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第一章原子结构与性质第一节原子结构第1课时能层与能级构造原理一、开天辟地——原子的诞生1.原子的诞生:氢氦锂2.宇宙的组成元素及其含量:88.6％1/81％二、能层与能级1.能层:能量差异2.能级:3.能层、能级中所容纳的电子数:能层KLMNO……能级____________________5s5p………最多电子数2262610____________………__________…………1s2s2p3s3p3d4s4p4d4f26101426281832三、构造原理1.构造原理:(1)含义:在多电子原子中,电子在能级上的排列顺序是电子先排在能量_____的能级上,然后依次排在能量_____的能级上。较低较高(2)构造原理示意图。能层能级2.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。能级右上角(2)表示方法。钠原子的电子排布式可表示为1s22s22p63s1,也可简化为[Ne]3s1。【自我小测】1.思考辨析:(1)各能层的能级数等于其所处的能层序数。()分析:任一能层的能级都是从s能级开始,能级数等于该能层序数。(2)任何能层的s能级上的电子能量相同。()分析:不同能层上电子的能量不相同,故不同能层的s能级上电子的能量也不相同。√×(3)能层序数大,能级的能量一定大。()分析:从构造原理可以看出,各能级能量不只与能层有关。(4)K的电子排布式为1s22s22p63s23p63d1。()分析:根据构造原理,电子应先排4s能级再排3d能级,应为1s22s22p63s23p64s1。××2.科学家对原子结构的认识顺序正确的是()①道尔顿原子模型②汤姆生原子模型③卢瑟福原子模型④电子云模型A.①③②④B.④①②③C.①②③④D.④②③①【解析】选C。①1803年,英国科学家道尔顿提出了原子论;②1904年汤姆生提出葡萄干面包原子模型;③1911年卢瑟福提出原子结构行星模型;④1926年提出了电子云模型,则顺序为①②③④。3.氢原子的3d和4s能级的能量高低是()A.3d4sB.3d4sC.3d=4sD.无3d、4s轨道,无所谓能量高低【解析】选A。比较能量相对大小,首先看能层序数,大者能量高,然后再看能级,一般spdf,但要注意能级交错现象,要根据构造原理判断,如能量3d4s。4.(RJ选修3·P12改编)下列各能层不包含d能级的是()A.O能层B.P能层C.M能层D.K能层【解析】选D。多电子原子中,同一能层的电子可分为不同的能级,K层只有s能级,L层有s、p能级,从M层开始有d能级。5.(RJ选修3·P12改编)下列各原子或离子的电子排布式错误的是()A.K+1s22s22p63s23p6B.F-1s22s22p5C.S1s22s22p63s23p4D.Ca1s22s22p63s23p64s2【解析】选B。F-核外有10个电子,其电子排布式应为1s22s22p6。6.下列有关物质结构的表述正确的是()A.次氯酸的电子式B.二氧化硅的分子式SiO2C.硫原子的最外层电子排布式3s23p4D.钠离子的结构示意图【解析】选C。次氯酸的电子式为,A错;二氧化硅是原子晶体,其结构中不存在分子,B错;钠离子是钠原子失去了最外层的1个电子,其结构示意图为,D错。一、能层与能级的组成与能量关系1.不同能层的能级组成:任一能层的能级总是从s能级开始,而且能级数等于该能层序数:第一能层只有一个能级(1s),第二能层有两个能级(2s和2p),第三能层有三个能级(3s、3p和3d),依次类推。2.不同能层中各能级之间能量大小关系:(1)不同能层中同一能级,能层序数越大能量越高。例如,1s2s3s……,2p3p4p……。(2)同一能层中,各能级之间的能量大小关系是spdf……。例如,第四能层中4s4p4d4f。(3)能层和能级都相同的各原子轨道能量相等,例如,2px=2py=2pz。【拓展深化】各能层、能级容纳电子数及能量关系能层一二三四……n符号KLMN……能级1s2s、2p3s、3p、3d4s、4p、4d、4f……各能级电子数22、62、6、102、6、10、14……能层电子数281832……2n2电子离核远近近→远电子能量高低低→高【针对训练】1.(2015·梅州高二检测)下列说法正确的是()A.同一原子中,1s、2s、3s电子的能量逐渐减小B.同一原子中,2p、3p、4p能级的最多电子数依次增多C.能量高的电子在离核近的区域运动,能量低的电子在离核远的区域运动D.各能层含有的能级数为n(n为能层序数)【解题指南】解答本题时要注意以下两点:(1)任一能层中,能级数=能层序数。(2)相同能级其能层序数越大,能量越高,但最多电子数相同。【解析】选D。同一原子中能层序数越大,能量越高,离核越远,A、C项均错误;在同一能级中,其最多电子数是一定的,不论其在哪一能层中,B项错误;D项正确。2.(2015·日照高二检测)下列电子层中,包含有f能级的是()A.K电子层B.L电子层C.M电子层D.N电子层【解析】选D。K电子层是第一能层,只有1s能级;L电子层是第二能层,有两个能级,即2s和2p;M电子层是第三能层,有三个能级,即3s、3p、3d;N电子层是第四能层,有四个能级,即4s、4p、4d、4f。而根据能级数等于能层序数的关系规律,只有能层序数≥4的电子层中才有f能级。3.在同一个原子中,M能层上的电子与Q能层上的电子的能量()A.前者大于后者B.后者大于前者C.前者等于后者D.无法确定【解析】选B。在同一个原子中,能层的能量由低到高的顺序是K、L、M、N、O、P、Q……,故B正确。二、构造原理【自主导练】1.(2015·衡水高二检测)(1)某元素的原子序数为33,则:①此元素原子的电子总数是;②有个电子层,个能级;③它的电子排布式为。(2)写出S、Ca2+、Cl-的电子排布式:①S:;②Ca2+:;③Cl-:。【解题指南】解答本题时要注意以下两点:(1)原子序数与核电荷数、核外电子数的关系。(2)基态原子核外电子排布的顺序。【解析】原子序数=核外电子数,故此原子的核外电子数为33;依据构造原理,能量高低顺序为4s3d4p,则此元素的电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p3。答案:(1)①33②48③1s22s22p63s23p63d104s24p3(2)①1s22s22p63s23p4②1s22s22p63s23p6③1s22s22p63s23p62.某原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s2,下列说法中不正确的是()A.该元素原子中共有25个电子B.该元素原子核外有4个能层C.该元素原子最外层共有2个电子D.该元素原子M电子层共有8个电子【解析】选D。从电子排布式看,该原子最高能级为4s2,故有4个能层,最外层有2个电子,B、C正确;各能级的电子数之和为25,A正确;M层电子排布为3s23p63d5,故该层电子数为13,D项错误。【总结归纳】基态原子核外电子排布顺序1.绝大多数元素的原子核外电子的排布顺序遵循构造原理:2.当出现d轨道时,电子按ns、(n-1)d、np的顺序在原子轨道上排布;当出现f轨道时,电子按ns、(n-2)f、(n-1)d、np的顺序在原子轨道上排布。【针对训练】1.(2015·绵阳高二检测)铁是一种常见的金属,它在元素周期表中位于第4周期第Ⅷ族,原子序数为26,则Fe2+的结构示意图为()【解析】选C。根据轨道能量顺序图,电子首先进入能量较低的原子轨道,铁原子中的电子在填满K层和L层及3s、3p原子轨道后,接着在4s原子轨道上填充2个电子,然后在3d原子轨道上填充6个电子,则铁元素的基态原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2,即铁原子的结构示意图是。从Fe→Fe2+,铁原子首先失去的是最外层4s原子轨道上的电子,而不是失去3d原子轨道上的电子。所以,Fe2+的电子排布式为1s22s22p63s23p63d6,Fe2+的结构示意图为。2.(2015·珠海高二检测)根据构造原理比较下列能级的能量大小关系(填“”“”或“=”):(1)2s4s(2)3p3d(3)4s3d(4)5d4d(5)3s2p(6)4d5f【解析】由构造原理可知:①同一能层里,能级的能量按s、p、d、f的顺序升高,即E(ns)E(np)E(nd)E(nf);②不同能层之间,能量会产生能级交错现象,即能层序数大的,其能级的能量不一定高,如3d具有的能量介于4s和4p之间。根据构造原理不难比较各能级能量的大小。答案:(1)(2)(3)(4)(5)(6)