第一章 第一节 原子结构 学案-2026-2027学年高二上学期化学人教版选择性必修2

人教版高中化学选择性必修2 第一章 原子结构与性质 学生版 第一章第一节 原子结构 【学生版】 ——自主学习·系统讲解·典例变式·分层作业 板块一 学习目标 1. 能说出能层、能级的概念，熟记各能层最多容纳电子数（2n^2^）及 ns、np、nd、nf 能级最多容纳电子数（2、6、10、14）。 2. 理解构造原理与能级交错，能正确书写 1～36 号元素基态原子（离子）的电子排布式与简化电子排布式，掌握 Cr、Cu 两个特例及过渡金属失电子顺序。 3. 了解电子云、原子轨道的含义，知道 s、p 电子云的形状及 p 轨道的三种空间取向。 4. 理解泡利不相容原理、洪特规则、能量最低原理，能正确书写（判断）轨道表示式。 5. 通过电子排布规律的建构，体会模型法、归纳法在化学研究中的作用，发展宏观辨识与微观探析、证据推理与模型认知素养。 板块二 自主学习·夯实基础（知识点填空） 要求：阅读教材后完成下列填空，在横线上填写关键概念、规律或数据。 1. 核外电子按能量不同分成能层，由内向外依次用 ＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿ 表示；任一能层最多容纳电子数为 ＿＿＿＿＿。 2. 同一能层的电子分成不同能级，能级字母按 ＿＿＿＿＿＿＿ 排列；ns、np、nd、nf 能级最多容纳电子数依次为 ＿＿＿＿＿＿＿＿＿。 3. 能级数 ＿＿＿ 能层序数 n；第一能层只有 ＿＿＿ 一个能级，第三能层有 ＿＿＿＿＿＿＿＿ 三个能级。 4. 多电子原子中，同一能层各能级能量顺序为 E(ns)＿＿＿ E(np)＿＿＿ E(nd)；不同能层同一类型能级，能层序数越大能量越 ＿＿＿。 5. 从第三能层出现 d 能级后发生能级交错，如 E(4s)＿＿＿ E(3d)。 6. 处于最低能量状态的原子叫 ＿＿＿ 原子；基态原子吸收能量后电子跃迁到较高能级变为 ＿＿＿ 原子，跃迁时释放的能量主要形式是 ＿＿＿＿＿。 7. 利用原子光谱上的 ＿＿＿＿ 来鉴定元素的方法称为光谱分析。 8. 构造原理中电子填入能级的顺序为：1s→2s→2p→3s→3p→＿＿＿→＿＿＿→4p→5s→4d→5p→6s→4f→5d→6p…… 9. 书写电子排布式时，一般把能层低的能级写在左边，即按 ＿＿＿ 顺序排列，而不按构造原理顺序写。 10. 把内层达到稀有气体结构的部分用稀有气体元素符号加方括号表示，得到 ＿＿＿ 电子排布式。 11. 主族元素的价层电子就是 ＿＿＿ 电子；过渡元素的价层电子包括最外层 ns 与次外层 ＿＿＿＿＿＿。 12. 两个重要特例：Cr(24) 的简化电子排布式为 ＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿；Cu(29) 的简化电子排布式为 ＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿，其依据是洪特规则的 ＿＿＿＿＿＿＿ 稳定特例。 13. 过渡金属原子失去电子时，先失最外层 ＿＿＿ 电子，再失 (n-1)d 电子。如 Fe([Ar]3d^6^4s^2^) 形成 Fe^2+^ 为 ＿＿＿＿＿＿＿＿＿，Fe^3+^ 为 ＿＿＿＿＿＿＿＿＿。 14. 电子云是电子在核外空间 ＿＿＿＿ 分布的形象化描述；电子云轮廓图把电子出现概率约为 ＿＿＿ 的空间圈出。 15. s 电子云轮廓图呈 ＿＿＿ 形；p 电子云轮廓图呈 ＿＿＿ 形，p 能级有 ＿＿＿ 个相互垂直的轨道。 16. s、p、d、f 能级的原子轨道数依次为 ＿＿＿＿＿＿＿；一个能层中原子轨道总数为 ＿＿＿＿。 17. 泡利不相容原理指出：一个原子轨道最多容纳 ＿＿＿ 个电子，且自旋 ＿＿＿。 18. 洪特规则：基态原子中，填入简并轨道的电子总是先 ＿＿＿＿，且自旋 ＿＿＿。 19. 能量最低原理：构建基态原子时，电子尽可能占据 ＿＿＿＿ 的原子轨道，使整个原子能量最低。 20. 简并轨道上电子排布处于全充满（p^6^、d^10^、f^14^）、＿＿＿（p^3^、d^5^、f^7^）或全空时，能量较低、较稳定。 板块三 知识点系统讲解 一、能层与能级 1. 能层：多电子原子中，电子分别在能量不同的区域内运动，把不同的区域简化为不连续的壳层，称作能层。由内向外依次用 K、L、M、N、O、P、Q……表示。能层越高，电子能量越高。 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 2. 能级：同一能层的电子，能量也可能不同，把它们分成不同能级。任一能层的能级总是从 s 能级开始，按 s、p、d、f……排列；字母前的数字为该能级所处的能层序数。 能层 K L M N 能级 1s 2s、2p 3s、3p、3d 4s、4p、4d、4f 最多电子数 2 2、6 2、6、10 2、6、10、14 (1) 能级数 = 能层序数 n； (2) 每能层最多电子数 = 2n^2^； (3) 同一能层：E(ns)<E(np)<E(nd)<E(nf)；不同能层同类能级：序数越大能量越高。 【注意/易错警示】能层序数大，能级能量不一定高。从第三能层起出现能级交错（如 E(4s)<E(3d)），切勿简单认为“能层大能量就高”。 二、基态与激发态 原子光谱 1. 基态原子是处于最低能量状态的原子。基态原子吸收能量，电子跃迁到较高能级，变为激发态原子；电子从较高能量的激发态跃迁回较低能量状态时释放能量，光（辐射）是释放能量的重要形式。 2. 不同元素原子的电子跃迁时吸收或释放不同的光，由此得到的吸收光谱或发射光谱总称原子光谱。利用特征谱线鉴定元素的方法叫光谱分析，铯、铷、氦等元素即由此发现。 【注意/易错警示】电子跃迁发生在原子内部，属于物理变化，未发生电子转移；而原子得失电子属于化学变化。焰火、霓虹灯光、激光、LED 发光均与核外电子跃迁释放能量有关。 三、构造原理与电子排布式 1. 构造原理：随核电荷数递增，新增电子填入能级的顺序。常见部分为：1s→2s→2p→3s→3p→4s→3d→4p→5s→4d→5p→6s→4f→5d→6p…… 2. 能级交错：电子按 3p→4s→3d 而非 3p→3d→4s 的顺序填充，这种现象叫能级交错。构造原理是一个思维模型。 3. 电子排布式书写：能级符号右上角数字表示该能级电子数；书写时一般按能层顺序（能层低的写左边）排列，而不按构造原理顺序。如 Sc(21) 应写 3d^1^4s^2^。 元素 原子序数 电子排布式 简化电子排布式 H 1 1s^1^ — C 6 1s^2^2s^2^2p^2^ [He]2s^2^2p^2^ Ne 10 1s^2^2s^2^2p^6^ — Na 11 1s^2^2s^2^2p^6^3s^1^ [Ne]3s^1^ K 19 1s^2^2s^2^2p^6^3s^2^3p^6^4s^1^ [Ar]4s^1^ Cr 24 — [Ar]3d^5^4s^1^ Fe 26 1s^2^2s^2^2p^6^3s^2^3p^6^3d^6^4s^2^ [Ar]3d^6^4s^2^ Cu 29 — [Ar]3d^10^4s^1^ (1) 简化电子排布式：内层稀有气体结构部分用 [稀有气体] 表示。 (2) 价层电子排布式：主族元素即最外层电子（如 Cl：3s^2^3p^5^）；过渡元素包括最外层 s 与次外层 d（如 Fe：3d^6^4s^2^）。 (3) 特例：Cr 为 [Ar]3d^5^4s^1^、Cu 为 [Ar]3d^10^4s^1^，属半充满、全充满稳定结构，不机械套用构造原理，但仍符合能量最低原理。 【注意/易错警示】原子失电子总是先失最外层电子。过渡金属先失 ns 电子再失 (n-1)d 电子：Fe([Ar]3d^6^4s^2^)→Fe^2+^([Ar]3d^6^)→Fe^3+^([Ar]3d^5^，3d 半充满更稳定)。切勿误认为先失 3d 电子。 四、电子云与原子轨道 1. 电子云：一定空间运动状态的电子在核外空间各处都可能出现，P/V 称为概率密度 ρ。电子云是电子在核外空间概率密度分布的形象化描述，图中小点不代表电子，点的疏密才表示概率密度大小。 2. 电子云轮廓图：把电子出现概率 P≈90% 的空间圈出。s 电子云为球形（能层序数越大半径越大）；p 电子云为哑铃形，有 px、py、pz 三个相互垂直的取向。 3. 原子轨道：量子力学把电子在核外的一个空间运动状态称为一个原子轨道。 能级类型 原子轨道数 形状 最多电子数 ns 1 球形 2 np 3 哑铃形 6 nd 5 较复杂 10 nf 7 较复杂 14 (1) 同一能级的不同轨道（如 2px、2py、2pz）能量相同，互为简并轨道； (2) 一个能层中原子轨道总数为 n^2^。 五、泡利原理、洪特规则、能量最低原理 1. 电子自旋有两种取向，常用 ↑、↓ 表示。泡利不相容原理：一个原子轨道最多容纳 2 个电子，且自旋相反。 2. 轨道表示式（电子排布图）：用方框表示原子轨道，箭头表示电子；“↑↓”为电子对，单箭头为未成对电子。 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。如 O 的 2p^4^ 应排为 ↑↓、↑、↑。 4. 能量最低原理：电子尽可能占据能量最低的原子轨道，使整个原子能量最低。 【注意/易错警示】基态原子的核外电子排布必须同时满足三原理。洪特规则特例：简并轨道电子全充满（p^6^、d^10^、f^14^）、半充满（p^3^、d^5^、f^7^）、全空（p^0^、d^0^、f^0^）时能量较低、较稳定——这正是 Cr、Cu 排布特例的根源。 六、知识网络 原子结构（核外电子排布） ├─ 能层（K L M N…）：分层依据=能量高低；最多 2n^2^ ├─ 能级（s p d f）：能级数=能层序数；最多 2/6/10/14 ├─ 排布依据：构造原理→能量最低原理；泡利原理；洪特规则（含全满/半满特例） ├─ 表达：电子排布式 / 简化电子排布式 / 轨道表示式 └─ 运动状态：电子云（概率密度）→原子轨道（s 球、p 哑铃，3 个互相垂直） 板块四 典型例题与变式训练（按考点配对） 考点一 能层与能级 【典型例题1】下列有关能层和能级的叙述正确的是( ) A. 各能层的能级数等于其能层序数 n B. 不同能层的 s 能级能量相同 C. 第三能层包含 3s、3p、3d、3f 四个能级 D. 任一能层的 p 能级都最多容纳 6 个电子，且能量一定比同能层 s 能级低 【思路点拨】紧扣“能级数=能层序数”“同能层 ns<np<nd”“不同能层同类能级序数越大能量越高”三句话逐项判断。 【变式训练1-1】下列能级符号正确且最多容纳电子数为 10 的是( ) A. 2d B. 3d C. 4f D. 5p 【变式训练1-2】下列各能层中不包含 p 能级的是( ) A. N B. M C. L D. K 考点二 构造原理与电子排布式（含 Cr、Cu 特例与失电子顺序） 【典型例题2】(1) 写出下列粒子的简化电子排布式：Cr____；Cu____；Fe^3+^_____。 (2) 下列电子排布式书写正确的是( ) A. Sc：1s^2^2s^2^2p^6^3s^2^3p^6^4s^2^3d^1^ B. O^2-^：1s^2^2s^2^2p^6^ C. Na：[Ne]3p^1^ D. F：2s^2^2p^5^ 【思路点拨】先记牢 Cr、Cu 两个半满/全满特例；失电子先失最外层 ns；写排布式时按能层顺序把 3d 写在 4s 左边。 【变式训练2-1】下列原子或离子的电子排布式错误的是( ) A. K^+^：1s^2^2s^2^2p^6^3s^2^3p^6^ B. F：1s^2^2s^2^2p^5^ C. S^2-^：1s^2^2s^2^2p^6^3s^2^3p^4^ D. Ar：1s^2^2s^2^2p^6^3s^2^3p^6^ 【变式训练2-2】写出下列基态粒子的简化电子排布式： (1) Ti(22)：_________；(2) Cr(24)：_________；(3) Zn^2+^(30)：__________。 考点三 电子云与原子轨道 【典型例题3】下列关于电子云和原子轨道的叙述正确的是( ) A. 电子云图中的一个小点表示一个电子 B. s 电子云轮廓图呈球形，p 电子云轮廓图呈哑铃形 C. 3px、3py、3pz 三者能量不同 D. 同一原子的 1s、2s、3s 电子云半径相同 【思路点拨】小点=概率密度而非电子；简并轨道能量相同；能层序数越大 s 电子云半径越大。 【变式训练3-1】下列各能级中轨道数为 3 的是( ) A. s B. p C. d D. f 考点四 核外电子排布规律（泡利原理、洪特规则） 【典型例题4】以下是基态原子最外层轨道表示式，其中正确的是( ) A. C(2p)：□↑↓ □↑ □ （2p^2^ 成对填入一个轨道） B. N(2p)：□↑ □↑ □↑ C. Be(2s)：□↑↑ D. O(2p)：□↑↓ □↑↓ □ 【思路点拨】判断三看：一看泡利（同轨道必须 ↑↓ 不能 ↑↑）；二看洪特（简并轨道先单占且自旋平行）；三看能量最低（先填低能级）。 【变式训练4-1】下列轨道表示式能表示基态硫原子最外层结构的是( ) A. 3s□↑↓ 3p□↑↓ □↑ □↑ B. 3s□↑↓ 3p□↑↓ □↑↓ □ C. 3s□↑ 3p□↑↓ □↑↓ □↑ D. 3s□↑↓ 3p□↑ □↑ □↑ 考点五 基态、激发态与原子光谱 【典型例题5】下列有关原子光谱与电子跃迁的说法正确的是( ) A. 原子光谱是连续光谱 B. 电子从基态跃迁到激发态时释放能量 C. 霓虹灯光、激光、焰火都与核外电子跃迁释放能量有关 D. 原子光谱不能用于鉴定元素 【思路点拨】电子从低能级→高能级吸收能量；从高能级→低能级释放能量（光）；原子光谱为线状光谱，可用于光谱分析。 【变式训练5-1】下列电子排布式中，属于基态原子的是( ) A. 1s^2^2s^1^2p^1^ B. 1s^2^2s^2^2p^6^3s^2^3p^3^ C. 1s^2^2s^2^2p^6^3s^1^3p^2^ D. 1s^2^2s^2^2p^6^3d^1^ 板块五 课后作业（分层训练） （满分 100 分，建议用时 40 分钟） 【基础】基础巩固 【提升】能力提升 【拓展】拓展探究 一、基础巩固（选择题，每小题 4 分，共 40 分） 【基础】1. 下列能级符号和最多容纳电子数对应正确的是( ) A. 2p—4 个 B. 3d—8 个 C. 4f—14 个 D. 5s—4 个 【基础】2. 下列叙述正确的是( ) A. 能级就是电子层 B. 每个能层最多可容纳的电子数是 2n^2^ C. 同一能层中不同能级能量高低相同 D. 不同能层中的 s 能级能量高低相同 【基础】3. 构造原理中，新增电子填入能级的顺序正确的是( ) A. 1s→2p→3s→3p→4s B. 1s→2s→2p→3p→3d→4s C. 1s→2s→2p→3s→3p→4s→3d D. 1s→2s→2p→3s→3d→3p→4s 【基础】4. 某元素原子价层电子排布式为 3d^5^4s^2^，它在周期表中的位置是( ) A. 第四周期ⅡA 族 B. 第四周期ⅦB 族 C. 第四周期ⅡB 族 D. 第四周期ⅤB 族 【基础】5. 下列有关原子光谱的说法正确的是( ) A. 原子光谱是连续光谱 B. 霓虹灯光、激光都与原子核外电子跃迁释放能量有关 C. 电子从基态跃迁到激发态时释放能量 D. 不能利用原子光谱鉴定元素 【基础】6. 下列化学用语表述正确的是( ) A. Na^+^ 的结构示意图：(+11)2 8 1 B. Fe 的简化电子排布式：[Ar]3d^6^4s^2^ C. O^2-^ 的电子排布式：1s^2^2s^2^2p^4^ D. Cr 的简化电子排布式：[Ar]3d^4^4s^2^ 【基础】7. 下列关于价层电子、电子云的说法正确的是( ) A. 主族元素的价层电子就是最外层电子 B. Fe 的价层电子排布式为 4s^2^ C. p 能级有 3 个原子轨道，它们能量随取向不同而不同 D. 电子云图中的小点代表电子的运动轨迹 【基础】8. 下列能层中包含 f 能级的是( ) A. K B. L C. M D. N 【基础】9. 基态 K 原子中，其占据的最高能层符号是_____；基态 K^+^ 占据的最高能级共有____个原子轨道，其形状是____。 【基础】10.（8 分）按要求填空： (1) 第三能层包含的能级符号为_______，该能层最多容纳___个电子。 (2) 基态 C 原子的电子排布式为________。 (3) 基态 N 原子的价层电子排布式为________。 (4) 4p 轨道半充满的 33 号元素符号为___，其简化电子排布式为_______。 二、能力提升（共 34 分） 【提升】11. 某元素基态原子简化电子排布式为 [Ne]3s^2^3p^3^，下列说法错误的是( ) A. 位于第三周期ⅤA 族 B. 最外层有 3 个未成对电子 C. 3p 轨道电子排布为 ↑↓、↑、↑ D. 最高正化合价为 +3 【提升】12. 短周期元素 R 基态原子核外电子占据 5 个原子轨道，且最外层有 3 个未成对电子。下列说法正确的是( ) A. R 位于第二周期ⅤA 族 B. R 的第一电离能在同周期主族元素中最小 C. R 的气态氢化物水溶液显酸性 D. R 的电负性在同周期主族元素中最大 【提升】13.（10 分）A、B、C、D 代表 4 种元素： (1) A 基态原子最外层有 3 个未成对电子，次外层有 2 个电子，A 为___，电子排布式为_______。 (2) B^-^ 与 C^+^ 的电子排布式都与 Ar 相同，B 为___，C 为___。 (3) D 的 +3 价离子 3d 能级为半充满，D 为___，其基态原子电子排布式为_______。 【提升】14.（10 分）某金属元素 M 原子序数为 26。 (1) M 的名称为___，基态原子简化电子排布式为_______。 (2) M^2+^ 核外电子排布式为________；M^3+^ 为________。 (3) 从原子结构角度解释 M^3+^ 比 M^2+^ 更稳定的原因：________。 【提升】15.（10 分）以下是原子序数 1～36 号中某些元素的基态电子排布，请填空： (1) 最外层电子排布为 4s^1^ 的元素有___种，分别是_______（填元素符号）。 (2) 3d 轨道半充满的 +2 价阳离子对应的元素是____。 (3) 电子占据 6 个原子轨道的基态元素有____种。 三、拓展探究（共 16 分） 【拓展】16.（16 分）现有部分短周期元素的性质或原子结构如下： 元素 T：基态原子最外层电子数是次外层电子数的 2 倍； 元素 X：基态原子 s 能级电子总数与 p 能级电子总数相等； 元素 Y：短周期（除稀有气体外）原子半径最大的主族元素； 元素 Z：基态原子最外层 p 能级有 2 个未成对电子，且最高正化合价与最低负化合价绝对值相等。 (1) 元素符号：T___、X、Y、Z___。 (2) T 基态原子电子排布式为_______；Y 单质与水反应的化学方程式为_______。 (3) Z 基态原子最外层轨道表示式为________。 学科网（北京）股份有限公司 $人教版高中化学选择性必修2 第一章 原子结构与性质 教师版（含答案解析） 第一章第一节 原子结构 【教师版（含答案解析）】 ——自主学习·系统讲解·典例变式·分层作业 板块一 学习目标 1. 能说出能层、能级的概念，熟记各能层最多容纳电子数（2n^2^）及 ns、np、nd、nf 能级最多容纳电子数（2、6、10、14）。 2. 理解构造原理与能级交错，能正确书写 1～36 号元素基态原子（离子）的电子排布式与简化电子排布式，掌握 Cr、Cu 两个特例及过渡金属失电子顺序。 3. 了解电子云、原子轨道的含义，知道 s、p 电子云的形状及 p 轨道的三种空间取向。 4. 理解泡利不相容原理、洪特规则、能量最低原理，能正确书写（判断）轨道表示式。 5. 通过电子排布规律的建构，体会模型法、归纳法在化学研究中的作用，发展宏观辨识与微观探析、证据推理与模型认知素养。 板块二 自主学习·夯实基础（知识点填空） 要求：阅读教材后完成下列填空，在横线上填写关键概念、规律或数据。 1. 核外电子按能量不同分成能层，由内向外依次用 K、L、M、N、O、P、Q 表示；任一能层最多容纳电子数为 2n^2^。 2. 同一能层的电子分成不同能级，能级字母按 s、p、d、f 排列；ns、np、nd、nf 能级最多容纳电子数依次为 2、6、10、14。 3. 能级数 等于 能层序数 n；第一能层只有 1s 一个能级，第三能层有 3s、3p、3d 三个能级。 4. 多电子原子中，同一能层各能级能量顺序为 E(ns)< E(np)< E(nd)；不同能层同一类型能级，能层序数越大能量越 高。 5. 从第三能层出现 d 能级后发生能级交错，如 E(4s)< E(3d)。 6. 处于最低能量状态的原子叫 基态 原子；基态原子吸收能量后电子跃迁到较高能级变为 激发态 原子，跃迁时释放的能量主要形式是 光（辐射）。 7. 利用原子光谱上的 特征谱线 来鉴定元素的方法称为光谱分析。 8. 构造原理中电子填入能级的顺序为：1s→2s→2p→3s→3p→4s→3d→4p→5s→4d→5p→6s→4f→5d→6p…… 9. 书写电子排布式时，一般把能层低的能级写在左边，即按 能层 顺序排列，而不按构造原理顺序写。 10. 把内层达到稀有气体结构的部分用稀有气体元素符号加方括号表示，得到 简化 电子排布式。 11. 主族元素的价层电子就是 最外层 电子；过渡元素的价层电子包括最外层 ns 与次外层 (n-1)d。 12. 两个重要特例：Cr(24) 的简化电子排布式为 [Ar]3d^5^4s^1^；Cu(29) 的简化电子排布式为 [Ar]3d^10^4s^1^，其依据是洪特规则的 半充满、全充满 稳定特例。 13. 过渡金属原子失去电子时，先失最外层 ns 电子，再失 (n-1)d 电子。如 Fe([Ar]3d^6^4s^2^) 形成 Fe^2+^ 为 [Ar]3d^6^，Fe^3+^ 为 [Ar]3d^5^。 14. 电子云是电子在核外空间 概率密度 分布的形象化描述；电子云轮廓图把电子出现概率约为 90% 的空间圈出。 15. s 电子云轮廓图呈 球 形；p 电子云轮廓图呈 哑铃 形，p 能级有 3 个相互垂直的轨道。 16. s、p、d、f 能级的原子轨道数依次为 1、3、5、7；一个能层中原子轨道总数为 n^2^。 17. 泡利不相容原理指出：一个原子轨道最多容纳 2 个电子，且自旋 相反。 18. 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。 19. 能量最低原理：构建基态原子时，电子尽可能占据 能量最低 的原子轨道，使整个原子能量最低。 20. 简并轨道上电子排布处于全充满（p^6^、d^10^、f^14^）、半充满（p^3^、d^5^、f^7^）或全空时，能量较低、较稳定。 板块三 知识点系统讲解 一、能层与能级 1. 能层：多电子原子中，电子分别在能量不同的区域内运动，把不同的区域简化为不连续的壳层，称作能层。由内向外依次用 K、L、M、N、O、P、Q……表示。能层越高，电子能量越高。 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 2. 能级：同一能层的电子，能量也可能不同，把它们分成不同能级。任一能层的能级总是从 s 能级开始，按 s、p、d、f……排列；字母前的数字为该能级所处的能层序数。 能层 K L M N 能级 1s 2s、2p 3s、3p、3d 4s、4p、4d、4f 最多电子数 2 2、6 2、6、10 2、6、10、14 (1) 能级数 = 能层序数 n； (2) 每能层最多电子数 = 2n^2^； (3) 同一能层：E(ns)<E(np)<E(nd)<E(nf)；不同能层同类能级：序数越大能量越高。 【注意/易错警示】能层序数大，能级能量不一定高。从第三能层起出现能级交错（如 E(4s)<E(3d)），切勿简单认为“能层大能量就高”。 二、基态与激发态 原子光谱 1. 基态原子是处于最低能量状态的原子。基态原子吸收能量，电子跃迁到较高能级，变为激发态原子；电子从较高能量的激发态跃迁回较低能量状态时释放能量，光（辐射）是释放能量的重要形式。 2. 不同元素原子的电子跃迁时吸收或释放不同的光，由此得到的吸收光谱或发射光谱总称原子光谱。利用特征谱线鉴定元素的方法叫光谱分析，铯、铷、氦等元素即由此发现。 【注意/易错警示】电子跃迁发生在原子内部，属于物理变化，未发生电子转移；而原子得失电子属于化学变化。焰火、霓虹灯光、激光、LED 发光均与核外电子跃迁释放能量有关。 三、构造原理与电子排布式 1. 构造原理：随核电荷数递增，新增电子填入能级的顺序。常见部分为：1s→2s→2p→3s→3p→4s→3d→4p→5s→4d→5p→6s→4f→5d→6p…… 2. 能级交错：电子按 3p→4s→3d 而非 3p→3d→4s 的顺序填充，这种现象叫能级交错。构造原理是一个思维模型。 3. 电子排布式书写：能级符号右上角数字表示该能级电子数；书写时一般按能层顺序（能层低的写左边）排列，而不按构造原理顺序。如 Sc(21) 应写 3d^1^4s^2^。 元素 原子序数 电子排布式 简化电子排布式 H 1 1s^1^ — C 6 1s^2^2s^2^2p^2^ [He]2s^2^2p^2^ Ne 10 1s^2^2s^2^2p^6^ — Na 11 1s^2^2s^2^2p^6^3s^1^ [Ne]3s^1^ K 19 1s^2^2s^2^2p^6^3s^2^3p^6^4s^1^ [Ar]4s^1^ Cr 24 — [Ar]3d^5^4s^1^ Fe 26 1s^2^2s^2^2p^6^3s^2^3p^6^3d^6^4s^2^ [Ar]3d^6^4s^2^ Cu 29 — [Ar]3d^10^4s^1^ (1) 简化电子排布式：内层稀有气体结构部分用 [稀有气体] 表示。 (2) 价层电子排布式：主族元素即最外层电子（如 Cl：3s^2^3p^5^）；过渡元素包括最外层 s 与次外层 d（如 Fe：3d^6^4s^2^）。 (3) 特例：Cr 为 [Ar]3d^5^4s^1^、Cu 为 [Ar]3d^10^4s^1^，属半充满、全充满稳定结构，不机械套用构造原理，但仍符合能量最低原理。 【注意/易错警示】原子失电子总是先失最外层电子。过渡金属先失 ns 电子再失 (n-1)d 电子：Fe([Ar]3d^6^4s^2^)→Fe^2+^([Ar]3d^6^)→Fe^3+^([Ar]3d^5^，3d 半充满更稳定)。切勿误认为先失 3d 电子。 四、电子云与原子轨道 1. 电子云：一定空间运动状态的电子在核外空间各处都可能出现，P/V 称为概率密度 ρ。电子云是电子在核外空间概率密度分布的形象化描述，图中小点不代表电子，点的疏密才表示概率密度大小。 2. 电子云轮廓图：把电子出现概率 P≈90% 的空间圈出。s 电子云为球形（能层序数越大半径越大）；p 电子云为哑铃形，有 px、py、pz 三个相互垂直的取向。 3. 原子轨道：量子力学把电子在核外的一个空间运动状态称为一个原子轨道。 能级类型 原子轨道数 形状 最多电子数 ns 1 球形 2 np 3 哑铃形 6 nd 5 较复杂 10 nf 7 较复杂 14 (1) 同一能级的不同轨道（如 2px、2py、2pz）能量相同，互为简并轨道； (2) 一个能层中原子轨道总数为 n^2^。 五、泡利原理、洪特规则、能量最低原理 1. 电子自旋有两种取向，常用 ↑、↓ 表示。泡利不相容原理：一个原子轨道最多容纳 2 个电子，且自旋相反。 2. 轨道表示式（电子排布图）：用方框表示原子轨道，箭头表示电子；“↑↓”为电子对，单箭头为未成对电子。 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。如 O 的 2p^4^ 应排为 ↑↓、↑、↑。 4. 能量最低原理：电子尽可能占据能量最低的原子轨道，使整个原子能量最低。 【注意/易错警示】基态原子的核外电子排布必须同时满足三原理。洪特规则特例：简并轨道电子全充满（p^6^、d^10^、f^14^）、半充满（p^3^、d^5^、f^7^）、全空（p^0^、d^0^、f^0^）时能量较低、较稳定——这正是 Cr、Cu 排布特例的根源。 六、知识网络 原子结构（核外电子排布） ├─ 能层（K L M N…）：分层依据=能量高低；最多 2n^2^ ├─ 能级（s p d f）：能级数=能层序数；最多 2/6/10/14 ├─ 排布依据：构造原理→能量最低原理；泡利原理；洪特规则（含全满/半满特例） ├─ 表达：电子排布式 / 简化电子排布式 / 轨道表示式 └─ 运动状态：电子云（概率密度）→原子轨道（s 球、p 哑铃，3 个互相垂直） 板块四 典型例题与变式训练（按考点配对） 考点一 能层与能级 【典型例题1】下列有关能层和能级的叙述正确的是( ) A. 各能层的能级数等于其能层序数 n B. 不同能层的 s 能级能量相同 C. 第三能层包含 3s、3p、3d、3f 四个能级 D. 任一能层的 p 能级都最多容纳 6 个电子，且能量一定比同能层 s 能级低 【思路点拨】紧扣“能级数=能层序数”“同能层 ns<np<nd”“不同能层同类能级序数越大能量越高”三句话逐项判断。 【解析】A 项，能级数=能层序数，第一能层 1 个、第二能层 2 个……正确；B 项，不同能层同类能级序数越大能量越高，E(1s)<E(2s)，错误；C 项，第三能层只有 3s、3p、3d 三个能级（无 3f），错误；D 项，同一能层 E(ns)<E(np)，p 能级能量比同能层 s 能级高，错误。 【答案】A 【变式训练1-1】下列能级符号正确且最多容纳电子数为 10 的是( ) A. 2d B. 3d C. 4f D. 5p 【解析】第二能层只有 2s、2p，无 2d；3d 最多容纳 10 个电子；4f 为 14 个；5p 为 6 个。 【答案】B 【变式训练1-2】下列各能层中不包含 p 能级的是( ) A. N B. M C. L D. K 【解析】K 能层（第一能层）只有 1s 一个能级，不包含 p 能级。 【答案】D 考点二 构造原理与电子排布式（含 Cr、Cu 特例与失电子顺序） 【典型例题2】(1) 写出下列粒子的简化电子排布式：Cr____；Cu____；Fe^3+^_____。 (2) 下列电子排布式书写正确的是( ) A. Sc：1s^2^2s^2^2p^6^3s^2^3p^6^4s^2^3d^1^ B. O^2-^：1s^2^2s^2^2p^6^ C. Na：[Ne]3p^1^ D. F：2s^2^2p^5^ 【思路点拨】先记牢 Cr、Cu 两个半满/全满特例；失电子先失最外层 ns；写排布式时按能层顺序把 3d 写在 4s 左边。 【解析】(1) Cr 半充满特例 [Ar]3d^5^4s^1^；Cu 全充满特例 [Ar]3d^10^4s^1^；Fe 原子 [Ar]3d^6^4s^2^，先失 4s 再失 3d，Fe^3+^ 为 [Ar]3d^5^。(2) A 项应把 3d^1^ 写在 4s^2^ 左边；B 正确；C 项 Na 价电子为 3s^1^ 而非 3p^1^；D 项 F 应含 1s^2^，即 1s^2^2s^2^2p^5^。 【答案】(1) ①[Ar]3d^5^4s^1^ ②[Ar]3d^10^4s^1^ ③[Ar]3d^5^ (2) B 【变式训练2-1】下列原子或离子的电子排布式错误的是( ) A. K^+^：1s^2^2s^2^2p^6^3s^2^3p^6^ B. F：1s^2^2s^2^2p^5^ C. S^2-^：1s^2^2s^2^2p^6^3s^2^3p^4^ D. Ar：1s^2^2s^2^2p^6^3s^2^3p^6^ 【解析】S^2-^ 最外层应达 8 电子稳定结构，应为 1s^2^2s^2^2p^6^3s^2^3p^6^；3p^4^ 是 S 原子而非 S^2-^。 【答案】C 【变式训练2-2】写出下列基态粒子的简化电子排布式： (1) Ti(22)：_________；(2) Cr(24)：_________；(3) Zn^2+^(30)：__________。 【解析】(1) Ti 为 [Ar]3d^2^4s^2^；(2) Cr 半充满特例 [Ar]3d^5^4s^1^；(3) Zn 原子 [Ar]3d^10^4s^2^，先失 4s^2^ 得 Zn^2+^：[Ar]3d^10^。 【答案】(1) [Ar]3d^2^4s^2^ (2) [Ar]3d^5^4s^1^ (3) [Ar]3d^10^ 考点三 电子云与原子轨道 【典型例题3】下列关于电子云和原子轨道的叙述正确的是( ) A. 电子云图中的一个小点表示一个电子 B. s 电子云轮廓图呈球形，p 电子云轮廓图呈哑铃形 C. 3px、3py、3pz 三者能量不同 D. 同一原子的 1s、2s、3s 电子云半径相同 【思路点拨】小点=概率密度而非电子；简并轨道能量相同；能层序数越大 s 电子云半径越大。 【解析】A 项小点是概率密度的形象化描述，不代表单个电子；B 正确；C 项同一能级三个 p 轨道能量相同（简并）；D 项能层序数越大 s 电子云半径越大，1s<2s<3s。 【答案】B 【变式训练3-1】下列各能级中轨道数为 3 的是( ) A. s B. p C. d D. f 【解析】p 能级有 3 个轨道；s 为 1 个，d 为 5 个，f 为 7 个。 【答案】B 考点四 核外电子排布规律（泡利原理、洪特规则） 【典型例题4】以下是基态原子最外层轨道表示式，其中正确的是( ) A. C(2p)：□↑↓ □↑ □ （2p^2^ 成对填入一个轨道） B. N(2p)：□↑ □↑ □↑ C. Be(2s)：□↑↑ D. O(2p)：□↑↓ □↑↓ □ 【思路点拨】判断三看：一看泡利（同轨道必须 ↑↓ 不能 ↑↑）；二看洪特（简并轨道先单占且自旋平行）；三看能量最低（先填低能级）。 【解析】A 违背洪特规则，2p^2^ 应分占两个轨道自旋平行；B 符合洪特规则（2p^3^ 三个轨道各一个单电子），正确；C 违背泡利原理，同一轨道两电子自旋应相反；D 违背洪特规则，2p^4^ 应为 ↑↓、↑、↑。 【答案】B 【变式训练4-1】下列轨道表示式能表示基态硫原子最外层结构的是( ) A. 3s□↑↓ 3p□↑↓ □↑ □↑ B. 3s□↑↓ 3p□↑↓ □↑↓ □ C. 3s□↑ 3p□↑↓ □↑↓ □↑ D. 3s□↑↓ 3p□↑ □↑ □↑ 【解析】S 最外层为 3s^2^3p^4^，按洪特规则 3p^4^ 应 ↑↓、↑、↑，3s 为 ↑↓。 【答案】A 考点五 基态、激发态与原子光谱 【典型例题5】下列有关原子光谱与电子跃迁的说法正确的是( ) A. 原子光谱是连续光谱 B. 电子从基态跃迁到激发态时释放能量 C. 霓虹灯光、激光、焰火都与核外电子跃迁释放能量有关 D. 原子光谱不能用于鉴定元素 【思路点拨】电子从低能级→高能级吸收能量；从高能级→低能级释放能量（光）；原子光谱为线状光谱，可用于光谱分析。 【解析】A 项原子光谱是线状（不连续）光谱；B 项基态→激发态吸收能量；C 正确；D 项可利用特征谱线进行光谱分析鉴定元素。 【答案】C 【变式训练5-1】下列电子排布式中，属于基态原子的是( ) A. 1s^2^2s^1^2p^1^ B. 1s^2^2s^2^2p^6^3s^2^3p^3^ C. 1s^2^2s^2^2p^6^3s^1^3p^2^ D. 1s^2^2s^2^2p^6^3d^1^ 【解析】A、C、D 均为激发态（电子未按能量最低原理填充）；B 为 P 的基态排布。 【答案】B 板块五 课后作业（分层训练） （满分 100 分，建议用时 40 分钟） 【基础】基础巩固 【提升】能力提升 【拓展】拓展探究 一、基础巩固（选择题，每小题 4 分，共 40 分） 【基础】1. 下列能级符号和最多容纳电子数对应正确的是( ) A. 2p—4 个 B. 3d—8 个 C. 4f—14 个 D. 5s—4 个 【基础】2. 下列叙述正确的是( ) A. 能级就是电子层 B. 每个能层最多可容纳的电子数是 2n^2^ C. 同一能层中不同能级能量高低相同 D. 不同能层中的 s 能级能量高低相同 【基础】3. 构造原理中，新增电子填入能级的顺序正确的是( ) A. 1s→2p→3s→3p→4s B. 1s→2s→2p→3p→3d→4s C. 1s→2s→2p→3s→3p→4s→3d D. 1s→2s→2p→3s→3d→3p→4s 【基础】4. 某元素原子价层电子排布式为 3d^5^4s^2^，它在周期表中的位置是( ) A. 第四周期ⅡA 族 B. 第四周期ⅦB 族 C. 第四周期ⅡB 族 D. 第四周期ⅤB 族 【基础】5. 下列有关原子光谱的说法正确的是( ) A. 原子光谱是连续光谱 B. 霓虹灯光、激光都与原子核外电子跃迁释放能量有关 C. 电子从基态跃迁到激发态时释放能量 D. 不能利用原子光谱鉴定元素 【基础】6. 下列化学用语表述正确的是( ) A. Na^+^ 的结构示意图：(+11)2 8 1 B. Fe 的简化电子排布式：[Ar]3d^6^4s^2^ C. O^2-^ 的电子排布式：1s^2^2s^2^2p^4^ D. Cr 的简化电子排布式：[Ar]3d^4^4s^2^ 【基础】7. 下列关于价层电子、电子云的说法正确的是( ) A. 主族元素的价层电子就是最外层电子 B. Fe 的价层电子排布式为 4s^2^ C. p 能级有 3 个原子轨道，它们能量随取向不同而不同 D. 电子云图中的小点代表电子的运动轨迹 【基础】8. 下列能层中包含 f 能级的是( ) A. K B. L C. M D. N 【基础】9. 基态 K 原子中，其占据的最高能层符号是_____；基态 K^+^ 占据的最高能级共有____个原子轨道，其形状是____。 【基础】10.（8 分）按要求填空： (1) 第三能层包含的能级符号为_______，该能层最多容纳___个电子。 (2) 基态 C 原子的电子排布式为________。 (3) 基态 N 原子的价层电子排布式为________。 (4) 4p 轨道半充满的 33 号元素符号为___，其简化电子排布式为_______。 二、能力提升（共 34 分） 【提升】11. 某元素基态原子简化电子排布式为 [Ne]3s^2^3p^3^，下列说法错误的是( ) A. 位于第三周期ⅤA 族 B. 最外层有 3 个未成对电子 C. 3p 轨道电子排布为 ↑↓、↑、↑ D. 最高正化合价为 +3 【提升】12. 短周期元素 R 基态原子核外电子占据 5 个原子轨道，且最外层有 3 个未成对电子。下列说法正确的是( ) A. R 位于第二周期ⅤA 族 B. R 的第一电离能在同周期主族元素中最小 C. R 的气态氢化物水溶液显酸性 D. R 的电负性在同周期主族元素中最大 【提升】13.（10 分）A、B、C、D 代表 4 种元素： (1) A 基态原子最外层有 3 个未成对电子，次外层有 2 个电子，A 为___，电子排布式为_______。 (2) B^-^ 与 C^+^ 的电子排布式都与 Ar 相同，B 为___，C 为___。 (3) D 的 +3 价离子 3d 能级为半充满，D 为___，其基态原子电子排布式为_______。 【提升】14.（10 分）某金属元素 M 原子序数为 26。 (1) M 的名称为___，基态原子简化电子排布式为_______。 (2) M^2+^ 核外电子排布式为________；M^3+^ 为________。 (3) 从原子结构角度解释 M^3+^ 比 M^2+^ 更稳定的原因：________。 【提升】15.（10 分）以下是原子序数 1～36 号中某些元素的基态电子排布，请填空： (1) 最外层电子排布为 4s^1^ 的元素有___种，分别是_______（填元素符号）。 (2) 3d 轨道半充满的 +2 价阳离子对应的元素是____。 (3) 电子占据 6 个原子轨道的基态元素有____种。 三、拓展探究（共 16 分） 【拓展】16.（16 分）现有部分短周期元素的性质或原子结构如下： 元素 T：基态原子最外层电子数是次外层电子数的 2 倍； 元素 X：基态原子 s 能级电子总数与 p 能级电子总数相等； 元素 Y：短周期（除稀有气体外）原子半径最大的主族元素； 元素 Z：基态原子最外层 p 能级有 2 个未成对电子，且最高正化合价与最低负化合价绝对值相等。 (1) 元素符号：T___、X、Y、Z___。 (2) T 基态原子电子排布式为_______；Y 单质与水反应的化学方程式为_______。 (3) Z 基态原子最外层轨道表示式为________。 板块六 参考答案与解析 一、典型例题解析 例1A（解析见上）。方法归纳：能级数=能层序数；ns、np、nd、nf 最多 2、6、10、14；同能层 E(ns)<E(np)<E(nd)。 例2(1) ①[Ar]3d^5^4s^1^ ②[Ar]3d^10^4s^1^ ③[Ar]3d^5^；(2) B。方法归纳：按构造原理填电子→按能层顺序排列→补稀有气体；失电子先失 ns。 例3B。 例4B。方法归纳：判断轨道表示式三看——泡利、洪特、能量最低。 例5C。 二、变式训练解析 变式1-1 B。2d、3f、1p 均不存在；3d 最多 10 个电子。 变式1-2 D。K 能层只有 1s。 变式2-1 C。S^2-^ 应为 1s^2^2s^2^2p^6^3s^2^3p^6^。 变式2-2 (1) [Ar]3d^2^4s^2^；(2) [Ar]3d^5^4s^1^；(3) [Ar]3d^10^。 变式3-1 B。p 能级 3 个轨道。 变式4-1 A。S：3s^2^3p^4^，3p^4^ 按洪特规则为 ↑↓、↑、↑。 变式5-1 B。A、C、D 均为激发态。 三、课后作业答案与解析 1. C。4f 最多 14 个；2p—6 个、3d—10 个、5s—2 个。 2. B。A 能层才是电子层；C 同能层 E(ns)<E(np)<E(nd)；D 不同能层 s 能级能量不同。 3. C。构造原理顺序 1s→2s→2p→3s→3p→4s→3d…… 4. B。3d^5^4s^2^ 为 Mn（锰），第四周期ⅦB 族。 5. B。原子光谱为线状光谱；基态→激发态吸收能量；可光谱分析鉴定元素。 6. B。A 项 Na^+^ 最外层为 8（2 8）；C 项 O^2-^ 应为 1s^2^2s^2^2p^6^；D 项 Cr 应为 [Ar]3d^5^4s^1^。 7. A。B 项 Fe 价层为 3d^6^4s^2^；C 项 p 三轨道能量相同；D 项小点表示概率密度。 8. D。f 能级从 N 能层（第四能层）开始出现（4f）。 9. N；3；哑铃形。（K 原子最外层为 4s，属 N 能层；K^+^ 最高能级为 3p，共 3 个轨道，哑铃形。） 10. (1) 3s、3p、3d；18 (2) 1s^2^2s^2^2p^2^ (3) 2s^2^2p^3^ (4) As；[Ar]3d^10^4s^2^4p^3^ 11. C。[Ne]3s^2^3p^3^ 为 P，3p^3^ 应三个轨道各一个单电子（↑、↑、↑），而非 ↑↓。 12. A。电子占据 5 个轨道即 1s、2s、2p×3，最外层 3 个未成对电子→2p^3^，为 N，第二周期ⅤA 族；NH3 水溶液显碱性；同周期电负性 F 最大。 13. (1) N；1s^2^2s^2^2p^3^ (2) Cl；K (3) Fe；1s^2^2s^2^2p^6^3s^2^3p^6^3d^6^4s^2^。 14. (1) 铁；[Ar]3d^6^4s^2^ (2) [Ar]3d^6^；[Ar]3d^5^ (3) Fe^3+^ 的 3d 轨道处于半充满（3d^5^）稳定结构，故比 Fe^2+^（3d^6^）稳定。 15. (1) 3；K、Cr、Cu（Cr 为 3d^5^4s^1^、Cu 为 3d^10^4s^1^，最外层均为 4s^1^） (2) Mn（Mn^2+^ 为 [Ar]3d^5^） (3) 2（Na、Mg：1s、2s、2p×3、3s 共 6 个轨道）。 16. (1) T=C；X=O；Y=Na；Z=Si。解析：T 最外层是次外层 2 倍→C（2s^2^2p^2^）；X 全原子 s 电子总数（1s^2^+2s^2^=4）等于 p 电子总数（2p^4^=4）→O；短周期除稀有气体外原子半径最大→Na；Z 最外层 p 有 2 个未成对电子且最高正价与最低负价绝对值相等（ⅣA 族，+4 与 -4）→Si。(2) 1s^2^2s^2^2p^2^；2Na+2H2O=2NaOH+H2↑ (3) Si：3s□↑↓ 3p□↑ □↑ □（即 ↑↓、↑、↑、□）。 学科网（北京）股份有限公司 $