归纳与整理教案1

第一节

原子结构

第1课时

能层与能级

构造原理

[目标定位]

1.知道原子的诞生及人类认识原子结构的演变过程。2.熟知核外电子能层与电子层的关系，能级的分布。3.能根据构造原理写出1～36号元素的核外电子排布。

一、能层与能级

1．能层

(1)根据多电子原子核外电子的能量差异将核外电子分成不同能层(电子层)，并用符号K、L、M、N、O、P、Q…表示。

(2)各能层最多容纳电子数目及能量的高低。

能层

符号

最多容纳电子数

离核远近

能量高低

(3)原子核外电子的每一能层最多可容纳的电子数与能层的序数(n)间存在的关系是2n2。

2．能级

(1)在含有多个电子的原子中，在同一能层(即n相同)的电子，能量也可能不同，可以把它们分为不同能级，分别用s、p、d、f等表示。就好比能层是楼层，能级是楼梯的阶级。

(2)能级的表示方法及各能级最多容纳的电子数

能层(n) 符号

能级

最多电子数

一

K 1s 2 2 2s 2 8 二

L 2p 6 3s 2 三

M 3p 6 18 3d 10 4s 2 4p 6 四

N 4d 10 32 4f 14 5s 2 五

O ……

……

……

六

P ……

……

……

七

Q ……

……

……

……

……

……

……

2n2

一

K 2 二

L 8 三

M 18 四

N 32 五

O 50 六

P 七

Q ……

……

……

由近到远

由低到高

(3)在同一能层上不同能级的能量由低到高的顺序是ns

能层与能级

(1)多电子原子中，根据电子的能量差异，可将核外电子分成不同的能层(电子层)。离核越近的能层具有的能量越低。每一能层最多能容纳的电子数是2n2。

(2)同一能层的电子在不同能量的能级上运动。能级数目与能层序数(n)之间的关系是相等。在相同能层各能级能量由低到高的顺序是ns

(3)不同能层之间，符号相同的能级的能量随着能层数的递增而增大。例如：1s<2s<3s<4s……

1．下列说法正确的是(

) A．第三能层有s、p共2个能级

B．3d能级最多容纳5个电子

C．第三能层最多容纳8个电子

D．无论是哪一能层的s能级最多容纳的电子数均为2个

答案

D 解析

每一能层包含的能级数等于该能层的序数，故第三能层有s、p、d三个能级，A错；s、d能级最多容纳的电子数分别是2、10，故B错、D正确；每一能层最多容纳的电子数为2n2，第三能层最多容纳18个电子，故C错。

规律总结

要熟记以下规律：

能级数目＝能层序数(n) 原子轨道数目＝能层序数的平方(n2) 最多容纳的电子数＝能层序数的平方的2倍(2n2) 二、构造原理与电子排布式

1．构造原理

设想从氢原子开始，随着原子核电荷数的递增，原子核每增加一个质子，原子核外便增加一个电子，这个电子大多是按下图所示的能级顺序填充的，填满一个能级再填一个新能级。这种规律称为构造原理。

观察分析上述构造原理图(能级图)，回答下列问题：

(1)在多电子原子中，电子进入能级的先后应遵循的原理是什么？

答案

能量最低原理。电子最先排布在能量低的能级上，然后依次排布在能量较高的能级上。

(2)多电子原子核外电子排布是否完全遵循能层顺序？

答案

由构造原理可知，从第三能层开始各能级不完全遵循能层顺序，产生了能级交错排列，即产生“能级交错”现象。

(3)能级的能量高低主要是由哪些因素决定的？

答案

各能级的能量由能层序数和能级类型共同决定，各能级的能量高低顺序可由下列公式得出：ns<(n－2)f<(n－1)d

2．电子排布式

(1)电子排布式是用数字在能级符号右上角标明该能级上排布的电子数的式子。如：Al原子电子排布式中各符号、数字的意义为

(2)写出下列原子或离子的电子排布式：

①8O：1s22s22p4；

②19K：1s22s22p63s23p64s1；可简写为[Ar]4s1；

③17Cl：1s22s22p63s23p5；可简写为[Ne]3s23p5；

④16S2：1s22s22p63s23p6。

－

1.构造原理

(1)构造原理是绝大多数基态原子的核外电子排布顺序。

(2)电子按照构造原理排布，会使整个原子的能量处于最低状态，原子相对较稳定。

(3)从构造原理图可以看出，从第三能层开始，不同能层的能级出现“能级交错”现象。

能级交错指电子层数较大的某些能级的能量反而低于电子层数较小的某些能级的能量的现象，如4s＜3d、6s＜4f＜5d，一般规律为ns＜(n－2)f＜(n－1)d＜np。

2．简单原子的电子排布式

(1)按照构造原理将电子依次填充到能量逐渐升高的能级中。

(2)为了避免电子排布式过于繁琐，我们可以把内层电子达到稀有气体结构的部分，以相应稀有气体元素符号外加方括号来表示。如Na的核外电子排布式为1s22s22p63s1，其中第一、二能层与Ne(1s22s22p6)的核外电子排布结构相同，所以其电子排布式可简化为[Ne]3s1。

3．复杂电子的电子排布式

对于较复杂的电子排布式，应先按能量从低到高排列，然后将同一能层的电子移到一起。

例如：26Fe：先按能量从低到高排列为1s22s22p63s24s23d6，然后将同一能层的移到一起，即该原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2，简化为[Ar]3d64s2。

2．构造原理揭示的电子排布能级顺序，实质是各能级能量高低。若以E(nl)表示某能级的能量，以下各式中正确的是(

) A．E(5s)>E(4f)>E(4s)>E(3d) B．E(3d)>E(4s)>E(3p)>E(3s) C．E(4s)E(4s)>E(4f)>E(3d) 答案

B 解析

根据构造原理，各能级能量的大小顺序为1s、2s、2p、3s、3p、4s、3d、4p、5s……能量由低到高，A项和D项正确顺序为E(4f)>E(5s)>E(3d)>E(4s)；对于不同能层的相同能级，能层序数越大，能量越高，所以C项错误。

3．下列原子或离子的核外电子排布式，正确的是(

) 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个电子，其核外电子排布式为1s22s22p63s23p6，选项A是S原－子的核外电子排布式，故A错误；书写电子排布式时，能层低的能级要写在左边，能层高的能级要写在右边，因此21Sc原子的核外电子排布式应为1s22s22p63s23p63d14s2，故B错误；D是F的最外层电子(价电子)排布式，不符合题意。

易错提醒

书写电子排布式时，一律按能层顺序书写，而不能按照电子填充的顺序书写。

1．下列说法中不符合现代大爆炸宇宙学理论的是(

) A．我们所在的宇宙诞生于一次大爆炸

B．恒星正在不断地合成自然界中没有的新元素

C．氢、氦等轻核元素是宇宙中天然元素之母

D．宇宙的所有原子中，最多的是氢元素的原子

答案

B 解析

根据现代大爆炸宇宙学理论，自然界中的元素在大爆炸中已经全部生成，但恒星间仍然存在着不同元素间的转化(核裂变和核聚变)，这一过程中没有新元素(未被发现的元素)生成。

2．下列能层不包含d能级的是(

) A．O能层

C．M能层

答案

D 解析

多电子的原子中，同一能层的电子可分为不同的能级，K层只有s能级，L层有s、p能级，从M能层开始有d能级。

3．下列各微粒中，各能层电子数均达到2n2

的是(

) A．Ne，Ar

C．Al，O2

－B．N能层

D．K能层

B．F，Mg2

－＋D．Cl，Ar －答案

B 解析

A项，Ar的原子结构示意图为，第三层为8电子，并不是2n2＝2×32＝2×9＝－18电子；C项，Al的第三层为3电子，不是18电子；D项，Cl和Ar原子的第三层，均为8电子，不是18电子。

4．电子在一个原子的下列能级中排布时，最后一个排布的是(

) A．ns

C．(n－1)d

B．np D．(n－2)f

答案

B 解析

根据原子中上述能级的能量高低顺序：ns<(n－2)f<(n－1)d

5．请根据构造原理，写出下列原子的电子排布式：

(1)16S________________________________________________________________________；

(2)10Ne________________________________________________________________________；

(3)20Ca________________________________________________________________________；

(4)26Fe________________________________________________________________________；

(5)29Cu________________________________________________________________________；

(6)11Na________________________________________________________________________；

答案

(1)1s22s22p63s23p4

(2)1s22s22p6

(3)1s22s22p63s23p64s2

(4)1s22s22p63s23p63d64s2

(5)1s22s22p63s23p63d104s1

(6)1s22s22p63s1

解析

根据原子核外电子的排布规律和构造原理书写原子的电子排布式，应注意从3d能级开始出现“能级交错”现象。

[基础过关]

题组一

原子的诞生及原子结构模型的演变

1．宇宙中最多的元素是(

) A．H

B．O

C．He

D．N 答案

A 解析

氢是宇宙中最丰富的元素，约占宇宙原子总数的88.6%，氦约为氢原子数的1/8，它们合起来约占宇宙原子总数的99.7%以上。

2．下列对不同时期原子结构模型提出的时间排列正确的是(

) ①电子分层排布模型

②“葡萄干布丁”模型

③量子力学模型

④道尔顿原子学说

⑤核式模型

A．①③②⑤④

C．④②⑤①③

答案

C B．④②③①⑤

D．④⑤②①③

解析

原子结构模型的演变过程可以表述为道尔顿原子学说→汤姆生“葡萄干布丁”模型→卢瑟福核式模型→玻尔电子分层排布模型→量子力学模型。

题组二

能层与能级

3．下列能层的能量由低到高的顺序是(

) A．K、M、N、L

C．L、M、N、O

答案

C 解析

能层的能量由低到高的顺序为K、L、M、N、O、P、Q。

4．原子核外M能层最多可以容纳的电子数是(

) A．8

B．18

C．32

D．50 答案

B 解析

每个能层最多可容纳2n2(n为该能层序数)个电子。M能层最多可以容纳的电子数为2×32＝18。

5．下列微粒符号正确的是(

) A．2d1

B．3f7

C．6s3

D．7p2

答案

D 解析

L层只有s、p两个能级，没有d能级，A错误；M层只有s、p、d三个能级，没有f能级，B错误；s能级只有一个轨道，最多只能容纳2个电子，C错误；Q层有p能级，p能级有3个轨道，最多容纳6个电子，D正确。

6．下列关于能层与能级的说法中正确的是(

) A．同一原子中，符号相同的能级，其上电子能量不一定相同

B．任一能层的能级总是从s能级开始，而且能级数不一定等于该能层序数

C．同是s能级，在不同的能层中所能容纳的最多电子数是不相同的

D．多电子原子中，每个能层上电子的能量一定不同

答案

A 解析

同一原子中，符号相同的能级，其上电子能量不一定相同，如1s和2s，能量2s＞1s，A正确；能层含有的能级数等于能层序数，即第n能层含有n个能级，每一能层总是从s能级开始，B错误；同是s能级，在不同的能层中所能容纳的最多电子数都是2个，C错误；多电子原子中，同一能级上电子的能量相同，D错误。

题组三

构造原理及其应用

7．按能量由低到高的顺序，下列排列正确的是(

) A．1s、2p、3d、4s

C．2s、2p、3s、3p

答案

C B．1s、2s、3s、2p D．4p、3d、4s、3p B．M、N、Q、P D．M、N、P、O

解析

相同电子层上的原子轨道能量高低：ns

8．主族元素原子失去最外层电子形成阳离子，主族元素的原子得到电子填充在最外层形成阴离子。下列各原子或离子的电子排布式错误的是(

) A．Ca2：1s22s22p63s23p6

＋B．O2：1s22s22p4

－C．Cl：[Ne]3s23p6

－D．Ar：1s22s22p63s23p6

答案

B 解析

本题主要考查根据构造原理来书写电子排布式，已知氧原子的电子排布式为1s22s22p4，故O2的电子排布式应为1s22s22p6，B项错误，A、C、D三项均正确。

－9．下面是某些元素的最外层电子排布，各组指定的元素，不能形成AB2型化合物的是(

) A．2s22p2和2s22p4

C．3s2和2s22p5

答案

D 解析

A项为C和O，能形成CO2；B项为S和O，能形成SO2；C项为Mg和F，能形成MgF2；D项为Na和Si，不能形成AB2型化合物，故选D。

10．若某元素基态原子的简化电子排布式为[Kr]4d15s2，则下列说法正确的是(

) A．该元素基态原子中共有3个电子

B．该元素原子核外有5个电子层

C．该元素原子最外层共有3个电子

D．该元素原子M能层共有8个电子

答案

B 解析

根据构造原理，该元素基态原子的电子式为1s22s22p63s23p63d104s24p64d15s2。由此可知该元素原子中共39个电子，分为5个能层，其中M能层上有18个电子，最外层上有2个电子。

11．表示一个原子在第三个能层上有10个电子可以写成(

) A．3s10

B．3d10

C．3s23p63d2

D．3s23p53d3

答案

C 解析

第三能层有3s、3p、3d能级，根据构造原理知10个电子应排布为3s23p63d2。

12．4p轨道填充一半的元素，其原子序数是(

) A．15

B．33

C．35

D．51 答案

B 解析

4p轨道填充一半的元素，其电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p3，原子序数为33。

[能力提升]

B．3s23p4和2s22p4

D．3s1和3s23p2

13．A、B、C、D分别代表四种不同的短周期元素。A元素的原子最外层电子排布式为ns1，B元素的原子价电子排布式为ns2np2，C元素的最外层电子数是其电子层数的3倍，D元素原子的M电子层的p能级中有3个电子。

(1)C原子的电子排布式为________，若A元素的原子最外层电子排布式为1s1，则A与C形成的阴离子的电子式为__________。

(2)当n＝2时，B的原子结构示意图为________。

(3)若A元素的原子最外层电子排布式为2s1，元素A在周期表中的位置是________。

答案

(1)1s22s22p4

(3)第二周期第ⅠA族

(2)

解析

由C元素的最外层电子数是其电子层数的3倍，推出C为O；D元素原子的M电子层的p能级中有3个电子，推出D是P；若n＝2，则B的价电子排布式为2s22p2，B为碳元素；若A元素的原子最外层电子排布式为2s1，元素A为Li，在周期表中的位置是第二周期第ⅠA族。

14．按要求填空：

(1)根据构造原理写出下列基态原子或离子的核外电子排布式。

①A元素原子核外M层电子数是L层电子数的一半：______________________。

②B元素原子的最外层电子数是次外层电子数的1.5倍：________________。

③基态Ni2、Fe3、S2的电子排布式分别为________、________、________。

＋＋－(2)某元素的最外层电子排布式是4s24p5，则其元素符号为________。

(3)基态Ti2中，电子占据的最高的能层符号________，该能层有________个能级。

＋(4)写出基态砷原子的电子排布式________，砷位于元素周期中第________周期，第________族。

答案

(1)①1s22s22p63s23p2

②1s22s22p1

③[Ar]3d8

[Ar]3d5

1s22s22p63s23p6

(2)Br

(3)M

3

(4)[Ar]3d104s24p3

四

ⅤA 解析

(1)①L层有8个电子，则M层有4个电子，故A为硅。②当次外层为K层时，最外层电子数则为3，则B为硼；当次外层为L层时，最外层电子数为1.5×8＝12，违背了排布规律，故不可能。③Ni的原子序数为28，根据构造原理，基态Ni原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d84s2，故Ni2的电子排布式为1s22s22p63s23p63d8；基态Fe原子的电子排布式＋为1s22s22p63s23p63d64s2，故Fe3的电子排布式为1s22s22p63s23p63d5；硫原子序数为16，基态＋硫原子的电子排布式为1s22s22p63s23p4，故S2的电子排布式为1s22s22p63s23p6。

－(2)根据价电子排布式可知该元素有4个电子层，最外层有7个电子，位于元素周期表的第四周期第ⅦA族，为Br元素。

(3)Ti的原子序数为22，基态Ti原子的电子排布式为[Ar]3d24s2，故基态Ti2的电子排布式为＋

[Ar]3d2，电子占据的最高能层符号为M，该能层有3s、3p、3d 3个能级。

(4)砷的原子序数为33，基态As原子的电子排布式为[Ar]3d104s24p3，位于第四周期，第ⅤA族。

15．下表给出了五种元素的相关信息，其中A、B、C、D为短周期元素。

元素

A 相关信息

在常温、常压下，其单质是气体，随着人类对环境的认识和要求的提高，它将成为备受青睐的清洁燃料

工业上通过分离液态空气获得其单质，其某种同素异形体是保护地球地表环境的重要屏障

植物生长三要素之一，它能形成多种氧化物，其中一种是早期医疗中使用的麻醉剂

室温下其单质呈粉末状固体，加热易熔化。该单质在氧气中燃烧，发出明亮的蓝紫色火焰

它是人体不可缺少的微量元素，其单质也是工业生产中不可缺少的金属原材料，常用于制造桥梁、楼房等

B C D E

根据上述信息填空：

(1)B元素的基态原子含有______个能层，其中第二能层中含有的能级为______________；画出D的原子结构示意图__________________。

(2)C与A形成的某一化合物能和C与B形成的另一无色化合物(这两种化合物分子中原子个数比皆为1∶2)一起用作火箭助推剂，写出两者发生反应生成无毒物质的化学方程式：________________________________________________________________________。

(3)某矿藏主要含D、E两种元素组成的化合物，它是我国生产某强酸的主要原料。试写出该生产过程中第一阶段主要反应的化学方程式：_________________________________ ________________________________________________________________________。

答案

(1)2

2s和2p

点燃

(2)2N2H4＋N2O4=====3N2＋4H2O (3)4FeS2＋11O2=====2Fe2O3＋8SO2

解析

氢气是一种清洁燃料，所以A为氢元素；臭氧对紫外线有吸收作用，是保护地球地表环境的重要屏障，所以B为氧元素，其基态原子含有K层与L层两个能层，L层为第二能层，有s、p两个能级(即2s和2p)；氮、磷、钾是植物生长三要素，N2O俗名“笑气”，是早期医疗中使用的麻醉剂，所以C为氮元素；单质硫在氧气中燃烧，发出明亮的蓝紫色火焰，所高温

以D为硫元素；日常生产和生活中最常用的金属是铁、铜和铝，其中只有铁是人体不可缺少的微量元素，所以E为铁元素。

(2)氮和氢形成的原子个数比为1∶2的化合物为N2H4，氮和氧形成的原子个数比为1∶2的化合物有NO2和N2O4，其中N2O4是无色气体，NO2是红棕色气体，N2H4和N2O4反应生成无毒的N2和H2O。

(3)我国主要以黄铁矿(主要成分是FeS2)为原料制备硫酸，其第一阶段的主要反应是煅烧黄铁矿。