2018-2019学年高中化学 专题2 原子结构与元素的性质 第一单元 第2课时 原子核外电子的排布学案 苏教版选修3.docx

第2课时原子核外电子的排布学习目标定位1.熟知原子核外电子排布的“两原理一规则”。2.知道原子核外电子排布的轨道能量顺序，会正确书写原子核外电子排布式和轨道表示式。一核外电子的排布原理1原子核外电子排布的轨道能量顺序设想从氢原子开始，随着原子核电荷数的递增，原子核每增加一个质子，原子核外便增加一个电子，这个电子大多是按下图所示的轨道能量顺序进行填充：观察分析上图，讨论回答下列问题：(1)在多电子原子中，电子进入能级的先后应遵循的原理是什么？答案能量最低原理。电子最先排布在能量低的轨道上，然后依次排布在能量较高的轨道上。(2)多电子原子核外电子排布是否完全遵循电子层的顺序？答案由上图可知，从第三电子层开始各轨道不完全遵循电子层顺序，产生了轨道能量交错排列，即产生“能级交错”现象。(3)轨道的能量高低主要是由哪些因素决定的？答案各轨道的能量由电子层序数和轨道类型共同决定，各轨道的能量高低顺序，可由下列公式得出：ns(n2)f(n1)dnp(n表示电子层序数)。2下图是某原子核外第二电子层的电子轨道示意图：(1)请填写对应的符号：(2)电子层与原子轨道类型、原子轨道数目有何关系？(3)同一原子轨道最多容纳的电子数是多少？其依据是什么？答案(1)2s2py2pz2px(2)第n电子层有n种原子轨道类型，有n2个原子轨道。(3)同一轨道上的电子自旋方向只能相反，不能相同，最多只能容纳2个电子。其依据是泡利不相容原理。3每个原子轨道中最多只能容纳2个电子，通常称为电子对。电子除了空间运动状态外，还在不停地自旋，电子的自旋有顺时针和逆时针两种相反的状态，常用上下箭头(和)表示自旋状态相反的电子。在一个原子轨道里，最多只能容纳2个电子，而且它们的自旋状态相反，这一原理被称为泡利不相容原理。如2s轨道上的轨道表示式为，不能表示为。4能量相同轨道电子排布规则(1)在能量相同的原子轨道上，电子的排布将尽可能占据不同的轨道，而且自旋状态相同，这就是洪特规则。(2)通俗地说，洪特规则可以表述为电子总是尽量自旋平行地分占不同的轨道。如碳原子的轨道表示式是，而不是。(3)洪特规则的特例在等价轨道(同一能级)上的电子排布处于全充满、半充满和全空状态时，具有较低的能量和较大的稳定性。相对稳定的状态如24Cr的电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s1，为半充满状态，易错写为1s22s22p63s23p63d44s2。归纳总结原子核外电子排布“两原理一规则”(1)能量最低原理：电子在原子轨道上的分布要尽可能地使原子的能量为最低。处于能量最低的原子叫做基态原子。(2)泡利不相容原理：每个原子轨道最多容纳两个电子且自旋方向必须相反。(同一原子中不可能有运动状态完全相同的电子)。(3)洪特规则：当电子排布在相同能量的不同轨道时，总是优先单独占据一个轨道，而且自旋方向相同。活学活用1下列轨道表示式所表示的元素原子中，其能量处于最低状态的是_。答案解析不符合能量最低原理；不符合洪特规则；不符合能量最低原理。二原子核外电子排布的表示方法1电子排布式(1)用数字在能级符号右上角标明该能级上排布的电子数，这就是电子排布式。写出下列基态原子的电子排布式：16S：1s22s22p63s23p4；20Ca：1s22s22p63s23p64s2；26Fe：1s22s22p63s23p63d64s2；29Cu：1s22s22p63s23p63d104s1。(2)为了避免电子排布式书写过于繁琐，把内层电子达到稀有气体结构的部分以相应稀有气体的元素符号外加方括号表示，得到简化的电子排布式。上述四种原子的简化电子排布式为Ne3s23p4；Ar4s2；Ar3d64s2；Ar3d104s1。(3)在简化的电子排布式中，省去相应的稀有气体的元素符号后剩下的部分称为外围电子排布式，也叫价电子排布式。上述四种原子的外围电子排布式为3s23p4；4s2；3d64s2；3d104s1。2轨道表示式(1)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。以铝原子为例，轨道表示式中各符号、数字的意义为(2)写出下列基态原子的轨道表示式：O：；Na：。(3)在轨道表示式中也可以用圆圈表示一个原子轨道，如Na：或写成Ne。3原子结构示意图(1)原子结构示意(简)图：圆圈内数字表示质子数，弧线表示电子层(能层)，弧线内数字表示该电子层(能层)中的电子数。(2)写出下列原子或离子的结构示意图：K：；Fe：；Mg2：；Cl：。归纳总结(1)电子排布式和轨道表示式反映的是基态原子即处于最低能量状态的原子的电子排布情况，它们相互关联，可以非常方便地相互转换。(2)虽然电子排布是遵循构造原理的，但书写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是1s22s22p63s23p63d64s2，而不写作1s22s22p63s23p64s23d6。(3)主族元素的最外层电子就是外围电子，又称价电子。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，有的还包括倒数第三层的f电子。(4)简单离子是原子得失一定数目电子后的产物。在表达阴、阳离子的核外电子排布情况时，务必注意离子与原子之间的电子数目的关系。活学活用2下列有关核外电子排布的式子不正确的是()A24Cr的电子排布式：1s22s22p63s23p63d54s1BK的简化电子排布式：Ar4s1CN原子的轨道表示式为DS原子的轨道表示式为答案D解析S原子的轨道表示式违反了洪特规则，正确的应是。3画出锰原子的轨道表示式，并回答下列问题。(1)轨道表示式_。(2)在锰原子的核外电子中，有_种运动状态不同的电子；共有_对成对电子；有_个成单电子；最高化合价为_价。答案(1)(2)251057当堂检测1以下表示氦原子结构的化学用语中，对电子运动状态描述最详尽的是()AHeB.C1s2D.答案D解析A项只能表示最外层电子数；B项只表示核外的电子分层排布情况；C项具体到各电子层的电子数；而D项包含了电子层数、轨道类型以及轨道内电子的自旋方向，故该项正确。2若将6C原子的电子排布式写成1s22s22p，它违背了()A能量守恒定律B能量最低原理C泡利不相容原理D洪特规则答案D解析根据洪特规则，对于原子的电子在能量相同的轨道上排布时，应尽可能分占不同的轨道且自旋状态相同，故本题给出的电子排布式违背了洪特规则，应写为1s22s22p2p。3下列原子的外围电子排布式中，正确的是()A3d94s2B3d44s2C3d104s0D3d84s2答案D解析根据原子填入轨道的顺序和核外电子的排布规律，选项A应为3d104s1；选项B应为3d54s1；选项C应为3d84s2。则只有选项D正确。4已知元素X的原子最外层电子排布为nsn1npn2，则X元素的原子序数为()A9B10C17D18答案C解析n12，则n3，即最外层电子排布为3s23p5，为氯元素。5如果在3p轨道上有3个电子，则它们应排布为(轨道表示式)_，而不能排布为，因为这违背了_，也不能排布成，因为这违背了_。如果3p轨道上有4个电子，有人认为可以排布为，你认为是否正确，说明理由_。答案泡利不相容原理和洪特规则洪特规则不正确，因为只有3个3p轨道解析若3p轨道上有3个电子，则它们应排布为，不能排布为，因为这违背了泡利不相容原理(一个轨道最多只能容纳2个电子)和洪特规则(当电子排布在同一能级的不同轨道时，原子中的电子总是优先单独占据一个轨道，且自旋状态相同)，若3p能级上有4个电子，则应排布成。40分钟课时作业基础过关一、原子核外电子排布规律的理解与应用1以下核外电子的表示方法中，能表示该原子处于能量最低状态的是()AN：BF：CFe：Ar3d54s2DCu：3d104s1答案D解析A选项不符合洪特规则，2p轨道上的3个电子应分占三个轨道时能量最低；B选项为F的轨道表示式；C选项中Fe是26号元素，而非25号。2下列排布不符合泡利不相容原理的是()A2p轨道：B3d轨道：C2p轨道：D3d轨道：答案C解析由于泡利不相容原理指的是一个原子轨道中最多只能容纳两个电子，并且这两个电子的自旋状态必须相反，所以只有选项C不满足此原理。3下面是第2周期部分元素基态原子的轨道表示式，据此下列说法错误的是()A每个原子轨道里最多只能容纳2个电子B电子排布在能量相同的轨道时，总是优先单独占据不同的轨道C每个电子层所具有的轨道类型等于电子层的序数(n)D若原子轨道里有2个电子，则其自旋方向相反答案D解析由题给的四种元素原子的轨道表示式可知，在一个原子轨道里，最多只能容纳2个自旋方向相反的电子即符合泡利不相容原理，A正确；当电子排布在相同能量的不同轨道时，总是优先单独占据一个轨道，即符合洪特规则，B正确；任一电子层的轨道总是从s轨道开始，而且轨道类型等于该电子层序数，C正确；若在一个原子轨道里有2个电子，则它们的自旋方向相反，若在能量相同的不同轨道里有2个电子，则自旋方向相同，故D错。二、原子核外电子排布的表示方法4下列各原子或离子的电子排布式错误的是()ANa1s22s22p6BF1s22s22p6CN31s22s22p6DO21s22s22p6答案C解析本题的关键是判断所给的电子数与元素符号是否相符。Na、F、O2都含有10个电子都正确，N3含有4个电子，故C项错误。5下列表示式中错误的是()ANa的电子式：NaBNa的结构示意图：CNa的电子排布式：1s22s22p63s1DNa的简化电子排布式：Na3s1答案D解析简化电子排布式的“”中应为该元素上一周期的稀有气体元素，故D应为Ne3s1。6下列有关铁原子的外围电子排布表示正确的是()A3d64s2B4s23d6CD答案A解析选项B排列顺序不正确；选项C、D违背了洪特规则，3d轨道电子排布应先分占不同的轨道，且自旋方向相同。三、由原子核外电子排布确定元素7下面是某些元素的最外层电子排布，各组指定的元素不能形成AB2型化合物的是()A2s22p2和2s22p4B3s23p4和2s22p4C3s2和2s22p5D3s1和3s23p4答案D解析A项为C和O，能形成CO2；B项为S和O，能形成SO2；C项为Mg和F，能形成MgF2；D项为Na和S，能形成Na2S，属A2B型，故选D。8某元素的3p轨道上有两个未成对电子，因此其()A第三电子层上有4个电子B最高正价为2C最高正价为4D第二电子层没有未成对电子答案D解析由于3p轨道上有两个未成对电子，所以该原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p2或者1s22s22p63s23p4。9下列各组中的X和Y两种原子，化学性质一定相似的是()AX原子和Y原子最外层都只有一个电子BX原子的核外电子排布为1s2，Y原子的核外电子排布为1s22s2CX原子2p轨道上有三个电子，Y原子的3p轨道上有三个电子DX原子核外M层上仅有两个电子，Y原子核外N层上仅有两个电子答案C解析最外层只有一个电子的有H、Na、Cr、Cu等，他们的化学性质不同，A错；选项B中X是He，Y是Be，他们的化学性质不同；选项C中X原子核外电子排布为1s22s22p3，为N原子，Y原子的核外电子排布为1s22s22p63s23p3，为P原子，同一主族，化学性质相似；选项D中X是Mg，Y原子4s轨道上有2个电子，可能为Ca，但若为过渡元素，则由能量最低原理可知先排4s轨道，再排3d轨道，可能是Co、Fe、Zn等，故化学性质不一定相同。能力提升10按要求填空。(1)17Cl的电子排布式_；(2)17Cl的价电子排布式_；(3)17Cl的电子式_；(4)17Cl的轨道表示式_；(5)17Cl的原子结构示意图_；(6)第4周期中最外层仅有1个电子的所有基态原子的简化电子排布式_。答案(1)1s22s22p63s23p5或Ne3s23p5(2)3s23p5(3)(4)(5)(6)19K：Ar4s1,24Cr：Ar3d54s1,29Cu：Ar3d104s1解析(1)(5)主要考查电子排布式、价电子排布式、电子式、轨道表示式、原子结构示意图等常用化学用语概念的区别。(6)第4周期最外层只有1个电子的最外层电子排布式为4s1，此时3s、3p应已填满，3d轨道可能全空、半充满或全充满，即其电子排布式为Ar4s1，Ar3d54s1，Ar3d104s1。11五种元素原子的电子层结构如下：A1s22s22p63s23p63d54s2；B1s22s22p63s2；C1s22s22p6；D1s22s22p63s23p2；EAr4s1。请回答：(1)_元素是稀有气体。含未成对电子数最多的元素是_。(2)A的元素符号是_，其核外电子共有_种运动状态。(3)D元素原子核外电子轨道表示式是_。答案(1)C(Ne)A(Mn)(2)Mn25(3)解析由原子的电子排布式可知AE元素分别为Mn、Mg、Ne、Si、K，其中A、D、E元素的原子轨道中排布有未成对电子，其未成对电子的轨道表示式分别为A.、D.、E.，故A中含未成对电子数最多。任何多电子原子中不会存在两个运动状态完全相同的电子，即A中共有25种运动状态不同的电子。12某元素的原子序数为33，请回答：(1)该元素原子的质子数为_，有_个电子。(2)该元素原子核外有_个电子层，_个能级，_个原子轨道。(3)它的最外层电子排布为_，它的电子排布式为_，轨道表示式为_。答案(1)3333(2)4818(3)4s24p31s22s22p63s23p63d104s24p3解析(1)根据元素原子的核外电子数质子数原子序数，可得出答案。(2)先利用能级顺序和排布原则排出其电子排布式：1s22s22p63s23p63d104s24p3，得出该元素原子核外有8个能级，共1131351318个原子轨道(s：1个轨道；p：3个轨道；d：5个轨道)。13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有一种原子轨道，也是宇宙中最丰富的元素，B元素原子核外p电子数比s电子数少1，C为金属元素且原子核外p电子数和s电子数相等；D元素的原子核外所有p轨道全充满或半充满。(1)写出四种元素的元素符号：A_；B_；C_；D_。(2)写出C、D两种元素基态原子核外电子轨道表示式：C_，D_。(3)写出B、C两种元素的单质在一定条件下反应的化学方程式：_。(4)写出B元素的单质和氢化物的电子式，单质_，氢化物_。答案(1)HNMgP(3)N23MgMg3N2解析A是宇宙中最丰富的元素，则A为氢；B元素原子的核外电子排布为1s22s22p3，为氮；C元素原子的核外电子排布为1s22s22p63s2，为镁；D元素原子的核外电子排布为1s22s22p63s23p3，为磷。拓展探究14A、B、C、D、E代表5种元素。请填空：(1)A元素基态原子的最外层有3个未成对电子，次外层有2个电子，其元素符号为_；(2)B元素的负一价离子和C元素的正一价离子的电子层结构都与氩相同，B的元素符号为_，C的元素符号为_；(3)D元素的正三价离子的3d能级为半充满，D的元素符号为_，其基态原子的电子排布式为_；(4)E元素基态原子的M层全充满，N层没有成对电子，只有一个未成对电子，E的元素符号为_，其基态原子的电子排布式为_。答案(1)N(2)ClK(3)Fe1s22s22p63s23p63d64s2或Ar3d64s2(4)Cu1s22s22p63s23p63d104s1或Ar3d104s1解析本题考查由电子排布推断元素符号，解决这类题一般先推出电子排布式，求出核电荷数。(1)A元素基态原子的轨道表示式由题意可写成：，可见该元素核外有7个电子，为氮元素，其元素符号为N。(2)B、C的电子层结构都与Ar相同，即核外都有18个电子，则B为17号元素Cl，C为19号元素K。(3)D元素原子失去2个4s电子和1个3d电子后变成3价离子，其原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2即26号元素铁。(4)根据题意要求，首先写出电子排布式：1s22s22p63s23p63d104s1，该元素为29号元素Cu。