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<n p（n表示电子层序数）。

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）<E（３s）<E（２s）<E（１s）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 pC．（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<n p，所以最后一个排布的应是能量最高的轨道，应为n p轨道。

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．洪特规则解析洪特规则：当电子排布在能量相同的不同轨道时，基态原子中的电子总是优先单独占据一个轨道，而且自旋状态相同。

例４（２0１8·大连高二期中）下列轨道表示式所表示的元素原子中，能量处于最低状态的是（）Ａ．Ｂ．Ｃ．Ｄ．解析本题考查的是核外电子排布的基本原理。

要使各原子能量处于最低状态（即基态），核外电子必须遵循三大原理进行排布。

A项中２s轨道没有排满电子就排在了２p轨道上，显然能量不是最低的；B项中２p轨道上的电子排布不符合洪特规则，三个电子各占一个p轨道且自旋状态相同时，能量最低；C项中２p３为半充满状态，能量最低；D项中２p轨道未排满就排３s轨道，能量不是最低的。

例５下列表示式错误的是（）Ａ．Mg２＋的轨道表示式：Ｂ．Na＋的结构示意图：Ｃ．２４Cr的外围电子排布式：３d５４s１Ｄ．C的电子排布式：１s２２s１２p３答案D解析Mg２＋含有１0个核外电子，电子排布式为１s２２s２２p6，轨道表示式为，故A正确；钠离子核内有１１个质子，核外有２个电子层，第一层上有２个电子、第二层上有8个电子，其结构示意图为，故B正确；原子序数为２４，说明原子核外电子数为２４，根据能量最低原理、洪特规则特例得到电子排布式为１s２２s２２p6３s２３p6３d５４s１，外围电子排布式为３d５４s１，故C正确；D项违反能量最低原理，所以C的电子排布式为１s２２s２２p ２，错误。

易错警示（１）电子排布式的书写顺序与核外电子进入轨道的顺序不同。

电子排布式的书写顺序按电子层由里到外和s、p、d、f的顺序，而核外电子进入轨道的顺序按照基态原子在原子轨道上的排布顺序。

（２）基态原子失电子时，由外层向里层，同层则按轨道能量由高到低顺序失电子。

如Cr（[Ar]３d５４s １）→Cr３＋（[Ar]３d３）三、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吸收或释放不同的光。

２．光谱分类３．光谱分析在现代化学中，利用原子光谱上的特征谱线来鉴定元素的分析方法。

（１）电子的跃迁是物理变化（未发生电子转移），而原子得失电子时发生的是化学变化。

（２）一般在能量相近的轨道间发生电子跃迁。

例6对充有氖气的霓虹灯管通电，灯管发出红色光。

产生这一现象的主要原因是（）Ａ．电子由能量较高的轨道向能量较低的轨道跃迁时以光的形式释放能量Ｂ．电子由能量较低的轨道向能量较高的轨道跃迁时吸收除红光以外的光线Ｃ．氖原子获得电子后转变成发出红光的物质Ｄ．在电流的作用下，氖原子与构成灯管的物质发生反应答案A解析解答该题的关键是明确基态原子与激发态原子的相互转化及其转化过程中的能量变化及现象。

在电流作用下，基态氖原子的电子吸收能量跃迁到能量较高的轨道，变为激发态原子，这一过程要吸收能量，不会发出红色光；而电子从较高能量的轨道跃迁到较低能量的轨道时，将释放能量，从而产生红光，故A 项正确。

１．正误判断（１）在一个多电子的原子中可以有两个运动状态相同的电子（×）（２）电子跃迁时只能吸收能量（×）（３）２p错误!违背了洪特规则（×）（４）电子排布式（２２Ti）１s２２s２２p6３s２３p１0违反了泡利不相容原理（√）（５）电子排布式（２１Sc）１s２２s２２p6３s２３p6３d３违反了能量最低原理（√）（6）３d6的轨道表示式为（×）２．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（）Ａ．·He·Ｂ．Ｃ．１s２Ｄ．答案D解析A项只能表示最外层电子数；B项只表示核外的电子分层排布情况；C项具体到各电子层的电子数；而D项包含了电子层数、原子轨道以及电子的自旋方向，故该项正确。

３．描述硅原子核外电子运动说法错误的是（）Ａ．有４种不同的伸展方向Ｂ．有１４种不同运动状态的电子Ｃ．有５种不同能量的电子Ｄ．有５种不同的运动区域答案D解析硅原子为１４号元素，电子排布式为１s２２s２２p6３s２３p２，共２种轨道，s轨道为球形，只有１种伸展方向，p轨道有３种伸展方向，则有４种不同的伸展方向，故A正确；硅原子为１４号元素，则核外有１４种不同运动状态的电子，故B正确；硅原子电子排布式为１s２２s２２p6３s２３p２，所以有５种不同能量的电子，故C正确；硅原子核外有３个电子层，所以有３种不同的运动区域，故D错误。

４．（２0１8·成都期末）若某基态原子的外围电子排布式为４d１５s２，则下列说法正确的是（）Ａ．该元素基态原子共有３个电子Ｂ．该元素基态原子核外有５个电子层Ｃ．该元素基态原子最外层有３个电子Ｄ．该元素基态原子M电子层共有8个电子答案B解析根据原子核外电子排布规则，结合其外围电子排布式为４d１５s２，可知该元素基态原子的核外电子排布式为１s２２s２２p6３s２３p6３d１0４s２４p6４d１５s２，故该元素基态原子共有３9个电子，５个电子层，其中最外层有２个电子，M电子层共有１8个电子，B项正确。

５．（２0１8·深州中学期中）下列关于钠元素的几种表达式错误的是（）Ａ．Na＋的轨道表示式：Ｂ．Na＋的结构示意图：Ｃ．Na的电子排布式：１s２２s２２p6３s１Ｄ．Na的简化电子排布式：[Na]３s１答案D解析Na的简化电子排布式为[Ne]３s１。