专题03 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）化学鲁科版选择性必修2

专题03 原子核外电子的运动状态及未成对电子数的判断 1.通过辨析能层、能级、原子轨道、自旋状态等概念，能准确判断一个原子的核外电子运动状态总数，熟练运用构造原理、泡利不相容原理、洪特规则（含特例）书写电子排布式、轨道表示式，学会借助轨道表示式快速分析基态原子、简单离子的未成对电子数目，在对比辨析、模型建构的过程中建立 “电子排布 — 轨道分布 — 未成对电子” 的微观认知模型，感受原子核外电子排布的有序性与规律性，形成微观粒子运动有别于宏观物体的微粒观。 2.依托轨道表示式模型，厘清泡利原理与洪特规则的适用条件，识别 Cr、Cu 等洪特规则特例，能区分基态、激发态原子电子排布差异，规避 “电子运动状态数 = 电子层数、成对电子误判、离子电子排布直接在原子基础上加减电子” 等典型误区，通过例题推演、正误辨析、归纳总结的训练方式提升证据推理能力，体会结构理论的解释价值，养成严谨规范的化学用语书写习惯。 3.能结合元素周期表位置，预判主族、过渡元素基态原子未成对电子数，利用未成对电子信息反向推断元素种类，解决结构简答、填空类综合设问；在逻辑推导中理解原子结构是元素性质的根源，认识原子结构理论发展的阶段性，体会科学家探究原子微观结构的思维路径，激发对物质结构微观世界的探究兴趣。 一、原子核外电子的运动状态 1. 电子运动的核心特征 （1）核外电子运动不同于宏观物体，无确定轨道，只能用统计方式描述电子在原子核外空间出现的概率分布，引入原子轨道、电子云模型描述。 （2）描述电子运动的四大量子数 量子数 符号 物理意义 取值规则 关键关联 主量子数 n 决定电子层（能量主要来源），n越大，电子离核越远、能量越高 正整数（1,2,3,...），对应电子层K、L、M、N... n决定l的取值范围 角量子数 l 决定电子亚层（轨道形状），l越大，亚层能量越高（同一n下） 0 到n-1的整数，对应亚层s、p(、d、f(l=3)... l决定m的取值范围和轨道形状（如l=0为球形，l=1为哑铃形） 磁量子数 m 决定原子轨道的空间取向 -l到+l的整数（含 0），共2l+1个值 每个m对应 1 个轨道，如l=1（p亚层）有 3 个m值，对应 3 个p轨道 自旋量子数 ms 决定电子自旋方向 仅+1/2（自旋向上）或-1/2（自旋向下） 同一轨道中 2 个电子的m_s必相反（泡利不相容原理） 说明：四个量子数对应描述电子运动： ①能层（n）：K、L、M、N……，决定电子能量主要部分； ②能级（l）：同一能层分为 ns、np、nd、nf 能级； ③原子轨道（m）：ns：1 个轨道；np：3 个轨道；nd：5 个轨道；nf：7 个轨道； ④自旋状态：只有 2 种，自旋相反。 2.电子层、亚层与原子轨道的关系 （1）层级结构：电子层(n)包含多个亚层(l),每个亚层包含多个原子轨道(m),每个轨道最多容纳2个自旋相反的电子(ms不同)。 （2）轨道特征：s亚层(1个轨道，球形)、p亚层(3个轨道，哑铃形，相互垂直)、d亚层(5个轨道)、f亚层(7个轨道)。 （3）能量差异：同一电子层中，亚层能量：s<p<d<f;不同电子层间存在能级交错(如E4s<E3d),源于屏蔽效应(内层电子对外层电子的斥力)和钻穿效应(外层电子进入内层空间的概率)。 3.电子运动状态及电子的空间运动状态（两个重要结论） （1）电子运动状态——描述电子的完整运动特征（即核外电子数目） ①概念定义：电子运动状态是对原子核外单个电子运动的全面描述，需涵盖电子的能量、轨道形状、轨道空间取向及自旋方向，体现电子运动的 “量子化”“波粒二象性” 等核心特征，是区分不同电子的唯一依据（同一原子中，不存在运动状态完全相同的两个电子）。 ②核心构成要素：四大量子数的组合 电子运动状态由主量子数(n)、角量子数(l)、磁量子数(m)、自旋量子数(ms)共同决定，四者的不同组合对应不同的电子运动状态，具体关联如下： A.主量子数(n):决定电子所在电子层，影响电子能量高低(n越大，能量通常越高); B.角量子数(l):决定电子所在亚层及轨道形状(如l=0为s轨道，球形),同—n下，l 越大，亚层能量越高； C.磁量子数(m):决定原子轨道的空间取向(如l=1时，m可取-1an0a+1,对应3个 相互垂直的p轨道)； D.自旋量子数(ms):决定电子自旋方向(仅+1/2或-1/2,即自旋向上或向下),是区分同 一轨道内两个电子的关键。 ③实例分析：以氧原子(核外8个电子)为例，其价电子层(2s2p)中电子的运动状态差异如下：2s轨道的2个电子：n=2,l=0,m=0相同(空间运动状态一致),但ms分别为+1/2和-1/2,故对应2种不同的电子运动状态；2p轨道的4个电子：n=2,l=1相同，m可取-1、O、+1(3种空间运动状态),其中1个m值对应2个电子(ms不同),另外2个m值各对应1个电子(ms为+1/2),故2p轨道对应4种不同的电子运动状态；综上所述，氧原子8个电子对应8种不同的电子运动状态，符合“同一原子中电子运动状态唯一”的规律。 （2）电子的空间运动状态——描述电子的轨道分布特征（即核外轨道数目） ①概念定义：电子的空间运动状态是对电子在原子核外空间分布区域的描述，仅关注电子所处的原子轨道（即电子出现概率较高的空间区域），不涉及电子的自旋方向，核心反映 “轨道的能量、形状、空间取向” 三大特征。 ②核心构成要素：三大量子数的组合 电子的空间运动状态由主量子数(n)、角量子数(l)、磁量子数(m)共同决定，三者的不同组合对应不同的原子轨道，即不同的空间运动状态，具体规则如下： A.同一n(电子层)、l(亚层)、m(轨道取向)的组合，对应1种空间运动状态(1个原子 轨道); B.空间运动状态的数量=原子轨道的总数，例如： a.n=1(K层):l=0(s亚层),m=0,仅1种空间运动状态(1s轨道); b.n=2(L层):l=0(s亚层，1种)、l=1(p亚层，m=-1,O,+1,3种),共4种空间运动状态； c.n=3(M层):l=0(1种)、l=1(3种)、l=2(d亚层，m=-2,-l,O,+l,+2,5种),共9种空间运动状态。 ③实例分析 以铁原子(电子排布式[Ar]3d⁶4s²)为例，其核外电子的空间运动状态数量计算如下：内层([Ar]):对应氩原子的电子层结构，n=1(1种)、n=2(4种)、n=3(3s3p,共1+3=4种),合计1+4+4=9种；外层(3d4s):4s亚层(l=0,1种)、3d亚层(l=2,5种),合计1+5=6种；综上所述，铁原子核外电子的空间运动状态共9+6=15种，与“各电子层轨道总数之和”(1+4+9=14?此处需修正：[Ar]为18电子，轨道总数为1s（1）+2s（1）+2p（3）+3s（1）+3p（3）=9,3d（5）+4s（1）=6,总计15种，正确)一致，体现空间运动状态与原子轨道的——对应关系。 二、原子核外电子排布规律 1.三大排布原理（判断未成对电子的依据） （1）能量最低原理：基态原子核外电子优先排布在能量较低的轨道，使整个原子能量最低；排布顺序遵循构造原理：1s→2s→2p→3s→3p→4s→3d→4p…… （2）泡利不相容原理：1个轨道最多容纳2个电子，且自旋方向相反； （3）洪特规则：电子在能量相同的轨道（简并轨道）排布时，优先分占不同轨道，自旋平行；洪特特例：全满、半满、全空结构更稳定（Cr3d半满、Cu3d全满）。 2.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 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烦琐，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 价层电子排布式 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 3. 特殊元素的电子排布 第四周期过渡元素中，Cr([Ar]3d⁵4s¹)、Cu([Ar]3a⁰4s¹)因洪特规则特例(半满、全满更稳定),电子排布偏离常规顺序。 三、未成对电子数的判断与规律 1.未成对电子数的判断方法——写出轨道表示式，看单独占据轨道、没有配对的电子；成对电子：同一轨道里自旋相反的两个电子。 （1）基于电子排布式：分析价电子层中未配对的电子(即单独占据1个轨道的电子),如O(2s²2p4):2p轨道有4个电子，3个轨道中1个轨道填2个(成对),2个轨道各填1个(未成对),故未成对电子数为2。 （2）基于价电子轨道表示式：直接数“单独箭头”的数量，如Fe(3d64s2):4s轨道电子成对，3d 轨道5个轨道中，1个轨道填2个(成对),4个轨道各填1个(未成对),故未成对电子数为4。 （3）基于离子的电子得失规律：金属原子失电子先失最外层8电子，再失d电子；非金属原子得电子 填充最外层p轨道。如Fe3+(Fe失2个4s电子和1个3d电子，排布为[Ar]3d⁵):3d轨道5个电子分占5个轨道，未成对电子数为5。 2.未成对电子数的周期性规律 （1）同周期(以第二周期为例):从Li(2s¹,1个未成对)→Be(2s²,0个)→B(2s²2p¹,1 个)→C(2s²2p²,2个)→N(2s²2p³,3个)→0(2s²2p⁴,2个)→F(2s²2p⁵,1个)→Ne(2s²2p⁶,0个),未成对电子数呈现“0→1→2→3→2→1→0”的变化，核心原因是2s、2p轨道按洪特规则逐步填充。 （2）同主族(以第VA族为例):N(2s²2p³)、P(3s²3p³)、As(48²4p³),价电子构型均 为ns²np³,np轨道3个电子分占3个轨道，未成对电子数均为3,规律源于同主族元素价电子构型相似。 （3）过渡元素(以第四周期d区为例):从Sc(3d¹4s²,1个)→Ti(3d²4s²,2个)→…→Mn(3d4s²,5个)→…→Zn(3d104s²,0个),未成对电子数随3d轨道电子填充先增后减，最大值出现在d⁵(半满)结构。 （4）离子的未成对电子判断 ①阳离子：先失最外层 ns 电子，再失内层 d 电子（非常易错），不能直接在原子排布基础上加/减电子； ②阴离子：得电子填充到价层空轨道，遵循洪特规则。 四、难点突破 难点1：几组易混概念对比 概念 本质 数量判断 电子运动状态 完整描述电子（含自旋） 等于电子总数 电子空间运动状态 只看轨道，不看自旋 等于原子轨道总数 能级 ns、np、nd、nf 等 同一能层，能级种类有限 原子轨道 电子云的空间区域 ns：1；np：3；nd：5；nf：7 难点2：基态与激发态区分 （1）基态：电子排布满足能量最低原理，稳定；用于未成对电子常规判断； （2）激发态：基态电子吸收能量跃迁到高能级轨道，排布不满足能量最低原理，激发态不能当作基态判断未成对电子数。 难点3：不同区域元素未成对电子数规律 （1）主族元素：未成对电子一般只在最外层ns、np； （2）过渡元素（d 区）：未成对电子多出现在(n−1)d轨道，未成对电子数目变化丰富，可出现最多 6 个未成对电子（Cr）； （3）注意：价电子≠最外层电子，d 区价电子包含 ns+(n−1)d 电子。 五、高频易错点 1.误区：一个能级就是一个轨道；纠正：np是3个简并轨道； 2.误区：未成对电子数=价电子数；纠正：价电子可能成对； 3.误区：阳离子失电子顺序：先失d再失s；纠正：先失ns； 4.误区：洪特规则任何情况都优先分占轨道，忘记泡利原理限制； 5.混淆：“轨道数目”、“最多容纳电子数”、“电子运动状态数” 三者计算。 题型01 考查核外电子运动状态、能层、能级、轨道数辨析 【典例】（25-26高二下·山东·期中）济南市济阳区种植的富硒西瓜广受市场欢迎。下列关于基态硒原子的说法错误的是 A．核外电子排布式为 B．有18种空间运动状态不同的电子 C．核外电子占据最高能级的电子云轮廓图为哑铃形 D．核外电子占据的最高能层符号为N 【答案】A 【解析】A．Se是第VI主族元素，基态硒原子序数为34，简化核外电子排布式应为，选项漏写结构，A错误；B．电子的空间运动状态数等于核外电子占据的轨道总数，基态Se核外共占据18个轨道，故有18种空间运动状态不同的电子，B正确；C．基态Se核外电子占据的最高能级为，p能级的电子云轮廓图为哑铃形，C正确；D．基态Se核外电子占据的最高能层为第4能层，对应符号为N，D正确；故选A。 【变式】（25-26高二上·辽宁抚顺·期末）我国“奋斗者”号载人舱舱体所用材料是由Ti、Al和Si等元素组成的合金。下列说法正确的是 A．基态Si原子中，电子占据的最高能级的电子云轮廓图为哑铃形 B．基态Al原子核外电子的空间运动状态有13种 C．基态Ti原子的价层电子轨道表示式为： D．基态原子的未成对电子数：Al>Si 【答案】A 【解析】A．基态原子的电子排布式为，电子占据的最高能级为能级，能级的电子云轮廓图为哑铃形，A正确；B．基态原子的电子排布式为，电子的空间运动状态由原子轨道决定，每个原子轨道对应一种空间运动状态。原子的轨道包括、、、、、、，共7种空间运动状态，B错误；C．基态原子的电子排布式为，价层电子为，轨道表示式应将电子排布在和轨道，正确轨道表示式为：，C错误；D．基态原子的价层电子排布为，有1个未成对电子；基态原子的价层电子排布为，有2个未成对电子，因此未成对电子数：，D错误；故答案选A。 题型02 考查微粒未成对电子数判断 【典例】（25-26高二上·山东菏泽·期末）下列基态原子中，未成对电子数最多的是 A．C B．O C．P D．Cl 【答案】C 【解析】A．碳(C)基态原子电子构型为1s2 2s2 2p2，2p轨道有2个未成对电子，未成对电子数为2；B．氧(O)基态原子电子构型为1s2 2s2 2p4，2p轨道有2个未成对电子，未成对电子数为2；C．磷(P)基态原子电子构型为1s2 2s2 2p6 3s2 3p3，3p轨道有3个未成对电子，未成对电子数为3；D．氯(Cl)基态原子电子构型为1s2 2s2 2p6 3s2 3p5，3p轨道有1个未成对电子，未成对电子数为1；综上，答案选C。 【变式】（25-26高二上·山东济南·阶段检测）(光气)、(亚硫酰氯)、均为稳定结构的氯化试剂，可与反应制备，下列说法错误的是 A．和分子的空间构型相同 B．光气中Cl—C—O的键角大于Cl—C—Cl的键角 C．、中C原子和S原子的杂化方式相同 D．与基态Ti原子同周期且未成对电子数相同的元素有3种 【答案】C 【解析】A．中心原子价层电子对数为4，为杂化，无孤电子对，空间构型为正四面体形；中心原子价层电子对数也为4，为杂化，无孤电子对，空间构型也为正四面体形，二者空间构型相同，A正确；B．为平面三角形结构，双键对单键的斥力大于单键之间的斥力，故的键角大于的键角，B正确；C．中原子价层电子对数为3，杂化方式为杂化；中原子价层电子对数为4，杂化方式为杂化，二者杂化方式不同，C错误；D．基态原子价电子排布为，未成对电子数为2，第四周期中未成对电子数为2的元素还有、、共3种，D正确；故选C。 题型03 考查电子排布式、轨道表示式规范书写及正误辨析 【典例】（25-26高二上·山东菏泽·阶段检测）下列描述原子结构的化学用语错误的是 A．基态铜原子的价层电子排布式： B．的价电子排布图： C．钛原子结构示意图为： D．氧原子核外能量最高的电子云的形状： 【答案】A 【解析】A． 铜为29号元素，由洪特规则知，基态铜原子的价层电子排布式为，故A错误；B． Mn为25号元素，价电子排布式为，Mn失去4s能级的2个电子转化为，则价电子排布图为：，故B正确；C．钛为22号元素，钛原子的电子排布式为，则其结构示意图为：，故C正确；D．氧原子核外能量最高的能级为2p能级，其电子云的形状为哑铃型，故D正确；故选A。 【变式】（25-26高二下·山东临清·期中）下列化学用语正确的是 A．Zn的电子排布式：1s22s22p63s23p64s2 B．Fe2+的电子排布式：[Ar]3d6 C．C的价电子排布图： D．HClO的电子式： 【答案】B 【解析】A．Zn是30号元素，故其电子排布式为：1s22s22p63s23p63d104s2，A错误；B．铁是26号元素，其电子排布式为：1s22s22p63s23p63d64s2，故Fe2+的电子排布式：[Ar]3d6，B正确；C．C的最外层上有4个电子，故其价电子排布图：，C错误；D．HClO的电子式：，D错误；故答案为：B。 题型04 考查限定未成对电子数的元素推断 【典例】（25-26高二下·山东临沂·阶段检测）我国科学家最近研究的一种无机盐Z3[Y(XW)6]2纳米药物，具有高效的细胞内亚铁离子捕获和抗氧化能力，组成元素均位于前四周期。X原子的最外层电子数是其内层电子数的2倍，W原子的2p能级有3个未成对电子，Y原子的M层未成对电子数为4，Z原子的s能级和p能级电子总数相等，X、Y、Z属于不同周期。下列叙述正确的是 A．电负性：W＞X＞Z＞Y B．简单氢化物的稳定性：X＞W C．Z3[Y(XW)6]2中存在的化学键有：离子键、极性共价键、配位键 D．工业上通过电解熔融的Z的氧化物获得Z单质 【答案】C 【分析】首先推导元素：X最外层电子数是内层的2倍，故X为C；W的2p能级有3个未成对电子，故W为N；Y的M层未成对电子数为4，价电子排布为，故Y为Fe；Z的s能级和p能级电子总数相等，且与X、Y不同周期，电子排布为，，s能级电子总数为6，p能级电子总数为6，两者相等，符合题意，故Z为Mg。 【解析】A．电负性顺序为，选项中错误，A错误；B．非金属性，简单氢化物稳定性，即，B错误；C．该化合物为，与配离子之间为离子键，中C、N之间为极性共价键，与之间为配位键，三种化学键均存在，C正确；D．工业上通过电解熔融氯化镁获得Mg单质，不采用电解熔融氧化镁的方法，D错误；故答案选C。 【变式】（25-26高二下·山东青岛·期末）某离子化合物的结构如图，组成元素均位于前四周期。W原子序数最小，X、Y、Z位于同一周期，且基态Z原子中未成对电子数与成对电子数之比为1∶2，M位于第四周期，且内层轨道全部排满电子。下列说法正确的是 A．原子半径： B．基态M原子的价电子排布式为4s1 C．第一电离能位于X、Y之间的同周期元素有3种 D．该化合物中存在离子键、极性共价键和配位键 【答案】D 【分析】W原子序数最小且只形成1个单键，故W为；X、Y、Z同周期，基态Z原子未成对电子数与成对电子数之比1:2、总电子数为3的倍数，第二周期电子排布，未成对2个、成对4个，比例1:2，因此Z为；Z连3个和1个Y，Y显-2价，同周期第二周期中Y为；X连4个，整体阴离子带1个负电荷，X为第二周期；M在第四周期，内层轨道全部排满、形成价阳离子，电子排布，M为； 【解析】A．X是、Y是、Z是，三者同属第二周期主族，同周期主族原子半径自左向右递减，原子半径顺序：，即，A错误；B．M为，核外电子排布，价电子包含与轨道，价电子排布式为，B错误；C．X()、Y()同第二周期，第二周期主族第一电离能顺序：，第一电离能介于和之间的元素为、共2种，C错误；D．化合物由与复杂阴离子构成，阴阳离子之间存在离子键；、等不同原子之间为极性共价键；原子存在空轨道、原子存在孤电子对，结构内存在配位键，三种化学键均存在，D正确；故选D。 【巩固训练】 1.（25-26高二上·广东汕头·期末）下列说法正确的是 A．能层中有、、三个能级，共9个轨道，可容纳18种运动状态的电子 B．元素周期表中从第Ⅲ族到第Ⅱ族共8个纵列的元素都是金属元素 C．根据共价键的极性可推知O3为非极性分子 D．所有非金属元素都分布在区 【答案】A 【解析】A．M能层为第三能层，包含（1个轨道）、（3个轨道）、（5个轨道），共9个轨道，每个轨道最多容纳2个电子，共可容纳18个电子，因每个电子的运动状态均不相同，即可容纳18种运动状态的电子，A正确；B．元素周期表中从第Ⅲ族到第Ⅱ族共10个纵列的元素为过渡元素，都是金属元素，B错误；C．分子的空间结构与水分子相似，为V形结构，分子中正、负电荷中心不重合，属于极性分子，C错误；D．元素属于非金属元素，位于s区，并非所有非金属元素都分布在p区，D错误；故选A。 2.（25-26高二下·贵州·开学考试）下列关于原子核外电子排布与元素周期表的说法正确的是 A．基态N原子的价电子排布式为2s22p4 B．s轨道与p轨道的电子云形状完全相同 C．基态O原子有6种不同运动状态的电子 D．Si原子的最高能层为M层 【答案】D 【解析】A．基态为7号元素，价电子排布式为，选项给出的是原子的价电子排布式，A错误；B．轨道电子云为球形，轨道电子云为哑铃形，二者形状不同，B错误；C．原子核外每个电子的运动状态均不相同，基态原子核外有8个电子，对应8种不同运动状态的电子，C错误；D．原子的电子排布式为，最高能层为第三层即层，D正确；故选D。 3.（25-26高二上·四川·期末）下列说法错误的是 A．2p和3p轨道的形状和能量均相同 B．激发态硼原子有5种不同运动状态的电子 C．原子光谱上的特征谱线可鉴定元素的种类 D．Na、K的焰色不同是因为原子结构不同，电子跃迁时释放的能量不同 【答案】A 【解析】A．和轨道形状均为哑铃形，形状相同，但能层序数越大轨道能量越高，轨道能量高于，二者能量不相同，A错误；B．硼原子的核外电子总数为5，原子核外每个电子的运动状态均不相同，激发态硼原子电子数不变，故有5种不同运动状态的电子，B正确；C．不同元素的原子光谱具有特征谱线，因此可利用原子光谱的特征谱线鉴定元素种类，C正确；D．、的原子结构不同，电子跃迁时的能级差不同，释放的光子能量不同，因此焰色不同，D正确；故选A。 4.（25-26高二上·河北邢台·阶段检测）新型光催化剂具有较高的催化活性。下列说法错误的是 A．Zn处于元素周期表中的ds区 B．Ge与Si位于同一主族 C．和互为同素异形体 D．基态原子的未成对电子数： 【答案】D 【解析】A．Zn的价电子构型为，属于第ⅡB族元素，处于元素周期表ds区，A正确；B．Ge位于第四周期第ⅣA族，Si位于第三周期第ⅣA族，二者位于同一主族，B正确；C．和是氧元素形成的不同单质，互为同素异形体，C正确；D．基态Zn原子的核外电子排布为，未成对电子数为0；基态O原子的核外电子排布为，未成对电子数为2，故未成对电子数，D错误；故选D。 5.（26-27高二上·陕西·阶段检测）下列关于价电子排布式为的粒子描述正确的是 A．它的元素符号为O B．其核外电子的空间运动状态共有9种 C．它可与生成常温下的液态化合物 D．其电子排布图为： 【答案】B 【解析】A．价电子排布为的元素是第三周期第ⅥA族的，的价电子排布为，A错误；B．核外电子的空间运动状态种类等于原子轨道数目，该元素核外电子排布为，轨道总数为，故空间运动状态共9种，B正确；C．与反应生成，常温下为气态化合物，C错误；D．根据洪特规则，能级的4个电子应优先分占不同轨道，正确的电子排布为两个轨道各1个电子、一个轨道2个电子，选项中第三个轨道为空，违反洪特规则，D错误；故选B。 6.（25-26高二上·江苏宿迁·阶段检测）下列说法不正确的是 A．通过原子光谱的特征谱线可进行元素鉴定，称为光谱分析 B．基态氮原子的电子的空间运动状态有5种 C．基态硫原子的电子运动状态有16种 D．原子的轨道表示式：违背了洪特规则 【答案】D 【解析】A．不同元素的原子光谱存在特征谱线，利用特征谱线鉴定元素的方法为光谱分析，A正确；B．基态原子的核外电子排布式为，电子的空间运动状态数等于核外轨道总数，共种，B正确；C．原子核外每个电子的运动状态均不相同，基态原子核外有16个电子，共16种电子运动状态，C正确；D．该轨道表示式中轨道的两个电子自旋方向相同，违背了泡利不相容原理，洪特规则是针对简并轨道的电子排布规则，与该情况不符，D错误；故选D。 7.（25-26高二上·甘肃兰州·阶段检测）由多元素组成的化合物Fe-Sm-As-F-O是我国科学家近年来发现的一种重要的铁系超导材料。下列说法不正确的是 A．基态O原子核外电子的空间运动状态有5种 B．基态F原子核外电子排布式为1s22s22p5 C．基态As原子的简化电子排布式为[Ar]4s24p3 D．基态Mn原子的电子运动状态有25种 【答案】C 【解析】A．基态原子的核外电子排布为，电子的空间运动状态数等于原子轨道数，、轨道各1个，轨道有3个，共5种，A正确；B．是9号元素，基态原子核外有9个电子，排布式为，B正确；C．是33号元素，属于第四周期元素，简化电子排布式应为，选项漏写了轨道的10个电子，C错误；D．是25号元素，基态原子核外有25个电子，每个电子的运动状态均不相同，故电子运动状态共有25种，D正确；故选C。 8.（25-26高三上·河北沧州·开学考试）下列说法错误的是 A．钠原子的核外电子有11种运动状态 B．电子仅从激发态跃迁到基态才产生原子光谱 C．1个原子轨道里最多容纳2个电子，且自旋状态相反 D．基态Ti原子核外有7种能量不同的电子 【答案】B 【解析】A．钠原子核外有11个电子，根据泡利不相容原理，每个电子的运动状态均不相同，因此有11种运动状态，A正确；B．原子光谱分为吸收光谱和发射光谱两类，电子从低能级向高能级跃迁时会产生吸收光谱，从高能级向低能级（包括基态）跃迁时会产生发射光谱，二者都属于原子光谱，并非仅从激发态跃迁到基态才产生原子光谱，B错误；C．该内容为泡利不相容原理的核心表述，1个原子轨道里最多容纳2个电子，且自旋状态相反，C正确；D．基态Ti原子核外电子排布式为，共占据7个能量不同的能级，因此有7种能量不同的电子，D正确；故选B。 9.（25-26高二上·河南周口·期末）化学组成为的某种晶体是一种高温超导母体。关于Na、As、Ti、O这四种元素，下列叙述正确的是 A．基态Na原子有11种空间运动状态的电子 B．基态As原子简化核外电子排布式为 C．基态Ti原子与基态Ni原子的3d能级未成对电子数相同 D．除Na元素外，其余元素均位于p区 【答案】C 【解析】A．基态Na原子的核外电子排布式为。每个原子轨道对应一种电子的空间运动状态，1s、2s、2p、3s能级分别有1、1、3、1个被电子占据的轨道，故基态Na原子的电子共有6种空间运动状态，A错误；B．As的原子序数为33，[Ar]代表18个电子，其余15个电子分别排布在3d、4s、4p能级，电子数依次为10、2、3。原式漏写了3d能级上的10个电子，正确的简化核外电子排布式为，B错误；C．基态Ti原子与基态Ni原子的核外电子排布式分别为、。根据洪特规则，电子在能量相同的轨道上排布时，尽可能分占不同轨道且自旋方向相同。Ti原子的2个3d电子分别占据不同轨道，均未成对；Ni原子的8个3d电子中，5个电子先分占5个轨道，其余3个电子分别与其中3个轨道中的电子配对，仍有2个未成对电子。因此，两者的3d能级未成对电子数均为2，C正确；D．根据元素原子的电子排布与元素周期表分区的关系，Na位于s区，As和O位于p区，Ti位于d区，因此除Na外，其余三种元素并非均位于p区，D错误；故选C。 10.（26-27高二上·陕西·阶段检测）已知X、Y、Z、M、Q、R六种元素均位于元素周期表的前四周期，且原子序数依次增大。元素X是周期表中原子半径最小的元素；Y的基态原子中电子占据了三种能量不同的原子轨道，且这三种轨道中的电子数相同；M位于第2周期，其原子核外成对电子数是未成对电子数的3倍；Q与Y同族；R是第4周期中未成对电子最多的元素。回答下列问题： （1）Y为________（填元素符号）。 （2）基态Q原子电子排布式为________。 （3）基态Z原子的电子排布图为________。 （4）M原子中共有________种不同运动状态的电子。 （5）X原子能量最高能级的电子云形状为________。 （6）R原子的原子结构示意图为________，价电子排布式为________。 （7）基态铁原子中未成对电子数为________，基态铁离子的稳定性________基态亚铁离子（填“大于”“小于”）。 （8）下列现象和应用与电子跃迁无关的是________。 A．激光 B．焰色反应 C． 原子光谱 D．燃烧放热 E. 石墨导电 【答案】（1）C （2）（或） （3） （4）8 （5）球形 （6） （7）4 大于 （8）DE 【分析】由原子半径最小可确定X为元素，Y的基态原子中电子占据、、三种能量不同的轨道，且各有2个电子，故Y为元素；M位于第2周期，成对电子数是未成对电子数的3倍，氧原子的电子排布为，有6个成对电子和2个未成对电子，故M为元素；Z的原子序数介于碳与氧之间，故Z为元素；第4周期中基态铬原子的价电子排布为，有6个未成对电子，故R为元素；Q与碳同族，且原子序数介于氧与铬之间，故Q为元素。 【解析】（1）Y的基态原子电子排布为，三种能量不同的轨道中均有2个电子，原子序数为6，元素符号为； （2）Q为硅，其原子序数为14，基态原子电子排布式为，也可写为； （3）Z为氮，其基态原子电子排布为，根据洪特规则，三个电子分别占据三个轨道且自旋平行，电子排布图为； （4）M为氧，原子核外有8个电子，每个电子的运动状态均不同，故有8种不同运动状态的电子； （5）X为氢，基态原子的电子占据能级，该能级的电子云呈球形； （6）R为铬，核电荷数为24，核外各电子层的电子数依次为2、8、13、1，原子结构示意图为，价电子排布式为； （7）基态铁原子的电子排布为，能级有4个未成对电子，与的电子排布分别为和，前者的能级处于半充满状态，稳定性较大； （8）A．激光的产生涉及受激辐射，电子由高能级跃迁至低能级并发出光，与电子跃迁有关，A有关；B．焰色反应中，电子受热跃迁至较高能级，再跃迁至较低能级时发出特征颜色的光，与电子跃迁有关，B有关；C．原子光谱由电子在不同能级间跃迁时吸收或发射特定频率的光形成，与电子跃迁有关，C有关；D．燃烧放热源于反应物与生成物的化学能差异，不属于原子能级间电子跃迁的应用，D无关；E．石墨导电依靠自由电子定向移动，与电子在原子能级间的跃迁无关，E无关；故选DE。 【强化训练】 1.（25-26高二上·山东泰安·阶段检测）下列各组中，两种基态原子一定位于同一主族的是 A．2p轨道只有1个未成对电子的原子与3p轨道只有1个未成对电子的原子 B．最外层均只有1个电子的两种原子 C．核外L层仅有2个电子的原子与核外M层仅有2个电子的原子 D．核外电子排布为1s2的原子与核外电子排布为1s22s2的原子 【答案】C 【解析】A．p轨道有1个未成对电子时，p能级电子数为1或5。2p轨道符合条件的原子可以是ⅢA族的（），也可以是ⅦA族的（）；同理3p轨道符合条件的可以是ⅢA族的（）、ⅦA族的（），两种原子不一定同主族，A不符合题意；B．最外层只有1个电子的原子，可能是ⅠA族的主族元素，也可能是ⅠB族的过渡元素（如最外层为1个电子，属于副族），两种原子不一定同主族，B不符合题意；C．L层（第二层）仅有2个电子，说明K层已排满，对应原子为第ⅡA族的；M层（第三层）仅有2个电子，说明K、L层都已排满，对应原子为第ⅡA族的，二者一定位于同一主族，C符合题意；D．核外电子排布为的原子为氦（He，0族），核外电子排布为的原子为铍（Be，IIA族），二者不属于同一主族，D不符合题意；故选C。 2.（25-26高二下·广西河池·期末）短周期主族元素X、Y、Z、W、E，原子序数依次增大。已知：X原子的核外电子只有一种运动状态；W、Y、Z位于同一周期，Z元素原子中p轨道所含电子数与s轨道相等；E与W同主族。由X、W、Y三种元素组成的分子YX3W的空间结构为四面体形。下列说法正确的是 A．第一电离能：W＞Y＞Z B．键角：YX4＜ C．YX3W的沸点高于X2Z D．基态E原子核外电子有17种不同的空间运动状态 【答案】B 【分析】首先推断元素：X核外只有1种运动状态的电子，故X为；短周期主族元素原子序数依次增大，同周期，的p轨道电子数等于s轨道总电子数，电子排布为，故为；为四面体形分子，由组成，可推知为、为（为四面体形分子）；与同主族且为短周期元素，故为。据此分析各选项； 【解析】A．同周期第一电离能从左到右呈增大趋势，故第一电离能，即，A错误；B．为，杂化，键角为；为，杂化，平面三角形，键角约为，故键角，B正确；C．为，常温下为气态，为，常温下为液态且存在氢键，沸点远高于，C错误；D．电子的空间运动状态数等于原子轨道数，基态Cl的电子排布为，共9个原子轨道，即9种空间运动状态，17是电子的总运动状态数，D错误；故选B。 3.（25-26高二上·山东德州·期末）下列说法错误的是 A．用原子光谱法鉴定漆器表层的元素种类 B．原子的电子排布式为，违反了洪特规则 C．基态Br的简化电子排布式为 D．基态、、原子的电子空间运动状态数相同 【答案】D 【解析】A．原子光谱法通过分析原子发射或吸收的特征光谱来鉴定元素种类，适用于漆器表层元素分析，A正确；B．基态碳原子（C）的电子排布式为 ，其中2p轨道的两个电子分占不同轨道且自旋平行，符合洪特规则，表示有两个电子均位于2px轨道，该排布违反洪特规则，B正确；C．溴原子（Br）的原子序数为35，其基态原子的电子排布式为，简化电子排布式为 ，C正确；D．电子空间运动状态数指原子中被电子占据的原子轨道数目，基态碳（C）原子的电子排布式为：，含1个1s轨道、1个2s轨道和2个2p轨道，电子空间运动状态数为4；基态氮（N）原子的电子排布式为：，含1个1s轨道、1个2s轨道和3个2p轨道，电子空间运动状态数为5；基态氧（O）原子的电子排布式为：，含1个1s轨道、1个2s轨道和3个2p轨道，电子空间运动状态数为5，数目不相同，D错误；故选D。 4.（25-26高二上·山东济宁·期末）铅白是一种常见绘画涂料，随着时间的推移，铅白会被硫化为硫化铅，黑色的PbS与过氧化氢()作用生成白色硫酸铅()。下列说法正确的是 A．是非极性分子 B．基态C原子与基态O原子核外未成对电子数相同 C．键角大小： D．在周期表中的位置为第五周期第ⅣA族 【答案】B 【解析】A．分子为极性分子，因其结构不对称，正负电荷中心不重合，不符合非极性分子的定义，A错误；B．基态碳原子（C）电子排布为，2p轨道有2个未成对电子；基态氧原子（O）电子排布为，2p轨道有2个未成对电子，两者未成对电子数相同，B正确；C．为平面三角形结构，杂化，键角120°；为正四面体结构，杂化，键角约109.5°，因此键角大于键角，选项表述错误，C错误；D．铅（Pb）原子序数为82，位于第六周期第14族（即ⅣA族），而非第五周期，D错误；故选B。 5.（25-26高二上·山东济南·阶段检测）磷酸亚铁锂（）电极材料主要用于各种锂离子电池。下列说法错误的是 A．Li位于元素周期表的s区 B．基态的价电子排布式为 C．基态P原子核外的未成对电子数为3 D．基态O原子核外占据最高能级的电子的电子云图为哑铃形 【答案】B 【解析】A．Li位于元素周期表的s区，A项正确；B．基态上的核外电子排布式为，则其价电子排布式为，B项错误；C．基态P原子的核外电子排布式为，3p能级的3个轨道上分别填充1个电子，故基态P原子核外的未成对电子数为3，C项正确；D．基态O原子核外电子排布式为，占据最高能级的电子为2p电子，其电子云图为哑铃形，D项正确；答案选B。 6.（25-26高二上·山东日照·期末）下列说法错误的是 A．基态C原子的价电子轨道表示式为 B．基态N原子轨道上的电子空间运动状态相同 C．稀有气体处于元素周期表的p区 D．基态H原子的电子云轮廓图是球形 【答案】C 【解析】A．基态C原子的核外电子排布为，价电子为最外层的，根据洪特规则，2p轨道的2个电子分占不同轨道、自旋平行，轨道表示式：，A正确；B．洪特规则指出，在等价轨道上排布的电子将尽可能分占不同的轨道，且自旋平行，轨道表示式为：，基态N原子轨道上的电子空间运动状态相同，B正确；C．稀有气体核外电子排布为，属于s区，C错误；D．s轨道的电子云轮廓图为球形，D正确；故选C。 7.（25-26高二上·山东青岛·期末）W、X、Y、Z是价电子数之和为21的短周期主族元素，且最高能层均有空的d轨道。基态W原子中电子排布已充满的能级数与最高能级中的电子数相等，原子序数Z＞W，X原子比W原子多一个未成对电子。下列说法错误的是 A．第二电离能：X＜W B．简单离子半径：X＞W＞Z＞Y C．W与Y组成的化合物可与水发生反应 D．Y与Z组成的化合物中既含离子键又含共价键 【答案】D 【分析】基态W原子中电子排布已充满的能级数与最高能级中的电子数相等，则W为S元素；X原子比W原子多一个未成对电子，则X为P元素；原子序数Z＞W，则Z为Cl元素；W、X、Y、Z是价电子数之和为21的短周期主族元素且最高能层均有空的d轨道，则Y为Al元素。由此解题。 【解析】A．X失去1个电子后的排布为，W失去1个电子后的排布为，3p电子半充满为较稳定结构，难失去电子，则第二电离能，P<S，A正确；B．电子层越多、离子半径越大，具有相同电子排布的离子中原子序数大的离子半径小，则简单离子半径：P3->S2->Cl->Al3+，B正确；C．W与Y组成的化合物为，可与水发生反应生成Al(OH)3沉淀和H2S气体，C正确；D．Y与Z组成的化合物为AlCl3是共价化合物，只含共价键，D错误；故答案选D。 8.（25-26高二上·河北唐山·期末）已知①、②、③三种元素在周期表中的位置如图。则下列有关比较中正确的是 A．未成对电子数：①>③>② B．第一电离能：①>③>② C．电负性：①>②>③ D．原子半径：②>③>① 【答案】D 【分析】由图示位置关系，可将①、②、③分别看作P、As、Se元素，据此分析； 【解析】A．①P：价电子排布，未成对电子数为3；③Se：价电子排布，未成对电子数为2；②As：价电子排布，未成对电子数为3； 顺序为，A错误；B．第一电离能规律：同族从上到下减小，同周期中ⅤA族因p轨道半满稳定，第一电离能大于相邻ⅥA族。 数值顺序：，即①>②>③，B错误；C．电负性规律：同周期从左到右增大，同族从上到下减小，电负性顺序：，电负性：③>①>②，C错误；D．②与①同主族，电子层数多，半径大，故r(②)>r(①)；②与③同周期，核电荷数小，半径大，故r(②)>r(③)；③比①多一个电子层，半径大，故r(③)>r(①)。综上，原子半径：②>③>①，D正确；故选D。 9.（25-26高二下·山东泰安·阶段检测）下列有关化学用语的表达正确的是 A．基态Cl原子的核外电子排布式： B．甲基的电子式： C．的结构示意图： D．基态Sc原子的价层电子轨道表示式： 【答案】C 【解析】A．Cl为17号元素，电子排布式为1s22s22p63s23p5，故A错误；B．甲基中C、H原子间共用1对电子，碳原子外围电子数为7，其电子式为，故B错误；C．S2-的核外电子数是18个，结构示意图为，故C正确；D．基态Sc原子的价电子排布式是3d14s2，价层电子轨道表示式为，故D错误；故答案选C。 10.（25-26高二下·安徽亳州·期中）铁是人体必需的微量元素之一，且在医药、催化、材料等领域有广泛应用。回答下列问题： （1）①铁元素在周期表中的位置属于_____区元素。 ②基态Fe原子的价电子轨道表示式为_________，成为阳离子时首先失去的是_____轨道的电子。 （2）LiFePO4常用作锂离子电池的正极材料。基态磷原子核外共有_____种不同运动状态的电子，其中占据的最高能层符号为_____。 （3）富马酸亚铁(FeC4H2O4)是一种补铁剂。 ①富马酸亚铁中各元素的电负性由大到小的顺序为(写元素符号)_____。 ②试从稳定性角度分析Fe2+易被氧化成Fe3+的原因是_____________________。 ③Fe2+与Fe3+离子中未成对电子数之比为_____。 【答案】（1）d （2）15 M （3）的半满状态更稳定 【解析】（1）① 铁是26号元素，基态原子的电子排布式为，最后填入的电子在能级，因此在元素周期表中属于d区元素； ② 基态Fe原子的价电子排布式为，根据洪特规则和泡利不相容原理，其价电子轨道表示式为，当铁原子失去电子成为阳离子时，首先失去的是最外层能层最高的轨道电子； （2）磷是15号元素，核外共有15个电子。根据泡利不相容原理，同一个原子中没有两个电子的运动状态是完全相同的，因此共有15种不同运动状态的电子。其基态电子排布式为，电子占据的最高能层为第三层，对应的能层符号为M； （3）① 富马酸亚铁中含有四种元素。金属元素的电负性通常小于非金属元素，故的电负性最小；在非金属元素中，的非金属性最强，电负性最大，且的电负性大于，因此，各元素的电负性由大到小的顺序为 ； ② 的价电子排布式为，的价电子排布式为，由于的轨道处于半充满状态（），这种对称结构能量较低，更加稳定，因此容易失去一个电子被氧化成； ③ 的价电子排布式为，根据洪特规则，其轨道上有4个未成对电子；的价电子排布式为，其轨道上有5个未成对电子。因此，与离子中未成对电子数之比为。 / 学科网（北京）股份有限公司 $ 专题03 原子核外电子的运动状态及未成对电子数的判断 1.通过辨析能层、能级、原子轨道、自旋状态等概念，能准确判断一个原子的核外电子运动状态总数，熟练运用构造原理、泡利不相容原理、洪特规则（含特例）书写电子排布式、轨道表示式，学会借助轨道表示式快速分析基态原子、简单离子的未成对电子数目，在对比辨析、模型建构的过程中建立 “电子排布 — 轨道分布 — 未成对电子” 的微观认知模型，感受原子核外电子排布的有序性与规律性，形成微观粒子运动有别于宏观物体的微粒观。 2.依托轨道表示式模型，厘清泡利原理与洪特规则的适用条件，识别 Cr、Cu 等洪特规则特例，能区分基态、激发态原子电子排布差异，规避 “电子运动状态数 = 电子层数、成对电子误判、离子电子排布直接在原子基础上加减电子” 等典型误区，通过例题推演、正误辨析、归纳总结的训练方式提升证据推理能力，体会结构理论的解释价值，养成严谨规范的化学用语书写习惯。 3.能结合元素周期表位置，预判主族、过渡元素基态原子未成对电子数，利用未成对电子信息反向推断元素种类，解决结构简答、填空类综合设问；在逻辑推导中理解原子结构是元素性质的根源，认识原子结构理论发展的阶段性，体会科学家探究原子微观结构的思维路径，激发对物质结构微观世界的探究兴趣。 一、原子核外电子的运动状态 1. 电子运动的核心特征 （1）核外电子运动不同于宏观物体，无确定轨道，只能用统计方式描述电子在原子核外空间出现的概率分布，引入原子轨道、电子云模型描述。 （2）描述电子运动的四大量子数 量子数 符号 物理意义 取值规则 关键关联 主量子数 n 决定电子层（能量主要来源），n越大，电子离核越远、能量越高 正整数（1,2,3,...），对应电子层K、L、M、N... n决定l的取值范围 角量子数 l 决定电子亚层（轨道形状），l越大，亚层能量越高（同一n下） 0 到n-1的整数，对应亚层s、p(、d、f(l=3)... l决定m的取值范围和轨道形状（如l=0为球形，l=1为哑铃形） 磁量子数 m 决定原子轨道的空间取向 -l到+l的整数（含 0），共2l+1个值 每个m对应 1 个轨道，如l=1（p亚层）有 3 个m值，对应 3 个p轨道 自旋量子数 ms 决定电子自旋方向 仅+1/2（自旋向上）或-1/2（自旋向下） 同一轨道中 2 个电子的m_s必相反（泡利不相容原理） 说明：四个量子数对应描述电子运动： ①能层（n）：K、L、M、N……，决定电子能量主要部分； ②能级（l）：同一能层分为 ns、np、nd、nf 能级； ③原子轨道（m）：ns：1 个轨道；np：3 个轨道；nd：5 个轨道；nf：7 个轨道； ④自旋状态：只有 2 种，自旋相反。 2.电子层、亚层与原子轨道的关系 （1）层级结构：电子层(n)包含多个亚层(l),每个亚层包含多个原子轨道(m),每个轨道最多容纳2个自旋相反的电子(ms不同)。 （2）轨道特征：s亚层(1个轨道，球形)、p亚层(3个轨道，哑铃形，相互垂直)、d亚层(5个轨道)、f亚层(7个轨道)。 （3）能量差异：同一电子层中，亚层能量：s<p<d<f;不同电子层间存在能级交错(如E4s<E3d),源于屏蔽效应(内层电子对外层电子的斥力)和钻穿效应(外层电子进入内层空间的概率)。 3.电子运动状态及电子的空间运动状态（两个重要结论） （1）电子运动状态——描述电子的完整运动特征（即核外电子数目） ①概念定义：电子运动状态是对原子核外单个电子运动的全面描述，需涵盖电子的能量、轨道形状、轨道空间取向及自旋方向，体现电子运动的 “量子化”“波粒二象性” 等核心特征，是区分不同电子的唯一依据（同一原子中，不存在运动状态完全相同的两个电子）。 ②核心构成要素：四大量子数的组合 电子运动状态由主量子数(n)、角量子数(l)、磁量子数(m)、自旋量子数(ms)共同决定，四者的不同组合对应不同的电子运动状态，具体关联如下： A.主量子数(n):决定电子所在电子层，影响电子能量高低(n越大，能量通常越高); B.角量子数(l):决定电子所在亚层及轨道形状(如l=0为s轨道，球形),同—n下，l 越大，亚层能量越高； C.磁量子数(m):决定原子轨道的空间取向(如l=1时，m可取-1an0a+1,对应3个 相互垂直的p轨道)； D.自旋量子数(ms):决定电子自旋方向(仅+1/2或-1/2,即自旋向上或向下),是区分同 一轨道内两个电子的关键。 ③实例分析：以氧原子(核外8个电子)为例，其价电子层(2s2p)中电子的运动状态差异如下：2s轨道的2个电子：n=2,l=0,m=0相同(空间运动状态一致),但ms分别为+1/2和-1/2,故对应2种不同的电子运动状态；2p轨道的4个电子：n=2,l=1相同，m可取-1、O、+1(3种空间运动状态),其中1个m值对应2个电子(ms不同),另外2个m值各对应1个电子(ms为+1/2),故2p轨道对应4种不同的电子运动状态；综上所述，氧原子8个电子对应8种不同的电子运动状态，符合“同一原子中电子运动状态唯一”的规律。 （2）电子的空间运动状态——描述电子的轨道分布特征（即核外轨道数目） ①概念定义：电子的空间运动状态是对电子在原子核外空间分布区域的描述，仅关注电子所处的原子轨道（即电子出现概率较高的空间区域），不涉及电子的自旋方向，核心反映 “轨道的能量、形状、空间取向” 三大特征。 ②核心构成要素：三大量子数的组合 电子的空间运动状态由主量子数(n)、角量子数(l)、磁量子数(m)共同决定，三者的不同组合对应不同的原子轨道，即不同的空间运动状态，具体规则如下： A.同一n(电子层)、l(亚层)、m(轨道取向)的组合，对应1种空间运动状态(1个原子 轨道); B.空间运动状态的数量=原子轨道的总数，例如： a.n=1(K层):l=0(s亚层),m=0,仅1种空间运动状态(1s轨道); b.n=2(L层):l=0(s亚层，1种)、l=1(p亚层，m=-1,O,+1,3种),共4种空间运动状态； c.n=3(M层):l=0(1种)、l=1(3种)、l=2(d亚层，m=-2,-l,O,+l,+2,5种),共9种空间运动状态。 ③实例分析 以铁原子(电子排布式[Ar]3d⁶4s²)为例，其核外电子的空间运动状态数量计算如下：内层([Ar]):对应氩原子的电子层结构，n=1(1种)、n=2(4种)、n=3(3s3p,共1+3=4种),合计1+4+4=9种；外层(3d4s):4s亚层(l=0,1种)、3d亚层(l=2,5种),合计1+5=6种；综上所述，铁原子核外电子的空间运动状态共9+6=15种，与“各电子层轨道总数之和”(1+4+9=14?此处需修正：[Ar]为18电子，轨道总数为1s（1）+2s（1）+2p（3）+3s（1）+3p（3）=9,3d（5）+4s（1）=6,总计15种，正确)一致，体现空间运动状态与原子轨道的——对应关系。 二、原子核外电子排布规律 1.三大排布原理（判断未成对电子的依据） （1）能量最低原理：基态原子核外电子优先排布在能量较低的轨道，使整个原子能量最低；排布顺序遵循构造原理：1s→2s→2p→3s→3p→4s→3d→4p…… （2）泡利不相容原理：1个轨道最多容纳2个电子，且自旋方向相反； （3）洪特规则：电子在能量相同的轨道（简并轨道）排布时，优先分占不同轨道，自旋平行；洪特特例：全满、半满、全空结构更稳定（Cr3d半满、Cu3d全满）。 2.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 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烦琐，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 价层电子排布式 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 3. 特殊元素的电子排布 第四周期过渡元素中，Cr([Ar]3d⁵4s¹)、Cu([Ar]3a⁰4s¹)因洪特规则特例(半满、全满更稳定),电子排布偏离常规顺序。 三、未成对电子数的判断与规律 1.未成对电子数的判断方法——写出轨道表示式，看单独占据轨道、没有配对的电子；成对电子：同一轨道里自旋相反的两个电子。 （1）基于电子排布式：分析价电子层中未配对的电子(即单独占据1个轨道的电子),如O(2s²2p4):2p轨道有4个电子，3个轨道中1个轨道填2个(成对),2个轨道各填1个(未成对),故未成对电子数为2。 （2）基于价电子轨道表示式：直接数“单独箭头”的数量，如Fe(3d64s2):4s轨道电子成对，3d 轨道5个轨道中，1个轨道填2个(成对),4个轨道各填1个(未成对),故未成对电子数为4。 （3）基于离子的电子得失规律：金属原子失电子先失最外层8电子，再失d电子；非金属原子得电子 填充最外层p轨道。如Fe3+(Fe失2个4s电子和1个3d电子，排布为[Ar]3d⁵):3d轨道5个电子分占5个轨道，未成对电子数为5。 2.未成对电子数的周期性规律 （1）同周期(以第二周期为例):从Li(2s¹,1个未成对)→Be(2s²,0个)→B(2s²2p¹,1 个)→C(2s²2p²,2个)→N(2s²2p³,3个)→0(2s²2p⁴,2个)→F(2s²2p⁵,1个)→Ne(2s²2p⁶,0个),未成对电子数呈现“0→1→2→3→2→1→0”的变化，核心原因是2s、2p轨道按洪特规则逐步填充。 （2）同主族(以第VA族为例):N(2s²2p³)、P(3s²3p³)、As(48²4p³),价电子构型均 为ns²np³,np轨道3个电子分占3个轨道，未成对电子数均为3,规律源于同主族元素价电子构型相似。 （3）过渡元素(以第四周期d区为例):从Sc(3d¹4s²,1个)→Ti(3d²4s²,2个)→…→Mn(3d4s²,5个)→…→Zn(3d104s²,0个),未成对电子数随3d轨道电子填充先增后减，最大值出现在d⁵(半满)结构。 （4）离子的未成对电子判断 ①阳离子：先失最外层 ns 电子，再失内层 d 电子（非常易错），不能直接在原子排布基础上加/减电子； ②阴离子：得电子填充到价层空轨道，遵循洪特规则。 四、难点突破 难点1：几组易混概念对比 概念 本质 数量判断 电子运动状态 完整描述电子（含自旋） 等于电子总数 电子空间运动状态 只看轨道，不看自旋 等于原子轨道总数 能级 ns、np、nd、nf 等 同一能层，能级种类有限 原子轨道 电子云的空间区域 ns：1；np：3；nd：5；nf：7 难点2：基态与激发态区分 （1）基态：电子排布满足能量最低原理，稳定；用于未成对电子常规判断； （2）激发态：基态电子吸收能量跃迁到高能级轨道，排布不满足能量最低原理，激发态不能当作基态判断未成对电子数。 难点3：不同区域元素未成对电子数规律 （1）主族元素：未成对电子一般只在最外层ns、np； （2）过渡元素（d 区）：未成对电子多出现在(n−1)d轨道，未成对电子数目变化丰富，可出现最多 6 个未成对电子（Cr）； （3）注意：价电子≠最外层电子，d 区价电子包含 ns+(n−1)d 电子。 五、高频易错点 1.误区：一个能级就是一个轨道；纠正：np是3个简并轨道； 2.误区：未成对电子数=价电子数；纠正：价电子可能成对； 3.误区：阳离子失电子顺序：先失d再失s；纠正：先失ns； 4.误区：洪特规则任何情况都优先分占轨道，忘记泡利原理限制； 5.混淆：“轨道数目”、“最多容纳电子数”、“电子运动状态数” 三者计算。 题型01 考查核外电子运动状态、能层、能级、轨道数辨析 【典例】（25-26高二下·山东·期中）济南市济阳区种植的富硒西瓜广受市场欢迎。下列关于基态硒原子的说法错误的是 A．核外电子排布式为 B．有18种空间运动状态不同的电子 C．核外电子占据最高能级的电子云轮廓图为哑铃形 D．核外电子占据的最高能层符号为N 【变式】（25-26高二上·辽宁抚顺·期末）我国“奋斗者”号载人舱舱体所用材料是由Ti、Al和Si等元素组成的合金。下列说法正确的是 A．基态Si原子中，电子占据的最高能级的电子云轮廓图为哑铃形 B．基态Al原子核外电子的空间运动状态有13种 C．基态Ti原子的价层电子轨道表示式为： D．基态原子的未成对电子数：Al>Si 题型02 考查微粒未成对电子数判断 【典例】（25-26高二上·山东菏泽·期末）下列基态原子中，未成对电子数最多的是 A．C B．O C．P D．Cl 【变式】（25-26高二上·山东济南·阶段检测）(光气)、(亚硫酰氯)、均为稳定结构的氯化试剂，可与反应制备，下列说法错误的是 A．和分子的空间构型相同 B．光气中Cl—C—O的键角大于Cl—C—Cl的键角 C．、中C原子和S原子的杂化方式相同 D．与基态Ti原子同周期且未成对电子数相同的元素有3种 题型03 考查电子排布式、轨道表示式规范书写及正误辨析 【典例】（25-26高二上·山东菏泽·阶段检测）下列描述原子结构的化学用语错误的是 A．基态铜原子的价层电子排布式： B．的价电子排布图： C．钛原子结构示意图为： D．氧原子核外能量最高的电子云的形状： 【变式】（25-26高二下·山东临清·期中）下列化学用语正确的是 A．Zn的电子排布式：1s22s22p63s23p64s2 B．Fe2+的电子排布式：[Ar]3d6 C．C的价电子排布图： D．HClO的电子式： 题型04 考查限定未成对电子数的元素推断 【典例】（25-26高二下·山东临沂·阶段检测）我国科学家最近研究的一种无机盐Z3[Y(XW)6]2纳米药物，具有高效的细胞内亚铁离子捕获和抗氧化能力，组成元素均位于前四周期。X原子的最外层电子数是其内层电子数的2倍，W原子的2p能级有3个未成对电子，Y原子的M层未成对电子数为4，Z原子的s能级和p能级电子总数相等，X、Y、Z属于不同周期。下列叙述正确的是 A．电负性：W＞X＞Z＞Y B．简单氢化物的稳定性：X＞W C．Z3[Y(XW)6]2中存在的化学键有：离子键、极性共价键、配位键 D．工业上通过电解熔融的Z的氧化物获得Z单质 【变式】（25-26高二下·山东青岛·期末）某离子化合物的结构如图，组成元素均位于前四周期。W原子序数最小，X、Y、Z位于同一周期，且基态Z原子中未成对电子数与成对电子数之比为1∶2，M位于第四周期，且内层轨道全部排满电子。下列说法正确的是 A．原子半径： B．基态M原子的价电子排布式为4s1 C．第一电离能位于X、Y之间的同周期元素有3种 D．该化合物中存在离子键、极性共价键和配位键 【巩固训练】 1.（25-26高二上·广东汕头·期末）下列说法正确的是 A．能层中有、、三个能级，共9个轨道，可容纳18种运动状态的电子 B．元素周期表中从第Ⅲ族到第Ⅱ族共8个纵列的元素都是金属元素 C．根据共价键的极性可推知O3为非极性分子 D．所有非金属元素都分布在区 2.（25-26高二下·贵州·开学考试）下列关于原子核外电子排布与元素周期表的说法正确的是 A．基态N原子的价电子排布式为2s22p4 B．s轨道与p轨道的电子云形状完全相同 C．基态O原子有6种不同运动状态的电子 D．Si原子的最高能层为M层 3.（25-26高二上·四川·期末）下列说法错误的是 A．2p和3p轨道的形状和能量均相同 B．激发态硼原子有5种不同运动状态的电子 C．原子光谱上的特征谱线可鉴定元素的种类 D．Na、K的焰色不同是因为原子结构不同，电子跃迁时释放的能量不同 4.（25-26高二上·河北邢台·阶段检测）新型光催化剂具有较高的催化活性。下列说法错误的是 A．Zn处于元素周期表中的ds区 B．Ge与Si位于同一主族 C．和互为同素异形体 D．基态原子的未成对电子数： 5.（26-27高二上·陕西·阶段检测）下列关于价电子排布式为的粒子描述正确的是 A．它的元素符号为O B．其核外电子的空间运动状态共有9种 C．它可与生成常温下的液态化合物 D．其电子排布图为： 6.（25-26高二上·江苏宿迁·阶段检测）下列说法不正确的是 A．通过原子光谱的特征谱线可进行元素鉴定，称为光谱分析 B．基态氮原子的电子的空间运动状态有5种 C．基态硫原子的电子运动状态有16种 D．原子的轨道表示式：违背了洪特规则 7.（25-26高二上·甘肃兰州·阶段检测）由多元素组成的化合物Fe-Sm-As-F-O是我国科学家近年来发现的一种重要的铁系超导材料。下列说法不正确的是 A．基态O原子核外电子的空间运动状态有5种 B．基态F原子核外电子排布式为1s22s22p5 C．基态As原子的简化电子排布式为[Ar]4s24p3 D．基态Mn原子的电子运动状态有25种 8.（25-26高三上·河北沧州·开学考试）下列说法错误的是 A．钠原子的核外电子有11种运动状态 B．电子仅从激发态跃迁到基态才产生原子光谱 C．1个原子轨道里最多容纳2个电子，且自旋状态相反 D．基态Ti原子核外有7种能量不同的电子 9.（25-26高二上·河南周口·期末）化学组成为的某种晶体是一种高温超导母体。关于Na、As、Ti、O这四种元素，下列叙述正确的是 A．基态Na原子有11种空间运动状态的电子 B．基态As原子简化核外电子排布式为 C．基态Ti原子与基态Ni原子的3d能级未成对电子数相同 D．除Na元素外，其余元素均位于p区 10.（26-27高二上·陕西·阶段检测）已知X、Y、Z、M、Q、R六种元素均位于元素周期表的前四周期，且原子序数依次增大。元素X是周期表中原子半径最小的元素；Y的基态原子中电子占据了三种能量不同的原子轨道，且这三种轨道中的电子数相同；M位于第2周期，其原子核外成对电子数是未成对电子数的3倍；Q与Y同族；R是第4周期中未成对电子最多的元素。回答下列问题： （1）Y为________（填元素符号）。 （2）基态Q原子电子排布式为________。 （3）基态Z原子的电子排布图为________。 （4）M原子中共有________种不同运动状态的电子。 （5）X原子能量最高能级的电子云形状为________。 （6）R原子的原子结构示意图为________，价电子排布式为________。 （7）基态铁原子中未成对电子数为________，基态铁离子的稳定性________基态亚铁离子（填“大于”“小于”）。 （8）下列现象和应用与电子跃迁无关的是________。 A．激光 B．焰色反应 C． 原子光谱 D．燃烧放热 E. 石墨导电 【强化训练】 1.（25-26高二上·山东泰安·阶段检测）下列各组中，两种基态原子一定位于同一主族的是 A．2p轨道只有1个未成对电子的原子与3p轨道只有1个未成对电子的原子 B．最外层均只有1个电子的两种原子 C．核外L层仅有2个电子的原子与核外M层仅有2个电子的原子 D．核外电子排布为1s2的原子与核外电子排布为1s22s2的原子 2.（25-26高二下·广西河池·期末）短周期主族元素X、Y、Z、W、E，原子序数依次增大。已知：X原子的核外电子只有一种运动状态；W、Y、Z位于同一周期，Z元素原子中p轨道所含电子数与s轨道相等；E与W同主族。由X、W、Y三种元素组成的分子YX3W的空间结构为四面体形。下列说法正确的是 A．第一电离能：W＞Y＞Z B．键角：YX4＜ C．YX3W的沸点高于X2Z D．基态E原子核外电子有17种不同的空间运动状态 3.（25-26高二上·山东德州·期末）下列说法错误的是 A．用原子光谱法鉴定漆器表层的元素种类 B．原子的电子排布式为，违反了洪特规则 C．基态Br的简化电子排布式为 D．基态、、原子的电子空间运动状态数相同 4.（25-26高二上·山东济宁·期末）铅白是一种常见绘画涂料，随着时间的推移，铅白会被硫化为硫化铅，黑色的PbS与过氧化氢()作用生成白色硫酸铅()。下列说法正确的是 A．是非极性分子 B．基态C原子与基态O原子核外未成对电子数相同 C．键角大小： D．在周期表中的位置为第五周期第ⅣA族 5.（25-26高二上·山东济南·阶段检测）磷酸亚铁锂（）电极材料主要用于各种锂离子电池。下列说法错误的是 A．Li位于元素周期表的s区 B．基态的价电子排布式为 C．基态P原子核外的未成对电子数为3 D．基态O原子核外占据最高能级的电子的电子云图为哑铃形 6.（25-26高二上·山东日照·期末）下列说法错误的是 A．基态C原子的价电子轨道表示式为 B．基态N原子轨道上的电子空间运动状态相同 C．稀有气体处于元素周期表的p区 D．基态H原子的电子云轮廓图是球形 7.（25-26高二上·山东青岛·期末）W、X、Y、Z是价电子数之和为21的短周期主族元素，且最高能层均有空的d轨道。基态W原子中电子排布已充满的能级数与最高能级中的电子数相等，原子序数Z＞W，X原子比W原子多一个未成对电子。下列说法错误的是 A．第二电离能：X＜W B．简单离子半径：X＞W＞Z＞Y C．W与Y组成的化合物可与水发生反应 D．Y与Z组成的化合物中既含离子键又含共价键 8.（25-26高二上·河北唐山·期末）已知①、②、③三种元素在周期表中的位置如图。则下列有关比较中正确的是 A．未成对电子数：①>③>② B．第一电离能：①>③>② C．电负性：①>②>③ D．原子半径：②>③>① 9.（25-26高二下·山东泰安·阶段检测）下列有关化学用语的表达正确的是 A．基态Cl原子的核外电子排布式： B．甲基的电子式： C．的结构示意图： D．基态Sc原子的价层电子轨道表示式： 10.（25-26高二下·安徽亳州·期中）铁是人体必需的微量元素之一，且在医药、催化、材料等领域有广泛应用。回答下列问题： （1）①铁元素在周期表中的位置属于_____区元素。 ②基态Fe原子的价电子轨道表示式为_________，成为阳离子时首先失去的是_____轨道的电子。 （2）LiFePO4常用作锂离子电池的正极材料。基态磷原子核外共有_____种不同运动状态的电子，其中占据的最高能层符号为_____。 （3）富马酸亚铁(FeC4H2O4)是一种补铁剂。 ①富马酸亚铁中各元素的电负性由大到小的顺序为(写元素符号)_____。 ②试从稳定性角度分析Fe2+易被氧化成Fe3+的原因是_____________________。 ③Fe2+与Fe3+离子中未成对电子数之比为_____。 / 学科网（北京）股份有限公司 $