化学人教版 (新课标)第一章 原子结构与性质综合与测试教案设计

教学过程

一、          课堂导入

为什么第一层最多只能容纳两个电子，第二层最多只能容纳八个电子而不能容纳更多的电子呢？第三、四、五层及其他电子层最多可以容纳多少个电子？原子核外电子的排布与原子轨道有什么关系？

二、复习预习

通过上一节的学习，我们知道：电子在原子核外是按能量高低分层排布的，同一个能层的电子，能量也可能不同，还可以把它们分成能级(s、p、d、f)，就好比能层是楼层，能级是楼梯的阶级。各能层上的能级是不一样的。原子中的电子在各原子轨道上按能级分层排布，在化学上我们称为构造原理。下面我们要通过探究知道基态原子的核外电子的排布。

三、知识讲解

考点1：基态原子的核外电子排布原则

1．能量最低原则

(1)基态原子的核外电子排布使整个原子体系的能量最低。

(2)基态原子的核外电子在原子轨道上的排列顺序：

1s，2s，2p，3s，3p，4s，3d，4p，5s，4d，5p，6s……

2．泡利不相容原理

(1)一个原子轨道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；或者说，一个原子中不存在两个完全相同的电子。

(2)在原子中，每个电子层最多能容纳2n2个电子。

3．洪特规则

(1)对于基态原子，电子在能量相同的轨道上排布时，应尽可能分占不同轨道并且自旋方向相同。

(2)能量相同的原子轨道在全充满(如d10)、半充满(如d5)和全空(如d0)状态时，体系的能量较低，原子较稳定。如基态铬原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s1，基态铜原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s1。

注意：核外电子在原子轨道上排布要遵循三个原则，对三条原则不能孤立地理解，要综合应用。其中，能量最低原则又可叙述为：在不违背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。

4．电子数与电子层和能级的关系

在原子中，每个电子层最多容纳2n2个电子，每个能级最多能容纳的电子数为其所包含的原子轨道数的2倍。

5. 多电子的基态原子核外电子排布遵循的排布顺序可表示为

考点2：基态原子中核外电子排布的表示方法

1．电子排布式

按照能量最低原则对能级进行排序，进而在ns、np、nd等能级符号的右上角用数字表示出电子的数目。

如基态氧原子的电子排布式可表示为1s22s22p4。

2．轨道表示式

一般用小圆圈(或方框)表示一个原子轨道。用“↑”或“↓”来区别自旋状态不同的电子。如基态氧原子的轨道表示式可表示为　。

3．价电子

(1)与化学性质密切相关的外层原子轨道上的电子，称为价电子。

(2)为了便于研究元素化学性质与核外电子间的关系，人们常常只表示出原子的价电子排布。如基态铁原子的价电子排布式为3d64s2。

核外电子排布的表示方法

考点3：核外电子排布与元素周期表

1． 核外电子排布与周期的划分

1. 周期与能级组、原子轨道的对应关系

2. 原子核外电子排布与元素周期表中周期划分的本质联系

①将能量相近的能级分为一组，按能量由低到高可分为七个能级组，同一能级组内，各能级能量相差较小，各能级组之间能量相差较大。

②每一个能级组对应一个周期，且该能级组中最大的电子层数等于元素的周期序数。

3．周期数与电子层数的关系

周期数＝最外层电子所在轨道的主量子数。

4. 每一周期元素原子的价电子排布和元素种数的关系

2.  核外电子排布与族的划分

1．划分依据

取决于原子的价电子数目和价电子排布。

2．特点

同族元素的价电子数目和价电子排布相同。

3．规律

①进入ns(ns1～2，1s除外)为ⅠA族、ⅡA族。

②进入np

③进入(n－1)d

④进入(n－2)fⅢB族

由上可知：①主族元素的最外层电子数，即价电子数，为其族序数；②副族元素中ⅢB～ⅦB族元素价电子数为其族序数；③稀有气体单独列为0族。

考点4：核外电子排布与原子半径

1．影响因素

2．变化规律

(1)主族元素

(2)过渡元素：同一周期自左到右原子半径逐渐减小，但变化幅度不大。

3.判断微粒半径大小

(1)同周期，从左到右，原子半径依次减小。

(2)同主族，从上到下，原子或同价态离子半径均增大。

(3)阳离子半径小于对应的原子半径，阴离子半径大于对应的原子半径，如r(Na＋)＜r(Na)，r(S)＜r(S2－)。

(4)电子层结构相同的离子，随核电荷数增大，离子半径减小，如r(N3－)＞r(O2－)＞r(F－)＞r(Na＋)＞r(Mg2＋)＞r(Al3＋)，r(S2－)＞r(Cl－)＞r(K＋)＞r(Ca2＋)。

(5)不同价态的同种元素的离子，核外电子多的半径大，如r(Fe2＋)＞r(Fe3＋)，r(Cu＋)＞r(Cu2＋)。

四、例题精析

【例题1】在2p能级上最多只能排布6个电子，其依据的规律是(　　)

A．能量最低原则

B．泡利不相容原理

C．洪特规则

D．能量最低原则和泡利不相容原理

【答案】B  

【解析】A中能量最低原则主要是电子排布先后顺序，洪特规则指的是相同能级电子尽量占据不同轨道，只有B选项泡利不相容原理说明一个轨道上最多容纳2个电子且自旋方向相反，2p能级共有3个轨道，最多容纳6个电子。

【例题2】下列原子中，单电子数最多的是（　　）

A.16S　　　B.35Br　　　C.24Cr　　　D.15P

【答案】C

【解析】写出各项原子的价电子轨道表示式进行判断。

【例题3】价电子排布为5s25p1的元素，在周期表中的位置是(　　)

A．第4周期第ⅤA族 B．第5周期第ⅢA族

C．第5周期第ⅠA族 D．第4周期第ⅢA族

【答案】B

【解析】n＝5，故应位于第5周期；价电子中有p电子，该元素属于主族元素；价电子数是3，属于第ⅢA族。

【例题4】(1)砷原子的最外层电子排布式是4s24p3，在元素周期表中，砷元素位于第________周期________族；最高价氧化物的化学式为________，砷酸钠的化学式是________。

(2)已知下列元素在周期表中的位置，写出它们价电子排布式和元素符号：

①第4周期ⅣB族______________________________________________；

②第5周期ⅦA族_____________________________________________。

【答案】(1)4　ⅤA　As2O5　Na3AsO4　(2)①3d24s2　Ti　②5s25p5　I

【解析】(1)砷原子最外层电子排布式是4s24p3，可知砷原子有4个电子层，价电子数为5，由电子层数＝周期序数可知，砷元素在第4周期，由主族序数＝价电子数＝最高正价可知，砷元素位于ⅤA族，最高价氧化物为As2O5，砷酸钠的化学式为Na3AsO4。

(2)根据元素在周期表中的位置与核外电子排布的关系分析。

【例题5】下列微粒半径依次增大的是(　　)

A．同一主族元素随着原子序数的递增

B．同一周期的元素随着原子序数的递增

C．Na＋、Mg2＋、Al3＋、F－

D．P、S、S2－、Cl－

【答案】 A

【解析】依据比较微粒半径大小的规律进行分析，同一主族，随着原子序数的递增，原子的电子层数依次增加，原子半径依次增大，A项正确；同一周期，随着原子序数的递增，原子半径逐渐减小，B项错误；C项中各微粒的电子层结构相同，核电荷数越大，半径越小，故半径F－最大，Al3＋最小，C项错误；D项中的微粒半径P＞S，S2－＞Cl－，D项错误。

五、课程小结

六、课堂运用

1．价电子排布满足4s半充满而3d为全充满的元素是(　　)  

A．Ca    B．V  C．Cr　　　D．Cu

【答案】D     

【解析】由题意可知其价电子排布为3d104s1为Cu。

2．下列原子或离子的电子排布式(或轨道表示式)正确的是________，违反能量最低原理的是________，违反洪特规则的是________，违反泡利原理的是________。

①Ca2＋：1s22s22p63s23p6

②F－：1s22s23p6

③P：

④Cr：1s22s22p63s23p63d44s2

⑤Fe：1s22s22p63s23p63d64s2

⑥Mg2＋：1s22s22p6

⑦C：。

【答案】①⑤⑥　②　③④　⑦

【解析】根据核外电子排布规律，②中错误在于电子排完2s轨道后应排2p轨道而不是3p轨道，正确的应为1s22s22p6；③中没有遵循洪特规则——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并且自旋方向相同，正确的应为：；④中忽略了能量相同的原子轨道在半充满状态时，体系的能量较低，原子较稳定，正确的应为：

3．按要求填空：

(1)Cu的原子结构示意图为____________________________________。

(2)P的价电子排布式为____________________________________。

(3)Fe的电子排布式为____________________________________。

(4)N的轨道表示式为____________________________________。

(5)X元素的价电子排布式是4s24p5，X元素的符号是________。

【答案】(1)

(2)3s23p3

(3)1s22s22p63s23p63d64s2

(4) 　(5)Br

【解析】Cu的电子排布式是1s22s22p63s23p63d104s1，所以其原子结构示意图是；P的价电子排布式为3s23p3；Fe的电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2；N的电子排布式为1s22s22p3，所以其轨道表示式是。X元素出现了4p能级，说明3d能级已经排满，其电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p5，原子序数是35，为溴元素。

4．已知1～18号元素的离子aW3＋、bX＋、cY2－、dZ－都具有相同的电子层结构，下列关系正确的是(　　)

A．质子数：c>d

B．离子的还原性：Y2－<Z－

C．氢化物的稳定性：H2Y>HZ

D．原子半径：X>W

【答案】　D

【解析】因四种离子的电子层结构相同，所以质子数a、b、c、d的大小关系应为a>b>d>c，所以氢化物稳定性应为HZ>H2Y，离子的还原性Y2－>Z－。

5.  下列原子和离子：Ca2＋、Br－、Mg2＋，其半径由小到大的顺序是________；在同一周期中，元素的原子半径一般随原子序数的增大而________，这是因为

______________________________________________________________

_____________________________________________________________。

【答案】　r(Mg2＋)<r(Ca2＋)<r(Br－)　减小　原子的电子层数相同，作用在外层电子的有效核电荷数随原子序数的增大而增大，电子与正电荷之间的吸引作用大于电子之间的排斥作用。

【解析】　可找参照离子Sr2＋，Br－与Sr2＋电子层结构相同，原子序数Br<Sr，根据径大序小的规律判定Br－半径大于Sr2＋半径；Mg2＋、Ca2＋、Sr2＋是同族元素的同类离子，从上至下离子半径增大，可得半径由小到大的顺序是r(Mg2＋)<r(Ca2＋)<r(Br－)