1、1第 1 课时 基态原子的核外电子排布学习目标定位 1.熟知原子核外电子排布要遵循的三个原则。2.知道原子核外电子排布的轨道能量顺序，会正确书写 136 号元素原子的核外电子排布式和轨道表示式(电子排布图)。一 基态原子的核外电子排布原则1原子核外电子排布的轨道能量顺序设想从氢原子开始，随着原子核电荷数的递增，原子核每增加一个质子，原子核外便增加一个电子，这个电子大多是按下图所示的轨道能量顺序进行填充：观察分析上图，讨论回答下列问题：(1)在多电子原子中，电子进入能级的先后应遵循的原则是什么？答案 能量最低原则。电子最先排布在能量低的轨道上，然后依次排布在能量较高的轨道上。(2)多电子原子核外
2、电子排布是否完全遵循电子层的顺序？答案 由上图可知，从第三电子层开始各轨道不完全遵循电子层顺序，产生了轨道能量交错排列，即产生“能级交错”现象。(3)轨道的能量高低主要是由哪些因素决定的？答案 各轨道的能量由电子层序数和轨道类型共同决定，各轨道的能量高低顺序，可由下列公式得出： ns(n2)f( n1)d np(n 表示电子层序数)。2泡利不相容原理泡利不相容原理的内容是：一个原子轨道最多只能容纳两个电子，而且这两个电子的自旋方向必须相反(用“” 、 “”表示)。例如，基态氦原子的轨道表示式为 。根据泡利不相容原理，可以获得以下几个重要结论：(1)每一种运动状态的电子只能有一个。(2)由于每一
3、个原子轨道包括两种运动状态，所以每一个原子轨道最多只能容纳两个自旋方向相反的电子。(3)因为 s，p，d，f 能级的原子轨道数分别为 1,3,5,7 个，所以 s，p，d，f 各原子轨2道分别最多能容纳 2,6,10,14 个电子。(4)每个电子层中原子轨道的总数为 n2个，因此，每个电子层最多能容纳 2n2个电子。3相同能量轨道电子排布规则(1)在相同能量的原子轨道上，电子的排布将尽可能占据不同的轨道，而且自旋方向相同，这就是洪特规则。(2)通俗地说，洪特规则可以表述为电子总是尽量自旋平行地分占不同的轨道。如碳原子的轨道表示式是而不是 。(3)当同一类型轨道上的电子排布为全充满(p 6、d
4、10、f 14)、半充满(p 3、d 5、f 7)和全空状态(p 0、d 0、f 0)时，具有较低的能量和较大的稳定性。例如，铬( 24Cr)的价电子排布是3d54s1(3d 能级为半充满)，而不是 3d44s2；铜( 29Cu)的价电子排布是 3d104s1(3d 全充满)，而不是 3d94s2，等。归纳总结原子核外电子排布要遵循三个原则(1)能量最低原则：电子在原子轨道上的分布要尽可能地使原子的能量最低。(2)泡利不相容原理：每个原子轨道中最多只能容纳两个电子且这两个电子的自旋方向必须相反。(同一原子中不可能有运动状态完全相同的电子)。(3)洪特规则：当电子排布在相同能量的不同轨道时，总是
5、优先单独占据一个轨道，而且自旋方向相同。活学活用1下列 3d 轨道的轨道表示式正确的是( )答案 B解析 A、D 中同一原子轨道内电子的自旋方向相同，违反了泡利不相容原理；C 中有空轨道，违反了洪特规则。2用轨道表示式(或电子排布式)表示下列原子的价电子排布中，哪一种状态的能量较低？(1)氮原子：A. B.(2)钠原子：A.3s 1 B3p 1(3)铬原子：A.3d 54s1 B3d 44s2(4)碳原子：A. B.3答案 (1)B (2)A (3)A (4)A解析 本题考查的是核外电子排布所遵循的原则。(1)据洪特规则，对于基态原子，电子在能量相同的轨道上排布时尽可能分占不同的轨道，且自旋方
6、向相同，故选 B。(2)中由于 3s 轨道能量低于 3p 轨道，故选 A。(3)中 d5为半充满状态，为相对稳定状态，故选 A。(4)据洪特规则，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，且自旋方向相同，故选 A。二 原子核外电子排布的表示方法1电子排布式按要求填表：电子排布式 价电子排布式S 1s22s22p63s23p4 3s23p4Ca 1s22s22p63s23p64s2 4s2Fe 1s22s22p63s23p63d64s2 3d64s2Cu 1s22s22p63s23p63d104s1 3d104s1Ge 1s22s22p63s23p63d104s24p2
7、 4s24p22.轨道表示式(1)将每一个原子轨道用一个小圆圈(或方框)表示，在圆圈(或方框)内标明原子核外电子排布的式子称为轨道表示式。以铝原子为例，轨道表示式中各符号、数字的意义为(2)写出下列原子的轨道表示式：O： ；Na： 。(3)在轨道表示式中也可以用方框表示一个原子轨道，如 Na： 。3原子结构示意图(1)原子结构简(示意)图：圆圈内数字表示质子数，弧线表示电子层，弧线内数字表示该电子层中的电子数。4(2)写出下列原子或离子的结构示意图：K： ；Fe： ；Mg 2 ： ；Cl ： 。归纳总结1电子排布式和轨道表示式反映的是基态原子即处于最低能量状态的原子的电子排布情况，它们相互关联
8、，可以非常方便地相互转换。2虽然电子排布是遵循能量最低原则的，但书写电子排布式时应按照电子层的顺序书写。如铁原子的电子排布式是 1s22s22p63s23p63d64s2，而不写作 1s22s22p63s23p64s23d6。3主族元素的最外层电子称为价电子。过渡元素的价电子一般包括最外层的 s 电子和次外层的 d 电子，有的还包括倒数第三层的 f 电子。4离子的电子排布式原子转化为离子有两种情况：一是由原子失去电子转化为阳离子，失电子的顺序与电子填入的顺序有所不同，失电子时，首先失去的是最外电子层上的电子；二是由原子得到电子转化为阴离子，得到的电子填入原子轨道的顺序与基态原子电子的排布顺序相
9、同。活学活用3下列有关核外电子排布的式子不正确的是( )A 24Cr 的电子排布式：1s 22s22p63s23p63d54s1BK 的简化电子排布式：Ar4s 1CN 原子的轨道表示式为DS 原子的轨道表示式为答案 D解析 D 项 S 原子的轨道表示式违反了洪特规则，正确的应是。4下列关于价电子排布式为 3s23p4的某微粒的描述正确的是( )A它的元素符号为 OB它的核外电子排布式为 1s22s22p63s23p4C它可以与 H2化合生成液态化合物D其轨道表示式为5答案 B解析 价电子排布式为 3s23p4的微粒，其核外电子排布式为 1s22s22p63s23p4，应为硫原子。在一定条件下
10、，S 与 H2化合生成 H2S 气体。硫原子核外有 16 个电子，依据洪特规则可知，其轨道表示式为 。当堂检测1若将 6C 原子的电子排布式写成 1s22s22p ，它违背了( )2xA能量守恒定律 B能量最低原则C泡利不相容原理 D洪特规则答案 D解析 根据洪特规则，对于基态原子的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且自旋方向相同，故本题给出的电子排布式违背了洪特规则，应写为1s22s22p 2p 。1x 1y2下列各原子或离子的电子排布式或轨道表示式表示正确的是( )ACa 2 ：1s 22s22p63s23p6BF ：1s 22s23p6CP：最外层电子轨道表示式为DCr
11、：1s 22s22p63s23p63d44s2答案 A解析 解此类题一是要注意观察电子排布是否符合能量最低原则，二是注意是否符合泡利不相容原理和洪特规则。千万不要忽略了 Cu、Cr 等少数原子的“能量相同的原子轨道在半充满、全充满或全空状态时，体系的能量较低，原子较稳定”这种特例。A 项正确，符合核外电子排布规律；B 项错误，由核外电子排布规律，电子排完 2s 后应排 2p 轨道而不是 3p 轨道，正确的应为 1s22s22p6；C 项错误，没有遵循洪特规则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原子轨道且自旋方向相同，正确的应为6；D 项错误，忽略了能量相同的原子轨道在半充满状态
12、时，体系的能量较低，原子较稳定，正确的应为 1s22s22p63s23p63d54s1。3下列原子的价电子排布式中，正确的是( )A3d 94s2 B3d 44s2 C3d 104s0 D3d 84s2答案 D解析 根据原子填入轨道的顺序和核外电子的排布规律，选项 A 应为 3d104s1；选项 B应为 3d54s1；选项 C 应为 3d84s2。则只有选项 D 正确。4已知元素 X 的原子最外层电子排布式为 nsn1 npn2 ，则 X 元素的原子序数为( )A9 B10 C17 D18答案 C解析 n12，则 n3，即最外层电子排布式为 3s23p5，为氯元素。5如果在 3p 轨道上有 3
13、 个电子，则它们应排布为(轨道表示式)_，而不能排布为 ，因为这违背了_，也不能排布成 ，因为这违背了_。如果 3p 轨道上有 4 个电子，有人认为可以排布为 ，你认为是否正确，说明理由_。答案 泡利不相容原理和洪特规则 洪特规则 不正确，因为只有 3 个3p 轨道解析 若 3p 轨道上有 3 个电子，则它们应排布为 ，不能排布为 ，因为这违背了泡利不相容原理 (一个轨道最多只能容纳 2 个电子)和洪特规则(当电子排布在同一能级的不同轨道时，原子中的电子总是优先单独占据一个轨道，且自旋方向相同)，若3p 能级上有 4 个电子，则应排布成 。40 分钟课时作业基础过关一、原子核外电子排布规律的理
14、解与应用1以下核外电子的表示方法中，能表示该原子处于能量最低状态的是( )AN：BF：CFe：Ar3d 54s2DCu：3d 104s1答案 D解析 A 选项不符合洪特规则，2p 轨道上的 3 个电子分占三个轨道时能量最低；B 选7项为 F 的轨道表示式；C 选项中 Fe 是 26 号元素，而非 25 号。2下列排布不符合泡利不相容原理的是( )答案 C解析 由于泡利不相容原理指的是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，所以只有选项 C 不满足此原理。3下面是第 2 周期部分元素基态原子的轨道表示式，据此下列说法错误的是( )A每个原子轨道中最多只能容纳 2 个
15、电子B电子排布在能量相同的轨道时，总是优先单独占据不同的轨道C每个电子层所具有的轨道类型的种数等于电子层的序数( n)D若原子轨道中有 2 个电子，则其自旋方向相反答案 D解析 由题给的四种元素原子的轨道表示式可知，在一个原子轨道中，最多只能容纳2 个电子即符合泡利不相容原理，A 正确；当电子排布在相同能量的不同轨道时，总是优先单独占据一个轨道，即符合洪特规则，B 正确；任一电子层的轨道总是从 s 轨道开始，而且轨道类型的种数等于该电子层序数，C 正确；若在一个原子轨道中有 2 个电子，则它们的自旋方向相反，若在能量相同的不同轨道中有 2 个电子，则自旋方向相同，故 D 错。二、原子核外电子排
16、布的表示方法4下列各原子或离子的电子排布式错误的是( )ANa 1s 22s22p6 BF 1s 22s22p6CN 3 1s 22s22p6 DO 2 1s 22s22p6答案 C解析 本题的关键是判断题中所给的电子数与元素符号是否相符。Na 、F 、O 2 都含有 10 个电子都正确，N 3 含有 4 个电子，故 C 项错误。5下列表示式中错误的是( )ANa 的电子式：Na 8BNa 的结构示意图：CNa 的电子排布式：1s 22s22p63s1DNa 的简化电子排布式：Na3s 1答案 D解析 简化电子排布式的“ ”中应为该元素上一周期的稀有气体元素，故 D 应为Ne3s1。6下列有关
17、铁原子的价电子排布表示正确的是( )A3d 64s2B4s 23d6答案 A解析 选项 B 排列顺序不正确；选项 C、D 违背了洪特规则，3d 轨道电子排布应先分占不同的轨道，且自旋方向相同。三、由原子核外电子排布确定元素7下面是某些元素的最外层电子排布式，各组指定的元素不能形成 AB2型化合物的是( )A2s 22p2和 2s22p4 B3s 23p4和 2s22p4C3s 2和 2s22p5 D3s 1和 3s23p4答案 D解析 A 项为 C 和 O，能形成 CO2；B 项为 S 和 O，能形成 SO2；C 项为 Mg 和 F，能形成MgF2；D 项为 Na 和 S，能形成 Na2S，属
18、 A2B 型，故选 D。8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2C最高正价为4D第二电子层没有未成对电子答案 D解析 由于 3p 轨道上有两个未成对电子，所以该原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p2或者 1s22s22p63s23p4。9下列各组中的 X 和 Y 两种原子，化学性质一定相似的是( )AX 原子和 Y 原子最外层都只有一个电子9BX 原子的核外电子排布为 1s2，Y 原子的核外电子排布为 1s22s2CX 原子 2p 轨道上有三个电子，Y 原子的 3p 轨道上有三个电子DX 原子核外 M 层上仅有两个电子，Y
19、原子核外 N 层上仅有两个电子答案 C解析 最外层只有一个电子的有 H、Na、Cr、Cu 等，他们的化学性质不同，A 错；选项 B 中 X 是 He，Y 是 Be，他们的化学性质也不同；选项 C 中 X 原子核外电子排布式为1s22s22p3，为 N 原子，Y 原子的核外电子排布式为 1s22s22p63s23p3，为 P 原子，同一主族，化学性质相似；选项 D 中 X 是 Mg，Y 原子 4s 轨道上有 2 个电子，可能为 Ca，但若为过渡元素，则由能量最低原则可知先排 4s 轨道，再排 3d 轨道，可能是 Fe、Zn 等，故化学性质不一定相同。能力提升10按要求填空。(1)17Cl 的电子
20、排布式_；(2)17Cl 的价电子排布式_；(3)17Cl 的电子式_；(4)17Cl 的轨道表示式_；(5)17Cl 的原子结构示意图_；(6)第 4 周期中最外层仅有 1 个电子的所有基态原子的电子排布式_。答案 (1)Ne3s 23p5 (2)3s 23p5(3) Cl (4)(5)(6)19K：Ar4s 1、 24Cr：Ar3d 54s1、 29Cu：Ar3d 104s1解析 (1)(5)主要考查电子排布式、价电子排布式、电子式、轨道表示式、原子结构示意图等常用化学用语概念的区别。(6)第 4 周期最外层只有 1 个电子的最外层电子排布式为 4s1，此时 3s、3p 应已填满，3d 轨
21、道可能全空、半充满或全充满，即其电子排布式为Ar4s1、Ar3d 54s1、Ar3d 104s1。11五种元素原子的电子层结构如下：A1s 22s22p63s23p63d54s2；B1s 22s22p63s2；10C1s 22s22p6；D1s 22s22p63s23p2；EAr4s 1。请回答：(1)_元素是稀有气体。含未成对电子数最多的元素是_。(2)A 的元素符号是_，其核外电子共有_种运动状态。(3)D 元素原子的轨道表示式为_。答案 (1)C(Ne) A(Mn) (2)Mn 25(3)解析 由原子的电子排布式可知 AE 元素分别为 Mn、Mg、Ne、Si、K，其中 A、D、E元素的原
22、子轨道中排布有未成对电子，其轨道表示式分别为 A. 、D.、E. ，故 A 中含未成对电子数最多。任何多电子原子中不会存在两个运动状态完全相同的电子，即 A 中共有 25 种运动状态不同的电子。12某元素的原子序数为 33，请回答：(1)该元素原子的质子数为_，有_个电子。(2)该元素原子核外有_个电子层，_个能级，_个原子轨道。(3)它的最外层电子排布为_，它的电子排布式为_，轨道表示式为_。答案 (1)33 33 (2)4 8 18(3)4s24p3 1s 22s22p63s23p63d104s24p3解析 (1)根据元素原子的核外电子数质子数原子序数，可得出答案。(2)先利用能级顺序和排
23、布原则排出其电子排布式：1s 22s22p63s23p63d104s24p3，得出该元素原子核外有 8 个能级，共 1131351318 个原子轨道(s：1 个轨道；p：3 个轨道；d：5 个轨道)。13有 A、B、C、D 四种短周期主族元素，它们的原子序数依次增大，其中 A 元素原子核外电子仅有一种原子轨道，也是宇宙中最丰富的元素，B 元素原子核外 p 电子数比 s 电子数少 1，C 为金属元素且原子核外 p 电子数和 s 电子数相等，D 元素的原子核外所有 p 轨11道全充满或半充满。(1)写出四种元素的元素符号：A_；B_；C_；D_。(2)写出 C、D 两种元素基态原子核外电子轨道表示
24、式：C_，D_。(3)写出 B、C 两种元素的单质在一定条件下反应的化学方程式：_。(4)写出 B 元素的单质和氢化物的电子式，单质_，氢化物_。答案 (1)H N Mg P(2)(3)N23Mg Mg3N2= = = = =点 燃 (4) NN H H N 解析 A 是宇宙中最丰富的元素，则 A 为氢；B 元素原子的核外电子排布式为1s22s22p3，为氮；C 元素原子的核外电子排布式为 1s22s22p63s2，为镁；D 元素原子的核外电子排布式为 1s22s22p63s23p3，为磷。拓展探究14有第 4 周期的 A、B、C、D 四种元素，其价电子数依次为 1、2、2、7，其原子序数依
25、A、B、C、D 依次增大。已知 A 与 B 的次外层电子数为 8，而 C 与 D 为 18。根据原子结构，判断 A、B、C、D 各是什么元素？(1)哪些是金属元素？(2)D 与 A 的简单离子是什么？并写出其离子的电子排布式。(3)哪一元素的氢氧化物碱性最强？(4)B 与 D 两原子间能形成何种化合物？写出化学式及电子式。答案 A：K，B：Ca，C：Zn，D：Br(1)K，Ca，Zn(2)Br ，K ；Br ：1s 22s22p63s23p63d104s24p6，K ：1s 22s22p63s23p6(3)K(4)离子化合物，CaBr 2， Ca2 Br Br 12解析 此题的突破口在于 A 的价电子为数 1，且次外层电子数为 8，且在第 4 周期，所以 A为 K；B 的价电子数为 2，次外层电子数为 8，所以 B 为 Ca；C、D 的价电子数应为 2、7，次外层电子数都为 18，又都在第 4 周期，所以 C、D 分别是 Zn、Br。
