eq\x(选)eq\x(考)eq\x(模)eq\x(块)选修3 物质结构与性质第30讲 原子结构与性质备考导航核心素养1.了解原子核外电子的运动状态、能级分布和排布原理，能正确书写1～36号元素原子核外电子、价电子的电子排布式和电子排布图。2．了解电离能的含义，并能用以说明元素的某些性质。3．了解电子在原子轨道之间的跃迁及其简单应用。4．了解电负性的概念，并能用以说明元素的某些性质。1.宏观辨识与微观探析：能从能层、能级等不同层次认识原子的结构，以及核外电子的排布规律，能从宏观和微观相结合的视角分析原子结构与元素性质的关系。2．科学探究与创新意识：能发现和提出有探索价值的原子结构与性质的问题，如核外电子排布、元素第一电离能的特殊性等，面对异常现象敢于提出自己的见解。考点一 原子核外电子排布原理(对应学生用书学案P297)必备知识·梳理夯实eq\x(知)eq\x(识)eq\x(梳)eq\x(理)1．能层与能级(1)能层(n)：在多电子原子中，核外电子的能量 是不同的，按照电子的能量 差异将其分成不同能层。通常用K、L、M、N ……表示，能量依次升高 。(2)能级：同一能层里电子的能量 也可能不同，又将其分成不同的能级，通常用s、p、d、f 等表示。同一能层里，各能级的能量按s、p、d、f 的顺序依次升高，即：E(ns)化学中，常利用原子光谱上的特征谱线来鉴定元素，称为光谱分析。(3)基态、激发态及光谱的关系示意图。3．构造原理与电子排布式(1)构造原理：以光谱学事实为基础，从氢开始，随核电荷数递增，新增电子填入能级 的顺序称为构造原理。下图为构造原理示意图。能级交错：随核电荷数递增，电子并不总是填满一个能层后再开始填入下一个能层的。如电子是按3p→4s→3d的顺序而不是按3p→3d→4s 的顺序填充的，这种现象被称为能级交错。(2)基态原子核外电子排布式。表示方法举例(以硫原子为例)电子排布式1s22s22p63s23p4 简化电子排布式[Ne]3s23p4价电子排布式3s23p4(3)原子结构示意图。(4)核外电子排布与元素性质的关系。①金属元素原子的最外层电子数一般小于4 ，较易失去 电子形成阳离子，表现出还原 性，在化合物中显正化合价。②非金属元素原子的最外层电子数一般大于或等于4 ，较易得到 电子，活泼非金属原子易形成阴离子 。在化合物中主要显负化合价。③稀有气体元素的原子最外层为8电子(氦为2电子)稳定结构，不易失去或得到电子，通常表现为0价。4．电子云与原子轨道(1)由于核外电子的概率密度分布看起来像一片云雾，因而被形象地称作电子云。电子云是处于一定空间运动状态的电子在原子核外空间的概率密度分布 的形象化描述。(2)原子轨道。量子力学把电子在原子核外的一个空间运动状态 称为原子轨道。原子轨道轨道形状轨道个数s球形 1 p哑铃形 3 5.泡利原理、洪特规则、能量最低原理(1)泡利原理。在一个原子轨道里，最多只能容纳2 个电子，它们的自旋状态相反 。如2s轨道上的电子排布图为，不能表示为。(2)洪特规则。基态原子中，填入同一能级的不同轨道的电子总是优先单独占据一个轨道 且自旋状态相同 。如2p3的电子排布图为，不能表示为洪特规则特例：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的电子排布式为：1s22s22p63s23p63d54s1 或[Ar]3d54s1 。(3)能量最低原理。在构建基态原子时，电子将尽可能地占据能量最低 的原子轨道，使整个原子的能量最低 ，这就是能量最低原理。①基态原子的核外电子排布遵循泡利原理、洪特规则和能量最低原理。②核外电子排布中的几个简单数量规律：eq\x(数量规律)eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(每层最多容纳的电子为2n2 个n表示能层,序数,最外层电子不超过8 个K层为最外层时不,超过2 个,次外层电子不超过18 个，倒数第三层不超,过32 个))特别提醒 (1)要注意比较原子核外电子排布式、简化电子排布式、原子外围电子排布式的区别与联系。如Cu的电子排布式：1s22s22p63s23p63d104s1；简化电子排布式：[Ar]3d104s1；外围价层电子排布式：3d104s1。(2)核外电子排布常见错误①在写基态原子的电子排布图时，常出现以下错误：②当出现d轨道时，虽然电子按ns、(n－1)d、np的顺序填充，但在书写电子排布式时，仍把(n－1)d放在ns前，如Fe：1s22s22p63s23p63d64s2，而失电子时，却先失4s轨道上的电子，如Fe3＋：1s22s22p63s23p63d5。6．基态原子电子排布式的书写方法(1)知道原子序数书写核外电子排布式的方法。①常规方法：常根据构造原理(1s、2s、2p、3s、3p、4s、3d、4p)，各能级最多容纳的电子数及能量最低原理，依次由低能级向高能级排列，如31号元素镓，首先排满1s2，依次2s2、2p6、3s2、3p6、4s2、3d10最后4p1。②原子序数大于18的方法：如31号元素，我们也可以用31－18＝13，然后在[Ar]的基础上再填充13个电子，如[Ar]3d104s24p1。(2)知道元素名称书写核外电子排布式的方法。①前三周期主族元素可以根据最外层电子数书写，如S的最外层电子数为6，其排布式为[Ne]3s23p4。②第四周期的元素，要熟记元素名称，然后从K开始数，数到几，就可以写成“[Ar]＋几个电子”。如Fe，从钾开始数到铁为8，其排布式为[Ar]3d64s2；Se，从钾开始数到Se为16，其排布式为[Ar]3d104s24p4。(3)注意事项。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Fe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轨道上的电子，而是能量低的4s轨道上的电子。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。eq\x(小)eq\x(题)eq\x(自)eq\x(测) 1．判断正误，正确的打“√”，错误的打“×”。(1)原子核外的电子像云雾一样笼罩在原子核周围，故称为电子云。( × )(2)p能级能量一定比s能级的能量高。( × )[提示] 因为没有指明能层，如2p的能量比3s的要低。只有同能层时，np的能量大于ns。(3)6C的电子排布式1s22s22peq\o\al(2,x)违反了洪特规则。( √ )[提示] 6C原子2p能级有3个能量相同的原子轨道，最后2个电子应该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。(4)基态磷原子的电子排布图为( × )(5)同一原子中，2p、3p、4p能级的轨道数依次增多。( × )(6)Cr的电子排布式为1s22s22p63s23p63d44s2。( × )(7)2p和3p轨道形状均为哑铃状，能量也相等。( × )(8)2s能级和2p能级所具有的原子轨道数目之比为13。( √ )(9)能量关系：1s<2s<3p<3d<4s。( × )(10)基态氮原子最外层有2个未成对电子。( × )(11)1～36号元素中，基态原子未成对电子数最多的是Cr元素。( √ )(12)基态Zn原子的电子排布式为[Ar]4s23d10。( × )(13)电子排布式(22Ti)1s22s22p63s23p10违反了能量最低原理。( × )[提示] 22Ti的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。(14)基态砷原子的核外电子排布式为[Ar]4s24p3。( × )[提示] 基态砷原子的核外电子排布式为[Ar]3d104s24p3。用简化的电子排布式书写过渡元素右侧的主族时一定要注意3d上的电子不能丢。(15)表示的原子能量处于最低状态。( × )[提示] 因为2p轨道中的电子排布不遵循洪特规则，故不符合能量最低原理。2.深度思考：(1)如图是s能级和p能级的原子轨道图，试回答下列问题：①s电子的原子轨道呈球 形，每个s能级有1 个原子轨道；p电子的原子轨道呈哑铃 形，每个p能级有3 个原子轨道。②元素X的原子最外层电子排布式为nsnnpn＋1，原子中能量最高的是2p 电子，其电子云在空间有三个互相垂直的伸展 方向；元素X的名称是氮 ，它的氢化物的电子式是 。若元素X的原子最外层电子排布式为nsn－1npn＋1，那么X的元素符号为S ，原子的电子排布图为 。[解析] ①s电子的原子轨道都是球形的，每个s能级有1个原子轨道；p电子的原子轨道都是哑铃形的，每个p能级有3个原子轨道，它们相互垂直，分别以px、py、pz表示。②因为元素X的原子最外层电子排布式为nsnnpn＋1，np轨道已排上电子，说明ns轨道已排满电子，即n＝2，则元素X的原子核外电子排布式为1s22s22p3，是氮元素，原子中能量最高的是2p电子，其电子云在空间有三个互相垂直的伸展方向；氮元素的氢化物是氨气，其电子式是；当元素X的原子最外层电子排布式为nsn－1npn＋1时，根据上述分析，有n－1＝2，则n＝3，所以X元素的原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p4，是硫元素，元素符号为S，其原子的电子排布图为。(2)某元素的基态原子价电子排布式为3d104s1，该元素符号是Cu ，原子中所有电子占有15 个轨道，核外共有29 个不同运动状态的电子。[提示] 某元素的基态原子价电子排布式为3d104s1，基态原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s1，原子核外电子数为29，是29号Cu元素；原子中所有电子占有15个轨道，核外共有29个不同运动状态的电子。 考点突破·训练提升 微考点1 电子排布式、电子排布图的书写典例1按要求填空：(1)(2020·江苏化学，21节选)基态铁原子的核外电子排布式为[Ar]3d64s2或1s22s22p63s23p63d64s2 。(2)(2020·全国2,35节选)基态钛原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d24s2或[Ar]3d24s2 。(3)(2019·全国2,35节选)Fe成为阳离子时首先失去4s 轨道电子，Sm的价层电子排布式为4f66s2，Sm3＋的价层电子排布式为4f5 。(4)(2019·江苏化学，21节选)Cu2＋基态核外电子排布式为[Ar]3d9或1s22s22p63s23p63d9 。(5)(2018·全国1,35节选)Li是最轻的固体金属，采用Li作为负极材料的电池具有小而轻、能量密度大等优良性能，得到广泛应用。回答下列问题：①下列锂原子电子排布图表示的状态中，能量最低和最高的分别为D 、C (填标号)。②Li＋与H－具有相同的电子构型，r(Li＋)小于r(H－)，原因是Li＋核电荷数较大 。(6)(2018·全国2,35节选)基态铁原子价层电子的电子排布图(轨道表示式)为，基态硫原子电子占据最高能级的电子云轮廓图为哑铃 形。[解析] (1)Fe为