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） 化学鲁科版选择性必修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.理解原子核外电子运动的量子化特征，掌握能层、能级、轨道、自旋状态的含义及关系，明确电子运动状态的描述方法（重点）。 2.熟练应用泡利不相容原理、洪特规则，规范书写常见元素（1-36 号）的电子排布式和轨道表示式（难点）。 3.能根据电子排布式或轨道表示式，快速判断原子、离子的未成对电子数，提升分析推理能力（重点）。 一、量子力学对原子核外电子运动状态的描述 1．电子层、能级、原子轨道 电子层（能层） 亚层（能级） 原子轨道 内容 描述电子在原子核外运动的 “区域层次”，用主量子数 n 表示，对应 K、L、M、N 等符号 同一电子层内，电子运动状态的 “细分能级”，用角量子数 l 表示，对应 s、p、d、f 等符号 亚层内电子运动的 “空间伸展方向”，用磁量子数 m 表示，是电子运动的具体空间轨迹 核心区别 ①决定电子运动的 “宏观区域”，n 越大，电子离核越远②主要影响电子的总能量水平 ①决定同一电子层内电子的 “能量差异”，l 越大，亚层能量越高 ② 决定电子云的形状（s 球形、p 哑铃形等） ①决定电子云在空间的 “伸展方向”（如 p 亚层有 x、y、z 三个方向）②同一亚层内各轨道能量相等（简并轨道） 内在联系 ①包含关系：1 个电子层包含 n 个亚层（如 n=2 含 s、p 2 个亚层） ② 能量关联：电子层 n 是亚层能量的基础，同亚层随 n 增大能量升高（如 2s＜3s） ① 包含关系：1 个亚层包含 2l+1 个轨道（如 p 亚层 l=1，含 3 个轨道） ②量关联：同一电子层内，亚层能量决定轨道能量（如 3p 轨道能量高于 3s 轨道） ①归属关系：轨道隶属于特定亚层和电子层（如 3d 轨道属于 ② 填充规则：电子优先填充能量低的轨道，遵循泡利不相容原理和洪特规则 2.描述电子运动的四大量子数 量子数名称 符号 核心含义 取值规则 主要作用 主量子数 n 描述电子所处能层（电子层） 正整数（1、2、3…，对应 K、L、M… 层） 决定电子运动的能层和主要能量 角量子数 l 描述能层内的能级（亚层） 0≤l≤n-1（取值为 0、1、2…n-1，对应 s、p、d、f… 能级） 决定能级类型，影响电子能量；与 n 共同确定轨道形状 磁量子数 m 描述能级内的原子轨道 -l≤m≤l（取值为 0、±1、±2…±l） 决定轨道在空间的伸展方向，同一能级的轨道数为 2l+1 自旋量子数 ms 描述电子的自旋状态 仅取 + 1/2 或 - 1/2（对应两种相反自旋方向） 区分同一轨道上的两个电子，体现泡利不相容原理 3.电子运动状态和电子空间运动状态 电子运动状态 电子空间运动状态 定义 描述电子在原子核外的完整运动特征，包含空间运动和自旋运动，是电子的 “唯一标识” 描述电子在原子核外的空间轨迹特征，仅反映电子的空间分布，不涉及自旋 核心要素 需同时满足四大量子数：主量子数（n）、角量子数（l）、磁量子数（m）、自旋量子数（ms） 仅需前三大量子数：主量子数（n）、角量子数（l）、磁量子数（m），对应 1 个原子轨道 实例分析1 氢原子（1 个电子）：电子运动状态为（n=1，l=0，m=0，ms=+1/2），仅 1 种；若为激发态（n=2），则有（2,0,0,+1/2）和（2,0,0,-1/2）2 种 氢原子基态（n=1）：电子空间运动状态对应 1s 轨道（1,0,0），仅 1 种；激发态（n=2）对应 2s 轨道（2,0,0），仅 1 种 实例分析2 氧原子（8 个电子）：每个电子的量子数组合唯一（如 2p 轨道 3 个电子分占不同 m 值，ms 各为 + 1/2），共 8 种电子运动状态 氧原子电子空间运动状态对应轨道：1s、2s、2px、2py、2pz，共 5 种（即 5 个原子轨道） 关键区别 1 个电子对应 1 种运动状态，与电子总数相等；核心是 “区分不同电子” 1 个原子轨道对应 1 种空间运动状态，与轨道总数相等；核心是 “描述电子的空间位置” 二、核外电子排布规律 1.原子核外电子排布三原理 能量最低原理 原子核外电子尽可能占有能量低的轨道，然后依次进入能量较高的轨道，这样使整个原子处于最低的能量状态。 泡利原理 1个原子轨道里最多容纳2个电子，且自旋方向相反。 洪特规则 电子在能量相同的各个轨道上排布时，电子尽可能分占不同的原子轨道，且自旋方向相同。 特例：若s、p、d轨道上全空(p0、d0、f0)、半满(p3、d5、f7)或全满(p6、d10、f14)，则结构较稳定！ 2.核外电子排布的表示方法的比较 原子(核素)符号 含义 在元素符号的左下方标明质子数、左上方标明质量数的一种图示即为原子符号 实例 O 电子式 含义 化学中常在元素符号周围用“·”或“×”来表示元素原子的最外层电子，相应的式子叫做电子式 实例 原子(离子)结构示意图 含义 将每个能层上的电子总数表示在原子核外的式子 实例 电子排布式 含义 用数字在能级符号右上角标明该能级上排布的电子数，这就是电子排布式 实例 K：1s22s22p63s23p64s1 简化电子 排布式 含义 为了避免电子排布式书写过于繁琐，把内层电子达到稀有气体原子结构的部分以相应稀有气体元素符号外加方括号表示 实例 K：[Ar]4s1 价电子 排布式 含义 主族元素的价层电子指最外层电子，价层电子排布式即最外层电子排布式 实例 Al：3s23p1 电子排 布图 含义 每个方框代表一个原子轨道，每个箭头代表一个电子 实例 Al： 3、 核外电子未成对电子数的判断和规律 1.未成对电子数的判断方法 判断方法 核心步骤 关键要点 实例分析 基于轨道表示式判断 ①写原子、离子的电子排布式； ②按泡利不相容原理、洪特规则画轨道表示式； ③统计单电子轨道数 需体现电子自旋方向，简并轨道电子优先分占且自旋平行 碳原子（1s²2s²2p²）：2p 轨道 3 个，2 个电子分占 2 个轨道→未成对电子数 = 2 基于电子排布式快速判断 ①聚焦价电子层排布； ②忽略全充满轨道（s²、p⁶等）；3. 分析未充满轨道的电子数与轨道数关系 全充满轨道无未成对电子，仅关注未充满轨道（如 d、p 轨道） Fe³⁺（3d⁵）：d 轨道 5 个，电子数 = 轨道数→未成对电子数 = 5；Cu（3d¹⁰4s¹）：3d 全充满，4s 有 1 个电子→未成对电子数 = 1 基于元素周期表规律判断 ①主族元素：根据族序数判断； ②过渡元素：关注 d、f 轨道电子数 主族元素最外层电子数 = 价电子数，过渡元素需结合 d 轨道电子填充规律 主族：ⅠA 族（如 Na）1 个，ⅤA 族（如 N）3 个；过渡元素：Fe（3d⁶4s²）4 个，Co（3d⁷4s²）3 个 2.未成对电子数的核心规律 规律类别 具体内容 示例说明 特殊电子构型规律 ①全充满（s²、p⁶、d¹⁰、f¹⁴）：未成对电子数 = 0； ②半充满（s¹、p³、d⁵、f⁷）：未成对电子数 = 轨道数； ③ 全空（s⁰、p⁰、d⁰、f⁰）：未成对电子数 = 0 全充满：Zn²⁺（3d¹⁰）→0 个；半充满：N（2p³）→3 个，Cr（3d⁵4s¹）→6 个；全空：H⁺→0 个 周期表周期性规律 ①同周期（如第二周期）：未成对电子数 “先增后减”（Li1→Be0→B1→C2→N3→O2→F1→Ne0）； ②同主族（如 ⅤA 族）：未成对电子数相同 同周期：第二周期从 1→0→1→2→3→2→1→0；同主族：N、P、As 均为 3 个 原子与离子差异规律 ①金属阳离子：先失 s 电子再失 d 电子，未成对电子数可能增减； ② 非金属阴离子：得电子填充 p 轨道，未成对电子数减少 金属阳离子：Fe²⁺（3d⁶）4 个→Fe³⁺（3d⁵）5 个（增多）；非金属阴离子：O（2p⁴）2 个→O²⁻（2p⁶）0 个（减少） 题型01 电子运动状态和电子空间运动状态 【典例】新型半导体材料如碳化硅(SiC)、氮化镓(GaN)等在航空航天、国防技术及5G技术等领域扮演着重要的角色。 基态Si原子的核外电子空间运动状态共有 种，其核外电子占据最高能级的电子云轮廓图的形状为 ，基态镓原子的价层电子排布图为 。 【答案】 8 哑铃形 【分析】共价化合物中，电负性大的成键元素对共用电子对的吸引能力较强，故电负性大的元素表现负价；两种金属元素第一电离能小的，其金属性不一定强；一般情况下，金属元素的第一电离能小于非金属元素，则第一电离能最小的X为Mg元素；N原子价层电子排布式为2s22p3，N与O相比，2p轨道处于半充满的稳定结构，故失去第一个电子较难，第一电离能较大，则较大的Z为N元素，Y为O元素。 【详解】 Si原子的核外电子排布为1s22s22p63s23p2，不同轨道的电子空间运动状态不同，Si原子核外电子空间运动状态共有8种；核外电子占据最高能级为3p能级，哑铃形；基态镓原子序数31，价层电子排布式为4s24p1。价层电子排布图为，故答案为：8；哑铃形；； 【变式1】一水合甘氨酸锌是一种配合物，微溶于水，主要用作药物辅料，是锌营养强化剂，比一般的补锌剂、等稳定性和吸收率较好，其结构简式如图： (1)基态Zn原子的核外电子有 种空间运动状态。 【答案】(1) 15 【详解】（1）根据结构简式，基态Zn原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s1，核外电子有15种空间运动状态； 【变式2】钙钛矿太阳能电池在柔性可穿戴电子设备等方面具有独特的优势和巨大的用潜力。钛酸钙晶胞俯视投影图如下： 已知：晶胞中只含有一个钙原子，钙原子与钛原子之间的最近距离为xnm。 回答下列问题：： (1)Al原子核外电子的空间运动状态有 种 【答案】(1)7 【详解】（1）Al的电子排布为1s22s22p63s23p1，Al原子核外电子的空间运动状态有1+1+3+1+1=7种； 题型02 电子运动状态量子数应用 【典例】化学用语、元素周期律等是学习元素及其化合物知识的重要工具。请回答下列问题： (3)原子中运动的电子有两种相反的自旋状态，若一种自旋状态用表示，与之相反的用表示，称为电子的自旋磁量子数。对于基态的磷原子其价电子自旋磁量子数的代数和为 。 (4)N、O、Mg元素的前3级电离能如下表所示：X、Y、Z中为N元素的是 。 元素 /kJ·mol-1 /kJ·mol-1 /kJ·mol-1 X 738 1451 7733 Y 1314 3388 5301 Z 1402 2856 4578 【答案】(3)或 (4)Z 【分析】共价化合物中，电负性大的成键元素对共用电子对的吸引能力较强，故电负性大的元素表现负价；两种金属元素第一电离能小的，其金属性不一定强；一般情况下，金属元素的第一电离能小于非金属元素，则第一电离能最小的X为Mg元素；N原子价层电子排布式为2s22p3，N与O相比，2p轨道处于半充满的稳定结构，故失去第一个电子较难，第一电离能较大，则较大的Z为N元素，Y为O元素。 【详解】（3）原子中运动的电子有两种相反的自旋状态，若一种自旋状态用+表示，与之相反的用-表示，磷原子其价电子排布为3s23p3，3p能级三个轨道上，每个轨道上有1个自旋方向相同的电子，则自旋磁量子数的代数和为或，故答案为：或； （4）一般情况下，金属元素的第一电离能小于非金属元素，则第一电离能最小的X为Mg元素；N原子价层电子排布式为2s22p3，N与O相比，2p轨道处于半充满的稳定结构，故失去第一个电子较难，第一电离能较大，则较大的Z为N元素，Y为O元素，故答案为：Z； 【变式】Zn、V、Cu、In、S和Se等原子是生物医药、太阳能电池等领域的理想荧光材料。回答下列问题： (4)原子中运动的电子有两种相反的自旋状态，若一种自旋状态用+表示，与之相反的用−表示，称为电子的自旋量子数。对于基态Cu原子，其价电子自旋磁量子数的代数和为 。 【答案】 (4)+或− 【详解】（4）对于基态Cu原子价电子排布式为3d104s1，有1个未成对电子，其价电子自旋磁量子数的代数和为+或−。 题型03 核外电子未成对电子数的判断 【典例】 Fe单质及其化合物应用广泛。回答下列问题： (1)在元素周期表中，Fe位于第 周期 族。基态Fe原子与基态离子未成对电子数之比为 。 【答案】(1) 四 VIII 4：5 【详解】（1）Fe为26号元素，位于元素周期表中第四周期VIII族；基态Fe原子电子排布式为[Ar]3d64s2，未成对电子数为4，基态Fe3+电子排布式为[Ar]3d5，未成对电子数为5，故基态Fe原子与基态离子未成对电子数之比为4：5。 【变式】7．我国研制的固体无毒火箭推进剂ADN实现首次空间应用，其结构如图所示。已知X、Y、Z、E、D、R为原子序数依次增大的前四周期元素，其中Z元素为地壳中含量最高的元素，E元素原子的M能层的p能级中有3个未成对电子，D是第三周期原子半径最小的元素，R3+中有5个未成对电子。回答下列问题： (1)Y元素的名称为 ，R的基态原子的价层电子排布式为 ，其基态原子有 种能量不同的电子。 (2)化合物()具有强氧化性，其结构式为 。 (3)和D最简单氢化物稳定性较强的是 （填化学式）。 【答案】(1) 氮 3d64s2 7 (2)H-O-Cl (3)HCl 【分析】Z元素为地壳中含量最高的元素，推出Z为O，E元素原子的M能层的p能级中有3个未成对电子，E的核外电子排布式为1s22s22p63s23p3，推出E为P，D是第三周期原子半径最小的元素，同周期从左向右原子半径依次减小(稀有气体除外)，推出D是Cl，R3+中有5个未成对电子，推出R为Fe，根据结构可知，X形成1个共价键，又因为原子序数依次增大，推出X为H，同理推出Y为N，据此分析； 【详解】（1）根据上述分析，Y为氮元素；R为铁元素，位于第四周期Ⅷ族，价电子排布式为3d64s2，核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2，有7个能级，有7种能量不同的电子； （2）化合物XDZ的化学式为HClO，其结构式为H-O-Cl； （3）同周期从左向右非金属性逐渐增强(稀有气体除外)，非金属性越强，其最简单氢化物稳定性越强，非金属性：Cl＞P，最简单氢化物稳定性：HCl＞PH3； 题型04 电子运动状态和核外电子未成对电子数 【典例】前四周期部分元素在元素周期表中的位置如图所示： 回答下列问题： (1)以上7种元素中，基态原子核外电子的电子云轮廓图只有球形的有 (填元素符号)。 (2)基态X原子有 种能量不同的电子， 种空间运动状态不同的电子。 (3)第一电离能对元素性质的影响较大。已知：两个吸热过程： 2S(晶体)2S(g)，2S(晶体)2S+(g)。 ①基态S元素的第一电离能为 kJ·mol-1。 ②W的第一电离能比X的第一电离能大，原因是 。 (4)T和Y形成的某种化合物中，化合价分别为+4价和-4价，其中显+4价的是 (填元素符号)。 (5)基态Z原子价层电子的轨道表示式为 ；与Mn2+相比，Z2+更易失去一个电子的原因为 。 【答案】(1)H、Li (2) 5 7 (3) 520 Al的第一电离能失去的电子是3p能级的1个电子，而Mg失去的是3s能级上电子，3p能级电子的能量比Mg失去的3s能级电子的高，更容易失去，故第一电离能Mg>Al (4)Si (5) 基态价电子为，易失去1个电子形成半满稳定结构 ，而价电子为处于半满稳定状态，不易失去1个电子 【分析】根据元素在元素周期表中的位置可知，R为H、S为Li、T为C、W为Mg、X为Al、Y为Si、Z为Fe，据此回答。 【详解】（1）s能级电子云轮廓图为球形、p能级电子云轮廓图为哑铃形，原子核外电子的电子云轮廓图只有球形的是电子排布式分别为、的H、Li。 （2）X为Al，基态Al原子有3个能层，有1s、2s、2p、3s、3p共5个能级，不同能级能量不同，即有5种能量不同的电子；不同轨道有不同的空间运动状态，1s、2s、3s能级各1个轨道，2p、3p能级各有3个轨道，3p能级只有1个电子，只占据1个轨道，共有7种空间运动状态不同的电子。 （3）①第一电离能是气态原子失去一个电子转化为气态基态+1价离子所需要的最低能量，根据盖斯定律：2S(g)2S+(g)，S元素即Li的第一电离能应是；②W为Mg、X为Al，Al的第一电离能失去的电子是3p能级的1个电子（失去该电子后3p能级为全空状态），该能级电子的能量比Mg失去的3s能级电子的高，更容易失去，故第一电离能Mg>Al。 （4）T为C、Y为Si，形成化合价分别为+4价和-4价的某种化合物为SiC，其中C的电负性比Si大，二者形成的化合物中C为负价，Si为正价，即显+4价的是Si。 （5） Z为Fe，原子序数为26，价电子排布式为，根据泡利原理、洪特规则，轨道表示式为；基态价电子为，而价电子为处于半满稳定状态，不易失去1个电子，失去1个电子会形成半满稳定结构 。 【变式】含氮化合物种类繁多，有着广泛应用。回答下列问题： (1)氮元素位于元素周期表的 区，其基态原子核外未成对电子数为 。 【答案】(1) p 3 【详解】（1）N是7号元素，其价层电子排布式为2s22p3，位于元素周期表的p区，其基态原子核外未成对电子数为3； 【巩固训练】 1．下列说法中正确的是 A．原子轨道与电子云都是用来描述电子运动状态的 B．在p轨道中电子排布成 而不能排布其最直接的根据是泡利原理 C．如图所示的是Al原子的电子云图像 D．原子核外的M层上的s能级和p能级都填满了电子，而d轨道上尚未排有电子的两种原子，其对应元素一定位于同一周期 【答案】A 【详解】A．原子核外并没有电子云，电子云是电子在核外空间出现概率密度分布的形象化描述，原子轨道和电子云都用来描述电子运动状态而不是表示电子运动轨迹，故A正确； B．当电子排布在同一能级的不同轨道时，基态原子中的电子总是优先单独占据一个轨道，且自旋状态相同，称为洪特规则，故B错误； C．铝原子核外电子排布为1s22s22p63s23p1，原子核外电子有s、p两种不同形状的电子云，未指明是哪种电子的电子云形状，故C错误； D．原子核外M层上的s、p轨道都充满电子，而d轨道上没有电子，符合条件的原子的核外电子排布式有1s22s22p63s23p6为氩原子，1s22s22p63s23p64s1为钾原子，1s22s22p63s23p64s2为钙原子，不一定处于同一周期，故D错误； 故答案为A。 2．（23-24高二上·安徽·期末）以下表示钠原子结构的化学用语中，对电子运动状态描述最详尽的是 A． B． C． D． 【答案】D 【详解】A．图示只能表示原子核外2p能级电子云轮廓图，A项不符合题意； B．原子结构示意图只表示核外的电子分层排布情况，B项不符合题意； C．电子式只能表示最外层电子数，C项不符合题意； D．电子排布图包含了能层、能级、轨道以及轨道内电子的自旋状态，对电子运动状态描述最详尽，D项符合题意； 故选：D。 3．（24-25高二上·山东·阶段练习）下列化学用语不正确的是 A．共含有2个能级的能层符号：L B．中子数为20的氯原子： C．基态镁原子的最高能级的电子云轮廓图： D．的结构示意图： 【答案】C 【详解】A．第二电子层共2个能级，能层符号为L，A正确； B．氯原子质子数为17，中子数为20的氯原子的质量数为37，该原子表示为，B正确； C．基态镁原子核外12个电子，分层排布的的最高能级为，电子云轮廓图为球形，C错误； D．核外有10个电子，的结构示意图为，D正确； 故答案为：C。 4．（24-25高二下·安徽合肥·期末）下列关于原子结构或元素性质的说法正确的是 A．电子云图中的每个点都表示一个电子 B．激光、焰火都与核外电子跃迁吸收光能有关 C．电子由3s能级跃迁至3p能级时，可以用光谱仪摄取其吸收光谱 D．根据对角线规则，Mg和B的化学性质相似 【答案】C 【详解】A．电子云图中的点表示电子出现的概率密度，并非每个点代表一个电子，A错误； B．激光、焰火发光都是电子从高能级跃迁到低能级释放能量有关，并非吸收光能，B错误； C．电子从3s跃迁至3p需吸收能量，形成吸收光谱，可用光谱仪检测，C正确； D．对角线规则中，Mg对应Li而非B，Mg与B化学性质不相似，D错误； 故答案选C。 5．下列有关电子层和能级的有关叙述中正确的是 A．M电子层有s、p共2个能级，最多能容纳8个电子 B．3d能级最多容纳10个电子，4f能级最多容纳16个电子 C．无论哪一电子层的s能级最多容纳的电子数均为2 D．任何电子层都有s、p能级，但不一定有d能级 【答案】C 【详解】A．M电子层包含3s、3p、3d三个能级，最多容纳2+6+10=18个电子，A错误； B．3d能级最多容纳10个电子正确，但4f能级最多容纳14个电子，B错误； C．s能级无论处于哪一电子层（如1s、2s、3s等），最多均容纳2个电子，C正确； D．K电子层（第一层）只有s能级，没有p能级，因此“任何电子层都有s、p能级”的说法错误，D错误； 故选C。 6．（24-25高二下·云南丽江·期末）下列有关化学用语的表述不正确的是 A．基态原子的价层电子排布式为： B．镁原子由时，会释放能量 C．基态硼原子最高能级电子的电子云轮廓图为： D．基态碳原子的核外电子轨道表示式为： 【答案】A 【详解】A．是号元素，处于周期表中第四周期第族，价电子排布式为，A错误； B．基态的电子排布式为，能量处于最低状态，为激发态，当镁原子由时，由激发态变为基态，释放能量，B正确； C．基态硼原子最高能级电子排布式为能级的电子云图为哑铃形，C正确； D．基态碳原子核外电子排布式为：，其核外电子轨道表示式为，D正确； 故答案选A。 7．（24-25高二下·四川雅安·期末）下列化学用语表达正确的是 A．1-丙醇的结构简式：CH3CH(OH)CH3 B．基态铬原子价层电子排布式：3d54s1 C．羟基的电子式： D．基态镁原子最外层电子的电子云轮廓图： 【答案】B 【详解】A．结构简式为2-丙醇，1-丙醇的结构简式应该为：CH3CH2CH2OH，A错误； B．Cr是24号元素，根据构造原理，可知基态铬原子价层电子排布式：3d54s1，B正确； C．O原子最外层有6个电子，其中有2个成单电子，当一个成单电子与H原子的1s电子形成共价键时，就得到羟基，故羟基—OH的电子式为：，C错误； D．Mg是12号元素，根据构造原理，可知其价层电子排布式是3s2，故Mg原子最外层2个电子是2个3s电子，其电子云是球形对称的，而不是2个3p电子，D错误； 故合理选项是B。 8．（24-25高二下·贵州黔西·期末）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。 9．填空： (1)符号所代表的含义是________（填字母）。 A．轨道上有3个电子 B．第3个电子层轨道有三个伸展方向 C．电子云有3个伸展方向 D．第3电子层相对于x轴对称的p轨道 (2)基态铝原子核外电子云有 种不同的伸展方向，共有 种不同能级的电子，有 种不同运动状态的电子。 (3)核外电子的运动状态有 种。 (4)对于排布在2s轨道上的电子，不能确定的是 （填字母）。 a.电子所在的电子层    b.电子的自旋状态    c.电子云的形状    d.电子云的伸展方向 【答案】(1)D (2) 4 5 13 (3)10 (4)b 【详解】（1）中，3表示第3电子层，p原子轨道在空间的分布分别沿三个方向，表示相对于轴对称的p轨道，故选D； （2）s轨道只有1个伸展方向、p轨道有3个伸展方向，Al核外电子排布式为，涉及轨道和轨道，因此其核外电子云（轨道）的伸展方向有4种；共有5种不同能级的电子；核外13个电子的运动状态各不相同，因此核外有13种不同运动状态的电子； （3）核外有10个电子，核外有几个电子就有几种运动状态，则核外有10种不同运动状态的电子； （4）排布在2s轨道上的电子，在第2电子层的s轨道上，s能级的电子云形状为球形，不能确定电子的自旋状态，故选b。 10．Goodenough等人因在锂离子电池及钴酸锂、磷酸铁锂等正极材料研究方面的卓越贡献而获得2019年诺贝尔化学奖。完成下列填空： (1)下列描述的Li原子核外电子运动状态中，能量最高的是_______(填字母)。 A． B． C． D． (2)基态铁原子的价层电子排布式为 ，基态与中未成对的电子数之比为 。 (3)三种元素的电负性由大到小的顺序是 。 (4)氢化锂是由两种单核离子构成的离子化合物。组成的两种元素的电负性： (填“>”或“<”)。判断LiH中两种离子半径的大小，并从原子结构的角度解释原因 。 【答案】(1)C (2) 3d64s2 4:5 (3)O＞P＞Li (4) ＜ Li+与H-电子层结构相同，核电荷数Li+(3)>H-(1)，Li+对核外电子吸引更强，半径更小即Li+＜H- 【详解】（1）已知电子的能量：1s<2s<2p，C选项中电子占据2s、2p轨道，能量最高，故答案为：C； （2）已知Fe是26号元素，则基态铁原子电子排布式[Ar]3d64s2，价电子排布式3d64s2；基态Fe2+电子排布式[Ar]3d6，未成对电子数4；基态Fe3+电子排布式[Ar]3d5，未成对电子数5，比值4:5，故答案为：3d64s2；4:5； （3）同周期从左到右电负性增大，同主族从上到下电负性减小，且非金属的电负性大于金属的，故O电负性大于P，P大于Li，三种元素的电负性由大到小的顺序是O＞P＞Li，故答案为：O＞P＞Li； （4）Li金属性强，电负性小于H；Li+与H-电子层结构相同，核电荷数Li+(3)>H-(1)，Li+对核外电子吸引更强，半径更小，故答案为：＜；Li+与H-电子层结构相同，核电荷数Li+(3)>H-(1)，Li+对核外电子吸引更强，半径更小即Li+＜H-。 【强化训练】 1．（2024·湖北·高考真题）主族元素W、X、Y、Z原子序数依次增大，X、Y的价电子数相等，Z的价电子所在能层有16个轨道，4种元素形成的化合物如图。下列说法正确的是 A．电负性： B．酸性： C．基态原子的未成对电子数： D．氧化物溶于水所得溶液的 【答案】D 【分析】主族元素W、X、Y、Z原子序数依次增大，X、Y的价电子数相等，Z的价电子所在能层有16个轨道，则Z个有4个能层。根据这4种元素形成的化合物的结构可以推断，W、X、Y、Z分别为H、O、S、K。 【详解】A．W和Y可以形成，其中S显-2价，因此，电负性S>H，A不正确； B．是中强酸，而是强酸，因此，在相同条件下，后者的酸性较强，B不正确； C．H只有1个电子，O的2p轨道上有4个电子，O有2个未成对电子，因此，基态原子的未成对电子数 O>H，C不正确； D．K的氧化物溶于水且与水反应生成强碱，S的氧化物溶于水且与水反应生成或，因此，氧化物溶于水所得溶液的pH的大小关系为 K>S，D正确； 综上所述，本题选D。 2．（2023·湖南·高考真题）日光灯中用到的某种荧光粉的主要成分为3W3(ZX4)2·WY2。已知：X、Y、Z和W为原子序数依次增大的前20号元素，W为金属元素。基态X原子s轨道上的电子数和p轨道上的电子数相等，基态X、Y、Z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：X>Y>Z>W B．原子半径：X<Y<Z<W C．Y和W的单质都能与水反应生成气体 D．Z元素最高价氧化物对应的水化物具有强氧化性 【答案】C 【分析】根据题中所给的信息，基态X原子s轨道上的电子式与p轨道上的电子式相同，可以推测X为O元素或Mg元素，由荧光粉的结构可知，X主要形成的是酸根，因此X为O元素；基态X原子中未成键电子数为2，因此Y的未成键电子数为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原子的未成键电子数为3，又因其原子序大于Y，故Y应为F元素、Z其应为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，据此答题。 【详解】A．电负性用来描述不同元素的原子对键合电子吸引力的大小，根据其规律，同一周期从左到右依次增大，同一主族从上到下依次减小，故四种原子的电负性大小为：Y>X>Z>W，A错误； B．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，故四种原子的原子半径大小为：Y<X<Z<W，B错误； C．F2与水反应生成HF气体和O2，Ca与水反应生成氢氧化钙和氢气，二者均可以生成气体，C正确； D．Z元素的最高价氧化物对应的水化物为H3PO4，没有强氧化性，D错误； 故答案选C。 3．（24-25高二下·重庆·期末）铁蛋白含C、H、O、N、P、S、Fe等元素，下列说法正确的是 A．原子半径： B．第一电离能： C．的基态价电子轨道表示式为 D．基态原子有15种不同空间运动状态的电子 【答案】B 【详解】A．同周期中原子半径随原子序数增大而减小，则C＞O；第三周期的S原子半径大于第二周期的O和C，则原子半径：r(S)＞r(C)＞r(O)，A错误； B．N的2p轨道为半充满结构，第一电离能大于O；O和S同主族，S原子半径更大，则第一电离能更小，因此第一电离能：，B正确； C．的基态价电子排布式为，价电子轨道表示式为，C错误； D．基态P原子电子排布式为，则有9种不同空间运动状态的电子，D错误； 答案选B。 4．（24-25高二下·海南·期末）下列有关化学用语表述错误的是 A．的结构示意图： B．的电子式： C．基态钠原子最外层电子云轮廓图： D．基态原子价层电子轨道表示式： 【答案】A 【详解】 A．Ca为第20号元素，Ca原子失去2个电子后形成，的结构示意图为，A项错误； B．是离子化合物，由和构成，则其电子式为，B项正确； C．Na为第11号元素，基态钠原子的最外层电子排布式为，电子云轮廓图为球形，C项正确； D．Cr为第24号元素，基态铬原子价层电子排布式为，有6个未成对电子，所给基态原子的价层电子轨道表示式无误，D项正确； 故选A。 5．（24-25高二上·海南·期末）基本概念和理论是化学思维的基石。下列叙述错误的是 A．电子只能出现在电子云轮廓图范围内 B．元素性质随着原子序数递增而呈周期性变化的规律称为元素周期律 C．泡利原理认为一个原子轨道内最多只能容纳两个自旋相反的电子 D．利用电负性数据可以判断元素金属性与非金属性强弱 【答案】A 【详解】A．绝大多数电子出现在电子云轮廓图范围内，还有少数电子出现在电子云轮廓图范围之外，A错误； B．元素周期律内容为：元素性质随着原子序数递增而呈周期性变化，B正确； C．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，C正确； D．一般情况下，元素的非金属性越大，电负性越大，金属性越大，电负性越小，利用电负性数据可以判断元素金属性与非金属性强弱，D正确； 答案选A。 6．（24-25高二下·湖北武汉·期中）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。 7．（24-25高二下·甘肃酒泉·期中）国产大飞机C919上用到较多的镁铝合金。下列叙述正确的是 A．Al原子的结构示意图为 B．基态中能量最高的电子云轮廓图为球形 C．镁位于元素周期表的s区 D．基态Al原子的价层电子排布式为 【答案】C 【详解】 A．铝原子核外有3个电子层，Al原子的结构示意图应为，A错误； B．基态中能量最高的电子为2p电子，电子云轮廓图为哑铃形，B错误； C．镁是12号元素，位于元素周期表的s区，C正确； D．铝是13号元素，基态Al原子的价层电子排布式应为，D错误； 故选C。 8．（24-25高二下·安徽阜阳·期末）X、Y、Z、W、M是原子序数依次增大的短周期元素，X的核外电子总数与其电子层数相同；Z和M同主族，W的原子序数为Y原子价电子数的3倍；由上述元素中的四种组成的两种化合物常用于合成阻燃材料，其结构简式如图所示。下列有关说法正确的是 A．简单离子半径：X<Z<Y<W<M B．同周期元素中，第一电离能介于Y和Z之间的元素有1种 C．基态Z原子核外电子的运动状态为5种 D．基态M原子，电子占据最高能级的电子云轮廓图为哑铃形 【答案】D 【分析】X 的核外电子总数与其电子层数相同，且X的原子序数最小，则X为H，Z和M同主族，阻燃材料结构中Z、M均形成1条共价键，则Z为F，M为Cl，Y形成3条键，W形成5条键，且W的原子序数为Y原子价电子数的3倍，则Y为N，W为P。 【详解】A．电子层数越多，半径越大，核外电子排布相同时，核电荷数越大，半径越小，简单离子半径：，即，A错误； B．同周期从左到右元素的第一电离能呈增大趋势，因为N的2p轨道半满，N的第一电离能大于O，因此没有元素第一电离能介于Y（N）和Z（F）之间，B错误； C．基态Z原子（F）核外有9个电子，核外电子的运动状态为9种，C错误； D．基态M原子（Cl）价电子排布式为，电子占据的最高能级为3p，电子云轮廓图为哑铃形，D正确； 故答案选D。 9．（24-25高二上·江苏南京·期末）X、Y、Z、W、R是原子序数小于36的五种元素，且原子序数依次增大。X的最高正价与最低负价代数和为2，基态Y原子核外2p能级上成对电子数与未成对电子数相同，Z与Y位于同一主族，W的未成对电子数第四周期元素中最多，基态R+核外K、L、M层电子全部充满。 (1)X基态原子中电子共填充了 个原子轨道，能量最高电子所在能级的电子云轮廓图为 形。 (2)Y基态原子的价层电子的轨道表示式为 。 (3)基态Z原子核外存在 种运动状态不同的电子。 (4)R元素在周期表中位置 (周期和族)，属于 区。 (5)X、Y、Z三种元素的第一电离能由大到小的顺序是 (用元素符号表示)。 (6)W的基态原子的电子排布式为 。 【答案】(1) 5 哑铃型或纺锤形 (2) (3)16 (4) 第四周期第ⅠB族 ds (5)N>O>S (6)1s22s22p63s23p63d54s1或[Ar] 3d54s1 【分析】X的最高正价与最低负价代数和为2，可知X最高正价为+5，最低负价为-3，为第ⅤA族元素；基态Y原子核外2p能级上成对电子数与未成对电子数相同，则Y的核外电子排布为1s22s22p4，Y为O，则Z为S；结合原子序数大小，X为N；W的未成对电子数第四周期元素中最多，W为Cr；基态R+核外K、L、M层电子全部充满，R为29号元素Cu，据此分析解答。 【详解】（1）X为N，基态核外电子排布式为：1s22s22p3；电子共填充了5个原子轨道；能量最高电子所在能级为2p，电子云轮廓图为哑铃型或纺锤形； （2） Y为O，其基态原子的价层电子的轨道表示式为：； （3）Z为S，核外有16个运动状态不同的电子； （4）R为Cu，位于第四周期第ⅠB族；属于ds区元素； （5）N最外层为半满稳定结构，其第一电离能大于同周期的O；O、S为同主族元素，从上到下第一电离能减小，则第一电离能：N>O>S； （6）W为Cr，其基态原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s1或[Ar] 3d54s1。 10．（23-24高二上·江苏·期末）第四周期过渡元素可与形成多种化合物。方钴矿化合物是典型的热电材料，在环境污染和能源危机日益严重的今天，进行新型热电材料的研究具有很强的现实意义。元素的电离能的数据如下： 元素 717 1509 3248 4940 462.5 1561.9 2957 5290 760.4 1648 3232 4950 (1)基态Co原子的价层电子排布式为 ，气态Mn2+再失去一个电子比气态Fe2+再失去一个电子难，其原因是 。 (2)合成氨工业中，原料气在进入合成塔前需经过铜氨溶液处理，目的是除去其中的CO，其反应为。 ①该反应中涉及的非金属元素中第一电离能最大的是 (填元素符号，下同)，未成对电子数最多的元素是 。   ②Cu+核外有 种运动状态不同的电子。 (3)Sb是第五周期ⅤA族元素，其同族元素可用于研制农药，例如3，5-二氯苯胺是农用杀菌剂的关键中间体，可由如图方法合成。 ①化合物甲中O、N、C、H的电负性由小到大的顺序为 。 ②化合物乙中N原子轨道表示式为 。 ③Sb外围电子排布式为 。 ④基态O2-核外电子云的伸展方向有 种；Cu2+核外有 个能级。 【答案】(1) 3d74s2 Mn2+的价电子排布为3d5半满的稳定结构，再失去一个电子需要的能量高，所以Fe2+再失去一个电子为3d6上不稳定结构的电子，则比Mn2+容易 (2) N N 28 (3) H＜C＜N＜O 5s25p3 5 6 【详解】（1）已知Co是27号元素，其核外电子排布式为：[Ar]3d74s2，则基态Co原子的价层电子排布式为3d74s2，气态Mn2+再失去一个电子比气态Fe2+再失去一个电子难，其原因是Mn2+的价电子排布为3d5半满的稳定结构，再失去一个电子需要的能量高，所以Fe2+再失去一个电子为3d6上不稳定结构的电子，则比Mn2+容易，故答案为：3d74s2；Mn2+的价电子排布为3d5半满的稳定结构，再失去一个电子需要的能量高，所以Fe2+再失去一个电子为3d6上不稳定结构的电子，则比Mn2+容易； （2）①由题干信息可知，该反应中涉及的非金属元素H、C、N、O四种，根据同一周期从左往右元素第一电离能呈增大趋势，ⅡA与ⅢA、ⅤA与ⅥA反常可知，其中第一电离能最大的是N，H、C、N、O四种元素的核外未成对电子数依次为1、2、3、2，则未成对电子数最多的元素是N，故答案为：N；N； ②已知Cu是29号元素，根据鲍利原理可知，Cu+核外有28种运动状态不同的电子，故答案为：28； （3）①根据同一周期从左往右元素电负性依次增强，同一主族从上往下元素电负性依次减小可知，化合物甲中O、N、C、H的电负性由小到大的顺序为H＜C＜N＜O，故答案为：H＜C＜N＜O； ②N原子核外有7个电子，分2层排布，原子的轨道表示式：，故答案为：； ③由题干信息可知，Sb是第五周期ⅤA族元素，则Sb外围电子排布式为5s25p3，故答案为：5s25p3； ④基态O2-核外电子云的伸展方向有1s、2s、2px、2py、2pz等5种；Cu是29号元素，故Cu2+核外电子排布式为：1s22s22p63s23p63d9，则其核外有6个能级，故答案为：5；6。 / 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.理解原子核外电子运动的量子化特征，掌握能层、能级、轨道、自旋状态的含义及关系，明确电子运动状态的描述方法（重点）。 2.熟练应用泡利不相容原理、洪特规则，规范书写常见元素（1-36 号）的电子排布式和轨道表示式（难点）。 3.能根据电子排布式或轨道表示式，快速判断原子、离子的未成对电子数，提升分析推理能力（重点）。 一、量子力学对原子核外电子运动状态的描述 1．电子层、能级、原子轨道 电子层（能层） 亚层（能级） 原子轨道 内容 描述电子在原子核外运动的 “区域层次”，用主量子数 n 表示，对应 K、L、M、N 等符号 同一电子层内，电子运动状态的 “细分能级”，用角量子数 l 表示，对应 s、p、d、f 等符号 亚层内电子运动的 “空间伸展方向”，用磁量子数 m 表示，是电子运动的具体空间轨迹 核心区别 ①决定电子运动的 “宏观区域”，n 越大，电子离核越远②主要影响电子的总能量水平 ①决定同一电子层内电子的 “能量差异”，l 越大，亚层能量越高 ② 决定电子云的形状（s 球形、p 哑铃形等） ①决定电子云在空间的 “伸展方向”（如 p 亚层有 x、y、z 三个方向）②同一亚层内各轨道能量相等（简并轨道） 内在联系 ①包含关系：1 个电子层包含 n 个亚层（如 n=2 含 s、p 2 个亚层） ② 能量关联：电子层 n 是亚层能量的基础，同亚层随 n 增大能量升高（如 2s＜3s） ① 包含关系：1 个亚层包含 2l+1 个轨道（如 p 亚层 l=1，含 3 个轨道） ②量关联：同一电子层内，亚层能量决定轨道能量（如 3p 轨道能量高于 3s 轨道） ①归属关系：轨道隶属于特定亚层和电子层（如 3d 轨道属于 ② 填充规则：电子优先填充能量低的轨道，遵循泡利不相容原理和洪特规则 2.描述电子运动的四大量子数 量子数名称 符号 核心含义 取值规则 主要作用 主量子数 n 描述电子所处能层（电子层） 正整数（1、2、3…，对应 K、L、M… 层） 决定电子运动的能层和主要能量 角量子数 l 描述能层内的能级（亚层） 0≤l≤n-1（取值为 0、1、2…n-1，对应 s、p、d、f… 能级） 决定能级类型，影响电子能量；与 n 共同确定轨道形状 磁量子数 m 描述能级内的原子轨道 -l≤m≤l（取值为 0、±1、±2…±l） 决定轨道在空间的伸展方向，同一能级的轨道数为 2l+1 自旋量子数 ms 描述电子的自旋状态 仅取 + 1/2 或 - 1/2（对应两种相反自旋方向） 区分同一轨道上的两个电子，体现泡利不相容原理 3.电子运动状态和电子空间运动状态 电子运动状态 电子空间运动状态 定义 描述电子在原子核外的完整运动特征，包含空间运动和自旋运动，是电子的 “唯一标识” 描述电子在原子核外的空间轨迹特征，仅反映电子的空间分布，不涉及自旋 核心要素 需同时满足四大量子数：主量子数（n）、角量子数（l）、磁量子数（m）、自旋量子数（ms） 仅需前三大量子数：主量子数（n）、角量子数（l）、磁量子数（m），对应 1 个原子轨道 实例分析1 氢原子（1 个电子）：电子运动状态为（n=1，l=0，m=0，ms=+1/2），仅 1 种；若为激发态（n=2），则有（2,0,0,+1/2）和（2,0,0,-1/2）2 种 氢原子基态（n=1）：电子空间运动状态对应 1s 轨道（1,0,0），仅 1 种；激发态（n=2）对应 2s 轨道（2,0,0），仅 1 种 实例分析2 氧原子（8 个电子）：每个电子的量子数组合唯一（如 2p 轨道 3 个电子分占不同 m 值，ms 各为 + 1/2），共 8 种电子运动状态 氧原子电子空间运动状态对应轨道：1s、2s、2px、2py、2pz，共 5 种（即 5 个原子轨道） 关键区别 1 个电子对应 1 种运动状态，与电子总数相等；核心是 “区分不同电子” 1 个原子轨道对应 1 种空间运动状态，与轨道总数相等；核心是 “描述电子的空间位置” 二、核外电子排布规律 1.原子核外电子排布三原理 能量最低原理 原子核外电子尽可能占有能量 的轨道，然后依次进入能量 的轨道，这样使整个原子处于最 的能量状态。 泡利原理 1个原子轨道里最多容纳 个电子，且自旋方向 。 洪特规则 电子在能量相同的各个轨道上排布时，电子尽可能分占 的原子轨道，且自旋方向 。 特例：若s、p、d轨道上全空(p0、d0、f0)、半满(p3、d5、f7)或全满(p6、d10、f14)，则结构较稳定！ 2.核外电子排布的表示方法的比较 原子(核素)符号 含义 在元素符号的左下方标明质子数、左上方标明质量数的一种图示即为原子符号 实例 O 电子式 含义 化学中常在元素符号周围用“·”或“×”来表示元素原子的最外层电子，相应的式子叫做电子式 实例 原子(离子)结构示意图 含义 将每个能层上的电子总数表示在原子核外的式子 实例 电子排布式 含义 用数字在能级符号右上角标明该能级上排布的电子数，这就是电子排布式 实例 K：1s22s22p63s23p64s1 简化电子 排布式 含义 为了避免电子排布式书写过于繁琐，把内层电子达到稀有气体原子结构的部分以相应稀有气体元素符号外加方括号表示 实例 K：[Ar]4s1 价电子 排布式 含义 主族元素的价层电子指最外层电子，价层电子排布式即最外层电子排布式 实例 Al：3s23p1 电子排 布图 含义 每个方框代表一个原子轨道，每个箭头代表一个电子 实例 Al： 3、 核外电子未成对电子数的判断和规律 1.未成对电子数的判断方法 判断方法 核心步骤 关键要点 实例分析 基于轨道表示式判断 ①写原子、离子的电子排布式； ②按泡利不相容原理、洪特规则画轨道表示式； ③统计单电子轨道数 需体现电子自旋方向，简并轨道电子优先分占且自旋平行 碳原子（1s²2s²2p²）：2p 轨道 3 个，2 个电子分占 2 个轨道→未成对电子数 = 2 基于电子排布式快速判断 ①聚焦价电子层排布； ②忽略全充满轨道（s²、p⁶等）；3. 分析未充满轨道的电子数与轨道数关系 全充满轨道无未成对电子，仅关注未充满轨道（如 d、p 轨道） Fe³⁺（3d⁵）：d 轨道 5 个，电子数 = 轨道数→未成对电子数 = 5；Cu（3d¹⁰4s¹）：3d 全充满，4s 有 1 个电子→未成对电子数 = 1 基于元素周期表规律判断 ①主族元素：根据族序数判断； ②过渡元素：关注 d、f 轨道电子数 主族元素最外层电子数 = 价电子数，过渡元素需结合 d 轨道电子填充规律 主族：ⅠA 族（如 Na）1 个，ⅤA 族（如 N）3 个；过渡元素：Fe（3d⁶4s²）4 个，Co（3d⁷4s²）3 个 2.未成对电子数的核心规律 规律类别 具体内容 示例说明 特殊电子构型规律 ①全充满（s²、p⁶、d¹⁰、f¹⁴）：未成对电子数 = 0； ②半充满（s¹、p³、d⁵、f⁷）：未成对电子数 = 轨道数； ③ 全空（s⁰、p⁰、d⁰、f⁰）：未成对电子数 = 0 全充满：Zn²⁺（3d¹⁰）→0 个；半充满：N（2p³）→3 个，Cr（3d⁵4s¹）→6 个；全空：H⁺→0 个 周期表周期性规律 ①同周期（如第二周期）：未成对电子数 “先增后减”（Li1→Be0→B1→C2→N3→O2→F1→Ne0）； ②同主族（如 ⅤA 族）：未成对电子数相同 同周期：第二周期从 1→0→1→2→3→2→1→0；同主族：N、P、As 均为 3 个 原子与离子差异规律 ①金属阳离子：先失 s 电子再失 d 电子，未成对电子数可能增减； ② 非金属阴离子：得电子填充 p 轨道，未成对电子数减少 金属阳离子：Fe²⁺（3d⁶）4 个→Fe³⁺（3d⁵）5 个（增多）；非金属阴离子：O（2p⁴）2 个→O²⁻（2p⁶）0 个（减少） 题型01 电子运动状态和电子空间运动状态 【典例】新型半导体材料如碳化硅(SiC)、氮化镓(GaN)等在航空航天、国防技术及5G技术等领域扮演着重要的角色。 基态Si原子的核外电子空间运动状态共有 种，其核外电子占据最高能级的电子云轮廓图的形状为 ，基态镓原子的价层电子排布图为 。 【变式1】一水合甘氨酸锌是一种配合物，微溶于水，主要用作药物辅料，是锌营养强化剂，比一般的补锌剂、等稳定性和吸收率较好，其结构简式如图： (1)基态Zn原子的核外电子有 种空间运动状态。 【变式2】钙钛矿太阳能电池在柔性可穿戴电子设备等方面具有独特的优势和巨大的用潜力。钛酸钙晶胞俯视投影图如下： 已知：晶胞中只含有一个钙原子，钙原子与钛原子之间的最近距离为xnm。 回答下列问题：： (1)Al原子核外电子的空间运动状态有 种 题型02 电子运动状态量子数应用 【典例】化学用语、元素周期律等是学习元素及其化合物知识的重要工具。请回答下列问题： (3)原子中运动的电子有两种相反的自旋状态，若一种自旋状态用表示，与之相反的用表示，称为电子的自旋磁量子数。对于基态的磷原子其价电子自旋磁量子数的代数和为 。 (4)N、O、Mg元素的前3级电离能如下表所示：X、Y、Z中为N元素的是 。 元素 /kJ·mol-1 /kJ·mol-1 /kJ·mol-1 X 738 1451 7733 Y 1314 3388 5301 Z 1402 2856 4578 【变式】Zn、V、Cu、In、S和Se等原子是生物医药、太阳能电池等领域的理想荧光材料。回答下列问题： (4)原子中运动的电子有两种相反的自旋状态，若一种自旋状态用+表示，与之相反的用−表示，称为电子的自旋量子数。对于基态Cu原子，其价电子自旋磁量子数的代数和为 。 题型03 核外电子未成对电子数的判断 【典例】 Fe单质及其化合物应用广泛。回答下列问题： (1)在元素周期表中，Fe位于第 周期 族。基态Fe原子与基态离子未成对电子数之比为 。 【变式】7．我国研制的固体无毒火箭推进剂ADN实现首次空间应用，其结构如图所示。已知X、Y、Z、E、D、R为原子序数依次增大的前四周期元素，其中Z元素为地壳中含量最高的元素，E元素原子的M能层的p能级中有3个未成对电子，D是第三周期原子半径最小的元素，R3+中有5个未成对电子。回答下列问题： (1)Y元素的名称为 ，R的基态原子的价层电子排布式为 ，其基态原子有 种能量不同的电子。 (2)化合物()具有强氧化性，其结构式为 。 (3)和D最简单氢化物稳定性较强的是 （填化学式）。 题型04 电子运动状态和核外电子未成对电子数 【典例】前四周期部分元素在元素周期表中的位置如图所示： 回答下列问题： (1)以上7种元素中，基态原子核外电子的电子云轮廓图只有球形的有 (填元素符号)。 (2)基态X原子有 种能量不同的电子， 种空间运动状态不同的电子。 (3)第一电离能对元素性质的影响较大。已知：两个吸热过程： 2S(晶体)2S(g)，2S(晶体)2S+(g)。 ①基态S元素的第一电离能为 kJ·mol-1。 ②W的第一电离能比X的第一电离能大，原因是 。 (4)T和Y形成的某种化合物中，化合价分别为+4价和-4价，其中显+4价的是 (填元素符号)。 (5)基态Z原子价层电子的轨道表示式为 ；与Mn2+相比，Z2+更易失去一个电子的原因为 。 【变式】含氮化合物种类繁多，有着广泛应用。回答下列问题： (1)氮元素位于元素周期表的 区，其基态原子核外未成对电子数为 。 【巩固训练】 1．下列说法中正确的是 A．原子轨道与电子云都是用来描述电子运动状态的 B．在p轨道中电子排布成 而不能排布其最直接的根据是泡利原理 C．如图所示的是Al原子的电子云图像 D．原子核外的M层上的s能级和p能级都填满了电子，而d轨道上尚未排有电子的两种原子，其对应元素一定位于同一周期 2．（23-24高二上·安徽·期末）以下表示钠原子结构的化学用语中，对电子运动状态描述最详尽的是 A． B． C． D． 3．（24-25高二上·山东·阶段练习）下列化学用语不正确的是 A．共含有2个能级的能层符号：L B．中子数为20的氯原子： C．基态镁原子的最高能级的电子云轮廓图： D．的结构示意图： 4．（24-25高二下·安徽合肥·期末）下列关于原子结构或元素性质的说法正确的是 A．电子云图中的每个点都表示一个电子 B．激光、焰火都与核外电子跃迁吸收光能有关 C．电子由3s能级跃迁至3p能级时，可以用光谱仪摄取其吸收光谱 D．根据对角线规则，Mg和B的化学性质相似 5．下列有关电子层和能级的有关叙述中正确的是 A．M电子层有s、p共2个能级，最多能容纳8个电子 B．3d能级最多容纳10个电子，4f能级最多容纳16个电子 C．无论哪一电子层的s能级最多容纳的电子数均为2 D．任何电子层都有s、p能级，但不一定有d能级 6．（24-25高二下·云南丽江·期末）下列有关化学用语的表述不正确的是 A．基态原子的价层电子排布式为： B．镁原子由时，会释放能量 C．基态硼原子最高能级电子的电子云轮廓图为： D．基态碳原子的核外电子轨道表示式为： 7．（24-25高二下·四川雅安·期末）下列化学用语表达正确的是 A．1-丙醇的结构简式：CH3CH(OH)CH3 B．基态铬原子价层电子排布式：3d54s1 C．羟基的电子式： D．基态镁原子最外层电子的电子云轮廓图： 8．（24-25高二下·贵州黔西·期末）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 9．填空： (1)符号所代表的含义是________（填字母）。 A．轨道上有3个电子 B．第3个电子层轨道有三个伸展方向 C．电子云有3个伸展方向 D．第3电子层相对于x轴对称的p轨道 (2)基态铝原子核外电子云有 种不同的伸展方向，共有 种不同能级的电子，有 种不同运动状态的电子。 (3)核外电子的运动状态有 种。 (4)对于排布在2s轨道上的电子，不能确定的是 （填字母）。 a.电子所在的电子层    b.电子的自旋状态    c.电子云的形状    d.电子云的伸展方向 10．Goodenough等人因在锂离子电池及钴酸锂、磷酸铁锂等正极材料研究方面的卓越贡献而获得2019年诺贝尔化学奖。完成下列填空： (1)下列描述的Li原子核外电子运动状态中，能量最高的是_______(填字母)。 A． B． C． D． (2)基态铁原子的价层电子排布式为 ，基态与中未成对的电子数之比为 。 (3)三种元素的电负性由大到小的顺序是 。 (4)氢化锂是由两种单核离子构成的离子化合物。组成的两种元素的电负性： (填“>”或“<”)。判断LiH中两种离子半径的大小，并从原子结构的角度解释原因 。 【强化训练】 1．（2024·湖北·高考真题）主族元素W、X、Y、Z原子序数依次增大，X、Y的价电子数相等，Z的价电子所在能层有16个轨道，4种元素形成的化合物如图。下列说法正确的是 A．电负性： B．酸性： C．基态原子的未成对电子数： D．氧化物溶于水所得溶液的 2．（2023·湖南·高考真题）日光灯中用到的某种荧光粉的主要成分为3W3(ZX4)2·WY2。已知：X、Y、Z和W为原子序数依次增大的前20号元素，W为金属元素。基态X原子s轨道上的电子数和p轨道上的电子数相等，基态X、Y、Z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：X>Y>Z>W B．原子半径：X<Y<Z<W C．Y和W的单质都能与水反应生成气体 D．Z元素最高价氧化物对应的水化物具有强氧化性 3．（24-25高二下·重庆·期末）铁蛋白含C、H、O、N、P、S、Fe等元素，下列说法正确的是 A．原子半径： B．第一电离能： C．的基态价电子轨道表示式为 D．基态原子有15种不同空间运动状态的电子 4．（24-25高二下·海南·期末）下列有关化学用语表述错误的是 A．的结构示意图： B．的电子式： C．基态钠原子最外层电子云轮廓图： D．基态原子价层电子轨道表示式： 5．（24-25高二上·海南·期末）基本概念和理论是化学思维的基石。下列叙述错误的是 A．电子只能出现在电子云轮廓图范围内 B．元素性质随着原子序数递增而呈周期性变化的规律称为元素周期律 C．泡利原理认为一个原子轨道内最多只能容纳两个自旋相反的电子 D．利用电负性数据可以判断元素金属性与非金属性强弱 6．（24-25高二下·湖北武汉·期中）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 7．（24-25高二下·甘肃酒泉·期中）国产大飞机C919上用到较多的镁铝合金。下列叙述正确的是 A．Al原子的结构示意图为 B．基态中能量最高的电子云轮廓图为球形 C．镁位于元素周期表的s区 D．基态Al原子的价层电子排布式为 8．（24-25高二下·安徽阜阳·期末）X、Y、Z、W、M是原子序数依次增大的短周期元素，X的核外电子总数与其电子层数相同；Z和M同主族，W的原子序数为Y原子价电子数的3倍；由上述元素中的四种组成的两种化合物常用于合成阻燃材料，其结构简式如图所示。下列有关说法正确的是 A．简单离子半径：X<Z<Y<W<M B．同周期元素中，第一电离能介于Y和Z之间的元素有1种 C．基态Z原子核外电子的运动状态为5种 D．基态M原子，电子占据最高能级的电子云轮廓图为哑铃形 9．（24-25高二上·江苏南京·期末）X、Y、Z、W、R是原子序数小于36的五种元素，且原子序数依次增大。X的最高正价与最低负价代数和为2，基态Y原子核外2p能级上成对电子数与未成对电子数相同，Z与Y位于同一主族，W的未成对电子数第四周期元素中最多，基态R+核外K、L、M层电子全部充满。 (1)X基态原子中电子共填充了 个原子轨道，能量最高电子所在能级的电子云轮廓图为 形。 (2)Y基态原子的价层电子的轨道表示式为 。 (3)基态Z原子核外存在 种运动状态不同的电子。 (4)R元素在周期表中位置 (周期和族)，属于 区。 (5)X、Y、Z三种元素的第一电离能由大到小的顺序是 (用元素符号表示)。 (6)W的基态原子的电子排布式为 。 10．（23-24高二上·江苏·期末）第四周期过渡元素可与形成多种化合物。方钴矿化合物是典型的热电材料，在环境污染和能源危机日益严重的今天，进行新型热电材料的研究具有很强的现实意义。元素的电离能的数据如下： 元素 717 1509 3248 4940 462.5 1561.9 2957 5290 760.4 1648 3232 4950 (1)基态Co原子的价层电子排布式为 ，气态Mn2+再失去一个电子比气态Fe2+再失去一个电子难，其原因是 。 (2)合成氨工业中，原料气在进入合成塔前需经过铜氨溶液处理，目的是除去其中的CO，其反应为。 ①该反应中涉及的非金属元素中第一电离能最大的是 (填元素符号，下同)，未成对电子数最多的元素是 。   ②Cu+核外有 种运动状态不同的电子。 (3)Sb是第五周期ⅤA族元素，其同族元素可用于研制农药，例如3，5-二氯苯胺是农用杀菌剂的关键中间体，可由如图方法合成。 ①化合物甲中O、N、C、H的电负性由小到大的顺序为 。 ②化合物乙中N原子轨道表示式为 。 ③Sb外围电子排布式为 。 ④基态O2-核外电子云的伸展方向有 种；Cu2+核外有 个能级。 / 学科网（北京）股份有限公司 $