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第31讲原子结构与性质-2-基础梳理考点突破对点演练原子核外电子的排布及其表示方法1.能层、能级与原子轨道(1)能层。根据多电子原子的核外电子的能量不同,将核外电子分成不同的能层,用n表示,n=1,2,3,4,…,n越大,该能层中的电子能量越高。原子核外的每一能层(序号为n)最多可容纳的电子数为2n2。(2)能级。多电子原子中,同一能层的电子,能量也可能不同,还可以把它们分成能级;同一能层里,能级的能量按s、p、d、f……的顺序升高。-3-基础梳理考点突破对点演练(3)原子轨道的形状和能量高低。轨道形状s电子的原子轨道呈球形对称p电子的原子轨道呈哑铃形各能级上的原子轨道数目s能级1个p能级3个d能级5个f能级7个……能量关系相同能层上原子轨道能量的高低𝑛s𝑛p𝑛d𝑛f形状相同的原子轨道能量的高低1s2s3s4s……同一能层内形状相同而伸展方向不同的原子轨道的能量相等,如2p𝑥、2p𝑦、2p𝑧轨道的能量相等-4-基础梳理考点突破对点演练2.基态原子核外电子排布规律(1)能量最低原理:原子的电子排布遵循构造原理,能使整个原子的能量处于最低状态。构造原理即基态原子核外电子进入原子轨道的顺序。示意图如下:说明:图中每个小圆圈表示一个能级,每一行对应一个能层,各圆圈间连接线的方向表示随核电荷数递增而增加的电子填入能级的顺序。-5-基础梳理考点突破对点演练-6-基础梳理考点突破对点演练(2)泡利原理:1个原子轨道里最多容纳2个电子,且它们的自旋状态相反。(3)洪特规则: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。-7-基础梳理考点突破对点演练3.原子结构示意图:11Na的原子结构示意图为。表明原子核外各电子层上排布的电子数。-8-基础梳理考点突破对点演练4.电子排布式(1)用核外电子分布的能级及各能级上的电子数来表示电子排布的式子。电子排布式中各符号、数字的意义为:(以钾原子为例)(2)电子排布式中的内层电子排布可用相应的稀有气体的元素符号加方括号来表示,以简化电子排布式。例如K的电子排布式可写成[Ar]4s1。(3)元素的化学性质与价电子关系密切,人们常常只表示出原子的价电子排布。如铁原子3d64s2。-9-基础梳理考点突破对点演练5.电子排布图(1)每个方框代表一个原子轨道,每个箭头代表一个电子。如基态硫原子的电子排布图为(2)电子排布图中各符号、数字的意义为(以铝原子为例)-10-基础梳理考点突破对点演练(3)原子状态与原子光谱。①原子的状态。基态原子:处于最低能量的原子。激发态原子:当基态原子的电子吸收能量后,电子会跃迁到较高能级,变成激发态原子。②基态、激发态及光谱示意图。-11-基础梳理考点突破对点演练1.核外电子的排布规律(1)遵守三大基本原理:能量最低原理、泡利原理、洪特规则。(2)能级交错现象:核外电子的能量并不是完全按能层序数的增加而升高,不同能层的能级之间的能量高低有交错现象,如E(3d)E(4s)、E(4d)E(5s)、E(5d)E(6s)、E(6d)E(7s)、E(4f)E(5p)、E(4f)E(6s)等。(3)洪特规则的特例:当能量相同的原子轨道在全充满(p6、d10、f14)、半充满(p3、d5、f7)和全空(p0、d0、f0)状态时,体系的能量最低。如24Cr的基态原子电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s1,而不是1s22s22p63s23p63d44s2。-12-基础梳理考点突破对点演练2.核外(价)电子排布的表示方法表示方法含义举例原子或离子结构示意图表示核外电子分层排布和核内质子数电子式表示原子或离子最外层电子数Cl:··Cl·····核外电子排布式表示每个能级上排布的电子数S:1s22s22p63s23p4或[Ne]3s23p4S2-:1s22s22p63s23p6电子排布图表示每个原子轨道中电子的运动状态O:-13-基础梳理考点突破对点演练表示方法含义举例价层电子排布式或排布图表示价层电子的排布S:3s23p4Fe:3d64s2-14-基础梳理考点突破对点演练例1(1)化学作为一门基础自然科学,在材料科学、生命科学、能源科学等诸多领域发挥着重要作用。高温超导材料钇钡铜氧的化学式为YBaCu3O7,其中的Cu以罕见的Cu3+形式存在。Cu在元素周期表中的位置为,基态Cu3+的核外电子排布式为。(2)物质的结构决定物质的性质。请回答下列涉及物质结构和性质的问题:①第二周期中,元素的第一电离能处于B与N之间的元素有种。②某元素位于第四周期第Ⅷ族,其基态原子的未成对电子数与基态碳原子的未成对电子数相同,则其基态原子的价层电子排布式为。13答案:(1)第四周期第ⅠB族1s22s22p63s23p63d8或[Ar]3d8(2)①3②3d84s2-15-基础梳理考点突破对点演练解析:(1)据元素周期表得,铜在周期表中位于第四周期第ⅠB族;铜是29号元素,故Cu3+的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d8或[Ar]3d8。(2)①同一周期元素中,元素的第一电离能随着原子序数的增大而呈增大趋势,但第ⅡA族、第ⅤA族元素第一电离能大于相邻元素,根据电离能的变化规律,第一电离能介于B、N之间的第二周期元素有Be、C、O三种元素。②元素位于第四周期第Ⅷ族,其基态原子的未成对电子数与基态碳原子的未成对电子数相同,基态碳原子的电子排布式为1s22s22p2,未成对电子数为2,则该元素为Ni,其基态原子的价层电子排布式为3d84s2。-16-基础梳理考点突破对点演练易错警示(1)出现d轨道时,虽然电子排布按ns、(n-1)d、np的顺序填充,但书写核外电子排布式时,仍把(n-1)d放在ns前,如Ti:1s22s22p63s23p63d24s2正确,Ti:1s22s22p63s23p64s23d2错误。(2)基态原子失电子生成金属阳离子时,应先失去最外层上的电子,如铁原子核外电子排布式为[Ar]3d64s2,失电子变为Fe2+,失去的不是能量高的3d能级上的电子,而是能量低的4s能级上的电子。所以Fe2+的基态核外电子排布式正确的为[Ar]3d6,其他[Ar]3d44s2、[Ar]3d54s1均错误。-17-基础梳理考点突破对点演练考向一原子核外电子排布与表示方法1.下列说法错误的是()A.ns电子的能量不一定高于(n-1)p电子的能量B.6C的电子排布式违反了洪特规则C.电子排布式(21Sc)1s22s22p63s23p63d3违反了能量最低原理D.电子排布式(22Ti)1s22s22p63s23p10违反了泡利原理1s22s22p𝑥2答案解析解析关闭各能级能量的大小顺序为1s、2s、2p、3s、3p、4s、3d、4p、5s……ns电子的能量一定高于(n-1)p电子的能量,A项错误;对于C原子来说,2p能级有3个能量相同的原子轨道,最后2个电子应以自旋状态相同的方式分布在两个不同的2p轨道上,违反了洪特规则,B项正确;根据轨道能量高低顺序可知E(4s)E(3d),对于21Sc原子来说,最后3个电子应先排满4s轨道,再排3d轨道,电子排布式应为1s22s22p63s23p63d14s2,故违反了能量最低原理,C项正确;对于22Ti原子来说,3p能级共有3个轨道,最多可以排6个电子,如果排10个电子,则违反了泡利原理,D项正确。答案解析关闭A-18-基础梳理考点突破对点演练2.(1)基态14C原子的核外存在对自旋状态相反的电子,硅原子的电子排布式为。(2)基态Si原子中,电子占据的最高能层具有的原子轨道数为,1mol氮气分子中σ键和π键的物质的量之比为;基态钛原子的价电子排布式为。(3)基态Fe2+的电子排布式为。(4)Fe2+的价层电子排布图(或轨道表示式)是,Cu原子的电子排布式是。答案:(1)21s22s22p63s23p2或[Ne]3s23p2(2)91∶23d24s2(3)1s22s22p63s23p63d6或[Ar]3d6(4)1s22s22p63s23p63d104s1或[Ar]3d104s1-19-基础梳理考点突破对点演练解析:(1)14C的电子排布式为1s22s22p2,两个s轨道上分别有2个自旋状态相反的电子,根据洪特规则,另两个p电子分占两个2p轨道且电子自旋状态相同;硅原子的电子排布式为1s22s22p63s23p2或[Ne]3s23p2;(2)硅原子的质子数为14,根据电子排布式,其最高能层为M层,具有的原子轨道数为9;每个氮气分子中有1个σ键和2个π键,N2中σ键和π键的物质的量之比为1∶2;Ti是22号元素,其价电子包括M层d能级与N层s能级上的电子;(3)基态Fe2+的电子排布式为1s22s22p63s23p63d6或[Ar]3d6;(4)铁的原子序数是26,根据核外电子排布规律知,亚铁离子的价层电子排布图(或轨道表示式)是;铜的原子序数是29,则铜的电子排布式是1s22s22p63s23p63d104s1或[Ar]3d104s1。-20-基础梳理考点突破对点演练考向二根据基态原子核外电子排布推断元素3.M、R、X、Y为原子序数依次增大的短周期主族元素,Z是一种过渡元素。M基态原子L层中p轨道电子数是s轨道电子数的2倍,R是同周期元素中最活泼的金属元素,X和M形成的一种化合物是引起酸雨的主要大气污染物,Z的基态原子4s和3d轨道半充满。请回答下列问题:(1)写出M、R的价电子排布式:M、R。(2)写出X、Y的价电子排布图:X、Y。(3)写出Z的核外电子排布式:,Z的核外未成对电子数为。答案:(1)2s22p43s1(2)(3)1s22s22p63s23p63d54s1或[Ar]3d54s16-21-基础梳理考点突破对点演练解析:根据题目给出的M、R和X的信息可推断出,M是氧元素,R是钠元素,X是硫元素。根据M、R、X、Y为原子序数依次增大的短周期主族元素可推断出Y是氯元素。根据Z的基态原子4s和3d轨道半充满,则Z元素原子的核外有24个电子,是铬元素。-22-基础梳理考点突破对点演练4.A、B、C、D、E、F代表6种元素。请回答下列问题。(1)A元素基态原子的最外层有2个未成对电子,次外层有2个电子,其元素符号为。(2)B元素的-1价离子和C元素的+1价离子的电子层结构都与氩相同,B的元素符号为,C的元素符号为。(3)D元素的+3价离子的3d能级为半充满,D的元素符号为,其基态原子的电子排布式为。(4)E元素基态原子的M层全充满,N层没有成对电子,只有一个未成对电子,E的元素符号为,其基态原子的电子排布式为。(5)F元素的原子最外层电子排布式为nsnnpn+1,则n=;原子中能量最高的电子位于能级。-23-基础梳理考点突破对点演练答案:(1)C或O(2)ClK(3)Fe1s22s22p63s23p63d64s2或[Ar]3d64s2(4)Cu1s22s22p63s23p63d104s1或[Ar]3d104s1(5)22p-24-基础梳理考点突破对点演练解析:(1)A元素基态原子次外层有2个电子,故次外层为K层,A元素有2个电子层,由题意可写出其电子排布图为,则该元素核外有6个电子,为碳元素,其元素符号为C,另外氧原子同样也符合要求,其电子排布图为。(2)B-、C+的电子层结构都与Ar相同,即核外都有18个电子,则B为17号元素Cl,C为19号元素K。(3)D元素原子失去2个4s电子和1个3d电子后变成+3价离子,其原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2,即为26号元素Fe。(4)根据题意要求,首先写出电子排布式:1s22s22p63s23p63d104s1,该元素为29号元素Cu。-25-基础梳理考点突破对点演练(5)s能级只有1个原子轨道,故最多只能容纳2个电子,即n=2,所以元素F的原子最外层电子排布式为2s22p3,由此可知F是氮元素;根据核外电子排布的能量最低原理,可知氮原子的能量最高的电子位于2p能级。-26-基础梳理考点突破对点