第02讲 能层与能级的分析方法及判断 （重难点讲义）化学苏教版选择性必修2

第02讲 能层与能级的分析方法及判断 重难目标 1.能说出原子结构模型的演变过程，知道电子云是描述电子在核外出现机会的统计图形。 2.能说出各电子层所含原子轨道的类型、数目与最多容纳的电子数，会用n2、2n2进行判断。 3.掌握多电子原子中原子轨道能量高低的比较方法，理解能级交错。 4.能判断基态与激发态，能区分发射光谱与吸收光谱，会用电子跃迁解释常见发光现象。 考情分析 能层与能级是描述核外电子运动状态的基本工具，选择题中常以“下列说法正确的是”的形式集中考查，也常作为结构综合题的第一小问。具有以下命题特点： 概念辨析：能层与能级的对应关系、原子轨道的数目与形状、电子云轮廓图的含义，常把“电子云”说成电子的运动轨迹，把轨道数说成2n2。 能量比较：同一能层内各能级、不同能层的同类型能级、简并轨道之间的能量关系，能级交错是失分点。 光谱判断：基态与激发态的识别，发射光谱与吸收光谱的区分，以及焰色试验、霓虹灯、激光等现象的解释。 一、原子结构模型与电子云 1.原子结构模型的演变：1803年道尔顿提出原子是不可再分的实心球；1904年汤姆生发现电子后提出“枣糕模型”，认为正电荷均匀分布在整个原子球体内、电子镶嵌其中；1911年卢瑟福根据α粒子散射实验提出有核模型，认为原子的质量主要集中在原子核上、电子在核外空间做高速运动；1913年玻尔研究氢原子光谱后提出电子在一系列稳定轨道上运动、轨道能量量子化；20世纪20年代以后建立的量子力学用电子云描述电子的运动状态。模型的每一次更新都建立在新的实验事实上。 2.电子云：电子的质量小、运动速度快，没有确定的运动轨迹，只能用统计的方法描述它在核外某区域出现机会的大小。用小点的疏密表示出现机会，小点越密表示电子在该区域出现的机会越大，这样得到的图形叫做电子云。把电子出现概率约为90%的空间圈出来，得到的就是电子云轮廓图。 3.原子轨道的形状与伸展方向：s轨道的电子云轮廓图为球形，同一能层只有1个s轨道；p轨道的电子云轮廓图为纺锤形（哑铃形），有px、py、pz 3个伸展方向，相互垂直；d轨道有5个，f轨道有7个。轨道的形状只与能级类型有关，与电子层无关，1s、2s、3s的轮廓图都是球形，半径随电子层增大而增大。 二、电子层、能级与容纳电子数的判断 1.电子层（能层）用n＝1、2、3、4…表示，符号依次为K、L、M、N、O、P、Q，离核越远能量越高。 2.每个电子层含有的能级数等于该电子层的序数，且总是从s能级开始：第1电子层只有1s；第2电子层有2s、2p；第3电子层有3s、3p、3d；第4电子层有4s、4p、4d、4f。并不是每个电子层都有d、f能级。 3.各能级的原子轨道数固定：s为1，p为3，d为5，f为7，与电子层序数无关。3d、4d、5d的轨道数都是5。 4.第n电子层的原子轨道数为n2，最多容纳的电子数为2n2；每个原子轨道最多容纳2个电子。M层的轨道数为9、最多容纳18个电子，N层的轨道数为16、最多容纳32个电子。 判断对象 结论 常见错误说法 能级数与电子层序数 第n电子层有n个能级 各电子层的能级都从s到f 能级的原子轨道数 s、p、d、f依次为1、3、5、7 2s、3s、4s的轨道数依次增多 电子层的原子轨道数 n2 各电子层的原子轨道数为2n2 电子层最多容纳的电子数 2n2（最外层不超过8，K层为最外层时不超过2） N层最多容纳18个电子 5.同一能级的不同原子轨道只是伸展方向不同，能量相同、容纳的电子数相同；s能级在各个电子层中容纳的电子数都是2。 三、原子轨道能量高低的比较 1.同一电子层：ns＜np＜nd＜nf。 2.形状相同的原子轨道：1s＜2s＜3s＜4s…，即电子层序数越大能量越高。 3.电子层与形状都相同的原子轨道能量相等，如2px＝2py＝2pz，这样的轨道称为简并轨道。 4.不同电子层的不同能级不能只看能级类型比较。p能级的能量不一定比s能级高，如E(2p)＜E(3s)；d能级的能量也不一定比s能级高，如E(4s)＜E(3d)。 5.能级交错：从第4电子层起出现E(4s)＜E(3d)、E(5s)＜E(4d)、E(6s)＜E(4f)＜E(5d)等现象，它是光谱实验事实的总结，决定了电子的填充顺序： 1s→2s→2p→3s→3p→4s→3d→4p→5s→4d→5p→6s→4f→5d→6p→7s 电子的填充顺序与电子排布式的书写顺序不同，书写时同一电子层的能级要写在一起，如Fe为1s22s22p63s23p63d64s2。 四、基态、激发态与原子光谱的判断 1.基态原子的核外电子排布符合构造原理，整个原子能量最低；凡是低能级未排满而电子已占据较高能级的排布，都是激发态，如1s22s12p1、1s22s22p53s2。 2.电子吸收能量由较低能级跃迁到较高能级，得到吸收光谱，表现为彩色背景上的暗线；电子从较高能级跃迁到较低能级时以光的形式释放能量，得到发射光谱，表现为暗背景上的亮线。激发态之间的跃迁同样产生光谱，不限于激发态与基态之间。 3.每种元素的原子都有自己的特征谱线，据此可以鉴定元素，这种方法叫光谱分析；氦元素就是在分析太阳光谱时发现的。 4.核外电子的排布还要遵循能量最低原理、泡利不相容原理和洪特规则：电子先占据能量低的轨道；每个原子轨道最多容纳2个自旋状态相反的电子；在能量相同的轨道上电子尽可能分占不同轨道且自旋状态相同。据此可以写出轨道表示式与外围电子排布式，并数出未成对电子数和被占据的原子轨道数（即空间运动状态数），这两部分的详细用法见本专题其他各讲。 4.焰色试验、霓虹灯发光、激光、节日焰火的颜色都与电子跃迁时释放能量有关，属于物理变化；而钠与水反应、铁与硫酸铜溶液反应等，发生的是化学变化中的电子得失，与核外电子在能级间的跃迁是两个层面的问题。 题型01 原子结构模型与电子云 【典例1】（2025-2026高一上·山西长治·期末）原子结构的认知是一个不断深化的过程。以下关于原子结构模型发展史的叙述中，说法正确的是 A．1803年，道尔顿提出原子论，认为原子是构成物质的基本粒子，是不可再分的实心球 B．1904年，卢瑟福提出“枣糕模型”，认为正电荷均匀分布在整个原子球体内 C．1913年，玻尔在行星模型的基础上，指出电子在原子核外空间并不是在固定轨道上做高速圆周运动 D．1926-1935年，薛定谔等人建立的电子云模型，指出电子在核外有确定的运动轨迹 【答案】A 【解析】A．1803年道尔顿提出近代原子论，认为原子是构成物质的基本粒子，是不可再分的实心球体，描述符合史实，A正确； B．“枣糕模型”是汤姆逊在1904年提出的，卢瑟福提出的是行星模型，对应关系错误，B错误； C．玻尔理论的核心观点就是核外电子在一系列固定的定态轨道上绕核运动，选项描述与史实相反，C错误； D．电子云模型指出电子没有确定的运动轨迹，只能用概率统计描述其在核外空间的出现概率，D错误； 故选A。 【对练1】1913年，玻尔提出氢原子模型，解释了氢原子的光谱。关于玻尔原子结构模型，下列说法中正确的是 A．玻尔原子结构模型可以解释He+的光谱 B．原子中的电子在定态轨道上运动时，可能会辐射能量 C．电子在不同能量的两个轨道之间发生跃迁时，一定会辐射能量 D．电子在定态轨道上的运动状态被称为基态 【答案】A 【解析】A．He+核外仅有1个电子，属于类氢微粒，玻尔原子结构模型可以解释其光谱，A正确； B．原子中的电子在定态轨道上运动时能量恒定，不会辐射能量，B错误； C．电子从低能级轨道向高能级轨道跃迁时会吸收能量，并非一定辐射能量，C错误； D．电子在能量最低的定态轨道上的运动状态被称为基态，并非所有定态轨道的运动状态都是基态，D错误； 故选A。 【对练2】我国科学家曾通过测量石英中26Al和10Be两种核素的比例确定“北京人”年龄，这种测量方法叫“铝铍埋藏测年法”。下列说法不正确的是 A．27Al原子所含中子数为14 B．10Be原子中的2s原子轨道的形状为球形 C．26Al的2px、2py、2pz轨道相互垂直，能量各不相同 D．10Be的1 s原子轨道的能量低于2 s原子轨道的能量 【答案】C 【解析】A．的质子数为13，中子数=质量数-质子数=27-13=14，A正确，不符合题意； B．所有s轨道均为球形对称，2s原子轨道的形状为球形，B正确，不符合题意； C．同一能层的2px、2py、2pz轨道属于简并轨道，仅空间伸展方向相互垂直，能量完全相同，选项中“能量各不相同”的表述错误，C错误，符合题意； D．多电子原子中轨道能量随能层序数增大而升高，1s原子轨道的能量低于2s原子轨道，D正确，不符合题意； 故选C。 题型02 电子层、能级与原子轨道数目的判断 【典例2】（2025-2026高一下·江苏无锡·阶段检测）下列原子轨道中能量最高的是 A．3s B．3p C．3d D．4s 【答案】C 【解析】由构造原理可知，在多电子原子中，原子轨道能量高低的顺序为：ns<(n-2)f<(n-1)d<np，则4种原子轨道中能量高低的顺序为：3s<3p<4s<3d，所以能量最高的是3d轨道，故选C。 【对练3】人类对原子结构的认识还在探索中。下列说法不正确的是 A．焰色试验与电子跃迁有关 B．原子核外电子的每一个能层最多可容纳的电子数为2n2 C．在一个原子中，不可能出现运动状态完全相同的两个电子 D．2px、2py、2pz轨道呈球形，且相互垂直 【答案】D 【解析】A．焰色试验是金属元素的原子中电子在不同能级间跃迁时释放能量产生的特征颜色现象，与电子跃迁有关，A正确； B．根据原子核外电子排布规律，能层序数为n的能层最多可容纳的电子数为2n2，B正确； C．根据泡利不相容原理，在一个原子中，不可能出现运动状态完全相同的两个电子，C正确； D．2px、2py、2pz轨道的空间伸展方向确实相互垂直，但p轨道形状为哑铃形，只有s轨道呈球形，D错误； 故选D。 【对练4】在原子的内部，电子是绕核运动的。下列说法正确的是 A．3p各个轨道的电子能量相同 B．电子围绕原子核作平面圆周运动 C．2s、3s、4s能级可容纳电子数依次增多 D．电子从基态跃迁到激发态时，产生发射光谱 【答案】A 【解析】A．3p能级包含3个能量相同的简并轨道，同一能级的不同轨道中填充的电子能量相同，A正确； B．电子在核外无确定的运动轨迹，并非围绕原子核作平面圆周运动，该描述属于早期错误的原子结构模型观点，B错误； C．所有s能级最多可容纳的电子数均为2，2s、3s、4s能级可容纳的最多电子数相同，C错误； D．电子从基态跃迁到激发态时需要吸收能量，产生吸收光谱，从激发态跃迁回基态时才会产生发射光谱，D错误； 故选A。 题型03 原子轨道能量高低的比较 【典例3】（2024-2025高二上·广东汕尾·期末）下列有关原子结构与性质的说法正确的是 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．原子核外电子先排满K层再排L层、先排满M层再排N层 C．用表示基态P原子最外层电子排布违反能量最低原理 D．同一能层中，p能级的能量一定比s能级的能量高 【答案】D 【解析】A．电子云图中的小黑点表示电子在核外空间出现的位置，小黑点的疏密表示电子出现概率的大小，并不表示一个个电子；核外电子也没有确定的圆周运动轨迹，A错误； B．基态原子中电子按能量由低到高填入轨道，4s轨道先于3d轨道填入电子。例如，基态K原子的K、L、M、N层电子数依次为2、8、8、1，M层尚未达到最多容纳的18个电子，N层已有电子，因此不能先排满M层再排N层，B错误； C．题图中3s轨道有两个自旋方向相反的电子，3p的三个轨道中却有两个电子先占据同一轨道，同时留下一个空轨道。根据洪特规则，电子应先分别占据能量相同的不同轨道，且自旋方向相同，因此图示违反的是洪特规则。基态P原子最外层正确的轨道表示式为，C错误； D．同一能层中，s能级的能量低于p能级，因此p能级的能量比s能级高，D正确； 故选D。 【对练5】以下对核外电子运动状况描述正确的是 A．能量低的电子只能在s轨道上运动，能量高的电子总在f轨道上运动 B．电子的运动和行星相似，围绕着原子核在固定的轨道上高速旋转 C．同一能层中不同能级的能量高低相同 D．M能层中含有3d能级 【答案】D 【解析】A．核外电子的能量不仅与能级有关、还与能层有关，能量高的电子也可以在s轨道上运动如7s轨道上的电子能量也很高，A错误； B．电子运动不是围绕原子核在固定的轨道上高速旋转，只是在某个区域出现的概率大些，B错误； C．同一能层的不同能级能量不同，且按s、p、d…规律依次增大，C错误； D．M层有s、p、d能级，所以M能层中含有3d能级，D正确； 故选D。 【对练6】元素周期表中砷元素的数据如图所示，下列说法正确的是 33  As 砷 4s24p3 74.92 A．砷元素的质量数为33 B．砷原子中能级的轨道数：4p>4s C．砷原子4p能级有1个未成对电子 D．砷原子最外层有5个能量相同的电子 【答案】B 【解析】A．33是砷的原子序数（质子数），质量数是核素的特有属性，元素没有质量数，74.92为砷元素的相对原子质量，A错误； B．4p能级有3个轨道，4s能级有1个轨道，砷原子中能级的轨道数：4p>4s，B正确； C．砷原子4p能级有3个未成对电子，C错误； D．砷原子最外层电子排布为4s24p3，4s与4p能级能量不同，5个电子能量不完全相同，不存在5个能量相同的电子，D错误。 故答案选B。 题型04 电子云轮廓图与轨道形状的判断 【典例4】（2024-2025高二上·陕西铜川·期末）下列化学用语的表达正确的是 A．基态N原子的轨道表示式： B．基态锗(Ge)原子的简化电子排布式：[Ar]4s24p2 C．2pz电子云轮廓图： D．硫离子的结构示意图： 【答案】C 【解析】A．基态N原子的2p能级有3个电子，根据洪特规则，电子应分占3个简并轨道且自旋平行，题图中2p轨道存在成对电子，且电子自旋不平行，违反洪特规则，A错误； B．锗（Ge，32号元素），简化电子排布式应为[Ar]3d104s24p2，B错误； C．p轨道电子云轮廓图为哑铃形，该图为p轨道电子云的正确形状，C正确； D．硫离子（S2−）的核电荷数为16，题图中核电荷数为18，对应Ar原子，不是硫离子，D错误； 答案选C。 【对练7】下列化学用语表达错误的是 A．HClO的电子式： B．中子数为176的某核素： C．基态Cr原子的价层电子轨道表示式： D．2pz电子云轮廓图： 【答案】B 【解析】A．HClO的结构式为H-O-Cl，O分别与H、Cl共用1对电子，所有原子均满足稳定结构，给出的电子式书写正确，A不符合题意； B．核素符号的左上角为质量数，左下角为质子数，质量数=质子数+中子数，中子数为176、质子数为117的Ts核素，质量数应为117+176=293，正确表示为，选项误将中子数写在左上角，表述错误，B符合题意； C．基态Cr为洪特规则特例，价层电子排布为3d54s1，3d轨道半满、4s轨道半满，给出的轨道表示式符合洪特规则与泡利原理，书写正确，C不符合题意； D．2pz轨道的电子云轮廓图为沿z轴分布的哑铃形，图示正确，D不符合题意； 故选B。 【对练8】下列化学用语中错误的是 A．NaCl的电子式： B．H2O的球棍模型： C．中子数为16的硫原子：1632S D．2px原子轨道的电子云轮廓图： 【答案】B 【解析】A．NaCl为离子化合物，选项所给电子式表示无误，A正确； B．H2O的空间构型为V形，且由于O原子半径大于 H原子半径，故其球棍模型应为一个大球连接两个小球并呈V形，选项所给球棍模型有误，B错误； C．S的质子数为16，中子数为16时质量数为16+16=32，原子表示为，C正确； D．2px原子轨道的电子云为沿x轴分布的哑铃形，与图示一致，D正确； 故答案选B。 题型05 基态、激发态与原子光谱的判断 【典例5】（2024-2025高二上·江西南昌·期末）下列有关电子跃迁、原子光谱的说法不正确的是 A．1s22s12p1表示的是激发态原子的电子排布式 B．NaCl的焰色为黄色，与Cl原子的电子跃迁有关 C．吸收光谱为彩色背景暗线，发射光谱为暗背景彩色线 D．现代化学中，常利用原子光谱上的特征谱线来鉴定元素 【答案】B 【解析】A．基态Be原子的电子排布式为1s22s2，题给排布式中2s能级的1个电子跃迁到了能量更高的2p能级，属于激发态原子的电子排布，A正确； B．NaCl的焰色为黄色，是Na元素的焰色反应，与Na原子的电子跃迁有关，和Cl原子无关，B错误； C．原子吸收特定频率的光时，会在连续光谱的彩色背景上留下对应暗线，即为吸收光谱；原子从激发态跃迁回基态时释放特定频率的光，在暗背景上呈现彩色亮线，即为发射光谱，C正确； D．不同元素的原子结构不同，跃迁时的能量变化不同，对应特征谱线不同，因此现代化学常用原子光谱的特征谱线来鉴定元素，D正确； 故选B。 【对练9】下列关于原子光谱的说法错误的是 A．原子中的电子在跃迁时能量的表现形式之一是光，这也是原子光谱产生的原因 B．原子的电子发生跃迁，是指电子从较低能量的状态变为较高能量的状态 C．原子吸收光谱法被广泛应用于元素的定量分析中 D．Na原子由1s22s22p63p1→1s22s22p63s1时，原子释放能量，由激发态转化成基态 【答案】B 【解析】A．原子中的电子跃迁时伴随能量变化，能量以光的形式吸收或释放是原子光谱产生的本质原因，A正确； B．电子跃迁包含两类过程，既可以吸收能量从低能态跃迁至高能态，也可以释放能量从高能态跃迁至低能态，B错误； C．原子吸收光谱法可基于不同元素的特征吸收谱线的强度完成元素定量分析，在实际检测中应用广泛，C正确； D．基态Na原子价电子排布为3s1，3p轨道能量高于3s轨道，电子从3p跃迁回3s时释放能量，由激发态转化为基态，D正确； 故选B。 【对练10】下列现象中与电子跃迁无关的是 A．节日燃放的焰火 B．舞台表演时的灯光 C．焰色试验 D．平面镜成像 A．A B．B C．C D．D 【答案】D 【解析】电子从较高能量的激发态跃迁到较低能量的激发态或基态，能释放能量，光是释放能量的重要形式之一，节日燃放的焰火、舞台表演时的灯光、焰色试验都是原子的发射光谱，与原子核外电子发生跃迁有关。平面镜成像则是光线反射的结果，与电子跃迁无关，D符合题意； 故答案选D。 1．（2025-2026高一下·江苏无锡·阶段检测）下列各基态原子或离子的电子排布式错误的是 A．O2-：1s22s22p6 B．S2-：1s22s22p63s23p6 C．Na：1s22s22p53s2 D．Si：1s22s22p63s23p2 【答案】C 【解析】A．氧元素的原子序数为8，基态氧离子的电子排布式为1s22s22p6，A正确； B．硫元素的原子序数为16，基态硫离子的电子排布式为1s22s22p63s23p6，B正确； C．钠元素的原子序数为11，基态原子的电子排布式为1s22s22p63s1，C错误； D．硅元素的原子序数为14，基态原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p2，D正确； 故选C。 2．（2026-2027高三上·江苏南通·阶段检测）下列关于反应Ca5(PO4)3OH(s)+F−(aq)⇌Ca5(PO4)3F(s)+OH−(aq)说法正确的是 A．Ca原子的结构示意图为 B．原子核内有10个中子的氧原子： C．OH−的电子式为 D．基态F原子的价电子排布式为2s22p5 【答案】D 【解析】A．Ca为20号元素，其原子核外电子排布为2、8、8、2，图示为Ca2+的结构示意图，不是Ca原子的结构示意图，A错误； B．氧原子质子数为8，中子数为10时质量数=质子数+中子数=18，该核素应表示为，B错误； C．OH−为带负电的阴离子，电子式需加方括号并在右上角标注所带负电荷，图示不符合OH−的电子式书写规则，C错误； D．F为9号元素，核外电子排布式为1s22s22p5，价电子为最外层电子，故价电子排布式为2s22p5，D正确； 故选D。 3．（2024-2025高二上·贵州六盘水·期末）下列化学用语表述正确的是 A．基态铬原子的价电子排布式：3d54s1 B．BCl3的电子式： C．py电子云轮廓图： D．基态碳原子的电子排布图： 【答案】A 【解析】A．基态Cr为24号元素，洪特规则特例下半满结构更稳定，价电子排布式为3d54s1，A正确； B．BCl3中B最外层仅3个价电子，与3个Cl形成3对共用电子对，B周围无孤电子对仅6个电子，图示电子式中B额外多出孤电子对，正确的为，B错误； C．图示p电子云沿z轴伸展，为pz电子云轮廓图，py电子云应沿y轴方向伸展，可表示为，C错误； D．基态C原子2p轨道的2个电子应分占不同轨道且自旋平行，图示电子排布图违反洪特规则，正确的为，D错误； 故选A。 4．（2025-2026高二下·海南·期中）人类对核外电子运动的认知不断进步。其中说法正确的是 A．电子在线性轨道上绕核运动 B．电子从激发态跃迁到基态时产生吸收光谱 C．P能级的轨道相互平行，能量相等 D．原子中没有运动状态完全相同的电子 【答案】D 【解析】A．核外电子不存在固定的线性运动轨道，现代量子力学认为核外电子的运动区域是概率密度分布的电子云区域，A错误； B．电子从激发态跃迁到基态时释放能量，产生发射光谱，吸收光谱是电子从基态跃迁到激发态吸收能量产生的，B错误； C．p能级的3个轨道能量相等，分别沿x、y、z轴方向伸展，轨道相互垂直而非平行，C错误； D．根据泡利不相容原理，原子中每个电子的运动状态由4个量子数共同决定，不存在4个量子数完全相同的电子，即没有运动状态完全相同的电子，D正确； 故选D。 5．（2024-2025高二上·陕西咸阳·期末）烟花是中国人民在重要节日的一种庆祝方式，如辛弃疾在《青玉案·元夕》中写道“东风夜放花千树，更吹落、星如雨”。下列关于烟花的说法错误的是 A．烟花的色彩是原子释放光能产生的 B．烟花的绿色是铜原子核外电子从激发态跃迁到基态所致 C．可以通过加入某些金属化合物使烟花绽放特定的颜色 D．烟花呈现出各种颜色是化学变化 【答案】D 【解析】A．烟花的色彩来源于金属原子核外电子从激发态跃迁到基态时释放的光能，因此烟花的色彩是原子释放光能产生的，A正确； B．铜元素的焰色为绿色，该现象是铜原子核外电子从激发态跃迁到基态时释放对应波长的绿光导致的，B正确； C．不同金属元素的焰色试验具有特征性的颜色，因此可以通过加入特定金属化合物使烟花呈现特定颜色，C正确； D．焰色反应过程中仅发生核外电子的跃迁，没有新物质生成，属于物理变化，因此烟花显色不属于化学变化，D错误； 故选D。 6．（2026-2027高三上·江西景德镇·开学考试）近年来中国科技取得了举世瞩目的成就。下列说法正确的是 A．“九章四号”光量子计算机刷新世界纪录，能级跃迁产生光子的过程一定属于化学变化 B．我国“人造太阳”创造“亿度千秒”世界纪录，其主要燃料氘和氚互为同位素 C．实现丰度超99.99%的28Si量产，28Si原子核内的中子数为28 D．“灵晟”超级计算机登顶全球第一，其芯片的主要成分是SiO2 【答案】B 【解析】A．能级跃迁产生光子的过程是核外电子在不同能量轨道间的跃迁，没有新物质生成，不属于化学变化，A错误； B．氘和氚质子数相同、中子数不同，互为同位素，B正确； C．原子中质量数=质子数+中子数，的质子数为14，质量数为28，因此中子数为28-14=14，并非28，C错误； D．芯片的主要成分是硅单质，D错误； 故选B。 7．（2025-2026高二下·新疆和田·期中）科技推动社会进步，创造美好生活。下列有关解读错误的是 A．“天舟七号”为中国空间站送去推进剂氙气(Xe)，与Xe同族的基态Ar原子价层电子排布式为3s23p6 B．南京大学一团队合成了一种新型锂氧电池电催化剂FeCoNiMnPtIr，催化剂中所含元素Fe、Co、Ni、Mn位于第四周期 C．“东风夜放花千树，更吹落，星如雨”，烟花的颜色是金属元素的焰色，属于吸收光谱 D．构筑了10纳米超短沟道弹道二维In2Se3晶体管，Se位于元素周期表第四周期第ⅥA族 【答案】C 【解析】A．Ar是18号第三周期0族元素，基态原子最外层为第三层，价层电子排布式为3s23p6，A正确； B．Mn、Fe、Co、Ni的原子序数分别为25、26、27、28，均属于第四周期过渡元素，B正确； C．焰色是金属元素的电子吸收能量跃迁到高能级后，再从高能级跃迁回低能级时释放特定波长的光产生的，属于发射光谱，C错误； D．Se原子序数为34，核外有4个电子层，最外层电子数为6，位于元素周期表第四周期第ⅥA族，D正确； 故选C。 8．（2024-2025高二上·河南三门峡·期末）下列叙述错误的是 A．基态Cr原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s1 B．基态As原子的价电子排布图： C．基态O原子核外能量最高的电子云的形状： D．基态Fe原子核外电子的空间运动状态有15种 【答案】B 【解析】A．基态Cr是24号元素，符合洪特规则半满稳定特例，电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s1，A正确； B．基态As价电子排布为4s24p3，价电子排布图：，B错误； C．基态O原子核外能量最高的电子为2p能级电子，p电子云为哑铃形，与题图形状一致，C正确； D．电子的空间运动状态数等于核外占据的原子轨道总数，基态Fe占据的轨道总数为1+1+3+1+3+5+1=15，D正确； 故选B。 9．下列有关核外电子排布的化学用语表达正确的是_________。 A．基态S原子的电子排布式：2s22p4     B．基态Be原子的价电子排布式为2s22p2 C．基态S原子的价电子轨道表示式： D．基态30Zn原子的价层电子排布式：3d104s2 E．基态Si原子的价层电子排布图： F．基态Fe3+价层电子的轨道表示式： 【答案】DE 【解析】A．硫原子质子数为16，位于第三周期ⅥA族，基态S原子的电子排布式：1s22s22p63s23p4，A错误； B．Be是4号元素，基态Be原子的价电子排布式为2s2，B错误； C．基态S原子的价电子排布式为3s23p4，轨道表示式：，C错误； D．锌是30号元素，基态原子的电子排布式为[Ar] 3d104s2，价电子排布式为3d104s2，D正确； E．Si为14号元素，其基态价电子排布式为3s23p2，故其基态价电子排布图为，E正确； F．基态Fe3+价层电子排布式：3d5，轨道表示式为，F错误； 故答案为DE。 10．卤素单质及其化合物在科研和工农业生产中有着广泛的应用。请回答： 基态F原子核外电子的空间运动状态有①___________种。下列属于氯原子激发态且能量较低的是②___________。(填标号) a．1s22s22p63s23p6        b．1s22s22p63s13p6        c．1s22s22p63s23p33d2        d．1s22s22p63s23p3 【答案】 5 b 【解析】①F的原子序数为9，其基态原子的电子排布式为1s22s22p5。其核外电子占据了1个1s轨道、1个2s轨道和3个2p轨道，共5个原子轨道。因为每种被电子占据的原子轨道代表一种空间运动状态，所以其核外电子的空间运动状态有5种。 ②基态Cl原子核外电子排布为1s22s22p63s23p5； a．1s22s22p63s23p6核外有18个电子，不是氯原子； b．1s22s22p63s13p6，基态氯原子3s能级上的1个电子跃迁到3p能级上，属于氯原子的激发态； c．1s22s22p63s23p33d2，基态氯原子3p能级上的2个电子跃迁到3d能级上，属于氯原子的激发态，且能量高于b项的1s22s22p63s13p6； d．1s22s22p63s23p3核外有15个电子，不是氯原子； 故选b。 11．（2025-2026高三上·上海·阶段检测）钛在航空航天、医疗器械等工业领域有着重要用途。元素周期表中钛的数据如下图所示。 (1)Ti在元素周期表中的位置是______，基态钛原子核外电子共占据______条原子轨道。 (2)图中47.87的含义是_______。 【答案】(1) 第四周期ⅣB族 12 (2)钛元素的相对原子质量 【解析】（1）Ti的原子序数为22，Ti位于第4周期第4列，故Ti在元素周期表中的位置是第四周期第ⅣB族；基态Ti原子核外电子排布为1s22s22p63s23p63d24s2，基态钛原子核外电子共占据12条原子轨道。 （2）由元素周期表中钛的数据图所示信息可知，47.87的含义是钛元素的相对原子质量。 12．（2025-2026高二上·四川凉山·期末）若将基态14Si的电子排布式写成1s22s22p63s33p1，则它违背了___________。 【答案】泡利原理 【分析】泡利原理：每个原子轨道上最多只能容纳2个自旋状态相反的电子。 【解析】结合分析可知，如果基态14Si的电子排布式写成1s22s22p63s33p1，3s轨道上有3个电子，则违背了泡利原理。 13．（2025-2026高二上·四川凉山·期末）X原子在第二电子层上只有一个空轨道，则X的轨道表示式为___________。 【答案】 【解析】 X原子在第二电子层上只有一个空轨道，则其电子排布式为1s22s22p2，所以X的轨道表示式为。 14．（2025-2026高二上·四川凉山·期末）写出3p轨道上有2个未成对电子的元素符号：___________。 【答案】Si、S 【解析】3p轨道上有2个未成对电子，即3s23p2、3s23p4，则对应元素分别为：Si、S。 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02讲 能层与能级的分析方法及判断 重难目标 1.能说出原子结构模型的演变过程，知道电子云是描述电子在核外出现机会的统计图形。 2.能说出各电子层所含原子轨道的类型、数目与最多容纳的电子数，会用n2、2n2进行判断。 3.掌握多电子原子中原子轨道能量高低的比较方法，理解能级交错。 4.能判断基态与激发态，能区分发射光谱与吸收光谱，会用电子跃迁解释常见发光现象。 考情分析 能层与能级是描述核外电子运动状态的基本工具，选择题中常以“下列说法正确的是”的形式集中考查，也常作为结构综合题的第一小问。具有以下命题特点： 概念辨析：能层与能级的对应关系、原子轨道的数目与形状、电子云轮廓图的含义，常把“电子云”说成电子的运动轨迹，把轨道数说成2n2。 能量比较：同一能层内各能级、不同能层的同类型能级、简并轨道之间的能量关系，能级交错是失分点。 光谱判断：基态与激发态的识别，发射光谱与吸收光谱的区分，以及焰色试验、霓虹灯、激光等现象的解释。 一、原子结构模型与电子云 1.原子结构模型的演变：1803年道尔顿提出原子是不可再分的实心球；1904年汤姆生发现电子后提出“枣糕模型”，认为正电荷均匀分布在整个原子球体内、电子镶嵌其中；1911年卢瑟福根据α粒子散射实验提出有核模型，认为原子的质量主要集中在原子核上、电子在核外空间做高速运动；1913年玻尔研究氢原子光谱后提出电子在一系列稳定轨道上运动、轨道能量量子化；20世纪20年代以后建立的量子力学用电子云描述电子的运动状态。模型的每一次更新都建立在新的实验事实上。 2.电子云：电子的质量小、运动速度快，没有确定的运动轨迹，只能用统计的方法描述它在核外某区域出现机会的大小。用小点的疏密表示出现机会，小点越密表示电子在该区域出现的机会越大，这样得到的图形叫做电子云。把电子出现概率约为90%的空间圈出来，得到的就是电子云轮廓图。 3.原子轨道的形状与伸展方向：s轨道的电子云轮廓图为球形，同一能层只有1个s轨道；p轨道的电子云轮廓图为纺锤形（哑铃形），有px、py、pz 3个伸展方向，相互垂直；d轨道有5个，f轨道有7个。轨道的形状只与能级类型有关，与电子层无关，1s、2s、3s的轮廓图都是球形，半径随电子层增大而增大。 二、电子层、能级与容纳电子数的判断 1.电子层（能层）用n＝1、2、3、4…表示，符号依次为K、L、M、N、O、P、Q，离核越远能量越高。 2.每个电子层含有的能级数等于该电子层的序数，且总是从s能级开始：第1电子层只有1s；第2电子层有2s、2p；第3电子层有3s、3p、3d；第4电子层有4s、4p、4d、4f。并不是每个电子层都有d、f能级。 3.各能级的原子轨道数固定：s为1，p为3，d为5，f为7，与电子层序数无关。3d、4d、5d的轨道数都是5。 4.第n电子层的原子轨道数为n2，最多容纳的电子数为2n2；每个原子轨道最多容纳2个电子。M层的轨道数为9、最多容纳18个电子，N层的轨道数为16、最多容纳32个电子。 判断对象 结论 常见错误说法 能级数与电子层序数 第n电子层有n个能级 各电子层的能级都从s到f 能级的原子轨道数 s、p、d、f依次为1、3、5、7 2s、3s、4s的轨道数依次增多 电子层的原子轨道数 n2 各电子层的原子轨道数为2n2 电子层最多容纳的电子数 2n2（最外层不超过8，K层为最外层时不超过2） N层最多容纳18个电子 5.同一能级的不同原子轨道只是伸展方向不同，能量相同、容纳的电子数相同；s能级在各个电子层中容纳的电子数都是2。 三、原子轨道能量高低的比较 1.同一电子层：ns＜np＜nd＜nf。 2.形状相同的原子轨道：1s＜2s＜3s＜4s…，即电子层序数越大能量越高。 3.电子层与形状都相同的原子轨道能量相等，如2px＝2py＝2pz，这样的轨道称为简并轨道。 4.不同电子层的不同能级不能只看能级类型比较。p能级的能量不一定比s能级高，如E(2p)＜E(3s)；d能级的能量也不一定比s能级高，如E(4s)＜E(3d)。 5.能级交错：从第4电子层起出现E(4s)＜E(3d)、E(5s)＜E(4d)、E(6s)＜E(4f)＜E(5d)等现象，它是光谱实验事实的总结，决定了电子的填充顺序： 1s→2s→2p→3s→3p→4s→3d→4p→5s→4d→5p→6s→4f→5d→6p→7s 电子的填充顺序与电子排布式的书写顺序不同，书写时同一电子层的能级要写在一起，如Fe为1s22s22p63s23p63d64s2。 四、基态、激发态与原子光谱的判断 1.基态原子的核外电子排布符合构造原理，整个原子能量最低；凡是低能级未排满而电子已占据较高能级的排布，都是激发态，如1s22s12p1、1s22s22p53s2。 2.电子吸收能量由较低能级跃迁到较高能级，得到吸收光谱，表现为彩色背景上的暗线；电子从较高能级跃迁到较低能级时以光的形式释放能量，得到发射光谱，表现为暗背景上的亮线。激发态之间的跃迁同样产生光谱，不限于激发态与基态之间。 3.每种元素的原子都有自己的特征谱线，据此可以鉴定元素，这种方法叫光谱分析；氦元素就是在分析太阳光谱时发现的。 4.核外电子的排布还要遵循能量最低原理、泡利不相容原理和洪特规则：电子先占据能量低的轨道；每个原子轨道最多容纳2个自旋状态相反的电子；在能量相同的轨道上电子尽可能分占不同轨道且自旋状态相同。据此可以写出轨道表示式与外围电子排布式，并数出未成对电子数和被占据的原子轨道数（即空间运动状态数），这两部分的详细用法见本专题其他各讲。 4.焰色试验、霓虹灯发光、激光、节日焰火的颜色都与电子跃迁时释放能量有关，属于物理变化；而钠与水反应、铁与硫酸铜溶液反应等，发生的是化学变化中的电子得失，与核外电子在能级间的跃迁是两个层面的问题。 题型01 原子结构模型与电子云 【典例1】（2025-2026高一上·山西长治·期末）原子结构的认知是一个不断深化的过程。以下关于原子结构模型发展史的叙述中，说法正确的是 A．1803年，道尔顿提出原子论，认为原子是构成物质的基本粒子，是不可再分的实心球 B．1904年，卢瑟福提出“枣糕模型”，认为正电荷均匀分布在整个原子球体内 C．1913年，玻尔在行星模型的基础上，指出电子在原子核外空间并不是在固定轨道上做高速圆周运动 D．1926-1935年，薛定谔等人建立的电子云模型，指出电子在核外有确定的运动轨迹 【对练1】1913年，玻尔提出氢原子模型，解释了氢原子的光谱。关于玻尔原子结构模型，下列说法中正确的是 A．玻尔原子结构模型可以解释He+的光谱 B．原子中的电子在定态轨道上运动时，可能会辐射能量 C．电子在不同能量的两个轨道之间发生跃迁时，一定会辐射能量 D．电子在定态轨道上的运动状态被称为基态 【对练2】我国科学家曾通过测量石英中26Al和10Be两种核素的比例确定“北京人”年龄，这种测量方法叫“铝铍埋藏测年法”。下列说法不正确的是 A．27Al原子所含中子数为14 B．10Be原子中的2s原子轨道的形状为球形 C．26Al的2px、2py、2pz轨道相互垂直，能量各不相同 D．10Be的1 s原子轨道的能量低于2 s原子轨道的能量 题型02 电子层、能级与原子轨道数目的判断 【典例2】（2025-2026高一下·江苏无锡·阶段检测）下列原子轨道中能量最高的是 A．3s B．3p C．3d D．4s 【对练3】人类对原子结构的认识还在探索中。下列说法不正确的是 A．焰色试验与电子跃迁有关 B．原子核外电子的每一个能层最多可容纳的电子数为2n2 C．在一个原子中，不可能出现运动状态完全相同的两个电子 D．2px、2py、2pz轨道呈球形，且相互垂直 【对练4】在原子的内部，电子是绕核运动的。下列说法正确的是 A．3p各个轨道的电子能量相同 B．电子围绕原子核作平面圆周运动 C．2s、3s、4s能级可容纳电子数依次增多 D．电子从基态跃迁到激发态时，产生发射光谱 题型03 原子轨道能量高低的比较 【典例3】（2024-2025高二上·广东汕尾·期末）下列有关原子结构与性质的说法正确的是 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．原子核外电子先排满K层再排L层、先排满M层再排N层 C．用表示基态P原子最外层电子排布违反能量最低原理 D．同一能层中，p能级的能量一定比s能级的能量高 【对练5】以下对核外电子运动状况描述正确的是 A．能量低的电子只能在s轨道上运动，能量高的电子总在f轨道上运动 B．电子的运动和行星相似，围绕着原子核在固定的轨道上高速旋转 C．同一能层中不同能级的能量高低相同 D．M能层中含有3d能级 【对练6】元素周期表中砷元素的数据如图所示，下列说法正确的是 33  As 砷 4s24p3 74.92 A．砷元素的质量数为33 B．砷原子中能级的轨道数：4p>4s C．砷原子4p能级有1个未成对电子 D．砷原子最外层有5个能量相同的电子 题型04 电子云轮廓图与轨道形状的判断 【典例4】（2024-2025高二上·陕西铜川·期末）下列化学用语的表达正确的是 A．基态N原子的轨道表示式： B．基态锗(Ge)原子的简化电子排布式：[Ar]4s24p2 C．2pz电子云轮廓图： D．硫离子的结构示意图： 【对练7】下列化学用语表达错误的是 A．HClO的电子式： B．中子数为176的某核素： C．基态Cr原子的价层电子轨道表示式： D．2pz电子云轮廓图： 【对练8】下列化学用语中错误的是 A．NaCl的电子式： B．H2O的球棍模型： C．中子数为16的硫原子：1632S D．2px原子轨道的电子云轮廓图： 题型05 基态、激发态与原子光谱的判断 【典例5】（2024-2025高二上·江西南昌·期末）下列有关电子跃迁、原子光谱的说法不正确的是 A．1s22s12p1表示的是激发态原子的电子排布式 B．NaCl的焰色为黄色，与Cl原子的电子跃迁有关 C．吸收光谱为彩色背景暗线，发射光谱为暗背景彩色线 D．现代化学中，常利用原子光谱上的特征谱线来鉴定元素 【对练9】下列关于原子光谱的说法错误的是 A．原子中的电子在跃迁时能量的表现形式之一是光，这也是原子光谱产生的原因 B．原子的电子发生跃迁，是指电子从较低能量的状态变为较高能量的状态 C．原子吸收光谱法被广泛应用于元素的定量分析中 D．Na原子由1s22s22p63p1→1s22s22p63s1时，原子释放能量，由激发态转化成基态 【对练10】下列现象中与电子跃迁无关的是 A．节日燃放的焰火 B．舞台表演时的灯光 C．焰色试验 D．平面镜成像 A．A B．B C．C D．D 1．（2025-2026高一下·江苏无锡·阶段检测）下列各基态原子或离子的电子排布式错误的是 A．O2-：1s22s22p6 B．S2-：1s22s22p63s23p6 C．Na：1s22s22p53s2 D．Si：1s22s22p63s23p2 2．（2026-2027高三上·江苏南通·阶段检测）下列关于反应Ca5(PO4)3OH(s)+F−(aq)⇌Ca5(PO4)3F(s)+OH−(aq)说法正确的是 A．Ca原子的结构示意图为 B．原子核内有10个中子的氧原子： C．OH−的电子式为 D．基态F原子的价电子排布式为2s22p5 3．（2024-2025高二上·贵州六盘水·期末）下列化学用语表述正确的是 A．基态铬原子的价电子排布式：3d54s1 B．BCl3的电子式： C．py电子云轮廓图： D．基态碳原子的电子排布图： 4．（2025-2026高二下·海南·期中）人类对核外电子运动的认知不断进步。其中说法正确的是 A．电子在线性轨道上绕核运动 B．电子从激发态跃迁到基态时产生吸收光谱 C．P能级的轨道相互平行，能量相等 D．原子中没有运动状态完全相同的电子 5．（2024-2025高二上·陕西咸阳·期末）烟花是中国人民在重要节日的一种庆祝方式，如辛弃疾在《青玉案·元夕》中写道“东风夜放花千树，更吹落、星如雨”。下列关于烟花的说法错误的是 A．烟花的色彩是原子释放光能产生的 B．烟花的绿色是铜原子核外电子从激发态跃迁到基态所致 C．可以通过加入某些金属化合物使烟花绽放特定的颜色 D．烟花呈现出各种颜色是化学变化 6．（2026-2027高三上·江西景德镇·开学考试）近年来中国科技取得了举世瞩目的成就。下列说法正确的是 A．“九章四号”光量子计算机刷新世界纪录，能级跃迁产生光子的过程一定属于化学变化 B．我国“人造太阳”创造“亿度千秒”世界纪录，其主要燃料氘和氚互为同位素 C．实现丰度超99.99%的28Si量产，28Si原子核内的中子数为28 D．“灵晟”超级计算机登顶全球第一，其芯片的主要成分是SiO2 7．（2025-2026高二下·新疆和田·期中）科技推动社会进步，创造美好生活。下列有关解读错误的是 A．“天舟七号”为中国空间站送去推进剂氙气(Xe)，与Xe同族的基态Ar原子价层电子排布式为3s23p6 B．南京大学一团队合成了一种新型锂氧电池电催化剂FeCoNiMnPtIr，催化剂中所含元素Fe、Co、Ni、Mn位于第四周期 C．“东风夜放花千树，更吹落，星如雨”，烟花的颜色是金属元素的焰色，属于吸收光谱 D．构筑了10纳米超短沟道弹道二维In2Se3晶体管，Se位于元素周期表第四周期第ⅥA族 8．（2024-2025高二上·河南三门峡·期末）下列叙述错误的是 A．基态Cr原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s1 B．基态As原子的价电子排布图： C．基态O原子核外能量最高的电子云的形状： D．基态Fe原子核外电子的空间运动状态有15种 9．下列有关核外电子排布的化学用语表达正确的是_________。 A．基态S原子的电子排布式：2s22p4     B．基态Be原子的价电子排布式为2s22p2 C．基态S原子的价电子轨道表示式： D．基态30Zn原子的价层电子排布式：3d104s2 E．基态Si原子的价层电子排布图： F．基态Fe3+价层电子的轨道表示式： 10．卤素单质及其化合物在科研和工农业生产中有着广泛的应用。请回答： 基态F原子核外电子的空间运动状态有①___________种。下列属于氯原子激发态且能量较低的是②___________。(填标号) a．1s22s22p63s23p6        b．1s22s22p63s13p6        c．1s22s22p63s23p33d2        d．1s22s22p63s23p3 11．（2025-2026高三上·上海·阶段检测）钛在航空航天、医疗器械等工业领域有着重要用途。元素周期表中钛的数据如下图所示。 (1)Ti在元素周期表中的位置是______，基态钛原子核外电子共占据______条原子轨道。 (2)图中47.87的含义是_______。 12．（2025-2026高二上·四川凉山·期末）若将基态14Si的电子排布式写成1s22s22p63s33p1，则它违背了___________。 13．（2025-2026高二上·四川凉山·期末）X原子在第二电子层上只有一个空轨道，则X的轨道表示式为___________。 14．（2025-2026高二上·四川凉山·期末）写出3p轨道上有2个未成对电子的元素符号：___________。 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1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $