苏教版学高中化学专题原子核外电子的运动原子核外电子的排布教案选修

[核心素养发展目标] １．从微观层面理解原子的组成及结构，了解核外电子的排布规则，培养宏观辨识与微观探析的学科核心素养。２．能结合能量最低原理、泡利不相容原理和洪特规则书写和说明１～３6号元素基态原子的核外电子排布式和轨道表示式，发展证据推理与模型认知的学科核心素养。

一、核外电子的排布原理

１．能量最低原理

（１）能量最低原理

原子核外电子先占据能量低的轨道，然后依次进入能量高的轨道，这样使整个原子处于最低的能量状态。（２）基态原子的核外电子在原子轨道上的排列顺序：

随着原子核电荷数的递增，绝大多数元素的原子核外电子排布遵循下列顺序：

１电子所排的轨道顺序：１s、２s、２p、３s、３p、４s、３d、４p、５s、４d、５p、6s、４f、５d、6p、7s……，这是从实验得到的规律，适用于大多数基态原子的核外电子排布。

２由上图可知，各轨道的能量高低顺序，可由下列公式得出：n s<（n—２）f<（n—１）d

２．泡利不相容原理

（１）内容：每个原子轨道上最多只能容纳两个自旋状态不同的电子。

（２）根据泡利不相容原理，可以获得以下几个重要结论：

１每一种运动状态的电子只能有一个。

２由于每一个原子轨道包括两种运动状态，所以每一个原子轨道最多只能容纳两个自旋方向相反的电子。

３因为s，p，d，f轨道的原子轨道数分别为１,３,５,7个，所以s，p，d，f各原子轨道分别最多能容纳２,6,１0,１４个电子。

３．洪特规则

（１）内容：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。这就是洪特规则。

（２）特例：能量相同的原子轨道在全充满（如p6和d１0）、半充满（如p３和d５）和全空（如p0和d0）状态时，体系的能量较低，原子较稳定。这称为洪特规则特例。

例１若以E（n l）表示某原子轨道的能量，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）

D．E（５s）>E（４s）>E（４f）>E（３d）

答案B

解析原子核外电子排布的轨道能量顺序为１s、２s、２p、３s、３p、４s、３d、４p、５s、４d、５p……可选出答案。

例２（２0１8·三亚高二检测）电子在一个原子的下列原子轨道中排布时，最后一个排布的是（）A．n s B．n p

C．（n—１）d D．（n—２）f

答案B

解析根据原子中原子轨道的能量高低顺序：n s<（n—２）f<（n—１）d

二、原子核外电子排布的表示方法

１．电子排布式

（１）概念：将轨道上所排布的电子数标注在该轨道符号右上角，并按照电子层从左到右的顺序排列的式子。

（２）表示方法。

（３）写出下列原子的电子排布式：

１１6S：１s２２s２２p6３s２３p４；

２２0Ca：１s２２s２２p6３s２３p6４s２；

３２6Fe：１s２２s２２p6３s２３p6３d6４s２；

４２9Cu：１s２２s２２p6３s２３p6３d１0４s１。

（４）为了避免电子排布式书写过于繁琐，把内层电子已达到稀有气体结构的部分写成“原子实”，以相应稀有气体的元素符号外加方括号表示，得到简化的电子排布式。上述四种原子的简化电子排布式为

１[Ne]３s２３p４；２[Ar]４s２；３[Ar]３d6４s２；４[Ar]３d１0４s１。

（５）在简化的电子排布式中，省去相应的稀有气体的元素符号后剩下的部分称为外围电子排布式。上述四种原子的外围电子排布式为１３s２３p４；２４s２；３３d6４s２；４３d１0４s１。

２．轨道表示式

（１）概念：将每一个原子轨道用一个方框表示，在方框内标明基态原子核外电子分布的式子称为轨道表示式。

（２）表示方法

（３）写出下列基态原子的轨道表示式：

１O：；

２Na：。

（４）在轨道表示式中也可以用圆圈表示一个原子轨道，如Na：或写成[Ne]。３．原子结构示意图

（１）原子结构示意（简）图：圆圈内数字表示质子数，弧线表示电子层，弧线内数字表示该电子层中的

（２）写出下列原子或离子的结构示意图：

１K：；２Fe：；

３Mg２＋：；４Cl—：。

１．电子排布式和轨道表示式反映的是基态原子即处于最低能量状态的原子的电子排布情况，它们相互关联，可以非常方便地相互转换。

２．虽然电子排布是遵循能量最低原理的，但书写电子排布式时应按照电子层的顺序书写。如铁原子的电子排布式是１s２２s２２p6３s２３p6３d6４s２，而不写作１s２２s２２p6３s２３p6４s２３d6。

３．主族元素的最外层电子就是外围电子。过渡元素的外围电子一般包括最外层的s电子和次外层的d电子，有的还包括倒数第三层的f电子。

４．简单离子是原子得失一定数目电子后的产物。在表达阴、阳离子的核外电子排布情况时，务必注意离子与原子之间的电子数目的关系。

５．（１）电子排布式的书写

１元素符号；２轨道符号；３轨道顺序按电子层由里到外和s、p、d、f的顺序；４电子个数（右上角标出）。注意电子排布式与外围电子排布式的区别。

（２）轨道表示式的书写格式

１元素符号；２轨道框（一个轨道一个框，能量相同的轨道连在一起）；３电子自旋状态（用“↑”“↓”表示）；４轨道符号。p、d等如有空轨道也要画出。

例３（２0１8·福建季延中学高二期中）若将１５P原子的电子排布式写成１s２２s２２p6３s２３p错误!３p错误!，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