同步鲁科版化学选修三新突破讲义第1章+第2节+第1课时 基态原子的核外电子排布和.docx
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同步鲁科版化学选修三新突破讲义第1章+第2节+第1课时基态原子的核外电子排布和
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
目标与素养：
1.了解基态原子的核外电子在原子轨道上的排布顺序。
（微观探析）2.掌握基态原子的核外电子排布规律，会书写常见元素（1～36号）原子的核外电子排布。
（微观探析）3.学会利用电子排布式、轨道表示式正确表示核外电子排布。
（平衡思想）
一、基态原子的核外电子排布原则
1．能量最低原则
（1）基态原子的核外电子排布使整个原子体系的能量最低。
（2）基态原子的核外电子在原子轨道上的排列顺序：
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；或者说，一个原子中不存在两个完全相同的电子。
3．洪特规则
（1）对于基态原子，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。
（2）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，体系的能量较低，原子较稳定。
如基态铬原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s1，基态铜原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s1。
4．电子数与电子层和能级的关系
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。
二、基态原子核外电子排布的表示方法
1．电子排布式
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。
如基态氧原子的电子排布式可表示为1s22s22p4。
2．轨道表示式
一般用小圆圈（或方框）表示一个原子轨道。
用“↑”或“↓”来区别自旋状态不同的电子。
如基态氧原子的轨道表示式可表示为
。
3．价电子
（1）与化学性质密切相关的外层原子轨道上的电子，称为价电子。
（2）为了便于研究元素化学性质与核外电子间的关系，人们常常只表示出原子的价电子排布。
如基态铁原子的价电子排布式为3d64s2。
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）基态氧原子的电子排布式为1s22s22p4。
（√）
（3）铝原子核外有1个未成对电子。
（√）
（4）原子的价电子决定了其物理性质和化学性质。
（×）
（5）基态氮原子电子排布式为[He]
。
（×）
2．基态原子的核外电子排布的原则不包括（ ）
A．能量守恒原理 B．能量最低原则
C．泡利不相容原理D．洪特规则
A [基态原子的核外电子排布必须遵守三个原则：
泡利不相容原理、能量最低原则和洪特规则。
能量守恒原理与此无关。
]
3．价电子就是最外层电子吗？
[答案] 不一定。
价电子是指决定元素化学性质的电子。
主族元素的最外层电子是价电子，但过渡元素的次外层甚至倒数第三层电子也是价电子。
基态原子核外电子排布的原则
1.多电子的基态原子核外电子在原子轨道上的排布顺序可表示为
2．泡利不相容原理
泡利不相容原理可以简单叙述：
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。
说明：
a.在核外电子的排布中，排在同一轨道上的两个电子，自旋方向相反；而自旋方向相同的电子，必然处于不同的轨道上。
可以这样理解：
在同一原子中，没有运动状态完全相同的两个电子存在，原子核外有几个电子，就有几种运动状态。
b．根据泡利不相容原理我们可以推算出各电子层可以容纳的最多电子数。
具体见下表：
电子层
（n）
K
L
M
N
…
能级
1s
2s
2p
3s
3p
3d
4s
4p
4d
4f
…
原子
轨道数
1
1
3
1
3
5
1
3
5
7
1
4
9
16
…
电子数
2
8
18
32
…
2×12
2×22
2×32
2×42
…
在原子中，每个电子层最多可容纳2n2个电子，每个能级最多容纳的电子数为其所包含的原子轨道数的2倍。
3．洪特规则
当电子排布在同一能级的不同轨道时，基态原子中的电子总是优先单独占据一个轨道，而且自旋状态相同，这个规则称为洪特规则。
通俗地说，洪特规则可以表述：
电子总是先平行地分占能量相同的不同轨道（即同一能级上的轨道）。
如碳原子的电子排布图是
，而不是
，也不是
。
特别地，当同一能级上的电子排布为全充满（s2、p6、d10、f14）、半充满（s1、p3、d5、f7）和全空状态（p0、d0、f0）时，具有较低的能量和较大的稳定性，这称为洪特规则的特例。
例如，铬（24Cr）的外围电子排布式是3d54s1（3d、4s能级均为半充满）而不是3d44s2，铜（29Cu）的外围电子排布式是3d104s1（3d全充满、4s半充满）而不是3d94s2等。
核外电子在原子轨道上排布要遵循三个原则，即能量最低原则、泡利不相容原理和洪特规则。
这三个原则并不是孤立的，而是相互联系、相互制约的。
也就是说核外电子在原子轨道上排布要同时遵循这三个原则。
其中能量最低原则可叙述为在不违反泡利不相容原理的前提下，核外电子在各个原子轨道上的排布方式应使整个原子体系的能量最低。
【典例1】 下列有关原子核外电子排布规律的说法正确的是（ ）
A．原子核外电子都是先排内层后排外层
B．Fe2＋的价电子排布式为3d54s1。
C．15P原子的电子排布式是1s22s22p63s23p
3p
D．同一原子中，1s、2s、3s能级最多容纳的电子数相同
D [由能量最低原则可知，核外电子排布存在能级交错，如E（3d）>E（4s），先排4s能级后排3d能级。
Fe的基态原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2，形成Fe2＋时先失去最外层4s轨道上的2个电子，故Fe2＋的价电子排布式为3d6。
根据洪特规则可知，p能级上有3个电子时，应分占三个轨道，则15P原子的电子排布式是1s22s22p63s23p
3p
3p
。
综上所述，只有D项正确。
]
熟记核外电子排布规律、洪特规则及其特例是解决此类问题的关键。
1．在下列各组电子排布式中，________（填序号，下同）属于基态原子，________属于激发态原子，________是错误的排布。
A．1s22s2
B．1s22s23s3
C．1s22s22p63s23p
3p
3p
4s1
D．1s22s22p63s23p54s1
E．1s22s22p63s23p
3p
3p
F．1s22s22p62d53s2
[解析] 基态原子是指电子填充顺序符合能量最低原则，各轨道电子排布不违背泡利不相容原理和洪特规则的原子；激发态原子是指电子未按轨道能量顺序填充，但各轨道电子排布不违背泡利不相容原理和洪特规则的原子。
A项表示铍原子的基态；E项表示硫原子的基态（3p4还可写作3p
3p
3p
或3p
3p
3p
）；C项相当于1个3p电子激发到4s轨道上，属于激发态原子；同理，D项中1个3p电子激发到了4s能级上，属于激发态原子；B项不符合能量最低原则和泡利不相容原理，也不可能是1s22s22p3中2p轨道电子跃迁的结果，是错误的；F项中的2d能级是不存在的，也是错误的。
[答案] AE CD BF
2．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________。
[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，正确的应为
。
[答案] ①⑤⑥ ② ③④ ⑦
在写基态原子的轨道表示式时，防止出现以下几种错误：
核外电子排布的表示方法
原子结构示意图
意义
将每个电子层上的电子总数表示在原子核外的式子
实例
电子排布式
意义
用数字在能级符号右上角标明该能级上排布的电子数，这就是电子排布式
实例
K：
1s22s22p63s23p64s1
简化电子排布式
意义
为了避免电子排布式书写过于繁琐，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素符号外加方括号表示
实例
K：
[Ar]4s1
价电子排布式
意义
主族元素的价电子指最外层电子，价电子排布式即外围电子排布式
实例
Al：
3s23p1
轨道表示式
意义
每个圆圈（或方框）代表一个原子轨道，每个箭头代表一个电子
实例
【典例2】 下列表示式中错误的是（ ）
A [A项违背了泡利不相容原理。
]
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
B [A项，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．下列原子中，单电子数最多的是（ ）
A．16S B．35Br C．24Cr D．15P
C [写出各项原子的价电子轨道表示式进行判断。
1．在2p能级上最多只能排布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
B [A中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量占据不同轨道，只有B选项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。
]
2．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．CrD．Cu
D [由题意可知其价电子排布式为3d104s1为Cu。
]
3．若某基态原子的外围电子排布式为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3个电子
D．该元素原子M能层共有8个电子
[答案] B
4．下列符号中表达正确的是（ ）
C [25Mn的原子结构示意图为
，A错；24Cr的外围电子排布式为3d54s1，B错；C正确；C的轨道表示式为
，D错。
]
5．按要求填空：
（1）Cu的原子结构示意图为___________________。
（2）P的价电子排布式为___________________。
（3）Fe的电子排布式为___________________。
（4）N的轨道表示式为___________________。
（5）（2019·全国Ⅱ卷）Fe成为阳离子时首先失去______轨道电子，Sm价层电子排布式为4f66s2，Sm3＋价层电子排布式________。
[解析]
（1）Cu的电子排布式是1s22s22p63s23p63d104s1，所以其原子结构示意图是
；
（2）P的价电子排布式为3s23p3；（3）Fe的电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2；（4）N的电子排布式为1s22s22p3，所以其轨道表示式是
；（5）原子失去电子时，首先失去最外层电子。
[答案]
（1）
（2）3s23p3
（3）1s22s22p63s23p63d64s2
（4）
（5）4s 4f5
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