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基礎(chǔ)課時(shí)2　構(gòu)造原理與電子排布式　電子云與原子軌道
學(xué)習(xí)目標(biāo)　1.了解原子核外電子排布的構(gòu)造原理，能寫(xiě)出 1～36 號(hào)元素基態(tài)原子的電子排布式，進(jìn)一步增強(qiáng)證據(jù)推理意識(shí)。2.知道電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)可通過(guò)原子軌道和電子云模型來(lái)描述，能說(shuō)明微觀粒子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)與宏觀物體運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)的差異，建立對(duì)原子結(jié)構(gòu)的模型認(rèn)知。
一、構(gòu)造原理與電子排布式
(一)知識(shí)梳理
1.構(gòu)造原理
(1)內(nèi)容
以光譜學(xué)事實(shí)為基礎(chǔ)，從氫開(kāi)始，隨核電荷數(shù)遞增，新增電子填入能級(jí)的順序稱(chēng)為構(gòu)造原理。如圖所示為構(gòu)造原理示意圖。
(2)能級(jí)交錯(cuò)
構(gòu)造原理告訴我們，隨核電荷數(shù)遞增，電子并不總是填滿(mǎn)一個(gè)能層后再開(kāi)始填入下一個(gè)能層的。電子是按3p→4s→3d 的順序而不是按3p→3d→4s的順序填充的，這種現(xiàn)象被稱(chēng)為能級(jí)交錯(cuò)。
2.電子排布式
(1)含義
用核外電子分布的能級(jí)及各能級(jí)上的電子數(shù)來(lái)表示電子排布的式子。
(2)表達(dá)方式
以基態(tài)氮原子為例，電子排布式中各符號(hào)的意義如下：
(3)書(shū)寫(xiě)電子排布式的方法
①“三步法”書(shū)寫(xiě)電子排布式
第一步：按著構(gòu)造原理寫(xiě)出電子填入能級(jí)時(shí)的順序：1s→2s→2p→3s→3p→4s→3d→4p→5s→4d→5p……。
第二步：分析基態(tài)原子的核外電子數(shù)，根據(jù)各能級(jí)容納的電子數(shù)填充電子。如基態(tài)鐵原子的核外電子數(shù)為26，電子填充順序?yàn)?s2→2s2→2p6→3s2→3p6→4s2→3d6。
第三步：去掉空能級(jí)，并按能層順序書(shū)寫(xiě)。
Fe：1s22s22p63s23p63d64s2。
②簡(jiǎn)化電子排布式
將電子排布式中內(nèi)層電子達(dá)到稀有氣體元素原子結(jié)構(gòu)的部分用相應(yīng)的稀有氣體元素符號(hào)外加方括號(hào)表示的式子稱(chēng)為簡(jiǎn)化電子排布式。如氧、鈣的簡(jiǎn)化電子排布式為：[He]2s22p4；[Ar]4s2。
③離子的核外電子排布式
先寫(xiě)出基態(tài)原子的電子排布式，再根據(jù)得失電子情況進(jìn)行調(diào)整。
a.陽(yáng)離子：對(duì)于主族元素的基態(tài)原子來(lái)說(shuō)，原子失去電子時(shí)，一般只失去最外層電子，而過(guò)渡元素的原子可能還會(huì)進(jìn)一步失去內(nèi)層電子，如Fe失電子的情況及對(duì)應(yīng)電子排布式如圖所示：
b.陰離子：原子得到電子時(shí)，一般是填充到最外層未填滿(mǎn)的能級(jí)上，如基態(tài)Cl原子的核外電子排布式為1s22s22p63s23p5，基態(tài)Cl－的核外電子排布式為1s22s22p63s23p6。
④價(jià)層電子排布式
價(jià)電子層：為突出化合價(jià)與核外電子排布的關(guān)系，將在化學(xué)反應(yīng)中可能發(fā)生電子變動(dòng)的能級(jí)稱(chēng)為價(jià)電子層(簡(jiǎn)稱(chēng)價(jià)層)。元素周期表中給出了元素的價(jià)層電子排布式。如Si的價(jià)層電子排布式為 3s23p2，Co的價(jià)層電子排布式為3d74s2。
(4)Cr和Cu的最后兩個(gè)能級(jí)的電子排布分別為3d54s1和3d104s1，但它們不符合構(gòu)造原理，可見(jiàn)構(gòu)造原理是被理想化了的。
(二)問(wèn)題探究
問(wèn)題1　在多電子原子中，電子最后填入的能級(jí)是不是原子最外層上的能級(jí)，為什么？
提示　從M層開(kāi)始出現(xiàn)能級(jí)交錯(cuò)現(xiàn)象，電子填入能級(jí)的順序是3p→4s→3d……因此在多電子原子中，電子最后填入的能級(jí)不一定是原子最外能層上的能級(jí)，如Fe原子中電子最后填入的能級(jí)是3d，屬于次外層。
問(wèn)題2　為什么K原子的原子結(jié)構(gòu)示意圖不是，而是？
提示　能層序數(shù)大，但能級(jí)的能量不一定高，部分能級(jí)有交錯(cuò)現(xiàn)象。K原子在排滿(mǎn)第二層后，先排布3s、3p能級(jí)，因?yàn)?d能級(jí)能量高于4s能級(jí)，故最后一個(gè)電子排入4s能級(jí)而不是3d能級(jí)，所以它的原子結(jié)構(gòu)示意圖是。
問(wèn)題3　寫(xiě)出基態(tài)鋁原子的電子排布式及簡(jiǎn)化的電子排布式。
提示　Al電子排布式：1s22s22p63s23p1
Al的簡(jiǎn)化電子排布式：[Ne]3s23p1
問(wèn)題4　書(shū)寫(xiě)電子排布式時(shí)，能級(jí)的排列順序是否完全遵循構(gòu)造原理，是按著什么順序書(shū)寫(xiě)的？
提示　在書(shū)寫(xiě)電子排布式時(shí)，能級(jí)的排列順序不完全遵循構(gòu)造原理，要按照能層序數(shù)由小到大的順序排布。即當(dāng)出現(xiàn)d軌道時(shí)，電子按ns→(n－l)d→np的順序填充，但在書(shū)寫(xiě)電子排布式時(shí)，要把(n－1)d寫(xiě)在ns的前面。
【探究歸納】
(1)構(gòu)造原理是以光譜學(xué)事實(shí)為基礎(chǔ)得出的一個(gè)思維模型，是經(jīng)驗(yàn)的，而非任何理論推導(dǎo)的結(jié)果。
(2)原子的核外電子不是完全按能層順序依次填充的，即不總是填滿(mǎn)n能層后再填(n＋1)能層，而是按照構(gòu)造原理示意圖中所示的能級(jí)順序填充的，在該順序中，從第三能層開(kāi)始，出現(xiàn)了能級(jí)交錯(cuò)現(xiàn)象。
1.下列有關(guān)構(gòu)造原理的說(shuō)法錯(cuò)誤的是(　　)
A.原子核外電子填充3p、3d、4s 能級(jí)的順序一般為3p→4s→3d
B.某基態(tài)原子部分核外電子排布式為3s24s2
C.在多電子原子中，電子最后填入的能級(jí)不一定是原子最外能層上的能級(jí)
D.從第三能層開(kāi)始出現(xiàn)能級(jí)交錯(cuò)現(xiàn)象
答案　B
解析　根據(jù)構(gòu)造原理判斷，A項(xiàng)正確；根據(jù)構(gòu)造原理可知，電子填滿(mǎn)3s能級(jí)后，再填入的能級(jí)是3p 而非4s，B 項(xiàng)錯(cuò)誤；從M 層開(kāi)始出現(xiàn)能級(jí)交錯(cuò)現(xiàn)象，電子填入能級(jí)的順序是3s→3p→4s→3d……因此在多電子原子中，電子最后填入的能級(jí)不一定是原子最外能層上的能級(jí)，如Fe 原子中電子最后填入的能級(jí)是3d，屬于次外層，C、D項(xiàng)正確。
2.下列屬于基態(tài)原子的電子排布式的是(　　)
①1s12s2　②1s22s12p2　③1s22s22p63s1
④1s22s22p63s23p3
A.全部 B.①②
C.②③ D.③④
答案　D
解析　①中1s能級(jí)未填滿(mǎn)就填充2s能級(jí)，屬于激發(fā)態(tài)原子的電子排布式；②中2s能級(jí)未填滿(mǎn)就填充2p能級(jí)，屬于激發(fā)態(tài)原子的電子排布式；③和④均按照構(gòu)造原理填充電子，都屬于基態(tài)原子的電子排布式。
3.下列原子或離子的核外電子排布式，正確的是(　　)
A.16S2－：1s22s22p63s23p4
B.21Sc：1s22s22p63s23p64s23d1
C.18Ar：1s22s22p63s23p6
D.9F：2s22p5
答案　C
解析　S2－的原子核外共有18個(gè)電子，其核外電子排布式為1s22s22p63s23p6，選項(xiàng)A是S原子的核外電子排布式，故A不符合題意；書(shū)寫(xiě)電子排布式時(shí)，能層低的能級(jí)要寫(xiě)在左邊，能層高的能級(jí)要寫(xiě)在右邊，因此21Sc原子的核外電子排布式應(yīng)為1s22s22p63s23p63d14s2，故B不符合題意；D是F原子的最外層電子(價(jià)層電子)排布式，不符合題意。
4.根據(jù)構(gòu)造原理，試比較下列能級(jí)的能量高低(填“>” 或“<”)。
(1)2p________3p________4p；
(2)4s________4p________4d________4f；
(3)4s________3d；
(4)6s________4f________5d。
答案　(1)<　<　(2)<　<　<　(3)< (4)<　<
5.(1)基態(tài)B原子的電子排布式為_(kāi)___________。
(2)基態(tài) N原子的價(jià)層電子排布為_(kāi)___________。
(3)Se原子的原子序數(shù)為_(kāi)___________，其M層的電子排布為_(kāi)___________。
(4)Li3N 晶體中氮以N3－形式存在，基態(tài)N3－的電子排布式為_(kāi)___________。
(5)基態(tài)鎵原子的電子排布式：____________。
(6)建筑中使用了高強(qiáng)度、高性能的釩氮合金高新鋼?；鶓B(tài)釩原子的價(jià)層電子排布為_(kāi)___________。
答案　(1)1s22s22p1(或[He]2s22p1)　(2)2s22p3
(3)34　3s23p63d10　(4)1s22s22p6(或[He]2s22p6)
(5)1s22s22p63s23p63d104s24p1(或[Ar]3d104s24p1)　(6)3d34s2
二、電子云與原子軌道
(一)知識(shí)梳理
1.電子云
(1)概率密度
量子力學(xué)指出，一定空間運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的電子并不在玻爾假定的線性軌道上運(yùn)行，而在核外空間各處都可能出現(xiàn)但出現(xiàn)的概率不同，可以算出它們的概率密度分布。用P表示電子在某處出現(xiàn)的概率，V表示該處的體積，ρ表示概率密度，則ρ＝P/V。
(2)電子云
①定義：核外電子的概率密度分布看起來(lái)像一片云霧，因而形象地稱(chēng)作電子云。
②意義：電子云是處于一定空間運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的電子在原子核外空間的概率密度分布的形象化描述。小點(diǎn)越密，表示概率密度越大。如氫的電子云圖為
(3)電子云輪廓圖
①含義：繪制電子云輪廓圖的目的是表示電子云輪廓的形狀，對(duì)核外電子的空間運(yùn)動(dòng)狀態(tài)有一個(gè)形象化的簡(jiǎn)便描述。
②電子云輪廓圖形狀：所有原子的任一能層的s電子的電子云輪廓圖都是一個(gè)球形，只是球的半徑不同；p電子云輪廓圖是啞鈴形，而且都有 3個(gè)相互垂直的電子云。
2.原子軌道
(1)定義
量子力學(xué)把電子在原子核外的一個(gè)空間運(yùn)動(dòng)狀態(tài)稱(chēng)為一個(gè)原子軌道。
(2)形狀
①s軌道呈球形，能層序數(shù)越大，原子軌道的半徑越大。
②p軌道呈啞鈴形，無(wú)論2p、3p還是4p都有3個(gè)相互垂直的原子軌道。
(3)各能級(jí)所含有的原子軌道數(shù)
能級(jí) ns np nd nf ……
原子軌道數(shù) 1 3 5 7 ……
(二)問(wèn)題探究
問(wèn)題1　所有原子任一能層的s電子云輪廓圖的形狀都是相同的，它們的半徑有什么關(guān)系？
提示　所有原子的任一能層的s電子云輪廓圖都是球形，球的半徑不同，能層越高，s電子云輪廓圖的半徑越大。這是由于1s、2s、3s……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(lái)越向更大的空間擴(kuò)展。
問(wèn)題2　p電子云輪廓圖的平均半徑與能層序數(shù)有什么關(guān)系？在同一能層中 px、py、pz的能量是否相同？
提示　p電子云輪廓圖的平均半徑隨能層序數(shù)的增大而增大，在同一能層中 px、py、pz的能量是相同的。
【探究歸納】
(1)不同能層的同種能級(jí)的原子軌道形狀相同，只是半徑不同。能層序數(shù)n越大，原子軌道的半徑越大，能量越高。
(2)p能級(jí)有3個(gè)原子軌道，它們互相垂直。在同一能層中px、py、pz的能量相同，取向不同。同一能級(jí)中的軌道能量相等。
(3)原子軌道數(shù)與能層序數(shù)(n)的關(guān)系：原子軌道為n2。
1.關(guān)于電子云的敘述不正確的是(　　)
A.電子云是用小點(diǎn)的疏密程度來(lái)表示電子在空間出現(xiàn)概率密度大小的圖形
B.電子云實(shí)際是電子運(yùn)動(dòng)形成的類(lèi)似云一樣的圖形
C.小點(diǎn)密集的地方，電子在那里出現(xiàn)的概率大
D.軌道不同，電子云的形狀一般不一樣
答案　B
解析　電子云是用來(lái)描述核外電子在空間出現(xiàn)概率大小的圖形，并不是電子實(shí)際的運(yùn)動(dòng)軌道，B 錯(cuò)誤。
2.下列說(shuō)法正確的是(　　)
A.p軌道是“8”字形的，所以p電子走“8”字形
B.電子層數(shù)為3時(shí)，有3s、3p、3d、3f四個(gè)軌道
C.氫原子中只有一個(gè)電子，故氫原子只有一條軌道
D.原子軌道與電子云都是用來(lái)形象描述電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的
答案　D
解析　p軌道是啞鈴形，是說(shuō)電子出現(xiàn)概率高的“區(qū)域”的形狀，而不是p電子的運(yùn)動(dòng)軌跡，A錯(cuò)誤；n＝3時(shí)，共有3s、3p、3d三個(gè)能級(jí)，共有1＋3＋5＝9個(gè)軌道，B錯(cuò)誤；氫原子中只有一個(gè)電子，只填充1s軌道，但氫原子核外有多個(gè)空軌道，C錯(cuò)誤。
3.3px所代表的含義是(　　)
A.p軌道上有3 個(gè)電子
B.第三能層px軌道有3個(gè)伸展方向
C.px電子云有3 個(gè)伸展方向
D.第三能層沿x軸方向伸展的p軌道
答案　D
解析　3px中3代表第三能層，p指的是p軌道，x指原子軌道沿x軸方向伸展，因此3px代表第三能層沿x軸方向伸展的p軌道，故選D。
A級(jí)　合格過(guò)關(guān)練
選擇題只有1個(gè)選項(xiàng)符合題意
(一)構(gòu)造原理與電子排布式
1.按照構(gòu)造原理，下列電子填入能級(jí)的順序正確的是(　　)
A.1s、2p、3d、4s B.1s、2s、3s、2p
C.2s、2p、3s、3p D.4p、3d、4s、3p
答案　C
解析　由構(gòu)造原理可知，A 項(xiàng)中電子填入能級(jí)的正確順序應(yīng)為1s、2p、4s、3d，A錯(cuò)誤；B項(xiàng)中電子填入能級(jí)的正確順序應(yīng)為1s、2s、2p、3s，B錯(cuò)誤；D項(xiàng)中電子填入能級(jí)的正確順序應(yīng)為3p、4s、3d、4p，D錯(cuò)誤。故選C。
2.下列各項(xiàng)中，前面的能級(jí)比后面的能級(jí)先填入電子的是(　　)
①3d和4s?、?p和5s?、?s 和4d　④5p和4d
A.①② B.②③
C.②④ D.③④
答案　B
解析　根據(jù)構(gòu)造原理可知，電子填入能級(jí)的順序?yàn)?1s、2s、2p、3s、3p、4s、3d、4p、5s、4d、5p、6s，從而可以看出②③中前面的能級(jí)比后面的能級(jí)先填入電子。故選B。
3.第四周期某元素基態(tài)原子4s軌道上有2個(gè)電子，則該基態(tài)原子價(jià)層電子排布不可能是(　　)
A.4s2 B.3d54s2
C.3d94s2 D.4s24p5
答案　C
解析　若價(jià)層電子排布為4s2，為20號(hào)元素Ca，電子排布式為[Ar]4s2，A正確；若價(jià)層電子排布為3d54s2，為25號(hào)元素Mn，電子排布式為[Ar]3d54s2，B正確；價(jià)層電子排布為3d94s2，為29號(hào)元素Cu，電子排布式為[Ar]3d104s1，C錯(cuò)誤；若價(jià)層電子排布為4s24p5，為35號(hào)元素Br，電子排布式為[Ar]3d104s24p5，D正確。
4.下列電子排布式是基態(tài)原子的電子排布式的是(　　)
①Be：1s22s12p1?、贠：1s22s22p4　③He：1s12s1?、蹸l：1s22s22p63s23p5
A.①② B.②③
C.①③ D.②④
答案　D
解析?、貰e：1s22s12p1是激發(fā)態(tài)，2s能量低于2p；②O：1s22s22p4是基態(tài)；③He：1s12s1是激發(fā)態(tài)，1s能量低于2s；④Cl：1s22s22p63s23p5是基態(tài)。
5.某原子的最外層電子排布為3s23p2，下列對(duì)其核外電子運(yùn)動(dòng)的說(shuō)法錯(cuò)誤的是(　　)
A.有4種不同的伸展方向
B.有5種不同能量的電子
C.有5種不同的運(yùn)動(dòng)范圍
D.有14種不同運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的電子
答案　C
解析　某原子的最外層電子排布為3s23p2，則該元素是14號(hào)Si元素。在Si原子上有s、p兩種軌道，s軌道是球形對(duì)稱(chēng)的，p軌道有三個(gè)不同的伸展方向，因此Si原子有4種不同的伸展方向，A正確；Si元素的核外電子排布為1s22s22p63s23p2，處于同一能級(jí)上的電子的能量相同，在Si原子上有5種不同的能級(jí)，有5種不同能量的電子，B正確；Si的核外電子排布為1s22s22p63s23p2，原子核外有9種不同的原子軌道，運(yùn)動(dòng)范圍大于5種，C錯(cuò)誤；Si是14號(hào)元素，原子核外有14個(gè)電子，由于在同一個(gè)原子中，不存在運(yùn)動(dòng)狀態(tài)完全相同的電子，因此Si原子有14種不同運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的電子，D正確。
(二)電子云與原子軌道
6.基于構(gòu)造原理填充順序，下列原子軌道的能量大小比較，正確的是(　　)
A.E(4s)E(3p)
C.E(4s)答案　A
解析　根據(jù)構(gòu)造原理可知，不同能級(jí)能量由低到高的順序?yàn)椋?s＜2s＜2p＜3s＜3p＜4s＜3d＜4p＜5s＜4f，據(jù)此分析解題。根據(jù)構(gòu)造原理可知，E(4s)7.下列說(shuō)法正確的是(　　)
A.原子軌道是指原子運(yùn)行的軌道
B.電子云中的一個(gè)小黑點(diǎn)代表一個(gè)電子
C.s電子的電子云輪廓圖呈啞鈴形，p電子的電子云輪廓圖呈啞鈴形
D.電子云密度大的地方，說(shuō)明電子在該空間單位時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)的機(jī)會(huì)多
答案　D
解析　原子軌道不是原子運(yùn)行的軌道，是對(duì)核外電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的描述，A錯(cuò)誤；電子云中小黑點(diǎn)本身沒(méi)有意義，不代表電子，代表的是電子在此處出現(xiàn)的概率，B錯(cuò)誤；s電子的電子云輪廓圖是球形，p電子的電子云輪廓圖為啞鈴形，C錯(cuò)誤；電子云密度大的地方，說(shuō)明電子在該空間單位時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)的機(jī)會(huì)多，D正確。
8.下列能級(jí)符號(hào)正確且原子軌道數(shù)最多的是(　　)
A.2d B.3f
C.4d D.5s
答案　C
解析　不存在2d、3f能級(jí)，A、B錯(cuò)誤；4d能級(jí)有5個(gè)原子軌道，5s能級(jí)有1個(gè)原子軌道，C正確，D錯(cuò)誤。
9.下列關(guān)于電子云示意圖的敘述正確的是(　　)
A.電子云表示電子的運(yùn)動(dòng)軌跡
B.小黑點(diǎn)的多少表示電子個(gè)數(shù)的多少
C.處于1s軌道上的電子在空間出現(xiàn)的概率分布呈球形對(duì)稱(chēng)，而且電子在原子核附近出現(xiàn)的概率小，離核越遠(yuǎn)電子出現(xiàn)的概率越大
D.處在2pz軌道的電子主要在xy平面的上、下方出現(xiàn)
答案　D
解析　電子云示意圖是用小黑點(diǎn)的疏密來(lái)表示電子在原子核外出現(xiàn)的概率的大小，A、B錯(cuò)誤；1s軌道的電子云呈球形對(duì)稱(chēng)，在原子核附近小點(diǎn)密集，電子出現(xiàn)的概率大，離核越遠(yuǎn)電子出現(xiàn)的概率越小，C錯(cuò)誤；處在2pz軌道上的電子在空間出現(xiàn)的概率分布沿z軸方向伸展，電子主要在xy平面的上、下方出現(xiàn)，D正確。
10.下列各離子或原子的電子排布式錯(cuò)誤的是(　　)
A.Ca2＋：1s22s22p63s23p6
B.O2－：1s22s22p6
C.K：1s22s22p63s23p64s1
D.Fe2＋：1s22s22p63s23p63d54s1
答案　D
解析　已知O原子的電子排布式為1s22s22p4，故O2－的電子排布式為1s22s22p6；Fe2＋的電子排布式為1s22s22p63s23p63d6。
B級(jí)　素養(yǎng)培優(yōu)練
11.下列關(guān)于原子結(jié)構(gòu)的說(shuō)法不正確的是(　　)
A.同一原子中，2p、3p、4p電子的能量依次增大
B.電子由3d能級(jí)躍遷至5s能級(jí)，可通過(guò)光譜儀攝取原子的發(fā)射光譜
C.N能層中有4s、4p、4d、4f四個(gè)能級(jí)，共16個(gè)軌道，可容納32種不同運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的電子
D.基態(tài)K原子占據(jù)最高能層的電子的電子云輪廓圖為球形
答案　B
解析　相同軌道能層越高能量越大，則能量：2p<3p<4p，故A正確；電子由3d能級(jí)躍遷至5s能級(jí)，吸收能量，所得光譜為吸收光譜，故B錯(cuò)誤；每個(gè)軌道最多容納2個(gè)電子，N能層最多可容納32個(gè)電子，故C正確；基態(tài)K原子核外電子排布式為：[Ar]4s1，最高能層的電子在s軌道，s軌道電子云輪廓圖為球形，故D正確。
12.某原子核外共有 15個(gè)不同運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的電子，下列說(shuō)法正確的是(　　)
A.該基態(tài)原子的電子排布式為1s22s22p63s23p23d1
B.原子中的所有電子占有 3 個(gè)能級(jí)9個(gè)軌道
C.該元素的最高價(jià)氧化物對(duì)應(yīng)的水化物為兩性氫氧化物
D.基態(tài)原子中能量最高的電子的電子云輪廓圖為啞鈴形
答案　D
解析　某原子核外共有 15 個(gè)不同運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的電子，則該原子為P原子，其基態(tài)原子核外電子排布式為 1s22s22p63s23p3，A 錯(cuò)誤；該原子中電子占有 1s、2s、2p、3s、3p共 5 個(gè)能級(jí)，9個(gè)軌道，B 錯(cuò)誤；該元素的最高價(jià)氧化物對(duì)應(yīng)的水化物 H3PO4為中強(qiáng)酸，C 錯(cuò)誤；基態(tài)原子中能量最高的電子處于3p 能級(jí)，3p 電子云輪廓圖為啞鈴形，D 正確。
13.下列各組指定的元素，不能形成 AB2型化合物的是(　　)
A.[He]2s22p2和[He]2s22p4
B.[Ne]3s23p4和[He]2s22p4
C.[Ne]3s2和[He]2s22p5
D.[Ne]3s1和[Ne]3s23p4
答案　D
解析　核外電子排布式為[He]2s22p2的元素為C，核外電子排布式為[He]2s22p4的元素為O，二者可形成 CO2，A項(xiàng)不符合題意；核外電子排布式為[Ne]3s23p4的元素為S，核外電子排布式為[He]2s22p4的元素為O，二者可形成SO2，B項(xiàng)不符合題意；核外電子排布式為[Ne]3s2的元素為Mg，核外電子排布式為[He]2s22p5的元素為F，二者可形成MgF2，C 項(xiàng)不符合題意；核外電子排布式為[Ne]3s1的元素為Na，核外電子排布式為[Ne]3s23p4的元素為S，二者形成Na2S，不能形成 AB2型化合物，D 項(xiàng)符合題意。
14.某元素基態(tài)原子3d軌道上有5個(gè)電子，則該原子最外層電子的排布可能是(　　)
A.4s1 B.4s24p6
C.4s24p3 D.3s23p63d5
答案　A
解析　3d軌道上有5個(gè)電子，根據(jù)構(gòu)造原理可知電子先填充4s軌道再填充3d軌道，等3d軌道填滿(mǎn)后再填充4p軌道，故題給原子的價(jià)層電子排布為3d54s1或3d54s2，最外層電子排布為4s1或4s2，故A符合題意。
15.下列各組表述中，兩個(gè)微粒不屬于同種原子的是(　　)
A.3p 能級(jí)有一個(gè)空軌道的基態(tài)原子和核外電子排布式為1s22s22p63s23p2的基態(tài)原子
B.2p 能級(jí)無(wú)空軌道，且有一個(gè)未成對(duì)電子的基態(tài)原子和最外層電子排布式為2s22p5的基態(tài)原子
C.M 層全充滿(mǎn)而N層為4s2的基態(tài)原子和核外電子排布式為1s22s22p63s23p64s2的基態(tài)原子
D.最外層電子數(shù)是核外電子總數(shù)的1/5基態(tài)原子和最外層電子排布式為4s24p5的基態(tài)原子
答案　C
解析　3p 能級(jí)有一個(gè)空軌道的基態(tài)原子，該原子的3p 能級(jí)有2個(gè)電子，則核外電子排布式為 1s22s22p63s23p2，題述兩個(gè)微粒屬于同種原子，A 不符合題意；2p 能級(jí)無(wú)空軌道，且有一個(gè)未成對(duì)電子的基態(tài)原子，該原子2p 能級(jí)有5 個(gè)電子，最外層電子排布式為2s22p5，題述兩個(gè)微粒屬于同種原子，B 不符合題意；M 層全充滿(mǎn)而N 層為4s2的基態(tài)原子的核外電子排布式為1s22s22p63s23p63d104s2，題述兩個(gè)原子核外電子排布不相同，不屬于同種原子，C 符合題意；最外層電子數(shù)是核外電子總數(shù)的1/5，說(shuō)明內(nèi)層電子數(shù)是最外層電子數(shù)的4倍，即內(nèi)層電子數(shù)是4的倍數(shù)，符合題意的內(nèi)層電子數(shù)為 2＋8＋18＝28，則最外層電子數(shù)為7，即核外電子排布式為1s22s22p63s23p63d104s24p5最外層電子排布式為4s24p5，題述兩個(gè)微粒屬于同種原子，D不符合題意。
16.有幾種元素的粒子的核外電子排布式均為1s22s22p63s23p6，其中：
(1)某電中性微粒一般不與其他元素的原子反應(yīng)，這種微粒的符號(hào)是____________。
(2)某微粒的鹽溶液能使溴水褪色，并出現(xiàn)渾濁，這種微粒的符號(hào)是____________。
(3)某微粒氧化性很弱，但得到電子后還原性很強(qiáng)，且這種元素的原子最外層有一個(gè)電子，這種微粒的符號(hào)是____________。
(4)某微粒還原性雖弱，但失去電子后氧化性很強(qiáng)，且這種元素的原子得到一個(gè)電子即達(dá)到穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，這種微粒的符號(hào)是____________。
答案　(1)Ar　(2)S2－　(3)K＋　(4)Cl－
解析　符合題述核外電子排布式的粒子中，微粒呈電中性，很難發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的應(yīng)為稀有氣體Ar；鹽溶液能使溴水褪色，并出現(xiàn)渾濁，應(yīng)為還原性較強(qiáng)的S2－；氧化性很弱，得到電子后還原性很強(qiáng)，應(yīng)為K＋；得一個(gè)電子即達(dá)穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，應(yīng)為Cl－?；A(chǔ)課時(shí)2　構(gòu)造原理與電子排布式　電子云與原子軌道
學(xué)習(xí)目標(biāo)　1.了解原子核外電子排布的構(gòu)造原理,能寫(xiě)出 1~36 號(hào)元素基態(tài)原子的電子排布式,進(jìn)一步增強(qiáng)證據(jù)推理意識(shí)。2.知道電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)可通過(guò)原子軌道和電子云模型來(lái)描述,能說(shuō)明微觀粒子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)與宏觀物體運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)的差異,建立對(duì)原子結(jié)構(gòu)的模型認(rèn)知。
一、構(gòu)造原理與電子排布式
(一)知識(shí)梳理
1.構(gòu)造原理
(1)內(nèi)容
以　　　　　　事實(shí)為基礎(chǔ),從氫開(kāi)始,隨核電荷數(shù)遞增,新增電子填入　　　　　　的順序稱(chēng)為構(gòu)造原理。如圖所示為構(gòu)造原理示意圖。
(2)能級(jí)交錯(cuò)
構(gòu)造原理告訴我們,隨核電荷數(shù)遞增,電子并不總是填滿(mǎn)一個(gè)能層后再開(kāi)始填入下一個(gè)能層的。電子是按3p→4s→3d 的順序而不是按3p→3d→4s的順序填充的,這種現(xiàn)象被稱(chēng)為能級(jí)交錯(cuò)。
2.電子排布式
(1)含義
用核外電子分布的能級(jí)及各能級(jí)上的電子數(shù)來(lái)表示電子排布的式子。
(2)表達(dá)方式
以基態(tài)氮原子為例,電子排布式中各符號(hào)的意義如下:
(3)書(shū)寫(xiě)電子排布式的方法
①“三步法”書(shū)寫(xiě)電子排布式
第一步:按著構(gòu)造原理寫(xiě)出電子填入能級(jí)時(shí)的順序:1s→　　　　　→　　　　　→　　　　→　　　　→　　　　→　　　　→　　　　→5s→4d→5p……。
第二步:分析基態(tài)原子的核外電子數(shù),根據(jù)各能級(jí)容納的電子數(shù)填充電子。如基態(tài)鐵原子的核外電子數(shù)為　　　　,電子填充順序?yàn)?s2→2s2→2p6→　　　　　→　　　　　→　　　　→　　　　　。
第三步:去掉空能級(jí),并按能層順序書(shū)寫(xiě)。
Fe:　　　　　　　　　　。
②簡(jiǎn)化電子排布式
將電子排布式中內(nèi)層電子達(dá)到稀有氣體元素原子結(jié)構(gòu)的部分用相應(yīng)的稀有氣體元素符號(hào)外加方括號(hào)表示的式子稱(chēng)為簡(jiǎn)化電子排布式。如氧、鈣的簡(jiǎn)化電子排布式為:　　　　　　　　;　　　　　　。
③離子的核外電子排布式
先寫(xiě)出基態(tài)原子的電子排布式,再根據(jù)得失電子情況進(jìn)行調(diào)整。
a.陽(yáng)離子:對(duì)于主族元素的基態(tài)原子來(lái)說(shuō),原子失去電子時(shí),一般只失去最外層電子,而過(guò)渡元素的原子可能還會(huì)進(jìn)一步失去內(nèi)層電子,如Fe失電子的情況及對(duì)應(yīng)電子排布式如圖所示:
b.陰離子:原子得到電子時(shí),一般是填充到最外層未填滿(mǎn)的能級(jí)上,如基態(tài)Cl原子的核外電子排布式為1s22s22p63s23p5,基態(tài)Cl-的核外電子排布式為1s22s22p63s23p6。
④價(jià)層電子排布式
價(jià)電子層:為突出化合價(jià)與核外電子排布的關(guān)系,將在化學(xué)反應(yīng)中可能發(fā)生電子變動(dòng)的能級(jí)稱(chēng)為價(jià)電子層(簡(jiǎn)稱(chēng)價(jià)層)。元素周期表中給出了元素的價(jià)層電子排布式。如Si的價(jià)層電子排布式為 3s23p2,Co的價(jià)層電子排布式為3d74s2。
(4)Cr和Cu的最后兩個(gè)能級(jí)的電子排布分別為3d54s1和3d104s1,但它們不符合構(gòu)造原理,可見(jiàn)構(gòu)造原理是被理想化了的。
(二)問(wèn)題探究
問(wèn)題1　在多電子原子中,電子最后填入的能級(jí)是不是原子最外層上的能級(jí),為什么
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
問(wèn)題2　為什么K原子的原子結(jié)構(gòu)示意圖不是,而是
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
問(wèn)題3　寫(xiě)出基態(tài)鋁原子的電子排布式及簡(jiǎn)化的電子排布式。
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
問(wèn)題4　書(shū)寫(xiě)電子排布式時(shí),能級(jí)的排列順序是否完全遵循構(gòu)造原理,是按著什么順序書(shū)寫(xiě)的
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
【探究歸納】
(1)構(gòu)造原理是以光譜學(xué)事實(shí)為基礎(chǔ)得出的一個(gè)思維模型,是經(jīng)驗(yàn)的,而非任何理論推導(dǎo)的結(jié)果。
(2)原子的核外電子不是完全按能層順序依次填充的,即不總是填滿(mǎn)n能層后再填(n+1)能層,而是按照構(gòu)造原理示意圖中所示的能級(jí)順序填充的,在該順序中,從第三能層開(kāi)始,出現(xiàn)了能級(jí)交錯(cuò)現(xiàn)象。
　　　　　　　　　　　　　　　　
1.下列有關(guān)構(gòu)造原理的說(shuō)法錯(cuò)誤的是 (　　)
A.原子核外電子填充3p、3d、4s 能級(jí)的順序一般為3p→4s→3d
B.某基態(tài)原子部分核外電子排布式為3s24s2
C.在多電子原子中,電子最后填入的能級(jí)不一定是原子最外能層上的能級(jí)
D.從第三能層開(kāi)始出現(xiàn)能級(jí)交錯(cuò)現(xiàn)象
2.下列屬于基態(tài)原子的電子排布式的是 (　　)
①1s12s2?、?s22s12p2?、?s22s22p63s1 ④1s22s22p63s23p3
A.全部 B.①② C.②③ D.③④
3.下列原子或離子的核外電子排布式,正確的是 (　　)
A.16S2-:1s22s22p63s23p4
B.21Sc:1s22s22p63s23p64s23d1
C.18Ar:1s22s22p63s23p6
D.9F:2s22p5
4.根據(jù)構(gòu)造原理,試比較下列能級(jí)的能量高低(填“>” 或“<”)。
(1)2p　　　　3p　　　　4p;
(2)4s　　　　4p　　　　4d　　　　4f;
(3)4s　　　　3d;
(4)6s　　　　4f　　　　5d。
5.(1)基態(tài)B原子的電子排布式為　　　　　　　　　　。
(2)基態(tài) N原子的價(jià)層電子排布為　　　　　　　　　　。
(3)Se原子的原子序數(shù)為　　　　　　,其M層的電子排布為　　　　　　　　　　。
(4)Li3N 晶體中氮以N3-形式存在,基態(tài)N3-的電子排布式為　　　　　　　　　　。
(5)基態(tài)鎵原子的電子排布式:　　　　　　　　　　。
(6)建筑中使用了高強(qiáng)度、高性能的釩氮合金高新鋼?；鶓B(tài)釩原子的價(jià)層電子排布為　　　　　　　　　　。
二、電子云與原子軌道
(一)知識(shí)梳理
1.電子云
(1)概率密度
量子力學(xué)指出,一定空間運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的電子并不在玻爾假定的線性軌道上運(yùn)行,而在核外空間各處都可能出現(xiàn)但出現(xiàn)的概率不同,可以算出它們的概率密度分布。用P表示電子在某處出現(xiàn)的概率,V表示該處的體積,ρ表示概率密度,則ρ=　　　　。
(2)電子云
①定義:核外電子的概率密度分布看起來(lái)像一片云霧,因而形象地稱(chēng)作電子云。
②意義:電子云是處于一定空間運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的　　　　　　　　　 　　　　　　　　　 分布的形象化描述。小點(diǎn)越密,表示概率密度越大。如氫的電子云圖為
(3)電子云輪廓圖
①含義:繪制電子云輪廓圖的目的是表示電子云輪廓的形狀,對(duì)核外電子的空間運(yùn)動(dòng)狀態(tài)有一個(gè)形象化的簡(jiǎn)便描述。
②電子云輪廓圖形狀:所有原子的任一能層的s電子的電子云輪廓圖都是一個(gè)　　　　,只是球的半徑不同;p電子云輪廓圖是　　　　,而且都有 3個(gè)相互垂直的電子云。
2.原子軌道
(1)定義
量子力學(xué)把電子在原子核外的一個(gè)　　　　　　　　稱(chēng)為一個(gè)原子軌道。
(2)形狀
①s軌道呈　　　　,能層序數(shù)越大,原子軌道的半徑　　　　。
②p軌道呈啞鈴形,無(wú)論2p、3p還是4p都有3個(gè)相互　　　　的原子軌道。
(3)各能級(jí)所含有的原子軌道數(shù)
能級(jí) ns np nd nf ……
原子軌道數(shù) ……
(二)問(wèn)題探究
問(wèn)題1　所有原子任一能層的s電子云輪廓圖的形狀都是相同的,它們的半徑有什么關(guān)系
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
問(wèn)題2　p電子云輪廓圖的平均半徑與能層序數(shù)有什么關(guān)系 在同一能層中 px、py、pz的能量是否相同
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
【探究歸納】
(1)不同能層的同種能級(jí)的原子軌道形狀相同,只是半徑不同。能層序數(shù)n越大,原子軌道的半徑越大,能量越高。
(2)p能級(jí)有3個(gè)原子軌道,它們互相垂直。在同一能層中px、py、pz的能量相同,取向不同。同一能級(jí)中的軌道能量相等。
(3)原子軌道數(shù)與能層序數(shù)(n)的關(guān)系:原子軌道為n2。
1.關(guān)于電子云的敘述不正確的是 (　　)
A.電子云是用小點(diǎn)的疏密程度來(lái)表示電子在空間出現(xiàn)概率密度大小的圖形
B.電子云實(shí)際是電子運(yùn)動(dòng)形成的類(lèi)似云一樣的圖形
C.小點(diǎn)密集的地方,電子在那里出現(xiàn)的概率大
D.軌道不同,電子云的形狀一般不一樣
2.下列說(shuō)法正確的是 (　　)
A.p軌道是“8”字形的,所以p電子走“8”字形
B.電子層數(shù)為3時(shí),有3s、3p、3d、3f四個(gè)軌道
C.氫原子中只有一個(gè)電子,故氫原子只有一條軌道
D.原子軌道與電子云都是用來(lái)形象描述電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的
3.3px所代表的含義是 (　　)
A.p軌道上有3 個(gè)電子
B.第三能層px軌道有3個(gè)伸展方向
C.px電子云有3 個(gè)伸展方向
D.第三能層沿x軸方向伸展的p軌道
:課后完成　第一章　基礎(chǔ)課時(shí)2(共55張PPT)
第一節(jié)　原子結(jié)構(gòu)
基礎(chǔ)課時(shí) 　 構(gòu)造原理與電子排布式　電子云與原子軌道
2
第一章
原子結(jié)構(gòu)與性質(zhì)
1.了解原子核外電子排布的構(gòu)造原理，能寫(xiě)出 1～36 號(hào)元素基態(tài)原子的電子排布式，進(jìn)一步增強(qiáng)證據(jù)推理意識(shí)。
2.知道電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)可通過(guò)原子軌道和電子云模型來(lái)描述，能說(shuō)明微觀粒子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)與宏觀物體運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)的差異，建立對(duì)原子結(jié)構(gòu)的模型認(rèn)知。
學(xué)習(xí)目標(biāo)
一、構(gòu)造原理與電子排布式
二、電子云與原子軌道
目
錄
CONTENTS
課后鞏固訓(xùn)練
一、構(gòu)造原理與電子排布式
對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練
(一)知識(shí)梳理
1.構(gòu)造原理
(1)內(nèi)容
以________事實(shí)為基礎(chǔ)，從氫開(kāi)始，隨核電荷數(shù)遞增，新增電子填入______的順序稱(chēng)為構(gòu)造原理。如圖所示為構(gòu)造原理示意圖。
光譜學(xué)
能級(jí)
電子層
能級(jí)
(2)能級(jí)交錯(cuò)
構(gòu)造原理告訴我們，隨核電荷數(shù)遞增，電子并不總是填滿(mǎn)一個(gè)能層后再開(kāi)始填入下一個(gè)能層的。電子是按3p→4s→3d 的順序而不是按3p→3d→4s的順序填充的，這種現(xiàn)象被稱(chēng)為能級(jí)交錯(cuò)。
2.電子排布式
(1)含義
用核外電子分布的能級(jí)及各能級(jí)上的電子數(shù)來(lái)表示電子排布的式子。
(2)表達(dá)方式
以基態(tài)氮原子為例，電子排布式中各符號(hào)的意義如下：
能級(jí)符號(hào)
電子數(shù)
(3)書(shū)寫(xiě)電子排布式的方法
①“三步法”書(shū)寫(xiě)電子排布式
第一步：按著構(gòu)造原理寫(xiě)出電子填入能級(jí)時(shí)的順序：1s→_____→_____→_____→_____→_____→_____→_____→5s→4d→5p……。
第二步：分析基態(tài)原子的核外電子數(shù)，根據(jù)各能級(jí)容納的電子數(shù)填充電子。如基態(tài)鐵原子的核外電子數(shù)為_(kāi)_____，電子填充順序?yàn)?s2→2s2→2p6→_______→_______→_______→_______。
第三步：去掉空能級(jí)，并按能層順序書(shū)寫(xiě)。
Fe：______________________。
2s
2p
3s
3p
4s
3d
4p
26
3s2
3p6
4s2
3d6
1s22s22p63s23p63d64s2
②簡(jiǎn)化電子排布式
將電子排布式中內(nèi)層電子達(dá)到稀有氣體元素原子結(jié)構(gòu)的部分用相應(yīng)的稀有氣體元素符號(hào)外加方括號(hào)表示的式子稱(chēng)為簡(jiǎn)化電子排布式。如氧、鈣的簡(jiǎn)化電子排布式為：_____________；__________。
[He]2s22p4
[Ar]4s2
③離子的核外電子排布式
先寫(xiě)出基態(tài)原子的電子排布式，再根據(jù)得失電子情況進(jìn)行調(diào)整。
a.陽(yáng)離子：對(duì)于主族元素的基態(tài)原子來(lái)說(shuō)，原子失去電子時(shí)，一般只失去最外層電子，而過(guò)渡元素的原子可能還會(huì)進(jìn)一步失去內(nèi)層電子，如Fe失電子的情況及對(duì)應(yīng)電子排布式如圖所示：
b.陰離子：原子得到電子時(shí)，一般是填充到最外層未填滿(mǎn)的能級(jí)上，如基態(tài)Cl原子的核外電子排布式為1s22s22p63s23p5，基態(tài)Cl－的核外電子排布式為1s22s22p63s23p6。
④價(jià)層電子排布式
價(jià)電子層：為突出化合價(jià)與核外電子排布的關(guān)系，將在化學(xué)反應(yīng)中可能發(fā)生電子變動(dòng)的能級(jí)稱(chēng)為價(jià)電子層(簡(jiǎn)稱(chēng)價(jià)層)。元素周期表中給出了元素的價(jià)層電子排布式。如Si的價(jià)層電子排布式為 3s23p2，Co的價(jià)層電子排布式為3d74s2。
(4)Cr和Cu的最后兩個(gè)能級(jí)的電子排布分別為3d54s1和3d104s1，但它們不符合構(gòu)造原理，可見(jiàn)構(gòu)造原理是被理想化了的。
(二)問(wèn)題探究
問(wèn)題1　在多電子原子中，電子最后填入的能級(jí)是不是原子最外層上的能級(jí)，為什么？
提示　從M層開(kāi)始出現(xiàn)能級(jí)交錯(cuò)現(xiàn)象，電子填入能級(jí)的順序是3p→4s→3d……因此在多電子原子中，電子最后填入的能級(jí)不一定是原子最外能層上的能級(jí)，如Fe原子中電子最后填入的能級(jí)是3d，屬于次外層。
問(wèn)題3　寫(xiě)出基態(tài)鋁原子的電子排布式及簡(jiǎn)化的電子排布式。
提示　Al電子排布式：1s22s22p63s23p1
Al的簡(jiǎn)化電子排布式：[Ne]3s23p1
問(wèn)題4　書(shū)寫(xiě)電子排布式時(shí)，能級(jí)的排列順序是否完全遵循構(gòu)造原理，是按著什么順序書(shū)寫(xiě)的？
提示　在書(shū)寫(xiě)電子排布式時(shí)，能級(jí)的排列順序不完全遵循構(gòu)造原理，要按照能層序數(shù)由小到大的順序排布。即當(dāng)出現(xiàn)d軌道時(shí)，電子按ns→(n－l)d→np的順序填充，但在書(shū)寫(xiě)電子排布式時(shí)，要把(n－1)d寫(xiě)在ns的前面。
【探究歸納】
(1)構(gòu)造原理是以光譜學(xué)事實(shí)為基礎(chǔ)得出的一個(gè)思維模型，是經(jīng)驗(yàn)的，而非任何理論推導(dǎo)的結(jié)果。
(2)原子的核外電子不是完全按能層順序依次填充的，即不總是填滿(mǎn)n能層后再填(n＋1)能層，而是按照構(gòu)造原理示意圖中所示的能級(jí)順序填充的，在該順序中，從第三能層開(kāi)始，出現(xiàn)了能級(jí)交錯(cuò)現(xiàn)象。
1.下列有關(guān)構(gòu)造原理的說(shuō)法錯(cuò)誤的是(　　)
A.原子核外電子填充3p、3d、4s 能級(jí)的順序一般為3p→4s→3d
B.某基態(tài)原子部分核外電子排布式為3s24s2
C.在多電子原子中，電子最后填入的能級(jí)不一定是原子最外能層上的能級(jí)
D.從第三能層開(kāi)始出現(xiàn)能級(jí)交錯(cuò)現(xiàn)象
B
解析　根據(jù)構(gòu)造原理判斷，A項(xiàng)正確；根據(jù)構(gòu)造原理可知，電子填滿(mǎn)3s能級(jí)后，再填入的能級(jí)是3p 而非4s，B 項(xiàng)錯(cuò)誤；從M 層開(kāi)始出現(xiàn)能級(jí)交錯(cuò)現(xiàn)象，電子填入能級(jí)的順序是3s→3p→4s→3d……因此在多電子原子中，電子最后填入的能級(jí)不一定是原子最外能層上的能級(jí)，如Fe 原子中電子最后填入的能級(jí)是3d，屬于次外層，C、D項(xiàng)正確。
2.下列屬于基態(tài)原子的電子排布式的是(　　)
①1s12s2　②1s22s12p2?、?s22s22p63s1
④1s22s22p63s23p3
A.全部 B.①②
C.②③ D.③④
解析　①中1s能級(jí)未填滿(mǎn)就填充2s能級(jí)，屬于激發(fā)態(tài)原子的電子排布式；②中2s能級(jí)未填滿(mǎn)就填充2p能級(jí)，屬于激發(fā)態(tài)原子的電子排布式；③和④均按照構(gòu)造原理填充電子，都屬于基態(tài)原子的電子排布式。
D
3.下列原子或離子的核外電子排布式，正確的是(　　)
A.16S2－：1s22s22p63s23p4 B.21Sc：1s22s22p63s23p64s23d1
C.18Ar：1s22s22p63s23p6 D.9F：2s22p5
解析　S2－的原子核外共有18個(gè)電子，其核外電子排布式為1s22s22p63s23p6，選項(xiàng)A是S原子的核外電子排布式，故A不符合題意；書(shū)寫(xiě)電子排布式時(shí)，能層低的能級(jí)要寫(xiě)在左邊，能層高的能級(jí)要寫(xiě)在右邊，因此21Sc原子的核外電子排布式應(yīng)為1s22s22p63s23p63d14s2，故B不符合題意；D是F原子的最外層電子(價(jià)層電子)排布式，不符合題意。
C
4.根據(jù)構(gòu)造原理，試比較下列能級(jí)的能量高低(填“>” 或“<”)。
(1)2p________3p________4p；
(2)4s________4p________4d________4f；
(3)4s________3d；
(4)6s________4f________5d。
<
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5.(1)基態(tài)B原子的電子排布式為_(kāi)________________________。
(2)基態(tài) N原子的價(jià)層電子排布為_(kāi)_________。
(3)Se原子的原子序數(shù)為_(kāi)______，其M層的電子排布為_(kāi)___________。
(4)Li3N 晶體中氮以N3－形式存在,基態(tài)N3－的電子排布式為_(kāi)__________________。
(5)基態(tài)鎵原子的電子排布式：________________________________________。
(6)建筑中使用了高強(qiáng)度、高性能的釩氮合金高新鋼。基態(tài)釩原子的價(jià)層電子排布為_(kāi)________。
1s22s22p1(或[He]2s22p1)
2s22p3
34
3s23p63d10
1s22s22p6(或[He]2s22p6)
1s22s22p63s23p63d104s24p1(或[Ar]3d104s24p1)
3d34s2
二、電子云與原子軌道
對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練
(一)知識(shí)梳理
1.電子云
(1)概率密度
量子力學(xué)指出，一定空間運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的電子并不在玻爾假定的線性軌道上運(yùn)行，而在核外空間各處都可能出現(xiàn)但出現(xiàn)的概率不同，可以算出它們的概率密度分布。用P表示電子在某處出現(xiàn)的概率，V表示該處的體積，ρ表示概率密度，則ρ＝________。
P/V
(2)電子云
①定義：核外電子的概率密度分布看起來(lái)像一片云霧，因而形象地稱(chēng)作電子云。
②意義：電子云是處于一定空間運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的______________________________分布的形象化描述。小點(diǎn)越密，表示概率密度越大。如氫的電子云圖為
電子在原子核外空間的概率密度
(3)電子云輪廓圖
①含義：繪制電子云輪廓圖的目的是表示電子云輪廓的形狀，對(duì)核外電子的空間運(yùn)動(dòng)狀態(tài)有一個(gè)形象化的簡(jiǎn)便描述。
②電子云輪廓圖形狀：所有原子的任一能層的s電子的電子云輪廓圖都是一個(gè)______，只是球的半徑不同；p電子云輪廓圖是________，而且都有 3個(gè)相互垂直的電子云。
球形
啞鈴形
2.原子軌道
(1)定義
量子力學(xué)把電子在原子核外的一個(gè)______________稱(chēng)為一個(gè)原子軌道。
(2)形狀
①s軌道呈______，能層序數(shù)越大，原子軌道的半徑______。
②p軌道呈啞鈴形，無(wú)論2p、3p還是4p都有3個(gè)相互______的原子軌道。
空間運(yùn)動(dòng)狀態(tài)
越大
垂直
球形
(3)各能級(jí)所含有的原子軌道數(shù)
能級(jí) ns np nd nf ……
原子軌道數(shù) ……
1
3
5
7
(二)問(wèn)題探究
問(wèn)題1　所有原子任一能層的s電子云輪廓圖的形狀都是相同的，它們的半徑有什么關(guān)系？
提示　所有原子的任一能層的s電子云輪廓圖都是球形，球的半徑不同，能層越高，s電子云輪廓圖的半徑越大。這是由于1s、2s、3s……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(lái)越向更大的空間擴(kuò)展。
問(wèn)題2　p電子云輪廓圖的平均半徑與能層序數(shù)有什么關(guān)系？在同一能層中 px、py、pz的能量是否相同？
提示　p電子云輪廓圖的平均半徑隨能層序數(shù)的增大而增大，在同一能層中 px、py、pz的能量是相同的。
【探究歸納】
(1)不同能層的同種能級(jí)的原子軌道形狀相同，只是半徑不同。能層序數(shù)n越大，原子軌道的半徑越大，能量越高。
(2)p能級(jí)有3個(gè)原子軌道，它們互相垂直。在同一能層中px、py、pz的能量相同，取向不同。同一能級(jí)中的軌道能量相等。
(3)原子軌道數(shù)與能層序數(shù)(n)的關(guān)系：原子軌道為n2。
1.關(guān)于電子云的敘述不正確的是(　　)
A.電子云是用小點(diǎn)的疏密程度來(lái)表示電子在空間出現(xiàn)概率密度大小的圖形
B.電子云實(shí)際是電子運(yùn)動(dòng)形成的類(lèi)似云一樣的圖形
C.小點(diǎn)密集的地方，電子在那里出現(xiàn)的概率大
D.軌道不同，電子云的形狀一般不一樣
解析　電子云是用來(lái)描述核外電子在空間出現(xiàn)概率大小的圖形，并不是電子實(shí)際的運(yùn)動(dòng)軌道，B 錯(cuò)誤。
B
2.下列說(shuō)法正確的是(　　)
A.p軌道是“8”字形的，所以p電子走“8”字形
B.電子層數(shù)為3時(shí)，有3s、3p、3d、3f四個(gè)軌道
C.氫原子中只有一個(gè)電子，故氫原子只有一條軌道
D.原子軌道與電子云都是用來(lái)形象描述電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的
解析　p軌道是啞鈴形，是說(shuō)電子出現(xiàn)概率高的“區(qū)域”的形狀，而不是p電子的運(yùn)動(dòng)軌跡，A錯(cuò)誤；n＝3時(shí)，共有3s、3p、3d三個(gè)能級(jí)，共有1＋3＋5＝9個(gè)軌道，B錯(cuò)誤；氫原子中只有一個(gè)電子，只填充1s軌道，但氫原子核外有多個(gè)空軌道，C錯(cuò)誤。
D
3.3px所代表的含義是(　　)
A.p軌道上有3 個(gè)電子
B.第三能層px軌道有3個(gè)伸展方向
C.px電子云有3 個(gè)伸展方向
D.第三能層沿x軸方向伸展的p軌道
解析　3px中3代表第三能層，p指的是p軌道，x指原子軌道沿x軸方向伸展，因此3px代表第三能層沿x軸方向伸展的p軌道，故選D。
D
課后鞏固訓(xùn)練
A級(jí)　合格過(guò)關(guān)練
選擇題只有1個(gè)選項(xiàng)符合題意
(一)構(gòu)造原理與電子排布式
1.按照構(gòu)造原理，下列電子填入能級(jí)的順序正確的是(　　)
A.1s、2p、3d、4s B.1s、2s、3s、2p
C.2s、2p、3s、3p D.4p、3d、4s、3p
解析　由構(gòu)造原理可知，A 項(xiàng)中電子填入能級(jí)的正確順序應(yīng)為1s、2p、4s、3d，A錯(cuò)誤；B項(xiàng)中電子填入能級(jí)的正確順序應(yīng)為1s、2s、2p、3s，B錯(cuò)誤；D項(xiàng)中電子填入能級(jí)的正確順序應(yīng)為3p、4s、3d、4p，D錯(cuò)誤。故選C。
C
2.下列各項(xiàng)中，前面的能級(jí)比后面的能級(jí)先填入電子的是(　　)
①3d和4s?、?p和5s?、?s 和4d?、?p和4d
A.①② B.②③
C.②④ D.③④
解析　根據(jù)構(gòu)造原理可知，電子填入能級(jí)的順序?yàn)?1s、2s、2p、3s、3p、4s、3d、4p、5s、4d、5p、6s，從而可以看出②③中前面的能級(jí)比后面的能級(jí)先填入電子。故選B。
B
3.第四周期某元素基態(tài)原子4s軌道上有2個(gè)電子，則該基態(tài)原子價(jià)層電子排布不可能是(　　)
A.4s2 B.3d54s2 C.3d94s2 D.4s24p5
解析　若價(jià)層電子排布為4s2，為20號(hào)元素Ca，電子排布式為[Ar]4s2，A正確；若價(jià)層電子排布為3d54s2，為25號(hào)元素Mn，電子排布式為[Ar]3d54s2，B正確；價(jià)層電子排布為3d94s2，為29號(hào)元素Cu，電子排布式為[Ar]3d104s1，C錯(cuò)誤；若價(jià)層電子排布為4s24p5，為35號(hào)元素Br，電子排布式為[Ar]3d104s24p5，D正確。
C
4.下列電子排布式是基態(tài)原子的電子排布式的是(　　)
①Be：1s22s12p1?、贠：1s22s22p4　③He：1s12s1　④Cl：1s22s22p63s23p5
A.①② B.②③
C.①③ D.②④
解析?、貰e：1s22s12p1是激發(fā)態(tài)，2s能量低于2p；②O：1s22s22p4是基態(tài)； ③He：1s12s1是激發(fā)態(tài)，1s能量低于2s；④Cl：1s22s22p63s23p5是基態(tài)。
D
5.某原子的最外層電子排布為3s23p2，下列對(duì)其核外電子運(yùn)動(dòng)的說(shuō)法錯(cuò)誤的是(　　)
A.有4種不同的伸展方向
B.有5種不同能量的電子
C.有5種不同的運(yùn)動(dòng)范圍
D.有14種不同運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的電子
C
解析　某原子的最外層電子排布為3s23p2，則該元素是14號(hào)Si元素。在Si原子上有s、p兩種軌道，s軌道是球形對(duì)稱(chēng)的，p軌道有三個(gè)不同的伸展方向，因此Si原子有4種不同的伸展方向，A正確；Si元素的核外電子排布為1s22s22p63s23p2，處于同一能級(jí)上的電子的能量相同，在Si原子上有5種不同的能級(jí)，有5種不同能量的電子，B正確；Si的核外電子排布為1s22s22p63s23p2，原子核外有9種不同的原子軌道，運(yùn)動(dòng)范圍大于5種，C錯(cuò)誤；Si是14號(hào)元素，原子核外有14個(gè)電子，由于在同一個(gè)原子中，不存在運(yùn)動(dòng)狀態(tài)完全相同的電子，因此Si原子有14種不同運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的電子，D正確。
(二)電子云與原子軌道
6.基于構(gòu)造原理填充順序，下列原子軌道的能量大小比較，正確的是(　　)
A.E(4s)E(3p)
C.E(4s)解析　根據(jù)構(gòu)造原理可知，不同能級(jí)能量由低到高的順序?yàn)椋?s＜2s＜2p＜3s＜3p＜4s＜3d＜4p＜5s＜4f，據(jù)此分析解題。根據(jù)構(gòu)造原理可知，E(4s)A
7.下列說(shuō)法正確的是(　　)
A.原子軌道是指原子運(yùn)行的軌道
B.電子云中的一個(gè)小黑點(diǎn)代表一個(gè)電子
C.s電子的電子云輪廓圖呈啞鈴形，p電子的電子云輪廓圖呈啞鈴形
D.電子云密度大的地方，說(shuō)明電子在該空間單位時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)的機(jī)會(huì)多
解析　原子軌道不是原子運(yùn)行的軌道，是對(duì)核外電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的描述，A錯(cuò)誤；電子云中小黑點(diǎn)本身沒(méi)有意義，不代表電子，代表的是電子在此處出現(xiàn)的概率，B錯(cuò)誤；s電子的電子云輪廓圖是球形，p電子的電子云輪廓圖為啞鈴形，C錯(cuò)誤；電子云密度大的地方，說(shuō)明電子在該空間單位時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)的機(jī)會(huì)多，D正確。
D
8.下列能級(jí)符號(hào)正確且原子軌道數(shù)最多的是(　　)
A.2d B.3f
C.4d D.5s
解析　不存在2d、3f能級(jí)，A、B錯(cuò)誤；4d能級(jí)有5個(gè)原子軌道，5s能級(jí)有1個(gè)原子軌道，C正確，D錯(cuò)誤。
C
9.下列關(guān)于電子云示意圖的敘述正確的是(　　)
A.電子云表示電子的運(yùn)動(dòng)軌跡
B.小黑點(diǎn)的多少表示電子個(gè)數(shù)的多少
C.處于1s軌道上的電子在空間出現(xiàn)的概率分布呈球形對(duì)稱(chēng)，而且電子在原子核附近出現(xiàn)的概率小，離核越遠(yuǎn)電子出現(xiàn)的概率越大
D.處在2pz軌道的電子主要在xy平面的上、下方出現(xiàn)
D
解析　電子云示意圖是用小黑點(diǎn)的疏密來(lái)表示電子在原子核外出現(xiàn)的概率的大小，A、B錯(cuò)誤；1s軌道的電子云呈球形對(duì)稱(chēng)，在原子核附近小點(diǎn)密集，電子出現(xiàn)的概率大，離核越遠(yuǎn)電子出現(xiàn)的概率越小，C錯(cuò)誤；處在2pz軌道上的電子在空間出現(xiàn)的概率分布沿z軸方向伸展，電子主要在xy平面的上、下方出現(xiàn)，D正確。
10.下列各離子或原子的電子排布式錯(cuò)誤的是(　　)
A.Ca2＋：1s22s22p63s23p6
B.O2－：1s22s22p6
C.K：1s22s22p63s23p64s1
D.Fe2＋：1s22s22p63s23p63d54s1
解析　已知O原子的電子排布式為1s22s22p4，故O2－的電子排布式為1s22s22p6；Fe2＋的電子排布式為1s22s22p63s23p63d6。
D
B級(jí)　素養(yǎng)培優(yōu)練
11.下列關(guān)于原子結(jié)構(gòu)的說(shuō)法不正確的是(　　)
A.同一原子中，2p、3p、4p電子的能量依次增大
B.電子由3d能級(jí)躍遷至5s能級(jí)，可通過(guò)光譜儀攝取原子的發(fā)射光譜
C.N能層中有4s、4p、4d、4f四個(gè)能級(jí)，共16個(gè)軌道，可容納32種不同運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的電子
D.基態(tài)K原子占據(jù)最高能層的電子的電子云輪廓圖為球形
B
解析　相同軌道能層越高能量越大，則能量：2p<3p<4p，故A正確；電子由3d能級(jí)躍遷至5s能級(jí)，吸收能量，所得光譜為吸收光譜，故B錯(cuò)誤；每個(gè)軌道最多容納2個(gè)電子，N能層最多可容納32個(gè)電子，故C正確；基態(tài)K原子核外電子排布式為：[Ar]4s1，最高能層的電子在s軌道，s軌道電子云輪廓圖為球形，故D正確。
12.某原子核外共有 15個(gè)不同運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的電子，下列說(shuō)法正確的是(　　)
A.該基態(tài)原子的電子排布式為1s22s22p63s23p23d1
B.原子中的所有電子占有 3 個(gè)能級(jí)9個(gè)軌道
C.該元素的最高價(jià)氧化物對(duì)應(yīng)的水化物為兩性氫氧化物
D.基態(tài)原子中能量最高的電子的電子云輪廓圖為啞鈴形
解析　某原子核外共有 15 個(gè)不同運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的電子，則該原子為P原子，其基態(tài)原子核外電子排布式為 1s22s22p63s23p3，A 錯(cuò)誤；該原子中電子占有 1s、2s、2p、3s、3p共 5 個(gè)能級(jí)，9個(gè)軌道，B 錯(cuò)誤；該元素的最高價(jià)氧化物對(duì)應(yīng)的水化物 H3PO4為中強(qiáng)酸，C 錯(cuò)誤；基態(tài)原子中能量最高的電子處于3p 能級(jí)，3p 電子云輪廓圖為啞鈴形，D 正確。
D
13.下列各組指定的元素，不能形成 AB2型化合物的是(　　)
A.[He]2s22p2和[He]2s22p4
B.[Ne]3s23p4和[He]2s22p4
C.[Ne]3s2和[He]2s22p5
D.[Ne]3s1和[Ne]3s23p4
D
解析　核外電子排布式為[He]2s22p2的元素為C，核外電子排布式為[He]2s22p4的元素為O，二者可形成 CO2，A項(xiàng)不符合題意；核外電子排布式為[Ne]3s23p4的元素為S，核外電子排布式為[He]2s22p4的元素為O，二者可形成SO2，B項(xiàng)不符合題意；核外電子排布式為[Ne]3s2的元素為Mg，核外電子排布式為[He]2s22p5的元素為F，二者可形成MgF2，C 項(xiàng)不符合題意；核外電子排布式為[Ne]3s1的元素為Na，核外電子排布式為[Ne]3s23p4的元素為S，二者形成Na2S，不能形成 AB2型化合物，D 項(xiàng)符合題意。
14.某元素基態(tài)原子3d軌道上有5個(gè)電子，則該原子最外層電子的排布可能是(　　)
A.4s1 B. 4s24p6
C.4s24p3 D.3s23p63d5
解析　3d軌道上有5個(gè)電子，根據(jù)構(gòu)造原理可知電子先填充4s軌道再填充3d軌道，等3d軌道填滿(mǎn)后再填充4p軌道，故題給原子的價(jià)層電子排布為3d54s1或3d54s2，最外層電子排布為4s1或4s2，故A符合題意。
A
15.下列各組表述中，兩個(gè)微粒不屬于同種原子的是(　　)
A.3p 能級(jí)有一個(gè)空軌道的基態(tài)原子和核外電子排布式為1s22s22p63s23p2的基態(tài)原子
B.2p 能級(jí)無(wú)空軌道，且有一個(gè)未成對(duì)電子的基態(tài)原子和最外層電子排布式為2s22p5的基態(tài)原子
C.M 層全充滿(mǎn)而N層為4s2的基態(tài)原子和核外電子排布式為1s22s22p63s23p64s2的基態(tài)原子
D.最外層電子數(shù)是核外電子總數(shù)的1/5基態(tài)原子和最外層電子排布式為4s24p5的基態(tài)原子
C
解析　3p 能級(jí)有一個(gè)空軌道的基態(tài)原子，該原子的3p 能級(jí)有2個(gè)電子，則核外電子排布式為 1s22s22p63s23p2，題述兩個(gè)微粒屬于同種原子，A 不符合題意；2p 能級(jí)無(wú)空軌道，且有一個(gè)未成對(duì)電子的基態(tài)原子，該原子2p 能級(jí)有5 個(gè)電子，最外層電子排布式為2s22p5，題述兩個(gè)微粒屬于同種原子，B 不符合題意；M 層全充滿(mǎn)而N 層為4s2的基態(tài)原子的核外電子排布式為1s22s22p63s23p63d104s2，題述兩個(gè)原子核外電子排布不相同，不屬于同種原子，C 符合題意；最外層電子數(shù)是核外電子總數(shù)的1/5，說(shuō)明內(nèi)層電子數(shù)是最外層電子數(shù)的4倍，即內(nèi)層電子數(shù)是4的倍數(shù)，符合題意的內(nèi)層電子數(shù)為 2＋8＋18＝28，則最外層電子數(shù)為7，即核外電子排布式為1s22s22p63s23p63d104s24p5最外層電子排布式為4s24p5，題述兩個(gè)微粒屬于同種原子，D不符合題意。
16.有幾種元素的粒子的核外電子排布式均為1s22s22p63s23p6，其中：
(1)某電中性微粒一般不與其他元素的原子反應(yīng)，這種微粒的符號(hào)是______。
(2)某微粒的鹽溶液能使溴水褪色，并出現(xiàn)渾濁，這種微粒的符號(hào)是________。
(3)某微粒氧化性很弱，但得到電子后還原性很強(qiáng)，且這種元素的原子最外層有一個(gè)電子，這種微粒的符號(hào)是_______。
(4)某微粒還原性雖弱，但失去電子后氧化性很強(qiáng)，且這種元素的原子得到一個(gè)電子即達(dá)到穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，這種微粒的符號(hào)是_______。
Ar
S2－
K＋
Cl－
解析　符合題述核外電子排布式的粒子中，微粒呈電中性，很難發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的應(yīng)為稀有氣體Ar；鹽溶液能使溴水褪色，并出現(xiàn)渾濁，應(yīng)為還原性較強(qiáng)的S2－；氧化性很弱，得到電子后還原性很強(qiáng)，應(yīng)為K＋；得一個(gè)電子即達(dá)穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，應(yīng)為Cl－。

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