高中化学物质结构能层与能级 构造原理

第一节原子结构第1课时能层与能级构造原理[学习目标定位] 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)如图所示，在多电子原子中，核外电子是分层运动的，能量高的电子在离核远的区域里运动，能量低的电子在离核近的区域里运动。

这也说明多电子的原子中电子的能量是不同的。

能量不同的电子在核外不同的区域内运动，这种不同的区域称为能层，即“电子层”(n)。

(2)能层的表示方法：(3)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n s<n p<n d<n f。

任一能层的能级总是从s 能级开始，且该能层的能级数等于该能层序数。

[归纳总结](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n s<n p<n d<n f。

(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……[活学活用]1.下列叙述正确的是()A.能级就是电子层B.每个能层最多可容纳的电子数是2n2C.同一能层中的不同能级的能量高低相同D.不同能层中的s能级的能量高低相同答案 B解析能层才是电子层；同一能层中的不同能级的能量高低的顺序是E n s<E n p<E n d<E n f……；不同能层，能级符号相同，n越大，能量越高，如E1s<E2s<E3s<E4s……2.若n＝3，以下能级符号错误的是()A.n pB.n fC.n dD.n s答案 B解析能级数等于该能层序数：第一能层只有1个能级(1s)，第二能层有2个能级(2s和2p)，第三能层有3个能级(3s、3p、3d)……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)，讨论下列问题：(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：n s<(n－2)f<(n－1)d<n p(n表示能层序数)。

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)写出下列原子的电子排布式：①8O：1s22s22p4；②19K：1s22s22p63s23p64s1；③17Cl：1s22s22p63s23p5。

[归纳总结](1)原子核外电子排布构造易记图：n s(n－2)f(n－1)d n p7s 5f 6d 7p6s 4f 5d 6p5s 4d 5p4s 3d 4p3s 3p2s 2p1s自左往右、自下而上，依次填充。

(2)能级交错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n s<(n－2)f<(n－1)d<n p。

[活学活用]3.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(n l)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(3s)<E(2s)<E(1s)D.E(5s)>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。

4.主族元素原子失去最外层电子形成阳离子，主族元素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＋1s22s22p63s23p6B.O2－1s22s23p4C.Fe1s22s22p63s23p63d64s2D.Fe2＋1s22s22p63s23p63d6答案 B解析氧原子的电子排布式为1s22s22p4，因此O2－的电子排布式为1s22s22p6，故B错；原子失去电子形成离子时，应先失去最外层上的电子。

Fe的电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2，铁元素生成Fe2＋时，应先失去4s上的电子，故Fe2＋的电子排布式为1s22s22p63s23p63d6。

故选B。

当堂检测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.下列各微粒中，各能层电子数均达到2n2的是()A.Ne，ArB.F－，Mg2＋C.Al，O2－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。

3.下列能级符号正确的是()A.5sB.2dC.3fD.1p答案 A解析每一能层的能级数与能层序数相同，且具有的能级依次为s、p、d、f…，故K能层只有1s能级，L能层只有2s、2p能级，没有2d能级，M能层也没有3f能级。

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.n sB.n pC.(n－1)dD.(n－2)f答案 B解析根据原子中上述能级的能量高低顺序：n s<(n－2)f<(n－1)d<n p，所以最后一个排布的应是能量最高的能级，应为n p能级。

可见，解此类题，应从构造原理入手，判断出能级的能量高低。

电子在排布时应先进入能量低的能级，填满后再进入能量高的能级。

5.具有下列电子排布式的原子中，半径最大的是()A.1s22s22p63s23p1B.1s22s22p3C.1s22s22p2D.1s22s22p63s23p4答案 A解析一般情况下，原子半径最大的原子应是能层数最多的。

能层数相同的原子，即同周期元素(稀有气体元素除外)的原子，因同周期元素从左到右原子半径逐渐减小，所以最外层电子数最少的原子半径最大。

40分钟课时作业[基础过关]一、原子结构模型的演变1.随着人们对物质结构研究的不断深入，化学逐渐成为一门科学。

根据你所掌握的知识回答下列问题：(1)19世纪末，人们开始揭示原子内部的秘密，最早发现电子的科学家是()A.法国的拉瓦锡B.瑞典的舍勒C.英国的道尔顿D.英国的汤姆生(2)道尔顿的原子学说曾经起了很大作用。

他的学说中包含下述三个论点：①原子是不能再分的粒子；②同种元素的原子的各种性质和质量都相同；③原子是微小的实心球体。

从现代的观点看，你认为这三个论点中不确切的是()A.只有③B.只有①③C.只有②③D.①②③(3)化学开始成为一门科学的标志是()A.火药的发现B.质量守恒定律的提出C.“原子—分子论”的提出D.氧化还原理论的建立答案(1)D(2)D(3)C解析(1)最早发现电子的科学家是英国的汤姆生。

(2)同种元素的不同原子的质量不同，故其物理性质不同，但化学性质是相同的。

(3)“原子—分子论”是国际化学界于1860年承认的化学开始成为一门科学的标志。

2.人类对原子结构的认识经历了漫长的历史阶段。

其中最有代表性的有：道尔顿的原子结构模型、汤姆生原子结构模型、卢瑟福原子结构模型和玻尔原子结构模型等。

而这些原子结构模型都是建立在一定的实验研究基础上的。

下列实验事实与原子结构模型建立的关系正确的是()A.电子的发现：道尔顿的原子结构模型B.α粒子散射：玻尔原子结构模型C.氢原子光谱：卢瑟福原子结构模型D.α粒子散射：卢瑟福原子结构模型答案 D解析道尔顿的原子结构模型是道尔顿通过对大气的物理性质进行研究而提出的；卢瑟福原子结构模型是通过α粒子散射实验提出的；玻尔原子结构模型是玻尔在牛顿力学的基础上，吸收了量子论和光子学说的思想建立起来的。

二、原子结构及其组成微粒3.自从1803年英国化学家、物理学家道尔顿提出原子假说以来，人类对原子结构的研究不断深入、不断发展，通过实验事实不断地丰富、完善原子结构理论。

请判断下列关于原子结构的说法正确的是()A.所有的原子都含有质子、中子和电子三种基本构成微粒B.所有的原子中的质子、中子和电子三种基本构成微粒的个数都是相等的C.原子核对电子的吸引作用的实质是原子核中的质子对核外电子的吸引D.原子中的质子、中子和电子三种基本构成微粒不可能再进一步分成更小的微粒答案 C解析所有的原子都含有质子和电子，并且二者在数值上是相等的。

因为质子和电子带的电荷相等，而电性却相反，故整个原子是电中性的。

需要注意的是，并不是所有的原子都是由质子、中子和电子组成的。

如11H中就只含有一个质子和一个电子，没有中子。

多数原子的中子数和质子数比较接近但没有必然的数量关系。

故A、B选项均不正确。

原子核对核外电子的吸引是一种电性作用，因为中子不显电性，质子和电子带相反电荷，所以C选项正确。

从发展的观点出发，原子中的质子、中子和电子三种构成原子的基本微粒有可能再进一步分成更小的微粒，目前有资料介绍，科学家已经研究发现了更小的微粒——夸克，所以D选项是错误的。