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第2課時(shí)構(gòu)造原理與電子排布式電子云與原子軌道
[核心素養(yǎng)發(fā)展目標(biāo)]1.結(jié)合構(gòu)造原理形成核外電子排布式書寫的思維模型,并根據(jù)思維模型熟練書寫
1~36號(hào)元素的電子排布式。2.通過(guò)對(duì)原子軌道和電子云的學(xué)習(xí),全面了解核外電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的描述方法。
一、構(gòu)造原理與電子排布式
1.構(gòu)造原理
(1)含義
以先遭學(xué)事實(shí)為基礎(chǔ),從氫開始,隨核電荷數(shù)遞增,新增電子填入能級(jí)的皿稱為構(gòu)造原理。
(2)示意圖
2.電子排布式
(1)概念及書寫方法
按照構(gòu)造原理,電子填滿了一個(gè)能級(jí),開始填入下一個(gè)能級(jí),由此構(gòu)建了元素周期系中各元素的基態(tài)
原子的電子排布。
如果將K、L、M、N等能層分別用1、2、3、4等數(shù)字表示,各能級(jí)用s、p、d、f等符號(hào)來(lái)表示,在
相應(yīng)能級(jí)符號(hào)的右上角用數(shù)字表示出該能級(jí)上所排布的電子數(shù),這種式子叫作電子排布式。
如A1原子的電子排布式及有關(guān)符號(hào)的含義為
該能級(jí)上的電子數(shù)
Is22s22p63s23p'
斗一能層序數(shù)
匚能級(jí)符號(hào)
注意:在書寫電子排布式時(shí),一般情況下,能層低的能級(jí)要寫在左邊,而不是按照構(gòu)造原理順序書
寫。例如,21號(hào)元素銃(Sc)的電子排布式為Is22s22P63s23P63dl4s2,最后兩個(gè)能級(jí)的填充順序?yàn)?/p>
4s235,但是在書寫電子排布式時(shí)應(yīng)寫為3dzs2。
(2)類別
①原子的電子排布式
如氯原子和鐵原子的核外電子排布式分別為Is22s?2D63s23P5,Is22s22R63s*63d64sL
②簡(jiǎn)化電子排布式
將電子排布式中的內(nèi)層電子排布用相應(yīng)的稀有氣體元素符號(hào)加方括號(hào)來(lái)表示而得到的式子稱為簡(jiǎn)化電
子排布式。
如氮、鈉、鈣的簡(jiǎn)化電子排布式分別為L(zhǎng)H3維、[Nel3s\[Ari4s2。
③價(jià)層電子排布式
為突出化合價(jià)與電子排布的關(guān)系,將在化學(xué)反應(yīng)中可能發(fā)生電子變動(dòng)的能級(jí)稱為價(jià)電子層(簡(jiǎn)稱價(jià)
層)。通常,元素周期表只給出價(jià)層電子排布。如氯原子和鐵原子的價(jià)層電子排布式分別為應(yīng)延、
3d64s2。
④離子的電子排布式
從基態(tài)的原子轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的離子時(shí)總是從外向里失去電子。
如Fe?+的電子排布式為1s22s22。63s23d3d6或[A113d6,Fe3+的電子排布式為1s22s22D63s63d5或IAr]3d,
(3)能級(jí)交錯(cuò)
構(gòu)造原理告訴我們,隨核電荷數(shù)遞增,電子并不總是填滿一人能層后再開始填入下一個(gè)能層的。電子
是按3P-4s->3d的順序而不是按3p-3d—4s的順序填充的,這種現(xiàn)象被稱為能級(jí)交錯(cuò)。
r深度思考」
寫出瓜>、29CU基態(tài)原子的核外電子排布式。它們的電子排布符合構(gòu)造原理嗎?
提示24。:Is22s22P63s23P63d,4si(或[Ar]3d'4si);
29C11:1s22s22p63s23p63d1°4s1(^,[Ar]3d104s1),二者的電子排布不符合構(gòu)造原理。
■思維聚焦--------------------------------------------------------------------------------------------
當(dāng)p、d、f能級(jí)處于全空、全充滿或半充滿狀態(tài)時(shí),能量相對(duì)較低,原子結(jié)構(gòu)較穩(wěn)定。以Cr為例:
(先按構(gòu)造原理從低到高排列卜]S22s22p,3s23p*?4s23d,
I
3d$為半充滿狀態(tài)時(shí),較穩(wěn)
定.因此需將4s能級(jí)上的一】s22s22P63s2:軻出13d5
,一個(gè)電子調(diào)整到3d能級(jí)上、I
(將同一能層的能級(jí)排在一起)一1/2y2P.33PmM
r應(yīng)用體驗(yàn)」
i.根據(jù)構(gòu)造原理,寫出下列基態(tài)原子的核外電子排布式、簡(jiǎn)化電子排布式和價(jià)層電子排布式。
(1)F:;
(2)S:;
(3)K:;
(4)Mn:;
(5)Br:o
答案⑴Is22s22Ps[He]2s22Ps2s22P,
(2)Is22s22P63s23P4[Ne]3s23P43s23P4
(3)ls22s22P63s23P64sl[Ar]4sl4s1
(4)Is22s22P63s23P63dzs2[Ar]3d54s23d54s2
(5)1s22s22P63s23P63d1°4s24Ps[Ar]3d,04s24p54s24P)
2.請(qǐng)寫出K+、S2\Cu2+的電子排布式。
答案K+:Is22s22p。3s23P6
S'Is22s22P63s23P6
C/+:Is22s22P63s23P63d9
3.(1)基態(tài)B原子的電子排布式為o
(2)基態(tài)N原子的價(jià)層電子排布為o
⑶Se原子的原子序數(shù)為,其M層的電子排布為。
(4)LLN晶體中氮以脂?形式存在,基態(tài)M-的電子排布式為。
(5)基態(tài)線(Ga)原子的電子排布式:。
(6)北京奧運(yùn)會(huì)主體育場(chǎng)“鳥巢”使用了高強(qiáng)度、高性能的銳氮合金高新鋼?;鶓B(tài)鈾原子E勺價(jià)層電子排
布為o
答案(l)ls22s22Pl(或[He]2s?2pi)(2)2s22p3
(3)343s23P"dI。(4)Is22s22P6
(5)1s22522P63s23P634。4s24Pl(或[Ar]3(P°4s?4pi)
(6)3d4s2
二、電子云與原子軌道
1.概率密度
1913年,玻爾提出氫原子模型,電子在線性軌道上繞核運(yùn)行,然而到了1926年,玻爾建立的線性軌道
模型被量子力學(xué)推翻。
量子力學(xué)指出,一定空間運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的電子在核外空間各處都可能出現(xiàn),但出現(xiàn)的擅莖不同,可用概率
密度(p)表示,即2[(P表示電子在某處出現(xiàn)的概率,V表示該處的體積)。
2.電子云
(1)電子云是處于一定空間運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的電子在原子核外空間的概率密度分布的形象化描述。小點(diǎn)越密,
表示概率密度越大。
如氫原子的電子云圖為
(2)電子云輪廓圖:把電子在原子核外空間出現(xiàn)概率01%的空間圈出來(lái)的圖形。
如s電子云輪廓圖的繪制過(guò)程為
?-o一O
(3)形狀
^狀分析
電子云輪廓圖特點(diǎn)
類別
①球形,一個(gè)伸展方向
②同一原子的能層序數(shù)越大,S電子云半徑越
S電子云輪廓圖
務(wù)大,如
1$2$3s
舉
①啞鈴形,三個(gè)互相垂直的伸展方向(口、的、P:)
P電子云輪廓圖南②同一原子的能層序數(shù)越大,p電子云半徑越大
P.V
③在同一能層中Px、pv、p二的能量相同
*
P:
3.原子軌道
(1)概念:量子力學(xué)把電子在原子核外的一個(gè)空間運(yùn)動(dòng)狀態(tài)稱為一個(gè)原子軌道。常用電子云輪廓圖的形
狀和取向來(lái)表示原子軌道的形狀和取向。
⑵形狀
s軌道呈球形;p軌道呈啞鈴形。
(3)各能級(jí)所含有的原子軌道數(shù)目
能級(jí)符號(hào)ns叩〃dnf
軌道數(shù)目1357
I■思考交流」
1.分析K、L、M能層的原子軌道總數(shù)分別是多少?
答案
能層能級(jí)原子軌道數(shù)原子軌道總數(shù)
K1s11
2s1
L4
2P3
3s1
M3P39
3d5
2.基態(tài)原子的核外電子填充在6個(gè)軌道的元素有幾種?填充在7個(gè)軌道中的元素有幾種?
提示s、p能級(jí)分別有1、3個(gè)原子軌道,按照構(gòu)造原理,核外電子填充在6個(gè)軌道的元素為
Is22822P63sl(Na)和ls22s22p63s2(Mg),共2種;填充在7個(gè)軌道中的元素只有Is22s22P63s23Pl(A1)一種元素。
■歸納總結(jié)-------------------------------------------------------------------------------------
原子軌道與能層序數(shù)的關(guān)系
(1)不司能層的相同能級(jí)的原子軌道形狀相同,只是半徑不同。能層序數(shù)〃越大,原子軌道的半徑越大。
(2)s能級(jí)只有1個(gè)原子軌道。p能級(jí)有3個(gè)原子軌道,它們互相垂直,分別用6.、同、p二表示。在同一能層
中6、P)、p二的能量相同。
r應(yīng)用體驗(yàn)」
1.正誤判斷
(1)電子的運(yùn)動(dòng)與行星相似,圍繞原子核在固定軌道上高速旋轉(zhuǎn)()
(2)ls的電子云圖中一個(gè)小點(diǎn)表示一個(gè)自由運(yùn)動(dòng)的電子()
(3)電子云輪廓圖外仍然會(huì)有電子出現(xiàn),但概率較小()
(4)2p、3p、4P能級(jí)的軌道數(shù)依次增多()
(5)2p,、2p,、2p「軌道相互垂直,能量相等()
答案(1)X(2)X(3)4(4)X(5)7
2.下列有關(guān)原子軌道和電子云的說(shuō)法正確的是()
A.s軌道呈球形,隨能層序數(shù)的增加,s軌道數(shù)也增加
B.p軌道呈啞鈴形,p軌道電子繞核做“8”形運(yùn)動(dòng)
C.電子云是籠罩在原子核外的云霧
D.電子云圖中小點(diǎn)的疏密程度表示電子在原子核外空間出現(xiàn)概率的大小
答案D
解析任何能層的s能級(jí)都只有1個(gè)原子軌道,與能層序數(shù)的大小無(wú)關(guān),故A錯(cuò)誤;電子在p軌道上繞核
高速運(yùn)動(dòng),不愛做“8??形運(yùn)動(dòng),故B錯(cuò)誤;電子云不是籠罩■在原子核外的云霧,是表示蟲予出現(xiàn)的概
率,小點(diǎn)的疏密表示電子在核外空間出現(xiàn)的概率大小,故C錯(cuò)誤、D正確。
3.如圖是s能級(jí)和p能級(jí)的原子軌道圖,下列說(shuō)法正確的是()
娟玲
XsP,
南冬
p,P:
A.s能級(jí)和p能級(jí)的原子軌道形狀相同
B.每個(gè)p能級(jí)都有6個(gè)原子軌道
C.s能級(jí)的原子軌道半徑與能層序數(shù)有關(guān)
D.鈉原子的電子在11個(gè)原子軌道上高速運(yùn)動(dòng)
答案C
解析A項(xiàng),s軌道為球形,p軌道為啞鈴形,錯(cuò)誤;B項(xiàng),每個(gè)p能級(jí)有3個(gè)原子軌道,錯(cuò)誤;C項(xiàng),能
層序數(shù)越小,s能級(jí)的原子軌道半徑越小,正確;D項(xiàng),鈉原子的電子在6個(gè)原子軌道上高運(yùn)運(yùn)動(dòng),錯(cuò)
7天o
4.元素X的基態(tài)原子最外層電子排布式為試回答下列各題:
(1)電子排布式中的“:原子中能量最高的是電子,其電子云在空間有
方向,原子軌道呈_______形。
(2)元素X的名稱是。
答案(1)22p二個(gè)互相垂直的伸展啞鈴(2)氮
解析元素X的基態(tài)原子最外層電子排布式為〃s"硬叫根據(jù)核外電子排布規(guī)律可知〃=2,則X是N。
課時(shí)對(duì)點(diǎn)練
[分值:100分]
對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練
[1-8?,每小題4分]
題組一構(gòu)造原理與電子排布式
1.按照構(gòu)造原理,下列電子填入能級(jí)的順序正確的是()
A.ls、2p、3d、4sB.ls、2s>3s、2p
C.2s、2p、3s、3pD.4p、3d、4s、3P
答案C
解析由構(gòu)造原理可知,A項(xiàng)中電子填入能級(jí)的正確順序應(yīng)為Is、2p、4s、3d,錯(cuò)誤;B項(xiàng)中電子填入能
級(jí)的正確順序應(yīng)為Is、2s、2p、3s,錨■誤;D項(xiàng)中電子填入能級(jí)的正確順序應(yīng)為3p、4s、3d、4p,錯(cuò)誤。
2.(2024?大連第二十四中學(xué)月考)下列說(shuō)法正確的是()
A.原子核外電子先排滿K層再排L層、先排滿M層再排N層
B.能級(jí)能量:E(5s)>E(4f)>E(4s)
C.ls22sl2Pl可以表示激發(fā)態(tài)原子的電子排布
DJL單原子形成的離子,一定具有稀有氣體元素原子的核外電子排布
答案C
解析填充完N能層的4s能級(jí)后才能填充M能層的3d能級(jí),A錯(cuò)誤;能級(jí)能量:E(4f)>£(5s),B錯(cuò)誤;
單原子形成的離子不一定具有稀有氣體原子的核外電子排布,如H+核外電子數(shù)為0,D錯(cuò)誤。
3.(2024?天津南開區(qū)高二期末)下列各原子或離子的電子排布式中,錯(cuò)誤的是()
A.BIs22s22Pl
B.S2-Is22s22P63s23P6
C.Ca2*Is22s22P63s23P6
D.CrIs22s22P63s23P63d44s2
答案D
解析Cr的電子排布式為Is22s22pBs23P63d54slD錯(cuò)誤。
4.(2024.四川自貢開學(xué)考)硼原子受a粒子(He-4原子核)轟擊可得碳原子和死部+汨吁怨C+;H,其中
硼原子、碳原子核外L能層中的電子數(shù)目之比為()
A.1:1B,2:5C.3:4D.5:6
答案C
解析硼原子核外L能層中的電子數(shù)目為3,碳原子核外L能層中的電子數(shù)目為4,二者之比為3:4,C
項(xiàng)正確。
5.下列元素基態(tài)原子的簡(jiǎn)化電子排布式中,前者一定是金屬元素,后者一定是非金屬元素的是()
A.[Ne]3s23p2[Ne]3s2
B.[Ar]4s'[Nc]3s23PJ
C.[Ne]3s23p'[Ar]4s2
D.[He]2s22p4[Ne]3s23P§
答案B
解析A項(xiàng),兩種元素分別為Si、Mg,Si為非金屬元素,Mg為金屬元素:B項(xiàng),兩種元素分別為K、
S,符合題意;C項(xiàng),兩種元素分別為Al、Ca,均為金屬元素;D項(xiàng),兩種元素分別為0、C1,均為非金
屬元素O
題組二電子云與原子軌道
6.下列關(guān)于電子云或原子軌道的敘述正確的是()
八.電子云圖中的小黑點(diǎn)越密,表示原子核外單位體積內(nèi)的電r越多
B.原子軌道是電子運(yùn)動(dòng)的軌跡
c.原子軌道表示電r在空間各處出現(xiàn)的概率
D.電子云是用小黑點(diǎn)的疏密程度來(lái)表示電子在原子核外單位體積內(nèi)出現(xiàn)概率的大小
答案D
解析電子云是用小黑點(diǎn)的疏密程度來(lái)表示電子在原子核外單位體積內(nèi)出現(xiàn)概率的大小,小黑點(diǎn)越密,表
示電子在原子核外單位體積內(nèi)出現(xiàn)的概率越大,小黑點(diǎn)越疏,表示電子在原子核外單位體積內(nèi)出現(xiàn)的概率
越小。
7.下列有關(guān)原子軌道的敘述正確的是()
A.氫原子的2s軌道能量較3p軌道高
B.能層〃=4的原子軌道最多可容納16個(gè)電子
C.p能級(jí)的原子軌道呈啞鈴形,隨著能層序數(shù)的增加,p能級(jí)原子軌道數(shù)也在增多
D.鋰原子的2s與5s軌道皆為球形
答案D
解析H原子的2s軌道能量低于3P軌道,A錯(cuò)誤;每個(gè)能層最多能容納2/個(gè)電子,所以能層〃=4的原子
軌道最多可容納32個(gè)電子,B錯(cuò)誤;所有的p能級(jí)都含有3個(gè)就道,隨著能層序數(shù)的增加,p能級(jí)原子軌
道數(shù)不變,C錯(cuò)誤:所有的s軌道電子云輪廓圖都是球形,所以鋰原子的2s與5s軌道皆為球形,D正確。
8.圖甲是氫原子的1s電子云圖?,圖乙、丙?分別表示總s、p電子工的電子云工輪廓圖。
P?PvP:
甲乙丙
下列有關(guān)說(shuō)法正確的是()
A.電子云輪廓圖就是原子軌道圖
B.3P2表示3P能級(jí)中有兩個(gè)原子軌道
C.由圖乙可知,s電子的電子云輪廓圖呈球形,有無(wú)數(shù)條對(duì)稱軸
D.由圖丙可知,6、防、p二軌道相互垂直,因?yàn)樯煺狗较虿煌?,故能量不?/p>
答案C
解析電子云就是用小黑點(diǎn)的疏密程度來(lái)表示空間各電子出現(xiàn)概率大小的一種圖形,量子力學(xué)把電子在原
子核外的一個(gè)空間運(yùn)動(dòng)狀態(tài)稱為一個(gè)原子軌道,核外電子運(yùn)動(dòng)的電子云輪廓圖并不完全等同于原子軌道
圖,故A錯(cuò)誤;3P2表示3P軌道上有2個(gè)電子,故B錯(cuò)誤;由圖可知,s電子的電子云輪廓圖呈球形,有
無(wú)數(shù)條對(duì)稱軸,故C正確:p電子的電子云輪廓圖呈啞鈴形,每個(gè)p能級(jí)有口、p?p?三個(gè)原子軌道,這
三個(gè)軌道相互垂直,且能量相同,故D錯(cuò)誤。
tar綜合強(qiáng)化
[9~13題,每小題6分]
9.(2024.安徽馬鞍山期末)在基態(tài)多電子原子中,下列敘述不正確的是()
A.2s和3s軌道形狀均為球形
B.3d、4d、5d能級(jí)的原子軌道數(shù)相等
C.基態(tài)鈉原子最外層電子占據(jù)的原子軌道的形狀為啞鈴形
D.35c與37C1的電子排布式都為
Is22s22P63s23P5
答案c
解析2s和3s軌道形狀均為球形,A正確;d能級(jí)都有5個(gè)原子就道,B正確;基態(tài)Na原子最外層電子
為3s電子,占據(jù)的原子軌道為球形,C錯(cuò)誤;35cl與37。的電,子數(shù)相同,電子排布式都為
Is22822P63s23P5,D正確。
10.下列有關(guān)原子軌道的能量說(shuō)法不正確的是()
A.多電子原子中,原子軌道的能量高低總是遵循〃s〈沖<〃d
B.同一原子中,原子軌道的能量:4s>3p
C.同一原子中,原子軌道形狀相同的能級(jí)的能量一定相同
D.常用電子云輪廓圖的形狀和取向來(lái)表示原子軌道的形狀和取向
答案C
解析同一原子中,不同能層s軌道彩狀相同,但能量不同,能層越大其能量越高,如E(ls)<E(2s),C錯(cuò)
誤。
11.當(dāng)硅原子的電子排布式由Is22s22P63s23P2fls22s22P63sl3P3時(shí),下列說(shuō)法正確的是()
A.硅原子由基態(tài)轉(zhuǎn)化為激發(fā)態(tài),這一過(guò)程吸收能量
B.硅原子由基態(tài)轉(zhuǎn)化為激發(fā)態(tài),這一過(guò)程釋放能量
C.硅原子處于激發(fā)態(tài)時(shí)的能量低于基態(tài)時(shí)的能量
D.轉(zhuǎn)化后硅原子與磷原子的電子層結(jié)構(gòu)相同,化學(xué)性質(zhì)相似
答案A
解析硅原子由基態(tài)轉(zhuǎn)化為激發(fā)態(tài),這一過(guò)程吸收能量,A項(xiàng)正確,B項(xiàng)錯(cuò)誤;激發(fā)態(tài)時(shí)的能量高于基態(tài)
時(shí)的能量,C項(xiàng)錯(cuò)誤;轉(zhuǎn)化后硅原子與磷原子電子層結(jié)構(gòu)不相同,因?yàn)榱自拥淖钔鈱与娮优挪紴?/p>
3s23P)化學(xué)性質(zhì)也不相同,D項(xiàng)錯(cuò)誤。
12.X、Y、Z三種元素的原子,其最外層電子排布分別為〃s13s23P4和2s22P、由這三種元素組成的化合物
的化學(xué)式不可能的是()
A.X2Y2Z3B.X2YZ3
C.X2YZ4D.XYZ3
答案D
解析由題意可知,X位于IA族,Y為S元素,Z為O元素。X2Y2Z3中Y的化合價(jià)為+2價(jià),S元素有+2
價(jià),故A不符合題意;X2YZ3中Y的化合價(jià)為+4價(jià),S元素有+4價(jià),故B不符合題意;X2YZ4中Y的化
合價(jià)為+6價(jià),S元素有+6價(jià),故C不符合題意;XYZ3中Y的化合價(jià)為+5價(jià),S元素不存在+5價(jià),故D
符合題意。
13.下列有關(guān)說(shuō)法正確的是()
A.每個(gè)能層s能級(jí)的原子軌道的形狀相同,能層序數(shù)越大,軌道半徑越大,電子能量越高
B.原子核外電子云是核外電子運(yùn)動(dòng)后留下的痕跡
C.教材中說(shuō)“核外電子的概率密度分布看起來(lái)像一片云霧,因而被形象地稱作電子云”,這說(shuō)明原子核外
電子云是實(shí)際存在的
D.每個(gè)能層都有p能級(jí),p能級(jí)都有3個(gè)原子軌道
答案A
解析電子云表示的是電子在核外某處出現(xiàn)的概率,不是電子運(yùn)動(dòng)后留下的痕跡,故B錯(cuò)誤;電子云是也
子在核外運(yùn)動(dòng)的概率密度分布的形象化描述,實(shí)際不存在,故C錯(cuò)誤;K能層沒有p能級(jí),故D錯(cuò)誤。
14.(20分)(1)根據(jù)構(gòu)造原理寫出下列基態(tài)原子或離子的核外電子排布式。
①A元素原子核外M層電子數(shù)是L層電子數(shù)的一半:。
②B元素原子的最外層電子數(shù)是次外層電子數(shù)的1.5倍:o
③基態(tài)Ni"、Fe"、S,的電子排布式分別為、、o
(2)某元素原子的最外層電子排布式是4s24P5,則其元素符號(hào)為o
(3)基態(tài)Ti?+中,電子占據(jù)的最高能層符號(hào)為,該能層有個(gè)能級(jí)。
(4)寫出基態(tài)加原子的簡(jiǎn)化電子排布式:,珅位于元素周期表的位置為o
答案⑴①Is22s22P63s23P2②Is22822Pl③1s22s22P63s23P,3d'Is22s22P63s23P63dsIs22s22P63s23P6(2)Br
⑶M3(4)[Ar]3dl04s24p5第四周期第VA族
解析(1)①L層有8個(gè)電子,則M層有4個(gè)電子,故A為Si。②當(dāng)次外層為K層時(shí),最外層電子數(shù)為
3,則B為硼元素;當(dāng)次外層為L(zhǎng)層時(shí),最外層電子數(shù)為1.5義8=12,不可能。③基態(tài)Ni原子的電子排布
式為Is22s22P63s23P63dx4s\故基態(tài)Ni”的電子排布式為1s22s22P63s23P,3d";基態(tài)Fc原子的電子排布式為
1s22s22P63s23P63d64s2,故基態(tài)Fe3+的電子排布式為1s22s22P63s23P63d5;基態(tài)S原子的電子排布式為
Is22s22P63s23P4,故基態(tài)S2?的電子排布式為1s22s22P63523P6。(2)根據(jù)最外層電子排布式可知該元素有4
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