结构化学

第2课时基态原子的核外电子排布原子轨道一、基态、激发态与光谱1.基态原子与激发态原子:最低能量吸收释放较高能量较高2.原子光谱。不同元素的原子发生_____时会吸收或释放不同的光,可以用光谱仪摄取各种元素的电子的_________或_________,总称原子光谱。3.光谱分析:现代化学中,利用_________上的特征谱线来_________的分析方法。跃迁吸收光谱发射光谱原子光谱鉴定元素二、电子云与原子轨道1.电子运动的特点:电子质量小,运动速度快,无规则,故无法确定某个时刻处于原子核外空间何处。只能确定它在原子核外空间各处出现的_____。概率2.原子核外电子运动状态的描述:(1)电子云。①定义:处于一定空间运动状态的电子在原子核外空间的_________分布的形象化描述。②意义:用单位体积内小黑点的_________表示电子在原子核外出现_____大小。概率密度疏密程度概率③形状s电子云:呈_____,只有一种空间伸展方向。p电子云:呈_______,有三种空间伸展方向,它们相互垂直,分别相对于x、y、z轴对称。球形哑铃状p原子轨道角度分布图d原子轨道角度分布图(2)原子轨道。①定义:电子在原子核外的一个空间运动状态。②意义:表示原子轨道的空间分布。③不同能层所对应的能级和原子轨道。能层能级原子轨道数原子轨道名称电子云轮廓图形状K1s11s球形L2s2p1__2s2px、2py、2pz球形_______M3s3p3d1____3s3px、3py、3pz……球形_______………………………………3哑铃形35哑铃形三、核外电子排布1.核外电子排布的规则:(1)能量最低原理:原子核外电子的排布遵循构造原理,按轨道能量由低到高依次排列,使整个原子处于_____的能量状态。(2)泡利原理:在一个原子轨道里,最多只能容纳__个电子,而且它们的自旋状态_____,用“_____”表示。(3)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_________一个轨道,而且_________相同。最低2相反↓↑单独占据自旋状态2.电子排布图:用方框表示原子轨道,用不同方向的箭头表示自旋状态不同的电子的式子。如氮原子的电子排布图是______________。【自我小测】1.思考辨析:(1)电子跃迁时只吸收能量。()分析:电子从低能量轨道跃迁到高能量轨道时吸收能量,而从高能量轨道跃迁到低能量轨道时释放能量。×(2)处于激发态的原子都遵循能量最低原理、泡利原理和洪特规则。()分析:处于激发态的原子不遵循能量最低原理,但遵循泡利原理和洪特规则。×(3)电子云图中的小黑点密度的大小表示电子的多少。()分析:电子云图中的小黑点并不代表电子本身,而是用小黑点表示电子在核外某空间出现的概率密度的大小,小黑点越密表示概率密度越大。(4)任意能层上的s轨道电子云都是球形的。()分析:电子云的形状只与能级有关,即不同能层上的s轨道电子云形状都是相同的。×√(5)不仅正确地描述了核外电子运动状态且能据此确定电子能级。()分析:为电子排布图,但原子核外的电子总是尽可能成单排列,即在2p的三个轨道上各有一个电子存在,这样的排布使原子的能量最低,故错误。×2.下列说法正确的是()A.自然界中的所有原子都处于基态B.同一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【解析】选B。在日常生活中我们见到的许多可见光都与原子的核外电子跃迁释放能量有关,由此可知并不是自然界中的所有原子都处于基态;基态原子的能量与激发态原子的能量大小比较是针对同一种原子而言的,对于同一原子来讲:基态原子激发态原子;激发态原子的能量较高,但是其化学性质却没有变。3.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()【解析】选D。A项,只能表示在He的最外层有2个电子,不能表示其运动状态,不符合题意;B项,只能表示氦原子核外只有一个电子层,该层有2个电子,不符合题意;C项,1s2表示在第一能层的s能级上有2个电子,不符合题意;D项,表示在第一能层的s能级上有2个自旋方向相反的电子,对电子运动状态描述最详尽,符合题意。4.若将14Si的电子排布式写成1s22s22p63s23,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2xp【解析】选D。14Si的3p能级有三个能量相同的轨道3px、3py、3pz,而14Si有两个3p电子,电子排布应遵循洪特规则——对于基态原子,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方向相同,故正确的电子排布式应为1s22s22p63s2311xyp3p。5.(RJ选修3·P12改编)基态硅原子的最外能层的各能级中,电子排布的方式正确的是()【解析】选C。基态硅原子的电子排布必须遵循能量最低原理、泡利原理、洪特规则,只有C项正确。6.以下对核外电子运动状态的描述正确的是()A.电子的运动与行星相似,围绕原子核在固定的轨道上高速旋转B.能量低的电子只能在s轨道上运动,能量高的电子总是在f轨道上运动C.能层序数越大,s电子云的半径越大D.在同一能级上运动的电子,其运动状态肯定相同【解析】选C。原子核外电子是无规则的高速运动,没有固定的轨道,A错;多电子原子中的核外电子,根据能量由低到高分布在不同的能层和能级中,不同的原子,能量最高的电子所处的轨道不同,B错;各能层s轨道的半径大小为1s2s3s……,C项正确;在同一能级上运动的电子,可能处于不同的原子轨道,同一原子轨道中的电子,自旋状态不同,D错。一、基态原子核外电子排布的规则1.核外电子排布所遵循的规律:(1)能量最低原理。(2)泡利原理。(3)洪特规则。2.构造原理中的“能级交错”现象。从原子核外电子排布的轨道能量顺序看出从第三电子层就会出现能级交错现象,这是因为3d能级的能量似乎应该低于4s能级,而实际上E(3d)E(4s)。按能量最低原理,电子在进入核外电子层时,不是排完3p就排3d,而是先排4s,排完4s才排3d。由于能级交错,在次外层未达最大容量之前,已出现了最外层,而且最外层未达最大容量时,又进行次外层电子的填充,所以原子最外层和次外层电子数一般达不到最大容量。3.洪特规则特例。有少数元素基态原子的电子排布对于排布原则有1个电子的偏差。因为能量相同的原子轨道在全充满(如p6和d10)、半充满(p3和d5)和全空(p0和d0)状态时,体系能量较低,原子较稳定。如Cr:1s22s22p63s23p63d44s2(错误)应为1s22s22p63s23p63d54s1Cu:1s22s22p63s23p63d94s2(错误)应为1s22s22p63s23p63d104s1【拓展深化】原子核外电子排布构造原理简易图构造原理中的排布顺序,其实质是各能级的能量高低顺序,有如下关系:ns(n-2)f(n-1)dnp(n表示能层序数)。因此有:【针对训练】1.(2015·苏州高二检测)下列叙述正确的是()A.[Ar]3d64s2是基态原子的电子排布B.铬原子的电子排布式:1s22s22p63s23p64s13d5C.铜原子的外围电子排布式是3d94s2D.S2-的电子排布式为1s22s22p63s23p4【解题指南】解答本题时要注意以下两点:(1)符合电子排布三原则的是基态原子。(2)注意1～36号元素中的两种特殊元素24Cr和29Cu。【解析】选A。B项,在书写电子排布式时,不能按填充顺序书写;C项,d轨道全充满时稳定;D项为硫原子的电子排布式,S2-的电子排布式应为1s22s22p63s23p6。2.(2015·天水高二检测)下列说法中正确的是()A.处于最低能量的原子叫做基态原子B.原子由基态变为激发态要产生发射光谱C.同一原子中,2p能级比3p能级的轨道数少D.3d轨道能量小于4s【解析】选A。原子核外电子处于最低能量状态时,原子的能量最低,这时的原子叫做基态原子,A正确;原子由基态变为激发态要吸收能量,不会产生发射光谱,B错误;同一原子中,2p能级与3p能级的轨道数相同,C错误;由于多原子中的能级交错,3d轨道能量高于4s,D错误。【补偿训练】(2015·三亚高二检测)下列原子的外围电子排布式不正确的是()A.Fe:3d64s2B.Cu:3d94s2C.Ar:3s23p6D.Ni:3d84s2【解析】选B。根据洪特规则特例:能量相同的轨道在全充满、半充满、全空时,体系能量最低,原子比较稳定,B项应该为3d104s1。二、基态原子核外电子排布的表示方法【自主导练】1.写出下列粒子的电子排布式或电子排布图。(1)电子排布式①17Cl;②Ca2+;③22Ti;④Al3+。(2)电子排布图①O2-电子排布图;②F的最外层电子排布图。(3)分别写出Al、C的最外层电子排布式、。【解题指南】解答本题时要注意以下三点:(1)明确微粒核外电子数;(2)遵循核外电子排布三原则;(3)注意电子排布图和外围电子排布图的区别。【解析】熟悉前36号元素,尤其是前18号元素的核外电子排布规律,能熟练表示基态原子或离子的电子排布式,外围电子排布式,电子排布图等。注意两个问题,一是E(3d)E(4s)。但最终的电子排布式按能层的顺序写;二是注意特殊元素,如Cu、Cr等全充满或半充满。答案:(1)①1s22s22p63s23p5或[Ne]3s23p5②1s22s22p63s23p6③1s22s22p63s23p63d24s2④1s22s22p6(2)①②(3)3s23p12s22p22.(2015·德阳高二检测)下列有关核外电子排布的式子不正确的是()A.24Cr的电子排布式:1s22s22p63s23p63d54s1B.K的简化电子排布式:[Ar]4s1C.氮原子的电子排布图:D.硫原子的电子排布图:【解析】选D。硫原子的电子排布图违反了洪特规则,正确的应是。原子结构示意图含义将每个能层上的电子总数表示在原子核外的式子实例【总结归纳】1.核外电子排布的表示方法:电子排布式含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:1s22s22p63s23p64s1简化电子排布式含义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实例K:[Ar]4s1电子排布图含义每个方框代表一个原子轨道,每个箭头代表一个电子实例2.电子排布式书写方法的两点认识:(1)简单原子的核外电子排布式:按照构造原理将电子依次填充到能量逐渐升高的轨道中。例如,7N:1s22s22p3,17Cl:1s22s22p63s23p5。(2)复杂原子的核外电子排布式:先按能量从低到高排列,然后再把同一层的电子排到一起。如26Fe,先按能量从低到高排列为1s22s22p63s23p64s23d6,然后,将同一层的电子移到一起,即1s22s22p63s23p63d64s2。【警示】电子排布式的书写顺序≠电子排布顺序电子进入能级的顺序是按构造原理中能级的能量递增的顺序,而电子排布式的书写规则按能层的顺序,能层中的能级按s、p、d、f能量递增的顺序排布。【针对训练】(2015·泰安高二检测)已知三种微粒(原子或离子)的电子排布式如下:11X:1s22s22p619Y:1s22s22p63s23p620Z:1s22s22p63s23p6若将上述三种微粒归为同一类,下列微粒中也可归入此类的是()【解析】选C。分析原子核内的质子数和电子排布式之间的关系可知,11X、19Y、20Z都是金属阳离子,分析A～D微粒结构示意图的核电荷数和核外电子排布的关系可知,A、D是原子,B是阴离子,C是金属阳离子。【补偿训练】某元素A原子的L层要比M层少6个电子,它有两种常见的阳离子a和b(其中a的化合价大于b的化合价)。(1)a的M层比N层多个电子;b的L层比M层少个电子。a的稳定性(填“大于”或“小于”)b的稳定性。(2)写出A