《能层与能级-构造原理与电子排布式》课件

《能层与能级构造原理与电子排布式》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(2s)<E(3s),E(2p)<E(3p)<E(4p)。(2)同一能层中,各能级之间的能量大小关系是E(s)<E(p)<E(d)<E(f)……例如,第四能层中E(4s)<E(4p)<E(4d)<E(4f)。晶圆是指制作硅半导体电路所用的硅晶片,其原材料是硅。晶圆片上刻蚀出数以百万甚至上亿的晶体管,通过控制电流来管理数据,形成各种文字、数字、声音、图像和色彩。它们被广泛用于集成电路,如计算机和电视,还有的应用于先进的微波传送、激光转换系统、医疗诊断和治疗设备、防御系统和航天飞机。(1)硅元素基态原子核外电子排布式是怎样的?硅元素的基态原子核外共有多少种不同能级的电子?提示:硅元素基态原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p2。硅元素基态原子核外有5种不同能级的电子。(2)硅元素基态原子的1s、2s、3s能级中最多容纳的电子数相同吗?它们的能量相同吗?提示:最多容纳的电子数相同。它们的能量高低不同,能层序数越大,对应能级的能量越高。典例剖析下列有关认识正确的是(

)。A.各能层的能级数按K、L、M、N顺序分别为1、2、3、4B.各能层的能级都是从s能级开始至f能级结束C.各能层含有的能级数为n-1D.各能层含有的电子数为2n2答案:A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,分别为s、p能级,B、C两项错误。D项,每个能层最多能容纳2n2个电子,但不是一定含有2n2个电子,D项错误。学以致用1.下列符号不符合事实的是(

)。A.4s2

B.2p3

C.3d8

D.3f14答案:D解析:s能级最多容纳2个电子,p能级最多容纳6个电子,d能级最多容纳10个电子,存在4s2、2p3、3d8排布。f能级最多容纳14个电子,第三能层没有f能级,从第四能层才存在f能级,不可能存在3f14排布,故D项不符合事实。2.某元素原子的核外有三个能层,最外能层有4个电子,该原子核内的质子数为(

)。A.14 B.15

C.16

D.17答案:A解析:原子核外共有三个能层,第一能层只有1s能级,可容纳2个电子;第二能层有2s、2p两个能级,可容纳1×2+3×2=8个电子;最外能层有4个电子,所以该原子核外有14个电子,原子中核外电子数等于核内质子数,故该原子核内的质子数为14。二

构造原理与电子排布式重难归纳1.构造原理。(1)电子按照构造原理排布,会使整个原子的能量处于最低状态,原子相对较稳定。绝大多数基态原子的核外电子排布顺序符合构造原理。(2)从构造原理示意图可以看出,从第三能层开始,不同能层的能级出现能级交错现象。能级交错是指能层序数较大的某些能级的能量反而低于能层序数较小的能级的能量的现象。如E(3d)>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:(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符号外加方括号来表示。如Na的核外电子排布式为1s22s22p63s1,其中第一、第二能层的电子排布与Ne(1s22s22p6)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1s22s22p63s23p64s1,可简化为[Ar]4s1。3.复杂原子的电子排布式。对于较复杂原子的电子排布式,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1s22s22p63s23p64s23d6,然后将同一能层的电子移到一起,即该原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2,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np<(n+1)s<nd<(n+1)p<(n+2)s<nf。那么,在填满np能级后接着填入的是(n+1)s能级,而不是nd能级。当nd能级上有电子时,(n+1)s能级上已填有电子,n能层已经不是最外层了,所以原子核外最外层电子数不超过8个(K层为最外层时不超过2,Pd除外)。同理,当电子填满nd能级后接着填入的是(n+1)p能级而不是nf能级,当nf能级上有电子时,(n+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。(2)查阅元素周期表可知Cr的电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s1,Cu的电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s1。分析Cr、Cu的电子排布式,思考电子排布式的书写顺序与核外电子填充顺序一定相同吗?提示:不一定相同,电子排布式的书写按能层由里到外和s、p、d、f的顺序,而核外电子填充顺序是按构造原理。如有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。典例剖析按要求填空:(1)硼元素基态原子的电子排布式为

。

(2)氮元素基态原子的价层电子排布式为

。(3)Se的原子序数为

,基态Se核外M层电子的排布式为

。

(4)Li3N晶体中氮以N3-存在,基态N3-的电子排布式为

。(5)写出基态镓(Ga)原子的简化电子排布式:

。答案:(1)1s22s22p1(2)2s22p3(3)34

3s23p63d10(4)1s22s22p6(5)[Ar]3d104s24p1解析:本题以电子排布式的书写为载体考查学生对构造原理的掌握程度,培养学生证据推理与模型认知的化学核心素养。(1)基态硼原子的核外有5个电子,基态硼原子的电子排布式为1s22s22p1。(2)基态氮原子最外层有5个电子,最高能层为L,价层电子排布式为2s22p3。(3)Se与O同主族,Se的原子序数为34,N能层有6个电子,故其M层排满,M层电子的排布式为3s23p63d10。(4)基态氮原子的电子排布式为1s22s22p3,基态氮原子得到3个电子后成为N3-,基态N3-的电子排布式为1s22s22p6。(5)Ga为第四周期第ⅢA族元素,其基态原子的最外层电子排布式为4s24p1,基态镓原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p1,简化为[Ar]3d104s24p1。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ns<(n-2)f<(n-1)d<np,最后要把同一能层的不同能级移到一起。学以致用1.构造原理揭示的电子填入能级的顺序,实质是各能级能量的高低顺序。以下各式中正确的是(

)。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)1s22s22p63s23p2

(2)1s22s22p1(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,