【知识解析】构造原理与电子排布式

构造原理与电子排布式
1 构造原理
（1）内容
以光谱学事实为基础，从氢开始，随核电荷数递增，新增电子填入能级的顺序称为构造原理。

图1－1－1为构造原理示意图。

图中用小圆圈表示一个能级，每一行对应一个能层，箭头引导的曲线显示递增电子填入能级的顺序。

图1－1－l 构造原理示意图
（2）原子核外电子的填充顺序
由构造原理知，元素原子的核外电子的填充顺序是在能层的基础上，按能级能量由低到高依次填入相应能级，即按1s→2s→2p→……的顺序。

（3）能级交错
构造原理告诉我们，随核电荷数递增，电子并不总是填满一个能层后再开始填入下一个能层的。

电子是按3p→4s→3d的顺序而不是按3p→3d→4s的顺序填充的，这种现象被称为能级交错。

名师提醒
（1）构造原理是以光谱学事实为基础得出的结论，是经验而非理论原理。

根据构造原理，绝大多数基态原子核外电子的排布都遵循下列顺序：
1s、2s、2p、3s、3p、4s、3d、4p、5s、4d、5p、6s、4f、5d……
（2）原子核外电子按能量由低到高的顺序依次排布。

因此，根据构造原理可以比较各能级的能量高低。

（3）原子的核外电子不是完全按能层顺序依次填充的，即不完全是填满n能层后再填（n
＋1）能层，而是按照图1－1－1所示的能级顺序填充的，在该顺序中，从第三能层开始，出现了能级交错现象。

（4）根据构造原理，在多电子原子中，电子最后填入的能级不一定是原子最外能层上的能级，如Ti、V等过渡元素原子的电子最后填入的是3d能级。

2 电子能量的高低
发散探讨
为什么原子核外最外层电子数目不超过8（K能层为最外层时不超过2），次外层电子数目不超过18？
可以用构造原理解释。

依据构造原理，能级的能量顺序为n p＜（n＋1）s＜n d、n d＜（n＋1）p＜（n＋2）s＜n f（n≥3）。

那么，电子在填满n p能级后接着填入的是（n＋1）s能级而不是n d能级，当n d能级上有电子时，（n＋1）s能级上已填有电子，n能层已不是最外层了，所以原子核外最外层电子不超过8个。

例如，钾（19K）的各层电子数是2、8、8、1而不是2、8、9。

同样，当电子填满n d能级后接着填入的是（n＋1）p能级而不是n f能级，当n f 能级上有电子时，（n＋2）s能级上已填有电子，即n能层已不是次外层而是倒数第三层了，所以原子核外次外层电子不超过18个。

3 电子排布式
（1）对电子排布式的认识
电子排布式是用核外电子分布的能级及各能级上的电子数来表示电子排布的式子。

例如，从氢到碳的基态原子电子排布式如下：
1s1→1s2→1s22s1→1s22s2→1s22s22p1→1s22s22p2
氢氦锂铍硼碳
以Al原子为例，电子排布式中各符号的意义如下：
（2）书写电子排布式的方法
①“三步法”书写电子排布式
构造原理是书写基态原子电子排布式的依据。

第一步：按照构造原理写出电子填入能级的顺序，1s→2s→2p→3s→3p→4s→3d→4p→5s→4d→5p→6s……
第二步：根据各能级容纳的电子数填充电子。

第三步：去掉空能级，并按照能层顺序排列即可得到电子排布式。

如S的电子排布式是1s22s22p63s23p4。

注意
在得出构造原理之前，由原子光谱得知有些过渡金属元素基态原子电子排布不符合构造原理，如Cr和Cu的最后两个能级的电子排布分别为3d54s1和3d104s1。

②简化电子排布式
将电子排布式中的内层电子排布用相应的稀有气体元素符号外加方括号表示的式子称为简化电子排布式。

如氮、钠、钙的简化电子排布式分别为[He]2s22p3、[Ne]3s1、[Ar]4s2。

名师提醒
以稀有气体的元素符号外加方括号表示的部分称为“原子实”。

[Ne]、[Ar]等符号的意义分别是指该部分与Ne、Ar等的电子排布式相同。

③离子的核外电子排布式
对于主族元素的原子来说，原子失去电子时，一般只失去最外层电子，而过渡元素的原子可能还会进一步失去内层电子；原子得到电子时，一般总是填充到最外层未填满的能级上。

如
Fe位于第四周期第Ⅷ族，其基态原子的核外电子排布式为[Ar]3d64s2，Fe2+的核外电子排布式为[Ar]3d6，Fe3+的核外电子排布式为[Ar]3d5。

名师提醒
（1）在书写电子排布式时，一般情况下，能层低的能级要写在左边，而不是按构造原理的顺序写。

（2）原子在失去电子时仍遵循先失去最外层电子，后失去次外层电子的顺序，如Fe失去电子时先失去4s能级上的电子，转化为Fe2+，再失去3d能级上的电子，转化为Fe3+。

（3）价层电子排布式
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）。

元素周期表中给出了元素的价层电子排布式。

如Cl的价层电子排布式为3s23p5，Cr的价层电子排布式为3d54s1。

典例详析
例3－9
下列有关构造原理的说法错误的是
A．原子核外电子填充3p、3d、4s能级的顺序一般为3p→4s→3d
B．某基态原子部分核外电子的排布式为3s24s2
C．在多电子原子中，电子最后填入的能级不一定是原子最外能层上的能级
D．从第三能层开始出现能级交错现象，即电子填入能级的顺序与能层顺序不同
解析◆根据构造原理判断，A项正确；根据构造原理可知，3s与4s能级之间还有3p能级，B项错误；电子最后填入的能级不一定是原子最外能层上的能级，如某些过渡元素，C项正确；从M能层开始，电子填入的顺序是3s→3p→4s→3d……，与能层的顺序不同，D项正确。

答案◆B
点评◆在构造原理中，从第三能层开始出现能级交错现象。

我们可以利用“E n s＜E（n－2）f＜E
＜E n p”记忆这种现象。

（n－1）d
例3－10
比较下列能级的能量大小关系（填“＞”“＝”或“＜”）：
（1）2s________4s；（2）3p________3d；
（3）4s________3d；（4）5d________4d；
（5）3s________2p；（6）4d________5f。

解析◆由构造原理可知：①对于相同类型的能级，能层序数越大，能级的能量越高；②同一能层，能级的能量按s、p、d、f……的顺序依次升高，即E n s＜E n p＜E n d＜E n f……；③从第三能层开始出现能级交错现象，即能层序数大的，其能级的能量不一定高，如3d能级的能量介于4s和4p能级之间。

答案◆（1）＜（2）＜（3）＜（4）＞（5）＞（6）＜
例3－11
下列属于基态原子的电子排布式的是
①1s12s1②1s22s12p1③1s22s22p63s2④1s22s22p63s23p1
A．①②B．①③
C．②③D．③④
解析◆①中1s能级未填满就填充2s能级，属于激发态原子的电子排布式；②中2s能级未填满就填充2p能级，也属于激发态原子的电子排布式；③和④均按照构造原理依能层、能级能量由低到高的顺序填充电子，故都属于基态原子的电子排布式。

答案◆D
例3－12
某元素基态原子的M层有4个p电子，下列叙述错误的是
A．N层不含电子
B．该元素是硫元素
C．L层一定有8个电子
D．原子最外层电子数为4
解析◆元素基态原子的M层有4个p电子，则该元素基态原子M层的电子排布式为3s23p4，故该元素是硫元素，L层一定有8个电子，N层不含电子，原子最外层电子数为6，D项错
误。

答案◆D
例3－13
根据下列叙述，写出元素名称和其基态原子的核外电子排布式。

（1）A 元素原子核外M 层电子数是L 层电子数的：________________________。

（2）B 元素原子的最外层电子数是次外层电子数的
倍：________________________。

（3）C 元素的单质在常温下可与水剧烈反应，产生的气体能使带火星的木条复燃：________________________。

（4）D 元素原子的次外层电子数是最外层电子数的：________________________。

解析◆（1）A 元素原子核外M 层电子数是L 层电子数的
，则A 是硅，其基态原子电子排布式是1s 22s 22p 63s 23p 2。

（2）B 元素原子的次外层若是K 层，则其L 层电子数是3，则B 是硼，其基态原子电子排布式是1s 22s 22p 1，其他情况均不成立。

（3）能使带火星的木条复燃的气体是O 2，能与水反应产生O 2的单质只有F 2，故C 是氟，其基态原子电子排布式是1s 22s 22p 5。

（4）D 元素原子的K 层有2个电子，L 层有8个电子，故D 是氖，其基态原子电子排布式是1s 22s 22p 6。

答案◆（1）硅，1s 22s 22p 63s 23p 2 （2）硼，1s 22s 22p 1 （3）氟，1s 22s 22p 5 （4）氖，1s 22s 22p 6
例3－14
下列是某些元素的最外层电子排布式，各组指定的元素原子间不能形成AB 2型化合物的是
A ．2s 22p 2和2s 22p 4
B ．3s 23p 4和2s 22p 4
C ．3s 2和2s 22p 5
D ．3s 1和3s 23p 2
点拨◆由题给最外层电子排布式，推断出具体元素，再进行分析并得出结论。

解析◆A 项中元素分别为C 和O ，能形成CO 2；B 项中元素分别为S 和O ，能形成SO 2；C 项中元素分别为Mg 和F ，能形成MgF 2；D 项中元素分别为Na 和Si ，不能形成AB 2型化合物，故选D 。

12
3214
12
答案◆D
例3－15
有几种粒子的核外电子排布式均为1s22s22p63s23p6，回答下列问题：
（1）某粒子一般不与其他粒子反应，这种粒子的符号是________。

（2）某粒子的盐溶液能使溴水褪色，并出现浑浊，这种粒子的符号是________。

（3）某粒子氧化性很弱，但得到电子后还原性很强，且对应原子只有一个单电子，这种粒子的符号是________。

（4）某粒子还原性虽弱，但失去电子后氧化性很强，且对应原子得到一个电子即达到稳定结构，该粒子的符号是________。

解析◆符合题给核外电子排布式的粒子有S2-、Cl－、Ar、K＋、Ca2+等。

（1）很难发生化学反应的应为稀有气体Ar。

（2）能使溴水褪色且出现浑浊的应为还原性较强的S2-，发生反应的离子方程式为S2-＋Br2===S↓＋2Br－。

（3）氧化性很弱，得一个电子后变为原子且还原性很强的应为K＋。

（4）还原性弱，失去电子后氧化性很强，且对应原子得到一个电子即达到稳定结构，该粒子应为Cl－。

答案◆（1）Ar （2）S2-（3）K＋（4）Cl－。