基态原子的核外电子排布 原子轨道

第2课时 基态原子的核外电子排布 原子轨道,探究1 基态、激发态与光谱 研读教材·自主认知 1.基态原子与激发态原子:,吸收,发射,2.原子光谱:不同元素的原子发生_时会吸收或释放不同的光, 可以用光谱仪摄取各种元素的电子的_或_,总称 原子光谱。 3.光谱分析:在现代化学中,利用_上的特征谱线来_ 的分析方法。,跃迁,吸收光谱,发射光谱,原子光谱,鉴定元素,合作探究·核心归纳 (1)原子光谱形成的原因是什么? 提示:不同元素的原子发生跃迁时会吸收或释放不同的光,从而形成原子光谱。 (2)电子跃迁时只吸收能量吗? 提示:不是。电子从低能量轨道跃迁到高能量轨道时吸收能量,从高能量轨道跃迁到低能量轨道时释放能量。,(3)霓虹灯的发光原理与氢原子光谱相同吗? 提示:基本相同,都是气体在较高的电压激发下发生电子的跃迁产生的。,过关小练·即时应用 1.(2015·泰安高二检测)原子光谱是线状光谱,是由不连续的谱线组成的,这表明 ( ) A.在原子中只有某些电子能够跃迁产生光谱 B.原子中的电子可以处于某些特定的能量状态,即电子的能量是量子化的 C.原子发射的光是单色光 D.白光可以由多种单色光组成,【解析】选B。原子光谱是线状光谱,也就是由具有特定频率的光形成的谱线,原子光谱之所以产生这种特定的谱线,是由于电子的能量是量子化的,电子跃迁的始态和终态的能级差也是量子化的。,2.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.电子由激发态向基态跃迁时以光的形式释放能量 B.电子由基态向激发态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,【解析】选A。氖原子中能量较高轨道上的电子以光的形式向外辐射能量跃迁到能量较低的轨道上,所发出的光的波长恰好位于可见光区域中的红色波段。,【补偿训练】图中所发生的现象与电子的跃迁无关的是 ( ),【解析】选D。燃放烟火、霓虹灯、燃烧蜡烛等获得的光能都是电子跃迁时能量以光的形式释放出来导致的,而平面镜成像则是光线反射的结果。,探究2 核外电子排布规则 研读教材·自主认知 1.原子核外电子运动状态的描述: (1)电子云。 定义:处于一定空间运动状态的电子在原子核外空间的概率密度分布的形象化描述。 含义:用单位体积内小黑点的疏密程度表示电子在原子核外出现概率大小。,形状。,球形,哑铃形,一,三,(2)原子轨道。 定义:电子在原子核外的一个_。 意义:表示原子轨道的空间分布。 不同能层所对应的能级和原子轨道的情况。,空间运动状态,球,3,哑铃,3,5,哑铃,2.核外电子排布的规则:,最,低,相反,优先单独占据,自旋状态,2,构造原理,合作探究·核心归纳 1.原子核外电子运动状态的描述: s能级的原子轨道图(球形对称),p能级的原子轨道图(哑铃形),(1)怎样描述一个电子的核外运动状态? 提示:从电子层、能级、原子轨道、自旋状态四个方面描述。 (2)s轨道的电子云图与p轨道的电子云图有何区别? 提示:s轨道的电子云图为球形,在空间只有一个伸展方向;p轨道的电子云图为哑铃形,在空间有3个伸展方向。 (3)电子云中小点的疏密程度有何意义? 提示:点疏密的程度表示了电子在原子核外出现概率的大小。,2.核外电子排布的规则: (1)原子核外电子在排布时总是按K、L、M、N的顺序填充的吗? 提示:不是。原子核外电子的排布遵循构造原理,按轨道能量由低到高依次排列,而能层越大,能级的能量不一定越高,存在一些不同能层的能级交错现象,例如E(3d)E(4s)、E(4f)E(5p)等,核外电子在充满3p后,多余电子首先填充4s而非3d,使整个原子处于能量最低的状态。,(2)为什么钾原子的原子结构示意图不是 ,而是 呢? 提示:由于出现能级交错现象,钾原子排满第一层和第二层后,再排第 三层时,先排满3s能级、3p能级,最后一个电子进入4s能级而不是3d 能级,所以它的原子结构示意图为 。,(3)为什么原子核外最外层的电子数不超过8个? 提示:由于能级交错的原因,E(nd)E(n+1)s,当ns和np充满时(共4个轨道,最多容纳8个电子),多余的电子不是填入nd,而是首先形成新电子层,填入(n+1)s轨道中,故最外层电子数不可能超过8个。,(4)为什么原子核外电子的次外层不超过18个? 提示:若最外层是第n层,次外层就是第(n-1)层。由于E(n-1)f E(n+1)sE(np),在第(n+1)层出现前,次外层只有(n-1)s、(n-1)p、 (n-1)d上有电子,这三个能级共有9个轨道,最多可容纳18个电子,因此 次外层电子数不超过18个。,【归纳总结】 1.构造原理中的能级交错现象:最常见、最重要的能级交错顺序之一是E(4s)E(3d),对于136号元素来说,应重点掌握和记忆的是“1s2s2p3s3p4s3d4p”这一顺序。,2.对核外电子排布的两点认识: (1)基态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。 (2)有少数元素的基态原子的电子排布对于构造原理有1个电子的偏差。因为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。如Cr的电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s1,不能写成1s22s22p63s23p63d44s2。,过关小练·即时应用 1.(2015·苏州高二检测)下列叙述正确的是 ( ) A.Ar3d64s2是基态原子的电子排布 B.铬原子的电子排布式:1s22s22p63s23p64s13d5 C.铜原子的外围电子排布式是3d94s2 D.氮原子的电子排布图是,【解题指南】解答本题时要注意以下两点: (1)符合电子排布三原则的是基态原子。 (2)注意136号元素中的两个特殊元素24Cr和29Cu。 【解析】选A。B项,在书写电子排布式时,不能按填充顺序书写;C项,d轨道全充满时稳定,应为3d104s1;D项违反了洪特规则。,2.在d轨道中电子排布成 而不能排布成 , 其最直接的根据是 ( ) A.能量最低原理 B.泡利原理 C.原子轨道构造原理 D.洪特规则,【解析】选D。当电子排布在同一能级的不同轨道时,基态原子中的电子总是优先单独占据一个轨道,且自旋状态相同,称为洪特规则,根据题意知,4个电子占据不同的轨道且自旋方向相同,所以其根据是洪特规则。,【方法规律】(1)对于复杂的原子或离子,若直接书写电子排布式有困难,可先写出原子的原子结构示意图,再据此写出电子排布式,如,(2)离子的电子排布式的书写方法。 先写出原子的电子排布式,再根据电子的情况进行调整。如,【补偿训练】(2015·三亚高二检测)下列原子的外围电子排布式不正确的是 ( ) A.Fe:3d64s2 B.Cr:3d44s2 C.Ar:3s23p6 D.Ni:3d84s2 【解析】选B。根据洪特规则:能量相同的轨道在全充满、半充满、全空时,体系能量最低,原子比较稳定,B项应该为3d54s1。,探究3 核外电子排布的表示方法 研读教材·自主认知 电子排布式: (1)概念:将_上所排布的电子数标注在该能级符号_,并按 照能层从左到右的顺序排列的式子。如钠原子的电子排布式可表示为 _,也可简化为_。,能级,右上角,1s22s22p63s1,Ne3s1,(2)电子排布图:用方框表示原子轨道,用不同方向的箭头表示自旋状态不同的电子的式子。 如氮原子的电子排布图是 。,合作探究·核心归纳 (1)电子排布的表示形式中最能形象表示电子排布的是哪一种? 提示:电子排布图。它不仅表示各个能级的电子数目,还表示出在各个能级的分布。,(2)下列原子的最外层电子的表示形式中,哪一种状态的能量较低? 氮原子 钠原子A.3s1 B.3p1 铬原子A.3d54s1 B.3d44s2 碳原子,提示:据洪特规则,电子在能量相同的各个轨道上排布时尽可能分占不同的原子轨道,且自旋状态相同,故选B,选A;据能量最低原理,核外电子先占有能量低的轨道,再占有能量高的轨道,中由于s轨道能量低于p轨道,故选A;中d5为半充满状态,为相对稳定的状态,所以选A。,(3)判断下列元素原子的电子排布式是否正确,若错误,请说明违反的原则,并写出正确的电子排布式。 6C;1s22s22px2 21Sc:1s22s22p63s23p63d3 22Ti:1s22s22p63s23p10,提示:错误,违反了洪特规则,正确的电子排布式为1s22s22p2。 错误,违反了能量最低原理,正确的电子排布式为1s22s22p63s23p63d14s2。 错误,违反了泡利原理,正确的电子排布式为1s22s22p63s23p63d24s2。,(4)基态铜原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d94s2,这种表示方法正确吗?为什么? 提示:不正确。能量相同的原子轨道在全充满、半充满和全空状态时,体系能量较低,原子较稳定,故铜原子的电子排布式应为1s22s22p63s23p63d104s1。,【归纳总结】 1.核外电子排布的书写方法总结:,2.电子排布式书写方法的两点认识: (1)简单原子的核外电子排布式:按照构造原理将电子依次填充到能量逐渐升高的原子轨道中。 例如7N:1s22s22p3。 (2)复杂原子的核外电子排布式:先按能量从高到低排列,然后再把同一层的电子排在一起。如26Fe,先按能量从高到低排列为1s22s22p63s23p64s23d6,然后将同一层的电子移到一起即可:1s22s22p63s23p63d64s2。,过关小练·即时应用 1.写出下列粒子的电子排布式或电子排布图。 (1)电子排布式。 17Cl: ; Ca2+: ; S2-: ; 24Cr: 。,(2)电子排布图。 O2-的电子排布图: ; F的最外层电子排布图: 。 (3)写出Al、C的最外层电子排布式: 、 。,【解题指南】解答本题时应注意以下3点: (1)明确微粒核外电子数; (2)书写时必须遵循核外电子排布的三原则; (3)注意电子排布图和外围电子排布图的区别。,【解析】(1)根据核外电子排布的三个原则进行书写即可。注意离子 的电子排布式的最外层电子的变化,如Ca2+要失去最外层电子,而S2-要 得到2个电子。 (2)O2-的电子排布式为1s22s22p6,故其电子排布图为 。 F的最外层电子排布式为2s22p5,故其电子排布图为 。 (3)Al的最外层为M层,有3个电子,故其电子排布式为3s23p1。C的最外 层为L层,有4个电子,最外层电子排布式为2s22p2。,答案:(1)1s22s22p63s23p5 1s22s22p63s23p6 1s22s22p63s23p6 1s22s22p63s23p63d54s1 (2) (3)3s23p1 2s22p2,【互动探究】(1)写出24Cr外围电子排布式和外围电子排布图。 提示:24Cr外围电子排布式3d54s1,其外围电子排布图为 。 (2)写出第4周期元素中单电子数最多的元素的电子排布式。 提示:根据(1)可以得出第4周期中单电子数最多的元素为铬元素,根据其外围电子排布图可以得出其原子中含有5个单电子。,2.下列电子排布图