1.1 原子结构 【上好课】高二化学深度学习辅导讲义（人教版选择性必修2）

第一章 原子结构与性质 第一节 原子结构 要点 1 能层和能级 1920年，丹麦科学家玻尔在氢原子模型基础上，提出构造原理，开启了用原子结构解释元素周期律的篇章。 1925年以后，玻尔的“壳层”落实为“能层”与“能级”，厘清了核外电子的可能状态，复杂的原子光谱得以诠释。 1936年，德国科学家马德隆发表了以原子光谱事实为依据的完整的构造原理。 1．能层 (1)划分依据 根据能量不同，将核外电子分为不同的能层。 (2)表示方法 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如下： 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 (3)能层间的能量关系 能层越高，电子的能量越高，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)根据多电子原子中同一能层电子能量的不同，将它们分成不同能级。 (2)能级用相应能层的序数和字母s、p、d、f……组合在一起来表示，如n能层的能级按能量由低到高的顺序排列为ns、np、nd、nf等。 (3)能层序数等于该能层所包含的能级数，如第三能层有能级3s、3p、3d。 (4)s、p、d、f能级可容纳的电子数为1、3、5、7的2倍。 3．能层、能级与其容纳的最多电子数之间的关系 能层(n) 一 二 三 四 五 符号 K L M N O 能级 1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p 4d 4f 5s …… 最多容纳的电子数 2 2 6 2 6 10 2 6 10 14 2 …… 2 8 18 32 …… 要点 2 基态与激发态 原子光谱 1．基态与激发态 (1)基态原子：处于最低能量的原子。 (2)激发态原子：基态原子的电子吸收能量后，电子跃迁到较高能级，变成激发态原子。 (3)基态与激发态原子相互间转化的能量变化 基态原子激发态原子 电子从较高能量的激发态跃迁到较低能量的激发态乃至基态时，将以光的形式释放能量。日常生活中看到的灯光、激光、焰火等可见光，都与原子核外电子发生跃迁释放能量有关。 2．原子光谱 (1)光谱的成因与分类： (2)光谱分析及应用： 在现代化学中，利用原子光谱上的特征谱线来鉴定元素的分析方法。 要点 3 构造原理与电子排布式 1．构造原理 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．电子排布式 将该能级的电子数标在能级符号的右上角，并按照能层从左到右的顺序排列的式子，称为电子排布式。 (1)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。 (2)复杂原子的电子排布式 对于较复杂原子的电子排布式，应先按照构造原理从低到高排列，然后将同能层的能级移到一起。 如26Fe，先排列为1s22s22p63s23p64s23d6，然后将同一能层的能级排到一起，即该原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2。 (3)特殊原子 当p、d、f能级处于全空、全充满或半充满状态时，能量相对较低，原子结构较稳定。 如Cr的电子排布： (4)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 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)，该能级的电子排布称为价层电子排布。如Cl的简化电子排布式为[Ne]3s23p5，则其价层电子排布为3s23p5。通常元素周期表只给出价层电子排布。 要点 4 电子与与原子轨道 1．电子云 (1)电子运动的特点 现代量子力学指出，不可能像描述宏观物体运动那样确定核外电子在某个时刻处于原子核外空间何处，只能确定在原子核外各处出现的概率。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 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。小点是电子在原子核外出现的概率密度的形象描述。小点越密，表明概率密度越大。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。 2．原子轨道 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。 能级符号 原子轨道的形状 空间延伸方向 s 球形 一种 p 哑铃形 3种(相互垂直，分别相对于x、y、z轴对称) d — 5种 f — 7种 3．电子云和原子轨道的关系 (1)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。电子云中，小点越密，表明概率密度越大。 (2)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，s能级只有一个原子轨道，p能级有三个原子轨道：px、py、pz。 (3)不同能层对应的能级和原子轨道 能层 能级 原子轨道数 原子轨道名称 原子轨道的形状 K 1s 1 1s 球形 L 2s 1 2s 球形 2p 3 2px、2py、2pz 哑铃形 M 3s 1 3s 球形 3p 3 3px、3py、2pz 哑铃形 3d 5 … … … … … … … 要点 5 泡利原理、洪特规则、能量最低原理 1．泡利原理 (1)电子的自旋状态 电子除空间运动状态外，还有一种状态叫做自旋。电子自旋在空间有顺时针和逆时针两种取向，简称自旋相反，常用上下箭头(↑和↓)表示自旋相反的电子。 (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。 2．轨道表示式(又称电子排布图) (1)轨道表示式中各符号、数字的意义(以铝原子为例) (2)在轨道表示式中也可以用圆圈表示原子轨道，如Na：。 3．洪特规则 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，这个规则称为洪特规则。如碳原子的轨道表示式是，而不是 或 。 4．能量最低原理 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。 命题点 1 能层和能级 典例1下列说法错误的是(　　) A．第三能层有s、p、d共3个能级 B．3d能级最多容纳5个电子 C．第三能层最多容纳18个电子 D．无论是哪一能层的s能级，最多容纳的电子数均为2 变式1下列说法错误的是(　　) A．第三能层有s、p、d共3个能级 B．3d能级最多容纳5个电子 C．第三能层最多容纳18个电子 D．无论是哪一能层的s能级，最多容纳的电子数均为2 变式2第三能层所含的能级数为(　　) A．18 B．3 C．8 D．2 命题点 2 原子光谱 典例2下列说法不正确的是(　　) A．原子光谱是测定物质结构的基本方法和实验手段 B．霓虹灯能够发出五颜六色的光，其发光机理与氢原子光谱形成机理基本相同 C．原子线状光谱的产生是原子核外电子在不同的、能量量子化的状态之间跃迁所导致的 D．钠原子光谱中的靠得很近的两条黄色谱线可以利用玻尔原子模型较好地解释 变式1下列关于同一原子中基态和激发态的说法中，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 变式2激发态原子和基态原子可以通过电子跃迁的方式相互转换，跃迁过程中可得到光谱，下列说法正确的是(　　) A．K元素的焰色试验呈紫红色，其中紫色对应的辐射波长约为700 nm B．利用光谱仪只能测得原子的发射光谱 C．焰色试验是化学变化 D．原子光谱可以用于定性鉴定元素 命题点 3 构造原理和电子排布式 典例3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能级的顺序一般为3p→4s→3d B．某基态原子部分核外电子的排布式为3s24s2 C．在多电子原子中，电子最后填入的能级不一定是原子最外层上的能级 D．从第三能层开始出现能级交错现象，即电子填入能级的顺序与能层顺序不同 变式1下列各基态原子的电子排布式正确的是(　　) ①Be：1s22s12p1 ②C：1s22s22p2 ③He：1s12s1 ④Cl：1s22s22p63s23p5 A．①② B．②③ C．①③ D．②④ 变式2(1)Si的价电子层的电子排式为____________。 (2)基态Fe原子的电子排布式为__________________。 (3)基态Ti原子的核外电子排布式为________________。 (4)Fe成为阳离子时首先失去______轨道电子，Sm的价层电子排布为4f 66s2，Sm3＋的价层电子排布为________。 (5)Cu2＋基态核外电子排布式为____________________。 命题点 4 电子云和原子轨道 典例4下列有关电子云和原子轨道的说法正确的是(　　) A．原子核外的电子像云雾一样笼罩在原子核周围，故称电子云 B．s电子的原子轨道呈球形，处在该轨道上的电子只能在球壳内运动 C．与s电子原子轨道相同，p电子原子轨道的平均半径也随能层的增大而增大 D．基态原子电子能量的高低顺序为E(1s)<E(2s)<E(2px)<E(2py)<E(2pz) 变式1如图是2pz原子轨道电子云形状的示意图，请观察图示并判断下列说法中不正确的是(　　) A．2pz轨道上的电子在空间出现的概率分布是z轴对称 B．s电子的电子云形状是球形对称的 C．电子先沿z轴正半轴运动，然后再沿负半轴运动 D．2pz原子轨道的形状为哑铃形 变式2已知钛元素是22号元素。 (1)钛元素位于第______周期，有______个电子层。 (2)如果原子轨道上都排满电子，前三个电子层最多容纳的电子数分别为______、____、____。如果前两个电子层排满，可以判断第三层电子____(填“排满”或“没排满”) 命题点 5 核外电子排布规律 典例5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 基态O原子的轨道表示式： 错误；违背泡利原理 B 基态N原子的轨道表示式： 错误；违背洪特规则 C 基态Ca原子的电子排布式：1s22s22p63s23p63d2 错误；违背能量最低原理 D 基态Br－的电子排布式：[Ar]3d104s24p6 错误；违背能量最低原理 变式1下列基态原子或离子的相关轨道表示式正确的是(　　) 点拨 1 能层、能级的有关规律 1．能层和能级的有关规律 (1)每一能层最多可容纳的电子数为2n2。 (2)在每一能层中，能级符号的顺序是ns、np、nd、nf…… (3)任一能层的能级总是从s能级开始，能级数等于该能层序数，即第一能层只有1个能级(1s)，第二能层有2个能级(2s和2p)，第三能层有3个能级(3s、3p和3d)，依次类推。 (4)以s、p、d、f……排序的各能级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。 (5)不同能层的同一能级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。 2．能层中各能级之间的能量大小关系 相同能层，不同能级：ns<np<nd<nf 不同能层，符号相同的能级：1s<2s<3s<4s 点拨 2 关于构造原理的理解 1．构造原理的实质 构造原理中的能级顺序，其实质是各能级能量由低到高的顺序。绝大多数原子核外电子的填充顺序符合构造原理中的能级顺序。 2．能级交错 当出现d能级时，电子按ns、(n－1)d、np的顺序填充电子；当出现f能级时，电子按ns、(n－2)f、(n－1)d、np的顺序填充电子。从第三能层开始，各能级高低不完全符合能层顺序，产生了能级交错排列，这种现象被称为能级交错。 点拨 3 核外电子排布能量最低的理解 能量最低原理可理解为在不违背泡利原理的前提下，核外电子在各个原子轨道上的排布方式应使整个原子体系的能量最低。示例如下： 能级和轨道差异 电子排布规律 实例 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) 1s22s22p63s23p3 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) 1s22s22p63s23p63d14s2 电子在简并轨道上排布时 当同一能级上的电子排布为全充满(如p6、d10、f14)、半充满(如p3、d5、f7)和全空状态(如p0、d0、f0)时，具有较低的能量和较大的稳定性，这称为洪特规则的特例 基态24Cr：[Ar]3d54s1； 基态29Cu：[Ar]3d104s1 点拨 4 核外电子排布式的书写易错点 (1)能级数等于能层序数，英文字母相同的不同能级中所能容纳的最多电子数相同。 (2)主族元素的最外层电子就是外围电子，如碱金属的外围电子排布式为ns1。 (3)过渡元素的外围电子一般包括最外层的s电子和次外层的d电子，如铁原子的外围电子排布式为3d64s2。 (3)虽然电子排布是遵循构造原理的，但在书写电子排布式时，应将能层低的能级写在左边，而不能按填充顺序写。如铁原子的电子排布式是1s22s22p63s23p63d64s2，而不能写成1s22s22p63s23p64s23d6，即最后两个能级表示为3d64s2，而不能写成4s23d6。 (4)书写离子的电子排布式时，先失去最外层电子，再失去内层电子，如Fe2+的电子排布式为：1s22s22p63s23p63d6，Fe3+的电子排布式为：1s22s22p63s23p63d5。 (5)能量相同的原子轨道在全充满(如p6和d10)、半充满(如p3和d5)和全空(如p0和d0)状态时，体系的能量较低，原子较稳定。 (6)多电子原子的原子轨道的能量高低顺序，是概括了大量实验事实后总结出的一般规律，适用于绝大多数原子的核外电子排布。然而，第5、6、7周期的某些元素的原子核外电子排布的实验测定结果，并不符合原子核外电子排布的轨道能量顺序。因此，原子的核外电子排布，要以实验测定的结果为准。 点拨 5 原子核外电子排布的表示方法 结构示意图 意义 将每个能层上的电子总数表示在原子核外的式子 实例 Al 　　S2－ 电子排布式 意义 用数字在能级符号右上角标明该能级上排布的电子数 实例 K：1s22s22p63s23p64s1 简化电子排布式 意义 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结构的部分以相应稀有气体的元素符号外加方括号表示 实例 K：[Ar]4s1 价电子排布式 意义 主族元素的价层电子指最外层电子，副族元素还包括次外层的d电子及次次外层的f电子 实例 Al：3s23p1；Cu：3d104s1 轨道表示式 意义 每个方框代表一个原子轨道，每个箭头代表一个电子 实例 电子式 意义 在元素符号周围用“·”或“×”来表示元素原子的最外层电子数 实例 ◆能力强化练 1．下列说法错误的是(　　) A．某原子K层上只有一个电子 B．某离子M层和L层上的电子数均为K层的4倍 C．某原子M层上的电子数为L层电子数的4倍 D．存在核电荷数与最外层电子数相等的离子 2．下列原子的电子跃迁能释放能量形成发射光谱的是(　　) A．1s22s22p63s2→1s22s22p63p2 B．1s22s22p33s1→1s22s22p4 C．1s22s2→1s22s12p1 D．1s22s22p→1s22s22p 3．烟花又称花炮、焰火，常用于典礼或表演中。下列对烟花燃放的过程叙述错误的(　　) A．与电子的跃迁有关 B．该过程中吸收能量 C．焰色试验属于物理变化 D．该过程中金属原子可能由激发态转化为基态 4．科学研究证明：核外电子的能量不仅与电子所处的能层、能级有关，还与核外电子的数目及核电荷数有关。氩原子与硫离子的核外电子排布相同，都是1s22s22p63s23p6。下列说法正确的是(　　) A．两粒子的1s能级上电子的能量相同 B．两粒子的3p能级上电子离核的距离相同 C．两粒子的电子发生跃迁时，产生的光谱不同 D．两粒子价电子层都达到8电子稳定结构，化学性质相同 5．下列说法错误的是(　　) A．电子排布式(22Ti)：1s22s22p63s23p10，违反了泡利原理 B．电子排布式(6C)：1s22s22p，违反了洪特规则 C．ns电子的能量不一定高于(n－1)p电子的能量 D．电子排布式(21Sc)：1s22s22p63s23p63d3，违反了能量最低原理 6．已知锰元素的核电荷数为25，以下是一些同学绘制的基态锰原子的轨道表示式，其中最能准确表示基态锰原子核外电子运动状态的是(　　) 7．已知X、Y和Z三种元素的原子序数之和等于42。X元素基态原子的4p轨道上有3个未成对电子，Y元素基态原子的2p轨道上有2个未成对电子。X与Y可形成化合物X2Y3，Z元素可以形成－1价离子，下列说法不正确的是(　　) A．X元素基态原子的核外电子排布式为[Ar]4s24p3 B．X元素是第四周期第ⅤA族元素 C．Y元素基态原子的核外电子排布式为1s22s22p4 D．Z元素是非金属元素 8．下列原子的电子跃迁能释放能量形成发射光谱的是(　　) A．1s22s22p63s2→1s22s22p63p2 B．1s22s22p33s1→1s22s22p4 C．1s22s2→1s22s12p1 D．1s22s22p→1s22s22p 9．原子的第四能层填充有2个电子的元素种数为(　　) A．1种 B．10种 C．11种 D．9种 10．根据构造原理写出下列基态原子或离子的电子排布式。 (1)A元素原子的M层电子数是L层电子数的一半：________________________。 (2)B元素原子的最外层电子数是次外层电子数的1．5倍：________________。 (3)基态N3－、Ni2＋、Fe3＋的电子排布式分别为____________________________，__________________________，________________________。 ◆综合拔高练 11．(2025·湖南长沙检测)实验室常用铁氰化钾溶液来检验Fe2＋，反应的离子方程式为K＋＋Fe2＋＋[Fe(CN)6]3－===KFe[Fe(CN)6]↓(蓝色)。下列化学用语表示正确的是(　　) A．基态Fe3＋的简化电子排布式：[Ne]3d5 B．基态碳原子的轨道表示式： C．Fe2＋的价层电子轨道表示式为 D．基态N原子的价层电子排布式：2s22p3 12．下列化学用语表示正确的是(　　) A．Ca2＋的结构示意图： B．基态氮原子的轨道表示式： C．基态Cr原子的电子排布式：[Ar]3d44s2 D．基态Fe原子的价层电子轨道表示式为 13．(2025·山东实验中学检测)钠离子电池是一种二次电池，主要依靠钠离子在正极和负极之间移动来工作。下列说法不正确的是(　　) A．钠原子核外有11种不同运动状态的电子 B．基态钠原子核外电子的空间运动状态有11种 C．原子具有的能量：1s22s22p63s1<1s22s22p53s2 D．基态钠原子的内层电子中，两种自旋状态的电子数之比为1∶1 14．(2025·山东青岛检测)下列叙述正确的是(　　) A．任一能层都含ns、np能级，不一定含nd、nf能级 B．钠的焰色试验呈黄色，是电子由基态转化为激发态时吸收能量产生的 C．一个电子从3p能级跃迁到3s能级，产生的原子光谱为吸收光谱 D．同一原子中，相同能层的不同能级电子的能量高低不同 15．(2025·辽宁锦州期初联考)由多元素组成的化合物Fe-Sm-As-F-O是我国科学家近年来发现的一种重要的铁系超导材料。下列说法不正确的是(　　) A．基态O原子核外电子的空间运动状态有5种 B．基态F原子核外电子排布式为1s22s22p5 C．基态As原子的简化电子排布式为[Ar]4s24p3 D．基态Fe原子的价层电子排布式为3d64s2 16．按要求填空： (1)基态F原子核外电子的运动状态有________种。 (2)基态钛原子的价层电子排布式为________，其原子核外电子的空间运动状态有________种，共有________种运动状态不同的电子。 (3)基态Si原子价电子的运动状态有________种，若其电子排布式表示为[Ne]3s23p，则违背了____________。 (4)基态Cu原子核外电子的空间运动状态有________种。 17．(2025·湖北武汉检测)A、B、C、D、E、F代表6种元素。请填空： (1)A元素基态原子的最外层有3个未成对电子，次外层有2个电子，其元素符号为________。 (2)B元素的负一价离子和C元素的正一价离子的电子层结构都与氩相同，B的元素符号为________，C的元素符号为________。 (3)D元素的正三价离子的3d能级为半充满，D的元素符号为________。 (4)E元素基态原子的M层全充满，N层没有成对电子，只有一个未成对电子，E的元素符号为________。 (5)F元素基态原子的最外层电子排布式为nsnnpn＋2，则n＝________；原子中能量最高的是________电子。 18．下表给出了五种元素的相关信息，其中A、B、C、D为短周期元素。 元素 相关信息 A 在常温、常压下，其单质是气体，随着人类对环境的认识和要求的提高，它将成为备受青睐的清洁燃料 B 工业上通过分离液态空气获得其单质，其某种同素异形体是保护地球地表环境的重要屏障 C 植物生长三要素之一，它能形成多种氧化物，其中一种是早期医疗中使用的麻醉剂 D 室温下其单质呈粉末状固体，加热易熔化。该单质在氧气中燃烧，发出明亮的蓝紫色火焰 E 它是人体不可缺少的微量元素，其单质也是日常生产和生活中不可缺少的金属原材料，常用于制造桥梁、楼房等 根据上述信息填空： (1)B元素的基态原子含有　　　　个能层，其中第二能层中含有的能级为　　　　；D的原子结构示意图：　　　　　　　　。  (2)C与A形成的某一化合物能和C与B形成的另一无色化合物(这两种化合物分子中原子个数比皆为1∶2)一起用作火箭助推剂，写出两者发生反应生成无毒物质的化学方程式：　　　  　　　　。  (3)某矿藏主要含D、E两种元素组成的化合物，它在空气中高温条件下生成一种有刺激性气味的气体和一种红色氧化物。试写出反应的化学方程式：　　　 　　　　。  ◆高考真题练 19．按要求填空： (1)（2025·湖南卷）基态的价层电子排布式为 。 (2)（2025·河北卷）基态铬原子的价层电子排布式： 。 (3)（2025·云南卷）基态Cu原子的价层电子排布式为 。 (4)（2025·湖北卷）基态氟离子的电子排布式为 。 (5)（2025·重庆卷）Al元素基态原子的电子排布式为 。 20．下列化学用语或图示正确的是(　　) A．(2024·山东卷)激发态H原子的轨道表示式： B．(2023·浙江1月选考卷)碳的基态原子轨道表示式： C．(2023·北京卷)2pz电子云图为 D．(2023·北京卷)基态24Cr原子的价层电子轨道表示式为 21．(1)(2022·山东卷，16节选)基态Ni原子的价层电子排布式为____________。 (2)(2022·湖南卷，18节选)基态Se原子的核外电子排布式为[Ar]____________。 (3)(2022·河北卷，17节选)基态S原子的价层电子中，两种自旋状态的电子数之比为________。 (4)(2021·山东卷，16节选)基态F原子核外电子的运动状态有________种。 (5)(2023·全国乙卷，35节选)基态Fe原子的价层电子排布式为____________。 (6)(2023·北京卷，15节选)基态S原子价层电子排布式为____________。 (7)(2022·全国乙卷，35节选)氟原子激发态的电子排布式有________，其中能量较高的是________(填字母)。 a．1s22s22p43s1 b．1s22s22p43d2 c．1s22s12p5 d．1s22s22p33p2 1 / 10 学科网（北京）股份有限公司 $ 第一章 原子结构与性质 第一节 原子结构 要点 1 能层和能级 1920年，丹麦科学家玻尔在氢原子模型基础上，提出构造原理，开启了用原子结构解释元素周期律的篇章。 1925年以后，玻尔的“壳层”落实为“能层”与“能级”，厘清了核外电子的可能状态，复杂的原子光谱得以诠释。 1936年，德国科学家马德隆发表了以原子光谱事实为依据的完整的构造原理。 1．能层 (1)划分依据 根据能量不同，将核外电子分为不同的能层。 (2)表示方法 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如下： 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 (3)能层间的能量关系 能层越高，电子的能量越高，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)根据多电子原子中同一能层电子能量的不同，将它们分成不同能级。 (2)能级用相应能层的序数和字母s、p、d、f……组合在一起来表示，如n能层的能级按能量由低到高的顺序排列为ns、np、nd、nf等。 (3)能层序数等于该能层所包含的能级数，如第三能层有能级3s、3p、3d。 (4)s、p、d、f能级可容纳的电子数为1、3、5、7的2倍。 3．能层、能级与其容纳的最多电子数之间的关系 能层(n) 一 二 三 四 五 符号 K L M N O 能级 1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p 4d 4f 5s …… 最多容纳的电子数 2 2 6 2 6 10 2 6 10 14 2 …… 2 8 18 32 …… 要点 2 基态与激发态 原子光谱 1．基态与激发态 (1)基态原子：处于最低能量的原子。 (2)激发态原子：基态原子的电子吸收能量后，电子跃迁到较高能级，变成激发态原子。 (3)基态与激发态原子相互间转化的能量变化 基态原子激发态原子 电子从较高能量的激发态跃迁到较低能量的激发态乃至基态时，将以光的形式释放能量。日常生活中看到的灯光、激光、焰火等可见光，都与原子核外电子发生跃迁释放能量有关。 2．原子光谱 (1)光谱的成因与分类： (2)光谱分析及应用： 在现代化学中，利用原子光谱上的特征谱线来鉴定元素的分析方法。 要点 3 构造原理与电子排布式 1．构造原理 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．电子排布式 将该能级的电子数标在能级符号的右上角，并按照能层从左到右的顺序排列的式子，称为电子排布式。 (1)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。 (2)复杂原子的电子排布式 对于较复杂原子的电子排布式，应先按照构造原理从低到高排列，然后将同能层的能级移到一起。 如26Fe，先排列为1s22s22p63s23p64s23d6，然后将同一能层的能级排到一起，即该原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2。 (3)特殊原子 当p、d、f能级处于全空、全充满或半充满状态时，能量相对较低，原子结构较稳定。 如Cr的电子排布： (4)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 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)，该能级的电子排布称为价层电子排布。如Cl的简化电子排布式为[Ne]3s23p5，则其价层电子排布为3s23p5。通常元素周期表只给出价层电子排布。 要点 4 电子与与原子轨道 1．电子云 (1)电子运动的特点 现代量子力学指出，不可能像描述宏观物体运动那样确定核外电子在某个时刻处于原子核外空间何处，只能确定在原子核外各处出现的概率。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 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。小点是电子在原子核外出现的概率密度的形象描述。小点越密，表明概率密度越大。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。 2．原子轨道 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。 能级符号 原子轨道的形状 空间延伸方向 s 球形 一种 p 哑铃形 3种(相互垂直，分别相对于x、y、z轴对称) d — 5种 f — 7种 3．电子云和原子轨道的关系 (1)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。电子云中，小点越密，表明概率密度越大。 (2)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，s能级只有一个原子轨道，p能级有三个原子轨道：px、py、pz。 (3)不同能层对应的能级和原子轨道 能层 能级 原子轨道数 原子轨道名称 原子轨道的形状 K 1s 1 1s 球形 L 2s 1 2s 球形 2p 3 2px、2py、2pz 哑铃形 M 3s 1 3s 球形 3p 3 3px、3py、2pz 哑铃形 3d 5 … … … … … … … 要点 5 泡利原理、洪特规则、能量最低原理 1．泡利原理 (1)电子的自旋状态 电子除空间运动状态外，还有一种状态叫做自旋。电子自旋在空间有顺时针和逆时针两种取向，简称自旋相反，常用上下箭头(↑和↓)表示自旋相反的电子。 (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。 2．轨道表示式(又称电子排布图) (1)轨道表示式中各符号、数字的意义(以铝原子为例) (2)在轨道表示式中也可以用圆圈表示原子轨道，如Na：。 3．洪特规则 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，这个规则称为洪特规则。如碳原子的轨道表示式是，而不是 或 。 4．能量最低原理 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。 命题点 1 能层和能级 典例1下列说法错误的是(　　) A．第三能层有s、p、d共3个能级 B．3d能级最多容纳5个电子 C．第三能层最多容纳18个电子 D．无论是哪一能层的s能级，最多容纳的电子数均为2 答案：B 解析：每一能层包含的能级数等于该能层序数，第三能层有s、p、d共3个能级，故A正确；s、d能级最多容纳的电子数分别为2、10，故B错误，D正确；每一能层最多容纳的电子数为2n2，第三能层最多容纳18个电子，故C正确。 变式1下列说法错误的是(　　) A．第三能层有s、p、d共3个能级 B．3d能级最多容纳5个电子 C．第三能层最多容纳18个电子 D．无论是哪一能层的s能级，最多容纳的电子数均为2 答案：B 解析：每一能层包含的能级数等于该能层序数，第三能层有s、p、d共3个能级，故A正确；s、d能级最多容纳的电子数分别为2、10，故B错误，D正确；每一能层最多容纳的电子数为2n2，第三能层最多容纳18个电子，故C正确。 变式2第三能层所含的能级数为(　　) A．18 B．3 C．8 D．2 答案：B 解析：能层含有的能级数等于能层序数，第三能层有3个能级(3s、3p和3d)。 命题点 2 原子光谱 典例2下列说法不正确的是(　　) A．原子光谱是测定物质结构的基本方法和实验手段 B．霓虹灯能够发出五颜六色的光，其发光机理与氢原子光谱形成机理基本相同 C．原子线状光谱的产生是原子核外电子在不同的、能量量子化的状态之间跃迁所导致的 D．钠原子光谱中的靠得很近的两条黄色谱线可以利用玻尔原子模型较好地解释 答案：D 解析：玻尔原子模型能够成功地解释氢原子光谱，但不能解释钠原子光谱中的靠得很近的两条黄色谱线，故D错误。 变式1下列关于同一原子中基态和激发态的说法中，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 解析：激发态时能量较高，较不稳定，A、B错误；电子从较低能量的基态跃迁到较高能量的激发态时，也会产生原子光谱，D不正确。 变式2激发态原子和基态原子可以通过电子跃迁的方式相互转换，跃迁过程中可得到光谱，下列说法正确的是(　　) A．K元素的焰色试验呈紫红色，其中紫色对应的辐射波长约为700 nm B．利用光谱仪只能测得原子的发射光谱 C．焰色试验是化学变化 D．原子光谱可以用于定性鉴定元素 答案：D 解析：K元素的焰色试验呈紫红色，其中紫色波长介于380～420 nm之间，A错误；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，B错误；焰色试验是物理变化，C错误。 命题点 3 构造原理和电子排布式 典例3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能级的顺序一般为3p→4s→3d B．某基态原子部分核外电子的排布式为3s24s2 C．在多电子原子中，电子最后填入的能级不一定是原子最外层上的能级 D．从第三能层开始出现能级交错现象，即电子填入能级的顺序与能层顺序不同 答案：B 解析：根据构造原理判断，填充顺序为3p→4s→3d，A项正确；根据构造原理可知，3s与4s能级之间还有3p能级，B项错误；电子最后填入的能级不一定是原子最外层上的能级，如某些过渡元素，C项正确；从第三能层开始，电子填入的顺序是3s→3p→4s→3d……，与能层的顺序不同，D项正确。 变式1下列各基态原子的电子排布式正确的是(　　) ①Be：1s22s12p1 ②C：1s22s22p2 ③He：1s12s1 ④Cl：1s22s22p63s23p5 A．①② B．②③ C．①③ D．②④ 答案：D 解析：Be元素基态原子的电子排布式为1s22s2，①错误；C元素基态原子的电子排布式为1s22s22p2，②正确；He元素基态原子的电子排布式为1s2，③错误；Cl元素基态原子的电子排布式为1s22s22p63s23p5，④正确。 变式2(1)Si的价电子层的电子排式为____________。 (2)基态Fe原子的电子排布式为__________________。 (3)基态Ti原子的核外电子排布式为________________。 (4)Fe成为阳离子时首先失去______轨道电子，Sm的价层电子排布为4f 66s2，Sm3＋的价层电子排布为________。 (5)Cu2＋基态核外电子排布式为____________________。 答案：(1)3s23p2 (2)1s22s22p63s23p63d64s2或[Ar]3d64s2 (3)1s22s22p63s23p63d24s2或[Ar]3d24s2 (4)4s　4f5 (5)[Ar]3d9或1s22s22p63s23p63d9 命题点 4 电子云和原子轨道 典例4下列有关电子云和原子轨道的说法正确的是(　　) A．原子核外的电子像云雾一样笼罩在原子核周围，故称电子云 B．s电子的原子轨道呈球形，处在该轨道上的电子只能在球壳内运动 C．与s电子原子轨道相同，p电子原子轨道的平均半径也随能层的增大而增大 D．基态原子电子能量的高低顺序为E(1s)<E(2s)<E(2px)<E(2py)<E(2pz) 答案：C 解析：电子云是处于一定空间运动状态的电子在原子核外出现的概率密度分布的形象化描述，故A错误；s电子的原子轨道呈球形，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B错误；离原子核越远的电子，其能量越大，所以p电子原子轨道的平均半径随能层的增大而增大，故C正确；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E(1s)<E(2s)<E(2px)＝E(2py)＝E(2pz)，故D错误。 变式1如图是2pz原子轨道电子云形状的示意图，请观察图示并判断下列说法中不正确的是(　　) A．2pz轨道上的电子在空间出现的概率分布是z轴对称 B．s电子的电子云形状是球形对称的 C．电子先沿z轴正半轴运动，然后再沿负半轴运动 D．2pz原子轨道的形状为哑铃形 答案：C 解析：观察2pz原子轨道电子云形状图可知，A正确；s轨道是球形对称的，因此，s电子的电子云形状是球形对称的，B正确；电子云是表示电子在一定区域内出现概率大小的图形，它并不是电子运动的实际轨道，C错误；该p轨道为哑铃形，D正确。 变式2已知钛元素是22号元素。 (1)钛元素位于第______周期，有______个电子层。 (2)如果原子轨道上都排满电子，前三个电子层最多容纳的电子数分别为______、____、____。如果前两个电子层排满，可以判断第三层电子____(填“排满”或“没排满”) 答案：(1)4　4　(2)2　8　18　没排满 解析：(1)22号元素位于第4周期，有4个电子层。(2)每层最多容纳的电子数是2n2，前两层共排10个电子，还差12个电子，第三层最多容纳18个电子，所以没有排满。 命题点 5 核外电子排布规律 典例5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 基态O原子的轨道表示式： 错误；违背泡利原理 B 基态N原子的轨道表示式： 错误；违背洪特规则 C 基态Ca原子的电子排布式：1s22s22p63s23p63d2 错误；违背能量最低原理 D 基态Br－的电子排布式：[Ar]3d104s24p6 错误；违背能量最低原理 答案：C 解析：基态O原子→1s22s22p4→ ，题给轨道表示式违背洪特规则，A项错误；同一轨道中的2个电子自旋相反，基态N原子→1s22s22p3→ ，题给轨道表示式违背泡利原理，B项错误；根据构造原理，电子应先填充4s能级，再填充3d能级，基态Ca原子→1s22s22p63s23p64s2，题给电子排布式违背能量最低原理，C项正确；基态Br－→1s22s22p63s23p63d104s2 4p6 或[Ar]3d104s24p6，题给电子排布式正确，D项错误。 变式1下列基态原子或离子的相关轨道表示式正确的是(　　) 答案：D 解析：Fe3＋的价层电子排布为3d5，轨道表示式为，故A错误；铬原子的价层电子排布为3d54s1，轨道表示式为，故B错误；电子优先单独占据1个轨道，且自旋平行，N原子核外有7个电子，分2层排布，原子的轨道表示式为，故C错误；S2－的L层电子排布式为2s22p6，轨道表示式为，故D正确。 点拨 1 能层、能级的有关规律 1．能层和能级的有关规律 (1)每一能层最多可容纳的电子数为2n2。 (2)在每一能层中，能级符号的顺序是ns、np、nd、nf…… (3)任一能层的能级总是从s能级开始，能级数等于该能层序数，即第一能层只有1个能级(1s)，第二能层有2个能级(2s和2p)，第三能层有3个能级(3s、3p和3d)，依次类推。 (4)以s、p、d、f……排序的各能级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。 (5)不同能层的同一能级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。 2．能层中各能级之间的能量大小关系 相同能层，不同能级：ns<np<nd<nf 不同能层，符号相同的能级：1s<2s<3s<4s 点拨 2 关于构造原理的理解 1．构造原理的实质 构造原理中的能级顺序，其实质是各能级能量由低到高的顺序。绝大多数原子核外电子的填充顺序符合构造原理中的能级顺序。 2．能级交错 当出现d能级时，电子按ns、(n－1)d、np的顺序填充电子；当出现f能级时，电子按ns、(n－2)f、(n－1)d、np的顺序填充电子。从第三能层开始，各能级高低不完全符合能层顺序，产生了能级交错排列，这种现象被称为能级交错。 点拨 3 核外电子排布能量最低的理解 能量最低原理可理解为在不违背泡利原理的前提下，核外电子在各个原子轨道上的排布方式应使整个原子体系的能量最低。示例如下： 能级和轨道差异 电子排布规律 实例 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) 1s22s22p63s23p3 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) 1s22s22p63s23p63d14s2 电子在简并轨道上排布时 当同一能级上的电子排布为全充满(如p6、d10、f14)、半充满(如p3、d5、f7)和全空状态(如p0、d0、f0)时，具有较低的能量和较大的稳定性，这称为洪特规则的特例 基态24Cr：[Ar]3d54s1； 基态29Cu：[Ar]3d104s1 点拨 4 核外电子排布式的书写易错点 (1)能级数等于能层序数，英文字母相同的不同能级中所能容纳的最多电子数相同。 (2)主族元素的最外层电子就是外围电子，如碱金属的外围电子排布式为ns1。 (3)过渡元素的外围电子一般包括最外层的s电子和次外层的d电子，如铁原子的外围电子排布式为3d64s2。 (3)虽然电子排布是遵循构造原理的，但在书写电子排布式时，应将能层低的能级写在左边，而不能按填充顺序写。如铁原子的电子排布式是1s22s22p63s23p63d64s2，而不能写成1s22s22p63s23p64s23d6，即最后两个能级表示为3d64s2，而不能写成4s23d6。 (4)书写离子的电子排布式时，先失去最外层电子，再失去内层电子，如Fe2+的电子排布式为：1s22s22p63s23p63d6，Fe3+的电子排布式为：1s22s22p63s23p63d5。 (5)能量相同的原子轨道在全充满(如p6和d10)、半充满(如p3和d5)和全空(如p0和d0)状态时，体系的能量较低，原子较稳定。 (6)多电子原子的原子轨道的能量高低顺序，是概括了大量实验事实后总结出的一般规律，适用于绝大多数原子的核外电子排布。然而，第5、6、7周期的某些元素的原子核外电子排布的实验测定结果，并不符合原子核外电子排布的轨道能量顺序。因此，原子的核外电子排布，要以实验测定的结果为准。 点拨 5 原子核外电子排布的表示方法 结构示意图 意义 将每个能层上的电子总数表示在原子核外的式子 实例 Al 　　S2－ 电子排布式 意义 用数字在能级符号右上角标明该能级上排布的电子数 实例 K：1s22s22p63s23p64s1 简化电子排布式 意义 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结构的部分以相应稀有气体的元素符号外加方括号表示 实例 K：[Ar]4s1 价电子排布式 意义 主族元素的价层电子指最外层电子，副族元素还包括次外层的d电子及次次外层的f电子 实例 Al：3s23p1；Cu：3d104s1 轨道表示式 意义 每个方框代表一个原子轨道，每个箭头代表一个电子 实例 电子式 意义 在元素符号周围用“·”或“×”来表示元素原子的最外层电子数 实例 ◆能力强化练 1．下列说法错误的是(　　) A．某原子K层上只有一个电子 B．某离子M层和L层上的电子数均为K层的4倍 C．某原子M层上的电子数为L层电子数的4倍 D．存在核电荷数与最外层电子数相等的离子 答案　C 解析　氢原子K层上只有一个电子，A正确；Cl-、K+等M层和L层上的电子数均为K层的4倍，B正确；原子核外已有M层，则L层为全排满，即8个电子，这样M层就有32个电子，而M层为第三能层，最多可容纳的电子数为18个，故不可能，C错误；O2-核电荷数为8，最外层电子数也为8，D正确。 2．下列原子的电子跃迁能释放能量形成发射光谱的是(　　) A．1s22s22p63s2→1s22s22p63p2 B．1s22s22p33s1→1s22s22p4 C．1s22s2→1s22s12p1 D．1s22s22p→1s22s22p 答案 B 解析 由3s吸收能量跃迁到3p，形成吸收光谱，故A不选；由3s释放能量跃迁到2p，形成发射光谱，故B选；由2s吸收能量跃迁到2p，形成吸收光谱，故C不选；2p能级上能量相同，不形成光谱，故D不选。 3．烟花又称花炮、焰火，常用于典礼或表演中。下列对烟花燃放的过程叙述错误的(　　) A．与电子的跃迁有关 B．该过程中吸收能量 C．焰色试验属于物理变化 D．该过程中金属原子可能由激发态转化为基态 答案　B 解析　烟花燃放的过程是释放能量的过程，B项错误。 4．科学研究证明：核外电子的能量不仅与电子所处的能层、能级有关，还与核外电子的数目及核电荷数有关。氩原子与硫离子的核外电子排布相同，都是1s22s22p63s23p6。下列说法正确的是(　　) A．两粒子的1s能级上电子的能量相同 B．两粒子的3p能级上电子离核的距离相同 C．两粒子的电子发生跃迁时，产生的光谱不同 D．两粒子价电子层都达到8电子稳定结构，化学性质相同 答案 C 解析 氩原子与硫离子的核外电子排布虽然相同，但核内质子数(即核电荷数)不同；电子层数相同时，核电荷数越大，原子半径越小，对应相同能级上的电子的能量和距离原子核的距离是不同的，其对应的化学性质也不同，如S2－虽然达到了稳定结构，但具有较强的还原性，和Ar的性质不同。 5．下列说法错误的是(　　) A．电子排布式(22Ti)：1s22s22p63s23p10，违反了泡利原理 B．电子排布式(6C)：1s22s22p，违反了洪特规则 C．ns电子的能量不一定高于(n－1)p电子的能量 D．电子排布式(21Sc)：1s22s22p63s23p63d3，违反了能量最低原理 答案 C 解析 根据泡利原理知，3p轨道最多排6个电子，该电子排布式违反了泡利原理，故A正确；根据洪特规则知，2p轨道上的两个电子应排在不同轨道上，该电子排布式违反了洪特规则，故B正确；电子能量与能层和能级都有关，ns电子的能量一定高于(n－1)p电子的能量，故C错误；根据能量最低原理知，电子先排能量低的4s轨道，后排能量高的3d轨道，该电子排布式违反了能量最低原理，故D正确。 6．已知锰元素的核电荷数为25，以下是一些同学绘制的基态锰原子的轨道表示式，其中最能准确表示基态锰原子核外电子运动状态的是(　　) 答案 D 解析 A项，根据构造原理可知，E(3d)>E(4s)，且选项中3d能级的电子排布不符合洪特规则，错误；B项，根据构造原理可知，E(3d)>E(4s)，且选项中1s、2s、3s、4s能级的电子排布不符合泡利原理，错误；C项，3d能级的电子排布不符合洪特规则，错误。 7．已知X、Y和Z三种元素的原子序数之和等于42。X元素基态原子的4p轨道上有3个未成对电子，Y元素基态原子的2p轨道上有2个未成对电子。X与Y可形成化合物X2Y3，Z元素可以形成－1价离子，下列说法不正确的是(　　) A．X元素基态原子的核外电子排布式为[Ar]4s24p3 B．X元素是第四周期第ⅤA族元素 C．Y元素基态原子的核外电子排布式为1s22s22p4 D．Z元素是非金属元素 答案 A 解析 X元素基态原子的4p轨道上有3个未成对电子，所以X是砷，Y元素基态原子的2p轨道上有2个未成对电子，所以Y是碳或氧，X与Y可形成化合物X2Y3，所以Y是氧，X、Y和Z三种元素的原子序数之和等于42，所以Z是氢。X元素基态原子的核外电子排布式为[Ar]3d104s24p3，故A不正确；X元素是第四周期第ⅤA族元素，故B正确；Y元素基态原子的核外电子排布式为1s22s22p4，故C正确；H元素为非金属元素，故D正确。 8．下列原子的电子跃迁能释放能量形成发射光谱的是(　　) A．1s22s22p63s2→1s22s22p63p2 B．1s22s22p33s1→1s22s22p4 C．1s22s2→1s22s12p1 D．1s22s22p→1s22s22p 答案 B 解析 由3s吸收能量跃迁到3p，形成吸收光谱，故A不选；由3s释放能量跃迁到2p，形成发射光谱，故B选；由2s吸收能量跃迁到2p，形成吸收光谱，故C不选；2p能级上能量相同，不形成光谱，故D不选。 9．原子的第四能层填充有2个电子的元素种数为(　　) A．1种 B．10种 C．11种 D．9种 答案 D 解析 第四能层填充有2个电子，即4s2，则第三能层一定填充了3s23p6，但由于3d在4s后面填充，所以3d可能没有电子，也可能填充了电子，即从3d0到3d10均可能，但是不存在3d44s2和3d94s2，所以总共有9种。 10．根据构造原理写出下列基态原子或离子的电子排布式。 (1)A元素原子的M层电子数是L层电子数的一半：________________________。 (2)B元素原子的最外层电子数是次外层电子数的1．5倍：________________。 (3)基态N3－、Ni2＋、Fe3＋的电子排布式分别为____________________________，__________________________，________________________。 答案 (1)1s22s22p63s23p2或[Ne]3s23p2 (2)1s22s22p1 (3)1s22s22p6　[Ar]3d8或1s22s22p63s23p63d8　[Ar]3d5或1s22s22p63s23p63d5 解析 (1)L层有8个电子，则M层有4个电子，故A为Si。(2)若次外层为K层时，最外层电子数是3，则B为硼，若次外层为L层时，最外层电子数为8×1．5＝12，不合理，故B为硼。(3)N3－的电子排布式为1s22s22p6，Ni的电子排布式为[Ar]3d84s2，故Ni2＋的电子排布式为[Ar]3d8，Fe的电子排布式为[Ar]3d64s2，故Fe3＋的电子排布式为[Ar]3d5。 ◆综合拔高练 11．(2025·湖南长沙检测)实验室常用铁氰化钾溶液来检验Fe2＋，反应的离子方程式为K＋＋Fe2＋＋[Fe(CN)6]3－===KFe[Fe(CN)6]↓(蓝色)。下列化学用语表示正确的是(　　) A．基态Fe3＋的简化电子排布式：[Ne]3d5 B．基态碳原子的轨道表示式： C．Fe2＋的价层电子轨道表示式为 D．基态N原子的价层电子排布式：2s22p3 [答案]　D [解析]　基态Fe3＋的简化电子排布式为[Ar]3d5，A错误；基态碳原子核外有6个电子，根据能量最低原理，先排满2s轨道，再排2p轨道，其轨道表示式为，B错误；基态Fe2＋的电子排布式为1s22s22p63s23p63d6，其价层电子不包括3s、3p能级，故价层电子轨道表示式为，C错误；基态N原子核外电子排布式为1s22s22p3，则其价层电子排布式为2s22p3，D正确。 12．下列化学用语表示正确的是(　　) A．Ca2＋的结构示意图： B．基态氮原子的轨道表示式： C．基态Cr原子的电子排布式：[Ar]3d44s2 D．基态Fe原子的价层电子轨道表示式为 [答案]　D [解析]　Ca2＋的核外电子数为20－2＝18，其结构示意图为，A错误；根据核外电子排布规律，基态氮原子轨道表示式为，B错误；3d轨道处于半充满状态时，原子的能量更低，故基态Cr原子的电子排布式为[Ar]3d54s1，C错误。 13．(2025·山东实验中学检测)钠离子电池是一种二次电池，主要依靠钠离子在正极和负极之间移动来工作。下列说法不正确的是(　　) A．钠原子核外有11种不同运动状态的电子 B．基态钠原子核外电子的空间运动状态有11种 C．原子具有的能量：1s22s22p63s1<1s22s22p53s2 D．基态钠原子的内层电子中，两种自旋状态的电子数之比为1∶1 [答案]　B [解析]　钠原子核外有11个电子，不同电子的运动状态不同，A正确；基态钠原子的核外电子排布式为1s22s22p63s1，电子占据了1s、2s、2p和3s轨道，故基态钠原子核外电子的空间运动状态有6种，B错误；1s22s22p63s1表示基态Na原子，1s22s22p53s2表示激发态Na原子，故能量：1s22s22p63s1<1s22s22p53s2，C正确；基态钠原子的内层电子排布式为1s22s22p6，每个轨道均有1对自旋状态相反的电子，故两种自旋状态的电子数之比为1∶1，D正确。 14．(2025·山东青岛检测)下列叙述正确的是(　　) A．任一能层都含ns、np能级，不一定含nd、nf能级 B．钠的焰色试验呈黄色，是电子由基态转化为激发态时吸收能量产生的 C．一个电子从3p能级跃迁到3s能级，产生的原子光谱为吸收光谱 D．同一原子中，相同能层的不同能级电子的能量高低不同 [答案]　D [解析]　第一能层(K层)只含1s能级，不含其他能级，A错误；钠的焰色试验呈黄色，是电子由激发态转化为基态时放出能量产生的，B错误；一个电子从3p能级跃迁到3s能级时释放能量，产生的原子光谱为发射光谱，C错误；同一原子中，相同能层的不同能级电子的能量，按ns、np、nd、nf……的顺序逐渐升高，D正确。 15．(2025·辽宁锦州期初联考)由多元素组成的化合物Fe-Sm-As-F-O是我国科学家近年来发现的一种重要的铁系超导材料。下列说法不正确的是(　　) A．基态O原子核外电子的空间运动状态有5种 B．基态F原子核外电子排布式为1s22s22p5 C．基态As原子的简化电子排布式为[Ar]4s24p3 D．基态Fe原子的价层电子排布式为3d64s2 [答案]　C [解析]　基态O原子的核外电子排布式为1s22s22p4，电子占据1s、2s和2p共5个原子轨道，故其核外电子的空间运动状态有5种，A正确；F原子核外有9个电子，其基态原子核外电子排布式为1s22s22p5，B正确；基态As原子的简化电子排布式为[Ar]3d104s24p3，C错误；基态Fe原子的电子排布式为[Ar]3d64s2，则其价层电子排布式为3d64s2，D正确。 16．按要求填空： (1)基态F原子核外电子的运动状态有________种。 (2)基态钛原子的价层电子排布式为________，其原子核外电子的空间运动状态有________种，共有________种运动状态不同的电子。 (3)基态Si原子价电子的运动状态有________种，若其电子排布式表示为[Ne]3s23p，则违背了____________。 (4)基态Cu原子核外电子的空间运动状态有________种。 [答案]　(1)9　(2)3d24s2　12　22 (3)4　洪特规则　(4)15 [解析]　(1)氟元素的原子序数为9，由泡利原理可知，基态F原子核外电子的运动状态有9种。(2)钛元素的原子序数为22，基态Ti原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d24s2，价层电子排布式为3d24s2，电子占用的核外轨道数为12，则核外电子的空间运动状态有12种，由泡利原理可知，基态原子的核外电子的运动状态有22种。(3)硅元素的原子序数为14，基态Si原子的价层电子排布式为3s23p2，由泡利原理可知，价电子的运动状态有4种；由洪特规则可知，核外电子在能量相同的轨道上排布时，总是尽可能分占不同的轨道且自旋平行，则[Ne]3s23p违背了洪特规则。(4)铜元素的原子序数为29，基态Cu原子的核外电子排布式为[Ar]3d104s1，电子占用的核外轨道数为15，则核外电子的空间运动状态有15种。 17．(2025·湖北武汉检测)A、B、C、D、E、F代表6种元素。请填空： (1)A元素基态原子的最外层有3个未成对电子，次外层有2个电子，其元素符号为________。 (2)B元素的负一价离子和C元素的正一价离子的电子层结构都与氩相同，B的元素符号为________，C的元素符号为________。 (3)D元素的正三价离子的3d能级为半充满，D的元素符号为________。 (4)E元素基态原子的M层全充满，N层没有成对电子，只有一个未成对电子，E的元素符号为________。 (5)F元素基态原子的最外层电子排布式为nsnnpn＋2，则n＝________；原子中能量最高的是________电子。 [答案]　(1)N　(2)Cl　K　(3)Fe　(4)Cu　(5)2　2p [解析]　(1)A元素基态原子的最外层有3个未成对电子，次外层有2个电子，则该元素位于第二周期，其基态原子的电子排布式为1s22s22p3，即该元素为N。(2)B元素的负一价离子的核外电子排布与Ar相同，则B元素为Cl，C元素的正一价离子的核外电子排布与Ar相同，则C为K。(3)D元素的正三价离子的3d能级为半充满，即为3d5，原子失去电子时先失最外层电子，根据构造原理，该元素基态原子的价层电子排布式为3d64s2，即D元素为Fe。(4)E元素基态原子的M层全充满，N层没有成对电子，只有一个未成对电子，电子排布式为[Ar]3d104s1，该元素为Cu。(5)s能级只有一个原子轨道，最多容纳2个电子，根据构造原理，推出n为2，原子中能量最高的是2p能级上的电子。 18．下表给出了五种元素的相关信息，其中A、B、C、D为短周期元素。 元素 相关信息 A 在常温、常压下，其单质是气体，随着人类对环境的认识和要求的提高，它将成为备受青睐的清洁燃料 B 工业上通过分离液态空气获得其单质，其某种同素异形体是保护地球地表环境的重要屏障 C 植物生长三要素之一，它能形成多种氧化物，其中一种是早期医疗中使用的麻醉剂 D 室温下其单质呈粉末状固体，加热易熔化。该单质在氧气中燃烧，发出明亮的蓝紫色火焰 E 它是人体不可缺少的微量元素，其单质也是日常生产和生活中不可缺少的金属原材料，常用于制造桥梁、楼房等 根据上述信息填空： (1)B元素的基态原子含有　　　　个能层，其中第二能层中含有的能级为　　　　；D的原子结构示意图：　　　　　　　　。  (2)C与A形成的某一化合物能和C与B形成的另一无色化合物(这两种化合物分子中原子个数比皆为1∶2)一起用作火箭助推剂，写出两者发生反应生成无毒物质的化学方程式：　　　  　　　　。  (3)某矿藏主要含D、E两种元素组成的化合物，它在空气中高温条件下生成一种有刺激性气味的气体和一种红色氧化物。试写出反应的化学方程式：　　　 　　　　。  答案　(1)2　2s和2p　　(2)2N2H4+N2O43N2+4H2O　(3)4FeS2+11O22Fe2O3+8SO2 解析　(1)氢气是一种清洁燃料，所以A为氢元素；臭氧对紫外线有吸收作用，是保护地球地表环境的重要屏障，所以B为氧元素，其基态原子含有K层与L层2个能层，L层为第二能层，有2s、2p两个能级；氮、磷、钾是植物生长三要素，N2O俗名“笑气”，是早期医疗中使用的麻醉剂，所以C为氮元素；硫熔点低，加热易熔化，在氧气中燃烧，发出明亮的蓝紫色火焰，所以D为硫元素；日常生产和生活中常用的金属是铁、铜和铝，其中只有铁是人体不可缺少的微量元素，所以E为铁元素。 (2)氮和氢形成的原子个数比为1∶2的化合物为N2H4，氮和氧形成的原子个数比为1∶2的化合物有NO2和N2O4，其中N2O4是无色气体，NO2是红棕色气体，N2H4和N2O4反应生成无毒的N2和H2O。 (3)工业上一般以黄铁矿(其主要成分是FeS2)为原料制备硫酸，其第一阶段的主要反应是煅烧黄铁矿，反应为4FeS2+11O22Fe2O3+8SO2。 ◆高考真题练 19．按要求填空： (1)（2025·湖南卷）基态的价层电子排布式为 。 (2)（2025·河北卷）基态铬原子的价层电子排布式： 。 (3)（2025·云南卷）基态Cu原子的价层电子排布式为 。 (4)（2025·湖北卷）基态氟离子的电子排布式为 。 (5)（2025·重庆卷）Al元素基态原子的电子排布式为 。 答案 (1)3d84s2 (2) 3d54s1 (3)3d104s1 (4)1s22s22p6 (5) 1s22s22p63s23p1 20．下列化学用语或图示正确的是(　　) A．(2024·山东卷)激发态H原子的轨道表示式： B．(2023·浙江1月选考卷)碳的基态原子轨道表示式： C．(2023·北京卷)2pz电子云图为 D．(2023·北京卷)基态24Cr原子的价层电子轨道表示式为 答案 C 解析 K能层不存在1p能级，A错误；由洪特规则知，基态碳原子2p轨道上的2个电子应分占两个轨道，B项错误；pz为沿z轴的p轨道，电子云轮廓图是哑铃状的，C正确；基态24Cr原子的价层电子排布式为3d54s1，故轨道表示式为，D错误。 21．(1)(2022·山东卷，16节选)基态Ni原子的价层电子排布式为____________。 (2)(2022·湖南卷，18节选)基态Se原子的核外电子排布式为[Ar]____________。 (3)(2022·河北卷，17节选)基态S原子的价层电子中，两种自旋状态的电子数之比为________。 (4)(2021·山东卷，16节选)基态F原子核外电子的运动状态有________种。 (5)(2023·全国乙卷，35节选)基态Fe原子的价层电子排布式为____________。 (6)(2023·北京卷，15节选)基态S原子价层电子排布式为____________。 (7)(2022·全国乙卷，35节选)氟原子激发态的电子排布式有________，其中能量较高的是________(填字母)。 a．1s22s22p43s1 b．1s22s22p43d2 c．1s22s12p5 d．1s22s22p33p2 [答案]　(1)3d84s2　(2)3d104s24p4 (3)1∶2或2∶1　(4)9　(5)3d64s2 (6)3s23p4　(7)a、d　d 1 / 10 学科网（北京）股份有限公司 $