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第1课时 基态原子的核外电子排布(基础课)
第1章 原子结构与元素性质
第2节 原子结构与元素周期表
素养目标 1．认识基态原子中核外电子的排布遵循能量最低原理、泡利不相容原理和洪特规则等。
2．知道原子核外电子的能级高低顺序，了解原子核外电子排布的构造原理。
3．能运用构造原理书写电子排布式，知道1～36号元素基态原子核外电子的排布。
旧知
回顾 1．核外电子排布的表示方法——原子结构示意图
旧知
回顾 2．1～20号元素的原子结构示意图。
必备知识 自主预习
一、基态原子的核外电子排布规律
1．基态原子的核外电子排布原则
原则 含义
能量最低原理 原子核外电子按轨道能量由__到__依次排列，使整个原子处于最低的能量状态
泡利不相容原理
低
高
两
两
原则 含义
洪特规则 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____的原子轨道并且自旋状态____
想一想 为什么每个电子层最多容纳2n2(n为电子层数)个电子？
提示：各电子层上的能级数＝电子层数(n)，根据泡利不相容原理，每个原子轨道最多只能容纳2个电子，所以每个电子层最多容纳2n2个电子。
不同
相同
2．电子排布式与轨道表示式
电子排布式 表示
方法 按照________原理对能级进行排序，进而在ns、np、nd等能级符号的右上角用数字表示出____的数目
图示
能量最低
电子
轨道表示式 表示
方法 用方框(或小圆圈、短线)表示一个________，用箭头“↑”或“↓”来区别________不同的电子
图示
原子轨道
自旋状态
练一练 写出下列基态原子的电子排布式：
O：_____________________________________________________；
Ne：____________________________________________________；
Na：____________________________________________________；
Cl：____________________________________________________。
1s22s22p4
1s22s22p6
1s22s22p63s1
1s22s22p63s23p5
3．构造原理
随着原子序数的递增，基态原子的“外层电子”在原子轨道上的排布顺序是1s、___、___、3s、___、___、3d、___、___、___、5p、6s……这一规律称为构造原理。
[注意] 电子填充时按构造原理进行，书写电子排布式时按电子层和能级顺序书写。
2s
2p
3p
4s
4p
5s
4d
二、19～36号元素基态原子的核外电子排布
1．写出以下几种元素基态原子的电子排布式
(1)19K：___________________________________________________；
(2)21Sc：__________________________________________________；
(3)24Cr：___________________________________________________；
(4)29Cu：__________________________________________________。
1s22s22p63s23p64s1
1s22s22p63s23p63d14s2
1s22s22p63s23p63d54s1
1s22s22p63s23p63d104s1
2．Cr、Cu基态原子的电子排布违反构造原理的解释
能量相同的原子轨道在______(如d10)、______(如d5)和____(如d0)状态时，体系的能量较低，原子较稳定。
3．价电子
(1)定义：最外能级组中那些有可能参与化学反应的电子。
(2)规律：主族元素价电子数____主族族序数。
(3)举例：写出下列基态原子的价电子排布式。
Na：____，Cl：________，Fe：________。
全充满
半充满
全空
等于
3s1
3s23p5
3d64s2
关键能力 情境探究
[情境探究]
多电子的基态原子核外电子在原子轨道上的排布顺序可表示为
正确理解基态原子核外电子排布的规律
1．基态原子核外电子在原子轨道上是先排3d轨道还是先排4s轨道？
提示：根据构造原理可知，电子在基态原子核外排布时，先排4s轨道再排3d轨道。
2．n值小的能级的轨道的能量一定小于n值大的能级的轨道的能量吗？
提示：不一定。电子层数、能级不同时，核外电子在外层分布时存在原子轨道能级交错现象，如E4s3．为什么原子核外最外层的电子不超过8个，次外层不超过18个？
提示：由于E(nd)>E[(n＋1)s]，当ns和np轨道电子排满时，多余的电子不是填入nd轨道，而是首先填入(n＋1)s轨道，因此最外层电子数不可能超过2＋6＝8。同理次外层由(n－1)s、(n－1)p和(n－1)d组成，所容纳的电子数不大于2＋6＋10＝18。
[归纳总结]
1．泡利不相容原理
泡利不相容原理可以简单叙述为一个原子轨道中最多只能容纳两个电子，并且这两个电子的自旋状态必须相反。
说明：a．排在同一轨道上的两个电子，自旋状态相反；而自旋状态相同的电子，必然处于不同的轨道上。即在同一原子中，没有运动状态完全相同的两个电子存在，原子核外有几个电子，就有几种运动状态。
b．根据泡利不相容原理我们可以推算出各电子层可以容纳的最多电子数。如下表所示：
电子层(n) K L M N …
能级 1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p 4d 4f …
原子
轨道数 1 1 3 1 3 5 1 3 5 7 …
1 4 9 16
电子数 2 8 18 32 …
2×12 2×22 2×32 2×42 …
在原子中，每个电子层最多可容纳2n2个电子，每个能级最多容纳的电子数是其所包含的原子轨道数的2倍。
特例：当同一能级上的电子排布为全充满(s2、p6、d10、f14)、半充满(s1、p3、d5、f7)和全空状态(p0、d0、f0)时，具有较低的能量和较大的稳定性，这称为洪特规则的特例。例如，铬(24Cr)的价电子排布式是3d54s1(3d、4s能级均为半充满)而不是3d44s2，基态铜(29Cu)原子的价电子排布式是3d104s1(3d全充满、4s半充满)而不是3d94s2等。
[能力达成]
1．下列有关氮原子的轨道表示式中违反洪特规则的是( )
√
√
A [A项，各能级能量的大小顺序为1s、2s、2p、3s、3p、4s……，ns电子的能量一定高于(n－1)p电子的能量，故A错误；B项，对于碳原子来说，2p能级有3个能量相同的原子轨道，最后2个电子应以自旋状态相同的方式分布在两个不同的2p轨道上，故B正确；C项，对于21Sc原子来说，最后3个电子应先排满4s轨道，再排3d轨道，应为1s22s22p63s23p63d14s2，故违反了能量最低原理，故C正确；D项，对于22Ti原子来说，3p能级共有3个轨道，最多可以排6个电子，如果排10个电子，则违反了泡利不相容原理，故D正确。]
3．各电子层排布电子的总数要遵循以下规律：①每层最多容纳2n2个电子；②原子最外层电子数≤8；③原子次外层电子数≤18。决定这3条规律的电子排布原则是( )
A．能量最低原理
B．泡利不相容原理
C．洪特规则
D．能量最低原理和泡利不相容原理
√
[问题探究]
1．基态钛原子的核外电子排布式如何表示？
明确核外电子排布的表示方法
提示：1s22s22p63s23p63d24s2。
2．基态钛原子的轨道表示式如何表示？
提示：
3．电子排布式和轨道表示式在描述核外电子运动状态方面有什么区别？
提示：电子排布式能够表示出每一个能级上的电子排布情况，轨道表示式除了能够表示出在每一个能级上电子的排布情况，还能表示出电子在该能级的原子轨道上的排布情况，因此轨道表示式比电子排布式更加具体形象。
结构示意图 意义 将每个电子层上的电子总数表示在原子核外的图示
实例
电子排布式 意义 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
[归纳总结]
简化电子排布式 意义 为了避免电子排布式书写过于烦琐，将内层电子达到稀有气体结构的部分以相应稀有气体的元素符号外加方括号表示
实例 K：[Ar]4s1
价电子排布式 意义 主族元素的价电子指最外层电子，价电子排布式即最外层电子排布式，副族元素还包括次外层的d电子及次外层的f电子
实例 Al：3s23p1
轨道表
示式 意义 每个方框代表一个原子轨道，每个箭头代表一个电子
实例
[能力达成]
1．下列基态原子的电子排布式或轨道表示式，正确的是( )
C．24Cr：[Ar]3d44s2
D．26Fe2+：[Ar]3d6
√
D [基态12Mg原子轨道表示式为 ，违反了泡利不相容原理，A错误；基态8O原子轨道表示式为 ，违反了洪特规则，B错误；铬是24号元素，其原子核外有24个电子，根据核外电子排布规律可知其基态核外电子排布式为[Ar]3d54s1或1s22s22p63s23p63d54s1，C错误；基态铁原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2，所以基态亚铁离子的核外电子排布式为[Ar]3d6，D正确。]
2．(双选)下列有关化学用语表示正确的是( )
A．K＋的结构示意图：
B．基态氧原子的轨道表示式为
C．水分子的电子式：
D．基态镍原子(28Ni)的电子排布式：1s22s22p63s23p63d84s2
√
√
BD [K＋的结构示意图为 ，A错误；根据核外电子排布规律可知基态氧原子的轨道表示式为 ，B正确；
水是共价化合物，含有共价键，水分子的电子式为 ，C错误；基态镍原子(28Ni)的电子排布式为1s22s22p63s23p63d84s2，D正确。]
3．A、B、C、D、E代表前四周期的五种元素，原子序数依次增大。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，
其轨道表示式为______________________。
(2)B元素的负一价离子的电子层结构与氩相同，B－的结构示意图为__________。
(3)C元素的正三价离子的3d能级为半充满，C的元素符号为_______，其基态原子的核外电子排布式为________________________。
(4)D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，D的元素符号为__________。
其基态原子的核外电子排布式为_______________________。
(5)E元素基态原子中没有未成对电子，E的核外电子排布式为
___________________________________________。
Fe
1s22s22p63s23p63d64s2
Cu
1s22s22p63s23p63d104s1
1s22s22p63s23p63d104s2或1s22s22p63s23p63d104s24p6
[解析] (1)基态原子的最外层有3个未成对电子，次外层有2个电子的元素为氮元素，其轨道表示式为 。(2)因为B－的电子层结构与氩相同，即核外电子数相同，所以B元素的质子数为18－1＝17，则B－为Cl－，其结构示意图为 。
(3)C元素的正三价离子的3d能级为半充满，C的元素符号为Fe，其基态原子的核外电子排布式：1s22s22p63s23p63d64s2。(4)D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，则D为Cu，其基态原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s1。(5)E元素基态原子中没有未成对电子，且E的原子序数在五种元素中最大，因此E元素为30号元素Zn或36号元素Kr，其核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s2或1s22s22p63s23p63d104s24p6。
方法技巧
离子的电子排布式的书写流程
离子的电子排布式在书写时应以原子的电子排布式为基础，首先根据构造原理，写出相应原子的电子排布式，再根据原子得失电子的情况做出相应的调整，写出相应的离子的电子排布式。 比如，基态钠原子的电子排布式为1s22s22p63s1当它失去一个电子时就变成钠离子，其电子排布式就变为1s22s22p6。
[教材链接]
[教材 活动·探究]
写出下列基态原子或离子的①电子排布式、②价电子轨道表示式、③电子的空间运动状态、④未成对电子数。
(1)Fe2+：①_____________________________，②________________，③____，④________。
(2)Se：①_____________________________________________，
②____________________，③_____，④_____。
1s22s22p63s23p63d6(或[Ar]3d6)
14
4
1s22s22p63s23p63d104s24p4(或[Ar]3d104s24p4)
18
2
(3)Br－：①______________________________________________，
②___________________，③________，④________。
[解析] (1)Fe是26号元素，其基态原子电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2，则基态Fe2+的电子排布式为1s22s22p63s23p63d6(或[Ar]3d6)；基态Fe2+的价电子排布式为3d6，价电子轨道表示式为 ；有14个轨道即电子的空间
运动状态有14种；3d6上有1对成对电子，有4个未成对电子。
1s22s22p63s23p63d104s24p6(或[Ar]3d104s24p6)
18
0
(2)Se为34号元素，其基态原子电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p4(或[Ar]3d104s24p4)，价电子排布式为4s24p4，价电子轨道表示式为 ；有18个轨道即电子的空间运动状态有18种；4p4上1对成对电子，有2个未成对电子。
(3)Br为35号元素，其基态原子电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p5(或[Ar]3d104s24p5)，则Br－的电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p6(或[Ar]3d104s24p6)，价电子排布式为4s24p6，价电子轨道表示式为 ；有18个轨道，即电子的空间运动状态有18种；4p6上都是成对电子，有0个未成对电子。
学习效果 随堂评估
1．下列各项叙述错误的是( )
A．若基态硫原子轨道表示式为
，则违反了泡利不相容原理
B．若21号Sc元素的基态原子电子排布式为1s22s22p63s23p63d3，则违反了构造原理
2
4
3
题号
1
C．基态铍原子的轨道表示式为 ，符合洪特规则和泡利不相容原理
D．原子的电子排布式由1s22s22p33s1→1s22s22p4能释放特定能量产生发射光谱
2
4
3
题号
1
A [根据洪特规则，填入简并轨道的电子总是优先单独分占不同的原子轨道并且自旋状态相同，该轨道表示式违反了洪特规则，A错误；根据构造原理，最后两个能级的电子应先填入4s轨道再填入3d轨道，该排布式违反了构造原理，B正确；铍元素原子序数为4，1s、2s能级均只有一个原子轨道，该轨道表示式符合洪特规则与泡利不相容原理，C正确；该变化表示电子从较高能量的激发态跃迁到基态，辐射能量，故会产生发射光谱，D正确。]
2
4
3
题号
1
2．下列关于价电子排布式为3s23p4的微粒描述正确的是( )
A．它的元素符号为O
B．它的核外电子排布式为1s22s22p63s23p4
C．它可与H2生成液态化合物
D．其基态原子轨道表示式为
2
3
题号
1
4
√
B [A项，根据价电子排布式可知该微粒的电子排布式为1s22s22p63s23p4，故该元素为硫元素；C项，S与H2化合生成气态氢化物H2S；D项，基态S原子轨道表示式应为
。]
2
3
题号
1
4
3．(双选)下面是第2周期部分元素基态原子的轨道表示式，下列说法一定错误的是( )
2
3
题号
4
1
A．每个原子轨道里最多只能容纳2个电子
B．电子排在同一能级的不同轨道上时，总是优先单独占据一个轨道
C．每个电子层所具有的能级数与该电子层数不相等
D．若一个原子轨道里有2个电子，则其自旋状态相同
2
3
题号
4
1
√
√
CD [由题给的四种元素基态原子的轨道表示式可知，在一个原子轨道里，最多只能容纳2个电子，A项正确；当电子排布在同一能级的不同轨道上时，总是优先单独占据一个轨道，即符合洪特规则，B项正确；任一电子层的能级总是从s能级开始，而且能级数等于该电子层数，C项错误；若一个原子轨道里有2个电子，则它们的自旋状态不同，D项错误。]
2
3
题号
4
1
4．回答下列问题：
(1)基态Ge原子有________个未成对电子。
(2)镍元素基态原子的3d能级上的未成对电子数为________。
(3)基态Fe原子有________个未成对电子。
(4)基态K原子中，核外电子占据最高电子层的符号是__________，占据该电子层电子的电子云图为________。
(5)基态Cu原子的价电子轨道表示式为_______________________。
2
4
3
题号
1
2
2
4
N
球形
[解析] (1)基态Ge原子价电子排布式为4s24p2，4p轨道有2个未成对电子。(2)Ni元素原子核外电子数为28，核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d84s2，3d能级上的未成对电子数为2。(3)26号元素Fe基态原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2，可知在3d上存在4个未成对电子。(4)K为19号元素，核外电子排布式为[Ar]4s1，占据的最高电子层为第4层，电子层符号为N，占据该电子层的电子为4s电子，电子云图为球形。(5)基态Cu原子价电子排布式为3d104s1，价电子轨道表示式为 。
2
4
3
题号
1第2节 原子结构与元素周期表
第1课时 基态原子的核外电子排布(基础课)
素养 目标 1．认识基态原子中核外电子的排布遵循能量最低原理、泡利不相容原理和洪特规则等。 2．知道原子核外电子的能级高低顺序，了解原子核外电子排布的构造原理。 3．能运用构造原理书写电子排布式，知道1～36号元素基态原子核外电子的排布。
旧知 回顾 1．核外电子排布的表示方法——原子结构示意图 2．1～20号元素的原子结构示意图。
一、基态原子的核外电子排布规律
1．基态原子的核外电子排布原则
原则 含义
能量最低原理 原子核外电子按轨道能量由低到高依次排列，使整个原子处于最低的能量状态
泡利不相容原理 一个原子轨道中最多只能容纳两个电子，且这两个电子的自旋状态不同，用表示
洪特规则 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
为什么每个电子层最多容纳2n2(n为电子层数)个电子？
提示：各电子层上的能级数＝电子层数(n)，根据泡利不相容原理，每个原子轨道最多只能容纳2个电子，所以每个电子层最多容纳2n2个电子。
2．电子排布式与轨道表示式
电子排布式 表示 方法 按照能量最低原理对能级进行排序，进而在ns、np、nd等能级符号的右上角用数字表示出电子的数目
图示
轨道表示式 表示 方法 用方框(或小圆圈、短线)表示一个原子轨道，用箭头“↑”或“↓”来区别自旋状态不同的电子
图示
写出下列基态原子的电子排布式：
O：__________________________________________________________________；
Ne：_________________________________________________________________；
Na：_________________________________________________________________；
Cl：__________________________________________________________________。
[答案] 1s22s22p4 1s22s22p6 1s22s22p63s1 1s22s22p63s23p5
3．构造原理
随着原子序数的递增，基态原子的“外层电子”在原子轨道上的排布顺序是1s、2s、2p、3s、3p、4s、3d、4p、5s、4d、5p、6s……这一规律称为构造原理。
[注意] 电子填充时按构造原理进行，书写电子排布式时按电子层和能级顺序书写。
二、19～36号元素基态原子的核外电子排布
1．写出以下几种元素基态原子的电子排布式
(1)19K：1s22s22p63s23p64s1；
(2)21Sc：1s22s22p63s23p63d14s2；
(3)24Cr：1s22s22p63s23p63d54s1；
(4)29Cu：1s22s22p63s23p63d104s1。
2．Cr、Cu基态原子的电子排布违反构造原理的解释
能量相同的原子轨道在全充满(如d10)、半充满(如d5)和全空(如d0)状态时，体系的能量较低，原子较稳定。
3．价电子
(1)定义：最外能级组中那些有可能参与化学反应的电子。
(2)规律：主族元素价电子数等于主族族序数。
(3)举例：写出下列基态原子的价电子排布式。
Na：3s1，Cl：3s23p5，Fe：3d64s2。
正确理解基态原子核外电子排布的 规律
多电子的基态原子核外电子在原子轨道上的排布顺序可表示为
1．基态原子核外电子在原子轨道上是先排3d轨道还是先排4s轨道？
提示：根据构造原理可知，电子在基态原子核外排布时，先排4s轨道再排3d轨道。
2．n值小的能级的轨道的能量一定小于n值大的能级的轨道的能量吗？
提示：不一定。电子层数、能级不同时，核外电子在外层分布时存在原子轨道能级交错现象，如E4s3．为什么原子核外最外层的电子不超过8个，次外层不超过18个？
提示：由于E(nd)>E[(n＋1)s]，当ns和np轨道电子排满时，多余的电子不是填入nd轨道，而是首先填入(n＋1)s轨道，因此最外层电子数不可能超过2＋6＝8。同理次外层由(n－1)s、(n－1)p和(n－1)d组成，所容纳的电子数不大于2＋6＋10＝18。
1．泡利不相容原理
泡利不相容原理可以简单叙述为一个原子轨道中最多只能容纳两个电子，并且这两个电子的自旋状态必须相反。
说明：a．排在同一轨道上的两个电子，自旋状态相反；而自旋状态相同的电子，必然处于不同的轨道上。即在同一原子中，没有运动状态完全相同的两个电子存在，原子核外有几个电子，就有几种运动状态。
b．根据泡利不相容原理我们可以推算出各电子层可以容纳的最多电子数。如下表所示：
电子层(n) K L M N …
能级 1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p 4d 4f …
原子 轨道数 1 1 3 1 3 5 1 3 5 7 …
1 4 9 16
电子数 2 8 18 32 …
2×12 2×22 2×32 2×42 …
在原子中，每个电子层最多可容纳2n2个电子，每个能级最多容纳的电子数是其所包含的原子轨道数的2倍。
2．洪特规则
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，这个规则称为洪特规则。通俗地说，洪特规则可以表述为电子总是先平行地分占能量相同的不同轨道(即同一能级上的轨道)。如基态碳原子的轨道表示式为，而不是，也不是。
特例：当同一能级上的电子排布为全充满(s2、p6、d10、f14)、半充满(s1、p3、d5、f7)和全空状态(p0、d0、f0)时，具有较低的能量和较大的稳定性，这称为洪特规则的特例。例如，铬(24Cr)的价电子排布式是3d54s1(3d、4s能级均为半充满)而不是3d44s2，基态铜(29Cu)原子的价电子排布式是3d104s1(3d全充满、4s半充满)而不是3d94s2等。
1．下列有关氮原子的轨道表示式中违反洪特规则的是( )
B [中，电子先排布在能量最低的轨道，然后依次进入能量较高的轨道，并且遵循洪特规则，A不符合题意；中，电子虽然占据2p能级中的3个轨道，但自旋状态不完全相同，违反了洪特规则，B符合题意；中，电子没有排满1s、2s轨道，就进入2p轨道，违反了能量最低原理，但没有违反洪特规则，C不符合题意；中，电子没有排满2s轨道，就进入2p轨道，只违反能量最低原理，D不符合题意。]
2．下列说法错误的是( )
A．ns电子的能量不一定高于(n－1)p电子的能量
B．基态6C的核外电子排布式违反了洪特规则
C．电子排布式(21Sc)1s22s22p63s23p63d3违反了能量最低原理
D．电子排布式(22Ti)1s22s22p63s23p10违反了泡利不相容原理
A [A项，各能级能量的大小顺序为1s、2s、2p、3s、3p、4s……，ns电子的能量一定高于(n－1)p电子的能量，故A错误；B项，对于碳原子来说，2p能级有3个能量相同的原子轨道，最后2个电子应以自旋状态相同的方式分布在两个不同的2p轨道上，故B正确；C项，对于21Sc原子来说，最后3个电子应先排满4s轨道，再排3d轨道，应为1s22s22p63s23p63d14s2，故违反了能量最低原理，故C正确；D项，对于22Ti原子来说，3p能级共有3个轨道，最多可以排6个电子，如果排10个电子，则违反了泡利不相容原理，故D正确。]
3．各电子层排布电子的总数要遵循以下规律：①每层最多容纳2n2个电子；②原子最外层电子数≤8；③原子次外层电子数≤18。决定这3条规律的电子排布原则是( )
A．能量最低原理
B．泡利不相容原理
C．洪特规则
D．能量最低原理和泡利不相容原理
[答案] D
明确核外电子排布的表示方法
1．基态钛原子的核外电子排布式如何表示？
提示：1s22s22p63s23p63d24s2。
2．基态钛原子的轨道表示式如何表示？
提示：
3．电子排布式和轨道表示式在描述核外电子运动状态方面有什么区别？
提示：电子排布式能够表示出每一个能级上的电子排布情况，轨道表示式除了能够表示出在每一个能级上电子的排布情况，还能表示出电子在该能级的原子轨道上的排布情况，因此轨道表示式比电子排布式更加具体形象。
结构示意图 意义 将每个电子层上的电子总数表示在原子核外的图示
实例
电子排布式 意义 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 意义 为了避免电子排布式书写过于烦琐，将内层电子达到稀有气体结构的部分以相应稀有气体的元素符号外加方括号表示
实例 K：[Ar]4s1
价电子排布式 意义 主族元素的价电子指最外层电子，价电子排布式即最外层电子排布式，副族元素还包括次外层的d电子及次外层的f电子
实例 Al：3s23p1
轨道表示式 意义 每个方框代表一个原子轨道，每个箭头代表一个电子
实例
1．下列基态原子的电子排布式或轨道表示式，正确的是( )
C．24Cr：[Ar]3d44s2
D．26Fe2+：[Ar]3d6
D [基态12Mg原子轨道表示式为，违反了泡利不相容原理，A错误；基态8O原子轨道表示式为，违反了洪特规则，B错误；铬是24号元素，其原子核外有24个电子，根据核外电子排布规律可知其基态核外电子排布式为[Ar]3d54s1或1s22s22p63s23p63d54s1，C错误；基态铁原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2，所以基态亚铁离子的核外电子排布式为[Ar]3d6，D正确。]
2．(双选)下列有关化学用语表示正确的是( )
A．K＋的结构示意图：
B．基态氧原子的轨道表示式为
C．水分子的电子式：
D．基态镍原子(28Ni)的电子排布式：1s22s22p63s23p63d84s2
BD [K＋的结构示意图为，A错误；根据核外电子排布规律可知基态氧原子的轨道表示式为，B正确；水是共价化合物，含有共价键，水分子的电子式为，C错误；基态镍原子(28Ni)的电子排布式为1s22s22p63s23p63d84s2，D正确。]
3．A、B、C、D、E代表前四周期的五种元素，原子序数依次增大。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，其轨道表示式为____________________________________________________________。
(2)B元素的负一价离子的电子层结构与氩相同，B－的结构示意图为________________。
(3)C元素的正三价离子的3d能级为半充满，C的元素符号为________，其基态原子的核外电子排布式为________________________。
(4)D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，D的元素符号为_______________________________________________。
其基态原子的核外电子排布式为______________。
(5)E元素基态原子中没有未成对电子，E的核外电子排布式为________________________。
[解析] (1)基态原子的最外层有3个未成对电子，次外层有2个电子的元素为氮元素，其轨道表示式为。(2)因为B－的电子层结构与氩相同，即核外电子数相同，所以B元素的质子数为18－1＝17，则B－为Cl－，其结构示意图为?。
(3)C元素的正三价离子的3d能级为半充满，C的元素符号为Fe，其基态原子的核外电子排布式：1s22s22p63s23p63d64s2。(4)D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，则D为Cu，其基态原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s1。(5)E元素基态原子中没有未成对电子，且E的原子序数在五种元素中最大，因此E元素为30号元素Zn或36号元素Kr，其核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s2或1s22s22p63s23p63d104s24p6。
[答案] (1)
(2)
(3)Fe 1s22s22p63s23p63d64s2
(4)Cu 1s22s22p63s23p63d104s1
(5)1s22s22p63s23p63d104s2或
1s22s22p63s23p63d104s24p6
离子的电子排布式的书写流程
离子的电子排布式在书写时应以原子的电子排布式为基础，首先根据构造原理，写出相应原子的电子排布式，再根据原子得失电子的情况做出相应的调整，写出相应的离子的电子排布式。 比如，基态钠原子的电子排布式为1s22s22p63s1当它失去一个电子时就变成钠离子，其电子排布式就变为1s22s22p6。
[教材 活动·探究]
写出下列基态原子或离子的①电子排布式、②价电子轨道表示式、③电子的空间运动状态、④未成对电子数。
(1)Fe2+：①________，②________，③_______________，④________。
(2)Se：①________，②________，③_________________，④________。
(3)Br－：①________，②________，③_____________，④________。
[解析] (1)Fe是26号元素，其基态原子电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2，则基态Fe2+的电子排布式为1s22s22p63s23p63d6(或[Ar]3d6)；基态Fe2+的价电子排布式为3d6，价电子轨道表示式为；有14个轨道即电子的空间运动状态有14种；3d6上有1对成对电子，有4个未成对电子。
(2)Se为34号元素，其基态原子电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p4(或[Ar]3d104s24p4)，价电子排布式为4s24p4，价电子轨道表示式为 ；有18个轨道即电子的空间运动状态有18种；4p4上1对成对电子，有2个未成对电子。
(3)Br为35号元素，其基态原子电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p5(或[Ar]3d104s24p5)，则Br－的电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p6(或[Ar]3d104s24p6)，价电子排布式为4s24p6，价电子轨道表示式为；有18个轨道，即电子的空间运动状态有18种；4p6上都是成对电子，有0个未成对电子。
[答案] (1)1s22s22p63s23p63d6(或[Ar]3d6)
14 4
(2)1s22s22p63s23p63d104s24p4(或[Ar]3d104s24p4)
18 2
(3)1s22s22p63s23p63d104s24p6(或[Ar]3d104s24p6)
18 0
1．下列各项叙述错误的是( )
A．若基态硫原子轨道表示式为
，则违反了泡利不相容原理
B．若21号Sc元素的基态原子电子排布式为1s22s22p63s23p63d3，则违反了构造原理
C．基态铍原子的轨道表示式为，符合洪特规则和泡利不相容原理
D．原子的电子排布式由1s22s22p33s1→1s22s22p4能释放特定能量产生发射光谱
A [根据洪特规则，填入简并轨道的电子总是优先单独分占不同的原子轨道并且自旋状态相同，该轨道表示式违反了洪特规则，A错误；根据构造原理，最后两个能级的电子应先填入4s轨道再填入3d轨道，该排布式违反了构造原理，B正确；铍元素原子序数为4，1s、2s能级均只有一个原子轨道，该轨道表示式符合洪特规则与泡利不相容原理，C正确；该变化表示电子从较高能量的激发态跃迁到基态，辐射能量，故会产生发射光谱，D正确。]
2．下列关于价电子排布式为3s23p4的微粒描述正确的是( )
A．它的元素符号为O
B．它的核外电子排布式为1s22s22p63s23p4
C．它可与H2生成液态化合物
D．其基态原子轨道表示式为
B [A项，根据价电子排布式可知该微粒的电子排布式为1s22s22p63s23p4，故该元素为硫元素；C项，S与H2化合生成气态氢化物H2S；D项，基态S原子轨道表示式应为。]
3．(双选)下面是第2周期部分元素基态原子的轨道表示式，下列说法一定错误的是( )
A．每个原子轨道里最多只能容纳2个电子
B．电子排在同一能级的不同轨道上时，总是优先单独占据一个轨道
C．每个电子层所具有的能级数与该电子层数不相等
D．若一个原子轨道里有2个电子，则其自旋状态相同
CD [由题给的四种元素基态原子的轨道表示式可知，在一个原子轨道里，最多只能容纳2个电子，A项正确；当电子排布在同一能级的不同轨道上时，总是优先单独占据一个轨道，即符合洪特规则，B项正确；任一电子层的能级总是从s能级开始，而且能级数等于该电子层数，C项错误；若一个原子轨道里有2个电子，则它们的自旋状态不同，D项错误。]
4．回答下列问题：
(1)基态Ge原子有________个未成对电子。
(2)镍元素基态原子的3d能级上的未成对电子数为________。
(3)基态Fe原子有________个未成对电子。
(4)基态K原子中，核外电子占据最高电子层的符号是__________，占据该电子层电子的电子云图为________。
(5)基态Cu原子的价电子轨道表示式为________。
[解析] (1)基态Ge原子价电子排布式为4s24p2，4p轨道有2个未成对电子。(2)Ni元素原子核外电子数为28，核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d84s2，3d能级上的未成对电子数为2。(3)26号元素Fe基态原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2，可知在3d上存在4个未成对电子。(4)K为19号元素，核外电子排布式为[Ar]4s1，占据的最高电子层为第4层，电子层符号为N，占据该电子层的电子为4s电子，电子云图为球形。(5)基态Cu原子价电子排布式为3d104s1，价电子轨道表示式为。
[答案] (1)2 (2)2 (3)4 (4)N 球形
(5)
课时分层作业(三) 基态原子的核外电子排布
(选择题只有一个选项符合题目要求)
1．d轨道中电子排布成 而不是排布成 ，其最直接的根据是( )
A．洪特规则 B．泡利不相容原理
C．能量最低原则 D．能量守恒原理
A [依据洪特规则可知，多个电子排布在同一个能级，先分占不同的轨道且自旋状态相同，d轨道中电子排布成而不是排布成，最直接的依据是洪特规则。]
2．下列原子中，未成对电子数最多的是( )
A．16S B．35Br
C．24Cr D．15P
C [写出各项基态原子的价电子轨道表示式进行判断。
16S：，未成对电子数为2；
35Br：，未成对电子数为1；
24Cr：，未成对电子数为6；
15P：，未成对电子数为3。]
3．下列Si原子的价电子轨道表示式表示的状态中，能量最高的是( )
D [A项中的价电子的轨道表示式是基态Si原子的，不符合题意；B项中的价电子的轨道表示式也是基态的，但是3p轨道的两个电子自旋状态不同，不符合洪特规则，不符合题意；C项中的一个电子由3s轨道跃迁至3p轨道，D项中两个电子由3s轨道跃迁至3d轨道，故二者相比，C项表示的状态能量较低，C不符合题意，D符合题意。]
4．短周期元素R基态原子最外层的p能级上有2个未成对电子。下列关于基态R原子的描述一定正确的是( )
A．基态R原子的原子轨道总数为9
B．基态R原子的价电子排布式为ns2np2(n＝2或3)
C．基态R原子核外电子的电子云图有两种：球形和哑铃形
D．基态R原子的轨道表示式为
C [A．由“短周期元素R基态原子最外层的p能级上有2个未成对电子”可知，可能有两种情况：第一：p能级上只有2个电子，R为Ⅳ A族元素，C或Si；第二：p能级上有4个电子，R为Ⅵ A族元素，O或S，所以基态R原子的原子轨道总数为4或8或5或9，A错误；B．基态R原子的价电子排布式为ns2np2(n＝2或3)或ns2np4(n＝2或3)，B错误；C．基态R原子核外所处能级是s和p，所以电子的电子云图有两种：球形和哑铃形，C正确；D．基态R原子有四种可能，所以轨道表示式有四种，D错误。]
5．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．基态Co2+的电子排布式为[Ar]3d54s2
B．Co位于元素周期表第9列
C．它位于元素周期表的第4周期ⅡA族
D．它的基态原子核外电子排布式为[Ar]4s2
B [周期表中27号元素钴的方格中注明“3d74s2”，可知原子核外有4个电子层，应位于第4周期，由题可知原子序数比Fe大1，位于Ⅷ族，应位于第9列。A．基态Co2+的电子排布式为[Ar]3d7，故A错误；B．钴元素位于Ⅷ族，应位于元素周期第9列，故B正确；C．钴元素位于第4周期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。]
6．已知三种微粒(原子或离子)：
微粒 电子排布式
11X 1s22s22p6
19Y 1s22s22p63s23p6
20Z 1s22s22p63s23p6
若将上述三种微粒归为同一类，下列微粒中也可归为此类的是 ( )
C [11X、19Y、20Z都是金属阳离子。分析A～D微粒结构示意图的核电荷数和核外电子排布的关系可知，A和D是原子，B是阴离子，C是金属阳离子。]
7．第4周期元素的基态原子中，4s能级只有1个电子的共有( )
A．1种 B．2种
C．3种 D．4种
C [4s能级只有1个电子，即4s1，该原子4s能级未填满，情况之一是按照构造原理的能级顺序正常填充的结果：1s22s22p63s23p64s1，为K元素；情况之二是按照洪特规则的特例，即原子轨道处于全充满、半充满或全空时能量最低填充的结果，有1s22s22p63s23p63d54s1、，分别为Cr元素和Cu元素，所以第4周期元素的基态原子中，4s能级中只有1个电子的共有3种，故C正确。]
8．As4S4俗称雄黄，下列有关As原子叙述错误的是( )
A．As原子核外有8种不同能量的电子
B．As原子核外有18种空间运动状态的电子
C．As原子核外有33种不同运动状态的电子
D．As原子核外有5个未成对电子
D [As是33号元素，基态原子的核外电子排布式为[Ar]3d104s24p3，为ⅤA族元素。A．核外电子分布于8个不同的能级，则有8种不同的能量的电子，选项A正确；B．33个电子位于18个轨道，有18种空间运动状态，选项B正确；C．原子核外有33个电子，电子的运动状态各不相同，选项C正确；D．As为ⅤA族元素，价电子排布式为4s24p3，原子核外有3个未成对电子，选项D错误。]
9．按要求完成下列填空：
(1)核内有10个质子的原子的结构示意图：________________；
(2)核外有10个电子的一价阴离子的结构示意图：________________；
(3)核外有18个电子的二价阳离子的结构示意图：________________；
(4)基态P原子核外电子排布式： _______________________________________；
(5)基态As原子的价电子轨道表示式为___________________________________；
(6)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________；
(7)某元素基态原子是第4周期未成对电子最多的，该元素符号是________。
[解析] (1)核内有10个质子的原子是氖原子，结构示意图为；(2)核外有10个电子的一价阴离子是氟离子，结构示意图为；(3)核外有18个电子的二价阳离子是钙离子，结构示意图为；(4)基态P原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p3；(5)基态As原子的价电子轨道表示式为；(6)某元素基态原子N层只有2个电子，M层全充满，该元素原子核外有30个电子，元素名称是锌；(7)第4周期未成对电子最多的原子是铬原子，元素符号Cr。
[答案] (1) (2) (3)
(4)1s22s22p63s23p3
(5)
(6)锌
(7)Cr
10．已知X、Y、Z、W、Q、R、E七种元素中，原子序数X元素 结构或性质信息
X 原子的L层上s电子数等于p电子数
Y 元素的原子最外层电子排布式为nsnnpn+1
Z 单质在常温、常压下是气体，原子的M层上有1个未成对的p电子
W 元素的正一价离子的电子层结构与氩相同
Q 元素的核电荷数为Y和Z之和
R 元素的正三价离子的3d能级为半充满
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
请根据信息回答有关问题：
(1)元素X的原子核外共有________种不同运动状态的电子，有________种不同能量的电子。
(2)Q的基态原子核外电子排布式为_________________________，R的元素符号为________，E元素基态原子的价电子排布式为________。
(3)含有元素W的盐的焰色试验为________色，许多金属盐都可以发生焰色试验，其原因是____________________________________________________________
_____________________________________________________________________。
[解析] (1)X元素原子的L层上s电子数等于p电子数，即其核外电子排布式为1s22s22p2，故X为碳元素，其原子核外共有6种不同运动状态的电子，有3种不同能量的电子。
(2)Z元素原子的M层上有1个未成对的p电子，可能为Al或Cl，单质在常温、常压下是气体的只有Cl元素，故Z为Cl元素，Q为Cr元素，基态原子电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s1(或)；R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，即为26号元素Fe；根据题意要求，E元素基态原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s1(或[Ar]3d104s1)，该元素为29号元素Cu，其基态原子的价电子排布式为3d104s1。
[答案] (1)6 3
(2)1s22s22p63s23p63d54s1(或[Ar]3d54s1) Fe 3d104s1
(3)浅紫 电子从能量较高的轨道跃迁到能量较低的轨道时，以光的形式辐射能量，发出不同颜色的光
(选择题有一个或两个选项符合题目要求)
11．X、Y、Z、W是原子序数依次增大的前四周期元素，基态X原子的价电子排布式为nsnn pn，基态Y原子的未成对电子数为2，基态Z原子的M电子层电子只有1种自旋状态，W3+的3d轨道处于半充满状态，下列说法错误的是( )
A．Y与X、Z元素均能形成常见的两种化合物
B．由X、Y、Z三种元素形成的化合物，其水溶液可能呈酸性
C．基态W原子的未成对电子数为3
D．XY2中的各原子均满足8电子稳定结构
BC [X、Y、Z、W是原子序数依次增大的前四周期元素，基态X原子的价电子排布式为nsnn pn，则X的价层电子排布式为2s22p2，其为碳元素；基态Z原子的M电子层电子只有1种自旋状态，则其价电子排布式为3s1，其为钠元素；基态Y原子的未成对电子数为2，则其价电子排布式为2s22p4，其为氧元素；W3+的3d轨道处于半充满状态，则基态W原子的价电子排布式为3d64s2，其为铁元素；即X、Y、Z、W分别为C、O、Na、Fe。
A．Y与X、Z元素均能形成常见的两种化合物CO、CO2、Na2O、Na2O2，A正确；B．由X、Y、Z三种元素形成的化合物，可能为Na2CO3、Na2C2O4等，它们都为强碱弱酸盐，其水溶液都呈碱性，B错误；C．基态W原子的价电子排布式为3d64s2，未成对电子数为4，C错误；D．XY2为CO2，电子式为，各原子均满足8电子稳定结构，D正确。]
12．某种荧光粉的主要成分为3Z3(YW4)2·ZX2。已知：W、X、Y、Z为原子序数依次增大的前20号元素，其原子序数满足：3X＋W＝Y＋Z。其中，W元素基态原子的价电子排布式是nsnn p2n，X无正化合价，Y的单质有多种同素异形体，其中一种着火点较低，容易自燃。下列说法正确的是( )
A．原子半径：Y>X>W
B．最简单气态氢化物的稳定性：W>X
C．Y的最高价氧化物对应的水化物为中强酸
D．X和Z的单质都能与水反应生成气体
CD [W元素基态原子的价电子排布式是2s22p4，故W为氧元素，X无正化合价，故X为氟元素，Y的单质有多种同素异形体，其中一种着火点较低，容易自燃，故Y为磷元素，且3X＋W＝Y＋Z，综上所述，W、X、Y、Z四种元素分别为O、F、P、Ca。
A．同一周期主族元素原子半径从左到右依次减小，同一主族原子半径从上到下依次增大，故原子半径：P>O>F，A错误；B．非金属性越强，最简单气态氢化物的稳定性越强，稳定性：HF>H2O，B错误；C．P的最高价氧化物对应的水化物为H3PO4，属于中强酸，C正确；D．F2与水反应生成HF和O2，Ca与水反应生成氢氧化钙和氢气，二者均可以与水反应生成气体，D正确。]
13．有A、B、C、D四种短周期主族元素，它们的原子序数依次增大，其中A元素原子核外仅有一个非空原子轨道，也是宇宙中最丰富的元素；B元素原子核外p电子数比s电子数少1；C为金属元素且原子核外p电子数和s电子数相等；D元素的原子核外所有p轨道为全充满或半充满状态。
(1)写出四种元素的元素符号：A_________________________________________、
B__________、C__________、D__________。
(2)写出C、D两种元素基态原子的轨道表示式：
C_________________________________________________________________、
D_________________________________________________________________。
(3)写出B、C两种元素的单质在一定条件下反应的化学方程式：_____________________________________________________________________。
(4)B元素的单质的电子式为________，其最简单氢化物的电子式为________。
[解析] A是宇宙中最丰富的元素，且原子核外仅有一个非空原子轨道，则A为氢元素；B元素基态原子的核外电子排布式为1s22s22p3，则B为氮元素；C元素基态原子的核外电子排布式为1s22s22p63s2，则C为镁元素；D元素基态原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p3，则D为磷元素。
[答案] (1)H N Mg P
(3)N2＋3MgMg3N2
(4)
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