原子結(jié)構(gòu)與原子核外電子能級分布

考點聚焦

1.了解原子核外電子的分層排布,掌握能層、能級及其表示。

2.掌握構(gòu)造原理及核外電子排布規(guī)律,掌握1-36號元素的核外電子排布式

3.了解電子云與原子軌道概念,掌握原子軌道數(shù)目的判斷方法

4.了解能量最低原子、基態(tài)、激發(fā)態(tài)、光譜

知識梳理

一、能層與能級

    對多電子原子的核外電子,按           將其分成不同的能層(n);對于同一能層里能量不同的電子,將其分成不同的     ;能級類型的種類數(shù)與能層數(shù)相對應(yīng);同一能層里,能級的能量按         的順序升高,即E(s)<E(p)<E(d)<E(f)。

    完成下表:各能層所包含的能級類型及各能層、能級最多容納的電子數(shù)

能   層(n)

符     號

K

L

 

N

O

P

Q

能   級(l)

1s

2s

2p

3s

3p

3d

 

 

 

 

5s

……

最    多

電 子 數(shù)

2

2

6

 

 

 

 

 

 

 

2

……

2

 

18

32

……

2n2

由表中可知:各能層最多容納的電子數(shù)為         。

能級類型的種類數(shù)與         數(shù)相對應(yīng)

s p d f 能級所含軌道數(shù)分別為             ,與能級所在能層無關(guān)。

二、電子云與原子軌道

1.電子云:電子在原子核外出現(xiàn)的概率密度分布。電子云是核外電子運動狀態(tài)的形象化描述,小黑點的疏密表示                      。

2.原子軌道:不同能級上的電子出現(xiàn)概率約為      %的電子云空間輪廓圖。s電子的原子軌道呈        對稱, ns能級各有    個原子軌道;p電子的原子軌道呈           ,np能級各有     個原子軌道,相互垂直(用px、py、pz表示);nd能級各有     個原子軌道;nf能級各有     個原子軌道。各軌道的的形狀與所處的能層無關(guān)。

三、核外電子排布規(guī)律

1.構(gòu)造原理:絕大多數(shù)基態(tài)原子核外電子的排布都遵循下列順序:

1s、2s、2p、3s、3p、    、    、4p、5s、4d、5p、6s、4f……

構(gòu)造原理揭示了原子核外電子的能級分布。從中可以看出,不同能層的能級有交錯現(xiàn)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。

構(gòu)造原理是書寫基態(tài)原子電子排布式的依據(jù),也是繪制基態(tài)原子電子排布圖(即軌道表示式)的主要依據(jù)之一。

思考:如何快速判斷不同能級的能量高低?

   

 

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2.能量最低原理:能量最低原理:原子核外電子遵循構(gòu)造原理排布時,原子的能量處于最低狀態(tài)。即在基態(tài)原子里,電子優(yōu)先排布在          的能級里,然后排布在能量逐漸升高的能級里。當(dāng)某能級中的原子軌道處于全充滿或半充滿狀態(tài)時能量較低。

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    3.泡利原理:每個原子軌道里最多只能容納     個自旋方向       的電子。

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4.洪特規(guī)則:電子排布在同一能級的各個軌道時,優(yōu)先占據(jù)      軌道,且自旋方向    。

 

思考:為什么在同一原子中不可能出現(xiàn)運動狀態(tài)完全相同的兩個電子?

 

 

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四、基態(tài)、激發(fā)態(tài)、光譜

    1.基態(tài):最低能量狀態(tài)。如處于最低能量狀態(tài)的原子稱為基態(tài)原子。

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    2.激發(fā)態(tài):較高能量狀態(tài)(相對基態(tài)而言)。如基態(tài)原子的電子吸收能量后,電子躍遷至較高能級成為激發(fā)態(tài)原子。

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    3.光譜:不同元素的原子發(fā)生躍遷時會吸收(基態(tài)→激發(fā)態(tài))和放出(基態(tài)→激發(fā)態(tài))能量,產(chǎn)生不同的光譜――原子光譜(吸收光譜和發(fā)射光譜)。利用光譜分析可以發(fā)現(xiàn)新元素或利用特征譜線鑒定元素。

試題枚舉

【例1】下列有關(guān)電子云和原子軌道的說法正確的是(   )

           A.原子核外的電子象云霧一樣籠罩在原子核周圍,故稱電子云

B.s能級的原子軌道呈球形,處在該軌道上的電子只能在球殼內(nèi)運動

C.p能級的原子軌道呈紡錘形,隨著能層的增加,p能級原子軌道也在增多

D.與s電子原子軌道相同,p電子原子軌道的平均半徑隨能層的增大而增大

解析: 電子云是對電子運動的形象化描述,它僅表示電子在某一區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)的概率,并非原子核真被電子云霧所包裹,故選項A錯誤。原子軌道是電子出現(xiàn)的概率約為90%的空間輪廓,它表明電子在這一區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)的機會大,在此區(qū)域外出現(xiàn)的機會少,故選項B錯誤。無論能層序數(shù)n怎樣變化,每個p能級都是3個原子軌道且相互垂直,故選項C錯誤。由于按1p、2p、3p……的順序,電子的能量依次增高,電子在離核更遠(yuǎn)的區(qū)域出現(xiàn)的概率逐漸增大,電子云越來越向更大的空間擴展,原子軌道的平均半徑逐漸增大。

答案:  D

【例2】下列有關(guān)認(rèn)識正確的是(   )

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A.各能級的原子軌道數(shù)按s、p、d、f的順序分別為1、3、5、7

B.各能層的能級都是從s能級開始至f能級結(jié)束

C.各能層含有的能級數(shù)為n―1

D.各能層含有的電子數(shù)為2n2

解析:各能層的能級都是從s能級開始,但不是至f能級結(jié)束,如L能層只有2s、2p兩個能級,B錯誤;各能層含有的能級數(shù)與能層一致,以C不對;各能層最多容納電子數(shù)為2n2,而不是必須含有的電子數(shù)2n2

答案:A

【例3】以下電子排布式表示基態(tài)原子電子排布的是(   )

      A.1s22s22p63s13p3                  B.1s22s22p63s23p63d104s1 4p1 

C.1s22s22p63s23p63d24s1            D.1s22s22p63s23p63d104s2 4p1 

解析:A B C均不符合能量最低原理,選D

答案:D

【例4】人們常將在同一原子軌道上運動的,自旋方向相反的2個電子,稱為“電子對”;將在同一原子軌道上運動的單個電子,稱為“未成對電子”。以下有關(guān)主族元素原子的“未成對電子”的說法,錯誤的是(   )

A.核外電子數(shù)為奇數(shù)的基態(tài)原子,其原子軌道中一定含有“未成對電子”

B.核外電子數(shù)為偶數(shù)的基態(tài)原子,其原子軌道中一定不含“未成對電子”

C.核外電子數(shù)為偶數(shù)的基態(tài)原子,其原子軌道中可能含有“未成對電子”

D.核外電子數(shù)為奇數(shù)的基態(tài)原子,其原子軌道中可能不含“未成對電子”

試題詳情

解析:s p d f 能級所含軌道數(shù)分別為1、3、5、7,均為奇數(shù),而電子電子排布在同一能級的各個軌道時,優(yōu)先占據(jù)不同的軌道,如兩電子占據(jù)2p軌道分別占據(jù)兩個軌道,形成兩個未成對電子

答案:  B D

【例5】以下是表示鐵原子和鐵離子的3種不同化學(xué)用語。

 

 

結(jié)構(gòu)示意圖

電子排布式

電子排布圖(軌道表示式)

鐵原子

試題詳情

1s22s22p63s23p63d64s2

試題詳情

鐵離子

試題詳情

1s22s22p63s23p63d5

試題詳情

    ⑴鐵原子最外層電子數(shù)為          ,鐵在發(fā)生化學(xué)反應(yīng)時,參加反應(yīng)的電子可能是                                                     。

⑵請你通過比較、歸納,分別說出3種不同化學(xué)用語所能反映的粒子結(jié)構(gòu)信息。

答案:⑴2  4s上的2個電子或4s上的2個電子和3d上的1個電子 

⑵結(jié)構(gòu)示意圖:能直觀地反映核內(nèi)的質(zhì)子數(shù)和核外的電子層數(shù)及各能層上的電子數(shù)。

電子排布式:能直觀地反映核外電子的能層、能級和各能級上的電子數(shù)。

軌道表示式:能反映各軌道的能量的高低及各軌道上的電子分布情況,自旋方向。

【例6】下圖是鋰、氦、汞的吸收光譜和發(fā)射光譜。其中圖_____________是原子由基態(tài)轉(zhuǎn)化為激發(fā)態(tài)時的光譜,圖____________­是原子由激發(fā)態(tài)轉(zhuǎn)化為基態(tài)時的光譜。不同元素的原子光譜上的特征譜線不同,請在下圖中用線段將同種元素的吸收光譜和發(fā)射光譜連接。

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答案:

①③⑤ 、冖堍

 

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