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第一章 原子結構與性質
第一節 原子結構
課時二 構造原理與電子排布式
學習目標
結合構造原理形成核外電子排布式書寫的思維模型，能夠熟練書寫1~36號元素的電子排布式。
構造原理
01
構造原理
能層 K L M N 能級 1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p 4d 4f
填入電子數
1s→2s → 2p→ 3s → 3p
以基態17Cl為例，其核外電子按能級填充：
【思考 討論】
核外電子在能級中的排布順序：
2
2
6
2
5
01
構造原理
每一行對應一個________。
1.構造原理
——核外電子的填充規律
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。
絕大多數原子核外電子的填充順序符合構造原理中的能級順序。
能層
每個小圈表示一個________。
能級
連線方向：表示_____________________。
電子填入能級的順序
01
構造原理
4f
1s
2s
3s
4s
5s
6s
7s
2p
3p
4p
5p
6p
7p
6d
5d
4d
3d
5f
1s；2s 2p；3s 3p；
存在著能級交錯
構造原理規律：
1s---2s---2p---3s---3p--4s--3d—4p--5s--4d---5p---6s
4s 3d 4p；5s 4d 5p;
6s 4f 5d 6p；7s 5f 6d
01
構造原理
1.構造原理
E(4s)＜E(4p)＜E(4d)＜E(4f)
相同能層：
同類能級：
E(1s)＜E(2s)＜E(3s)＜E(4s)
從第三能層開始，不同能層的能級出現“能級交錯”現象。
能級交錯：
隨核電荷數的遞增，電子并不總是填滿一個能層后再開始填入下一個能層的。
電子填充是按3p→4s→3d的順序
而不是按3p→3d→4s的順序
01
構造原理
能層序數大，但能級的能量不一定高。部分能級有交錯現象。
[思考]
為什么K原子的原子結構示意圖不是 ,而是
K原子在排滿第二層后，先排布3s、3p能級，3d能級能量高于4s能級，故最后一個電子排入4s能級而不是3d能級,所以它的原子結構示意圖是 。
電子排布式
02
電子排布式
2.核外電子排布表示方法
填充
1) 電子排布式
用能級、各能級上的電子數來表示，并按照能層從左到右的順序排列的式子
電子填滿了一個能級，
開始填入下一個能級。
N 原子的電子排布式
電子數
能級符號
能級序數
02
電子排布式
1) 電子排布式
從 H 到 C 的基態原子電子排布式如下:
1s1→1s2→1s22s1→1s22s2→1s22s22p1→1s22s22p2
氫　氦　　鋰　　鈹　　　 硼　　　 碳
【適用范圍】
基態原子、簡單離子
O2-：先寫O原子的電子排布式為1s22s22p4
再_________，所以O2-的電子排布式為_________。
先寫原子的電子排布式
→再考慮得失電子的情況。
1s22s22p6
得2個電子
02
電子排布式
1s2 2s22p6 3s23p6 4s2
鈣Ca
+20
2
8
8
2
【鞏固 評價】根據構造原理寫出基態20Ca核外電子排布式和原子結構示意圖。
02
電子排布式
鐵Fe
+26
K層
L層
M層
2
8
14
2
N層
1s2 2s22p6 3s23p63d6 4s2
注意書寫：
1s2 2s22p6 3s23p64s2 3d6
【鞏固 評價】根據構造原理寫出基態26Fe核外電子排布式和原子結構示意圖。
02
電子排布式
1-36號元素基態原子的電子排布式
原子序數 元素名稱 元素符號 電子排布式
K L M N O
1 氫 H 1s1
2 氦 He 1s2
3 鋰 Li 1s2 2s1
4 鈹 Be 1s2 2s2
5 硼 B 1s2 2s22p1
6 碳 C 1s2 2s22p2
7 氮 N 1s2 2s22p3
8 氧 O 1s2 2s22p4
02
電子排布式
原子序數 元素名稱 元素符號 電子排布式
K L M N O
9 氟 F 1s2 2s22p5
10 氖 Ne 1s2 2s22p6
11 鈉 Na 1s2 2s22p6 3s1
12 鎂 Mg 1s2 2s22p6 3s2
13 鋁 Al 1s2 2s22p6 3s23p1
14 硅 Si 1s2 2s22p6 3s23p2
15 磷 P 1s2 2s22p6 3s23p3
16 硫 S 1s2 2s22p6 3s23p4
02
電子排布式
原子序數 元素名稱 元素符號 電子排布式
K L M N O
17 氯 Cl
18 氬 Ar
19 鉀 K
20 鈣 Ca
21 鈧 Sc
22 鈦 Ti
4s1
4s2
4s2
3d1
1s2 2s22p6 3s23p5
1s2 2s22p6 3s23p6
1s2 2s22p6 3s23p6
1s2 2s22p6 3s23p6
1s2 2s22p6 3s23p6
1s2 2s22p6 3s23p6
3d2 4s2
02
電子排布式
充入電子時按構造原理，而書寫時按能層次序！
1) 電子排布式
2.核外電子排布表示方法
Fe：
1s
2
2s
2
2p
6
3s
2
3p
6
3d
6
4s
2
能級交錯
有些過渡金屬元素基態原子電子排布不符合構造原理，如Cr 和Cu的最后兩個能級的電子排布分別為3d54s1和3d104s1，可見構造原理是被理想化了的。
書寫順序:1s、2s、2p、3s、3p、3d、4s、4p、4d、4f、5s……
電子填充順序(構造原理):1s、2s、2p、3s、3p、4s、3d、4p、5s……
02
電子排布式
原子序數 元素名稱 元素符號 電子排布式
K L M N O
23 釩 V
24 鉻 Cr
25 錳 Mn
26 鐵 Fe
27 鈷 Co
28 鎳 Ni
29 銅 Cu
30 鋅 Zn
1s2 2s22p6 3s23p6
3d3 4s2
1s2 2s22p6 3s23p6
3d4 4s2
×
3d5 4s1
1s2 2s22p6 3s23p6
3d5 4s2
1s2 2s22p6 3s23p6
3d6 4s2
1s2 2s22p6 3s23p6
3d7 4s2
1s2 2s22p6 3s23p6
3d8 4s2
1s2 2s22p6 3s23p6
3d9 4s2
×
3d10 4s1
1s2 2s22p6 3s23p6
3d10 4s2
不符合構造原理
構造原理是被理想化的
02
電子排布式
原子序數 元素名稱 元素符號 電子排布式
K L M N O
31 鎵 Ga
32 鍺 Ge
33 砷 As
34 硒 Se
35 溴 Br
36 氬 Ar
1s2 2s22p6 3s23p6
3d10 4s2
4p1
1s2 2s22p6 3s23p6
3d10 4s2
4p2
1s2 2s22p6 3s23p6
3d10 4s2
4p3
1s2 2s22p6 3s23p6
3d10 4s2
4p4
1s2 2s22p6 3s23p6
3d10 4s2
4p5
1s2 2s22p6 3s23p6
3d10 4s2
4p6
02
電子排布式
2)簡化電子排布式
2.核外電子排布表示方法
如Na的電子排布式可簡化為[Ne]3s1，其中[Ne]表示：
Na的內層電子排布與稀有氣體元素Ne的核外電子排布相同
【練一練】寫出下列基態原子的簡化電子排布式
①14Si：______________； ②19K：_________________；
③21Sc：_____________； ④26Fe：_______________。
[Ne]3s23p2
[Ar]4s1
[Ar]3d14s2
[Ar]3d64s2
稀有氣體的原子序數非常重要！
02
電子排布式
3) 價層電子排布式
為突出化合價與電子排布的關系，在化學反應中可能發生電子變動的能級稱為價電子層。
如Na的簡化電子排布式 [Ne]3s1，價層電子排布為______。
3s1
通常,元素周期表只給出價層電子排布。
價電子的位置：
1）主族、零族元素：最外層電子。
Cl的價層電子排布式：3s23p5
2）副族和第VIII族元素：
價電子除最外層電子外，還可能包括次外層電子
Cr的價層電子排布式為3d54s1
02
電子排布式
1.按照構造原理寫出稀有氣體2He、10Ne、18Ar、36Kr、54Xe和86Rn的基態原子的最外層電子排布；除氦外它們的通式是什么？
1s2
2s2 2p6
3s2 3p6
4s2 4p6
5s2 5p6
6s2 6p6
通式：ns2 np6
【思考 討論】
2He
10Ne
18Ar
36Kr
54Xe
86Rn
02
電子排布式
【思考 討論】
2. 電子排布式可以簡化，如鈉的電子排布式可簡化為[Ne]3s1。 試問: [Ne]的意義是什么？仿照該式，寫出8O、14Si和22Ti的簡化電子排布式。
[Ne]表示內層電子已達到稀有氣體Ne結構的部分，可稱為原子實。
帶有原子實的電子排布式稱為簡化電子排布式。
02
電子排布式
【思考 討論】
2. 電子排布式可以簡化，如鈉的電子排布式可簡化為[Ne]3s1。 試問: [Ne]的意義是什么？仿照該式，寫出8O、14Si和22Ti的簡化電子排布式。
8O
14Si
22Ti
[He] 2s22p4
[Ne] 3s23p2
[Ar] 3d24s2
該元素的上一周期的稀有氣體
02
電子排布式
[Ne]3s1
11Na 1s22s22p63s1
3s1
簡化
簡化
電子排布式
簡化電子排布式
價層電子排布式
簡化電子排布式和價層電子排布式
只有價電子層的電子排布式稱為價層電子排布式
02
電子排布式
【思考 討論】
3. 請寫出26Fe、33Ga基態電子排布式、簡化電子排布式和價層電子排布。
基態電子排布式：1s22s22p63s23p63d64s2 1s22s22p63s23p63d104s24p1
簡化電子排布式： [Ar]3d64s2 [Ar] 3d104s24p1
價層電子排布式： 3d64s2 4s24p1
26 Fe 33Ga
02
電子排布式
【思考 討論】
4. 請寫出Na+ 、 Fe3+、Cl-電子排布式。
Fe3+
Na+
Cl-
1s22s22p63s23p6
1s22s22p63s23p63d64s2
1s22s22p63s23p5
1s22s22p63s23p63d5
1s22s22p63s1
1s22s22p6
03
課堂總結
構造原理與電子排布式
電子排布式的書寫
電子填充: 依據構造原理
書寫電子排布式：按能層序號由低到高;
構造原理
E(4s)＜E(4p)＜E(4d)＜E(4f)
相同能層：
同類能級：
E(1s)＜E(2s)＜E(3s)＜E(4s)
課堂練習
04
課堂練習
1.解釋以下問題：
1)最外層不超過8個
2)倒數第二層電子數不超過18個
3)倒數第三層電子數不超過32個
ns2 np6
ns2 (n-1)d10np6
ns2 (n-2)f14 (n-1)d10np6
構造原理的規律 ns→(n-2)f→(n-1)d→np (n為能層序數)
04
課堂練習
2．下列各基態原子或離子的電子排布式書寫錯誤的是
A．K 1s22s22p63s23p6
B．F 1s22s22p5
C．Mg2+ 1s22s22p6
D．O2- 1s22s22p6
A
04
課堂練習
3.A、B、C、D是四種短周期元素。A、B、C同周期，C、D同主族，
A的原子結構示意圖為 ，B是同周期除稀有氣體外半徑最大的
元素，C的最外層有五個電子。回答下列問題：
(1)A為____(寫出元素符號，下同)。
(2)B為_____，簡化電子排布式是________。
(3)C為___，核外電子排布式是______________。
(4)D為___，價層電子排布式是______。
Si
Na
[Ne]3s1
P
1s22s22p63s23p3
N
2s22p3
04
課堂練習
4.判斷正誤
(1)p能級的能量一定比s能級的能量高( )
(2)同一原子中，2p、3p、4p能級的軌道數依次增多( )
(3)2p和3p軌道形狀均為啞鈴形，能量也相等( )
(4)2px、2py、2pz的能量相等( )
(5)鐵元素基態原子的電子排布式為1s22s22p63s23p64s23d6( )
(6)Cr的基態原子的簡化電子排布式為[Ar]3d44s2( )
×
×
×
×
√
×
04
課堂練習
5.第三代半導體材料的優異性能和對新興產業的巨大推動作用，使得發達國家都把發展第三代半導體材料及其相關器件等列為半導體重要新興技術領域，投入巨資支持發展。第三代半導體材料有氮化鎵、碳化硅等。請回答下列問題：
(1)硅原子占據電子的能級符號有__________________，其中占據電子的能量最高的能級符號為___，該能層已經容納了__個電子。
1s、2s、2p、3s、3p
3p
2
04
課堂練習
解析：硅位于元素周期表第三周期，有3個能層，分別為K、L、M，每個能層的能級數分別為1、2、2，其能級符號為1s、2s、2p、3s、3p，其中占據電子的最高能級為3p，s能級最多容納2個電子，p能級最多容納6個電子，故3p能級容納的電子數為14－2－2－6－2＝2。
04
課堂練習
解析：N原子位于元素周期表第二周期，共2個能層，符號分別為K、L，L為最高能層，該能層包括2s能級的2個電子和2p能級的3個電子，共5個電子。
(2)N原子中，有電子占據的最高能層符號為____，該能層已經容納的電子數為___個。
L
5
04
課堂練習
(3)鎵為元素周期表中第31號元素，位于元素周期表第四周期。鎵原子具有___個能層，每個能層已經容納的電子數之比為______________。
解析：通過比較，可以得出規律，能層數與元素原子所在的周期數相等，故Ga有4個能層，每層的電子數為2、8、18、3。
4
2∶8∶18∶3
04
課堂練習
6.根據構造原理，試比較下列能級的能量高低(填“＞”或“＜”)。
①4s____3d；②6s____4f____5d。
3、根據構造原理，寫出下列基態原子的核外電子排布式
①2He：____； ②8O：_________；
③10Ne：_________； ④14Si：______________；
⑤18Ar：______________； ⑥19K：_________________；
⑦21Sc：__________________； ⑧27Co：___________________。
＜
＜　 ＜
1s2
1s22s22p4
1s22s22p6
1s22s22p63s23p2
1s22s22p63s23p6
1s22s22p63s23p64s1
1s22s22p63s23p63d14s2
1s22s22p63s23p63d74s2
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