《能層與能級構造原理與電子排布式》一

探究能層與能級的數量關系重難歸納1.能層、能級中的數量關系。(1)任一能層,能級數=該能層序數,且總是從s能級開始。(2)以s、p、d、f……排序的各能級最多容納的電子數依次為1、3、5、7…的2倍。(3)每個能層最多可容納的電子數是能層序數(n)的平方的2倍,即2n2。(4)字母代號相同的不同能層的能級中所容納的最多電子數相同。2.不同能層中各能級之間能量的大小關系。(1)不同能層中字母代號相同的能級,能層序數越大,能量越高。例如,E(1s)<E(2s)<E(3s),E(2p)<E(3p)<E(4p)。(2)同一能層中,各能級之間的能量大小關系是E(s)<E(p)<E(d)<E(f)……例如,第四能層中E(4s)<E(4p)<E(4d)<E(4f)。晶圓是指制作硅半導體電路所用的硅晶片,其原材料是硅。晶圓片上刻蝕出數以百萬甚至上億的晶體管,通過控制電流來管理數據,形成各種文字、數字、聲音、圖像和色彩。它們被廣泛用于集成電路,如計算機和電視,還有的應用于先進的微波傳送、激光轉換系統、醫(yī)療診斷和治療設備、防御系統和航天飛機。(1)硅元素基態(tài)原子核外電子排布式是怎樣的?硅元素的基態(tài)原子核外共有多少種不同能級的電子?提示:硅元素基態(tài)原子核外電子排布式為1s22s22p63s23p2。硅元素基態(tài)原子核外有5種不同能級的電子。(2)硅元素基態(tài)原子的1s、2s、3s能級中最多容納的電子數相同嗎?它們的能量相同嗎?提示:最多容納的電子數相同。它們的能量高低不同,能層序數越大,對應能級的能量越高。典例剖析下列有關認識正確的是(

)。A.各能層的能級數按K、L、M、N順序分別為1、2、3、4B.各能層的能級都是從s能級開始至f能級結束C.各能層含有的能級數為n-1D.各能層含有的電子數為2n2答案:A解析:各能層中的能級數等于其所處的能層序數,即當n=1時,它只有一個s能級;當n=2時,含有兩個能級,分別為s、p能級,B、C兩項錯誤。D項,每個能層最多能容納2n2個電子,但不是一定含有2n2個電子,D項錯誤。學以致用1.下列符號不符合事實的是(

)。A.4s2

B.2p3

C.3d8

D.3f14答案:D解析:s能級最多容納2個電子,p能級最多容納6個電子,d能級最多容納10個電子,存在4s2、2p3、3d8排布。f能級最多容納14個電子,第三能層沒有f能級,從第四能層才存在f能級,不可能存在3f14排布,故D項不符合事實。2.某元素原子的核外有三個能層,最外能層有4個電子,該原子核內的質子數為(

)。A.14 B.15

C.16

D.17答案:A解析:原子核外共有三個能層,第一能層只有1s能級,可容納2個電子;第二能層有2s、2p兩個能級,可容納1×2+3×2=8個電子;最外能層有4個電子,所以該原子核外有14個電子,原子中核外電子數等于核內質子數,故該原子核內的質子數為14。二

構造原理與電子排布式重難歸納1.構造原理。(1)電子按照構造原理排布,會使整個原子的能量處于最低狀態(tài),原子相對較穩(wěn)定。絕大多數基態(tài)原子的核外電子排布順序符合構造原理。(2)從構造原理示意圖可以看出,從第三能層開始,不同能層的能級出現能級交錯現象。能級交錯是指能層序數較大的某些能級的能量反而低于能層序數較小的能級的能量的現象。如E(3d)>E(4s)、E(4d)>E(5s)、E(4f)>E(6s)等。2.簡單原子的電子排布式。(1)按照構造原理將電子依次填充到能量逐漸升高的能級中。例如:(2)為了避免電子排布式過于煩瑣,我們可以把內層電子達到稀有氣體元素原子結構的部分,以相應稀有氣體元素符號外加方括號來表示。如Na的核外電子排布式為1s22s22p63s1,其中第一、第二能層的電子排布與Ne(1s22s22p6)的核外電子排布結構相同,所以其電子排布式可簡化為[Ne]3s1;K的核外電子排布式為1s22s22p63s23p64s1,可簡化為[Ar]4s1。3.復雜原子的電子排布式。對于較復雜原子的電子排布式,應先按能量從低到高排列,然后將同一能層的電子移到一起。例如26Fe:先按構造原理順序寫為1s22s22p63s23p64s23d6,然后將同一能層的電子移到一起,即該原子的電子排布式為1s22s22p63s23p63d64s2,簡化為[Ar]3d64s2。(1)試利用構造原理解釋為什么原子核外最外層電子數目不超過8(K層為最外層時不超過2,Pd除外),次外層電子數目不超過18。提示:根據構造原理,能級的能量順序為np<(n+1)s<nd<(n+1)p<(n+2)s<nf。那么,在填滿np能級后接著填入的是(n+1)s能級,而不是nd能級。當nd能級上有電子時,(n+1)s能級上已填有電子,n能層已經不是最外層了,所以原子核外最外層電子數不超過8個(K層為最外層時不超過2,Pd除外)。同理,當電子填滿nd能級后接著填入的是(n+1)p能級而不是nf能級,當nf能級上有電子時,(n+2)s能級上已填有電子,即n能層已經不是次外層而是倒數第三層了,所以次外層電子數不超過18個。(2)查閱元素周期表可知Cr的電子排布式為1s22s22p63s23p63d54s1,Cu的電子排布式為1s22s22p63s23p63d104s1。分析Cr、Cu的電子排布式,思考電子排布式的書寫順序與核外電子填充順序一定相同嗎?提示:不一定相同,電子排布式的書寫按能層由里到外和s、p、d、f的順序,而核外電子填充順序是按構造原理。如有些過渡元素基態(tài)原子的電子排布式的書寫與電子填充順序不一致。典例剖析按要求填空:(1)硼元素基態(tài)原子的電子排布式為

。

(2)氮元素基態(tài)原子的價層電子排布式為

。(3)Se的原子序數為

,基態(tài)Se核外M層電子的排布式為

。

(4)Li3N晶體中氮以N3-存在,基態(tài)N3-的電子排布式為

。(5)寫出基態(tài)鎵(Ga)原子的簡化電子排布式:

。答案:(1)1s22s22p1(2)2s22p3(3)34

3s23p63d10(4)1s22s22p6(5)[Ar]3d104s24p1解析:本題以電子排布式的書寫為載體考查學生對構造原理的掌握程度,培養(yǎng)學生證據推理與模型認知的化學核心素養(yǎng)。(1)基態(tài)硼原子的核外有5個電子,基態(tài)硼原子的電子排布式為1s22s22p1。(2)基態(tài)氮原子最外層有5個電子,最高能層為L,價層電子排布式為2s22p3。(3)Se與O同主族,Se的原子序數為34,N能層有6個電子,故其M層排滿,M層電子的排布式為3s23p63d10。(4)基態(tài)氮原子的電子排布式為1s22s22p3,基態(tài)氮原子得到3個電子后成為N3-,基態(tài)N3-的電子排布式為1s22s22p6。(5)Ga為第四周期第ⅢA族元素,其基態(tài)原子的最外層電子排布式為4s24p1,基態(tài)鎵原子的電子排布式為1s22s22p63s23p63d104s24p1,簡化為[Ar]3d104s24p1。方法技巧書寫電子排布式的關鍵是熟悉構造原理,各能級能量由低到高可記為ns<(n-2)f<(n-1)d<np,最后要把同一能層的不同能級移到一起。學以致用1.構造原理揭示的電子填入能級的順序,實質是各能級能量的高低順序。以下各式中正確的是(

)。A.E(5s)>E(4f)>E(4s)>E(3d)B.E(3d)>E(4s)>E(3p)>E(3s)C.E(4s)<E(3s)<E(2s)<E(1s)D.E(5s)>E(4s)>E(4f)>E(3d)答案:B解析:根據構造原理,各能級能量由低到高的順序為1s、2s、2p、3s、3p、4s、3d、4p、5s……,故E(4f)>E(5s)>E(3d)>E(4s),A、D兩項錯誤。不同能層的相同字母代號的能級,能層序數越大,能量越高,C項錯誤。2.根據構造原理寫出下列基態(tài)原子或離子的核外電子排布式。(1)X元素基態(tài)原子核外M層電子數是L層電子數的一半:

。

(2)Y元素基態(tài)原子的最外層電子數是次外層電子數的1.5倍:

。

(3)基態(tài)Ni2+、Fe3+的簡化電子排布式分別為

、

。答案:(1)1s22s22p63s23p2

(2)1s22s22p1(3)[Ar]3d8

[Ar]3d5解析:(1)L層有8個電子,則M層有4個電子,故X元素為硅。(2)當次外層為K層時,最外層電子數為3,則Y元素為硼;當次外層為L層時,最外層電子數為1.5×8=12,違背了核外電子排布規(guī)律,