高中化学人教版 (2019)选择性必修2第一节 原子结构第2课时学案设计

第2课时　构造原理与电子排布式

必备知识·自主学习

一、构造原理

随着原子核电荷数的递增，原子核每增加一个质子，原子核外便增加一个电子，这个电子大多是按如图所示的能级顺序填充的，填满一个能级再填一个能级。

根据构造原理分析，3p能级电子填满以后，增加的电子应该先填充的能级是3d还是4s？

提示：先填充4s能级。

二、电子排布式

1．电子排布式表示方法

将能级上所容纳的电子数标在该能级符号的右上角，并按照能层从左到右的顺序排列的式子，称为电子排布式。

2．电子排布式书写

(1)简单原子的电子排布式

按照构造原理将电子依次填充到能量逐渐升高的能级中。如：

6C：1s22s22p2；10Ne：1s22s22p6；

17Cl：1s22s22p63s23p5；19K：1s22s22p63s23p64s1。

(2)复杂原子的电子排布式

对于较复杂原子的电子排布式，应先按构造原理从低到高排列，然后将同能层的能级移到一起。

如26Fe，先排列为1s22s22p63s23p64s23d6，然后将同一能层的能级排到一起，即该原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2。

(3)简化电子排布式

如K：1s22s22p63s23p64s1，其简化电子排布式可表示为[Ar]4s1，其中[Ar]代表Ar的核外电子排布式，即1s22s22p63s23p6。再如Fe的简化电子排布式为[Ar]3d64s2。

(1)写出Ti和P的电子排布式：

Ti：_________________________。

P： _________________________。

提示：1s22s22p63s23p63d24s2　1s22s22p63s23p3

(2)写出Mg和Br的简化的电子排布式：

Mg：_________________________。

Br：_________________________。

提示：[Ne]3s2　[Ar]3d104s24p5

关键能力·合作学习

知识点一　能量与能层、能级的关系

(1)决定电子能量高低的因素有哪些？

提示：①能层：能级符号相同时，能层序数越大，电子能量越高；②能级：在同一能层的不同能级中，s、p、d、f能级的能量依次升高；③在多电子原子中会发生能级交错现象。

(2)多电子原子中，不同能级能量高低有什么关系？1s与3d、3s与3d的能量高低如何？

提示：相同能层上不同能级能量的高低为ns＜np＜nd＜nf；不同能层上符号相同的能级能量的高低为1s＜2s＜3s＜4s。1s＜3d；3s＜3d。

【典例】(2020·孝感高二检测)比较下列能级的能量大小关系(填“＞”“＝”或“＜”)：

(1)2s________4s；(2)3p________3d；

(3)3d________4s；(4)4d________5d；

(5)2p________3s；(6)4d________5f。

【思维建模】解析有关电子排布能级顺序问题的思维流程如下：

能层高的能级能量高→同能层能级能量s＜p＜d＜f→符合构造原理ns＜(n－2)f＜(n－1)d＜np→注意能级交错现象。

【解析】由构造原理可知：①同一能层的能级能量高低顺序为ns＜np＜nd＜nf；②不同能层之间，能量会产生能级交错现象，即能层序数大的能级，其能量不一定高，如3d能级具有的能量就高于4s能级所具有的能量。

答案：(1)＜　(2)＜　(3)＞　(4)＜　(5)＜　(6)＜

【母题追问】4s、4f和5p能量关系如何？

提示：能量关系为E(4s)＜E(5p)＜E(4f)。

构造原理是指电子进入能级的排布顺序，即：1s－2s－2p－3s－3p－4s－3d－4p－5s－4d－5p－6s－4f－5d－6p－7s－5f－6d－7p。先排电子的能级能量低，后排电子的能级能量高。注意能级交错现象。

1．下列各项中，前面的能级先填入电子的是(　　)

①3d和4s　②4p和5s　③5s和4d　④5p和4d

A．①②  B．②③  C．②④  D．③④

【解析】选B。根据构造原理可知电子填入能级的顺序为……4s、3d、4p、5s、4d、5p、6s……从而可以看出②③中前面的能级先填入电子。

2．(2021·潍坊高二检测)若以E(nl)表示某能级的能量，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)

【解析】选B。根据构造原理，各能级能量的大小顺序由低到高为1s、2s、2p、3s、3p、4s、3d、4p、5s……A项和D项正确顺序为E(4f)>E(5s)>E(3d)>E(4s)；对于不同能层的相同能级，能层序数越大，能量越高，所以C项错误。

3．在原子核外的各能级中，能量相近的能级划分为一组，称为能级组。

各能级组的通式是什么？

提示：通式是ns、(n－2)f、(n－1)d、np。

知识点二　电子排布式的书写

1．简单原子：按照构造原理将电子依次填充到能量逐渐升高的能级中。

2．复杂原子：先按构造原理从低到高排列，然后将同能层的能级移到一起。

3．特殊原子：当p、d、f能级处于全空、全充满或半充满状态时，能量相对较低，原子结构较稳定。如24Cr：

4．离子的电子排布式

(1)判断该原子变成离子时会得到或失去的电子数。

(2)原子失去电子时，总是从能量高的能级失去电子，即失去电子的顺序是由外向里。一般来说，主族元素只失去它们的最外层电子，而副族和第Ⅷ族元素可能还会进一步向里失去内层电子。

(3)原子得到电子而形成阴离子，则得到的电子填充在最外一个能层的某一个能级上。如Cl－的电子排布式为1s22s22p63s23p6(得到的电子填充在最外面的3p能级上)。

(1)写出基态铜原子的电子排布式。

提示：

(2)铜失去一个电子后变成Cu＋的简化电子排布式是[Ar]3d10还是[Ar]3d94s1？

提示：原子失电子时的顺序与电子填充顺序不完全相同，失去电子时先失最外层电子，所以Cu＋的简化电子排布式是[Ar]3d10。

【典例】(2021·福州高二检测)下列各原子或离子的电子排布式错误的是(　　)

A．Mg2＋　1s22s22p6

B．Br　1s22s22p63s23p63d104s24p5

C．O2－　1s22s22p6

D．Cr　1s22s22p63s23p63d44s2

【思维建模】解析有关电子排布式书写问题的思维流程如下：

确定元素核电荷数(原子序数)→按构造原理逐级排列电子，并写出原子的电子排布式(注意能级交错现象)→若为离子，加上所得电子或减去所失电子。

【解析】选D。Mg的原子序数为12，离子的核外电子排布式为1s22s22p6，故A正确；35号Br原子电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p5，故B正确；O原子核外有8个电子，O2－核外电子排布式为1s22s22p6，最外层达到8电子稳定结构，故C正确；Cr的d能级处于半满时稳定，因此核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s1，故D错误。

【母题追问】Fe、Fe2＋和Fe3＋的电子排布式是什么？

提示：Fe：1s22s22p63s23p63d64s2或[Ar]3d64s2；

Fe2＋：1s22s22p63s23p63d6或[Ar]3d6；

Fe3＋：1s22s22p63s23p63d5或[Ar]3d5。

(1)能级数等于能层序数，英文字母相同的不同能级中所能容纳的最多电子数相同。

(2)虽然电子排布是遵循构造原理的，但在书写电子排布式时，应将能层低的能级写在左边，而不能按填充顺序写。如铁原子的电子排布式是1s22s22p63s23p63d64s2，而不能写成1s22s22p63s23p64s23d6，即最后两个能级表示为3d64s2，而不能写成4s23d6。

(3)书写离子的电子排布式时，从最外层起得到或失去电子，若为副族元素，还可失去次外层电子。

1．某原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s2，下列说法中不正确的是(　　)

A．该元素原子中共有25个电子

B．该元素原子核外有4个能层

C．该元素原子最外层共有2个电子

D．该元素原子M能层共有8个电子

【解析】选D。从电子排布式看，该原子最高能级为4s能级，故有4个能层，最外层有2个电子，B、C正确；各能级的电子数之和为25，A正确；M层电子排布为3s23p63d5，故该层电子数为13，D项错误。

2．(2021·泰安高二检测)下列原子的电子排布式能表示基态原子的电子排布式的是(　　)

A．[Ne]3s13p3   B．[Ar]3d64s1

C．[Ar]3d64s2       D．[Ne]3s23p63d5

【解析】选C。[Ne]3s13p3表示3s能级中一个电子跃迁到3p能级上，基态原子的电子排布式应为[Ne]3s23p2，故A错误；电子先排满4s轨道再排3d轨道，应为[Ar]3d54s2，故B错误；根据能量最低原理，[Ar]3d64s2表示基态原子的电子排布式，故C正确；能级能量：4s<3d，根据能量最低原理，电子应优先排布在4s轨道上，故D错误。

3．为突出化合价与电子排布的关系，将在化学反应中可能发生电子变动的能级称为价电子层(简称价层)。例如，Fe的简化电子排布式为[Ar]3d64s2，价层电子排布为3d64s2。通常，元素周期表只给出价层电子排布。Na、Al、Cl、Mn、Br的价层电子排布式

分别是什么？

提示：Na 3s1；Al 3s23p1；Cl 3s23p5；Mn 3d54s2；Br 4s24p5。

【补偿训练】

下列电子排布式表示基态原子的核外电子排布的是(　　)

A．1s22s22p63s13p2

B．1s22s22p63s23p63d104s14p1

C．1s22s22p63s23p63d24s1

D．1s22s22p63s23p63d104s24p1

【解析】选D。A项，表示激发态原子，对应基态原子的电子排布式为1s22s22p63s23p1；B项，表示激发态原子，对应基态原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s2；C项，该原子处于激发态，对应基态原子电子排布式为1s22s22p63s23p63d14s2；D项，该电子排布式满足构造原理，能量最低，表示基态原子，正确。

1．构造原理

1s－2s－2p－3s－3p－4s－3d－4p－5s－4d－5p－6s－

4f－5d－6p－7s…

2．电子排布式

电子排布式

三言两语话重点

1．记牢一个图：构造原理图，可判断能量高低，可确定书写电子排布。

2．写好一个式：电子排布式，包括电子排布式、价电子排布式、简化电子排布式、离子电子排布式。

课堂检测·素养达标

1．根据构造原理，多电子原子中，3s、3d、4p轨道能量高低次序为(　　)

A．3s＜3d＜4p   B．3s＞3d＞4p

C．3s＜4p＜3d      D．无法确定

【解析】选A。电子原子中，3s、3d、4p轨道能量高低次序为3s＜3d＜4p，故选A。

2．下列原子的电子排布式正确的是(　　)

A．9F：1s22s22p6

B．15P：1s22s22p63s33p2

C．21Sc：1s22s22p63s23p64s23d1

D．35Br：1s22s22p63s23p63d104s24p5

【解析】选D。氟原子2p能级应排5个电子；磷原子的3s能级应排2个电子，3p能级应排3个电子；写电子排布式时，应将同能层的能级移到一起，21Sc应为1s22s22p63s23p63d14s2。

3．(2021·荆门高二检测)下列说法中正确的是(　　)

A．25Mn的原子结构示意图为

B．氟的基态原子核外有9种不同能量的电子

C．电子排布式为[Ar]3d104s24p3的原子核电荷数为33

D．Cl－的最外层电子排布式为1s22s22p63s23p6

【解析】选C。Mn的原子结构示意图应根据电子排布式进行书写，为，A错误；氟的基态原子电子排布式为1s22s22p5，只有3种不同能量的电子，B错误；电子排布式为[Ar]3d104s24p3的原子核外电子数为33，故核电荷数也为33，C正确；Cl－的最外层电子排布式为3s23p6，D错误。

【补偿训练】

下列各原子或离子的电子排布式正确的是(　　)

A．O2－　1s22s22p4  B．Ca　[Ar]3d2

C．Fe　[Ar]3d54s3      D．Si　1s22s22p63s23p2

【解析】选D。O2－的电子排布式为1s22s22p6；Ca的电子排布式为[Ar]4s2；Fe的电子排布式为[Ar]3d64s2。

4．(2021·大庆高二检测)当碳原子的核外电子排布由1s22s22p2转变为1s22s12p3时，下列说法正确的是(　　)

A．碳原子由基态变为激发态

B．碳原子由激发态变为基态

C．该过程将产生发射光谱

D．碳原子要向外界环境释放能量

【解析】选A。碳原子的核外电子排布为1s22s22p2，该原子处于基态，当核外电子排布为1s22s12p3，该原子处于激发态，所以由1s22s22p2转变为1s22s12p3的过程为由基态变为激发态，故A正确、B错误；发射光谱是处于高能级的原子或分子在向较低能级跃迁辐射，将多余的能量发射出去形成的光谱，所以该过程不会产生发射光谱，故C错误；基态变为激发态的过程中需要吸收能量，故D错误。

5．(2020·山东等级考模拟)某元素基态原子4s轨道上有1个电子，则该基态原子价电子排布不可能是(　　)

A．3p64s1　　 　B．4s1　 　　C．3d54s1　　 　D．3d104s1

【解析】选A。A应为19K，核外电子排布式为1s22s22p63s23p64s1，主族元素的价电子是最外层电子，应为4s1，故A错误；B应为19K的价电子排布式，故B正确；C应为24Cr，副族元素的价电子是最外层电子与次外层的部分电子之和，核外电子为[Ar]3d54s1，即价电子为3d54s1，3d轨道上的电子为半满状态，整个体系的能量最低，故C正确；D应为29Cu，价电子为3d104s1，3d轨道上的电子处于全充满状态，整个体系的能量最低，故D正确。

6．(2021·青岛高二检测)已知三种微粒(原子或离子)的电子排布式如下：11X：1s22s22p6、19Y：1s22s22p63s23p6与20Z：

1s22s22p63s23p6若将上述三种微粒归为同一类，下列微粒中也可归为此类的是

(　　)

【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，三种微粒都是金属阳离子。分析A～D四个选项中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和D是原子，B是阴离子，C是金属阳离子。

7．写出下列原子的电子排布式：

(1)11Na________________；

(2)16S________________；

(3)34Se________________；

(4)19K________________；

(5)31Ga________________；

(6)30Zn________________。

答案：(1)1s22s22p63s1　(2)1s22s22p63s23p4

(3)1s22s22p63s23p63d104s24p4　(4)1s22s22p63s23p64s1

(5)1s22s22p63s23p63d104s24p1　(6)1s22s22p63s23p63d104s2