第一节 原子结构（举一反三专项训练，北京专用）【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】(2025·北京东城高二期末)我国首次实现了14C同位素的批量生产，下列说法不正确的是( ) A．基态14C原子存在1s能级 B．14C原子2p能级轨道数为3 C．14C电子发生跃迁得到的是连续光谱 D．14C的基态原子吸收能量，它的电子会跃迁到较高能级 【答案】C 【解析】A项，依据基态碳原子电子排布式可知，基态14C原子存在1s能级，A正确；B项，p能级都含3条轨道，所以14C原子2p能级轨道数为3，B正确；C项，14C电子发生跃迁得到的是线状光谱，是不连续的，C错误；D项，依据分析可知，14C的基态原子吸收能量，它的电子会跃迁到较高能级，D正确；故选C。故选B。 【变式1-1】(2025·北京师大附属实验学校高二月考)下列说法正确的是( ) A．不同电子层的p能级的轨道数不同 B．3d能级有3个原子轨道 C．第三电子层最多容纳8个电子 D．第n电子层中含有n个能级 【答案】D 【解析】A项，不同电子层的p能级的轨道数相等，都是3个，A错误；B项，3d能级有5个原子轨道，B错误；C项，每一电子层最多容纳的电子数都为2n2(n表示电子层)，第三电子层若不是最外层，最多容纳18个电子，若第三电子层是最外层，则最多可容纳8个电子，C错误；D项，各电子层的能级数等于其所处的电子层数，即第n电子层含有n个能级，D正确；故选D。 【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．原子的状态 (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，从低能级跃迁到较高能级状态的原子。 2．原子光谱：不同元素的原子发生电子跃迁时会吸收或释放不同的光，用光谱仪记录下来便得到原子光谱。利用原子光谱的特征谱线可以鉴定元素，称为光谱分析。 3．基态、激发态及光谱示意图 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。 4．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。 【易错警示】 (1)可见光中，红光的波长最长，紫色的波长最短。 (2)焰色反应是电子跃迁的结果，故金属的焰色反应是物理变化过程，不属于化学变化。 【典例2】(2025·北京丰台高二期中)下列现象与电子的跃迁没有直接关联的是( ) A B C D A．氢原子发光 B．霓虹灯发光 C．燃放烟花 D．钠与水剧烈反应 【答案】D 【解析】电子由能量较高的能级跃迁到能量较低能级时，以光的形式释放能量，氢原子发光、霓虹灯发光、燃放烟花等现象都是电子发生跃迁释放能量形成的，钠与水反应属于化学变化，与电子的跃迁没有直接关联，故选D。 【变式2-1】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2-2】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2-3】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)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。构造原理示意图： (2)能级交错：根据构造原理，随核电荷数的递增，电子并不总是填满一个能层后再开始填入下一个能层的，电子是按3p→4s→3d的顺序而不是按3p→3d→4s的顺序填充的，这种现象被称为能级交错。 2．电子排布式 (1)对电子排布式的认识 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。 如1s22s22p63s23p1、1s22s22p63s23p64s2分别是Al、Ca原子的电子排布式。 (2)书写电子排布式的方法 ①“三步法”书写电子排布式 构造原理是书写基态原子电子排布式的依据。 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。 ②简化的电子排布式 将电子排布式中的内层电子排布用相应的稀有气体元素符号加方括号来表示而得到的式子称为简化的电子排布式。如氮、钠、钙的简化电子排布式分别为[He]2s22p3、[Ne]3s1、[Ar]4s2。 ③离子的核外电子排布式 对于主族元素的原子来说，一般只失去最外层电子，而过渡元素的原子可能还会进一步失去内层电子；原子得到电子时，一般总是填充到最外层未填满的能级上。如Fe位于第四周期Ⅷ族，其原子的核外电子排布式为[Ar]3d64s2，Fe2＋的核外电子排布式为[Ar]3d6，Fe3＋的核外电子排布式为[Ar]3d5。 【易错警示】 电子排布式的书写顺序与电子排布顺序有所不同，电子进入能层的顺序是按构造原理中能级的能量递增的顺序，而电子排布式的书写则按能层的顺序，能层中的能级按s、p、d、f能量递增的顺序排布。 【典例3】(2025·北京师大附属实验学校高二期中)下列说法中正确的是( ) ①原子中处于第3能层的电子跃迁到第2能层时需要放出能量；②M能层可以有s、p、d、f能级；③3px表示有3个px轨道；④在一个原子中，不可能出现运动状态完全相同的两个电子；⑤2s电子云有两个空间取向。 A．①②③ B．①④ C．②⑤ D．③④⑤ 【答案】B 【解析】①原子中处于第3能层的电子跃迁到第2能层时需要放出能量，故正确；②M能层含有s、p、d三个能级，不含f能级，故错误；③3 px表示第三能层的px轨道，故错误；④在多电子的原子中，电子填充在不同的能层，能层又分不同的能级，同一能级又有不同的原子轨道，每个轨道中最多可以填充两个电子，自旋相反，在一个基态多电子的原子中，不可能有两个运动状态完全相同的电子，故正确；⑤s轨道为球形对称，只有1个空间取向，故错误；故选B。 【变式3-1】(2025·北京师大附属实验学校高二月考)下列原子价电子排布式表示的各组指定的元素，不能形成AB2型化合物的是( ) A．2s22p2和2s22p4 B．3s23p4和1s1 C．3s2和3s23p5 D．3s1和3s23p5 【答案】D 【解析】A项，原子价电子排布式为2s22p2和2s22p4的分别是C、O元素，二者可形成CO2，能形成AB2型化合物，A不符合题意；B项，原子价电子排布式为3s23p4和1s1的元素分别是S、H元素，二者形成化合物H2S，能形成AB2型化合物，B不符合题意；C项，原子价电子排布式为3s2和3s23p5的元素分别是Mg、Cl元素，二者形成化合物MgCl2，能形成AB2型化合物，C不符合题意；D项，原子价电子排布式为3s1和3s23p5的元素分别是Na、Cl元素，二者形成化合物NaCl，不能形成AB2型化合物，D符合题意；故选D。 【变式3-2】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3-3】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。 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】(2025·北京通州高二期中)图1和图2分别表示某能级电子的电子云及其轮廓图，下列说法正确的是( ) A．图1中每个小黑点表示1个电子 B．图2表示电子只能在球体内出现 C．由图2可推知该电子所处的原子轨道为球形 D．图1中的小黑点表示某一时刻电子在核外所处的具体位置 【答案】C 【解析】A项，图1表示1s电子的概率分布图，则图中每个小黑点表示出现的概率，A错误；B项，图2表示在界面内出现该电子的几率大于90%，界面外出现该电子的几率不足10%，B错误；C项，图 2 轮廓图为球形，可知该电子所处原子轨道是球形，C正确；D项，图1中的小黑点表示空间各电子出现的概率，即某一时刻电子在核外某处出现的概率大小，D错误；故选C。 【变式4-1】(2025·北京师大附属实验学校高二月考)下列关于氢原子电子云图的说法正确的是( ) A．通常用小黑点来表示电子的多少，黑点密度大，电子数目大 B．黑点密度大，单位体积内电子出现的概率大 C．通常用小黑点来表示电子绕核做高速圆周运动 D．电子位于2s或2p轨道时，其电子云图相同 【答案】B 【解析】A项，电子云图中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，故 A错误；B项，电子云图中小黑点密度大表示电子在原子核外空间的单位体积内电子出现的概率大，故 B正确；C项，电子云图中小黑点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 C错误；D项，s轨道电子云为球形，p轨道电子云为哑铃形，故D错误；故选B。 【变式4-2】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。 【变式4-3】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。 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·北京师大附属实验学校高二月考)某基态原子的最外能层的各能级中，电子排布的方式正确的是( ) A． B． C． D． 【答案】C 【解析】3s能级能量低于3p，电子在3s排满后再排3p，根据洪特规则，3p能级有2个电子要占据不同的轨道且具有相同的自旋方向，正确的电子排布式为：，故选C。 【变式5-1】(2025·北京师大附属实验学校高二期中习)下列离子中外层d轨道达半充满状态的是( ) A．Cr3+ B．Fe2+ C．CO3+ D．Mn2+ 【答案】D 【解析】Cr3+、Fe2+、CO3+、Mn2+四种离子价层电子排布式分别为3d3、3d6、3d6、3d5，d能级上有5个轨道，最多容纳10个电子，半充满状态时，d能级上有5个电子，故选D。 【变式5-2】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。 【变式5-3】以下是一些基态原子2P能级上的电子排布图及电子排布式：①  ②  ③碳原子：1s22s12p3④钾原子：1s22s22p63s23p63d1。对上述表示方法的评价中，正确的是( ) A．①违背泡利原理 B．②正确 C．③违背能量最低原理 D．④违背洪特规则 【答案】C 【解析】A项，①违背洪特规则，A项错误；B项，②违背泡利原理，B项错误；C项，电子应先排2s轨道，2s轨道排满后，再排2p轨道，③违背能量最低原理，C项正确；D项，④违背了能量最低原理，D项错误；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】(2025·北京东城高二期末)我国首次实现了14C同位素的批量生产，下列说法不正确的是( ) A．基态14C原子存在1s能级 B．14C原子2p能级轨道数为3 C．14C电子发生跃迁得到的是连续光谱 D．14C的基态原子吸收能量，它的电子会跃迁到较高能级 【变式1-1】(2025·北京师大附属实验学校高二月考)下列说法正确的是( ) A．不同电子层的p能级的轨道数不同 B．3d能级有3个原子轨道 C．第三电子层最多容纳8个电子 D．第n电子层中含有n个能级 【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．原子的状态 (1)基态原子：处于____________的原子。 (2)激发态原子：基态原子的电子吸收能量后，从____________跃迁到____________状态的原子。 2．原子光谱：不同元素的原子发生电子跃迁时会______或______不同的光，用光谱仪记录下来便得到原子光谱。利用原子光谱的____________可以鉴定元素，称为____________。 3．基态、激发态及光谱示意图 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。 4．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。 【易错警示】 (1)可见光中，红光的波长最长，紫色的波长最短。 (2)焰色反应是电子跃迁的结果，故金属的焰色反应是物理变化过程，不属于化学变化。 【典例2】(2025·北京丰台高二期中)下列现象与电子的跃迁没有直接关联的是( ) A B C D A．氢原子发光 B．霓虹灯发光 C．燃放烟花 D．钠与水剧烈反应 【变式2-1】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2-2】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2-3】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)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_________原理。构造原理示意图： (2)能级交错：根据构造原理，随核电荷数的递增，电子并不总是填满一个能层后再开始填入下一个能层的，电子是按3p→____→3d的顺序而不是按3p→3d→4s的顺序填充的，这种现象被称为_________。 2．电子排布式 (1)对电子排布式的认识 电子排布式是用核外电子分布的能级及各能级上的_________来表示电子排布的式子。 如1s22s22p63s23p1、1s22s22p63s23p64s2分别是Al、Ca原子的电子排布式。 (2)书写电子排布式的方法 ①“三步法”书写电子排布式 构造原理是书写基态原子电子排布式的依据。 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→____→____→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。 ②简化的电子排布式 将电子排布式中的内层电子排布用相应的稀有气体元素符号加方括号来表示而得到的式子称为简化的电子排布式。如氮、钠、钙的简化电子排布式分别为_________、_________、_________。 ③离子的核外电子排布式 对于主族元素的原子来说，一般只失去最外层电子，而过渡元素的原子可能还会进一步失去内层电子；原子得到电子时，一般总是填充到最外层未填满的能级上。如Fe位于第四周期Ⅷ族，其原子的核外电子排布式为[Ar]3d64s2，Fe2＋的核外电子排布式为_________，Fe3＋的核外电子排布式为_________。 【易错警示】 电子排布式的书写顺序与电子排布顺序有所不同，电子进入能层的顺序是按构造原理中能级的能量递增的顺序，而电子排布式的书写则按能层的顺序，能层中的能级按s、p、d、f能量递增的顺序排布。 【典例3】(2025·北京师大附属实验学校高二期中)下列说法中正确的是( ) ①原子中处于第3能层的电子跃迁到第2能层时需要放出能量；②M能层可以有s、p、d、f能级；③3px表示有3个px轨道；④在一个原子中，不可能出现运动状态完全相同的两个电子；⑤2s电子云有两个空间取向。 A．①②③ B．①④ C．②⑤ D．③④⑤ 【变式3-1】(2025·北京师大附属实验学校高二月考)下列原子价电子排布式表示的各组指定的元素，不能形成AB2型化合物的是( ) A．2s22p2和2s22p4 B．3s23p4和1s1 C．3s2和3s23p5 D．3s1和3s23p5 【变式3-2】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3-3】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 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】(2025·北京通州高二期中)图1和图2分别表示某能级电子的电子云及其轮廓图，下列说法正确的是( ) A．图1中每个小黑点表示1个电子 B．图2表示电子只能在球体内出现 C．由图2可推知该电子所处的原子轨道为球形 D．图1中的小黑点表示某一时刻电子在核外所处的具体位置 【变式4-1】(2025·北京师大附属实验学校高二月考)下列关于氢原子电子云图的说法正确的是( ) A．通常用小黑点来表示电子的多少，黑点密度大，电子数目大 B．黑点密度大，单位体积内电子出现的概率大 C．通常用小黑点来表示电子绕核做高速圆周运动 D．电子位于2s或2p轨道时，其电子云图相同 【变式4-2】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 【变式4-3】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 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·北京师大附属实验学校高二月考)某基态原子的最外能层的各能级中，电子排布的方式正确的是( ) A． B． C． D． 【变式5-1】(2025·北京师大附属实验学校高二期中习)下列离子中外层d轨道达半充满状态的是( ) A．Cr3+ B．Fe2+ C．CO3+ D．Mn2+ 【变式5-2】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 【变式5-3】以下是一些基态原子2P能级上的电子排布图及电子排布式：①  ②  ③碳原子：1s22s12p3④钾原子：1s22s22p63s23p63d1。对上述表示方法的评价中，正确的是( ) A．①违背泡利原理 B．②正确 C．③违背能量最低原理 D．④违背洪特规则 1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $