透视核外电子排布

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  【摘要】针对福建省最近几年对电子排布直接、间接考查的研究,提出考查的方式和应对策略并例析。
  【关键词】排布式;考查;策略
  
  核外电子排布一般要遵守能量最低原则、泡利不相容原则和洪特规则,要是违反了洪特规则和泡利不相容原则之一者,实际上也违反了能量最低原则。能够清楚的体现这三大原则的是轨道表示式,故轨道表示式是核外电子排布的内在体现,是本质,结构示意图是其外在表现形式,价电子排布式是其重要特征。课改以来,福建理综试卷对核外电子排布的考查形式各异,笔者研究了近几年课改省份对核外电子排布知识的考查,并针对易错点、难点将其考查方式及应对策略做一番探讨。
  
  一、本质—轨道表示式
  
  核外电子排布式与轨道表示式描述的内容是完全相同的,相对而言,轨道表示式更加详尽,既能明确表示出核外电子排布在哪些电子层、电子亚层上, 还能表示出电子是处于自旋方向相同还是相反的状态,而核外电子排布式不具备后一项功能,轨道表示式使核外电子排布的三大原则体现得淋漓尽致,可以很好的解释核外电子排布无法直接解释的问题。
  1.释疑电子是否配对及有无空轨道
  例如:2p上有1个空轨道的元素与有2p有1个未成对电子的元素性质是否相似?
  解析:根据洪特规则,当有几个能量完全相同的轨道时,电子应尽先排满不同的原子轨道,而且自旋方向相反,要保证2p上有一个空轨道,则只能是2p2,此时有2个未成对电子,当要保证有1个未成对电子时,容易想到2p1,洪特规则说排满能量相同的轨道后,多余的电子在进入轨道和原来以自旋方向相同的电子配对,故还可以是2p5,因此性质不可能完全相似。若是2p轨道上有1个电子自旋方向与其他电子自旋相反,那么只能3个电子分别以自旋方向相同进入3个2p轨道,第4个电子以自旋方向相反的方式进入任一个2p轨道,故是2p4。
  2.释疑电子式是否正确
  例如:HClO的电子式是还是?
  解析:一般知道了某元素的轨道表示式,就知道了该原子有几个未成对电子,据共价键的饱和性,有几个未成对电子,就可以形成几个共价单键,可以轻松的写出其电子式,如:,H、Cl均有一个未成对电子,应成一个共价单键,而O有2个未成对电子,成2个共价单键,HClO的电子式是,而不是,这与次氯酸化学式中元素书写次序有别,同学们常常会弄错,一般只要将原子的轨道表示式和共价键的饱和性结合就可以一目了然判断一些简单常见分子的电子式。
  3.释疑未成对电子数最多的元素
  第二、三周期的元素排满了s能级才排p能级,要找未成对电子数最多的元素,只能是2p、3p半充满,但是第四周期的元素因3d、4s能级交错,4s填满后,当3d半充满的时候,未成对电子最多为5个,其实根据洪特规则的推论,当3d半充满的时候,能量最低,所以当3d上有4个电子时,能量不是最低,只有当4s上的1个电子激发到3d上时,达到3d5,能量才最低,此时未成对电子数为6,故前四周期未成对电子数最多的元素分别是H、N、P、Cr。
  
  二、形式—结构示意图
  
  结构示意图实质上是利用核外电子排布,将相同主量子数下的电子集中在一起,小圈和圈内的数字表示原子核和核内质子数,弧线表示电子层,弧线上的数字表示该层的电子数,这样一眼就可以看出电子在原子核外分层排布的情况,这就有了最外层、次外层、最内层、内层等概念,在习题中关于它们的考查颇多,尤其是推断元素习题中。
  1. 最外层电子数定位置
  例如:最外层为2的元素,位于周期表中的第一周期的零族、第ⅡA,常会遗忘21~30号中除了Cr、Cu之外的元素。
  又如:最外层为1的元素,位于周期表中第ⅠA,常会遗忘Cr、Cu。
  2.层间电子数量关系断元素
  例如:最外层电子数为次外层的n倍(n≤4)的元素;电子层数与最外层电子数成一定的倍数关系;最外层电子数与核电荷数成倍数关系等等,都要求学生对1-36号元素的特点了如指掌,随时给出哪种信息,学生都可以信手拈来,最起码有自己的思路,这要求要善于总结、勤于讨论,紧紧抓住数量关系和元素周期表、题给信息,步步排除。
  3.微粒示意图比大小(除零族元素)
  当示意图层不同时,层数越多,对应微粒的半径越大,当示意图完全相同时,核电荷数越大,半径就越小,还可以比较元素金属性、非金属性强弱等。
  
  三、特征—价电子排布
  
  价电子是一个元素的特征,元素的化学性质与价电子密切相关,利用价电子排布可以解释很多问题。
  1.释电离能反常
  例如:某主族元素,在同周期中第一电离能仅大于钠,下列关于此元素的叙述中正确的是(选项略)
  解析:Mg、Al 的家电子排布分别为:3s2、3s23p1,因能量3s<3p,且Mg的3s中已经全充满,因此Mg失去第一个电子比Al更难,故I(Mg)>I(Al),第三周期中第一电离能仅大于Na的是Al ,本题迎刃而解。
  2.定最高正价、最外层电子数及周期表中的位置
  例如:已知某元素价电子排布:3d54s1,试确定其最外层电子数、最高正化合价、在周期表中的位置。
  分析:元素的价电子数=最外层电子数=最高正价=族序数(主族),一下子就确定其最外层电子数为6,最高正化合价为 6,位于第四周期第ⅠA,但实际上它是副族元素,价电子不仅包括最外层电子,还包括次外层中部分电子,价电子=族序数=最高正化合价(除第Ⅷ族、第ⅠB、ⅡB);对于第Ⅷ族、第ⅠB、ⅡB而言:价电子数=在周期表中的列数,因此在此记忆等式时要注意它的适用条件。
  3. 断中心原子杂化方式
  例如:NH3中关于N的杂化方式,学生仍然认为成了3个N—H键,N采取的sp2杂化。
  分析:N价电子排布:2s22p3,2s、2p能级的能量相近,这四个轨道进行杂化后形成能量完全形同的四个轨道,由于其中一个轨道中已经全充满,故其余三个轨道的电子分别于H原子的1s电子配对,形成3个σ键,故NH3中的N采取sp3杂化。同样解释H2O中O也采取sp3杂化,只是杂化后的两个轨道中是孤对
  电子,另外两个轨道中的未成对电子分别与H原子的1 s电子配对,形成2个σ键,CH4中的C也是sp3杂化,,只是因为C上没有孤对电子而已。故当中心原子采取相同的杂化方式时,最后分子的空间构型取决于中心原子上有无孤对电子及孤对电子的多少。
  4.判能成某型化合物
  要判断两种给定价电子排布的元素能否形成给定型的化合物,一般先要依据价电子确定该元素的最高或最低化合价,一般主族元素的︱最低负化合价︱=8-最高正化合价,还要了解其常见的价态,最后组合成型就可以了。
  一般有关核外电子排布的习题中,只要将轨道表示式、结构示意图、价电子排布式、核外电子排布式结合起来,活学活用,问题基本上都会迎刃而解。读写算2011年第26期体育教育研究体育教育研究2011年第26期读写算
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