能级原理

⾼中化学第1章第1节第1课时能层与能级构造原理与电⼦

排布式教案新⼈教版选修3

第1

课时能层与能级构造原理与电⼦排布式

⽬标与素养：1.了解原⼦核外电⼦的能层分布，能级分布及其与能量的关系。(微观探析)2.了解原⼦结构的构造原理，熟记基态

原⼦核外电⼦在原⼦轨道上的排布顺序。(宏观辨识与模型认知)3.熟练掌握1～36号元素基态原⼦的核外电⼦排布式。(微观探

析与科学探究)

⼀、原⼦的诞⽣1．原⼦的诞⽣

2．宇宙的组成元素及其含量

宇宙氢(H)：约为宇宙原⼦总数的88.6%氦(He)：约为氢原⼦数的1

8⼆者合起来约占宇宙原⼦总数的99.7%以上其他90多种天然元素的原⼦总数加起来不⾜1%3．地球的组成元素

地球上的元素?

⾮⾦属元素(包括稀有⽓体)：仅22种⾦属元素：绝⼤多数

⼆、能层与能级1．能层

2．能级

(1)根据多电⼦原⼦中同⼀能层电⼦能量的不同，将它们分成不同能级。

(2)能级⽤相应能层的序数和字母s、p、d、f……组合在⼀起来表⽰，如n能层的能级按能量由低到⾼的顺序排列为ns、np

、nd、nf等。

(3)能层序数等于该能层所包含的能级数，如第三能层有能级3s、3p、3d。(4)s、p、d、f能级可容纳的电⼦数依次为1、

3、5、7的⼆倍。3．能层、能级中所容纳的电⼦数

能层

(

n)

⼀⼆三四五六七……

符号KLMNOPQ……

能级

1

s

2

s

2p3s3p3d4s4p4d4f5s

…

…

………………

最多

电⼦

数

22626102610142

…

…

………………

281832………………2n2

(1)原⼦结构⽰意图中有⼏个能层和能级？

[答案]3,4。

(2)能级ns能量⼀定⼤于(n－1)d的能量吗？

[答案]不⼀定。

三、构造原理与电⼦排布式

1．构造原理

(1)含义

在多电⼦原⼦中，电⼦在能级上的排列顺序是：电⼦先排在能量较低的能级上，然后依次排在能量较⾼的能级上。

(2)构造原理⽰意图

微点拨：①不同能层同能级符号的能量，能层越⾼，能量越⾼。②同能层不同能级符号的能量按ns、np、nd、nf的顺序递

增。

2．电⼦排布式

(1)含义

将能级上所容纳的电⼦数标在该能级符号的右上⾓，并按照能层从左到右的顺序排列的式⼦。

(2)表⽰形式及各符号含义

(3)实例：如Mg、Sc的电⼦排布式：

Mg：1s22s22p63s2或简化写成[Ne]3s2；

Sc：1s22s22p63s23p63d14s2或简化写成[Ar]3d14s2。

微点拨：简化式就是将内层部分电⼦排布式⽤稀有⽓体符号表⽰的式⼦。

1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)

(1)能层就是电⼦层，包含不同的能级()

(2)能层越⾼，离原⼦核越远()

(3)ns、np、nd最多容纳的电⼦数均为2()

(4)每⼀能层均包含s、p、d、f能级()

[答案](1)√(2)√(3)×(4)×

2．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

3．写出下列原⼦的电⼦排布式和简化式

(1)O________________；(2)F________________；

(3)Na________________；(4)S________________。

[答案](1)1s22s22p4，[He]2s22p4

(2)1s22s22p5，[He]2s22p5

(3)1s22s22p63s1，[Ne]3s1

(4)1s22s22p63s23p4，[Ne]3s23p4

能层、能级与构造原理

1.能层与能级中的四个数量关系

(1)任⼀能层，能级数＝能层序数，且总是从s能级开始。

(2)能级最多容纳的电⼦数＝能级中轨道数⽬的2倍，即以s、p、d、f……排序的各能级最多容纳的电⼦数依次为1、3、5、

7……的2倍。

(3)每⼀能层中最多容纳的电⼦数是能层序数的平⽅的2倍，即2n2(n代表能层序数)。

(4)不同能层中相同能级所容纳的最多电⼦数相同。

2．根据构造原理理解各能级的能量⼤⼩关系

(1)不同能层中同⼀能级，能层序数越⼤，能量越⾼。例如，1s＜2s＜3s……，2p＜3p＜4p……

(2)同⼀能层中，各能级之间的能量⼤⼩关系是ns＜np＜nd＜nf……。例如，第四能层中4s＜4p＜4d＜4f。

(3)能层和能级都相同的各原⼦轨道能量相等。例如，2px＝2py＝2pz。

(4)从第三能层开始出现能级交错现象，能级交错排列的顺序即能量由低到⾼的顺序，Ens＜E(n－2)f＜E(n－1)d＜Enp。例

如E4s＜E3d、E5s＜E4d。

1．若n＝3，以下能级符号错误的是()

A．npB．nf

C．ndD．ns

B[当n＝3时，不存在f能级。]

2．已知n表⽰能层序数，下列说法正确的是()

A．各能级最多可容纳的电⼦数按s、p、d、f......的顺序依次为1、3、5、7(2)

B．各能层的能级都是从s能级开始⾄f能级结束

C．各能层含有的能级数为n－1

D．各能层含有的电⼦数为2n2

A[按s、p、d、f……排序的各能级可容纳的最多电⼦数依次为1、3、5、7……的2倍，A正确；任⼀能层的能级总是从s能级开

始，且能级数等于该能层序数，B、C错误；每个能层可容纳的最多电⼦数为2n2，但不是⼀定含有2n2个电⼦，D错误。]

3．下列能级符号及能量⼤⼩⽐较正确的是()

A．2p＜2dB．3d＜4s

C．2p＜3dD．4s＜3p

[答案]C

电⼦排布式

1.基态原⼦的核外电⼦排布

(1)绝⼤多数元素的原⼦核外电⼦的排布顺序遵循构造原理。

(2)“能级交错”现象：当出现d轨道时，电⼦按ns、(n－1)d、np的顺序在原⼦轨道上排布；当出现f轨道时，电⼦按ns、(n－

2)f、(n－1)d、np的顺序在原⼦轨道上排布。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。

2．电⼦排布式书写

(1)“三步法”书写电⼦排布式

构造原理是书写基态原⼦电⼦排布式的依据。

第⼀步：按照构造原理写出电⼦填⼊能级的顺序，1s→2s→2p→3s→3p→4s→3d→4p→5s→4d→5p→6s……

第⼆步：根据各能级容纳的电⼦数填充电⼦。

第三步：去掉空能级，并按照能层顺序排列即可得到电⼦排布式。

(2)简化的电⼦排布式

将电⼦排布式中的内层电⼦排布⽤相应的稀有⽓体元素符号加⽅括号来表⽰⽽得到的式⼦称为简化的电⼦排布式。如氮、钠、

钙的简化电⼦排布式分别为[He]2s22p3、[Ne]3s1、[Ar]4s2。

(3)特例：Cr：[Ar]3d54s1、Cu：[Ar]3d104s1。

3．离⼦的电⼦排布式书写

基态原⼦转化为相应离⼦时的⼀般规律：原⼦失去电⼦时总是先失去最外层电⼦，然后失去次外层电⼦，之后是倒数第三层电

⼦……对于主族元素的原⼦来说，⼀般只失去最外层电⼦，⽽过渡元素的原⼦可能还会进⼀步失去内层电⼦；原⼦得到电⼦

时，⼀般总是填充到最外能层未填满的能级上。如Fe位于第四周期第Ⅷ族，其原⼦的核外电⼦排布式为[Ar]3d64s2，Fe2＋的

核外电⼦排布式为[Ar]3d6，Fe3＋的核外电⼦排布式为[Ar]3d5。

4．下列各离⼦或原⼦的电⼦排布式错误的是()

A．Ca2＋：1s22s22p63s23p6

B．O2－：1s22s22p4

C．K：1s22s22p63s23p64s1

D．Fe3＋：1s22s22p63s23p63d5

B[已知O原⼦的电⼦排布式为1s22s22p4，故O2－的电⼦排布式为1s22s22p6，B项错误。]5．写出下列原⼦或离⼦的电⼦排

布式和结构⽰意图。

(1)S___________________________________________________。

(2)Cl－___________________________________________________。

(3)Zn___________________________________________________。

(4)Fe2＋___________________________________________________。

[答案](1)1s22s22p63s23p4，

原⼦最外层不超过8个电⼦，次外层不超过18个电⼦

依据构造原理，能级的能量顺序为np<(n＋1)s

1．宇宙中最多的元素是()A．HB．OC．He

D．N

A[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．下列能层中，包含f能级的是()A．K能层B．L能层C．M能层

D．N能层

D[K能层是第⼀能层，只有1s能级；L能层是第⼆能层，有两个能级，即2s和2p；M能层是第三能层，有三个能级，即3s

、3p、3d；N能层是第四能层，有四个能级，即4s、4p、4d、4f。根据能级数等于能层序数，只有能层序数≥4的能层才有f

能级。]

3．某主族元素的原⼦，M层上有⼀个半充满的能级，该原⼦的质⼦数()A．只能是7B．只能是15C．是11或13

D．是11或15

D[根据题意知该基态原⼦的核外电⼦排布式为1s2

2s2

2p6

3s1

或1s2

2s2

2p6

3s2

3p3

，所以该原⼦的质⼦数为11或15。]

4．下列基态原⼦与离⼦的电⼦排布式错误的是()

A．K：1s22s22p63s23p64s1

B．F－：1s22s22p6

C．Fe：1s22s22p63s23p63d54s2

D．Kr：1s22s22p63s23p63d104s24p6

C[题中K、F－和Kr的核外电⼦排布都符合构造原理，为能量最低状态，⽽Fe的核外电⼦排布式应为

1s22s22p63s23p63d64s2，电⼦数⽬不正确。]

5．(1)某元素的原⼦序数为33，则：

①此元素原⼦的电⼦总数是________；

②有________个电⼦层，________个能级；

③它的电⼦排布式为______________________。

(2)写出Se、Ca2＋、Cl－的电⼦排布式：

①Se：______________________________________；

②Ca2＋：____________________________________；

③Cl－：____________________________________。

[解析]原⼦序数＝核外电⼦数，故此原⼦的核外电⼦数为33，电⼦排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p3(或

[Ar]3d104s24p3)。

[答案](1)①33②48

③1s22s22p63s23p63d104s24p3(或[Ar]3d104s24p3)

(2)①1s22s22p63s23p63d104s24p4(或[Ar]3d104s24p4)

②1s22s22p63s23p6

③1s22s22p63s23p6