第一章原子结构与性质 第一节 原子结构 素养·目标定位 目标素养 知识概览 按能量高低 能层 同层 能级 1,能说明微观粒子的运动状态与宏观物体运动特点的 差异。 吸收光谱 2.通过微观上对核外电子排布规律的分析，理解基态与激 电 吸收能量 发态的含义与关系，能辨识光谱与电子跃迁之间的关 激发态 放出能量 系，培养宏观辨识与微观探析的化学学科核心素养。 发射光谱 3.通过原子轨道和电子云模型的学习，全面了解核外电子 态 运动状态的描述方法，培养证据推理与模型认知的化学 学科核心素养。 电子填充规律 构造原理 表示方法电子排布式 4.能结合能量最低原理、泡利原理、洪特规则书写1~36 轨道表示式 号元素基态原子的电子排布式和轨道表示式，并说明 运动状态描述 电子云与原子轨道 含义。 排布规律 能量最低原理、泡 利原理、洪特规则 第1课时 能层与能级 构造原理与电子排布式 课前·基础认知 自主预习 纳的最多电子数依次为自然数中的奇数序列1、3、5、7…的 2倍。 一、能层与能级 (3)多电子原子中，同一能层各能级的能量顺序如下： 1.能层。 E(ns)E(np)<E(nd)<E(nf)...... (1)核外电子按能量不同分成能层。电子的能层由内 二、基态与激发态原子光谱 向外排序，能层越高，电子的能量越高。 1,基态原子与激发态原子。 (2)符号：能层序数一、二、三、四、五、六、七分别用K (1)基态原子：处于最低能量状态的原子。 L、MN,O、PQ表示。 (2)激发态原子：基态原子吸收能量后，它的电子会跃 (3)能量关系：由K能层→Q能层，能量逐渐增高。 迁到较高能级，变为激发态原子。 2.能级。 (3)基态原子、激发态原子相互间转化的能量变化： 吸收能量 (1)同一能层的电子，被分为不同能级。能级的符号与 基态原子 释放能量，主要形式为光（韬射） =激发态 最多容纳的电子数如下： 原子。 能层K L M N 2.原子光谱。 能级1s2s2型3s3p3d4s4p445s (1)原子光谱的成因及分类。 最多电22626102610142 形成吸收光透 子数2 18 32 吸收能量 基态 激发态 (2)任一能层的能级总是从s能级开始，能级数等于该 电子跃迁 原寸 原子 能层序数。能级的字母代号总是按s、卫、d、￡… 释放能量 排序的，字母前的数字是它们所处的能层序数，它们可容 形成发射光语
第一章 原子结构与性质 第一节 原子结构 素养·目标定位 目 标 素 养 知 识 概 览 1.能说明微观粒子的运动状态与宏观物体运动特点的 差异。 2.通过微观上对核外电子排布规律的分析,理解基态与激 发态的含义与关系,能辨识光谱与电子跃迁之间的关 系,培养宏观辨识与微观探析的化学学科核心素养。 3.通过原子轨道和电子云模型的学习,全面了解核外电子 运动状态的描述方法,培养证据推理与模型认知的化学 学科核心素养。 4.能结合能量最低原理、泡利原理、洪特规则书写1~36 号元素基态原子的电子排布式和轨道表示式,并说明 含义。 第1课时 能层与能级 构造原理与电子排布式 课前·基础认知 自主预习 一、能层与能级 1.能层。 (1)核外电子按 能量 不同分成能层。电子的能层由内 向外排序,能层越高,电子的能量越高。 (2)符号:能层序数一、二、三、四、五、六、七分别用 K、 L、M、N、O、P、Q 表示。 (3)能量关系:由 K能层→Q能层,能量逐渐 增高 。 2.能级。 (1)同一能层的电子,被分为不同能级。能级的符号与 最多容纳的电子数如下: 能层 K L M N O 能级 1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p 4d 4f 5s …… 最多电 子数 2 2 6 2 6 10 2 6 10 14 2 …… 2 8 18 32 …… (2)任一能层的能级总是从s能级开始,能级数等于该 能层序数。能级的字母代号总是按 s 、p 、d 、f …… 排序的,字母前的数字是它们所处的 能层序数 ,它们可容 纳的最多电子数依次为自然数中的奇数序列1、3、5、7…的 2 倍。 (3)多电子原子中,同一能层各能级的能量顺序如下: E(ns)< E(np)< E(nd)< E(nf)…… 二、基态与激发态 原子光谱 1.基态原子与激发态原子。 (1)基态原子:处于 最低能量 状态的原子。 (2)激发态原子:基态原子 吸收 能量后,它的电子会跃 迁到 较高 能级,变为激发态原子。 (3)基态原子、激发态原子相互间转化的能量变化: 基 态 原 子 吸收能量 释放 能量,主要形式为 光(辐射) 激 发 态 原子。 2.原子光谱。 (1)原子光谱的成因及分类。 1
化学 选择性必修2物质结构与性质 配人教版 (2)光谱分析：在现代化学中，常利用原子光谱上的特 答案C 征谱线来鉴定元素，称为光谱分析。 解析能层的能量由低到高的顺序为K、L、M、N、O、 ~微思考1电子的跃迁与电子得失相同吗？电子 P、Qe 的跃迁过程是物理变化还是化学变化？ 2.对充有氖气的霓虹灯管通电，灯管发出红色光。产生这一 提示电子的跃迁是物理变化（未发生电子转移），而原 现象的主要原因是()。 子得失电子时发生的是化学变化。 A.电子由激发态向基态跃迁时以光的形式释放能量 ·微思考2。电子跃迁能够在任意能级间发生吗？ B.电子由基态向激发态跃迁时吸收除红光以外的光线 提示一般在能量相近的能级间发生电子跃迁。 C.氖原子获得电子后转变成发出红光的物质 D.在电流的作用下，氖原子与构成灯管的物质发生反应 三、构造原理与电子排布式 答案A 1.构造原理。 (1)含义：以光谱学事实为基础，从氢开始，随核电荷数 解析解答该题的关键是明确基态原子与激发态原子的 递增，新增电子填人能级的顺序称为构造原理。 相互转化及其转化过程中的能量变化和现象。在电流作 (2)构造原理示意图： 用下，基态氖原子的电子吸收能量跃迁到较高能级，变为 激发态原子，这一过程要吸收能量，不会发出红色光；而电 D O 子从较高能量的激发态跃迁到较低能量的激发态或基态 时，将释放能量，从而产生红色光，故A项正确。 6d ○ 每一行对应 3.下面各图中，所发生的现象与电子的跃迁无关的是 一个能层 N (4s) 4p 4d 4① 每个小圈表示一个能级 3s 29 各圆圈间连接线的方向表示随核电荷 数递增而增加的电子填人能级的顺序 A.燃放烟花 B.点亮霓虹灯 例如，从氢到碳的基态原子电子排布式如下： 1s1→1s2→1s22s→1s22s2→1s22s22p3→ 氢氨 锂 硼 1s22s22p2 碳 C.蜡烛燃烧 (3)核外电子填入能级的方式：电子填满了一个能级，开 D.平面镜成像 始填入下一个能级，由此构建了元素周期系中各元素的基态 答案D 原子的电子排布。 解析燃放烟花、点亮霓虹灯、蜡烛燃烧等获得的光能都 2.电子排布式。 是电子跃迁时能量以光的形式释放出来导致的，而平面镜 电子排布式是将能级上所排布的电子数标注在该能 成像则是光线反射的结果。 级符号右上角，并按照能层由低到高的顺序从左到右排列 4.下列各项中，前面的能级先填入电子的是()。 的式子。如A!的基态原子的电子排布式中各符号、数字的 ①3d和4s②4p和5s③5s和4d④5p和4d 意义为： A.①② B.②③ 能级上的电子数 C.②④ D.③④ 1s22s22p63s23p 答案B 能层 解析根据构造原理可知电子填入能级的顺序为…4s、 能级 3d、4p、5s、4d、5p、6s…,从而可以看出②③中前面的能 级先填入电子。 预习检测 5.请根据构造原理，写出下列基态原子的电子排布式： 1.下列能层按能量由低到高的顺序排列正确的是( 。 (1)16S A.K、M、N、L (2)10Ne B.M、N、Q、P (3)2Ca C.L、M、N、O (4)2Fe D.M、N、P、O (5)2Ni
化 学 选择性必修2 物质结构与性质 配人教版 (2)光谱分析:在现代化学中,常利用原子光谱上的 特 征谱线 来鉴定元素,称为光谱分析。 微思考 1 电子的跃迁与电子得失相同吗? 电子 的跃迁过程是物理变化还是化学变化? 提示 电子的跃迁是物理变化(未发生电子转移),而原 子得失电子时发生的是化学变化。 微思考 2 电子跃迁能够在任意能级间发生吗? 提示 一般在能量相近的能级间发生电子跃迁。 三、构造原理与电子排布式 1.构造原理。 (1)含义:以光谱学事实为基础,从氢开始,随核电荷数 递增,新增电子填入能级的顺序称为构造原理。 (2)构造原理示意图: 例如,从氢到碳的基态原子电子排布式如下: 1s1 氢 →1s2 氦 → 1s22s1 锂 → 1s22s2 铍 → 1s22s22p 1 硼 → 1s22s22p 2 碳 (3)核外电子填入能级的方式:电子填满了一个能级,开 始填入下一个能级,由此构建了元素周期系中各元素的基态 原子的电子排布。 2.电子排布式。 电子排布式是将 能级 上所排布的电子数标注在该能 级符号 右上角 ,并按照能层由低到高的顺序从左到右排列 的式子。如 Al的基态原子的电子排布式中各符号、数字的 意义为: 预习检测 1.下列能层按能量由低到高的顺序排列正确的是( )。 A.K、M、N、L B.M、N、Q、P C.L、M、N、O D.M、N、P、O 答案 C 解析 能层的能量由低到高的顺序为 K、L、M、N、O、 P、Q。 2.对充有氖气的霓虹灯管通电,灯管发出红色光。产生这一 现象的主要原因是( )。 A.电子由激发态向基态跃迁时以光的形式释放能量 B.电子由基态向激发态跃迁时吸收除红光以外的光线 C.氖原子获得电子后转变成发出红光的物质 D.在电流的作用下,氖原子与构成灯管的物质发生反应 答案 A 解析 解答该题的关键是明确基态原子与激发态原子的 相互转化及其转化过程中的能量变化和现象。在电流作 用下,基态氖原子的电子吸收能量跃迁到较高能级,变为 激发态原子,这一过程要吸收能量,不会发出红色光;而电 子从较高能量的激发态跃迁到较低能量的激发态或基态 时,将释放能量,从而产生红色光,故 A项正确。 3.下面各图中,所发生的现象与电子的跃迁无关的是 ( )。 答案 D 解析 燃放烟花、点亮霓虹灯、蜡烛燃烧等获得的光能都 是电子跃迁时能量以光的形式释放出来导致的,而平面镜 成像则是光线反射的结果。 4.下列各项中,前面的能级先填入电子的是( )。 ①3d和4s ②4p和5s ③5s和4d ④5p和4d A.①② B.②③ C.②④ D.③④ 答案 B 解析 根据构造原理可知电子填入能级的顺序为……4s、 3d、4p、5s、4d、5p、6s……,从而可以看出②③中前面的能 级先填入电子。 5.请根据构造原理,写出下列基态原子的电子排布式: (1)16S 。 (2)10Ne 。 (3)20Ca 。 (4)26Fe 。 (5)28Ni 。 2
第一章 原子结构与性质 (6)nNa (4)1s22s22p3s23p3d4s 答案(1)1s22s22p3s23p(2)1s22s22p (5)1s22s22p3s23p3d4s2 (3)1s22s22p83s23p°4s2 (6)1s22s22p3s 课堂 重难突破 探究能层与能级的数量关系 解析各能层中的能级数等于其所处的能层序数，即当 n=1时，它只有一个s能级；当n=2时，含有两个能级，分 重难归纳 别为s、P能级，B、C两项错误。D项，每个能层最多能容纳 1.能层、能级中的数量关系。 2m2个电子，但不是一定含有22个电子。 (1)任一能层，能级数=该能层序数，且总是从s能级 学以致用 开始。 (2)以s、p、d、f…排序的各能级最多能容纳的电子数 1.下列符号不符合事实的是()。 依次为1、3、5、7…的2倍。 A.4s2 B.2p2 C.3ds D.3f4 (3)每个能层最多可容纳的电子数是能层序数(n)的平 答案D 方的2倍，即2n2。 解析s能级最多容纳2个电子，P能级最多容纳6个 (4)字母代号相同的不同能层的能级中所能容纳的最多 电子，d能级最多容纳10个电子，存在4s2、2p3、3d8排布。f 电子数相同。 能级最多容纳14个电子，第三能层没有f能级，从第四能层 2.不同能层中各能级之间能量的大小关系。 才存在f能级，不可能存在34排布，故D项不符合事实。 (1)不同能层中字母代号相同的能级，能层序数越大，能 2.某元素原子的核外有三个能层，最外能层有4个电子， 量越高。例如，E(1s)E(4s)、E(4d)>E(5s)、E(4f)> 提示最多容纳的电子数相同。它们的能量高低不同， E(6s)等。 能层序数越大，对应能级的能量越高。 2.简单原子的电子排布式。 (1)按照构造原理将电子依次填充到能量逐渐升高的能 典例剖析 级中。例如： 下列有关认识正确的是()。 原子 电子排布式 原子 电子排布式 A.各能层的能级数按K,L、M、N顺序分别为1、2、3、4 B.各能层的能级都是从s能级开始至f能级结束 1s22s22p Ar 1s22s22p3s23p C.各能层含有的能级数为n一1 C11s22s22p53s23p 1s22s22p°3s23p3d24s2 D.各能层含有的电子数为22 (2)为了避免电子排布式过于烦琐，我们可以把内层电 答案A 子达到稀有气体元素原子结构的部分，以相应稀有气体元素
第一章 原子结构与性质 (6)11Na 。 答案 (1)1s22s22p 63s23p 4 (2)1s22s22p 6 (3)1s22s22p 63s23p 64s2 (4)1s22s22p 63s23p 63d64s2 (5)1s22s22p 63s23p 63d84s2 (6)1s22s22p 63s1 课堂·重难突破 一 探究能层与能级的数量关系 重难归纳 1.能层、能级中的数量关系。 (1)任一能层,能级数=该能层序数,且总是从s能级 开始。 (2)以s、p、d、f……排序的各能级最多能容纳的电子数 依次为1、3、5、7…的2倍。 (3)每个能层最多可容纳的电子数是能层序数(n)的平 方的2倍,即2n2。 (4)字母代号相同的不同能层的能级中所能容纳的最多 电子数相同。 2.不同能层中各能级之间能量的大小关系。 (1)不同能层中字母代号相同的能级,能层序数越大,能 量越高。例如,E(1s)E(4s)、E(4d)>E(5s)、E(4f)> E(6s)等。 2.简单原子的电子排布式。 (1)按照构造原理将电子依次填充到能量逐渐升高的能 级中。例如: 原子 电子排布式 原子 电子排布式 C 1s 22s 22p 2 Ar 1s 22s 22p 63s 23p 6 Cl 1s 22s 22p 63s 23p 5 Ti 1s 22s 22p 63s 23p 63d 24s 2 (2)为了避免电子排布式过于烦琐,我们可以把内层电 子达到稀有气体元素原子结构的部分,以相应稀有气体元素 3
化学 选择性必修2物质结构与性质 配人教版 符号外加方括号来表示。如Na的核外电子排布式为 (2)基态氨原子最外层有5个电子，最高能层为L,价层 1s22s22p3s,其中第一、第二能层的电子排布与Ne 电子排布式为2s22p。 (1s22s22p)的核外电子排布结构相同，所以其电子排布式可 (3)Se与O同主族，Se的原子序数为34，N能层有6个 简化为[Ne]3s；K的核外电子排布式为 电子，故其M层排满，M层电子的排布式为3s23p3d。 1s22s22p3s23p4s,可简化为[Ar]4s。 (4)基态氨原子的电子排布式为1s22s22p3,基态氮原子 3.复杂原子的电子排布式。 得到3个电子后成为N8,基态N8的电子排布式为 对于较复杂的电子排布式，应先按能量从低到高排列， 1s22s22p°。 然后将同一能层的电子移到一起。 (5)Ga为第四周期第ⅢA族元素，其基态原子的最外层 例如2Fe:先按构造原理顺序写为1s2s22p3s23p4s23d, 电子排布式为4s24p,基态镓原子的电子排布式为 然后将同一能层的移到一起，即该原子的电子排布式为 1s22s22p3s23p3d4s24p,简化为[Ar]3d4s24p。 1s22s22p3s23p3d4s2,可简化为[Ar]3d4s2。 门思考发现 方法技巧书写电子排布式的关键是熟悉构造原理， 各能级能量由低到高可记为nsE(4f)>E(4s)>E(3d) 子时，(n十1)s能级上已填有电子，n能层已经不是最外层 B.E(3d)>E(4s)>E(3p)>E(3s) 了，所以原子核外最外层电子数不超过8个(K层为最外层 C.E(4s)E(4s)>E(4f)>E(3d) 入的是(n十1)p能级，而不是nf能级，当nf能级上有电子 答案B 时，(n十2)s能级上已填有电子，即n能层已经不是次外层 而是倒数第三层了，所以次外层电子数不超过18个。 解析根据构造原理，各能级能量由低到高的顺序为 (2)查阅元素周期表可知Cr的电子排布式为 1s、2s、2p、3s、3p、4s、3d、4p、5s…,故E(4f)>E(5s) 1s22s22p3s23p3d54s,Cu的电子排布式为 E(3d)>E(4s),A、D两项错误。不同能层的相同字母代号 1s22s22p3s23p3d4s。分析Cr、Cu的电子排布式，思考电 的能级，能层序数越大，能量越高，C项错误。 子排布式的书写顺序与核外电子填充顺序一定相同吗？ 2.根据构造原理写出下列基态原子或离子的核外电子 提示不一定相同，电子排布式的书写按能层由里到外 排布式。 和sP、d、f的顺序，而核外电子填充顺序是按构造原理。有 (1)X元素基态原子核外M层电子数是L层电子数的 半 些过渡元素基态原子的电子排布式的书写与电子填充顺序 不一致。 (2)Y元素基态原子的最外层电子数是次外层电子数的 1.5倍： 典例剖析 (3)基态N+、Fe+的简化电子排布式分别 按要求填空： 为 (1)硼元素基态原子的电子排布式为 答案(1)1s22s22p3s23p (2)氮元素基态原子的价层电子排布式为 (2)1s22s22p (3)Se的原子序数为 ,基态Se核外M层电子 (3)[Ar]3d [Ar]3d 的排布式为 解析(1)L层有8个电子，则M层有4个电子，故X (4)LiN晶体中氮以N-存在，基态N3-的电子排布式 元素为硅。 为 (2)当次外层为K层时，最外层电子数为3，则Y元素 (5)写出基态镓(Ga)原子的简化电子排布式： 为硼：当次外层为L层时，最外层电子数为1.5×8=12，违 背了核外电子排布规律，故这种情况不可能。 答案(1)1s22s22p(2)2s22p3 (3)Ni的原子序数为28，根据构造原理，基态Ni原子的 (3)343s23p3d0(4)1s22s22p 电子排布式为1s22s22p3s23p3d4s2,故基态N2+的电子排 (5)[Ar]3d°4s24p3 布式为1s22s22p3s23p3d:基态Fe原子的电子排布式为 解析(1)基态硼原子的核外有5个电子，基态硼原子 1s22s22p3s23p3d4s2,故基态Fe3+的电子排布式为 的电子排布式为1s22s22p。 1s22s22p3s23p63d
化 学 选择性必修2 物质结构与性质 配人教版 符号外 加 方 括 号 来 表 示。如 Na 的 核 外 电 子 排 布 式 为 1s22s22p 63s1,其 中 第 一、第 二 能 层 的 电 子 排 布 与 Ne (1s22s22p 6)的核外电子排布结构相同,所以其电子排布式可 简 化 为 [Ne]3s1;K 的 核 外 电 子 排 布 式 为 1s22s22p 63s23p 64s1,可简化为[Ar]4s1。 3.复杂原子的电子排布式。 对于较复杂的电子排布式,应先按能量从低到高排列, 然后将同一能层的电子移到一起。 例如26Fe:先按构造原理顺序写为1s22s22p 63s23p 64s23d6, 然后将同一能层的移到一起,即该原子的电子排布式为 1s22s22p 63s23p 63d64s2,可简化为[Ar]3d64s2。 (1)试利用构造原理解释为什么原子核外最外层电子数 目不超过8(K层为最外层时不超过2,Pd除外),次外层电 子数目不超过18? 提示 根据构造原理,能级的能量顺序为npE(4f)>E(4s)>E(3d) B.E(3d)>E(4s)>E(3p)>E(3s) C.E(4s)E(4s)>E(4f)>E(3d) 答案 B 解析 根据构造原理,各能级能量由低到高的顺序为 1s、2s、2p、3s、3p、4s、3d、4p、5s……,故 E(4f)>E(5s)> E(3d)>E(4s),A、D两项错误。不同能层的相同字母代号 的能级,能层序数越大,能量越高,C项错误。 2.根据构造原理写出下列基态原子或离子的核外电子 排布式。 (1)X元素基态原子核外 M 层电子数是L层电子数的 一半: 。 (2)Y元素基态原子的最外层电子数是次外层电子数的 1.5倍: 。 (3)基 态 Ni2+ 、Fe3+ 的 简 化 电 子 排 布 式 分 别 为 、 。 答案 (1)1s22s22p 63s23p 2 (2)1s22s22p 1 (3)[Ar]3d8 [Ar]3d5 解析 (1)L层有8个电子,则 M 层有4个电子,故 X 元素为硅。 (2)当次外层为 K 层时,最外层电子数为3,则 Y 元素 为硼;当次外层为L层时,最外层电子数为1.5×8=12,违 背了核外电子排布规律,故这种情况不可能。 (3)Ni的原子序数为28,根据构造原理,基态 Ni原子的 电子排布式为1s22s22p 63s23p 63d84s2,故基态 Ni2+ 的电子排 布式为1s22s22p 63s23p 63d8;基态 Fe原子的电子排布式为 1s22s22p 63s23p 63d64s2,故 基 态 Fe3+ 的 电 子 排 布 式 为 1s22s22p 63s23p 63d5。 4
第一章原子结构与性质 随堂训练 L.下列各能层不包含d能级的是( ）。 C.硅原子处于激发态时的能量低于基态时的能量 A.O B.N C.M D.K D.转变后硅原子与基态磷原子的电子层结构相同，化学 答案D 性质相同 解析多电子的原子中，同一能层的电子可分为不同的能 答案A 级，K层只有s能级，L层有s、p能级，从M层开始有d 解析硅原子由基态转变为激发态，这一过程吸收能量， 能级。 其处于激发态时的能量高于基态时的能量，故A项正 2.下列说法中正确的是()。 确，B、C两项错误。转变后硅原子与基态磷原子的电子 A.自然界中的所有原子都处于基态 层结构不相同，因为基态磷原子的最外层排布式为 B.同一元素原子处于激发态时的能量一定高于基态时的 3s23p3,所以化学性质也不相同，D项错误。 能量 5.某基态粒子的核外电子排布式为1s22s22p3s23p,下列关 C.无论原子种类是否相同，基态原子的能量总是低于激 于该粒子的说法正确的是( ）。 发态原子的能量 A.它的质子数一定是18 D.激发态原子的能量较高，极易失去电子，表现出较强的 B.它的原子和”CI可能互为同位素 还原性 C.它的单质一定是强还原剂 答案B D.可以确定该粒子为Ar 解析处于最低能量状态的原子叫做基态原子，自然界中 答案B 的原子有的处于基态，有的处于激发态，A项错误。基态 解析题述粒子核外共有18个电子，可能是原子，也可能 原子的电子吸收能量，它的电子会跃迁到较高能级，变成 是离子，离子又可能为阳离子（如C+、K+)或阴离子（如 激发态原子，同一元素的激发态原子的能量总是比基态原 S2-、CI)。 子的能量高，不同元素的基态原子的能量不一定低于激发 6.有几种元素的基态粒子核外电子排布式均为 态原子的能量，B项正确，C项错误。激发态原子若要失 1s22s22p3s23p,其中： 去电子，必须再吸收能量，失去电子的难易程度需根据原 (1)某电中性粒子一般不与其他元素的原子反应，这种粒 子的具体情况而定，有的激发态原子易失去电子，有的激 子的符号是 发态原子难失去电子，D项错误。 (2)某粒子的盐溶液能使溴水褪色，并出现浑浊，这种粒 3.电子在一个原子的下列能级中排布时，最后一个排布的是 子的符号是 0 ( )。 (3)某粒子氧化性很弱，但得到电子后还原性很强，且这 A.ns B.np 种元素的原子最外层有一个电子，这种粒子的符号是 C.(n-1)d D.(n-2)f 答案B (4)某粒子还原性虽弱，但失去电子后氧化性很强，且这 解析根据构造原理，电子在排布时应先填入能量低的能 种元素的原子得到一个电子即达到稳定结构，这种粒 级，填满后再填入能量高的能级。根据能级的能量高低顺 子的符号是 0 序：ns<(n一2)f<(n一1)d<np,所以最后一个排布的应 答案(1)Ar(2)S2-(3)K+(4)C 是能量最高的能级，应为np能级。 解析符合上述核外电子排布式的电中性粒子，很难发 4.硅原子的电子排布式由1s22s22p3s23p2转变为 生化学反应的应为稀有气体元素原子A:能使涣水褪 1s22s22p3s13p3,下列有关该过程的说法正确的是 色，应为还原性较强的S2,发生反应S2-十Br2一 )。 S十2B:氧化性很弱，得到电子后还原性很强，应为 A.硅原子由基态转变为激发态，这一过程吸收能量 K+:得到一个电子即达到稳定结构，故该粒子应为CI。 B.硅原子由激发态转变为基态，这一过程释放能量 课后 ·训练提升 基础·巩固 解析离核最近的能层称为K层，该层的能量最低，各能 层能量由低到高的顺序为K、L、M、N、O… 1.排布在下列各能层上的一个电子，所具有的能量最低的是 2.某一能层上nd能级最多所能容纳的电子数为( )。 A.6 A.K B.L C.M D.N B.10 答案A
第一章 原子结构与性质 随堂训练 1.下列各能层不包含d能级的是( )。 A.O B.N C.M D.K 答案 D 解析 多电子的原子中,同一能层的电子可分为不同的能 级,K层只有s能级,L层有s、p能级,从 M 层开始有d 能级。 2.下列说法中正确的是( )。 A.自然界中的所有原子都处于基态 B.同一元素原子处于激发态时的能量一定高于基态时的 能量 C.无论原子种类是否相同,基态原子的能量总是低于激 发态原子的能量 D.激发态原子的能量较高,极易失去电子,表现出较强的 还原性 答案 B 解析 处于最低能量状态的原子叫做基态原子,自然界中 的原子有的处于基态,有的处于激发态,A 项错误。基态 原子的电子吸收能量,它的电子会跃迁到较高能级,变成 激发态原子,同一元素的激发态原子的能量总是比基态原 子的能量高,不同元素的基态原子的能量不一定低于激发 态原子的能量,B项正确,C项错误。激发态原子若要失 去电子,必须再吸收能量,失去电子的难易程度需根据原 子的具体情况而定,有的激发态原子易失去电子,有的激 发态原子难失去电子,D项错误。 3.电子在一个原子的下列能级中排布时,最后一个排布的是 ( )。 A.ns B.np C.(n-1)d D.(n-2)f 答案 B 解析 根据构造原理,电子在排布时应先填入能量低的能 级,填满后再填入能量高的能级。根据能级的能量高低顺 序:ns<(n-2)f<(n-1)d<np,所以最后一个排布的应 是能量最高的能级,应为np能级。 4.硅 原 子 的 电 子 排 布 式 由 1s22s22p 63s23p 2 转 变 为 1s22s22p 63s13p 3,下列有关该过程的说法正确的是 ( )。 A.硅原子由基态转变为激发态,这一过程吸收能量 B.硅原子由激发态转变为基态,这一过程释放能量 C.硅原子处于激发态时的能量低于基态时的能量 D.转变后硅原子与基态磷原子的电子层结构相同,化学 性质相同 答案 A 解析 硅原子由基态转变为激发态,这一过程吸收能量, 其处于激发态时的能量高于基态时的能量,故 A 项正 确,B、C两项错误。转变后硅原子与基态磷原子的电子 层结构不相 同,因 为 基 态 磷 原 子 的 最 外 层 排 布 式 为 3s23p 3,所以化学性质也不相同,D项错误。 5.某基态粒子的核外电子排布式为1s22s22p 63s23p 6,下列关 于该粒子的说法正确的是( )。 A.它的质子数一定是18 B.它的原子和37Cl可能互为同位素 C.它的单质一定是强还原剂 D.可以确定该粒子为 Ar 答案 B 解析 题述粒子核外共有18个电子,可能是原子,也可能 是离子,离子又可能为阳离子(如Ca2+ 、K+ )或阴离子(如 S2- 、Cl- )。 6.有 几 种 元 素 的 基 态 粒 子 核 外 电 子 排 布 式 均 为 1s22s22p 63s23p 6,其中: (1)某电中性粒子一般不与其他元素的原子反应,这种粒 子的符号是 。 (2)某粒子的盐溶液能使溴水褪色,并出现浑浊,这种粒 子的符号是 。 (3)某粒子氧化性很弱,但得到电子后还原性很强,且这 种元素的原子最外层有一个电子,这种粒子的符号是 。 (4)某粒子还原性虽弱,但失去电子后氧化性很强,且这 种元素的原子得到一个电子即达到稳定结构,这种粒 子的符号是 。 答案 (1)Ar (2)S2- (3)K+ (4)Cl- 解析 符合上述核外电子排布式的电中性粒子,很难发 生化学反应的应为稀有气体元素原子 Ar;能使溴水褪 色,应为还原性较强的 S2- ,发生反应 S2- +Br2 S↓+2Br- ;氧化性很弱,得到电子后还原性很强,应为 K+ ;得到一个电子即达到稳定结构,故该粒子应为Cl- 。 课后·训练提升 基础 巩固 1.排布在下列各能层上的一个电子,所具有的能量最低的是 ( )。 A.K B.L C.M D.N 答案 A 解析 离核最近的能层称为 K层,该层的能量最低,各能 层能量由低到高的顺序为 K、L、M、N、O…… 2.某一能层上nd能级最多所能容纳的电子数为( )。 A.6 B.10 5
化学 选择性必修2 物质结构与性质 配人教版 C.14 20Z:1s22s22p3s23p D.与能层序数有关，无法确定 若将上述三种粒子归为同一类，下列基态粒子中也可归为 答案B 此类的是( 解析以s、P、d,…排序的各能级可容纳的最多电子数 A@》 E沙 B. 依次为1、3、5、7…的2倍，故B项正确。 3.下列现象和应用与电子跃迁无关的是( )。 A.焰色试验 B.石墨导电 c.)) n⊙) C.激光 D.原子光谱 答案C 答案B 解析分析原子核内的质子数和电子排布式之间的关系 解析电子跃迁本质上是组成物质的粒子（原子、离子或 可知，题述三种粒子都是金属阳离子。分析四个选项中粒 分子)中电子的一种能量变化。如激光、焰色试验、原子光 子结构示意图中核电荷数和核外电子排布的关系可知，A 语都与电子跃迁有关。石墨是层状结构，层间有自由移动 项和D项是原子，B项是阴离子，C项是金属阳离子。 的电子，石墨导电与电子跃迁无关。 8.下列各组基态原子的电子排布式对应的元素，不能形成 4.电子由3d能级跃迁至4p能级时，可通过光谱仪直接摄取 AB2型化合物的是()。 ( )。 A.1s22s22p2和1s22s22p A.电子的运动轨迹图像 B.1s22s22p'3s 1s22s22p3s23p B.原子的吸收光谱 C.1s22s22p3s 1s22s22p3s23p C.电子体积大小的图像 D.1s72s22p3s23p 1s22s72p D.原子的发射光谱 答案B 答案B 解析1s22s22p2和1s22s22p对应的原子分别为C和0， 解析由于E(3d)<E(4p),电子由3d能级跃迁至4p能 可以形成C02:1s22s22p3s和1s22s22p3s23p对应的原 级时，需要吸收能量，故光谱仪摄取的是吸收光谱：由于电 子分别为Na和，可以形成Na2S;1s22s22p3s2和 子在原子核外做无规则运动，不能直接摄取电子的运动轨 1s22s22p3s23p5对应的原子分别为Mg和Cl,可以形成 迹图像：电子太小，不能摄取电子体积大小的图像，故选 MgCl2:1s22s22p3s23p和1s22s22p对应的原子分别为S B项。 和O,可以形成SO2。 5.若某基态原子的价层电子排布式为4d5s2,则下列说法正 9.下列元素原子的最外层电子排布中，对应的元素属于副族 确的是()。 元素的是( A.该元素基态原子共有3个电子 Λ.3s23p3 B.3d4s B.该元素基态原子核外有5个电子层 C.3s23p D.4s24p C.该元素基态原子最外层有3个电子 答案B D.该元素基态原子M能层共有8个电子 解析3s23p3对应的原子为P,P属于主族元素：3d4s 答案B 对应的原子为Cu,Cu属于副族元素：3s23p对应的原子 解析根据原子核外电子排布规则，结合其价层电子排布 为Ar,Ar属于0族元素；4s24p对应的原子为Se,Se属于 式为45s2,可知该元素基态原子的核外电子排布式为 主族元素。 1s22s22p3s23p3d4s24p4d5s2,故该元素基态原子共有 10.根据构造原理写出下列基态原子或离子的核外电子排 39个电子，5个电子层，其中最外层有2个电子，M能层 布式。 共有18个电子，B项正确。 (1)Li 6.X、Y、Z表示三种元素，其基态原子的最外层电子排布分 (2)2Ti: 别为ns1、3s23p和2s22p,由这三种元素组成的化合物的 (3)F-: 化学式可能是( )。 (4)A13+: A.XYZ B.XYZ 答案(1)1s22s(2)1s22s22p3s23p3d4s2 C.X2Y2Za D.X YZ (3)1s22s22p°(4)1s22s22p 答案C 11.完成下列各题。 解析X元素原子最外层电子排布为ns',处于第IA族， (1)基态Ge原子的简化电子排布式为 X为H或碱金属元素：Y元素原子最外层电子排布为 3s23p',则Y为S元素：Z元素原子最外层电子排布为 (2)钴元素基态原子的电子排布式为 2s22p,则Z为氧元素。 7.已知三种粒子（原子或离子）的电子排布式如下： (3)基态As原子的核外电子排布式为 11X:1s22s22p (4)基态Zn2+的核外电子排布式为 19Y:1s22s22p83s23p
化 学 选择性必修2 物质结构与性质 配人教版 C.14 D.与能层序数有关,无法确定 答案 B 解析 以s、p、d、f……排序的各能级可容纳的最多电子数 依次为1、3、5、7…的2倍,故B项正确。 3.下列现象和应用与电子跃迁无关的是( )。 A.焰色试验 B.石墨导电 C.激光 D.原子光谱 答案 B 解析 电子跃迁本质上是组成物质的粒子(原子、离子或 分子)中电子的一种能量变化。如激光、焰色试验、原子光 谱都与电子跃迁有关。石墨是层状结构,层间有自由移动 的电子,石墨导电与电子跃迁无关。 4.电子由3d能级跃迁至4p能级时,可通过光谱仪直接摄取 ( )。 A.电子的运动轨迹图像 B.原子的吸收光谱 C.电子体积大小的图像 D.原子的发射光谱 答案 B 解析 由于E(3d)<E(4p),电子由3d能级跃迁至4p能 级时,需要吸收能量,故光谱仪摄取的是吸收光谱;由于电 子在原子核外做无规则运动,不能直接摄取电子的运动轨 迹图像;电子太小,不能摄取电子体积大小的图像,故选 B项 。 5.若某基态原子的价层电子排布式为4d15s2,则下列说法正 确的是( )。 A.该元素基态原子共有3个电子 B.该元素基态原子核外有5个电子层 C.该元素基态原子最外层有3个电子 D.该元素基态原子 M 能层共有8个电子 答案 B 解析 根据原子核外电子排布规则,结合其价层电子排布 式为4d15s2,可知该元素基态原子的核外电子排布式为 1s22s22p 63s23p 63d104s24p 64d15s2,故该元素基态原子共有 39个电子,5个电子层,其中最外层有2个电子,M 能层 共有18个电子,B项正确。 6.X、Y、Z表示三种元素,其基态原子的最外层电子排布分 别为ns1、3s23p 4 和2s22p 4,由这三种元素组成的化合物的 化学式可能是( )。 A.XYZ2 B.XYZ3 C.X2Y2Z3 D.X3YZ4 答案 C 解析 X元素原子最外层电子排布为ns1,处于第ⅠA族, X为 H 或碱金属元素;Y 元素原子最外层电子排布为 3s23p 4,则 Y 为 S元素;Z元素原子最外层电子排布为 2s22p 4,则Z为氧元素。 7.已知三种粒子(原子或离子)的电子排布式如下: 11X:1s22s22p 6 19Y:1s22s22p 63s23p 6 20Z:1s22s22p 63s23p 6 若将上述三种粒子归为同一类,下列基态粒子中也可归为 此类的是( )。 A.○+10 ◝ 2 ◞ ◝ 8 ◞ B.○+16 ◝ 2 ◞ ◝ 8 ◞ ◝ 8 ◞ C.○+12 ◝ 2 ◞ ◝ 8 ◞ D.○+9 ◝ 2 ◞ ◝ 7 ◞ 答案 C 解析 分析原子核内的质子数和电子排布式之间的关系 可知,题述三种粒子都是金属阳离子。分析四个选项中粒 子结构示意图中核电荷数和核外电子排布的关系可知,A 项和D项是原子,B项是阴离子,C项是金属阳离子。 8.下列各组基态原子的电子排布式对应的元素,不能形成 AB2 型化合物的是( )。 A.1s22s22p 2和1s22s22p 4 B.1s22s22p 63s1和1s22s22p 63s23p 4 C.1s22s22p 63s2和1s22s22p 63s23p 5 D.1s22s22p 63s23p 4和1s22s22p 4 答案 B 解析 1s22s22p 2和1s22s22p 4 对应的原子分别为C和 O, 可以形成CO2;1s22s22p 63s1 和1s22s22p 63s23p 4 对应的原 子分 别 为 Na 和 S,可 以 形 成 Na2S;1s22s22p 63s2 和 1s22s22p 63s23p 5 对应的原子分别为 Mg和 Cl,可以形成 MgCl2;1s22s22p 63s23p 4 和1s22s22p 4 对应的原子分别为S 和 O,可以形成SO2。 9.下列元素原子的最外层电子排布中,对应的元素属于副族 元素的是( )。 A.3s23p 3 B.3d104s1 C.3s23p 6 D.4s24p 4 答案 B 解析 3s23p 3 对应的原子为 P,P属于主族元素;3d104s1 对应的原子为 Cu,Cu属于副族元素;3s23p 6 对应的原子 为Ar,Ar属于0族元素;4s24p 4 对应的原子为Se,Se属于 主族元素。 10.根据构造原理写出下列基态原子或离子的核外电子排 布式。 (1)Li: ; (2)22Ti: ; (3)F- : ; (4)Al3+ : 。 答案 (1)1s22s1 (2)1s22s22p 63s23p 63d24s2 (3)1s22s22p 6 (4)1s22s22p 6 11.完成下列各题。 (1)基态Ge原子的简化电子排布式为 。 (2)钴元素基态原子的电子排布式为 。 (3)基态 As原子的核外电子排布式为 。 (4)基态Zn2+ 的核外电子排布式为 。 6
第一章原子结构与性质 答案(1)[Ar]3d4s24p (3)第二周期第IA族 (2)1s22s22p3s23p3d74s2 解析由C元素基态原子的最外层电子数是其电子层数 (3)1s22s22p3s23p83d104s24p3 的3倍，推出C为氧元素：D元素基态原子的M层的p能 (4)1s22s22p3s23p3d0 级中有3个电子，推出D是磷元素：若n=2,则B元素基 拓展：提高 态原子的最外层电子排布式为2s22p,B为碳元素；若A 元素基态原子的最外层电子排布式为2s,A为锂元素，在 L.某元素基态十2价离子的简化电子排布式为[K]4d,该 周期表中的位置是第二周期第IA族。 元素在元素周期表中位于()。 A.第IB族 B.第MB族 挑战·创新 C.第NB族 D.第ⅡA族 下表列出了核电荷数为21~25的元素的最高正化合价， 答案C 请回答下列问题。 解析某元素基态十2价离子的简化电子排布式为 元素名称 钪 钛 钒 铬 锰 [K]4,则该元素基态原子的简化电子排布式为 元素符号 Se Ti Cr Mn [Kr]4dP5s2,该元素的原子序数为40，是第WB族元素。 核电荷数 21 22 23 2.30号元素锌的基态原子的简化电子排布式为( 24 25 )。 A.[Ne]3d14s2 B.[Ar]3d14s24p2 最高正化合价 +3 +4 +5 +6 +7 C.[Ar]3d4s24p2 D.[Ar]3d104s2 (1)写出下列元素基态原子的核外电子排布式： 答案D Sc 解析根据构造原理可知，锌元素基态原子的核外电子排 Ti 布式为1s22s22p53s23p53d4s2,除3d104s2外，基态锌原子 内层电子的排布与稀有气体元素原子A“的电子排布相 Mn 同，因此锌元素基态原子的简化电子排布式为[Ar]3d4s2。 (2)已知基态铬原子的电子排布式是 3.下列有关能层和能级的叙述中正确的是()。 1s22s22p3s23p3d54s2,并不符合构造原理。人们常常 A.M能层共有s、P两个能级，最多能容纳8个电子 会碰到客观事实与理论不相吻合的问题，当你遇到这 B.3d能级最多容纳5个电子，3f能级最多容纳7个电子 样的问题时，你的态度是 C.无论哪一能层的s能级最多容纳的电子数均为2 D.任一能层都有s、p能级，但不一定有d能级 (3)对比上述五种元素基态原子的核外电子排布与元素的 答案C 最高正化合价，你发现的规律是 解析M能层有s、p、d3个能级，最多容纳18个电子，A 项错误。3d能级最多容纳10个电子，不存在3f能级，B 项错误。每个能层都从s能级开始，且s能级最多容纳2 个电子，C项正确。K能层只有s能级，不含有p能级，D 项错误。 出现这一现象的原因是 4.A、B、C、D分别代表四种不同的短周期元素。A元素基态 原子的最外层电子排布式为ns,B元素基态原子的最外 层电子排布式为nsnp,C元素基态原子的最外层电子数 是其电子层数的3倍，D元素基态原子的M层的p能级 答案(1)1s22s22p3s23p3d4s2 中有3个电子。 (1)C元素基态原子的电子排布式为 ,若A 1s22s22p3s23p3d24s 元素基态原子的最外层电子排布式为1s,则A与C 1s22s22p3s23p3d34s 形成的阴离子的电子式为 1s22s22p3s23p3d4s2 (2)当n=2时，B元素的原子结构示意图为 (2)尊重客观事实，注重理论适用范围，掌握特例（答 (3)若A元素基态原子的最外层电子排布式为2s,元素 案合理即可) A在周期表中的位置是 (3)五种元素的最高正化合价数值都等于各元素基态 原子的最高能层s电子和次高能层d电子数目之和能 答案(1)1s22s22p[:0:H0 级交错使得d电子也参与了化学反应 2)⊙)
第一章 原子结构与性质 答案 (1)[Ar]3d104s24p 2 (2)1s22s22p 63s23p 63d74s2 (3)1s22s22p 63s23p 63d104s24p 3 (4)1s22s22p 63s23p 63d10 拓展 提高 1.某元素基态+2价离子的简化电子排布式为[Kr]4d2,该 元素在元素周期表中位于( )。 A.第ⅡB族 B.第ⅥB族 C.第ⅣB族 D.第ⅡA族 答案 C 解析 某 元 素 基 态 +2 价 离 子 的 简 化 电 子 排 布 式 为 [Kr]4d2,则 该 元 素 基 态 原 子 的 简 化 电 子 排 布 式 为 [Kr]4d25s2,该元素的原子序数为40,是第ⅣB族元素。 2.30号元素锌的基态原子的简化电子排布式为( )。 A.[Ne]3d104s2 B.[Ar]3d104s24p 2 C.[Ar]3d84s24p 2 D.[Ar]3d104s2 答案 D 解析 根据构造原理可知,锌元素基态原子的核外电子排 布式为1s22s22p 63s23p 63d104s2,除3d104s2 外,基态锌原子 内层电子的排布与稀有气体元素原子 Ar的电子排布相 同,因此锌元素基态原子的简化电子排布式为[Ar]3d104s2。 3.下列有关能层和能级的叙述中正确的是( )。 A.M 能层共有s、p两个能级,最多能容纳8个电子 B.3d能级最多容纳5个电子,3f能级最多容纳7个电子 C.无论哪一能层的s能级最多容纳的电子数均为2 D.任一能层都有s、p能级,但不一定有d能级 答案 C 解析 M 能层有s、p、d3个能级,最多容纳18个电子,A 项错误。3d能级最多容纳10个电子,不存在3f能级,B 项错误。每个能层都从s能级开始,且s能级最多容纳2 个电子,C项正确。K能层只有s能级,不含有p能级,D 项错误。 4.A、B、C、D分别代表四种不同的短周期元素。A元素基态 原子的最外层电子排布式为ns1,B元素基态原子的最外 层电子排布式为ns2np 2,C元素基态原子的最外层电子数 是其电子层数的3倍,D元素基态原子的 M 层的p能级 中有3个电子。 (1)C元素基态原子的电子排布式为 ,若 A 元素基态原子的最外层电子排布式为1s1,则 A 与 C 形成的阴离子的电子式为 。 (2)当n=2时,B元素的原子结构示意图为 。 (3)若 A 元素基态原子的最外层电子排布式为2s1,元素 A在周期表中的位置是 。 答案 (1)1s22s22p 4 [· · O ·· ·· · ·H]- (2)○+6 ◝ 2 ◞ ◝ 4 ◞ (3)第二周期第ⅠA族 解析 由C元素基态原子的最外层电子数是其电子层数 的3倍,推出C为氧元素;D元素基态原子的 M 层的p能 级中有3个电子,推出D是磷元素;若n=2,则B元素基 态原子的最外层电子排布式为2s22p 2,B为碳元素;若 A 元素基态原子的最外层电子排布式为2s1,A为锂元素,在 周期表中的位置是第二周期第ⅠA族。 挑战 创新 下表列出了核电荷数为21~25的元素的最高正化合价, 请回答下列问题。 元素名称 钪 钛 钒 铬 锰 元素符号 Sc Ti V Cr Mn 核电荷数 21 22 23 24 25 最高正化合价 +3 +4 +5 +6 +7 (1)写出下列元素基态原子的核外电子排布式: Sc ; Ti ; V ; Mn 。 (2)已知基态铬原子的电子排布式是 1s22s22p 63s23p 63d54s1,并不符合构造原理。人们常常 会碰到客观事实与理论不相吻合的问题,当你遇到这 样的问题时,你的态度是 。 (3)对比上述五种元素基态原子的核外电子排布与元素的 最高正化合价,你发现的规律是 ; 出现这一现象的原因是 。 答案 (1)1s22s22p 63s23p 63d14s2 1s22s22p 63s23p 63d24s2 1s22s22p 63s23p 63d34s2 1s22s22p 63s23p 63d54s2 (2)尊重客观事实,注重理论适用范围,掌握特例(答 案合理即可) (3)五种元素的最高正化合价数值都等于各元素基态 原子的最高能层s电子和次高能层d电子数目之和 能 级交错使得d电子也参与了化学反应 7
化学 选择性必修2物质结构与性质 配人教版 第2课时 电子云与原子轨道泡利原理、洪特规则、能量最低原理 课前·基础认知 自主预习 续表 电子云轮廓 一、电子云与原子轨道 能层 能级原子轨道数 原子轨道名称 图的形状 1.概率密度。 3s 1 3s 球形 量子力学指出，一定空间运动状态的电子可在核外空间 各处出现，但出现的概率不同。用P表示电子在某处出 M 3p 3 3p、3p、3p 哑铃形 现的燕率，V表示该处的水积，则号称为概率密度。 3d 5 … 二、泡利原理、洪特规则、能量最低原理 用p表示。 1.电子自旋与泡利原理。 2.电子云。 (1)自旋是电子的内在属性，电子自旋在空间有顺时针 用小点来描述的电子在原子核外空间出现的概率密度 和逆时针两种取向，简称自旋相反，常用上下箭头（个和 分布看起来像一片云雾，因而被形象地称为电子云。 ￥)表示自旋相反的电子。 3.电子云轮廓图。 (2)泡利原理（泡利不相容原理）：在一个原子轨道里，最 (1)为了表示电子云轮廓的形状，对核外电子的空间 多只能容纳2个电子，它们的自旋相反。 运动状态有一个形象化的简便描述，把电子在原子核外空 2.电子排布的轨道表示式。 间出现概率P=90%的空间圈出来，即为电子云轮廓图。 (1)在轨道表示式（又称电子排布图）中，用方框（也可用 (2)所有原子的任一能层的$电子的电子云轮廓图都是 圆圈)表示原子轨道，能量相同的原子轨道（简并轨道）的 一个球形，只是球的半径不同。同一原子的s电子的电 方框相连，箭头表示一种自旋状态的电子，“个”称电子对， 子云轮廓图如下： “◆”或“”称单电子（或称未成对电子）。箭头同向的单电 子称自旋平行。 (2)以铝原子为例，轨道表示式中各符号、数字的意 义为： 2s 3 4s 同一原子中能层越高，$电子云半径越大，是由于电子 ,能层序数 的能量依次增高，电子在离核更远的区域出现的概率逐 →原子轨道 没有电子 ,的轨道称 渐增大，电子云越来越向更大的空间扩展。 2s 2p 3s 3p 为空轨道 (3)p电子云轮廓图是哑铃状的，而且，无论2p、3p还 Al:1 是4p…都有3个相互垂直的电子云，分别称为PP,P.。 1个方框表示1个轨道 单电子 箭头表示1个电子及其自旋状态用“，” 表示2个自旋相反的电子) 通常应在方框下方或上方标记能级符号，有时画出的能 DP,P.的电子云轮廓图 级上下错落，以表达能量高低不同。 4.原子轨道。 3.洪特规则。 (1)定义：量子力学把电子在原子核外的一个空间运动 (1)内容：基态原子中，填入简并轨道的电子总是先单独 状态称为一个原子轨道。 分占，且自旋平行。 (2)不同能层的能级、原子轨道及电子云轮廓图： (2)洪特规则不仅适用于基态原子，也适用于基态离子。 电子云轮廓 能层能级原子轨道数 原子轨道名称 特别提醒」洪特规则是针对电子填入简并轨道而言 图的形状 的，并不适用于电子填入能量不同的轨道。 K ls 1 ls 球形 4.能量最低原理。 2s 1 2s 球形 (1)内容：在构建基态原子时，电子将尽可能地占据能量 2p 2p、2p、2P 哑铃形 最低的原子轨道，使整个原子的能量最低。 (2)整个原子的能量由核电荷数、电子数和电子状 态三个因素共同决定，相邻能级能量相差很大时，电子填入 能量低的能级即可使整个原子能量最低（如所有主族元素
化 学 选择性必修2 物质结构与性质 配人教版 第2课时 电子云与原子轨道 泡利原理、洪特规则、能量最低原理 课前·基础认知 自主预习 一、电子云与原子轨道 1.概率密度。 量子力学指出,一定空间运动状态的电子可在核外空间 各处出现,但出现的 概率 不同。用P 表示电子在某处出 现的 概率 ,V 表示该处的 体积 ,则 P V 称为概率密度, 用ρ表示。 2.电子云。 用小点来描述的电子在原子核外空间出现的概率密度 分布看起来像一片云雾,因而被形象地称为电子云。 3.电子云轮廓图。 (1)为了表示 电子云轮廓 的形状,对核外电子的 空间 运动状态 有一个形象化的简便描述,把电子在原子核外空 间出现概率P= 90% 的空间圈出来,即为电子云轮廓图。 (2)所有原子的任一能层的s电子的电子云轮廓图都是 一个 球 形,只是球的 半径不同 。同一原子的s电子的电 子云轮廓图如下: 同一原子中能层越高,s电子云半径越大,是由于电子 的能量 依次增高 ,电子在离核更远的区域出现的概率 逐 渐增大 ,电子云越来越向更大的空间扩展。 (3)p电子云轮廓图是 哑铃 状的,而且,无论2p、3p还 是4p……都有3个相互垂直的电子云,分别称为px、py、pz。 px、py、pz 的电子云轮廓图 4.原子轨道。 (1)定义:量子力学把电子在原子核外的 一个空间运动 状态 称为一个原子轨道。 (2)不同能层的能级、原子轨道及电子云轮廓图: 能层 能级 原子轨道数 原子轨道名称 电子云轮廓 图的形状 K 1s 1 1s 球 形 L 2s 1 2s 球 形 2p 3 2px、2py、2pz 哑铃 形 续表 能层 能级 原子轨道数 原子轨道名称 电子云轮廓 图的形状 M 3s 1 3s 球 形 3p 3 3px、3py、3pz 哑铃 形 3d 5 …… …… 二、泡利原理、洪特规则、能量最低原理 1.电子自旋与泡利原理。 (1)自旋是电子的内在属性,电子自旋在空间有顺时针 和 逆时针 两种取向,简称自旋相反,常用上下箭头(↑和 ↓)表示自旋相反的电子。 (2)泡利原理(泡利不相容原理):在一个原子轨道里,最 多只能容纳 2 个电子,它们的自旋 相反 。 2.电子排布的轨道表示式。 (1)在轨道表示式(又称电子排布图)中,用方框(也可用 圆圈)表示 原子轨道 ,能量相同的原子轨道(简并轨道)的 方框相连,箭头表示一种自旋状态的电子,“↑↓”称电子对, “↑”或“↓”称单电子(或称未成对电子)。箭头同向的单电 子称 自旋平行 。 (2)以铝原子为例,轨道表示式中各符号、数字的意 义为: 通常应在方框下方或上方标记能级符号,有时画出的能 级上下错落,以表达能量高低不同。 3.洪特规则。 (1)内容:基态原子中,填入简并轨道的电子总是先单独 分占,且自旋 平行 。 (2)洪特规则不仅适用于基态原子,也适用于基态离子。 洪特规则是针对电子填入简并轨道而言 的,并不适用于电子填入能量不同的轨道。 4.能量最低原理。 (1)内容:在构建基态原子时,电子将尽可能地占据能量 最低 的原子轨道,使整个原子的能量最低。 (2)整个原子的能量由 核电荷数 、电子数 和 电子状 态 三个因素共同决定,相邻能级能量相差很大时,电子填入 能量低的能级即可使整个原子能量最低(如所有 主 族元素 8
第一章原子结构与性质 的基态原子)：而当相邻能级能量相差不太大时，有1~2个 A.图1中的每个小点表示1个电子 电子占据能量稍高的能级可能反而降低了电子排斥能而使 B.图2表示1s电子只能在球体内出现 整个原子能量最低（如所有副族元素的基态原子）。 C.图2表明1s电子电子云轮廓图呈球形，有无数对称轴 预习检测 D.图1中的小点表示电子在核外所处的位置 答案C 1.判断正误，正确的画“√”，错误的画“×”。 解析小，点是15电子在原子核外出现的概率密度的形象 (1)电子云中的小点代表电子在此空间出现的次数。 描述，A、D项错误。图2表示1s电子在球体内出现的概 ( 率大于90%，在球体外出现的概率不足10%，B项错误。 (2)s电子电子云的形状为圆形。 ( 4.若将1sP原子的电子排布式写成1s22s22p3s23p3p,它违 (3)3p表示3p能级有两个轨道。 ( 背了()。 (4)核外电子排布的表示方法中，轨道表示式最能反映电 A.能量守恒原理 B.泡利原理 子的排布情况。 C.能量最低原理 D,洪特规则 答案(1)×(2)×(3)×(4) 答案D 2.下列关于电子云的说法中正确的是( )。 解析违背了洪特规则，正确的应为 A.电子云表示电子在原子核外运动的轨迹 1s22s22p3s23p13p3p。 B.电子云表示处于一定空间运动状态的电子在核外空间 5.下列基态原子的轨道表示式中正确的是( 出现的概率密度分布 。 1s 2s 2p 1s 2s 2p C.电子云图中的小点越密，表示核外空间的电子越多 D.钠原子的1s、2s、3s电子云半径相同 A.T☐ B.1t☐ 答案B Is 2s 2p 3s 1s 2s 2p 3s 解析电子云表示处于一定空间运动状态的电子在原子 c.团团D D.团D□□ 核外空间的概率密度分布，不是表示电子在原子核外运动 的轨迹，A项错误，B项正确。电子云图中的小点越密，表 答案A 示概率密度越大，C项错误。钠原子的1s、2s、3s电子云 解析B项违背了洪特规则，2p轨道应为111：C、D 半径逐渐增大，D项错误。 Is 7s 2n 3s 3.图1和图2分别是1s电子的概率密度分布图和电子云轮 项违背了能量最低原理，C项应为团团1☐ 廓图。下列有关说法正确的是( )。 Is 2s 2p D项应为团团□ 图1 图2 课堂·重难突破 认识理解电子云、原子轨道 (3)s能级只有1个原子轨道。p能级有3个原子轨道， 它们互相垂直，分别以pP,、P:表示。在同一能层中，P、 重难归纳 Pp.的能量相同。 1.正确认识电子云。 (4)原子轨道数与能层序数(n)的关系：原子轨道数=n2。 (1)电子云是处于一定空间运动状态的电子在原子核外 空间的概率密度分布的形象化描述。电子云图中小点越密， ”思考发现 在进行原子光谱实验时，钠原子中处于N层的电子跃 表示电子出现的概率密度越大。电子云的外围形状具有不 规则性。 迁到M层时，会产生多条谱线。钠原子的部分光谱如图 所示： (2)电子云图中的小点并不代表电子，小点的数目也不 589.0589.6 代表电子真实出现的次数。 2.正确认识原子轨道。 (1)原子轨道与宏观物体的运动轨迹不同，它是量子力 400 450500550T600650700nm 学描述电子在原子核外的一个空间运动状态。 利用原子轨道的相关知识解释钠原子中处于N层的电 (2)电子云轮廓图是对原子轨道的形象描述。 子跃迁到M层时，为什么会产生多条谱线？ 9
第一章 原子结构与性质 的基态原子);而当相邻能级能量相差不太大时,有1~2个 电子占据能量稍高的能级可能反而降低了电子排斥能而使 整个原子能量最低(如所有 副 族元素的基态原子)。 预习检测 1.判断正误,正确的画“√”,错误的画“×”。 (1)电子云中的小点代表电子在此空间出现的次数。 ( ) (2)s电子电子云的形状为圆形。 ( ) (3)3p 2 表示3p能级有两个轨道。 ( ) (4)核外电子排布的表示方法中,轨道表示式最能反映电 子的排布情况。 ( ) 答案 (1)× (2)× (3)× (4)√ 2.下列关于电子云的说法中正确的是( )。 A.电子云表示电子在原子核外运动的轨迹 B.电子云表示处于一定空间运动状态的电子在核外空间 出现的概率密度分布 C.电子云图中的小点越密,表示核外空间的电子越多 D.钠原子的1s、2s、3s电子云半径相同 答案 B 解析 电子云表示处于一定空间运动状态的电子在原子 核外空间的概率密度分布,不是表示电子在原子核外运动 的轨迹,A项错误,B项正确。电子云图中的小点越密,表 示概率密度越大,C项错误。钠原子的1s、2s、3s电子云 半径逐渐增大,D项错误。 3.图1和图2分别是1s电子的概率密度分布图和电子云轮 廓图。下列有关说法正确的是( )。 A.图1中的每个小点表示1个电子 B.图2表示1s电子只能在球体内出现 C.图2表明1s电子电子云轮廓图呈球形,有无数对称轴 D.图1中的小点表示电子在核外所处的位置 答案 C 解析 小点是1s电子在原子核外出现的概率密度的形象 描述,A、D项错误。图2表示1s电子在球体内出现的概 率大于90%,在球体外出现的概率不足10%,B项错误。 4.若将15P原子的电子排布式写成1s22s22p 63s23p 2 x3p 1 y,它违 背了( )。 A.能量守恒原理 B.泡利原理 C.能量最低原理 D.洪特规则 答案 D 解析 违背了洪特规则,正确的应为 1s22s22p 63s23p 1 x3p 1 y3p 1 z。 5.下列基态原子的轨道表示式中正确的是( )。 答案 A 解析 B项违背了洪特规则,2p轨道应为 ;C、D 项违背了能量最低原理,C项应为 , D项应为 。 课堂·重难突破 一 认识理解电子云、原子轨道 重难归纳 1.正确认识电子云。 (1)电子云是处于一定空间运动状态的电子在原子核外 空间的概率密度分布的形象化描述。电子云图中小点越密, 表示电子出现的概率密度越大。电子云的外围形状具有不 规则性。 (2)电子云图中的小点并不代表电子,小点的数目也不 代表电子真实出现的次数。 2.正确认识原子轨道。 (1)原子轨道与宏观物体的运动轨迹不同,它是量子力 学描述电子在原子核外的一个空间运动状态。 (2)电子云轮廓图是对原子轨道的形象描述。 (3)s能级只有1个原子轨道。p能级有3个原子轨道, 它们互相垂直,分别以px、py、pz 表示。在同一能层中,px、 py、pz 的能量相同。 (4)原子轨道数与能层序数(n)的关系:原子轨道数=n2。 在进行原子光谱实验时,钠原子中处于 N 层的电子跃 迁到 M 层时,会产生多条谱线。钠原子的部分光谱如图 所示: 利用原子轨道的相关知识解释钠原子中处于 N层的电 子跃迁到 M 层时,为什么会产生多条谱线? 9
化学 选择性必修2物质结构与性质 配人教版 提示M层中含有s、P、d能级，三个能级分别含有1、 中没有运动状态完全相同的两个电子，C项错误。虽然$能 3、5个原子轨道：N层中含有sP、d、f能级，四个能级分别含 级的原子轨道的形状都是球形，但按照1s、2s、3s、4s·的 有1、3、5、7个原子轨道。不同能级能量不同，所以电子从N 顺序，电子的能量依次增高，电子在离核更远的区域出现的 层中的不同原子轨道跃迁到M层中不同能级的原子轨道， 概率逐渐增大，电子云向更大的空间扩展，原子轨道的平均 释放的能量不同，会得到多条谱线。 半径逐渐增大，D项错误。 典例剖析 核外电子排布的规则与特例 如图是s能级和p能级的原子轨道图，下列说法正确的 重难归纳 是( 1基态原子核外电子排布的规则。 基态原子的电子排布遵循能量最低原理、泡利原理、洪 特规则，涉及原子核外多个电子排布时，要综合考虑三条规 则，不能顾此失彼。 2.洪特规则的特例。 在简并轨道上的电子排布处于全充满、半充满和全空状 A.s能级和p能级的原子轨道形状相同 态时，具有较低的能量和较大的稳定性。 B.每个p能级都有6个原子轨道 全充满：p、d、f C,s能级的原子轨道半径与能层序数有关 相对稳定的状态全空：p°、d°、° D.钠原子的电子在11个原子轨道上高速运动 半充满：p2、d、 答案C 如基态2Cr的电子排布式为1s22s22p3s23p3d4s。 解析s轨道为球形，p轨道为亚铃形，A项错误。每个 基态gCu的电子排布式为1s22s22p3s23p3d4s。 P能级只有3个原子轨道，B项错误。能层序数越小，s能级 的原子轨道半径越小，C项正确。钠原子的电子在6个原子 ”思考发现 轨道上高速运动，D项错误。 (1)下列轨道表示式中哪个是硼的基态原子？为什么？ 易错警示」电子云和原子轨道的理解误区： Is 2s 2p 1s 2s 2p A.四0☐ Bm四□ (1)忽视不同能层中相同字母代号的能级的电子云 或原子轨道形状相同，但大小不同。 提示根据泡利原理可知，在一个原子轨道里的两个电 (2)忽视电子云或原子轨道形状取决于其类型，而与 子应自旋相反，A项为硼的基态原子。 电子数目无关。 (2)指出下列轨道表示式的书写分别违背了什么原则。 2p 学以致用 ①2p轨道上有3个电子的原子： 0 1.下列各能级中原子轨道数最多的是( )。 2p C.5d ②2印轨道上有2个电子的原子 A.7s B.6p D.4f 答案D 解析ns能级有1个原子轨道，np能级有3个原子轨 ③3d轨道上有8个电子的原子：☐ 道，nd能级有5个原子轨道，nf能级有7个原子轨道。 4s ④4s轨道上有2个电子的原子： 2.下列有关原子核外电子的能量与运动状态的说法正 确的是( )。 提示①②③违背了洪特规则，当电子排布在简并轨道 A.在同一原子中，2p、3p、4p…能级的原子轨道数依 上时，原子中的电子总是优先单独占据一个轨道，且自旋平 次增多 行。④违背了泡利原理，一个原子轨道最多只能容纳2个电 B.在同一能层相同能级上运动的电子，其能量一定 子，而且这2个电子的自旋相反。 相同 C.在同一能级上运动的电子，其运动状态有可能相同 典例剖析 D.在同一原子中，1s、2s、3s、4s…能级的原子轨道的 某基态原子的最外层电子排布为3s23p2,下列对其核外 平均半径相同 电子运动的说法错误的是( )。 答案B A.有4种不同伸展方向的原子轨道 解析在同一原子中，任一能层的p能级都有三个互相 B.有5种不同能量的电子 垂直的原子轨道，A项错误。决定电子能量的是能层和能 C.最外层电子占据2个原子轨道 级，也就是说，处于同一能层相同能级上的电子，即使处在不 D.有14种不同运动状态的电子 同的原子轨道上，其能量也是相同的，B项正确。同一原子 答案C 10
化 学 选择性必修2 物质结构与性质 配人教版 提示 M 层中含有s、p、d能级,三个能级分别含有1、 3、5个原子轨道;N层中含有s、p、d、f能级,四个能级分别含 有1、3、5、7个原子轨道。不同能级能量不同,所以电子从 N 层中的不同原子轨道跃迁到 M 层中不同能级的原子轨道, 释放的能量不同,会得到多条谱线。 典例剖析 如图是s能级和p能级的原子轨道图,下列说法正确的 是( )。 A.s能级和p能级的原子轨道形状相同 B.每个p能级都有6个原子轨道 C.s能级的原子轨道半径与能层序数有关 D.钠原子的电子在11个原子轨道上高速运动 答案 C 解析 s轨道为球形,p轨道为哑铃形,A项错误。每个 p能级只有3个原子轨道,B项错误。能层序数越小,s能级 的原子轨道半径越小,C项正确。钠原子的电子在6个原子 轨道上高速运动,D项错误。 电子云和原子轨道的理解误区: (1)忽视不同能层中相同字母代号的能级的电子云 或原子轨道形状相同,但大小不同。 (2)忽视电子云或原子轨道形状取决于其类型,而与 电子数目无关。 学以致用 1.下列各能级中原子轨道数最多的是( )。 A.7s B.6p C.5d D.4f 答案 D 解析 ns能级有1个原子轨道,np能级有3个原子轨 道,nd能级有5个原子轨道,nf能级有7个原子轨道。 2.下列有关原子核外电子的能量与运动状态的说法正 确的是( )。 A.在同一原子中,2p、3p、4p……能级的原子轨道数依 次增多 B.在同一能层相同能级上运动的电子,其能量一定 相同 C.在同一能级上运动的电子,其运动状态有可能相同 D.在同一原子中,1s、2s、3s、4s……能级的原子轨道的 平均半径相同 答案 B 解析 在同一原子中,任一能层的p能级都有三个互相 垂直的原子轨道,A 项错误。决定电子能量的是能层和能 级,也就是说,处于同一能层相同能级上的电子,即使处在不 同的原子轨道上,其能量也是相同的,B项正确。同一原子 中没有运动状态完全相同的两个电子,C项错误。虽然s能 级的原子轨道的形状都是球形,但按照1s、2s、3s、4s……的 顺序,电子的能量依次增高,电子在离核更远的区域出现的 概率逐渐增大,电子云向更大的空间扩展,原子轨道的平均 半径逐渐增大,D项错误。 二 核外电子排布的规则与特例 重难归纳 1.基态原子核外电子排布的规则。 基态原子的电子排布遵循能量最低原理、泡利原理、洪 特规则,涉及原子核外多个电子排布时,要综合考虑三条规 则,不能顾此失彼。 2.洪特规则的特例。 在简并轨道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 全充满:p 6、d10、f14 全空:p 0、d0、f0 半充满:p 3、d5、f7 如基态24Cr的电子排布式为1s22s22p 63s23p 63d54s1。 基态29Cu的电子排布式为1s22s22p 63s23p 63d104s1。 (1)下列轨道表示式中哪个是硼的基态原子? 为什么? 提示 根据泡利原理可知,在一个原子轨道里的两个电 子应自旋相反,A项为硼的基态原子。 (2)指出下列轨道表示式的书写分别违背了什么原则。 ①2p轨道上有3个电子的原子: ; ②2p轨道上有2个电子的原子: ; ③3d轨道上有8个电子的原子: ; ④4s轨道上有2个电子的原子: 。 提示 ①②③违背了洪特规则,当电子排布在简并轨道 上时,原子中的电子总是优先单独占据一个轨道,且自旋平 行。④违背了泡利原理,一个原子轨道最多只能容纳2个电 子,而且这2个电子的自旋相反。 典例剖析 某基态原子的最外层电子排布为3s23p 2,下列对其核外 电子运动的说法错误的是( )。 A.有4种不同伸展方向的原子轨道 B.有5种不同能量的电子 C.最外层电子占据2个原子轨道 D.有14种不同运动状态的电子 答案 C 10