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第1课时原子的诞生、能层、能级和构造原理课程目标核心素养建构1.了解原子结构的构造原理。2.知道原子核外电子的能级分布，能用电子排布式表示常见元素(1～36号)原子核外电子的排布。核外电子运动特征能层能级排布规律排布规则构造原理[知识梳理]一、原子的诞生、能层与能级1.原子的诞生2.宇宙中元素的组成及含量3.能层根据多电子原子核外电子的能量差异，将核外电子分成不同的能层，能层用K、L、M、N、O、P、Q……表示。4.能级(1)根据多电子原子中同一能层电子能量的不同，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，在每一个能层中，能级符号的顺序是ns、np、nd、nf……(n表示能层)。(3)能层序数等于该能层所包含的能级数，如第三能层有能级3个(3s、3p、3d)。(4)s、p、d、f……能级可容纳的最多电子数为1、3、5、7……的2倍。5.能层、能级的符号和所能容纳的最多电子数能层(n)一二三四五六七……符号KLMNOPQ……能级1s2s2p3s3p3d4s4p4d4f5s……………………最多电子数22626102610142……………………281832………………2n2【自主思考】1.原子核外电子的每一个能层最多可容纳的电子数与能层的序数(n)间存在什么关系？答案每个能层最多容纳2n2个电子。2.不同的能层所含有的能级数与能层的序数(n)间存在什么关系？答案各能层的能级数＝能层序数，如第1能层只有1个能级(1s)，第2能层有2个能级(2s、2p)、第3能层有3个能级(3s、3p、3d)。3.英文字母相同的不同能级(如2p、3p)中所能容纳的最多电子数是否相同？答案相同，如2p、3p能级最多容纳的电子数都是6个。二、构造原理与电子排布式1.构造原理随着原子核电荷数的递增，绝大多数元素的原子核外电子的排布将遵循下图的排布顺序。人们把它称为构造原理。即电子填充能级的顺序：1s、2s、2p、3s、3p、4s、3d、4p、5s、4d、5p、6s、4f、5d、6p、7s……2.电子排布式将能级上排布的电子数标在该能级符号右上角，并按照能层从左到右的顺序排列的式子，称电子排布式，如Mg原子的电子排布式中数字和符号的意义为铝原子的电子排布式为1s22s22p63s23p1，也可以写成[Ne]3s23p1。【自主思考】1.通过分析构造原理，回答下列问题：(1)不同能层、不同能级(s、p、d、f)的排布遵循什么规律？(2)原子最外层、次外层及倒数第三层最多容纳的电子数为什么分别是8、18、32个？答案(1)ns＜(n－2)f＜(n－1)d＜np＜(n＋1)s。(2)最外层由ns、np组成，电子数不大于2＋6＝8；次外层由(n－1)s、(n－1)p、(n－1)d组成，电子数不大于2＋6＋10＝18；倒数第三层由(n－2)s、(n－2)p、(n－2)d、(n－2)f组成，电子数不大于2＋6＋10＋14＝32。2.从元素周期表中查出Cr、Cu的价电子排布式，思考：(1)电子排布式的书写顺序与核外电子填充顺序一定相同吗？(2)所有元素的原子核外电子排布都符合构造原理吗？答案(1)不一定相同，电子排布式的书写按电子层由里到外和s、p、d顺序，而核外电子填充顺序是按构造原理。过渡元素电子排布式书写与电子填充顺序不一致。(2)1～36号元素中，只有Cr、Cu两种元素基态原子的电子填充顺序与构造原理不符合。3.钠的电子排布写成[Ne]3s1，方括号里的符号是什么意义？模仿写出8号、14号、26号元素简化的电子排布式。答案方括号里符号的意义是稀有气体元素原子的结构，表示该元素前一周期的稀有气体元素原子的电子排布结构；O：[He]2s22p4；Si：[Ne]3s22p2；Fe[Ar]3d64s2。[效果自测]1.判断正误，正确的打“√”；错误的打“×”。(1)第三能层有s、p共2个能级()(2)3d能级最多容纳5个电子()(3)第三能层最多容纳8个电子()(4)任一能层的s能级最多容纳的电子数均为2()(5)s能级的能量一定比p能级的低()(6)3p2表示3p能级只能填充两个电子()(7)同一原子中，1s、2p、4p电子的能量逐渐降低()(8)同一原子中，2p、3p、4p电子的能量逐渐升高()(9)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()答案(1)×(2)×(3)×(4)√(5)×(6)×(7)×(8)√(9)√2.下列对不同时期原子结构模型提出的时间排列正确的是()①电子分层排布模型②“葡萄干布丁”模型③量子力学模型④道尔顿原子学说⑤核式模型A.①③②⑤④B.④②③①⑤C.④②⑤①③D.④⑤②①③解析阴极射线的发现、α粒子散射实验、氢原子光谱的发现和研究，对揭示原子内部结构的奥秘起到了极为重要的作用。道尔顿、汤姆生、卢瑟福、玻尔等人提出的原子结构模型对人类探索物质结构做出了巨大的贡献。原子结构模型的演变过程可以表述为道尔顿原子学说→汤姆生“葡萄干布丁”模型→卢瑟福核式模型→玻尔电子分层排布模型→量子力学模型。答案C3.比较下列原子的能级的能量高低：(1)3d，4s；(2)3s，3p，3d；(3)2s，3s，4s。解析解答此题的关键在于熟记构造原理。各能级的能量按1s、2s、2p、3s、3p、4s、3d、4p、5s……的顺序逐渐升高。答案(1)4s＜3d(2)3s＜3p＜3d(3)2s＜3s＜4s探究一能层、能级和构造原理的理解【探究讨论】1.怎么比较电子能量的高低？提示(1)英文字母相同的不同能级中，能层序数越大，电子能量越高。如E2p＜E3p＜E4p＜……(2)同一能层中，能级越高，电子能量越高。如E4s＜E4p＜E4d＜E4f。(3)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。如E4s＜E3d、E5s＜E4d、E6s＜E4f＜E5d……(4)能层和能级都相同时，电子的能量相同。2.原子核外电子按能量的差异如何分成能级组？提示如下图所示：每一行表示1个能级组，自下而上表示n个能级组，其能量依次升高；在同一能级组内，从左到右能量依次升高。【点拨提升】1.各能级的能量并不是按能层序数增大的顺序递增的，从第三能层开始出现了能层高的能级的能量比能层低的能级的能量低的现象，称为能级交错现象。能级交错可以表示为能量ns＜（n－2）f＜（n－1）d＜np，如4s＜3d，5s＜4d，6s＜4f＜5d等。要特别记忆4s＜3d这一能级交错现象。2.原子核外电子按能量由低到高的顺序依次排布。因此，根据构造原理可以比较各能级的能量高低。【典题例证1】下列有关认识正确的是（）A.各能层的能级数按K、L、M、N分别为1、2、3、4B.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2n2解析各能层中的能级数等于其所处的能层序数，即当n＝1时，它只有一个s能级，当n＝2时，含有两个能级分别为s、p能级，所以B、C都不正确；D选项中每个能层最多能填充2n2个电子，但不是一定含有2n2个电子。答案A【学以致用1】比较下列原子能级的能量高低。(1)2s________3s；(2)2s________3d；(3)3p________3s；(4)4f________5f；解析根据构造原理，各能级能量由低到高的顺序为：1s、2s、2p、3s、3p、4s、3d、4p、5s、4d、5p、6s、4f、5d、6p、7s、5f、6d、7p……。答案(1)＜(2)＜(3)＞(4)＜探究二电子排布式的书写【探究讨论】1.书写电子排布式应注意的问题是什么？提示电子排布按构造原理填充，而书写电子排布式时，按能层由小到大的顺序书写，同一能层按能级顺序连在一起。如Fe：1s22s22p63s23p63d64s2，而不能写成1s22s22p63s23p64s23d6。2.基态原子失电子的规律？提示基态原子失电子时，由外层向里层，按能级顺序失去电子。【点拨提升】1.简单原子的电子排布式的书写按照构造原理将电子依次填充到能量逐渐升高的能级中。如：6C：1s22s22p210Ne：1s22s22p617Cl：1s22s22p63s23p519K：1s22s22p63s23p64s12.复杂原子的电子排布式的书写对于较复杂的电子排布式，应先按能量最低原理从低到高排列，然后将同一层的电子移到一起。如：26Fe：先按能量从低到高排列为1s22s22p63s23p64s23d6，然后将同一层的排列一起，即该原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2。3.利用构造原理书写简化电子排布式如K：1s22s22p63s23p64s1，其简化电子排布式可表示为[Ar]4s1，其中[Ar]代表Ar原子的核外电子排布式，即1s22s22p63s23p6，4s1是K原子的最外层电子排布。再如Fe原子的简化电子排布式为[Ar]3d64s2。4.简单离子电子排布式的书写先写原子的电子排布式，然后再得失电子。例如：O2－的电子排布式，先写O原子的电子排布式为1s22s22p4，再得2个电子知O2－的电子排布式为1s22s22p6。Fe3＋的电子排布式，先写Fe原子的电子排布式为[Ar]3d64s2，再失去3个电子（由外层向里层失去电子）得到Fe3＋电子排布式为[Ar]3d5，而不能先失去3d上的3个电子，再按能层顺序写成[Ar]3d34s2。5.特殊原子的电子排布式书写规则当能级处于全空、全充满或半充满状态时，能量相对较低，原子结构较稳定。（1）24Cr的电子排布式的书写（2）29Cu的电子排布式的书写【典题例证2】按要求填空：（1）基态B原子的电子排布式为。（2）基态N原子的价电子排布式为。（3）Se原子序数为，其核外M层电子的排布式为。（4）Li3N晶体中氮以N3－存在，基态N3－的电子排布式为。（5）写出基态镓（Ga）原子的电子排布式：。解析B的核外有5个电子，电子排布式为1s22s22p1或[He]2s22p1。N原子最外层有5个电子，最高能层为2，价电子排布式为2s22p3。Se与O同主族。原子序数为34，N能层有6个电子，故其M层排满，M层电子排布式为3s23p63d10。N原子电子排布式为1s22s22p3，N原子得到3个电子所得N3－的电子排布式为1s22s22p6。Ga为第四周期第ⅢA族元素。故其原子最外层电子排布式为4s24p1，Ga原子电子排布式为[Ar]3d104s24p1或1s22s22p63s23p63d104s24p1。答案（1）1s22s22p1或[He]2s22p1（2）2s22p3（3）343s23p63d10（4）1s22s22p6（5）1s22s22p63s23p63d104s24p1或[Ar]3d104s24p1【学以致用2】按要求填空：（1）根据构造原理写出下列基态原子或离子的核外电子排布式。①A元素原子核外M层电子数是L层电子数的一半：。②B元素原子的最外层电子数是次外层电子数的1.5倍：。③基态Ni2＋、Fe3＋、S2－的电子排布式分别为、、。（2）某元素的最外层电子排布式是4s24p5，则其元素符号为。（3）基态Ti2＋中，电子占据的最高的能层符号为，该能层有个能级。（4）写出基态砷原子的电子排布式，砷位于元素周期表中周期第族。解析（1）①L层有8个电子，则M层有4个电子，故A为硅。②当次外层为K层时，最外层电子数则为3，为硼；当次外层为L层时，最外层电子数为1.5×8＝12，违背了排布规律，故不可能。③Ni的原子序数为28，根据构造原理，基态Ni原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d84s2，故Ni2＋的电子排布式为1s22s22p63s23p63d8；基态Fe原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2，故Fe3＋的电子排布式为1s22s22p63s23p63d5；硫原子序数为16，基态硫原子的电子排布式为1s2