原子結構與原子核外電子能級分布
考點聚焦
1.了解原子核外電子的分層排布,掌握能層、能級及其表示。
2.掌握構造原理及核外電子排布規律,掌握1-36號元素的核外電子排布式
3.了解電子云與原子軌道概念,掌握原子軌道數目的判斷方法
4.了解能量最低原子、基態、激發態、光譜
知識梳理
一、能層與能級
對多電子原子的核外電子,按 將其分成不同的能層(n);對于同一能層里能量不同的電子,將其分成不同的 ;能級類型的種類數與能層數相對應;同一能層里,能級的能量按 的順序升高,即E(s)<E(p)<E(d)<E(f)。
完成下表:各能層所包含的能級類型及各能層、能級最多容納的電子數
能 層(n)
一
二
三
四
五
六
七
符 號
K
L
N
O
P
Q
能 級(l)
1s
2s
2p
3s
3p
3d
5s
…
……
最 多
電 子 數
2
2
6
2
…
……
2
18
32
……
2n2
由表中可知:①各能層最多容納的電子數為 。
②能級類型的種類數與 數相對應
③s p d f 能級所含軌道數分別為 ,與能級所在能層無關。
二、電子云與原子軌道
1.電子云:電子在原子核外出現的概率密度分布。電子云是核外電子運動狀態的形象化描述,小黑點的疏密表示 。
2.原子軌道:不同能級上的電子出現概率約為 %的電子云空間輪廓圖。s電子的原子軌道呈 對稱, ns能級各有 個原子軌道;p電子的原子軌道呈 ,np能級各有 個原子軌道,相互垂直(用px、py、pz表示);nd能級各有 個原子軌道;nf能級各有 個原子軌道。各軌道的的形狀與所處的能層無關。
三、核外電子排布規律
1.構造原理:絕大多數基態原子核外電子的排布都遵循下列順序:
1s、2s、2p、3s、3p、 、 、4p、5s、4d、5p、6s、
構造原理揭示了原子核外電子的能級分布。從中可以看出,不同能層的能級有交錯現象,如E(3d)>E(4s)、E(4d)>E(5s)、E(5d)>E(6s)、E(6d)>E(7s)、E(
構造原理是書寫基態原子電子排布式的依據,也是繪制基態原子電子排布圖(即軌道表示式)的主要依據之一。
思考:如何快速判斷不同能級的能量高低?
2.能量最低原理:能量最低原理:原子核外電子遵循構造原理排布時,原子的能量處于最低狀態。即在基態原子里,電子優先排布在 的能級里,然后排布在能量逐漸升高的能級里。當某能級中的原子軌道處于全充滿或半充滿狀態時能量較低。
3.泡利原理:每個原子軌道里最多只能容納 個自旋方向 的電子。
4.洪特規則:電子排布在同一能級的各個軌道時,優先占據 軌道,且自旋方向 。
思考:為什么在同一原子中不可能出現運動狀態完全相同的兩個電子?
四、基態、激發態、光譜
1.基態:最低能量狀態。如處于最低能量狀態的原子稱為基態原子。
2.激發態:較高能量狀態(相對基態而言)。如基態原子的電子吸收能量后,電子躍遷至較高能級成為激發態原子。
3.光譜:不同元素的原子發生躍遷時會吸收(基態→激發態)和放出(基態→激發態)能量,產生不同的光譜――原子光譜(吸收光譜和發射光譜)。利用光譜分析可以發現新元素或利用特征譜線鑒定元素。
試題枚舉
【例1】下列有關電子云和原子軌道的說法正確的是( )
A.原子核外的電子象云霧一樣籠罩在原子核周圍,故稱電子云
B.s能級的原子軌道呈球形,處在該軌道上的電子只能在球殼內運動
C.p能級的原子軌道呈紡錘形,隨著能層的增加,p能級原子軌道也在增多
D.與s電子原子軌道相同,p電子原子軌道的平均半徑隨能層的增大而增大
解析: 電子云是對電子運動的形象化描述,它僅表示電子在某一區域內出現的概率,并非原子核真被電子云霧所包裹,故選項A錯誤。原子軌道是電子出現的概率約為90%的空間輪廓,它表明電子在這一區域內出現的機會大,在此區域外出現的機會少,故選項B錯誤。無論能層序數n怎樣變化,每個p能級都是3個原子軌道且相互垂直,故選項C錯誤。由于按1p、2p、3p……的順序,電子的能量依次增高,電子在離核更遠的區域出現的概率逐漸增大,電子云越來越向更大的空間擴展,原子軌道的平均半徑逐漸增大。
答案: D
【例2】下列有關認識正確的是( )
A.各能級的原子軌道數按s、p、d、f的順序分別為1、3、5、7
B.各能層的能級都是從s能級開始至f能級結束
C.各能層含有的能級數為n―1
D.各能層含有的電子數為2n2
解析:各能層的能級都是從s能級開始,但不是至f能級結束,如L能層只有2s、2p兩個能級,B錯誤;各能層含有的能級數與能層一致,以C不對;各能層最多容納電子數為2n2,而不是必須含有的電子數2n2
答案:A
【例3】以下電子排布式表示基態原子電子排布的是( )
A.1s22s22p63s13p3 B.1s22s22p63s23p63d104s1 4p1
C.1s22s22p63s23p63d24s1 D.1s22s22p63s23p63d104s2 4p1
解析:A B C均不符合能量最低原理,選D
答案:D
【例4】人們常將在同一原子軌道上運動的,自旋方向相反的2個電子,稱為“電子對”;將在同一原子軌道上運動的單個電子,稱為“未成對電子”。以下有關主族元素原子的“未成對電子”的說法,錯誤的是( )
A.核外電子數為奇數的基態原子,其原子軌道中一定含有“未成對電子”
B.核外電子數為偶數的基態原子,其原子軌道中一定不含“未成對電子”
C.核外電子數為偶數的基態原子,其原子軌道中可能含有“未成對電子”
D.核外電子數為奇數的基態原子,其原子軌道中可能不含“未成對電子”
解析:s p d f 能級所含軌道數分別為1、3、5、7,均為奇數,而電子電子排布在同一能級的各個軌道時,優先占據不同的軌道,如兩電子占據2p軌道分別占據兩個軌道,形成兩個未成對電子
答案: B D
【例5】以下是表示鐵原子和鐵離子的3種不同化學用語。
結構示意圖
電子排布式
電子排布圖(軌道表示式)
鐵原子
1s22s22p63s23p63d64s2
鐵離子
1s22s22p63s23p63d5
⑴鐵原子最外層電子數為 ,鐵在發生化學反應時,參加反應的電子可能是 。
⑵請你通過比較、歸納,分別說出3種不同化學用語所能反映的粒子結構信息。
答案:⑴2 4s上的2個電子或4s上的2個電子和3d上的1個電子
⑵結構示意圖:能直觀地反映核內的質子數和核外的電子層數及各能層上的電子數。
電子排布式:能直觀地反映核外電子的能層、能級和各能級上的電子數。
軌道表示式:能反映各軌道的能量的高低及各軌道上的電子分布情況,自旋方向。
【例6】下圖是鋰、氦、汞的吸收光譜和發射光譜。其中圖_____________是原子由基態轉化為激發態時的光譜,圖____________是原子由激發態轉化為基態時的光譜。不同元素的原子光譜上的特征譜線不同,請在下圖中用線段將同種元素的吸收光譜和發射光譜連接。
答案:
①③⑤ 、冖堍
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