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高中化学人教版 (2019)选择性必修2第一节 原子结构图文课件ppt
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这是一份高中化学人教版 (2019)选择性必修2第一节 原子结构图文课件ppt，共60页。
1.能说明微观粒子的运动状态与宏观物体运动特点的差异。2.通过对核外电子排布规律的分析,了解原子的基态与激发态的含义与关系,能辨识光谱与电子跃迁之间的关系,形成宏观辨识与微观探析的化学学科核心素养。3.通过原子轨道和电子云模型的学习,了解核外电子运动状态的描述方法,形成证据推理与模型认知的化学学科核心素养。4.能结合能量最低原理、泡利原理、洪特规则书写1~36号元素基态原子或离子的电子排布式和轨道表示式,并说明含义。
一、能层与能级1.能层。(1)核外电子按 能量 不同分成能层。电子的能层由内向外排序,能层越高,电子的能量越高。 (2)符号:能层序数一、二、三、四、五、六、七,分别用符号 K、L、M、N、O、P、Q 表示。(3)能量关系:由K能层→Q能层,能量逐渐 升高 。
2.能级。(1)同一能层的电子,可分成不同能级。能级的符号与最多容纳的电子数如下:
(2)任一能层的能级总是从 s 能级开始,能级数等于 该能层序数 。能级的字母代号总是 s 、 p 、 d 、 f ……排序的,字母前的数字是它们所处的能层序数,它们可容纳的最多电子数依次为1,3,5,7……的 2 倍。(3)多电子原子中,同一能层各能级的能量,按ns、np、nd、nf……逐渐 升高 。
微判断(1)不同能层的s能级的能量相同。( )(2)同一原子中,2p、3p、4p的能量逐渐升高。( )(3)不同能层中s能级最多所能容纳的电子数是不相同的。( )
微训练1原子核外的某一能层最多能容纳的电子数为18,则该能层是( )。A.K能层B.L能层C.O能层D.M能层答案:D解析:根据原子核外电子排布规律,每层最多容纳的电子数为2n2,最多能容纳的电子数为18,则2n2=18,n=3,为第三层,该能层为M层。
二、基态与激发态 原子光谱1.基态原子与激发态原子。(1)基态原子:处于最低能量状态的原子。(2)激发态原子:基态原子吸收能量后,它的电子会跃迁到较高能级,变为激发态原子。
2.原子光谱。(1)原子光谱的成因及分类。
(2)光谱分析:利用原子光谱上的 特征谱线 来鉴定元素,称为光谱分析。
微训练21.对充有氖气的霓虹灯管通电,灯管发出红色光。产生这一现象的主要原因是( )。A.电子由激发态向基态跃迁时以光的形式释放能量B.电子由基态向激发态跃迁时吸收除红光以外的光线C.氖原子获得电子后转变成发出红光的物质D.在电流的作用下,氖原子与构成灯管的物质发生反应答案:A
解析:解答该题的关键是明确基态原子与激发态原子的相互转化及其转化过程中的能量变化和现象。在电流作用下,基态氖原子的电子吸收能量跃迁到较高能级,变为激发态原子,这一过程要吸收能量,不会发出红色光;而电子从较高能量的激发态跃迁到较低能量的激发态或基态时,将释放能量,从而产生红色光,故A项正确。
2.电子由4s能级跃迁至4d能级时,可通过光谱仪直接摄取( )。A.电子的运动轨迹图像B.原子的吸收光谱C.电子体积大小的图像D.原子的发射光谱答案:B解析:由于E(4s)
(2)核外电子填入能级的方式:电子填满了一个能级,开始填入下一个能级,由此构建了元素周期系中各元素的基态原子的电子排布。
2.电子排布式。从氢到碳的基态原子的电子排布式为:
电子排布式中能级的电子数标注在该能级符号 右上角 ,并且能层低的能级写在 左 边。以Al的基态原子的电子排布式为例,其中各符号、数字的意义如下:
微思考电子填入能级时,是否填满了一个能层的所有能级再填充下一个能层?提示:不一定。电子填入K、L、M能层时,填满了K能层填L能层,填满了L能层填M能层。但是电子填充了M能层的3s、3p能级后不是填充3d能级,而是填充了4s能级,即没有填满M能层就填入了N能层,出现了能级交错现象。
微训练31.根据构造原理,试比较下列能级的能量高低(填“>”或“<”)。(1)2p 3p 4p (2)4s 4p 4d 4f (3)4s 3d (4)6s 4f 5d
2.根据构造原理,写出下列基态原子的电子排布式:(1)16S:___________________。 (2)10Ne:___________________。 (3)20Ca:___________________。 (4)11Na:___________________。
1s22s22p63s23p41s22s22p61s22s22p63s23p64s21s22s22p63s1
一 探究能层与能级的数量关系
问题探究晶圆是指制作硅半导体电路所用的硅晶片,其原材料是硅。通过专门的工艺可以在晶圆片上刻蚀出数百万甚至上亿的晶体管,晶体管通过控制电流来管理数据,形成各种文字、数字、声音、图像和色彩。它们被广泛用于集成电路,如计算机和电视,还有的应用于先进的微波传送、激光转换系统、医疗诊断和治疗设备、防御系统和载人飞船。
(1)硅元素基态原子核外电子总数是多少?硅元素的基态原子核外共有几个能层?提示:硅元素基态原子核外电子总数是14,硅元素基态原子核外有3个能层。(2)基态硅原子的1s、2s、3s各能级中最多可容纳的电子数是否相同?它们的能量是否相同?提示:各能级中最多可容纳的电子数相同,都是2个。它们的能量不同,能层序数越大,对应能级的能量越高。
归纳总结1.能层、能级中的数量关系。(1)任一能层,能级数=该能层序数,且总是从s能级开始。(2)以s、p、d、f……排序的各能级最多可容纳的电子数依次为1,3,5,7……的2倍。(3)每个能层最多可容纳的电子数是能层序数(n)的平方的2倍,即2n2。(4)字母代号相同的不同能层的能级中所容纳的最多电子数相同。如3d、4d、5d能级所能容纳的最多电子数均是10。
2.不同能层中各能级之间能量的大小关系。(1)不同能层中字母代号相同的能级,能层序数越大,能量越高。如E(1s)
解析:各能层中的能级数等于其所处的能层序数,即当n=1时,它只有一个s能级;当n=2时,含有两个能级,分别为s、p能级,B、C两项错误。D项,每个能层最多能容纳2n2个电子,但不是一定含有2n2个电子。
学以致用1.下列符号不符合事实的有( )。①2p2 ②2d2 ③3f3 ④4s4A.1项B.2项C.3项D.4项答案:C解析:s能级最多可容纳2个电子,p能级最多可容纳6个电子,d能级最多可容纳10个电子,f能级最多容纳14个电子,d能级从第3能层开始,f能级从第4能层开始,因此不存在2d2、3f3、4s4。
2.下列能级能量由小到大排列顺序正确的是( )。A.2p、3p、3s、3dB.4s、4p、3d、4dC.4p、5p、4f、6sD.1s、2s、3s、3p答案:D解析:根据能量顺序知,2p<3s<3p<3d,故A项错误;根据能量顺序知,4s<3d<4p<4d,故B项错误;根据能量顺序知, 4p<5p<6s<4f,故C项错误;根据能量顺序知,1s<2s<3s<3p,故D项正确。
二 构造原理与电子排布式
问题探究下图是元素周期表的部分片段。
(1)仔细观察表中的信息,Cr、Cu、Ag等基态原子的价层电子排布是否符合构造原理?怎样正确理解和应用构造原理?提示:根据构造原理,Cr、Cu、Ag等基态原子的价层电子排布应分别为Cr:3d44s2,Cu:3d94s2,Ag:4d95s2,而实际是Cr:3d54s1,Cu:3d104s1,Ag:4d105s1,所以不符合构造原理。在书写基态原子的电子排布式或价层电子排布式时应尊重客观事实,注意理论的适用范围,掌握特例等。
(2)根据构造原理,如何理解原子核外最外层电子数目不可能超过8(只有K层时不超过2)?提示:根据构造原理,当出现d能级时,能量由高到低的顺序为(n+2)s>(n+1)p>nd>(n+1)s,当n≥3,np能级充满时最多容纳6个电子,多余电子不是填入nd能级中,而是首先形成新能层,填入能量较低的(n+1)s能级中,(n+1)s填满后,再依次填满nd、(n+1)p能级。同理,当(n+1)p填满后,电子填入(n+2)s,因此最外层电子数不可能超过8。
归纳总结1.构造原理。(1)电子按照构造原理排布,会使整个原子的能量处于最低状态,原子相对较稳定。绝大多数基态原子的核外电子排布顺序符合构造原理。(2)从构造原理示意图可以看出,从第三能层开始,不同能层的能级出现能级交错现象。能级交错是指能层序数较大的某些能级的能量反而低于能层序数较小的某些能级的能量的现象。如E(3d)>E(4s)、E(4d)>E(5s)、E(4f)>E(6s)等,可参照下图理解:
2.基态原子的电子排布式。(1)无能级交错的基态原子的电子排布式。按照构造原理将电子依次填充到能量逐渐升高的能级中,填满了一个能级再填下一个能级。例如:
(2)有能级交错的基态原子的电子排布式。先将能级按构造原理排列,然后将同一能层的能级放到一起,低能层的能级写在左边。例如26Fe:先按构造原理排列→1s22s22p63s23p64s23d6 ↓ ↓再将同一能层的能级放在一起→1s22s22p63s23p63d64s2
(3)特殊基态原子的电子排布式。由原子光谱得知,24Cr、29Cu等过渡金属元素基态原子的电子排布式不遵循构造原理模型,需要特别记忆。
3.基态原子的简化电子排布式和价层电子排布式。为了避免电子排布式过于烦琐,把内层电子达到稀有气体元素原子结构的部分,用相应稀有气体元素符号外加方括号来表示。如基态Na原子的电子排布式为1s22s22p63s1,其第一、第二能层的电子排布与基态Ne原子的电子排布式1s22s22p6相同,可简化为[Ne]3s1;同理基态K原子的电子排布式为1s22s22p63s23p64s1,可简化为[Ar]4s1。
在化学反应中可能发生电子变动的能级称为价电子层(简称价层)。为了突出化合价与电子排布的关系,有时只要求写价层电子排布式。如:K的价层电子排布式为4s1,Fe的价层电子排布式为3d64s2。
典例剖析【例2】 按要求填空。(1)硼元素基态原子的电子排布式为 。 (2)氮元素基态原子的价层电子排布式为 。(3)Se的原子序数为 ,基态Se核外M层电子的排布式为 。 (4)Li3N晶体中氮以N3-存在,基态N3-的电子排布式为 。(5)写出基态镓(Ga)原子的简化电子排布式: 。
答案:(1)1s22s22p1(2)2s22p3(3)34 3s23p63d10(4)1s22s22p6(5)[Ar]3d104s24p1
解析:本题以电子排布式的书写为载体考查构造原理的掌握程度,形成学生证据推理与模型认知的化学核心素养。(1)基态硼原子的核外有5个电子,基态硼原子的电子排布式为1s22s22p1。(2)基态氮原子最外层有5个电子,最高能层为L,价层电子排布式为2s22p3。(3)Se与O同主族,Se的原子序数为34,N能层有6个电子,故其M层排满,M层电子的排布式为3s23p63d10。(4)基态氮原子的电子排布式为1s22s22p3,基态氮原子得到3个电子后成为N3-,基态N3-的电子排布式为1s22s22p6。
(5)Ga为第四周期第ⅢA族元素,其基态原子的最外层电子排布式为4s24p1,基态镓原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p1,简化为[Ar]3d104s24p1。
方法技巧书写电子排布式的关键是熟悉构造原理,各能级能量由低到高可记为ns<(n-2)f<(n-1)d
解析:氟原子核外有9个电子,根据构造原理知,其核外电子排布式为1s22s22p5,故A项正确;氯离子核外有18个电子,根据构造原理知,其核外电子排布式为1s22s22p63s23p6,故B项错误;K原子核外有19个电子,根据构造原理知,其核外电子排布式为1s22s22p63s23p64s1,故C项正确;镁离子核外有10个电子,根据构造原理知,其核外电子排布式为1s22s22p6,故D项正确。
4.根据构造原理写出下列基态原子或离子的核外电子排布式。(1)X元素基态原子核外M层电子数是L层电子数的一半: 。 (2)Y元素基态原子的最外层电子数是次外层电子数的1.5倍: 。 (3)基态Ni2+、Fe3+的简化电子排布式分别为 、 。答案:(1) 1s22s22p63s23p2 (2) 1s22s22p1(3)[Ar]3d8 [Ar]3d5
解析:(1)L层有8个电子,则M层有4个电子,故X元素为硅。(2)当次外层为K层时,最外层电子数为3,则Y元素为硼;当次外层为L层时,最外层电子数为1.5×8=12,违背了核外电子排布规律,故这种情况不可能。(3)Ni的原子序数为28,根据构造原理,基态Ni原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d84s2,故基态Ni2+的电子排布式为1s22s22p63s23p63d8;基态Fe原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2,故基态Fe3+的电子排布式为1s22s22p63s23p63d5。
1.下列各能层不包含d能级的是( )。A.OB.NC.MD.K答案:D解析:多电子的原子中,同一能层的电子可分为不同的能级,K层只有s能级,L层有s、p能级,从M层开始有d能级。
2.下列现象与电子跃迁无关的是( )。A.原子光谱 B.霓虹灯光C.石墨导电D.焰色试验答案:C解析:不同元素原子的电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原子的吸收光谱或发射光谱,总称原子光谱,即原子光谱和电子的跃迁有关,故A项错误;霓虹灯光与原子核外电子跃迁释放能量有关,故B项错误;石墨层内有能自由移动的电子,和电子的跃迁无关,故C项正确;焰色试验与原子核外电子跃迁释放能量有关,故D项错误。
3.电子在一个原子的下列能级中排布时,最后一个排布的是( )。A.nsB.npC.(n-1)dD.(n-2)f答案:B解析:根据构造原理,电子在排布时应先填入能量低的能级,填满后再填入能量高的能级。根据能级的能量高低顺序: ns<(n-2)f<(n-1)d
解析:硅原子由基态转变为激发态,这一过程吸收能量,其处于激发态时的能量高于基态时的能量,故A项正确,B、C两项错误。转变后硅原子与基态磷原子的电子层结构不相同,因为基态磷原子的最外层排布式为3s23p3,所以化学性质也不相同,D项错误。
5.下列各基态原子的电子排布式正确的是( )。①Be:1s22s12p1 ②C:1s22s22p2 ③He:1s12s1 ④Cl:1s22s22p63s23p5A.①②B.②③C.①③D.②④答案:D解析:①应为Be:1s22s2;③应为He:1s2。
6.(1)已知短周期元素A、B,A元素原子的最外层电子数为m,次外层电子数为n;B元素原子的M层(有电子)电子数为m-n-1,L层电子数为m+n+2,则A为 (填元素符号,下同),B为 。 (2)已知X元素原子的L层比Y元素原子的L层少3个电子,Y元素原子的核外电子总数比X元素原子的多5,则X、Y分别为 、 。 答案:(1)C Na (2)N Mg
解析:(1)短周期元素的原子最多有三个能层(K、L、M),则A元素原子的次外层只可能为K层或L层,n只可能是2或8,又因为B元素原子的L层电子数为m+n+2,而L层最多容纳8个电子,所以n只能是2。由m+n+2=8,得m=4。故A元素原子的核外电子排布情况为K层2个电子,L层4个电子,则A为C;B元素原子的核外电子排布情况为K层2个电子,L层8个电子,M层1个电子,则B为Na。
(2)由题意知,Y元素原子的最外层是M层,根据核外电子排布规律可知,其L层为次外层时只能排8个电子,则X元素原子的L层有5个电子,其原子核外电子数为2+5=7,故X为N;Y元素原子核外电子数为7+5=12,故Y为Mg。
7.(1)写出下列基态原子的价层电子排布式:①Na ,②Al ,③Cl , ④Mn ,⑤Br 。
(2)在原子核外的各能级中,能量相近的能级划分为一组,称为能级组,如图。
分析各能级组的特点,可以得出各能级组的通式是 。
1.能说明微观粒子的运动状态与宏观物体运动特点的差异。2.通过对核外电子排布规律的分析,了解原子的基态与激发态的含义与关系,能辨识光谱与电子跃迁之间的关系,形成宏观辨识与微观探析的化学学科核心素养。3.通过原子轨道和电子云模型的学习,了解核外电子运动状态的描述方法,形成证据推理与模型认知的化学学科核心素养。4.能结合能量最低原理、泡利原理、洪特规则书写1~36号元素基态原子或离子的电子排布式和轨道表示式,并说明含义。
一、能层与能级1.能层。(1)核外电子按 能量 不同分成能层。电子的能层由内向外排序,能层越高,电子的能量越高。 (2)符号:能层序数一、二、三、四、五、六、七,分别用符号 K、L、M、N、O、P、Q 表示。(3)能量关系:由K能层→Q能层,能量逐渐 升高 。
2.能级。(1)同一能层的电子,可分成不同能级。能级的符号与最多容纳的电子数如下:
(2)任一能层的能级总是从 s 能级开始,能级数等于 该能层序数 。能级的字母代号总是 s 、 p 、 d 、 f ……排序的,字母前的数字是它们所处的能层序数,它们可容纳的最多电子数依次为1,3,5,7……的 2 倍。(3)多电子原子中,同一能层各能级的能量,按ns、np、nd、nf……逐渐 升高 。
微判断(1)不同能层的s能级的能量相同。( )(2)同一原子中,2p、3p、4p的能量逐渐升高。( )(3)不同能层中s能级最多所能容纳的电子数是不相同的。( )
微训练1原子核外的某一能层最多能容纳的电子数为18,则该能层是( )。A.K能层B.L能层C.O能层D.M能层答案:D解析:根据原子核外电子排布规律,每层最多容纳的电子数为2n2,最多能容纳的电子数为18,则2n2=18,n=3,为第三层,该能层为M层。
二、基态与激发态 原子光谱1.基态原子与激发态原子。(1)基态原子:处于最低能量状态的原子。(2)激发态原子:基态原子吸收能量后,它的电子会跃迁到较高能级,变为激发态原子。
2.原子光谱。(1)原子光谱的成因及分类。
(2)光谱分析:利用原子光谱上的 特征谱线 来鉴定元素,称为光谱分析。
微训练21.对充有氖气的霓虹灯管通电,灯管发出红色光。产生这一现象的主要原因是( )。A.电子由激发态向基态跃迁时以光的形式释放能量B.电子由基态向激发态跃迁时吸收除红光以外的光线C.氖原子获得电子后转变成发出红光的物质D.在电流的作用下,氖原子与构成灯管的物质发生反应答案:A
解析:解答该题的关键是明确基态原子与激发态原子的相互转化及其转化过程中的能量变化和现象。在电流作用下,基态氖原子的电子吸收能量跃迁到较高能级,变为激发态原子,这一过程要吸收能量,不会发出红色光;而电子从较高能量的激发态跃迁到较低能量的激发态或基态时,将释放能量,从而产生红色光,故A项正确。
2.电子由4s能级跃迁至4d能级时,可通过光谱仪直接摄取( )。A.电子的运动轨迹图像B.原子的吸收光谱C.电子体积大小的图像D.原子的发射光谱答案:B解析:由于E(4s)
(2)核外电子填入能级的方式:电子填满了一个能级,开始填入下一个能级,由此构建了元素周期系中各元素的基态原子的电子排布。
2.电子排布式。从氢到碳的基态原子的电子排布式为:
电子排布式中能级的电子数标注在该能级符号 右上角 ,并且能层低的能级写在 左 边。以Al的基态原子的电子排布式为例,其中各符号、数字的意义如下:
微思考电子填入能级时,是否填满了一个能层的所有能级再填充下一个能层?提示:不一定。电子填入K、L、M能层时,填满了K能层填L能层,填满了L能层填M能层。但是电子填充了M能层的3s、3p能级后不是填充3d能级,而是填充了4s能级,即没有填满M能层就填入了N能层,出现了能级交错现象。
微训练31.根据构造原理,试比较下列能级的能量高低(填“>”或“<”)。(1)2p 3p 4p (2)4s 4p 4d 4f (3)4s 3d (4)6s 4f 5d
2.根据构造原理,写出下列基态原子的电子排布式:(1)16S:___________________。 (2)10Ne:___________________。 (3)20Ca:___________________。 (4)11Na:___________________。
1s22s22p63s23p41s22s22p61s22s22p63s23p64s21s22s22p63s1
一 探究能层与能级的数量关系
问题探究晶圆是指制作硅半导体电路所用的硅晶片,其原材料是硅。通过专门的工艺可以在晶圆片上刻蚀出数百万甚至上亿的晶体管,晶体管通过控制电流来管理数据,形成各种文字、数字、声音、图像和色彩。它们被广泛用于集成电路,如计算机和电视,还有的应用于先进的微波传送、激光转换系统、医疗诊断和治疗设备、防御系统和载人飞船。
(1)硅元素基态原子核外电子总数是多少?硅元素的基态原子核外共有几个能层?提示:硅元素基态原子核外电子总数是14,硅元素基态原子核外有3个能层。(2)基态硅原子的1s、2s、3s各能级中最多可容纳的电子数是否相同?它们的能量是否相同?提示:各能级中最多可容纳的电子数相同,都是2个。它们的能量不同,能层序数越大,对应能级的能量越高。
归纳总结1.能层、能级中的数量关系。(1)任一能层,能级数=该能层序数,且总是从s能级开始。(2)以s、p、d、f……排序的各能级最多可容纳的电子数依次为1,3,5,7……的2倍。(3)每个能层最多可容纳的电子数是能层序数(n)的平方的2倍,即2n2。(4)字母代号相同的不同能层的能级中所容纳的最多电子数相同。如3d、4d、5d能级所能容纳的最多电子数均是10。
2.不同能层中各能级之间能量的大小关系。(1)不同能层中字母代号相同的能级,能层序数越大,能量越高。如E(1s)
解析:各能层中的能级数等于其所处的能层序数,即当n=1时,它只有一个s能级;当n=2时,含有两个能级,分别为s、p能级,B、C两项错误。D项,每个能层最多能容纳2n2个电子,但不是一定含有2n2个电子。
学以致用1.下列符号不符合事实的有( )。①2p2 ②2d2 ③3f3 ④4s4A.1项B.2项C.3项D.4项答案:C解析:s能级最多可容纳2个电子,p能级最多可容纳6个电子,d能级最多可容纳10个电子,f能级最多容纳14个电子,d能级从第3能层开始,f能级从第4能层开始,因此不存在2d2、3f3、4s4。
2.下列能级能量由小到大排列顺序正确的是( )。A.2p、3p、3s、3dB.4s、4p、3d、4dC.4p、5p、4f、6sD.1s、2s、3s、3p答案:D解析:根据能量顺序知,2p<3s<3p<3d,故A项错误;根据能量顺序知,4s<3d<4p<4d,故B项错误;根据能量顺序知, 4p<5p<6s<4f,故C项错误;根据能量顺序知,1s<2s<3s<3p,故D项正确。
二 构造原理与电子排布式
问题探究下图是元素周期表的部分片段。
(1)仔细观察表中的信息,Cr、Cu、Ag等基态原子的价层电子排布是否符合构造原理?怎样正确理解和应用构造原理?提示:根据构造原理,Cr、Cu、Ag等基态原子的价层电子排布应分别为Cr:3d44s2,Cu:3d94s2,Ag:4d95s2,而实际是Cr:3d54s1,Cu:3d104s1,Ag:4d105s1,所以不符合构造原理。在书写基态原子的电子排布式或价层电子排布式时应尊重客观事实,注意理论的适用范围,掌握特例等。
(2)根据构造原理,如何理解原子核外最外层电子数目不可能超过8(只有K层时不超过2)?提示:根据构造原理,当出现d能级时,能量由高到低的顺序为(n+2)s>(n+1)p>nd>(n+1)s,当n≥3,np能级充满时最多容纳6个电子,多余电子不是填入nd能级中,而是首先形成新能层,填入能量较低的(n+1)s能级中,(n+1)s填满后,再依次填满nd、(n+1)p能级。同理,当(n+1)p填满后,电子填入(n+2)s,因此最外层电子数不可能超过8。
归纳总结1.构造原理。(1)电子按照构造原理排布,会使整个原子的能量处于最低状态,原子相对较稳定。绝大多数基态原子的核外电子排布顺序符合构造原理。(2)从构造原理示意图可以看出,从第三能层开始,不同能层的能级出现能级交错现象。能级交错是指能层序数较大的某些能级的能量反而低于能层序数较小的某些能级的能量的现象。如E(3d)>E(4s)、E(4d)>E(5s)、E(4f)>E(6s)等,可参照下图理解:
2.基态原子的电子排布式。(1)无能级交错的基态原子的电子排布式。按照构造原理将电子依次填充到能量逐渐升高的能级中,填满了一个能级再填下一个能级。例如:
(2)有能级交错的基态原子的电子排布式。先将能级按构造原理排列,然后将同一能层的能级放到一起,低能层的能级写在左边。例如26Fe:先按构造原理排列→1s22s22p63s23p64s23d6 ↓ ↓再将同一能层的能级放在一起→1s22s22p63s23p63d64s2
(3)特殊基态原子的电子排布式。由原子光谱得知,24Cr、29Cu等过渡金属元素基态原子的电子排布式不遵循构造原理模型,需要特别记忆。
3.基态原子的简化电子排布式和价层电子排布式。为了避免电子排布式过于烦琐,把内层电子达到稀有气体元素原子结构的部分,用相应稀有气体元素符号外加方括号来表示。如基态Na原子的电子排布式为1s22s22p63s1,其第一、第二能层的电子排布与基态Ne原子的电子排布式1s22s22p6相同,可简化为[Ne]3s1;同理基态K原子的电子排布式为1s22s22p63s23p64s1,可简化为[Ar]4s1。
在化学反应中可能发生电子变动的能级称为价电子层(简称价层)。为了突出化合价与电子排布的关系,有时只要求写价层电子排布式。如:K的价层电子排布式为4s1,Fe的价层电子排布式为3d64s2。
典例剖析【例2】 按要求填空。(1)硼元素基态原子的电子排布式为 。 (2)氮元素基态原子的价层电子排布式为 。(3)Se的原子序数为 ,基态Se核外M层电子的排布式为 。 (4)Li3N晶体中氮以N3-存在,基态N3-的电子排布式为 。(5)写出基态镓(Ga)原子的简化电子排布式: 。
答案:(1)1s22s22p1(2)2s22p3(3)34 3s23p63d10(4)1s22s22p6(5)[Ar]3d104s24p1
解析:本题以电子排布式的书写为载体考查构造原理的掌握程度,形成学生证据推理与模型认知的化学核心素养。(1)基态硼原子的核外有5个电子,基态硼原子的电子排布式为1s22s22p1。(2)基态氮原子最外层有5个电子,最高能层为L,价层电子排布式为2s22p3。(3)Se与O同主族,Se的原子序数为34,N能层有6个电子,故其M层排满,M层电子的排布式为3s23p63d10。(4)基态氮原子的电子排布式为1s22s22p3,基态氮原子得到3个电子后成为N3-,基态N3-的电子排布式为1s22s22p6。
(5)Ga为第四周期第ⅢA族元素,其基态原子的最外层电子排布式为4s24p1,基态镓原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p1,简化为[Ar]3d104s24p1。
方法技巧书写电子排布式的关键是熟悉构造原理,各能级能量由低到高可记为ns<(n-2)f<(n-1)d
解析:氟原子核外有9个电子,根据构造原理知,其核外电子排布式为1s22s22p5,故A项正确;氯离子核外有18个电子,根据构造原理知,其核外电子排布式为1s22s22p63s23p6,故B项错误;K原子核外有19个电子,根据构造原理知,其核外电子排布式为1s22s22p63s23p64s1,故C项正确;镁离子核外有10个电子,根据构造原理知,其核外电子排布式为1s22s22p6,故D项正确。
4.根据构造原理写出下列基态原子或离子的核外电子排布式。(1)X元素基态原子核外M层电子数是L层电子数的一半: 。 (2)Y元素基态原子的最外层电子数是次外层电子数的1.5倍: 。 (3)基态Ni2+、Fe3+的简化电子排布式分别为 、 。答案:(1) 1s22s22p63s23p2 (2) 1s22s22p1(3)[Ar]3d8 [Ar]3d5
解析:(1)L层有8个电子,则M层有4个电子,故X元素为硅。(2)当次外层为K层时,最外层电子数为3,则Y元素为硼;当次外层为L层时,最外层电子数为1.5×8=12,违背了核外电子排布规律,故这种情况不可能。(3)Ni的原子序数为28,根据构造原理,基态Ni原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d84s2,故基态Ni2+的电子排布式为1s22s22p63s23p63d8;基态Fe原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2,故基态Fe3+的电子排布式为1s22s22p63s23p63d5。
1.下列各能层不包含d能级的是( )。A.OB.NC.MD.K答案:D解析:多电子的原子中,同一能层的电子可分为不同的能级,K层只有s能级,L层有s、p能级,从M层开始有d能级。
2.下列现象与电子跃迁无关的是( )。A.原子光谱 B.霓虹灯光C.石墨导电D.焰色试验答案:C解析:不同元素原子的电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原子的吸收光谱或发射光谱,总称原子光谱,即原子光谱和电子的跃迁有关,故A项错误;霓虹灯光与原子核外电子跃迁释放能量有关,故B项错误;石墨层内有能自由移动的电子,和电子的跃迁无关,故C项正确;焰色试验与原子核外电子跃迁释放能量有关,故D项错误。
3.电子在一个原子的下列能级中排布时,最后一个排布的是( )。A.nsB.npC.(n-1)dD.(n-2)f答案:B解析:根据构造原理,电子在排布时应先填入能量低的能级,填满后再填入能量高的能级。根据能级的能量高低顺序: ns<(n-2)f<(n-1)d
解析:硅原子由基态转变为激发态,这一过程吸收能量,其处于激发态时的能量高于基态时的能量,故A项正确,B、C两项错误。转变后硅原子与基态磷原子的电子层结构不相同,因为基态磷原子的最外层排布式为3s23p3,所以化学性质也不相同,D项错误。
5.下列各基态原子的电子排布式正确的是( )。①Be:1s22s12p1 ②C:1s22s22p2 ③He:1s12s1 ④Cl:1s22s22p63s23p5A.①②B.②③C.①③D.②④答案:D解析:①应为Be:1s22s2;③应为He:1s2。
6.(1)已知短周期元素A、B,A元素原子的最外层电子数为m,次外层电子数为n;B元素原子的M层(有电子)电子数为m-n-1,L层电子数为m+n+2,则A为 (填元素符号,下同),B为 。 (2)已知X元素原子的L层比Y元素原子的L层少3个电子,Y元素原子的核外电子总数比X元素原子的多5,则X、Y分别为 、 。 答案:(1)C Na (2)N Mg
解析:(1)短周期元素的原子最多有三个能层(K、L、M),则A元素原子的次外层只可能为K层或L层,n只可能是2或8,又因为B元素原子的L层电子数为m+n+2,而L层最多容纳8个电子,所以n只能是2。由m+n+2=8,得m=4。故A元素原子的核外电子排布情况为K层2个电子,L层4个电子,则A为C;B元素原子的核外电子排布情况为K层2个电子,L层8个电子,M层1个电子,则B为Na。
(2)由题意知,Y元素原子的最外层是M层,根据核外电子排布规律可知,其L层为次外层时只能排8个电子,则X元素原子的L层有5个电子,其原子核外电子数为2+5=7,故X为N;Y元素原子核外电子数为7+5=12,故Y为Mg。
7.(1)写出下列基态原子的价层电子排布式:①Na ,②Al ,③Cl , ④Mn ,⑤Br 。
(2)在原子核外的各能级中,能量相近的能级划分为一组,称为能级组,如图。
分析各能级组的特点,可以得出各能级组的通式是 。
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