高中化学新教材同步选择性必修第二册 第1章 第一节 第2课时 构造原理与电子排布式　电子云与原子轨道

第2课时构造原理与电子排布式电子云与原子轨道[核心素养发展目标]1.结合构造原理形成核外电子排布式书写的思维模型，并根据思维模型熟练书写1～36号元素的电子排布式。2.通过原子轨道和电子云模型的学习，全面了解核外电子运动状态的描述方法。一、构造原理与电子排布式1．构造原理(1)含义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。(2)示意图2．电子排布式将能级上所容纳的电子数标在该能级符号右上角，并按照能层从左到右的顺序排列的式子。如氮原子的电子排布式为[应用体验](1)根据构造原理，试比较下列能级的能量高低(填“＞”或“＜”)。①4s________3d；②6s________4f________5d。答案①＜②＜＜(2)根据构造原理，写出下列基态原子的核外电子排布式①2He：________________________________________________________________________；②8O：________________________________________________________________________；③10Ne：________________________________________________________________________；④14Si：________________________________________________________________________；⑤18Ar：________________________________________________________________________；⑥19K：________________________________________________________________________；⑦21Sc：________________________________________________________________________；⑧26Fe：________________________________________________________________________。答案①1s2②1s22s22p4③1s22s22p6④1s22s22p63s23p2⑤1s22s22p63s23p6⑥1s22s22p63s23p64s1⑦1s22s22p63s23p63d14s2⑧1s22s22p63s23p63d64s2从构造原理图可以看出，从第三能层开始，不同能层的能级出现“能级交错”现象。即：随核电荷数的递增，电子并不总是填满一个能层后再开始填入下一个能层的。电子是按3p→4s→3d的顺序而不是按3p→3d→4s的顺序填充的，这种现象称为能级交错。一般规律为ns＜(n－2)f＜(n－1)d＜np，在书写基态原子的电子排布式时，仍按能层顺序写。3．简化电子排布式电子排布式可以简化，如Na的电子排布式可简化为[Ne]3s1，其中[Ne]表示______________________________________________________________________________________。试写出上题1中②④⑥⑦⑧的简化电子排布式②____________；④____________；⑥____________；⑦____________；⑧____________。答案Na的内层电子排布与稀有气体元素Ne的核外电子排布相同[He]2s22p4[Ne]3s23p2[Ar]4s1[Ar]3d14s2[Ar]3d64s2[应用体验]根据构造原理试写出下列基态原子的电子排布式和简化电子排布式①24Cr：________________________，__________________________________。②29Cu：________________________，__________________________________。③33As：________________________，__________________________________。④35Br：________________________，__________________________________。答案①1s22s22p63s23p63d54s1[Ar]3d54s1②1s22s22p63s23p63d104s1[Ar]3d104s1③1s22s22p63s23p63d104s24p3[Ar]3d104s24p3④1s22s22p63s23p63d104s24p5[Ar]3d104s24p54．价层电子排布式为突出化合价与电子排布的关系，将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)。如：Ni的简化电子排布式为________，价层电子排布为______，试写出下列原子的价层电子排布式①13Al：________；②32Ge：________；③34Se：________。答案[Ar]3d84s23d84s2①3s23p1②4s24p2③4s24p45．稀有气体的基态原子的最外层电子排布均达到稳定结构，除氦外最外层电子的排布通式为______________。答案ns2np6二、电子云与原子轨道1．概率密度1913年，玻尔提出氢原子模型，电子在线性轨道上绕核运行。量子力学指出，一定空间运动状态的电子在核外空间各处都可能出现，但出现的概率不同，可用概率密度(ρ)表示，即ρ＝eq\f(P,V)(P表示电子在某处出现的概率；V表示该处的体积)。2．电子云(1)定义：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。(2)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率大小，小黑点越密，表示概率密度越大。(3)形状3．原子轨道(1)概念：量子力学把电子在原子核外的一个空间运动状态称为一个原子轨道。(2)形状①s电子的原子轨道呈球形，能层序数越大，原子轨道的半径越大。②p电子的原子轨道呈哑铃形，能层序数越大，原子轨道的半径越大。(3)各能级所含有原子轨道数目能级符号nsnpndnf轨道数目1357原子轨道与能层序数的关系(1)不同能层的同种能级的原子轨道形状相同，只是半径不同。能层序数n越大，原子轨道的半径越大。如：(2)s能级只有1个原子轨道。p能级有3个原子轨道，它们互相垂直，分别以px、py、pz表示。在同一能层中px、py、pz的能量相同。(3)原子轨道数与能层序数(n)的关系：原子轨道数目＝n2。(1)电子的运动与行星相似，围绕原子核在固定轨道上高速旋转()(2)1s电子云示意图，一个小黑点表示一个自由运动的电子()(3)1s电子云中点的疏密表示电子在某一位置出现机会的多少()(4)能层序数越大，s电子云的半径越大()答案(1)×(2)×(3)√(4)√1．(1)可正确表示原子轨道的是________(填字母)。A．2sB．2dC．3pD．3f(2)如图是s能级、p能级的原子轨道图，试回答问题：①s能级的原子轨道呈________形，每个s能级有______个原子轨道；p能级的原子轨道分别相对于x、y、z轴________，每个p能级有________个原子轨道。②s能级原子轨道、p能级原子轨道的半径与________有关，________越大，原子轨道半径越大。答案(1)AC(2)①球1对称3②能层序数能层序数解析(1)L能层只有2s、2p能级，M能层只有3s、3p、3d能级，故选A、C。(2)s轨道在三维空间分布的图形为球形，p轨道空间分布的图形分别相对于x、y、z轴对称，原子轨道的半径与能层数有关，并随能层数的增大而增大。2．元素X的原子最外层电子排布式为nsnnpn＋1。试回答下列各题：(1)电子排布式中的n＝________；原子中能量最高的是________电子，其电子云在空间有__________________________方向，原子轨道呈现________形。(2)元素X的名称是________。答案(1)22p(写出np也可以)三种互相垂直的伸展哑铃(2)氮解析元素X的原子最外层电子排布式为nsnnpn＋1，所以根据核外电子排布规律可知n＝2，因此是N元素。1．(2019·邢台市月考)图1和图2分别是1s电子的概率密度分布图和原子轨道图。下列有关说法正确的是()A．图1中的每个小黑点表示1个电子B．图2表示1s电子只能在球体内出现C．图2表明1s轨道呈球形，有无数对称轴D．图1中的小黑点表示电子在核外所处的位置答案C解析电子云就是用小黑点的疏密来表示空间各电子出现概率大小的一种图形，小黑点表示空间各电子出现的几率，A、D错误；在界面内出现该电子的几率大于90%，界面外出现该电子的几率不足10%,B错误。2．下列说法正确的是()A．不同的原子轨道形状一定不相同B．p轨道呈哑铃形，因此p轨道上的电子运动轨迹呈哑铃形C．2p能级有3个p轨道D．氢原子的电子运动轨迹呈球形答案C解析不同能级的原子轨道形状可以相同，如1s、2s能级的原子轨道都是球形，只是半径不同，A错误；现在的技术无法测定电子在原子核外的运动轨迹，原子轨道只是体现电子的运动状态，B、D错误；任何能层的p能级都有3个p轨道，C正确。3．下列说法中正确的是()A．1s电子云呈球形，表示电子绕原子核做圆周运动B．ns能级的原子轨道图可表示为C．3d3表示3d能级有3个轨道D．电子云图中的小黑点密度大，说明该原子核外空间电子数目多答案B解析电子云表示电子在核外空间某处出现的机会，不代表电子的运动轨迹，故A错误；ns能级的电子云呈球形，所以可以用该图表示该能级的原子轨道，故B正确；3d3表示3d能级有3个电子，故C错误；电子云图中的小黑点的疏密表示电子出现机会的多少，密则机会大，疏则机会小，故D错误。4．下列说法中正确的是()A．1s22s12p1表示的是激发态原子的核外电子排布B．3p2表示3p能级有两个原子轨道C．同一原子中，1s、2s、3s电子的能量逐渐减小D．同一原子中，2p、3p、4p能级中的轨道数依次增多答案A解析A项，1个2s电子被激发到2p能级上，表示的是激发态原子，正确；B项，3p2表示3p能级上填充了2个电子，错误；C项，同一原子中能层序数越大，能量也就越高，离核越远，故1s、2s、3s电子的能量逐渐升高，错误；D项，在同一能级中，其轨道数是一定的，而不论它在哪一能层中，即同一原子中2p、3p、4p能级中的轨道数都是相同的，错误。5．写出下列原子的电子排布式：(1)11Na：________________；(2)16S：____________________________________________；(3)34Se：________________；(4)20Ca：___________________________________________；(5)26Fe：________________；(6)30Zn：____________________________________________。答案(1)1s22s22p63s1(2)1s22s22p63s23p4(3)1s22s22p63s23p63d104s24p4(4)1s22s22p63s23p64s2(5)1s22s22p63s23p63d64s2(6)1s22s22p63s23p63d104s26．A、B、C、D是四种短周期元素，E是过渡元素。A、B、C同周期，C、D同主族，A的原子结构示意图为，B是同周期除稀有气体外半径最大的元素，C的最外层有三个成单电子，E的外围电子排布式为3d64s2。回答下列问题：(1)A为________(写出元素符号，下同)；(2)B为________，简化电子排布式是________；(3)C为________，核外电子排布式是________；(4)D为________，价层电子排布式是________；(5)E原子结构示意图是________。答案(1)Si(2)Na[Ne]3s1(3)P1s22s22p63s23p3(4)N2s22p3(5)解析A、B、C、D是四种短周期元素，由A的原子结构示意图可知，x＝2，A的原子序数为14，故A为Si元素；A、B、C同周期，B是同周期除稀有气体外半径最大的元素，故B为Na元素，C的最外层有三个成单电子，C原子的3p能级有3个电子，故C为P元素；C、D同主族，故D为N元素；E是过渡元素，E的外围电子排布式为3d64s2，则E为Fe元素，据此答题。题组一构造原理的应用1．构造原理揭示的电子排布能级顺序，实质是各能级能量高低。若以E(nl)表示某能级的能量，以下各式中正确的是()A．E(5s)>E(4f)>E(4s)>E(3d)B．E(3d)>E(4s)>E(3p)>E(3s)C．E(4s)<E(3s)<E(2s)<E(1s)D．E(5s)>E(4s)>E(4f)>E(3d)答案B解析根据构造原理，各能级能量由高到低的顺序为1s、2s、2p、3s、3p、4s、3d、4p、5s……，A项和D项正确顺序为E(4f)>E(5s)>E(3d)>E(4s)；对于不同能层的相同能级，能层序数越大，能量越高，所以C项错误。2．以下电子排布式是基态原子的电子排布的是()①1s12s1②1s22s12p1③1s22s22p63s2④1s22s22p63s23p1A．①② B．①③C．②③ D．③④答案D解析①基态原子的电子排布式应为1s2，发生电子跃迁为1s12s1，故①错误；②基态原子的电子排布式应为1s22s2，发生电子跃迁为1s22s12p1，故②错误；③、④符合基态原子电子排布规律，故③、④正确。3．表示一个原子在M能层上有10个电子，可以写成()A．3p6 B．3d10C．3s23p63d24s2 D．3s23p64s2答案C解析M层为第3电子层，每一电子层中的电子按照从低到高的顺序进行排列。所以应该先排3s，然后3p，然后是4s，最后3d2，C项正确。4．下列各项中，前面的能级先填入电子的为()①3d和4s②4p和5s③5s和4d④5p和4dA．①②B．②③C．②④D．③④答案B解析原子核外电子优先占有能量低的轨道，轨道能量的高低由能层和能级决定。①中的3d>4s，②中的4p<5s，③中的5s<4d，④中的5p>4d。所以前面能级先填入电子的是②③。5．39号元素钇的电子排布式应是下列排布中的哪一组()A．1s22s22p63s23p63d104s24p64d15s2B．1s22s22p63s23p63d104s24p65s25p1C．1s22s22p63s23p63d104s24p64f15s2D．1s22s22p63s23p63d104s24p65s25d1答案A解析根据构造原理，电子填入能级的先后顺序为4s、3d、4p、5s、4d，因此钇元素的最后3个电子分别填入5s、4d能级，价电子排布式为4d15s2，故A项正确。6．主族元素的原子失去最外层电子形成阳离子，主族元素的原子得到电子填充在最外层形成阴离子。下列各原子或离子的电子排布式错误的是()A．Al1s22s22p63s23p1 B．O2－1s22s22p6C．Na＋1s22s22p6 D．Si1s22s22p2答案D解析Al为13号元素，其原子电子排布式为1s22s22p63s23p1，选项A正确；氧为8号元素，O2－的电子排布式为1s22s22p6，选项B正确；钠为11号元素，Na＋的电子排布式为1s22s22p6，选项C正确；硅为14号元素，原子的电子排布式为1s22s22p63s23p2，选项D错误。7．已知元素X的基态原子最外层电子排布为nsn－1npn＋2，则X元素的原子序数为()A．9B．10C．17D．18答案C解析X的基态原子最外层电子排布为3s3－13p3＋2，为氯元素。8．在下列所示的微粒中，氧化性最强的是()A．1s22s22p2 B．1s22s22p5C．1s22s22p63s1 D．1s22s22p6答案B解析根据原子核外电子排布可知，A是C，B是F，C是Na，D是Ne，所以氧化性最强的是F。9．下列元素相关粒子的简化电子排布式中，前者一定是金属元素，后者一定是非金属元素的是()A．[Ne]3s23p2[Ne]3s2B．[Ar]4s1[Ne]3s23p4C．[Ne]3s23p1[Ar]4s2D．[He]2s22p4[Ne]3s23p5答案B解析A项，两种元素分别为Si、Mg，Si为非金属元素，Mg为金属元素；B项，两种元素分别为K、S，符合题意；C项，两种元素分别为Al、Ca，均为金属元素；D项，两种元素分别为O、Cl，均为非金属元素。题组二电子云与原子轨道10．符号3px所代表的含义是()A．px轨道上有3个电子B．第三能层px轨道有3个伸展方向C．px电子云有3个伸展方向D．第三能层沿x轴方向伸展的p轨道答案D解析p能级有3个轨道，沿x、y、z三个不同的方向延伸，3px所代表的含义是第三能层沿x轴方向伸展的p轨道，最多只容纳2个电子。11．下列说法中正确的是()A．s电子云是在空间各个方向上伸展程度相同的对称形状B．p电子云的形状是对顶双球C．L能层有d轨道D．2d能级包含5个原子轨道，最多容纳10个电子答案A解析s电子云是球形对称的，因此s电子云是在空间各个方向上伸展程度相同的对称形状，A正确；p电子云是哑铃形，B错误；L电子层只有2s、2p两个能级，无d轨道，C错误；从第三电子层开始出现d能级，即没有2d能级，D错误。12．下列说法正确的是()A．因为p轨道是“8”字形的，所以p电子是“8”字形B．能层数为3时，有3s、3p、3d、3f四个轨道C．氢原子中只有一个电子，故氢原子只有一个轨道D．原子轨道与电子云都是用来形象描述电子运动状态的答案D解析A项，p轨道是哑铃形，是说的电子出现概率高的“区域”的形状；B项，能层数为3时，共有9个轨道；C项，氢原子中有一个电子，但轨道是人们规定的，可以是空轨道。13．观察1s轨道电子云示意图，判断下列说法正确的是()A．一个小黑点表示1个自由运动的电子B．1s轨道的电子云形状为圆形的面C．电子在1s轨道上运动像地球围绕太阳旋转D．1s轨道电子云的点的疏密表示电子在某一位置出现机会的多少答案D解析尽管人们不能确定某一时刻原子中电子的精确位置，但能够统计出电子在什么地方出现的概率大，在什么地方出现的概率小。为了形象地表示电子在原子核外空间的分布状况，人们常用小黑点的疏密程度来表示电子在核外出现概率的大小，点密表示电子出现的概率大，反之则小。由图可知，处于1s轨道上的电子在空间出现的概率分布呈球形对称，且电子在原子核附近出现的概率最大，离核越远出现的概率越小。图中的小黑点不表示电子，而表示电子曾经出现过的位置。14．(1)处于一定空间运动状态的电子在原子核外出现的概率密度分布可用________形象化描述。(2)N的基态原子核外电子排布式为________；Cu的基态原子最外层有________个电子。(3)Cu＋基态核外电子排布式为________________。(4)31Ga基态原子的核外电子排布式是______________________________。(5)基态Mn2＋的核外电子排布式为_________________________________。(6)Se原子序数为________，其核外M层电子的排布式为________。(7)可正确表示原子轨道的是________(填字母)。A．2sB．2dC．3pzD．3f答案(1)电子云(2)1s22s22p31(3)1s22s22p63s23p63d10(或[Ar]3d10)(4)1s22s22p63s23p63d104s24p1(或[Ar]3d104s24p1)(5)1s22s22p63s23p63d5(