr)的价电子排布是3d54s1(3d能级为半充满)，而不是3d44s2；铜(29Cu)的价电子排布是3d104s1(3d全充满)，而不是3d94s2，等。归纳总结原子核外电子排布要遵循三个原则(1)能量最低原则：电子在原子轨道上的分布要尽可能地使原子的能量最低。(2)泡利不相容原理：每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方向必须相反。(同一原子中不可能有运动状态完全相同的电子)。(3)洪特规则：当电子排布在相同能量的不同轨道时，总是优先单独占据一个轨道，而且自旋方向相同。活学活用1下列3d轨道的轨道表示式正确的是()答案B解析A、D中同一原子轨道内电子的自旋方向相同，违反了泡利不相容原理；C中有空轨道，违反了洪特规则。2用轨道表示式(或电子排布式)表示下列原子的价电子排布中，哪一种状态的能量较低？(1)氮原子：A.B.(2)钠原子：A.3s1B3p1(3)铬原子：A.3d54s1B3d44s2(4)碳原子：A.B.答案(1)B(2)A(3)A(4)A解析本题考查的是核外电子排布所遵循的原则。(1)据洪特规则，对于基态原子，电子在能量相同的轨道上排布时尽可能分占不同的轨道，且自旋方向相同，故选B。(2)中由于3s轨道能量低于3p轨道，故选A。(3)中d5为半充满状态，为相对稳定状态，故选A。(4)据洪特规则，对于基态原子，电子在能量相同的轨道上排布时，应尽可能分占不同的轨道，且自旋方向相同，故选A。二原子核外电子排布的表示方法1电子排布式按要求填表：电子排布式价电子排布式S1s22s22p63s23p43s23p4Ca1s22s22p63s23p64s24s2Fe1s22s22p63s23p63d64s23d64s2Cu1s22s22p63s23p63d104s13d104s1Ge1s22s22p63s23p63d104s24p24s24p22.轨道表示式(1)将每一个原子轨道用一个小圆圈(或方框)表示，在圆圈(或方框)内标明原子核外电子排布的式子称为轨道表示式。以铝原子为例，轨道表示式中各符号、数字的意义为(2)写出下列原子的轨道表示式：O：；Na：。(3)在轨道表示式中也可以用方框表示一个原子轨道，如Na：。3原子结构示意图(1)原子结构简(示意)图：圆圈内数字表示质子数，弧线表示电子层，弧线内数字表示该电子层中的电子数。(2)写出下列原子或离子的结构示意图：K：；Fe：；Mg2：；Cl：。归纳总结1电子排布式和轨道表示式反映的是基态原子即处于最低能量状态的原子的电子排布情况，它们相互关联，可以非常方便地相互转换。2虽然电子排布是遵循能量最低原则的，但书写电子排布式时应按照电子层的顺序书写。如铁原子的电子排布式是1s22s22p63s23p63d64s2，而不写作1s22s22p63s23p64s23d6。3主族元素的最外层电子称为价电子。过渡元素的价电子一般包括最外层的s电子和次外层的d电子，有的还包括倒数第三层的f电子。4离子的电子排布式原子转化为离子有两种情况：一是由原子失去电子转化为阳离子，失电子的顺序与电子填入的顺序有所不同，失电子时，首先失去的是最外电子层上的电子；二是由原子得到电子转化为阴离子，得到的电子填入原子轨道的顺序与基态原子电子的排布顺序相同。活学活用3下列有关核外电子排布的式子不正确的是()A24Cr的电子排布式：1s22s22p63s23p63d54s1BK的简化电子排布式：Ar4s1CN原子的轨道表示式为DS原子的轨道表示式为答案D解析D项S原子的轨道表示式违反了洪特规则，正确的应是。4下列关于价电子排布式为3s23p4的某微粒的描述正确的是()A它的元素符号为OB它的核外电子排布式为1s22s22p63s23p4C它可以与H2化合生成液态化合物D其轨道表示式为答案B解析价电子排布式为3s23p4的微粒，其核外电子排布式为1s22s22p63s23p4，应为硫原子。在一定条件下，S与H2化合生成H2S气体。硫原子核外有16个电子，依据洪特规则可知，其轨道表示式为。当堂检测1若将6C原子的电子排布式写成1s22s22p，它违背了()A能量守恒定律B能量最低原则C泡利不相容原理D洪特规则答案D解析根据洪特规则，对于基态原子的电子在能量相同的轨道上排布时，应尽可能分占不同的轨道且自旋方向相同，故本题给出的电子排布式违背了洪特规则，应写为1s22s22p2p。2下列各原子或离子的电子排布式或轨道表示式表示正确的是()ACa2：1s22s22p63s23p6BF：1s22s23p6CP：最外层电子轨道表示式为DCr：1s22s22p63s23p63d44s2答案A解析解此类题一是要注意观察电子排布是否符合能量最低原则，二是注意是否符合泡利不相容原理和洪特规则。千万不要忽略了Cu、Cr等少数原子的“能量相同的原子轨道在半充满、全充满或全空状态时，体系的能量较低，原子较稳定”这种特例。A项正确，符合核外电子排布规律；B项错误，由核外电子排布规律，电子排完2s后应排2p轨道而不是3p轨道，正确的应为1s22s22p6；C项错误，没有遵循洪特规则电子在能量相同的原子轨道上排布时，应尽可能分占不同的原子轨道且自旋方向相同，正确的应为；D项错误，忽略了能量相同的原子轨道在半充满状态时，体系的能量较低，原子较稳定，正确的应为1s22s22p63s23p63d54s1。3下列原子的价电子排布式中，正确的是()A3d94s2B3d44s2C3d104s0D3d84s2答案D解析根据原子填入轨道的顺序和核外电子的排布规律，选项A应为3d104s1；选项B应为3d54s1；选项C应为3d84s2。则只有选项D正确。4已知元素X的原子最外层电子排布式为nsn1npn2，则X元素的原子序数为()A9B10C17D18答案C解析n12，则n3，即最外层电子排布式为3s23p5，为氯元素。5如果在3p轨道上有3个电子，则它们应排布为(轨道表示式)_，而不能排布为，因为这违背了_，也不能排布成，因为这违背了_。如果3p轨道上有4个电子，有人认为可以排布为，你认为是否正确，说明理由_。答案泡利不相容原理和洪特规则洪特规则不正确，因为只有3个3p轨道解析若3p轨道上有3个电子，则它们应排布为，不能排布为，因为这违背了泡利不相容原理(一个轨道最多只能容纳2个电子)和洪特规则(当电子排布在同一能级的不同轨道时，原子中的电子总是优先单独占据一个轨道，且自旋方向相同)，若3p能级上有4个电子，则应排布成。40分钟课时作业基础过关一、原子核外电子排布规律的理解与应用1以下核外电子的表示方法中，能表示该原子处于能量最低状态的是()AN：BF：CFe：Ar3d54s2DCu：3d104s1答案D解析A选项不符合洪特规则，2p轨道上的3个电子分占三个轨道时能量最低；B选项为F的轨道表示式；C选项中Fe是26号元素，而非25号。2下列排布不符合泡利不相容原理的是()答案C解析由于泡利不相容原理指的是一个原子轨道中最多只能容纳两个电子，并且这两个电子的自旋方向必须相反，所以只有选项C不满足此原理。3下面是第2周期部分元素基态原子的轨道表示式，据此下列说法错误的是()A每个原子轨道中最多只能容纳2个电子B电子排布在能量相同的轨道时，总是优先单独占据不同的轨道C每个电子层所具有的轨道类型的种数等于电子层的序数(n)D若原子轨道中有2个电子，则其自旋方向相反答案D解析由题给的四种元素原子的轨道表示式可知，在一个原子轨道中，最多只能容纳2个电子即符合泡利不相容原理，A正确；当电子排布在相同能量的不同轨道时，总是优先单独占据一个轨道，即符合洪特规则，B正确；任一电子层的轨道总是从s轨道开始，而且轨道类型的种数等于该电子层序数，C正确；若在一个原子轨道中有2个电子，则它们的自旋方向相反，若在能量相同的不同轨道中有2个电子，则自旋方向相同，故D错。二、原子核外电子排布的表示方法4下列各原子或离子的电子排布式错误的是()ANa1s22s22p6BF1s22s22p6CN31s22s22p6DO21s22s22p6答案C解析本题的关键是判断题中所给的电子数与元素符号是否相符。Na、F、O2都含有10个电子都正确，N3含有4个电子，故C项错误。5下列表示式中错误的是()ANa的电子式：NaBNa的结构示意图：CNa的电子排布式：1s22s22p63s1DNa的简化电子排布式：Na3s1答案D解析简化电子排布式的“ ”中应为该元素上一周期的稀有气体元素，故D应为Ne3s1。6下列有关铁原子的价电子排布表示正确的是()A3d64s2B4s23d6答案A解析选项B排列顺序不正确；选项C、D违背了洪特规则，3d轨道电子排布应先分占不同的轨道，且自旋方向相同。三、由原子核外电子排布确定元素7下面是某些元素的最外层电子排布式，各组指定的元素不能形成AB2型化合物的是()A2s22p2和2s22p4B3s23p4和2s22p4C3s2和2s22p5D3s1和3s23p4答案D解析A项为C和O，能形成CO2；B项为S和O，能形成SO2；C项为Mg和F，能形成MgF2；D项为Na和S，能形成Na2S，属A2B型，故选D。8某元素的3p轨道上有两个未成对电子，因此其()A第三电子层上有4个电子B最高正价为2C最高正价为4D第二电子层没有未成对电子答案D解析由于3p轨道上有两个未成对电子，所以该原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p2或者1s22s22p63s23p4。9下列各组中的X和Y两种原子，化学性质一定相似的是()AX原子和Y原子最外层都只有一个电子BX原子的核外电子排布为1s2，Y原子的核外电子排布为1s22s2CX原子2p轨道上有三个电子，Y原子的3p轨道上有三个电子DX原子核外M层上仅有两个电子，Y原子核外N层上仅有两个电子答案C解析最外层只有一个电子的有H、Na、Cr、Cu等，他们的化学性质不同，A错；选项B中X是He，Y是Be，他们的化学性质也不同；选项C中X原子核外电子排布式为1s22s22p3，为N原子，Y原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p3，为P原子，同一主族，化学性质相似；选项D中X是Mg，Y原子4s轨道上有2个电子，可能为Ca，但若为过渡元素，则由能量最低原则可知先排4s轨道，再排3d轨道，可能是Fe、Zn等，故化学性质不一定相同。能力提升10按要求填空。(1)17Cl的电子排布式_；(2)17Cl的价电子排布式_；(3)17Cl的电子式_；(4)17Cl的轨道表示式_；(5)17Cl的原子结构示意图_；(6)第4周期中最外层仅有1个电子的所有基态原子的电子排布式_。答案(1)Ne3s23p5(2)3s23p5(3)(4)(5)(6)19K：Ar4s1、24Cr：Ar3d54s1、29Cu：Ar3d104s1解析(1)(5)主要考查电子排布式、价电子排布式、电子式、轨道表示式、原子结构示意图等常用化学用语概念的区别。(6)第4周期最外层只有1个电子的最外层电子排布式为4s1，此时3s、3p应已填满，3d轨道可能全空、半充满或全充满，即其电子排布式为Ar4s1、Ar3d54s1、Ar3d104s1。11五种元素原子的电子层结构如下：A1s22s22p63s23p63d54s2；B1s22s22p63s2；C1s22s22p6；D1s22s22p63s23p2；EAr4s1。请回答：(1)_元素是稀有气体。含未成对电子数最多的元素是_。(2)A的元素符号是_，其核外电子共有_种运动状态。(3)D元素原子的轨道表示式为_。答案(1)C(Ne)A(Mn)(2)Mn25(3)解析由原子的电子排布式可知AE元素分别为Mn、Mg、Ne、Si、K，其中A、D、E元素的原子轨道中排布有未成对电子，其轨道表示式分别为A.、D.、E.，故A中含未成对电子数最多。任何多电子原子中不会存在两个运动状态完全相同的电子，即A中共有25种运动状态不同的电子。12某元素的原子序数为33，请回答：(1)该元素原子的质子数为_，有_个电子。(2)该元素原子核外有_个电子层，_个能级，_个原子轨道。(3)它的最外层电子排布为_，它的电子排布式为_，轨道表示式为_。答案(1)3333(2)4818(3)4s24p31s22s22p63s23p63d104s24p3解析(1)根据元素原子的核外电子数质子数原子序数，可得出答案。(2)先利用能级顺序和排布原则排出其电子排布式：1s22s22p63s23p63d104s24p3，得出该元素原子核外有8个能级，共1131351318个原子轨道(s：1个轨道；p：3个轨道；d：5个轨道)。13有A、B、C、D四种短周期主族元素，它们的原子序数依次增大，其中A元素原子核外电子仅有一种原子轨道，也是宇宙中最丰富的元素，B元素原子核外p电子数比s电子数少1，C为金属元素且原子核外p电子数和s电子