②形状相同的原子轨道能量的高低为：
1s<2s<3s<4s……。
③电子层和形状相同的原子轨道的能量相等，如2px、2py、2pz轨道的能量相等。
3、构造原理
随着原子核电荷数的递增，绝大多数元素的原子核外电子排布将遵循1s2s2p3s3p4s3d4p5s4d5p6s.
不同能级中的电子排布顺序一般为：
人们把它称为构造原理。
构造原理揭示了原子核外电子的能级分布。
从中可以看出，不同能层的能级有交错现象，如E（3d）＞E（4s）、E（4d）＞E（5s）、E（5d）＞E（6s）、E（6d）＞E（7s）、E（4f）＞E（5p）、E（4f）＞E（6s）等。
构造原理是书写基态原子电子排布式的依据，也是绘制基态原子电子排布图（即轨道表示式）的主要依据之一。
根据构造原理只要我们知道原子序数，就可以写出元素原子的电子排布，这样的电子排布是基态原子的。
元素原子的电子排布：
（1—36号）
有少数元素的基态原子的电子排布对于构造原理有一个电子的偏差，如：
铬24Cr[Ar]3d54s1
铜29Cu[Ar]3d104s1
[课堂练习]
1、写出17Cl（氯）、21Sc（钪）、35Br（溴）的电子排布
氯：
1s22s22p63s23p5
钪：
1s22s22p63s23p63d14s2
溴：
1s22s22p63s23p63d104s24p5
★★★基态原子核外电子排布的表示方法
（1）原子结构示意图（或称原子结构简图）
可表示核外电子分层排布和核内质子数，如.
（2）电子式
可表示原子最外层电子数目，如
（3）电子排布式
①用数字在能级符号右上角标明该能级上排布的电子数，如K：
1s22s22p63s23p64s1。
②为了避免电子排布式书写过于烦琐，把内层电子达到稀有气体元素原子结构的部分以相应稀有气体的元素符号外加方括号表示，如K：
[Ar]4s1。
（4）电子排布图（又称为轨道表示式）
每个方框代表一个原子轨道，每个箭头代表一个电子，如第二周期碳元素基态原子的电子排布如图所示。
5、电子云和原子轨道：
（1）电子运动的特点：
①质量极小②运动空间极小③极高速运动。
因此，电子运动来能用牛顿运动定律来描述，只能用统计的观点来描述。
我们不可能像描述宏观运动物体那样，确定一定状态的核外电子在某个时刻处于原子核外空间如何，而只能确定它在原子核外各处出现的概率。
概率分布图看起来像一片云雾，因而被形象地称作电子云。
常把电子出现的概率约为90%的空间圈出来，人们把这种电子云轮廓图成为原子轨道。
s电子的原子轨道都是球形的（原子核位于球心），能层序数越大，原子轨道的半径越大。
这是由于1s，2s，3s……电子的能量依次增高，电子在离核更远的区域出现的概率逐渐增大，电子云越来越向更大的空间扩展。
这是不难理解的，打个比喻，神州五号必须依靠推动（提供能量）才能克服地球引力上天，2s电子比1s电子能量高，克服原子核的吸引在离核更远的空间出现的概率就比1s大，因而2s电子云必然比1s电子云更扩散。
P的原子轨道是纺锤形的，每个P能级有3个轨道，它们互相垂直，分别以Px、Py、Pz为符号。
P原子轨道的平均半径也随能层序数增大而增大。
（2）[重点难点]泡利原理和洪特规则
量子力学告诉我们：
ns能级各有一个轨道，np能级各有3个轨道，nd能级各有5个轨道，nf能级各有7个轨道.而每个轨道里最多能容纳2个电子，通常称为电子对，用方向相反的箭头“↑↓”来表示。
一个原子轨道里最多只能容纳2个电子，而且自旋方向相反，这个原理成为泡利原理。
当电子排布在同一能级的不同轨道时，总是优先单独占据一个轨道，而且自旋方向相同，这个规则是洪特规则。
〖练习〗写出5、6、7、8、9号元素核外电子排布轨道式。
并记住各主族元素最外层电子排布轨道式的特点：
（成对电子对的数目、未成对电子数和它占据的轨道。
〖思考〗下列表示的是第二周期中一些原子的核外电子排布，请说出每种符号的意义及从中获得的一些信息。
〖思考〗写出24号、29号元素的电子排布式，价电子排布轨道式，阅读周期表，比较有什么不同，为什么？
从元素周期表中查出铜、银、金的外围电子层排布。
它们是否符合构造原理?
2．电子排布式可以简化，如可以把钠的电子排布式写成[Ne]3S1。
试问：
上式方括号里的符号的意义是什么？
你能仿照钠原子的简化电子排布式写出第8号元素氧、第14号元素硅和第26号元素铁的简化电子排布式吗?
洪特规则的特例：
对于同一个能级，当电子排布为全充满、半充满或全空时，是比较稳定的。
★★★总结：
核外电子排布遵循的三个原理
（1）能量最低原理：
原子的电子排布遵循的构造原理使整个原子的能量处于就最低状态。
（2）泡利不相容原理：
在任何一个原子中，不可能有运动状态完全相同的两个电子，这就是泡利不相容原理。
1个原子轨道最多只容纳2个自旋状态不同的电子。
（3）洪特规则：
当电子排布在同一能级的不同轨道时，总是优先占据不同的轨道，而且自旋方向相同，又称最多轨道原理。
特别的，当同一上的电子抱有成见为全充满、半充满和全空状态时，具有较低的能量和较大的稳定性。
如24Cr（3d54s1）、29Cu（3d104s1）
课堂练习
6、元素周期表
1.元素周期表共有7个周期，其中有三个短周期，三个长周期和一个不完全周期。
每周期具有元素的数目分别为2、8、8、18、18、32、26种。
1.价电子层：
能级上的电子数可在化学反应中发生变化的能层。
2.价电子：
价电子层上的电子。
3.每个纵列的价电子层的电子总数相等
元素周期表共有18个纵列，
s区有2个纵列，d区有8个纵列，P区有6个纵列；从元素的价电子层结构可以看出，s区、d区、ds区的元素在发生化学反应时容易失去最外层电子及倒数第二层的d电子，呈现金属性，所以s区、d区、ds区都是金属。
一、1s1——1s2二、2s1——2s22p6三、3s1——3s23p6四、4s1——4s24p6
五、5s1——5s25p6六、6s1——6s26p6七、7s1——？
通式：
ns1——ns2np6
第一周期结尾元素只有一个1s能级，2个电子，所以电子排布跟其他周期不同
【思考】元素在周期表中排布在哪个横行，由什么决定？
元素在周期表中排在哪个列由什么决定？
（分析周期表着重看元素原子的外围电子排布及价电子总数与族序数的联系。
）
元素在周期表中的位置由原子结构决定：
（1）原子核外电子层数决定元素所在的周期；周期数=最大能层数（钯除外）46Pd[Kr]4d10,最大能层数是4，但是在第五周期。
（2）原子的价电子总数决定元素所在的族；如：
29Cu3d104s1，10+1=11尾数是1所以，是IB。
总结：
元素周期表是元素原子结构以及递变规律的具体体现。
【过渡】由于随核电荷数的递增，电子在能级里的填充顺序遵循构造原理，元素周期系的周期不是单调的，每一周期里元素的数目并不总是一样多，而是随周期序号的递增渐渐增多，同时，金属元素的数目也逐渐增多，因此我们可以把元素周期表画成螺旋型的形状。
★★★原子结构与元素周期表
（1）元素周期律的形成是由于元素的原子中核外电子的排布发生周期性的重复。
（2）元素的分区
1.元素周期表可分为主族、副族和0族：
从图1—16可知，副族元素（包括d区和ds区的元素）介于s区元素（主要是金属元素）和p区（主要是非金属元素）之间，处于由金属元素向非金属元素过渡的区域，因此把副族元素又称为过渡元素。
①s区：
包括ⅠA族和ⅡA族，价电子排布为ns1－2，容易失去1个或2个电子，形成＋1或＋2价离子，除H外，这些元素都是活泼金属元素。
价电子数等于主族族序数。
②p区：
包括从ⅢA到ⅦA、0族（氦除外）共六族元素，它们原子的价电子排布为ns2np1～6。
价电子总数等于主族序数。
③d区：
包括ⅢB到Ⅷ族的元素（镧系和锕系元素除外），价电子排布为（n－1）d1～9ns1～2，一般最外层电子数为1～2，价电子总数等于副族序数。
④ds区：
包括ⅠB族、ⅡB族元素，它们的原子的（n－1）d轨道为充满电子的轨道，价电子排布为（n－1）d10ns1～2。
⑤f区：
包括镧系和锕系元素。
2.由元素的价电子层结构和元素周期表中性质递变规律决定，在元素周期表中，同周期元素从左到右非金属性逐渐增强，金属性逐渐减弱，同主族元素从上到下非金属性逐渐减弱，金属性逐渐增强，结果使元素周期表右上角三角区域的元素主要呈现出非金属性。
3．元素周期表的分区
（1）根据核外电子排布分区
分区
元素分布
外围电子排布
元素性质特点
s区
ⅠA、ⅡA族
ns1－2
除氢外都是活泼金属元素
p区
ⅢA族～ⅦA族、0族
ns2np1～6
最外层电子参与反应
d区
ⅢB族～ⅦB族、第Ⅷ族
（n－1）d1～9ns1～2
d轨道也不同程度地参与化学键的形成
ds区
ⅠB族、ⅡB族
（n－1）d10ns1～2
金属元素
f区
镧系、锕系
（n－2）f0～14
（n－1）d0～2ns2
镧系元素化学性质相近，锕系元素化学性质相近
（2）根据元素金属性与非金属性分区
注意：
1.由于元素的金属性和非金属性之间并没有严格的界线，处于非金属三角区边缘的元素既能表现出一定的非金属性，又能表现出一定的金属性，因此，这些元素常被称为半金属或准金属。
但不能叫两性非金属。
2、原子最外层只有1个电子的元素不一定是金属元素、主族元素ⅠA（如H、Cu等）；原子最外层只有两个电子的元素不一定是金属元素、ⅡA族元素（如He、Fe等）；最外层有3－7个电子（即ns2np1-5）的元素一定是主族元素。
（1）在写基态原子的电子排布图时，常出现以下几种错误．
a．
（违反泡利原理）
b．
（违反洪特规则）
c．
（违反洪特规则）
（2）当出现d轨道时，虽然电子按ns，（n－1）d，np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。
（3）注意洪特规则特例：
能量相同的原子轨道在全满（如p6、d10）、半满（如p3、d5）和全空（p0、d0）状态时，体系的能量最低，如：
24Cr的电子排布式：
1s22s22p63s23p63d54s1（3d5、4s1均为半充满状态）；
29Cu的电子排布式：
1s22s22p63s23p63d104s1（3d10为全充满状态，4s1为半充满状态）。
[课堂练习]
1．下列元素是主族元素还是副族元素？
第几周期？
第几族？
（1）1s22s22p63s23p5
（2）[Ar]3d104s1
2．由下列元素在周期表中的位置，给出其原子的价电子层构型
（3）第四周期第ⅥB族
（4）第六周期第ⅡA族
例1 （2011·海南）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，其元素符号为________。
（2）B元素的负一价离子和C元素的正一价离子的电子层结构都与氩相同，B的元素符号为________，C的元素符号为________。
（3）D元素的正三价离子的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层为全充满，N层没有成对电子，只有一个未成对电子，E的元素符号为________，其基态原子的电子排布式为________。
[解析]
（1）A元素基态原子的轨道表示式由题意可写成
，
可见该元素核外有7个电子，为氮元素，其元素符号为N。
（2）B－、C＋的电子层结构都与Ar相同，即核外都有18个电子，则B为17号元素Cl，C为19号元素K。
（3）D元素的原子失去2个4s电子和1个3d电子后变成＋3价离子，其基态原子的核外电子排布式为：
1s22s22p63s23p63d64s2，即为26号元素Fe。
（4）根据题意要求，首先写出电子排布式：
1s22s22p63s23p63d104s1，该元素为29号元素Cu。
[答案]
（1）N
（2）Cl K
（3）Fe 1s22s22p63s23p63d64s2或[Ar]3d64s2
（4）Cu 1s22s22p63s23p63d104s1或[Ar]3d104s1
例2 四种短周期元素的性质或结构信息如下表。
请根据信息回答下列问题。
元素
性质或结构信息
A
室温下单质呈粉末状固体，加热易熔化；单质在空气中燃烧，发出淡蓝色火焰
B
单质常温、常压下是气体，能溶于水；原子的M层有1个未成对的p电子
C
单质质软、银白色固体、导电性强；单质在空气中燃烧发出黄色的火焰
D
原子最外层电子层上s电子数等于p电子数；单质为空间网状晶体，具有很高的熔、沸点
（1）B元素在周期表中的位置为________，写出A原子的电子排布式________。
（2）写出C单质与水反应的化学方程式________________________。
A与C形成的化合物溶于水后，溶液的pH________7（填“大于”、“等于”或“小于”）。
（3）D元素最高价氧化物晶体的硬度________（填“大”、“小”），其理由是
________________________________________________________________________。
（4）A、B两元素非金属性较强的是________（写元素符号）。
写出证明这一结论的一个实验事实
________________________________________________________________________。
[解析] 由单质燃烧呈淡蓝色火焰和室温下是固体粉末可知A是硫元素；M层有一个未成对的p电子，可能是铝或氯，其单质在常温下是气体，则B为氯元素；单质是银白色固体且燃烧时呈黄色火焰，说明C是钠；D的最外层电子排布是ns2np2，故可能是碳或硅，因此对（3）中答案应分别讨论。
[答案]
（1）第三周期ⅦA族1s22s22p63s23p4
（2）2Na＋2H2O===2NaOH＋H2↑大于
（3）大SiO2是原子晶体（或小CO2是分子晶体）
（4）Cl高氯酸的酸性大于硫酸的酸性（或氯化氢稳定性比硫化氢强）
【过渡】在日常生活中，我们看到许多可见光如灯光、霓虹灯光、激光、焰火与原子结构有什么关系呢？
创设问题情景：
利用录像播放或计算机演示日常生活中的一些光现象，如霓虹灯光、激光、节日燃放的五彩缤纷的焰火等。
提出问题：
这些光现象是怎样产生的?
问题探究：
指导学生阅读教科书，引导学生从原子中电子能量变化的角度去认识光产生的原因。
问题解决：
联系原子的电子排布所遵循的构造原理，理解原子基态、激发态与电子跃迁等概念，并利用这些概念解释光谱产生的原因。
7、能量最低原理、基态与激发态、光谱
原子的电子排布遵循构造原理能使整个原子的能量处于最低状态，简称能量最低原理。
处于最低能量的原子叫做基态原子。
当基态原子的电子吸收能量后，电子会跃迁到较高能级，变成激发态原子。
电子从较高能量的激发态跃迁到较低能量的激发态乃至基态时，将释放能量。
光（辐射）是电子释放能量的重要形式之一。
不同元素的原子发生跃迁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吸收光谱或发射光谱，总称原子光谱。
许多元素是通过原子光谱发现的。
在现代化学中，常利用原子光谱上的特征谱线来鉴定元素，称为光谱分析。
基态：
最低能量状态。
如处于最低能量状态的原子称为基态原子。
激发态：
较高能量状态（相对基态而言）。
如基态原子的电子吸收能量后，电子跃迁至较高能级成为激发态原子。
光谱：
不同元素的原子发生跃迁时会吸收（基态→激发态）和放出（基态→激发态）能量，产生不同的光谱——原子光谱（吸收光谱和发射光谱）。
利用光谱分析可以发现新元素或利用特征谱线鉴定元素。
1.下列有关电子云和原子轨道的说法正确的是（）
A．原子核外的电子象云雾一样笼罩在原子核周围，故称电子云
B．s能级的原子轨道呈球形，处在该轨道上的电子只能在球壳内运动
C．p能级的原子轨道呈纺锤形，随着能层的增加，p能级原子轨道也在增多
D．与s电子原子轨道相同，p电子原子轨道的平均半径随能层的增大而增大
解析与评价：
电子云是对电子运动的形象化描述，它仅表示电子在某一区域内出现的概率，并非原子核真被电子云雾所包裹，故选项A错误。
原子轨道是电子出现的概率约为90%的空间轮廓，它表明电子在这一区域内出现的机会大，在此区域外出现的机会少，故选项B错误。
无论能层序数n怎样变化，每个p能级都是3个原子轨道且相互垂直，故选项C错误。
由于按1p、2p、3p……的顺序，电子的能量依次增高，电子在离核更远的区域出现的概率逐渐增大，电子云越来越向更大的空间扩展，原子轨道的平均半径逐渐增大。
答案：
D
【例】以下电子排布式表示基态原子电子排布的是（）
A．1s22s22p63s13p3B．1s22s22p63s23p63d104s14p1
C．1s22s22p63s23p63d24s1D．1s22s22p63s23p63d104s24p1
解析与评价：
ABC均不符合能量最低原理，选D
答案：
D
2.以下是表示铁原子和铁离子的3种不同化学用语。
结构示意图
电子排布式
电子排布图（轨道表示式）
铁原子
1s22s22p63s23p63d64s2
铁离子
1s22s22p63s23p63d5
⑴铁原子最外层电子数为，铁在发生化学反应时，参加反应的电子可能是。
⑵请你通过比较、归纳，分别说出3种不同化学用语所能反映的粒子结构信息。
答案：
⑴24s上的2个电子或4s上的2个电子和3d上的1个电子
⑵结构示意图：
能直观地反映核内的质子数和核外的电子层数及各能层上的电子数。
电子排布式：
能直观地反映核外电子的能层、能级和各能级上的电子数。
轨道表示式：
能反映各轨道的能量的高低及各轨道上的电子分布情况，自旋方向。
3.（12年重庆理综·29）（15分）化合物A由周期不同的短周期元素X、Y组成，是良好的耐热冲击材料。
（1）X的单质既可与盐酸反应，又可与NaOH溶液反应，X的原子结构示意图为
。
（2）X的硫酸盐溶液与过量NaOH溶液反应的离子方程式为。
（3）一定条件下，A和水缓慢作用生成含Y的化合物Z，Z分子含有10个电子。
①Z与H2O2反应，其产物之一是Y的单质，Y的单质地电子式为；Z分子的结构呈。
②A的化学式是。
（4）X的单质、石墨和二氧化钛（TiO2）按比例混合，高温下反应得到的化合物均由两种元素组成，且都是新型陶瓷材料（在火箭河导弹上有重要应用），其反应的化学方程式是。
答案：
（1）
（2）Al3＋＋4OH－=AlO2－＋2H2O
（3）①
三角锥形②AlN
（4）4Al＋3TiO2＋3C
2Al
升级会员 