1.1 原子结构（7大题型专项训练）化学人教版选择性必修2

第一节 原子结构 题型01 能层与能级 题型02 基态与激发态 原子光谱 题型03 构造原理与电子排布式 题型04 电子云与原子轨道 题型05 泡利原理 洪特规则 能量最低原理 题型06 基态原子核外电子排布的表示方法 题型07 基态元素原子中未成对电子的判断 题型01 能层与能级 1.能层 （1）定义：核外电子按能量不同分成能层。 （2）电子的能层由内向外排序，其序号、符号以及所能容纳的最多电子数及能层的能量与能层离原子核距离的关系： 能层 一 二 三 四 五 六 七 符号 K L M N O P Q 最多电子数 2 8 18 32 50 72 98 离核远近 近 远 能量高低 低 高 即能层越高，电子的能量越高，离原子核越远 （3）能层数量规律: ①每一层最多容纳的电子数：2n2个。②最外层电子数不超过8个（K层为最外层时不超过2个）。③次外层电子数不超过18个，倒数第三层不超过32个。 （4）能层能量规律: ①原子核外电子总是尽可能先排布在能量较低的能层上，然后由内向外依次排布在能量逐渐升高的能层。②能层越高，电子的能量越高。③能量的高低顺序为E(K)＜E(L)＜E(M)＜E(N)＜E(O)＜E(P)＜E(Q)。 2.能级 (1)定义：同一能层的电子，还被分成不同能级。 (2)表示方法：分别用相应能层的序数和字母s、p、d、f 等表示。 (3)能级的符号和所能容纳的最多电子数如下表： 能层 1 2 3 4 5 能层符号 K L M N O 能级 1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p 4d 4f 5s 5p …… 最多电子数 2 2 6 2 6 10 2 6 10 14 2 6 2 8 18 32 ……2n2 (4)能层与能级的有关规律 ①能级的个数=所在能层的能层序数 ②能级的字母代号总是以s、p、d、f排序，字母前的数字是它们所处的能层序数，它们可容纳的最多电子数依次为自然数中的奇数序列1,3,5,7…的2倍。即s级最多容纳2个电子，p级最多容纳6个电子，d级最多容纳10个电子，f级最多容纳14个电子 ③英文字母相同的不同能级中所能容纳的最多电子数相同。例如，1s、2s、3s、4s…能级最多都只能容纳2个电子。 ④每一能层最多容纳电子数为2n2（n为能层序数） ⑤各能级所在能层的取值：ns(n≥1)；np(n≥2)；nd(n≥3)；nf(n≥4)。 ⑥能级能量大小的比较：先看能层，一般情况下，能层序数越大，能量越高；再看同一能层各能级的能量顺序为：E(ns)< E(np)<E(nd)< E(nf) …… ⑦不同能层中同一能级，能层序数越大，能量越高。例如：E(1s)< E(2s)<E(3s) ⑧不同原子同一能层，同一能级的能量大小不同。例如：Ar的1s能级的能量≠S的1s能级的能量 【典例1】下列关于电子云、能层与能级的说法正确的是 A．绘制电子云轮廓图时，需把电子在原子核外出现的空间全部圈出 B．同是s能级，在不同的能层中所能容纳的最多电子数是不相同的 C．任一能层的能级总是从s能级开始，且所含能级数等于该能层序数 D．多电子原子中，每个能层上电子的能量一定不同 【变式1-1】下列能层中，不包含d能级的是 A．K B．Q C．M D．N 【变式1-2】下列各组多电子原子的原子轨道能量比较不正确的是 A．3px=3py B．5s<3d C．4p>3p D．2s<2p 【变式1-3】下列说法中，正确的是 A．激发态原子的能量低于基态原子 B．表示4s能级有两个电子轨道 C．同一原子中，2p、3p、4p电子的能量逐渐降低 D．3d、4d、5d能级的轨道数均为5 题型02 基态与激发态 原子光谱 1.基态与激发态 (1)基态原子：处于最低能量状态的原子叫做基态原子。 (2)激发态原子：基态原子吸收能量，它的电子会跃迁到较高能级，变为激发态原子 (3)基态原子与激发态原子的关系 【特别提醒】①电子的跃迁是物理变化(未发生电子转移),而原子得失电子发生的是化学变化。 ②电子可以从基态跃迁到激发态，相反也可以从较高能量的激发态跃迁到较低能量的激发态乃至基态，释放能量。光（辐射）是电子跃迁释放能量的重要形式。举例：焰火、霓虹灯光、激光、荧光、LED灯光等 ③激发态原子不稳定，易释放能量变为基态原子。 ④一般在能量相近的能级间发生电子跃迁。如1s22s22p2 表示基态碳原子，1s22s12p3为激发态碳原子（电子数不变）。 2.原子光谱 (1)定义：不同元素原子的电子发生跃迁时会吸收或释放不同的光，可以用光谱仪摄取各种元素原子的吸收光谱或发射光谱，总称原子光谱。 (2)形成原因： (3)分类及其特征： 吸收光谱：明亮背景的暗色谱线 发射光谱：暗色背景的明亮谱线 (4)原子光谱的应用——光谱分析 ①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。 ②生产生活：光(辐射)是电子释放能量的重要形式之一。焰火、霓虹灯光、激光、荧光、LED 灯光等都与核外电子跃迁释放能量有关。 【典例2】下列说法正确的是 A．各电子层含有的原子轨道数为2n2(n为电子层序数) B．电子的“自旋”类似于地球的“自转” C．电子仅在激发态跃迁跃迁到基态时才会产生原子光谱 D．霓虹灯光、节日焰火，都与原子核外电子发生跃迁释放能量有关 【变式2-1】为揭示原子光谱是线状光谱这一事实，玻尔提出了核外电子的分层排布理论。下列说法中，不符合这一理论的是(　　) A．电子绕核运动具有特定的半径和能量 B．电子在特定半径的轨道上运动时不辐射能量 C．电子跃迁时，会吸收或放出特定的能量 D．揭示了氢原子光谱存在多条谱线 【变式2-2】以下说法不正确的是 A．钪(Sc)的电子排布式最后两个能级应写成4s23d1 B．原子光谱是离散的谱线而不是连续的，是由于不同定态的电子发生跃迁产生的 C．钾的光谱证实它的最外层电子是4s1，而不是3d1，是源于光谱学事实 D．上图为同一原子的s 电子的电子云轮廓图，所有原子的任一能层的s电子的电子云轮廓图都是一个球形，只是球的半径不同 【变式2-3】下列关于同一种原子中的基态和激发态说法中,正确的是( ) A．基态时的能量比激发态时高 B．激发态时比较稳定 C．由基态转化为激发态过程中吸收能量 D．电子仅在激发态跃迁到基态时才会产生原子光谱 题型03 构造原理与电子排布 1.构造原理 (1)内容：以光谱学事实为基础，从氢开始，随核电荷数递增，新增电子填入能级的顺序称为构造原理。 (2)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。 注：电子填充的常见一般规律： 1s→2s→2p→3s→3p→4s→3d→4p→5s→4d→5p→6s (3)能级交错：构造原理告诉我们，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。这种现象被称为能级交错。 注：①构造原理呈现的能级交错源于光谱学事实，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，是个假想过程。 ②能级交错现象是电子随核电荷数递增而出现的填入电子顺序的交错，并不意味着先填的能级能量一定比后填的能级能量低 2.电子排布式 (1)定义：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。 (2)表示方法： (3)书写方法——“三步法”（构造原理是书写基态原子电子排布式的主要依据） 第一步：按照构造原理写出电子填入能级的顺序，1s→2s→2p→3s→3p→4s→3d→4p→5s→4d→5p→6s 第二步：根据各能级容纳的电子数填充电子。 第三步：去掉空能级，并按照能层顺序排列即可得到电子排布式。 注：(1)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，而不是按构造原理的顺序写。 （4）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电子排布不符合构造原理，如Cr和Cu的最后两个能级的电子排布分别为3d54s1和3d104s1。由此可见，构造原理是被理想化了的。 (5)简化电子排布式 ①定义：将原子中已经达到稀有气体元素原子结构的部分，用相应的稀有气体元素符号外加方括号表示的式子称为简化电子排布式。 ②表示方法：如氮、钠、钙的简化电子排布式分别为[He]2s22p3、[Ne]3s1 、[Ar]4s2。 (6)价层电子排布式 ①价电子层的定义：为突出化合价与电子排布的关系，将在化学反应中可能发生电子变动的能级称为价电子层(简称价层)。 ②价电子的位置： 对于主族元素和零族元素来说，价电子就是最外层电子。表示方法：nsx或nsxnpy 对于副族和第VIII族元素来说，价电子除最外层电子外，还可能包括次外层电子。 表示方法：(n-1)dxnsy 或 ndx (钯4d10) 或 (n-2)fx(n-1)dynsz 或(n-2)fxnsy ③举例：元素周期表中给出了元素的价层电子排布式。如Cl的价层电子排布式为3s23p5,Cr的价层电子排布式为3d54s1。 【典例3】下列说法或有关化学用语的使用正确的是 A．在基态多电子原子中，p轨道电子的能量一定高于s轨道电子的能量 B．基态S原子价层电子的轨道表示式为 C．基态C原子核外电子共有6种不同的运动状态 D．表示3d能级有3个轨道 【变式3-1】下列有关原子结构的表述正确的是 A．基态Se原子的核外电子排布式为 B．基态Cr原子的价层电子轨道表示式为 C．基态Cu原子最外层只有1个电子 D．基态F原子核外有3个原子轨道填充了电子 【变式3-2】下列有关构造原理的说法错误的是 A．原子核外电子填充3p、3d、4s能级的顺序为3p→4s→3d B．某基态原子部分核外电子的排布式为3d64s2 C．所有基态原子的核外电子排布都遵循构造原理 D．构造原理中的电子排布能级顺序，并不代表各能级能量由低到高的顺序 【变式3-3】回答下列问题 (1)基态Cu原子的价层电子排布式为 ；位于元素周期表 区。 (2)已知电负性H 2.1、Si 1.8，则SiH4中Si的化合价为 。 (3)基态Ge原子有 种不同能量的电子。 (4)基态原子核外电子填充在5个轨道中的元素有 (填元素符号)。 题型04 电子云与原子轨道 1.电子云 (1)概率密度：用P表示电子在某处出现的概率，V表示该处的体积，则称为概率密度，用ρ表示。 (2)电子云：由于核外电子的概率密度分布看起来像一片云雾，因而被形象地称作电子云。换句话说，电子云是处于一定空间运动状态的电子在原子核外空间的概率密度分布的形象化描述。 注：①电子云图表示电子在核外空间出现概率的相对大小。电子云图中小点越密，表示电子出现的概率越大。 ②电子云图中的小点并不代表电子，小点的数目也不代表电子实际出现的次数。 ③电子云图很难绘制，使用不方便，故常使用电子云轮廓图。 (3)电子云轮廓图： ①绘制电子云轮廓图的目的：表示电子云轮廓的形状，对核外电子的空间运动状态有一个形象化的简便描述。例如，绘制电子云轮廓图时，把电子在原子核外空间出现概率P=90%的空间圈出来 ②s电子、p电子的电子云轮廓图 s电子的电子云轮廓图：所有原子的任一能层的s电子的电子云轮廓图都是球形，只是球的半径不同。 同一原子的能层越高，s电子云的半径越大，如下图所示。这是由于1s、2s、3s……电子的能量依次增高，电子在离核更远的区域出现的概率逐渐增大，电子云越来越向更大的空间扩展。 图：同一原子的s电子的电子云轮廓图 p电子的电子云轮廓图：p电子云轮廓图是哑铃状的。每个p能级都有3个相互垂直的电子云，分别称为px、py,和pz，右下标x、y、z分别是p电子云在直角坐标系里的取向，如图所示。p电子云轮廓图的平均半径随能层序数的增大而增大。 图：px、py、pz的电子云轮廓图 2.原子轨道 (1)定义：量子力学把电子在原子核外的一个空间运动状态称为一个原子轨道。各能级的一个伸展方向的电子云轮廓图即表示一个原子轨道。 (2)不同能层的能级、原子轨道及电子云轮廓图 能层 能级 原子轨道数 原子轨道名称 电子云轮廓图的形状与取向 形状 取向 K 1s 1 1s 球形 L 2s 1 2s 球形 2p 3 2px、2py、2pz 哑铃形 相互垂直 M 3s 1 3s 球形 3p 3 3px、3py、3pz 哑铃形 相互垂直 3d 5 ……① …… …… N 4s 1 4s 球形 4p 3 4px、4py、4pz 哑铃形 相互垂直 4d 5 …… …… …… 4f 7 …… …… …… …… …… …… …… …… …… 注：①同一能层中，不同能级原子轨道的能量及空间伸展方向不同；但同一能级的几个原子轨道的能量相同 ②人们把同一能级的几个能量相同的原子轨道称为简并轨道。 (3)各能级所含原子轨道的数目 能级符号 ns np nd nf 轨道数目 1 3 5 7 【典例4】下列说法或化学用语表达正确的是 A．s能级的原子轨道电子云轮廓图呈球形，处在该轨道上的电子只能在球壳内运动 B．氮原子的轨道表示式是： C．p 能级的原子轨道电子云轮廓图呈哑铃形，随着能层的增加，p 能级原子轨道数目也在增多 D．Ni2+的电子排布式为 1s22s22p63s23p63d8 【变式4-1】下列有关核外电子运动状态的说法正确的是 A．原子轨道图形与电子云都是用来形象描述电子运动状态的 B．原子轨道可用来描述核外电子的运动轨迹 C．第3电子层有3s、3p、3d三个轨道 D．氢原子只有1个电子，故氢原子只有一个轨道 【变式4-2】下列说法中正确的是(　　) A．因为p轨道是“8”字形的，所以p电子走“8”字形 B．电子层数为3时，有3s、3p、3d、3f四个轨道 C．氢原子中只有一个电子，故氢原子只有一条轨道 D．原子轨道与电子云都是用来形象描述电子运动状态的 【变式4-3】图甲是氢原子的1s电子云图，图乙、丙分别表示s、p能级的电子云轮廓图。 下列有关说法正确的是 A．电子云轮廓图就是原子轨道图 B．3p1表示3p能级中有1个原子轨道 C．由图乙可知，s能级的电子云轮廓图呈圆形，有无数条对称轴 D．由图丙可知，px、py、pz轨道相互垂直，虽然伸展方向不同，但能量相同 题型05 泡利原理 洪特规则 能量最低原理 1.电子自旋 （1）定义：电子除空间运动状态外，还有一种状态叫做自旋。电子自旋可以比喻成地球的自转。 （2）两种取向及表示方法：电子自旋在空间有顺时针和逆时针两种取向。常用方向相反的箭头“↑”和“↓”表示自旋状态相反的电子。 注：①自旋是微观粒子普遍存在的一种如同电荷、质量一样的内在属性。 ②能层、能级、原子轨道和自旋状态四个方面共同决定电子的运动状态，电子能量与能层、能级有关，电子运动的空间范围与原子轨道有关 ③一个原子中不可能存在运动状态完全相同的2个电子。 2、泡利原理 在一个原子轨道里，最多只能容纳2个电子，它们的自旋相反，这个原理被称为泡利原理（也称为泡利不相容原理）。 3、电子排布的轨道表示式 (1)含义：轨道表示式(又称电子排布图)是表述电子排布的一种图式。 举例：如氢和氧的基态原子的轨道表示式： (2)书写要求： ①在轨道表示式中，用方框(也可用圆圈)表示原子轨道，1个方框代表1个原子轨道，通常在方框的下方或上方标记能级符号。 ②不同能层及能级的原子轨道的方框必须分开表示，能量相同（同一能层相同能级）的原子轨道(简并轨道)的方框相连。 ③箭头表示一种自旋状态的电子，“↑↓”称电子对，“↑”或 “↓”称单电子(或称未成对电子);箭头同向的单电子称自旋平行，如基态氧原子有2个自旋平行的2p电子。 ④轨道表示式的排列顺序与电子排布式顺序一致，即按能层顺序排列。有时画出的能级上下错落，以表达能量高低不同。 ⑤轨道表示式中能级符号右上方不能标记电子数。 (3)书写方法：以Si原子为例，说明轨道表示式中各部分的含义： 4.洪特规则 (1)内容：基态原子中，填入简并轨道的电子总是先单独分占，且自旋平行，称为洪特规则。 注： ①洪特规则只针对电子填入简并轨道而言，并不适用于电子填入能量不同的轨道。 ②当电子填入简并轨道时，先以自旋平行依次分占不同轨道，剩余的电子再以自旋相反依次填入各轨道。 (2)特例：简并轨道上的电子排布处于全充满、半充满和全空状态时，具有较低的能量和较高的稳定性。 举例：如基态24Cr的电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s1,为半充满状态，易错写为1s22s22p63s23p63d44s2 ； 基态29Cu的电子排布式为[Ar]3d104s1，易错写为[Ar]3d94s2。 5.能量最低原理 (1)内容：在构建基态原子时，电子将尽可能地占据能量最低的原子轨道，使整个原子的能量最低，这就是能量最低原理。 (2)说明： ①基态原子的能量最低，故基态原子的电子排布是能量最低的原子轨道组合。 ②整个原子的能量由核电荷数、电子数和电子状态三个因素共同决定，相邻能级能量相差很大时，电子填入能量低的能级即可使整个原子能量最低(如所有主族元素的基态原子);而当相邻能级能量相差不太大时，有1~2个电子占据能量稍高的能级可能反而降低了电子排斥能而使整个原子能量最低(如所有副族元素的基态原子)。 ③基态原子的核外电子排布遵循泡利原理、洪特规则和能量最低原理。 【典例5】制作紫砂壸所用的紫砂泥主要含有、、和，还含有少量的、、和P等元素。下列说法正确的是 A．若将基态原子的核外电子排布式写为，则未违背能量最低原理 B．若将基态原子的核外电子排布图写为，则违反了泡利原理 C．若将基态原子的核外电子排布式写为，则违反了构造原理 D．若将基态O原子的价层电子的轨道表示式写为，则违背了洪特规则 【变式5-1】下列说法错误的是 A．ns能级电子的能量可能低于(n-1)p能级电子的能量 B．6C的电子排布式为，违反了洪特规则 C．电子排布式(21Sc)1s22s22p63s23p63d3违反了能量最低原理 D．电子排布式(22Ti)1s22s22p63s23p10违反了泡利原理 【变式5-2】下列对电子排布式或轨道表示式书写的评价正确的是 选项 电子排布式或轨道表示式 评价 A N原子的轨道表示式：   错误；违反洪特规则 B O原子的轨道表示式：   错误；违反泡利不相容原理 C K原子的轨道表示式： 错误；违反能量最低原理 D 的电子排布式： 错误；违反能量最低原理 A．A B．B C．C D．D 【变式5-3】下列图示的原子核外电子排布图表示的状态中，能量最高的是（    ） A． B． C． D． 题型06 基态原子核外电子排布的表示方法 1．电子排布式 元素原子的电子排布式中能级符号右上角的数字是该能级上排布的电子数。如氢元素的电子排布式为： 钾原子的电子排布式为1s22s22p63s23p64s1，也可以简化成[Ar]4s1。 2．简单原子的电子排布式 按照构造原理将电子依次填充到能量逐渐升高的能级中。 如：6C：1s22s22p2　10Ne：1s22s22p6　17Cl：1s22s22p63s23p5 19K：1s22s22p63s23p64s1 【名师点拨】 书写方法——“三步法”(构造原理是书写基态原子电子排布式的主要依据) 第一步：按照构造原理写出电子填入能级的顺序，1s→2s→2p→3s→3p→4s→3d→4p→5s→4d→5p→6s 第二步：根据各能级容纳的电子数填充电子。 第三步：去掉空能级，并按照能层顺序排列即可得到电子排布式。 3．复杂原子的电子排布式 对于较复杂的电子排布式，应先按能量最低原理从低到高排列，然后将同一层的电子排到一起。 如26Fe：先按能量从低到高排列为：1s22s22p63s23p64s23d6，然后将同一层的电子排到一起，即该原子的电子排布式为：1s22s22p63s23p63d64s2。 4．利用构造原理书写简化电子排布式 将原子中已经达到稀有气体元素原子结构的部分，用相应的稀有气体元素符号外加方括号表示的式子称为简化电子排布式。 如K：1s22s22p63s23p64s1，其简化电子排布式可表示为：[Ar]4s1，其中[Ar]代表Ar的核外电子排布式，即1s22s22p63s23p6。再如Fe的简化电子排布式为：[Ar]3d64s2。 5．价层电子排布式 (1)与化学性质密切相关的外层原子轨道上的电子，称为价电子。 (2)价电子层的定义：为突出化合价与电子排布的关系，将在化学反应中可能发生电子变动的能级称为价电子层(简称价层)。 (3)价电子的位置： 对于主族元素和零族元素来说，价电子就是最外层电子。表示方法：nsx或nsxnpy 对于副族和第VIII族元素来说，价电子除最外层电子外，还可能包括次外层电子。 表示方法：(n-1)dxnsy 或 ndx (钯4d10) 或 (n-2)fx(n-1)dynsz 或(n-2)fxnsy (4)举例：元素周期表中给出了元素的价层电子排布式。如Cl的价层电子排布式为3s23p5,Cr的价层电子排布式为3d54s1。 【典例6】下表中每个选项都有甲、乙两种表述，这两种表述指向的不是同种元素原子的是 选项 表述甲 表述乙 A 3p能级有1个空原子轨道的基态原子 核外电子排布为的原子 B 2p能级无空原子轨道且有1个未成对电子的基态原子 最外层电子排布为的原子 C M层全充满而N层电子排布为的原子 核外电子排布为的原子 D 最外层电子数是核外电子总数的原子 最外层电子排布为的原子 A．A B．B C．C D．D 【变式6-1】将丙烯通入的四氯化碳溶液中，溶液褪色。下列相关化学用语错误的是 A．丙烯的结构简式： B．基态Br原子的价层电子轨道表示式： C．分子的空间填充模型： D．该反应的生成物的球棍模型： 【变式6-2】下列化学用语表示正确的是 A．碳的基态原子轨道表示式： B．的价层电子对互斥模型： C．的形成过程： D．的名称：3-甲基戊烷 【变式6-3】下列化学用语表述正确的是 A．乙烯的球棍模型： B．用电子式表示的形成过程： C．基态铬原子的价层电子轨道表示式： D．用电子云轮廓图表示Cl-Cl的键的形成示意图： 题型07 元素基态原子中未成对电子的判断 判断元素基态原子中未成对电子数，核心是依据电子排布规律写出电子排布式（或价电子排布式），再按“洪特规则”分析轨道中的电子分布。 解题必备： 判断元素基态原子中未成对电子数具体步骤如下： 1.确定原子序数：根据元素周期表找到目标元素的原子序数，即核外电子总数（中性原子）。 2.书写电子排布式：按照“能量最低原理”“泡利不相容原理”写出核外电子排布式，重点关注价电子层（最外层及次外层d、f电子），内层全满电子可简化（如用稀有气体符号表示）。 3.应用洪特规则分析：同一能级的等价轨道（如p有3个、d有5个），电子优先分占不同轨道且自旋平行。此时，每个只填1个电子的轨道对应1个未成对电子，轨道全满（2个电子）或全空则无未成对电子。 【典例7】下列关于原子核外电子排布与元素在周期表中位置关系的表述中，正确的是 A．基态原子的N层上只有一个电子的元素，一定是ⅠA族元素 B．原子的价电子排布为的元素一定是d区元素 C．有三个未成对电子的原子一定属于主族元素 D．基态原子的价电子排布为的元素的族序数一定为x+y 【变式7-1】下列说法正确的是 A．氢原子只有一个电子，所以氢原子光谱只有一条谱线 B．基态氮原子有5种空间运动状态，3种能量不同的电子 C．1~36号元素中，最外层只有一个未成对电子的元素共有6种 D．某元素基态原子最外层电子排布式为，该元素一定是主族元素 【变式7-2】下列有关原子轨道的说法正确的是 A．在K能层中，有自旋相反的两条轨道 B．N能层中有4s、4p、4d、4f四个能级，共16个轨道，可容纳32种运动状态的电子 C．基态原子电子能量的高低顺序为： D．3p能级上只有一个空轨道的原子和3p能级上有两个未成对电子的原子对应为同一元素 【变式7-3】元素周期表前四周期A、B、C、D、E五种元素，A元素的原子最外层电子排布式为ns1；B元素的原子价层电子排布式为ns2np2；C元素位于第二周期且原子中p能级与s能级电子总数相等；D元素原子的M能层p能级中有3个未成对电子；E元素的原子有5个未成对电子。 (1)写出元素名称：C 、D 、E 。 (2)C基态原子的轨道表示式为 。 (3)当n=2时，B的最简单气态氢化物的电子式为 ，BC2分子的结构式是 ；当n=3时，B与C形成的化合物与氢氧化钠溶液反应的离子方程式是 。 (4)若A元素的原子最外层电子排布式为2s1，B元素的原子价层电子排布式为3s23p2，A、B、C、D四种元素的第一电离能由大到小的顺序是 (用元素符号表示)。 (5)E元素原子的价层电子排布式是 ，在元素周期表中的位置是 。 / 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $ 第一节 原子结构 题型01 能层与能级 题型02 基态与激发态 原子光谱 题型03 构造原理与电子排布式 题型04 电子云与原子轨道 题型05 泡利原理 洪特规则 能量最低原理 题型06 基态原子核外电子排布的表示方法 题型07 基态元素原子中未成对电子的判断 题型01 能层与能级 1.能层 （1）定义：核外电子按能量不同分成能层。 （2）电子的能层由内向外排序，其序号、符号以及所能容纳的最多电子数及能层的能量与能层离原子核距离的关系： 能层 一 二 三 四 五 六 七 符号 K L M N O P Q 最多电子数 2 8 18 32 50 72 98 离核远近 近 远 能量高低 低 高 即能层越高，电子的能量越高，离原子核越远 （3）能层数量规律: ①每一层最多容纳的电子数：2n2个。②最外层电子数不超过8个（K层为最外层时不超过2个）。③次外层电子数不超过18个，倒数第三层不超过32个。 （4）能层能量规律: ①原子核外电子总是尽可能先排布在能量较低的能层上，然后由内向外依次排布在能量逐渐升高的能层。②能层越高，电子的能量越高。③能量的高低顺序为E(K)＜E(L)＜E(M)＜E(N)＜E(O)＜E(P)＜E(Q)。 2.能级 (1)定义：同一能层的电子，还被分成不同能级。 (2)表示方法：分别用相应能层的序数和字母s、p、d、f 等表示。 (3)能级的符号和所能容纳的最多电子数如下表： 能层 1 2 3 4 5 能层符号 K L M N O 能级 1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p 4d 4f 5s 5p …… 最多电子数 2 2 6 2 6 10 2 6 10 14 2 6 2 8 18 32 ……2n2 (4)能层与能级的有关规律 ①能级的个数=所在能层的能层序数 ②能级的字母代号总是以s、p、d、f排序，字母前的数字是它们所处的能层序数，它们可容纳的最多电子数依次为自然数中的奇数序列1,3,5,7…的2倍。即s级最多容纳2个电子，p级最多容纳6个电子，d级最多容纳10个电子，f级最多容纳14个电子 ③英文字母相同的不同能级中所能容纳的最多电子数相同。例如，1s、2s、3s、4s…能级最多都只能容纳2个电子。 ④每一能层最多容纳电子数为2n2（n为能层序数） ⑤各能级所在能层的取值：ns(n≥1)；np(n≥2)；nd(n≥3)；nf(n≥4)。 ⑥能级能量大小的比较：先看能层，一般情况下，能层序数越大，能量越高；再看同一能层各能级的能量顺序为：E(ns)< E(np)<E(nd)< E(nf) …… ⑦不同能层中同一能级，能层序数越大，能量越高。例如：E(1s)< E(2s)<E(3s) ⑧不同原子同一能层，同一能级的能量大小不同。例如：Ar的1s能级的能量≠S的1s能级的能量 【典例1】下列关于电子云、能层与能级的说法正确的是 A．绘制电子云轮廓图时，需把电子在原子核外出现的空间全部圈出 B．同是s能级，在不同的能层中所能容纳的最多电子数是不相同的 C．任一能层的能级总是从s能级开始，且所含能级数等于该能层序数 D．多电子原子中，每个能层上电子的能量一定不同 【答案】C 【详解】A．电子云轮廓图仅圈出电子出现概率较高的区域（如90%），而非全部空间，A错误； B．s能级无论处于哪个能层，最多容纳2个电子，容纳数与能层无关，B错误； C．能层的能级从s开始，且能级数等于能层序数（如第3能层含s、p、d共3个能级），C正确； D．同一能层中不同能级的电子能量不同，但同一能级内的电子能量相同，D错误； 故选C。 【变式1-1】下列能层中，不包含d能级的是 A．K B．Q C．M D．N 【答案】A 【详解】能层（主量子数n）对应的能级数目为n个，能级类型由角量子数l决定（l=0到n-1）。d能级对应l=2，因此当n≥3时，能层才包含d能级。 K能层（n=1）仅有s能级（l=0），无d能级； Q能层（n=7）包含l=0到6的能级，必然包含d能级（l=2）； M能层（n=3）和N能层（n=4）均满足n≥3，均含d能级； 答案选A。 【变式1-2】下列各组多电子原子的原子轨道能量比较不正确的是 A．3px=3py B．5s<3d C．4p>3p D．2s<2p 【答案】B 【详解】A．同一能级的不同轨道（如3px、3py）能量相等，A正确； B．根据构造原理，5s能级在3d之后填充，能量应高于3d，因此5s＜3d错误； C．能层越高，同类型轨道能量越高，4p＞3p正确； D．同一能层中s轨道能量低于p轨道，2s＜2p正确； 答案选B。 【变式1-3】下列说法中，正确的是 A．激发态原子的能量低于基态原子 B．表示4s能级有两个电子轨道 C．同一原子中，2p、3p、4p电子的能量逐渐降低 D．3d、4d、5d能级的轨道数均为5 【答案】D 【详解】A．激发态原子的能量高于基态原子，A错误； B．表示能级有2个电子，而非2个轨道（s能级只有1个轨道），B错误； C．同一原子中，电子的能量逐渐升高（主量子数n越大，能级能量越高），C错误； D．d能级的轨道数均为5（无论主量子数如何，d能级均有5个轨道），D正确； 故答案选D。 题型02 基态与激发态 原子光谱 1.基态与激发态 (1)基态原子：处于最低能量状态的原子叫做基态原子。 (2)激发态原子：基态原子吸收能量，它的电子会跃迁到较高能级，变为激发态原子 (3)基态原子与激发态原子的关系 【特别提醒】①电子的跃迁是物理变化(未发生电子转移),而原子得失电子发生的是化学变化。 ②电子可以从基态跃迁到激发态，相反也可以从较高能量的激发态跃迁到较低能量的激发态乃至基态，释放能量。光（辐射）是电子跃迁释放能量的重要形式。举例：焰火、霓虹灯光、激光、荧光、LED灯光等 ③激发态原子不稳定，易释放能量变为基态原子。 ④一般在能量相近的能级间发生电子跃迁。如1s22s22p2 表示基态碳原子，1s22s12p3为激发态碳原子（电子数不变）。 2.原子光谱 (1)定义：不同元素原子的电子发生跃迁时会吸收或释放不同的光，可以用光谱仪摄取各种元素原子的吸收光谱或发射光谱，总称原子光谱。 (2)形成原因： (3)分类及其特征： 吸收光谱：明亮背景的暗色谱线 发射光谱：暗色背景的明亮谱线 (4)原子光谱的应用——光谱分析 ①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。 ②生产生活：光(辐射)是电子释放能量的重要形式之一。焰火、霓虹灯光、激光、荧光、LED 灯光等都与核外电子跃迁释放能量有关。 【典例2】下列说法正确的是 A．各电子层含有的原子轨道数为2n2(n为电子层序数) B．电子的“自旋”类似于地球的“自转” C．电子仅在激发态跃迁跃迁到基态时才会产生原子光谱 D．霓虹灯光、节日焰火，都与原子核外电子发生跃迁释放能量有关 【答案】D 【详解】A．各电子层含有的原子轨道数为(n为电子层序数)，A项错误； B．电子在原子核外高速、无规则运动，电子的“自旋”并不意味着电子像地球那样绕轴“自转”，B项错误； C．电子在能量较高的激发态跃迁到较低激发态或基态时，会产生发射光谱，电子由能量较低的基态跃迁到激发态时，会产生吸收光谱，吸收光谱与发射光谱总称原子光谱，C项错误； D．霓虹灯光、节日焰火等是原子中的电子吸收了能量，从能量较低的轨道跃迁到能量较高的轨道，但处于能量较高轨道上的电子是不稳定的，很快跃迁回能量较低的轨道，这时就将多余的能量以光的形式放出，即与电子跃迁释放能量有关，D项正确； 故答案为：D。 【变式2-1】为揭示原子光谱是线状光谱这一事实，玻尔提出了核外电子的分层排布理论。下列说法中，不符合这一理论的是(　　) A．电子绕核运动具有特定的半径和能量 B．电子在特定半径的轨道上运动时不辐射能量 C．电子跃迁时，会吸收或放出特定的能量 D．揭示了氢原子光谱存在多条谱线 【答案】D 【详解】玻尔理论解释了氢原子光谱为线状光谱，但却没有解释出氢原子在外磁场的作用下分裂为多条谱线，要解释氢原子光谱的多重谱线，需用量子力学所建立的四个量子数来描述核外电子的运动状态，选项D错误。电子绕核运动具有特定的半径和能量、电子在特定半径的轨道上运动时不辐射能量、电子跃迁时，会吸收或放出特定的能量，是玻尔理论的三个要点，选项A、B、C正确。答案选D。 【变式2-2】以下说法不正确的是 A．钪(Sc)的电子排布式最后两个能级应写成4s23d1 B．原子光谱是离散的谱线而不是连续的，是由于不同定态的电子发生跃迁产生的 C．钾的光谱证实它的最外层电子是4s1，而不是3d1，是源于光谱学事实 D．上图为同一原子的s 电子的电子云轮廓图，所有原子的任一能层的s电子的电子云轮廓图都是一个球形，只是球的半径不同 【答案】A 【详解】A．虽然3d能级能量大于4s，在书写时，通常按能蹭顺序，钪的基态电子排布式： ，最后两个能级应写成，A错误； B．原子光谱是离散的线状谱，而非连续谱，这是因为电子在不同能量的定态能级间发生跃迁时，吸收或发射特定频率的光子。这基于玻尔原子模型和量子力学的基本原理，B正确； C．钾的基态电子排布式为。光谱学数据（如钾的特征发射光谱和第一电离能较低）证实其最外层电子在轨道，而非轨道（轨道在钾中为空）。如果电子在轨道，光谱和化学性质会类似于过渡金属，而非碱金属，C正确； D．s电子的电子云轮廓图都是球形的，能层数越大，对应的半径就越大，D正确； 故选A。 【变式2-3】下列关于同一种原子中的基态和激发态说法中,正确的是( ) A．基态时的能量比激发态时高 B．激发态时比较稳定 C．由基态转化为激发态过程中吸收能量 D．电子仅在激发态跃迁到基态时才会产生原子光谱 【答案】C 【分析】A、处于最低能量状态的原子叫做基态原子； B、基态时的能量低，稳定； C、基态转化为激发态是由低能量状态转成高能量状态； D、电子由基态跃迁到激发态需要吸收能量，从由激发态跃迁到基态辐射光子，放出能量。 【详解】A. 处于最低能量状态的原子叫做基态原子，基态时的能量比激发态时低，故A错误； B. 基态时的能量低、稳定，激发态时能量高、不稳定，故B错误； C. 基态转化为激发态是由低能量状态转成高能量状态，转化过程中要吸收能量，故C正确； D. 电子由基态跃迁到激发态需要吸收能量，从由激发态跃迁到基态辐射光子，放出能量。电子在激发态跃迁到基态时会产生原子发射光谱，电子由基态跃迁到激发态吸收光子，获得能量，产生吸收光谱，故D错误； 故选C。 【点睛】本题考查原子构造原理，解题关键：对基础知识的理解掌握，掌握构造原理．难点：D，注意对光谱产生的过程和能量变化的关系的理解。 题型03 构造原理与电子排布 1.构造原理 (1)内容：以光谱学事实为基础，从氢开始，随核电荷数递增，新增电子填入能级的顺序称为构造原理。 (2)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。 注：电子填充的常见一般规律： 1s→2s→2p→3s→3p→4s→3d→4p→5s→4d→5p→6s (3)能级交错：构造原理告诉我们，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。这种现象被称为能级交错。 注：①构造原理呈现的能级交错源于光谱学事实，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，是个假想过程。 ②能级交错现象是电子随核电荷数递增而出现的填入电子顺序的交错，并不意味着先填的能级能量一定比后填的能级能量低 2.电子排布式 (1)定义：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。 (2)表示方法： (3)书写方法——“三步法”（构造原理是书写基态原子电子排布式的主要依据） 第一步：按照构造原理写出电子填入能级的顺序，1s→2s→2p→3s→3p→4s→3d→4p→5s→4d→5p→6s 第二步：根据各能级容纳的电子数填充电子。 第三步：去掉空能级，并按照能层顺序排列即可得到电子排布式。 注：(1)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，而不是按构造原理的顺序写。 （4）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电子排布不符合构造原理，如Cr和Cu的最后两个能级的电子排布分别为3d54s1和3d104s1。由此可见，构造原理是被理想化了的。 (5)简化电子排布式 ①定义：将原子中已经达到稀有气体元素原子结构的部分，用相应的稀有气体元素符号外加方括号表示的式子称为简化电子排布式。 ②表示方法：如氮、钠、钙的简化电子排布式分别为[He]2s22p3、[Ne]3s1 、[Ar]4s2。 (6)价层电子排布式 ①价电子层的定义：为突出化合价与电子排布的关系，将在化学反应中可能发生电子变动的能级称为价电子层(简称价层)。 ②价电子的位置： 对于主族元素和零族元素来说，价电子就是最外层电子。表示方法：nsx或nsxnpy 对于副族和第VIII族元素来说，价电子除最外层电子外，还可能包括次外层电子。 表示方法：(n-1)dxnsy 或 ndx (钯4d10) 或 (n-2)fx(n-1)dynsz 或(n-2)fxnsy ③举例：元素周期表中给出了元素的价层电子排布式。如Cl的价层电子排布式为3s23p5,Cr的价层电子排布式为3d54s1。 【典例3】下列说法或有关化学用语的使用正确的是 A．在基态多电子原子中，p轨道电子的能量一定高于s轨道电子的能量 B．基态S原子价层电子的轨道表示式为 C．基态C原子核外电子共有6种不同的运动状态 D．表示3d能级有3个轨道 【答案】C 【详解】A．在基态多电子原子中，同能层的p轨道电子能量一定高于s轨道电子能量，但是能层不同则不一定，如2p轨道电子能量低于3s轨道电子能量，A错误； B．基态S原子的外围电子排布式为，根据洪特规则，3p轨道上的4个电子应先分占不同轨道且自旋平行，然后再配对，正确的轨道表示式应为，B错误； C．C原子的核外电子数为6，根据泡利不相容原理，每个电子的运动状态都不同，所以C原子核外电子共有6种不同的运动状态，C正确； D．表示3d能级目前排了3个电子，但3d能级本身有5个轨道，D错误； 故选C。 【变式3-1】下列有关原子结构的表述正确的是 A．基态Se原子的核外电子排布式为 B．基态Cr原子的价层电子轨道表示式为 C．基态Cu原子最外层只有1个电子 D．基态F原子核外有3个原子轨道填充了电子 【答案】C 【详解】A．Se是34号元素，基态Se原子的核外电子排布式为，故A错误； B．Cr是24号元素，根据构造原理，可知基态Cr原子的价层电子的轨道表示式为：，故B错误 C．基态铜原子的价层电子排布式为3d104s1，基态Cu原子最外层只有1个电子，故C正确； D．F为9号元素，1s22s22p5，基态F原子核外有1+1+3=5个原子轨道填充了电子，故D错误； 故选C。 【变式3-2】下列有关构造原理的说法错误的是 A．原子核外电子填充3p、3d、4s能级的顺序为3p→4s→3d B．某基态原子部分核外电子的排布式为3d64s2 C．所有基态原子的核外电子排布都遵循构造原理 D．构造原理中的电子排布能级顺序，并不代表各能级能量由低到高的顺序 【答案】C 【详解】A．根据构造原理ns＜(n−2)f＜(n−1)d＜np，可判断原子核外电子填充3p、3d、4s能级的顺序为3p→4s→3d，故A正确； B．根据构造原理ns＜(n−2)f＜(n−1)d＜np，基态铁原子部分核外电子的排布式为3d64s2，故B正确； C．绝大多数基态原子的核外电子排布都遵循构造原理，但也有少数例外，如铬原子和铜原子因洪特规则不遵循构造原理，故C错误； D．构造原理中电子填入能级的顺序是各能级能量由低到高的顺序，但不代表各能级能量由低到高的顺序，故D正确； 故选C。 【变式3-3】回答下列问题 (1)基态Cu原子的价层电子排布式为 ；位于元素周期表 区。 (2)已知电负性H 2.1、Si 1.8，则SiH4中Si的化合价为 。 (3)基态Ge原子有 种不同能量的电子。 (4)基态原子核外电子填充在5个轨道中的元素有 (填元素符号)。 【答案】(1) 3d104s1 ds (2)+4 (3)8 (4)N、O、F、Ne 【详解】（1）Cu是29号元素，原子核外电子数为29，价层电子排布式为3d104s1；位于元素周期表ds区。 （2）按照电负性，Si是1.8，H是2.1左右，键合电子应该偏向H，H显-1价，Si显+4。 （3）Ge是32号元素，基态Ge原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p2；其原子核外有1s、2s、2p、3s、3p、3d、4s、4p能级，有几个能级，就有几种不同能量的电子，所以有8种不同能量的电子。 （4）基态原子的核外电子填充在5个轨道中的元素有N、O、F、Ne，有4种元素。 题型04 电子云与原子轨道 1.电子云 (1)概率密度：用P表示电子在某处出现的概率，V表示该处的体积，则称为概率密度，用ρ表示。 (2)电子云：由于核外电子的概率密度分布看起来像一片云雾，因而被形象地称作电子云。换句话说，电子云是处于一定空间运动状态的电子在原子核外空间的概率密度分布的形象化描述。 注：①电子云图表示电子在核外空间出现概率的相对大小。电子云图中小点越密，表示电子出现的概率越大。 ②电子云图中的小点并不代表电子，小点的数目也不代表电子实际出现的次数。 ③电子云图很难绘制，使用不方便，故常使用电子云轮廓图。 (3)电子云轮廓图： ①绘制电子云轮廓图的目的：表示电子云轮廓的形状，对核外电子的空间运动状态有一个形象化的简便描述。例如，绘制电子云轮廓图时，把电子在原子核外空间出现概率P=90%的空间圈出来 ②s电子、p电子的电子云轮廓图 s电子的电子云轮廓图：所有原子的任一能层的s电子的电子云轮廓图都是球形，只是球的半径不同。 同一原子的能层越高，s电子云的半径越大，如下图所示。这是由于1s、2s、3s……电子的能量依次增高，电子在离核更远的区域出现的概率逐渐增大，电子云越来越向更大的空间扩展。 图：同一原子的s电子的电子云轮廓图 p电子的电子云轮廓图：p电子云轮廓图是哑铃状的。每个p能级都有3个相互垂直的电子云，分别称为px、py,和pz，右下标x、y、z分别是p电子云在直角坐标系里的取向，如图所示。p电子云轮廓图的平均半径随能层序数的增大而增大。 图：px、py、pz的电子云轮廓图 2.原子轨道 (1)定义：量子力学把电子在原子核外的一个空间运动状态称为一个原子轨道。各能级的一个伸展方向的电子云轮廓图即表示一个原子轨道。 (2)不同能层的能级、原子轨道及电子云轮廓图 能层 能级 原子轨道数 原子轨道名称 电子云轮廓图的形状与取向 形状 取向 K 1s 1 1s 球形 L 2s 1 2s 球形 2p 3 2px、2py、2pz 哑铃形 相互垂直 M 3s 1 3s 球形 3p 3 3px、3py、3pz 哑铃形 相互垂直 3d 5 ……① …… …… N 4s 1 4s 球形 4p 3 4px、4py、4pz 哑铃形 相互垂直 4d 5 …… …… …… 4f 7 …… …… …… …… …… …… …… …… …… 注：①同一能层中，不同能级原子轨道的能量及空间伸展方向不同；但同一能级的几个原子轨道的能量相同 ②人们把同一能级的几个能量相同的原子轨道称为简并轨道。 (3)各能级所含原子轨道的数目 能级符号 ns np nd nf 轨道数目 1 3 5 7 【典例4】下列说法或化学用语表达正确的是 A．s能级的原子轨道电子云轮廓图呈球形，处在该轨道上的电子只能在球壳内运动 B．氮原子的轨道表示式是： C．p 能级的原子轨道电子云轮廓图呈哑铃形，随着能层的增加，p 能级原子轨道数目也在增多 D．Ni2+的电子排布式为 1s22s22p63s23p63d8 【答案】D 【详解】A．s能级的原子轨道呈球形，处在该轨道上的电子不只在球壳内运动，还在球壳外运动，只是在球壳外运动概率较小，故A错误； B．电子在能量相同的原子轨道排布时，尽可能分占不同的轨道，且自旋平行，氮原子的轨道表示式是，故B错误； C．p 能级的原子轨道电子云轮廓图呈哑铃形，p能级含有3个原子轨道，不同能层上的p能级含有的轨道数相同，故C错误； D．Ni为28号元素，基态Ni核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d84s2，Ni2+的电子排布式为 1s22s22p63s23p63d8，故D正确； 故选D。 【变式4-1】下列有关核外电子运动状态的说法正确的是 A．原子轨道图形与电子云都是用来形象描述电子运动状态的 B．原子轨道可用来描述核外电子的运动轨迹 C．第3电子层有3s、3p、3d三个轨道 D．氢原子只有1个电子，故氢原子只有一个轨道 【答案】A 【详解】A．原子轨道图形与电子云都是用来形象描述电子运动状态的，本质是相同的，A正确； B．原子轨道可用来描述原子中单个电子的空间运动状态，只能描述核外电子高频出现的“区域”，而不能描述核外电子运动的轨迹，B错误； C．第3电子层有3s、3p、3d三个能级，分别有1、3、5个轨道，第3电子层共有9个轨道，C错误； D．氢原子像其他原子一样，有多个电子层，电子层又分若干个能级和轨道，只是在通常条件下，氢原子的这一个电子处于能量最低的1s轨道，当电子从外界吸收能量后，氢原子的这个电子可以跃迁到能量较高的轨道，D错误； 故选A。 【变式4-2】下列说法中正确的是(　　) A．因为p轨道是“8”字形的，所以p电子走“8”字形 B．电子层数为3时，有3s、3p、3d、3f四个轨道 C．氢原子中只有一个电子，故氢原子只有一条轨道 D．原子轨道与电子云都是用来形象描述电子运动状态的 【答案】D 【分析】A．P轨道形状是纺锤形，电子运动无固定形状的轨迹； B．第3能层有3个能级； C．氢原子中只有一个电子，只填充1s轨道； D．电子运动路径无规律，只能利用概率方式来描述． 【详解】A．P轨道形状是纺锤形，电子运动无固定形状的轨迹，则p轨道是“8”字形的，p电子运动轨迹不是“8”字，故A错误； B．第3能层有3个能级，则能层数为3时，有3s、3p、3d三个能级，共9个轨道，故B错误； C．氢原子中只有一个电子，电子主要在1s轨道范围内运动，但氢原子核外有多个轨道，故C错误； D．电子运动路径无规律，只能利用概率方式来描述，则原子轨道与电子云都是用来形象描述电子运动状态的，故D正确； 故选D。 【点睛】本题考查原子核外电子的运动及排布，解题关键：明确轨道、能层、能级、电子云等概念及关系，易错点A，理解电子云的概念，是电子运动的空间区域，不是电子运动的路径。 【变式4-3】图甲是氢原子的1s电子云图，图乙、丙分别表示s、p能级的电子云轮廓图。 下列有关说法正确的是 A．电子云轮廓图就是原子轨道图 B．3p1表示3p能级中有1个原子轨道 C．由图乙可知，s能级的电子云轮廓图呈圆形，有无数条对称轴 D．由图丙可知，px、py、pz轨道相互垂直，虽然伸展方向不同，但能量相同 【答案】D 【详解】A．电子云就是用小黑点的疏密程度来表示空间各电子出现概率大小的一种图形，量子力学把电子在原子核外的一个空间运动状态称为一个原子轨道，核外电子运动的电子云轮廓图并不完全等同于原子轨道图，故A错误； B．3p1表示3p轨道上有1个电子，故B错误； C．由图可知，s电子的电子云轮廓图呈球形，有无数条对称轴，故C错误； D．p电子的电子云轮廓图呈哑铃状，每个p能级有px、py、pz三个原子轨道，这三个轨道相互垂直，且能量相同，故D正确； 故选D。 题型05 泡利原理 洪特规则 能量最低原理 1.电子自旋 （1）定义：电子除空间运动状态外，还有一种状态叫做自旋。电子自旋可以比喻成地球的自转。 （2）两种取向及表示方法：电子自旋在空间有顺时针和逆时针两种取向。常用方向相反的箭头“↑”和“↓”表示自旋状态相反的电子。 注：①自旋是微观粒子普遍存在的一种如同电荷、质量一样的内在属性。 ②能层、能级、原子轨道和自旋状态四个方面共同决定电子的运动状态，电子能量与能层、能级有关，电子运动的空间范围与原子轨道有关 ③一个原子中不可能存在运动状态完全相同的2个电子。 2、泡利原理 在一个原子轨道里，最多只能容纳2个电子，它们的自旋相反，这个原理被称为泡利原理（也称为泡利不相容原理）。 3、电子排布的轨道表示式 (1)含义：轨道表示式(又称电子排布图)是表述电子排布的一种图式。 举例：如氢和氧的基态原子的轨道表示式： (2)书写要求： ①在轨道表示式中，用方框(也可用圆圈)表示原子轨道，1个方框代表1个原子轨道，通常在方框的下方或上方标记能级符号。 ②不同能层及能级的原子轨道的方框必须分开表示，能量相同（同一能层相同能级）的原子轨道(简并轨道)的方框相连。 ③箭头表示一种自旋状态的电子，“↑↓”称电子对，“↑”或 “↓”称单电子(或称未成对电子);箭头同向的单电子称自旋平行，如基态氧原子有2个自旋平行的2p电子。 ④轨道表示式的排列顺序与电子排布式顺序一致，即按能层顺序排列。有时画出的能级上下错落，以表达能量高低不同。 ⑤轨道表示式中能级符号右上方不能标记电子数。 (3)书写方法：以Si原子为例，说明轨道表示式中各部分的含义： 4.洪特规则 (1)内容：基态原子中，填入简并轨道的电子总是先单独分占，且自旋平行，称为洪特规则。 注： ①洪特规则只针对电子填入简并轨道而言，并不适用于电子填入能量不同的轨道。 ②当电子填入简并轨道时，先以自旋平行依次分占不同轨道，剩余的电子再以自旋相反依次填入各轨道。 (2)特例：简并轨道上的电子排布处于全充满、半充满和全空状态时，具有较低的能量和较高的稳定性。 举例：如基态24Cr的电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s1,为半充满状态，易错写为1s22s22p63s23p63d44s2 ； 基态29Cu的电子排布式为[Ar]3d104s1，易错写为[Ar]3d94s2。 5.能量最低原理 (1)内容：在构建基态原子时，电子将尽可能地占据能量最低的原子轨道，使整个原子的能量最低，这就是能量最低原理。 (2)说明： ①基态原子的能量最低，故基态原子的电子排布是能量最低的原子轨道组合。 ②整个原子的能量由核电荷数、电子数和电子状态三个因素共同决定，相邻能级能量相差很大时，电子填入能量低的能级即可使整个原子能量最低(如所有主族元素的基态原子);而当相邻能级能量相差不太大时，有1~2个电子占据能量稍高的能级可能反而降低了电子排斥能而使整个原子能量最低(如所有副族元素的基态原子)。 ③基态原子的核外电子排布遵循泡利原理、洪特规则和能量最低原理。 【典例5】制作紫砂壸所用的紫砂泥主要含有、、和，还含有少量的、、和P等元素。下列说法正确的是 A．若将基态原子的核外电子排布式写为，则未违背能量最低原理 B．若将基态原子的核外电子排布图写为，则违反了泡利原理 C．若将基态原子的核外电子排布式写为，则违反了构造原理 D．若将基态O原子的价层电子的轨道表示式写为，则违背了洪特规则 【答案】C 【详解】A．的原子序数为26，依据基态原子核外电子排布规律和能量最低原理，基态原子的核外电子排布式为，违背了能量最低原理，A错误； B．泡利原理是指一个原子轨道最多填入2个电子，且自旋方向相反，故若将基态原子核外电子排布图写为，违背了洪特规则，B错误； C．若将基态原子的核外电子排布式写为，则违背了构造原理，应先排轨道，再排轨道，C正确； D．同一轨道自旋方向相同，违反泡利原理，基态O原子的价层电子的轨道表示式为，D错误； 故选C。 【变式5-1】下列说法错误的是 A．ns能级电子的能量可能低于(n-1)p能级电子的能量 B．6C的电子排布式为，违反了洪特规则 C．电子排布式(21Sc)1s22s22p63s23p63d3违反了能量最低原理 D．电子排布式(22Ti)1s22s22p63s23p10违反了泡利原理 【答案】A 【详解】A．电子的能量与能层、能级有关，根据构造原理，ns能级电子的能量一定高于(n－1)p能级电子的能量，A错误； B．根据洪特规则知，2p能级上的两个电子应排在两个不同的原子轨道上，违反了洪特规则，B正确； C．根据能量最低原理知，电子先排能量低的轨道，后排能量高的原子轨道，故应先排4s轨道，电子排布式(21Sc)1s22s22p63s23p63d3违反了能量最低原理，C正确； D．根据泡利原理知，3p能级最多容纳6个电子，电子排布式(22Ti)1s22s22p63s23p10违反了泡利原理，D正确； 故选A。 【变式5-2】下列对电子排布式或轨道表示式书写的评价正确的是 选项 电子排布式或轨道表示式 评价 A N原子的轨道表示式：   错误；违反洪特规则 B O原子的轨道表示式：   错误；违反泡利不相容原理 C K原子的轨道表示式： 错误；违反能量最低原理 D 的电子排布式： 错误；违反能量最低原理 A．A B．B C．C D．D 【答案】C 【详解】A．相同轨道中的两个电子运动方向相反，违反了泡利不相容原理，不符合题意，A错误； B．电子应先充满同能级的轨道，违反了洪特规则，不符合题意，B错误； C．K原子的电子排布式：1s22s22p63s23p64s1，违反能量最低原理，符合题意，C正确； D．Br-的电子排布式：[Ar]3d104s24p6，正确，评价错误，D错误； 答案为C。 【变式5-3】下列图示的原子核外电子排布图表示的状态中，能量最高的是（    ） A． B． C． D． 【答案】D 【分析】原子的核外电子排布依据能量最低原理编排，电子可由能量较低的轨道变至能量较高的轨道。 【详解】Be是4号原子，A选项是基态，能量最低排布；BCD均是激发态，D处于高能级的电子最多，故D能量最高，答案选D。 题型06 基态原子核外电子排布的表示方法 1．电子排布式 元素原子的电子排布式中能级符号右上角的数字是该能级上排布的电子数。如氢元素的电子排布式为： 钾原子的电子排布式为1s22s22p63s23p64s1，也可以简化成[Ar]4s1。 2．简单原子的电子排布式 按照构造原理将电子依次填充到能量逐渐升高的能级中。 如：6C：1s22s22p2　10Ne：1s22s22p6　17Cl：1s22s22p63s23p5 19K：1s22s22p63s23p64s1 【名师点拨】 书写方法——“三步法”(构造原理是书写基态原子电子排布式的主要依据) 第一步：按照构造原理写出电子填入能级的顺序，1s→2s→2p→3s→3p→4s→3d→4p→5s→4d→5p→6s 第二步：根据各能级容纳的电子数填充电子。 第三步：去掉空能级，并按照能层顺序排列即可得到电子排布式。 3．复杂原子的电子排布式 对于较复杂的电子排布式，应先按能量最低原理从低到高排列，然后将同一层的电子排到一起。 如26Fe：先按能量从低到高排列为：1s22s22p63s23p64s23d6，然后将同一层的电子排到一起，即该原子的电子排布式为：1s22s22p63s23p63d64s2。 4．利用构造原理书写简化电子排布式 将原子中已经达到稀有气体元素原子结构的部分，用相应的稀有气体元素符号外加方括号表示的式子称为简化电子排布式。 如K：1s22s22p63s23p64s1，其简化电子排布式可表示为：[Ar]4s1，其中[Ar]代表Ar的核外电子排布式，即1s22s22p63s23p6。再如Fe的简化电子排布式为：[Ar]3d64s2。 5．价层电子排布式 (1)与化学性质密切相关的外层原子轨道上的电子，称为价电子。 (2)价电子层的定义：为突出化合价与电子排布的关系，将在化学反应中可能发生电子变动的能级称为价电子层(简称价层)。 (3)价电子的位置： 对于主族元素和零族元素来说，价电子就是最外层电子。表示方法：nsx或nsxnpy 对于副族和第VIII族元素来说，价电子除最外层电子外，还可能包括次外层电子。 表示方法：(n-1)dxnsy 或 ndx (钯4d10) 或 (n-2)fx(n-1)dynsz 或(n-2)fxnsy (4)举例：元素周期表中给出了元素的价层电子排布式。如Cl的价层电子排布式为3s23p5,Cr的价层电子排布式为3d54s1。 【典例6】下表中每个选项都有甲、乙两种表述，这两种表述指向的不是同种元素原子的是 选项 表述甲 表述乙 A 3p能级有1个空原子轨道的基态原子 核外电子排布为的原子 B 2p能级无空原子轨道且有1个未成对电子的基态原子 最外层电子排布为的原子 C M层全充满而N层电子排布为的原子 核外电子排布为的原子 D 最外层电子数是核外电子总数的原子 最外层电子排布为的原子 A．A B．B C．C D．D 【答案】C 【详解】A．3p能级有一个空轨道的基态原子，原子的3p能级上有2个电子，是Si，核外电子排布为1s22s22p63s23p2的原子是Si，是同种元素的原子，选项A不符合； B．2p能级有一个未成对电子的基态原子，若该原子2p能级有5个电子，是F，与价电子排布为2s22p5的原子为同一原子，选项B不符合； C．M层全充满而N层为4s2的原子是Zn，核外电子排布为1s22s22p63s23p64s2的原子是Ca，不是同种元素的原子，选项C符合； D．最外层电子数是核外电子总数的1/5的原子是Br，价电子排布式为4s24p5的原子也是Br，为同一原子，选项D不符合； 答案选C。 【变式6-1】将丙烯通入的四氯化碳溶液中，溶液褪色。下列相关化学用语错误的是 A．丙烯的结构简式： B．基态Br原子的价层电子轨道表示式： C．分子的空间填充模型： D．该反应的生成物的球棍模型： 【答案】C 【详解】A．丙烯含有1个碳碳双键，结构简式为，故A正确； B．Br位于第四周期ⅦA族，最外层有7个电子，其4s、4p能级各有2个、5个电子，故B项正确； C．原子半径，该填充模型中原子半径大小错误，故C错误； D．丙烯与发生加成反应生成1，2-二溴丙烷，故D正确； 选C。 【变式6-2】下列化学用语表示正确的是 A．碳的基态原子轨道表示式： B．的价层电子对互斥模型： C．的形成过程： D．的名称：3-甲基戊烷 【答案】D 【详解】 A．基态碳原子电子排布式为1s22s22p2，根据洪特规则，则其轨道表示式：，故A错误； B．SO3分子中S原子价层电子对个数为3+=3，无孤电子对，价层电子对互斥(VSEPR)模型为平面三角形，故B错误； C．是共价化合物，用电子式表示形成过程为：，故C错误； D．的主链有5个碳，母体是戊烷，3号碳原子有一个支链甲基，命名为：3-甲基戊烷，故D正确； 故选D。 【变式6-3】下列化学用语表述正确的是 A．乙烯的球棍模型： B．用电子式表示的形成过程： C．基态铬原子的价层电子轨道表示式： D．用电子云轮廓图表示Cl-Cl的键的形成示意图： 【答案】C 【详解】A．球棍模型用小棍连接原子，图中表示的是乙烯()的空间填充模型，A错误； B．属于共价化合物，其电子式为，用电子式表示的形成过程应为+，B错误； C．Cr为24号元素，基态铬原子的价层电子排布式为，结合泡利原理和洪特规则可确定其轨道表示式为，C正确； D．Cl2中的Cl-Cl键属于p-p键，由两个Cl原子各提供1个未成对电子的3p原子轨道“头碰头”重叠而形成，3p轨道是哑铃形而非球形，图中的电子云轮廓图表示的是H-H的键的形成示意图，Cl-Cl的键的形成示意图为，D错误； 故选C。 题型07 元素基态原子中未成对电子的判断 判断元素基态原子中未成对电子数，核心是依据电子排布规律写出电子排布式（或价电子排布式），再按“洪特规则”分析轨道中的电子分布。 解题必备： 判断元素基态原子中未成对电子数具体步骤如下： 1.确定原子序数：根据元素周期表找到目标元素的原子序数，即核外电子总数（中性原子）。 2.书写电子排布式：按照“能量最低原理”“泡利不相容原理”写出核外电子排布式，重点关注价电子层（最外层及次外层d、f电子），内层全满电子可简化（如用稀有气体符号表示）。 3.应用洪特规则分析：同一能级的等价轨道（如p有3个、d有5个），电子优先分占不同轨道且自旋平行。此时，每个只填1个电子的轨道对应1个未成对电子，轨道全满（2个电子）或全空则无未成对电子。 【典例7】下列关于原子核外电子排布与元素在周期表中位置关系的表述中，正确的是 A．基态原子的N层上只有一个电子的元素，一定是ⅠA族元素 B．原子的价电子排布为的元素一定是d区元素 C．有三个未成对电子的原子一定属于主族元素 D．基态原子的价电子排布为的元素的族序数一定为x+y 【答案】B 【详解】A．N层只有一个电子的如Cr、Cu均不是ⅠA族元素，A项错误； B．d区元素包含IIIB到ⅦB族，电子排布为(n-1)d6-8ns2 ，B项正确； C．d轨道上有三个未成对的电子有V和Co，这两种元素均为副族，C项错误； D．Cu价电子为3d104s1，其族序数为ⅠB族而不等于x+y，D项错误； 故选B。 【变式7-1】下列说法正确的是 A．氢原子只有一个电子，所以氢原子光谱只有一条谱线 B．基态氮原子有5种空间运动状态，3种能量不同的电子 C．1~36号元素中，最外层只有一个未成对电子的元素共有6种 D．某元素基态原子最外层电子排布式为，该元素一定是主族元素 【答案】B 【详解】A．氢原子只有一个电子，但在激发状态下可进入不同的高能级轨道，激发态电子在回迁到低能级时可辐射出不同的能量，因此形成的光谱不只有一条谱线，故A错误； B．基态氮原子的核外电子排布式为1s22s22p3，原子核外有5种轨道，有5种空间运动状态，1s、2s、2p能量不同，同种能级上的电子能量相同，则N原子存在3种能量不同的电子，故B正确； C．1~36号元素也即前四周期元素，最外层有1个未成对电子的元素可以是IA 族、ⅢA族、ⅦA族元素，以及过渡金属的铬和铜，有12种，其元素分别为氢、锂、硼、氟、钠、 铝、氯、钾、铬、铜、镓、溴，故C错误； D．基态原子最外层电子排布式为，也可能是副族如Zn[Ar]3d104s2和Ⅷ族元素如Fe[Ar]3d64s2，故D错误； 故选：B。 【变式7-2】下列有关原子轨道的说法正确的是 A．在K能层中，有自旋相反的两条轨道 B．N能层中有4s、4p、4d、4f四个能级，共16个轨道，可容纳32种运动状态的电子 C．基态原子电子能量的高低顺序为： D．3p能级上只有一个空轨道的原子和3p能级上有两个未成对电子的原子对应为同一元素 【答案】B 【详解】A．K层只有1个s能级，有1条轨道，故A错误； B．N能层中有4s、4p、4d、4f四个能级，共16个轨道，每个轨道最多容纳2个电子，所以可容纳32种运动状态的电子，故B正确； C．2px、2py、2pz轨道是3个不同的原子轨道，空间伸展方向不同，3个轨道上的电子的运动状态不同，但同一能级上的原子轨道具有相同的能量，所以基态原子电子能量的高低顺序为，故C错误； D．3p能级上只有一个空轨道的原子是Si，3p能级上有两个未成对电子的原子是Si或S，故D错误； 答案选B。 【变式7-3】元素周期表前四周期A、B、C、D、E五种元素，A元素的原子最外层电子排布式为ns1；B元素的原子价层电子排布式为ns2np2；C元素位于第二周期且原子中p能级与s能级电子总数相等；D元素原子的M能层p能级中有3个未成对电子；E元素的原子有5个未成对电子。 (1)写出元素名称：C 、D 、E 。 (2)C基态原子的轨道表示式为 。 (3)当n=2时，B的最简单气态氢化物的电子式为 ，BC2分子的结构式是 ；当n=3时，B与C形成的化合物与氢氧化钠溶液反应的离子方程式是 。 (4)若A元素的原子最外层电子排布式为2s1，B元素的原子价层电子排布式为3s23p2，A、B、C、D四种元素的第一电离能由大到小的顺序是 (用元素符号表示)。 (5)E元素原子的价层电子排布式是 ，在元素周期表中的位置是 。 【答案】(1) 氧 磷 锰 (2) (3) O=C=O SiO2+2OH-=+H2O (4)O>P>Si>Li (5) 3d54s2 第四周期第ⅦB族 【分析】元素周期表前四周期A、B、C、D、E五种元素，A元素的原子最外层电子排布式为ns1，则A位于第ⅠA族；B元素的原子价层电子排布式为ns2np2，则B位于第ⅣA族；C元素位于第二周期且原子中p能级与s能级电子总数相等，则其价电子排布式为2s22p4，其为O元素；D元素原子的M能层的p能级中有3个未成对电子，则其价电子排布式为3s23p3，其为P元素；E元素的原子有5个未成对电子，则其价电子排布式为3d54s2，其为Mn元素。 【详解】（1）由分析可知，C为氧，D为磷，E为锰。 （2）C为氧元素，基态原子的轨道表示式为 。 （3）当n=2时，B的价层电子排布式为2s22p2，其为碳元素，最简单气态氢化物为CH4，电子式为 ，BC2为CO2，分子的结构式是O=C=O；当n=3时，B为Si，B与C形成的化合物为SiO2，其与氢氧化钠溶液反应的离子方程式是SiO2+2OH-=+H2O。 （4）若A元素的原子最外层电子排布式为2s1，则其为Li，B元素的原子价层电子排布式为3s23p2，则其为Si，同周期自左而右第一电离能呈增大趋势，同主族从上到下，第一电离能减小，A、B、C、D四种元素的第一电离能由大到小的顺序是O＞P＞Si＞Li。 （5）E为Mn元素，原子的价层电子排布式是3d54s2，在元素周期表中的位置是第四周期第ⅦB族。 / 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $