1、第一节第一节 原子结构原子结构 第第 1 1 课时课时 能层、能级、原子光谱和构造原理能层、能级、原子光谱和构造原理 学业要求 核心素养建构 1.知道原子核外电子的能级高低顺序。 2.知道处于不同能级的电子，在一定条件下会发生激 发与跃迁。 3.了解原子核外电子排布的构造原理。 4.能书写 136 号元素基态原子的核外电子排布式。 知识梳理 一、能层与能级 1.能层 (1)核外电子按能量不同分成能层，电子的能层由内到外排序，其序号、符号以及 所能容纳的最多电子数如下： 能层 一 二 三 四 五 六 七 符号 K L M N O P Q 最多电子数 2 8 18 32 50 72 98 (2)能
2、层越高，电子的能量越高： E(K)E(L)E(M)E(N)E(O)E(P)E(Q)。 2.能级 (1)同一能层还分成不同能级。 (2)能级用相应能层的序数和能级的字母代号 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)任一能层的能级数等于该能层序数，如第三能层有 3 个能级( 3s、3p 和 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)多电子原子里，同一能层各能级的能量顺序：E(ns)E(np)E(nd)E(4s)， 故 19 号 K 先排 4s 能级， 电子排布式为 1s22
3、s22p63s23p64s1； 氯离子是由氯原子得到一个电子填充在最外层，使原来未充满的最外层达到 8 电 子稳定结构； 铁是 26 号元素， 其价电子与次外层的 d 能级有关， 当铁失去电子时， 是从最外层开始失去电子，所以先失去的是 4s 能级上的两个电子，再失去次外层 3d 能级上的一个电子。 答案 (1)1s22s22p63s23p64s1 (2)1s22s22p63s23p6 (3)1s22s22p63s23p63d64s2 (4)1s22s22p63s23p63d5 探究一、能层与能级 模型认知能层和能级的表达 探究素材 任何能层均含有 s 能级，但不是任何能层均含有任何能级；各能
4、层的能级都是从 s 能级开始，每个能层上能级个数与能层数相等。 探究题目 1.下列各能层不包含 d 能级的是( ) A.O 能层 B.P 能层 C.M 能层 D.K 能层 解析 多电子原子中，同一能层的电子可分占不同的能级，K 能层只有 s 能级，L 能层有 s、p 能级，从 M 能层开始有 d 能级。 答案 D 从模型认知能层、能级及最多容纳电子数关系 探究素材 1.每个能层最多容纳 2n2(n 代表能层序数)个电子。 2.不同能层中相同能级所容纳的最多电子数相同，即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相同。 3.能级最多容纳的电子数是以 s、p、d、f排序的各能级
5、最多容纳的电子数， 依次为 1、3、5、7的 2 倍。 探究题目 2.某一能层上 nd 能级最多所能容纳的电子数为( ) A.6 B.10 C.14 D.15 解析 以 s、p、d、f排序的各能级可容纳的最多电子数依次为该能级原子轨 道数 1、3、5、7的两倍，故 B 正确。 答案 B 探究二、基态与激发态、原子光谱 微观探析电子跃迁与可见现象 探究素材 1.电子跃迁的能量变化与可见现象 激发态原子不稳定，电子从能量较高的激发态跃迁到能量较低的激发态乃至基态 时，将释放能量。光辐射是电子释放能量的重要形式之一。霓虹灯光、激光、焰 火等可见光都与原子核外电子发生跃迁释放能量有关。 2.金属元素的
6、焰色反应的成因 金属原子中，核外电子按一定轨道顺序排列，轨道离核越远，能量越高。灼(燃) 烧时，电子获得能量，能量较低的电子发生跃迁，从基态变为激发态。随即电子 又从能量较高的激发态跃迁到能量较低的激发态乃至基态，便以光(辐射)的形式 释放能量，形成不同的焰色。 探究题目 3.对充有氖气的霓虹灯管通电，灯管发出红色光。产生这一现象的主要原因是 ( ) A.电子由激发态向基态跃迁时以光的形式释放能量 B.电子由基态向激发态跃迁时吸收除红光以外的光线 C.氖原子获得电子后转变成发出红光的物质 D.在电流的作用下，氖原子与构成灯管的物质发生反应 解析 霓虹灯之所以能发光，是因为电子吸收能量后跃迁到能
7、量较高的轨道，能 量较高轨道上的电子会很快以光的形式辐射能量而跃迁回能量较低的轨道。 答案 A 宏观辨识原子光谱 探究素材 1.光谱分类 2.光谱分析 在现代化学中， 利用原子光谱上的特征谱线来鉴定元素的分析方法称为光谱分析。 探究题目 4.当碳原子核外一个电子由 2s 能级跃迁到 2p 能级时，下列说法正确的是( ) A.碳原子由基态变为激发态 B.碳原子由激发态变为基态 C.该过程将产生发射光谱 D.碳原子要向外界环境释放能量 解析 碳原子的核外电子排布中 2s 一个电子跃迁到 2p，能量升高，产生吸收光 谱，A 项正确，B、C、D 项错误。 答案 A 探究三、构造原理和电子排布式 从构造
8、原理建构原子核外能层能级能量关系模型 探究素材 1.“能级交错”现象：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，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。当出现 d 轨道时，电子按 ns、(n1)d、np 的顺序在原子轨道上排 布； 当出现 f 轨道时， 电子按 ns、 (n2)f、 (n1)d、 np 的顺序在原子轨道上排布。 能级交错可以表示为能量 ns(n2)f(n1)dnp，如 4s3d，5s4d，6s4f 5d 等。要特别记忆 4s3d 这一能级交错现象。 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
9、越大，能量越高。例如，1s2s3s，2p 3p4p (2)同一能层中，各能级之间的能量大小关系是 nsnpndnf。例如，第四 能层中 4s4p4d4f。 (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，EnsE(n2)fE(n1)dEnp。例如 E4sE3d、E5sE4d。 探究题目 5.构造原理揭示的电子排布能级顺序，实质是各能级能量高低。若以 E(nl)表示某 能级的能量，以下各式中正确的是( ) 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
10、)E(4f)E(3d) 解析 根据构造原理，各能级能量的大小顺序为 1s2s2p3s3p4s3d 4p5s能量由低到高，A 项和 D 项正确顺序：E(4f)E(5s)E(3d)E(4s)； 对于不同能层的相同能级，能层序数越大，能量越高，所以 C 项错误。 答案 B 从构造原理建构基态原子核外电子排布模型 探究素材 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： 1s22s22p2、10Ne： 1s22s22p6、17Cl：1s22s22p63s23p5、19K：1s22s22p63s23p64s1。 2.复杂原子的电子排布式的书写 对于较复杂
11、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Ar4s1，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Ar3d64s2。 探究题目 6.已知 Na 的核外电子排布式为 1s22s2
12、2p63s1，通常可把内层已达稀有气体原子的 电子层结构的部分写成“原子实”，如 Na 的核外电子排布式可写成Ne3s1。用 “原子实”表示的 30 号元素锌的原子核外电子排布式正确的是( ) A.Ne3d104s2 B.Ar3d104s24p2 C.Ar3d84s24p2 D.Ar3d104s2 解析 根据构造原理可知， 锌元素原子的核外电子排布式为 1s22s22p63s23p63d104s2， 除 3d104s2外，锌原子内层电子的排布与稀有气体原子 Ar 的电子排布相同，因此 锌的核外电子排布式可写为Ar3d104s2。 答案 D 从能量最低原理探析特殊原子核外电子排布 探究素材 特殊
13、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 探究题目 7.具有下列电子层结构的原子和离子，其对应元素一定属于同一周期的是( ) A.两原子 N 层上都有 1 个 s 电子，一个原子有 d 电子，另一个原子无 d 电子 B.最外层电子排布为 2s22p6的原子和最外层电子排布为 2s22p6的离子 C.原子核外 M 层上的 s、p 能级都充满电子，而 d 能级上没有电子的两种原子 D.两原子核外全部都是 s 电子 解析 原子 N 层上都有 1 个 s 电子，原子无 d 电子
14、为 K 原子，原子有 d 电子为 1s22s22p63s23p63d54s1，是 Cr 原子，1s22s22p63s23p63d104s1，是 Cu 原子，都处于第 四周期，A 正确；最外层电子排布为 2s22p6的原子为氖原子，最外层电子排布为 2s22p6的离子可能是阴离子也可能是阳离子如 O2 、Na等，B 错误；原子核外 M 层上的 s、p 轨道都充满电子，而 d 轨道上没有电子，符合条件的原子的核外电子 排布式有 1s22s22p63s23p6为氩原子， 1s22s22p63s23p64s1为钾原子， 1s22s22p63s23p64s2 为钙原子，不一定处于同一周期，C 错误；两原
15、子的核外全部都是 s 电子，原子 具有 1s 能级或具有 1s、2s 能级，不处于同一周期，如氢原子与锂原子，D 错误。 答案 A 从微观建构离子核外电子排布式书写模型 探究素材 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， O原子再得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Ar3d64s2，Fe 原子再失去 3 个 电子(由外层向里层失去电子)得到 Fe3 电子排布式为Ar3d5， 而不能先失去 3d 上 的 3 个电子，再按轨道能量
16、顺序写成Ar3d34s2。 探究题目 8.下列各离子或原子的电子排布式错误的是( ) A.Ca2 ：1s22s22p63s23p6 B.O2 ：1s22s22p4 C.K：1s22s22p63s23p64s1 D.Fe3 ：1s22s22p63s23p63d5 解析 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。 答案 B 1.下列符号不符合事实的是( ) A.4s2 B.2p3 C.3d8 D.3f14 解析 s 能级最多排列 2 个电子、p 能级最多排列 6 个电子、d 能级最多排列 10 个电子，存在 4s2、2p3、3d8
17、排布，f 能级最多排列 14 个电子，第三能层没有 f 能 级，至少在第四能层才存在 f 能级，不可能存 3f14排布，故选 D。 答案 D 2.下列基态原子与离子的电子排布式错误的是( ) A.K：1s22s22p63s23p64s1 B.F ：1s22s22p6 C.Fe：1s22s22p63s23p63d54s2 D.Kr：1s22s22p63s23p63d104s24p6 解析 题中 K 原子、F 和 Kr 原子的核外电子排布都符合构造原理，为能量最低 状态， 而 Fe 原子的核外电子排布式应为 1s22s22p63s23p63d64s2， 电子数目不正确。 答案 C 3.元素 K 的
18、焰色反应呈紫红色， 其中紫色对应的辐射波长为_nm(填标号)。 A.404.4 B.553.5 C.589.2 D.670.8 E.766.6 答案 A 4.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 层电子的电子排布式为_。 (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 (1)B 原子的核外有 5 个电子，电子排布式为 1s22s22p1或He2s22p1。(2)N 原子最外层有 5 个电子，最高能层为 2，价电子排布式为 2
19、s22p3。(3)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。(4)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。(5)Ga 为第四周期第A 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Ar3d104s24p1或 1s22s22p63s23p63d104s24p1。 答案 (1)1s22s22p1或He2s22p1 (2)2s22p3 (3)34 3s23p63d10 (4)1s22s22p6 (5)1s22s22
20、p63s23p63d104s24p1或Ar3d104s24p1 5.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。 A 元素原子核外 M 层电子数是 L 层电子数的一半：_ _。 B 元素原子的最外层电子数是次外层电子数的 1.5 倍： _。 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第_周期 第_族。 解析 (1)L 层有 8 个电子，则 M 层有 4
21、个电子，故 A 为硅。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 1.58 12，违背了排布规律，故不可能。Ni 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 1s22s22p63s23p4，故 S2 的电子排布式为 1s22s22p6
22、3s23p6。(2)根据价电子排布式 可知该元素有 4 个电子层， 最外层有 7 个电子， 位于元素周期表的第四周期第A 族， 为 Br 元素。 (3)Ti 的原子序数为 22， 基态 Ti 原子的电子排布式为Ar3d24s2， 故基态Ti2 的电子排布式为Ar3d2， 电子占据的最高能层符号为M， 该能层有3s、 3p、 3d 3个能级。 (4)砷的原子序数为33， 基态As原子的电子排布式为Ar3d104s24p3， 位于第四周期第A 族。 答案 (1)1s22s22p63s23p2或Ne3s23p2 1s22s22p1或He2s22p1 1s22s22p63s23p63d8或Ar3d8 1s22s22p63s23p63d5或Ar3d5 1s22s22p63s23p6或 Ne3s23p6 (2)Br (3)M 3 (4)Ar3d104s24p3 四 A