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鲁科版 (2019)选择性必修2第2节 原子结构与元素周期表课文内容ppt课件
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这是一份鲁科版 (2019)选择性必修2第2节 原子结构与元素周期表课文内容ppt课件，共60页。PPT课件主要包含了课前自主学习，右上角，电子数目，s22s1，全充满，半充满，课堂合作探究，探究总结，课堂素养达标等内容，欢迎下载使用。
学习任务一 基态原子的核外电子排布规律任务驱动:研究发现,原子中的核外电子是按照一定的规律分布在各个原子轨道上的,这些规律的基本内容是什么?
【做一做】指出下列核外电子排布的书写分别违背了什么原则。(1)2p轨道上有3个电子的原子: (2)2p轨道上有2个电子的原子: (3)4s轨道上有2个电子的原子: (4)3d轨道上有8个电子: 提示:(1)、(2)、(4)违背了洪特规则,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,且自旋状态相同。(3)违背了泡利不相容原理,一个原子轨道最多只容纳两个电子,而且这两个电子的自旋状态不同。
学习任务二 基态原子核外电子排布的表示方法任务驱动:我们知道,基态原子的核外电子排布要遵循各种规律,那么应该如何表示核外电子的排布呢?1.电子排布式表示原子核外电子排布的一种方式,在ns、np、nd等各能级符号的_______用数字表示出该能级中的_________。如基态Li原子的电子排布式为______,基态Al原子的电子排布式为______________。
1s22s22p63s23p1
2.轨道表示式 如基态O原子的轨道表示式为_________________。
3.洪特规则特例(1)内容:能量相同的原子轨道在_______(如p6和d10)、________(如p3和d5)和_____(如p0和d0)状态时,体系的能量较低。(2)举例:写出下列基态原子的电子排布式。Cr:___________________。Cu:____________________。
1s22s22p63s23p63d54s1
1s22s22p63s23p63d104s1
【做一做】写出下列基态原子或基态离子的电子排布式:(1)B:________________________; V:___________________________; Ga:__________________________; Ge:__________________________。 (2)N3-:_______________________; Ni2+:_________________________; Cr3+:_________________________; Mn2+:_________________________。
提示:(1)1s22s22p1 1s22s22p63s23p63d34s21s22s22p63s23p63d104s24p1 1s22s22p63s23p63d104s24p2(2)1s22s22p6 1s22s22p63s23p63d81s22s22p63s23p63d3 1s22s22p63s23p63d5
探究任务一 核外电子排布的原则【教材情境】这是基态原子核外电子在原子轨道上的排布顺序,仔细观察该图,并思考以下有关问题:
【问题探究】1.为什么每个电子层最多容纳2n2个电子?提示:各电子层上的能级数目=电子层序数n,电子层为n的状态含有n2个原子轨道,根据泡利不相容原理,每个原子轨道最多只能容纳2个电子,所以每个电子层最多容纳2n2个电子。
2.为什么原子核外最外层的电子不超过8个?次外层不超过18个电子?提示:由于E(nd)>E[(n+1)s],当ns和np轨道电子排满时,多余的电子不是填入nd轨道,而是首先填入(n+1)s轨道,因此最外层电子数不可能超过2+6=8。同理次外层由(n-1)s(n-1)p(n-1)d组成,所容纳的电子数不大于2+6+10=18。
3.多电子原子核外电子排布是否一定完全遵循电子层的顺序呢?提示:由基态原子核外电子在原子轨道上的排布顺序可知,从第三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“能级交错”现象。4.为什么Fe3+的稳定性强于Fe2+?提示:基态铁原子的价电子排布式为3d64s2,当失去4s轨道上的2个电子时变成Fe2+,Fe2+价电子排布式为3d6,而Fe3+的价电子排布式为3d5,3d轨道为半充满稳定结构。
【探究总结】1.能量最低原理基态原子在原子轨道上的排布依照1s、2s、2p、3s、3p、4s、3d、4p、5s、4d、5p、6s……即按ns、(n-2)f、(n-1)d、np顺序排布,这一规律称为构造原理。能量高低:ns
【探究训练】1.下列说法中正确的是( )A.3p2表示3p能级上有两个轨道B.M层中的原子轨道数目为3C.1s22s12p1是激发态原子的电子排布式D.处于同一轨道上的电子可以有多个,它的运动状态完全相同
【解析】选C。3p2表示3p能级上填充了2个电子,A错误。M层中有3s、3p、3d三个能级,原子轨道数目为9,B错误。在此电子排布式中1个2s电子跃迁到2p能级上,表示的是激发态原子,C正确。在同一轨道上运动的电子最多有2个,因其自旋方向相反,故它们的状态不完全相同,D错误。
2.(双选)下列各原子或离子的电子排布式错误的是( )A.Ca2+:1s22s22p63s23p54s1B.As:1s22s22p63s23p63d104s24p3C.N3-:1s22s22p6D.Cr:1s22s22p63s23p63d44s2【解析】选A、D。钙原子的电子排布式为1s22s22p63s23p64s2,失去两个电子形成Ca2+,其电子排布式应该为1s22s22p63s23p6;根据洪特规则,能量相同的原子轨道在全充满、半充满、全空状态时原子较稳定,故Cr原子电子排布式应为1s22s22p63s23p63d54s1。
3.表中列出了核电荷数为21～25的元素的最高正价,回答下列问题:(1)写出下列元素基态原子的核外电子排布式:Sc:____________。Ti:___________。 V:____________。Mn:_____________。
(2)已知基态铬原子的核外电子排布式是1s22s22p63s23p63d54s1,其并未严格按照基态原子核外电子在原子轨道上的排布顺序进行排布,为什么核外电子这样排布呢?_____________________。 (3)对比上述五种元素原子的核外电子排布与元素的最高正价,你发现的规律是___________________________。
【解析】(1)根据原子序数和基态原子核外电子排布原则可以写出4种元素原子的核外电子排布式。(2)由洪特规则的特例可知,能量相同的原子轨道全充满、半充满或全空的状态一般比较稳定。(3)由最高正价数值与对应的核外电子排布式,可以得出21～25号元素最高正价数值等于各元素基态原子的最外电子层s轨道上的电子和次外电子层d轨道上的电子数目之和。
答案:(1)1s22s22p63s23p63d14s2或[Ar]3d14s2 1s22s22p63s23p63d24s2或[Ar]3d24s2 1s22s22p63s23p63d34s2或[Ar]3d34s2 1s22s22p63s23p63d54s2或[Ar]3d54s2(2)由洪特规则的特例可知,能量相同的原子轨道半充满状态一般比较稳定(3)五种元素的最高正价数值等于各元素基态原子的最外电子层s轨道上的电子和次外电子层d轨道上的电子数目之和
【补偿训练】1.下列各原子或离子的电子排布式错误的是( )A.K+:1s22s22p63s23p6B.F:1s22s22p5C.S2-:1s22s22p63s23p4D.Ar:1s22s22p63s23p6【解析】选C。根据泡利不相容原理和能量最低原理,S2-是在原子得2个电子后形成的稳定结构,所以第3电子层中的电子排布式为3s23p6。
2.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
【解析】选B。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,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 。
探究任务二 核外电子排布的表示方法【教材情境】这是第三周期元素的基态原子的核外电子排布式和轨道表示式:
【问题探究】1.电子排布式的书写顺序与核外电子填充轨道的顺序一定相同吗?提示:不一定。电子排布式的书写顺序为按电子层由里到外和s、p、d的顺序,而核外电子填充轨道的顺序是按照基态原子核外电子在原子轨道上的排布顺序,即1s,2s,2p,3s,3p,4s,3d,4p,5s,4d,5p,6s……。2.电子排布式和轨道表示式一样能反应核外电子的具体运动状态吗?提示:电子排布式能够表示出每一个能级上的电子排布情况,轨道表示式除了能够表示出在每一个能级上电子的排布情况,还能表示出电子在这一能级的原子轨道上的排布情况,因此比电子排布式更加具体形象。
3.如何书写简单离子的电子排布式?提示:先写出原子的电子排布式,然后根据得失电子写出离子的电子排布式。如O的电子排布式为1s22s22p4,得到两个电子形成O2-,电子排布式为1s22s22p6;再比如Fe的电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2,失去3个电子形成的Fe3+电子排布式为1s22s22p63s23p63d5。
【典例】(2020·德州高二检测)下列轨道表示式中,能正确表示该元素原子的最低能量状态的是( )
【解题指南】解答本题需注意以下两点:(1)原子的最低能量状态的含义;(2)基态原子的核外电子排布需遵循的原则。【解析】选D。处于最低能量状态,即核外电子排布符合能量最低原理、泡利不相容原理和洪特规则。A、B项违背洪特规则,C项排布处于激发态。
【易错提醒】书写轨道表示式的常见错误和误区1.违反排布规律
2.误区:电子排布式的书写顺序与核外电子进入轨道的顺序不同。电子排布式的书写顺序为按电子层由里到外和s、p、d、f的顺序,而核外电子进入轨道的顺序是按照基态原子在原子轨道上的排布顺序即1s,2s,2p,3s,3p,4s, 3d,4p,5s……
【探究训练】1.(双选)表示下列基态原子的电子排布式中,正确的是( )【解析】选B、D。根据电子填入轨道的顺序和核外电子的排布规律,A应为1s22s22p63s23p63d104s1;C应为1s22s22p63s23p63d104s24p3;B、D正确。
2.按要求写出电子排布式、原子结构示意图或轨道表示式。(1)基态Ni原子的电子排布式:__________。 (2)基态Cu+的电子排布式:_____________。 (3)基态P原子的电子排布式:__________。 (4)Fe原子结构示意图:_______________。 (5)17Cl的轨道表示式_________________。 (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________。
【解析】(1)Ni 的原子序数为28,根据核外电子填充顺序和能量最低原理、泡利不相容原理可知基态原子电子排布式为1s22s22p63s23p63d84s2。(2)基态Cu原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s1,失去1个电子所得Cu+的电子排布式为1s22s22p63s23p63d10。(3)P原子最外层为第3层,且有5个电子,所以其电子排布式为1s22s22p63s23p3。(4)Fe原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2,原子结构示意图为 。
(5)17Cl的电子排布式为1s22s22p63s23p5,轨道表示式为 。(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轨道可能全空、半充满或全充满,即其电子排布式为1s22s22p63s23p64s1、1s22s22p63s23p63d54s1、1s22s22p63s23p63d104s1。
答案: (1)1s22s22p63s23p63d84s2(2) 1s22s22p63s23p63d10(3) 1s22s22p63s23p3(6)1s22s22p63s23p64s1、1s22s22p63s23p63d54s1、1s22s22p63s23p63d104s1
3.X、Y、Z三种主族元素。X原子L层无空轨道,且成对电子与未成对电子占据的轨道数相等;Y原子无未成对电子,Y离子比Z原子多一个电子层;Z原子核外有一个单电子,其单质在通常情况下为易挥发的液体。(1)X、Y、Z的元素符号依次是________、________、________。 (2)在X与Y形成的一种化合物中,Y与X所含质子数之比为7∶2,则此化合物的化学式是______________。 (3)Z与Y的原子半径的大小顺序为______________,X、Z的简单离子电子排布式分别是______________、________________________。
【解析】X原子L层无空轨道且成对电子与未成对电子所占轨道数相等,即可推出X为氧元素,依据Z原子核外有一单电子且单质为易挥发的液体,则Z为Br;Y原子无未成对电子且为主族元素,则Y为ⅡA族元素,又知其离子比Z原子多一个电子层,则Y为Ba。答案:(1)O Ba Br (2)BaO2 (3)Ba>Br O2-:1s22s22p6 Br-:1s22s22p63s23p63d104s24p6
【补偿训练】1.某原子的3d能级中有1个电子,其N电子层中的电子数为( )A.0 B.2 C.3 D.8【解析】选B。该原子3d能级中有1个电子,则其基态原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d14s2,由此可知该元素N电子层上的电子数为2。
2.A、B、C、D是四种短周期元素,E是过渡元素。A、B、C同周期,C、D同主族,A的原子结构示意图为 ,B是同周期除稀有气体元素外原子半径最大的元素,C的最外层有三个未成对电子,E的价电子排布式为3d64s2。回答下列问题:(1)A为________(填元素符号,下同),电子排布式是_____。 (2)B为________,电子排布式是_____。(3)C为________,电子排布式是_____。 (4)D为________,轨道表示式是_____。 (5)E为________,原子结构示意图是_____。
【解析】由题意可知,A为Si,B为Na,C为P,D为N,E为Fe。这五种元素原子的电子排布式分别为A:1s22s22p63s23p2,B:1s22s22p63s1,C:1s22s22p63s23p3,D:1s22s22p3,E:1s22s22p63s23p63d64s2。答案:(1)Si 1s22s22p63s23p2(2)Na 1s22s22p63s1(3)P 1s22s22p63s23p3(4)N (5)Fe
1.(2020·青岛高二检测)磷是第15号化学元素,符号P。处于元素周期表的第三周期、第ⅤA族。磷存在于人体所有细胞中,是维持骨骼和牙齿的必要物质,几乎参与所有生理上的化学反应。在自然界中,磷主要以磷酸盐的形式存在,是生命体的重要元素,红磷单质是制造农药的重要材料。
若将P原子的电子排布式写成1s22s22p63s2 ,它违背了( ) A.能量守恒原理B.泡利不相容原理C.能量最低原理D.洪特规则【解析】选D。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自旋状态相同。若将P原子的电子排布式写成1s22s22p63s2 ,它违背了洪特规则。
2.(双选)化学科学需要借助化学专用语言来描述,下列化学用语书写正确的是( )A.基态Mg原子的轨道表示式: B.过氧化氢电子式: C.As原子的价电子排布式:4s24p3D.原子核内有10个中子的氧原子:
【解析】选C、D。选项A中轨道表示式违背了泡利不相容原理(1个原子轨道里最多只能容纳2个电子且自旋方向相反);选项B中正确的电子式为 ;选项C中As原子核外共有33个电子,故价电子排布式为4s24p3。
3.下列电子排布式中,原子处于激发状态的是( )A.1s22s22p5D.1s22s22p63s23p63d34s2
【解析】选B。B选项中原子的核外电子没有填充满2p能级,而电子填充到了能量更高的3s能级,与基态原子核外电子填充的能级顺序不符,原子能量较高,处于激发态,A、C、D三选项中原子的核外电子排布符合基态原子核外电子填充的能级顺序和能量最低原理,泡利不相容原理及洪特规则,原子处于基态,故原子处于激发状态的是答案B。
4.(2020·洛阳高二检测)某元素原子3d轨道上有5个电子,则该原子最外层电子排布可能是( )A.4s1 D.3s23p63d5【解析】选A。最外层电子排布为4s24p1的元素为Ga,3d轨道上有10个电子,B错误;最外层电子排布为4s24p3的元素为As,3d轨道上有10个电子,C错误;4s能级能量小于3d,某元素原子3d轨道上有5个电子,则4s能级上肯定有电子,D错误。
5.回答下列问题:(1)“各能级最多容纳的电子数是该能级原子轨道数的二倍”,支持这一结论的理论是________(填字母,下同) A.构造原理B.泡利不相容原理C.洪特规则D.能量最低原理
(2)下列3d轨道的轨道表示式正确的是________。
(3)下列原子的电子排布式(或轨道表示式)中,哪一种状态的能量较低?试说明理由。①氮原子: ②钠原子:A.1s22s22p63s1 B.1s22s22p63p1③铬原子:A.1s22s22p63s23p63d54s1 B.1s22s22p63s23p63d44s2④碳原子:
【解析】(1)根据泡利不相容原理,每个原子轨道中最多能容纳2个自旋状态不同的电子,所以每个能级最多能容纳的电子数是该能级原子轨道数的2倍,选项B符合题意。(2)a、d中同一原子轨道内电子的自旋状态相同,违反了泡利不相容原理;c中有空轨道,违反了洪特规则。(3)根据洪特规则,电子在能量相同的各个轨道上排布时尽可能分占不同的原子轨道,且自旋状态相同,故①选B,④选A;据能量最低原理,核外电子先占有能量低的轨道,再占有能量高的轨道,②中由于s轨道的能量低于p轨道的,故选A;③中A项的d5为半充满状态,为相对稳定的状态,B项不是,所以选A。
答案:(1)B (2)b (3)①B;A中原子的价电子排布违反了洪特规则。②A;B中原子的价电子排布违反了能量最低原理。③A;B中原子的价电子排布违反了洪特规则。④A;B中原子的价电子排布违反了洪特规则。
6.A、B、C、D、E、F代表6种元素。请填空:(1)A元素基态原子的最外层有2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能级为半充满,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____________。 (5)F元素的原子最外层电子排布式为nsnnpn+1,则n=______;原子中能量最高的是________轨道电子。
【解析】(1)A元素基态原子次外层有2个电子,故次外层为K层,A元素有2个电子层,由题意可写出其轨道表示式为 ,则该元素核外有6个电子,为碳元素,其元素符号为C,另外氧原子同样也符合要求,其轨道表示式为 。(2)B-、C+的电子层结构都与Ar相同,即核外都有18个电子,则B为17号元素Cl,C为19号元素K。(3)D元素原子失去2个4s电子和1个3d电子后变成+3价离子,其原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2,即为26号元素铁。(4)根据题意要求,首先写出电子排布式:1s22s22p63s23p63d104s1,该元
学习任务一 基态原子的核外电子排布规律任务驱动:研究发现,原子中的核外电子是按照一定的规律分布在各个原子轨道上的,这些规律的基本内容是什么?
【做一做】指出下列核外电子排布的书写分别违背了什么原则。(1)2p轨道上有3个电子的原子: (2)2p轨道上有2个电子的原子: (3)4s轨道上有2个电子的原子: (4)3d轨道上有8个电子: 提示:(1)、(2)、(4)违背了洪特规则,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,且自旋状态相同。(3)违背了泡利不相容原理,一个原子轨道最多只容纳两个电子,而且这两个电子的自旋状态不同。
学习任务二 基态原子核外电子排布的表示方法任务驱动:我们知道,基态原子的核外电子排布要遵循各种规律,那么应该如何表示核外电子的排布呢?1.电子排布式表示原子核外电子排布的一种方式,在ns、np、nd等各能级符号的_______用数字表示出该能级中的_________。如基态Li原子的电子排布式为______,基态Al原子的电子排布式为______________。
1s22s22p63s23p1
2.轨道表示式 如基态O原子的轨道表示式为_________________。
3.洪特规则特例(1)内容:能量相同的原子轨道在_______(如p6和d10)、________(如p3和d5)和_____(如p0和d0)状态时,体系的能量较低。(2)举例:写出下列基态原子的电子排布式。Cr:___________________。Cu:____________________。
1s22s22p63s23p63d54s1
1s22s22p63s23p63d104s1
【做一做】写出下列基态原子或基态离子的电子排布式:(1)B:________________________; V:___________________________; Ga:__________________________; Ge:__________________________。 (2)N3-:_______________________; Ni2+:_________________________; Cr3+:_________________________; Mn2+:_________________________。
提示:(1)1s22s22p1 1s22s22p63s23p63d34s21s22s22p63s23p63d104s24p1 1s22s22p63s23p63d104s24p2(2)1s22s22p6 1s22s22p63s23p63d81s22s22p63s23p63d3 1s22s22p63s23p63d5
探究任务一 核外电子排布的原则【教材情境】这是基态原子核外电子在原子轨道上的排布顺序,仔细观察该图,并思考以下有关问题:
【问题探究】1.为什么每个电子层最多容纳2n2个电子?提示:各电子层上的能级数目=电子层序数n,电子层为n的状态含有n2个原子轨道,根据泡利不相容原理,每个原子轨道最多只能容纳2个电子,所以每个电子层最多容纳2n2个电子。
2.为什么原子核外最外层的电子不超过8个?次外层不超过18个电子?提示:由于E(nd)>E[(n+1)s],当ns和np轨道电子排满时,多余的电子不是填入nd轨道,而是首先填入(n+1)s轨道,因此最外层电子数不可能超过2+6=8。同理次外层由(n-1)s(n-1)p(n-1)d组成,所容纳的电子数不大于2+6+10=18。
3.多电子原子核外电子排布是否一定完全遵循电子层的顺序呢?提示:由基态原子核外电子在原子轨道上的排布顺序可知,从第三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“能级交错”现象。4.为什么Fe3+的稳定性强于Fe2+?提示:基态铁原子的价电子排布式为3d64s2,当失去4s轨道上的2个电子时变成Fe2+,Fe2+价电子排布式为3d6,而Fe3+的价电子排布式为3d5,3d轨道为半充满稳定结构。
【探究总结】1.能量最低原理基态原子在原子轨道上的排布依照1s、2s、2p、3s、3p、4s、3d、4p、5s、4d、5p、6s……即按ns、(n-2)f、(n-1)d、np顺序排布,这一规律称为构造原理。能量高低:ns
【探究训练】1.下列说法中正确的是( )A.3p2表示3p能级上有两个轨道B.M层中的原子轨道数目为3C.1s22s12p1是激发态原子的电子排布式D.处于同一轨道上的电子可以有多个,它的运动状态完全相同
【解析】选C。3p2表示3p能级上填充了2个电子,A错误。M层中有3s、3p、3d三个能级,原子轨道数目为9,B错误。在此电子排布式中1个2s电子跃迁到2p能级上,表示的是激发态原子,C正确。在同一轨道上运动的电子最多有2个,因其自旋方向相反,故它们的状态不完全相同,D错误。
2.(双选)下列各原子或离子的电子排布式错误的是( )A.Ca2+:1s22s22p63s23p54s1B.As:1s22s22p63s23p63d104s24p3C.N3-:1s22s22p6D.Cr:1s22s22p63s23p63d44s2【解析】选A、D。钙原子的电子排布式为1s22s22p63s23p64s2,失去两个电子形成Ca2+,其电子排布式应该为1s22s22p63s23p6;根据洪特规则,能量相同的原子轨道在全充满、半充满、全空状态时原子较稳定,故Cr原子电子排布式应为1s22s22p63s23p63d54s1。
3.表中列出了核电荷数为21～25的元素的最高正价,回答下列问题:(1)写出下列元素基态原子的核外电子排布式:Sc:____________。Ti:___________。 V:____________。Mn:_____________。
(2)已知基态铬原子的核外电子排布式是1s22s22p63s23p63d54s1,其并未严格按照基态原子核外电子在原子轨道上的排布顺序进行排布,为什么核外电子这样排布呢?_____________________。 (3)对比上述五种元素原子的核外电子排布与元素的最高正价,你发现的规律是___________________________。
【解析】(1)根据原子序数和基态原子核外电子排布原则可以写出4种元素原子的核外电子排布式。(2)由洪特规则的特例可知,能量相同的原子轨道全充满、半充满或全空的状态一般比较稳定。(3)由最高正价数值与对应的核外电子排布式,可以得出21～25号元素最高正价数值等于各元素基态原子的最外电子层s轨道上的电子和次外电子层d轨道上的电子数目之和。
答案:(1)1s22s22p63s23p63d14s2或[Ar]3d14s2 1s22s22p63s23p63d24s2或[Ar]3d24s2 1s22s22p63s23p63d34s2或[Ar]3d34s2 1s22s22p63s23p63d54s2或[Ar]3d54s2(2)由洪特规则的特例可知,能量相同的原子轨道半充满状态一般比较稳定(3)五种元素的最高正价数值等于各元素基态原子的最外电子层s轨道上的电子和次外电子层d轨道上的电子数目之和
【补偿训练】1.下列各原子或离子的电子排布式错误的是( )A.K+:1s22s22p63s23p6B.F:1s22s22p5C.S2-:1s22s22p63s23p4D.Ar:1s22s22p63s23p6【解析】选C。根据泡利不相容原理和能量最低原理,S2-是在原子得2个电子后形成的稳定结构,所以第3电子层中的电子排布式为3s23p6。
2.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
【解析】选B。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,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 。
探究任务二 核外电子排布的表示方法【教材情境】这是第三周期元素的基态原子的核外电子排布式和轨道表示式:
【问题探究】1.电子排布式的书写顺序与核外电子填充轨道的顺序一定相同吗?提示:不一定。电子排布式的书写顺序为按电子层由里到外和s、p、d的顺序,而核外电子填充轨道的顺序是按照基态原子核外电子在原子轨道上的排布顺序,即1s,2s,2p,3s,3p,4s,3d,4p,5s,4d,5p,6s……。2.电子排布式和轨道表示式一样能反应核外电子的具体运动状态吗?提示:电子排布式能够表示出每一个能级上的电子排布情况,轨道表示式除了能够表示出在每一个能级上电子的排布情况,还能表示出电子在这一能级的原子轨道上的排布情况,因此比电子排布式更加具体形象。
3.如何书写简单离子的电子排布式?提示:先写出原子的电子排布式,然后根据得失电子写出离子的电子排布式。如O的电子排布式为1s22s22p4,得到两个电子形成O2-,电子排布式为1s22s22p6;再比如Fe的电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2,失去3个电子形成的Fe3+电子排布式为1s22s22p63s23p63d5。
【典例】(2020·德州高二检测)下列轨道表示式中,能正确表示该元素原子的最低能量状态的是( )
【解题指南】解答本题需注意以下两点:(1)原子的最低能量状态的含义;(2)基态原子的核外电子排布需遵循的原则。【解析】选D。处于最低能量状态,即核外电子排布符合能量最低原理、泡利不相容原理和洪特规则。A、B项违背洪特规则,C项排布处于激发态。
【易错提醒】书写轨道表示式的常见错误和误区1.违反排布规律
2.误区:电子排布式的书写顺序与核外电子进入轨道的顺序不同。电子排布式的书写顺序为按电子层由里到外和s、p、d、f的顺序,而核外电子进入轨道的顺序是按照基态原子在原子轨道上的排布顺序即1s,2s,2p,3s,3p,4s, 3d,4p,5s……
【探究训练】1.(双选)表示下列基态原子的电子排布式中,正确的是( )【解析】选B、D。根据电子填入轨道的顺序和核外电子的排布规律,A应为1s22s22p63s23p63d104s1;C应为1s22s22p63s23p63d104s24p3;B、D正确。
2.按要求写出电子排布式、原子结构示意图或轨道表示式。(1)基态Ni原子的电子排布式:__________。 (2)基态Cu+的电子排布式:_____________。 (3)基态P原子的电子排布式:__________。 (4)Fe原子结构示意图:_______________。 (5)17Cl的轨道表示式_________________。 (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________。
【解析】(1)Ni 的原子序数为28,根据核外电子填充顺序和能量最低原理、泡利不相容原理可知基态原子电子排布式为1s22s22p63s23p63d84s2。(2)基态Cu原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s1,失去1个电子所得Cu+的电子排布式为1s22s22p63s23p63d10。(3)P原子最外层为第3层,且有5个电子,所以其电子排布式为1s22s22p63s23p3。(4)Fe原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2,原子结构示意图为 。
(5)17Cl的电子排布式为1s22s22p63s23p5,轨道表示式为 。(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轨道可能全空、半充满或全充满,即其电子排布式为1s22s22p63s23p64s1、1s22s22p63s23p63d54s1、1s22s22p63s23p63d104s1。
答案: (1)1s22s22p63s23p63d84s2(2) 1s22s22p63s23p63d10(3) 1s22s22p63s23p3(6)1s22s22p63s23p64s1、1s22s22p63s23p63d54s1、1s22s22p63s23p63d104s1
3.X、Y、Z三种主族元素。X原子L层无空轨道,且成对电子与未成对电子占据的轨道数相等;Y原子无未成对电子,Y离子比Z原子多一个电子层;Z原子核外有一个单电子,其单质在通常情况下为易挥发的液体。(1)X、Y、Z的元素符号依次是________、________、________。 (2)在X与Y形成的一种化合物中,Y与X所含质子数之比为7∶2,则此化合物的化学式是______________。 (3)Z与Y的原子半径的大小顺序为______________,X、Z的简单离子电子排布式分别是______________、________________________。
【解析】X原子L层无空轨道且成对电子与未成对电子所占轨道数相等,即可推出X为氧元素,依据Z原子核外有一单电子且单质为易挥发的液体,则Z为Br;Y原子无未成对电子且为主族元素,则Y为ⅡA族元素,又知其离子比Z原子多一个电子层,则Y为Ba。答案:(1)O Ba Br (2)BaO2 (3)Ba>Br O2-:1s22s22p6 Br-:1s22s22p63s23p63d104s24p6
【补偿训练】1.某原子的3d能级中有1个电子,其N电子层中的电子数为( )A.0 B.2 C.3 D.8【解析】选B。该原子3d能级中有1个电子,则其基态原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d14s2,由此可知该元素N电子层上的电子数为2。
2.A、B、C、D是四种短周期元素,E是过渡元素。A、B、C同周期,C、D同主族,A的原子结构示意图为 ,B是同周期除稀有气体元素外原子半径最大的元素,C的最外层有三个未成对电子,E的价电子排布式为3d64s2。回答下列问题:(1)A为________(填元素符号,下同),电子排布式是_____。 (2)B为________,电子排布式是_____。(3)C为________,电子排布式是_____。 (4)D为________,轨道表示式是_____。 (5)E为________,原子结构示意图是_____。
【解析】由题意可知,A为Si,B为Na,C为P,D为N,E为Fe。这五种元素原子的电子排布式分别为A:1s22s22p63s23p2,B:1s22s22p63s1,C:1s22s22p63s23p3,D:1s22s22p3,E:1s22s22p63s23p63d64s2。答案:(1)Si 1s22s22p63s23p2(2)Na 1s22s22p63s1(3)P 1s22s22p63s23p3(4)N (5)Fe
1.(2020·青岛高二检测)磷是第15号化学元素,符号P。处于元素周期表的第三周期、第ⅤA族。磷存在于人体所有细胞中,是维持骨骼和牙齿的必要物质,几乎参与所有生理上的化学反应。在自然界中,磷主要以磷酸盐的形式存在,是生命体的重要元素,红磷单质是制造农药的重要材料。
若将P原子的电子排布式写成1s22s22p63s2 ,它违背了( ) A.能量守恒原理B.泡利不相容原理C.能量最低原理D.洪特规则【解析】选D。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自旋状态相同。若将P原子的电子排布式写成1s22s22p63s2 ,它违背了洪特规则。
2.(双选)化学科学需要借助化学专用语言来描述,下列化学用语书写正确的是( )A.基态Mg原子的轨道表示式: B.过氧化氢电子式: C.As原子的价电子排布式:4s24p3D.原子核内有10个中子的氧原子:
【解析】选C、D。选项A中轨道表示式违背了泡利不相容原理(1个原子轨道里最多只能容纳2个电子且自旋方向相反);选项B中正确的电子式为 ;选项C中As原子核外共有33个电子,故价电子排布式为4s24p3。
3.下列电子排布式中,原子处于激发状态的是( )A.1s22s22p5D.1s22s22p63s23p63d34s2
【解析】选B。B选项中原子的核外电子没有填充满2p能级,而电子填充到了能量更高的3s能级,与基态原子核外电子填充的能级顺序不符,原子能量较高,处于激发态,A、C、D三选项中原子的核外电子排布符合基态原子核外电子填充的能级顺序和能量最低原理,泡利不相容原理及洪特规则,原子处于基态,故原子处于激发状态的是答案B。
4.(2020·洛阳高二检测)某元素原子3d轨道上有5个电子,则该原子最外层电子排布可能是( )A.4s1 D.3s23p63d5【解析】选A。最外层电子排布为4s24p1的元素为Ga,3d轨道上有10个电子,B错误;最外层电子排布为4s24p3的元素为As,3d轨道上有10个电子,C错误;4s能级能量小于3d,某元素原子3d轨道上有5个电子,则4s能级上肯定有电子,D错误。
5.回答下列问题:(1)“各能级最多容纳的电子数是该能级原子轨道数的二倍”,支持这一结论的理论是________(填字母,下同) A.构造原理B.泡利不相容原理C.洪特规则D.能量最低原理
(2)下列3d轨道的轨道表示式正确的是________。
(3)下列原子的电子排布式(或轨道表示式)中,哪一种状态的能量较低?试说明理由。①氮原子: ②钠原子:A.1s22s22p63s1 B.1s22s22p63p1③铬原子:A.1s22s22p63s23p63d54s1 B.1s22s22p63s23p63d44s2④碳原子:
【解析】(1)根据泡利不相容原理,每个原子轨道中最多能容纳2个自旋状态不同的电子,所以每个能级最多能容纳的电子数是该能级原子轨道数的2倍,选项B符合题意。(2)a、d中同一原子轨道内电子的自旋状态相同,违反了泡利不相容原理;c中有空轨道,违反了洪特规则。(3)根据洪特规则,电子在能量相同的各个轨道上排布时尽可能分占不同的原子轨道,且自旋状态相同,故①选B,④选A;据能量最低原理,核外电子先占有能量低的轨道,再占有能量高的轨道,②中由于s轨道的能量低于p轨道的,故选A;③中A项的d5为半充满状态,为相对稳定的状态,B项不是,所以选A。
答案:(1)B (2)b (3)①B;A中原子的价电子排布违反了洪特规则。②A;B中原子的价电子排布违反了能量最低原理。③A;B中原子的价电子排布违反了洪特规则。④A;B中原子的价电子排布违反了洪特规则。
6.A、B、C、D、E、F代表6种元素。请填空:(1)A元素基态原子的最外层有2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能级为半充满,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____________。 (5)F元素的原子最外层电子排布式为nsnnpn+1,则n=______;原子中能量最高的是________轨道电子。
【解析】(1)A元素基态原子次外层有2个电子,故次外层为K层,A元素有2个电子层,由题意可写出其轨道表示式为 ,则该元素核外有6个电子,为碳元素,其元素符号为C,另外氧原子同样也符合要求,其轨道表示式为 。(2)B-、C+的电子层结构都与Ar相同,即核外都有18个电子,则B为17号元素Cl,C为19号元素K。(3)D元素原子失去2个4s电子和1个3d电子后变成+3价离子,其原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2,即为26号元素铁。(4)根据题意要求,首先写出电子排布式:1s22s22p63s23p63d104s1,该元
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