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专题1 原子结构
Ⅰ. 原子结构 核素 同位素
1．原子构成
(1)构成微粒及作用
(2)微粒间的数量关系
①阳离子的核外电子数＝质子数－所带电荷数。
②阴离子的核外电子数＝质子数＋所带电荷数。
(3)微粒符号周围数字代表的信息
2．元素、核素、同位素
(1)元素、核素、同位素的概念及关系
(2)同位素
①天然存在同一元素的各核素所占原子百分数一般不变。
②同位素的“六同”与“三不同”
(3)常见的重要核素及其应用
核素 U C H H O
用途 核燃料 用于考古断代 制氢弹 示踪原子
1．中子数为10的氧原子：O( )
2．核聚变如H＋H―→He＋n，因为有新微粒生成，所以该变化是化学变化( )
3.Cl与Cl得电子能力几乎相同( )
4．一种元素只有一种核素，有多少种核素就有多少种原子( )
5．所有的原子中都含有质子和中子，任何离子都有电子( )
6．质量数就是元素的相对原子质量( )
7．质子数相同的微粒不一定属于同一种元素( )
一、微粒中粒子数的计算
1．(1)1 mol H218O与1 mol D2O中子数之比为_______________________________________。
(2)已知阴离子R2－的原子核内有n个中子，R原子的质量数为m，则w g R原子完全转化为R2－时，含有电子的物质的量是____________________________________________________。
二、元素、核素、同位素的概念辨析
2．现有下列9种微粒：H、H、C、C、N、Fe2＋、Fe3＋、O2、O3。按要求完成以下各题：
(1)H、H分别是氢元素的一种________，它们互称为________。
(2)互为同素异形体的微粒是________。
(3)Fe2＋的中子数为________，核外电子数为________________________________________。
(4)上述9种微粒中有________种核素，含有________种元素。
三、10e－、18e－微粒判断
3．已知A、B、C、D是中学化学中常见的四种不同微粒。它们之间存在如图转化关系。
(1)如果A、B、C、D均是10电子的微粒，请写出：
A的化学式：__________；D的化学式：___________________________________________。
(2)如果A和C是18电子的微粒，B和D是10电子的微粒，请写出A与B在溶液中反应的离子方程式：____________________________________________________________。
1．求一定质量的某物质中粒子数的答题模板
物质的质量物质的量指定粒子的物质的量粒子数。
2．寻找“10电子”微粒和“18电子”微粒的方法
(1)“10电子”微粒
(2)“18电子”微粒
Ⅱ. 构造原理 核外电子排布表示方法
一、原子核外电子排布原理
1．能层、能级与原子轨道
（1）能层(n)：在多电子原子中，核外电子的能量是不同的，按照电子的能量差异将其分成不同能层。通常用K、L、M、N、O、P、Q……表示相应的第一、二、三、四、五、六、七……能层，能量依次升高。各能层最多可容纳的电子数为2n2。
（2）能级：同一能层里的电子的能量也可能不同，又将其分成不同的能级，通常用s、p、d、f等表示，同一能层里，各能级的能量按s、p、d、f的顺序升高，即：E(s)（3）能层、能级与原子轨道关系
能层(n) 能级 最多容纳电子数
序数 符号 符号 原子轨道数 各能级 各能层
一 K 1s 1 2 2
二 L 2s 1 2 8
2p 3 6
三 M 3s 1 2 18
3p 3 6
3d 5 10
四 N 4s 1 2 32
4p 3 6
4d 5 10
4f 7 14
… … … … … …
n … … … … 2n2
（4）原子轨道：表示电子在原子核外的一个空间运动状态。电子云轮廓图给出了电子在核外经常出现的区域，这种电子云轮廓图也就是轨道的形象化描述。
（5）原子轨道的能量关系
2．基态原子的核外电子排布
洪特规则特例：
当能量相同的原子轨道在全充满(p6、d10、f14)、半充满(p3、d5、f7)或全空(p0、d0、f0)状态时，体系的能量最低，这一点违反了洪特规则，可看成洪特规则的特例。如24Cr的电子排布式：1s22s22p63s23p63d54s1(3d5、4s1均为半充满稳定状态)；29Cu的电子排布式：1s22s22p63s23p63d104s1(3d10为全充满稳定状态，4s1为半充满稳定状态)。
3.基态原子核外电子排布的表示方法
表示方法 以硫原子为例
电子排布式 1s22s22p63s23p4
简化电子排布式 [Ne]3s23p4
轨道表示式(或电子排布图)
价层电子排布式 3s23p4
4．电子跃迁与原子光谱
（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
易错警示：
（1）当出现d轨道时，虽然电子按ns、(n 1)d、np的顺序填充，但在书写电子排布式时，仍把(n 1)d放在ns前，如Fe：1s22s22p63s23p63d64s2正确，Fe：1s22s22p63s23p64s23d6错误。
（2）由于能级交错，3d轨道的能量比4s轨道的能量高，排电子时先排4s轨道再排3d轨道，而失电子时，却先失4s轨道上的电子。
（3）书写轨道表示式时，空轨道不能省略。如C的轨道表示式为，而不是。
（4）注意比较原子核外电子排布式、简化电子排布式、原子外围电子排布式的区别与联系。如Cu的电子排布式：1s22s22p63s23p63d104s1；简化电子排布式：[Ar]3d104s1；外围电子排布式：3d104s1。
1．2p和3p轨道形状均为哑铃形，能量也相等( )
2．基态原子电子能量的高低顺序为E(1s)＜E(2s)＜E(2px)＜E(2py)＜E(2pz)( )
3．Fe的基态原子的电子排布式为1s22s22p63s23p64s23d6( )
4．22Ti的电子排布式：1s22s22p63s23p10违反了能量最低原理( )
5．1s22s12p1表示的是激发态原子的电子排布( )
6．某些金属及其化合物在燃烧时会产生特殊的颜色，是由于电子跃迁时能量以一定频率的光释放出来( )
一、原子核外电子排布的规范表达
1．写出下列原子或离子的①电子排布式、②价层电子的轨道表示式、③电子的空间运动状态、④未成对电子数。
(1)N：①________________，②__________________，
③____________________，④____________________。
(2)Cl：①________________，②__________________，
③____________________，④____________________。
(3)Fe2＋：①____________，②____________________，
③____________________，④____________________。
(4)Cu：①______________，②____________________，
③____________________，④_____________________。
(5)Se：①______________，②_____________________，
③____________________，④_____________________。
(6)Br－：①____________，②______________________，
③____________________，④_____________________。
二、原子核外电子排布规律的应用
2．(1)与铬同周期的所有元素的基态原子中最外层电子数与铬原子相同的元素有______(填元素符号)。
(2)基态Fe3＋的M层电子排布式为________，基态铝原子核外自旋平行的电子最多有__________个，与铝同族的第四周期元素原子的价电子排布式为____________，基态磷原子的核外电子运动状态共有________种，其价电子排布式为____________。
(3)基态Ge原子有__________个未成对电子。
答案 (1)K、Cu (2)3s23p63d5 7 4s24p1 15 3s23p3 (3)2
3．F元素的基态原子最外层电子排布式为nsnnpn＋2，则n＝__________；基态原子中能量最高的是________电子，核外电子的轨道表示式为________。
核外电子排布常见错误
(1)在写基态原子的轨道表示式时，常出现以下错误：
①(违反能量最低原理)
②(违反泡利原理)
③(违反洪特规则)
④(违反洪特规则)
(2)当出现d轨道时，虽然电子按ns、(n－1)d、np的顺序填充，但在书写电子排布式时，仍把(n－1)d放在ns前，如Fe：1s22s22p63s23p63d64s2，而失电子时，却先失4s轨道上的电子，如Fe3＋：1s22s22p63s23p63d5。
一.各能层、能级原子轨道数、电子数、能量及电子运动状态的判断
1.根据构造原理判断能层、能级的符号及电子的能量等
(1)(2023汇编，4分)按要求填空：
①基态Ni原子中，核外电子占据的最高能层符号是 。
②基态Fe原子中，电子填充的能量最高的能级符号为 。
③基态Cu原子有 种不同能级的电子。
④Co4＋中存在 种不同能量的电子。
（2）(多选)(2023汇编，4分)下列说法正确的是( )
A.多电子原子中，不同能级上电子的能量一定不同
B.不同能层中p电子的原子轨道能量相同
C.同一原子中，1s、2s、3s电子的能量逐渐减小
D.对于同一个原子的电子层，能量最低的是K层
（3）.(经典题，2分)在基态多电子原子中，关于核外电子能量的叙述错误的是( )
A.最易失去的电子能量最高
B.L层电子比K层电子能量高
C.p轨道电子能量一定高于s轨道电子能量
D.在离核最近的区域内运动的电子能量最低
（4）.(2023汇编，4分)按要求填空：
(1)基态K原子中，核外电子占据的最高能层的符号是 。
(2)氮元素原子核外共有 种不同能级的电子，电子占据的最高能级符号是 。
(3)钛(Ti)的基态原子M能层中能量不同的电子有 种。
2.牢记各能级的电子云轮廓图
（5）(2023汇编，2分)按要求填空：
①基态K原子中，占据最高能层电子的电子云轮廓图形状为 。
②基态S原子电子占据最高能级的电子云轮廓图为 形。(2018全国Ⅱ)
（6）.(2020天津模拟，1分)基态钠原子的最高能层电子云轮廓图形状为 。
答案：球形
解析：基态Na原子核外电子数为11，其核外电子排布式为1s22s22p63s1。最高能层为M层，只有1个s能级，其电子云轮廓图形状为球形。
3.根据泡利原理和洪特规则判断电子自旋状态和运动状态
(7)(2023汇编，6分)在一个原子轨道里，最多只能容纳2个电子，而且它们的自旋状态相反。按要求填空：
①在元素周期表中，与Li的化学性质最相似的邻族元素是 ，该元素基态原子核外M层电子的自旋状态 (填“相同”或“相反”)。(2019全国Ⅲ)
②在基态13N原子中，核外存在 对自旋相反的电子。
③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。对于基态的磷原子，其价电子自旋磁量子数的代数和为 。(2021河北单科)
④基态F原子核外电子的运动状态有 种。(2021山东单科)
⑤原子模型是由人们对物质世界微观结构的认识而建立的。从电子层模型分析，基态Cr原子的M层核外电子的运动状态有 (填字母)。
A.8种 B.13种
C.14种 D.18种
（8）.(2023改编，2分)基态碳原子中，电子运动状态有 种，最外层存在 对自旋相反的电子。
二.原子的核外电子排布
1.核外电子排布的常见表示方法
(9)(2023改编，2分)下列化学用语的表示正确的是( )
A.NH4Cl的电子式为
B.基态P的简化电子排布式为[Ne]3s23p3
C.基态Fe2＋价电子排布式为3d5
D.基态碳原子价电子轨道表示式为
2.原子或离子电子排布式的书写及判断
(10)(2023汇编，7分)书写下列粒子的电子排布式。
①基态Ti原子的核外电子排布式为
。 (2020全国Ⅱ)
②基态Fe原子的价层电子排布式为 。(2021天津单科)
③基态硫原子价电子排布式为 。(2021广东单科)
④太阳能电池板主要材料为单晶硅或多晶硅。Si的价电子层的电子排布式为 。(2021全国Ⅱ)
⑤Cu2＋基态核外电子排布式为___________________________________________。(2019江苏单科)
⑥Sm的价层电子排布式为4f66s2，Sm3＋的价层电子排布式为 。(2019全国Ⅱ)
⑦Zn原子核外电子排布式为 。(2018全国Ⅲ)
(7)(2021河北单科，1分)KH2PO4晶体具有优异的非线性光学性能。我国科学工作者制备的超大KH2PO4晶体已应用于大功率固体激光器，填补了国家战略空白。在KH2PO4的四种组成元素各自所能形成的简单离子中，核外电子排布相同的是 (填离子符号)。
3.根据“两原理，一规则”书写电子排布图
(11)(多选) (2018海南单科，4分)下列基态原子或离子的价层电子排布图正确的是( )
(12)(2023汇编，10分)书写下列粒子的电子排布图。
①基态硅原子最外层的电子排布图为 。(2021湖南单科)
②氯原子价层电子的轨道表达式(电子排布图)为________________________________。
③基态Fe原子价层电子的电子排布图(轨道表达式)为 。(2018全国Ⅱ)
④Ni2＋的价层电子排布图为 。
⑤氮原子价层电子的轨道表达式(电子排布图)为__________________________。
（13）要求填写表格：
原子或 离子 电子排布式 价电子排布图 或轨道表示式 原子轨 道数 未成对 电子数
N
Fe2＋ ________ (或________)
Cu ________ (或________)
Se ________ (或________)
Br－ ________ (或________)
（14）如图是s能级和p能级的原子轨道图，试回答下列问题：
(1)s电子的原子轨道呈________形，每个s能级有________个原子轨道；p电子的原子轨道呈________形，每个p能级有________个原子轨道。
(2)元素X的原子最外层电子排布式为nsnnpn＋1，原子中能量最高的是______电子，其电子云在空间有________方向；元素X的名称是________，它的氢化物的电子式是________。若元素X的原子最外层电子排布式为nsn－1npn＋1，那么X的元素符号为________，原子的轨道表示式为________________________。
（15）(1)A元素基态原子的最外层有3个未成对电子，次外层有2个电子，其元素符号为__________；其价层电子轨道表示式为________________________。
(2)B元素的负一价离子和C元素的正一价离子的电子层结构都与氩相同，B的元素符号为________，C＋的结构示意图为________。
(3)D元素的正三价离子的3d能级为半充满，D的元素符号为________，其基态原子的电子排布式为________，其原子的结构示意图为________。
(4)E元素基态原子的M层全充满，N层没有成对电子且只有一个未成对电子，E的元素符号为________，其基态原子的电子排布式为________________________。
(5)F元素的原子最外层电子排布式为nsnnpn＋2，则n＝________；原子中能量最高的是________电子，核外电子轨道表示式为_________________。
(6)G基态原子L层中p轨道电子数是s轨道电子数的2倍，则G的价电子排布式为________________。
(7)H的基态原子4s和3d轨道电子半充满，则H的外围电子轨道表示式为______________________________________________，未成对电子数为________________。
4.根据核外电子排布特点判断元素
(13)(2020山东聊城模拟，2分)某元素基态原子最外层的电子排布式如下，其中能表示该元素一定为主族元素的是( )
A.3s23p6 B.ns2
C.4s24p1 D.4s1
5.根据核外电子排布判断未成对电子数
(14)(2023汇编，3分)按要求填空：
①基态Fe2＋与Fe3＋离子中未成对的电子数之比为 。(2020全国Ⅰ)
②元素Mn与O中，基态原子核外未成对电子数较多的是 。
③基态Cu2＋有 个未成对电子。
考点6．电子的跃迁与原子光谱
(1)电子的跃迁
①基态―→激发态：
当基态原子的电子吸收能量后，电子会从低能级跃迁到较高能级，变成激发态原子。
②激发态―→基态：
激发态原子的电子从较高能级跃迁到较低能级时会释放出能量。
(2)原子光谱：不同元素的原子发生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。包括吸收光谱和发射光谱。用原子光谱的特征谱线可以鉴定元素，称为光谱分析。
注意：①“七基色”与波长的关系为：按“红、橙、黄、绿、青、蓝、紫”的顺序，波长逐渐变小。
②基态、激发态及光谱示意图。
1、下列原子的电子跃迁能形成发射光谱的是( )
A．1s22s22p63s2―→1s22s22p63p2
B．1s22s22p33s1―→1s22s22p4
C．1s22s2―→1s22s12p1
D．1s22s22p―→1s22s22p
2、从电子跃迁的角度，说明节日烟花呈现不同颜色光的原理为
___________________________________________________________________
___________________________________________________________________。
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专题1 原子结构
Ⅰ. 原子结构 核素 同位素
1．原子构成
(1)构成微粒及作用
(2)微粒间的数量关系
①阳离子的核外电子数＝质子数－所带电荷数。
②阴离子的核外电子数＝质子数＋所带电荷数。
(3)微粒符号周围数字代表的信息
2．元素、核素、同位素
(1)元素、核素、同位素的概念及关系
(2)同位素
①天然存在同一元素的各核素所占原子百分数一般不变。
②同位素的“六同”与“三不同”
(3)常见的重要核素及其应用
核素 U C H H O
用途 核燃料 用于考古断代 制氢弹 示踪原子
1．中子数为10的氧原子：O( )
2．核聚变如H＋H―→He＋n，因为有新微粒生成，所以该变化是化学变化( )
3.Cl与Cl得电子能力几乎相同( )
4．一种元素只有一种核素，有多少种核素就有多少种原子( )
5．所有的原子中都含有质子和中子，任何离子都有电子( )
6．质量数就是元素的相对原子质量( )
7．质子数相同的微粒不一定属于同一种元素( )
答案 1.× 2.× 3.√ 4.× 5.× 6.× 7.√
一、微粒中粒子数的计算
1．(1)1 mol H218O与1 mol D2O中子数之比为_______________________________________。
(2)已知阴离子R2－的原子核内有n个中子，R原子的质量数为m，则w g R原子完全转化为R2－时，含有电子的物质的量是____________________________________________________。
答案 (1)1∶1 (2) mol
解析 (2)质量数＝质子数＋中子数，则R的质子数为(m－n)，故R2－的核外电子数为(m－n＋2)，w g R原子的物质的量为＝ mol，所以w g R2－含有电子的物质的量为 mol×(m－n＋2)＝ mol。
二、元素、核素、同位素的概念辨析
2．现有下列9种微粒：H、H、C、C、N、Fe2＋、Fe3＋、O2、O3。按要求完成以下各题：
(1)H、H分别是氢元素的一种________，它们互称为________。
(2)互为同素异形体的微粒是________。
(3)Fe2＋的中子数为________，核外电子数为________________________________________。
(4)上述9种微粒中有________种核素，含有________种元素。
答案 (1)核素 同位素 (2)O2、O3
(3)30 24 (4)5 5
解析 (1)H、H分别是氢元素的一种核素；H、H是质子数相同而中子数不同的氢元素的不同原子，它们互称为同位素。
(2)O2和O3是同种元素组成的不同单质，为氧元素的同素异形体。
(3)Fe2＋的中子数为56－26＝30，核外电子数为26－2＝24。
(4)9种微粒中有5种核素：H、H、C、C、N，有5种元素：H、C、N、Fe、O。
三、10e－、18e－微粒判断
3．已知A、B、C、D是中学化学中常见的四种不同微粒。它们之间存在如图转化关系。
(1)如果A、B、C、D均是10电子的微粒，请写出：
A的化学式：__________；D的化学式：___________________________________________。
(2)如果A和C是18电子的微粒，B和D是10电子的微粒，请写出A与B在溶液中反应的离子方程式：____________________________________________________________。
答案 (1)NH(或HF) H2O (2)H2S＋OH－===HS－＋H2O(或H2S＋2OH－===S2－＋2H2O)
解析 (1)10电子微粒A、B反应得到两种10电子微粒，应是NH＋OH－NH3↑＋H2O或HF＋OH－===F－＋H2O，可推知A为NH，B为OH－，C为NH3，D为H2O或A为HF，B为OH－，C为F－，D为H2O。
(2)如果A、C均是18电子的粒子，B、D是10电子粒子，结合转化关系，可推知A为H2S，B为OH－，C为HS－或S2－，D为H2O，A与B在溶液中反应的离子方程式：H2S＋OH－===HS－＋H2O或H2S＋2OH－===S2－＋2H2O。
1．求一定质量的某物质中粒子数的答题模板
物质的质量物质的量指定粒子的物质的量粒子数。
2．寻找“10电子”微粒和“18电子”微粒的方法
(1)“10电子”微粒
(2)“18电子”微粒
Ⅱ. 构造原理 核外电子排布表示方法
一、原子核外电子排布原理
1．能层、能级与原子轨道
（1）能层(n)：在多电子原子中，核外电子的能量是不同的，按照电子的能量差异将其分成不同能层。通常用K、L、M、N、O、P、Q……表示相应的第一、二、三、四、五、六、七……能层，能量依次升高。各能层最多可容纳的电子数为2n2。
（2）能级：同一能层里的电子的能量也可能不同，又将其分成不同的能级，通常用s、p、d、f等表示，同一能层里，各能级的能量按s、p、d、f的顺序升高，即：E(s)（3）能层、能级与原子轨道关系
能层(n) 能级 最多容纳电子数
序数 符号 符号 原子轨道数 各能级 各能层
一 K 1s 1 2 2
二 L 2s 1 2 8
2p 3 6
三 M 3s 1 2 18
3p 3 6
3d 5 10
四 N 4s 1 2 32
4p 3 6
4d 5 10
4f 7 14
… … … … … …
n … … … … 2n2
（4）原子轨道：表示电子在原子核外的一个空间运动状态。电子云轮廓图给出了电子在核外经常出现的区域，这种电子云轮廓图也就是轨道的形象化描述。
（5）原子轨道的能量关系
2．基态原子的核外电子排布
洪特规则特例：
当能量相同的原子轨道在全充满(p6、d10、f14)、半充满(p3、d5、f7)或全空(p0、d0、f0)状态时，体系的能量最低，这一点违反了洪特规则，可看成洪特规则的特例。如24Cr的电子排布式：1s22s22p63s23p63d54s1(3d5、4s1均为半充满稳定状态)；29Cu的电子排布式：1s22s22p63s23p63d104s1(3d10为全充满稳定状态，4s1为半充满稳定状态)。
3.基态原子核外电子排布的表示方法
表示方法 以硫原子为例
电子排布式 1s22s22p63s23p4
简化电子排布式 [Ne]3s23p4
轨道表示式(或电子排布图)
价层电子排布式 3s23p4
4．电子跃迁与原子光谱
（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
易错警示：
（1）当出现d轨道时，虽然电子按ns、(n 1)d、np的顺序填充，但在书写电子排布式时，仍把(n 1)d放在ns前，如Fe：1s22s22p63s23p63d64s2正确，Fe：1s22s22p63s23p64s23d6错误。
（2）由于能级交错，3d轨道的能量比4s轨道的能量高，排电子时先排4s轨道再排3d轨道，而失电子时，却先失4s轨道上的电子。
（3）书写轨道表示式时，空轨道不能省略。如C的轨道表示式为，而不是。
（4）注意比较原子核外电子排布式、简化电子排布式、原子外围电子排布式的区别与联系。如Cu的电子排布式：1s22s22p63s23p63d104s1；简化电子排布式：[Ar]3d104s1；外围电子排布式：3d104s1。
1．2p和3p轨道形状均为哑铃形，能量也相等( )
2．基态原子电子能量的高低顺序为E(1s)＜E(2s)＜E(2px)＜E(2py)＜E(2pz)( )
3．Fe的基态原子的电子排布式为1s22s22p63s23p64s23d6( )
4．22Ti的电子排布式：1s22s22p63s23p10违反了能量最低原理( )
5．1s22s12p1表示的是激发态原子的电子排布( )
6．某些金属及其化合物在燃烧时会产生特殊的颜色，是由于电子跃迁时能量以一定频率的光释放出来( )
答案 1.× 2.× 3.× 4.× 5.√ 6.√
一、原子核外电子排布的规范表达
1．写出下列原子或离子的①电子排布式、②价层电子的轨道表示式、③电子的空间运动状态、④未成对电子数。
(1)N：①________________，②__________________，
③____________________，④____________________。
(2)Cl：①________________，②__________________，
③____________________，④____________________。
(3)Fe2＋：①____________，②____________________，
③____________________，④____________________。
(4)Cu：①______________，②____________________，
③____________________，④_____________________。
(5)Se：①______________，②_____________________，
③____________________，④_____________________。
(6)Br－：①____________，②______________________，
③____________________，④_____________________。
答案 (1)①1s22s22p3 ② ③5 ④3
(2)①1s22s22p63s23p5(或[Ne]3s23p5)
② ③9 ④1
(3)①1s22s22p63s23p63d6(或[Ar]3d6)
② ③14 ④4
(4)①1s22s22p63s23p63d104s1(或[Ar]3d104s1)
② ③15 ④1
(5)①1s22s22p63s23p63d104s24p4(或[Ar]3d104s24p4)
② ③18 ④2
(6)①1s22s22p63s23p63d104s24p6(或[Ar]3d104s24p6)
② ③18 ④0
二、原子核外电子排布规律的应用
2．(1)与铬同周期的所有元素的基态原子中最外层电子数与铬原子相同的元素有______(填元素符号)。
(2)基态Fe3＋的M层电子排布式为________，基态铝原子核外自旋平行的电子最多有__________个，与铝同族的第四周期元素原子的价电子排布式为____________，基态磷原子的核外电子运动状态共有________种，其价电子排布式为____________。
(3)基态Ge原子有__________个未成对电子。
答案 (1)K、Cu (2)3s23p63d5 7 4s24p1 15 3s23p3 (3)2
3．F元素的基态原子最外层电子排布式为nsnnpn＋2，则n＝__________；基态原子中能量最高的是________电子，核外电子的轨道表示式为________。
答案 2 2p
核外电子排布常见错误
(1)在写基态原子的轨道表示式时，常出现以下错误：
①(违反能量最低原理)
②(违反泡利原理)
③(违反洪特规则)
④(违反洪特规则)
(2)当出现d轨道时，虽然电子按ns、(n－1)d、np的顺序填充，但在书写电子排布式时，仍把(n－1)d放在ns前，如Fe：1s22s22p63s23p63d64s2，而失电子时，却先失4s轨道上的电子，如Fe3＋：1s22s22p63s23p63d5。
一.各能层、能级原子轨道数、电子数、能量及电子运动状态的判断
1.根据构造原理判断能层、能级的符号及电子的能量等
(1)(2023汇编，4分)按要求填空：
①基态Ni原子中，核外电子占据的最高能层符号是 。
②基态Fe原子中，电子填充的能量最高的能级符号为 。
③基态Cu原子有 种不同能级的电子。
④Co4＋中存在 种不同能量的电子。
答案：①N(1分) ②3d(1分) ③7(或七)(1分) ④6(或六)(1分)
解析：①镍元素为28号元素，基态镍原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d84s2，共4层，则核外电子占据的最高能层的符号为N。
②铁的原子序数为26，由构造原理可知价电子排布式为3d64s2，能量最高的能级为3d。
③基态Cu原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s1，共有1s、2s、2p、3s、3p、3d、4s七个能级。
④不同能级的电子能量不同，Co4＋由Co失去4个电子得到，注意原子失去电子时应先失去最外层电子，则Co4＋的核外电子排布式是1s22s22p63s23p63d5，存在6种不同能量的电子。
（2）(多选)(2023汇编，4分)下列说法正确的是( )
A.多电子原子中，不同能级上电子的能量一定不同
B.不同能层中p电子的原子轨道能量相同
C.同一原子中，1s、2s、3s电子的能量逐渐减小
D.对于同一个原子的电子层，能量最低的是K层
答案：AD
解析：同一能层的不同能级能量不同，且按s、p、d……规律依次增大，故A项正确。离原子核越远的电子，其能量越大，所以p原子轨道电子平均能量随能层的增大而增大，故B项错误。电子所在的能层越大，电子的能量越高，所以同一原子中，1s、2s、3s电子的能量逐渐增大，故C项错误。离核越近，能量越低，离核最近的电子层为K层，所以该层能量最低，故D项正确。
（3）.(经典题，2分)在基态多电子原子中，关于核外电子能量的叙述错误的是( )
A.最易失去的电子能量最高
B.L层电子比K层电子能量高
C.p轨道电子能量一定高于s轨道电子能量
D.在离核最近的区域内运动的电子能量最低
答案：C
解析：能量越高的电子在离核越远的区域内运动，也就越容易失去，故A项正确，不符合题意。电子层能量由低到高依次为K、L、M、N……层，L层电子比K层电子能量高，故B项正确，不符合题意。同一能层中的p轨道电子的能量一定比s轨道电子能量高，但外层s轨道电子能量则比内层p轨道电子能量高，故C项错误，符合题意。能量越低的电子在离核越近的区域内运动，故D项正确，不符合题意。
（4）.(2023汇编，4分)按要求填空：
(1)基态K原子中，核外电子占据的最高能层的符号是 。
(2)氮元素原子核外共有 种不同能级的电子，电子占据的最高能级符号是 。
(3)钛(Ti)的基态原子M能层中能量不同的电子有 种。
答案：(1)N(1分) (2)3(1分) 2p(1分) (3)3(1分)
解析：(1)基态K原子核外有4个电子层，最高能层为第四层，即N层。
(2)氮元素为7号元素，原子核外有7个电子，其电子排布式为1s22s22p3，原子核外共有1s、2s、2p三种不同的能级，存在3种不同能量的电子，电子占据的最高能级符号是2p。
(3)钛的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d24s2，M能层的能级为3s、3p、3d，所以有3种不同能量的电子。
2.牢记各能级的电子云轮廓图
（5）(2023汇编，2分)按要求填空：
①基态K原子中，占据最高能层电子的电子云轮廓图形状为 。
②基态S原子电子占据最高能级的电子云轮廓图为 形。(2018全国Ⅱ)
答案：①球形(1分) ②哑铃(或纺锤)(1分)
解析：①基态钾原子核外有4个电子层，最后一个电子填充在4s能级上，则电子云轮廓图形状为球形。
②基态硫原子占据最高能级的电子处于3p轨道，p轨道的电子云轮廓图为哑铃形(或纺锤形)。
（6）.(2020天津模拟，1分)基态钠原子的最高能层电子云轮廓图形状为 。
答案：球形
解析：基态Na原子核外电子数为11，其核外电子排布式为1s22s22p63s1。最高能层为M层，只有1个s能级，其电子云轮廓图形状为球形。
3.根据泡利原理和洪特规则判断电子自旋状态和运动状态
(7)(2023汇编，6分)在一个原子轨道里，最多只能容纳2个电子，而且它们的自旋状态相反。按要求填空：
①在元素周期表中，与Li的化学性质最相似的邻族元素是 ，该元素基态原子核外M层电子的自旋状态 (填“相同”或“相反”)。(2019全国Ⅲ)
②在基态13N原子中，核外存在 对自旋相反的电子。
③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。对于基态的磷原子，其价电子自旋磁量子数的代数和为 。(2021河北单科)
④基态F原子核外电子的运动状态有 种。(2021山东单科)
⑤原子模型是由人们对物质世界微观结构的认识而建立的。从电子层模型分析，基态Cr原子的M层核外电子的运动状态有 (填字母)。
A.8种 B.13种
C.14种 D.18种
（8）.(2023改编，2分)基态碳原子中，电子运动状态有 种，最外层存在 对自旋相反的电子。
答案：①Mg(1分) 相反(1分) ②2(1分) ③＋或－(1分) ④ 9(1分) ⑤B(1分)⑥6 1
解析：①根据对角线原则，Li与Mg的化学性质最相似。基态时Mg原子M层的两个电子处于3s轨道上，且自旋方向相反。
②基态13N原子核外电子排布式为1s22s22p3，1s和2s均有自旋相反的电子，2p轨道只有三个单电子，不存在自旋相反的电子，因此核外存在2对自旋相反的电子。
③对于基态的磷原子，其价电子排布式为3s23p3，其中3s轨道的2个电子自旋状态相反，自旋磁量子数的代数和为0；根据洪特规则可知，其3p轨道的3个电子的自旋状态相同，因此，基态磷原子的价电子的自旋磁量子数的代数和为＋或－。
④基态氟原子核外共有9个电子，根据泡利不相容原理，则每个电子的运动状态都不同，所以核外电子的运动状态有9种。
⑤Cr的基态核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s1，M层含3s、3p、3d三个能级，分别容纳2、6、5个电子，则M层电子数为2＋6＋5＝13个，则M层核外电子的运动状态有13种，故B项正确。
二.原子的核外电子排布
1.核外电子排布的常见表示方法
(9)(2023改编，2分)下列化学用语的表示正确的是( )
A.NH4Cl的电子式为
B.基态P的简化电子排布式为[Ne]3s23p3
C.基态Fe2＋价电子排布式为3d5
D.基态碳原子价电子轨道表示式为
答案：B
解析：NH4Cl由NH 和Cl－构成，Cl－最外层有8个电子，在写电子式时，要将它们标出，NH4Cl的电子式为，故A项错误。P为15号元素，基态核外电子排布式为1s22s22p63s23p3，简化电子排布式为[Ne]3s23p3，故B项正确。Fe的基态核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2，Fe失去4s轨道的2个电子得到Fe2＋，Fe2＋的基态核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d6，其价电子排布式为3d6，故C项错误。电子排布遵循构造原理、泡利原理、洪特规则，基态碳原子的价电子轨道表示式为，故D项错误。
2.原子或离子电子排布式的书写及判断
(10)(2023汇编，7分)书写下列粒子的电子排布式。
①基态Ti原子的核外电子排布式为
。 (2020全国Ⅱ)
②基态Fe原子的价层电子排布式为 。(2021天津单科)
③基态硫原子价电子排布式为 。(2021广东单科)
④太阳能电池板主要材料为单晶硅或多晶硅。Si的价电子层的电子排布式为 。(2021全国Ⅱ)
⑤Cu2＋基态核外电子排布式为___________________________________________。(2019江苏单科)
⑥Sm的价层电子排布式为4f66s2，Sm3＋的价层电子排布式为 。(2019全国Ⅱ)
⑦Zn原子核外电子排布式为 。(2018全国Ⅲ)
答案：①1s22s22p63s23p63d24s2或[Ar]3d24s2(1分) ②3d64s2(1分) ③3s23p4(1分) ④3s23p2(1分) ⑤[Ar]3d9或1s22s22p63s23p63d9(1分) ⑥4f5(1分) ⑦ [Ar]3d104s2或1s22s22p63s23p63d104s2(1分)
解析：①Ti是22号元素，基态Ti原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d24s2或[Ar]3d24s2。
②Fe为26号元素，基态核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2，所以基态铁原子的价层电子排布式为3d64s2。
③S为16号元素，基态硫原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p4，因此基态硫原子价电子排布式为3s23p4。
④Si为14号元素，基态硅原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p2，因此基态硅原子的价电子排布式为3s23p2 。
⑤铜为29号元素，位于第四周期第ⅠB族，其基态原子核外电子排布式为[Ar]3d104s1或1s22s22p63s23p63d104s1，Cu2＋为Cu失去最外层的两个电子所得到的，故Cu2＋基态核外电子排布式为[Ar]3d9或1s22s22p63s23p63d9。
⑥Sm的价层电子排布式为4f66s2，该原子失去电子生成阳离子时应该先失去6s轨道上的2个电子，再失去4f轨道上的1个电子，Sm3＋价层电子排布式为4f5。
⑦Zn为30号元素，价层电子数为12，则电子排布式为[Ar]3d104s2或1s22s22p63s23p63d104s2。
(7)(2021河北单科，1分)KH2PO4晶体具有优异的非线性光学性能。我国科学工作者制备的超大KH2PO4晶体已应用于大功率固体激光器，填补了国家战略空白。在KH2PO4的四种组成元素各自所能形成的简单离子中，核外电子排布相同的是 (填离子符号)。
答案：K＋和P3－
解析： KH2PO4的四种组成元素各自所能形成的简单离子分别为H＋(或H－)、O2－、K＋和P3－，其中核外电子排布相同的是K＋和P3－，核外电子排布式均为1s22s22p63s23p6。
3.根据“两原理，一规则”书写电子排布图
(11)(多选) (2018海南单科，4分)下列基态原子或离子的价层电子排布图正确的是( )
答案：CD
解析：铁原子价层电子排布式为3d64s2，二价铁离子是铁原子失去最外层2个电子形成的阳离子，3d能级上有一对成对电子，4s轨道为空轨道，故A项错误。铜原子价层电子排布式为3d104s1，3d能级全充满，4s轨道上有一个电子，故B项错误。三价铁离子是铁原子失去4s轨道上两个电子和3d轨道上一个电子形成的阳离子，3d能级上有5个电子，为半充满稳定结构，4s轨道为空轨道，故C项正确。亚铜离子是铜原子失去4s轨道上一个电子形成的阳离子，3d能级全充满，4s轨道为空轨道，故D项正确。
解析：基态碳原子的核外电子排布图为，核外电子数为6，电子运动状态有6种，最外层2s轨道上有一对自旋相反的电子。
(12)(2023汇编，10分)书写下列粒子的电子排布图。
①基态硅原子最外层的电子排布图为 。(2021湖南单科)
②氯原子价层电子的轨道表达式(电子排布图)为________________________________。
③基态Fe原子价层电子的电子排布图(轨道表达式)为 。(2018全国Ⅱ)
④Ni2＋的价层电子排布图为 。
⑤氮原子价层电子的轨道表达式(电子排布图)为__________________________。
答案：① (2分)
② (2分)
③ (2分)
④ (2分)
⑤ (2分)
解析：①Si为14号元素，基态硅原子最外层的电子排布式为3s23p2，则其最外层电子排布图为。
②氯原子价层电子为最外层电子，即3s23p5，故其排布图为。
③根据铁的价层电子排布式为3d64s2书写电子排布图：。
④Ni为28号元素，Ni原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d84s2，所以基态Ni2＋的价层电子排布式为3d8，故Ni2＋价层电子排布图为。
⑤氮原子价层电子为最外层电子，即2s22p3，故其排布图为。
（13）要求填写表格：
原子或 离子 电子排布式 价电子排布图 或轨道表示式 原子轨 道数 未成对 电子数
N
Fe2＋ ________ (或________)
Cu ________ (或________)
Se ________ (或________)
Br－ ________ (或________)
[答案]
原子 或离子 电子排布式 价电子排布图或 价电子轨道表示式 原子轨道数 未成对电子数
N 1s22s22p3 5 3
Fe2＋ 1s22s22p63s23p63d6 (或[Ar]3d6) 14 4
Cu 1s22s22p63s23p63d104s1 (或[Ar]3d104s1) 15 1
Se 1s22s22p63s23p63d104s24p4(或[Ar]3d104s24p4) 18 2
Br－ 1s22s22p63s23p63d104s24p6(或[Ar]3d104s24p6) 18 0
（14）如图是s能级和p能级的原子轨道图，试回答下列问题：
(1)s电子的原子轨道呈________形，每个s能级有________个原子轨道；p电子的原子轨道呈________形，每个p能级有________个原子轨道。
(2)元素X的原子最外层电子排布式为nsnnpn＋1，原子中能量最高的是______电子，其电子云在空间有________方向；元素X的名称是________，它的氢化物的电子式是________。若元素X的原子最外层电子排布式为nsn－1npn＋1，那么X的元素符号为________，原子的轨道表示式为________________________。
[答案] (1)球 1 哑铃 3 (2)2p 三个互相垂直的伸展 氮
[解析] (1)s电子的原子轨道都是球形的，每个s能级有1个原子轨道；p电子的原子轨道都是哑铃形的，每个p能级有3个原子轨道，它们相互垂直，分别以px、py、pz表示。
(2)因为元素X的原子最外层电子排布式为nsnnpn＋1，np轨道已排上电子，说明ns轨道已排满电子，即n＝2，则元素X的原子核外电子排布式为1s22s22p3，是氮元素，原子中能量最高的是2p电子，其电子云在空间有三个互相垂直的伸展方向；氮元素的氢化物是氨气，其电子式是；当元素X的原子最外层电子排布式为nsn－1npn＋1时，根据上述分析，有n－1＝2，则n＝3，所以X元素的原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p4，是硫元素，元素符号为S，其原子的轨道表示式。
（15）(1)A元素基态原子的最外层有3个未成对电子，次外层有2个电子，其元素符号为__________；其价层电子轨道表示式为________________________。
(2)B元素的负一价离子和C元素的正一价离子的电子层结构都与氩相同，B的元素符号为________，C＋的结构示意图为________。
(3)D元素的正三价离子的3d能级为半充满，D的元素符号为________，其基态原子的电子排布式为________，其原子的结构示意图为________。
(4)E元素基态原子的M层全充满，N层没有成对电子且只有一个未成对电子，E的元素符号为________，其基态原子的电子排布式为________________________。
(5)F元素的原子最外层电子排布式为nsnnpn＋2，则n＝________；原子中能量最高的是________电子，核外电子轨道表示式为_________________。
(6)G基态原子L层中p轨道电子数是s轨道电子数的2倍，则G的价电子排布式为________________。
(7)H的基态原子4s和3d轨道电子半充满，则H的外围电子轨道表示式为______________________________________________，未成对电子数为________________。
[解析] (1)A元素基态原子的轨道表示式由题意可写成：，则该元素核外有7个电子，为氮元素，其元素符号为N。
(2)B－、C＋的电子层结构都与Ar相同，即核外都有18个电子，则B为17号元素Cl，C为19号元素K。
(3)D元素原子失去2个4s电子和1个3d电子后变成＋3价离子，其原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2，即26号元素铁。
(4)E元素的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s1，故E为Cu。
(5)F元素最外层电子排布式为2s22p4。
(6)G基态原子的L层电子排布式为 2s22p4，也是价电子排布式。
(7)H基态原子的外围电子排布式为3d54s1，为Cr；其未成对电子数有6个。
4.根据核外电子排布特点判断元素
(13)(2020山东聊城模拟，2分)某元素基态原子最外层的电子排布式如下，其中能表示该元素一定为主族元素的是( )
A.3s23p6 B.ns2
C.4s24p1 D.4s1
答案：C
解析：3s23p6为Ar，0族元素，不是主族，故A项不符合题意。ns2可以表示第ⅡA族和大多数副族元素，故B项不符合题意。4s24p1最外层三个电子，在第四周期第ⅢA族，为Ga元素，故C项符合题意。4s1可以表示K、Cr、Cu，K在主族，Cr、Cu在副族，故D项不符合题意。
5.根据核外电子排布判断未成对电子数
(14)(2023汇编，3分)按要求填空：
①基态Fe2＋与Fe3＋离子中未成对的电子数之比为 。(2020全国Ⅰ)
②元素Mn与O中，基态原子核外未成对电子数较多的是 。
③基态Cu2＋有 个未成对电子。
答案：①4∶5 (1分) ②Mn(1分) ③1(1分)
解析：①基态Fe2＋的电子排布式为1s22s22p63s23p63d6(或[Ar]3d6)，Fe2＋外围电子轨道表示式， Fe3＋的电子排布式为1s22s22p63s23p63d5(或[Ar]3d5)，Fe3＋外围电子轨道表示式，基态Fe2＋与Fe3＋中未成对的电子数之比为4∶5。
②O基态原子价电子为2s22p4 ，所以其核外未成对电子数是2，而Mn基态原子价电子排布为3d54s2，所以其核外未成对电子数是5，因此核外未成对电子数较多的是Mn。
③铜是29号元素，基态铜原子的核外电子排布式为[Ar]3d104s1或1s22s22p63s23p63d104s1，原子失去电子形成离子时先失去最外层的电子，则Cu2＋的核外电子排布式为[Ar]3d9，故其存在1个未成对电子。
考点6．电子的跃迁与原子光谱
(1)电子的跃迁
①基态―→激发态：
当基态原子的电子吸收能量后，电子会从低能级跃迁到较高能级，变成激发态原子。
②激发态―→基态：
激发态原子的电子从较高能级跃迁到较低能级时会释放出能量。
(2)原子光谱：不同元素的原子发生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。包括吸收光谱和发射光谱。用原子光谱的特征谱线可以鉴定元素，称为光谱分析。
注意：①“七基色”与波长的关系为：按“红、橙、黄、绿、青、蓝、紫”的顺序，波长逐渐变小。
②基态、激发态及光谱示意图。
1、下列原子的电子跃迁能形成发射光谱的是( )
A．1s22s22p63s2―→1s22s22p63p2
B．1s22s22p33s1―→1s22s22p4
C．1s22s2―→1s22s12p1
D．1s22s22p―→1s22s22p
答案：B
解析：[A项，吸收光能，形成吸收光谱；B项，由激发态→基态，释放光能，形成发射光谱；C项，形成吸收光谱；D项，2px与2py能量相同，不属于电子跃迁。]
2、从电子跃迁的角度，说明节日烟花呈现不同颜色光的原理为
___________________________________________________________________
___________________________________________________________________。
[答案] 吸收能量后，电子从激发态向基态发生跃迁，跃迁时以不同颜色光的形式释放出不同能量
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