基态原子的核外电子排布原子轨道

1、第2课时基态原子的核外电子排布原子轨道探究探究1 1 基态、激发态与光谱基态、激发态与光谱研读教材研读教材自主认知自主认知1.1.基态原子与激发态原子基态原子与激发态原子: :吸收吸收发射发射2.2.原子光谱原子光谱: :不同元素的原子发生不同元素的原子发生_时会吸收或释放不同的光时会吸收或释放不同的光, ,可以用光谱仪摄取各种元素的电子的可以用光谱仪摄取各种元素的电子的_或或_,_,总称总称原子光谱。原子光谱。3.3.光谱分析光谱分析: :在现代化学中在现代化学中, ,利用利用_上的特征谱线来上的特征谱线来_的分析方法。的分析方法。跃迁跃迁吸收光谱吸收光谱发射光谱发射光谱原子光谱原子光谱鉴定

2、元素鉴定元素合作探究合作探究核心归纳核心归纳(1)(1)原子光谱形成的原因是什么原子光谱形成的原因是什么? ?提示提示: :不同元素的原子发生跃迁时会吸收或释放不同的光不同元素的原子发生跃迁时会吸收或释放不同的光, ,从而形成原从而形成原子光谱。子光谱。(2)(2)电子跃迁时只吸收能量吗电子跃迁时只吸收能量吗? ?提示提示: :不是。电子从低能量轨道跃迁到高能量轨道时吸收能量不是。电子从低能量轨道跃迁到高能量轨道时吸收能量, ,从高能从高能量轨道跃迁到低能量轨道时释放能量。量轨道跃迁到低能量轨道时释放能量。(3)(3)霓虹灯的发光原理与氢原子光谱相同吗霓虹灯的发光原理与氢原子光谱相同吗? ?提

3、示提示: :基本相同基本相同, ,都是气体在较高的电压激发下发生电子的跃迁产生的。都是气体在较高的电压激发下发生电子的跃迁产生的。 过关小练过关小练即时应用即时应用1.(20151.(2015泰安高二检测泰安高二检测) )原子光谱是线状光谱原子光谱是线状光谱, ,是由不连续的谱线组是由不连续的谱线组成的成的, ,这表明这表明( () )A.A.在原子中只有某些电子能够跃迁产生光谱在原子中只有某些电子能够跃迁产生光谱B.B.原子中的电子可以处于某些特定的能量状态原子中的电子可以处于某些特定的能量状态, ,即电子的能量是量子即电子的能量是量子化的化的C.C.原子发射的光是单色光原子发射的光是单色光

4、D.D.白光可以由多种单色光组成白光可以由多种单色光组成【解析【解析】选选B B。原子光谱是线状光谱。原子光谱是线状光谱, ,也就是由具有特定频率的光形成也就是由具有特定频率的光形成的谱线的谱线, ,原子光谱之所以产生这种特定的谱线原子光谱之所以产生这种特定的谱线, ,是由于电子的能量是量是由于电子的能量是量子化的子化的, ,电子跃迁的始态和终态的能级差也是量子化的。电子跃迁的始态和终态的能级差也是量子化的。2.2.对充有氖气的霓虹灯管通电对充有氖气的霓虹灯管通电, ,灯管发出红色光。产生这一现象的主灯管发出红色光。产生这一现象的主要原因是要原因是( () )A.A.电子由激发态向基态跃迁时以

5、光的形式释放能量电子由激发态向基态跃迁时以光的形式释放能量B.B.电子由基态向激发态跃迁时吸收除红光以外的光线电子由基态向激发态跃迁时吸收除红光以外的光线C.C.氖原子获得电子后转变成发出红光的物质氖原子获得电子后转变成发出红光的物质D.D.在电流的作用下在电流的作用下, ,氖原子与构成灯管的物质发生反应氖原子与构成灯管的物质发生反应【解析【解析】选选A A。氖原子中能量较高轨道上的电子以光的形式向外辐射。氖原子中能量较高轨道上的电子以光的形式向外辐射能量跃迁到能量较低的轨道上能量跃迁到能量较低的轨道上, ,所发出的光的波长恰好位于可见光区所发出的光的波长恰好位于可见光区域中的红色波段。域中的

6、红色波段。【补偿训练【补偿训练】图中所发生的现象与电子的跃迁无关的是图中所发生的现象与电子的跃迁无关的是( () )【解析【解析】选选D D。燃放烟火、霓虹灯、燃烧蜡烛等获得的光能都是电子。燃放烟火、霓虹灯、燃烧蜡烛等获得的光能都是电子跃迁时能量以光的形式释放出来导致的跃迁时能量以光的形式释放出来导致的, ,而平面镜成像则是光线反射而平面镜成像则是光线反射的结果。的结果。探究探究2 2 核外电子排布规则核外电子排布规则研读教材研读教材自主认知自主认知1.1.原子核外电子运动状态的描述原子核外电子运动状态的描述: :(1)(1)电子云。电子云。定义定义: :处于一定空间运动状态的电子在原子核外空

7、间的概率密度分处于一定空间运动状态的电子在原子核外空间的概率密度分布的形象化描述。布的形象化描述。含义含义: :用单位体积内小黑点的疏密程度表示电子在原子核外出现概用单位体积内小黑点的疏密程度表示电子在原子核外出现概率大小。率大小。形状。形状。球形球形哑铃形哑铃形一一三三(2)(2)原子轨道。原子轨道。定义定义: :电子在原子核外的一个电子在原子核外的一个_。意义意义: :表示原子轨道的空间分布。表示原子轨道的空间分布。不同能层所对应的能级和原子轨道的情况。不同能层所对应的能级和原子轨道的情况。空间运动状态空间运动状态符号符号能级能级原子轨道数原子轨道数原子轨道名称原子轨道名称电子云电子云轮廓

8、形状轮廓形状K K1s1s1 11s1s_形形L L2s2s2p2p1 1_2s2s2p2px x、2p2py y、2p2pz z球形球形_形形M M3s3s3p3p3d3d1 1_3s3s3p3px x、3p3py y、3p3pz z球形球形_形形球球3 3哑铃哑铃3 35 5哑铃哑铃2.2.核外电子排布的规则核外电子排布的规则: :最最低低相反相反 优先单独占据优先单独占据自旋状态自旋状态2 2构造原理构造原理合作探究合作探究核心归纳核心归纳1.1.原子核外电子运动状态的描述原子核外电子运动状态的描述: :s s能级的原子轨道图能级的原子轨道图( (球形对称球形对称) )p p能级的原子轨

9、道图能级的原子轨道图( (哑铃形哑铃形) )(1)(1)怎样描述一个电子的核外运动状态怎样描述一个电子的核外运动状态? ?提示提示: :从电子层、能级、原子轨道、自旋状态四个方面描述。从电子层、能级、原子轨道、自旋状态四个方面描述。(2)s(2)s轨道的电子云图与轨道的电子云图与p p轨道的电子云图有何区别轨道的电子云图有何区别? ?提示提示: :s s轨道的电子云图为球形轨道的电子云图为球形, ,在空间只有一个伸展方向在空间只有一个伸展方向;p;p轨道的电轨道的电子云图为哑铃形子云图为哑铃形, ,在空间有在空间有3 3个伸展方向。个伸展方向。(3)(3)电子云中小点的疏密程度有何意义电子云中

10、小点的疏密程度有何意义? ?提示提示: :点疏密的程度表示了电子在原子核外出现概率的大小。点疏密的程度表示了电子在原子核外出现概率的大小。 2.2.核外电子排布的规则核外电子排布的规则: :(1)(1)原子核外电子在排布时总是按原子核外电子在排布时总是按K K、L L、M M、N N的顺序填充的吗的顺序填充的吗? ?提示提示: :不是。原子核外电子的排布遵循构造原理不是。原子核外电子的排布遵循构造原理, ,按轨道能量由低到高按轨道能量由低到高依次排列依次排列, ,而能层越大而能层越大, ,能级的能量不一定越高能级的能量不一定越高, ,存在一些不同能层的存在一些不同能层的能级交错现象能级交错现象

11、, ,例如例如E(3d)E(4s)E(3d)E(4s)、E(4f)E(5p)E(4f)E(5p)等等, ,核外电子在充满核外电子在充满3p3p后后, ,多余电子首先填充多余电子首先填充4s4s而非而非3d,3d,使整个原子处于能量最低的状态。使整个原子处于能量最低的状态。(2)(2)为什么钾原子的原子结构示意图不是为什么钾原子的原子结构示意图不是 , ,而是而是 呢呢? ?提示提示: :由于出现能级交错现象由于出现能级交错现象, ,钾原子排满第一层和第二层后钾原子排满第一层和第二层后, ,再排第再排第三层时三层时, ,先排满先排满3s3s能级、能级、3p3p能级能级, ,最后一个电子进入最后一

12、个电子进入4s4s能级而不是能级而不是3d3d能级能级, ,所以它的原子结构示意图为所以它的原子结构示意图为 。 (3)(3)为什么原子核外最外层的电子数不超过为什么原子核外最外层的电子数不超过8 8个个? ?提示提示: :由于能级交错的原因由于能级交错的原因,E(nd,E(nd)E(n+1)s,)E(n+1)s,当当nsns和和npnp充满时充满时( (共共4 4个轨个轨道道, ,最多容纳最多容纳8 8个电子个电子),),多余的电子不是填入多余的电子不是填入ndnd, ,而是首先形成新电子而是首先形成新电子层层, ,填入填入(n+1)s(n+1)s轨道中轨道中, ,故最外层电子数不可能超过故

13、最外层电子数不可能超过8 8个。个。(4)(4)为什么原子核外电子的次外层不超过为什么原子核外电子的次外层不超过1818个个? ?提示提示: :若最外层是第若最外层是第n n层层, ,次外层就是第次外层就是第(n-1)(n-1)层。由于层。由于E(n-1)fE(n-1)fE(n+1)sE(npE(n+1)sE(np),),在第在第(n+1)(n+1)层出现前层出现前, ,次外层只有次外层只有(n-1)s(n-1)s、(n-1)p(n-1)p、(n-1)d(n-1)d上有电子上有电子, ,这三个能级共有这三个能级共有9 9个轨道个轨道, ,最多可容纳最多可容纳1818个电子个电子, ,因此因此次

14、外层电子数不超过次外层电子数不超过1818个。个。 【归纳总结【归纳总结】1.1.构造原理中的能级交错现象构造原理中的能级交错现象: :最常见、最重要的能级交错顺序之最常见、最重要的能级交错顺序之一是一是E(4s)E(3d),E(4s)E(3d),对于对于1 13636号元素来说号元素来说, ,应重点掌握和记忆的是应重点掌握和记忆的是“1s2s2p3s3p4s3d4p”1s2s2p3s3p4s3d4p”这一顺序。这一顺序。2.2.对核外电子排布的两点认识对核外电子排布的两点认识: :(1)(1)基态原子核外电子在能量相同的各个轨道上排布时基态原子核外电子在能量相同的各个轨道上排布时, ,电子尽

15、电子尽可能分占不同的原子轨道可能分占不同的原子轨道, ,且自旋状态相同且自旋状态相同, ,这样整个原子的能这样整个原子的能量最低。量最低。(2)(2)有少数元素的基态原子的电子排布对于构造原理有有少数元素的基态原子的电子排布对于构造原理有1 1个电子个电子的偏差。因为能量相同的原子轨道在全充满的偏差。因为能量相同的原子轨道在全充满( (如如p p6 6和和d d1010) )、半充、半充满满( (如如p p3 3和和d d5 5) )和全空和全空( (如如p p0 0和和d d0 0) )状态时状态时, ,体系的能量较低体系的能量较低, ,原子较原子较稳定。如稳定。如CrCr的电子排布式为的电

16、子排布式为1s1s2 22s2s2 22p2p6 63s3s2 23p3p6 63d3d5 54s4s1 1, ,不能写成不能写成1s1s2 22s2s2 22p2p6 63s3s2 23p3p6 63d3d4 44s4s2 2。过关小练过关小练即时应用即时应用1.(20151.(2015苏州高二检测苏州高二检测) )下列叙述正确的是下列叙述正确的是( () )A.Ar3dA.Ar3d6 64s4s2 2是基态原子的电子排布是基态原子的电子排布B.B.铬原子的电子排布式铬原子的电子排布式:1s:1s2 22s2s2 22p2p6 63s3s2 23p3p6 64s4s1 13d3d5 5C.C

17、.铜原子的外围电子排布式是铜原子的外围电子排布式是3d3d9 94s4s2 2D.D.氮原子的电子排布图是氮原子的电子排布图是【解题指南【解题指南】解答本题时要注意以下两点解答本题时要注意以下两点: :(1)(1)符合电子排布三原则的是基态原子。符合电子排布三原则的是基态原子。(2)(2)注意注意1 13636号元素中的两个特殊元素号元素中的两个特殊元素2424CrCr和和2929CuCu。【解析【解析】选选A A。B B项项, ,在书写电子排布式时在书写电子排布式时, ,不能按填充顺序书写不能按填充顺序书写;C;C项项,d,d轨道全充满时稳定轨道全充满时稳定, ,应为应为3d3d10104s

18、4s1 1;D;D项违反了洪特规则。项违反了洪特规则。2.2.在在d d轨道中电子排布成轨道中电子排布成 而不能排布成而不能排布成 , ,其最直接的根据是其最直接的根据是( () )A.A.能量最低原理能量最低原理B.B.泡利原理泡利原理C.C.原子轨道构造原理原子轨道构造原理D.D.洪特规则洪特规则【解析【解析】选选D D。当电子排布在同一能级的不同轨道时。当电子排布在同一能级的不同轨道时, ,基态原子中的电基态原子中的电子总是优先单独占据一个轨道子总是优先单独占据一个轨道, ,且自旋状态相同且自旋状态相同, ,称为洪特规则称为洪特规则, ,根据根据题意知题意知,4,4个电子占据不同的轨道且

19、自旋方向相同个电子占据不同的轨道且自旋方向相同, ,所以其根据是洪特所以其根据是洪特规则。规则。【方法规律【方法规律】(1)(1)对于复杂的原子或离子对于复杂的原子或离子, ,若直接书写电子排布式有困若直接书写电子排布式有困难难, ,可先写出原子的原子结构示意图可先写出原子的原子结构示意图, ,再据此写出电子排布式再据此写出电子排布式, ,如如(2)(2)离子的电子排布式的书写方法。离子的电子排布式的书写方法。先写出原子的电子排布式先写出原子的电子排布式, ,再根据电子的情况进行调整。如再根据电子的情况进行调整。如【补偿训练【补偿训练】(2015(2015三亚高二检测三亚高二检测) )下列原子

20、的外围电子排布式不正下列原子的外围电子排布式不正确的是确的是( () )A.Fe:3dA.Fe:3d6 64s4s2 2 B.Cr:3d B.Cr:3d4 44s4s2 2C.Ar:3sC.Ar:3s2 23p3p6 6 D.Ni:3d D.Ni:3d8 84s4s2 2【解析【解析】选选B B。根据洪特规则。根据洪特规则: :能量相同的轨道在全充满、半充满、全能量相同的轨道在全充满、半充满、全空时空时, ,体系能量最低体系能量最低, ,原子比较稳定原子比较稳定,B,B项应该为项应该为3d3d5 54s4s1 1。探究探究3 3 核外电子排布的表示方法核外电子排布的表示方法研读教材研读教材自主

21、认知自主认知电子排布式电子排布式: :(1)(1)概念概念: :将将_上所排布的电子数标注在该能级符号上所排布的电子数标注在该能级符号_,_,并按并按照能层从左到右的顺序排列的式子。如钠原子的电子排布式可表示为照能层从左到右的顺序排列的式子。如钠原子的电子排布式可表示为_,_,也可简化为也可简化为_。能级能级右上角右上角1s1s2 22s2s2 22p2p6 63s3s1 1Ne3sNe3s1 1(2)(2)电子排布图电子排布图: :用方框表示原子轨道用方框表示原子轨道, ,用不同方向的箭头表示自旋状用不同方向的箭头表示自旋状态不同的电子的式子。态不同的电子的式子。如氮原子的电子排布图是如氮原

22、子的电子排布图是 。合作探究合作探究核心归纳核心归纳(1)(1)电子排布的表示形式中最能形象表示电子排布的是哪一种电子排布的表示形式中最能形象表示电子排布的是哪一种? ?提示提示: :电子排布图。它不仅表示各个能级的电子数目电子排布图。它不仅表示各个能级的电子数目, ,还表示出在各个还表示出在各个能级的分布。能级的分布。(2)(2)下列原子的最外层电子的表示形式中下列原子的最外层电子的表示形式中, ,哪一种状态的能量较低哪一种状态的能量较低? ?氮原子氮原子钠原子钠原子A.3sA.3s1 1B.3pB.3p1 1铬原子铬原子A.3dA.3d5 54s4s1 1B.3dB.3d4 44s4s2

23、2碳原子碳原子提示提示: :据洪特规则据洪特规则, ,电子在能量相同的各个轨道上排布时尽可能分占不电子在能量相同的各个轨道上排布时尽可能分占不同的原子轨道同的原子轨道, ,且自旋状态相同且自旋状态相同, ,故故选选B,B,选选A;A;据能量最低原理据能量最低原理, ,核核外电子先占有能量低的轨道外电子先占有能量低的轨道, ,再占有能量高的轨道再占有能量高的轨道, ,中由于中由于s s轨道能轨道能量低于量低于p p轨道轨道, ,故选故选A;A;中中d d5 5为半充满状态为半充满状态, ,为相对稳定的状态为相对稳定的状态, ,所以选所以选A A。(3)(3)判断下列元素原子的电子排布式是否正确判

24、断下列元素原子的电子排布式是否正确, ,若错误若错误, ,请说明违反的请说明违反的原则原则, ,并写出正确的电子排布式。并写出正确的电子排布式。6 6C;1sC;1s2 22s2s2 22p2px x2 22121Sc:1sSc:1s2 22s2s2 22p2p6 63s3s2 23p3p6 63d3d3 32222Ti:1sTi:1s2 22s2s2 22p2p6 63s3s2 23p3p1010 提示提示: :错误错误, ,违反了洪特规则违反了洪特规则, ,正确的电子排布式为正确的电子排布式为1s1s2 22s2s2 22p2p2 2。错误错误, ,违反了能量最低原理违反了能量最低原理,

25、,正确的电子排布式为正确的电子排布式为1s1s2 22s2s2 22p2p6 63s3s2 23p3p6 63d3d1 14s4s2 2。错误错误, ,违反了泡利原理违反了泡利原理, ,正确的电子排布式为正确的电子排布式为1s1s2 22s2s2 22p2p6 63s3s2 23p3p6 63d3d2 24s4s2 2。(4)(4)基态铜原子的核外电子排布式为基态铜原子的核外电子排布式为1s1s2 22s2s2 22p2p6 63s3s2 23p3p6 63d3d9 94s4s2 2, ,这种这种表示方法正确吗表示方法正确吗? ?为什么为什么? ?提示提示: :不正确。能量相同的原子轨道在全充

26、满、半充满和全空状不正确。能量相同的原子轨道在全充满、半充满和全空状态时态时, ,体系能量较低体系能量较低, ,原子较稳定原子较稳定, ,故铜原子的电子排布式应为故铜原子的电子排布式应为1s1s2 22s2s2 22p2p6 63s3s2 23p3p6 63d3d10104s4s1 1。 【归纳总结【归纳总结】1.1.核外电子排布的书写方法总结核外电子排布的书写方法总结: :原子原子结构结构示意示意图图含义含义将每个能层上的电子总数表示在原子核外的式子将每个能层上的电子总数表示在原子核外的式子实例实例电子电子排布排布式式含义含义用数字在能级符号右上角标明该能级上排布的电子用数字在能级符号右上角

27、标明该能级上排布的电子数的式子数的式子实例实例K:1sK:1s2 22s2s2 22p2p6 63s3s2 23p3p6 64s4s1 1简化简化电子电子排布排布式式含义含义为了避免电子排布式书写过于繁琐为了避免电子排布式书写过于繁琐, ,把内层电子把内层电子达到稀有气体结构的部分以相应稀有气体的元达到稀有气体结构的部分以相应稀有气体的元素符号外加方括号表示素符号外加方括号表示实例实例K:Ar4sK:Ar4s1 1电子电子排布排布图图含义含义每个方框代表一个原子轨道每个方框代表一个原子轨道, ,每个箭头代表一个每个箭头代表一个电子电子实例实例Al:Al:2.2.电子排布式书写方法的两点认识电子

28、排布式书写方法的两点认识: :(1)(1)简单原子的核外电子排布式简单原子的核外电子排布式: :按照构造原理将电子依次填充按照构造原理将电子依次填充到能量逐渐升高的原子轨道中。到能量逐渐升高的原子轨道中。例如例如7 7N:1sN:1s2 22s2s2 22p2p3 3。(2)(2)复杂原子的核外电子排布式复杂原子的核外电子排布式: :先按能量从高到低排列先按能量从高到低排列, ,然后然后再把同一层的电子排在一起。如再把同一层的电子排在一起。如2626Fe,Fe,先按能量从高到低排列为先按能量从高到低排列为1s1s2 22s2s2 22p2p6 63s3s2 23p3p6 64s4s2 23d3

29、d6 6, ,然后将同一层的电子移到一起即然后将同一层的电子移到一起即可可:1s:1s2 22s2s2 22p2p6 63s3s2 23p3p6 63d3d6 64s4s2 2。过关小练过关小练即时应用即时应用1.1.写出下列粒子的电子排布式或电子排布图。写出下列粒子的电子排布式或电子排布图。(1)(1)电子排布式。电子排布式。1717Cl:Cl: ; ;CaCa2+2+: : ; ;S S2-2-: : ; ;2424Cr:Cr: 。(2)(2)电子排布图。电子排布图。O O2-2-的电子排布图的电子排布图: : ; ;F F的最外层电子排布图的最外层电子排布图: : 。(3)(3)写出写出

30、AlAl、C C的最外层电子排布式的最外层电子排布式: : 、 。 【解题指南【解题指南】解答本题时应注意以下解答本题时应注意以下3 3点点: :(1)(1)明确微粒核外电子数明确微粒核外电子数; ;(2)(2)书写时必须遵循核外电子排布的三原则书写时必须遵循核外电子排布的三原则; ;(3)(3)注意电子排布图和外围电子排布图的区别。注意电子排布图和外围电子排布图的区别。【解析【解析】(1)(1)根据核外电子排布的三个原则进行书写即可。注意离子根据核外电子排布的三个原则进行书写即可。注意离子的电子排布式的最外层电子的变化的电子排布式的最外层电子的变化, ,如如CaCa2+2+要失去最外层电子要失去最外层电子, ,而而S S2-2-要要得到得到2 2个电子。个电子。(2)O(2)O2-2-的电子排布式为的电子排布式为1s1s2 22s2s2 22p2p6 6, ,故其电子排布图为故其电子排布图为 。F F的最外层电子排布式为的最外层电子排布式为2s2s2 22p2p5 5, ,故其电子排布图为故其电子排布图为 。(3)Al(3)Al的最外层为的最外层为M M层层, ,有有3 3个电子个电子, ,故其电子排布式为故其电子排布式为3s3s2 23p3p1 1。C C的最外的最外层为层为L L层层, ,有有4 4个电子个电子, ,最外层电子排布式为最外层电子排布式