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第2節 原子結構與元素周期表
課時1 基態原子的核外電子排布
第一章 原子結構與元素性質
教材分析
學生對原子結構與元素周期表的關系有了一定的認識，如原子的電子層數和同期序數的關系，最外層電了數和主族序數的關系，但是并未揭示原了結構與周期、族等元素周期表的構成的深層關系。本節在原子結構的量子力學模型的基礎上，進一步介紹基態原子的核外電子排布，為了讓學生積極主動地獲取知識，基態原子的核外電子排布的內容是通過活動探究來完成的，從中引入三個基本原理或規則，還特別設計了針對碳原了的核外電了排布的"交流·研討";
最后通過"活動·探究"使學生根據前面所學的方法和原則，寫出的電子排布式與實際不符，從而發現原有模型的局限性，進而自然地產生進一步學習的動機，隨后以光譜實驗作為證據支持，使建立的模型進一步完善。
請你回憶！
請回顧一下１一１８號元素的原子結構示意圖
Na
+11
2 8 1
+12
2 8 2
+13
2 8 3
+14
2 8 4
+15
2 8 5
+16
2 8 6
+17
2 8 7
+18
2 8 8
Mg
Al
Si
P
S
Cl
Ar
Li
+3
2 1
+4
2 2
+5
2 3
+6
2 4
+7
2 5
+8
2 6
+9
2 7
+10
2 8
Be
B
C
N
O
F
Ne
H
+1
1
He
+2
2
請你聯想·質疑！
請回顧一下１一１８號元素的原子結構示意圖
為什么第一層最多只能容納２個電子，第二層最多只能容納８個電子？
請你聯想·質疑！
請回顧一下１一１８號元素的原子結構示意圖
原子核外第三、四、五層及其他電子層最多容納的電子數分別是多少？原子核外電子的排布與原子軌道有什么關系？
01
基態原子的核外電子排布規律
請根據有關原子軌道的知識猜想 1~18 號元素基態原子的核外電子排布情況，
并嘗試推測基態原子的核外電子排布規律
活動·探究
原子核外電子是分層排布的
原子核外電子是分層排布的
表示方法——原子結構示意圖
Na
K
L
M
不同的電子層，其能量是不同的
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你知道嗎
Na原子第二層上的8個電子的能量是否一樣？
在多電子的原子中，同一能層的電子，能量也可能不同，據此把它們分為能級。
Na
K
L
M
2
2S
2P
3d
2s
8
1
3S
3P
2
2
2
2
2
1
同能層和同能級：2px＝2py＝2pz
同能層不同能級：2s＜2p
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meiyangyang8602
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量子力學對原子核外電子運動狀態的描述
電子層(n) 1 2 3 4 …
符號 K L M N …
能級 1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p 4d 4f …
原子軌道數 1 1 3 1 3 5 1 3 5 7 …
最多容納的電子數 每個能級 2 2 6 2 6 10 2 6 10 14 …
每個電子層 2 8 18 32 …
能量 K02
基態原子的核外電子排布規律
原則一：能量最低原理
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請根據有關原子軌道的知識猜想 1~18 號元素基態原子的核外電子排布情況，
并嘗試推測基態原子的核外電子排布規律
原子核外電子是分層排布的
原子核外電子是分層排布的
1.基態原子的核外電子排布規律
基態原子核外電子總是盡可能先排布在能量最低的軌道上，然后由里及外依次排布在能量較高的軌道上。也可以說，核外電子遵循的排布規則使整個原子的能量處于最低狀態。
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請根據有關原子軌道的知識猜想 1~18 號元素基態原子的核外電子排布情況，
并嘗試推測基態原子的核外電子排布規律
基態原子核外電子總是盡可能先排布在能量最低的軌道上，然后由里及外依次排布在能量較高的軌道上。也可以說，核外電子遵循的排布規則使整個原子的能量處于最低狀態。
1s
2s
2p
3s
3p
2
6
3d
K
L
M
（二）藥理作用
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原則一：能量最低原理
K層
L層
能層
能量越來越高
N層
M層
能級
同一能層各能級能量越來越高
能層是樓層
能級是樓層的階梯
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電子層(n) 1 2 3 4 …
符號 K L M N …
能級 1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p 4d 4f …
原子軌道數 1 1 3 1 3 5 1 3 5 7 …
最多容納的電子數 每個能級 2 2 6 2 6 10 2 6 10 14 …
每個電子層 2 8 18 32 …
能量 K請你思考！
1s原子軌道有兩個電子，那么這兩個電子的運動狀態有什么差異呢？
03
基態原子的核外電子排布規律
原則二：泡利不相容原理
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斯特恩-蓋拉赫實驗
在斯特恩-蓋拉赫實驗中發現了銀原子束經過不均勻磁場，產生了偏轉，并最終在屏幕垂直方向上，形成了兩個上下對稱的非連續分布。至此，所有的粒子從理論上就都有了——自旋。
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電子自旋
電子自旋在空間有順時針和逆時針兩種取向，簡稱自旋相反，常用上下箭頭( “↑”“↓” )表示自旋相反的電子。
電子除了空間運動狀態外，還存在一種運動狀態叫自旋
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請你猜測！
氦原子有兩個電子，按照能量最低原理，這兩個電子電子排布的兩種狀態
氦的電子排布的兩種狀態
He
1s
或：
He
1s
或：
He
1s
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原則二：泡利不相容原理
一個原子軌道中最多只能容納兩個電子，且這兩個電子的自旋狀態不同。
1925 年，泡利正式提出，在一個原子軌道里，最多只能容納2個電子，它們的自旋相反，這個原理被稱為泡利原理(泡利不相容原理)。
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請你判斷！
氦原子有兩個電子，按照能量最低原理，這兩個電子電子排布的兩種狀態
氦的電子排布的兩種狀態
He
1s
或：
He
1s
或：
He
1s
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基態原子的核外電子排布表示方法
原子結構示意圖
He
1s
軌道表示式
04
基態原子的核外電子排布表示方法
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核外電子排布表示方法
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核外電子排布表示方法
結合H、He的原子結構示意圖可知，電子首先填入能量最低的1s能級，直至將該能級填滿。
基態氫原子的電子排布式為
1s1
基態氦原子的電子排布式為
1s2
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核外電子排布表示方法
基態鋰原子的電子排布式為
1s22s1
基態鈹原子的電子排布式為
1s22s2
對于Li和Be，當1s能級填滿之后，電子優先填入能量較低的2s能級，直至填滿。
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核外電子排布表示方法
電子層(n) 1 2 3 4 …
符號 K L M N …
能級 1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p 4d 4f …
原子軌道數 1 1 3 1 3 5 1 3 5 7 …
最多容納的電子數 每個能級 2 2 6 2 6 10 2 6 10 14 …
每個電子層 2 8 18 32 …
能量 Kmeiyangyang8602
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核外電子排布表示方法
對于B至Ne元素，在1s、2s能級填滿后，電子填入 2p能級，直至2p能級填滿。
1s22s22p1
1s22s22p2
1s22s22p3
1s22s22p4
1s22s22p5
1s22s22p6
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核外電子排布表示方法
1.電子排布式
電子排布式是表示原子核外電子排布的一種方式。在ns、np、nd等符號的右上角用數字表示出電子的數目。
1s22s22p63s23p5
鋰
1s22s1
氯
練習
寫出11至18號元素的電子排布式
Na
Mg
Al
Si
P
S
Cl
Ar
1s22s22p63s1
1s22s22p63s2
1s22s22p63s23p1
1s22s22p63s23p2
1s22s22p63s23p3
1s22s22p63s23p4
1s22s22p63s23p5
1s22s22p63s23p6
Ne 1s22s22p6
[Ne]3s1
1s22s22p63s1
簡化
[Ne]3s23p5
表示內層電子已經達到稀有氣體結構的部分
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核外電子排布表示方法
1.電子排布式
1s22s22p63s23p5
鋰
1s22s1
氯
需要強調的是，原子中的核外電子是不可區分的，實際上人們并不能確定哪個電子排布在哪個原子軌道上。
給出核外電子排入各原子軌道的順序及探討基態原子的核外電子排布，僅僅是為了給學習和研究提供方便。
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核外電子排布表示方法
meiyangyang8602
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核外電子排布表示方法
2.軌道表示式
用方框表示一個原子軌道，用箭頭“↑”或“↓”來區別自旋狀態不同的電子。
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核外電子排布表示方法
結合H、He的原子結構示意圖可知，電子首先填入能量最低的1s能級，直至將該能級填滿。
基態氫原子的電子排布式為
1s1
基態氦原子的電子排布式為
1s2
↑
1s
H
↓
1s
H
或
↑↓
1s
He
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核外電子排布表示方法
基態鋰原子的電子排布式為
1s22s1
基態鈹原子的電子排布式為
1s22s2
對于Li和Be，當1s能級填滿之后，電子優先填入能量較低的2s能級，直至填滿。
Be
1s
↑↓
↑↓
2s
Li
1s
↑↓
↑
2s
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核外電子排布表示方法
對于B，在1s、2s能級填滿后，電子填入 2p能級，直至2p能級填滿。
1s22s22p1
B
1s
↑
↑↓
↑↓
2s
2p
同一個原子軌道:
只有一個電子
2
1
電子對
自旋方向相反的一對電子
單電子
B 原子中: 有 對電子對，有 個單電子。
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核外電子排布表示方法
對于B，在1s、2s能級填滿后，電子填入 2p能級，直至2p能級填滿。
有 種空間運動狀態，有 種運動狀態不同的電子。
3
5
B
1s
↑
↑↓
↑↓
2s
2p
軌道數
電子數
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核外電子排布表示方法
1s22s22p2
由于三個p軌道的能量完全一樣，那么，你認為p軌道上的兩個電子應當采取以下排布方式中的哪種方式呢
交流·研討
根據能量最低原理和泡利不相容原理，可以推斷基態碳原子的核外電子排布式為 1s 2s 2p 。
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交流·研討
基態碳原子可能的軌道表示式
（1）
（2）
（3）
（4）
其他排布方式
C
1s
2s
2p
C
1s
2s
2p
C
1s
2s
2p
C
1s
2s
2p
你認為p軌道上的兩個電子應當采取以下排布方式中的哪種方式呢
05
基態原子的核外電子排布規律
原則三：洪特規則
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原則三：洪特規則
洪特（F.Hund）在研究了大量原子光譜后總結出一個規律：對于基態原子，核外電子在能量相同的原子軌道上排布時，將盡可能分占不同的原子軌道并且自旋狀態相同。這就是原子核外電子在原子軌道上排布所遵循的第三個原則——洪特規則（Hund’s rule）。
弗里德里希·洪特
使體系的總能量達到最低。
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原則三：洪特規則
1s22s22p2
（1）
（3）
（3）
（4）
其他排布方式
練習
請寫出以下元素原子的軌道表示式。
1s
↑
↑↓
↑↓
↑
↑
2s
2p
N
1s
↑↓
↑↓
↑↓
↑
↑
2s
2p
O
1s
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑
2s
2p
F
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分別寫出1～18號元素基態原子的電子排布式和軌道表示式
遷移應用
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分別寫出1～18號元素基態原子的電子排布式和軌道表示式
遷移應用
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請你思考！
19 ～36號元素基態原子的核外電子排布
活動探究
按照前面介紹的原則和方法，請你嘗試寫出19~36號元素K~Kr的原子的核外電子排布式。
能層 K L M N 最多電子數 2 8 18 32 能級 1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p 4d 4f
填充電子數 2 2 6 2 6 1
K：1s22s22p63s23p64s1
1s
2s
3s
2p
3p
4s
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活動探究
請你思考！
19 ～36號元素基態原子的核外電子排布
當4s能級填滿后，下一個電子應該填充在哪個能級？
能層 K L M N 最多電子數 2 8 18 32 能級 1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p 4d 4f
填充電子數 2 2 6 2 6 2
Ca：1s22s22p63s23p64s2
1s
2s
3s
2p
3p
4s
3d
能級交錯
06
基態原子的核外電子排布規律
原則四：構造原理
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原則四：構造原理
以光譜學事實為基礎，從氫開始，隨核電荷數遞增，新增電子填入能級的順序稱為構造原理。
K
L
M
N
O
P
Q
1s
2s
3s
2p
3p
3d
4s
4p
4d
4f
5s
5p
5d
5f
6s
6p
6d
7s
7p
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meiyangyang8602
原則四：構造原理
基態原子核外電子在原子軌道上的排布順序如圖 1-2-4 所示，它表示隨著原子序數的遞增，基態原子的“外層電子”按照箭頭的方向依次排布在各原子軌道上：1s、2s、2p、3s、3p、4s、3d、4p、5s、4d、5p、6s……這一規律稱為構造原理。
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值得指出的是，圖 1-2-4 只是給出了基態原子外層電子在原子軌道上排布的規律，即只有原子最外層電子在原子軌道上填充時才出現先填 ns 軌道再填 (n-1) d 軌道。
但這一順序并不代表電子填充后在原子中各原子軌道的能級高低順序。例如，對于ns和(n-1)d 軌道都填有電子的原子，在許多情況下 (n-1)d 軌道的電子能量更低。
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原則四：構造原理
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請你總結！
19 ～36號元素基態原子的核外電子排布
K：1s22s22p63s23p64s1、 Ca：1s22s22p63s23p64s2、 Sc：1s22s22p63s23p63d14s2、 Ti：1s22s22p63s23p63d24s2、V：1s22s22p63s23p63d34s2、 Cr：1s22s22p63s23p63d54s1、
Mn：1s22s22p63s23p63d54s2、 Fe：1s22s22p63s23p63d64s2、
Co：1s22s22p63s23p63d74s2、 Ni：1s22s22p63s23p63d84s2、
Cu：1s22s22p63s23p63d104s1、
Zn：1s22s22p63s23p63d104s2、Ga：1s22s22p63s23p63d104s24p1、
Ge：1s22s22p63s23p63d104s24p2、As：1s22s22p63s23p63d104s24p3
Se：1s22s22p63s23p63d104s24p4、Br：1s22s22p63s23p63d104s24p5、
Kr：1s22s22p63s23p63d104s24p6。
Cr：1s22s22p63s23p63d44s2、
Cu：1s22s22p63s23p63d94s2、
07
基態原子的核外電子排布
規律
洪特規則特例
meiyangyang8602
meiyangyang8602
洪特規則特例
24Cr原子電子排布式
1s22s22p6 3s23p6 3d44s2
1s22s22p6 3s23p6 3d54s1
能級排布順序 1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p
填充電子數 2 2 6 2 6 1 5
meiyangyang8602
meiyangyang8602
洪特規則特例
29Cu原子電子排布式
1s22s22p6 3s23p6 3d94s2
1s22s22p6 3s23p6 3d104s1
能級排布順序 1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p
填充電子數 2 2 6 2 6 1 10
meiyangyang8602
能量相近的簡并軌道中，電子排布為全充滿、半充滿或全空的狀態是能量較低的穩定狀態，此為洪特規則的特例。
meiyangyang8602
洪特規則特例
全充滿：p6、d10、f14
體系能量較低，原子較穩定
半充滿：p3、d5、f7
全空：p0、d0、f0
1s22s22p63s23p63d54s1
鉻
3d54s1
1s22s22p63s23p63d104s1
銅
3d104s1
練習
1,根據構造原理試寫出下列基態原子的電子排布式和簡化電子排布式
①33As：______________________，_____________。
②35Br：______________________，______________。
1s22s22p63s23p63d104s24p3　 [Ar]3d104s24p3
1s22s22p63s23p63d104s24p5　 [Ar]3d104s24p5
2,請寫出K+、S2-、 29Cu2+ 離子的電子排布式？
K+ ：1s22s22p63s23p6
S2- ：1s22s22p63s23p6
Cu2+ ：1s22s22p63s23p63d9
練習
3,寫出15P、25Mn的軌道表示式，并按要求填空。
15P：
有 對電子對，有 個單電子。
25Mn：
_______________________________________________________________________，
有 種空間運動狀態，有 個單電子，屬于半充滿。
6
3
15
5
練習
4.下列原子的軌道表示式中，符合洪特規則的是( )
A. B.
C. D.
C
5.下列有關化學用語中不能體現氮原子核外電子能量有差異的是( )
A. B.
C. D.1s22s22p3
A
謝謝觀看
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