2019-2020学年高中化学 第一章 原子结构与性质 第一节 第2课时 基态原子的核外电子排布 原

第2课时基态原子的核外电子排布原子轨道课程目标素养目标1.了解能量最低原理，知道基态与激发态以及原子核外电子在一定条件下会发生跃迁，了解其简单应用。2．了解原子核外电子的运动状态，知道电子云和原子轨道的概念。3．掌握基态原子核外电子排布规律。4．了解泡利原理和洪特规则，会书写和说明1～36号元素基态原子的核外电子排布式和轨道表示式。1.宏观辨识与微观探析：通过对核外电子排布规律的探讨，形成“结构决定性质”的观念。2．科学态度与社会责任：通过人类探索原子结构的历史的介绍，使学生了解假说、模型等科学研究方法和科学研究的历程，培养他们的科学态度。01基础自主落实02要点系统认知03检测课堂达标04演练效果检测一、基态与激发态、光谱1．基态原子与激发态原子2．光谱与光谱分析(1)光谱形成原因不同元素的原子发生跃迁时会不同的光，可以用光谱仪摄取各种元素电子的吸收光谱或发射光谱，总称原子光谱。(2)光谱分析在现代化学中，利用原子光谱上的来鉴定元素的分析方法。吸收或释放特征谱线(3)基态、激发态与光谱图示：[微思考]金属的焰色反应是怎么回事？[提示]某些金属原子的电子在高温火焰中，接受了能量，使原子外层的电子从基态跃迁到激发态；处于激发态的电子是不稳定的，在极短的时间内(约10－8s)便跃迁到基态或较低的能级上，在跃迁过程中将产生发射光谱。二、电子云与原子轨道1．电子云(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。(2)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。球形哑铃形2．原子轨道(1)概念：电子在原子核外的一个。(2)不同能层所对应的能级和原子轨道。空间运动状态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2s12s球形L2p2px、2py、2pz3s13s球形3p3px、3py、3pzM3d……………………………………3哑铃形3哑铃形5[微思考]电子云图中的小黑点密度的大小是否表示电子的多少？[提示]不是。电子云图中的一个小黑点并不代表一个电子，小黑点密度的大小，表示在一定空间内电子出现的概率的大小。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．电子排布图中各符号和数字的意义[微思考]以下分别是两个原子的2p能级和3d能级的电子排布情况，试分析有无错误，若有，违反了什么原则？(1)↑↑↓(2)↑↓↑↓↑↑↑↓↑↓[提示](1)错误，违反了洪特规则。(2)错误，违反了泡利原理。■多维思考·自主预习1．下列关于同一原子中的基态和激发态说法正确的是()A．基态时的能量比激发态时高B．激发态时比较稳定C．由基态转化为激发态过程中吸收能量D．电子仅在激发态跃迁到基态时才会产生原子光谱答案：C2．图1和图2分别是1s电子的概率密度分布图和原子轨道图。下列有关认识正确的是()A．图1中的每个小黑点表示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轨道呈圆形，有无数对称轴D．图1中的小黑点表示某一时刻，电子在核外所处的位置答案：D3．在1s、2px、2py、2pz轨道中，具有球对称性的是()A．1sB．2pxC．2pyD．2pz解析：1s轨道和2p轨道的图像分别为：由图像可看出，呈球对称性的为1s原子轨道。答案：A4．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()答案：D5．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()答案：C要点一基态原子核外电子排布的三原则一特例1．核外电子排布的三原则(1)能量最低原理。原子核外电子先占有能量低的轨道，然后依次进入能量高的轨道，这样使整个原子处于能量最低的状态。(2)泡利原理。每个原子轨道上最多只能容纳两个自旋状态不同的电子，如2s轨道上的电子排布图为，不能为(3)洪特规则。原子核外电子在能量相同的各个轨道上排布时，电子尽可能分占不同的原子轨道，且自旋状态相同，这样整个原子的能量最低，如2p3的电子排布图为2．洪特规则的特例：对于同一能级，当电子排布为全充满(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[典例1]下列原子的外围电子排布中，哪一种状态的能量较低？试说明理由。(1)钠原子A．3s1B．3p1选________，理由_______________________________________。(2)碳原子选________，理由________________________________________________________。(3)氮原子选________，理由______________________________________________________。[解析](1)基态Na原子核外电子排布式为[Ne]3s1，B违反了能量最低原理。(2)根据洪特规则，电子在能量相同的原子轨道上排布时尽可能分占不同的原子轨道，且自旋状态相同，故B违反了洪特规则。(3)基态N原子L层电子排布图应为B，而A同时违背了洪特规则和泡利原理。[答案](1)AB中原子的外围电子排布违反了能量最低原理(2)AB中原子的外围电子排布违反了洪特规则(3)BA中原子的外围电子排布违反了洪特规则和泡利原理[题组训练]1．在d轨道中电子排布成而不排布成，其最直接的根据是()A．能量最低原理B．泡利不相容原理C．原子轨道构造原理D．洪特规则解析：洪特规则表明，当电子排布在同一能级的不同轨道时，总是优先单独占据一个轨道且自旋方向相同。答案：D2．某基态原子核外共有6个电子，分布在K与L能层上，在下列L层分布中正确的是()解析：A项错误，2s轨道应排满2个电子，且自旋方向相反；B项错误，2p轨道的2个电子自旋方向要相同；C项错误，2p轨道的2个电子应分占2个轨道，且自旋方向相同；D项正确，2p的3个轨道能量是相同的。答案：D3．如果在3p能级上有3个电子，则它们应排布为(电子排布图)________，而不能排布成因为这违背了________，也不能排布成，因为这违背了________。如果3p能级上有4个电子，有人认为可以排布为，你认为是否正确，说明理由________________________。解析：若3p能级上有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，基态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，则排布成。答案：泡利原理和洪特规则洪特规则不正确，因为3p能级上只有3个轨道练后反思：1根据能量最低原理排布核外电子时，要注意能级交错现象，如E3dE4s，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。2涉及原子核外电子数较多的电子排布时，要综合考虑排布的原则，不能顾此失彼。要点二基态原子核外电子排布的表示方法意义将每个能层上的电子总数表示在原子核外的式子结构示意图实例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，这就是电子排布式电子排布式实例K：1s22s22p63s23p64s1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简化电子排布式实例K：[Ar]4s1意义主族元素的价层电子指最外层电子，价层电子排布式即外围电子排布式价电子排布式实例Al：3s23p1意义每个方框代表一个原子轨道，每个箭头代表一个电子电子排布图实例[典例2]A、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，该原子的电子排布式为_________________________________________________。(2)B元素的负一价离子和C元素的正一价离子的电子排布式都与氩原子相同，B元素的符号为________，C的离子结构示意图为____________。(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________，其基态原子的价电子排布式为__________________。(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________，其基态原子的价电子排布图为________________。[解析](1)根据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，可知该元素的基态原子有2个电子层，共有7个电子，是N元素，其电子排布式为1s22s22p3。(2)B元素的负一价离子与C元素的正一价离子的电子排布式与氩原子相同，即都有18个电子，则B元素为Cl元素，C元素为K元素，K＋的结构示意图为(3)D元素的正三价离子的3d能级为半充满，即三价阳离子的构型为3d5，则原子的价电子构型为3d64s2，为26号Fe元素，基态原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2。(4)由E元素基态原子的M层全充满，N层没有成对电子，只有1个未成对电子，可知其价电子构型为3d104s1，所以E为Cu元素，基态原子的价电子排布图为[答案](1)1s22s22p3(2)Cl(3)Fe1s22s22p63s23p63d64s2(或[Ar]3d64s2)[题组训练]1．下面是第2周期部分元素基态原子的电子排布图，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．电子排在同一能级时，总是优先单独占据一个轨道C．每个能层所具有的能级数等于该能层的序数(n)D．若原子轨道里有2个电子，则其自旋状态一定相反解析：由题给的四种元素原子的电子排布图可知，在一个原子轨道里，最多只能容纳2个电子，即符合泡利原理，A正确；当电子排布在同一能级的不同轨道时，总是优先单独占据一个轨道，即符合洪特规则，B正确；任一能层的能级总是从s能级开始，而且能级数等于该能层序数，C正确；若在一个原子轨道里有2个电子，则它们的自旋状态相反，若在同一能级的不同轨道里有2个电子、则自旋状态相同，D错误。答案：D2．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