高中化學(xué)新教材同步選擇性必修第二冊(cè) 第1章 第一節(jié) 第2課時(shí) 構(gòu)造原理與電子排布式　電子云與原子軌道

第2課時(shí)構(gòu)造原理與電子排布式電子云與原子軌道[核心素養(yǎng)發(fā)展目標(biāo)]1.結(jié)合構(gòu)造原理形成核外電子排布式書寫的思維模型，并根據(jù)思維模型熟練書寫1～36號(hào)元素的電子排布式。2.通過(guò)原子軌道和電子云模型的學(xué)習(xí)，全面了解核外電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的描述方法。一、構(gòu)造原理與電子排布式1．構(gòu)造原理(1)含義以光譜學(xué)事實(shí)為基礎(chǔ)，從氫開始，隨核電荷數(shù)遞增，新增電子填入能級(jí)的順序稱為構(gòu)造原理。(2)示意圖2．電子排布式將能級(jí)上所容納的電子數(shù)標(biāo)在該能級(jí)符號(hào)右上角，并按照能層從左到右的順序排列的式子。如氮原子的電子排布式為[應(yīng)用體驗(yàn)](1)根據(jù)構(gòu)造原理，試比較下列能級(jí)的能量高低(填“＞”或“＜”)。①4s________3d；②6s________4f________5d。答案①＜②＜＜(2)根據(jù)構(gòu)造原理，寫出下列基態(tài)原子的核外電子排布式①2He：________________________________________________________________________；②8O：________________________________________________________________________；③10Ne：________________________________________________________________________；④14Si：________________________________________________________________________；⑤18Ar：________________________________________________________________________；⑥19K：________________________________________________________________________；⑦21Sc：________________________________________________________________________；⑧26Fe：________________________________________________________________________。答案①1s2②1s22s22p4③1s22s22p6④1s22s22p63s23p2⑤1s22s22p63s23p6⑥1s22s22p63s23p64s1⑦1s22s22p63s23p63d14s2⑧1s22s22p63s23p63d64s2從構(gòu)造原理圖可以看出，從第三能層開始，不同能層的能級(jí)出現(xiàn)“能級(jí)交錯(cuò)”現(xiàn)象。即：隨核電荷數(shù)的遞增，電子并不總是填滿一個(gè)能層后再開始填入下一個(gè)能層的。電子是按3p→4s→3d的順序而不是按3p→3d→4s的順序填充的，這種現(xiàn)象稱為能級(jí)交錯(cuò)。一般規(guī)律為ns＜(n－2)f＜(n－1)d＜np，在書寫基態(tài)原子的電子排布式時(shí)，仍按能層順序?qū)憽?．簡(jiǎn)化電子排布式電子排布式可以簡(jiǎn)化，如Na的電子排布式可簡(jiǎn)化為[Ne]3s1，其中[Ne]表示______________________________________________________________________________________。試寫出上題1中②④⑥⑦⑧的簡(jiǎn)化電子排布式②____________；④____________；⑥____________；⑦_(dá)___________；⑧____________。答案Na的內(nèi)層電子排布與稀有氣體元素Ne的核外電子排布相同[He]2s22p4[Ne]3s23p2[Ar]4s1[Ar]3d14s2[Ar]3d64s2[應(yīng)用體驗(yàn)]根據(jù)構(gòu)造原理試寫出下列基態(tài)原子的電子排布式和簡(jiǎn)化電子排布式①24Cr：________________________，__________________________________。②29Cu：________________________，__________________________________。③33As：________________________，__________________________________。④35Br：________________________，__________________________________。答案①1s22s22p63s23p63d54s1[Ar]3d54s1②1s22s22p63s23p63d104s1[Ar]3d104s1③1s22s22p63s23p63d104s24p3[Ar]3d104s24p3④1s22s22p63s23p63d104s24p5[Ar]3d104s24p54．價(jià)層電子排布式為突出化合價(jià)與電子排布的關(guān)系，將在化學(xué)反應(yīng)中可能發(fā)生電子變動(dòng)的能級(jí)稱為價(jià)電子層(簡(jiǎn)稱價(jià)層)。如：Ni的簡(jiǎn)化電子排布式為________，價(jià)層電子排布為______，試寫出下列原子的價(jià)層電子排布式①13Al：________；②32Ge：________；③34Se：________。答案[Ar]3d84s23d84s2①3s23p1②4s24p2③4s24p45．稀有氣體的基態(tài)原子的最外層電子排布均達(dá)到穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，除氦外最外層電子的排布通式為______________。答案ns2np6二、電子云與原子軌道1．概率密度1913年，玻爾提出氫原子模型，電子在線性軌道上繞核運(yùn)行。量子力學(xué)指出，一定空間運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的電子在核外空間各處都可能出現(xiàn)，但出現(xiàn)的概率不同，可用概率密度(ρ)表示，即ρ＝eq\f(P,V)(P表示電子在某處出現(xiàn)的概率；V表示該處的體積)。2．電子云(1)定義：處于一定空間運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的電子在原子核外空間的概率密度分布的形象化描述。(2)含義：用單位體積內(nèi)小黑點(diǎn)的疏密程度表示電子在原子核外出現(xiàn)概率大小，小黑點(diǎn)越密，表示概率密度越大。(3)形狀3．原子軌道(1)概念：量子力學(xué)把電子在原子核外的一個(gè)空間運(yùn)動(dòng)狀態(tài)稱為一個(gè)原子軌道。(2)形狀①s電子的原子軌道呈球形，能層序數(shù)越大，原子軌道的半徑越大。②p電子的原子軌道呈啞鈴形，能層序數(shù)越大，原子軌道的半徑越大。(3)各能級(jí)所含有原子軌道數(shù)目能級(jí)符號(hào)nsnpndnf軌道數(shù)目1357原子軌道與能層序數(shù)的關(guān)系(1)不同能層的同種能級(jí)的原子軌道形狀相同，只是半徑不同。能層序數(shù)n越大，原子軌道的半徑越大。如：(2)s能級(jí)只有1個(gè)原子軌道。p能級(jí)有3個(gè)原子軌道，它們互相垂直，分別以px、py、pz表示。在同一能層中px、py、pz的能量相同。(3)原子軌道數(shù)與能層序數(shù)(n)的關(guān)系：原子軌道數(shù)目＝n2。(1)電子的運(yùn)動(dòng)與行星相似，圍繞原子核在固定軌道上高速旋轉(zhuǎn)()(2)1s電子云示意圖，一個(gè)小黑點(diǎn)表示一個(gè)自由運(yùn)動(dòng)的電子()(3)1s電子云中點(diǎn)的疏密表示電子在某一位置出現(xiàn)機(jī)會(huì)的多少()(4)能層序數(shù)越大，s電子云的半徑越大()答案(1)×(2)×(3)√(4)√1．(1)可正確表示原子軌道的是________(填字母)。A．2sB．2dC．3pD．3f(2)如圖是s能級(jí)、p能級(jí)的原子軌道圖，試回答問(wèn)題：①s能級(jí)的原子軌道呈________形，每個(gè)s能級(jí)有______個(gè)原子軌道；p能級(jí)的原子軌道分別相對(duì)于x、y、z軸________，每個(gè)p能級(jí)有________個(gè)原子軌道。②s能級(jí)原子軌道、p能級(jí)原子軌道的半徑與________有關(guān)，________越大，原子軌道半徑越大。答案(1)AC(2)①球1對(duì)稱3②能層序數(shù)能層序數(shù)解析(1)L能層只有2s、2p能級(jí)，M能層只有3s、3p、3d能級(jí)，故選A、C。(2)s軌道在三維空間分布的圖形為球形，p軌道空間分布的圖形分別相對(duì)于x、y、z軸對(duì)稱，原子軌道的半徑與能層數(shù)有關(guān)，并隨能層數(shù)的增大而增大。2．元素X的原子最外層電子排布式為nsnnpn＋1。試回答下列各題：(1)電子排布式中的n＝________；原子中能量最高的是________電子，其電子云在空間有__________________________方向，原子軌道呈現(xiàn)________形。(2)元素X的名稱是________。答案(1)22p(寫出np也可以)三種互相垂直的伸展啞鈴(2)氮解析元素X的原子最外層電子排布式為nsnnpn＋1，所以根據(jù)核外電子排布規(guī)律可知n＝2，因此是N元素。1．(2019·邢臺(tái)市月考)圖1和圖2分別是1s電子的概率密度分布圖和原子軌道圖。下列有關(guān)說(shuō)法正確的是()A．圖1中的每個(gè)小黑點(diǎn)表示1個(gè)電子B．圖2表示1s電子只能在球體內(nèi)出現(xiàn)C．圖2表明1s軌道呈球形，有無(wú)數(shù)對(duì)稱軸D．圖1中的小黑點(diǎn)表示電子在核外所處的位置答案C解析電子云就是用小黑點(diǎn)的疏密來(lái)表示空間各電子出現(xiàn)概率大小的一種圖形，小黑點(diǎn)表示空間各電子出現(xiàn)的幾率，A、D錯(cuò)誤；在界面內(nèi)出現(xiàn)該電子的幾率大于90%，界面外出現(xiàn)該電子的幾率不足10%,B錯(cuò)誤。2．下列說(shuō)法正確的是()A．不同的原子軌道形狀一定不相同B．p軌道呈啞鈴形，因此p軌道上的電子運(yùn)動(dòng)軌跡呈啞鈴形C．2p能級(jí)有3個(gè)p軌道D．氫原子的電子運(yùn)動(dòng)軌跡呈球形答案C解析不同能級(jí)的原子軌道形狀可以相同，如1s、2s能級(jí)的原子軌道都是球形，只是半徑不同，A錯(cuò)誤；現(xiàn)在的技術(shù)無(wú)法測(cè)定電子在原子核外的運(yùn)動(dòng)軌跡，原子軌道只是體現(xiàn)電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，B、D錯(cuò)誤；任何能層的p能級(jí)都有3個(gè)p軌道，C正確。3．下列說(shuō)法中正確的是()A．1s電子云呈球形，表示電子繞原子核做圓周運(yùn)動(dòng)B．ns能級(jí)的原子軌道圖可表示為C．3d3表示3d能級(jí)有3個(gè)軌道D．電子云圖中的小黑點(diǎn)密度大，說(shuō)明該原子核外空間電子數(shù)目多答案B解析電子云表示電子在核外空間某處出現(xiàn)的機(jī)會(huì)，不代表電子的運(yùn)動(dòng)軌跡，故A錯(cuò)誤；ns能級(jí)的電子云呈球形，所以可以用該圖表示該能級(jí)的原子軌道，故B正確；3d3表示3d能級(jí)有3個(gè)電子，故C錯(cuò)誤；電子云圖中的小黑點(diǎn)的疏密表示電子出現(xiàn)機(jī)會(huì)的多少，密則機(jī)會(huì)大，疏則機(jī)會(huì)小，故D錯(cuò)誤。4．下列說(shuō)法中正確的是()A．1s22s12p1表示的是激發(fā)態(tài)原子的核外電子排布B．3p2表示3p能級(jí)有兩個(gè)原子軌道C．同一原子中，1s、2s、3s電子的能量逐漸減小D．同一原子中，2p、3p、4p能級(jí)中的軌道數(shù)依次增多答案A解析A項(xiàng)，1個(gè)2s電子被激發(fā)到2p能級(jí)上，表示的是激發(fā)態(tài)原子，正確；B項(xiàng)，3p2表示3p能級(jí)上填充了2個(gè)電子，錯(cuò)誤；C項(xiàng)，同一原子中能層序數(shù)越大，能量也就越高，離核越遠(yuǎn)，故1s、2s、3s電子的能量逐漸升高，錯(cuò)誤；D項(xiàng)，在同一能級(jí)中，其軌道數(shù)是一定的，而不論它在哪一能層中，即同一原子中2p、3p、4p能級(jí)中的軌道數(shù)都是相同的，錯(cuò)誤。5．寫出下列原子的電子排布式：(1)11Na：________________；(2)16S：____________________________________________；(3)34Se：________________；(4)20Ca：___________________________________________；(5)26Fe：________________；(6)30Zn：____________________________________________。答案(1)1s22s22p63s1(2)1s22s22p63s23p4(3)1s22s22p63s23p63d104s24p4(4)1s22s22p63s23p64s2(5)1s22s22p63s23p63d64s2(6)1s22s22p63s23p63d104s26．A、B、C、D是四種短周期元素，E是過(guò)渡元素。A、B、C同周期，C、D同主族，A的原子結(jié)構(gòu)示意圖為，B是同周期除稀有氣體外半徑最大的元素，C的最外層有三個(gè)成單電子，E的外圍電子排布式為3d64s2。回答下列問(wèn)題：(1)A為________(寫出元素符號(hào)，下同)；(2)B為________，簡(jiǎn)化電子排布式是________；(3)C為________，核外電子排布式是________；(4)D為________，價(jià)層電子排布式是________；(5)E原子結(jié)構(gòu)示意圖是________。答案(1)Si(2)Na[Ne]3s1(3)P1s22s22p63s23p3(4)N2s22p3(5)解析A、B、C、D是四種短周期元素，由A的原子結(jié)構(gòu)示意圖可知，x＝2，A的原子序數(shù)為14，故A為Si元素；A、B、C同周期，B是同周期除稀有氣體外半徑最大的元素，故B為Na元素，C的最外層有三個(gè)成單電子，C原子的3p能級(jí)有3個(gè)電子，故C為P元素；C、D同主族，故D為N元素；E是過(guò)渡元素，E的外圍電子排布式為3d64s2，則E為Fe元素，據(jù)此答題。題組一構(gòu)造原理的應(yīng)用1．構(gòu)造原理揭示的電子排布能級(jí)順序，實(shí)質(zhì)是各能級(jí)能量高低。若以E(nl)表示某能級(jí)的能量，以下各式中正確的是()A．E(5s)>E(4f)>E(4s)>E(3d)B．E(3d)>E(4s)>E(3p)>E(3s)C．E(4s)<E(3s)<E(2s)<E(1s)D．E(5s)>E(4s)>E(4f)>E(3d)答案B解析根據(jù)構(gòu)造原理，各能級(jí)能量由高到低的順序?yàn)?s、2s、2p、3s、3p、4s、3d、4p、5s……，A項(xiàng)和D項(xiàng)正確順序?yàn)镋(4f)>E(5s)>E(3d)>E(4s)；對(duì)于不同能層的相同能級(jí)，能層序數(shù)越大，能量越高，所以C項(xiàng)錯(cuò)誤。2．以下電子排布式是基態(tài)原子的電子排布的是()①1s12s1②1s22s12p1③1s22s22p63s2④1s22s22p63s23p1A．①② B．①③C．②③ D．③④答案D解析①基態(tài)原子的電子排布式應(yīng)為1s2，發(fā)生電子躍遷為1s12s1，故①錯(cuò)誤；②基態(tài)原子的電子排布式應(yīng)為1s22s2，發(fā)生電子躍遷為1s22s12p1，故②錯(cuò)誤；③、④符合基態(tài)原子電子排布規(guī)律，故③、④正確。3．表示一個(gè)原子在M能層上有10個(gè)電子，可以寫成()A．3p6 B．3d10C．3s23p63d24s2 D．3s23p64s2答案C解析M層為第3電子層，每一電子層中的電子按照從低到高的順序進(jìn)行排列。所以應(yīng)該先排3s，然后3p，然后是4s，最后3d2，C項(xiàng)正確。4．下列各項(xiàng)中，前面的能級(jí)先填入電子的為()①3d和4s②4p和5s③5s和4d④5p和4dA．①②B．②③C．②④D．③④答案B解析原子核外電子優(yōu)先占有能量低的軌道，軌道能量的高低由能層和能級(jí)決定。①中的3d>4s，②中的4p<5s，③中的5s<4d，④中的5p>4d。所以前面能級(jí)先填入電子的是②③。5．39號(hào)元素釔的電子排布式應(yīng)是下列排布中的哪一組()A．1s22s22p63s23p63d104s24p64d15s2B．1s22s22p63s23p63d104s24p65s25p1C．1s22s22p63s23p63d104s24p64f15s2D．1s22s22p63s23p63d104s24p65s25d1答案A解析根據(jù)構(gòu)造原理，電子填入能級(jí)的先后順序?yàn)?s、3d、4p、5s、4d，因此釔元素的最后3個(gè)電子分別填入5s、4d能級(jí)，價(jià)電子排布式為4d15s2，故A項(xiàng)正確。6．主族元素的原子失去最外層電子形成陽(yáng)離子，主族元素的原子得到電子填充在最外層形成陰離子。下列各原子或離子的電子排布式錯(cuò)誤的是()A．Al1s22s22p63s23p1 B．O2－1s22s22p6C．Na＋1s22s22p6 D．Si1s22s22p2答案D解析Al為13號(hào)元素，其原子電子排布式為1s22s22p63s23p1，選項(xiàng)A正確；氧為8號(hào)元素，O2－的電子排布式為1s22s22p6，選項(xiàng)B正確；鈉為11號(hào)元素，Na＋的電子排布式為1s22s22p6，選項(xiàng)C正確；硅為14號(hào)元素，原子的電子排布式為1s22s22p63s23p2，選項(xiàng)D錯(cuò)誤。7．已知元素X的基態(tài)原子最外層電子排布為nsn－1npn＋2，則X元素的原子序數(shù)為()A．9B．10C．17D．18答案C解析X的基態(tài)原子最外層電子排布為3s3－13p3＋2，為氯元素。8．在下列所示的微粒中，氧化性最強(qiáng)的是()A．1s22s22p2 B．1s22s22p5C．1s22s22p63s1 D．1s22s22p6答案B解析根據(jù)原子核外電子排布可知，A是C，B是F，C是Na，D是Ne，所以氧化性最強(qiáng)的是F。9．下列元素相關(guān)粒子的簡(jiǎn)化電子排布式中，前者一定是金屬元素，后者一定是非金屬元素的是()A．[Ne]3s23p2[Ne]3s2B．[Ar]4s1[Ne]3s23p4C．[Ne]3s23p1[Ar]4s2D．[He]2s22p4[Ne]3s23p5答案B解析A項(xiàng)，兩種元素分別為Si、Mg，Si為非金屬元素，Mg為金屬元素；B項(xiàng)，兩種元素分別為K、S，符合題意；C項(xiàng)，兩種元素分別為Al、Ca，均為金屬元素；D項(xiàng)，兩種元素分別為O、Cl，均為非金屬元素。題組二電子云與原子軌道10．符號(hào)3px所代表的含義是()A．px軌道上有3個(gè)電子B．第三能層px軌道有3個(gè)伸展方向C．px電子云有3個(gè)伸展方向D．第三能層沿x軸方向伸展的p軌道答案D解析p能級(jí)有3個(gè)軌道，沿x、y、z三個(gè)不同的方向延伸，3px所代表的含義是第三能層沿x軸方向伸展的p軌道，最多只容納2個(gè)電子。11．下列說(shuō)法中正確的是()A．s電子云是在空間各個(gè)方向上伸展程度相同的對(duì)稱形狀B．p電子云的形狀是對(duì)頂雙球C．L能層有d軌道D．2d能級(jí)包含5個(gè)原子軌道，最多容納10個(gè)電子答案A解析s電子云是球形對(duì)稱的，因此s電子云是在空間各個(gè)方向上伸展程度相同的對(duì)稱形狀，A正確；p電子云是啞鈴形，B錯(cuò)誤；L電子層只有2s、2p兩個(gè)能級(jí)，無(wú)d軌道，C錯(cuò)誤；從第三電子層開始出現(xiàn)d能級(jí)，即沒(méi)有2d能級(jí)，D錯(cuò)誤。12．下列說(shuō)法正確的是()A．因?yàn)閜軌道是“8”字形的，所以p電子是“8”字形B．能層數(shù)為3時(shí)，有3s、3p、3d、3f四個(gè)軌道C．氫原子中只有一個(gè)電子，故氫原子只有一個(gè)軌道D．原子軌道與電子云都是用來(lái)形象描述電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的答案D解析A項(xiàng)，p軌道是啞鈴形，是說(shuō)的電子出現(xiàn)概率高的“區(qū)域”的形狀；B項(xiàng)，能層數(shù)為3時(shí)，共有9個(gè)軌道；C項(xiàng)，氫原子中有一個(gè)電子，但軌道是人們規(guī)定的，可以是空軌道。13．觀察1s軌道電子云示意圖，判斷下列說(shuō)法正確的是()A．一個(gè)小黑點(diǎn)表示1個(gè)自由運(yùn)動(dòng)的電子B．1s軌道的電子云形狀為圓形的面C．電子在1s軌道上運(yùn)動(dòng)像地球圍繞太陽(yáng)旋轉(zhuǎn)D．1s軌道電子云的點(diǎn)的疏密表示電子在某一位置出現(xiàn)機(jī)會(huì)的多少答案D解析盡管人們不能確定某一時(shí)刻原子中電子的精確位置，但能夠統(tǒng)計(jì)出電子在什么地方出現(xiàn)的概率大，在什么地方出現(xiàn)的概率小。為了形象地表示電子在原子核外空間的分布狀況，人們常用小黑點(diǎn)的疏密程度來(lái)表示電子在核外出現(xiàn)概率的大小，點(diǎn)密表示電子出現(xiàn)的概率大，反之則小。由圖可知，處于1s軌道上的電子在空間出現(xiàn)的概率分布呈球形對(duì)稱，且電子在原子核附近出現(xiàn)的概率最大，離核越遠(yuǎn)出現(xiàn)的概率越小。圖中的小黑點(diǎn)不表示電子，而表示電子曾經(jīng)出現(xiàn)過(guò)的位置。14．(1)處于一定空間運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的電子在原子核外出現(xiàn)的概率密度分布可用________形象化描述。(2)N的基態(tài)原子核外電子排布式為________；Cu的基態(tài)原子最外層有________個(gè)電子。(3)Cu＋基態(tài)核外電子排布式為________________。(4)31Ga基態(tài)原子的核外電子排布式是______________________________。(5)基態(tài)Mn2＋的核外電子排布式為_________________________________。(6)Se原子序數(shù)為________，其核外M層電子的排布式為________。(7)可正確表示原子軌道的是________(填字母)。A．2sB．2dC．3pzD．3f答案(1)電子云(2)1s22s22p31(3)1s22s22p63s23p63d10(或[Ar]3d10)(4)1s22s22p63s23p63d104s24p1(或[Ar]3d104s24p1)(5)1s22s22p63s23p63d5(