2018高中化学 第1章 原子结构 121 基态原子的核外电子排布

1、第,2,节,原子结构与元素周期表,第,1,课时,基态原子的核外电子排布,情境导入,课程目标,核外电子排布有哪些,规律,1,能说出,能量最低原理,泡利不相容原理,洪特,规则等核外电子排布规律,2,能知道,基态原子核外电子排布顺序,能书写,136,号元素基态原子的电子排布式、轨道表示式,3,能了解,价电子与元素性质之间的关系,一,二,三,四,五,六,1,基态原子核外电子排布要遵循的三个原则是,能量最低原理,泡利不相容,原理,洪特规则,一,二,三,四,五,六,2,能量最低原理,电子先占据能量最,低,的轨道,只有当这些轨道占满后,再依次进入能量较高的轨道,即核外电子在各个原子轨道上的排布方式使,这个原

2、子体系的能量最,低,一,二,三,四,五,六,3,泡利不相容原理,一个原子轨道中最多只能容纳,两,个电子,并且这两,个电子的自旋方向,必须相反,即在含有多个核外电子的原子中,不存在运动,状态完全相同的两个电子,一,二,三,四,五,六,4,洪特规则,电子在能量相同的轨道上排布时,将尽可能分占,不同,的轨,道并且自旋方向,相同,洪特规则的特例,能量相同的原子轨道在,全充满,p,6,d,10,f,14,半充满,p,3,d,5,f,7,全空,p,0,d,0,f,0,时的状态,体系能量较,低,原子较,稳定,自主思考你会根据原子的电子排布式判断其处于基态还,是激发态吗,提示,将基态原子的电子排布式与所给原子

3、的电子排布式相比较,即可,作出判断,一,二,三,四,五,六,5,基态原子的核外电子在原子轨道上的排布顺序是,1s,2s,2p,3s,3p,4s,3d,4p,5s,4d,5p,6s,注意,从,3p,开始出现能级交错现象。书写,1936,号元素,KKr,的原子,核外电子排布式时,需要注意按照以上顺序,即,2130,号元素的核外电子排,布是电子先排在,4s,能级上,后排在,3d,能级上,并且铬及铜原子核外电子排,布还要符合洪特规则特例,一,二,三,四,五,六,6,在原子中,每个电子层最多容纳,2,n,2,个电子,每个能级最多容纳,2(2,l,1,个电子。价电子指的是,外层原子轨道上的电子,元素的化学

4、性质与价电子,的数目密切相关。基态铁原子的价电子排布为,3d,6,4s,2,一,二,三,四,五,六,要求,熟练写出元素周期表中前,36,号元素的名称、元素符号和用电子,排布式表示,136,号元素原子核外电子的排布。体会随着原子序数的递增,元素原子的外围电子排布从,n,s,1,n,s,2,n,p,6,呈现周期性变化的规律,填表,元素,名称,元素,符号,原子,序数,电子排布式,价电子排布,氮,N,7,1s,2,2s,2,2p,3,2s,2,2p,3,硫,S,16,1s,2,2s,2,2p,6,3s,2,3p,4,3s,2,3p,4,氯,Cl,17,1s,2,2s,2,2p,6,3s,2,3p,5,

5、3s,2,3p,5,铜,Cu,29,1s,2,2s,2,2p,6,3s,2,3p,6,3d,10,4s,1,3d,10,4s,1,铬,Cr,24,1s,2,2s,2,2p,6,3s,2,3p,6,3d,5,4s,1,3d,5,4s,1,铁,Fe,26,1s,2,2s,2,2p,6,3s,2,3p,6,3d,6,4s,2,3d,6,4s,2,溴,Br,35,1s,2,2s,2,2p,6,3s,2,3p,6,3d,10,4s,2,4p,5,4s,2,4p,5,探究一,探究二,基态原子核外电子排布顺序,问题导引,探究一,探究二,1,基态,的含义,由这一含义可以推知核外电子排布的首要原则是什,么,提示

6、,基态,就是最稳定状态,也就是整个原子的能量处于最低状态,核,外电子在原子轨道上的排布首先要遵循能量最低原则,即,电子先占据能量,低的轨道,再依次进入能量高的轨道,探究一,探究二,2,基态原子核外电子在原子轨道上的排布顺序是怎样的,提示,核外电子排布顺,序,1s,2s,2p,3s,3p,4s,3d,4p,5s,4d,5p,6s,探究一,探究二,3,n,值小的能级的轨道的能量一定小于,n,值大的能级的轨道的能量吗,提示,不一定,1,能级相同时,电子层数愈大,原子轨道能量愈高,如,E,3p,E,2p,2,电子层数相同时,能级愈大,原子轨道能量愈高,如,E,3d,E,3p,E,3s,3,电子层、能级

7、不同时,核外电子在外层分布时存在原子轨道能量交,错现象,如,E,4s,E,3d,E,4p,E,5s,E,4d,E,5p,探究一,探究二,名师精讲,一、泡利不相容原理,泡利不相容原理可以简单叙述为,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方向必须相反,说明,a,在核外电子的排布中,排在同一轨道上的两个电子,自旋方向相,反,而自旋方向相同的电子,必然处于不同的轨道上。可以这样理解,在同一,原子中,没有运动状态完全相同的两个电子存在,原子核外有几个电子,就,有几种运动状态,探究一,探究二,b,根据泡利不相容原理我们可以推算出各电子层可以容纳的最多电子,数。具体见下表,电子层,n,K

8、,L,M,N,能级,1s,2s,2p,3s,3p,3d,4s,4p,4d,4f,原子,轨道数,1,1,3,1,3,5,1,3,5,7,1,4,9,16,电子数,2,8,18,32,2,1,2,2,2,2,2,3,2,2,4,2,在原子中,每个电子层最多可容纳,2,n,2,个电子,每个能级最多容纳的电子数,为其所包含的原子轨道数的,2,倍,探究一,探究二,原子的最外层电子数不超过,8,个,次外层电子数不超过,18,个的原因,由于能级交错的原因,E,n,d,E,n,1)s,当,n,s,和,n,p,充满时,共,4,个轨道,最多,容纳,8,个电子,多余电子不是填入,n,d,而是首先形成新电子层,填入,

9、n,1)s,轨道中,因此最外层电子数不可能超过,8,个,同理可以解释为什么次外层电子数不超过,18,个。若最外层是第,n,层,次外层就是第,n,1,层。由于,E,n,1)f,E,n,1)s,E,n,p,在第,n,1,层出现前,次外层只,能在,n,1)s,n,1)p,n,1)d,上填充电子,这三个能级共有,9,个轨道,最多可容,纳,18,个电子,因此次外层电子数不超过,18,个,探究一,探究二,二、洪特规则,当电子排布在同一能级的不同轨道时,基态原子中的电子总是优先单,独占据一个轨道,而且自旋状态相同,这个规则称为洪特规则。通俗地说,洪,特规则可以表述为,电子总是先平行地分占能量相同的不同轨道,

10、即同一能,级上的轨道,如碳原子的电子排布图是,而不是,也不是,特别地,当同一能级上的电子排布为全充满,s,2,p,6,d,10,f,14,半充满,s,1,p,3,d,5,f,7,和全空状态,p,0,d,0,f,0,时,具有较低的能量和较大的稳定性,这称为洪特规则的特例。例如,铬,24,Cr,的外围电子排布是,3d,5,4s,1,3d,4s,能,级均为半充满,而不是,3d,4,4s,2,铜,29,Cu,的外围电子排布是,3d,10,4s,1,3d,全充满,4s,半充满,而不是,3d,9,4s,2,等等,探究一,探究二,归纳总结,核外电子在原子轨道上排布要遵循三个原则,即,能量最低原则、泡利不相容

11、原理和洪特规则。这三个原则并不是孤立的,而是相互联系、相互制约的。也就是说核外电子在原子轨道上排布要同时,遵循这三个原则,其中能量最低原则可叙述为,在不违反泡利不相容原理的,前提下,核外电子在各个原子轨道上的排布方式应使整个原子体系的能量,最低,探究一,探究二,例题,1,下列有关原子核外电子排布规律的说法正确的是,A,原子核外电子都是先排内层后排外层,B.Fe,2,的价电子排布式为,3d,5,4s,1,C,15,P,原子的电子排布式是,1s,2,2s,2,2p,6,3s,2,3,p,2,3p,1,D,同一原子中,1s,2s,3s,能级最多容纳的电子数相同,解析,由能量最低原则可知,核外电子排布

12、存在能级交错,如,E,3d,E,4s,先排,4s,能级后排,3d,能级,Fe,的基态原子的电子排布式为,1s,2,2s,2,2p,6,3s,2,3p,6,3d,6,4s,2,形成,Fe,2,时先失去最外层,4s,轨道上的,2,个电子,故,Fe,2,的价电子排布式为,3d,6,4s,2,根据洪特规则可知,p,能级上有,3,个电子时,应分,占三个轨道,则,15,P,原子的电子排布式是,1s,2,2s,2,2p,6,3s,2,3,p,1,3p,1,3p,1,综上所,述,只有,D,项正确,答案,D,探究一,探究二,方法技巧,熟记核外电子排布规律、洪特规则及其特例是,解决此类问题的关键,探究一,探究二,

13、变式训练,1,在下列各组电子排布式中,填序号,下同,属于基态原子,属于激发态原子,是错误的排布,A,1s,2,2s,2,B.1s,2,2s,2,3s,3,C.1s,2,2s,2,2p,6,3s,2,3,p,1,3p,1,3p,1,4s,1,D.1s,2,2s,2,2p,6,3s,2,3p,5,4s,1,E.1s,2,2s,2,2p,6,3s,2,3,p,1,3p,2,3p,1,F.1s,2,2s,2,2p,6,2d,5,3s,2,探究一,探究二,解析,基态原子是指电子填充顺序符合能量最低原则,各轨道电子排布,不违背泡利不相容原理和洪特规则的原子,激发态原子是指电子未按轨道,能量顺序填充,但各轨

14、道电子排布不违背泡利不相容原理和洪特规则的原,子,A,项表示铍原子的基态,E,项表示硫原子的基态,3p,4,还可写作,3,p,2,3p,1,3p,1,或,3,p,1,3p,1,3p,2,;C,项相当于,1,个,3p,电子激发到,4s,轨道上,属于激,发态原子,同理,D,项中,1,个,3p,电子激发到了,4s,能级上,属于激发态原子,B,项不符合能量最低原则和泡利不相容原理,也不可能是,1s,2,2s,2,2p,3,中,2p,轨道,电子跃迁的结果,是错误的,F,项中的,2d,能级是不存在的,也是错误的,答案,AE,CD,BF,探究一,探究二,基态原子核外电子排布表示方法,问题导引,1,书写电子排

15、布式时,是按电子排布顺序书写吗,提示,书写电子排布式时,不是按电子排布顺序书写,而是按电子层顺序,同一电子层的各能级连在一起。如,Fe:1s,2,2s,2,2p,6,3s,2,3p,6,3d,6,4s,2,正,确,1s,2,2s,2,2p,6,3s,2,3p,6,4s,2,3d,6,错误,书写核外电子排布式时应注意以下三点,1,确定原子序数,2,按照能量最低原则将电子排在能量由低到高的原子轨道上,3,排布中遵循泡利不相容原理、洪特规则,探究一,探究二,2,价电子就是最外层电子吗,提示,不是,价电子是指决定元素化学性质的电子,最外层电子一定属于,价电子,但有的内层电子也是价电子,如铁原子,3d,

16、轨道上的,6,个电子也参与,化学反应,也属于价电子,探究一,探究二,名师精讲,原子的核外电子排布的表示方法,原子,结构,示意,图,意义,将每个电子层上的电子总数表示在原子核外的式子,实例,电子,排布,式,意义,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,实例,K:1s,2,2s,2,2p,6,3s,2,3p,6,4s,1,探究一,探究二,续表,简化,电子,排布,式,意义,为了避免电子排布式书写过于烦琐,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,实例,K:Ar4s,1,价电,子,排布,式,意义,主族元素的价层电子指最外层电子,价层电子排布

17、式即外,围电子排布式,实例,Al:3s,2,3p,1,轨道,表示,式,意义,每个圆圈代表一个原子轨道,每个箭头代表一个电子,实例,Al,探究一,探究二,例题,2,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,A,B,C,D,解析,能量处于最低状态即为基态,基态原子的核外电子排布需遵循能,量最低原则、泡利不相容原理和洪特规则,B,项违背了洪特规则,2p,轨道,应为,C,项违背了能量最低原则和泡利不相容原理,应为,D,项违背了能量最低原则,应为,答案,A,探究一,探究二,借题发挥,书写原子核外电子的轨道表示式时,能量最低原,则、泡利不相容原理、洪特规则要综合考虑,不能顾此失彼,探究一

18、,探究二,变式训练,2,下列符号中表达正确的是,A,25,Mn,的原子结构示意图,B,24,Cr,的外围电子排布式,3d,4,4s,2,C,次氯酸的电子式,H,O,Cl,D.C,的轨道表示式,解析,25,Mn,的原子结构示意图为,A,错,24,Cr,的外围电子排布,式为,3d,5,4s,1,B,错,C,正确,C,的轨道表示式为,D,错,答案,C,1 2 3 4 5,1,下列表示式中错误的是,A,Na,的轨道表示式,B.Na,的结构示意图,C.Na,的电子排布式,1s,2,2s,2,2p,6,3s,1,D.Na,的简化电子排布式,Ne3s,1,解析,A,项违背了泡利不相容原理,答案,A,1 2

19、3 4 5,2,下列说法中正确的是,A,s,电子云是在空间各个方向上伸展程度相同的对称形状,B.p,电子云是,8,字形的,C.2p,能级有一个未成对电子的基态原子的电子排布式一定为,1s,2,2s,2,2p,5,D.2d,能级包含,5,个原子轨道,最多容纳,10,个电子,解析,p,电子云形状是哑铃形,不是平面,8,字形,B,项错,2p,能级有一个未成,对电子的原子有,B,或,F,C,项错,L,层没有,d,能级,D,项错,答案,A,1 2 3 4 5,3,某元素的一种基态粒子的,M,层,p,能级上有,4,个电子,有关该粒子的叙述,错误的是,A,N,层不含有电子,B,该粒子为中性原子,C.L,层一定有,8,个电子,D,原子的最外