【同步讲义】高中化学（苏教版2019）选修第二册--2.1.2 原子核外电子的排布 讲义

第2课时 原子核外电子的排布

1．能举例说明原子核外电子排布的构造原理。

2．能电子排布式和轨道表示式表征1~36号元素基态原子的核外电子排布。

知识点01  构造原理

电子是按照一定顺序填充的，________一个能级之后再填下一个能级，这个规律称为构造原理。原子核外电子的排布遵循构造原理的三大内容：能量最低原理、泡利不相容原理和洪特规则。

1．能量最低原理

(1)能量最低原理

原子核外电子先占据________的轨道，然后依次进入________的轨道，这样使整个原子处于_________的状态。

(2)原子核外电子排布的轨道能量顺序

电子所排的轨道顺序：1s、2s、2p、3s、3p、4s、____、4p、5s、_____、5p、6s、_____、_____、6p、7s……，这是实验得到的规律，适用于大多数基态原子的核外电子排布。

2．泡利不相容原理

每个原子轨道上最多容纳_____个自旋状态不同的电子。

3．洪特规则

(1)原子核外电子在能量相同的各个轨道上排布时，电子尽可能分占在________________上，且自旋状态________，这样整个原子的能量________。

(2)特例：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，原子较稳定。这称为洪特规则特例。

【即学即练1】在d轨道中电子排布成，而不排成，其直接的根据是(　　)

A．能量最低原理               B．泡利不相容原理

C．原子轨道能量顺序           D．洪特规则

知识点02  原子核外电子排布的表示方法

1．电子排布式

(1)电子排布式

用数字在轨道符号右上角标明该轨道上排布的电子数，例如：

15P：________________________      19K：________________________

(2)简化的电子排布式

为了避免电子排布式书写过于繁琐，把内层电子已达到________________结构的部分写成“原子实”，以相应________________________符号外加方括号表示，得到简化的电子排布式。例如：

16S：________________________         21Sc：________________________

(3)外围电子排布式

外围电子又称价电子，对主族元素而言，外围电子就是最外层电子。例如：

8O：________________         13Al：________________

2．轨道表示式

将每一个原子轨道用一个方框表示，在方框内标明基态原子核外电子分布的式子称为轨道表示式。例如Al的轨道表示式为：

【即学即练2】按要求填空：

（1）Cu的原子结构示意图为________________。

（2）P的外围电子排布式为_________________。

（3）Ni的电子排布式为____________________。

（4）N的轨道表示式为_____________________。

（5）X元素的外围电子排布式是4s24p5，X的元素符号是__________。

【即学即练3】写出下列微粒的电子排布式和外围电子排布式：

（1）Fe ______________________________     _________________________

（2）Fe2+ _____________________________     __________________________

（3）As_______________________________     _________________________

（4）Cu2+ _____________________________     ___________________________

【即学即练4】某元素的原子基态时有7个电子处于3d轨道上，则该元素的原子序数为______，该元素原子的d轨道上的未成对电子有______个。

【即学即练5】某元素的原子获得能量后的电子排布式为1s22s22p63s23p34s1，则该元素的原子获得能量前的电子排布式为_______________；轨道表示式为______________________；外围电子排布式为___________；该元素的元素符号是______。

知识点03  原子光谱与光谱分析

1．原子光谱形成原因

在通常情况下，原子核外电子的排布总是使整个原子处于能量______的状态。

当处于能量最低状态的原子______能量后，电子能从能量______的轨道跃迁到能量______的轨道上。

电子从能量较高的轨道跃迁到能量较低的轨道时，将______出能量。

2．原子光谱分类

发射光谱：原子中的电子从能量较高的轨道跃迁到能量较低的轨道时，______光子，将发出的光通过棱镜就得到原子的原子发射光谱。

吸收光谱：原子中的电子______光子，原子中的电子从能量较低的轨道跃迁到能量较高的轨道，然后将透过光通过棱镜，就得到原子吸收光谱。

3．光谱分析

通过原子发射光谱或吸收光谱______元素，称为光谱分析。

【即学即练6】下列图像中所发生的现象与电子的跃迁无关的是(　　)

A．燃放焰火             B．霓虹灯广告       C．蜡烛燃烧     D．平面镜成像

考法01  基态原子核外电子排布规律

核外电子在原子轨道上的排布遵循的三个原理间的关系：

在不违反泡利不相容原理的前提下，核外电子在各个原子轨道上的排布应使整个原子体系的能量最低。我们称原子的最低能量状态为原子的基态，能量高于基态的状态为激发态。

1．能量最低原则

(1)基态原子核外电子在原子轨道上的排列顺序

（2）能级交错现象

三层以上的电子层中出现能级交错现象，对核外电子排布的影响很大。

能量顺序按照1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 5s 4d 5p 6s 4f 5d 6p 7s……，即按照ns (n－2)f (n－1)d np顺序排列。

2．泡利不相容原理

(1)在核外电子的排布中，排在同一轨道上的两个电子，自旋方向相反；而自旋方向相同的电子，必然处于不同的轨道上。可以这样理解：在同一原子中，没有运动状态完全相同的两个电子存在，原子核外有几个电子，就有几种运动状态。

(2)根据泡利不相容原理我们可以推算出各电子层可以容纳的最多电子数。

3．洪特规则及其特例

（1）原子核外电子在能量相同的各个轨道上排布时，将尽可能分占不同的原子轨道，且自旋状态相同，这样整个原子的能量最低。

如2p3的轨道表示式为：而不是或。

（2）洪特规则特例：能量相同的原子轨道在全充满(如p6和d10)、半充满(如p3和d5)和全空(如p0和d0)状态时，体系的能量较低，原子较稳定。

如Cr的电子排布式为1s22s22p63s23p63d54S1，3d和4s轨道均为半充满状态，原子较为稳定；又如Cu的电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s1，3d轨道为全充满，4s轨道为半充满状态，原子较为稳定。

【典例1】人造卫星所使用的合金的成分之一钛元素被称为“二十一世纪的金属”。

(1)钛元素的原子结构示意图是__________，其核外电子排布式为__________。

(2)钛元素的原子中所含有的未成对电子数为____________，其中能量最高的原子轨道是________ 。

(3)金属钛(Ti)的合金具有耐高温、耐腐蚀、强度高等性能，所以，钛合金广泛用于航空、航天工业及化学工业。工业上冶炼金属钛的过程是以钛铁矿(FeTiO3)、焦炭、氯气为原料，在高温条件下制取TiCl4，其反应的化学方程式为2FeTiO3＋6C＋7Cl22TiCl4＋2FeCl3＋6CO。然后用镁与TiCl4在高温条件下反应生成金属钛和氯化镁。

①其中TiCl4中金属钛的化合价为________价，该化合物中钛离子核外电子排布式为__________。

②钛原子核外电子在排布时最后一个进入原子轨道的电子是________，钛原子在失去电子时，最先失去的电子是________。

考法02  核外电子排布的表示方法

1．几种表示方法归纳

2．外围电子（价电子）

（1）主族元素的最外层电子就是外围电子，如碱金属的外围电子排布式为ns1。

（2）过渡元素的外围电子一般包括最外层的s电子和次外层的d电子，如铁原子的外围电子排布式为3d64s2。

3．核外电子排布式的书写

（1）书写原子的电子排布式时，应按照电子层的顺序书写，如铁原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2，而不是1s22s22p63s23p64s23d6。

（2）书写离子的电子排布式时，先失去最外层电子，再失去内层电子，如Fe2+的电子排布式为：1s22s22p63s23p63d6，Fe3+的电子排布式为：1s22s22p63s23p63d5。

【典例2】下列叙述正确的是(　　)

A．3d64s2是基态原子的电子排布式

B．铬原子的电子排布式：1s22s22p63s23p64s13d5

C．铜原子的电子排布式：1s22s22p63s23p63d104s1

D．氮原子的轨道表示式是

题组A  基础过关练

1．在下列元素的基态原子中，其最外电子层未成对电子最多的是(　　)

A．Cl     B．P     C．Al     D．Si

2．检测下列各原子或离子的电子排布式不符合构造原理的是(　　)

A．Ca2＋　　1s22s22p63s23p6

B．O    1s22s22p4

C．Cl－    1s22s22p63s23p54s1

D．Br    1s22s22p63s23p63d104s24p5

3．已知三种微粒(原子或离子)：

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(　　)

4．北京“鸟巢”运用了高强度、高性能的钒氮合金高新钢，钒元素的原子序数为23，则钒原子的外围电子排布式正确的是(　　)

A．3s23p6    B．3d34s2    C．3d64s2    D．4s2

5．下列化学用语中正确的是(　　)

A．铬原子的简化电子排布式为[Ar]3d44s2

B．Cl－的结构示意图为

C．N原子的轨道表示式为

D．Cu原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s1

6．下列关于钠元素的几种表达式错误的是(　　)

A．Na＋的轨道表示式：

B．Na＋的结构示意图：

C．Na的电子排布式：1s22s22p63s1

D．Na的简化电子排布式：[Na]3s1

7．下列关于最外层电子排布式为3s23p4的粒子描述正确的是(　　)

A．它的元素符号为O

B．它的核外电子排布式为1s22s22p63s23p4

C．它可与H2生成液态化合物

D．其轨道表示式为

8．若某基态原子的外围电子排布式为4d15s2，则下列说法正确的是(　　)

A．该元素基态原子共有3个电子

B．该元素基态原子核外有5个电子层

C．该元素基态原子最外层有3个电子

D．该元素基态原子M电子层共有8个电子

9．下列原子或离子的电子排布表示方法中，正确的是________，违反能量最低原理的是________，违反洪特规则的是_________，违反泡利不相容原理的是________。

①Ca2＋：1s22s22p63s23p6　②F－：1s22s23p6

③P：

④Fe：1s22s22p63s23p63d64s2　⑤Mg2＋：1s22s22p6

⑥C：

10．下表列出了核电荷数为21～25号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，核外电子这样排布的原因为_________________________。

11．(1)以下列出的是一些原子的2p轨道和3d轨道中电子排布的情况。试判断，违反了泡利不相容原理的是________(填编号，下同)，违反了洪特规则的是________。

①  ②  ③ ④

⑤ ⑥

(2)某元素的激发态(不稳定状态)原子的电子排布式为1s22s22p63s13p33d2，则该元素基态原子的电子排布式为__________；其最高价氧化物对应的水化物的化学式是________。

(3)将下列多电子原子的原子轨道按轨道能量由低到高顺序排列___________________________。

2s　3d　4s　3s　4p　3p

题组B  能力提升练

1．气态中性基态原子的原子核外电子排布发生如下变化，吸收能量最多的是(　　)

A．1s22s22p63s23p2→1s22s22p63s23p1

B．1s22s22p63s23p3→1s22s22p63s23p2

C．1s22s22p63s23p4→1s22s22p63s23p3

D．1s22s22p63s23p63d104s24p1→1s22s22p63s23p63d104s2

2．下列各组中的X和Y两种原子，化学性质一定相似的是(　　)

A．X原子和Y原子最外层都只有一个电子

B．X原子的核外电子排布为1s2，Y原子的核外电子排布为1s22s2

C．X原子2p轨道上有三个电子Y原子的3p轨道上有三个电子

D．X原子核外M层上仅有两个电子，Y原子核外N层上仅有两个电子

3．下列各项叙述中，正确的是(　　)

A．镁原子由1s22s22p63s2→1s22s22p63p2时，原子释放能量，由基态转化成激发态

B．外围电子排布为5s25p1的元素位于第5周期ⅠA族

C．所有原子任一电子层的s电子云轮廓图都是球形，但球的半径大小不同

D．24Cr原子的电子排布式是1s22s22p63s23p63d44s2

4．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占据一种原子轨道，也是宇宙中最丰富的元素；B元素原子的核外p轨道电子数比s轨道电子数少1；C为金属元素且原子核外p轨道电子数和s轨道电子数相等；D元素的原子核外所有p轨道全满或半满。

(1)写出四种元素的元素符号：A________；B________；C________；D________。

(2)写出B、C两种元素的单质在点燃条件下反应的化学方程式：____________。

(3)写出B元素的单质和氢化物的电子式：

单质：____________；氢化物：____________。

5．(1)Na位于元素周期表第________周期第________族；S的基态原子核外有________个未成对电子；Si的基态原子核外电子排布式为_______________________。

(2) Cu＋基态核外电子排布式为 ______________________。

(3)基态铁原子有________个未成对电子，Fe3＋的电子排布式为________________________。

(4) 31Ga基态原子的核外电子排布式是_____________________。

(5)铝原子核外电子云有______种不同的伸展方向，有______种不同运动状态的电子。

题组C  培优拔尖练

1．原子序数为1～18的18种元素中，原子最外层不成对电子数与它的电子层数相等的元素共有(　　)

A．6种    B．5种    C．4种    D．3种

2．下列各选项表述中，两个微粒属于同种元素原子的是(　　)

A．3p能级有两个空轨道的基态原子和核外电子排布式为1s22s22p63s23p2的原子

B．2p能级有一个未成对电子的基态原子和外围电子排布式为2s22p5的原子

C．M层全充满而N层为4s2的原子和核外电子排布式为1s22s22p63s23p64s2的原子

D．最外层电子数是核外电子总数的的原子和外围电子排布式为4s24p5的原子

3．如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元素的原子含有________个电子层，其中第二电子层中有哪几个原子轨道？________；画出D的原子结构示意图________________________。

(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，写出两者发生反应生成无毒物质的化学方程式：

______________________________________________________。

(3)某矿藏主要含D、E两种元素组成的化合物，它是我国生产某强酸的主要原料。试写出该生产过程中第一阶段主要反应的化学方程式：___________________________________。

4．电池的发展日新月异，我国现在普遍选择磷酸铁锂作为动力型锂离子电池的正极材料，从政府、科研机构、企业甚至是证券公司等市场分析员都看好这一材料，将其作为动力型锂离子电池的发展方向。

(1)磷酸铁锂电池中锂原子和磷原子的结构示意图分别为__________和 __________。核外电子排布式分别为________和 __________。

(2)磷酸铁锂电池中铁元素的原子结构示意图为

①根据核外电子排布规律判断M层最多容纳________个电子，若铁元素的核外电子排布式表示为1s22s22p63s23p63d8，则违背了核外电子排布的________________的规律。

②铁元素的原子核外电子排布式为__________，该元素的原子核外有______个未成对电子。

③铁元素在形成化合物时往往以＋3价或者＋2价的形式存在，从核外电子排布角度来看，____铁离子的稳定性更强，原因是_____________________________________________。