考点2 电子云与原子轨道
【核心考点梳理】
考点一、构造原理与电子排布式
1．构造原理
(1)含义
以光谱学事实为基础，从氢开始，随核电荷数递增，新增电子填入能级的顺序称为构造原理。
(2)示意图
2．电子排布式
将能级上所容纳的电子数标在该能级符号右上角，并按照能层从左到右的顺序排列的式子。
如氮原子的电子排布式为
【典型例题】
例1．（2022秋·山西·高二校联考期末）下列说法正确的是
A．钠原子由时，原子释放能量，由基态转化成激发态
B．1s电子云呈球形，表示电子绕原子核做圆周运动
C．在第三能层中自旋状态相同的电子最多有4个
D．同一原子中，2p、3d、4f能级的轨道数依次增多
例2．（2022秋·天津南开·高二南开中学校考期末）下列说法正确的是
A．错误，违反了泡利不相容原理
B．各能级最多容纳的电子数是该能级原子轨道数的二倍，支持这一结论的理论是构造原理
C．的电子排布式违反了洪特规则
D．电子排布式违反了泡利不相容原理
考点二、电子云与原子轨道
1．概率密度
1913年，玻尔提出氢原子模型，电子在线性轨道上绕核运行。
量子力学指出，一定空间运动状态的电子在核外空间各处都可能出现，但出现的概率不同，可用概率密度(ρ)表示，即ρ＝(P表示电子在某处出现的概率；V表示该处的体积)。
2．电子云
(1)定义：处于一定空间运动状态的电子在原子核外空间的概率密度分布的形象化描述。
(2)含义：用单位体积内小黑点的疏密程度表示电子在原子核外出现概率大小，小黑点越密，表示概率密度越大。
(3)形状
3．原子轨道
(1)概念：量子力学把电子在原子核外的一个空间运动状态称为一个原子轨道。
(2)形状
①s电子的原子轨道呈球形，能层序数越大，原子轨道的半径越大。
②p电子的原子轨道呈哑铃形，能层序数越大，原子轨道的半径越大。
(3)各能级所含有原子轨道数目
能级符号 ns np nd nf
轨道数目 1 3 5 7
【典型例题】
例1．（2022·四川省内江市第六中学高二阶段练习）下列化学用语表述正确的是
A．镁原子由1s22s22p63s13p1→1s22s22p63s2时，原子释放能量，由激发态转化成基态
B．基态Se的价电子排布式：
C．基态铍原子最外层电子的电子云图为：
D．电子仅在激发态跃进到基态时才会产生原子光谱
例2．（2022·辽宁·辽河油田第一高级中学高二期中）下列说法不正确的是
A．基态原子的核外电子填充在6个轨道中的元素有两种
B．碳原子的核外电子轨道表示式：
C．基态钾离子(K+)，电子占据的最高能级共有3个原子轨道，其形状是哑铃形
D．基态铜原子的电子占有5种能量不同的原子轨道
【核心归纳】
原子轨道与能层序数的关系
(1)不同能层的同种能级的原子轨道形状相同，只是半径不同。能层序数n越大，原子轨道的半径越大。如：
(2)s能级只有1个原子轨道。p能级有3个原子轨道，它们互相垂直，分别以px、py、pz表示。在同一能层中px、py、pz的能量相同。
(3)原子轨道数与能层序数(n)的关系：原子轨道数目＝n2。
【必备知识基础练】
1．（2022春·浙江绍兴·高二校考阶段练习）气态中性基态原子的原子核外电子排布发生如下变化，吸收能量最多的是
A．1s22s22p63s23p2→1s22s22p63s23p1
B．1s22s22p63s23p3→1s22s22p63s23p2
C．1s22s22p63s23p4→1s22s22p63s23p3
D．1s22s22p63s23p64s24p2→1s22s22p63s23p64s24p1
2．（2022·广东·东莞市光明中学高二阶段练习）北京奥运会主体育场“鸟巢”，被《泰晤士报》评为全球“最强悍”工程之一、建造“鸟巢”运用了高强度、高性能的钒氮合金高新钢，23V原子的价电子排布式正确的是
A．3s23p1 B．3d34s2 C．3d64s2 D．4s2
3．（2022·北京昌平·高二期末）下列对基态碳原子价电子的轨道表示式书写正确的是
A． B．
C． D．
4．（2022秋·重庆沙坪坝·高二重庆八中校考阶段练习）下列说法正确的是
A．p-pσ键电子云轮廓图
B．基态铜原子的价层电子排布图：
C．的离子结构示意图为：
D．某原子核外电子排布式为，它违背了泡利原理
5．（2022秋·黑龙江绥化·高二校考期中）某基态原子的M层有4个p电子，下列叙述中错误的是
A．该原子的N层不含有电子 B．该原子L层一定有8个电子
C．该原子的最外层电子数是4 D．该原子有两个未成对电子
6．（2022秋·辽宁·高二校联考阶段练习）下列各项叙述中，错误的是
A．原子核外电子填充3p、3d、4s能级的顺序为3p→4s→3d
B．基态C的电子排布式为1s22s22p 违反了洪特规则
C．基态Sc的电子排布式为1s22s22p63s23p64s3违反了泡利原理
D．硼原子由1s22s22p1s22s22p时，是由基态转化为激发态
7．（2022秋·重庆沙坪坝·高二重庆南开中学校考阶段练习）下列各基态原子或离子的电子排布式正确的是
A．Si B．Ca
C．Fe D．
8．（2022秋·四川雅安·高二雅安中学校考期中）下列各组原子中，彼此化学性质一定相似的是
A．最外层都只有一个电子的X、Y原子
B．2p轨道上只有两个电子的X原子与3p轨道上只有两个电子的Y原子
C．原子核外电子排布式为1s2的X原子与原子核外电子排布式为1s22s2的Y原子
D．原子核外M层上仅有两个电子的X原子与原子核外N层上仅有两个电子的Y原子
9．（2022秋·上海浦东新·高二上海市建平中学校考阶段练习）元素周期表中27号元素钴的方格中注明“3d74s2”，由此可以推断
A．Co2+的电子排布式为[Ar]3d54s2 B．Co位于元素周期表中第9列
C．它位于元素周期表的第四周期第IIA族
D．它的基态原子核外电子排布式为[Ar]4s2
10．（2022春·陕西西安·高二校考期末）原子核外运动的电子有两种相反的自旋状态，若一种自旋状态用+0.5表示，与之相反的用-0.5表示，正负0.5即称为电子的自旋磁量子数。对于基态Ti原子，其价电子自旋磁量子数的代数和为
A．-1 B．+1 C．0 D．-1或+1
11．（2022秋·四川绵阳·高二盐亭中学校考阶段练习）下列各原子或离子的电子排布式或电子排布图表示正确的是
A．Ca2+：1s22s22p63s23p6
B．F-：1s22s23p6
C．P：最外层电子排布图为
D．Cr：1s22s22p63s23p63d44s2
【关键能力提升练】
12．（2022春·黑龙江佳木斯·高二建三江分局第一中学校考期中）元素周期表中铋元素的数据见图，下列说法不正确的是
A．铋原子s轨道的形状是球形的，p轨道的形状是哑铃形
B．铋元素的相对原子质量是209.0
C．铋原子6p能级中6px、6py、6pz轨道上各有一个电子
D．铋原子最外层有5个能量相同的电子
13．（2022秋·河北唐山·高二开滦第一中学校考阶段练习）下列各组原子中，彼此化学性质一定相似的是( )
A．最外层都只有一个电子的X、Y原子
B．原子核外M层上仅有两个电子的X原子与原子核外N层上仅有两个电子的Y原子
C．原子核外电子排布式为1s2的X原子与原子核外电子排布式为1s22s2的Y原子
D．2p轨道上只有一个空轨道的X原子与3p轨道上只有一个空轨道的Y原子
14．（2022秋·河北石家庄·高二校考期末）在原子结构理论中，有四个原理，分别是①构造原理，②泡利原理，③洪特规则，④能量最低原理。在以下的现象中主要决定的因素是(填序号，各只填一项)。
(1)各能级最多容纳的电子数是该能级原子轨道数的2倍_______。
(2)碳原子的核外电子排布基态时是1s22s22p2而不是1s22s12p3_______。
(3)最外层电子数不会超过8个，次外层电子数不会超过18个_______。
(4)铬(24Cr)的电子排布式是1s22s22p63s23p63d54s1而不是1s22s22p63s23p63d44s2_______。
(5)在磷原子的基态原子结构中，有3个未成对的单电子_______。
(6)第四周期元素中，4p轨道半充满的是_______，3d轨道半充满的是_______，4s轨道半充满的是_______。(填元素符号)
15．（2022春·福建莆田·高二莆田华侨中学校考期中）元素推断：
(1)某元素基态原子N层只有2个电子，M层全充满，该元素名称是_______。
(2)某元素基态原子是第四周期未成对电子最多的，该元素符号是_______。
(3)前四周期元素中，基态原子未成对电子数为4的元素符号是_______。
(4)某元素基态原子3p能级有一个空轨道，该元素符号是_______。
(5)下图中表示基态碳原子的是_______，表示的碳原子能量最高的是_______。
16．（2022春·福建漳州·高二福建省华安县第一中学统考阶段练习）许多金属及其化合物在生活、化工、医药、材料等各个领域有着广泛的应用。
(1)钛美誉为“未来钢铁”“战略金属”。基态钛原子中电子占据最高能级的符号为____。
(2)镓在周期表中的位置____。
(3)高温下CuO容易转化为Cu2O，试从原子结构角度解释原因是____。
(4)下列Li原子电子排布图表示的状态中，能量最高的为____(填字母)。
A . B． C．
(5)Li+与H-具有相同的电子层结构，r(Li+)小于r(H-)，原因是____。
17．（2022春·陕西西安·高二校考阶段练习）A、B、C、D、E代表5种元素，请填空：
(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，该原子的电子排布式为_______。
(2)B元素的负一价离子和C元素的正一价离子的电子排布式都与氩原子相同，B元素的符号为_______，C的离子结构示意图为_______。
(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_______，其基态原子的价电子排布式为_______。
(4)E元素基态原子的M层全充满，N层没有成对电子，只有一个未成对电子，E的元素符号为_______，其基态原子的价电子排布图为_______。
18．（2022春·北京房山·高二统考期中）核外电子排布时遵循一定的原则：在一个原子轨道里，最多只能容纳2个电子，它们的自旋相反，这个原理称为泡利不相容原理；对于基态原子，核外电子在能量相同的原子轨道上排布时，将尽可能分占不同的原子轨道并且自旋状态相同称为洪特规则。
依据以上原则，下列原子或离子的核外电子排布正确的是_______，违反能量最低原理的是_______，违反洪特规则的是_______，违反泡利不相容原理的是_______。
① ② ③ ④ ⑤ ⑥ ⑦C：
【学科素养拔高练】
19．有四种短周期元素,与其相关的结构、性质等信息如下表所述:
元素 结构、性质等信息
A 是短周期中(除稀有气体外)原子半径最大的元素,该元素的某种合金是原子反应堆的导热剂
B B与A同周期,其最高价氧化物对应水化物具有两性
C 元素的气态氢化物极易溶于水,可用作制冷剂
D 是海水中除氢、氧元素外含量最高的元素,其单质或化合物也是自来水生产过程中常用的消毒杀菌剂
请根据表中信息回答下列问题:
(1)A元素基态原子的电子排布式为 。
(2)B元素在元素周期表中的位置为 。
(3)C基态原子的轨道表示式是 ,其原子核外有 个未成对电子,能量最高的电子为 轨道上的电子,其原子轨道呈 形。
(4)D原子的电子排布式为 ,D-的结构示意图是 。
(5)B的最高价氧化物对应的水化物与A的最高价氧化物对应的水化物反应的化学方程式为 ,B的最高价氧化物对应的水化物与D的氢化物的水溶液反应的化学方程式为 。 考点2 电子云与原子轨道
【核心考点梳理】
考点一、构造原理与电子排布式
1．构造原理
(1)含义
以光谱学事实为基础，从氢开始，随核电荷数递增，新增电子填入能级的顺序称为构造原理。
(2)示意图
2．电子排布式
将能级上所容纳的电子数标在该能级符号右上角，并按照能层从左到右的顺序排列的式子。
如氮原子的电子排布式为
【典型例题】
例1．（2022秋·山西·高二校联考期末）下列说法正确的是
A．钠原子由时，原子释放能量，由基态转化成激发态
B．1s电子云呈球形，表示电子绕原子核做圆周运动
C．在第三能层中自旋状态相同的电子最多有4个
D．同一原子中，2p、3d、4f能级的轨道数依次增多
【答案】D
【解析】A．基态Na的电子排布式为，由基态转化成激发态时，电子能量增大，需要吸收能量，A错误；
B．电子云表示电子在核外空间某处出现的机会，不代表电子的运动轨迹，B错误；
C．在第三能层中包括三个能级分别是3s、3p、3d，在s能级中有一个轨道、在p能级中有三个能量相同的轨道、在d能级中有五个能量相同的轨道。所以第三能层中的轨道数目是1+3+5=9，每个轨道最多容纳两个自旋状态不同的电子，那么在第三能层中自旋状态相同的电子最多有9个，C错误；
D．同一原子中，2p轨道有3个，3d轨道有5个，4f轨道有7个，轨道数依次增多，D正确；
答案选D。
例2．（2022秋·天津南开·高二南开中学校考期末）下列说法正确的是
A．错误，违反了泡利不相容原理
B．各能级最多容纳的电子数是该能级原子轨道数的二倍，支持这一结论的理论是构造原理
C．的电子排布式违反了洪特规则
D．电子排布式违反了泡利不相容原理
【答案】C
【解析】A．根据洪特规则：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，因此违反了洪特规则，故A错误；
B．泡利原理是一个原子轨道中，最多只能容纳2个电子，它们自旋相反，因此各能级最多容纳的电子数是该能级原子轨道数的二倍，支持这一结论的理论是泡利原理，故B错误；
C．根据洪特规则，6C的电子排布式，题给电子排布式违反了洪特规则，故C正确；
D．电子排布式(22Ti)违反了能量最低原理，故D错误；
答案为C。
考点二、电子云与原子轨道
1．概率密度
1913年，玻尔提出氢原子模型，电子在线性轨道上绕核运行。
量子力学指出，一定空间运动状态的电子在核外空间各处都可能出现，但出现的概率不同，可用概率密度(ρ)表示，即ρ＝(P表示电子在某处出现的概率；V表示该处的体积)。
2．电子云
(1)定义：处于一定空间运动状态的电子在原子核外空间的概率密度分布的形象化描述。
(2)含义：用单位体积内小黑点的疏密程度表示电子在原子核外出现概率大小，小黑点越密，表示概率密度越大。
(3)形状
3．原子轨道
(1)概念：量子力学把电子在原子核外的一个空间运动状态称为一个原子轨道。
(2)形状
①s电子的原子轨道呈球形，能层序数越大，原子轨道的半径越大。
②p电子的原子轨道呈哑铃形，能层序数越大，原子轨道的半径越大。
(3)各能级所含有原子轨道数目
能级符号 ns np nd nf
轨道数目 1 3 5 7
【典型例题】
例1．（2022·四川省内江市第六中学高二阶段练习）下列化学用语表述正确的是
A．镁原子由1s22s22p63s13p1→1s22s22p63s2时，原子释放能量，由激发态转化成基态
B．基态Se的价电子排布式：
C．基态铍原子最外层电子的电子云图为：
D．电子仅在激发态跃进到基态时才会产生原子光谱
【答案】A
【详解】A．镁原子由1s22s22p63s13p1→1s22s22p63s2时，原子释放能量，由激发态转化成基态，A正确；
B．基态Se的价电子排布式：，B错误；
C．基态Be的价电子排布式：，则基态铍原子最外层电子的电子云图轮廓为球形，C错误；
D．原子光谱有两种：吸收光谱和发射光谱，电子由基态跃迁到激发态，或由激发态跃迁到基态，都会产生原子光谱，D错误。
故选A。
例2．（2022·辽宁·辽河油田第一高级中学高二期中）下列说法不正确的是
A．基态原子的核外电子填充在6个轨道中的元素有两种
B．碳原子的核外电子轨道表示式：
C．基态钾离子(K+)，电子占据的最高能级共有3个原子轨道，其形状是哑铃形
D．基态铜原子的电子占有5种能量不同的原子轨道
【答案】D
【详解】A．原子核外电子填充在6个轨道上的元素可能的电子排布式为1s22s22p63s1或1s22s226 3s2，所以有两种元素，故A正确；
B．碳原子有6个电子，它的核外电子轨道表示式：，故B正确；
C．基态钾离子(K+)的电子排布式为：1s22s22p63s23p6，电子占据的最高能级共有3个原子轨道，其形状是哑铃形，故C正确；
D．基态铜原子的电子排布式为：1s22s22p63s23p64s13d10，电子占有7种能量不同的原子轨道，故D错误；
故答案：D。
【核心归纳】
原子轨道与能层序数的关系
(1)不同能层的同种能级的原子轨道形状相同，只是半径不同。能层序数n越大，原子轨道的半径越大。如：
(2)s能级只有1个原子轨道。p能级有3个原子轨道，它们互相垂直，分别以px、py、pz表示。在同一能层中px、py、pz的能量相同。
(3)原子轨道数与能层序数(n)的关系：原子轨道数目＝n2。
【必备知识基础练】
1．（2022春·浙江绍兴·高二校考阶段练习）气态中性基态原子的原子核外电子排布发生如下变化，吸收能量最多的是
A．1s22s22p63s23p2→1s22s22p63s23p1
B．1s22s22p63s23p3→1s22s22p63s23p2
C．1s22s22p63s23p4→1s22s22p63s23p3
D．1s22s22p63s23p64s24p2→1s22s22p63s23p64s24p1
【答案】B
【解析】能级轨道上的电子处于半充满、全充满、全空状态时，原子较稳定，不易失去电子，p能级最多容纳6个电子，s能级最多容纳2个电子。 选项B中3p3为半充满状态稳定结构，不易失去电子，当其失去一个电子时，吸收的能量做最多。
故选B。
2．（2022·广东·东莞市光明中学高二阶段练习）北京奥运会主体育场“鸟巢”，被《泰晤士报》评为全球“最强悍”工程之一、建造“鸟巢”运用了高强度、高性能的钒氮合金高新钢，23V原子的价电子排布式正确的是
A．3s23p1 B．3d34s2 C．3d64s2 D．4s2
【答案】B
【详解】23V原子核外有23个电子，核外电子排布式是1s22s22p63s23p63d34s2，其价电子排布式是3d34s2，故答案选B。
3．（2022·北京昌平·高二期末）下列对基态碳原子价电子的轨道表示式书写正确的是
A． B．
C． D．
【答案】D
【分析】基态原子核外电子排布遵循能量最低原理、泡利原理和洪特规则。基态碳原子价电子的轨道表示式为 。
【详解】A．基态碳原子价电子层为第二层，即L层，违反了能量最低原理，故A错误；
B．在2p轨道上的两个电子自旋方向应该相同， 违反了洪特规则，故B错误；
C．2s轨道上应该排布2个电子，违反了能量最低原理，此排布式为激发态碳原子的价电子轨道表示式，故C错误；
D．符合能量最低原理、泡利原理和洪特规则，故D正确；
故答案为D。
4．（2022秋·重庆沙坪坝·高二重庆八中校考阶段练习）下列说法正确的是
A．p-pσ键电子云轮廓图
B．基态铜原子的价层电子排布图：
C．的离子结构示意图为：
D．某原子核外电子排布式为，它违背了泡利原理
【答案】D
【解析】A． 是p-pπ键电子云模型，以“肩并肩”方式形成，呈镜像对称，p-pσ键，原子轨道头碰头方式重叠，电子云图形为，故A错误；
B．Cu元素为29号元素，原子核外有29个电子，所以核外电子排布式为：1s22s22p63s23p63d104s1，价层电子排布式为：3d104s1，电子排布图为：，故B错误；
C．Fe3+离子核内质子数为26，核外各层上电子数分别为2、8、13，结构示意图为，故C错误；
D．泡利原理是指每个轨道最多只能容纳两个自旋相反的电子，而ns2np7的np能级排布了7个电子，故违背了泡利原理，故D正确；
故选：D。
5．（2022秋·黑龙江绥化·高二校考期中）某基态原子的M层有4个p电子，下列叙述中错误的是
A．该原子的N层不含有电子 B．该原子L层一定有8个电子
C．该原子的最外层电子数是4 D．该原子有两个未成对电子
【答案】C
【分析】根据元素的一种基态粒子的M层p能级上有4个电子，其价电子排布式是3s23p4，是S元素。
【解析】A．价电子排布式是3s23p4，则N层不含有电子，A项正确；
B．该基态粒子是S原子，L层含有8个电子，B项正确；
C．该基态粒子是S原子，最外层电子数是6，C项错误；
D．该基态粒子是S原子，电子排布式是[Ne] 3s23p4，所以该原子3p能级有2个未成对电子，D项正确；
答案选C。
6．（2022秋·辽宁·高二校联考阶段练习）下列各项叙述中，错误的是
A．原子核外电子填充3p、3d、4s能级的顺序为3p→4s→3d
B．基态C的电子排布式为1s22s22p 违反了洪特规则
C．基态Sc的电子排布式为1s22s22p63s23p64s3违反了泡利原理
D．硼原子由1s22s22p1s22s22p时，是由基态转化为激发态
【答案】D
【解析】A．原子核外的电子总是尽先占有能量最低的轨道，然后依次排到能量较高的轨道，4s轨道能量比3d轨道能量低，原子核外电子填充3p、3d、4s能级的顺序为3p→4s→3d，A正确；
B．根据洪特规则，基态C的电子排布式中2p轨道上的两个电子应该排在不同的轨道上，故违反了洪特规则，B正确；
C．根据泡利原理，s能级只有一个轨道，最多只能放入2个电子，基态Sc的电子排布式1s22s22p63s23p64s3违反了泡利原理，C正确；
D．2p轨道能量相同，硼原子由1s22s22p1s22s22p时，并没有转化为激发态，D错误；
故答案为：D。
【点睛】洪特规则是指当电子排布在能量相同的各个轨道时，电子总是尽可能分占不同的原子轨道，且自旋状态相同，这样整个原子能量最低；泡利原理是指不能有两个或两个以上的粒子处于完全相同的状态，也就是一个亚层中最多能有2个电子，其自旋相反。
7．（2022秋·重庆沙坪坝·高二重庆南开中学校考阶段练习）下列各基态原子或离子的电子排布式正确的是
A．Si B．Ca
C．Fe D．
【答案】A
【解析】A．核外有14个电离，根据电子排布规律，电子排布式为：，A正确；
B．原子核外有20个电子，根据构造原理，排布式应该为，B错误；
C．原子有26个电子，根据构造原理，，C错误；
D．的电子排布式为，D错误；
故选B。
8．（2022秋·四川雅安·高二雅安中学校考期中）下列各组原子中，彼此化学性质一定相似的是
A．最外层都只有一个电子的X、Y原子
B．2p轨道上只有两个电子的X原子与3p轨道上只有两个电子的Y原子
C．原子核外电子排布式为1s2的X原子与原子核外电子排布式为1s22s2的Y原子
D．原子核外M层上仅有两个电子的X原子与原子核外N层上仅有两个电子的Y原子
【答案】B
【解析】A．最外层只有一个电子的原子的化学性质不一定相同，如H和Na，故A错误；
B．2p轨道上只有2个电子，应是Be，3p轨道上只有2个电子的，应是Mg，它们位于同一主族，化学性质具有相似性，故B正确；
C．原子核外电子排布式为1s2，该元素为He，属于稀有气体元素，原子核外电子排布式为1s22s2的Y原子，该元素为Be，属于金属元素，两者性质不相似，故C错误；
D．原子核外M层上仅有两个电子的X原子，核外电子排布式为1s22s22p63s2，该元素为Mg，原子核外N层上仅有两个电子的Y原子，价电子排布式，可以是4s2、3d64s2、3d74s2、3d84s2、3d104s2，分别是Ca、Fe、Co、Ni、Zn，它们化学性质不一定相似，故D错误；
答案为B。
9．（2022秋·上海浦东新·高二上海市建平中学校考阶段练习）元素周期表中27号元素钴的方格中注明“3d74s2”，由此可以推断
A．Co2+的电子排布式为[Ar]3d54s2 B．Co位于元素周期表中第9列
C．它位于元素周期表的第四周期第IIA族
D．它的基态原子核外电子排布式为[Ar]4s2
【答案】B
【分析】周期表中27号元素钴的方格中注明“3d74s2”，可知原子核外有4的电子层，应位于第四周期，由价层电子可知原子序数比Fe大1，位于第ⅤⅢ族，应位于第9列，以此解答该题。
【解析】A．Co2+的核外价电子排布式为[Ar]3d7，故A错误；
B．钴元素位于第ⅤⅢ族，应位于第9列，故B正确；
C．钴元素位于第四周期第ⅤⅢ族，故C错误；
D．它的基态核外电子排布式可简写为[Ar]3d74s2，而不是[Ar]4s2，故D错误；
故选：B。
10．（2022春·陕西西安·高二校考期末）原子核外运动的电子有两种相反的自旋状态，若一种自旋状态用+0.5表示，与之相反的用-0.5表示，正负0.5即称为电子的自旋磁量子数。对于基态Ti原子，其价电子自旋磁量子数的代数和为
A．-1 B．+1 C．0 D．-1或+1
【答案】D
【解析】基态钛原子的价电子排布式为3d24s2，3d2是分占2个d轨道、自旋方向相同的2个电子，4s轨道填了自旋方向相反的2个电子，则其价电子自旋磁量子数的代数和为2(+）=+1或2(-）=-1，故答案为：+1或 1；
故选D。
11．（2022秋·四川绵阳·高二盐亭中学校考阶段练习）下列各原子或离子的电子排布式或电子排布图表示正确的是
A．Ca2+：1s22s22p63s23p6
B．F-：1s22s23p6
C．P：最外层电子排布图为
D．Cr：1s22s22p63s23p63d44s2
【答案】A
【解析】A．Ca为20号元素，电子排布式为1s22s22p63s23p64s2，则Ca2+的电子排布式为1s22s22p63s23p6，A正确；
B．F为9号元素，F-的核外有10个电子，电子排布式为1s22s22p6，B不正确；
C．P的价电子排布为3s23p3，根据洪特规则，最外层电子排布图为，C不正确；
D．Cr为24号元素，电子排布式为：1s22s22p63s23p63d54s1(应符合洪特规则)，D不正确；
故选A。
【关键能力提升练】
12．（2022春·黑龙江佳木斯·高二建三江分局第一中学校考期中）元素周期表中铋元素的数据见图，下列说法不正确的是
A．铋原子s轨道的形状是球形的，p轨道的形状是哑铃形
B．铋元素的相对原子质量是209.0
C．铋原子6p能级中6px、6py、6pz轨道上各有一个电子
D．铋原子最外层有5个能量相同的电子
【答案】D
【解析】A．s轨道的形状是球形的，p轨道的形状是哑铃形，A正确；
B．由图可以知道，Bi元素的相对原子质量是209.0，B正确；
C．根据洪特规则可以知道，电子排布在同一能级的不同轨道时，总是首先单独占一个轨道，而且自旋方向相同，故Bi原子6p能级中6px、6py、6pz轨道上各有一个电子，C正确；
D．6s能量比6p能量低，6s能级2个电子与6p能级3个电子能量不同，D错误；
故选D。
13．（2022秋·河北唐山·高二开滦第一中学校考阶段练习）下列各组原子中，彼此化学性质一定相似的是( )
A．最外层都只有一个电子的X、Y原子
B．原子核外M层上仅有两个电子的X原子与原子核外N层上仅有两个电子的Y原子
C．原子核外电子排布式为1s2的X原子与原子核外电子排布式为1s22s2的Y原子
D．2p轨道上只有一个空轨道的X原子与3p轨道上只有一个空轨道的Y原子
【答案】D
【解析】D项，X原子是C原子，Y原子为Si原子，二者位于同一主族，最外层电子数相同，化学性质相似，D正确。
14．（2022秋·河北石家庄·高二校考期末）在原子结构理论中，有四个原理，分别是①构造原理，②泡利原理，③洪特规则，④能量最低原理。在以下的现象中主要决定的因素是(填序号，各只填一项)。
(1)各能级最多容纳的电子数是该能级原子轨道数的2倍_______。
(2)碳原子的核外电子排布基态时是1s22s22p2而不是1s22s12p3_______。
(3)最外层电子数不会超过8个，次外层电子数不会超过18个_______。
(4)铬(24Cr)的电子排布式是1s22s22p63s23p63d54s1而不是1s22s22p63s23p63d44s2_______。
(5)在磷原子的基态原子结构中，有3个未成对的单电子_______。
(6)第四周期元素中，4p轨道半充满的是_______，3d轨道半充满的是_______，4s轨道半充满的是_______。(填元素符号)
【答案】(1)②
(2)④
(3)①
(4)③
(5)③
(6) As Cr、Mn K、Cr、Cu
【解析】（1）泡利原理：每个原子轨道最多容纳2个电子且自旋方向相反，各能级最多容纳的电子数是该能级原子轨道数的2倍，其主要决定因素是泡利原理，故选②。
（2）基态原子的核外电子在排布时首先要遵循能量最低原理，所以碳原子的核外电子排布基态时是1s22s22p2而不是1s22s12p3，其主要决定因素是能量最低原理，故选④。
（3）最外层电子数不会超过8个，次外层电子数不会超过18个，其主要决定因素是构造原理，故选①。
（4）原子轨道中电子处于全充满、全空或半充满时较稳定，所以在简并轨道上排布的电子将尽可能分占不同的轨道，且自旋平行，铬(24Cr)的电子排布式是1s22s22p63s23p63d54s1而不是1s22s22p63s23p63d44s2，其主要决定因素是洪特规则，故选③。
（5）在简并轨道上排布的电子将尽可能分占不同的轨道，且自旋平行，磷原子的基态原子结构中，有3个未成对的单电子，其主要决定因素是洪特规则，故选③。
（6）第四周期元素中，4p轨道半充满时其4s轨道全充满，该原子是As；3d轨道半充满时4s轨道可能有1个电子或2个电子，如果4s轨道是1个电子为Cr，如果4s轨道有2个电子为Mn；4s轨道半充满时，3d轨道可能没有电子、可能有5个电子、可能有10个电子，如果3d轨道没有电子时该原子是K、如果3d轨道有5个电子时该原子是Cr、如果3d轨道有10个电子时该原子是Cu。
15．（2022春·福建莆田·高二莆田华侨中学校考期中）元素推断：
(1)某元素基态原子N层只有2个电子，M层全充满，该元素名称是_______。
(2)某元素基态原子是第四周期未成对电子最多的，该元素符号是_______。
(3)前四周期元素中，基态原子未成对电子数为4的元素符号是_______。
(4)某元素基态原子3p能级有一个空轨道，该元素符号是_______。
(5)下图中表示基态碳原子的是_______，表示的碳原子能量最高的是_______。
【答案】(1)锌
(2)Cr
(3)Fe
(4)Si
(5) A D
【解析】（1）
N层只有2个电子，M层全充满的基态原子的价电子排布式为3d104s2，该元素为锌，故答案为：锌；
（2）
第四周期未成对电子最多的基态原子的价电子排布式为3d54s1，该元素为铬，元素符号为Cr，故答案为：Cr；
（3）
前四周期元素中，未成对电子数为4的基态原子的价电子排布式为3d64s2，该元素为铁，元素符号为Fe，故答案为：Fe；
（4）
3p能级有一个空轨道的基态原子的价电子排布式为3s23p2，该元素为硅，元素符号为Si，故答案为：Si。
（5）
基态碳原子的价电子排布式为2s22p2，按洪特规则,2个p电子分占2个轨道且自旋方向相同，则图中表示基态碳原子的是A，能级能量排序为1s＜2s＜2p，则表示的碳原子能量最高的是D。
16．（2022春·福建漳州·高二福建省华安县第一中学统考阶段练习）许多金属及其化合物在生活、化工、医药、材料等各个领域有着广泛的应用。
(1)钛美誉为“未来钢铁”“战略金属”。基态钛原子中电子占据最高能级的符号为____。
(2)镓在周期表中的位置____。
(3)高温下CuO容易转化为Cu2O，试从原子结构角度解释原因是____。
(4)下列Li原子电子排布图表示的状态中，能量最高的为____(填字母)。
A . B． C．
(5)Li+与H-具有相同的电子层结构，r(Li+)小于r(H-)，原因是____。
【答案】(1)3d
(2)第四(4)周期第IIIA族
(3)Cu2O中Cu+的价层电子排布处于稳定的全充满状态
(4)B
(5)Li＋与H-具有相同的电子层结构，Li＋核电荷数较大
【解析】（1）钛原子的核外电子排布为：1s22s22p63s2sp63d24s2，但3d2的能量高于 4s2，所以基态钛原子中电子占据最高能级的符号为3d。
（2）镓为31号元素，核外电子排布为：1s22s22p63s23p63d104s24p1，所以在周期表中的位置是第四(4)周期第IIIA族。
（3）从结构上看，Cu原子价电子层结构为3d104s1，当Cu原子失去一个电子的时候，最外层为全充满状态，说明+1价铜更稳定，所以高温下CuO 容易转化为Cu2O。
（4）根据规律：处于激发态的电子数越多，原子能量越高。由Li原子电子排布图表示的状态可知：A中只有1个1s电子跃迁到2s轨道，所以A能量高于基态Li原子能量；B中1s轨道中的两个电子一个跃迁到2s轨道，另一个跃迁到2p轨道，故能量高于A；C为基态Li原子电子排布图能量最低；所以Li原子电子排布图表示的状态中，能量最高的为B。
（5）具有相同的电子层结构的离子，核电核数越大离子半径越小， Li＋与H-具有相同的电子层结构，Li＋核电荷数较大，所以r(Li＋)小于r(H-)。
17．（2022春·陕西西安·高二校考阶段练习）A、B、C、D、E代表5种元素，请填空：
(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，该原子的电子排布式为_______。
(2)B元素的负一价离子和C元素的正一价离子的电子排布式都与氩原子相同，B元素的符号为_______，C的离子结构示意图为_______。
(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_______，其基态原子的价电子排布式为_______。
(4)E元素基态原子的M层全充满，N层没有成对电子，只有一个未成对电子，E的元素符号为_______，其基态原子的价电子排布图为_______。
【答案】(1)1s22s22p3
(2) Cl
(3) Fe 1s22s22p63s23p63d64s2(或[Ar]3d64s2)
(4) Cu
【解析】（1）
次外层有2个电子，说明次外层为第一层，故最外层为第二层，第二层有2s、2p两个能级，2s上最多排两个电子，故3个未成对电子在2p能级上，即2p3，故A原子电子排布式为：1s22s22p3。
（2）
由题意知，B-、C+均含18个电子，故B原子含17个电子，为氯元素，符号为Cl，C原子含19个电子，为钾元素，离子结构示意图为。
（3）
由题意知，D3+离子电子排布式为：[Ar]3d5，故D原子有18+5+3=26个电子，即铁元素，符号为Fe，其基态原子的价电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2(或[Ar]3d64s2)。
（4）
由题意知，E原子电子排布式为：[Ar]3d104s1，共有29个电子，即铜元素，符号为Cu，电子排布式为：1s22s22p63s23p63d104s1或[Ar]3d104s1，其基态原子的价电子排布图为。
18．（2022春·北京房山·高二统考期中）核外电子排布时遵循一定的原则：在一个原子轨道里，最多只能容纳2个电子，它们的自旋相反，这个原理称为泡利不相容原理；对于基态原子，核外电子在能量相同的原子轨道上排布时，将尽可能分占不同的原子轨道并且自旋状态相同称为洪特规则。
依据以上原则，下列原子或离子的核外电子排布正确的是_______，违反能量最低原理的是_______，违反洪特规则的是_______，违反泡利不相容原理的是_______。
① ② ③ ④ ⑤ ⑥ ⑦C：
【答案】 ①⑥ ⑤ ③④ ⑦
【解析】由核外电子排布规律可知，①⑥的电子排布式正确；②中2p轨道应填充6个电子，书写错误；⑤中最外层1个电子应填充能量低的4s轨道，违反能量最低原理；③中3p轨道的电子应分占3个不同的轨道，④中3d轨道应为半充满稳定结构，则③④违反洪特规则；⑦中1s、2s轨道的电子自旋应相反，违反泡利不相容原理，故答案为：①⑥；⑤；③④；⑦。
【学科素养拔高练】
19．有四种短周期元素,与其相关的结构、性质等信息如下表所述:
元素 结构、性质等信息
A 是短周期中(除稀有气体外)原子半径最大的元素,该元素的某种合金是原子反应堆的导热剂
B B与A同周期,其最高价氧化物对应水化物具有两性
C 元素的气态氢化物极易溶于水,可用作制冷剂
D 是海水中除氢、氧元素外含量最高的元素,其单质或化合物也是自来水生产过程中常用的消毒杀菌剂
请根据表中信息回答下列问题:
(1)A元素基态原子的电子排布式为 。
(2)B元素在元素周期表中的位置为 。
(3)C基态原子的轨道表示式是 ,其原子核外有 个未成对电子,能量最高的电子为 轨道上的电子,其原子轨道呈 形。
(4)D原子的电子排布式为 ,D-的结构示意图是 。
(5)B的最高价氧化物对应的水化物与A的最高价氧化物对应的水化物反应的化学方程式为 ,B的最高价氧化物对应的水化物与D的氢化物的水溶液反应的化学方程式为 。
【答案】(1)1s22s22p63s1
(2)第三周期第ⅢA族
(3) 3 2p 哑铃
(4)1s22s22p63s23p5或[Ne]3s23p5
(5)NaOH+Al(OH)3NaAlO2+2H2O 3HCl+Al(OH)3AlCl3+3H2O
【解析】根据同周期和同主族元素原子半径的变化规律可知,短周期元素中(除稀有气体外)原子半径最大的元素是Na,且钠与钾的合金是原子反应堆的导热剂;与钠元素同周期且最高价氧化物对应的水化物具有两性的元素是Al;NH3极易溶于水,且可用作制冷剂,故C元素是N;海水中除氢、氧元素外含量最高的元素D是Cl,其单质(Cl2)或化合物(ClO2等)可用作自来水生产过程中常用的消毒杀菌剂。
