第一章 第一节 第3课时
一、选择题(每小题只有1个选项符合题意)
1．以下对核外电子运动状况的描述正确的是( )
A．电子的运动与行星相似，围绕原子核在固定的轨道上高速旋转
B．能量低的电子只能在s轨道上运动，能量高的电子总是在f轨道上运动
C．能层序数越大，s原子轨道的半径越小
D．在同一能级上运动的电子，其运动状态肯定不同
答案：D
解析：电子运动不是围绕原子核在固定的轨道上高速旋转，只是在某个区域出现的概率大些，故A错误；能量高的电子也可以在s轨道上运动，如7s轨道上的电子能量也很高，比4f能量还高，故B错误；能层序数越大，电子离原子核越远，所以能层序数越大，s轨道上的电子距离原子核越远，则s原子轨道的半径越大，故C错误；同一能级上的同一轨道上最多排2个电子，两个电子的自旋方向不同，则其运动状态肯定不同，所以在同一能级上运动的电子，其运动状态肯定不同，故D正确。
2．(2023·盐城高二检测)原子的第四能层填充有2个电子的元素种数为( D )
A．1种 B．10种
C．11种 D．9种
答案：D
解析：第四能层填充有2个电子，即4s2，则第3能层一定填充了3s23p6，但由于3d在4s后面填充，所以3d可能没有电子，也可能填满了电子，即从3d0到3d10均可能，但是不存在3d44s2和3d94s2，所以总共有9种。
3．在d轨道中电子排布成，而不排布成，遵循的是( D )
A．能量最低原理 B．泡利原理
C．原子轨道构造原理 D．洪特规则
答案：D
解析：洪特规则表明，当电子排布在同一能级的不同轨道时，基态原子中的电子总是优先单独占据一个轨道，而且自旋状态相同。
4．(2024·济宁高二检测)下列说法正确的是( B )
A．概率密度的大小体现了电子数目的多少
B．核外电子的运动规律与普通物体不同，不能用牛顿运动定律来解释
C．基态P原子的2p电子的电子云和3p电子的电子云均为哑铃形，所以完全相同
D．氢原子的电子云图像一定不可能为哑铃形
答案：B
解析：电子云表示电子在原子核外空间某处出现概率的大小，A错误；原子核外电子运动不同于宏观物体，所以不能用牛顿运动定律来解释，B正确；基态P原子的2p电子的电子云和3p电子的电子云均为哑铃形，但大小不同，C错误；基态氢原子的电子处于1s轨道，电子云形状为球形，但若发生跃迁进入p、d等其他能级，则电子云的形状将发生改变，D错误。
5．(2024·临川高二检测)下列有关原子核外电子的能量与运动状态的说法正确的是( B )
A．在同一原子中，2p、3p、4p……能级的原子轨道数依次增多
B．在同一能级上运动的电子，其能量一定相同
C．氢的K层和Na的M层均只有一个电子，所以氢的K层和Na的M层轨道数目相同
D．在同一原子中，1s、2s、3s、4s……能级的原子轨道的平均半径相同
答案：B
解析：在同一原子中，无论是2p、3p还是4p能级都有三个互相垂直的原子轨道，A项错误；决定电子能量的是能层和能级，也就是说，处于同一能层相同能级上的电子，即使处在不同的原子轨道上，其能量也是相同的，B项正确；虽然氢的K层和Na的M层均只有一个电子，但K和M层的轨道数目不相等，分别为1个和9个，C项错误；虽然s能级上的原子轨道的形状都是球形，但按照1s、2s、3s、4s……的顺序，电子的能量依次增大，电子在离核更远的区域出现的概率逐渐增大，电子云向更大的空间扩展，原子轨道的平均半径逐渐增大，D项错误。
6．某原子核外电子排布为ns2np7，它违背了( A )
A．泡利原理 B．能量最低原理
C．洪特规则 D．洪特规则特例
答案：A
解析：p能级有三个轨道，据泡利不相容原理，每个轨道最多排2个电子，故p能级最多排6个电子，不可能排7个，故违背泡利原理。
7．下面是第二周期部分元素基态原子的电子排布图，据此下列说法错误的是( D )
A．每个原子轨道里最多只能容纳2个电子
B．电子排在同一能级时，总是优先单独占据一个轨道
C．每个能层所具有的能级数等于能层的序数(n)
D．若同一能级的原子轨道里有2个电子，则其自旋状态一定相反
答案：D
解析：由题给的四种元素原子的电子排布图可知，在一个原子轨道里，最多只能容纳2个电子，即符合泡利原理，A正确；当电子排布在同一能级的不同轨道时，总是优先单独占据一个轨道，即符合洪特规则，B正确；任一能层的能级总是从s能级开始，而且能级数等于该能层序数，C正确；若在一个原子轨道里有2个电子，则它们的自旋状态相反，若在同一能级的不同轨道里有2个电子，则自旋状态相同，故D错误。
8．下列说法错误的是( A )
A．ns电子的能量不一定高于(n－1)p电子的能量
B．6C的电子排布式1s22s22p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违反了泡利原理
答案：A
解析：A项，各能级能量由低到高的顺序为1s、2s、2p、3s、3p、4s、3d、4p、5s……，ns电子的能量一定高于(n－1)p电子的能量；B项，对于C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排布在两个不同的2p轨道上，违反了洪特规则；C项，根据轨道能量高低顺序可知E(4s)9．对于基态原子电子排布规则，以下表述正确的是( D )
A．按洪特规则每个电子层的电子容量为2n2个
B．当轨道处于全充满状态时，原子较稳定，故35Br的电子排布式为[Ar]3d104s14p6
C．原子中核外电子的排布是根据三规则提出的而非自然形成的
D．能量最低原理解决了电子在不同电子层中的排布顺序问题
答案：D
解析：泡利不相容原理确定了每个电子层最多容纳2n2个电子，A错误；溴原子核外电子排布为[Ar]3d104s24p5，B错误；原子核外电子的排布是自然形成的，人们经过研究发现核外电子的排布呈现一定的规律，C错误。
10．(2023·张家口高二检测)下列叙述正确的是( A )
A．各能级的原子轨道数按s、p、d、f的顺序分别为1、3、5、7
B．各能层的能级都是从s能级开始到f能级结束
C．钾的M层有8个电子，所以钾的M层有4个轨道
D．各能层含有的原子轨道数为2n2
答案：A
解析：各能级的原子轨道数取决于原子轨道在空间的分布情况，s、p、d、f能级分别含有1、3、5、7个原子轨道，A正确；各能层的能级都是从s能级开始，但能级数等于能层序数，不一定到f能级结束，B不正确；钾的M层虽然只有8个电子，但是含有的轨道数目为9个，C不正确；各能层含有的原子轨道数为n2个，D不正确。
11．下列说法或化学用语表达正确的是( D )
A．s能级的原子轨道呈球形，处在该轨道上的电子只能在球壳内运动
B．p能级的原子轨道呈哑铃形，随着能层的增加，p能级原子轨道也在增多
C．某原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s1，属于激发态
D．Fe2＋的电子排布式为1s22s22p63s23p63d6
答案：D
解析：s能级的原子轨道呈球形，处在该轨道上的电子除在球壳内运动，还在球壳外运动，只是在球壳外运动概率较小，故A错误；p能级含有3个原子轨道，不同能层上的p能级含有的轨道数相同，故B错误；当轨道中的电子处于半满或全满状态时，能量较低，属于稳定状态，所以某原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s1处于低能态，故C错误；Fe为26号元素，原子核外有26个电子，Fe原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d62s2，失去2个电子形成Fe2＋，则Fe2＋的电子排布式为1s22s22p63s23p63d6，故D正确。
12．关于电子云的叙述不正确的是( B )
A．电子云是用小点的疏密程度来表示电子在空间出现概率密度大小的图形
B．电子云实际是电子运动形成的类似云一样的图形
C．小点密集的地方电子在那里出现的概率密度大
D．轨道不同，电子云的形状也不一样
答案：B
解析：用统计的方法描述电子在核外空间出现的概率密度大小的图形称为电子云；常用小点的疏密程度来表示电子在原子核外出现的概率密度的大小。小点密集的地方，表示电子在那里出现的概率密度大，小点稀疏的地方，表示电子在那里出现的概率密度小。
二、非选择题
13．下表列出了核电荷数为21～25的元素的最高正价，回答下列问题：
元素名称 钪 钛 钒 铬 锰
元素符号 Sc Ti V Cr Mn
核电荷数 21 22 23 24 25
最高正价 ＋3 ＋4 ＋5 ＋6 ＋7
(1)写出下列元素基态原子的核外电子排布式：
Sc：_________________________________。
Ti：_________________________。
V：_________________________。
Mn：_________________________。
(2)已知基态铬原子的核外电子排布式是1s22s22p63s23p63d54s1，其并未严格按照基态原子核外电子在原子轨道上的排布顺序进行排布，为什么核外电子这样排布呢？___________________________。
(3)对比上述五种元素原子的核外电子排布与元素的最高正价，你发现的规律是___________________________________。
答案：(1)1s22s22p63s23p63d14s2(或[Ar]3d14s2) 1s22s22p63s23p63d24s2(或[Ar]3d24s2) 1s22s22p63s23p63d34s2(或[Ar]3d34s2) 1s22s22p63s23p63d54s2(或[Ar]3d54s2)
(2)由洪特规则的特例可知，能量相同的原子轨道半充满状态一般比较稳定
(3)五种元素的最高正价数值等于各元素基态原子的最外层s轨道上的电子和次外层d轨道上的电子数目之和
解析：(1)根据原子序数和基态原子核外电子排布原则可以写出4种元素原子的核外电子排布式。
(2)由洪特规则的特例可知，能量相同的原子轨道全充满、半充满或全空的状态一般比较稳定。
(3)由最高正价数值与对应的核外电子排布式，可以得出21～25号元素最高正价数值等于各元素基态原子的最外层s轨道上的电子和次外层d轨道上的电子数目之和。
14．推导下列元素，回答有关问题：
(1)具有1个4p电子的元素为___________(写元素名称，下同)，简化电子排布式为_______________。
(2)N层只有1个电子的主族元素是_______________________，其氯化物的焰色反应呈_______________________色，其原子核外有_________________种不同运动状态的电子。
(3)3d能级全充满，4s能级只有1个电子的元素为_____________，原子序数为_____________。
(4)离子M2＋的3d轨道中有5个电子，则M原子的最外层电子数和未成对电子数分别为___________和_____________。
(5)原子序数小于36的元素X和Y，在周期表中既处于同一周期又位于同一族，且Y的原子序数比X大2，则Y的基态原子的价电子排布式是_____________，X在参与化学反应时，1个原子失去的电子数为_____________。
答案：(1)镓 [Ar]3d104s24p1 (2)钾 (浅)紫 19 (3)铜 29 (4)2 5 (5)3d84s2 2个或3个
解析：既处于同一周期又位于同一族的元素在第Ⅷ族。则X和Y分别为Fe和Ni。
15．下表为元素周期表中第四周期的部分元素(从左到右按原子序数递增排列)，根据要求回答下列各小题：
K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge
(1)在以上元素的基态原子的电子排布中，4s轨道只有1个电子的元素有_____________(填元素名称)。
(2)写出Cr3＋的电子排布式：_______________________________。
(3)前四周期元素中，基态原子中未成对电子数与其所在周期数相同的元素有___________种。
答案：(1)钾、铬、铜 (2)1s22s22p63s23p63d3(或[Ar]3d3) (3)5
解析：(1)由核外电子排布轨道能量顺序可知，4s轨道只有1个电子，则3d轨道可能为0(全空)、5(半充满)、10(全充满)，则有1s22s22p63s23p64s1、1s22s22p63s23p63d54s1、1s22s22p63s23p63d104s1，分别为钾、铬、铜。
(2)Cr失去3个电子生成Cr3＋，则电子排布式为1s22s22p63s23p63d3或[Ar]3d3。
(3)分周期一一讨论，第一周期中基态原子中未成对电子数为1个的是氢原子，第二周期中基态原子中未成对电子数为2个的可以是1s22s22p2或1s22s22p4，是碳原子或氧原子，第三周期中基态原子中未成对电子数为3个的可以是1s22s22p63s23p3，是磷原子，第四周期中基态原子中未成对电子数为4个的只能是过渡元素，符合条件的只有铁原子，其核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2，因此共有5种元素符合题意。
16．(2024·晋中高二检测)根据相关物质结构理论，回答下列问题：
(1)以下列出的是一些原子的2p能级和3d能级中电子排布图及Sc的电子排布式。试判断，违反了泡利原理的是_________，违反了洪特规则的是_________，违反了能量最低原理的是___________。
⑤(21Sc)1s22s22p63s23p63d3
(2)某种原子的结构示意图为。则该原子的核电荷数x取值范围为_____________。
(3)铁元素常见的离子有Fe2＋和Fe3＋，稳定性Fe2＋___________Fe3＋(填“大于”或“小于”)，原因是_______________。
答案：(1)② ③ ⑤ (2)20≤x≤30 (3)小于
Fe2＋的价电子排布式为3d6，Fe3＋的价电子排布式为3d5，Fe3＋的3d能级为半满状态较稳定
解析：(1)①，电子排布正确；
②，违反了两电子在一个轨道内自旋状态相反的原理，即泡利原理；
③，违反了电子要优先单独占据一个轨道的原理，即洪特规则；
④，书写正确；
⑤(21Sc)1s22s22p63s23p63d3，电子排布应3p排布完后先排4s能级，未遵循能量最低原理。
(2)某种原子的结构示意图为。若该原子的第三层为8个电子，则x＝20，若第三层排满18个电子，则x＝30。
(3)铁元素常见的离子有Fe2＋和Fe3＋，Fe2＋的3d能级有6个电子，Fe3＋的3d能级半满，更稳定，故稳定性Fe2＋小于Fe3＋。
17．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)3===NaAlO2＋2H2O 3HCl＋Al(OH)3===AlCl3＋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。
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第一章 原子结构与性质
第一节 原子结构
第3课时 泡利原理、洪特规则、能量最低原理
1．能从原子微观层面理解原子的组成、结构等。能根据核外电子的三条规则熟知核外电子排布的表示方法。
2．能根据核外电子的表示方法，推导出对应的原子或离子。
1．泡利原理
在一个原子轨道里，最多只能容纳____个电子，它们的自旋______，常用上下箭头(↑和↓)表示自旋相反的电子。
2．电子排布的轨道表示式(电子排布图)
在轨道表示式中，用方框(也可用圆圈)表示原子轨道。O的轨道表示式如下：
原子核外电子的排布规则
2
相反
回答下列问题：
(1)简并轨道：_____________________。
(2)电子对：___________________________________________。
(3)单电子(或未成对电子)：___________________________________
_______________。
(4)自旋平行：_______________________________。
(5)在氧原子中，有____个电子对，有____个单电子。
(6)在氧原子中，有____种空间运动状态，有____种运动状态不同的电子。
能量相同的原子轨道
同一个原子轨道中，自旋方向相反的一对电子
一个原子轨道中若只有一个电子，则该
电子称为单电子
箭头同向的单电子称为自旋平行
3
2
5
8
3．洪特规则
(1)内容：基态原子中，填入___________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_______的能量和_______的稳定性。
如24Cr的电子排布式为_____________________，为半充满状态，易错写为1s22s22p63s23p63d44s2。
简并轨道
较低
较大
1s22s22p63s23p63d54s1
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_________的原子轨道，使整个原子的能量最低。
(2)因素：整个原子的能量由__________、_______和_________三个因素共同决定。
能量最低
核电荷数
电子数
电子状态
深|度|思|考
1．下列轨道表示式中哪个是氧的基态原子( )
答案：A
提示：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。
2．为什么基态氦原子的电子排布式是1s2而不是1s12s1
提示：氦原子核外有2个电子，根据能量最低原理和泡利原理，基态氦原子的2个电子以自旋相反的形式填充在能量最低的1s轨道中，且1s轨道和2s轨道能量相差较大，所以基态氦原子不会出现2个电子单独分占1s、2s轨道的情况。
3．为什么基态K和Ca的价层电子是4s1和4s2，则不是3d1和3d2
提示：根据构造原理，3d能级的能量大于4s能级的能量，所以依据能量最低原理，电子填入能量低的能级可使整个原子的能量最低。
4．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？
提示：①②③⑤违背了洪特规则，当电子排布在同一能级的不同轨道时，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。
注意：书写轨道表示式时，常出现的错误及正确书写
正|误|判|断
1．当电子排布在同一能级的不同轨道时，电子总是先占满1个轨道，然后再占据其他原子轨道。( )
4．Al原子核外有1个未成对电子。( )
5．每个电子层上最多容纳2n2个电子是由泡利不相容原理决定的。( )
×
√
×
√
√
应|用|体|验
1．下列有关氮原子的轨道表示式中违反洪特规则的是( )
答案：B
答案：A
3．下列对电子排布式或电子排布图书写的评价正确的是( )
答案：C
解析：电子应先单独占据轨道，违反了洪特规则，不符合题意，A错误；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，不符合题意，B错误；Ca原子的电子排布式：1s22s22p63s23p64s2，违反能量最低原理，符合题意，C正确；Fe3＋的电子排布式26Fe3＋：1s22s22p63s23p63d5，评价错误，D错误。故选C。
能量最低原理表述的是“整个原子处于能量最低状态”，而不是说电子填充到能量最低的轨道中去，泡利原理和洪特规则都使“整个原子处于能量最低状态”，如24Cr原子的电子排布式：1s22s22p63s23p63d54s1不是3d44s2。
(1)绝大多数原子的电子排布式只要遵循构造原理就能符合能量最低原理。
(2)Cr、Cu、Ag、Au等少数原子的电子排布式虽不遵循构造原理，但符合能量最低原理。
(3)具有相同能量，自旋方向不同的电子，其运动状态不相同，即某多电子原子中不可能存在2个运动状态完全相同的电子。
随堂演练·知识落实
1．下列各项叙述错误的是( )
答案：A
2．下列氮原子的电子排布图中，属于激发态，且能量最高的是( )
答案：D
解析：A为基态原子的电子排布图，能量最低，与基态原子相比有更多电子跃迁到能量更高的轨道，则该激发态原子的能量最高，故选D。
3．下列说法中不正确的是( )
A．电子在3px与3pz轨道上的运动状态不相同
答案：B
4．下列硼原子轨道表示式表示的状态中，能量最高的是( )
答案：A
解析：原子核外电子排布中，如果电子所占的轨道能级越高，该原子能量越高，根据图知，电子排布能量较高的是2s、2p能级，则能量最高的是2p轨道，有3个电子，C和A相比，C符合洪特规则能量更低，所以能量最高的是A。故选A。
5．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核外电子的轨道表示式，其中最能准确表示基态锰原子核外电子运动状态的是( )
答案：D
解析：锰是25号元素，其原子核外有25个电子，A违反洪特规则，故A错误；B违反泡利原理，故B错误；C违反洪特规则，故C错误；D符合泡利原理和洪特规则，故D正确。
6．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。回答下列问题：
(1)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)。
解析：(1)在KH2PO4的四种组成元素各自所能形成的简单离子中，其中核外电子排布相同的是K＋和P3－。
