第一节 原子结构（举一反三专项训练，江苏专用） 【上好课】 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】（24-25高二下·江苏无锡·期中）下列关于能层、能级的说法正确的是 A．、、轨道相互垂直，能量不相等 B．p能级的能量一定比s能级的能量高 C．中有15种电子运动状态，占据了9个原子轨道 D．从空间角度看，2s轨道比1s轨道大，其空间包含了1s轨道 【变式1-1】（24-25高二下·江苏苏州·月考）下列有关原子结构和元素性质的说法正确的是 A．过程中不能形成发射光谱 B．氧元素的电负性小于氮元素的电负性 C．同一原子中，s电子的能量总是低于p电子的能量 D．每一周期元素原子的最外层电子排布均是从过渡到 【变式1-2】（24-25高二上·江苏无锡·月考）下列化学用语表述正确的是 A．在电子云图中，用小黑点表示绕核做高速圆周运动的电子 B．p能级能量一定比s能级的能量高 C．电子从较低能级跃迁到较高能级将释放能量 D．镁原子由时，原子释放能量，由激发态转化成基态 【变式1-3】（24-25高二上·江苏无锡·月考）下列说法正确的是 A．处于最低能量的原子叫激发态原子 B．表示能级有2个轨道 C．同一原子中，电子的能量逐渐减小 D．的电子云轮廓越来越大 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】（24-25高二下·江苏无锡·期中）下列各项叙述中正确的是 A．镁原子由时，原子释放能量，由基态转化成激发态 B．外围电子排布为的元素位于第5周期IA族 C．基态氮原子核外电子的运动状态有5种 D．所有原子任一电子层的s电子云轮廓图都是球形，但球的半径大小不相等 【变式2-1】（24-25高二下·江苏无锡·月考）对充有氖气的霓虹灯管通电，灯管发出红色光。产生这一现象的主要原因是 A．氖原子获得电子后转变成发出红光的物质 B．在电流的作用下，氖原子与构成灯管的物质发生反应 C．电子由激发态向基态跃迁时以光的形式释放能量 D．电子由基态向激发态跃迁时吸收除红光以外的光线 【变式2-2】（24-25高二下·江苏无锡·期中）下列各项叙述中，正确的是 A．Fe2+的基态核外电子排布式为[Ar]3d5 B．镁原子由1s22s22p63s2→1s22s22p63s13p1时，原子吸收能量，由激发态转化为基态 C．所有原子任一能层的s电子云轮廓图都是球形，且球的半径大小相同 D．2p能级上成对电子数等于未成对电子的基态原子和最外层电子排布式为4s24p4的原子属于同族元素原子 【变式2-3】（24-25高二上·江苏·月考）下列说法正确的是 A．某价层电子排布为4d25s2的基态原子，该元素位于周期表中第五周期第ⅡA族 B．在元素周期表中，s区、d区和ds区的元素都是金属元素 C．当碳原子的核外电子排布由转变为时，吸收能量，由激发态转化成基态 D．非金属元素形成的共价化合物中，原子的最外层电子数不一定是2或8 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】（24-25高二下·江苏·月考）下列说法错误的是 A．根据构造原理，原子核外电子填充顺序为1s、2s、2p、3s、3p、3d、4s、4p… B．1s22s12p1是激发态原子的电子排布式 C．基态溴原子的简化电子排布式是[Ar]3d104s24p5 D．Mg原子的电子排布式为1s22s22p63s2 【变式3-1】（23-24高二下·江苏苏州·月考）某元素基态原子4s轨道上有1个电子，则该基态原子价电子排布不可能是 A． B． C． D． 【变式3-2】（23-24高二下·江苏苏州·月考）下列有关原子轨道的叙述中正确的是 A．硫原子的2s轨道能量较3p轨道高 B．电子层序数n=4的原子轨道最多可容纳16个电子 C．铯原子的2s与5s电子云轮廓图均为球形 D．因为s轨道的形状是球形，所以s电子做的是圆周运动 【变式3-3】（24-25高二上·江苏无锡·开学考试）下列各项叙述中，正确的是 A．Na、Mg、Al的未成对电子数依次增多 B．价电子排布为4s24p3的元素位于第4周期VA族，是p区元素 C．2p和3p轨道形状均为哑铃形，能量相等 D．氮原子的最外层电子轨道表示式：违背了泡利规则 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】（24-25高二上·江苏·期中）下列各组多电子原子的原子轨道能量高低比较中，错误的是（    ） A．2s < 2p B．3px < 3py C．3s < 3d D．4s > 3p 【变式4-1】（24-25高二下·江苏徐州·期末）下列有关原子轨道的能量和电子运动状态的说法正确的是 A．同一原子中，形状相同的原子轨道（即能级）的能量相同 B．同一原子中的2p能级上的电子的运动状态完全相同 C．多电子原子中，核外电子的运动遵循能量最低原理 D．多电子原子中，每个能层（即电子层）上电子的能量一定不同 【变式4-2】（24-25高二上·江苏·月考）下列关于价电子排布式为的原子的描述正确的是（    ） A．该原子核外有三种形状不同的电子云 B．该原子核外电子共有16种不同的运动状态 C．该原子形成的单质可与H2反应生成常温下为液态的化合物 D．基态该原子的轨道表示式为 【变式4-3】（24-25高二上·江苏·月考）下列说法中正确的是(　　) A．1s电子云呈球形，表示电子绕原子核做圆周运动 B．ns能级的原子轨道图可表示为   C．3d3表示3d能级有3个轨道 D．电子云图中的小黑点密度大，说明该原子核外空间电子数目多 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】（23-24高二下·江苏淮安·期中）下列原子的外围电子排布式正确的是 A．3d54s1 B．3d44s2 C．3d94s2 D．3d114s2 【变式5-1】（24-25高二上·江苏苏州·期中）下列说法错误的是 A．电子的能量不一定高于电子的能量 B．的电子排布式为，违背了洪特规则 C．电子排布式违背了能量最低原则 D．电子排布式违背了泡利原理 【变式5-2】（24-25高二上·江苏盐城·期末）下列电子排布式或轨道表示式正确的是 A．C原子的轨道表示式： B．N原子轨道表示式： C．Cr基态原子核外电子排布式：[Ar]3d54s1 D．Ca原子的电子排布式：[Ar]3d2 【变式5-3】（23-24高二下·江苏南通·期中）下列有关说法正确的是 A．Fe2+的电子排布式为[Ar]3d44s2 B．处于同一能级的电子运动状态不相同 C．从空间角度看，2s轨道与2p轨道形状相同 D．基态碳原子的轨道表示式是 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】（23-24高一下·江苏南通·期中）下列有关说法正确的是 A．Fe2+的电子排布式为[Ar]3d44s2 B．处于同一能级的电子运动状态不相同 C．从空间角度看，2s轨道与2p轨道形状相同 D．基态碳原子的轨道表示式是 【变式6-1】（25-26高三上·江苏盐城·开学考试）下列叙述正确的是 A．基态Cu2+电子排布式为[Ar]3d10 B．K原子结构示意图为 C．基态O原子核外电子轨道表示式为 D．基态Fe3+的价层电子排布式：3d64s2 【变式6-2】（24-25高二下·江苏淮安·期中）下列化学用语正确的是 A．基态铬原子()的价层电子排布式： B．水的电子式： C．乙醇的结构式： D．基态氧原子的轨道表示式： 【变式6-3】（24-25高二下·江苏淮安·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原子结构示意图： B．铝位于元素周期表的s区 C．基态镁原子能量最高的电子云轮廓图为球形 D．基态Al原子外围电子轨道表示式： 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】（22-23高二下·江苏无锡·期中）下列四种元素中，其单质氧化性最强的是 A．基态原子含有未成对电子数最多的第二周期元素 B．位于周期表中第三周期第ⅢA族的元素 C．第二周期基态原子的L层电子排满的元素 D．基态原子的最外电子层排布为3s23p5的元素 【变式7-1】（24-25高二下·江苏苏州·月考）磷酸亚铁锂（）电极材料主要用于各种锂离子电池。下列说法错误的是 A．Li位于元素周期表的s区 B．基态的价电子排布式为 C．基态P原子核外的未成对电子数为3 D．基态O原子核外占据最高能级的电子的电子云图为哑铃形 【变式7-2】（24-25高二下·江苏苏州·月考）下列有关C、N、O三种元素及其相关化合物的结构与性质说法错误的是 A．基态原子未成对电子数： B．电负性： C．价电子数： D．第一电离能： 【变式7-3】（24-25高二上·江苏南通·月考）下列与原子核外电子排布规律相关的叙述中(n为能层序数)，不正确的是 A．第三周期元素的基态原子中，未成对电子数最多的是磷 B．电子填入能级的顺序是，因此原子核外最外层电子数一般不超过8 C．由3d能级有5个轨道可知，元素周期表中第四周期元素比第三周期元素多10种 D．基态原子的最外层电子排布为ns2的元素，在元素周期表中均位于第ⅡA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 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】（24-25高二下·江苏无锡·期中）下列关于能层、能级的说法正确的是 A．、、轨道相互垂直，能量不相等 B．p能级的能量一定比s能级的能量高 C．中有15种电子运动状态，占据了9个原子轨道 D．从空间角度看，2s轨道比1s轨道大，其空间包含了1s轨道 【答案】D 【解析】A. 、、轨道相互垂直，能量相等，故A错误；B. p能级的能量不一定比s能级的能量高，与能层有关，故B错误；C. 中有18种电子运动状态，1s22s22p63s23p6占据了9个原子轨道，故C错误；D. 从空间角度看，2s轨道比1s轨道大，其空间包含了1s轨道，故D正确；故选D。 【变式1-1】（24-25高二下·江苏苏州·月考）下列有关原子结构和元素性质的说法正确的是 A．过程中不能形成发射光谱 B．氧元素的电负性小于氮元素的电负性 C．同一原子中，s电子的能量总是低于p电子的能量 D．每一周期元素原子的最外层电子排布均是从过渡到 【答案】A 【解析】A．2px和2py能量相同，没有发生跃迁，不能形成发射光谱，A选项正确；B．一般来说，同周期元素从左到右，元素的电负性逐渐变大，因此氧元素的电负性大于氮元素的电负性，B选项错误；C．同一原子中，s电子的能量不一定低于p电子的能量，如3s的能量比2p高，C选项错误；D．并不是所有周期元素原子的最外层电子排布均是从过渡到，如第一周期是到，D选项错误；故选A。 【变式1-2】（24-25高二上·江苏无锡·月考）下列化学用语表述正确的是 A．在电子云图中，用小黑点表示绕核做高速圆周运动的电子 B．p能级能量一定比s能级的能量高 C．电子从较低能级跃迁到较高能级将释放能量 D．镁原子由时，原子释放能量，由激发态转化成基态 【答案】D 【解析】A．在电子云图中，用小黑点表示电子在核外空间中出现的几率，小黑点越密，表示电子出现的几率越高，故A错误；B．p能级能量不一定比s能级的能量高，如3s能级的能量高于2p能级，故B错误；C．电子从较低能级吸收能量跃迁到较高能级，故C错误；D．镁原子由时，由能量较高的激发态转化成能量较低的基态，原子会释放能量，故D正确；故选D。 【变式1-3】（24-25高二上·江苏无锡·月考）下列说法正确的是 A．处于最低能量的原子叫激发态原子 B．表示能级有2个轨道 C．同一原子中，电子的能量逐渐减小 D．的电子云轮廓越来越大 【答案】D 【解析】A．原子的能量越高越不稳定，化学上把处于最低能量的原子叫做基态原子，故A错误；B．4p2表示4p能级上有2个电子，故B错误；C．能级符号相同，能层越大，电子能量越高，所以同一原子中，1s、2s、3s电子的能量逐渐增大，故C错误；D．2p、3p、4p轨道数一样，但电子云轮廓越来越大，故D正确；故选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】（24-25高二下·江苏无锡·期中）下列各项叙述中正确的是 A．镁原子由时，原子释放能量，由基态转化成激发态 B．外围电子排布为的元素位于第5周期IA族 C．基态氮原子核外电子的运动状态有5种 D．所有原子任一电子层的s电子云轮廓图都是球形，但球的半径大小不相等 【答案】D 【解析】A．镁原子从跃迁到时，需吸收能量，由基态变为激发态，释放能量，A错误；B．外围电子对应ⅢA族，而非族，且位于区，B错误；C．基态氮原子有7个电子，每个电子运动状态均不同，应为7种，C错误；D．所有s电子云均为球形，不同能层s轨道半径不同，D正确；故选D。 【变式2-1】（24-25高二下·江苏无锡·月考）对充有氖气的霓虹灯管通电，灯管发出红色光。产生这一现象的主要原因是 A．氖原子获得电子后转变成发出红光的物质 B．在电流的作用下，氖原子与构成灯管的物质发生反应 C．电子由激发态向基态跃迁时以光的形式释放能量 D．电子由基态向激发态跃迁时吸收除红光以外的光线 【答案】C 【解析】A．光是电子释放能量的一种重要形式，霓虹灯发光过程中没有新物质生成，故A错误；B．霓虹灯发光过程属于物理变化，没发生化学反应，故B错误；C．由于处于激发态的氖原子不稳定，则电子由激发态跃迁到较低能级的激发态乃至基态时，多余的能量以光的形式释放出来，光的波长对应一定的颜色，故C正确；D．通电后基态氖原子的电子吸收能量，跃迁到较高能级，这一过程产生的吸收光谱中暗线不连续，则不可能出现吸收除红光以外的光线，故D错误；答案选C。 【变式2-2】（24-25高二下·江苏无锡·期中）下列各项叙述中，正确的是 A．Fe2+的基态核外电子排布式为[Ar]3d5 B．镁原子由1s22s22p63s2→1s22s22p63s13p1时，原子吸收能量，由激发态转化为基态 C．所有原子任一能层的s电子云轮廓图都是球形，且球的半径大小相同 D．2p能级上成对电子数等于未成对电子的基态原子和最外层电子排布式为4s24p4的原子属于同族元素原子 【答案】D 【解析】A．铁是26号元素，铁原子核外有26个电子，核外电子排布式为[Ar] 3d64s2，铁原子失去4s2的2个电子变成Fe2+，所以Fe2+在基态时，核外电子排布式为[Ar]3d6，故A错误；B．镁原子由1s22s22p63s2→1s22s22p63s13p1时，由基态转化成激发态，电子能量增大，需要吸收能量，故B错误；C．所有原子任一能层的s电子云轮廓图都是球形，能层越大，球的半径越大，故C错误；D．2p能级上成对电子数等于未成对电子的基态原子的最外层电子排布式为2s22p4，和最外层电子排布式为4s24p4的原子，最外层都是6个电子，位于第VIA族，属于同族元素原子，故D正确；故答案为D。 【变式2-3】（24-25高二上·江苏·月考）下列说法正确的是 A．某价层电子排布为4d25s2的基态原子，该元素位于周期表中第五周期第ⅡA族 B．在元素周期表中，s区、d区和ds区的元素都是金属元素 C．当碳原子的核外电子排布由转变为时，吸收能量，由激发态转化成基态 D．非金属元素形成的共价化合物中，原子的最外层电子数不一定是2或8 【答案】D 【解析】A．价层电子排布为4d25s2，则位于元素周期表d区，价电子数为4，最高能层为O层，所以位于第五周期第ⅣB族，A错误；B．s区的H为非金属元素，d区和ds区的元素包括副族和第VIII族元素，副族和第VIII族元素全部是金属元素，B错误；C．为激发态核外电子排布图，为基态核外电子排布图，由激发态到基态释放能量，C错误；D．非金属元素形成的共价化合物中，原子的最外层电子数除了2或8外，像一氧化碳、一氧化氮、二氧化硫等均不符合2或8电子结构，D正确；综上所述答案为D。 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】（24-25高二下·江苏·月考）下列说法错误的是 A．根据构造原理，原子核外电子填充顺序为1s、2s、2p、3s、3p、3d、4s、4p… B．1s22s12p1是激发态原子的电子排布式 C．基态溴原子的简化电子排布式是[Ar]3d104s24p5 D．Mg原子的电子排布式为1s22s22p63s2 【答案】A 【解析】A．根据构造原理原子核外电子填充顺序为1s、2s、2p、3s、3p、4s、3d、4p，A错误；B．1s22s2为基态，1s22s12p1为激发态，B正确；C．基态溴原子的核外有35个电子，分4层排布，基态溴原子的简化电子排布式为[Ar]3d104s24p5，C正确；D．Mg原子的核外电子数为12，电子排布式为1s22s22p63s2，D正确；故选A。 【变式3-1】（23-24高二下·江苏苏州·月考）某元素基态原子4s轨道上有1个电子，则该基态原子价电子排布不可能是 A． B． C． D． 【答案】B 【解析】A．K元素基态原子价电子排布为4s1，A可存在，不选；B．3p能级只有3个电子未排满，不会直接排4s能级，B一定不是基态原子价电子排布，B选；C．Cr元素基态原子价电子排布为3d54s1，C可存在，不选；D．Cu元素基态原子价电子排布为3d104s1，D可存在，不选；本题选B。 【变式3-2】（23-24高二下·江苏苏州·月考）下列有关原子轨道的叙述中正确的是 A．硫原子的2s轨道能量较3p轨道高 B．电子层序数n=4的原子轨道最多可容纳16个电子 C．铯原子的2s与5s电子云轮廓图均为球形 D．因为s轨道的形状是球形，所以s电子做的是圆周运动 【答案】C 【解析】A．根据原子轨道由低到高的排列原则，2s轨道能量低于3p轨道，故A错误；B．电子层序数n=4的原子轨道最多可容纳2×42=32个电子，故B错误；C．所有s轨道电子云轮廓图都是球形，故C正确；D．电子的运动是无规则的，没有固定的轨道，故D错误；故选C。 【变式3-3】（24-25高二上·江苏无锡·开学考试）下列各项叙述中，正确的是 A．Na、Mg、Al的未成对电子数依次增多 B．价电子排布为4s24p3的元素位于第4周期VA族，是p区元素 C．2p和3p轨道形状均为哑铃形，能量相等 D．氮原子的最外层电子轨道表示式：违背了泡利规则 【答案】B 【解析】A．根据构造原理可知基态Na、Mg、Al的核外电子排布式是1s22s22p63s1、1s22s22p63s2、1s22s22p63s13p1，原子核外未成对电子数分别是1、0、1，不是依次增多，故A错误；B．价电子排布为4s24p3的元素是As，位于第4周期VA族，是p区元素，故B正确；C．2p和3p轨道形状均为哑铃形，能量不相等，故C错误；D．N是7号元素，基态N原子核外电子排布式是1s22s22p3，原子核外最外层的3个2p电子分别占据3个轨道，而且自旋方向相同，违背了洪特规则，故D错误；故选B。 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】（24-25高二上·江苏·期中）下列各组多电子原子的原子轨道能量高低比较中，错误的是（    ） A．2s < 2p B．3px < 3py C．3s < 3d D．4s > 3p 【答案】B 【解析】A．相同电子层上原子轨道能量的高低：ns＜np＜nd＜nf，所以2s＜2p，故A正确；B．3px和3py轨道是两个不同的原子轨道，空间伸展方向不同，两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，故B错误；C．相同电子层上原子轨道能量的高低：ns＜np＜nd＜nf，所以3s＜3d，故C正确；D．原子中不同能级电子能量从小到大顺序是1s、2s、2p、3s、3p、4s、3d、4p、5s、4d、5p、6s、4f，所以4s＞3p，故D正确；故选B。 【变式4-1】（24-25高二下·江苏徐州·期末）下列有关原子轨道的能量和电子运动状态的说法正确的是 A．同一原子中，形状相同的原子轨道（即能级）的能量相同 B．同一原子中的2p能级上的电子的运动状态完全相同 C．多电子原子中，核外电子的运动遵循能量最低原理 D．多电子原子中，每个能层（即电子层）上电子的能量一定不同 【答案】C 【解析】试题分析：A、同一原子中，形状相同的原子轨道（即能级）的能量不一定相同，如1s和2s的原子轨道都是球形，但能量2s＞1s，A错误；B、同一能级有不同的原子轨道，泡利不相容原理规定了同一轨道电子自旋不同，洪特规则要求的是电子优先占据低能级，而不同的轨道自旋可以相同，但它们的轨道角动量不同。同一原子中的2p能级上的电子的运动状态不同，B错误；C、多电子原子中，核外电子的运动遵循能量最低原理，C正确；D、多电子原子中，同一能级上电子的能量相同，D错误。 【变式4-2】（24-25高二上·江苏·月考）下列关于价电子排布式为的原子的描述正确的是（    ） A．该原子核外有三种形状不同的电子云 B．该原子核外电子共有16种不同的运动状态 C．该原子形成的单质可与H2反应生成常温下为液态的化合物 D．基态该原子的轨道表示式为 【答案】B 【分析】价电子排布式为的元素是16号元素S。 【解析】A. S元素具有s和p能级，因此该原子的电子云形状有两种，分别是球形和哑铃形，故A错误；B.S原子核外具有16个电子，有16种不同的运动状态，故B正确；C.硫和氢气化合生成的硫化氢在常温下是气体而不是液体，故C错误；D.电子排布在同一能级的不同轨道上时，总是尽可能分别占据不同的轨道，且自旋方向相同，所以3p能级上轨道表示式违反了洪特规则，故D错误；综上所述，答案为B。 【变式4-3】（24-25高二上·江苏·月考）下列说法中正确的是(　　) A．1s电子云呈球形，表示电子绕原子核做圆周运动 B．ns能级的原子轨道图可表示为   C．3d3表示3d能级有3个轨道 D．电子云图中的小黑点密度大，说明该原子核外空间电子数目多 【答案】B 【解析】A项、电子云表示表示电子在核外空间某处出现的机会，不代表电子的运动轨迹，故A错误；B项、ns能级的电子云呈球形，所以可以用该图表示该能级的原子轨道，故B正确；C项、3d3表示3d能级有3个电子，故C错误；D项、电子云图中的小黑点的疏密表示电子出现机会的多少，密则机会大，疏则机会小，故D错误；故选B。 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】（23-24高二下·江苏淮安·期中）下列原子的外围电子排布式正确的是 A．3d54s1 B．3d44s2 C．3d94s2 D．3d114s2 【答案】A 【解析】A．根据原子填入轨道的顺序和核外电子排布规律中的洪特规则特例，当p、d、f轨道电子为全满、半满或全空时，原子的能量最低，3d54s1电子排布式正确，故A正确；B．3d44s2违背了半充满时为稳定状态，所以Cr的外围电子排布式为3d54s1，故B错误；C．3d94s2违背了全充满时为稳定状态，其外围电子排布式应为3d104s1，故C错误；D．违背了能量最低原理和洪特规则，正确的为3d104s24p1，故D错误；故选：A。 【变式5-1】（24-25高二上·江苏苏州·期中）下列说法错误的是 A．电子的能量不一定高于电子的能量 B．的电子排布式为，违背了洪特规则 C．电子排布式违背了能量最低原则 D．电子排布式违背了泡利原理 【答案】A 【解析】A．ns电子的能量一定高于(n-1)p电子的能量，A错误；B．对于6C 原子来说，2p能级有3个能量相同的原子轨道，最后2个电子应以自旋状态相同的方式分布在两个不同的2p轨道上，违反了洪特规则，B正确；C．根据轨道能量高低顺序可知E4s＜E3d，对于21Sc原子来说，最后3个电子应先排满4s轨道，再排3d轨道，应为1s22s22p63s23p63d14s2，故违反了能量最低原则，C正确；D．对于22Ti原子来说，3p能级共有3个轨道，最多可以排6个电子，如果排10 个电子，则违反了泡利原理，D正确；故选A。 【变式5-2】（24-25高二上·江苏盐城·期末）下列电子排布式或轨道表示式正确的是 A．C原子的轨道表示式： B．N原子轨道表示式： C．Cr基态原子核外电子排布式：[Ar]3d54s1 D．Ca原子的电子排布式：[Ar]3d2 【答案】C 【解析】试题分析A．碳原子核外6个电子，最外层4个电子，不符合洪特规则，应该是，A错误；B．氮原子的最外层有5个电子，根据海特高新可知2p上的3个电子应自旋相同，应该是，B错误；C．全空，全满，半满时能量最低，Cr基态原子核外电子排布式：[Ar]3d54s1 ，C正确；D．Ca原子的电子排布式：[Ar]4s2 ，D错误，答案选C。 【变式5-3】（23-24高二下·江苏南通·期中）下列有关说法正确的是 A．Fe2+的电子排布式为[Ar]3d44s2 B．处于同一能级的电子运动状态不相同 C．从空间角度看，2s轨道与2p轨道形状相同 D．基态碳原子的轨道表示式是 【答案】B 【解析】A．Fe2+的电子排布式为[Ar]3d6，故A错误；B．每一个电子有一种运动状态，所以处于同一能级的电子运动状态不相同，故B正确；C．2s轨道呈球形，2p轨道为哑铃形，故C错误；D．洪特规则指出，电子优先占据空轨道，且自旋平行，则基态碳原子的轨道表示式是，故D错误；故选B。 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】（23-24高一下·江苏南通·期中）下列有关说法正确的是 A．Fe2+的电子排布式为[Ar]3d44s2 B．处于同一能级的电子运动状态不相同 C．从空间角度看，2s轨道与2p轨道形状相同 D．基态碳原子的轨道表示式是 【答案】B 【解析】A．Fe2+的电子排布式为[Ar]3d6，故A错误；B．每一个电子有一种运动状态，所以处于同一能级的电子运动状态不相同，故B正确；C．2s轨道呈球形，2p轨道为哑铃形，故C错误；D．洪特规则指出，电子优先占据空轨道，且自旋平行，则基态碳原子的轨道表示式是，故D错误；故选B。 【变式6-1】（25-26高三上·江苏盐城·开学考试）下列叙述正确的是 A．基态Cu2+电子排布式为[Ar]3d10 B．K原子结构示意图为 C．基态O原子核外电子轨道表示式为 D．基态Fe3+的价层电子排布式：3d64s2 【答案】B 【解析】A．Cu是29号元素，核外含有29个电子，则基态Cu2+电子排布式为[Ar]3d9，A错误；B．K是19号元素，核外含有19个电子，电子排布式为：1s22s22p63s23p64s1，原子结构示意图为，B正确；C．基态O原子电子排布式1s22s22p4，轨道表示式为，C错误；D．Fe是26号元素，核外含有26个电子，基态Fe3+的价层电子排布式：3d5，D错误；故选B。 【变式6-2】（24-25高二下·江苏淮安·期中）下列化学用语正确的是 A．基态铬原子()的价层电子排布式： B．水的电子式： C．乙醇的结构式： D．基态氧原子的轨道表示式： 【答案】A 【解析】A．基态铬原子()的价电子排布式：，故A正确；B．水是共价化合物，水的电子式：，故B错误；C． 乙醇的结构式：，故C错误；D．根据洪特规则，原子核外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，且自旋状态相同，则基态氧原子的轨道表示式为：，故D错误；故选A。 【变式6-3】（24-25高二下·江苏淮安·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原子结构示意图： B．铝位于元素周期表的s区 C．基态镁原子能量最高的电子云轮廓图为球形 D．基态Al原子外围电子轨道表示式： 【答案】C 【解析】A．Al原子核外有13个电子，占据三个能层，Al原子结构示意图：，A错误；B．基态Al的价层电子排布为3s23p1，Al位于元素周期表的p区，B错误；C．基态镁原子的价层电子排布式为3s2，能量最高的为3s轨道，其电子云轮廓图为球形，C正确；D．基态Al的价层电子排布式为3s23p1，故基态Al原子外围电子轨道表示式为，D错误；故答案选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】（22-23高二下·江苏无锡·期中）下列四种元素中，其单质氧化性最强的是 A．基态原子含有未成对电子数最多的第二周期元素 B．位于周期表中第三周期第ⅢA族的元素 C．第二周期基态原子的L层电子排满的元素 D．基态原子的最外电子层排布为3s23p5的元素 【答案】D 【解析】原子含有未成对电子最多的第二周期元素是N；位于周期表中第三周期第ⅢA族的元素为Al；第二周期基态原子的L层电子排满的元素为Ne；基态原子的最外电子层排布为3s23p5的元素为Cl；元素非金属性越强，单质氧化性越强，单质氧化性最强的Cl2，故选D。 【变式7-1】（24-25高二下·江苏苏州·月考）磷酸亚铁锂（）电极材料主要用于各种锂离子电池。下列说法错误的是 A．Li位于元素周期表的s区 B．基态的价电子排布式为 C．基态P原子核外的未成对电子数为3 D．基态O原子核外占据最高能级的电子的电子云图为哑铃形 【答案】B 【解析】A．Li位于元素周期表的s区，A项正确；B．基态上的核外电子排布式为，则其价电子排布式为，B项错误；C．基态P原子的核外电子排布式为，3p能级的3个轨道上分别填充1个电子，故基态P原子核外的未成对电子数为3，C项正确；D．基态O原子核外电子排布式为，占据最高能级的电子为2p电子，其电子云图为哑铃形，D项正确；答案选B。 【变式7-2】（24-25高二下·江苏苏州·月考）下列有关C、N、O三种元素及其相关化合物的结构与性质说法错误的是 A．基态原子未成对电子数： B．电负性： C．价电子数： D．第一电离能： 【答案】A 【解析】A．O的基态价电子排布为2s22p4，有2个未成对电子，N的基态价电子排布为2s22p3，有3个未成对电子，C的基态价电子排布为2s22p2，有2个未成对电子，未成对电子数：，A错误；B．同周期主族元素，从左到右，电负性依次增大，电负性：，B正确；C．O的基态价电子排布为2s22p4，价电子数为6，N的基态价电子排布为2s22p3，价电子数为5，C的基态价电子排布为2s22p2，价电子数为4，价电子数：，C正确；D．根据同一周期从左往右第一电离能呈增大趋势，ⅡA和ⅤA高于相邻元素，故第一电离能：，D正确；故选A。 【变式7-3】（24-25高二上·江苏南通·月考）下列与原子核外电子排布规律相关的叙述中(n为能层序数)，不正确的是 A．第三周期元素的基态原子中，未成对电子数最多的是磷 B．电子填入能级的顺序是，因此原子核外最外层电子数一般不超过8 C．由3d能级有5个轨道可知，元素周期表中第四周期元素比第三周期元素多10种 D．基态原子的最外层电子排布为ns2的元素，在元素周期表中均位于第ⅡA族 【答案】D 【解析】A．第三周期元素为短周期元素，轨道数最多的能级为3p能级，其具有3个轨道，在基态原子中，未成对电子数最多的元素的价电子排布为3s23p3，是15号元素磷，A正确；B．因为(n+1)s能级的能量略高于np能级，当电子填满能级np后，电子进入(n+1)s能级，所以原子核外最外层电子数一般不超过8，B正确；C．第二周期元素电子排布只进入2p、3p能级，第四周期元素电子逐渐排满3d能级，3d能级有5个轨道，最多容纳10个电子，则元素周期表中第四周期元素比第三周期元素多10种，C正确；D．基态原子的最外层电子排布为ns2的元素，次外层不一定排满电子，(n-1)d轨道容纳电子数可能为1、2、3、5、6、7、8、10，所以最外层电子排布为ns2的元素不一定位于第ⅡA族，D不正确；故选D。 / 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 学科网（北京）股份有限公司 $