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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与电子排布式目标与素养：1.了解原子核外电子的能层分布，能级分布及其与能量的关系。(微观探析)2.了解原子结构的构造原理，熟记基态原子核外电子在原子轨道上的排布顺序。(宏观辨识与模型认知)3.熟练掌握1～36号元素基态原子的核外电子排布式。(微观探析与科学探究)自主预习探新知一、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宇宙氢H：约为宇宙原子总数的氦He：约为氢原子数的18二者合起来约占宇宙原子总数的以上其他90多种天然元素的原子总数加起来不足3．地球的组成元素地球上的元素非金属元素包括稀有气体：仅种金属元素：绝大多数88.6%99.7%1%22二、能层与能级1．能层能量差异K、L、M、N、O、P、Q2．能级(1)根据多电子原子中同一能层电子的不同，将它们分成不同能级。(2)能级用相应能层的序数和字母s、p、d、f……组合在一起来表示，如n能层的能级按能量由低到高的顺序排列为、、nd、nf等。(3)能层序数该能层所包含的能级数，如第三能层有能级。(4)s、p、d、f能级可容纳的电子数依次为1、3、5、7的倍。能量nsnp等于3s、3p、3d二3．能层、能级中所容纳的电子数能层(n)一二三四五六七……符号KLMNOPQ……能级1s2s2p3s3p3d4s4p4d4f5s……………………22626102610142……………………最多电子数______________………………2n2281832(1)原子结构示意图中有几个能层和能级？[答案]3,4。(2)能级ns能量一定大于(n－1)d的能量吗？[答案]不一定。三、构造原理与电子排布式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)构造原理示意图微点拨：①不同能层同能级符号的能量，能层越高，能量越高。②同能层不同能级符号的能量按ns、np、nd、nf的顺序递增。2．电子排布式(1)含义将能级上所容纳的电子数标在该能级符号的角，并按照从左到右的顺序排列的式子。(2)表示形式及各符号含义右上能层能层电子数能级(3)实例：如Mg、Sc的电子排布式：Mg：或简化写成；Sc：或简化写成。微点拨：简化式就是将内层部分电子排布式用稀有气体符号表示的式子。1s22s22p63s2[Ne]3s21s22s22p63s23p63d14s2[Ar]3d14s21．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)(1)能层就是电子层，包含不同的能级()(2)能层越高，离原子核越远()(3)ns、np、nd最多容纳的电子数均为2()(4)每一能层均包含s、p、d、f能级()[答案](1)√(2)√(3)×(4)×2．下列说法中，不符合现代大爆炸宇宙学理论的是()A．我们所在的宇宙诞生于一次大爆炸B．恒星正在不断地合成自然界中没有的新元素C．氢、氦等轻核元素是宇宙中天然元素之母D．宇宙的所有原子中，最多的是氢元素的原子[答案]B3．写出下列原子的电子排布式和简化式(1)O________________；(2)F________________；(3)Na________________；(4)S________________。[答案](1)1s22s22p4，[He]2s22p4(2)1s22s22p5，[He]2s22p5(3)1s22s22p63s1，[Ne]3s1(4)1s22s22p63s23p4，[Ne]3s23p4核心突破攻重难1.能层与能级中的四个数量关系(1)任一能层，能级数＝能层序数，且总是从s能级开始。(2)能级最多容纳的电子数＝能级中轨道数目的2倍，即以s、p、d、f……排序的各能级最多容纳的电子数依次为1、3、5、7……的2倍。(3)每一能层中最多容纳的电子数是能层序数的平方的2倍，即2n2(n代表能层序数)。(4)不同能层中相同能级所容纳的最多电子数相同。能层、能级与构造原理2．根据构造原理理解各能级的能量大小关系(1)不同能层中同一能级，能层序数越大，能量越高。例如，1s＜2s＜3s……，2p＜3p＜4p……(2)同一能层中，各能级之间的能量大小关系是ns＜np＜nd＜nf……。例如，第四能层中4s＜4p＜4d＜4f。(3)能层和能级都相同的各原子轨道能量相等。例如，2px＝2py＝2pz。(4)从第三能层开始出现能级交错现象，能级交错排列的顺序即能量由低到高的顺序，Ens＜E(n－2)f＜E(n－1)d＜Enp。例如E4s＜E3d、E5s＜E4d。1．若n＝3，以下能级符号错误的是()A．npB．nfC．ndD．nsB[当n＝3时，不存在f能级。]2．已知n表示能层序数，下列说法正确的是()A．各能级最多可容纳的电子数按s、p、d、f……的顺序依次为1、3、5、7……的2倍B．各能层的能级都是从s能级开始至f能级结束C．各能层含有的能级数为n－1D．各能层含有的电子数为2n2A[按s、p、d、f……排序的各能级可容纳的最多电子数依次为1、3、5、7……的2倍，A正确；任一能层的能级总是从s能级开始，且能级数等于该能层序数，B、C错误；每个能层可容纳的最多电子数为2n2，但不是一定含有2n2个电子，D错误。]3．下列能级符号及能量大小比较正确的是()A．2p＜2dB．3d＜4sC．2p＜3dD．4s＜3p[答案]C1.基态原子的核外电子排布(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)“能级交错”现象：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。从第三能层开始，各能级不完全遵循能层顺序，产生了能级交错排列，即产生“能级交错”现象。电子排布式2．电子排布式书写(1)“三步法”书写电子排布式构造原理是书写基态原子电子排布式的依据。第一步：按照构造原理写出电子填入能级的顺序，1s→2s→2p→3s→3p→4s→3d→4p→5s→4d→5p→6s……第二步：根据各能级容纳的电子数填充电子。第三步：去掉空能级，并按照能层顺序排列即可得到电子排布式。(2)简化的电子排布式将电子排布式中的内层电子排布用相应的稀有气体元素符号加方括号来表示而得到的式子称为简化的电子排布式。如氮、钠、钙的简化电子排布式分别为[He]2s22p3、[Ne]3s1、[Ar]4s2。(3)特例：Cr：[Ar]3d54s1、Cu：[Ar]3d104s1。3．离子的电子排布式书写基态原子转化为相应离子时的一般规律：原子失去电子时总是先失去最外层电子，然后失去次外层电子，之后是倒数第三层电子……对于主族元素的原子来说，一般只失去最外层电子，而过渡元素的原子可能还会进一步失去内层电子；原子得到电子时，一般总是填充到最外能层未填满的能级上。如Fe位于第四周期第Ⅷ族，其原子的核外电子排布式为[Ar]3d64s2，Fe2＋的核外电子排布式为[Ar]3d6，Fe3＋的核外电子排布式为[Ar]3d5。4．下列各离子或原子的电子排布式错误的是()A．Ca2＋：1s22s22p63s23p6B．O2－：1s22s22p4C．K：1s22s22p63s23p64s1D．Fe3＋：1s22s22p63s23p63d5B[已知O原子的电子排布式为1s22s22p4，故O2－的电子排布式为1s22s22p6，B项错误。]5．写出下列原子或离子的电子排布式和结构示意图。(1)S_________________________。(2)Cl－_________________________。(3)Zn_________________________。(4)Fe2＋_________________________。[答案](1)1s22s22p63s23p4，原子最外层不超过8个电子，次外层不超过18个电子依据构造原理，能级的能量顺序为np(n＋1)snd、nd(n＋1)p(n＋2)snf。那么，电子在排满np能级后接着进入的是(n＋1)s能级而不是nd能级，当nd能级上有电子时，(n＋1)s能级上已填有电子，n能层已不是最外层了，所以原子核外最外层电子不超过8个。例如，钾(19K)的各层电子数是2、8、8、1而不是2、8、9。同样，当电子排满nd能级后接着进入的是(n＋1)p能级而不是nf能级，当nf能级上有电子时，(n＋2)s能级上已填有电子，即n能层已不是次外层而是倒数第三层了，所以次外层电子不超过18个。当堂达标提素养1．宇宙中最多的元素是()A．HB．OC．HeD．NA[氢是宇宙中最丰富的元素，约占宇宙原子总数的88.6%，氦约为氢原子数的18，它们合起来约占宇宙原子总数的99.7%以上。]2．下列能层中，包含f能级的是()A．K能层B．L能层C．M能层D．N能层D[K能层是第一能层，只有1s能级；L能层是第二能层，有两个能级，即2s和2p；M能层是第三能层，有三个能级，即3s、3p、3d；N能层是第四能层，有四个能级，即4s、4p、4d、4f。根据能级数等于能层序数，只有能层序数≥4的能层才有f能级。]3．某主族元素的原子，M层上有一个半充满的能级，该原子的质子数()A．只能是7B．只能是15C．是11或13D．是11或15D[根据题意知该基态原子的核外电子排布式为1s22s22p63s1或1s22s22p63s23p3，所以该原子的质子数为11或15。]4．下列基态原子与离子的电子排布式错误的是()A．K：1s22s22p63s23p64s1B．F－：1s22s22p6C．Fe：1s22s22p63s23p63d54s2D．Kr：1s22s22p63s23p63d104s24p6C[题中K、F－和Kr的核外电子排布都符合构造原理，为能量最低状态，而Fe的核外电子排布式应为1s22s22p63s23p63d64s2，电子数目不正确。]5．(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Se、Ca2＋、Cl－的电子排布式：①Se：______________________________________；②Ca2＋：____________________________________；③Cl－：____________________________________。[解析]原子序数＝核外电子数，故此原子的核外电子数为33，电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p3(或[Ar]3d104s24p3)。[答案](1)①33②48③1s22s22p63s23p63d104s24p3(或[Ar]3d104s24p3)(2)①1s22s22p63s23p63d104s24p4(或[Ar]3d104s24p4)②1s22s22p63s23p6③1s22s22p63s23p6