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第一單元 原子核外電子的運動
第2課時 原子核外電子的排布
[學習目標定位] 1.熟知原子核外電子排布的“兩原理一規(guī)則”。2.知道原子核外電子排布的軌道能量順序，會正確書寫原子核外電子排布式和軌道表示式。
一、核外電子的排布原理
1．能量最低原理
(1)能量最低原理
基態(tài)原子的核外電子在各個原子軌道上的排布方式應使整個原子體系的能量最低。
(2)基態(tài)原子的核外電子在原子軌道上的排列順序：
隨著原子核電荷數的遞增，絕大多數元素的原子核外電子排布遵循下列順序：
①電子所排的能級順序：1s、2s、2p、3s、3p、4s、3d、4p、5s、4d、5p、6s、4f、5d、6p、7s……，這是從實驗得到的規(guī)律，適用于大多數基態(tài)原子的核外電子排布。
②由上圖可知，各軌道的能量高低順序，可由下列公式得出：ns<(n－2)f<(n－1)d
E(4f)>E(4s)>E(3d)
B．E(3d)>E(4s)>E(3p)>E(3s)
C．E(4s)E(4s)>E(4f)>E(3d)
答案 B
解析 原子核外電子排布的軌道能量順序為1s、2s、2p、3s、3p、4s、3d、4p、5s、4d、5p……可選出答案。
例2 判斷下列說法正誤(正確的打“√”，錯誤的打“”)
(1)N：1s22s22p2p違背了洪特規(guī)則( )
(2)Ca：1s22s22p63s23p63d2違背了能量最低原理( )
(3)Ar：1s22s22p63s23p44s2違背了泡利不相容原理( )
(4)Si：1s22s22p63s33p1違背了泡利不相容原理( )
答案 (1)√ (2)√ (3) (4)√
二、原子核外電子排布的表示方法
1．電子排布式
(1)用數字在能級符號右上角標明該能級上排布的電子數，這就是電子排布式。寫出下列基態(tài)原子的電子排布式：
①16S：1s22s22p63s23p4；
②20Ca：1s22s22p63s23p64s2；
③26Fe：1s22s22p63s23p63d64s2；
④29Cu：1s22s22p63s23p63d104s1。
(2)為了避免電子排布式書寫過于繁瑣，把內層電子達到稀有氣體結構的部分寫成“原子實”，以相應稀有氣體的元素符號外加方括號表示，得到簡化的電子排布式。上述四種原子的簡化電子排布式為
①[Ne]3s23p4；②[Ar]4s2；③[Ar]3d64s2；④[Ar]3d104s1。
(3)在簡化的電子排布式中，省去相應的稀有氣體的元素符號后剩下的部分稱為外圍電子排布式。上述四種原子的外圍電子排布式為①3s23p4；②4s2；③3d64s2；④3d104s1。
2．軌道表示式
(1)將每一個原子軌道用一個方框表示，在方框內標明基態(tài)原子核外電子分布的式子稱為軌道表示式。以鋁原子為例，軌道表示式中各符號、數字的意義為
(2)寫出下列基態(tài)原子的軌道表示式：
①O：；
②Na：。
(3)在軌道表示式中也可以用圓圈表示一個原子軌道，如Na：或寫成[Ne]。
3．原子結構示意圖
(1)原子結構示意(簡)圖：圓圈內數字表示質子數，弧線表示電子層，弧線內數字表示該電子層中的電子數。
(2)寫出下列原子或離子的結構示意圖：
①K：；②Fe：；
③Mg2＋：；④Cl－：。
1.電子排布式和軌道表示式反映的是基態(tài)原子即處于最低能量狀態(tài)的原子的電子排布情況，它們相互關聯，可以非常方便地相互轉換。
2．雖然電子排布是遵循構造原理的，但書寫電子排布式時應按照電子層的順序書寫。如鐵原子的電子排布式是1s22s22p63s23p63d64s2，而不寫作1s22s22p63s23p64s23d6。
3．主族元素的最外層電子就是外圍電子。過渡元素的外圍電子一般包括最外層的s電子和次外層的d電子，有的還包括倒數第三層的f電子。
4．簡單離子是原子得失一定數目電子后的產物。在表達陰、陽離子的核外電子排布情況時，務必注意離子與原子之間的電子數目的關系。
5．(1)電子排布式的書寫：
①元素符號；②軌道符號；③軌道順序按電子層由里到外和s、p、d、f的順序；④電子個數(右上角標出)。注意電子排布式與外圍電子排布式的區(qū)別。
(2)軌道表示式的書寫格式：
①元素符號；②軌道框(一個軌道一個框，能量相同的軌道連在一起)；③電子自旋狀態(tài)(用“↑”“↓”表示)；④軌道符號。p、d等如有空軌道也要畫出。
例3 下列表示式錯誤的是( )
A．Mg2＋的軌道表示式：
B．Na＋的結構示意圖：
C．24Cr的外圍電子排布式：3d54s1
D．C的電子排布式：1s22s12p3
答案 D
解析 Mg2＋含有10個核外電子，電子排布式為1s22s22p6，軌道表示式為故A正確；鈉離子核內有11個質子，核外有2個電子層，第一層上有2個電子、第二層上有8個電子，其結構示意圖為，故B正確；原子序數為24，說明原子核外電子數為24，根據構造原理、洪特規(guī)則特例得到電子排布式為1s22s22p63s23p63d54s1，外圍電子排布式為3d54s1，故C正確；D項違反能量最低原理，所以C的電子排布式為1s22s22p2，錯誤。
例4 根據錳原子的核外電子排布，回答下列問題。
(1)寫出基態(tài)Mn2＋電子排布式_______________________________________________。
(2)畫出錳原子的價層電子的軌道表示式：_________________________________。
(3)在錳原子的核外電子中，有________種運動狀態(tài)不同的電子；共有________對成對電子；有________個成單電子；最高化合價為________價。
答案 (1)1s22s22p63s23p63d5
(2) (3)25 10 5?。?
易錯警示
(1)電子排布式的書寫順序與核外電子進入軌道的順序不同。電子排布式的書寫順序按電子層由里到外和s、p、d、f的順序，而核外電子進入軌道的順序按照基態(tài)原子在原子軌道上的排布順序。
(2)基態(tài)原子失電子時，由外層向里層，同層則按能級由高到低順序失電子。如Cr([Ar]3d54s1)→Cr3＋([Ar]3d3)
1．以下表示氦原子結構的化學用語中，對電子運動狀態(tài)描述最詳盡的是( )
A．He B.
C．1s2 D.
答案 D
解析 A項只能表示最外層電子數；B項只表示核外的電子分層排布情況；C項具體到各能層的電子數；而D項包含了能層數、原子軌道以及電子的自旋方向，故該項正確。
2．描述硅原子核外電子運動說法錯誤的是( )
A．有4種不同的伸展方向
B．有14種不同運動狀態(tài)的電子
C．有5種不同能量的電子
D．有5種不同的運動區(qū)域
答案 D
解析 硅原子為14號元素，電子排布式為1s22s22p63s23p2，共2種軌道，s軌道為球形，只有1種伸展方向，p軌道有3種伸展方向，則有4種不同的伸展方向，故A正確；硅原子為14號元素，則核外有14種不同運動狀態(tài)的電子，故B正確；硅原子電子排布式為1s22s22p63s23p2，所以有5種不同能量的電子，故C正確；硅原子核外有3個電子層，所以有3種不同的運動區(qū)域，故D錯誤。
3．以下電子排布式表示基態(tài)原子電子排布的是( )
A．1s22s22p63s13p3
B．1s22s22p63s23p63d104s14p1
C．1s22s22p63s23p63d24s1
D．1s22s22p63s23p63d104s24p1
答案 D
解析 基態(tài)核外電子排布應該是1s22s22p63s23p2，A錯誤；基態(tài)核外電子排布應該是1s22s22p63s23p63d104s2，B錯誤；基態(tài)核外電子排布應該是1s22s22p63s23p63d14s2，C錯誤； 1s22s22p63s23p63d104s24p1符合原子核外電子排布規(guī)律，D正確。
4．(2018深州中學期中)下列關于鈉元素的幾種表達式錯誤的是( )
A．Na＋的軌道表示式：
B．Na＋的結構示意圖：
C．Na的電子排布式：1s22s22p63s1
D．Na的簡化電子排布式：[Na]3s1
答案 D
解析 Na的簡化電子排布式為[Ne]3s1。即上一周期的稀有氣體(元素符號)＋該原子的價電子排布。
5．已知元素X的原子最外層電子排布為nsn－1npn＋2，則X元素的原子序數為( )
A．9B．10C．17D．18
答案 C
解析 n－1＝2，則n＝3，即最外層電子排布為3s23p5，為氯元素。
6．回答下列問題
(1)如果在3p軌道上有3個電子，則它們應排布為(軌道表示式)________，而不能排布為
因為這違背了____________________，也不能排布成因為這違背了__________________。如果3p軌道上有4個電子，有人認為可以排布為
你認為是否正確，說明理由_______________________________
________________________________________________________________________。
(2)①氮原子價層電子的軌道表達式(電子排布圖)為________________。
②Co基態(tài)原子核外電子排布式為__________。
③Fe3＋基態(tài)核外電子排布式為__________。
答案 (1) 泡利不相容原理和洪特規(guī)則 洪特規(guī)則 不正確，因為只有3個3p軌道
(2)①?、?s22s22p63s23p63d74s2或[Ar]3d74s2
③1s22s22p63s23p63d5或[Ar]3d5
解析 (1)若3p軌道上有3個電子，則它們應排布為不能排布為因為這違背了泡利不相容原理(一個軌道最多只能容納2個電子)和洪特規(guī)則(當電子排布在能量相同的各個軌道時，原子中的電子總是優(yōu)先單獨占據一個軌道，且自旋狀態(tài)相同)；若3p能級上有4個電子，則應排布成
(2)①氮是7號元素，其價層電子的軌道表達式為②Co的原子序數為27，其基態(tài)原子核外電子排布式為1s22s22p63s23p63d74s2或[Ar]3d74s2。③Fe3＋基態(tài)核外電子排布式為1s22s22p63s23p63d5或[Ar]3d5。
[對點訓練]
題組一 原子核外電子排布規(guī)律的理解與應用
1．(2018樂山沫若中學月考)下列有關多電子原子的敘述中正確的是( )
A．在一個多電子原子中，不可能有兩個運動狀態(tài)完全相同的電子
B．在一個多電子原子中，不可能有兩個能量相同的電子
C．在一個多電子原子中，N層上的電子能量肯定比M層上的電子能量高
D．某個多電子原子的3p軌道上僅有兩個電子，它們的自旋狀態(tài)必然相反
答案 A
解析 根據原子軌道理論，能量相同的電子排在相同的軌道， B錯誤；由原子核外電子排布的軌道能量順序得：3d軌道上電子的能量比4s軌道上的要高， C錯誤；在不同的3p軌道上，能量相同，電子在排布時總是優(yōu)先單獨占據一個軌道，而且自旋方向相同， D錯誤。
2．以下是一些原子的2p軌道和3d軌道中電子排布的情況，其中違反了洪特規(guī)則的是( )
A．①B．①③C．②④⑤D．③④⑤
答案 C
解析 ①同一軌道自旋方向相同，違反泡利不相容原理；②不同軌道的單電子自旋方向不同，違反了洪特規(guī)則；③符合洪特規(guī)則；④應優(yōu)先占據不同的軌道，每個軌道有1個電子，違反了洪特規(guī)則；⑤不同軌道的單電子自旋方向不同，違反了洪特規(guī)則；⑥符合洪特規(guī)則。其中違反了洪特規(guī)則的是②④⑤，故選C。
3．(2018扶余市第一中學期末)下列電子排布式中，不遵守能量最低原理的是( )
A．1s22s22p5
B．1s22s22p43s2
C．1s22s22p63s23p63d54s2
D．1s22s22p63s23p63d34s2
答案 B
解析 B項中原子核外電子沒有填充到2p軌道，而填充到能量更高的3s軌道上，違背了能量最低原理。
4．下列說法錯誤的是( )
A．ns電子的能量可能低于(n－1)p電子的能量
B．6C的電子排布式1s22s22p違反了洪特規(guī)則
C．電子排布式(21Sc)1s22s22p63s23p63d3違反了能量最低原理
D．電子排布式(22Ti)1s22s22p63s23p10違反了泡利不相容原理
答案 A
解析 根據軌道能量順序可知，ns電子的能量一定高于(n－1)p電子的能量，A錯誤；根據洪特規(guī)則知，2p能級上的兩個電子應排在兩個不同軌道上，B正確；根據能量最低原理知，電子先排能量低的軌道，后排能量高的軌道，故應先排4s軌道，即電子排布式應為1s22s22p63s23p63d14s2，C正確；根據泡利不相容原理知，3p能級最多容納6個電子，D正確。
5．某元素原子3d軌道上有5個電子，則該原子最外層電子排布可能是( )
A．4s1 B．4s24p1
C．4s24p3 D．3s23p63d5
答案 A
解析 最外層電子排布為4s24p1的元素為Ga,3d軌道上有10個電子，B錯誤；最外層電子排布為4s24p3的元素為As,3d軌道上有10個電子，C錯誤；4s能級能量小于3d，某元素原子3d軌道上有5個電子，則4s能級上肯定有電子，D錯誤。
題組二 原子核外電子排布的表示方法
6．下列各原子或離子的電子排布式錯誤的是( )
A．Na＋ 1s22s22p6 B．F－ 1s22s22p6
C．N3＋ 1s22s22p6 D．O2－ 1s22s22p6
答案 C
解析 本題的關鍵是判斷所給的電子數與元素符號是否相符。Na＋、F－、O2－都含有10個電子，A、B、D均正確；N3＋含有4個電子，故C項錯誤。
7．下面是一些原子的2p軌道和3d軌道中電子排布的情況，其中正確的是( )
答案 D
解析 A項，同一軌道自旋方向相同，違反泡利不相容原理，錯誤；B項，2p軌道有3個電子，應分占3個不同的軌道，不符合洪特規(guī)則，錯誤；C項，不同軌道的單電子自旋方向不同，違反了洪特規(guī)則，錯誤；D項，符合洪特規(guī)則、泡利不相容原理，正確。
8．下列離子中外層d軌道達半充滿狀態(tài)的是( )
A．Cr3＋B．Cu＋C．Co3＋D．Fe3＋
答案 D
解析 Cr3＋的外圍電子排布式為3d3，d軌道不是半充滿狀態(tài)，故A錯誤；Cu＋的外圍電子排布式為3d10，d軌道處于全充滿狀態(tài)，故B錯誤；Co3＋的外圍電子排布式為3d6，d軌道不是半充滿狀態(tài)，故C錯誤；Fe3＋的外圍電子排布式為3d5，d軌道達半充滿狀態(tài)，故D正確。
題組三 由原子核外電子排布確定元素
9．某元素的3p軌道上有兩個未成對電子，因此其( )
A．第三電子層上有4個電子
B．最高正價為＋2
C．最高正價為＋4
D．第二電子層沒有未成對電子
答案 D
解析 由于3p軌道上有兩個未成對電子，所以該原子的核外電子排布式為1s22s22p63s23p2或者1s22s22p63s23p4。
10．若某元素原子處于能量最低狀態(tài)時，外圍電子排布式為4d15s2，則下列說法正確的是( )
A．該元素原子處于能量最低狀態(tài)時，原子中共有3個未成對電子
B．該元素原子核外共有5個電子層
C．該元素原子的N層共有8個電子
D．該元素原子最外層有3個電子
答案 B
解析 該元素基態(tài)原子的電子排布式為1s22s22p63s23p63d104s24p64d15s2，該元素原子處于能量最低狀態(tài)時，原子中只有4d1中的一個未成對電子，A項錯誤；由核外電子排布式可知該元素原子有5個電子層，N層共有9個電子，最外層有2個電子，C、D項錯誤，B項正確。
11．某主族元素的原子，M層上有一個半充滿的原子軌道，這種原子的質子數( )
A．只能是7 B．只能是15
C．是11或15 D．是11或13
答案 C
解析 主族元素的M電子層中d軌道上的電子為全充滿或全空狀態(tài)，故滿足題中條件的M電子層中的電子排布為3s1或3s23p3，原子核外電子總數分別為11或15，故C項正確。
12．下列各組表述中，兩個微粒一定不屬于同種元素原子的是( )
A．3p軌道有一個空軌道的基態(tài)原子和核外電子排布為1s22s22p63s23p2的原子
B．M層全充滿而N層為4s2的原子和核外電子排布為1s22s22p63s23p63d64s2的原子
C．最外層電子數是核外電子總數的的原子和外圍電子排布為4s24p5的原子
D．2p軌道有一個未成對電子的基態(tài)原子和外圍電子排布為2s22p5的原子
答案 B
解析 3p軌道有一個空軌道，說明3p上有2個電子，外圍電子排布為3s23p2，兩微粒相同，A選項不符合題意；M層全充滿而N層為4s2，M層上有d軌道，即：3s23p63d10，是鋅元素，外圍電子排布為3d64s2的元素是鐵元素，B選項符合題意；外圍電子排布為4s24p5，則3d上已排滿10個電子，核外電子排布為1s22s22p63s23p63d104s24p5，最外層電子數是核外電子總數的的原子，可按下述方法討論：若最外層電子數為1，核外電子總數為5不可能，最外層電子數為2，核外電子總數為10不可能，只有最外層電子數為7，核外電子總數為35時合理，其電子排布也是1s22s22p63s23p63d104s24p5，二者是同種元素的原子，C選項不符合題意；2p軌道有一個未成對電子，可以是2p1，也可以是2p5，因此二者不一定屬于同種元素的原子，D項不符合題意。
[綜合強化]
13．下列原子或離子的電子排布式或軌道表示式正確的是________________，違反洪特規(guī)則的是__________，違反泡利不相容原理的是____________。
①Ca2＋：1s22s22p63s23p6
②F－：1s22s23p6
④Cr：1s22s22p63s23p63d44s2
⑤Fe：1s22s22p63s23p63d64s2
⑥Mg2＋：1s22s22p6
答案?、佗茛蕖、邰堋、?
14．五種元素原子的電子層結構如下：
A．1s22s22p63s23p63d54s2；
B．1s22s22p63s2；
C．1s22s22p6；
D．1s22s22p63s23p2；
E．[Ar]4s1。
請回答：
(1)________元素是稀有氣體。含未成對電子數最多的元素是__________。
(2)A的元素符號是______________，其核外電子共有________種運動狀態(tài)。
(3)D元素原子核外電子軌道表示式是____________________________________。
答案 (1)C(Ne) A(Mn) (2)Mn 25
解析 由原子的電子排布式可知A～E元素分別為Mn、Mg、Ne、Si、K，其中A、D、E元素的原子軌道中排布有未成對電子，其未成對電子的軌道表示式分別為
故A中含未成對電子數最多。任何多電子原子中不會存在兩個運動狀態(tài)完全相同的電子，即A中共有25種運動狀態(tài)不同的電子。
15．A、B、C、D、E代表5種元素。請?zhí)羁眨?
(1)A元素基態(tài)原子的最外層有3個未成對電子，次外層有2個電子，其外圍電子的軌道表示式為____________。
(2)B元素的負一價離子和C元素的正一價離子的電子層結構都與氬相同，B元素的原子結構示意圖為______，C的元素符號為________。
(3)D元素的正三價離子的3d軌道為半充滿，D的元素符號為____________，其基態(tài)原子的電子排布式為__________________________________________________________。
(4)E元素基態(tài)原子的M層全充滿，N層沒有成對電子，只有一個未成對電子，E的元素符號為________，其基態(tài)原子的電子排布式為__________。
答案 (2) K
(3)Fe 1s22s22p63s23p63d64s2或[Ar]3d64s2
(4)Cu 1s22s22p63s23p63d104s1或[Ar]3d104s1
解析 本題考查由電子排布推斷元素符號，解決這類題一般先推出電子排布式，求出核電荷數。
(1)A元素基態(tài)原子的軌道表示式由題意可寫成：
(2)B－、C＋的電子層結構都與Ar相同，即核外都有18個電子，則B為17號元素Cl，C為19號元素K。
(3)D元素原子失去2個4s電子和1個3d電子后變成＋3價離子，其原子的核外電子排布式為1s22s22p63s23p63d64s2即26號元素鐵。
(4)根據題意要求，首先寫出電子排布式：1s22s22p63s23p63d104s1，該元素為29號元素Cu。
2018-2019版高中化學 專題2 原子結構與元素的性質 第一單元 原子核外電子的運動 第2課時學案 蘇教版選修3.docx
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