第19講原子結(jié)構(gòu)核外電子排布原理

任務(wù)目標(biāo)

1.了解元素、核素和同位素的含義。

2.了解原子的構(gòu)成，了解原子序數(shù)、核電荷數(shù)、質(zhì)子數(shù)、中子數(shù)、核外電子數(shù)以及它們之間的關(guān)系。

3.了解原子核外電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)、能級(jí)分布和排布原理，能正確書寫1?36號(hào)元素原子核外電子、價(jià)電子

的排布式和軌道表示式。

4.了解電子在原子軌道之間的躍遷及其簡(jiǎn)單應(yīng)用。

考點(diǎn)一原子結(jié)構(gòu)核素同位素

必備知識(shí)

1.原子的構(gòu)成

(.,1每個(gè)質(zhì)子帶一個(gè)單位_正_電荷

質(zhì)子(―Z—個(gè))|相對(duì)質(zhì)量約為_(kāi)1_

原子核《

中子_不帶_電

中子（_4—Z_個(gè)）

原子V.相對(duì)質(zhì)量約為一|_

(張)

圍繞原子核做高速運(yùn)動(dòng)

核外電子每個(gè)電子帶一個(gè)單位_負(fù)_電荷

(_Z_個(gè))相對(duì)質(zhì)量約為一個(gè)質(zhì)子(中子)的康

(1)決定元素種類的是質(zhì)子數(shù)(核電荷數(shù))。

(2)決定元素化學(xué)性質(zhì)的是最外層電子數(shù)。

(3)決定原子種類的是質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)。

(4)決定原子相對(duì)質(zhì)量的是質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)。

2.原子結(jié)構(gòu)中微粒之間的關(guān)系

(1)2X中，質(zhì)子數(shù)(Z)=核電荷數(shù)=核外電子數(shù)

(2)質(zhì)量數(shù)(A)=質(zhì)子數(shù)(Z)+中子數(shù)(N)

(3)陽(yáng)離子2X〃+的核外電子數(shù)=質(zhì)子數(shù)一陽(yáng)離子所帶的電荷數(shù)=2一〃

⑷陰離子2X"廠的核外電子數(shù)=質(zhì)子數(shù)+陰離子所帶的電荷數(shù)=Z+/〃

3.一個(gè)信息豐富的符號(hào)

質(zhì)量數(shù)元素華合價(jià)離子所帶電荷數(shù)

\T/

OX"1*

Zn

質(zhì)子數(shù)/'原子個(gè)數(shù)

4.元素、核素、同位素、同素異形體

(1)同素異形體。

同種元素組成的不同單質(zhì)，匕如白磷與紅磷，石墨、金剛石與C60,02與。3等。

(2)元素、核素、同位素。

①關(guān)系圖示：

_/一具有相同質(zhì)子數(shù)的同一類原子的總稱,

種元素幣有多種不同的核素

(/\~\具有一定數(shù)目的圓王和一定數(shù)目

也圣^隹的一種原子

\、同醞二質(zhì)子數(shù)相同.中子數(shù)不同的同一元

j索的不同核素的互稱

②同位素的特征。

相同存在形態(tài)的同位素，化學(xué)性質(zhì)相同，物質(zhì)性質(zhì)不同。

天然存在的同一元素各核素所占的原子百分?jǐn)?shù)一般保持不變。

③常見(jiàn)的重要核素及其應(yīng)用。

核素2和也cJH

用途核燃料用于考古斷代制氫彈示蹤原子

5.“四量”比較

原子質(zhì)量原子的相對(duì)原子質(zhì)量元素的相對(duì)原子質(zhì)量質(zhì)量數(shù)

該元素各種核素原子

一個(gè)原子的真實(shí)質(zhì)量

指某元素某種核的燈對(duì)原子質(zhì)量與其一個(gè)原子核內(nèi)

與一個(gè)126c原子質(zhì)量

定義素的一個(gè)原子的在自然界中所占原子質(zhì)子數(shù)與中子

的吉的比值

真實(shí)質(zhì)量個(gè)數(shù)百分比的乘積之?dāng)?shù)之和

和

一個(gè)脩原子的

80Ar=Aria%+Ar23%

1680的相對(duì)原子質(zhì)量1880的質(zhì)量數(shù)

實(shí)例質(zhì)量是2.657X10+.......（其中4%+

約為16為18

-26kg》％+...=1）

備注某核素的質(zhì)量數(shù)可視為該核素的近似相對(duì)原子質(zhì)量

要點(diǎn)突破

1.月球上的每百噸蛆e聚變所釋放出的能量相當(dāng)于目前人類一年消耗的能量，地球上氮元素主要以?He的

形式存在。已知一個(gè)12c原子的質(zhì)量為ag,—個(gè)汨。原子的質(zhì)量為力g,為阿伏加德羅常數(shù)。下列說(shuō)法

正確的是()

A.eqHeLt^He多一個(gè)中子

B.然元素的近似相對(duì)原子質(zhì)量為3.5

C.eqHe的相對(duì)原子質(zhì)量為學(xué)

D.eqHe的摩爾質(zhì)量為bN*

【答案】C

【解析】gHe比狼e少一個(gè)中子，A錯(cuò)誤；不能確定核素的原子百分含量，因此不能計(jì)算氮元素的近似相

對(duì)原子質(zhì)量，B錯(cuò)誤；一個(gè)原子的真實(shí)質(zhì)量與一個(gè)￡C原子質(zhì)量附=的比值是該核素的相對(duì)原子質(zhì)量，因此

拍。的相對(duì)原子質(zhì)量為號(hào)，C正確：如e的摩爾質(zhì)量為ZWAg,

mol-1,D錯(cuò)誤。

2.湯姆孫J.J.ThomsonJ.J.Thomson)和阿斯通(F.W.Aston)在1913年發(fā)現(xiàn)了狗Ne。下列有關(guān)說(shuō)法正確的是()

A君Ne和油證屬于同素異形體

B.riNe和秋Me屬于不同的核素

C.fjNe和伽Ie的中子數(shù)相同

D.TfiNe轉(zhuǎn)變?yōu)楹蚇e為化學(xué)變化

【答案】B

【解析】希Ne和彳8Ne的質(zhì)子數(shù)相同，中子數(shù)不同，屬于不同的核素，丸為同位素，不白.為同素異形體，

A、C項(xiàng)錯(cuò)誤，B項(xiàng)正確：用Ne轉(zhuǎn)變?yōu)樽釴e,沒(méi)有新物質(zhì)生成，不是化學(xué)變化，D項(xiàng)錯(cuò)誤。

3.現(xiàn)有下列9種微粒：］H、汩、依、依、弓N、碧Fe3+、的2、呼03。按要求完成以下各題:

(1)|H、彳H分別是氫元素的一種，它們互稱為0

(2)互為同素異形體的微粒是o

(3)$EFe2+的中子數(shù)為,核外電子數(shù)為o

(4)上述9種微粒中有種核素?，含有種元素。

【答案】(1)核素同位素(2)忠。2、g

(3)3024(4)75

【解析】(1)田、彳H分別是氫元素的一種核素；|H、彳H是質(zhì)子數(shù)相同而中子數(shù)不同的氫元素的不同原子,

它們互稱為同位素。

(2成0?和*03是同種元素組成的不同單質(zhì)，互為同素異形體。

(3成Fe?+的中子數(shù)為56-26=30,核外電子數(shù)為26—2=24。

最外層有兩個(gè)電子的原子：He>Be、Mg、Ca。

⑶最外層電子數(shù)等于次外層電子數(shù)的原子：Be、Ar：

最外層電子數(shù)是次外層電子數(shù)2倍的原子：C：

最外層電子數(shù)是次外層電子數(shù)3倍的原子：0。

(4)電子層數(shù)與最外層電子數(shù)相等的原子：H、Be、Al；

最外層電子數(shù)是電子層數(shù)2倍的原子：He、C、S；

最外層電子數(shù)是電子層數(shù)3倍的原子：0。

(5)次外層電子數(shù)是最外層電子數(shù)2倍的原子：Li、Sio

(6)內(nèi)層電子總數(shù)是最外層電子數(shù)2倍的原子：Li、P。

7.核外等電子微粒

(1)10電子微粒。

10電子微粒間的轉(zhuǎn)化。

若A、B、C、D均為10電子微粒，且它們之間存在如圖轉(zhuǎn)化：

圖中的常見(jiàn)轉(zhuǎn)化一定是NH；十OH-—-NH3t+H2O,即A為NH；、B為

OH，C為NH3、D為H2OO

-I~H?I

A-r—*C

―AA—

B」I-D

IH-T

(4)18電子微粒。

S2-

T

ns-cr

T出發(fā)點(diǎn)

2f

①SiH4-P%-%S-HC1<-Ar]->K+-*Ca

②“雙九”微粒。

—F、一OH、一NH2、一CH3的相互組合，如:

F2,H2O2、N2H4、C2H6、CHF、CH.QH、CH3NH2

要點(diǎn)突破

1.下列微粒的結(jié)構(gòu)示意圖中，正確的是()

\\B.C1任

A.Mg2+28

//

\\\

C.Ar2108D.K(+19)289

///7“

【答案】A

【解析】A.鎂離子質(zhì)子數(shù)為12,是鎂原子核外失去了2個(gè)電子形成的,Mg2+結(jié)構(gòu)示意圖為A

正確;

原子結(jié)構(gòu)示意圖為砌//，故B

B.氯原子核電荷數(shù)為17,原子核外有三個(gè)電子層,最外層有7個(gè)電子,

錯(cuò)誤;

C.僦原子核電荷數(shù)為18,原子核外有三個(gè)電子層,最外層有8個(gè)電子,原子結(jié)構(gòu)示意圖為

錯(cuò)誤;

D.鉀原子核電荷數(shù)為19,原子核外有四個(gè)電子層,最外層有1個(gè)電子,原子結(jié)構(gòu)不意圖為④故D

錯(cuò)誤;

2.在第n層電子層中，當(dāng)它作為原子的最外電子層時(shí),最多容納的電子數(shù)與nl層相同，當(dāng)它作為原子的次外層

時(shí)，其電子數(shù)比n+l層最多能多10個(gè),則此電子層是()

A.K層B.L層

C.M層D.N層

【答案】C

【解析】n作為最外層時(shí)，最多只能容納8個(gè)電子，所以nl層應(yīng)為8個(gè)電子，為L(zhǎng)層，則n應(yīng)為M層;若n為次

外層，則n+1為最外層，則次外層電子數(shù)為10+8=18,則進(jìn)一步證明n為M層。

3.兩種元素原子的核外電子層數(shù)之比與最外層電子數(shù)之比相等，則在周期表的前10號(hào)元素中，滿足上述關(guān)

系的元素共有()

A.1對(duì)B.2對(duì)

C.3對(duì)D.4對(duì)

【答案】B

【解析】前10號(hào)元素的核外電子層數(shù)與最外層電子數(shù)分別為：以：1,1；汨0H2；3口：2,1；4Be：2,2；

5B：2,3;6C：2,4;7N：2,5；8。：2,6；9F：2,7；ioNe：2,8。核外電子層數(shù)之比與最外層電子數(shù)之比相同的為

H和Be(l1)與He和C(12),共2對(duì)，B項(xiàng)符合題意。

考點(diǎn)三原子核外電子的排布及其表示方法

必備知識(shí)

1.能層、能級(jí)的符號(hào)和所能容納的最多電子數(shù)

能層一二三四五

能層

KLMNO

符合

能級(jí)5s

1S2S2P3S3P3d4S4P4d4f

符號(hào)5P

軌道

1131351357.......

數(shù)

最多226261061014.......

電子

28183250

數(shù)

2.原子軌道的形狀與能量的關(guān)系

S電子的原子軌道呈—球形—對(duì)稱

軌道形狀

.P電子的原子軌道呈—紡錘或啞鈴—形

〃①相同能層上原子軌道能量的高低：

原子軌道4②形狀相同的原子軌道能量的高低：

能量關(guān)系〈ls<2s<3s<4s..

③同一能層內(nèi)開(kāi)頭相同而伸展方向不

同的原子軌道的能量相等，如2PA

、2p,2P二軌道的能量_相等—

V?

3.基態(tài)原子核外電子排布的三個(gè)原理

⑴能量最低原理：電子總是先占有能量低的軌道，然后依次進(jìn)入能量較高的軌道，使整人原子的能量

處千最低狀態(tài)。即原子的電子排布遵循構(gòu)造原理能使整個(gè)原子的能量處于最低狀態(tài)。如圖為構(gòu)造原理示意

圖：

COO

co

o

(2)泡利原理

在一個(gè)原子軌道中，最多只能容納2個(gè)電子，并且這兩個(gè)電子的自旋狀態(tài)相反。如2s軌道上的電子排

2s2s

布為in,

不能表示為回

(3)洪特規(guī)則

當(dāng)電子排布在同一能級(jí)的不同的軌道時(shí)，基態(tài)原子中的電子總是優(yōu)先單獨(dú)占據(jù)一個(gè)軌道，并且自旋狀態(tài)

2P2P2P

相同。如2P3的電子排布為I*1t1tL不能表示為回上J_」或LLLUT。

洪特規(guī)則特例:當(dāng)能量相同的原子軌遒在全滿(p6、d，0>f，4)>半滿(p3、d\f7)和全空(p°、d°、P)狀態(tài)時(shí)，

體系的能量最低，如：24Cr的電子排布式為Is22s22P63s23P63d54s1

4.基態(tài)原子核外電子排布的表示方法

表示方法舉例

電子排布式S：Is22s22P63s23P4

簡(jiǎn)化電子排布式:Ne]3s23P4

電子排布圖la2?2p

s：|H][H]

(軌道表達(dá)式)

3?3p

注意空軌道不能省略|tl||H|:|f|

外圍(價(jià)層)電子排布式3s23p4

特別提醒：要注意比較原子核外包子排布式、簡(jiǎn)化包子排布式、原子外圍包子排布式的區(qū)別與聯(lián)系。

5.原子狀態(tài)與原子光譜

(1)原子的狀態(tài)

①基態(tài)原子：處于最低能量的原子。

②激發(fā)態(tài)原子：基態(tài)原子的電子吸收能量后，從低能級(jí)躍遷到高能級(jí)狀態(tài)的原子。

(2)原子光譜：不同元素的原子發(fā)生電子躍遷時(shí)會(huì)吸收或釋放不同的光，用光譜儀記錄下又便得到原子

光譜。利用原子光譜的特征譜線可以鑒定元素，稱為光譜分析。

(3)基態(tài)、激發(fā)態(tài)及光譜示意圖

吸收光譜

6.基態(tài)原子電子排布式的書寫方法

(1)知道原子序數(shù)書寫核外電子排布式的方法。

①常規(guī)方法：常根據(jù)構(gòu)造原理(Is、2s、2p、3s、3p、4s、3d、4p),各能級(jí)最多容納的電子數(shù)及能量最低

原理，依次由低能級(jí)向高能級(jí)排列，如31號(hào)元素錢，首先排滿Is?,依次2s2、2P6、3s2、3P(＞、4s2、34。最

后4PL

②原子序數(shù)大于18的方法：如31號(hào)元素，我們也可以用31—18=13,然后在［Ar］的基礎(chǔ)上再填充13

個(gè)電子，如［Ar］3d］。4s24PL

(2)知道元素名稱書寫核外電子排布式的方法。

①前三周期主族元素可以根據(jù)最外層電子數(shù)書寫，如S的最外層電子數(shù)為6,其排布式為［Ne］3s23P4。

②第四周期的元素，要熟記元素名稱，然后從K開(kāi)始數(shù)，數(shù)到幾，就可以寫成“［Ar］十幾個(gè)電子”。如

Fe,從鉀開(kāi)始數(shù)到鐵為8,其排布式為［Ar］3d64s2；Se,從鉀開(kāi)始數(shù)到Se為16,其排布式為網(wǎng)3a4s24pt

(3)注意事項(xiàng)。

基態(tài)原子失電子生成金屬陽(yáng)離子時(shí)，應(yīng)先失去最外層上的電子，如Fe原子核外電子排布式為［Ar］3d64s2,失

電子變?yōu)镕e2+,失去的不是能最高的3d軌道上的電子，而是能豉低的4s軌道上的電子。所以Fe?”的基態(tài)

核外電子排布式正確的為［Ar］3d6,其他［Ar］3d44s2、［Ar］3d54sl均借誤。

1.某元素基態(tài)原子4s軌道上有1個(gè)電子，則該基態(tài)原子價(jià)電子排布不可能是()

A.3P64slB.4s1

C.3d54s'D.3d104sl

【答案】A

【解析】基態(tài)原子4s軌道上有1個(gè)電子，在s區(qū)價(jià)電子排布式為4sl在d區(qū)價(jià)電子排布式為3d54sl在

ds區(qū)價(jià)電子排布式為34°4sl在p區(qū)不存在4s軌道上有1個(gè)電子，故A符合題意。

2.下列說(shuō)法正確的是()

A.同一原子中3s、3p、3d、4s能量依次升高

B.某原子核外也子由Is22s22P63?3p」ls22s22P63sl3P2,原子放出能量

C.p能級(jí)的原子