原子结构解题策略专讲-高二化学课件（人教版2019选择性必修2）

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1.1.4原子结构解题策略专讲第一章原子结构与性质第一节原子结构1.通过认识原子结构及核外电子排布,知道原子核外电子的能层、能级及电子排布规律,形成宏观辨识与微观探析的核心素养。2.结合原子模型的演变过程,掌握原子核外电子排布的构造原理,形成证据推理与模型认知的核心素养。3.通过原子核外电子运动的形象化表达,了解电子云和原子轨道的概念,形成宏观辨识与微观探析的核心素养。4.通过对核外电子排布规律的探究,了解泡利原理、洪特规则、能量最低原理等,形成证据推理与模型认知的核心素养。素养目标【典例1】已知n为能层序数,下列有关认识正确的是(

)A.各能层含有的电子数为2n2B.各能层的能级都是从s能级开始至f能级结束C.各能层含有的能级数为n-1D.各能级最多容纳的电子数按s、p、d、f的顺序依次为1、3、5、7的2倍答案

D解析

各能层最多含有的电子数为2n2,A项错误;各能层的能级都是从s能级开始,但并不是都到f能级结束,如第1、2、3能层,B项错误;各能层含有的能级数与其能层序数相等,C项错误;各能级最多容纳的电子数按s、p、d、f的顺序依次为1、3、5、7的2倍,D项正确。考向一能层与能级【典例2】比较下列能级的能量大小(填“>”“＝”或“<”)。(1)2s________4s；(2)3p________3d；(3)3d________4s；(4)4d________5d；(5)2p________3s；(6)4d________5f。【答案】(1)<

(2)<

(3)>

(4)<

(5)<

(6)<【解析】由构造原理可知：①同一能层中各能级的能量高低顺序为ns<np<nd<nf；②不同能层之间，能量会产生能级交错现象，即能层序数大，其能级的能量不一定高，如3d具有的能量介于4s和4p具有的能量之间。【特别警示】能层与能级的认识误区(1)任何能层均含有s能级,都是从s能级开始,且能级数与能层序数相同,但不是任何能层均含有任何能级。(2)能层就是电子层。(3)从第3能层开始出现d能级,且3d能级的能量大于4s能级。(4)每个能层最多容纳电子数是能层序数平方的二倍,但与实际填充的电子数不一定相同。

【方法技巧】

判断能级能量高低的方法(1)首先看能层,一般能层序数越大,能量越高。(2)再看能级,同一能层中的各能级,能量由低到高的顺序是ns<np<nd<nf。(3)还要注意能级交错现象,即高能层的s、p能级的能量可能会小于低能层的d、f能级,如4s<3d,6p<5f等。【深化拓展】1.能层、能级中的数量关系:(1)任一能层,能级数=能层序数,且总是从s能级开始。(2)以s、p、d、f……排序的各能级最多容纳的电子数依次为1、3、5、7……的二倍。(3)每个能层最多可容纳的电子数是能层序数的平方的二倍,即2n2。(4)能级符号相同的不同能级中所容纳的最多电子数相同。2.能层、能级中的能量关系:【典例1】按要求填空:(1)根据构造原理写出下列基态原子或离子的核外电子排布式。①A元素原子核外M层电子数是L层电子数的一半:__________________。

②B元素原子的最外层电子数是次外层电子数的1.5倍:____________。

③基态Ni2+、Fe3+、S2-的电子排布式分别为__________、__________、________。

考向二构造原理和电子排布式(2)某元素的最外层电子排布式是4s24p5,则其元素符号为________。

(3)基态Ti2+中,电子占据的最高的能层符号为________,该能层有____个能级。

(4)写出基态砷原子的电子排布式__________________,砷位于元素周期表中________周期第________族。

【解题指南】解答该题要注意以下三点:(1)最外层电子数不超过8(K层为最外层时最多容纳2个电子)。(2)书写电子式时按照能层由低到高的顺序书写,不能按电子的填充顺序书写。(3)原子结构与元素在元素周期表中的位置之间的关系。【方法规律】简单离子电子排布式的书写先写原子的电子排布式,然后再得失电子,写出对应离子的电子排布式。如:O2-的电子排布式,先写O原子的电子排布式为1s22s22p4,再得2个电子填充于2p能级,则O2-的电子排布式为1s22s22p6。Fe3+的电子排布式,先写Fe原子的电子排布式为[Ar]3d64s2,再失去3个电子(由外层向内层失去电子)得到Fe3+电子排布式为[Ar]3d5,而不能先失去3d上的3个电子,再按能层顺序写成[Ar]3d34s2。【解析】(1)①L层有8个电子,则M层有4个电子,故A为硅。②当次外层为K层时,最外层电子数则为3,为硼;当次外层为L层时,最外层电子数为1.5×8=12,违背了排布规律,故不可能。③Ni的原子序数为28,根据构造原理,基态Ni原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d84s2,故Ni2+的电子排布式为1s22s22p63s23p63d8;基态Fe原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2,故Fe3+的电子排布式为1s22s22p63s23p63d5;硫原子序数为16,基态硫原子的电子排布式1s22s22p63s23p4,故S2-的电子排布式为1s22s22p63s23p6。(2)根据价电子排布式可知该元素有4个电子层,最外层有7个电子,位于元素周期表的第四周期第ⅦA族,为Br元素。(3)Ti的原子序数为22,基态Ti原子的电子排布式为[Ar]3d24s2,故基态Ti2+的电子排布式为[Ar]3d2,电子占据的最高能层符号为M,该能层有3s、3p、3d3个能级。(4)砷的原子序数为33,基态As原子的电子排布式为[Ar]3d104s24p3,位于第四周期第ⅤA族。答案:(1)①1s22s22p63s23p2或[Ne]3s23p2

②1s22s22p1或[He]2s22p1

③1s22s22p63s23p63d8或[Ar]3d8

1s22s22p63s23p63d5或[Ar]3d5

1s22s22p63s23p6或[Ne]3s23p6

(2)Br

(3)M

3

(4)[Ar]3d104s24p3四ⅤA【易错提醒】电子排布式书写的易错点(1)电子排布式的书写:①要依据构造原理来完成;②对于副族元素要注意能级交错;③要注意“价电子排布”“核外电子排布”的区别;④关注原子电子排布式与离子电子排布式的区别。(2)电子排布式的几个特例。Cr:[Ar]3d54s1、Cu:[Ar]3d104s1。【典例2】按要求填空:(1)基态B原子的电子排布式为____________。

(2)基态N原子的价电子排布式为____________。

(3)Se原子序数为_________,其核外M层电子的排布式为____________。

(4)Li3N晶体中氮以N3-形式存在,基态N3-的电子排布式为____________。

(5)写出基态镓(Ga)原子的电子排布式:________________。

【解析】B的核外有5个电子,电子排布式为1s22s22p1或[He]2s22p1。N原子最外层有5个电子,最高能层为2,价电子排布式为2s22p3。Se与O同主族。原子序数为34,N能层有6个电子,故其M层排满,M层电子排布式为3s23p63d10。N原子电子排布式为1s22s22p3,N原子得到3个电子所得N3-的电子排布式为1s22s22p6。Ga为第四周期第ⅢA族元素。故其原子最外层电子排布式为4s24p1,Ga原子电子排布式为[Ar]3d104s24p1或1s22s22p63s23p63d104s24p1。答案:(1)1s22s22p1或[He]2s22p1

(2)2s22p3

(3)34

3s23p63d10

(4)1s22s22p6

(5)1s22s22p63s23p63d104s24p1或[Ar]3d104s24p1电子排布式书写的易错点(1)电子排布式的书写:①要依据构造原理来完成;②对于副族元素要注意能级交错;③要注意“价电子排布”“核外电子排布”的区别;④关注原子电子排布式与离子电子排布式的区别。[易错警示]

(2)并不是所有的原子核外电子的排布都遵循构造原理。Cr原子和Cu原子具有特殊性Cr:[Ar]3d54s1,Cu:[Ar]3d104s1。

(3)与化合价有关的电子叫价层电子,价层电子并不都是指原子的最外层电子,主族元素的价层电子就是最外层电子,但过渡元素的价层电子包括最外层s电子,次外层d电子,有的还包括倒数第三层f电子。(4)书写电子排布式时,同一能层按能级由低到高顺序连在一起。如基态Fe原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2,而不能写成1s22s22p63s23p64s23d6。(5)在原子失去价电子时,并不都是按照填充的相反顺序失去,而是按电子排布式顺序从外层向内层失去。如基态Fe3+的电子排布式为1s22s22p63s23p63d5,即Fe→Fe3+是失去4s能级上的两个电子和3d能级上的一个电子。【深化拓展】电子排布式的书写方法(1)简单原子的电子排布式按照构造原理将电子依次填充到能量逐渐升高的能级中。如6C:1s22s22p2。(2)复杂原子的核外电子排布式

↓

↓例如26Fe:1s22s22p63s23p64s23d6

1s22s22p63s23p63d64s2(3)特殊原子当p、d、f能级处于全空、全充满或半充满状态时,能量相对较低,原子结构较稳定。如24Cr:(4)简化电子排布式为了避免电子排布式过于烦琐,可以把内层电子达到稀有气体电子层结构的部分,以相应稀有气体元素符号外加方括号来表示。如K:1s22s22p63s23p64s1,其简化电子排布式为[Ar]4s1,其中[Ar]代表Ar的核外电子排布式,即1s22s22p63s23p6。素养脉络【典例1】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能级的原子轨道可表示为C.3d3表示3d能级有3个轨道D.电子云轮廓图中的小点密度大,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概率,不代表电子的运动轨迹,故A错误;ns能级的电子云轮廓图呈球形,所以可以用题给图示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;电子云轮廓图中小点的疏密表示电子出现概率的大小,密则概率大,疏则概率小,故D错误。考向三电子云和原子轨道【典例2】如图是2pz原子轨道电子云形状的示意图,请观察图示并判断下列说法中不正确的是(

)A.2pz轨道上的电子在空间出现的概率分布是z轴对称B.s电子的电子云形状是球形对称的C.电子先沿z轴正半轴运动,然后再沿负半轴运动D.2pz原子轨道形状为哑铃形答案

C解析

电子云是表示电子在核外一定区域内出现概率大小的图形,它并不是电子运动的实际轨迹,故C错;s轨道是球形对称的,s电子的电子云是球形对称的,故B对;观察题给图示可知A对;该p轨道为哑铃形,D正确。[规律总结]

(1)不同能层的同种能级的原子轨道形状相同,但半径不同。能层序数n越大,原子轨道的半径越大。(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。【深化拓展】1.s能级和p能级的原子轨道的对比能级sp轨道轮廓图

轨道形状球形哑铃形能级sp轨道数目1

3(空间相互垂直)

各轨道中电子能量相同最多容纳电子数26相同点①均以原子核为对称中心;②原子轨道的平均半径分别随能层序数增大而增大,且同种能级符号的原子轨道形状相似2.不同能层中的原子轨道

能层能级原子轨道数原子轨道名称电子云轮廓图形状取向K1s11s球形—L2s12s球形—2p32px、2py、2pz哑铃形相互垂直M3s13s球形—3p33px、3py、3pz哑铃形相互垂直3d5………………N4s14s球形—4p34px、4py、4pz哑铃形相互垂直4d5………………4f7………………………………………………【典例1】(1)下列原子或离子的电子排布式正确的是

(填序号,下同),违反能量最低原理的是

,违反洪特规则的是

,违反泡利原理的是

。

①Ca2+:1s22s22p63s23p6②F-:1s22s23p6④Cr:1s22s22p63s23p63d44s2⑤Fe:1s22s22p63s23p63d64s2⑥Mg2+:1s22s22p6答案(1)①⑤⑥

②④

⑦

③

考向四核外电子排布规律及其表达方式【典例2】A、B、C、D、E代表5种元素。请填空:(1)A元素基态原子的最外层有3个未成对电子,次外层有2个电子,该基态原子的轨道表示式为

。

(2)B元素的负一价离子与C元素的正一价离子的电子排布式都与氩原子相同,B元素的符号为

,C的离子结构示意图为

。

(3)D元素正三价离子的3d能级为半充满,D的元素符号为

,其基态原子的电子排布式为

。

(4)E元素基态原子的M层全充满,N层没有成对电子,只有一个未成对电子,E的元素符号为

,其价电子轨道表示式为

。

ClFe1s22s22p63s23p63d64s2(或[Ar]3d64s2)Cu解析(1)根据A元素基态原子的最外层有3个未成对电子,次外层有2个电子可知,该元素的基态原子有2个电子层,共有7个电子,是N元素,其轨道表示式为

。(2)B元素的负一价离子与C元素的正一价离子的电子排布式都与氩原子相同,即都有18个电子,则B元素为Cl,C元素为K,K+的结构示意图为。[规律总结]

1~36号元素中原子核外电子排布的特殊性。(1)最外层只有一个未成对电子的元素:①第ⅠA族(ns1:H、Li、Na、K);②第ⅢA族(ns2np1:B、Al、Ga);③第ⅦA族(ns2np5:F、Cl、Br);④Cr(3d54s1)和Cu(3d104s1)。(2)最外层有2个未成对电子的元素:①第ⅣA族(ns2np2:C、Si、Ge);②第ⅥA族(ns2np4:O、S、Se)。(3)最外层有3个未成对电子的元素:第ⅤA族(ns2np3:N、P、As)。(4)3d能级半充满的元素:Cr(3d54s1)和Mn(3d54s2)。【深化拓展】1.核外电子排布式与原子结构示意图、轨道表示式的关系原子结构示意图→电子排布式→轨道表示式逐步细化核外电子的运动状态。2.核外电子排布表示方法的常见误区(1)当出现d能级时,虽然电子按ns、(n-1)d、np的顺序填充,但在书写电子排布式时,仍把(n-1)d放在ns前,如Fe:1s22s22p63s23p63d64s2正确,Fe:1s22s22p63s23p64s23d6错误。(2)在画基态原子的轨道表示式时,常出现以下错误:素养脉络1.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。下列有关认识正确的是(

)A.图1中的每个小点表示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轨道呈圆形,有无数对称轴D.图1中小点的疏密表示某一时刻电子在核外出现概率的大小答案

D解析

图1中小点只是电子在原子核外空间的概率密度分布,A错误;图2只是表示电子在该区域出现的概率较大,在此之外也能出现,不过概率很小,B错误;1s轨道在空间呈球形而不是圆形,C错误。【素养训练】2.下列说法正确的是(

)A.基态原子中,3d3表示3d能级有3个电子且自旋不是都平行B.np能级全充满时的轨道表示式为:C.核外电子运动的电子云轮廓图就是原子轨道D.电子的运动状态可从能层、能级、原子轨道3个方面进行描述答案

B解析

3d3表示第三能层d能级有3个电子,d能级有5个轨道,当5个d轨道中有3个电子时,这3个电子自旋平行,A项不正确;电子云是对电子在原子核外空间的概率密度分布的形象化描述,而原子轨道是用来描述核外电子空间运动状态的,C项不正确;核外电子的运动状态从能层、能级、原子轨道和电子自旋四个方面进行描述,D项不正确。3.下列基态原子的价电子轨道表示式正确的是(

)B4.下列说法正确的是(

)A.基态原子的能量一定比激发态原子的能量低B.1s22s12p1表示的是基态原子的电子排布C.日常生活中我们看到的许多可见光,如霓虹灯光、节日焰火,都与原子核外电子发生跃迁释放能量有关D.电子仅在激发态跃迁到基态时才会产生原子光谱答案

C解析

同类原子基态比激发态的能量低,A选项错误;1s22s12p1不符合构造原理,该原子处于激发态,B选项错误;原子光谱有发射光谱和吸收光谱两种,电子从激发态跃迁到基态时产生发射光谱,从基态跃迁到激发态时产生吸收光谱,D选项错误。5.下面是s能级、p能级的原子轨道图,据图回答下列问题:(1)s能级的原子轨道呈

形,每个s能级有

个原子轨道;p能级中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。

(2)s能级原子轨道、p能级原子轨道的半径与什么因素有关?是什么关系?解析

s能级中的原子轨道在三维空间分布的图形为球形,p能级中的原子轨道在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序数有关,并随能层序数增大而增大。球1对称3原子轨道的半径与能层序数有关,并随能层序数增大而增大。6.写出下列原子的电子排布式。(1)基态Cl原子的电子排布式是

。

(2)基态Ge原子的核外电子排布式为

。

(3)写出基态As原子的电子排布式:

。

(4)P原子的电子排布式是

。

答案

(1)1s22s22p63s23p5或[Ne]3s23p5(2)1s22s22p63s23p63d104s24p2或[Ar]3d104s24p2(3)1s22s22p63s23p63d104s24p3或[Ar]3d104s24p3(4)1s22s22p63s23p3或[Ne]3s23p3解析

根据构造原理填充核外电子,根据能层序数由低到高的顺序书写电子排布式。要注意从3d能级开始出现“能级交错”现象。7.(1)写出砷的元素符号:

,砷原子中所有电子占据

个能级,共占有

个轨道,核外共有

个不同运动状态的电子。

(2)写出元素Ni的名称:

,该元素在元素周期表的位置为第

周期第

族。

(3)第四周期基态原子中未成对电子数最多的元素是

,该元素基态原子的价层电子轨道表示式为

。

(4)第三电子层上有

个能级,作为内层最多可容纳

个电子,作为最外层时,最多可含有

个未成对电子。

答案

(1)As

8

18

33

(2)镍四Ⅷ(3)铬