第二課時原子核外電子的排布學(xué)習(xí)目標(biāo)學(xué)科素養(yǎng)1.了解原子核外電子排布所遵循的原理，知道原子軌道能量順序。2．能用電子排布式表示1～36號元素原子的核外電子排布。3．知道原子核外電子在一定條件下會發(fā)生躍遷，了解其簡單應(yīng)用。1.進(jìn)一步豐富物質(zhì)結(jié)構(gòu)的知識，提高分析問題和解決問題的能力。2.從科學(xué)家探索物質(zhì)構(gòu)成奧秘的史實中體會科學(xué)探究的過程和方法，增強學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣。課前篇·自主學(xué)習(xí)固基礎(chǔ)[知識梳理]一、核外電子排布遵循的原理1.原子核外電子排布的軌道能量由低到高的順序為______________________________。2.能量最低原理：原子核外電子先占據(jù)能量________的軌道，然后依次進(jìn)入能量________的軌道，這樣使整個原子處于能量________的狀態(tài)。這一原理稱為能量最低原理。3.泡利不相容原理：原子中同種運動狀態(tài)的電子只有________，即在同一軌道上最多只能容納自旋狀態(tài)________的________個電子，這稱為泡利不相容原理。4.洪特規(guī)則：為了使體系的總能量最低，原子核外的電子在能量相同的各個軌道上排布時，總是盡可能以自旋________的狀態(tài)分占________的軌道，這稱為洪特規(guī)則。5.洪特規(guī)則的補充規(guī)則能量相同的原子軌道在________、________和________時，體系的能量較低，原子較穩(wěn)定。能量相同的原子軌道：如p能級的3個軌道，d能級的5個軌道，f能級的7個軌道。相對穩(wěn)定的狀態(tài)eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(全充滿p6d10f14,全空p0d0f0,半充滿p3d5f7))二、表示原子核外電子排布的化學(xué)用語1.電子排布式：如Na________________；鈣的電子排布式為________________，原子結(jié)構(gòu)示意圖為________，電子式：________。3.外圍電子排布式：如氯原子外圍電子排布式為________，外圍電子軌道表示式為________。答案：一、1.1s、2s、2p、3s、3p、4s、3d、4p、5s、4d、5p、6s、4f、5d、6p、7s、5f、6d……2.低較高最低3.一個不同兩4.相同不同5.全充滿半充滿全空二、1.1s22s22p63s11s22s22p63s23p64s2eq\a\vs4\al(·)Caeq\a\vs4\al(·)3.3s23p5[自我排查]判斷正誤(1)當(dāng)電子排布在同一能級的不同軌道時，電子總是先占滿1個軌道，然后再占據(jù)其他原子軌道()(2)處于最低能量的原子叫做基態(tài)原子()(3)O原子排布成違反了洪特規(guī)則()(4)K的簡化電子排布式為4s1()(5)6C的電子排布式為1s22s22peq\o\al(2,x)()(6)3d6的軌道表示式為()答案：(1)×(2)√(3)√(4)×(5)×(6)×課堂篇·重點難點要突破研習(xí)1核外電子排布遵循的原理[問題探討]在多電子原子中，電子大多是按下圖所示的軌道能量順序進(jìn)行填充：1.在多電子原子中，電子進(jìn)入原子軌道的先后應(yīng)遵循的原理是什么？2.多電子原子核外電子排布是否完全遵循電子層的順序？3.軌道的能量高低主要是由哪些因素決定的？4.電子層與原子軌道類型、原子軌道數(shù)目有何關(guān)系？5.同一原子軌道最多容納的電子數(shù)是多少？其依據(jù)是什么？1.提示：能量最低原理。電子最先排布在能量低的軌道上，然后依次排布在能量較高的軌道上。2.提示：由題圖可知，從第三電子層開始各軌道不完全遵循電子層順序，產(chǎn)生了軌道能量交錯排列。3.提示：各軌道的能量由電子層序數(shù)和軌道類型共同決定，各軌道的能量高低順序，可由下列公式得出：ns<(n－2)f<(n－1)d<np(n表示電子層序數(shù))。4.提示：第n電子層有n種原子軌道類型，有n2個原子軌道。5.提示：同一軌道上的電子自旋方向只能相反，不能相同，最多只能容納2個電子。其依據(jù)是泡利不相容原理。[重點講解]1.基態(tài)原子核外電子排布的原則(1)能量最低原理基態(tài)原子核外電子在各個原子軌道上的排布方式應(yīng)使整個原子體系的能量最低。(2)泡利不相容原理一個原子軌道中最多只能容納兩個電子，且這兩個電子的自旋狀態(tài)不同。根據(jù)泡利不相容原理，可以獲得以下重要結(jié)論：①每一種運動狀態(tài)的電子只能有1個。②每個電子層中原子軌道的總數(shù)為n2個，因此，每個電子層最多能容納2n2個電子。(3)洪特規(guī)則②洪特規(guī)則特例：能量相同的原子軌道在全充滿(如p6和d10)、半充滿(如p3和d5)和全空(如p0和d0)狀態(tài)時，體系的能量較低，原子較穩(wěn)定。如Cr的電子排布式為1s22s22p63s23p63d54s1，3d和4s軌道均為半充滿狀態(tài)，原子較為穩(wěn)定；又如Cu的電子排布式為1s22s22p63s23p63d104s1,3d軌道為全充滿，4s軌道為半充滿狀態(tài)，原子較為穩(wěn)定。2.基態(tài)原子核外電子在原子軌道上的排布順序——構(gòu)造原理基態(tài)原子核外電子在原子軌道上按照如下順序依次排布：即電子所排的能級順序：1s、2s、2p、3s、3p、4s、3d、4p、5s、4d、5p、6s……這一規(guī)律稱為構(gòu)造原理。3.基態(tài)原子核外電子排布規(guī)律核外電子在原子軌道上的排布遵循的三個原理間的關(guān)系：在不違反泡利不相容原理的前提下，核外電子在各個原子軌道上的排布應(yīng)使整個原子體系的能量最低。我們稱原子的最低能量狀態(tài)為原子的基態(tài)，能量高于基態(tài)的狀態(tài)為激發(fā)態(tài)。4.能級交錯現(xiàn)象(1)原子中的價電子在外層排布時存在原子軌道能級交錯現(xiàn)象。如E(4s)<E(3d)<E(4p)，E(5s)<E(4d)<E(5p)。(2)書寫原子的電子排布式時，應(yīng)按照電子層的順序書寫，如鐵原子的電子排布式為1s22s22p63s23p63d64s2，而不是1s22s22p63s23p64s23d6。(3)書寫離子的電子排布式時，先失去最外層電子，再失去內(nèi)層電子，如Fe2＋的電子排布式為1s22s22p63s23p63d6，F(xiàn)e3＋的電子排布式為1s22s22p63s23p63d5。[研習(xí)經(jīng)典][典例1]下列對電子排布式或軌道表示式書寫的評價正確的是()答案：C解析：電子應(yīng)先充滿同能級的軌道，違反了洪特規(guī)則，不符合題意，A錯誤；相同軌道中的兩個電子運動狀態(tài)應(yīng)相反，違反了泡利不相容原理，不符合題意，B錯誤；Ca原子的電子排布式：1s22s22p63s23p64s2，違反了能量最低原理，符合題意，C正確；Br－的電子排布式：[Ar]3d104s24p6，正確，評價錯誤，D錯誤。[舉一反三]1.下列排布不符合泡利不相容原理的是()答案：C解析：泡利不相容原理指的是一個原子軌道中最多只能容納兩個電子，并且這兩個電子的自旋狀態(tài)必須相反，所以只有C項不滿足此原理。2.若將P原子的電子排布式寫成1s22s22p63s23peq\o\al(2,x)3peq\o\al(1,y)，它違背了()A.能量守恒原理 B．泡利不相容原理C.能量最低原理 D．洪特規(guī)則答案：D解析：對于基態(tài)原子，電子在能量相同的軌道上排布時，將盡可能分占不同的軌道并且自旋狀態(tài)相同。若將P原子的電子排布式寫成1s22s22p63s23peq\o\al(2,x)3peq\o\al(1,y)，它違背了洪特規(guī)則。3.以下軌道符號錯誤的是()A.5sB．3dC．3fD．6p答案：C解析：每個電子層都有s能級，A正確；第3電子層上有3s、3p、3d三種類型的原子軌道，而沒有3f軌道，B正確，C錯誤；第6電子層上有6s、6p、6d等原子軌道，D正確。4.當(dāng)鎂原子由1s22s22p63s2→1s22s22p63p2時，以下認(rèn)識正確的是()A.鎂原子由基態(tài)轉(zhuǎn)化成激發(fā)態(tài)，這一過程中吸收能量B.激發(fā)態(tài)原子的電子排布仍然符合洪特規(guī)則、泡利不相容原理及能量最低原理C.轉(zhuǎn)化后位于p能級上的兩個電子處于同一軌道，且自旋狀態(tài)相同D.轉(zhuǎn)化后鎂原子與硅原子電子層結(jié)構(gòu)相同，化學(xué)性質(zhì)相似答案：A解析：由能量最低原理可知基態(tài)Mg的電子排布式為1s22s22p63s2，能量處于最低狀態(tài)，當(dāng)變?yōu)?s22s22p63p2時，電子發(fā)生躍遷，需要吸收能量，變?yōu)榧ぐl(fā)態(tài)，反之放出能量。鎂原子由基態(tài)轉(zhuǎn)化成激發(fā)態(tài)，電子能量增大，需要吸收能量，A正確；鎂原子由基態(tài)轉(zhuǎn)化成激發(fā)態(tài)，電子排布式為1s22s22p63p2，不符合能量最低原理，B錯誤；同一軌道不可能有自旋狀態(tài)相同的兩個電子，否則違反了泡利不相容原理，C錯誤；轉(zhuǎn)化后鎂原子與硅原子電子層結(jié)構(gòu)不同，化學(xué)性質(zhì)不同，D錯誤。研習(xí)2原子核外電子排布的表示方法[問題探討]元素周期表中鐵元素的相關(guān)內(nèi)容如圖：1.圖中3d64s2表示的含義是什么？2.你能寫出鐵的電子排布式和簡化電子排布式嗎？3.書寫電子排布式時，電子是不是先填滿一個電子層后再開始填入下一個電子層？原因是什么？鐵的電子排布式為什么不書寫成1s22s22p63s23p63d8？4.鈉的電子排布式可簡化為[Ne]3s1，上式方括號里的符號的意義是什么？請仿照鈉原子的簡化電子排布式寫出硅(14號元素)和銅(29號元素)的簡化電子排布式。5.依據(jù)鐵的外圍電子排布式，你能寫出Al(13號元素)、S(16號元素)、Mn(25號元素)的外圍電子排布式嗎？1.提示：3d64s2是指鐵的外圍電子排布式，表示在化學(xué)變化中可能發(fā)生電子變動的鐵的能級電子排布。2.提示：鐵的電子排布式為1s22s22p63s23p63d64s2；簡化電子排布式為[Ar]3d64s2。3.提示：不是；因為會出現(xiàn)能級交錯現(xiàn)象，如電子按3p→4s→3d的順序而不是按3p→3d→4s的順序填充；鐵的電子排布式不能書寫成1s22s22p63s23p63d8的原因是4s能級的能量低于3d能級的能量，電子首先填充在能量低的能級。4.提示：[Ne]是指該部分與Ne的電子排布式相同；硅和銅簡化的電子排布式分別為[Ne]3s23p2、[Ar]3d104s1。5.提示：Al：3s23p1；S：3s23p4；Mn：3d54s2。[重點講解]1.幾種表示方法歸納2.外圍電子(1)主族元素的最外層電子就是外圍電子，如堿金屬的外圍電子排布式為ns1。(2)過渡元素的外圍電子一般包括最外層的s電子和次外層的d電子，如鐵原子的外圍電子排布式為3d64s2。(1)電子排布式和軌道表示式反映的是基態(tài)原子即處于最低能量狀態(tài)的原子的電子排布情況，它們相互關(guān)聯(lián)，可以非常方便地相互轉(zhuǎn)換。(2)雖然電子排布是遵循能量最低原理的，但書寫電子排布式時應(yīng)按照電子層的順序書寫。如鐵原子的電子排布式是1s22s22p63s23p63d64s2，而不寫作1s22s22p63s23p64s23d6。(3)主族元素的最外層電子就是外圍電子。過渡元素的外圍電子一般包括最外層的s電子和次外層的d電子，有的還包括倒數(shù)第三層的f電子。(4)簡單離子是原子得失一定數(shù)目電子后的產(chǎn)物。在表達(dá)陰、陽離子的核外電子排布情況時，務(wù)必注意離子與原子之間的電子數(shù)目的關(guān)系。(5)電子排布式的書寫①元素符號；②軌道符號；③軌道順序按電子層由里到外和s、p、d、f的順序；④電子個數(shù)(右上角標(biāo)出)。注意電子排布式與外圍電子排布式的區(qū)別。(6)軌道表示式的書寫格式①元素符號；②軌道框(一個軌道一個框，能量相同的軌道連在一起)；③電子自旋狀態(tài)(用“↑”“↓”表示)；④軌道符號。p、d等如有空軌道也要畫出。[研習(xí)經(jīng)典][典例2]以下電子排布式表示基態(tài)原子電子排布的是()A.1s22s22p63s13p3B.1s22s22p63s23p63d104s14p1C.1s22s22p63s23p63d24s1D.1s22s22p63s23p63d104s24p1答案：D解析：基態(tài)原子核外電子排布應(yīng)該是1s22s22p63s23p2，A錯誤；基態(tài)原子核外電子排布應(yīng)該是1s22s22p63s23p63d104s2，B錯誤；基態(tài)原子核外電子排布應(yīng)該是1s22s22p63s23p63d14s2，C錯誤；1s22s22p63s23p63d104s24p1符合原子核外電子排布規(guī)律，D正確。[舉一反三]1.表示一個原子的M層上有10個電子，可以寫成()A.3s23p63d2 B．2d10C.3s23p64s2 D．3s23p33d5答案：A解析：M層為第三電子層，根據(jù)構(gòu)造原理，E3s<E3p<E4s<E3d，原子核外電子大多按能級順序填充，填滿一個能級再填一個新能級，M層上有10個電子時，M層的電子排布式為3s23p63d2。2.下列表示式錯誤的是()A.Mg2＋的軌道表示式：B.Na＋的結(jié)構(gòu)示意圖：C.24Cr的外圍電子排布式：3d54s1D.C的電子排布式：1s22s12p3答案：D解析：Mg2＋含有10個核外電子，電子排布式為1s22s22p6，軌道表示式為，故A正確；鈉離子核內(nèi)有11個質(zhì)子，核外有2個電子層，第一層上有2個電子、第二層上有8個電子，其結(jié)構(gòu)示意圖為，故B正確；原子序數(shù)為24，說明原子核外電子數(shù)為24，根據(jù)構(gòu)造原理、洪特規(guī)則特例得到電子排布式為1s22s22p63s23p63d54s1，外圍電子排布式為3d54s1，故C正確；D項違反能量最低原理，C的電子排布式為1s22s22p2，錯誤。3.以下表示氦原子結(jié)構(gòu)的化學(xué)用語中，對電子運動狀態(tài)描述最詳盡的是()答案：D解析：A項只能表示最外層電子數(shù)；B項只表示核外的電子分層排布情況；C項具體到各電子層的電子數(shù)；而D項包含了電子層數(shù)、能級數(shù)以及軌道內(nèi)電子的自旋狀態(tài)，故該項正確。4.按要求填空。(1)O：________________(軌道表示式)。(2)Na：________________(軌道表示式)。(3)Ca元素基態(tài)原子電子排布式：________________________________________________________________________。(4)基態(tài)硼原子的軌道表示式為________________，核外電子共有________種運動狀態(tài)，有________個未成對電子，有________對成對電子。答案：(1)(2)(3)1s22s22p63s23p64s2(4)512研習(xí)3基態(tài)與激發(fā)態(tài)、原子光譜[問題探討]1.我們看到的燈光、霓虹燈光、激光、焰火都與什么有關(guān)？2.什么是基態(tài)原子和激發(fā)態(tài)原子？3.某些金屬進(jìn)行焰色反應(yīng)產(chǎn)生不同火焰顏色的原因是什么？1.提示：與原子核外電子發(fā)生躍遷釋放的能量有關(guān)。2.提示：處于最低能量狀態(tài)的原子叫做基態(tài)原子?；鶓B(tài)原子吸收能量，它的電子會躍遷到較高能級，變?yōu)榧ぐl(fā)態(tài)原子。3.提示：某些金屬原子的電子在高溫火焰中，接受能量，使原子外層的電子從基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)；處于激發(fā)態(tài)的電子是不穩(wěn)定的，在極短的時間內(nèi)便躍遷到基態(tài)或較低能級上，在躍遷過程中將產(chǎn)生發(fā)射光譜。[重點講解]1.基態(tài)原子與激發(fā)態(tài)原子2.光譜與光譜分析(1)光譜形成原因不同元素原子的電子發(fā)生躍遷時會吸收或釋放不同的光，可以用光譜儀攝取各種元素原子的吸收光譜或發(fā)射光譜，總稱原子光譜。(2)光譜分析在現(xiàn)代化學(xué)中，常利用原子光譜上的特征譜線來鑒定元素的分析方法。3.基態(tài)、激發(fā)態(tài)與光譜圖示(1)電子的躍遷是物理變化，而有電子的得失時發(fā)生的是化學(xué)變化。(2)激發(fā)態(tài)原子不穩(wěn)定，易釋放能量變?yōu)榛鶓B(tài)原子。(3)電子從較高能量的激發(fā)態(tài)躍遷到較低能量的激發(fā)態(tài)時，將以光的形式釋放能量。(4)可見光包括紅、橙、黃、綠、藍(lán)、靛、紫，其中紫色光的波長最短，紅色光的波長最長。[研習(xí)經(jīng)典][典例3]電子由3d能級躍遷至4p能級時，可通過光譜儀直接攝取()A.電子的運動軌跡圖像B.原子的吸收光譜C.電子體積大小的圖像D.原子的發(fā)射光譜答案：B解析：能量E(3d)＜E(4p)，故電子由3d能級躍遷至4p能級時，要吸收能量，形成吸收光譜。[舉一反三]1.下列關(guān)于同一原子中的基態(tài)和激發(fā)態(tài)說法中，正確的是()A.基態(tài)時的能量比激發(fā)態(tài)時低B.激發(fā)態(tài)時比較穩(wěn)定C.由基態(tài)轉(zhuǎn)化為激發(fā)態(tài)過程中放出能量D.電子僅在激發(fā)態(tài)躍遷到基態(tài)時才會產(chǎn)生原子光譜答案：A解析：激發(fā)態(tài)時能量較高，較不穩(wěn)定，A正確，B錯誤；電子從較低能量的基態(tài)躍遷到較高能量的激發(fā)態(tài)時，也會產(chǎn)生原子光譜，D不正確。2.對充有氖氣的霓虹燈管通電，燈管發(fā)出紅色光。產(chǎn)生這一現(xiàn)象的主要原因是()A.電子由激發(fā)態(tài)向基態(tài)躍遷時以光的形式釋放能量B.電子由基態(tài)向激發(fā)態(tài)躍遷時吸收除紅光以外的光線C.氖原子獲得電子后轉(zhuǎn)變成能發(fā)出紅光的物質(zhì)D.在電流的作用下，氖原子與構(gòu)成燈管的物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)答案：A解析：在電流作用下，基態(tài)氖原子的電子吸收能量躍遷到較高能級，變?yōu)榧ぐl(fā)態(tài)原子，這一過程要吸收能量，不會發(fā)出紅色光；而電子從較高能量的激發(fā)態(tài)躍遷到較低能量的激發(fā)態(tài)乃至基態(tài)時，將釋放能量，從而產(chǎn)生紅色光，故A項正確。演習(xí)篇·學(xué)業(yè)測試速達(dá)標(biāo)1.構(gòu)造原理揭示的電子排布能級順序，實質(zhì)是各能級能量高低順序。若以E表示某能級的能量，下列能量大小順序中正確的是()A.E(3s)＞E(3p)＞E(3d)B.E(3s)＞E(2s)＞E(2p)C.E(4f)＞E(3d)＞E(4s)D.E(5s)＞E(4s)＞E(4f)答案：C2.下列氧原子的軌道表示式中，能量最低的是()答案：B3.具有如下電子層結(jié)構(gòu)的原子，其相應(yīng)元素一定屬于同一族的是()A.3p軌道上有2個未成對電子的原子和4p軌道上有2個未成對電子的原子B.3p軌道上只有1個空軌道的原子和4p軌道上只有1個空軌道的原子C.最外層電子排布式為ns2的原子和最外層電子排布式為(n＋1)s2的原子D.最外層電子排布式為ns2的原子和最外層電子排布式為(n＋1)s2(n＋1)p6的原子答案：B4.下列說法正確的是()A.Fe3＋的最外層電子排布式為3s23p63d5B.基態(tài)原子的能量一定比激發(fā)態(tài)原子的能量高C.基態(tài)碳原子外圍電子軌道表示式：D.基態(tài)多電子原子中，p軌道電子能量一定比s軌道電子能量高答案：A5.(1)金屬鋁質(zhì)輕且