1.1 原子结构（举一反三专项训练，浙江专用）【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 能量最低原理、泡利原理、洪特规则  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。 2．能级 ①定义：同一能层的电子，还被分成不同能级。 ②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 3．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)f能级的最小能层为4，d能级的最小能层为3。 (6)能级能量大小的比较：先看能层，一般情况下，能层序数越大，能量越高；再看同一能层各能级的能量顺序为：E(ns)< E(np)<E(nd)< E(nf) ……。 (7)不同能层中同一能级，能层序数越大，能量越高。例如：E(1s)< E(2s)<E(3s)。 (8)不同原子同一能层，同一能级的能量大小不同。例如：Ar的1s能级的能量≠S的1s能级的能量。 【典例1】下列关于能级与能层说法正确的是( ) A．每个能层都有s能级和p能级 B．s、p、d、f等能级所含有轨道数分别为1、3、5、7，每个轨道可以容纳两个电子 C．电子由2p能级跃迁到2s能级需要吸收能量 D．d能级能量一定大于s能级能量 【答案】B 【解析】A项，第一能层只有s能级，没有p能级，A错误；B项，原子轨道是原子电子运动的基本结构，它可以表示原子电子状态的变化和电子分布，s、p、d、f等能级所含有轨道数分别为1、3、5、7，由泡利原理可知每个轨道可以容纳两个电子，B正确；C项，2p能级的能量高于2s，电子由2p能级跃迁到2s能级释放能量，C错误；D项，d能级能量不一定大于s能级能量，3d能级的能量低于5s能级，D错误；故选B。 【变式1-1】下列关于能层和能级的说法正确的是( ) A．原子核外每能层最多可容纳的电子数为n2 B．能层序数较大的能级，能量不一定较高 C．同一原子中，1s、2s、3s电子的能量逐渐减小 D．同一原子中，2p、3p、4p能容纳的电子数逐渐增多 【答案】B 【解析】A项，原子核外每能层最多可容纳的电子数为2n2，故A错误； B项，能层序数越大的能级能量不一定越高，如4s的能量低于3d，故B正确；C项，不同能层的s轨道，能层序数越大的其能量越高，即1s<2s<3s，故C错误；D项，p能级上有3个原子轨道，轨道数相同，故D错误。故选B。 【变式1-2】构造原理揭示的电子排布能级顺序，实质是各能级能量高低顺序。若以E表示某能级的能量，下列能量大小顺序中不正确的是( ) A．E(3d)>E(3p)>E(3s) B．E(3s)>E(2s)>E(1s) C．E(4f)>E(3d)>E(4s) D．E(5s)>E(3d)>E(4p) 【答案】D 【解析】各能级能量高低顺序为①相同n而不同能级的能量高低顺序为：ns＜np＜nd＜nf，②n不同时的能量高低：2s＜3s＜4s、2p＜3p＜4p；③不同层不同能级ns＜(n-2)f＜(n-1)d＜np，绝大多数基态原子核外电子的排布都遵循下列顺序：1s、2s、2p、3s、3p、4s、3d、4p、5s、4d、5p、6s、4f…。A项，由以上分析可知相同能层不同能级的电子能量E(3d)＞E(3p)＞E(3s)，故A正确；B项，不同能层相同能级的电子能量E(3s)＞E(2s)＞E(1s)，故B正确；C项，由以上分析可知E(4f)＞E(3d)＞E(4s)，故C正确；D项，由以上分析可知E(5s)>E(4p)>E(3d)，故D错误；故选D。 【变式1-3】下列说法不正确的是( ) A．各能层含有的原子轨道数为(n为能层序数) B．从空间角度看，2s轨道比1s轨道大，其空间包含了1s轨道 C．2p、3p、4p的轨道形状均为哑铃形 D．原子核外电子排布，先排满K层再排L层、先排满M层再排N层 【答案】D 【解析】A项，各能层最多含有的电子数为2n2，每个原子轨道含有2个电子，所以各能层含有的原子轨道数为n2(n为能层序数)，A正确；B项，s轨道都是球形，2s轨道半径大于1s轨道半径，其空间包含了1s轨道，B正确；C项，p能级轨道形状为哑铃型，形状与能层无关，C正确；D项，M能层中3d能级的能量高于N能层中4s能级能量，填充完N层的4s能级后才能填充M层的3d能级，D错误；故选D。 题型02 基态与激发态 原子光谱 1．基态原子与激发态原子 (1)基态原子：处于最低能量状态的原子。 (2)激发态原子：基态原子吸收能量，电子会跃迁到较高能级，变为激发态原子。 2．原子光谱 (1)不同元素的原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的电子的吸收光谱或发射光谱，总称原子光谱。 (2)光谱的成因及分类 ①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，将释放能量；反之，将吸收能量。光(辐射)是电子释放能量的重要形式之一。 ②电子的跃迁是物理变化(未发生电子转移)，而原子得失电子时发生的是化学变化。 ③一般在能量相近的能级间发生电子跃迁。 (3)光谱分析：在现代化学中，常利用原子光谱上的特征谱线来鉴定元素。 【典例2】下列关于原子结构的说法正确的是( ) A．电子由3d能级跃迁至5s能级，可通过光谱仪摄取原子的发射光谱 B．同一原子中，2p、3p、4p电子的能量依次增强 C．电子仅从激发态跃迁到基态时才会产生原子光谱 D．日常生活中的焰火、LED灯、激光都与原子核外电子跃迁吸收能量有关 【答案】B 【解析】A项，由于E3d<E4p，电子由3d能级跃迁至4p能级时，需要吸收能量，通过光谱仪摄取到的是原子的吸收光谱，A错误；B．同一原子中，不能能层但相同能级上的电子，从低能层到高能层电子能量依次增强，则2p、3p、4p电子的能量依次增强，B正确；C．原子光谱有发射光谱和吸收光谱两种，电子由激发态跃迁到基态时产生发射光谱，由基态跃迁到激发态时产生吸收光谱，C错误；D．日常生活中我们看到的许多可见光，如焰火、LED灯、激光，都与原子核外电子发生跃迁释放能量有关，D错误； 故选B。 【变式2-1】电子跃迁伴随着能量的释放或吸收。下列与电子跃迁无关的是( ) A．成都大运会燃放的焰火 B．铜丝可以导电 C．装饰建筑夜景的LED灯光 D．从太阳光谱中发现氦 【答案】B 【解析】A项，燃放的焰火是焰色试验的体现，焰色试验是因为金属离子吸收能量，电子发生跃迁，形成不同颜色的光，与电子跃迁有关，A项不选；B．铜丝可以导电是因为自由电子的定向移动，与电子跃迁无关，B项选；C．装饰建筑夜景的LED灯光是因为电子受到外加电压的影响，在高电势低电势之间跃迁，从而发出光，与电子跃迁有关，C项不选；D．从太阳光谱中发现氦是因为原子中的电子吸收能量，电子发生跃迁，形成不同颜色的光，与电子跃迁有关，D项不选；答案选B。 【变式2-2】下列说法中正确的是( ) A．焰色试验是化学变化 B．基态碳原子的电子排布式是1s22s12p3 C．焰色试验中观察到的特殊焰色是金属原子的电子从基态跃迁到激发态时产生的光谱谱线的颜色 D．同一原子处于激发态时的能量一定大于其处于基态时的能量 【答案】D 【解析】焰色试验是物理变化，A错误；根据能量最低原理，基态C原子的电子排布式是1s22s22p2，B错误；电子由基态跃迁到激发态需要吸收能量，由激发态跃迁到基态需要释放能量，焰色试验属于后者，C错误；基态原子吸收能量变为激发态原子，所以同一原子处于激发态时的能量一定大于其处于基态时的能量，D正确。故选D。 【变式2-3】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．电子由激发态向基态跃迁时以光的形式释放能量 B．电子由基态向激发态跃迁时吸收除红光以外的光线 C．氖原子获得电子后转变成发出红光的物质 D．在电流的作用下，氖原子与构成灯管的物质发生反应 【答案】A 【解析】电子由基态获得能量跃迁到激发态，从激发态跃迁到较低的能级，多余的能量以光的形式释放出来，可见光的波长对应一定的颜色，A正确，B错误；该过程属于物理变化，没有新物质生成，C、D错误。故选A。 题型03 构造原理与电子排布式 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。 【易错警示】 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：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。 【易错警示】 (1)当出现d轨道时，虽然电子按ns、(n－1)d、np的顺序填充，但在书写电子排布式时，仍把(n－1)d放在ns前，如Fe：1s22s22p63s23p63d64s2，失电子时，先失4s轨道上的电子，如Fe3＋：1s22s22p63s23p63d5。 (2)注意比较原子核外电子排布式、简化电子排布式、原子外围电子或价电子排布式的区别与联系。如Cu的电子排布式：1s22s22p63s23p63d104s1；简化电子排布式：[Ar]3d104s1；外围电子或价电子排布式：3d104s1。 【典例3】 16．下列有关构造原理的说法错误的是( ) A．原子核外电子填充3p、3d、4s能级的顺序为3p→4s→3d B．某基态原子部分核外电子的排布式为3d64s2 C．所有基态原子的核外电子排布都遵循构造原理 D．构造原理中的电子排布能级顺序，源于光谱学事实 【答案】C 【解析】A项，3d轨道能量高于4s，所以原子核外电子填充3p、3d、4s能级的顺序为3p→4s→3d，A正确；B项，基态铁原子价电子排布式为：3d64s2，符合基态原子电子排布规律，B正确；C项，原子的电子排布遵循构造原理能使整个原子的能量处于最低状态，但轨道充满或半充满时，能量较小，如Cu：3d104s1，Cr：3d54s1，不遵循构造原理，C错误；D项，构造原理中的电子排布能级顺序，源于光谱学事实，D正确；故选C。 【变式3-1】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项，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项，1s22s2为基态，1s22s12p1为激发态，B正确；C项，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项，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3-2】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的多少有关。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能级上的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．两粒子最外层都达到了8电子稳定结构，化学性质相同 【答案】C 【解析】虽然氩原子与硫离子的核外电子排布式相同，都是1s22s22p63s23p6，但是氩原子与硫离子的核电荷数不同，对核外电子的吸引力不同，两粒子的1s能级上电子的能量不相同；两粒子的3p能级上的电子离核的距离不相同；虽然两粒子最外层都达到了8电子稳定结构，但化学性质不相同，氩原子稳定，硫离子具有还原性。 【变式3-3】下列说法正确的是( ) A．M2+的电子排布式为1s22s22p63s23p63d5，则元素M在周期表中位于第四周期第VIIB族 B．最外层电子数为ns2的原子，其价电子数也为2 C．元素周期表各周期总是从ns能级开始，以np能级结束 D．p能级的原子轨道呈哑铃形，随着能层数的增加，p能级原子轨道数也在增多 【答案】A 【解析】A项，某元素+2价离子电子排布式为1s22s22p63s23p63d5，则该元素是25Mn，第四周期第VIIB族，A正确；B．最外层电子数为ns2的原子，过渡元素的价电子还包括(n-1)d上的电子，B错误；C．第一周期元素以ns能级开始，以ns能级结束，C错误；D．p能级的原子轨道呈哑铃形，随着能层数的增加，p能级原子轨道数不变，D错误；故选A。 题型04 电子云与原子轨道 1．电子云：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。 2．原子轨道 (1)概念：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。 (2)形状 ①s电子的原子轨道呈球形，能层序数越大，原子轨道的半径越大。 ②p电子的原子轨道呈哑铃形，能层序数越大，原子轨道的半径越大。 (3)各能级所含有原子轨道数目 能级符号 ns np nd nf 轨道数目 1 3 5 7 【易错警示】 硫原子的电子排布式为：1s22s22p63s23p4 a．运动状态等于电子数 S 原子核外有16个电子，则有16种不同运动状态的电子 b．空间运动状态等于轨道数 S 原子的电子排布式为1s22s22p63s23p4，其轨道数为1+1+3+1+3=9，则有9种不同的空间运动状态 c．伸展方向看轨道类型 S 原子的s轨道为球形，只有1种伸展方向，p轨道有3种伸展方向，则共有4种不同的伸展方向 d．不同能量的电子看轨道数 S 原子的电子排布式为1s22s22p63s23p4，有5种不同能量的电子 e．运动范围看电子层 S 原子的核外有3个电子层，有3种不同的运动范围 【典例4】下列关于电子云和原子轨道的说法正确的是( ) A．通常用小黑点来表示电子的多少，黑点密度大，电子数目多 B．s能级的原子轨道呈球形，处在该轨道上的电子在球壳上运动 C．所有原子的任一能层的s电子云轮廓图都是一个球形，并且球的半径大小相同 D．基态氯原子核外电子占有9个原子轨道 【答案】D 【解析】A项，小黑点表示电子在核外空间某处出现的机会，不表示电子数目，A错误；B项，s能级的原子轨道呈球形，处在该轨道上的电子不只在球壳内运动，还在球壳外运动，只是在球壳外运动概率较小，B错误；C项，所有原子的任一能层的s电子云轮廓图都是一个球形，但是能层不同球的半径大小不同，C错误；D项，基态氯原子核外电子排布为1s22s22p63s23p5，核外电子占有9个原子轨道，D正确；故选D。 【变式4-1】下列说法中，正确的是( ) A．p能级能量一定比s能级的能量高 B．2p、3p、4p能级的轨道数依次增多 C．2s轨道比1s轨道大，其空间包含了1s轨道 D．2px、2py、2pz轨道相互垂直，且能量不相等 【答案】C 【解析】A项，p能级能量不一定比s能级的能量高，如2p的能量小于3s，A错误；B项，同一原子中，各p能级的轨道数都为3，B错误；C项，从空间角度看，2s轨道空间包含了1s轨道，比1s轨道大，C正确；D项，2px、2py、2pz轨道相互垂直，能量相等，D错误； 故选C。 【变式4-2】下列有关原子轨道图的说法，错误的是( ) A．s电子的原子轨道是球形的 B．能量大小： C．p能级有3个原子轨道，相互垂直，分别以px、py、pz表示 D．2px、2py、2pz轨道的能量不相同 【答案】D 【解析】A项，s电子的原子轨道是球形的，故A正确；B项，同一原子能层越高，s电子云半径越大，电子能量越高，因此能量大小：，故B正确；C项，每个p能级都有3个原子轨道，而且它们互相垂直，分别称为px、py、pz，故C正确；D项，2px、2py、2pz轨道的能量是相同的，故D错误；故选D。 【变式4-3】如图甲是氢原子的1s电子云图(即概率密度分布图)，图乙、丙分别表示s、p能级的电子云轮廓图。下列有关说法正确的是( ) A．电子云图(即概率密度分布图)就是原子轨道图 B．3p2表示3p能级中有两个原子轨道 C．由图乙可知，s能级的电子云轮廓图呈圆形，有无数条对称轴 D．由图丙可知，p能级的原子轨道图呈哑铃形，且有3个伸展方向 【答案】D 【解析】电子云轮廓图与电子云图不是同一个概念，而是我们常说的原子轨道图，A项错误；3p2表示3p能级中容纳了两个电子，B项错误；s能级的电子云轮廓图呈球形而不是圆形，C项错误；p能级的原子轨道图呈哑铃形，有px、py、pz三个伸展方向，并且互相垂直，D项正确。 题型05 能量最低原理、泡利原理、洪特规则 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 每个原子轨道里最多只能容纳__2__个电子，且自旋状态_相反_。如2s轨道上的电子排布为，不能表示为。 3．电子排布的轨道表示式 (1)含义：将原子轨道用方框表示，在方框内用一个箭头表示一个电子，用“↑↓”表示自旋状态相反的电子，得到轨道表示式。如：P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：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。如2p3的电子排布为，不能表示为或。 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：当同一能级上的电子排布为全充满(p6、d10、f14)、半充满(p3、d5、f7)和全空状态(p0、d0、f0)时，具有较低的能量和较大的稳定性。 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。 【归纳总结】核外电子排布的表示方法 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 Al　S2－ 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 轨道表示式 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 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 【典例5】(2025·浙江宁波高二期末)下列说法错误的是( ) A．ns能级电子的能量可能低于(n-1)p能级电子的能量 B．6C的电子排布式为，违反了洪特规则 C．电子排布式(21Sc)1s22s22p63s23p63d3违反了能量最低原理 D．电子排布式(22Ti)1s22s22p63s23p10违反了泡利原理 【答案】A 【解析】A项，电子的能量与能层、能级有关，根据构造原理，ns能级电子的能量一定高于(n－1)p能级电子的能量，A错误；B项，根据洪特规则知，2p能级上的两个电子应排在两个不同的原子轨道上，违反了洪特规则，B正确；C项，根据能量最低原理知，电子先排能量低的轨道，后排能量高的原子轨道，故应先排4s轨道，电子排布式(21Sc)1s22s22p63s23p63d3违反了能量最低原理，C正确；D项，根据泡利原理知，3p能级最多容纳6个电子，电子排布式(22Ti)1s22s22p63s23p10违反了泡利原理，D正确；故选A。 【变式5-1】20世纪初，原子结构科学领域群星闪耀。可用以解释基态碳原子存在2个自旋方向相同的单电子的是( ) A．洪特规则 B．泡利原理 C．构造原理 D．玻尔原子模型 【答案】A 【解析】A项，洪特规则指：在相同能量的原子轨道上，电子的排布将尽可能占据不同的轨道，而且自旋方向相同，可以用来解释基态碳原子存在2个自旋方向相同的单电子，A正确；B项，泡利原理指：在一个原子轨道里，最多只能容纳两个电子，它们的自旋方向相反，无法解释基态碳原子存在2个自旋方向相同的单电子，B错误；C项，构造原理指：随核电荷数递增，大多数元素的电中性基态原子的电子按顺序填入核外电子运动轨道，无法解释基态碳原子存在2个自旋方向相同的单电子，C错误；D项，玻尔原子模型指：玻尔认为电子运行的轨道时不连续的，只能运行在固定半径轨道上，最小半径就是玻尔半径，而电子从一个轨道跃迁到另一个轨道时，会释放能量，无法解释基态碳原子存在2个自旋方向相同的单电子，D错误；故选A。 【变式5-2】下列Li原子电子排布图表示的状态中，能量最高的是( ) A． B． C． D． 【答案】D 【解析】能量最高的状态应在较高能级有更多的电子，图D中2p能级上电子数最多，能量最高。 故选D。 【变式5-3】下列有关原子核外电子排布的说法，正确的是( ) A．电子排布为[Ar]3d44s2的中性原子是基态原子 B．1s22s12px22py22pz1违反了洪特规则，是激发态原子的电子排布 C．不符合泡利原理 D．基态铜原子的电子排布式：1s22s22p63s23p6d94s2 【答案】C 【解析】洪特规则：原子核外电子在能量相同的各个轨道上排布时①电子尽可能分占不同的原子轨道，②自旋状态相同，③全空、全满或半满时能量最低。泡利原理是指在一个原子轨道里，最多只能容纳2个电子，且自旋状态相反。A项，该元素原子序数为24，3d轨道半充满稳定，电子排布式应该为[Ar]3d54s1，故A错误；B项，1s22s12px22py22pz1没有违反洪特规则，违反能量最低原理，该电子排布应该是激发态电子排布，故B错误；C项，2s轨道上的2个电子应该自旋方向相同，不符合泡利原理，故C正确；D项，基态铜原子的电子排布式：1s22s22p63s23p63d104s1，故D错误；故选C。 1 / 1 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 能量最低原理、泡利原理、洪特规则 题型01 能层与能级 1．能层 ①定义：核外电子按______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 能量高低 即能层越高，电子的能量越______，离原子核越______。 2．能级 ①定义：同一能层的电子，还被分成不同能级。 ②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 ____ ____ ____ ____ ____ 能级 ___ ___ ___ ___ ___ ___ ___ ___ ___ ___ ___ ___ …… 最多电子数 2 2 6 2 6 10 2 6 10 14 2 6 2 8 18 32 ……2n2 3．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________。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____ (n为能层序数)。 (5)f能级的最小能层为4，d能级的最小能层为3。 (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____；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____。例如：E(1s)< E(2s)<E(3s)。 (8)不同原子同一能层，同一能级的能量大小不同。例如：Ar的1s能级的能量≠S的1s能级的能量。 【典例1】下列关于能级与能层说法正确的是( ) A．每个能层都有s能级和p能级 B．s、p、d、f等能级所含有轨道数分别为1、3、5、7，每个轨道可以容纳两个电子 C．电子由2p能级跃迁到2s能级需要吸收能量 D．d能级能量一定大于s能级能量 【变式1-1】下列关于能层和能级的说法正确的是( ) A．原子核外每能层最多可容纳的电子数为n2 B．能层序数较大的能级，能量不一定较高 C．同一原子中，1s、2s、3s电子的能量逐渐减小 D．同一原子中，2p、3p、4p能容纳的电子数逐渐增多 【变式1-2】构造原理揭示的电子排布能级顺序，实质是各能级能量高低顺序。若以E表示某能级的能量，下列能量大小顺序中不正确的是( ) A．E(3d)>E(3p)>E(3s) B．E(3s)>E(2s)>E(1s) C．E(4f)>E(3d)>E(4s) D．E(5s)>E(3d)>E(4p) 【变式1-3】下列说法不正确的是( ) A．各能层含有的原子轨道数为(n为能层序数) B．从空间角度看，2s轨道比1s轨道大，其空间包含了1s轨道 C．2p、3p、4p的轨道形状均为哑铃形 D．原子核外电子排布，先排满K层再排L层、先排满M层再排N层 题型02 基态与激发态 原子光谱 1．基态原子与激发态原子 (1)基态原子：处于最______能量状态的原子。 (2)激发态原子：基态原子______能量，电子会______到较高能级，变为激发态原子。 2．原子光谱 (1)不同元素的原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的电子的吸收光谱或发射光谱，总称____________。 (2)光谱的成因及分类 ①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______能量；反之，将______能量。光(辐射)是电子释放能量的重要形式之一。 ②电子的跃迁是______变化(未发生电子转移)，而原子得失电子时发生的是______变化。 ③一般在能量相近的能级间发生电子跃迁。 (3)光谱分析：在现代化学中，常利用原子光谱上的特征谱线来鉴定元素。 【典例2】下列关于原子结构的说法正确的是( ) A．电子由3d能级跃迁至5s能级，可通过光谱仪摄取原子的发射光谱 B．同一原子中，2p、3p、4p电子的能量依次增强 C．电子仅从激发态跃迁到基态时才会产生原子光谱 D．日常生活中的焰火、LED灯、激光都与原子核外电子跃迁吸收能量有关 【变式2-1】电子跃迁伴随着能量的释放或吸收。下列与电子跃迁无关的是( ) A．成都大运会燃放的焰火 B．铜丝可以导电 C．装饰建筑夜景的LED灯光 D．从太阳光谱中发现氦 【变式2-2】下列说法中正确的是( ) A．焰色试验是化学变化 B．基态碳原子的电子排布式是1s22s12p3 C．焰色试验中观察到的特殊焰色是金属原子的电子从基态跃迁到激发态时产生的光谱谱线的颜色 D．同一原子处于激发态时的能量一定大于其处于基态时的能量 【变式2-3】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．电子由激发态向基态跃迁时以光的形式释放能量 B．电子由基态向激发态跃迁时吸收除红光以外的光线 C．氖原子获得电子后转变成发出红光的物质 D．在电流的作用下，氖原子与构成灯管的物质发生反应 题型03 构造原理与电子排布式 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______，每一行对应一个______，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：___→___→___→___ →___→___→___ →___→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____________。 【易错警示】 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______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：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_________元素原子结构的部分，用相应的_________元素符号外加_________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_________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_________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。 【易错警示】 (1)当出现d轨道时，虽然电子按ns、(n－1)d、np的顺序填充，但在书写电子排布式时，仍把(n－1)d放在ns前，如Fe：1s22s22p63s23p63d64s2，失电子时，先失4s轨道上的电子，如Fe3＋：1s22s22p63s23p63d5。 (2)注意比较原子核外电子排布式、简化电子排布式、原子外围电子或价电子排布式的区别与联系。如Cu的电子排布式：1s22s22p63s23p63d104s1；简化电子排布式：[Ar]3d104s1；外围电子或价电子排布式：3d104s1。 【典例3】 16．下列有关构造原理的说法错误的是( ) A．原子核外电子填充3p、3d、4s能级的顺序为3p→4s→3d B．某基态原子部分核外电子的排布式为3d64s2 C．所有基态原子的核外电子排布都遵循构造原理 D．构造原理中的电子排布能级顺序，源于光谱学事实 【变式3-1】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3-2】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的多少有关。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能级上的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．两粒子最外层都达到了8电子稳定结构，化学性质相同 【变式3-3】下列说法正确的是( ) A．M2+的电子排布式为1s22s22p63s23p63d5，则元素M在周期表中位于第四周期第VIIB族 B．最外层电子数为ns2的原子，其价电子数也为2 C．元素周期表各周期总是从ns能级开始，以np能级结束 D．p能级的原子轨道呈哑铃形，随着能层数的增加，p能级原子轨道数也在增多 题型04 电子云与原子轨道 1．电子云：处于一定空间运动状态的电子在原子核外空间的__________________的形象化描述。 2．原子轨道 (1)概念：量子力学把电子在原子核外的一个__________________称为一个_________。 (2)形状 ①s电子的原子轨道呈_________，能层序数越大，原子轨道的半径越大。 ②p电子的原子轨道呈_________形，能层序数越大，原子轨道的半径越大。 (3)各能级所含有原子轨道数目 能级符号 ns np nd nf 轨道数目 _________ _________ _________ _________ 【易错警示】 硫原子的电子排布式为：1s22s22p63s23p4 a．运动状态等于电子数 S 原子核外有16个电子，则有____种不同运动状态的电子 b．空间运动状态等于轨道数 S 原子的电子排布式为1s22s22p63s23p4，其轨道数为1+1+3+1+3=9，则有____种不同的空间运动状态 c．伸展方向看轨道类型 S 原子的s轨道为球形，只有1种伸展方向，p轨道有3种伸展方向，则共有____种不同的伸展方向 d．不同能量的电子看轨道数 S 原子的电子排布式为1s22s22p63s23p4，有____种不同能量的电子 e．运动范围看电子层 S 原子的核外有3个电子层，有____种不同的运动范围 【典例4】下列关于电子云和原子轨道的说法正确的是( ) A．通常用小黑点来表示电子的多少，黑点密度大，电子数目多 B．s能级的原子轨道呈球形，处在该轨道上的电子在球壳上运动 C．所有原子的任一能层的s电子云轮廓图都是一个球形，并且球的半径大小相同 D．基态氯原子核外电子占有9个原子轨道 【变式4-1】下列说法中，正确的是( ) A．p能级能量一定比s能级的能量高 B．2p、3p、4p能级的轨道数依次增多 C．2s轨道比1s轨道大，其空间包含了1s轨道 D．2px、2py、2pz轨道相互垂直，且能量不相等 【变式4-2】下列有关原子轨道图的说法，错误的是( ) A．s电子的原子轨道是球形的 B．能量大小： C．p能级有3个原子轨道，相互垂直，分别以px、py、pz表示 D．2px、2py、2pz轨道的能量不相同 【变式4-3】如图甲是氢原子的1s电子云图(即概率密度分布图)，图乙、丙分别表示s、p能级的电子云轮廓图。下列有关说法正确的是( ) A．电子云图(即概率密度分布图)就是原子轨道图 B．3p2表示3p能级中有两个原子轨道 C．由图乙可知，s能级的电子云轮廓图呈圆形，有无数条对称轴 D．由图丙可知，p能级的原子轨道图呈哑铃形，且有3个伸展方向 题型05 能量最低原理、泡利原理、洪特规则 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_______、_______、______________和______________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 每个原子轨道里最多只能容纳_______个电子，且自旋状态_______。如2s轨道上的电子排布为，不能表示为。 3．电子排布的轨道表示式 (1)含义：将原子轨道用方框表示，在方框内用一个箭头表示一个电子，用“↑↓”表示自旋状态相反的电子，得到轨道表示式。如：P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：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______________占据一个轨道，且自旋状态相同。如2p3的电子排布为，不能表示为或。 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：当同一能级上的电子排布为_______ (p6、d10、f14)、_______ (p3、d5、f7)和_______状态(p0、d0、f0)时，具有较_____的能量和较______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______________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_______原理、_______规则和______________原理。 【归纳总结】核外电子排布的表示方法 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 Al　S2－ 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 轨道表示式 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 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 【典例5】(2025·浙江宁波高二期末)下列说法错误的是( ) A．ns能级电子的能量可能低于(n-1)p能级电子的能量 B．6C的电子排布式为，违反了洪特规则 C．电子排布式(21Sc)1s22s22p63s23p63d3违反了能量最低原理 D．电子排布式(22Ti)1s22s22p63s23p10违反了泡利原理 【变式5-1】20世纪初，原子结构科学领域群星闪耀。可用以解释基态碳原子存在2个自旋方向相同的单电子的是( ) A．洪特规则 B．泡利原理 C．构造原理 D．玻尔原子模型 【变式5-2】下列Li原子电子排布图表示的状态中，能量最高的是( ) A． B． C． D． 【变式5-3】下列有关原子核外电子排布的说法，正确的是( ) A．电子排布为[Ar]3d44s2的中性原子是基态原子 B．1s22s12px22py22pz1违反了洪特规则，是激发态原子的电子排布 C．不符合泡利原理 D．基态铜原子的电子排布式：1s22s22p63s23p6d94s2 1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $