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專題2 原子結構與元素性質
原子核外電子的排布
1.從微觀層面理解原子的組成及結構，了解核外電子的排布規則，培養宏觀辨識與微觀探析的化學學科核心素養。
2.能結合能量最低原理、泡利不相容原理和洪特規則書寫和說明1～36號元素基態原子的核外電子排布式和軌道表示式，發展證據推理與模型認知的化學學科核心素養。
原子核外電子的運動狀態可以怎么描述？
核外電子運動
電子層
原子軌道
電子自旋
一、原子核外電子排布的構造原理
科學家經過研究發現，電子是按順序填充的，填滿一個能級之后再填下一個能級，這種規律稱為構造原理。
軌道能量排列順序
“能級交錯”現象
排布遵循兩個原理一個規則
構造原理的規則
①能量最低原理
原子核外電子先占據能量低的軌道，然后依次進入能量較高的軌道，這樣使整個原子處于能量最低的狀態，從而滿足能量最低原理。
能量升高
能量升高
7
6
5
4
3
2
1
1s---2s---2p---3s---3p--4s--3d—4p--5s--4d---5p---6s---4f---5d---6p---7s---5f—6d
各軌道的能量高低順序：
ns<(n-2)f<(n-1)d核
外
電
子
填
充
順
序
圖
構造原理的規則
②泡利不相容原理
每個原子軌道最多容納兩個自旋狀態不同的電子。
每一種運動狀態的電子只有一個。
由于每一個原子軌道包括兩種運動狀態，所以每一個原子軌道最多只能容納兩個自旋方向相反的電子。
因為s、p、d、f軌道的原子軌道數分別為1，3，5，7個，所以s、p、d、f各原子軌道分別最多能容納2，6，10，14個電子。
1
2
3
He
3p
3s
2p
2s
1s
↑↓
能量
構造原理的規則
③洪特規則
原子核外電子在能量相同的各個軌道上排布時，電子盡可能分占在不同的原子軌道上，且自旋狀態相同，這樣整個原子的能量最低，這個規則稱為洪特規則。
寫出基態碳原子可能的軌道表示式
② C
1s
↑↑
↑↓
↑↓
2s
2p
① C
1s
↑↓
↑↓
↑↓
2s
2p
2p
③ C
↑
1s
↑
↑↓
↑↓
2s
2p
④ C
↓
1s
↑
↑↓
↑↓
2s
√
③洪特規則特例
光譜實驗發現，能量相同的原子軌道在全滿、半滿和全空條件時，
體系能量較低，原子較穩定。
相對穩定的狀態
全充滿：p6、d10、f14
半充滿:p3、d5、f7
全空:p0、d0、f0
二、電子排布式
將能級所容納的電子數標在該能級符號的右上角，并將電子層低的能級寫在左邊，得到的式子為電子排布式。
Na
1s22s22p63s1
能層 K L M N 最多電子數 能級
填充電子數
請寫出25Mn和35Br的電子排布式和原子結構示意圖
方法總結：1.主族元素：0族元素加法或改寫法
2.先寫內層最外層，再寫次外層
3.先寫各能層能級電子排布，再分層書寫結構示意圖
二、簡化電子排布式
可以把內層電子已達到稀有氣體結構的部分寫成“原子實”
Na
1s22s22p63s1
熟記0族元素的原子序數
→[Ne]3s1
元素 名稱 元素 符號 原子序數 各電子層的電子數 K 1 L 2 M 3 N 4 O 5 P 6 最外層電子數
氦 He 2 2 2
氖 Ne 10 2 8 8
氬 Ar 18 2 8 8 8
氪 Kr 36 2 8 18 8 8
氙 Xe 54 2 8 18 18 8 8
氡 Rn 86 2 8 18 32 18 8 8
O ：
Si :
Fe :
試寫出8O、 14Si 、26Fe的簡化電子排布式。
[He] 2s22p4
[Ne]3s23p2
[Ar]3d64s2
元素 名稱 元素 符號 原子序數
氦 He 2
氖 Ne 10
氬 Ar 18
氪 Kr 36
氙 Xe 54
氡 Rn 86
三、軌道表示式（電子排布圖）
每一個原子軌道用一個方框表示,在方框內標明基態原子核外電子分布的式子，是表述電子排布的一種圖式。
↑↓
1s 2s 2p 3s
↑↓
↑
↑↓
↑↓
↑↓
1s22s22p63s1
Na
各軌道按照離核由近到遠，從左到右依次排列。
方框(也可用圓圈)表示原子軌道
能量相同的原子軌道的方框相連
用箭頭表示處于特定自旋方向的電子。
軌道表示式的書寫步驟
①元素符號；
②軌道框(一個軌道一個框，能量相同的軌道連在一起)
s：1 ，p：3 ， d：5 ， f：7；
③電子及自旋狀態(↑、↓)。
Mg：
畫出下列元素的軌道表示式:
C：
Na：
3d 4s
↑↓
↑
↑
↑
↑
3d 4s
↑
↑
↑
↑
↑
↑
只有一組全滿的原子軌道
有兩組半滿
的原子軌道
寫出 24Cr 軌道表示式
↑↓
1s 2s 2p 3s 3p
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
1s 2s 2p 3s 3p
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
洪特規則特例:
能量相同的原子軌道在全充滿(如p6和d10)、半充滿(如p3和d5)和全空(如p0和d0)狀態時，體系的能量較低，原子較穩定。
A
B
寫出 29Cu 軌道表示式
29Cu
電子排布式
1s22s22p63s23p63d104s1
29Cu
寫出鐵原子、鐵離子和亞鐵離子的電子軌道排布式，想想鐵離子和亞鐵離子誰更穩定？為什么？
Fe2+
Fe3+
26Fe
1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑
↑
↑
↑
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑
↑
↑
↑
1s 2s 2p 3s 3p 3d
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑
↑
↑
↑
↑
1s 2s 2p 3s 3p 3d
四、外圍電子排布式
在化學反應中，一般是原子的外圍電子（對于主族元素的原子而言，外圍電子就是最外層電子）發生變化。所以，描述原子核外電子排布時，也可以僅寫出原子的外圍電子排布式（價層電子排布式）。
試根據課本所給的1~36號元素外圍電子排布圖，總結1~36號元素價電子排布規律
8O： 13Al：
2s22p4
3s23p1
價電子
對于主族和零族：價電子就是最外層電子
例如：Cl的價層電子排布式為3s23p5
對于副族和第VIII族元：最外層電子+次外層部分電子
例如：Cr的價層電子排布式為3d54s1。
寫出29Cu的價層電子排布式和價層電子軌道表示式（價層電子排布圖）
價層電子排布式：
價層電子的軌道表示式：
3d 4s
↑
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
3d104s1
(1) Al: 1s2 2s22p6 3s13p2
(2) Cl: 1s2 2s22p6 3s23p5
(3) S: 1s2 2s22p6 3s33p3
(4) K: 1s2 2s22p6 3s23p63d1
(5) Ne: 1s2 2s22p6
判斷下列原子的電子排布式是否正確；如不正確，說明它違反了什么原理？
能量最低原理
正確
泡利不相容原理
能量最低原理
正確
五、電子躍遷與原子光譜
在通常情況下，原子核外電子的排布總是使整個原子處于能量最低的狀態。
1.基態原子與激發態原子
處于最低能量狀態的原子叫基態原子;
當基態原子的電子吸收能量后,電子會躍遷到較高能級成為激發態原子。
基態氫原子
K
L
M
N
激發態氫原子
K
L
M
N
能量
不同原子的電子發生躍遷時可以吸收不同的光，用光譜儀可以攝取各種原子吸收光譜。
五、電子躍遷與原子光譜
能量
K
L
M
N
當電子從較高能量的狀態躍遷至較低能量的狀態，乃至基態時，會釋放能量。
光
K
L
M
N
光是電子躍遷釋放能量的重要形式之一。
不同原子的電子發生躍遷時可以發射不同的光，用光譜儀可以攝取各種原子的發射光譜。
各種原子的吸收光譜或發射光譜，總稱為原子光譜。
鋰、氦、汞的吸收光譜
鋰、氦、汞的發射光譜
原子光譜的應用
He 氦
不同元素的焰色試驗
檢驗元素
煙火
發現新元素
各種原子的吸收光譜或發射光譜，總稱為原子光譜。
鋰、氦、汞的吸收光譜
鋰、氦、汞的發射光譜
低能量軌道電子
吸收能量
高能量軌道電子
原子吸收光譜
低能量軌道電子
釋放能量
原子發射光譜
原子核外電子排布遵循的原理和規則
原子核外電子排布的表示式
能量最低原理
泡利不相容原理
洪特規則
電子排布式、價電子排布式
軌道表示式（電子排布圖)
原子結構示意圖
全滿、半滿、全空相對穩定

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