PAGE15-第1課時原子的誕生、能層、能級和構造原理學業要求素養對接1.知道原子核外電子的能級凹凸依次。2.了解原子核外電子排布的構造原理。3.能書寫1～36號元素基態原子的核外電子排布式，并說明含義。模型認知：建立原子核外電子排布模型。微觀探析：不同的能級上電子運動的能量狀態不同的緣由。[知識梳理]一、原子的誕生、能層與能級1.原子的誕生2.宇宙中元素的組成及含量3.能層依據多電子原子核外電子的能量差異，將核外電子分成不同的能層，能層用K、L、M、N、O、P、Q……表示。4.能級(1)依據多電子原子中同一能層電子能量的不同，將它們分成不同能級。(2)能級用相應能層的序數和字母s、p、d、f組合在一起來表示，在每一個能層中，能級符號的依次是ns、np、nd、nf……(n表示能層)。(3)能層序數等于該能層所包含的能級數，如第三能層有能級3個(3s、3p、3d)。(4)s、p、d、f……能級可容納的最多電子數為1、3、5、7……的2倍。5.能層、能級的符號和所能容納的最多電子數能層(n)一二三四五六七……符號KLMNOPQ……能級1s2s2p3s3p3d4s4p4d4f5s……最多電子數22626102610142……281832………………2n2二、構造原理與電子排布式1.構造原理隨著原子核電荷數的遞增，絕大多數元素的原子核外電子的排布將遵循下圖的排布依次。人們把它稱為構造原理。即電子填充能級的依次：1s、2s、2p、3s、3p、4s、3d、4p、5s、4d、5p、6s、4f、5d、6p、7s……2.電子排布式將能級上排布的電子數標在該能級符號右上角，并依據能層從左到右的依次排列的式子，稱電子排布式，如Mg原子的電子排布式中數字和符號的意義為鋁原子的電子排布式為1s22s22p63s23p1，也可以寫成[Ne]3s23p1。[自我檢測]1.推斷正誤，正確的打“√”；錯誤的打“×”。(1)第三能層有s、p共2個能級()(2)3d能級最多容納5個電子()(3)第三能層最多容納8個電子()(4)任一能層的s能級最多容納的電子數均為2()(5)s能級的能量肯定比p能級的低()(6)3p2表示3p能級只能填充兩個電子()(7)同一原子中，1s、2p、4p電子的能量漸漸降低()(8)同一原子中，2p、3p、4p電子的能量漸漸上升()(9)各能級最多可容納的電子數按s、p、d、f……的依次依次為1、3、5、7……的2倍()答案(1)×(2)×(3)×(4)√(5)×(6)×(7)×(8)√(9)√2.按要求書寫原子或離子的電子排布式。(1)K_______________________________________________________。(2)Cl－_______________________________________________________。(3)Fe_______________________________________________________。(4)Fe3＋_______________________________________________________。解析因E(3d)>E(4s)，故19號K先排4s能級，電子排布式為1s22s22p63s23p64s1；氯離子是由氯原子得到一個電子填充在最外層，使原來未充溢的最外層達到8電子穩定結構；鐵是26號元素，其價電子與次外層的d能級有關，當鐵失去電子時，是從最外層起先失去電子，所以先失去的是4s能級上的兩個電子，再失去次外層3d能級上的一個電子。答案(1)1s22s22p63s23p64s1(2)1s22s22p63s23p6(3)1s22s22p63s23p63d64s2(4)1s22s22p63s23p63d53.比較下列原子的能級的能量凹凸：(1)3d，4s；(2)3s，3p，3d；(3)2s，3s，4s。解析解答此題的關鍵在于熟記構造原理。各能級的能量按1s、2s、2p、3s、3p、4s、3d、4p、5s……的依次漸漸上升。答案(1)4s＜3d(2)3s＜3p＜3d(3)2s＜3s＜4s學習任務一能層、能級和構造原理的理解【合作溝通】為了說明原子是一個穩定的系統及氫原子所發出的光譜為線狀光譜的現象，1913年丹麥物理學家玻爾提出了自己的量子化理論假說，此后由玻爾的理論發展而來的現代量子物理學認為原子的可能狀態是不連續的，因此各狀態對應能量也是不連續的。這些能量值就是能級，同時把能量值相近的能級歸為能層。1.每個能層和其對應的能級數有什么關系？提示能層序數等于能級數。2.原子核外電子的每一個能層最多可容納的電子數與能層的序數(n)間存在什么關系？提示每個能層最多容納2n2個電子。3.英文字母相同的不同能級(如2p、3p)中所能容納的最多電子數是否相同？提示相同，如2p、3p能級最多容納的電子數都是6個。4.都是p能級，2p和3p電子的能量相等嗎？提示不相等。【點撥提升】1.各能級的能量并不是按能層序數增大的依次遞增的，從第三能層起先出現了能層高的能級的能量比能層低的能級的能量低的現象，稱為能級交織現象。能級交織可以表示為能量ns＜(n－2)f＜(n－1)d＜np，如4s＜3d，5s＜4d，6s＜4f＜5d等。要特殊記憶4s＜3d這一能級交織現象。2.原子核外電子按能量由低到高的依次依次排布。因此，依據構造原理可以比較各能級的能量凹凸。【例1】下列有關相識正確的是()A.各能層的能級數按K、L、M、N分別為1、2、3、4B.各能層的能級都是從s能級起先至f能級結束C.各能層含有的能級數為n－1D.各能層含有的電子數為2n2解析各能層中的能級數等于其所處的能層數，即當n＝1時，它只有一個s能級，當n＝2時，含有兩個能級分別為s、p能級，所以B、C都不正確；D選項中每個能層最多能填充2n2個電子，但不是肯定含有2n2個電子。答案A任何能層均含有s能級，但不是任何能層均含有任何能級；各能層的能級都是從s能級起先，每個能層上能級個數與能層數相等。【變式訓練】1.下列符號不符合事實的是()A.4s2 B.2p3C.3d8 D.3f14解析s能級最多排列2個電子、p能級最多排列6個電子、d能級最多排列10個電子，存在4s2、2p3、3d8排布，f能級最多排列14個電子，第三能層沒有f能級，至少在第四能層才存在f能級，不行能存3f14排布，故選D。答案D2.某一能層上nd能級最多所能容納的電子數為()A.6 B.10C.14 D.15解析以s、p、d、f……排序的各能級可容納的最多電子數依次為1、3、5、7……的兩倍，故B正確。答案B3.下列各能層不包含d能級的是()A.O能層 B.P能層C.M能層 D.K能層解析多電子原子中，同一能層的電子可分占不同的能級，K能層只有s能級，L能層有s、p能級，從M能層起先有d能級。答案D學習任務二電子排布式的書寫【合作溝通】核外電子排布式(或分布式)也稱原子的電子層結構或電子構型，嫻熟駕馭電子排布式的書寫對于我們理解元素周期表的結構、推斷元素、性質及書寫電子式、結構示意圖等內容具有重要的意義。1.依據構造原理，Fe原子的電子排布式怎樣寫？提示1s22s22p63s23p63d64s2。2.書寫電子排布式應留意的問題是什么？提示電子排布按構造原理填充，而書寫電子排布式時，按能層由小到大的依次書寫，同一能層按能級依次連在一起。如Fe：1s22s22p63s23p63d64s2，而不能寫成1s22s22p63s23p64s23d6。【點撥提升】1.簡潔原子的電子排布式的書寫依據構造原理將電子依次填充到能量漸漸上升的能級中。如：6C：1s22s22p210Ne：1s22s22p617Cl：1s22s22p63s23p519K：1s22s22p63s23p64s12.困難原子的電子排布式的書寫對于較困難的電子排布式，應先按能量最低原理從低到高排列，然后將同一層的電子移到一起。如：26Fe：先按能量從低到高排列為1s22s22p63s23p64s23d6，然后將同一層的排列一起，即該原子的電子排布式為1s22s22p63s23p63d64s2。3.利用構造原理書寫簡化電子排布式如K：1s22s22p63s23p64s1，其簡化電子排布式可表示為[Ar]4s1，其中[Ar]代表Ar原子的核外電子排布式，即1s22s22p63s23p6，4s1是K原子的最外層電子排布。再如Fe原子的簡化電子排布式為[Ar]3d64s2。4.簡潔離子電子排布式的書寫先寫原子的電子排布式，然后再得失電子。例如：O2－的電子排布式，先寫O原子的電子排布式為1s22s22p4，再得2個電子知O2－的電子排布式為1s22s22p6。Fe3＋的電子排布式，先寫Fe原子的電子排布式為[Ar]3d64s2，再失去3個電子(由外層向里層失去電子)得到Fe3＋電子排布式為[Ar]3d5，而不能先失去3d上的3個電子，再按軌道能量依次寫成[Ar]3d34s2。5.特殊原子的電子排布式書寫規則當能級處于全空、全充溢或半充溢狀態時，能量相對較低，原子結構較穩定。(1)24Cr的電子排布式的書寫(2)29Cu的電子排布式的書寫【例2】按要求填空：(1)基態B原子的電子排布式為________。(2)基態N原子的價電子排布式為________。(3)Se原子序數為________，其核外M層電子的排布式為________。(4)Li3N晶體中氮以N3－存在，基態N3－的電子排布式為________。(5)寫出基態鎵(Ga)原子的電子排布式：__________________________________________。解析(1)B的核外有5個電子，電子排布式為1s22s22p1或[He]2s22p1。(2)N原子最外層有5個電子，最高能層為2，價電子排布式為2s22p3。(3)Se與O同主族。原子序數為34，N能層有6個電子，故其M層排滿，M層電子排布式為3s23p63d10。(4)N原子電子排布式為1s22s22p3，N原子得到3個電子所得N3－的電子排布式為1s22s22p6。(5)Ga為第四周期第ⅢA族元素。故其原子最外層電子排布式為4s24p1，Ga原子電子排布式為[Ar]3d104s24p1或1s22s22p63s23p63d104s24p1。答案(1)1s22s22p1或[He]2s22p1(2)2s22p3(3)343s23p63d10(4)1s22s22p6(5)1s22s22p63s23p63d104s24p1或[Ar]3d104s24p1依據構造原理書寫電子排布式要留意以下3點：(1)對于副族元素要留意能級交織；(2)“價電子排布”“核外電子排布”的區分；(3)原子電子排布式與離子電子排布式的區分。【變式訓練】4.下列基態原子與離子的電子排布式錯誤的是()A.K：1s22s22p63s23p64s1B.F－：1s22s22p6C.Fe：1s22s22p63s23p63d54s2D.Kr：1s22s22p63s23p63d104s24p6解析題中K、F－和Kr的核外電子排布都符合構造原理，為能量最低狀態，而Fe的核外電子排布式應為1s22s22p63s23p63d64s2，電子數目不正確。答案C5.已知Na的核外電子排布式為1s22s22p63s1，通常可把內層已達稀有氣體原子的電子層結構的部分寫成“原子實”，如Na的核外電子排布式可寫成[Ne]3s1。用“原子實”表示的30號元素鋅的原子核外電子排布式正確的是()A.[Ne]3d104s2 B.[Ar]3d104s24p2C.[Ar]3d84s24p2 D.[Ar]3d104s2解析依據構造原理可知，鋅元素原子的核外電子排布式為1s22s22p63s23p63d104s2，除3d104s2外，鋅原子內層電子的排布與稀有氣體原子Ar的電子排布相同，因此鋅的核外電子排布式可寫為[Ar]3d104s2。答案D6.按要求填空：(1)依據構造原理寫出下列基態原子或離子的核外電子排布式。①A元素原子核外M層電子數是L層電子數的一半：______________________。②B元素原子的最外層電子數是次外層電子數的1.5倍：________________。③基態Ni2＋、Fe3＋、S2－的電子排布式分別為________、______________、____________。(2)某元素的最外層電子排布式是4s24p5，則其元素符號為________。(3)基態Ti2＋中，電子占據的最高的能層符號為________，該能層有________個能級。(4)寫出基態砷原子的電子排布式__________________，砷位于元素周期表中第________周期第________族。解析(1)①L層有8個電子，則M層有4個電子，故A為硅。②當次外層為K層時，最外層電子數則為3，為硼；當次外層為L層時，最外層電子數為1.5×8＝12，違反了排布規律，故不行能。③Ni的原子序數為28，依據構造原理，基態Ni原子的電子排布式為1s22s22p63s23p63d84s2，故Ni2＋的電子排布式為1s22s22p63s23p63d8；基態Fe原子的電子排布式為1s22s22p63s23p63d64s2，故Fe3＋的電子排布式為1s22s22p63s23p63d5；硫原子序數為16，基態硫原子的電子排布式為1s22s22p63s23p4，故S2－的電子排布式為1s22s22p63s23p6。(2)依據價電子排布式可知該元素有4個電子層，最外層有7個電子，位于元素周期表的第四周期第ⅦA族，為Br元素。(3)Ti的原子序數為22，基態Ti原子的電子排布式為[Ar]3d24s2，故基態Ti2＋的電子排布式為[Ar]3d2，電子占據的最高能層符號為M，該能層有3s、3p、3d3個能級。(4)砷的原子序數為33，基態As原子的電子排布式為[Ar]3d104s24p3，位于第四周期第ⅤA族。答案(1)①1s22s22p63s23p2或[Ne]3s23p2②1s22s22p1或[He]2s22p1③1s22s22p63s23p63d8或[Ar]3d81s22s22p63s23p63d5或[Ar]3d51s22s22p63s23p6或[Ne]3s23p6(2)Br(3)M3(4)[Ar]3d104s24p3四ⅤA7.填空題。(1)Co基態原子核外電子排布式為___________________________________________________。(2)基態Ge原子的核外電子排布式為________________________________________________。(3)鎳元素基態原子的電子排布式為________________________________________________。(4)寫出基態As原子的核外電子排布式_____________________________________________。(5)P原子的核外電子排布式為_________________________________________________。答案(1)1s22s22p63s23p63d74s2或[Ar]3d74s2(2)1s22s22p63s23p63d104s24p2或[Ar]3d104s24p2(3)1s22s22p63s23p63d84s2或[Ar]3d84s2(4)1s22s22p63s23p63d104s24p3或[Ar]3d104s24p3(5)1s22s22p63s23p3或[Ne]3s23p3分層訓練基礎練1.在基態多電子原子中，關于核外電子能量的敘述錯誤的是()A.最易失去的電子能量最高B.離核最遠的電子能量最高C.p能級電子能量肯定高于s能級電子能量D.在離核最近的區域內運動的電子能量最低解析原子在反應中最易失去的電子應是離核最遠的最外層電子，其能量最高，A項正確；離原子核最遠的電子，受原子核的吸引力最小，能量最高，B項正確；處于高能層中的s能級電子的能量要比處于較低能層中p能級電子的能量高，C項錯誤；能量越低的電子盡量排布在離原子核越近的軌道上，D項正確。答案C2.下列說法錯誤的是()A.地球上的非金屬元素共有22種B.宇宙大爆炸產生了氫、氦、鋰元素C.思辨性推想就是科學假設D.地球上的元素絕大多數是金屬元素解析科學假設須以已有的科學事實和理論為依據，更要用系統的科學視察和試驗來驗證，而思辨性推想是一種預言性推想，不是科學假設，故C項說法錯誤。答案C3.符號為N的能層最多能容納的電子數為()A.18 B.32C.50 D.72解析符號為N的能層是第四能層，每一能層最多能容納的電子數為2n2(n表示能層序數)，故N能層最多能容納的電子數為2×42＝32。答案B4.在同一個原子中，M能層上電子的能量與Q能層上電子的能量相比()A.前者大于后者 B.后者大于前者C.前者等于后者 D.無法確定解析能層低的能級能量低，M能層上電子的能量比Q能層上電子的能量低，B項正確。答案B5.某微粒的核外電子排布式為1s22s22p63s23p6，下列關于該微粒的說法正確的是()A.它的質子數肯定是18B.它的原子和37Cl可能互為同位素C.它的單質肯定是強還原劑D.可以確定該微粒為Ar解析此微粒核外共有18個電子，可能是原子也可能是離子，離子又可能為陽離子Ca2＋、K＋或陰離子S2－、Cl－。答案B6.下面是某些元素的最外層電子排布，各組指定的元素，不能形成AB2型化合物的是()A.2s22p2和2s22p4 B.3s23p4和2s22p4C.3s2和2s22p5 D.3s1和3s23p2解析A項為C和O，能形成CO2；B項為S和O，能形成SO2；C項為Mg和F，能形成MgF2；D項為Na和Si，不能形成AB2型化合物，故選D。答案D7.R元素的原子，其最外層的p能級電子數等于全部的能層s能級電子總數，則R可能是()A.Li B.BeC.S D.Ar解析若只有1個能層，不存在p能級；若有2個能層，則有兩個s能級，則電子排布為1s22s22p4，為O元素；若有3個能層，則有三個s能級，則電子排布為1s22s22p63s23p6，為Ar元素，D正確。答案D8.構造原理揭示的電子排布能級依次，實質是各能級能量凹凸。若以E(nl)表示某能級的能量，以下各式中正確的是()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)＞E(4f)＞E(3d)解析依據構造原理，各能級能量的大小依次為1s＜2s＜2p＜3s＜3p＜4s＜3d＜4p＜5s……能量由低到高，A項和D項正確依次：E(4f)＞E(5s)＞E(3d)＞E(4s)；對于不同能層的相同能級，能層序數越大，能量越高，所以C項錯誤。答案B9.X、Y、Z三種元素的原子，其最外層電子排布分別為ns1、3s23p1和2s22p4，由這三種元素組成的化合物的化學式可能是()A.XYZ2 B.X2YZ3C.X2YZ2 D.XYZ3解析X原子最外層電子排布為ns1，處于第ⅠA族，化合價為＋1，Y原子最外層電子排布為3s23p1，則Y為Al元素，Z原子最外層電子排布為2s22p4，則Z為氧元素，化合價為－2。XYZ2中Y的化合價為＋3價，符合，如NaAlO2，故A正確；X2YZ3中Y的化合價為＋4價，不符合，故B錯誤；X2YZ2中Y的化合價為＋2價，不符合，故C錯誤；XYZ3中Y的化合價為＋5價，不符合，故D錯誤。答案A10.具有下列電子層結構的原子和離子，其對應元素肯定屬于同一周期的是()A.兩原子N層上都有1個s電子，一個原子有d電子，另一個原子無d電子B.最外層電子排布為2s22p6的原子和最外層電子排布為2s22p6的離子C.原子核外M層上的s、p能級都充溢電子，而d能級上沒有電子的兩種原子D.兩原子核外全部都是s電子解析原子N層上都有1個s電子，原子無d電子為K原子，原子有d電子為1s22s22p63s23p63d54s1，是Cr原子，1s22s22p63s23p63d104s1，是Cu原子，都處于第四周期，A正確；最外層電子排布為2s22p6的原子為氖原子，最外層電子排布為2s22p6的離子可能是陰離子也可能是陽離子如O2－、Na＋等，B錯誤；原子核外M層上的s、p軌道都充溢電子，而d軌道上沒有電子，符合條件的原子的核外電子排布式有1s22s22p63s23p6為氬原子，1s22s22p63s23p64s1為鉀原子，1s22s22p63s23p64s2為鈣原子，不肯定處于同一周期，C錯誤；兩原子的核外全部都是s電子，原子具有1s能級或具有1s、2s能級，不處于同一周期，如氫原子與鋰原子，D錯誤。答案A11.A、B、C、D分別代表四種不同的短周期元素。A元素的原子最外層電子排布式為ns1，B元素的原子價電子排布式為ns2np2，C元素的最外層電子數是其電子層數的3倍，D元素原子的M電子層的p能級中有3個電子。(1)C原子的電子排布式為________，若A元素的原子最外層電子排布式為1s1，則A與C形成的陰離子的電子式為__________。(2)當n＝2時，B的原子結構示意圖為________。(3)若A元素的原子最外層電子排布式為2s1，元素A在周期表中的位置是________。解析由C元素的最外層電子數是其電子層數的3倍，推出C為O元素；D元素原子的M電子層的p能級中有3個電子，推出D是P元素；若n＝2，則B的價電子排布式為2s22p2，B為碳元素；若n＝3，則B為Si元素。答案(1)1s22s22p4(2)(3)其次周期第ⅠA族素養練12.有幾種元素的粒子核外電子排布式均為1s22s22p63s23p6，其中：(1)某電中性微粒一般不和其他元素的原子反應，這種微粒的符號是________；(2)某微粒的鹽溶液能使溴水褪色，并出現渾濁，這種微粒的符號是________；(3)某微粒氧化性很弱，但得到電子后還原性很強，且這種原子有一個單電子，這種微粒的符號是________；(4)某微粒還原性雖弱，但失去電子后氧化性強，且這種元素的原子得到一個電子即達穩定結構，這種微粒的符號是________。解析符合上述核外電子排布式的電中性微粒，很難發生化學反應的應為稀有氣體Ar；使溴水褪色，應為還原性較強的S2－，發生如下反應S2－＋Br2=S↓＋2Br－；氧化性很弱，得電子后還原性很強，應為K＋；得一個電子即達穩定結構，故該微粒應為Cl－。答案(1)Ar(2)S2－(3)K＋(4)Cl－13.有兩種氣態單質Am和Bn，已知2.4gAm和2.1gBn所含的原子個數相等，而分子數之比為2∶3。A和B的原子核內質子數都等于中子數，A原子L層電子數是K層的3倍。(1)A、B的元素符號分別為________。(2)Am中的m值為________。(3)B的能層數目為________。(4)A、B形成的一種化合物與水反應能生成另一種由A、B形成的氣態化合物。寫出該反應的化學方程式：_______________________________________________________。解析由A原子L層電子數是K層的3倍，可知A為O。依據題意，設A、B的相對原子質量分別為x、y，則eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(\f(2.4,x)＝\f(2.1,y),\f(2.4,m·x)∶\f(2.1,n·y)＝2∶3))，解得7x＝8y，2m＝3n。由此可知B為N，則Am為O3，Bn為N2。答案(1)O、N(2)3(3)2(4)3NO2＋H2O=2HNO3＋NO14.(1)已知短周期元素A、B，A元素原子的最外層電子數為a，次外層電子數為b；B元素原子的M層電子數為a－b，L層電子數為a＋b，則A為________(填元素符號，下同)，B為________。(2)已知X元素原子的L層比Y元素原子的L