学年高中化学鲁科版选修三教学案第1章第2节原子结构与元素周期表.docx
《学年高中化学鲁科版选修三教学案第1章第2节原子结构与元素周期表.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《学年高中化学鲁科版选修三教学案第1章第2节原子结构与元素周期表.docx（37页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
学年高中化学鲁科版选修三教学案第1章第2节原子结构与元素周期表
第2节
原子结构与元素周期表
第1课时
基态原子的核外电子排布
[课标要求]
1．了解原子结构的构造原理，知道原子核外电子的能级分布。
2．能用电子排布式表示常见元素（1～36号）原子核外电子的排布。
1.核外电子排布的两种式子：
电子排布式和轨道表示式。
2．核外电子排布的一个顺序：
1s,2s,2p,3s,3p,4s,3d,4p,5s,4d,5p,6s……
3．核外电子排布的3条原则：
（1）能量最低原则：
基态原子的核外电子通常情况下优先分布在能量最低的原子轨道上。
（2）泡利不相容原理：
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。
（3）洪特规则：
对于基态原子，电子在能量相同的轨道上排布时，将尽可能分占不同的轨道并且自旋方向相同；能量相同的原子轨道在全充满、半充满、全空状态时，体系能量较低，原子较稳定。
4．价电子：
化学反应涉及的外层原子轨道上的电子。
1．电子排布的表示方法
（1）电子排布式
①概念：
按照能量最低原则对能级进行排序，进而在ns、np、nd等能级符号的右上角用数字表示出电子的数目。
②图示：
③示例：
锂原子的电子排布式为1s22s1。
（2）轨道表示式
①概念：
用小圆圈（或方框、短线）表示一个原子轨道，用箭头“↑”或“↓”来区别自旋方向不同的电子。
②图示：
③示例：
锂原子的轨道表示式为
2．请根据有关原子轨道的知识，写出1～18号元素基态原子的核外电子排布情况（可参照教材P12）。
元素符号
原子序数
电子排布式
轨道表示式
H
1
1s1
He
2
1s2
Li
3
1s22s1
[He]
Be
4
1s22s2
[He]
B
5
1s22s22p1
[He]
C
6
1s22s22p2
[He]
N
7
1s22s22p3
[He]
O
8
1s22s22p4
[He]
F
9
1s22s22p5
[He]
Ne
10
1s22s22p6
[He]
Na
11
1s22s22p63s1
[Ne]
Mg
12
1s22s22p63s2
[Ne]
Al
13
1s22s22p63s23p1
[Ne]
Si
14
1s22s22p63s23p2
[Ne]
P
15
1s22s22p63s23p3
[Ne]
S
16
[Ne]3s23p4
[Ne]
Cl
17
[Ne]3s23p5
[Ne]
Ar
18
[Ne]3s23p6
[Ne]
1．基态铝原子的核外电子排布若为1s22s22p63s13p2违背了什么原则？
提示：
能量最低原则。
2．一个原子轨道中最多容纳2个电子是遵循什么原理？
提示：
泡利不相容原理。
3．氮原子的轨道表示式若写成
违背了什么原理？
提示：
洪特规则。
基态原子核外电子排布遵循的原则
（1）能量最低原则：
基态原子的核外电子通常情况下优先分布在能量最低的原子轨道上。
基态原子核外电子在原子轨道上的排布顺序为1s,2s,2p,3s,3p,4s,3d,4p,5s,4d,5p,6s，……
（2）泡利不相容原理：
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。
（3）洪特规则：
对于基态原子，电子在能量相同的轨道上排布时，将尽可能分占不同的轨道并且自旋方向相同。
1．判断正误（正确的打“√”，错误的打“×”）。
（1）原子轨道能量的相对大小为E4s＞E3d＞E3p＞E3s。
（ ）
（2）基态O原子轨道表示式为1s22s22p4。
（ ）
（3）Al原子核外有1个未成对电子。
（ ）
（4）2p能级上有2个未成对电子的元素只有碳。
（ ）
答案：
（1）×
（2）× （3）√ （4）×
2．在2p能级上最多能容纳6个电子，其依据的规律是（ ）
A．能量最低原则
B．泡利不相容原理
C．洪特规则
D．能量最低原则和泡利不相容原理
解析：
选B 能量最低原则主要是电子排布先后顺序，洪特规则指的是相同能级电子尽可能分占不同轨道，泡利不相容原理说明一个轨道上最多容纳2个电子且自旋方向相反，2p能级共有3个轨道，最多容纳6个电子。
3．下列基态原子的电子排布式或轨道表示式是否正确？
若不正确指出原因。
（1）6C 1s22s22p
_____________________________________________________；
________________________________；
____________________________；
_______________________；
（5）K 1s22s22p63s23p63d1____________________________________。
解析：
原子的最低能量状态为原子的基态，能量高于基态的状态为激发态，深刻理解基态原子核外电子排布的三原则及洪特规则的特例，可顺利作答。
答案：
（1）不正确，违背洪特规则
（2）不正确，违背洪特规则
（3）不正确，违背泡利不相容原理
（4）不正确，违背洪特规则
（5）不正确，违背能量最低原则
[方法技巧]
（1）电子最先排布在能量低的能级上，然后依次排布在能量较高的能级上，电子一般按ns（n－2）f（n－1）dnp的顺序排布。
（2）电子按能量由低到高顺序在原子轨道上排布，但书写电子排布式或轨道表示式时，应按电子层数由小到大的顺序书写。
1．核外电子排布式
按照基态原子核外电子排布原则，请尝试写出19～36号元素K～Kr的原子的核外电子排布式。
K：
[Ar]4s1、Ca:
[Ar]4s2、Sc：
[Ar]3d14s2、
Ti：
[Ar]3d24s2、V：
[Ar]3d34s2、Cr：
[Ar]3d54s1、
Mn：
[Ar]3d54s2、Fe：
[Ar]3d64s2、Co：
[Ar]3d74s2、Ni：
[Ar]3d84s2、Cu：
[Ar]3d104s1、Zn：
[Ar]3d104s2、Ga：
[Ar]3d104s24p1、Ge：
[Ar]3d104s24p2、
As：
[Ar]3d104s24p3、Se：
[Ar]3d104s24p4、
Br：
[Ar]3d104s24p5、Kr：
[Ar]3d104s24p6。
2．洪特规则特例
（1）判断下列基态原子的电子排布式的正误。
①基态铬原子：
a.1s22s22p63s23p63d44s2（ ）
b．1s22s22p63s23p63d54s1（ ）
②基态铜原子：
a.1s22s22p63s23p63d94s2（ ）
b．1s22s22p63s23p63d104s1（ ）
[答案] ①a.×B．√ ②a.×B．√
（2）洪特规则特例：
能量相同的原子轨道在全充满（如d10）、半充满（如d5）和全空（如d0）状态时，体系能量较低，原子较稳定。
（3）在原子中，每个电子层最多容纳2n2个电子，每个能级最多能容纳的电子数为其所包含的原子轨道数的2倍。
3．价电子和价电子排布式
（1）价电子：
一般化学反应涉及原子外层轨道上的电子。
（2）价电子排布式：
只表示出原子的价电子排布的式子，如基态铁原子价电子排布式为3d64s2。
（3）主族元素原子的价电子数一般等于该元素的最高正化合价。
1．价电子排布满足4s半充满而3d为全充满的元素是（ ）
A．Ca B．V C．Cr D．Cu
解析：
选D 价电子排布4s半充满即为4s1,3d全充满为3d10，因此该元素原子的核外电子排布为1s22s22p63s23p63d104s1，是29号元素Cu。
2．下列各基态原子或离子的电子排布式正确的是（ ）
A．O2－ 1s22s22p4B．Ca [Ar]3d2
C．Fe [Ar]3d54s3D．Si 1s22s22p63s23p2
解析：
选D O2－电子排布式为1s22s22p6；Ca电子排布式为[Ar]4s2；Fe电子排布式为[Ar]3d64s2。
3．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．Ca2＋ 1s22s22p63s23p6
B．F－ 1s22s23p5
C．S 1s22s22p63s23p4
D．Ar 1s22s22p63s23p6
解析：
选B F的电子排布式为1s22s22p5，则F－的电子排布式为1s22s22p6，B项错误。
[方法技巧]
离子电子排布式的书写
书写离子的电子排布式一定要注意：
先写原子的电子排布式，然后再得失电子，不能直接按构造原理书写，如Cr3＋的电子排布式，先写铬原子，再失去三个电子，不能用24个电子减去失去的3个电子，用21个电子书写。
前四周期元素核外电子排布的特殊性
（1）最外层只有1个未成对电子的元素
ⅠA族（ns1：
H、Li、Na、K）；
ⅢA族（ns2np1：
B、Al、Ga）；
ⅦA族（ns2np5：
F、Cl、Br）；
Cr（3d54s1）、Cu（3d104s1）。
（2）最外层有2个未成对电子的元素
ⅣA族（ns2np2：
C、Si、Ge）；
ⅥA族（ns2np4：
O、S、Se）。
（3）最外层有3个未成对电子的元素
ⅤA族（ns2np3：
N、P、As）
（4）核外电子排布中，未成对电子数最多的元素
Cr（3d54s1，共有6个未成对电子）
1．基态原子的4s能级中只有1个电子的元素共有（ ）
A．1种 B．2种 C．3种 D．8种
解析：
选C 4s能级中只有1个电子时其价电子排布只能为4s1,3d54s1,3d104s1。
2．下列原子中未成对电子数为2的是（ ）
A．MgB．NC．OD．F
3．在元素周期表中第4周期的元素，原子核外未成对电子的最大数目为（ ）
A．4B．5C．6D．7
解析：
选C 第4周期中Cr元素原子的价电子排布式为3d54s1，轨道表示式
为，未成对电子数为6，为未成对电子数最多的元素。
[三级训练·节节过关]
（对应学生用书P6）
1．下列电子的排布正确的是（ ）
解析：
选A 根据洪特规则可知A项正确，B、D项不正确；根据泡利不相容原理，同一轨道上的两个电子自旋方向必须相反，C项错误。
2．在d轨道中电子排布成，而不排布成，其最直接的根据是（ ）
A．能量最低原则 B．泡利不相容原理
C．原子轨道构造原理D．洪特规则
解析：
选D 洪特规则表明，当电子排布在能量相同的不同轨道时，总是尽可能分占不同的轨道且自旋方向相同。
3．下列各原子或离子的电子排布式错误的是（ ）
A．K＋ 1s22s22p63s23p6
B．F 1s22s22p5
C．S2－ 1s22s22p63s23p4
D．Ar 1s22s22p63s23p6
解析：
选C S2－的电子排布式应为1s22s22p63s23p6。
4．下列基态原子的价电子排布式中，正确的是（ ）
A．3d94s2 B．3d44s2
C．3d104s0D．3d84s2
解析：
选D A项，应为3d104s1；B项，应为3d54s1；C项，应为3d84s2。
5．下列原子或离子的电子排布式（或轨道表示式）正确的是________，违反能量最低原则的是________，违反洪特规则的是________，违反泡利不相容原理的是__________。
①Ca2＋：
1s22s22p63s23p6
②F－：
1s22s23p6
③P：
④Cr：
1s22s22p63s23p63d44s2
⑤Fe：
1s22s22p63s23p63d64s2
⑥Mg2＋：
1s22s22p6
⑦C：
解析：
根据核外电子排布规律，②中错误在于电子排完2s轨道后应排2p轨道而不是3p轨道，正确的应为1s22s22p6；③中没有遵循洪特规则——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并且自旋方向相同，正确的应为；④中忽
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；⑦违反泡利不相容原理和洪特规则，正确的应为
。
答案：
①⑤⑥ ② ③④⑦ ⑦
1．对于Fe的下列电子排布，哪个正确（ ）
解析：
选A Fe原子的核外电子排布为：
1s22s22p63s63p63d64s2，据洪特规则可知A正确。
2．下列能级按能量由低到高的顺序排列正确的是（ ）
A．3s3p3d4s B．4s4p3d4d
C．4s3d4p5sD．1s2s3s2p
解析：
选C A项，3d＞4s；B项，4p＞3d；D项，3s＞2p。
3．下列微粒中，电子排布式为1s22s22p63s23p6的是（ ）
A．Na＋B．Mg2＋
C．Cl－D．Br－
解析：
选C 该微粒的核外电子数为18，Cl－符合。
4．一个电子排布式为1s22s22p63s23p1的元素最可能的价态是（ ）
A．＋1B．＋2
C．＋3D．－1
解析：
选C 据题意可知该元素原子价电子排布为3s23p1，由元素最高正化合价＝价电子数可知该元素为＋3价。
5．下列轨道表示式能表示氮原子的最低能量状态的是（ ）
解析：
选A 基态原子的电子在能量相同的轨道上分布时，将尽可能分占不同的轨道并且自旋方向相同。
6．下列微粒中，未成对电子数最多的是（ ）
A．O：
1s22s22p4
B．P：
1s22s22p63s23p3
C．Fe：
1s22s22p63s23p63d64s2
D．Mn：
1s22s22p63s23p63d54s2
解析：
选D A项，O原子未成对电子数为2；B项，P原子未成对电子数为3；C项，Fe原子未成对电子数为4；D项，Mn原子未成对电子数为5。
7．某基态原子的第4电子层有3个电子，则第3电子层的电子数有（ ）
A．2个B．8个
C．10个D．18个
解析：
选D 第4电子层有3个电子，按能量最低原则，第3电子层各能级应充满电子，即3s2、3p6、3d10，共有18个电子。
8．电子在一个原子的下列能级的原子轨道中排布时，最后排布的是（ ）
A．ns B．np C．（n－1）d D．（n－2）f
解析：
选B 按照能级顺序，电子在原子轨道上排布顺序为ns（n－2）f（n－1）dnp，即最后排布在np轨道。
9．某元素原子序数为24，则：
（1）该元素的电子总数是________个，有________个未成对电子。
（2）该元素原子有________个电子层，________个能级，________个原子轨道。
（3）写出该元素的价电子排布式___________________________________________。
解析：
由核外电子在原子轨道上排布顺序知该原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s1,3d能级有5个轨道，由洪特规则知5个电子各占一个轨道。
答案：
（1）24 6
（2）4 7 15 （3）3d54s1
10．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轨道为半充满，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______，其基态原子的电子排布式为______________________________。
解析：
解答此题的关键是要熟练掌握原子的核外电子排布式，并特别注意原子的几种稳定态的核外电子排布：
能量相同的原子轨道在全充满（如p6和d10）、半充满（如p3和d5）、全空（如p0和d0）状态时，体系的能量较低，原子较稳定。
答案：
（1）N
（2）Cl K
（3）Fe 1s22s22p63s23p63d64s2
（4）Cu 1s22s22p63s23p63d104s1
1．各电子层排布电子的总数要遵循以下规律：
①每层最多容纳2n2个电子；②原子最外层电子数≤8；③原子次外层电子数≤18。
决定这3条规律的电子排布规则是（ ）
A．能量最低原理
B．泡利不相容原理
C．洪特规则
D．能量最低原理和泡利不相容原理
解析：
选D 基态原子的电子排布遵循能量最低原理、泡利不相容原理和洪特规则，而洪特规则是讲电子优先单独占据一个轨道，而且自旋状态相同的，故不符合题意，由此可知本题选择D项。
2．核外电子排布规律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（4p）>E（4d）>E（4f）
D．E（5s）>E（4s）>E（4f）>E（3d）
解析：
选B A、D项，应为E（4f）>E（5s）＞E（3d）>E（4s），错误；C项应为E（4s）＜E（4p）＜E（4d）＜E（4f），错误。
3．下列关于价电子构型为3s23p4的粒子描述正确的是（ ）
A．它的元素符号为O
B．它的核外电子排布式为1s22s22p63s23p4
C．它可与H2生成液态化合物
D．其轨道表示式为
解析：
选B A项，根据价电子构型可知该粒子的电子排布式为1s22s22p63s23p4，故该元素为硫元素；C项，S与H2化合生成气态氢化物H2S；D项，S原子核外电子轨道表示式
应为 。
4．已知锰的核电荷数为25，以下是一些同学绘制的基态锰原子外围电子的电子排布图，其中最能准确表示基态锰原子核外电子运动状态的是（ ）
解析：
选D 根据洪特规则知，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轨道且自旋方向相同，故排除A、C两项；根据泡利不相容原理知，一个原子轨道最多容纳2个电子，且自旋方向相反，故排除B项。
5．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＋2
C．最高正价为＋4
D．第二电子层没有未成对电子
解析：
选D 3p轨道上有两个未成对电子，则该基态原子电子排布式为1s22s22p63s23p2或1s22s22p63s23p4，即为Si元素或S元素。
6．X、Y两种元素可形成X2Y3型化合物，则X和Y原子最外层的电子排布可能是（ ）
A．X：
3s23p1 Y：
3s23p5B．X：
2s22p3 Y：
2s22p4
C．X：
3s23p2 Y：
3s23p4D．X：
3s2 Y：
2s22p3
解析：
选B A项，X为Al，Y为Cl，形成AlCl3；B项，X为N，Y为O，可以形成N2O3；C项，X为Si，Y为S，二者不易形成化合物；D项，X为Mg，Y为N，二者形成Mg3N2。
7．若某基态原子的价电子排布为4d15s2，则下列说法正确的是（ ）
A．该元素基态原子中共有3个电子
B．该元素原子核外有5个电子层
C．该元素原子最外层共有8个电子
D．该元素原子M电子层共有8个电子
解析：
选B 根据该原子的价电子排布可知，该基态原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p64d15s2，该原子中共有39个电子，有5个电子层，最外层有2个电子，M层上有18个电子。
8．某基态原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s2，下列说法中不正确的是（ ）
A．该元素基态原子中共有25个电子
B．该元素原子核外有4个电子层
C．该元素原子最外层共有2个电子
D．该元素原子M电子层共有8个电子
解析：
选D 由该原子基态电子排布式知，其有25个电子，核外有4个电子层，最外层有2个电子，M电子层有13个电子，D项不正确。
9．已知X、Y和Z三种元素的原子序数之和等于42。
X元素原子的4p轨道上有3个未成对电子，Y元素原子的最外层2p轨道上有2个未成对电子。
X跟Y可形成化合物X2Y3，Z元素可以形成负一价离子。
请回答下列问题：
（1）X元素原子基态时的电子排布式为_______________________________________，
该元素的符号是________。
（2）Y元素原子的价电子的轨道表示式为__________，该元素的名称是________。
（3）已知化合物X2Y3在稀硫酸溶液中可被金属锌还原为XZ3，产物还有ZnSO4和H2O，该反应的化学方程式是__________________________________________。
解析：
（1）X元素原子的4p轨道上有3个未成对电子，则X是第4周期ⅤA族元素，X为As元素，其原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p3。
（2）Y元素原子的最外层2p轨道上有2个未成对电子，且As跟Y可形成化合物As2Y3，可推知Y为氧元素；又因为X、Y和Z三种元素的原子序数之和等于42，可得到Z为氢元素。
（3）X2Y3为As2O3，XZ3为AsH3，则As2O3与稀硫酸和Zn反应的化学方程式为As2O3＋6Zn＋6H2SO4===2AsH3↑＋6ZnSO4＋3H2O。
答案：
（1）1s22s22p63s23p63d104s24p3 As
（3）As2O3＋6Zn＋6H2SO4===2AsH3↑＋6ZnSO4＋3H2O
10．有A、B、C、D、E5种元素，它们的核电荷数依次增大，且都小于20，其中C、E是金属元素；A和E属同一族，且A为非金属元素，它们原子的最外层电子排布为ns1，B和D也属同一族，它们原子最外层的p能级电子数是s能级电子数的两倍。
C原子最外层上电子数等于D原子最外层上电子数的一半。
请回答下列问题：
（1）A是________，B是________，E是________（写元素符号）。
（2）写出C元素基态原子的电子排布式_______________________________________。
（3）用轨道表示式表示D元素原子的价电子排布__________________________。
解析：
（1）A为非金属元素，且原子最外层电子排布为ns1，只能是H。
B、D的价电子排布为ns2np4，前20号元素中B、D只能分别为O、S。
由核电荷数及其为金属元素可知E为K。
C最外层有3个电子，为Al。
（2）C为Al，电子排布式为1s22s22p63s23p1。
（3）D为S，价电子排布为3s23p4，用轨道表示式表示为。
答案：
（1）H O K
（2）1s22s22p63s23p1
（3）
第2课时 核外电子排布与
元素周期表、原子半径
[课标要求]
1．了解原子结构与元素周期表结构的关系。
2．了解原子半径的变化规律。
1.元素周期表结构：
七横十八纵。
七横：
七个周期（三短三长一不全）；十八纵：
7主、7副，0族、Ⅷ族各1。
升级会员 