高中化学 第1章 原子结构 第2节 原子结构与元素周期表 第1课时学案 鲁科版选修3

第1课时基态原子的核外电子排布

[学习目标定位] 1.了解基态原子的核外电子在原子轨道上的排布顺序。2.掌握基态原子的核外电子排布规律，会书写1～36号元素原子的核外电子排布式和轨道表示式。3.学会利用电子排布式、轨道表示式正确表示核外电子排布。

一、基态原子的核外电子排布原则

1．能量最低原则

(1)能量最低原理

基态原子的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。

(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如图所示顺序。

电子所排的能级顺序：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．泡利不相容原理

泡利不相容原理的内容：一个原子轨道中最多只能容纳两个电子，而且这两个电子的自旋方向必须相反(用“↓”“↑”表示)。例如，基态氦原子的轨道表示式为。

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能级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。

(4)每个电子层中原子轨道的总数为n2个，因此，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，应尽可能分占不同的轨道并且自旋方向

相同。这就是洪特规则。如碳原子的轨道表示式不是，而是

。

(2)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。如下列基态原子的电子排布式的书写：错误正确

铬原子1s22s22p63s23p63d44s21s22s22p63s23p63d54s1

铜原子1s22s22p63s23p63d94s21s22s22p63s23p63d104s1

原子核外电子排布要遵循三个原则

(1)能量最低原则：电子在原子轨道上的排布要尽可能地使原子的能量最低。

(2)泡利不相容原理：每个原子轨道中最多只能容纳两个电子且这两个电子的自旋方向必须相反(同一原子中不可能有运动状态完全相同的电子)。

(3)洪特规则：当电子排布在相同能量的不同轨道时，总是优先单独占据一个轨道，而且自旋方向相同。

提醒基态原子核外电子排布必须同时遵循核外电子排布三原则。

例1“各能级最多容纳的电子数是该能级原子轨道数的两倍”，支撑这一结论的理论是( )

A．构造原理B．泡利不相容原理

C．洪特规则D．能量最低原理

答案 B

解析根据泡利不相容原理，每个原子轨道中最多能容纳2个自旋状态相反的电子，所以每个能级最多能容纳的电子数是该能级原子轨道数的2倍，选项B符合题意。

例2若以E(n l)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)

D．E(5s)>E(4s)>E(4f)>E(3d)

答案 B

解析根据构造原理，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。

例3在能量相同的d轨道中电子排布成，而不排布成，最直接的依据是( )

A．能量最低原则B．泡利不相容原理

C．原子轨道能级图D．洪特规则

答案 D

解析洪特规则是指当电子排布在同一能级的不同轨道时，原子中的电子总是优先单独占据一个轨道，且自旋方向相同。

易错警示

书写基态原子的轨道表示式时，要兼顾三条原则，不能顾此失彼，防止出现以下错误：

①违反泡利不相容原理：；

②违反洪特规则：或；

③违反能量最低原则：。

二、原子核外电子排布的表示方法

1．电子排布式

(1)价电子

①定义：与元素的化学性质密切相关的外层轨道上的电子，称为价电子。

②规律：主族元素价电子数等于主族族序数。

(2)按要求填表：

电子排布式价电子排布式

S 1s22s22p63s23p43s23p4

Ca 1s22s22p63s23p64s24s2

Fe 1s22s22p63s23p63d64s23d64s2

Cu 1s22s22p63s23p63d104s13d104s1

Ge 1s22s22p63s23p63d104s24p24s24p2

2.轨道表示式

(1)用一个小圆圈(或方框)表示一个原子轨道，在圆圈(或方框)内用箭头“↑”或“↓”标明原子核外电子排布的式子称为轨道表示式。

以铝原子为例，轨道表示式中各符号、数字的意义为

(2)写出下列原子的轨道表示式：

①O：；

②Na：。

(3)在轨道表示式中也可以用方框表示一个原子轨道，如Na：。

3．原子结构示意图

(1)原子结构简(示意)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电子数。

(2)写出下列原子或离子的结构示意图：

①K：；②Fe：；

③Mg2＋：；④Cl－：。

(1)主族元素原子的最外层电子称为价电子。过渡元素原子的价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。

(2)电子排布式书写注意问题

①虽然电子排布是遵循能量最低原则的，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。

②简化电子排布式

为避免电子排布式书写繁琐，可把内层电子排布达到稀有气体结构的部分用相应稀有气体的元素符号外加“[ ]”表示。如S：[Ne]3s23p4，Ca：[Ar]4s2，Fe：[Ar]3d64s2，Ge：[Ar]3d104s24p2。

③离子的电子排布式

原子转化为离子有两种情况：一是由原子失去电子转化为阳离子，失电子的顺序与电子填入的顺序有所不同，失电子时，首先失去的是最外电子层上的电子，同层则按能级由高到低失电子；二是由原子得到电子转化为阴离子，得到的电子填入原子轨道的顺序与基态原子电子的排布顺序相同。