专题03 原子核外电子的运动状态及未成对电子数的判断（重难点讲义）化学人教版选择性必修2

专题03 原子核外电子的运动状态及未成对电子数的判断 1.从量子力学视角系统阐释原子核外电子运动的量子化（能量量子化、轨道角动量量子化）与波粒二象性本质，能结合德布罗意关系式（λ=h/p）和海森堡不确定性原理（Δx⋅Δp≥h/(4π)），分析电子运动无法用 “轨迹” 描述的原因，区分微观粒子与宏观物体运动规律的核心差异。 2.精准掌握四个量子数(n、l、m、ms)的物理意义及取值约束关系：能通过n判断电子层能量高低，通过l区分亚层类型及轨道形状，通过m确定轨道空间取向，通过ms解释电子自旋现象。 3.构建“电子层-亚层-原子轨道-电子自旋”的层级认知体系：明确n与电子层(K、L、M、N)的对应关系，l与亚层(s、p、d、f)的关联，以及不同亚层的轨道数目(s:1、p:3、d:5、f:7)和空间分布特征； 4.深度掌握电子排布三大原则的内涵及适用场景：能基于能量最低原理，结合能级交错现象(如E4s<E3d),推导1-36号元素的核外电子排布顺序；能依据泡利不相容原理，判断特定轨道(如2p)的最大电子容纳量及自旋状态；能运用洪特规则(含洪特规则特例：等价轨道全满、半满、全空更稳定),解释Cr([Ar]3d⁵4s¹)、Cu([Ar]3d¹⁰48¹)等特殊元素的电子排布反常现象，并能通过比较轨道能量差异(如3d半满时整体能量低于3d⁴4s²)验证特例的合理性。 5.熟练书写1-36号元素的电子排布式(含简写式)、价电子排布式及价电子轨道表示式：能根据元素在周期表中的位置(周期、族、区)快速推导价电子构型(如第四周期第VⅢ族Fe的价电子排布式为3d⁶4s²);能通过价电子轨道表示式，直观呈现电子在等价轨道中的填充方式(如N的价电子轨道表示式中，3个2p电子分占不同轨道且自旋平行),为判断未成对电子数提供可视化依据。 6.能通过电子排布式分析价电子层中未配对的电子数(如O的价电子排布式2s²2p⁴,2p轨道有2个未成对电子);能通过价电子轨道表示式直接数出未成对电子数目；能结合离子形成时的电子得失规律(如金属原子失电子先失最外层8电子，再失d电子),判断常见离子(如Fe²+:[Ar]3d⁶,4个未成对电子；Fe³+:[Ar]3d⁵,5个未成对电子)的未成对电子数，且能解释离子与原子未成对电子数差异的原因。 7.结合元素周期表，系统归纳未成对电子数的周期性变化规律：能分析同周期(如第二周期从Li到Ne)未成对电子数“0→1→2→3→2→1→0”的变化趋势，解释其与2s、2p轨道电子填充的关联；能总结同主族(如第VA族N、P、As)未成对电子数均为3的规律，说明价电子构型相似性对未成对电子数的影响；能拓展分析过渡元素(如第四周期d区元素)未成对电子数的变化特点，为后续学习元素化合物性质(如氧化性、配位能力)埋下伏笔。 一、原子核外电子的运动状态 1. 电子运动的核心特征 (1)量子化：电子的能量(如不同电子层、亚层的能量)和轨道角动量不连续，只能取特定数值(如 能量量子化表现为电子在固定能级间跃迁，吸收/释放特定频率光子)。 (2)波粒二象性：电子既具有粒子性(有质量、动量),又具有波动性(能发生衍射现象),可用德 布罗意关系式λ=h/p(λ为波长，h为普朗克常数，p为动量)描述其波动性。 (3)无确定轨迹：受海森堡不确定性原理(△z·△p≥h/(4π),△z为位置不确定量，△p为动量 不确定量)限制，无法同时精确测定电子的位置和动量，故用“电子云”(电子出现概率较高的区域)描述其运动分布。 2.描述电子运动的四大量子数 量子数 符号 物理意义 取值规则 关键关联 主量子数 n 决定电子层（能量主要来源），n越大，电子离核越远、能量越高 正整数（1,2,3,...），对应电子层K、L、M、N... n决定l的取值范围 角量子数 l 决定电子亚层（轨道形状），l越大，亚层能量越高（同一n下） 0 到n-1的整数，对应亚层s、p(、d、f(l=3)... l决定m的取值范围和轨道形状（如l=0为球形，l=1为哑铃形） 磁量子数 m 决定原子轨道的空间取向 -l到+l的整数（含 0），共2l+1个值 每个m对应 1 个轨道，如l=1（p亚层）有 3 个m值，对应 3 个p轨道 自旋量子数 ms 决定电子自旋方向 仅+1/2（自旋向上）或-1/2（自旋向下） 同一轨道中 2 个电子的m_s必相反（泡利不相容原理） 3.电子层、亚层与原子轨道的关系 (1)层级结构：电子层(n)包含多个亚层(l),每个亚层包含多个原子轨道(m),每个轨道最多容纳2个自旋相反的电子(ms不同)。 (2)轨道特征：s亚层(1个轨道，球形)、p亚层(3个轨道，哑铃形，相互垂直)、d亚层(5个轨道)、f亚层(7个轨道)。 (3)能量差异：同一电子层中，亚层能量：s<p<d<f;不同电子层间存在能级交错(如E4s<E3d),源于屏蔽效应(内层电子对外层电子的斥力)和钻穿效应(外层电子进入内层空间的概率)。 4.电子运动状态及电子的空间运动状态 (1)电子运动状态——描述电子的完整运动特征（即核外电子数目） ①概念定义：电子运动状态是对原子核外单个电子运动的全面描述，需涵盖电子的能量、轨道形状、轨道空间取向及自旋方向，体现电子运动的 “量子化”“波粒二象性” 等核心特征，是区分不同电子的唯一依据（同一原子中，不存在运动状态完全相同的两个电子）。 ②核心构成要素：四大量子数的组合 电子运动状态由主量子数(n)、角量子数(l)、磁量子数(m)、自旋量子数(ms)共同决定，四者的不同组合对应不同的电子运动状态，具体关联如下： A.主量子数(n):决定电子所在电子层，影响电子能量高低(n越大，能量通常越高); B.角量子数(l):决定电子所在亚层及轨道形状(如l=0为s轨道，球形),同—n下，l 越大，亚层能量越高； C.磁量子数(m):决定原子轨道的空间取向(如l=1时，m可取-1an0a+1,对应3个 相互垂直的p轨道)； D.自旋量子数(ms):决定电子自旋方向(仅+1/2或-1/2,即自旋向上或向下),是区分同 一轨道内两个电子的关键。 ③实例分析：以氧原子(核外8个电子)为例，其价电子层(2s2p)中电子的运动状态差异如下：2s轨道的2个电子：n=2,l=0,m=0相同(空间运动状态一致),但ms分别为+1/2和-1/2,故对应2种不同的电子运动状态；2p轨道的4个电子：n=2,l=1相同，m可取-1、O、+1(3种空间运动状态),其中1个m值对应2个电子(ms不同),另外2个m值各对应1个电子(ms为+1/2),故2p轨道对应4种不同的电子运动状态；综上所述，氧原子8个电子对应8种不同的电子运动状态，符合“同一原子中电子运动状态唯一”的规律。 (2)电子的空间运动状态——描述电子的轨道分布特征（即核外轨道数目） ①概念定义：电子的空间运动状态是对电子在原子核外空间分布区域的描述，仅关注电子所处的原子轨道（即电子出现概率较高的空间区域），不涉及电子的自旋方向，核心反映 “轨道的能量、形状、空间取向” 三大特征。 ②核心构成要素：三大量子数的组合 电子的空间运动状态由主量子数(n)、角量子数(l)、磁量子数(m)共同决定，三者的不同组合对应不同的原子轨道，即不同的空间运动状态，具体规则如下： A.同一n(电子层)、l(亚层)、m(轨道取向)的组合，对应1种空间运动状态(1个原子 轨道); B.空间运动状态的数量=原子轨道的总数，例如： a.n=1(K层):l=0(s亚层),m=0,仅1种空间运动状态(1s轨道); b.n=2(L层):l=0(s亚层，1种)、l=1(p亚层，m=-1,O,+1,3种),共4种空间运动状态； c.n=3(M层):l=0(1种)、l=1(3种)、l=2(d亚层，m=-2,-l,O,+l,+2,5种),共9种空间运动状态。 ③实例分析 以铁原子(电子排布式[Ar]3d⁶4s²)为例，其核外电子的空间运动状态数量计算如下：内层([Ar]):对应氩原子的电子层结构，n=1(1种)、n=2(4种)、n=3(3s3p,共1+3=4种),合计1+4+4=9种；外层(3d4s):4s亚层(l=0,1种)、3d亚层(l=2,5种),合计1+5=6种；综上所述，铁原子核外电子的空间运动状态共9+6=15种，与“各电子层轨道总数之和”(1+4+9=14?此处需修正：[Ar]为18电子，轨道总数为1s(1)+2s(1)+2p(3)+3s(1)+3p(3)=9,3d(5)+4s(1)=6,总计15种，正确)一致，体现空间运动状态与原子轨道的——对应关系。 二、原子核外电子排布规律 原则 核心内容 应用示例 能量最低原理 电子优先占据能量最低的轨道，使原子整体能量最低 电子先填4s（能量低），再填3d（能量高），如 K 的电子排布为[Ar]4s1 泡利不相容原理 同一原子中，不存在 4 个量子数完全相同的电子（即 1 个轨道最多填 2 个自旋相反的电子） 2p亚层 3 个轨道，最多容纳 6 个电子（每个轨道 2 个） 洪特规则 等价轨道（能量相同的轨道，如 3 个p轨道）上的电子，优先分占不同轨道且自旋平行，全满（如d10）、半满（如d5）、全空（如d0）时更稳定（洪特规则特例） N 的价电子排布为2s22p3，3个2p电子分占 3 个轨道且自旋平行；Cr 的电子排布为[Ar]3d54s1（3d5半满，更稳定），而非[Ar]3d44s2 2.电子排布的表示方法 (1)电子排布式：按能量顺序书写，可简写(用稀有气体原子实代替内层电子),如Fe: 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁶4s²,简写为[Ar|3d⁶4s²。 (2)价电子排布式：仅书写价电子(参与化学反应的电子，主族元素为最外层nsallnp,过渡元素为 (n-1)danns),如Cu:3d¹04s¹,0:2s²2p⁴。 (3)价电子轨道表示式：用方框(代表轨道)、箭头(代表电子，为+1/2,↓为-1/2)表示电子 填充，如O的价电子轨道表示式： 3. 特殊元素的电子排布 第四周期过渡元素中，Cr([Ar]3d⁵4s¹)、Cu([Ar]3a⁰4s¹)因洪特规则特例(半满、全满更稳定),电子排布偏离常规顺序。 三、未成对电子数的判断与规律 1.未成对电子数的判断方法 (1)基于电子排布式：分析价电子层中未配对的电子(即单独占据1个轨道的电子),如O( 2s²2p4):2p轨道有4个电子，3个轨道中1个轨道填2个(成对),2个轨道各填1个(未成对),故未成对电子数为2。 (2)基于价电子轨道表示式：直接数“单独箭头”的数量，如Fe(3d⁶4s²):4s轨道电子成对，3d 轨道5个轨道中，1个轨道填2个(成对),4个轨道各填1个(未成对),故未成对电子数为4。 (3)基于离子的电子得失规律：金属原子失电子先失最外层8电子，再失d电子；非金属原子得电子 填充最外层p轨道。如Fe3+(Fe失2个4s电子和1个3d电子，排布为[Ar]3d⁵):3d轨道5个电子分占5个轨道，未成对电子数为5。 2.未成对电子数的周期性规律 (1)同周期(以第二周期为例):从Li(2s¹,1个未成对)→Be(2s²,0个)→B(2s²2p¹,1 个)→C(2s²2p²,2个)→N(2s²2p³,3个)→0(2s²2p⁴,2个)→F(2s²2p⁵,1个)→Ne(2s²2p⁶,0个),未成对电子数呈现“0→1→2→3→2→1→0”的变化，核心原因是2s、2p轨道按洪特规则逐步填充。 (2)同主族(以第VA族为例):N(2s²2p³)、P(3s²3p³)、As(48²4p³),价电子构型均 为ns²np³,np轨道3个电子分占3个轨道，未成对电子数均为3,规律源于同主族元素价电子构型相似。 (3)过渡元素(以第四周期d区为例):从Sc(3d¹4s²,1个)→Ti(3d²4s²,2个)→…→Mn(3d4s²,5个)→…→Zn(3d104s²,0个),未成对电子数随3d轨道电子填充先增后减，最大值出现在d⁵(半满)结构。 题型01 考查电子运动状态与电子空间运动状态 【典例】下列说法能区分电子运动状态与空间运动状态的是（ ） A. 是否涉及电子所处的电子层 B. 是否描述电子的轨道形状 C. 是否考虑电子的自旋方向 D. 是否关联电子的能量高低 【变式】下列对电子运动特征的描述，正确的是（ ） A. 电子运动的能量可取任意值 B. 电子衍射实验证明电子具有波动性 C. 可精确测定某时刻电子的位置和动量 D. 电子运动可用 “轨迹” 准确描述 题型02 考查电子运动状态量子数应用 【典例】已知某电子的量子数组合为（3，1，-1，+1/2），下列说法错误的是（ ） A. 该电子位于第三电子层（M层） B. 该电子所在亚层为p亚层 C. 该电子的轨道形状为球形 D. 该电子的自旋方向为向上 【变式】下列量子数组合（n、l、m、ms）中，合理的是（ ） A. （2，2，1，+1/2） B. （4，3，-2，-1/2） C. （3，0，-1，+1/2） D. （1，1，0，-1/2） 题型03 考查核外电子排布中未成对电子数判断 【典例】基态碳原子的价电子排布式为2s²2p²,其未成对电子数为_____;基态Fe3+的电子排布式为[Ar]3d⁵,其未成对电子数为__。 【变式】第二周期元素中，未成对电子数最多的元素是______（N，未成对电子数 3）；第 ⅦA 族元素的未成对电子数均为______（1，价电子排布ns2 np5，np轨道 1 个未成对电子）。 题型04 考查核外电子运动状态与未成对电子数的关系 【典例】基态铬原子与基态钒原子的未成对电子数之比是___________，基态硅原子核外电子有___________种空间运动状态。 【变式】一种新型材料由原子序数依次增大的X、Y、Z三种短周期主族元素组成，其中X与Y的原子序数之和等于Z的原子序数，基态X、Y、Z原子的未成对电子数之比为。已知Z的最高价氧化物对应的水化物是一种强酸。下列说法正确的是 A．X和Y可形成共价化合物 B．Y的单质在常温下为气体 C．XYZ为无毒物质 D．X、Z组成的化合物的水溶液一定呈碱性 【巩固训练】 1．（24-25高二下·黑龙江·期末）某核素核外共有 15 个不同运动状态的电子，以下说法正确的 A．若将该原子的电子排布式写成 1s22s22p63s23p3p，它违背了泡利原理 B．原子中所有的电子占有 3 个能级，9 个轨道 C．该元素的最高价氧化物的水化物为两性氢氧化物 D．基态原子中能量最高的电子的电子云的形状为哑铃形 2．（24-25高二下·福建宁德·月考）n、l、m确定后，仍不能确定该量子数组合所描述的原子轨道的 A．数目 B．形状 C．能量 D．所填充的电子数目 3．（24-25高二下·陕西安康·期中）某基态原子最高能级上电子排布式为、、。下列关于该电子排布的说法不正确的是 A．三个电子具有的能量不同 B．三个电子的电子云形状相同 C．该元素最高正价为+5 D．该原子最高能层上电子的空间运动状态有4种 4．（24-25高二下·安徽蚌埠·期中）下列有关的相关说法错误的是 A．电子云轮廓图的形状相同 B．电子能量不同 C．电子云空间伸展方向不同 D．这两个轨道若填满电子，则M能层上至少有7个电子 【答案】B 5．（24-25高二上·河北沧州·阶段练习）下列有关原子核外电子排布的说法，正确的是 A．外围电子排布不同的两种氮原子：①  ②，能量 B．基态硒原子的外围电子排布式为 C．同一原子中，2p、3p、4p能级的轨道数目依次增多 D．基态铍原子的最外层电子云轮廓图为 6．（24-25高二下·陕西西安·期中）下列有关“核外电子的运动状态”的说法错误的是 A．各原子轨道的伸展方向按p、d、f的顺序分别为3、5、7 B．只有在能层、原子轨道、原子轨道的伸展方向及电子的自旋状态都确定时，电子的运动状态才能被确定下来 C．原子核外可能有两个电子的运动状态是完全相同的 D．原子轨道伸展方向与能量大小无关 7.回答下列问题： (1)基态硫原子价层电子排布式为 ；其核外有 个运动状态不同的电子；其最外层有 个未成对电子。 (2)第四周期基态原子中未成对电子数最多的元素是 。 (3)处于一定空间状态的电子在原子核外出现的概率密度分布可用 形象地描述。在基态原子中核外存在 个不同运动状态的电子。 8．（24-25高二上·上海·月考）Ti的简化电子排布式为 ，基态钛原子核外电子有 种空间运动状态。 9．（24-25高二下·全国·月考）回答下列问题： (1)某元素的原子序数为29，试回答： ①该基态原子的价电子排布式是 ，核外电子有 个能级，有 个未成对电子。 ②它属于第 周期 族。 (2)元素金(Au)处于周期表中的第6周期，与Cu同族，Au原子最外层电子排布式为 。 (3)某元素原子的电子排布式为[Ar]3d104s24p1，该元素处于元素周期表的第 周期 族。 10.回答下列问题： (1)卤族元素基态原子核外未成对电子数为 。 (2)基态Cr原子和Fe原子核外未成对电子数之比为 。 (3)第四周期主族元素基态原子中，和Cu3+未成对电子数相同的元素有 种。 【强化训练】 1．（24-25高二下·福建南平·月考）关于四个量子数的下列说法中，不正确的是 A．电子的自旋磁量子数是，若在某一个轨道中有两个电子，则总自旋磁量子数是0 B．2p和3p能级均含3个原子轨道 C．角量子数l为2时，m的取值有5个 D．在没有外磁场存在的多电子原子中，电子的能量决定于主量子数n和角量子数l 2．（23-24高二上·广东东莞·期末）人类对核外电子运动的认知不断进步。下列说法正确的是 A．电子在线性轨道上绕核运行 B．p能级的能量一定比s能级的能量低 C．2px、2py、2pz轨道相互平行、能量相等 D．基态Li原子最外层电子的电子云轮廓图的形状为球形 3．（23-24高二下·安徽芜湖·期末）按照量子力学对原子核外电子运动的描述，下列说法正确的是 A．下列能级的能量 B．核外电子运动存在固定轨迹的轨道 C．电子云图中的小黑点密表示该核外空间的电子多 D．在一个原子中，不可能出现运动状态完全相同的两个电子 4．（23-24高二下·四川内江·月考）下列说法不正确的是 A．氧原子的核外电子有8种运动状态 B．与轨道形状相同，能量不同 C．于轨道形状相同，能量不同 D．杂化的四个杂化轨道成分相同，能量也相同 5.（24-25高二下·福建泉州·期末）日光灯中用到的某种荧光粉的主要成分为。已知：和为原子序数依次增大的前20号元素，为金属元素。基态原子轨道上的电子数和轨道上的电子数相等，基态、、原子的未成对电子数之比为2：1：3。下列说法正确的是 A．电负性： B．和的单质都能与水反应生成气体 C．原子半径： D．的最高价氧化物对应的水化物具有强氧化性 6.（2025·江苏盐城·三模）短周期主族元素X、Y、Z、W的原子序数依次增大，其中Y是金属元素。X原子中有6个运动状态完全不同的电子，X、Y、Z原子最外层电子数之和等于13。下列叙述正确的是 A．元素Z在周期表中位于第3周期ⅣA族 B．Y的第一电离能在同周期金属元素中最大 C．X的最高价氧化物对应水化物的酸性比W的弱 D．元素X与元素Z的组成单质晶体类型一定相同 7．（2025·云南·模拟预测）是大规模储能和动力电池的潜在候选材料。已知是原子序数逐渐增大的前四周期元素，的能级电子总数与能级电子总数相等，与同周期且相邻，是短周期中原子半径最大的主族元素，基态原子未成对电子数为3，基态原子价层电子排布式为。下列说法正确的是 A．电负性：Y>X>M B．第一电离能： C．简单离子半径： D．最高价氧化物对应的水化物酸性：Y>M 8．（25-26高三上·天津西青·月考）下列说法正确的是 A．基态Cr原子的价层电子排布式是 B．基态原子的电子空间运动状态数相同 C．基态的电子占据的最高能级共有3个原子轨道 D．基态S原子有4个未成对电子 9．（23-24高二下·安徽蚌埠·月考）按要求填空： (1)基态K原子中，核外电子占据最高能层的符号是 ，有 种空间运动状态。 (2)Fe成为阳离子时首先失去 轨道电子，Sm的价层电子排布式为，价层电子排布式为 。 (3)某元素基态+3价离子的3d轨道为半充满，该元素符号为 ，其基态原子的核外电子排布式为 。 10.（24-55高二下·福建·期中）（1）写出砷的元素符号 ，原子中所有电子占有 个轨道，核外共有 个不同运动状态的电子。 （2）写出Ni的元素名称 ，该元素在周期表的位置为第 周期，第 族。 （3）第三电子层上有 个能级，作为内层最多可容纳 个电子，作为最外层时，最多可含有 个未成对电子。 / 学科网（北京）股份有限公司 $ 专题03 原子核外电子的运动状态及未成对电子数的判断 1.从量子力学视角系统阐释原子核外电子运动的量子化（能量量子化、轨道角动量量子化）与波粒二象性本质，能结合德布罗意关系式（λ=h/p）和海森堡不确定性原理（Δx⋅Δp≥h/(4π)），分析电子运动无法用 “轨迹” 描述的原因，区分微观粒子与宏观物体运动规律的核心差异。 2.精准掌握四个量子数(n、l、m、ms)的物理意义及取值约束关系：能通过n判断电子层能量高低，通过l区分亚层类型及轨道形状，通过m确定轨道空间取向，通过ms解释电子自旋现象。 3.构建“电子层-亚层-原子轨道-电子自旋”的层级认知体系：明确n与电子层(K、L、M、N)的对应关系，l与亚层(s、p、d、f)的关联，以及不同亚层的轨道数目(s:1、p:3、d:5、f:7)和空间分布特征； 4.深度掌握电子排布三大原则的内涵及适用场景：能基于能量最低原理，结合能级交错现象(如E4s<E3d),推导1-36号元素的核外电子排布顺序；能依据泡利不相容原理，判断特定轨道(如2p)的最大电子容纳量及自旋状态；能运用洪特规则(含洪特规则特例：等价轨道全满、半满、全空更稳定),解释Cr([Ar]3d⁵4s¹)、Cu([Ar]3d¹⁰48¹)等特殊元素的电子排布反常现象，并能通过比较轨道能量差异(如3d半满时整体能量低于3d⁴4s²)验证特例的合理性。 5.熟练书写1-36号元素的电子排布式(含简写式)、价电子排布式及价电子轨道表示式：能根据元素在周期表中的位置(周期、族、区)快速推导价电子构型(如第四周期第VⅢ族Fe的价电子排布式为3d⁶4s²);能通过价电子轨道表示式，直观呈现电子在等价轨道中的填充方式(如N的价电子轨道表示式中，3个2p电子分占不同轨道且自旋平行),为判断未成对电子数提供可视化依据。 6.能通过电子排布式分析价电子层中未配对的电子数(如O的价电子排布式2s²2p⁴,2p轨道有2个未成对电子);能通过价电子轨道表示式直接数出未成对电子数目；能结合离子形成时的电子得失规律(如金属原子失电子先失最外层8电子，再失d电子),判断常见离子(如Fe²+:[Ar]3d⁶,4个未成对电子；Fe³+:[Ar]3d⁵,5个未成对电子)的未成对电子数，且能解释离子与原子未成对电子数差异的原因。 7.结合元素周期表，系统归纳未成对电子数的周期性变化规律：能分析同周期(如第二周期从Li到Ne)未成对电子数“0→1→2→3→2→1→0”的变化趋势，解释其与2s、2p轨道电子填充的关联；能总结同主族(如第VA族N、P、As)未成对电子数均为3的规律，说明价电子构型相似性对未成对电子数的影响；能拓展分析过渡元素(如第四周期d区元素)未成对电子数的变化特点，为后续学习元素化合物性质(如氧化性、配位能力)埋下伏笔。 一、原子核外电子的运动状态 1. 电子运动的核心特征 (1)量子化：电子的能量(如不同电子层、亚层的能量)和轨道角动量不连续，只能取特定数值(如 能量量子化表现为电子在固定能级间跃迁，吸收/释放特定频率光子)。 (2)波粒二象性：电子既具有粒子性(有质量、动量),又具有波动性(能发生衍射现象),可用德 布罗意关系式λ=h/p(λ为波长，h为普朗克常数，p为动量)描述其波动性。 (3)无确定轨迹：受海森堡不确定性原理(△z·△p≥h/(4π),△z为位置不确定量，△p为动量 不确定量)限制，无法同时精确测定电子的位置和动量，故用“电子云”(电子出现概率较高的区域)描述其运动分布。 2.描述电子运动的四大量子数 量子数 符号 物理意义 取值规则 关键关联 主量子数 n 决定电子层（能量主要来源），n越大，电子离核越远、能量越高 正整数（1,2,3,...），对应电子层K、L、M、N... n决定l的取值范围 角量子数 l 决定电子亚层（轨道形状），l越大，亚层能量越高（同一n下） 0 到n-1的整数，对应亚层s、p(、d、f(l=3)... l决定m的取值范围和轨道形状（如l=0为球形，l=1为哑铃形） 磁量子数 m 决定原子轨道的空间取向 -l到+l的整数（含 0），共2l+1个值 每个m对应 1 个轨道，如l=1（p亚层）有 3 个m值，对应 3 个p轨道 自旋量子数 ms 决定电子自旋方向 仅+1/2（自旋向上）或-1/2（自旋向下） 同一轨道中 2 个电子的m_s必相反（泡利不相容原理） 3.电子层、亚层与原子轨道的关系 (1)层级结构：电子层(n)包含多个亚层(l),每个亚层包含多个原子轨道(m),每个轨道最多容纳2个自旋相反的电子(ms不同)。 (2)轨道特征：s亚层(1个轨道，球形)、p亚层(3个轨道，哑铃形，相互垂直)、d亚层(5个轨道)、f亚层(7个轨道)。 (3)能量差异：同一电子层中，亚层能量：s<p<d<f;不同电子层间存在能级交错(如E4s<E3d),源于屏蔽效应(内层电子对外层电子的斥力)和钻穿效应(外层电子进入内层空间的概率)。 4.电子运动状态及电子的空间运动状态 (1)电子运动状态——描述电子的完整运动特征（即核外电子数目） ①概念定义：电子运动状态是对原子核外单个电子运动的全面描述，需涵盖电子的能量、轨道形状、轨道空间取向及自旋方向，体现电子运动的 “量子化”“波粒二象性” 等核心特征，是区分不同电子的唯一依据（同一原子中，不存在运动状态完全相同的两个电子）。 ②核心构成要素：四大量子数的组合 电子运动状态由主量子数(n)、角量子数(l)、磁量子数(m)、自旋量子数(ms)共同决定，四者的不同组合对应不同的电子运动状态，具体关联如下： A.主量子数(n):决定电子所在电子层，影响电子能量高低(n越大，能量通常越高); B.角量子数(l):决定电子所在亚层及轨道形状(如l=0为s轨道，球形),同—n下，l 越大，亚层能量越高； C.磁量子数(m):决定原子轨道的空间取向(如l=1时，m可取-1an0a+1,对应3个 相互垂直的p轨道)； D.自旋量子数(ms):决定电子自旋方向(仅+1/2或-1/2,即自旋向上或向下),是区分同 一轨道内两个电子的关键。 ③实例分析：以氧原子(核外8个电子)为例，其价电子层(2s2p)中电子的运动状态差异如下：2s轨道的2个电子：n=2,l=0,m=0相同(空间运动状态一致),但ms分别为+1/2和-1/2,故对应2种不同的电子运动状态；2p轨道的4个电子：n=2,l=1相同，m可取-1、O、+1(3种空间运动状态),其中1个m值对应2个电子(ms不同),另外2个m值各对应1个电子(ms为+1/2),故2p轨道对应4种不同的电子运动状态；综上所述，氧原子8个电子对应8种不同的电子运动状态，符合“同一原子中电子运动状态唯一”的规律。 (2)电子的空间运动状态——描述电子的轨道分布特征（即核外轨道数目） ①概念定义：电子的空间运动状态是对电子在原子核外空间分布区域的描述，仅关注电子所处的原子轨道（即电子出现概率较高的空间区域），不涉及电子的自旋方向，核心反映 “轨道的能量、形状、空间取向” 三大特征。 ②核心构成要素：三大量子数的组合 电子的空间运动状态由主量子数(n)、角量子数(l)、磁量子数(m)共同决定，三者的不同组合对应不同的原子轨道，即不同的空间运动状态，具体规则如下： A.同一n(电子层)、l(亚层)、m(轨道取向)的组合，对应1种空间运动状态(1个原子 轨道); B.空间运动状态的数量=原子轨道的总数，例如： a.n=1(K层):l=0(s亚层),m=0,仅1种空间运动状态(1s轨道); b.n=2(L层):l=0(s亚层，1种)、l=1(p亚层，m=-1,O,+1,3种),共4种空间运动状态； c.n=3(M层):l=0(1种)、l=1(3种)、l=2(d亚层，m=-2,-l,O,+l,+2,5种),共9种空间运动状态。 ③实例分析 以铁原子(电子排布式[Ar]3d⁶4s²)为例，其核外电子的空间运动状态数量计算如下：内层([Ar]):对应氩原子的电子层结构，n=1(1种)、n=2(4种)、n=3(3s3p,共1+3=4种),合计1+4+4=9种；外层(3d4s):4s亚层(l=0,1种)、3d亚层(l=2,5种),合计1+5=6种；综上所述，铁原子核外电子的空间运动状态共9+6=15种，与“各电子层轨道总数之和”(1+4+9=14?此处需修正：[Ar]为18电子，轨道总数为1s(1)+2s(1)+2p(3)+3s(1)+3p(3)=9,3d(5)+4s(1)=6,总计15种，正确)一致，体现空间运动状态与原子轨道的——对应关系。 二、原子核外电子排布规律 原则 核心内容 应用示例 能量最低原理 电子优先占据能量最低的轨道，使原子整体能量最低 电子先填4s（能量低），再填3d（能量高），如 K 的电子排布为[Ar]4s1 泡利不相容原理 同一原子中，不存在 4 个量子数完全相同的电子（即 1 个轨道最多填 2 个自旋相反的电子） 2p亚层 3 个轨道，最多容纳 6 个电子（每个轨道 2 个） 洪特规则 等价轨道（能量相同的轨道，如 3 个p轨道）上的电子，优先分占不同轨道且自旋平行，全满（如d10）、半满（如d5）、全空（如d0）时更稳定（洪特规则特例） N 的价电子排布为2s22p3，3个2p电子分占 3 个轨道且自旋平行；Cr 的电子排布为[Ar]3d54s1（3d5半满，更稳定），而非[Ar]3d44s2 2.电子排布的表示方法 (1)电子排布式：按能量顺序书写，可简写(用稀有气体原子实代替内层电子),如Fe: 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁶4s²,简写为[Ar|3d⁶4s²。 (2)价电子排布式：仅书写价电子(参与化学反应的电子，主族元素为最外层nsallnp,过渡元素为 (n-1)danns),如Cu:3d¹04s¹,0:2s²2p⁴。 (3)价电子轨道表示式：用方框(代表轨道)、箭头(代表电子，为+1/2,↓为-1/2)表示电子 填充，如O的价电子轨道表示式： 3. 特殊元素的电子排布 第四周期过渡元素中，Cr([Ar]3d⁵4s¹)、Cu([Ar]3a⁰4s¹)因洪特规则特例(半满、全满更稳定),电子排布偏离常规顺序。 三、未成对电子数的判断与规律 1.未成对电子数的判断方法 (1)基于电子排布式：分析价电子层中未配对的电子(即单独占据1个轨道的电子),如O( 2s²2p4):2p轨道有4个电子，3个轨道中1个轨道填2个(成对),2个轨道各填1个(未成对),故未成对电子数为2。 (2)基于价电子轨道表示式：直接数“单独箭头”的数量，如Fe(3d⁶4s²):4s轨道电子成对，3d 轨道5个轨道中，1个轨道填2个(成对),4个轨道各填1个(未成对),故未成对电子数为4。 (3)基于离子的电子得失规律：金属原子失电子先失最外层8电子，再失d电子；非金属原子得电子 填充最外层p轨道。如Fe3+(Fe失2个4s电子和1个3d电子，排布为[Ar]3d⁵):3d轨道5个电子分占5个轨道，未成对电子数为5。 2.未成对电子数的周期性规律 (1)同周期(以第二周期为例):从Li(2s¹,1个未成对)→Be(2s²,0个)→B(2s²2p¹,1 个)→C(2s²2p²,2个)→N(2s²2p³,3个)→0(2s²2p⁴,2个)→F(2s²2p⁵,1个)→Ne(2s²2p⁶,0个),未成对电子数呈现“0→1→2→3→2→1→0”的变化，核心原因是2s、2p轨道按洪特规则逐步填充。 (2)同主族(以第VA族为例):N(2s²2p³)、P(3s²3p³)、As(48²4p³),价电子构型均 为ns²np³,np轨道3个电子分占3个轨道，未成对电子数均为3,规律源于同主族元素价电子构型相似。 (3)过渡元素(以第四周期d区为例):从Sc(3d¹4s²,1个)→Ti(3d²4s²,2个)→…→Mn(3d4s²,5个)→…→Zn(3d104s²,0个),未成对电子数随3d轨道电子填充先增后减，最大值出现在d⁵(半满)结构。 题型01 考查电子运动状态与电子空间运动状态 【典例】下列说法能区分电子运动状态与空间运动状态的是（ ） A. 是否涉及电子所处的电子层 B. 是否描述电子的轨道形状 C. 是否考虑电子的自旋方向 D. 是否关联电子的能量高低 【答案】C 【解析】A.电子层由主量子数(n)决定，无论是电子运动状态还是空间运动状态，均需通过n确定电子所在电子层(如n=2对应L层)，两者均涉及电子所处的电子层，无法通过该特征区分，故A错误；B.轨道形状由角量子数(l)决定(如l=0为球形，l=1为哑铃形),而l是电子运动状态(n、l、m、ms)和空间运动状态(n、l、m)的共同组成部分，两者均需描述电子的轨道形状，无法通过该特征区分，故B错误；C.电子运动状态：需考虑自旋方向，由自旋量子数(ms,取值±1/2)描述，是区分同一轨道内两个电子的关键(如1s轨道中两个电子，ms分别为+1/2和-1/2,对应两种不同运动状态)；空间运动状态：仅关注轨道分布，不涉及自旋方向(如1s轨道仅对应1种空间运动状态，与电子自旋无关),“是否考虑自旋方向”是两者的唯一核心差异，可通过该特征明确区分，故C正确； D.电子能量由主量子数(n)和角量子数(l)共同决定(如n=2、l=1的2p电子能量高于n=2、l=0的2s电子),而n、l是两者的共同组成部分，因此两者均需关联电子的能量高低，则两者均关联电子的能量高低，无法通过该特征区分，故D错误。答案选C。 【变式】下列对电子运动特征的描述，正确的是（ ） A. 电子运动的能量可取任意值 B. 电子衍射实验证明电子具有波动性 C. 可精确测定某时刻电子的位置和动量 D. 电子运动可用 “轨迹” 准确描述 【答案】B 【解析】A.电子运动的能量具有量子化特征，即能量不能取任意值，只能取特定的、不连续的数值。例如：电子在不同电子层(n=l、2、3.…)或亚层(s、p、d、f)中，能量有固定的能级(如1s能级能量低于2s能级，2s能级能量低于2p能级),电子只能在这些固定能级间跃迁，吸收或释放的能量也为特定值(△E=hv,h为普朗克常数，V为光子频率),“能量可取任意值”违背量子化特征，故A错误；B.波动性是微观粒子(如电子、光子)的重要特征，而衍射现象是波动性的典型证明(宏观物体因波长极短，无法观察到衍射现象)。实验中，电子束通过极窄的缝或晶体时，会像光波一样发生扩散，形成明暗相间的衍射图样，这一现象直接证明电子具有波动性，符合“波粒二象性”的核心内容(电子同时具有粒子性，如具有质量和动量)，则电子衍射实验是电子波动性的关键证据，故B正确；C.该描述违背海森堡不确定性原理，其核心内容为：对于微观粒子(如电子),无法同时精确测定其某一时刻的位置(△z)和动量(△p),两者的不确定量乘积满足△z·△p≥h/(4π)(h为普朗克常数)。这是因为电子的波动性导致其运动无固定轨迹，测量位置的精度越高(△z越小),动量的不确定度就越大(△p越大),反之亦然，因此无法同时精确测定两者。“可精确测定位置和动量”违背不确定性原理，故C错误；D.轨迹”是宏观物体运动的特征(如小球的运动轨迹可通过位置和时间精确描述),但电子因具有波动性和不确定性，运动无固定路径。我们无法确定某一时刻电子的具体位置，只能用“电子云”(电子在核外空间出现概率较高的区域)描述其运动分布，而非“轨迹”。例如：1s电子云为球形，仅表示电子在球形区域内出现的概率较大，而非电子沿球形轨迹运动，则“用轨迹描述电子运动”混淆了微观粒子与宏观物体的运动规律，故D错误。答案选B。 题型02 考查电子运动状态量子数应用 【典例】已知某电子的量子数组合为（3，1，-1，+1/2），下列说法错误的是（ ） A. 该电子位于第三电子层（M层） B. 该电子所在亚层为p亚层 C. 该电子的轨道形状为球形 D. 该电子的自旋方向为向上 【答案】 【解析】A.主量子数n=3,对应第三电子层(M层),说法正确；B.角量子数l=1,对应p亚层，说法正确；C.l=1(p亚层)的轨道形状是哑铃形；而球形轨道是l=0(s亚层)的形状，因此该说法错误；D.自旋量子数ms=+1/2,表示自旋方向向上，说法正确。答案选C。 【变式】下列量子数组合（n、l、m、ms）中，合理的是（ ） A. （2，2，1，+1/2） B. （4，3，-2，-1/2） C. （3，0，-1，+1/2） D. （1，1，0，-1/2） 【答案】B 【解析】A.已知n=2(主量子数为2),根据规则，I的最大取值应为n-l=2-1=1(即l可取值为0、1,对应s、p亚层),但选项中l=2(对应d亚层),超出n=2时1的取值范围，因此A组合不合理；B.n=4:主量子数为正整数，符合规则；n=4时，l的取值范围为0≤l≤4-1=3(l可取值0、1、2、3,对应s、p、d、f亚层),I=3在范围内，符合规则；l=3时，m的取值范围为-3≤m≤+3(m可取值-3、-2、-1、0、+1、+2、+3),m=-2在范围内，符合规则；自旋量子数仅能取±1/2,符合规则,故所有量子数均满足取值约束，B组合合理；C.已知l=0(角量子数为0,对应s亚层),根据规则，m的取值范围应为-0≤m≤+0(即m仅能取0,s亚层仅1个轨道);但选项中m=-1,超出l=0时m的取值范围(m只能为0),因此C组合不合理；D.已知n=1(主量子数为1,对应K层),根据规则，I的最大取值应为n-1=1-1=0(即I仅能取0,对应1s亚层)，但选项中l=1(对应p亚层),K层不存在p亚层，超出n=1时l的取值范围，因此D组合不合理。答案选B。 题型03 考查核外电子排布中未成对电子数判断 【典例】基态碳原子的价电子排布式为2s²2p²,其未成对电子数为_____;基态Fe3+的电子排布式为[Ar]3d⁵,其未成对电子数为__。 【答案】2;5 【解析】基态碳原子的2p轨道有3个等价轨道，2个电子分占2个轨道，未成对电子数为2；基态Fe3+的3d轨道5个电子分占5个轨道，未成对电子数为5。 【变式】第二周期元素中，未成对电子数最多的元素是______（N，未成对电子数 3）；第 ⅦA 族元素的未成对电子数均为______（1，价电子排布ns2 np5，np轨道 1 个未成对电子）。 【答案】3;1 【解析】基态N原子的2p轨道有3个等价轨道，3个电子分占3个轨道，未成对电子数为3；第 ⅦA 族元素的价电子排布ns2np5，np轨道有3个等价轨道， 5个电子分占3个轨道，未成对电子1。 题型04 考查核外电子运动状态与未成对电子数的关系 【典例】基态铬原子与基态钒原子的未成对电子数之比是___________，基态硅原子核外电子有___________种空间运动状态。 【答案】 8 【解析】铬原子的价层电子排布为，未成对电子数为6，钒原子价层电子排布为，未成对电子数为3，二者未成对电子数之比，基态硅原子核外电子排布为，其空间运动状态即为轨道数个，故答案为：①②； 【变式】一种新型材料由原子序数依次增大的X、Y、Z三种短周期主族元素组成，其中X与Y的原子序数之和等于Z的原子序数，基态X、Y、Z原子的未成对电子数之比为。已知Z的最高价氧化物对应的水化物是一种强酸。下列说法正确的是 A．X和Y可形成共价化合物 B．Y的单质在常温下为气体 C．XYZ为无毒物质 D．X、Z组成的化合物的水溶液一定呈碱性 【答案】A 【分析】Z的最高价氧化物对应的水化物是一种强酸，Z可能是N、S、Cl，基态X、Y、Z的未成对电子数之比为，则Z的未成对电子数只能为3，Z为N；Y的未成对电子数为2，且原子序数比Z小，则Y为C；X的未成对电子数为1，X与Y原子序数之和等于Z的原子序数，则X为H。 【解析】A．H和C可形成CH4等共价化合物，故A正确；B．碳单质常温下为固体，故B错误；C．HCN有剧毒，故C错误；D．H和N组成的化合物的水溶液不一定呈现碱性，如HN3显酸性，故D错误；故选：A。 【巩固训练】 1．（24-25高二下·黑龙江·期末）某核素核外共有 15 个不同运动状态的电子，以下说法正确的 A．若将该原子的电子排布式写成 1s22s22p63s23p3p，它违背了泡利原理 B．原子中所有的电子占有 3 个能级，9 个轨道 C．该元素的最高价氧化物的水化物为两性氢氧化物 D．基态原子中能量最高的电子的电子云的形状为哑铃形 【答案】D 【解析】某核素核外共有15个不同运动状态的电子，则该原子为P原子，其基态原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p3；A．若将该原子的电子排布式写成 1s22s22p63s23p3p，它违背了洪特规则，A错误；B．该原子中所有原子占有1s、2s、2p、3s、3p共5个能级，9个轨道，B错误；C．该元素的最高价氧化物的水化物H3PO4为中强酸，C错误；D．基态原子中能量最高的电子处于3p能级，p电子云的形状都为哑铃形，D正确；答案选D。 2．（24-25高二下·福建宁德·月考）n、l、m确定后，仍不能确定该量子数组合所描述的原子轨道的 A．数目 B．形状 C．能量 D．所填充的电子数目 【答案】D 【解析】电子在原子中的运动状态，可n，l，m，ms四个量子数来描述。主量子数n是用来描述原子中电子出现几率最大区域离核的远近，或者说它是决定电子层数的；副量子数l又称角量子数，副量子数l的一个重要物理意义是表示原子轨道（或电子云）的形状；磁量子数m决定原子轨道（或电子云）在空间的伸展方向；自旋量子ms表示电子的自旋运动；故答案选D。 3．（24-25高二下·陕西安康·期中）某基态原子最高能级上电子排布式为、、。下列关于该电子排布的说法不正确的是 A．三个电子具有的能量不同 B．三个电子的电子云形状相同 C．该元素最高正价为+5 D．该原子最高能层上电子的空间运动状态有4种 【答案】A 【解析】A．同一能级（4p）中的三个p轨道（px、py、pz）属于简并轨道，能量相同，因此三个电子的能量相同，A错误；B．p轨道的电子云形状均为哑铃形，仅空间取向不同，因此电子云形状相同，B正确；C．最高能级为4p3，对应价电子结构为ns2np3，属于VA族，最高正价为+5，C正确；D．第四能层包含4s（1个轨道）和4p（3个轨道），总共有4种空间运动状态，D正确；故选A。 4．（24-25高二下·安徽蚌埠·期中）下列有关的相关说法错误的是 A．电子云轮廓图的形状相同 B．电子能量不同 C．电子云空间伸展方向不同 D．这两个轨道若填满电子，则M能层上至少有7个电子 【答案】B 【解析】A．、都属于p轨道，p轨道电子云轮廓图形状均为哑铃形，故A正确；B．、处于同一能级，同一能级电子能量相同，故B错误；C．沿x轴方向伸展，沿y轴方向伸展，电子云空间伸展方向不同，故C正确；D．和填满时，每个轨道容纳2个电子，至少有1个，共5个，加上3s的2个，M能层总电子数为7，故D正确；故选B。 5．（24-25高二上·河北沧州·阶段练习）下列有关原子核外电子排布的说法，正确的是 A．外围电子排布不同的两种氮原子：①  ②，能量 B．基态硒原子的外围电子排布式为 C．同一原子中，2p、3p、4p能级的轨道数目依次增多 D．基态铍原子的最外层电子云轮廓图为 【答案】A 【解析】A．②中的电子排布为N原子的基态，较稳定，能量低，因此能量，A正确；B．基态硒原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p4，外围电子排布式应为4s24p4，B不正确；C．同一原子中，2p、3p、4p能级的轨道数目相同，均为3，C不正确；D．铍为4号元素，基态铍原子的最外层电子排布式为2s2，最外层电子云轮廓图为球形，D不正确；故选A。 6．（24-25高二下·陕西西安·期中）下列有关“核外电子的运动状态”的说法错误的是 A．各原子轨道的伸展方向按p、d、f的顺序分别为3、5、7 B．只有在能层、原子轨道、原子轨道的伸展方向及电子的自旋状态都确定时，电子的运动状态才能被确定下来 C．原子核外可能有两个电子的运动状态是完全相同的 D．原子轨道伸展方向与能量大小无关 【答案】C 【解析】A．各原子轨道的伸展方向按p、d、f的顺序分别为3、5、7，s轨道是球形的，A正确；B．电子的运动状态由能层、能级即原子轨道、原子轨道即电子云的伸展方向以及电子的自旋状态决定，所以在能层、能级、电子云的伸展方向、以及电子的自旋状态确定时，电子的运动状态才能确定下来，B正确；C．每个原子轨道最多容纳两个电子，而且电子的自旋方向相反，所以原子核外不可能有两个电子的运动状态是完全相同的，C错误；D．同一原子轨道中电子的能量相同，则原子轨道伸展方向与能量大小是无关的，如2p轨道有三种伸展方向，2px、2py、2pz，它们的伸展方向不同，但是能量大小相同，D正确；故答案为：C。 7.回答下列问题： (1)基态硫原子价层电子排布式为 ；其核外有 个运动状态不同的电子；其最外层有 个未成对电子。 (2)第四周期基态原子中未成对电子数最多的元素是 。 (3)处于一定空间状态的电子在原子核外出现的概率密度分布可用 形象地描述。在基态原子中核外存在 个不同运动状态的电子。 【答案】(1)3s23p4 16 2(2)铬或Cr (3)电子云；6 【解析】（1）S为16号元素，位于周期表中第三周期第ⅥA族，价层电子排布式为3s23p4，硫原子的核电荷数为16，其原子核外有16种运动状态不同的电子，最外层为6个电子，所以有2个未成对电子； (2)第四周期元素中，外围电子排布为ndxnsy，且能级处于半满稳定状态时，含有的未成对电子数最多，即外围电子排布为3d54s1，此元素为铬. (3)电子在原子核外出现的概率密度分布像一团云雾，因而形象地称为电子云，在同一原子内部不存在运动状态完全相同的电子，故原子核外有6个不同运动状态的电子。 8．（24-25高二上·上海·月考）Ti的简化电子排布式为 ，基态钛原子核外电子有 种空间运动状态。 【答案】[Ar]3d24s2 12 【解析】Ti为22号元素，简化电子排布式为[Ar]3d24s2；基态钛原子核外电子占据1s、2s、三个2p轨道、3s、三个3p、2个3d轨道、4s，共12种空间运动状态。 9．（24-25高二下·全国·月考）回答下列问题： (1)某元素的原子序数为29，试回答： ①该基态原子的价电子排布式是 ，核外电子有 个能级，有 个未成对电子。 ②它属于第 周期 族。 (2)元素金(Au)处于周期表中的第6周期，与Cu同族，Au原子最外层电子排布式为 。 (3)某元素原子的电子排布式为[Ar]3d104s24p1，该元素处于元素周期表的第 周期 族。 【答案】(1)①3d104s1 7 1 ②4 ⅠB (2)6s1 (3) 4 ⅢA 【解析】（1）根据核外电子排布规律，该元素原子的核外电子排布式应为1s22s22p63s23p63d104s1，价电子排布式为3d104s1，所以有1个未成对电子，有7个能级。有四个电子层，所以为第4周期元素，价电子排布式为3d104s1，所以在ⅠB族。 （2）Cu原子核外有29个电子，其核外电子排布式为[Ar]3d104s1，Au与Cu同族，则Au原子的最外层电子排布式为6s1。 （3）该元素为主族元素，根据电子层数＝周期序数，主族序数＝原子最外层电子数，该元素位于第4周期ⅢA族。 10.回答下列问题： (1)卤族元素基态原子核外未成对电子数为 。 (2)基态Cr原子和Fe原子核外未成对电子数之比为 。 (3)第四周期主族元素基态原子中，和Cu3+未成对电子数相同的元素有 种。 【答案】(1)1(2)3:2 (3)2 【解析】（1）卤族元素原子的价电子排布式为ns2np5，p轨道有3个轨道，根据洪特规则，np轨道中5个电子填充为，故未成对电子数为1。 （2）Cr为24号元素，价电子排布式为，未成对电子数为6，Fe为26号元素，价电子排布式为，未成对电子数为4，所以比值为； (3)的价电子排布式为,有2个未成对电子，第四周期主族元素基态原子中有2个未成对电子的元素有Ge：、Se：，共2种。 【强化训练】 1．（24-25高二下·福建南平·月考）关于四个量子数的下列说法中，不正确的是 A．电子的自旋磁量子数是，若在某一个轨道中有两个电子，则总自旋磁量子数是0 B．2p和3p能级均含3个原子轨道 C．角量子数l为2时，m的取值有5个 D．在没有外磁场存在的多电子原子中，电子的能量决定于主量子数n和角量子数l 【答案】A 【解析】A．电子的自旋磁量子数ms，用来描述一个电子的自旋状态，只有+和-两种取值，两个电子的自旋量子数不能相加，即自旋磁量子数只用于描述电子自旋状态，不能相加，故A错误；B．原子轨道数目只和角量子数l有关，只要是p能级，就含3个原子轨道，故B正确；C．角量子数l为2时，m可取值0、+1、-1、+2、-2这5个值，故C正确；D．在没有外磁场存在的多电子原子中，主量子数n和角量子数l共同决定电子的能量，故D正确；本题答案A。 2．（23-24高二上·广东东莞·期末）人类对核外电子运动的认知不断进步。下列说法正确的是 A．电子在线性轨道上绕核运行 B．p能级的能量一定比s能级的能量低 C．2px、2py、2pz轨道相互平行、能量相等 D．基态Li原子最外层电子的电子云轮廓图的形状为球形 【答案】D 【解析】A．电子在原子核外一定的空间内绕核运动，还有自旋运动，不能准确测定位置和速度，A错误；B．p能级的能量不一定比s能级的能量低，如2p的能量大于1s，B错误；C．2px、2py、2pz轨道相互垂直、能量相等，C错误；D．基态Li原子电子排布1s22s1，最外层电子的电子云轮廓图的形状为球形，D正确；故选D。 3．（23-24高二下·安徽芜湖·期末）按照量子力学对原子核外电子运动的描述，下列说法正确的是 A．下列能级的能量 B．核外电子运动存在固定轨迹的轨道 C．电子云图中的小黑点密表示该核外空间的电子多 D．在一个原子中，不可能出现运动状态完全相同的两个电子 【答案】D 【解析】A．同一原子中，形状相同的原子轨道能层越低，能量越低，所以能级的能量高低：1s<2s<3s<4s，A项错误；B．核外电子运动只是在某个区域出现的概率大些，不是围绕原子核在固定的轨道上运动，B项错误；C．电子云图中的小黑点密表示电子出现机会的多，不表示在该核外空间的电子数多，C项错误；D．电子运动状态取决于：电子层、原子轨道、能级、原子轨道伸展方向及电子的自旋状态， 故在一个原子中，不可能出现运动状态完全相同的两个电子，D项正确；答案选D。 4．（23-24高二下·四川内江·月考）下列说法不正确的是 A．氧原子的核外电子有8种运动状态 B．与轨道形状相同，能量不同 C．于轨道形状相同，能量不同 D．杂化的四个杂化轨道成分相同，能量也相同 【答案】B 【解析】A．氧原子含有8个电子，氧原子的核外电子有8种运动状态，A正确；B．与轨道形状相同，能量也相同，B错误；C．于轨道形状相同，的能量高于，C正确；D．杂化的四个杂化轨道成分相同，能量也相同，D正确；故选B。 5.（24-25高二下·福建泉州·期末）日光灯中用到的某种荧光粉的主要成分为。已知：和为原子序数依次增大的前20号元素，为金属元素。基态原子轨道上的电子数和轨道上的电子数相等，基态、、原子的未成对电子数之比为2：1：3。下列说法正确的是 A．电负性： B．和的单质都能与水反应生成气体 C．原子半径： D．的最高价氧化物对应的水化物具有强氧化性 【答案】B 【分析】原子轨道上的电子数和轨道上的电子数相等，可以推测X为O元素或Mg元素；由荧光粉的结构可知，X形成的是酸根，因此X为O元素；基态X原子中未成对电子数为2，因此Y的未成对电子数为1，又因X、Y、Z、W的原子序数依次增大，故Y可能为F元素、Na元素、Al元素、Cl元素；因题目中给出W为金属元素且荧光粉的结构中Y与W化合，故Y为F元素或Cl元素；Z原子的未成对电子数为3，又因其原子序大于Y，故Y应为F元素、Z应为P元素；从荧光粉的结构式可以看出W为某+2价元素，故其为Ca元素；综上所述，X、Y、Z、W四种元素分别为O、F、P、Ca。 【解析】A．同一周期从左到右电负性依次增大，同一主族从上到下电负性依次减小，则电负性：F＞O＞P＞Ca，A错误；B．与水反应生成和HF气体，Ca与水反应生成氢氧化钙和，均产生气体，B正确；C．同一周期原子半径从左到右依次减小，同一主族原子半径从上到下依次增大，则原子半径：F＜O＜P＜Ca，C错误；D．Z为P，其最高价氧化物对应水化物为，无强氧化性，D错误；故选B。 6.（2025·江苏盐城·三模）短周期主族元素X、Y、Z、W的原子序数依次增大，其中Y是金属元素。X原子中有6个运动状态完全不同的电子，X、Y、Z原子最外层电子数之和等于13。下列叙述正确的是 A．元素Z在周期表中位于第3周期ⅣA族 B．Y的第一电离能在同周期金属元素中最大 C．X的最高价氧化物对应水化物的酸性比W的弱 D．元素X与元素Z的组成单质晶体类型一定相同 【答案】C 【解析】根据题意，X原子中有6个运动状态完全不同的电子，推测X为C；短周期主族元素X、Y、Z、W的原子序数依次增大，其中Y是金属元素，X、Y、Z原子最外层电子数之和等于13，Y、Z的最外层电子数之和为13-4=9，则Y为Al，Z为S，W为Cl。 A．元素Z为硫（S），位于第三周期ⅥA族，A错误；B．Y为铝（Al），同周期金属中镁（Mg）的第一电离能更大，因Mg的第一电离能失去的是能量较低的3s轨道上的电子，而Al的第一电离能失去的是能量较高的3p轨道上的电子，B错误；C．X（碳）的最高价氧化物对应水化物为碳酸（H2CO3），W（氯）的最高价氧化物对应水化物为高氯酸（HClO4），HClO4酸性强于H2CO3，C正确；D．X的单质如金刚石为共价晶体、石墨为混合型晶体，而Z的单质硫（S8）为分子晶体，晶体类型不同，D错误；故答案选C。 7．（2025·云南·模拟预测）是大规模储能和动力电池的潜在候选材料。已知是原子序数逐渐增大的前四周期元素，的能级电子总数与能级电子总数相等，与同周期且相邻，是短周期中原子半径最大的主族元素，基态原子未成对电子数为3，基态原子价层电子排布式为。下列说法正确的是 A．电负性：Y>X>M B．第一电离能： C．简单离子半径： D．最高价氧化物对应的水化物酸性：Y>M 【答案】A 【解析】原子在短周期元素原子中半径最大，则为元素；的能级电子总数与能级电子总数相等，可能为元素或元素，由于的原子序数小于元素，故为元素，则为元素；基态原子价层电子排布式为，则，为元素；基态原子未成对电子数为3且原子序数大于小于，则为元素。 A．电负性：，A正确；B．第一电离能：，B错误；C．电子层为3，电子层数为2，故半径大于，C错误；D．无最高价氧化物对应的水化物，D错误。故选A。 8．（25-26高三上·天津西青·月考）下列说法正确的是 A．基态Cr原子的价层电子排布式是 B．基态原子的电子空间运动状态数相同 C．基态的电子占据的最高能级共有3个原子轨道 D．基态S原子有4个未成对电子 【答案】C 【解析】A．基态Cr原子的价层电子排布式应为，因半充满的d轨道更稳定，而非，A错误；B．电子空间运动状态数由占据的原子轨道数决定。C的电子占据1s、2s和2p中的两个轨道（共4个），而N和O的电子占据1s、2s和全部3个2p轨道（共5个），因此三者数目不同，B错误；C．基态的电子排布为，最高能级为3p，p能级有3个原子轨道，C正确；D．基态S原子的价电子排布为，其中两个p轨道各有一个未成对电子，另一个轨道为成对电子，未成对电子数为2，而非4，D错误；答案选C。 9．（23-24高二下·安徽蚌埠·月考）按要求填空： (1)基态K原子中，核外电子占据最高能层的符号是 ，有 种空间运动状态。 (2)Fe成为阳离子时首先失去 轨道电子，Sm的价层电子排布式为，价层电子排布式为 。 (3)某元素基态+3价离子的3d轨道为半充满，该元素符号为 ，其基态原子的核外电子排布式为 。 【答案】(1)N 10 (2)4s (3)Fe 1s22s22p63s23p63d64s2 【解析】（1）基态K原子中，核外电子占据最高能层为第4层的符号是N，核外电子占据1s、2s、2p、3s、3p、4s轨道，有1+1+3+1+3+1=10种空间运动状态的电子； （2）金属原子变为阳离子，首先失去最外层电子，故Fe优先失去4s轨道上的电子，Sm的价层电子排布式为，是Sm失去三个电子形成的其价层电子排布式为； （3）某元素基态+3价离子的3d轨道为半充满，则该3价离子的价电子为3d5，基态原子价电子为3d64s2，是Fe，其基态原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2。 10.（24-55高二下·福建·期中）（1）写出砷的元素符号 ，原子中所有电子占有 个轨道，核外共有 个不同运动状态的电子。 （2）写出Ni的元素名称 ，该元素在周期表的位置为第 周期，第 族。 （3）第三电子层上有 个能级，作为内层最多可容纳 个电子，作为最外层时，最多可含有 个未成对电子。 【答案】（1）As 18 33 （2）镍 4 Ⅷ （3）3 18 3 【解析】（1）砷的元素符号为As，是第33号元素，核外有33个不同运动状态的电子，其核外电子排布为：1S22S22P63S23P64S23d104S24P3，即有18个轨道，故答案为As；18；33； （2）镍的元素符号位Ni，在周期表中的第4周期，第Ⅷ族，故答案为镍；4；Ⅷ； （3）第三电子层上有S、P、d三个不同的能级，由于每个电子层最多容纳2n2个电子，故当第三层作为内层时，最多可容纳18个电子，作为最外层时，当3P轨道仅填充3电子时未成对电子最多，有3个未成对电子，故答案为3；18；3 / 学科网（北京）股份有限公司 $