1.1.3 泡利原理、洪特规则、能量最低原理 讲义 2024-2025学年高二下学期化学人教版（2019）选择性必修2
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| 名称 | 1.1.3 泡利原理、洪特规则、能量最低原理 讲义 2024-2025学年高二下学期化学人教版（2019）选择性必修2 |  | |
| 格式 | docx | ||
| 文件大小 | 753.7KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 化学 | ||
| 更新时间 | 2025-02-05 17:02:47 | ||
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文档简介
泡利原理、洪特规则、能量最低原理
一、原子核外电子的排布规则
1．电子自旋与泡利原理
(1)电子自旋
①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，电子自旋在空间有顺时针和逆时针两种取向，简称自旋相反，常用上下箭头(↑和↓)表示自旋相反的电子。
②能层、能级、原子轨道和自旋状态四个方面共同决定电子的运动状态，电子能量与能层、能级有关，电子运动的空间范围与原子轨道有关，一个原子中不可能存在运动状态完全相同的2个电子。
(2)泡利原理
在一个原子轨道里，最多只容纳2个电子，它们的自旋相反。（也称为泡利不相容原理）
2．电子排布的轨道表示式
(1)轨道表示式
用方框(或圆圈)表示原子轨道，能量相同的原子轨道(简并轨道)的方框相连，箭头表示一种自旋状态的电子，“↑↓”称电子对，“↑”或“↓”称单电子(或称未成对电子)。
(2)书写要求：
①在轨道表示式中，用方框(也可用圆圈)表示原子轨道，1个方框代表1个原子轨道，通常在方框的下方或上方标记能级符号。
②不同能层及能级的原子轨道的方框必须分开表示，能量相同(同一能层相同能级)的原子轨道(简并轨道)的方框相连。
③箭头表示一种自旋状态的电子，“↑↓”称电子对，“↑”或 “↓”称单电子(或称未成对电子)；箭头同向的单电子称自旋平行，如基态氧原子有2个自旋平行的2p电子。
④轨道表示式的排列顺序与电子排布式顺序一致，即按能层顺序排列。有时画出的能级上下错落，以表达能量高低不同。
⑤轨道表示式中能级符号右上方不能标记电子数。
(3)书写示例：
以铝原子为例，轨道表示式中各符号、数字的意义如下所示：
①在铝原子中，有6个电子对，1个单电子；
②在铝原子中，有7种空间运动状态，13种电子运动状态。
3．洪特规则
(1)内容：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。
(2)特例
在简并轨道上的电子排布处于全充满、半充满和全空状态时，具有较低的能量和较强的稳定性。
相对稳定的状态
如24Cr的电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s1，为半充满状态，易错写为1s22s22p63s23p63d44s2；基态29Cu的电子排布式为[Ar]3d104s1，易错写为[Ar]3d94s2。
4．能量最低原理
(1)内容：在构建基态原子时，电子将尽可能地占据能量最低的原子轨道，使整个原子的能量最低。
(2)说明：
①基态原子的能量最低，故基态原子的电子排布是能量最低的原子轨道组合。
②整个原子的能量由核电荷数、电子数和电子状态三个因素共同决定，相邻能级能量相差很大时，电子填入能量低的能级即可使整个原子能量最低(如所有主族元素的基态原子);而当相邻能级能量相差不太大时，有1~2个电子占据能量稍高的能级可能反而降低了电子排斥能而使整个原子能量最低(如所有副族元素的基态原子)。
【课堂小练1】
1．指出下列核外电子排布的轨道表示式的书写分别违背了什么原则？
①2p轨道上有3个电子的原子： ________________________。
②2p轨道上有2个电子的原子： ________________________。
③基态P原子：1s22s22p63s23p3p ________________________。
④4s轨道上有2个电子的原子： ________________________。
⑤3d轨道上有8个电子的原子： ________________________。
2.已知锰的核电荷数为25，以下是一些同学绘制的基态锰原子外围电子的电子排布图，其中最能准确表示基态锰原子核外电子运动状态的是 ( )
A． B．
C． D．
3.若将15P原子的电子排布式写成1s22s22p63s23p3p，它违背了( )
A．能量最低原则 B．泡利不相容原理 C．洪特规则 D．能量守恒原理
【归纳总结】
注意 书写轨道表示式时，常出现的错误及正确书写
二、核外电子排布的表示方法的比较
原子(核素)符号 含义 在元素符号的左下方标明质子数、左上方标明质量数的一种图示即为原子符号
实例 O
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
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繁琐，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
电子排 布图 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 Al：
【课堂小练2】
1．下列化学用语的表达正确的是( )
A．原子核内有10个中子的氧原子：O
B．氯原子的结构示意图：
C．基态Fe3＋的最外层电子排布式：3s23p63d5
D．基态铜原子的价层电子轨道表示式：
2.（2023—2024湖南长沙长郡中学高二月考）下列化学用语或图示表达正确的是
A．基态K原子的核外电子的空间运动状态共有10种
B．MgCl2的形成过程为
C．基态碘原子简化电子排布式为[ Kr]5s25p5
D．根据洪特规则可知，电子排布式为1s22s22p2的元素的电子轨道表示式为
3.（2023—2024河北邯郸高二联考）碱式碳酸镁可用于牙膏、医药和化妆品等工业，下列说法正确的是
A．基态镁原子核外电子云有4种不同的伸展方向
B．基态氧原子的电子排布式为
C．稳定性：
D．基态原子的核外电子排布式违反了能量最低原理
4．按要求完成下列填空：
(1)11Na的电子排布式为___________________________________________________；
(2)20Ca的最外层电子排布为_______________________________________________；
(3)35Br－的离子结构示意图为_______________________________________________；
(4)8O的轨道表示式为_____________________________________________________；
(5)9F的最外层电子轨道表示式为__________________________________________。
【课时对点练习】
题组一 核外电子排布式与轨道表示式
1．下列说法或有关化学用语的表达错误的是( )
A．s轨道的电子云轮廓图呈球形，p轨道的电子云轮廓图呈哑铃形
B．24Cr的价层电子排布：3d54s1
C．电子排布式(23V)：1s22s22p63s23p63d5违反了洪特规则
D.违反了泡利原理
2．下列轨道表示式所表示的元素原子中，能量处于最低状态的是( )
A. B.
C. D.
3.下列对电子排布式或轨道表示式书写的评价正确的是( )
选项 电子排布式或轨道表示式 评价
A N原子的轨道表示式： 错误；违反洪特规则
B O原子的轨道表示式： 错误；违反泡利不相容原理
C K原子的电子排布式： 错误；违反能量最低原理
D 的电子排布式： 错误；违反能量最低原理
4.下列各项叙述错误的是( )
A.若基态硫原子核外电子轨道表示式为 ，则违反了泡利原理
B.若第25号Mn元素的基态原子电子排布式为1s22s22p63s23p63d7，则违反了构造原理
C.基态氮原子的核外电子轨道表示式为 ，符合洪特规则和泡利原理
D.泡利原理、洪特规则、构造原理都是核外电子排布满足能量最低的条件
5．(2024·河北省承德市高二联考)下列各项叙述中，正确的是( )
A．镁原子由1s22s22p63s2→1s22s22p63p2时，原子释放能量，由基态转化成激发态
B．外围电子排布为5s25p1的元素位于第5周期IA族
C．基态氧原子核外电子的运动状态有8种
D．所有p轨道的形状相同，大小相等
题组二 核外电子排布规则的应用
6.在前四周期元素中，基态原子有3个未成对电子的元素种数为( )
A.3 B．4 C．5 D．6
7.下列四种元素中，其单质氧化性最强的是( )
A.原子中2p能级比2s能级多一个电子的第二周期元素
B.位于元素周期表中第三周期第ⅢA族的元素
C.原子最外层电子排布为2s22p6的元素
D.原子最外层电子排布为2s22p5的元素
8.(广州六中高二期中)某基态原子的核外电子排布式为[Ar]3d104s24p4，下列说法错误的是( )
A.该元素原子核外共有34个运动状态不同的电子
B.该元素原子的最高能层符号为N
C.该元素原子核外电子有18种空间运动状态
D.该元素原子价层电子排布为3d104s24p4
9.在多电子原子中，决定轨道能量的因素是( )
①能层 ②能级 ③电子云的伸展方向 ④电子自旋状态
A.①② B．①④ C．②③ D．③④
10.具有如下电子层结构的原子，其相应元素一定属于同一主族的是( )
A.3p轨道上有2个未成对电子的原子和4p轨道上有2个未成对电子的原子
B.3p轨道上只有1个空轨道的原子和4p轨道上只有1个空轨道的原子
C.最外层电子排布为1s2的原子和最外层电子排布为2s22p6的原子
D.最外层电子排布为1s2的原子和最外层电子排布为2s2的原子
11.下列各组原子中，彼此化学性质一定相似的是( )
A.原子核外L能层的未成对电子数与M能层的未成对电子数相等的原子
B.原子核外M能层上仅有两个电子的X原子与原子核外N能层上仅有两个电子的Y原子
C.2p能级只有1个空轨道的X原子和3p能级只有1个空轨道的Y原子
D.最外层都只有一个电子的X、Y原子
12.某核素核外共有15个不同运动状态的电子，下列说法正确的是( )
A.若将该原子的电子排布式写成1s22s22p63s23p3p，它违背了泡利原理
B.原子中所有的电子占有3个能级，9个轨道
C.该元素的最高价氧化物对应的水化物为两性氢氧化物
D.该基态原子中能量最高的电子的电子云轮廓图的形状为哑铃形
13．根据原子核外电子排布规律，回答下列问题：
(1)写出基态S原子的核外电子排布式： ；写出基态24Cr原子的价层电子排布式： 。
(2)画出基态N原子的核外电子排布图： 。
(3)若将基态14Si的电子排布式写成1s22s22p63s33p1，则它违背了 。
(4)Fe3+比Fe2+的稳定性 (填“强”或“弱”)，从结构上分析原因是 。
14.按要求完成下列各题。
(1)Fe成为阳离子时首先失去________轨道电子，Sm的价层电子排布为4f66s2，Sm3＋的价层电子排布为________。
(2)基态Cu2＋核外电子排布式为______________________________________________。
(3)下列Li原子轨道表示式表示的状态中，能量最低和最高的分别为________、________(填字母)。
A. B.
C. D.
15．完成下列各题：
(1)N的基态原子核外电子排布式为________；Cu的基态原子最外层有________个电子。
(2)钒(23V)是我国的丰产元素，广泛用于催化及钢铁工业。钒在元素周期表中的位置为________________，其价层电子的轨道表示式为________________。
(3)Na位于元素周期表第________周期第________族；S的基态原子核外有________个未成对电子；Si的基态原子核外电子排布式为________。
(4)Cu＋基态核外电子排布式为________________。
(5)基态Fe原子有________个未成对电子，Fe3＋的电子排布式为________________。
(6)31Ga基态原子的核外电子排布式是________________。
(7)铝原子核外电子云有________种不同的伸展方向，有________种不同运动状态的电子。
(8)基态Mn2＋的核外电子排布式为________________。
(9)Se原子序数为________，其核外M层电子的排布式为________。
(10)可正确表示原子轨道的是________。
A．2s B．2d C．3pz D．3f
【参考答案】
【课堂小练1】
1.①②③⑤违背了洪特规则，当电子排布在同一能级的不同轨道上时，原子中的电子总是优先单独占据一个轨道，且自旋平行；④违背了泡利原理，一个原子轨道最多只能容纳2个电子，而且这2个电子的自旋相反。
2.【答案】D
【解析】根据洪特规则知，电子在能量相同的原子轨道上排布时，应尽可能分占不同的轨道且自旋状态相同，故排除A、C两项；根据泡利原理知，一个原子轨道最多容纳2个电子，且自旋状态相反，故排除B项。
3.【答案】C
【课堂小练2】
1.答案 C
解析 原子核内有10个中子的氧原子的质量数为10＋8＝18，应该表示为O，故A错误；氯原子核外电子总数为17，则氯原子的结构示意图为，故B错误；铁为26号元素，铁离子最外层电子数为13，根据构造原理可得基态Fe3＋的最外层电子排布式为3s23p63d5，故C正确；Cu是29号元素，其原子核外有29个电子，基态原子价层电子排布式为3d104s1，基态铜原子的价层电子轨道表示式为，故D错误。
2.【答案】A
【解析】基态K原子的核外电子排布式为：，共占据10个轨道，其空间运动状态共有10种，A项正确；MgCl2的形成过程中，Mg原子失电子，Cl原子得到电子，箭头写反了，B项错误；基态碘原子为53号，简化电子排布式为，C项错误；根据洪特规则和泡利原理，电子排布式为的元素的电子轨道表示式为，D项错误。
3.【答案】A
【解析】基态镁原子核外电子云有s、p两种轨道，s轨道只有1种伸展方向，p轨道有3种伸展方向，故共有4种不同的伸展方向，A项正确；基态氧原子的电子排布式为1s22s22p4，B项错误；非金属性越强，其气态氢化物的稳定性越强，非金属性：O>C，则气态氢化物的稳定性：H2O>CH4，C项错误；基态6C原子的核外电子排布式违反了洪特规则，应为，D项错误。
4.答案 (1)1s22s22p63s1 (2)4s2 (3)
(4)
(5)
【课时对点练习】
1.答案 C
解析 Cr原子核外有24个电子，根据构造原理书写，基态Cr的原子价层电子排布：3d54s1，故B正确；电子排布式(23V)：1s22s22p63s23p63d5，违反了构造原理，故C错误；中1s轨道和2s轨道中容纳自旋相同的电子，违反了泡利原理，故D正确。
2.答案 C
解析 要使各原子的能量处于最低状态(即基态)，核外电子排布必须遵循泡利原理、洪特规则、能量最低原理。A项，2s轨道没有排满电子就排在了2p、3s轨道上，能量不是最低的；B项，2p轨道上的电子排布不符合洪特规则，三个电子各占一个p轨道且自旋状态相同时，能量最低；C项，2p3为半充满状态，能量最低；D项，2p轨道未排满就排3s轨道，能量不是最低的。
3.【答案】C
【解析】A项，相同轨道中的两个电子运动方向相反，违反了泡利不相容原理，A不符合题意；B项，电子应先充满同能级的轨道，违反了洪特规则，B不符合题意；C项，K原子的电子排布式：1s22s22p63s23p64s1，违反能量最低原理，C符合题意；D项，Br-的电子排布式：[Ar]3d104s24p6，正确，评价错误，D不符合题意；故选C。
4.答案 A
解析 3p轨道电子排布违反了洪特规则，故A错误；第25号Mn元素的基态原子电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s2，若写成1s22s22p63s23p63d7，则违反了构造原理，故B正确。
5.【答案】C
【解析】A项，镁原子由1s22s22p63s2→1s22s22p63p2，由基态转化成激发态，是吸收能量，A错误；B项，外围电子排布为5s25p1的元素是In元素，最外层3个电子，位于第5周期IIIA族，B错误；C项，基态氧原子核外有8个电子，电子的运动状态有8种，C正确；D项，不同能层的p轨道大小不同，形状相同，D错误；故选C。
6.答案 C
解析 在前四周期元素中，基态原子有3个未成对电子的元素分别为N、P、As、V、Co，共5种元素。
7.答案 D
解析 A项，价层电子排布为2s22p3，为N元素；B项，该元素为Al元素；C项，该元素为Ne元素；D项，该元素为F元素，F2的氧化性最强，D项正确。
8.答案 D
解析 由基态原子的核外电子排布式为[Ar]3d104s24p4可知，该元素的原子序数为34，是位于元素周期表第四周期第ⅥA族的硒元素。由泡利原理可知，同一原子核外不可能有运动状态完全相同的电子，则硒原子的原子核外共有34个运动状态不同的电子，故A正确；由电子排布式可知，硒原子的最高能层符号为N，故B正确；由电子排布式可知，硒原子的核外电子占据1s、2s、2p、3s、3p、3d、4s、4p轨道，核外电子有18种空间运动状态，故C正确；硒元素位于元素周期表第四周期第ⅥA族，价层电子排布为4s24p4，故D错误。
9.答案 A
解析 多电子原子中，在电子填充原子轨道时，形状相同的原子轨道，能层序数越大，轨道的能量越高，如E(1s)＜E(2s)＜E(3s)＜E(4s)；相同能层不同能级的原子轨道能量高低：E(ns)＜E(np)＜E(nd)＜E(nf)……；同一能级的原子轨道具有相同的能量，如E(npx)＝E(npy)＝E(npz)，因此轨道的能量是由能层和能级决定的，与电子云的伸展方向、电子自旋状态无关，A正确。
10.答案 B
解析 p轨道有3个原子轨道，最多可以容纳6个电子，根据泡利原理和洪特规则，当p轨道上有2个电子或4个电子时，p轨道上均有2个未成对电子，所以可能是第ⅣA族元素，也可能是第ⅥA族元素，故A错误；p轨道上有1个空轨道，说明另外2个轨道各容纳了1个电子，加上s轨道上的2个电子，最外层是4个电子，属于第ⅣA族元素，故B正确；最外层电子排布为1s2和2s22p6的原子，二者都是稀有气体元素，但不属于主族元素，故C错误；最外层电子排布为1s2的原子为He，位于0族，而最外层电子排布为2s2的原子是Be，属于第ⅡA族元素，故D错误。
11.答案 C
解析 A项，L能层(M能层)只有1个未成对电子的原子可能是Li或F(Na或Cl)等，L能层(M能层)有2个未成对电子的可能是C或O(Si或S)；B项，X为Mg，Y可能为Ca、Sc、Ti、V、Mn、Fe、Co、Ni、Zn；C项，X为C，Y为Si；D项，最外层只有1个电子的原子中氢原子与碱金属元素原子化学性质不相似。
12.答案 D
解析 某核素核外共有15个不同运动状态的电子，则该原子为P原子，其基态原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p3；若将该原子的电子排布式写成1s22s22p63s23p3p，它违背了洪特规则，A错误；该原子中所有原子占有1s、2s、2p、3s、3p共5个能级，9个轨道，B错误；该元素的最高价氧化物对应的水化物H3PO4为中强酸，C错误；该基态原子中能量最高的电子处于3p能级，p电子云轮廓图的形状为哑铃形，D正确。
13.【答案】(1)1s22s22p63s23p4或[Ne]3s23p4 3d54s1
(2)
(3)泡利原理
(4)强 Fe3+的价层电子排布式为3d5，3d能级处于半满状态，故更稳定
【解析】(1)基态S原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p4或[Ne]3s23p4；Cr的价层电子排布式为3d54s1。(2)N位于元素周期表第二周期第ⅤA族，根据泡利原理和洪特规则，其核外电子排布图为 。(3)s能级上只有一个原子轨道，每个原子轨道最多容纳2个电子，而题目所给的电子排布式中的3s能级上有3个电子，违背了泡利原理。(4)Fe2+的价层电子排布式为3d6，Fe3+的价层电子排布式为3d5，3d能级处于半满状态时比较稳定，因此Fe3+比Fe2+稳定。
14.答案 (1)4s 4f5
(2)1s22s22p63s23p63d9(或[Ar]3d9) (3)D C
解析 (1)基态Fe原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2，Fe失去电子生成阳离子时电子从外到内依次失去，所以成为阳离子时首先失去4s轨道电子；Sm的价层电子排布为4f66s2，该原子失去电子生成阳离子时应该先失去6s轨道电子，后失去4f轨道电子，Sm3＋的价层电子排布为4f5。
(2)Cu原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s1,4s与3d能级各失去1个电子形成Cu2＋，基态Cu2＋核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d9或[Ar]3d9。
(3)电子处于基态时能量最低，处于激发态时能量较高，D选项为基态Li原子核外电子轨道表示式，故能量最低，A、B、C均为激发态，C中有2个电子处于2p能级上，能量最高。
15.【答案】(1)1s22s22p3 1
(2)第四周期第ⅤB族
(3)三 ⅠA 2 1s22s22p63s23p2或[Ne]3s23p2 (4)1s22s22p63s23p63d10或[Ar]3d10
(5)4 1s22s22p63s23p63d5或[Ar]3d5
(6)1s22s22p63s23p63d104s24p1或[Ar]3d104s24p1
(7)4 13 (8)1s22s22p63s23p63d5或[Ar]3d5
(9)34 3s23p63d10 (10)AC
【解析】(1)N元素的原子序数为7，基态原子的核外电子排布为1s22s22p3；Cu元素位于第四周期ⅠB族，基态原子核外电子排布为1s22s22p63s23p63d104s1，最外层有1个电子；(2)钒在元素周期表中的位置为第四周期ⅤB族，其价层电子排布式为3d34s2，根据洪特规则和泡利原理，价层电子的轨道表示式为：；(3)Na()元素位于元素周期表第三周期第ⅠA族；Si原子核外电子数为14，基态原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p2；(4)Cu为29号元素，基态原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s1，Cu＋的基态核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d10；(5)基态Fe原子核外电子排布为1s22s22p63s23p63d64s2，所以有4个未成对电子，失去2个4s电子、1个3d电子形成Fe3＋，其电子排布式为1s22s22p63s23p63d5；(7)铝原子核外电子云有s、p，分别有1、3种共4种伸展方向；其核外有13个电子，则有13种不同运动状态的电子；(8)Mn的核外电子数为25，基态Mn2＋的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d5或[Ar]3d5；(9)Se位于第四周期，与S的原子序数相差18，故其原子序数为34；其核外M层有18个电子，故M层的电子排布式为3s23p63d10；(10)L能层只有2s、2p能级，M能层只有3s、3p、3d能级，故选A、C。
一、原子核外电子的排布规则
1．电子自旋与泡利原理
(1)电子自旋
①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，电子自旋在空间有顺时针和逆时针两种取向，简称自旋相反，常用上下箭头(↑和↓)表示自旋相反的电子。
②能层、能级、原子轨道和自旋状态四个方面共同决定电子的运动状态，电子能量与能层、能级有关，电子运动的空间范围与原子轨道有关，一个原子中不可能存在运动状态完全相同的2个电子。
(2)泡利原理
在一个原子轨道里，最多只容纳2个电子，它们的自旋相反。（也称为泡利不相容原理）
2．电子排布的轨道表示式
(1)轨道表示式
用方框(或圆圈)表示原子轨道，能量相同的原子轨道(简并轨道)的方框相连，箭头表示一种自旋状态的电子，“↑↓”称电子对，“↑”或“↓”称单电子(或称未成对电子)。
(2)书写要求：
①在轨道表示式中，用方框(也可用圆圈)表示原子轨道，1个方框代表1个原子轨道，通常在方框的下方或上方标记能级符号。
②不同能层及能级的原子轨道的方框必须分开表示，能量相同(同一能层相同能级)的原子轨道(简并轨道)的方框相连。
③箭头表示一种自旋状态的电子，“↑↓”称电子对，“↑”或 “↓”称单电子(或称未成对电子)；箭头同向的单电子称自旋平行，如基态氧原子有2个自旋平行的2p电子。
④轨道表示式的排列顺序与电子排布式顺序一致，即按能层顺序排列。有时画出的能级上下错落，以表达能量高低不同。
⑤轨道表示式中能级符号右上方不能标记电子数。
(3)书写示例：
以铝原子为例，轨道表示式中各符号、数字的意义如下所示：
①在铝原子中，有6个电子对，1个单电子；
②在铝原子中，有7种空间运动状态，13种电子运动状态。
3．洪特规则
(1)内容：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。
(2)特例
在简并轨道上的电子排布处于全充满、半充满和全空状态时，具有较低的能量和较强的稳定性。
相对稳定的状态
如24Cr的电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s1，为半充满状态，易错写为1s22s22p63s23p63d44s2；基态29Cu的电子排布式为[Ar]3d104s1，易错写为[Ar]3d94s2。
4．能量最低原理
(1)内容：在构建基态原子时，电子将尽可能地占据能量最低的原子轨道，使整个原子的能量最低。
(2)说明：
①基态原子的能量最低，故基态原子的电子排布是能量最低的原子轨道组合。
②整个原子的能量由核电荷数、电子数和电子状态三个因素共同决定，相邻能级能量相差很大时，电子填入能量低的能级即可使整个原子能量最低(如所有主族元素的基态原子);而当相邻能级能量相差不太大时，有1~2个电子占据能量稍高的能级可能反而降低了电子排斥能而使整个原子能量最低(如所有副族元素的基态原子)。
【课堂小练1】
1．指出下列核外电子排布的轨道表示式的书写分别违背了什么原则？
①2p轨道上有3个电子的原子： ________________________。
②2p轨道上有2个电子的原子： ________________________。
③基态P原子：1s22s22p63s23p3p ________________________。
④4s轨道上有2个电子的原子： ________________________。
⑤3d轨道上有8个电子的原子： ________________________。
2.已知锰的核电荷数为25，以下是一些同学绘制的基态锰原子外围电子的电子排布图，其中最能准确表示基态锰原子核外电子运动状态的是 ( )
A． B．
C． D．
3.若将15P原子的电子排布式写成1s22s22p63s23p3p，它违背了( )
A．能量最低原则 B．泡利不相容原理 C．洪特规则 D．能量守恒原理
【归纳总结】
注意 书写轨道表示式时，常出现的错误及正确书写
二、核外电子排布的表示方法的比较
原子(核素)符号 含义 在元素符号的左下方标明质子数、左上方标明质量数的一种图示即为原子符号
实例 O
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
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繁琐，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
电子排 布图 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 Al：
【课堂小练2】
1．下列化学用语的表达正确的是( )
A．原子核内有10个中子的氧原子：O
B．氯原子的结构示意图：
C．基态Fe3＋的最外层电子排布式：3s23p63d5
D．基态铜原子的价层电子轨道表示式：
2.（2023—2024湖南长沙长郡中学高二月考）下列化学用语或图示表达正确的是
A．基态K原子的核外电子的空间运动状态共有10种
B．MgCl2的形成过程为
C．基态碘原子简化电子排布式为[ Kr]5s25p5
D．根据洪特规则可知，电子排布式为1s22s22p2的元素的电子轨道表示式为
3.（2023—2024河北邯郸高二联考）碱式碳酸镁可用于牙膏、医药和化妆品等工业，下列说法正确的是
A．基态镁原子核外电子云有4种不同的伸展方向
B．基态氧原子的电子排布式为
C．稳定性：
D．基态原子的核外电子排布式违反了能量最低原理
4．按要求完成下列填空：
(1)11Na的电子排布式为___________________________________________________；
(2)20Ca的最外层电子排布为_______________________________________________；
(3)35Br－的离子结构示意图为_______________________________________________；
(4)8O的轨道表示式为_____________________________________________________；
(5)9F的最外层电子轨道表示式为__________________________________________。
【课时对点练习】
题组一 核外电子排布式与轨道表示式
1．下列说法或有关化学用语的表达错误的是( )
A．s轨道的电子云轮廓图呈球形，p轨道的电子云轮廓图呈哑铃形
B．24Cr的价层电子排布：3d54s1
C．电子排布式(23V)：1s22s22p63s23p63d5违反了洪特规则
D.违反了泡利原理
2．下列轨道表示式所表示的元素原子中，能量处于最低状态的是( )
A. B.
C. D.
3.下列对电子排布式或轨道表示式书写的评价正确的是( )
选项 电子排布式或轨道表示式 评价
A N原子的轨道表示式： 错误；违反洪特规则
B O原子的轨道表示式： 错误；违反泡利不相容原理
C K原子的电子排布式： 错误；违反能量最低原理
D 的电子排布式： 错误；违反能量最低原理
4.下列各项叙述错误的是( )
A.若基态硫原子核外电子轨道表示式为 ，则违反了泡利原理
B.若第25号Mn元素的基态原子电子排布式为1s22s22p63s23p63d7，则违反了构造原理
C.基态氮原子的核外电子轨道表示式为 ，符合洪特规则和泡利原理
D.泡利原理、洪特规则、构造原理都是核外电子排布满足能量最低的条件
5．(2024·河北省承德市高二联考)下列各项叙述中，正确的是( )
A．镁原子由1s22s22p63s2→1s22s22p63p2时，原子释放能量，由基态转化成激发态
B．外围电子排布为5s25p1的元素位于第5周期IA族
C．基态氧原子核外电子的运动状态有8种
D．所有p轨道的形状相同，大小相等
题组二 核外电子排布规则的应用
6.在前四周期元素中，基态原子有3个未成对电子的元素种数为( )
A.3 B．4 C．5 D．6
7.下列四种元素中，其单质氧化性最强的是( )
A.原子中2p能级比2s能级多一个电子的第二周期元素
B.位于元素周期表中第三周期第ⅢA族的元素
C.原子最外层电子排布为2s22p6的元素
D.原子最外层电子排布为2s22p5的元素
8.(广州六中高二期中)某基态原子的核外电子排布式为[Ar]3d104s24p4，下列说法错误的是( )
A.该元素原子核外共有34个运动状态不同的电子
B.该元素原子的最高能层符号为N
C.该元素原子核外电子有18种空间运动状态
D.该元素原子价层电子排布为3d104s24p4
9.在多电子原子中，决定轨道能量的因素是( )
①能层 ②能级 ③电子云的伸展方向 ④电子自旋状态
A.①② B．①④ C．②③ D．③④
10.具有如下电子层结构的原子，其相应元素一定属于同一主族的是( )
A.3p轨道上有2个未成对电子的原子和4p轨道上有2个未成对电子的原子
B.3p轨道上只有1个空轨道的原子和4p轨道上只有1个空轨道的原子
C.最外层电子排布为1s2的原子和最外层电子排布为2s22p6的原子
D.最外层电子排布为1s2的原子和最外层电子排布为2s2的原子
11.下列各组原子中，彼此化学性质一定相似的是( )
A.原子核外L能层的未成对电子数与M能层的未成对电子数相等的原子
B.原子核外M能层上仅有两个电子的X原子与原子核外N能层上仅有两个电子的Y原子
C.2p能级只有1个空轨道的X原子和3p能级只有1个空轨道的Y原子
D.最外层都只有一个电子的X、Y原子
12.某核素核外共有15个不同运动状态的电子，下列说法正确的是( )
A.若将该原子的电子排布式写成1s22s22p63s23p3p，它违背了泡利原理
B.原子中所有的电子占有3个能级，9个轨道
C.该元素的最高价氧化物对应的水化物为两性氢氧化物
D.该基态原子中能量最高的电子的电子云轮廓图的形状为哑铃形
13．根据原子核外电子排布规律，回答下列问题：
(1)写出基态S原子的核外电子排布式： ；写出基态24Cr原子的价层电子排布式： 。
(2)画出基态N原子的核外电子排布图： 。
(3)若将基态14Si的电子排布式写成1s22s22p63s33p1，则它违背了 。
(4)Fe3+比Fe2+的稳定性 (填“强”或“弱”)，从结构上分析原因是 。
14.按要求完成下列各题。
(1)Fe成为阳离子时首先失去________轨道电子，Sm的价层电子排布为4f66s2，Sm3＋的价层电子排布为________。
(2)基态Cu2＋核外电子排布式为______________________________________________。
(3)下列Li原子轨道表示式表示的状态中，能量最低和最高的分别为________、________(填字母)。
A. B.
C. D.
15．完成下列各题：
(1)N的基态原子核外电子排布式为________；Cu的基态原子最外层有________个电子。
(2)钒(23V)是我国的丰产元素，广泛用于催化及钢铁工业。钒在元素周期表中的位置为________________，其价层电子的轨道表示式为________________。
(3)Na位于元素周期表第________周期第________族；S的基态原子核外有________个未成对电子；Si的基态原子核外电子排布式为________。
(4)Cu＋基态核外电子排布式为________________。
(5)基态Fe原子有________个未成对电子，Fe3＋的电子排布式为________________。
(6)31Ga基态原子的核外电子排布式是________________。
(7)铝原子核外电子云有________种不同的伸展方向，有________种不同运动状态的电子。
(8)基态Mn2＋的核外电子排布式为________________。
(9)Se原子序数为________，其核外M层电子的排布式为________。
(10)可正确表示原子轨道的是________。
A．2s B．2d C．3pz D．3f
【参考答案】
【课堂小练1】
1.①②③⑤违背了洪特规则，当电子排布在同一能级的不同轨道上时，原子中的电子总是优先单独占据一个轨道，且自旋平行；④违背了泡利原理，一个原子轨道最多只能容纳2个电子，而且这2个电子的自旋相反。
2.【答案】D
【解析】根据洪特规则知，电子在能量相同的原子轨道上排布时，应尽可能分占不同的轨道且自旋状态相同，故排除A、C两项；根据泡利原理知，一个原子轨道最多容纳2个电子，且自旋状态相反，故排除B项。
3.【答案】C
【课堂小练2】
1.答案 C
解析 原子核内有10个中子的氧原子的质量数为10＋8＝18，应该表示为O，故A错误；氯原子核外电子总数为17，则氯原子的结构示意图为，故B错误；铁为26号元素，铁离子最外层电子数为13，根据构造原理可得基态Fe3＋的最外层电子排布式为3s23p63d5，故C正确；Cu是29号元素，其原子核外有29个电子，基态原子价层电子排布式为3d104s1，基态铜原子的价层电子轨道表示式为，故D错误。
2.【答案】A
【解析】基态K原子的核外电子排布式为：，共占据10个轨道，其空间运动状态共有10种，A项正确；MgCl2的形成过程中，Mg原子失电子，Cl原子得到电子，箭头写反了，B项错误；基态碘原子为53号，简化电子排布式为，C项错误；根据洪特规则和泡利原理，电子排布式为的元素的电子轨道表示式为，D项错误。
3.【答案】A
【解析】基态镁原子核外电子云有s、p两种轨道，s轨道只有1种伸展方向，p轨道有3种伸展方向，故共有4种不同的伸展方向，A项正确；基态氧原子的电子排布式为1s22s22p4，B项错误；非金属性越强，其气态氢化物的稳定性越强，非金属性：O>C，则气态氢化物的稳定性：H2O>CH4，C项错误；基态6C原子的核外电子排布式违反了洪特规则，应为，D项错误。
4.答案 (1)1s22s22p63s1 (2)4s2 (3)
(4)
(5)
【课时对点练习】
1.答案 C
解析 Cr原子核外有24个电子，根据构造原理书写，基态Cr的原子价层电子排布：3d54s1，故B正确；电子排布式(23V)：1s22s22p63s23p63d5，违反了构造原理，故C错误；中1s轨道和2s轨道中容纳自旋相同的电子，违反了泡利原理，故D正确。
2.答案 C
解析 要使各原子的能量处于最低状态(即基态)，核外电子排布必须遵循泡利原理、洪特规则、能量最低原理。A项，2s轨道没有排满电子就排在了2p、3s轨道上，能量不是最低的；B项，2p轨道上的电子排布不符合洪特规则，三个电子各占一个p轨道且自旋状态相同时，能量最低；C项，2p3为半充满状态，能量最低；D项，2p轨道未排满就排3s轨道，能量不是最低的。
3.【答案】C
【解析】A项，相同轨道中的两个电子运动方向相反，违反了泡利不相容原理，A不符合题意；B项，电子应先充满同能级的轨道，违反了洪特规则，B不符合题意；C项，K原子的电子排布式：1s22s22p63s23p64s1，违反能量最低原理，C符合题意；D项，Br-的电子排布式：[Ar]3d104s24p6，正确，评价错误，D不符合题意；故选C。
4.答案 A
解析 3p轨道电子排布违反了洪特规则，故A错误；第25号Mn元素的基态原子电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s2，若写成1s22s22p63s23p63d7，则违反了构造原理，故B正确。
5.【答案】C
【解析】A项，镁原子由1s22s22p63s2→1s22s22p63p2，由基态转化成激发态，是吸收能量，A错误；B项，外围电子排布为5s25p1的元素是In元素，最外层3个电子，位于第5周期IIIA族，B错误；C项，基态氧原子核外有8个电子，电子的运动状态有8种，C正确；D项，不同能层的p轨道大小不同，形状相同，D错误；故选C。
6.答案 C
解析 在前四周期元素中，基态原子有3个未成对电子的元素分别为N、P、As、V、Co，共5种元素。
7.答案 D
解析 A项，价层电子排布为2s22p3，为N元素；B项，该元素为Al元素；C项，该元素为Ne元素；D项，该元素为F元素，F2的氧化性最强，D项正确。
8.答案 D
解析 由基态原子的核外电子排布式为[Ar]3d104s24p4可知，该元素的原子序数为34，是位于元素周期表第四周期第ⅥA族的硒元素。由泡利原理可知，同一原子核外不可能有运动状态完全相同的电子，则硒原子的原子核外共有34个运动状态不同的电子，故A正确；由电子排布式可知，硒原子的最高能层符号为N，故B正确；由电子排布式可知，硒原子的核外电子占据1s、2s、2p、3s、3p、3d、4s、4p轨道，核外电子有18种空间运动状态，故C正确；硒元素位于元素周期表第四周期第ⅥA族，价层电子排布为4s24p4，故D错误。
9.答案 A
解析 多电子原子中，在电子填充原子轨道时，形状相同的原子轨道，能层序数越大，轨道的能量越高，如E(1s)＜E(2s)＜E(3s)＜E(4s)；相同能层不同能级的原子轨道能量高低：E(ns)＜E(np)＜E(nd)＜E(nf)……；同一能级的原子轨道具有相同的能量，如E(npx)＝E(npy)＝E(npz)，因此轨道的能量是由能层和能级决定的，与电子云的伸展方向、电子自旋状态无关，A正确。
10.答案 B
解析 p轨道有3个原子轨道，最多可以容纳6个电子，根据泡利原理和洪特规则，当p轨道上有2个电子或4个电子时，p轨道上均有2个未成对电子，所以可能是第ⅣA族元素，也可能是第ⅥA族元素，故A错误；p轨道上有1个空轨道，说明另外2个轨道各容纳了1个电子，加上s轨道上的2个电子，最外层是4个电子，属于第ⅣA族元素，故B正确；最外层电子排布为1s2和2s22p6的原子，二者都是稀有气体元素，但不属于主族元素，故C错误；最外层电子排布为1s2的原子为He，位于0族，而最外层电子排布为2s2的原子是Be，属于第ⅡA族元素，故D错误。
11.答案 C
解析 A项，L能层(M能层)只有1个未成对电子的原子可能是Li或F(Na或Cl)等，L能层(M能层)有2个未成对电子的可能是C或O(Si或S)；B项，X为Mg，Y可能为Ca、Sc、Ti、V、Mn、Fe、Co、Ni、Zn；C项，X为C，Y为Si；D项，最外层只有1个电子的原子中氢原子与碱金属元素原子化学性质不相似。
12.答案 D
解析 某核素核外共有15个不同运动状态的电子，则该原子为P原子，其基态原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p3；若将该原子的电子排布式写成1s22s22p63s23p3p，它违背了洪特规则，A错误；该原子中所有原子占有1s、2s、2p、3s、3p共5个能级，9个轨道，B错误；该元素的最高价氧化物对应的水化物H3PO4为中强酸，C错误；该基态原子中能量最高的电子处于3p能级，p电子云轮廓图的形状为哑铃形，D正确。
13.【答案】(1)1s22s22p63s23p4或[Ne]3s23p4 3d54s1
(2)
(3)泡利原理
(4)强 Fe3+的价层电子排布式为3d5，3d能级处于半满状态，故更稳定
【解析】(1)基态S原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p4或[Ne]3s23p4；Cr的价层电子排布式为3d54s1。(2)N位于元素周期表第二周期第ⅤA族，根据泡利原理和洪特规则，其核外电子排布图为 。(3)s能级上只有一个原子轨道，每个原子轨道最多容纳2个电子，而题目所给的电子排布式中的3s能级上有3个电子，违背了泡利原理。(4)Fe2+的价层电子排布式为3d6，Fe3+的价层电子排布式为3d5，3d能级处于半满状态时比较稳定，因此Fe3+比Fe2+稳定。
14.答案 (1)4s 4f5
(2)1s22s22p63s23p63d9(或[Ar]3d9) (3)D C
解析 (1)基态Fe原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2，Fe失去电子生成阳离子时电子从外到内依次失去，所以成为阳离子时首先失去4s轨道电子；Sm的价层电子排布为4f66s2，该原子失去电子生成阳离子时应该先失去6s轨道电子，后失去4f轨道电子，Sm3＋的价层电子排布为4f5。
(2)Cu原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s1,4s与3d能级各失去1个电子形成Cu2＋，基态Cu2＋核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d9或[Ar]3d9。
(3)电子处于基态时能量最低，处于激发态时能量较高，D选项为基态Li原子核外电子轨道表示式，故能量最低，A、B、C均为激发态，C中有2个电子处于2p能级上，能量最高。
15.【答案】(1)1s22s22p3 1
(2)第四周期第ⅤB族
(3)三 ⅠA 2 1s22s22p63s23p2或[Ne]3s23p2 (4)1s22s22p63s23p63d10或[Ar]3d10
(5)4 1s22s22p63s23p63d5或[Ar]3d5
(6)1s22s22p63s23p63d104s24p1或[Ar]3d104s24p1
(7)4 13 (8)1s22s22p63s23p63d5或[Ar]3d5
(9)34 3s23p63d10 (10)AC
【解析】(1)N元素的原子序数为7，基态原子的核外电子排布为1s22s22p3；Cu元素位于第四周期ⅠB族，基态原子核外电子排布为1s22s22p63s23p63d104s1，最外层有1个电子；(2)钒在元素周期表中的位置为第四周期ⅤB族，其价层电子排布式为3d34s2，根据洪特规则和泡利原理，价层电子的轨道表示式为：；(3)Na()元素位于元素周期表第三周期第ⅠA族；Si原子核外电子数为14，基态原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p2；(4)Cu为29号元素，基态原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s1，Cu＋的基态核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d10；(5)基态Fe原子核外电子排布为1s22s22p63s23p63d64s2，所以有4个未成对电子，失去2个4s电子、1个3d电子形成Fe3＋，其电子排布式为1s22s22p63s23p63d5；(7)铝原子核外电子云有s、p，分别有1、3种共4种伸展方向；其核外有13个电子，则有13种不同运动状态的电子；(8)Mn的核外电子数为25，基态Mn2＋的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d5或[Ar]3d5；(9)Se位于第四周期，与S的原子序数相差18，故其原子序数为34；其核外M层有18个电子，故M层的电子排布式为3s23p63d10；(10)L能层只有2s、2p能级，M能层只有3s、3p、3d能级，故选A、C。