第04讲 原子核外电子的运动状态及未成对电子数的判断 （重难点讲义）化学苏教版选择性必修2

第04讲 原子核外电子的运动状态及未成对电子数的判断 重难目标 1.理解一个原子中不存在运动状态完全相同的两个电子，会判断电子的运动状态数、空间运动状态数和能量不同的电子数。 2.能由电子排布式或轨道表示式数出未成对电子数，会比较不同原子未成对电子数的多少。 3.能用泡利不相容原理和洪特规则解释未成对电子的形成，会判断自旋方向相同的电子数。 4.能由给定的原子结构信息反推元素，并说明其电子排布的特点。 考情分析 电子运动状态的计数与未成对电子数的判断，是把核外电子排布由“会写”推向“会用”的关键，选择题和结构综合题的第一小问都常考。具有以下命题特点： 计数判断：运动状态数、空间运动状态数、能量不同的电子数三者的区别，第四周期过渡元素出现频率最高。 未成对电子：由价层电子排布式或轨道表示式判断未成对电子数，比较同周期、同族元素未成对电子数的多少，并与顺磁性、磁性材料等情境结合。 逆向推断：给出“未成对电子数最多”“某能层有几种空间运动状态”等条件反推元素，常与元素周期表位置一起考查。 一、三个计数：运动状态、空间运动状态与能量 1.一个原子中不存在运动状态完全相同的两个电子。电子的运动状态由电子层、原子轨道的类型、轨道的伸展方向和自旋状态共同决定，因此运动状态不同的电子数等于该原子的核外电子总数。基态P原子有15个电子，就有15种不同的运动状态。 2.空间运动状态由电子层、轨道类型和伸展方向决定，不考虑自旋，所以空间运动状态数等于被电子占据的原子轨道数。s、p、d能级最多分别有1、3、5个轨道，但只数已经填入电子的轨道，如2p1只占1个轨道、2p3占3个轨道。基态P原子占据1s、2s、2p（3个）、3s、3p（3个）共9个轨道，空间运动状态有9种。 3.能量不同的电子数等于被电子占据的能级数。基态P原子占据1s、2s、2p、3s、3p共5个能级，有5种能量不同的电子。 计数对象 决定因素 等于什么 基态P原子 运动状态数 电子层、轨道类型、伸展方向、自旋 核外电子总数 15 空间运动状态数 电子层、轨道类型、伸展方向 占据的原子轨道数 9 能量不同的电子数 电子层、轨道类型 占据的能级数 5 4.同一轨道上的2个电子，空间运动状态相同、自旋状态相反；同一能级不同轨道上的电子，能量相同而空间运动状态不同。 二、未成对电子数的判断 1.单独占据一个原子轨道的电子叫未成对电子。判断未成对电子数，先按构造原理写出基态原子的电子排布式，再把外围电子按洪特规则填入轨道：能量相同的轨道先各填一个电子且自旋状态相同，填满后才成对。 2.常见原子的未成对电子数：H、Na、K等ns1的原子为1；C、Si等ns2np2为2；N、P等ns2np3为3；O、S等ns2np4为2；F、Cl等ns2np5为1；Ne、Ar等ns2np6为0。同一主族元素的未成对电子数相同。 3.第四周期过渡元素按构造原理先填4s、后填3d（书写电子排布式时3d写在4s前）：Sc为1、Ti为2、V为3、Cr为6、Mn为5、Fe为4、Co为3、Ni为2、Cu为1、Zn为0。未成对电子数最多的是Cr（3d54s1，6个）。 4.离子的未成对电子数要先写出离子的电子排布式，过渡元素的阳离子先失4s电子：Fe2+为[Ar]3d6，有4个未成对电子；Fe3+为[Ar]3d5，有5个未成对电子。 5.含未成对电子的微粒具有顺磁性，所有电子都成对的微粒具有反磁性。基态过渡金属离子大多含未成对电子，如Fe3+有5个未成对电子，具有顺磁性。 三、自旋状态的相关判断 1.泡利不相容原理规定同一轨道上的两个电子自旋状态相反，所以每个成对电子对中两种自旋各占一个。基态原子中自旋状态相同的电子最多有“电子对数＋未成对电子数”个，也就是等于被电子占据的原子轨道数。 2.基态原子中自旋方向相同的电子最多有多少个，就是把每个轨道上取一个电子来数：基态Al（1s22s22p63s23p1）占据7个轨道，自旋方向相同的电子最多7个。 3.若把一种自旋状态记为＋1/2、另一种记为−1/2，则成对电子的代数和为0，价电子自旋磁量子数的代数和只由未成对电子决定。基态N原子价电子为2s22p3，代数和为±3/2；基态Mg原子价电子全部成对，代数和为0。 四、由结构信息反推元素 1.常见的给定条件与对应结论：“最外层有3个未成对电子且次外层2个电子”指向N；“基态原子未成对电子数最多”或“M层未成对电子最多且最外层只有1个电子”指向Cr；“N层有1个电子、M层全充满”指向Cu；“3p轨道有2个未成对电子”指向Si或S（结合最外层电子数区分）。 2.推断的一般顺序：由未成对电子数或空间运动状态数确定外围电子排布式，再补全内层写出完整电子排布式，最后由电子总数确定原子序数和元素符号。 3.涉及第四周期元素时，注意3d与4s的填充顺序，以及Cr、Cu的半充满、全充满特例，避免把Cr写成3d44s2、Cu写成3d94s2。 题型01 电子的运动状态与空间运动状态 【典例1】基态磷原子核外共有___________种不同空间运动状态的电子，其中占据的最高能层符号为___________。 【对练1】画出基态硼原子的电子排布式____________________，其核外有__________种不同运动状态的电子。 【对练2】下列说法错误的是 A．违反了泡利原理 B．原子核外每一能层最多可容纳的电子数为2n2(n表示能层序数) C．2px、2py、2pz轨道相互垂直，且能量相等 D．在一个原子中，可能出现运动状态完全相同的两个电子 题型02 未成对电子数的判断 【典例2】基态原子未成对电子数最多的是 A．C B．N C．O D．F 【对练3】第三周期P区元素中，基态原子未成对电子有3个的元素为 A．Si B．P C．S D．Cl 【对练4】下列价层电子排布式对应的元素中，未成对电子数最多的是 A．2s22p3 B．2s22p4 C．2s22p5 D．2s22p2 题型03 未成对电子数的比较与应用 【典例3】《神农本草经》记载“石胆……能化铁为铜，合成金银，炼饵食之不老”，基态Cu和Fe原子的未成对电子数之和为 A．4 B．5 C．6 D．7 【对练5】Co最高能层符号为_______，所处周期中未成对电子数与Co相同的还有_______(基态、填元素符号)。 【对练6】科教兴国，“可上九天揽月，可下五洋捉鳖”。下列说法正确的是 A．“羲和号”探索的太阳爆发是化学变化 B．“蛟龙号”船体使用的是钛合金，基态钛原子有2个未成对的电子 C．长征二号F运载火箭的燃料为偏二甲肼—四氧化二氮，四氧化二氮为酸性氧化物 D．隐形战机的隐身涂层材料之一为石墨烯，石墨烯是一种化学纤维 题型04 电子自旋与泡利原理的应用 【典例4】原子中运动的电子有两种相反的自旋状态，若一种自旋状态用“+”表示，与之相反的用“”表示，称为电子的自旋磁量子数。对于基态的氮原子，其价电子自旋磁量子数的代数和为___________。 【对练7】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__________，例如，2s2的电子排布为，不能表示为。 【对练8】电子自旋与泡利原理 (1)电子自旋：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，电子自旋在空间有___________和___________两种取向，简称自旋相反，常用上下箭头(↑和↓)表示自旋相反的电子。 (2)泡利原理：在一个原子轨道里，最多只能容纳___________个电子，它们的自旋___________。 题型05 由排布式提取原子结构信息 【典例5】（2025-2026高二上·广西柳州·阶段检测）《天工开物》中记载：每红铜六斤，入倭铅四斤，先后入罐熔化，冷定取出，即成黄铜。铜钱材质实乃黄铜。基态Cu原子次外层电子数和最外层电子数分别为 A．8、2 B．8、1 C．18、1 D．18、2 【对练9】下列化学用语或图示表达正确的是 A．HClO的电子式： B．钾离子的电子排布式：[Ar]4s1 C．基态S原子的核外电子排布式1s22s22p63s23p4 D．基态磷原子的轨道表示式： 【对练10】下列化学用语表示正确的是 A．S2-的结构示意图∶   B．中子数为8的碳原子∶ C．基态N原子2p能级电子轨道表示式∶   D．N2的电子式∶ 1．（2024-2025高二上·山西·期末）下列不表示氮原子核外电子排布情况的是 A．1s22s22p5 B． C． D． 2．（2025-2026高一上·四川巴中·阶段检测）下列化学用语表示错误的是 A．S的原子结构示意图 B．质子数为53，中子数为78的碘原子：53131I C．水溶液中NaHCO3的电离：NaHCO3=Na++HCO3− D．14C和14N互为同素异形体 3．（2024-2025高二上·河北邯郸·期末）黑火药的主要成分为木炭(C)、硫黄(S)和硝酸钾(KNO3)，下列说法错误的是 A．N的基态原子电子排布式为1s22s22p3 B．S的基态原子外围电子轨道表示式为 C．CO2的电子式为   D．K的基态原子中M层上原子轨道全部填充了电子 4．（2025-2026高二上·安徽芜湖·期末）Na2S常用作染料的助染剂，工业上常用煤粉还原法制备：。 下列化学用语或表述正确的是 A．基态35S核外有8种空间运动状态不同的电子 B．上述反应涉及元素的基态原子中与C具有相同未成对电子数的元素还有两种 C．0.1mol/LNa2S溶液中：c(Na+)=2c(S2−)+c(HS−)+c(H2S) D．Na2S还可以处理废水中的Hg2+，主要利用了S2−的还原性 5．（2025-2026高二下·河南濮阳·阶段检测）某元素的基态原子最外层电子排布式是5s25p1，该元素或其化合物不可能具有的性质是 A．该元素单质是导体 B．该元素单质在一定条件下能与盐酸反应 C．该元素最高价氧化物对应的水化物显碱性 D．该元素的最高化合价为+5 6．通过MgCl2和[Mg(NH3)6]Cl2的相互转化可实现NH3的高效存储和利用。将Mg的基态原子最外层轨道表示式补充完整：_______。 7．（2023-2024高三上·上海浦东新·期中）Li3N晶体中氮以N3−存在，基态N3−的电子排布式为________。 8．（2025-2026高二上·黑龙江牡丹江·阶段检测）按要求解答下列问题。 (1)基态硫原子的价电子排布式为___________。 (2)Si的简化电子排布式为___________。 (3)基态F原子核外电子的运动状态有___________种。 9．价电子排布式 表示原子核外价层电子排布的式子。例如，基态Fe原子的电子排布式为[Ar]3d64s2，价电子排布式为__________。 10．电子排布图（轨道表示式） 用方框表示__________，用“↑”或“↓”表示__________不同的电子。表示核外电子排入各能层中不同能级的先后顺序和在轨道中的排布情况的图形（或式子）。 例如，基态S原子的电子排布图为__________核外电子排布图能直观地反映出原子的核外电子的自旋情况以及成对电子对数和未成对的单电子数。 11．按要求书写电子排布式或电子排布图。 (1)基态Fe2+的3d电子轨道表示式为__________。 (2)锑和磷同族，锑原子基态的价层电子排布式为__________。 (3)基态Ni2+的价电子排布图为__________。 12．核外电子排布式 按电子排入各能层中__________的先后顺序，用数字在能级符号右上角标明该能级上排布的__________数的式子。例如，Cu：1s22s22p63s23p63d104s1，其简化电子排布式为：__________。 13．（2024-2025高二下·湖南长沙·期中）下表列出了①~⑥六种元素在周期表中的位置： (1)⑤元素的原子结构示意图为______。 (2)③元素原子的最外层电子数为______；该基态原子的轨道表示式为______。 (3)⑤元素与④元素形成的离子化合物的化学式为______(写出一种即可)。 (4)②、③、④三种元素的非金属性逐渐______(填“减弱”或“增强”)。 (5)④元素和⑥元素形成的简单氢化物，其稳定性的强弱顺序为______>______(填化学式)。 14．（2024-2025高二下·新疆乌鲁木齐·阶段检测）四氧化三铁(Fe3O4)磁性纳米颗粒稳定，容易生产且用途广泛，是临床诊断、生物技术和环境化学领域多种潜在应用的有力工具。 (1)Fe在元素周期表中的位置是___________。 (2)Fe3O4和过量HI溶液反应的化学方程式___________，常用___________检验上述溶液中是否含有Fe2+，Fe2+的价层电子排布式为___________。 (3)高温时铁与水蒸气反应的氧化产物只有Fe3O4；某同学利用如图装置(夹持装置已略去)进行铁与水蒸气反应的实验，并检验产物。 ①A中盛水装置的名称为___________。   ②装置B中的石棉绒的作用是___________。 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04讲 原子核外电子的运动状态及未成对电子数的判断 重难目标 1.理解一个原子中不存在运动状态完全相同的两个电子，会判断电子的运动状态数、空间运动状态数和能量不同的电子数。 2.能由电子排布式或轨道表示式数出未成对电子数，会比较不同原子未成对电子数的多少。 3.能用泡利不相容原理和洪特规则解释未成对电子的形成，会判断自旋方向相同的电子数。 4.能由给定的原子结构信息反推元素，并说明其电子排布的特点。 考情分析 电子运动状态的计数与未成对电子数的判断，是把核外电子排布由“会写”推向“会用”的关键，选择题和结构综合题的第一小问都常考。具有以下命题特点： 计数判断：运动状态数、空间运动状态数、能量不同的电子数三者的区别，第四周期过渡元素出现频率最高。 未成对电子：由价层电子排布式或轨道表示式判断未成对电子数，比较同周期、同族元素未成对电子数的多少，并与顺磁性、磁性材料等情境结合。 逆向推断：给出“未成对电子数最多”“某能层有几种空间运动状态”等条件反推元素，常与元素周期表位置一起考查。 一、三个计数：运动状态、空间运动状态与能量 1.一个原子中不存在运动状态完全相同的两个电子。电子的运动状态由电子层、原子轨道的类型、轨道的伸展方向和自旋状态共同决定，因此运动状态不同的电子数等于该原子的核外电子总数。基态P原子有15个电子，就有15种不同的运动状态。 2.空间运动状态由电子层、轨道类型和伸展方向决定，不考虑自旋，所以空间运动状态数等于被电子占据的原子轨道数。s、p、d能级最多分别有1、3、5个轨道，但只数已经填入电子的轨道，如2p1只占1个轨道、2p3占3个轨道。基态P原子占据1s、2s、2p（3个）、3s、3p（3个）共9个轨道，空间运动状态有9种。 3.能量不同的电子数等于被电子占据的能级数。基态P原子占据1s、2s、2p、3s、3p共5个能级，有5种能量不同的电子。 计数对象 决定因素 等于什么 基态P原子 运动状态数 电子层、轨道类型、伸展方向、自旋 核外电子总数 15 空间运动状态数 电子层、轨道类型、伸展方向 占据的原子轨道数 9 能量不同的电子数 电子层、轨道类型 占据的能级数 5 4.同一轨道上的2个电子，空间运动状态相同、自旋状态相反；同一能级不同轨道上的电子，能量相同而空间运动状态不同。 二、未成对电子数的判断 1.单独占据一个原子轨道的电子叫未成对电子。判断未成对电子数，先按构造原理写出基态原子的电子排布式，再把外围电子按洪特规则填入轨道：能量相同的轨道先各填一个电子且自旋状态相同，填满后才成对。 2.常见原子的未成对电子数：H、Na、K等ns1的原子为1；C、Si等ns2np2为2；N、P等ns2np3为3；O、S等ns2np4为2；F、Cl等ns2np5为1；Ne、Ar等ns2np6为0。同一主族元素的未成对电子数相同。 3.第四周期过渡元素按构造原理先填4s、后填3d（书写电子排布式时3d写在4s前）：Sc为1、Ti为2、V为3、Cr为6、Mn为5、Fe为4、Co为3、Ni为2、Cu为1、Zn为0。未成对电子数最多的是Cr（3d54s1，6个）。 4.离子的未成对电子数要先写出离子的电子排布式，过渡元素的阳离子先失4s电子：Fe2+为[Ar]3d6，有4个未成对电子；Fe3+为[Ar]3d5，有5个未成对电子。 5.含未成对电子的微粒具有顺磁性，所有电子都成对的微粒具有反磁性。基态过渡金属离子大多含未成对电子，如Fe3+有5个未成对电子，具有顺磁性。 三、自旋状态的相关判断 1.泡利不相容原理规定同一轨道上的两个电子自旋状态相反，所以每个成对电子对中两种自旋各占一个。基态原子中自旋状态相同的电子最多有“电子对数＋未成对电子数”个，也就是等于被电子占据的原子轨道数。 2.基态原子中自旋方向相同的电子最多有多少个，就是把每个轨道上取一个电子来数：基态Al（1s22s22p63s23p1）占据7个轨道，自旋方向相同的电子最多7个。 3.若把一种自旋状态记为＋1/2、另一种记为−1/2，则成对电子的代数和为0，价电子自旋磁量子数的代数和只由未成对电子决定。基态N原子价电子为2s22p3，代数和为±3/2；基态Mg原子价电子全部成对，代数和为0。 四、由结构信息反推元素 1.常见的给定条件与对应结论：“最外层有3个未成对电子且次外层2个电子”指向N；“基态原子未成对电子数最多”或“M层未成对电子最多且最外层只有1个电子”指向Cr；“N层有1个电子、M层全充满”指向Cu；“3p轨道有2个未成对电子”指向Si或S（结合最外层电子数区分）。 2.推断的一般顺序：由未成对电子数或空间运动状态数确定外围电子排布式，再补全内层写出完整电子排布式，最后由电子总数确定原子序数和元素符号。 3.涉及第四周期元素时，注意3d与4s的填充顺序，以及Cr、Cu的半充满、全充满特例，避免把Cr写成3d44s2、Cu写成3d94s2。 题型01 电子的运动状态与空间运动状态 【典例1】基态磷原子核外共有___________种不同空间运动状态的电子，其中占据的最高能层符号为___________。 【答案】 9 M 【解析】磷原子是15号元素，电子排布为1s22s22p63s23p3，电子的空间运动状态由轨道数决定，每个轨道对应一种空间运动状态电子，其电子总空间状态数：1+1+3+1+3=9；一共有3层电子，对应能层符号为M。 【对练1】画出基态硼原子的电子排布式____________________，其核外有__________种不同运动状态的电子。 【答案】 1s22s22p1 5 【解析】硼（B）是元素周期表中的第5号元素，原子序数为5，其核外共有5个电子，基态硼原子的电子排布式为1s22s22p1；根据泡利不相容原理，同一个原子中不可能存在运动状态完全相同的两个电子，即原子中每一个电子的运动状态都是独一无二的，因此，基态硼原子的5个核外电子对应着5种不同的运动状态。 【对练2】下列说法错误的是 A．违反了泡利原理 B．原子核外每一能层最多可容纳的电子数为2n2(n表示能层序数) C．2px、2py、2pz轨道相互垂直，且能量相等 D．在一个原子中，可能出现运动状态完全相同的两个电子 【答案】D 【解析】A．泡利原理指的是一个原子轨道中最多只能容纳2个电子，且自旋相反，题图中1s和2s轨道里均有2个自旋方向相同的电子，违反了泡利原理，A正确； B．原子核外电子的第n能层最多容纳的电子数为2n2，B正确； C．2px、2py、2pz轨道在空间上互相垂直，属于同一个2p能级，能量相等，C正确； D．根据泡利原理，同一原子中不可能存在运动状态完全相同的两个电子，D错误； 故选D。 题型02 未成对电子数的判断 【典例2】基态原子未成对电子数最多的是 A．C B．N C．O D．F 【答案】B 【解析】基态C原子的核外电子排布式为1s22s22p2，2p轨道的2个电子分占2个不同简并轨道，未成对电子数为2； 基态N原子的核外电子排布式为1s22s22p3，2p轨道的3个电子分占3个不同简并轨道，未成对电子数为3； 基态O原子的核外电子排布式为1s22s22p4，2p轨道仅2个未成对电子； 基态F原子的核外电子排布式为1s22s22p5，2p轨道仅1个未成对电子； 基态原子未成对电子数最多的是基态N，选B。 【对练3】第三周期P区元素中，基态原子未成对电子有3个的元素为 A．Si B．P C．S D．Cl 【答案】B 【分析】第三周期P区元素包括铝（Al）、硅（Si）、磷（P）、硫（S）、氯（Cl），基态原子未成对电子数取决于价电子排布。 【解析】A．硅的基态电子排布为[Ne]3s23p2，3p轨道有两个电子，根据洪特规则，它们分占不同轨道且自旋平行，因此未成对电子数为2个，A不符合题意； B．磷的基态电子排布为[Ne]3s23p3，3p轨道有三个电子，分占三个轨道且自旋平行，因此未成对电子数为3个，B符合题意； C．硫的基态电子排布为[Ne]3s23p4，3p轨道有四个电子，其中两个轨道各有一个未配对电子，另一个轨道满（两个电子配对），因此未成对电子数为2个，C不符合题意； D．氯的基态电子排布为[Ne]3s23p5，3p轨道有五个电子，其中两个轨道满（配对），一个轨道有一个未配对电子，因此未成对电子数为1个，D不符合题意； 故选B。 【对练4】下列价层电子排布式对应的元素中，未成对电子数最多的是 A．2s22p3 B．2s22p4 C．2s22p5 D．2s22p2 【答案】A 【解析】A．价层电子排布为2s22p3，根据洪特规则，2p能级的3个电子分占3个不同的p轨道、自旋平行，未成对电子数为3； B．价层电子排布为2s22p4，2p能级4个电子中1个p轨道填充成对电子，剩余2个p轨道各有1个未成对电子，未成对电子数为2； C．价层电子排布为2s22p5，2p能级5个电子中2个p轨道填充成对电子，剩余1个p轨道有1个未成对电子，未成对电子数为1； D．价层电子排布为2s22p2，2p能级的2个电子分占2个不同的p轨道，未成对电子数为2； 综上所述，未成对电子数最多的为2s22p3，故选A。 题型03 未成对电子数的比较与应用 【典例3】《神农本草经》记载“石胆……能化铁为铜，合成金银，炼饵食之不老”，基态Cu和Fe原子的未成对电子数之和为 A．4 B．5 C．6 D．7 【答案】B 【解析】基态Cu原子价电子排布式为3d104s1，只有4s轨道有1个未成对电子；基态Fe原子价电子排布式为3d64s2，根据洪特规则，有4个未成对电子，未成对电子数之和为5，故选B。 【对练5】Co最高能层符号为_______，所处周期中未成对电子数与Co相同的还有_______(基态、填元素符号)。 【答案】 N V、As 【解析】Co是27号元素，其基态原子电子排布为1s22s22p63s23p63d74s2，即核外有四个电子层，则Co最高能层符号为N，由钴的基态原子电子排布(1s22s22p63s23p63d74s2)可知，3d轨道有3个未成对电子，在第四周期中，钒(V，3d轨道有3个未成对电子)和砷(As，4p轨道有3个未成对电子)均有3个未成对电子，则所处周期中未成对电子数与Co相同的还有V、As。 【对练6】科教兴国，“可上九天揽月，可下五洋捉鳖”。下列说法正确的是 A．“羲和号”探索的太阳爆发是化学变化 B．“蛟龙号”船体使用的是钛合金，基态钛原子有2个未成对的电子 C．长征二号F运载火箭的燃料为偏二甲肼—四氧化二氮，四氧化二氮为酸性氧化物 D．隐形战机的隐身涂层材料之一为石墨烯，石墨烯是一种化学纤维 【答案】B 【解析】A．太阳爆发为氢原子核聚变反应，属于核物理变化，化学变化中原子种类保持不变，因此不属于化学变化，A错误； B．基态钛原子的价电子排布式为3d24s2，3d轨道上有2个未成对电子，B正确； C．酸性氧化物是能与碱反应仅生成同价态盐和水的氧化物，四氧化二氮与碱反应生成+5价硝酸盐和+3价亚硝酸盐两种盐，不属于酸性氧化物，C错误； D．石墨烯是碳单质，属于无机非金属材料，化学纤维为有机高分子材料，因此石墨烯不属于化学纤维，D错误； 故选B。 题型04 电子自旋与泡利原理的应用 【典例4】原子中运动的电子有两种相反的自旋状态，若一种自旋状态用“+”表示，与之相反的用“”表示，称为电子的自旋磁量子数。对于基态的氮原子，其价电子自旋磁量子数的代数和为___________。 【答案】或 【解析】N元素7号元素，其基态的氮原子的价电子轨道排布图为：；如自旋状态“↑”为“”，自旋状态“↓”为“”，得到其价电子自旋磁量子数的代数和为：；如自旋状态“↓”为“”，自旋状态“↑”为“”，得到其价电子自旋磁量子数的代数和为：； 答案为：或。 【对练7】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__________，例如，2s2的电子排布为，不能表示为。 【答案】 2 相反 【解析】根据泡利原理可得：每个原子轨道里最多只能容纳2个电子，且自旋状态相反，不能相同。 【对练8】电子自旋与泡利原理 (1)电子自旋：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，电子自旋在空间有___________和___________两种取向，简称自旋相反，常用上下箭头(↑和↓)表示自旋相反的电子。 (2)泡利原理：在一个原子轨道里，最多只能容纳___________个电子，它们的自旋___________。 【答案】(1) 顺时针 逆时针 (2) 2 相反 【解析】（1）电子自旋是电子的固有属性，通常表述为其存在两种不同的空间取向，电子自旋在空间有顺时针和逆时针两种取向，称为自旋相反，常用上下箭头(↑和↓)表示自旋相反的电子。 （2）泡利原理是核外电子排布的基本规律之一，明确规定单个原子轨道最多只能容纳2个电子，且这2个电子的自旋方向必须相反。 题型05 由排布式提取原子结构信息 【典例5】（2025-2026高二上·广西柳州·阶段检测）《天工开物》中记载：每红铜六斤，入倭铅四斤，先后入罐熔化，冷定取出，即成黄铜。铜钱材质实乃黄铜。基态Cu原子次外层电子数和最外层电子数分别为 A．8、2 B．8、1 C．18、1 D．18、2 【答案】C 【解析】基态Cu原子的核外电子排布为1s22s22p63s23p63d104s1，次外层为第三电子层，电子数为18，最外层为第四电子层，电子数为1，C正确。 故答案选C。 【对练9】下列化学用语或图示表达正确的是 A．HClO的电子式： B．钾离子的电子排布式：[Ar]4s1 C．基态S原子的核外电子排布式1s22s22p63s23p4 D．基态磷原子的轨道表示式： 【答案】C 【解析】 A．HClO的结构式为H-O-Cl，O原子分别与H、Cl原子形成共价键，HClO的电子式O位于中间，正确的电子式为：，A错误； B．钾离子是K原子失去最外层4s轨道的1个电子形成的，[Ar]4s1是基态K原子的电子排布式，B错误； C．基态S原子的核电荷数为16，核外电子排布式为1s22s22p63s23p4，C正确； D．基态磷原子的3p轨道有3个电子，根据洪特规则应分占3个不同的p轨道且自旋平行，选项给出的轨道表示式违反泡利不相容原理和洪特规则，正确的基态磷原子的轨道表示式为：D错误； 故选C。 【对练10】下列化学用语表示正确的是 A．S2-的结构示意图∶   B．中子数为8的碳原子∶ C．基态N原子2p能级电子轨道表示式∶   D．N2的电子式∶ 【答案】C 【解析】A．S2−的核电荷数为16，图示结构示意图核电荷数为18，正确的结构示意图为，A错误； B．碳原子质子数为6，中子数为8的碳原子质量数为6+8=14，正确表示为，B错误； C．基态N原子2p能级有3个电子，根据洪特规则，电子优先分占不同轨道且自旋平行，该轨道表示式符合规则，C正确； D．N2分子中两个氮原子形成氮氮三键，每个氮原子剩余1对孤电子对，正确的电子式为，D错误； 故选C。 1．（2024-2025高二上·山西·期末）下列不表示氮原子核外电子排布情况的是 A．1s22s22p5 B． C． D． 【答案】A 【解析】A．氮元素的原子序数为7，基态原子的电子排布式为1s22s22p3，A错误； B．氮原子的核电荷数为7，核外有2个电子层，最外层电子数为5，原子结构示意图为：，B正确； C．氮原子最外层有3个成单电子，电子式为：，C正确； D．氮元素的原子序数为7，基态原子的电子排布式为1s22s22p3，轨道表示式为：，D正确； 故选A。 2．（2025-2026高一上·四川巴中·阶段检测）下列化学用语表示错误的是 A．S的原子结构示意图 B．质子数为53，中子数为78的碘原子：53131I C．水溶液中NaHCO3的电离：NaHCO3=Na++HCO3− D．14C和14N互为同素异形体 【答案】D 【解析】A．S的原子序数为16，核外电子数为16，核外电子排布为2、8、6，给出的原子结构示意图符合规则，A正确； B．质子数为53、中子数为78的碘原子质量数为53+78=131，原子表示为，B正确； C．HCO3−是弱酸的酸式酸根，电离时不可拆分，NaHCO3的电离方程式为NaHCO3=Na++HCO3−，C正确； D．同素异形体是同种元素形成的不同单质，和是不同元素的核素，不互为同素异形体，D错误； 故本题答案选D。 3．（2024-2025高二上·河北邯郸·期末）黑火药的主要成分为木炭(C)、硫黄(S)和硝酸钾(KNO3)，下列说法错误的是 A．N的基态原子电子排布式为1s22s22p3 B．S的基态原子外围电子轨道表示式为 C．CO2的电子式为   D．K的基态原子中M层上原子轨道全部填充了电子 【答案】D 【解析】A．按照核外电子排布规律，N的基态原子电子排布式为1s22s22p3，A项正确； B．S的基态原子外围电子排布为3s23p4，其轨道表示式为，B项正确； C．CO2为共价化合物，其电子式为，C项正确； D．K的基态原子中M层上，3s轨道和3p轨道全部填充电子，3d轨道未填充电子，D项错误。 4．（2025-2026高二上·安徽芜湖·期末）Na2S常用作染料的助染剂，工业上常用煤粉还原法制备：。 下列化学用语或表述正确的是 A．基态35S核外有8种空间运动状态不同的电子 B．上述反应涉及元素的基态原子中与C具有相同未成对电子数的元素还有两种 C．0.1mol/LNa2S溶液中：c(Na+)=2c(S2−)+c(HS−)+c(H2S) D．Na2S还可以处理废水中的Hg2+，主要利用了S2−的还原性 【答案】B 【解析】A．基态35S核外电子排布为1s22s22p63s23p4，共有9个原子轨道，因此有9种空间运动状态不同的电子，故A错误； B．C有2个未成对电子。反应涉及元素为Na、S、O、C，基态原子未成对电子数：C有2个，Na有1个，S有2个，O有2个。与C未成对电子数相同的元素有S和O，共两种，故B正确； C．根据物料守恒，Na2S溶液中c(Na⁺) = 2[c(S²⁻) + c(HS⁻) + c(H₂S)]，故C错误； D．Na2S处理Hg2+时，发生反应Hg2++ S2- = HgS↓，形成难溶沉淀HgS，属于非氧化还原反应，故D错误； 选B。 5．（2025-2026高二下·河南濮阳·阶段检测）某元素的基态原子最外层电子排布式是5s25p1，该元素或其化合物不可能具有的性质是 A．该元素单质是导体 B．该元素单质在一定条件下能与盐酸反应 C．该元素最高价氧化物对应的水化物显碱性 D．该元素的最高化合价为+5 【答案】D 【解析】A．该元素基态原子最外层电子排布为5s25p1，属于第5周期第ⅢA族金属元素，金属单质均为导体，A正确； B．同主族自上而下金属性增强，该元素金属性强于Al，Al可与盐酸反应置换出氢气，故该元素单质也能与盐酸反应，B正确； C．同主族元素最高价氧化物对应水化物的碱性随金属性增强而增强，该元素金属性强于Al，其最高价氧化物对应水化物碱性强于两性的Al(OH)3，显碱性，C正确； D．主族元素最高正化合价等于最外层电子数，该元素最外层共3个电子，最高化合价为+3，不可能为+5，D错误； 故选D。 6．通过MgCl2和[Mg(NH3)6]Cl2的相互转化可实现NH3的高效存储和利用。将Mg的基态原子最外层轨道表示式补充完整：_______。 【答案】 【解析】 Mg是第12号元素，其基态原子最外层电子的排布式为3s2，故其基态原子最外层轨道表示式为：。 7．（2023-2024高三上·上海浦东新·期中）Li3N晶体中氮以N3−存在，基态N3−的电子排布式为________。 【答案】 1s22s22p6 【解析】氮元素原子序数为7，基态N原子核外共有7个电子，按照构造原理排布，基态N原子的电子排布式为1s22s22p3，N3−是N原子得到3个电子形成的阴离子，核外总电子数为7+3=10，得到的3个电子填入2p轨道，使2p轨道达到全满稳定结构，综上可得基态N3−的电子排布式为1s22s22p6。 8．（2025-2026高二上·黑龙江牡丹江·阶段检测）按要求解答下列问题。 (1)基态硫原子的价电子排布式为___________。 (2)Si的简化电子排布式为___________。 (3)基态F原子核外电子的运动状态有___________种。 【答案】(1)3s23p4 (2)[Ne]3s23p2 (3)9 【解析】（1）硫为16号元素，基态硫原子的电子排布式为1s22s22p63s23p4，因此其价电子排布式为3s23p4； （2）硅为14号元素，基态硅原子的电子排布式为1s22s22p63s23p2，因此其简化电子排布式为[Ne]3s23p2； （3）在同一原子轨道下最多可以有两个自旋方向不同的电子，自旋方向不同，运动状态也就不相同，即运动状态个数等于电子数，基态F原子核外有9个电子，因此基态F原子核外电子的运动状态有9种。 9．价电子排布式 表示原子核外价层电子排布的式子。例如，基态Fe原子的电子排布式为[Ar]3d64s2，价电子排布式为__________。 【答案】3d64s2 【解析】过渡元素的价电子包含最外层电子，以及内层未填满的次外层d电子，这些电子都可参与成键，基态Fe原子是过渡金属，电子排布式为[Ar]3d64s2，因此其价电子为3d和4s轨道上的电子，价电子排布式为3d64s2。 10．电子排布图（轨道表示式） 用方框表示__________，用“↑”或“↓”表示__________不同的电子。表示核外电子排入各能层中不同能级的先后顺序和在轨道中的排布情况的图形（或式子）。 例如，基态S原子的电子排布图为__________核外电子排布图能直观地反映出原子的核外电子的自旋情况以及成对电子对数和未成对的单电子数。 【答案】 原子轨道 自旋方向 【解析】 根据电子排布图的定义，方框用来表示原子轨道，箭头方向用来区分电子不同的自旋方向；S原子原子序数为16，基态核外共16个电子，遵循能量最低原理、泡利不相容原理、洪特规则排布，最终得到电子排布图：。 11．按要求书写电子排布式或电子排布图。 (1)基态Fe2+的3d电子轨道表示式为__________。 (2)锑和磷同族，锑原子基态的价层电子排布式为__________。 (3)基态Ni2+的价电子排布图为__________。 【答案】(1) (2)5s25p3 (3) 【解析】（1）Fe为26号元素，基态Fe电子排布为[Ar]3d64s2，失电子形成阳离子时先失去最外层4s的2个电子得到Fe2+，因此Fe2+的3d轨道有6个电子，根据洪特规则，电子优先分占不同轨道且自旋平行，因此3d电子轨道表示式为5个轨道中1个轨道填充成对电子，其余4个轨道各填充1个自旋相同的电子，图示为。 （2）Sb（锑）与P同族，为第五周期第ⅤA族元素，主族元素价层电子为最外层电子，同主族价电子排布相似，因此基态Sb价层电子排布式为5s25p3。 （3）Ni为28号元素，基态Ni电子排布为[Ar]3d84s2，失去4s的2个电子得到Ni2+，价电子为3d8，按洪特规则排布后，3个轨道填充成对电子，2个轨道各填充1个单电子，图示为。 12．核外电子排布式 按电子排入各能层中__________的先后顺序，用数字在能级符号右上角标明该能级上排布的__________数的式子。例如，Cu：1s22s22p63s23p63d104s1，其简化电子排布式为：__________。 【答案】 不同能级 电子 [Ar]3d104s1 【解析】根据核外电子排布式的定义：电子按排入各能层中能级的先后顺序排列，在能级符号右上角标注该能级上排布的电子数。简化电子排布式的书写规则是：将内层已经达到稀有气体稳定结构的部分，用对应稀有气体元素符号加方括号代替。Cu原子序数为29，前一周期稀有气体Ar核外共18个电子，剩余11个电子排布为3d104s1（洪特规则特例，全满结构更稳定），所以Cu的简化电子排布式为[Ar]3d104s1。 13．（2024-2025高二下·湖南长沙·期中）下表列出了①~⑥六种元素在周期表中的位置： (1)⑤元素的原子结构示意图为______。 (2)③元素原子的最外层电子数为______；该基态原子的轨道表示式为______。 (3)⑤元素与④元素形成的离子化合物的化学式为______(写出一种即可)。 (4)②、③、④三种元素的非金属性逐渐______(填“减弱”或“增强”)。 (5)④元素和⑥元素形成的简单氢化物，其稳定性的强弱顺序为______>______(填化学式)。 【答案】(1) (2) 5 (3)Na2O或Na2O2 (4)增强 (5) H2O H2S 【分析】由①~⑥六种元素在周期表中的位置，可推测①~⑥六种元素分别为：①是H元素，②是C元素，③是N元素，④是O元素，⑤是Na元素，⑥是S元素。 【解析】（1）由图示及分析可知，⑤是Na元素，Na处于第三周期、第ⅠA族，故Na元素的原子结构示意图为：； （2）由图示及分析可知，③是N元素，N原子的最外层电子数为5；基态N原子的核外电子排布式为1s22s22p3，故基态N原子的轨道表示式为：； （3）由图示及分析可知，⑤是Na元素，④是O元素，Na和O形成的离子化合物有Na2O和Na2O2，故⑤元素与④元素形成的离子化合物的化学式为Na2O（或Na2O2）； （4）由图示及分析可知，②是C元素，③是N元素，④是O元素，C、N、O都为第二周期非金属元素，同周期元素的非金属性从左到右，非金属性逐渐增强，即非金属性：C<N<O； （5）由图示及分析可知，④是O元素，⑥是S元素，O和S形成的简单氢化物分别为H2O、H2S，同主族元素，从上到下，非金属性减弱，对应简单氢化物的稳定性减弱，即稳定性：H2O > H2S； 14．（2024-2025高二下·新疆乌鲁木齐·阶段检测）四氧化三铁(Fe3O4)磁性纳米颗粒稳定，容易生产且用途广泛，是临床诊断、生物技术和环境化学领域多种潜在应用的有力工具。 (1)Fe在元素周期表中的位置是___________。 (2)Fe3O4和过量HI溶液反应的化学方程式___________，常用___________检验上述溶液中是否含有Fe2+，Fe2+的价层电子排布式为___________。 (3)高温时铁与水蒸气反应的氧化产物只有Fe3O4；某同学利用如图装置(夹持装置已略去)进行铁与水蒸气反应的实验，并检验产物。 ①A中盛水装置的名称为___________。   ②装置B中的石棉绒的作用是___________。 【答案】(1)第四周期第Ⅷ族 (2) Fe3O4+8HI=3FeI2+I2+4H2O K3[Fe(CN)6] 3d6 (3) 圆底烧瓶 增大铁粉与水蒸气的接触面积，加快反应速率 【解析】（1）Fe的原子序数为26，核外有4个电子层，属于过渡金属，因此在元素周期表中位于第四周期第Ⅷ族； （2）Fe3O4可看作FeO·Fe2O3，其中Fe3+具有氧化性，I-具有还原性，二者发生氧化还原反应：Fe3+被还原为Fe2+，I-被氧化为I2，结合原子守恒、电荷守恒即可配平反应方程式：Fe3O4+8HI=3FeI2+I2+4H2O； K3[Fe(CN)6]与Fe2+反应生成特征蓝色沉淀，可用于检验Fe2+； Fe原子价层电子排布为3d64s2，形成Fe2+时失去最外层4s轨道的2个电子，因此Fe2+的价层电子排布式为3d6； （3）①根据仪器构造判断，A中盛水的装置为圆底烧瓶，加热可产生实验所需的水蒸气； ②石棉绒可以分散铁粉，避免铁粉堆积，从而增大铁粉与水蒸气的接触面积，加快反应速率。 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 $