课时1.1 原子结构-2020-2021学年高二化学选修3精品讲义（人教版）

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第一章原子结构与性质

第一节原子结构

【学习目标】

1、根据构造原理写出 1～36 号元素原子的电子排布式

2、核外电子的运动状态，电子云与原子轨道，基态、激发态和光谱

3、泡利原理、洪特规则

【主干知识梳理】

一、原子的诞生

1932 年勒梅特首次提出了现代宇宙大爆炸理论：整个宇宙最初聚集在一个“原始原子”中，后来发生了大爆

炸，碎片向四面八方散开，形成了我们的宇宙。大爆炸后两小时，诞生了大量的氢、少量的氦及极少量的

Li，然后经过长或短的发展过程，以上元素发生原子核的熔合反应，分期分批的合成了其它元素。氢元素是

宇宙中最丰富的元素，占宇宙原子数的 88.6%，氦约为氢原子数的，地球上的元素大多数是金属，非金属

元素(包括稀有气体)仅22 种

二、能层与能级

1、能层(电子层)

对于多电子原子的核外电子，按能量的差异将其分成不同的能层；在同一个原子中，离核越近，电子能量越

低。由里向外，分别用字母：K、L、M、N、O、P、Q表示相应的第一、二、三、四、五、六、七能层。各

能层最多容纳的电子数为 2n2

2、能级

(1)对于多电子原子，同一能层的电子能量也可能不同，将其分成不同的能级。同一能层里，能级的能量按

s、p、d、f、……的次序增加，即 E(s)＜E(p)＜E(d)＜E(f)

(2)K 层指包含一个能级，即 s能级；L层包含两个能级，s和p能级；M层包含三个能级，s、p和d能级；N层

包含四个能级，s、p、d、f能级

(3)①每个能层中，能级符号的顺序是 ns、np、nd、nf…… ②任一能层，能级数===能层序数

③s、p、d、f……可容纳的电子数依次是 1、3、5、7……的两倍 ④同一能级容纳的电子数相同

能级表示方法及各能级所容纳的最多电子数

能层(n)一二三四五六七

符号K L M N O P Q

能级(l)1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p 4d 4f 5s … ……

最多

电子数

2 … ……

…… 2n2

三、构造原理——基态原子电子排布式 (电子的填充顺序)

1、构造原理：多电子的核外电子排布总是按照能量最低原理，由低能级逐步填充到高能级。绝大多数元素的原

子核外电子的排布遵循下图所示的排布顺序，这种排布顺序被称为构造原理

【理解时应注意】

(1) 从构造原理图可以看出，核外电子的能级排布顺序为 1s　2s2p　3s3p　4s3d4p　5s4d5p　6s4f5d6p

7s5f6d7p，从中可以看出，不同的能层的能级有“能级交错”现象，也即是原子的核外电子不是完全按照能

层次序排布的，不完全是排满 n层后再排(n+1)层

(2)核外电子的排布顺序可由下列公式得出：ns＜(n－2)f＜(n－1)d＜np

(3) 构造原理揭示了原子核外电子的能级分布。不同能层的能级有交错现象如：E(3d) ＞E(4s) 、E(4d) ＞

E(5s)、E(5d)＞E(6s)

2、能级交错现象

(1)定义：能级交错是指电子层数较大的某些轨道的能量反而低于电子层数较小的某些轨道的能量的现象。从第

四层开始出现此现象。如：E(3d)＞E(4s)、E(4d)＞E(5s)

(2)原因：在原子中，除了电子与原子核之间存在相互作用外，电子与电子之间还存在着排斥作用，这就造成了

能级交错现象。电子排布式必须按照能级交错顺序书写

(3)各能级的能量高低顺序可以表示为(n 表示能层序数)

①Ens＞E(n-1)s＞E(n-2)s ②Enp＞E(n-1)p＞E(n-2)p ③End＞E(n-1)d＞E(n-2)d

④Enf＞E(n-1)f＞E(n-2)f ⑤Ens＜E(n－2)f＜E(n－1)d＜Enp

3、电子排布式

(1)概念：电子排布式是用核外电子分布的能级及各能级上的电子数来表示电子排布的式子，依照构造原理可以

写出大多数原子的电子排布式。如：Na：1s22s22p63s1

电子排布式遵循构造原理的，但书写时必须按照电子层的顺序排列

(2)电子排布式中各符号、数字的意义

nsx，n表示能层，s表示能级，x表示该能级上有 x个电子如：Na：1s22s22p63s1，能级符号上面数字是该能级上

的电子数

(3)简化电子排布式

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括号来表示而得到的式子称为简化电子排布式

如：碳、钠、钙的简化电子排布式分别为[He]2s22p2、[Ne]3s1、[Ar]4s2

方括号里的符号的意义是该元素前一个周期的惰性气体电子排布式的结构，称为“原子实”

(4)外围电子排布式 (价电子排布)

在原子的核外电子排布中，省去“原子实”后剩下的部分称为外围电子排布式，也叫价电子排布

如：碳[He]2s22p2 外围电子排布式为钠[Ne]3s1外围电子排布式为

钙[Ar]4s2 外围电子排布式为

铬1s22s22p63s23p63 d 5

4 s 1

外围电子排布式为

铜1s22s22p63s23p63 d 10

4 s 1

外围电子排布式为

【注意】主族元素的最外层电子就是外围电子，又称价电子；过渡元素的外围电子一般包括最外层的 s电子和

次外层的 d电子，有的还包括倒数第三层的 f电子

相对稳定的状态：能量相同的原子在全充满、半充满和全空时，体系的能量较低，原子较稳定

全充满：p6、d10、f14

半充满：p3、d5、f7

1～36 号元素：24Cr、29Cu 不符合构造原理。如：24Cr 1s22s22p63s23p63 d 5

4 s 1

29Cu 1s22s22p63s23p63 d 10

4 s 1

1~36 号元素的原子基态电子排布式和简化电子排布式(价电子排布式用横线标示出来)

元素

符号

原子

序数电子排布式简化电子

排布式

元素

符号

原子

序数电子排布式简化电子

排布式

H1K19

He 2Ca 20

Li 3Sc 21

Be 4Ti 22

B5V23

C6Cr 24

N7Mn 25

O8Fe 26

F9Co 27

Ne 10 Ni 28

Na 11 Cu 29

Mg 12 Zn 30

Al 13 Ga 31

Si 14 Ge 32

P15 As 33

S16 Se 34

Cl 17 Br 35

Ar 18 Kr 36

四、基态、激发态、光谱

1、基态原子：处于最低能量的原子称为基态原子

2、激发态原子：当基态原子的电子吸收能量后，电子跃迁至较高能级成为激发态原子

3、基态与激发态相互转化的能量转化的关系

(吸收)能量

基态原子激发态原子

(释放)能量

【加深理解】

①根据构造原理写出的元素原子电子排布式都是基态原子的电子排布式，构造原理是书写基态原子电子排布

式的依据，也是绘制基态原子电子排布图（即轨道表示式）的主要依据之一

②电子从 1s 能级跃迁到2s、2p 等能级需要吸收能量，而从较高能量的能级如 2s、2p 跃迁到1s 时，则会放出

能量。光是电子释放能量的一种形式。在日常生活中，我们所看到的灯光、霓虹灯光、激光、焰火等现象

都是原子核外电子发生跃迁释放能量的结果

4、光谱

(1)光谱：不同元素的原子发生跃迁时会吸收能量(基态→激发态)或释放能量(激发态→基态)，从而吸收或释放不

同的光，若用光谱仪摄取各种元素的电子的吸收光谱或发射光谱，则可确立某种元素，这些光谱总称

原子光谱

(2)光谱分析：不同元素的原子光谱都是特定的，在现代化学中，常利用原子光谱上的特征谱线来鉴定元素，称

为光谱分析

利用光谱分析可以发现新元素或利用特征谱线鉴定元素。如科学家们通过太阳光谱的分析发现了稀有气

体氦，化学研究中利用光谱分析检测一些物质的存在与含量

光谱仪可以测量物质发射或吸收光波的波长，拍摄各种光谱图，光谱图就像“指纹”辨认一样，可以辨

别形成光谱的元素

五、电子云与原子轨道

核外电子运动的特点：①质量极小 ②运动空间极小 ③极高速运动 ④不能同时准确地测定它的位置和速度

1、电子云：

(1)定义：电子在原子核外的运动可以用电子在原子核外空间一定范围内出

现的概率的大小来描述，象一团带负电的云雾笼罩在原子周围，

电子云是核外电子运动状态的形象化描述

(2)通常用小黑点的疏密程度来表示电子在原子核外出现概率的大小。点密

集的地方，表示电子在那里出现的概率大；点稀疏的地方，表示电子在

那里出现的概率小。这种形象地描述电子在空间出现的概率大小的图形

称为电子云图

(3)电子云图的意义

①电子云图中的黑点不代表一个电子，每个黑点表示电子在该处出现过一

次

②黑点的疏密程度表示了电子在原子核外出现的概率大小。点稀疏的地方，

表示电子在那里出现的概率小；点密集的地方，表示电子在那里出现的概率大

③离核越近，电子出现的概率越大，黑点越密集。如 2s 电子云比1s 电子云更扩散

④s能级的电子云为球形，只有一种空间伸展方向；p电子云有三种空间伸展方向；d电子云有五种空间伸展

方向

2、原子轨道

不同能级上的电子出现概率约为 90%的电子云空间轮廓图称为原子轨道

3、原子轨道的形状

(1) s 电子的原子轨道都是球形的，每个 s能级各有 1个原子轨道，能层序数越大，s原子轨道的半径越大。

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