师：同学们好，今天我们来学习高二化学选择性必修二《物质结构与性质》第一章第一节《原子结构》第二课时。
本节课的学习目标是结合构造原理，形成核外电子排布式书写的思考模型，能够熟练书写1 - 36号元素的电子排布式。上节课我们介绍了原子光谱、能层和能级的相关知识，归纳了核外电子在能层中的排布规律，并且用原子结构示意图表示电子在能层中的填充。同一能层的电子还被划分成不同能级。那么核外电子在能级中依据什么规律排布？又如何表示呢？这节课我们就重点解决这两个问题。
首先，我们来认识核外电子在能级中的排布规律。请同学们将1 - 18号元素核外电子按能级填充，填在下面的表格里，以基态氯原子为例。基态氯原子核外电子总数是17个，结合氯的原子结构示意图可知，电子首先填入能量最低的1s能级，直至将该能级填满，1s上填满2个电子。当1s能级填满之后，电子优先填入能量较低的2s能级，2s上也填满2个电子。2s能级填满后，电子填入2p能级，2p能级填满后再填入3s能级，接着填入3p能级，3p能级上填了5个电子，直至填完17个电子。
我们会发现，1 - 18号元素核外电子在能级中的排布规律是1s、2s、2p、3s……这个顺序是以光谱学事实为基础，从轻元素开始，随核电荷数递增，新增电子填入能级的顺序称为构造原理。
下面请同学们根据构造原理分析甲原子，核外电子在能级中的排布。有的同学会将甲原子最后一个电子填到3d能级上，有的会填在4s能级上。根据核外电子在能层排布的规律，画出甲的原子结构示意图。两种填充顺序对应的原子结构示意图最外层分别为9个电子和1个电子。按核外电子在能层中的排布规律，最外层不超过8个电子，所以甲原子最外层应为1个电子，甲原子中电子填入的能量最高能级应为4s能级。
随核电荷数递增，电子并不总是填满一个能层后再开始填入下一个能层的能级，填充顺序是从1s、2s、2p、3s到3p能级后，先填4s能级，当4s能级填满后，下一个电子填充在3d能级。这种现象称为能级交错。应当指出，构造原理中原子呈现的能级交错源于光谱事实，即钾、钙的光谱证实它们的最外层电子是4s1和4s2，这是经验的，而不是任何理论推导的结果。
构造原理是一个思维模型，是假想过程，能级交错现象在核外电子排布中非常普遍。图1 - 5为构造原理示意图，图中用小圆圈表示一个能级，每一行对应一个能层。箭头引导的曲线显示递增电子填入能级的顺序，按照构造原理，元素的核电荷数每递增一个，同时增加一个核电荷和一个核外电子，就得到一个基态原子的电子排布。电子填满了一个能级，就开始填入下一个能级。又因为能级交错，所以完整的填充顺序是1s、2s、2p、3s、4s、3d、4p、5s、4d、5p、6s、4f、5d、6p。由此构建了元素周期系中各元素的基态原子的电子排布。构造原理规律是电子先填入ns能级，再到(n - 2)f能级、(n - 1)d能级、np能级。
请同学们预测6p后的能级填充顺序，按照构造原理填充规律，6p后的能级填充顺序应为7s、5f、6d、7p。因此，把握了构造原理的规律，也就能够理解性地记忆构造原理了。
我们已经掌握了核外电子在能级中依据构造原理进行排布，那么核外电子在能级中如何表示呢？将能级上所容纳的电子数标在该能级符号的右上角，并按照能层从左往右的顺序排列的式子就是电子排布式，用于表示核外电子在能级中的排布。例如，按构造原理写出氢元素的基态原子的电子排布式可以写成1s1。
请同学们试着按构造原理写出氦、锂、铝的基态原子的电子排布式。氦、锂、铝的基态原子电子排布式分别是：氦1s2、锂1s22s1、铝1s22s22p?3s23p1。
请同学们根据构造原理写出基态钙原子核外电子排布式，并画出原子结构示意图。大家对一下答案，基态钙原子核外电子排布式为1s22s22p?3s23p?4s2。注意，由于构造原理呈现的能级交错，3p填满6个电子后，先填4s能级。按照将每个能级中相应的能级的电子数加和，从K层到N层依次是2、8、8、2，就可以画出基态钙原子结构示意图。
同样，请同学们根据构造原理写出基态铁原子核外电子排布式，并画出原子结构示意图。对一下答案，基态铁原子核外电子排布式为1s22s22p?3s23p?3d?4s2。注意，在书写电子排布式时，一般情况下能层低的能级要写在左边，而不是按构造原理顺序写。所以在书写铁原子的电子排布式时，是3d?4s2而不是4s23d?。按照每个能层中相应能级的电子数加和，从K层到N层依次是2、8、14、2，就画出了基态铁原子结构示意图。
请同学们根据构造原理写出第1 - 36号元素原子的基态电子排布式。第一周期的基态氢、氦原子，核外电子首先填入能量最低的1s能级，直至将该能级填满。第二周期锂和铍元素在1s能级填满后，电子优先填入能量较低的2s能级直至填满。对于硼至氖元素，在1s、2s能级填满后，电子填入2p能级，直至2p能级填满。第三周期，从钠至氩元素，电子首先填入3s能级，填满后继续填入3p能级，直至3p能级填满。第四周期钾至氪元素，电子首先填入4s能级、3d能级，直至3d能级填满。
这里我们会发现，24号元素铬和29号元素铜不符合构造原理，请同学们在自己的答案上进行更正。在得出构造原理之前，由原子光谱得知，有些过渡金属元素基态原子的电子排布不符合构造原理，如铬和铜的最后两个能级的电子排布分别为3d?4s1和3d1?4s1。可见构造原理是被理想化了的。理想化是许多科学原理的共同点，如理想气体、大多数矿物的理想化学式，理想化常常是建立模型所必需的。