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高中化学第一节 原子结构多媒体教学ppt课件
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这是一份高中化学第一节 原子结构多媒体教学ppt课件，共60页。PPT课件主要包含了知识点一，右上角，d54s1，d104s1，知识点二，2电子云，概率密度分布，空间运动状态，随堂练学以致用，课后测素养评价等内容，欢迎下载使用。
[素养发展目标] 1．结合构造原理形成核外电子排布式书写的思维模型，并根据思维模型熟练书写1～36号元素基态原子的电子排布式。2．通过电子云和原子轨道的学习，了解原子核外电子的运动状态，辨识微观粒子运动状态不同于宏观物体运动状态。
1．构造原理：以光谱学事实为基础，从氢开始，随核电荷数递增，新增电子填入能级的顺序称为构造原理。
知识点一 构造原理与电子排布式
(1)电子填入能级的顺序：1s、2s、2p、3s、3p、4s、3d、4p、5s、4d、5p、6s、4f、5d、6p、7s……(2)构造原理的规律：ns →(n－2)f →(n－1)d →np。
2．电子排布式(1)基态原子的电子排布按照构造原理，元素的核电荷数每递增一个，同时增加一个核电荷和一个核外电子，就得到一个基态原子的电子排布。例如，O：1s22s22p4；F：1s22s22p5。
(2)书写原则①能级符号________的数字表示该能级的电子数，如H元素的基态原子的电子排布式如下： ②一般情况下，能层低的能级要写在左边，而不是按构造原理顺序书写，如钪(Sc)的电子排布式中最后两个能级应为3d14s2，不应写成4s23d1。③有些过渡金属元素基态原子的电子排布不符合构造原理，如Cr和Cu的最后两个能级的电子排布分别为____________和______________。
(3)能级交错①含义：随核电荷数递增，电子并不总是填满一个能层后再开始填入下一个能层的。电子是按3p→4s→3d的顺序而不是按3p→3d→4s的顺序填充的，这种现象被称为能级交错。②规律：从第三能层开始出现能级交错现象，能级交错排列的顺序为ns→(n－2)f→(n－1)d→np。
1．按构造原理写出稀有气体元素氦、氖、氩、氪、氙、氡和 的基态原子的最外层电子排布；除氦外它们的通式是什么？提示：He 1s2，Ne 2s22p6，Ar 3s23p6，Kr 4s24p6，Xe 5s 25p6，Rn 6s 26p6，Og 7s27p6；通式：ns2np6。
2．电子排布式可以简化，如Na的电子排布式可简化为[Ne]3s1，其中方括号里的符号的意义是什么？请仿照Na的简化电子排布式，写出O、Si、Cu的简化电子排布式。提示：方括号里的符号的意义是内层电子达到稀有气体元素原子结构的部分以相应稀有气体的元素符号表示。O、Si、Cu的简化电子排布式分别为O：[He]2s22p4；Si：[Ne]3s23p2；Cu：[Ar]3d104s1。
3．为突出化合价与电子排布的关系，将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)。例如，Fe的简化电子排布式为[Ar]3d64s2，价层电子排布为3d64s2。通常，元素周期表只给出价层电子排布。请写出Na、Al、Cl、Mn、Br的价层电子排布。提示：Na 3s1，Al 3s23p1，Cl 3s23p5，Mn 3d54s2，Br 4s24p5 。
电子排布式的书写方法1．原子的电子排布式(1)简单原子：按照构造原理将电子依次填充到各个能级中。例如，14Si：1s22s22p63s23p2。(2)复杂原子：先按构造原理依次排列，然后将同一能层的能级移到一起。例如，26Fe原子的电子排布式先排列为1s22s22p63s23p64s23d6，然后将同一能层的能级排到一起，即该原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2。
2．离子的电子排布式(1)判断该原子变成离子时会得到或失去多少个电子。(2)原子失去电子时，总是从能量高的能级失去电子，即失去电子的顺序是由外向里。一般来说，主族元素原子只失去它们的最外层电子，而副族元素原子可能还会进一步向里失去内层电子。例如，Fe3＋的电子排布式为1s22s22p63s23p63d5。(3)原子得到电子而形成阴离子时，得到的电子填充在最外一个能层的某一个能级上。
3．简化电子排布式例如，K：1s22s22p63s23p64s1，其简化电子排布式可表示为[Ar]4s1，其中[Ar]代表Ar的核外电子排布式，即1s22s22p63s23p6。4．价层电子排布式例如，K：1s22s22p63s23p64s1，其价层电子排布式可表示为4s1。注意：主族元素的价层电子是其最外层电子，副族元素的价层电子还包括部分次外层的电子。
1．(2022·北京大兴区高二期末)下列各原子或离子的电子排布式中，不正确的是( )A．N：1s22s22p3B．Ar：1s22s22p63s23p6C．Na＋：1s22s22p6D．Cl－：1s22s22p63s23p5
解析：A.N是7号元素，位于第二周期第ⅤA族，原子的电子排布式是1s22s22p3，故A正确；B.Ar是18号元素，位于第三周期0族，原子的电子排布式是1s22s22p63s23p6，故B正确；C.Na是11号元素，位于第三周期第ⅠA族，原子的电子排布式是1s22s22p63s1，而Na＋是Na原子失去最外层一个电子形成的，所以Na＋的电子排布式是1s22s22p6，故C正确；D.Cl是17号元素，位于第三周期第ⅦA族，原子的电子排布式是1s22s22p63s23p5，而Cl－是Cl原子得到一个电子形成的，所以Cl－的电子排布式为1s22s22p63s23p6，故D不正确。
2．已知Na的核外电子排布式为1s22s22p63s1，通常可把内层已达稀有气体元素原子的电子层结构的部分写成“原子实”，如Na的核外电子排布式可写成[Ne]3s1。用“原子实”表示的30号元素锌的原子核外电子排布式正确的是( )A．[Ne]3d104s2B．[Ar]3d104s24p2C．[Ar]3d84s24p2D．[Ar]3d104s2解析：根据构造原理可知，锌元素原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s2，除3d104s2外，锌原子内层电子的排布与稀有气体元素原子Ar的电子排布相同，因此锌的原子核外电子排布式可写为[Ar]3d104s2。
3．R元素的原子，其最外层的p能级电子数等于所有能层的s能级电子总数，则R可能是( )A．LiB．OC．SD．Ca解析：若只有1个能层，不存在p能级；若有2个能层，则有两个s能级，则电子排布式为1s22s22p4，为O元素；若有3个能层，则有三个s能级，则电子排布式为1s22s22p63s23p6，为Ar元素。
知识点二 电子云与原子轨道
1．电子云(1)概率密度量子力学指出，一定空间运动状态的电子在核外空间各处都可能出现，但出现的_____不同，可用概率密度(ρ)表示，即ρ＝ (P表示电子在某处出现的概率，V表示该处的体积)。
(3)电子云轮廓图的形状
2.原子轨道(1)概念：量子力学把电子在原子核外的一个_______________称为一个原子轨道。因此，常用电子云轮廓图的形状和取向来表示原子轨道的形状和取向。(2)各能级所含原子轨道数目
1．基态硅原子的核外电子共占据几个能级？其M层有多少个原子轨道？提示：5个；9个。2．基态钾离子的核外电子占据的最高能级共有几个原子轨道？其形状是什么？提示：基态钾离子的核外电子占据的最高能级为3p能级，该能级共有3个原子轨道，其形状为哑铃形。
不同能层的能级、原子轨道
注：d轨道和f轨道各有其名称、形状和取向，此处不作要求而从略。
1．下列关于电子云的说法中，正确的是( )A．电子云表示电子在原子核外运动的轨迹B．电子云表示电子在核外单位体积空间出现的概率大小C．电子云图中的小点越密，表示核外空间的电子越多D．钠原子的1s、2s、3s电子云半径相同解析：电子云表示电子在核外单位体积空间出现的概率大小，不是表示电子运动的轨迹，A错误，B正确；电子云图中的小点越密,表示电子在核外空间出现的概率密度越大,C错误；钠原子的1s、2s、3s电子云半径依次增大，D错误。
2．(2022·乐山高二期末)下列各组多电子原子的原子轨道能量比较不正确的是( )A．4px<4py<4pzB．4px＞3pzC．4p＞3pD．2s＜2p解析：电子的能层越高，能量越高，同一能级上的原子轨道具有相同的能量，故原子轨道能量：4px＝4py＝4pz＞3pz，A项错误、B项正确；电子的能层越高，能量越高，故原子轨道能量：4p＞3p，C项正确；相同能层上的原子轨道能量：s＜p，D项正确。
3．下列有关原子轨道的叙述正确的是( )A．氢原子的2s轨道能量比3p轨道高B．能层序数n＝4的原子轨道最多可容纳16个电子C．p能级的原子轨道呈哑铃形，随着能层序数的增加，p能级原子轨道也在增多D．锂原子的2s与5s轨道皆为球形分布
解析：H原子的2s轨道能量低于3p轨道，故A错误；每个能层最多能容纳2n2个电子，所以能层序数n＝4的原子轨道最多可容纳32个电子，故B错误；所有的p能级都含有3个原子轨道，所以随着能层序数的增加，p能级原子轨道数不变，故C错误；所有的s轨道电子云轮廓图都是球形，所以锂原子的2s与5s轨道皆为球形分布，故D正确。
1．(2022·哈密第八中学高二质检)核外电子排布中，能级会发生交错现象。以下表示的电子填充顺序，不符合客观事实的是( )A．3s→3p→3d→4sB．1s→2s→2p→3sC．4s→3d→4p→5sD．6s→4f→5d→6p解析：根据构造原理可知，原子核外电子填入能级的顺序为1s→2s→2p→3s→3p→4s→3d→4p→5s→4d→5p→6s→4f→5d→6p→7s→5f……，A项不符合客观事实。
2．(2022·长治第二中学高二期末)下列基态原子或离子的电子排布式错误的是( )A．Cr：1s22s22p63s23p63d54s1 B．F－：1s22s22p6C．Fe：1s22s22p63s23p63d54s3 D．Kr：1s22s22p63s23p63d104s24p6解析：基态Fe原子的电子排布式应为1s22s22p63s23p63d64s2，故C错误。
3．下列说法正确的是( )A．不同的原子轨道形状一定不同B．p轨道呈哑铃形，因此p轨道上的电子运动轨迹呈哑铃形C．2p能级有3个p轨道D．氢原子的电子运动轨迹呈球形解析：不同的原子轨道形状可能相同，如1s、2s轨道都呈球形，只是半径不同，A错误；现在的技术无法测定电子在原子核外的运动轨迹，原子轨道只是体现电子的空间运动状态，B、D错误；任何能层的p能级都有3个p轨道，C正确。
4．图1和图2分别是1s电子的概率密度分布图和原子轨道示意图。下列有关说法正确的是( )A．图1中的每个小点表示1个电子B．图2表示1s电子只能在球体内出现C．图2表明1s轨道呈球形，有无数条对称轴D．图1中的小点表示电子在核外所处的位置
5．(2022·南充高级中学高二月考)按照下列元素基态原子的电子排布特征判断元素，并回答问题。A原子的核外电子只占据一个能层且只含1个电子；B原子的2p能级得到2个电子后不能再容纳外来电子；C原子价层电子排布式为nsn－1npn＋1 ；D的一种核素的质量数为59，中子数为31。
(1)A原子核外电子的原子轨道形状为________。解析：A原子的核外电子只占据一个能层且只含1个电子，则A为H元素；B原子的2p能级得到2个电子后不能再容纳外来电子，原子核外电子排布式为1s22s22p4，故B为O元素；C原子价层电子排布式为nsn－1npn＋1，由于s能级最多容纳2个电子，即n－1＝2，则n＝3，C原子价层电子排布式为3s23p4，故C为S元素；D的一种核素的质量数为59，中子数为31，其质子数为59－31＝28，故D为Ni元素。A为H元素，电子只填充1s轨道，原子轨道为球形。
(2)画出B的原子结构示意图：___________。解析：B为O元素，原子序数为8，核内有8个质子，核外有8个电子，各电子层上电子数依次为2、6，其原子结构示意图为 。
(3)C原子的核外电子排布式是_____________________________。解析：C为S元素，原子序数为16，核外有16个电子，原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p4或[Ne]3s23p4。(4)D2＋ 的核外电子排布式是____________________________。解析：D是28号Ni元素，原子核外有28个电子，原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d84s2或[Ar]3d84s2，失去4s能级上的2个电子形成Ni2＋，Ni2＋的核外电子排布式是1s22s22p63s23p63d8或[Ar]3d8。
1s22s22p63s23p4(或[Ne]3s23p4)
1s22s22p63s23p63d8(或[Ar]3d8)
[基础检测]1．(2022·东莞光明中学高二阶段练习)钒具有优异的物理和化学性能，用途十分广泛，有金属“维生素”之称。23V原子的价层电子排布式是( )A．3s23p1B．3d34s2C．3d64s2D．4s2解析：23V原子核外有23个电子，核外电子排布式是1s22s22p63s23p63d34s2，则其价层电子排布式是3d34s2，故选B。
2．下列各项中，前面的能级先填入电子的是( )①3d和4s ②4p和5s ③5s和4d ④5p和4dA．①②B．②③C．②④D．③④解析：根据构造原理可知，前面的能级先填入电子的是②③。
3．下列各原子或离子的电子排布式错误的是( )A．Mg2＋ 1s22s22p6B．Br 1s22s22p63s23p63d104s24p5C．O2－ 1s22s22p6D．Cu 1s22s22p63s23p63d94s2解析：Mg的原子序数为12，Mg2＋的核外电子排布式为1s22s22p6，故A正确；Br的原子序数为35，核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p5，故B正确；O的原子序数为8，O2－的核外电子排布式为1s22s22p6，故C正确；Cu的3d能级处于全充满状态时较稳定，因此核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s1，故D错误。
4．下列说法正确的是( )A．s电子云轮廓图是在核外空间各个方向上伸展程度相同的对称形状B．p电子云轮廓图是平面“8”字形的C．3d3表示3d能级有3个原子轨道D．2d能级包含5个原子轨道，最多容纳10个电子解析：p电子云轮廓图形状是哑铃形，不是平面“8”字形，B项错；3d3表示第三能层d能级填充有3个电子，d能级有5个原子轨道，C项错；第二能层没有d能级，D项错。
5．如图是2pz轨道电子云的示意图，请观察该图，并判断下列说法不正确的是( )A．2pz轨道上的电子在空间出现的概率分布呈z轴对称B．点密集的地方表明电子出现的机会多C．电子先沿z轴正半轴运动，然后沿负半轴运动D．2pz轨道形状为哑铃形
解析：A.由题图可知，2pz轨道上的电子在空间出现的概率分布呈z轴对称，故A正确；B.题图中的小点表示电子在核外空间出现机会的多少，小点密集的地方，表明电子出现的机会多，故B正确；C.电子运动是无规则的，故C错误；D.2pz轨道形状为哑铃形，故D正确。
6．某种原子的电子排布式为1s22s22p63s23p1，下列有关该原子的说法正确的是( )A．该原子核内有13个中子B．该原子的简化电子排布式为[He]3s23p1C．该原子最外层有1个电子D．该原子第二能层上有8个电子解析：由该原子的电子排布式可知，该原子核外共有13个电子，故只能确定核内质子数为13，无法确定中子数，A错误；该原子的简化电子排布式为[Ne]3s23p1，B错误；该原子的最外层电子排布式为3s23p1，故最外层有3个电子，C错误。
7．某元素的基态原子核外电子占据四个能层，其3d能级上的电子数是4s能级上的3倍，则此元素是( ) A．SB．FeC．SiD．Cl解析：某元素的基态原子核外电子占据四个能层，其3d能级上的电子数是4s能级上的3倍，说明该元素的3d能级上的电子数是2×3＝6，其核外电子数＝2＋8＋8＋6＋2＝26，原子核外电子数＝原子序数，所以该元素是Fe。
8．已知三种微粒的电子排布式如下：11X：1s22s22p619Y：1s22s22p63s23p620Z：1s22s22p63s23p6若将上述三种微粒归为同一类，下列微粒中也可归为此类的是( ) 解析：题干中X、Y、Z三种微粒均为金属阳离子，A、D为原子，B为S2－，C为Mg2＋，故选C。
9．下表列出了核电荷数为21～25的元素的最高正化合价，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)已知基态铬原子的电子排布式是1s22s22p63s23p63d54s1，并不符合构造原理。人们常常会碰到客观事实与理论不相吻合的问题，当你遇到这样的问题时，你的态度是_________________________________________________________。
1s22s22p63s23p63d14s2(或[Ar]3d14s2)
1s22s22p63s23p63d24s2(或[Ar]3d24s2)
1s22s22p63s23p63d34s2(或[Ar]3d34s2)
1s22s22p63s23p63d54s2(或[Ar]3d54s2)
尊重客观事实，注重理论适用范围，掌握特例(或其他合理答案)
(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化合价，你发现的规律是_________________________________________________________________________________________；出现这一现象的原因是________________________________。
五种元素的最高正化合价数值都等于各元素基态原子的最高能层s电子和次高能层d电子数目之和
能级交错使得d电子也参与了反应
10．推导下列元素，回答有关问题：(1)具有1个4p电子的元素为________(填元素名称，下同)。(2)N层只有1个电子的主族元素是________，其氯化物的焰色试验呈________色。(3)3d能级全充满，4s能级只有1个电子的元素为________，原子序数为________。(4)原子序数小于36的元素X和Y，在周期表中既处于同一周期又位于同一族，且Y的原子序数比X大2，则Y的基态原子的价层电子排布式是________，X的单质在参与化学反应时，1个原子失去的电子数为________。
解析：原子序数小于36的元素X和Y，在周期表中既处于同一周期又位于同一族，且Y的原子序数比X大2，则X为Fe、Y为Ni；Ni的基态原子的电子排布式是1s22s22p63s23p63d84s2或[Ar]3d84s2，Ni的基态原子的价层电子排布式是3d84s2；Fe的基态原子的电子排布式是1s22s22p63s23p63d64s2或[Ar]3d64s2，Fe的基态原子的价层电子排布式是3d64s2，Fe单质在参与化学反应时，1个Fe原子失去2个或3个电子，表现为＋2 价或＋3价。
[素养提升]11．(2022·长沙高二检测)下列有关原子轨道的能量和电子运动状态的说法正确的是( )A．多电子原子中，原子轨道的能量高低总是遵循ns＜np＜ndB．同一原子中的2p能级上的电子的运动状态完全相同C．同一原子中，形态相同的能级的能量一定相同D．多电子原子中，每个能层上的电子的能量一定不同
解析：在多电子基态原子中，不可能有两个运动状态完全相同的电子，故B错误；同一原子中，不同能层s轨道形状相同，但能量不同，能层越大，能量越高，如E(1s)＜E(2s)，故C错误；同一能层的不同能级能量不同，且按s、p、d…依次增大，但同一能层同一能级上的电子的能量完全相同，故A正确，D错误。
12．电子作为微观粒子，其运动特征与宏观物体的运动特征有着明显的区别，下列关于电子运动特征的叙述中，正确的是( )A．电子的运动根本就不存在运动轨迹B．电子在原子核周围的空间内围绕原子核做圆周运动，只不过每一个圆周的半径不同而已C．电子的运动速率特别快，所以其能量特别大D．电子的运动速率特别快，运动范围特别小，不可能同时准确地测定其位置和速度
解析：A.电子的存在是客观事实，每一个瞬间肯定都有客观存在的位置，所以肯定存在运动轨迹，故A错误；B.电子不存在确切的运动轨道，故B错误；C.电子的运动速率虽然很快，但是其质量特别小，所以其能量也不会特别大，故C错误；D.电子的运动速率特别快，运动范围特别小，所以不可能准确地测定其位置和速度，故D正确。
13．如图甲是氢原子的1s电子云图(即概率密度分布图)，图乙、丙分别表示s、p能级的电子云轮廓图。下列有关说法正确的是( )A．电子云就是原子轨道B．3p2表示3p能级有2个原子轨道C．由图乙可知，s能级的电子云轮廓图呈圆形，有无数条对称轴D．由图丙可知，p能级的原子轨道呈哑铃形，且有3个伸展方向
解析：电子云是处于一定空间运动状态的电子在原子核外空间的概率密度分布的形象化描述；原子轨道是电子在原子核外的空间运动状态。由于电子云图难以绘制，所以通常把电子出现概率约为90%的空间圈出来，称为电子云轮廓图，电子云轮廓图的形状和取向与原子轨道的相同，故A错误；3p2表示3p能级容纳了2个电子，故B错误；s能级的电子云轮廓图呈球形，有无数条对称轴，故C错误；p能级的原子轨道呈哑铃形，有px(沿x轴方向)、py(沿y轴方向)、pz(沿z轴方向)3个伸展方向的原子轨道，且相互垂直，故D正确。
14．X、Y两元素可形成X2Y3型化合物，则X、Y原子最外层电子排布式可能是( )A．X：3s23p1 Y：3s23p5B．X：2s22p2 Y：2s22p4C．X：3s23p1 Y：3s23p4D．X：3s2 Y：2s22p3解析：A.X为Al元素，Y为Cl元素，形成的化合物为AlCl3，错误；B.X为C元素，Y为O元素，可形成CO或CO2，错误；C.X为Al元素，Y为S元素，可形成Al2S3，正确；D.X为Mg元素，Y为N元素，形成的化合物为Mg3N2，错误。
15．(2022·日照高二月考)X、Y、Z三种短周期元素原子的最外层电子排布式分别为ns1、3s23p1和2s22p4，由这三种元素组成的化合物的化学式可能是( )A．X2YZ3B．X2YZ2C．XYZ2D．XYZ3解析：原子的最外层电子排布式为3s23p1和2s22p4的元素分别是Al和O，它们形成化合物时的常见化合价分别为＋3、－2，原子的最外层电子排布式为ns1的短周期元素形成化合物时的化合价为＋1，根据化合物中各元素正负化合价代数和为0的原则可知，C项符合题意。
16．按要求填空：(1)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。①A元素原子核外M层电子数是L层电子数的一半：_____________；②B元素原子的最外层电子数是次外层电子数的1.5倍：____________；③基态Fe3＋、S2－的电子排布式分别为_________________、____________。(2)某元素的最外层电子排布式是4s24p5，则其元素符号为________。(3)基态Ti2＋中，电子占据的最高能层的符号为______，该能层有________个能级。(4)写出基态砷原子的电子排布式：_______________________，砷位于元素周期表中第________周期第________族。
1s22s22p63s23p2
1s22s22p63s23p63d5
1s22s22p63s23p6
1s22s22p63s23p63d104s24p3
17．下表给出了五种元素的相关信息，其中A、B、C、D为短周期元素。
根据上述信息填空：(1)B元素的基态原子占据________个能层，其中第二能层中含有的能级为________；画出D的原子结构示意图：_________。
解析：氢气是一种清洁燃料，所以A为氢元素；臭氧对紫外线有吸收作用，是保护地球地表环境的重要屏障，所以B为氧元素；氮、磷、钾是植物生长三要素，N2O俗名“笑气”，是早期医疗中使用的麻醉剂，所以C为氮元素；单质硫在氧气中燃烧，发出明亮的蓝紫色火焰，所以D为硫元素；日常生产和生活中最常用的金属是铁、铜和铝，其中只有铁是人体不可缺少的微量元素，所以E为铁元素。氧元素的基态原子占据K层和L层2个能层，L层为第二能层，有s、p两个能级(即2s和2p)；硫原子的结构示意图为 。
(2)C与A形成的某一化合物能和C与B形成的另一无色化合物(这两种化合物分子中原子个数比皆为1∶2)一起用作火箭助推剂，写出二者发生反应生成无毒物质的化学方程式：______________________________。
解析：氮和氢形成的原子个数比为1∶2的化合物为N2H4，氮和氧形成的原子个数比为1∶2的化合物有 NO2和N2O4，其中N2O4是无色气体，NO2是红棕色气体，N2H4和N2O4反应生成无毒的N2和H2O。
(3)某矿藏主要含D、E两种元素组成的化合物，它在空气中高温条件下发生反应生成一种有刺激性气味的气体和一种红棕色固体。试写出其化学方程式：_______________________________。
解析：FeS2在空气中高温条件下发生反应生成SO2和Fe2O3，反应的化学方程式为4FeS2＋11O2 2Fe2O3＋8SO2。
[素养发展目标] 1．结合构造原理形成核外电子排布式书写的思维模型，并根据思维模型熟练书写1～36号元素基态原子的电子排布式。2．通过电子云和原子轨道的学习，了解原子核外电子的运动状态，辨识微观粒子运动状态不同于宏观物体运动状态。
1．构造原理：以光谱学事实为基础，从氢开始，随核电荷数递增，新增电子填入能级的顺序称为构造原理。
知识点一 构造原理与电子排布式
(1)电子填入能级的顺序：1s、2s、2p、3s、3p、4s、3d、4p、5s、4d、5p、6s、4f、5d、6p、7s……(2)构造原理的规律：ns →(n－2)f →(n－1)d →np。
2．电子排布式(1)基态原子的电子排布按照构造原理，元素的核电荷数每递增一个，同时增加一个核电荷和一个核外电子，就得到一个基态原子的电子排布。例如，O：1s22s22p4；F：1s22s22p5。
(2)书写原则①能级符号________的数字表示该能级的电子数，如H元素的基态原子的电子排布式如下： ②一般情况下，能层低的能级要写在左边，而不是按构造原理顺序书写，如钪(Sc)的电子排布式中最后两个能级应为3d14s2，不应写成4s23d1。③有些过渡金属元素基态原子的电子排布不符合构造原理，如Cr和Cu的最后两个能级的电子排布分别为____________和______________。
(3)能级交错①含义：随核电荷数递增，电子并不总是填满一个能层后再开始填入下一个能层的。电子是按3p→4s→3d的顺序而不是按3p→3d→4s的顺序填充的，这种现象被称为能级交错。②规律：从第三能层开始出现能级交错现象，能级交错排列的顺序为ns→(n－2)f→(n－1)d→np。
1．按构造原理写出稀有气体元素氦、氖、氩、氪、氙、氡和 的基态原子的最外层电子排布；除氦外它们的通式是什么？提示：He 1s2，Ne 2s22p6，Ar 3s23p6，Kr 4s24p6，Xe 5s 25p6，Rn 6s 26p6，Og 7s27p6；通式：ns2np6。
2．电子排布式可以简化，如Na的电子排布式可简化为[Ne]3s1，其中方括号里的符号的意义是什么？请仿照Na的简化电子排布式，写出O、Si、Cu的简化电子排布式。提示：方括号里的符号的意义是内层电子达到稀有气体元素原子结构的部分以相应稀有气体的元素符号表示。O、Si、Cu的简化电子排布式分别为O：[He]2s22p4；Si：[Ne]3s23p2；Cu：[Ar]3d104s1。
3．为突出化合价与电子排布的关系，将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)。例如，Fe的简化电子排布式为[Ar]3d64s2，价层电子排布为3d64s2。通常，元素周期表只给出价层电子排布。请写出Na、Al、Cl、Mn、Br的价层电子排布。提示：Na 3s1，Al 3s23p1，Cl 3s23p5，Mn 3d54s2，Br 4s24p5 。
电子排布式的书写方法1．原子的电子排布式(1)简单原子：按照构造原理将电子依次填充到各个能级中。例如，14Si：1s22s22p63s23p2。(2)复杂原子：先按构造原理依次排列，然后将同一能层的能级移到一起。例如，26Fe原子的电子排布式先排列为1s22s22p63s23p64s23d6，然后将同一能层的能级排到一起，即该原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2。
2．离子的电子排布式(1)判断该原子变成离子时会得到或失去多少个电子。(2)原子失去电子时，总是从能量高的能级失去电子，即失去电子的顺序是由外向里。一般来说，主族元素原子只失去它们的最外层电子，而副族元素原子可能还会进一步向里失去内层电子。例如，Fe3＋的电子排布式为1s22s22p63s23p63d5。(3)原子得到电子而形成阴离子时，得到的电子填充在最外一个能层的某一个能级上。
3．简化电子排布式例如，K：1s22s22p63s23p64s1，其简化电子排布式可表示为[Ar]4s1，其中[Ar]代表Ar的核外电子排布式，即1s22s22p63s23p6。4．价层电子排布式例如，K：1s22s22p63s23p64s1，其价层电子排布式可表示为4s1。注意：主族元素的价层电子是其最外层电子，副族元素的价层电子还包括部分次外层的电子。
1．(2022·北京大兴区高二期末)下列各原子或离子的电子排布式中，不正确的是( )A．N：1s22s22p3B．Ar：1s22s22p63s23p6C．Na＋：1s22s22p6D．Cl－：1s22s22p63s23p5
解析：A.N是7号元素，位于第二周期第ⅤA族，原子的电子排布式是1s22s22p3，故A正确；B.Ar是18号元素，位于第三周期0族，原子的电子排布式是1s22s22p63s23p6，故B正确；C.Na是11号元素，位于第三周期第ⅠA族，原子的电子排布式是1s22s22p63s1，而Na＋是Na原子失去最外层一个电子形成的，所以Na＋的电子排布式是1s22s22p6，故C正确；D.Cl是17号元素，位于第三周期第ⅦA族，原子的电子排布式是1s22s22p63s23p5，而Cl－是Cl原子得到一个电子形成的，所以Cl－的电子排布式为1s22s22p63s23p6，故D不正确。
2．已知Na的核外电子排布式为1s22s22p63s1，通常可把内层已达稀有气体元素原子的电子层结构的部分写成“原子实”，如Na的核外电子排布式可写成[Ne]3s1。用“原子实”表示的30号元素锌的原子核外电子排布式正确的是( )A．[Ne]3d104s2B．[Ar]3d104s24p2C．[Ar]3d84s24p2D．[Ar]3d104s2解析：根据构造原理可知，锌元素原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s2，除3d104s2外，锌原子内层电子的排布与稀有气体元素原子Ar的电子排布相同，因此锌的原子核外电子排布式可写为[Ar]3d104s2。
3．R元素的原子，其最外层的p能级电子数等于所有能层的s能级电子总数，则R可能是( )A．LiB．OC．SD．Ca解析：若只有1个能层，不存在p能级；若有2个能层，则有两个s能级，则电子排布式为1s22s22p4，为O元素；若有3个能层，则有三个s能级，则电子排布式为1s22s22p63s23p6，为Ar元素。
知识点二 电子云与原子轨道
1．电子云(1)概率密度量子力学指出，一定空间运动状态的电子在核外空间各处都可能出现，但出现的_____不同，可用概率密度(ρ)表示，即ρ＝ (P表示电子在某处出现的概率，V表示该处的体积)。
(3)电子云轮廓图的形状
2.原子轨道(1)概念：量子力学把电子在原子核外的一个_______________称为一个原子轨道。因此，常用电子云轮廓图的形状和取向来表示原子轨道的形状和取向。(2)各能级所含原子轨道数目
1．基态硅原子的核外电子共占据几个能级？其M层有多少个原子轨道？提示：5个；9个。2．基态钾离子的核外电子占据的最高能级共有几个原子轨道？其形状是什么？提示：基态钾离子的核外电子占据的最高能级为3p能级，该能级共有3个原子轨道，其形状为哑铃形。
不同能层的能级、原子轨道
注：d轨道和f轨道各有其名称、形状和取向，此处不作要求而从略。
1．下列关于电子云的说法中，正确的是( )A．电子云表示电子在原子核外运动的轨迹B．电子云表示电子在核外单位体积空间出现的概率大小C．电子云图中的小点越密，表示核外空间的电子越多D．钠原子的1s、2s、3s电子云半径相同解析：电子云表示电子在核外单位体积空间出现的概率大小，不是表示电子运动的轨迹，A错误，B正确；电子云图中的小点越密,表示电子在核外空间出现的概率密度越大,C错误；钠原子的1s、2s、3s电子云半径依次增大，D错误。
2．(2022·乐山高二期末)下列各组多电子原子的原子轨道能量比较不正确的是( )A．4px<4py<4pzB．4px＞3pzC．4p＞3pD．2s＜2p解析：电子的能层越高，能量越高，同一能级上的原子轨道具有相同的能量，故原子轨道能量：4px＝4py＝4pz＞3pz，A项错误、B项正确；电子的能层越高，能量越高，故原子轨道能量：4p＞3p，C项正确；相同能层上的原子轨道能量：s＜p，D项正确。
3．下列有关原子轨道的叙述正确的是( )A．氢原子的2s轨道能量比3p轨道高B．能层序数n＝4的原子轨道最多可容纳16个电子C．p能级的原子轨道呈哑铃形，随着能层序数的增加，p能级原子轨道也在增多D．锂原子的2s与5s轨道皆为球形分布
解析：H原子的2s轨道能量低于3p轨道，故A错误；每个能层最多能容纳2n2个电子，所以能层序数n＝4的原子轨道最多可容纳32个电子，故B错误；所有的p能级都含有3个原子轨道，所以随着能层序数的增加，p能级原子轨道数不变，故C错误；所有的s轨道电子云轮廓图都是球形，所以锂原子的2s与5s轨道皆为球形分布，故D正确。
1．(2022·哈密第八中学高二质检)核外电子排布中，能级会发生交错现象。以下表示的电子填充顺序，不符合客观事实的是( )A．3s→3p→3d→4sB．1s→2s→2p→3sC．4s→3d→4p→5sD．6s→4f→5d→6p解析：根据构造原理可知，原子核外电子填入能级的顺序为1s→2s→2p→3s→3p→4s→3d→4p→5s→4d→5p→6s→4f→5d→6p→7s→5f……，A项不符合客观事实。
2．(2022·长治第二中学高二期末)下列基态原子或离子的电子排布式错误的是( )A．Cr：1s22s22p63s23p63d54s1 B．F－：1s22s22p6C．Fe：1s22s22p63s23p63d54s3 D．Kr：1s22s22p63s23p63d104s24p6解析：基态Fe原子的电子排布式应为1s22s22p63s23p63d64s2，故C错误。
3．下列说法正确的是( )A．不同的原子轨道形状一定不同B．p轨道呈哑铃形，因此p轨道上的电子运动轨迹呈哑铃形C．2p能级有3个p轨道D．氢原子的电子运动轨迹呈球形解析：不同的原子轨道形状可能相同，如1s、2s轨道都呈球形，只是半径不同，A错误；现在的技术无法测定电子在原子核外的运动轨迹，原子轨道只是体现电子的空间运动状态，B、D错误；任何能层的p能级都有3个p轨道，C正确。
4．图1和图2分别是1s电子的概率密度分布图和原子轨道示意图。下列有关说法正确的是( )A．图1中的每个小点表示1个电子B．图2表示1s电子只能在球体内出现C．图2表明1s轨道呈球形，有无数条对称轴D．图1中的小点表示电子在核外所处的位置
5．(2022·南充高级中学高二月考)按照下列元素基态原子的电子排布特征判断元素，并回答问题。A原子的核外电子只占据一个能层且只含1个电子；B原子的2p能级得到2个电子后不能再容纳外来电子；C原子价层电子排布式为nsn－1npn＋1 ；D的一种核素的质量数为59，中子数为31。
(1)A原子核外电子的原子轨道形状为________。解析：A原子的核外电子只占据一个能层且只含1个电子，则A为H元素；B原子的2p能级得到2个电子后不能再容纳外来电子，原子核外电子排布式为1s22s22p4，故B为O元素；C原子价层电子排布式为nsn－1npn＋1，由于s能级最多容纳2个电子，即n－1＝2，则n＝3，C原子价层电子排布式为3s23p4，故C为S元素；D的一种核素的质量数为59，中子数为31，其质子数为59－31＝28，故D为Ni元素。A为H元素，电子只填充1s轨道，原子轨道为球形。
(2)画出B的原子结构示意图：___________。解析：B为O元素，原子序数为8，核内有8个质子，核外有8个电子，各电子层上电子数依次为2、6，其原子结构示意图为 。
(3)C原子的核外电子排布式是_____________________________。解析：C为S元素，原子序数为16，核外有16个电子，原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p4或[Ne]3s23p4。(4)D2＋ 的核外电子排布式是____________________________。解析：D是28号Ni元素，原子核外有28个电子，原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d84s2或[Ar]3d84s2，失去4s能级上的2个电子形成Ni2＋，Ni2＋的核外电子排布式是1s22s22p63s23p63d8或[Ar]3d8。
1s22s22p63s23p4(或[Ne]3s23p4)
1s22s22p63s23p63d8(或[Ar]3d8)
[基础检测]1．(2022·东莞光明中学高二阶段练习)钒具有优异的物理和化学性能，用途十分广泛，有金属“维生素”之称。23V原子的价层电子排布式是( )A．3s23p1B．3d34s2C．3d64s2D．4s2解析：23V原子核外有23个电子，核外电子排布式是1s22s22p63s23p63d34s2，则其价层电子排布式是3d34s2，故选B。
2．下列各项中，前面的能级先填入电子的是( )①3d和4s ②4p和5s ③5s和4d ④5p和4dA．①②B．②③C．②④D．③④解析：根据构造原理可知，前面的能级先填入电子的是②③。
3．下列各原子或离子的电子排布式错误的是( )A．Mg2＋ 1s22s22p6B．Br 1s22s22p63s23p63d104s24p5C．O2－ 1s22s22p6D．Cu 1s22s22p63s23p63d94s2解析：Mg的原子序数为12，Mg2＋的核外电子排布式为1s22s22p6，故A正确；Br的原子序数为35，核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p5，故B正确；O的原子序数为8，O2－的核外电子排布式为1s22s22p6，故C正确；Cu的3d能级处于全充满状态时较稳定，因此核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s1，故D错误。
4．下列说法正确的是( )A．s电子云轮廓图是在核外空间各个方向上伸展程度相同的对称形状B．p电子云轮廓图是平面“8”字形的C．3d3表示3d能级有3个原子轨道D．2d能级包含5个原子轨道，最多容纳10个电子解析：p电子云轮廓图形状是哑铃形，不是平面“8”字形，B项错；3d3表示第三能层d能级填充有3个电子，d能级有5个原子轨道，C项错；第二能层没有d能级，D项错。
5．如图是2pz轨道电子云的示意图，请观察该图，并判断下列说法不正确的是( )A．2pz轨道上的电子在空间出现的概率分布呈z轴对称B．点密集的地方表明电子出现的机会多C．电子先沿z轴正半轴运动，然后沿负半轴运动D．2pz轨道形状为哑铃形
解析：A.由题图可知，2pz轨道上的电子在空间出现的概率分布呈z轴对称，故A正确；B.题图中的小点表示电子在核外空间出现机会的多少，小点密集的地方，表明电子出现的机会多，故B正确；C.电子运动是无规则的，故C错误；D.2pz轨道形状为哑铃形，故D正确。
6．某种原子的电子排布式为1s22s22p63s23p1，下列有关该原子的说法正确的是( )A．该原子核内有13个中子B．该原子的简化电子排布式为[He]3s23p1C．该原子最外层有1个电子D．该原子第二能层上有8个电子解析：由该原子的电子排布式可知，该原子核外共有13个电子，故只能确定核内质子数为13，无法确定中子数，A错误；该原子的简化电子排布式为[Ne]3s23p1，B错误；该原子的最外层电子排布式为3s23p1，故最外层有3个电子，C错误。
7．某元素的基态原子核外电子占据四个能层，其3d能级上的电子数是4s能级上的3倍，则此元素是( ) A．SB．FeC．SiD．Cl解析：某元素的基态原子核外电子占据四个能层，其3d能级上的电子数是4s能级上的3倍，说明该元素的3d能级上的电子数是2×3＝6，其核外电子数＝2＋8＋8＋6＋2＝26，原子核外电子数＝原子序数，所以该元素是Fe。
8．已知三种微粒的电子排布式如下：11X：1s22s22p619Y：1s22s22p63s23p620Z：1s22s22p63s23p6若将上述三种微粒归为同一类，下列微粒中也可归为此类的是( ) 解析：题干中X、Y、Z三种微粒均为金属阳离子，A、D为原子，B为S2－，C为Mg2＋，故选C。
9．下表列出了核电荷数为21～25的元素的最高正化合价，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)已知基态铬原子的电子排布式是1s22s22p63s23p63d54s1，并不符合构造原理。人们常常会碰到客观事实与理论不相吻合的问题，当你遇到这样的问题时，你的态度是_________________________________________________________。
1s22s22p63s23p63d14s2(或[Ar]3d14s2)
1s22s22p63s23p63d24s2(或[Ar]3d24s2)
1s22s22p63s23p63d34s2(或[Ar]3d34s2)
1s22s22p63s23p63d54s2(或[Ar]3d54s2)
尊重客观事实，注重理论适用范围，掌握特例(或其他合理答案)
(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化合价，你发现的规律是_________________________________________________________________________________________；出现这一现象的原因是________________________________。
五种元素的最高正化合价数值都等于各元素基态原子的最高能层s电子和次高能层d电子数目之和
能级交错使得d电子也参与了反应
10．推导下列元素，回答有关问题：(1)具有1个4p电子的元素为________(填元素名称，下同)。(2)N层只有1个电子的主族元素是________，其氯化物的焰色试验呈________色。(3)3d能级全充满，4s能级只有1个电子的元素为________，原子序数为________。(4)原子序数小于36的元素X和Y，在周期表中既处于同一周期又位于同一族，且Y的原子序数比X大2，则Y的基态原子的价层电子排布式是________，X的单质在参与化学反应时，1个原子失去的电子数为________。
解析：原子序数小于36的元素X和Y，在周期表中既处于同一周期又位于同一族，且Y的原子序数比X大2，则X为Fe、Y为Ni；Ni的基态原子的电子排布式是1s22s22p63s23p63d84s2或[Ar]3d84s2，Ni的基态原子的价层电子排布式是3d84s2；Fe的基态原子的电子排布式是1s22s22p63s23p63d64s2或[Ar]3d64s2，Fe的基态原子的价层电子排布式是3d64s2，Fe单质在参与化学反应时，1个Fe原子失去2个或3个电子，表现为＋2 价或＋3价。
[素养提升]11．(2022·长沙高二检测)下列有关原子轨道的能量和电子运动状态的说法正确的是( )A．多电子原子中，原子轨道的能量高低总是遵循ns＜np＜ndB．同一原子中的2p能级上的电子的运动状态完全相同C．同一原子中，形态相同的能级的能量一定相同D．多电子原子中，每个能层上的电子的能量一定不同
解析：在多电子基态原子中，不可能有两个运动状态完全相同的电子，故B错误；同一原子中，不同能层s轨道形状相同，但能量不同，能层越大，能量越高，如E(1s)＜E(2s)，故C错误；同一能层的不同能级能量不同，且按s、p、d…依次增大，但同一能层同一能级上的电子的能量完全相同，故A正确，D错误。
12．电子作为微观粒子，其运动特征与宏观物体的运动特征有着明显的区别，下列关于电子运动特征的叙述中，正确的是( )A．电子的运动根本就不存在运动轨迹B．电子在原子核周围的空间内围绕原子核做圆周运动，只不过每一个圆周的半径不同而已C．电子的运动速率特别快，所以其能量特别大D．电子的运动速率特别快，运动范围特别小，不可能同时准确地测定其位置和速度
解析：A.电子的存在是客观事实，每一个瞬间肯定都有客观存在的位置，所以肯定存在运动轨迹，故A错误；B.电子不存在确切的运动轨道，故B错误；C.电子的运动速率虽然很快，但是其质量特别小，所以其能量也不会特别大，故C错误；D.电子的运动速率特别快，运动范围特别小，所以不可能准确地测定其位置和速度，故D正确。
13．如图甲是氢原子的1s电子云图(即概率密度分布图)，图乙、丙分别表示s、p能级的电子云轮廓图。下列有关说法正确的是( )A．电子云就是原子轨道B．3p2表示3p能级有2个原子轨道C．由图乙可知，s能级的电子云轮廓图呈圆形，有无数条对称轴D．由图丙可知，p能级的原子轨道呈哑铃形，且有3个伸展方向
解析：电子云是处于一定空间运动状态的电子在原子核外空间的概率密度分布的形象化描述；原子轨道是电子在原子核外的空间运动状态。由于电子云图难以绘制，所以通常把电子出现概率约为90%的空间圈出来，称为电子云轮廓图，电子云轮廓图的形状和取向与原子轨道的相同，故A错误；3p2表示3p能级容纳了2个电子，故B错误；s能级的电子云轮廓图呈球形，有无数条对称轴，故C错误；p能级的原子轨道呈哑铃形，有px(沿x轴方向)、py(沿y轴方向)、pz(沿z轴方向)3个伸展方向的原子轨道，且相互垂直，故D正确。
14．X、Y两元素可形成X2Y3型化合物，则X、Y原子最外层电子排布式可能是( )A．X：3s23p1 Y：3s23p5B．X：2s22p2 Y：2s22p4C．X：3s23p1 Y：3s23p4D．X：3s2 Y：2s22p3解析：A.X为Al元素，Y为Cl元素，形成的化合物为AlCl3，错误；B.X为C元素，Y为O元素，可形成CO或CO2，错误；C.X为Al元素，Y为S元素，可形成Al2S3，正确；D.X为Mg元素，Y为N元素，形成的化合物为Mg3N2，错误。
15．(2022·日照高二月考)X、Y、Z三种短周期元素原子的最外层电子排布式分别为ns1、3s23p1和2s22p4，由这三种元素组成的化合物的化学式可能是( )A．X2YZ3B．X2YZ2C．XYZ2D．XYZ3解析：原子的最外层电子排布式为3s23p1和2s22p4的元素分别是Al和O，它们形成化合物时的常见化合价分别为＋3、－2，原子的最外层电子排布式为ns1的短周期元素形成化合物时的化合价为＋1，根据化合物中各元素正负化合价代数和为0的原则可知，C项符合题意。
16．按要求填空：(1)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。①A元素原子核外M层电子数是L层电子数的一半：_____________；②B元素原子的最外层电子数是次外层电子数的1.5倍：____________；③基态Fe3＋、S2－的电子排布式分别为_________________、____________。(2)某元素的最外层电子排布式是4s24p5，则其元素符号为________。(3)基态Ti2＋中，电子占据的最高能层的符号为______，该能层有________个能级。(4)写出基态砷原子的电子排布式：_______________________，砷位于元素周期表中第________周期第________族。
1s22s22p63s23p2
1s22s22p63s23p63d5
1s22s22p63s23p6
1s22s22p63s23p63d104s24p3
17．下表给出了五种元素的相关信息，其中A、B、C、D为短周期元素。
根据上述信息填空：(1)B元素的基态原子占据________个能层，其中第二能层中含有的能级为________；画出D的原子结构示意图：_________。
解析：氢气是一种清洁燃料，所以A为氢元素；臭氧对紫外线有吸收作用，是保护地球地表环境的重要屏障，所以B为氧元素；氮、磷、钾是植物生长三要素，N2O俗名“笑气”，是早期医疗中使用的麻醉剂，所以C为氮元素；单质硫在氧气中燃烧，发出明亮的蓝紫色火焰，所以D为硫元素；日常生产和生活中最常用的金属是铁、铜和铝，其中只有铁是人体不可缺少的微量元素，所以E为铁元素。氧元素的基态原子占据K层和L层2个能层，L层为第二能层，有s、p两个能级(即2s和2p)；硫原子的结构示意图为 。
(2)C与A形成的某一化合物能和C与B形成的另一无色化合物(这两种化合物分子中原子个数比皆为1∶2)一起用作火箭助推剂，写出二者发生反应生成无毒物质的化学方程式：______________________________。
解析：氮和氢形成的原子个数比为1∶2的化合物为N2H4，氮和氧形成的原子个数比为1∶2的化合物有 NO2和N2O4，其中N2O4是无色气体，NO2是红棕色气体，N2H4和N2O4反应生成无毒的N2和H2O。
(3)某矿藏主要含D、E两种元素组成的化合物，它在空气中高温条件下发生反应生成一种有刺激性气味的气体和一种红棕色固体。试写出其化学方程式：_______________________________。
解析：FeS2在空气中高温条件下发生反应生成SO2和Fe2O3，反应的化学方程式为4FeS2＋11O2 2Fe2O3＋8SO2。
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