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高一化学提高班《原子结构与元素性质》讲义及练习 一．原子核外电子的运动特征 原子核外的电子是既不能静止不动也不能像行星绕太阳一样，在确定的轨道上做圆周运动，原子核外的电子的运动有以下特征（相对于宏观物体而言）： ①电子质量小（10－31Kg）带负电，运动的空间范围小（10－10m），运动的速度极快（接近光速）。 ②无确定的轨道；不能描画其运动轨迹；不能同时准确地测定电子在某一时刻所处的位置和运动的速度（海森堡-Heisenberg测不准原理）；仅能指出它在原子核外空间某处出现机会的多少（用电子云表示）。 ③电子云：电子云是电子在核外某一区域的单位体积内出现的几率大小分布的一种形象化的描述方法；每一个小黑点不是代表一个电子，而是代表一个电子的一个可能的瞬间位置；离核愈近（远），电子在单位体积空间出现的机会愈多（少），电子云密度（几率密度）越大（小）；电子云是用统计方法对电子运动规律的描述。 二、核外电子运动状态的描述 核外电子的运动状态是由是由四个变量（或四个量子数：n、l、m、m s）来描述的。 １．电子层数（主量子数）n：表示的是核外电子距原子核的平均距离。 n = 1, 2, 3, 4, 5……（只能取正整数），电子层符号： K, L, M, N……电子层能量：KLMNO…… ２．电子亚层（角量子数）l：表示的是电子云的形状，不同的电子亚层能量不同。 l = 0, 1, 2, 3 ……, n－1。（取值受n的限制）， 电子亚层符号：s, p, d, f, g…… 电子亚层能量：s p d fg ３．电子云的伸展方向数（磁量子数）m：不同形状的电子云在空间的伸展方向数是不同的。 m = 0, ±1, ±2, ……, ±l。（取值受 l的限制） s电子云（m = 0），球形； p电子云（m = 0, ±1），亚铃形，有三个方向 px py pz （称三个简并轨道，即能量相同的轨道）。 d电子云（m = 0, ±1, ±2）有五个方向dxy dxz dyz dx2-y2 dz2 （称五个简并轨道，即能量相同的轨道） f 电子云（m = 0, ±1, ±2, ±3）有七个方向。 ４．电子的自旋方向（自旋量子数）ms：电子不仅在核外空间不停的运动，而且还作自旋运动，自旋状态共有两种，顺时针“↑”和逆时针“↓”。 三、运动状态数（或轨道数）与四个变量间的关系 电子层数（n） 电子亚层（l） 轨道表示 轨道数 最多能容纳的电子数(状态数) １ s(l=0) 1s 1 2 ２ 2s,2p(2px, 2py, 2pz) 1+3＝4＝22 2×22=8 ３ 3s,3p(3px, 3py, 3pz), 3d(3d xy, 3dxz, 3dyz, 3dx2-y2, 3 dz2) 1+3+5＝9＝32 2×32=18 ４ 4s(1个),4p(3个), 4d(5个), 4f(7个) 1+3+5+7＝16＝42 2×42=32 n n2 2×n2=2 n2 三、几个小规律 1．轨道的能量由电子层（n）和电子亚层（l）决定；n越小轨道能量越低，n确定时，l值越小电子亚层的能量也越低。 2．原子轨道数由n、l和m决定； n＝1时，只有一个轨道，即1s； n＝2时，有四个轨道，即2s（1个）, 2p（3个）； n＝3时，有9个轨道，即3s（1个）, 3p（3个）, 3d（5个）； n＝n时，有n2个轨道； 3．电子运动状态数由n、l、m和ms决定，即第n电子层上共有2 n2种不同的运动状态。 例1：下列说法是否正确？如不正确，应如何改正？ （1）s电子绕核旋转，其轨道为一圆圈，而p电子是走∞字形。 （2）主量子数为1时，有自旋相反的两条轨道。 （3）主量子数为3时，有3s、3p、3d、3f四条轨道。 四、核外电子的排布规律 1、能量最低原理： （1）电子总是尽先排在能量最低的轨道，而后依次进入能量较高的轨道。 （2）轨道能量高低顺序：按照n+0.7l的大小顺序排列 第一能级组 1s ２ 第二能级组 2s2p ８ 第三能级组 3s3p ８ 第四能级组 4s3d4p １８ 第五能级组 5s4d5p １８ 第六能级组 6s4f5d6p ３２ 第七能级组 7s5f6d7p ３２ 第八能级组（推断） ８s５ｇ６f７d８p ５０ 电子的排布遵循，ns→(n－4)h→(n－3)g→(n－2)f→(n－1)d→…的顺序 规律： ①当n相同，l不同时，l越大，能量则越大。例如：E3s＜E3p＜E3d ②当l相同，n不同时，n越大，能量则越大。例如：E1s＜E2s＜E3s＜E4s ③“能级交错”现象。例如E＜E＜E，E＜E＜E＜E。 2、泡利（Pauli）不相容原理（有三种说法）： ①每个原子轨