第3课时 泡利原理、洪特规则、能量最低原理
新知探究——电子排布的原理、规则和轨道表示式
导学设计
1.回顾每个能级最多可容纳的电子数,回答下列问题:
能级 ns np nd nf
原子轨道数 1 3 5 7
最多容纳的电子数 2 6 10 14
(1)每个轨道最多容纳多少个电子
(2)容纳在同一原子轨道里的电子空间运动状态是否相同 为什么
2.阅读材料。
材料一:1922年,在斯特恩 盖拉赫实验中发现了银原子束经过不均匀磁场,产生了偏转,并最终在屏幕垂直方向上,形成了两个上下对称的非连续分布。如图:
材料二:在进行原子光谱实验时发现,只有1个最外层电子的碱金属原子光谱会在光谱里呈现双线。
根据以上两则材料思考,轨道中的单电子运动状态是否只有一种
[系统融通知能]
1.电子自旋与泡利原理
(1)电子自旋
①电子除空间运动状态外,还有一种状态叫做自旋。
②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。
③常用上下箭头(↑和↓)表示一种自旋相反的电子。
(2)泡利原理
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,这个原理称为泡利原理(也称泡利不相容原理)。
2.电子排布的轨道表示式(电子排布图)
(1)原子轨道表示:用方框(也可用圆圈)表示原子轨道,能量相同的原子轨道(简并轨道)的方框相连。
(2)电子表示: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。
(3)在方框下方或上方标记能级符号
例如硅的基态原子的轨道表示式中各符号、数字的意义:
3.洪特规则
(1)概念: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,称为洪特规则。
(2)适用范围:不仅适用于基态原子,也适用于基态离子。
4.能量最低原理
(1)概念: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,这就是能量最低原理。
(2)因素: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。
(3)电子填充与原子能量的关系
①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)。
②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)。
[微点拨] 基态原子的核外电子排布遵循泡利原理、洪特规则和能量最低原理。
[题点多维训练]
1.下列轨道表示式能表示基态硫原子最外层结构的是 ( )
2.为什么基态氦原子的电子排布是1s2而不是1s12s1 。
3.指出下列核外轨道表示式的书写分别违背了什么原则
(1)2p轨道上有3个电子的原子: 。
(2)2p轨道上有2个电子的原子: 。
(3)基态P原子:1s22s22p63s233 。
(4)4s轨道上有2个电子的原子: 。
(5)3d轨道上有8个电子的原子: 。
4.A、B、C、D、E、F均为36号以前的元素。请完成下列空白:
(1)A元素基态原子的最外层有2个未成对电子,次外层有2个电子,其元素符号为 。
(2)B元素的原子最外层电子排布式为nsnnpn+1,其元素符号为 。
(3)C元素基态的正三价离子的3d轨道为半充满(即有5个电子),其元素符号为 ,其基态原子的电子排布式为 。
(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 ,其基态原子的价层电子的轨道表示式为 。
(5)E、F元素的基态原子都只有一个未成对电子;它们相互作用形成的离子的电子层结构相同,并且最高能级的电子对数等于其最高能层的电子层数。E、F的元素符号分别为 。
|思维建模|
1.主族和0族元素基态原子的未成对电子数
主族 序数 ⅠA ⅡA ⅢA ⅣA ⅤA ⅥA ⅦA 0族
价电子 排布式 ns1 ns2 ns2np1 ns2np2 ns2np3 ns2np4 ns2np5 ns2np6
未成对 电子数 1 0 1 2 3 2 1 0
2.元素周期表中21~30号元素基态原子的未成对电子数
族序数 ⅢB ⅣB ⅤB ⅥB ⅦB
元素 21Sc 22Ti 23V 24Cr 25Mn
价层电子排布 3d14s2 3d24s2 3d34s2 3d54s1 3d54s2
未成对电子数 1 2 3 6 5
族序数 Ⅷ ⅠB ⅡB
元素 26Fe 27Co 28Ni 29Cu 30Zn
价层电子排布 3d64s2 3d74s2 3d84s2 3d104s1 3d104s2
未成对电子数 4 3 2 1 0
命题热点——核外电子排布的各种表征及运动状态的描述
1.原子核外电子排布的表示方法
原子 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
示例 Na: O2-:
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
示例 O:1s22s22p4 Al:1s22s22p63s23p1
简化 电子 排布式 含义 把内层电子排布达到稀有气体结构的部分用稀有气体的元素符号外加方括号表示
示例 O:[He]2s22p4 Al:[Ne]3s23p1
轨道 表示式 (或电子 排布图) 含义 每个方框表示一个原子轨道,每个箭头代表一个电子
示例 Cl:
2.电子空间运动状态和运动状态
电子在核外的一个空间运动状态称为一个轨道,同一个原子中不存在两个运动状态完全相同的电子。
(1)一个原子中电子占据多少个原子轨道,电子就有多少种空间运动状态。
(2)原子核外一共有多少个电子,电子就有多少种运动状态。
[题点多维训练]
1.下列有关化学用语表述正确的是 ( )
A.基态钙原子的简化电子排布式:[Ar]3d2
B.用电子云轮廓图描述2py原子轨道的形状:
C.一水合氨的电离方程式:NH3·H2ON+OH-
D.基态氮原子核外电子排布的轨道表示式:
2.钛(Ti)是一种机械强度大、容易加工的耐高温金属,常用于制造合金。下列有关22Ti的化学用语错误的是 ( )
A.原子结构示意图:
B.简化电子排布式:[Ar]3d24s2
C.轨道表示式:
D.电子排布式:1s22s22p63s23p63d24s2
3.(2024·长沙高二联考)以下关于铁元素的相关说法正确的是 ( )
A.Fe3+的电子有23种空间运动状态
B.Fe的价电子轨道表示式为
C.Fe的26个电子在原子轨道中做圆周运动
D.铁与盐酸反应时失去的都是3d电子
4.按要求完成下列填空。
(1)Na的电子排布式为 。
(2)Ca的最外层电子排布式为 。
(3)Br的结构示意图为 。
(4)O的电子排布图为 。
(5)Ni2+的3d能级电子排布图为 。
5.下表是几种元素基态原子中电子状态,填写表格。
元素 基态原子 电子排布式 电子运动 状态数目 电子空间运 动状态数目
6C
17Cl
24Cr
26Fe
第3课时 泡利原理、洪特规则、能量最低原理
新知探究
[导学设计]
1.(1)提示:2
(2)提示:相同。一个空间运动状态称为一个原子轨道,所以同一原子轨道里的电子空间运动状态相同。
2.提示:轨道中的单电子可能存在两种不同的运动状态。
[题点多维训练]
1.选D 原子核外电子优先占据能量最低的轨道,然后依次进入能量高的轨道,这样使整个原子处于能量最低的状态,A中3s轨道没有排满就排3p轨道了,违背了能量最低原理;B、C违背了洪特规则,电子总是优先单独分占,且自旋平行。
2.2s能级的能量高于1s能级,电子应首先占据能量最低的原子轨道,从而使整个基态原子的能量最低,因此氦的电子排布式是1s2,而不是1s12s1
3.(1)洪特规则 (2)洪特规则 (3)洪特规则 (4)泡利原理 (5)洪特规则
4.解析:(1)A元素基态原子的最外层有2个未成对电子,次外层有2个电子,其次外层为K层,最外层电子排布式为2s22p2或2s22p4,故A是C或O。
(2)B元素的原子最外层电子排布式为nsnnpn+1,s轨道最多填充两个电子,故n=2,B元素原子的最外层电子排布式为2s22p3,B元素是N。(3)C元素原子失去2个4s电子和1个3d电子后变成+3价离子,其基态原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2,即26号元素铁。(4)根据题意,首先写出电子排布式:1s22s22p63s23p63d104s1,该元素为29号元素Cu。(5)E、F元素的基态原子都只有一个未成对电子;它们相互作用形成的离子的电子层结构相同,且最高能级电子对数等于其最高能层的电子层数,符合条件的元素是K和Cl、Li和H。
答案:(1)C或O (2)N
(3)Fe 1s22s22p63s23p63d64s2或[Ar]3d64s2
(4)Cu (5)K和Cl、Li和H
命题热点
1.选B 基态钙原子的简化电子排布式为[Ar]4s2,故A错误;2py原子轨道的电子云轮廓图的形状为哑铃形,故B正确;一水合氨是弱电解质,电离方程式为NH3·H2ON+OH-,故C错误;基态氮原子2p轨道上的3个电子自旋方向相同,核外电子排布的轨道表示式为,故D错误。
2.选C Ti为22号元素,其原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d24s2,因此原子结构示意图为,故A、D项正确;Ti的简化电子排布式为[Ar]3d24s2,故B项正确;根据洪特规则可知,3d轨道电子排布图应为,故C项错误。
3.选B Fe的原子序数为26,Fe原子失去4s能级上的2个电子和3d能级的1个电子形成Fe3+,则Fe3+的电子排布式为1s22s22p63s23p63d5,Fe3+占有原子轨道数为14,有14种空间运动状态的电子,A错误;Fe的价电子排布式是3d64s2,轨道表示式为,B正确;Fe的26个电子在各自轨道中做绕核运动,半径不确定,不是圆周运动,C错误;铁与盐酸反应时失去的都是4s电子,D错误。
4.解析:Na:1s22s22p63s1;Ca:1s22s22p63s23p64s2,其最外层电子排布式为4s2;35Br的结构示意图为 ;O的电子排布式为1s22s22p4,其电子排布图为;Ni2+的3d能级电子排布为3d8,其3d能级电子排布图为。
答案:(1)1s22s22p63s1 (2)4s2 (3)
5.
元素 基态原子电子排布式 电子运动 状态数目 电子空间运 动状态数目
6C 1s22s22p2 6 4
17Cl 1s22s22p63s23p5 17 9
24Cr 1s22s22p63s23p63d54s1 24 15
26Fe 1s22s22p63s23p63d64s2 26 15(共82张PPT)
泡利原理、洪特规则、
能量最低原理
第3课时
目录
新知探究
电子排布的原理、规则和轨道表示式
命题热点
核外电子排布的各种表征及运动状态的描述
课时跟踪检测
电子排布的原理、
规则和轨道表示式
新知探究
导学设计
1.回顾每个能级最多可容纳的电子数,回答下列问题:
能级 ns np nd nf
原子轨道数 1 3 5 7
最多容纳的电子数 2 6 10 14
(1)每个轨道最多容纳多少个电子
提示:2
(2)容纳在同一原子轨道里的电子空间运动状态是否相同 为什么
提示:相同。一个空间运动状态称为一个原子轨道,所以同一原子轨道里的电子空间运动状态相同。
2.阅读材料。
材料一:1922年,在斯特恩 盖拉赫实验中发现了银原子束经过不均匀磁场,产生了偏转,并最终在屏幕垂直方向上,形成了两个上下对称的非连续分布。如图:
材料二:在进行原子光谱实验时发现,只有1个最外层电子的碱金属原子光谱会在光谱里呈现双线。
根据以上两则材料思考,轨道中的单电子运动状态是否只有一种
提示:轨道中的单电子可能存在两种不同的运动状态。
系统融通知能
1.电子自旋与泡利原理
(1)电子自旋
①电子除空间运动状态外,还有一种状态叫做自旋。
②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。
③常用上下箭头(↑和↓)表示一种自旋相反的电子。
(2)泡利原理
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,这个原理称为泡利原理(也称泡利不相容原理)。
2.电子排布的轨道表示式(电子排布图)
(1)原子轨道表示:用方框(也可用圆圈)表示原子轨道,能量相同的原子轨道(简并轨道)的方框相连。
(2)电子表示: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。
(3)在方框下方或上方标记能级符号
例如硅的基态原子的轨道表示式中各符号、数字的意义:
3.洪特规则
(1)概念: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,称为洪特规则。
(2)适用范围:不仅适用于基态原子,也适用于基态离子。
4.能量最低原理
(1)概念: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,这就是能量最低原理。
(2)因素: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。
(3)电子填充与原子能量的关系
①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)。
②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)。
[微点拨] 基态原子的核外电子排布遵循泡利原理、洪特规则和能量最低原理。
1.下列轨道表示式能表示基态硫原子最外层结构的是 ( )
题点多维训练
√
解析:原子核外电子优先占据能量最低的轨道,然后依次进入能量高的轨道,这样使整个原子处于能量最低的状态,A中3s轨道没有排满就排3p轨道了,违背了能量最低原理;B、C违背了洪特规则,电子总是优先单独分占,且自旋平行。
2．为什么基态氦原子的电子排布是1s2而不是1s12s1
_______________________________________________________
______________________________________________________
_____________________。
2s能级的能量高于1s能级，电子应首先占据能量最低的原子轨道，从而使整个基态原子的能量最低，因此氦的电子排布式是1s2，而不是1s12s1
3.指出下列核外轨道表示式的书写分别违背了什么原则
(1)2p轨道上有3个电子的原子: 。
(2)2p轨道上有2个电子的原子: 。
(3)基态P原子:1s22s22p63s233 。
(4)4s轨道上有2个电子的原子: 。
(5)3d轨道上有8个电子的原子: 。
洪特规则
洪特规则
洪特规则
泡利原理
洪特规则
4．A、B、C、D、E、F均为36号以前的元素。请完成下列空白：
(1)A元素基态原子的最外层有2个未成对电子，次外层有2个电子，其元素符号为________。
解析：A元素基态原子的最外层有2个未成对电子，次外层有2个电子，其次外层为K层，最外层电子排布式为2s22p2或2s22p4，故A是C或O。
C或O
(2)B元素的原子最外层电子排布式为nsnnpn＋1，其元素符号为________。
解析：B元素的原子最外层电子排布式为nsnnpn＋1，s轨道最多填充两个电子，故n＝2，B元素原子的最外层电子排布式为2s22p3，B元素是N。
N
(3)C元素基态的正三价离子的3d轨道为半充满(即有5个电子)，其元素符号为__________，其基态原子的电子排布式为______________________________。
解析：C元素原子失去2个4s电子和1个3d电子后变成＋3价离子，其基态原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2，即26号元素铁。
Fe
1s22s22p63s23p63d64s2或[Ar]3d64s2
(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________，其基态原子的价层电子的轨道表示式为________________。
解析：根据题意，首先写出电子排布式：1s22s22p63s23p63d104s1，该元素为29号元素Cu。
Cu
(5)E、F元素的基态原子都只有一个未成对电子；它们相互作用形成的离子的电子层结构相同，并且最高能级的电子对数等于其最高能层的电子层数。E、F的元素符号分别为_______________。
解析：E、F元素的基态原子都只有一个未成对电子；它们相互作用形成的离子的电子层结构相同，且最高能级电子对数等于其最高能层的电子层数，符合条件的元素是K和Cl、Li和H。
K和Cl、Li和H
|思维建模|
1.主族和0族元素基态原子的未成对电子数
主族序数 ⅠA ⅡA ⅢA ⅣA ⅤA ⅥA ⅦA 0族
价电子排布式 ns1 ns2 ns2np1 ns2np2 ns2np3 ns2np4 ns2np5 ns2np6
未成对电子数 1 0 1 2 3 2 1 0
2.元素周期表中21~30号元素基态原子的未成对电子数
族序数 ⅢB ⅣB ⅤB ⅥB ⅦB
元素 21Sc 22Ti 23V 24Cr 25Mn
价层电子排布 3d14s2 3d24s2 3d34s2 3d54s1 3d54s2
未成对电子数 1 2 3 6 5
族序数 Ⅷ ⅠB ⅡB
元素 26Fe 27Co 28Ni 29Cu 30Zn
价层电子排布 3d64s2 3d74s2 3d84s2 3d104s1 3d104s2
未成对电子数 4 3 2 1 0
续表
命题热点
核外电子排布的各种表征及运动状态的描述
原子结构 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
示例 Na: O2-:
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
示例 O:1s22s22p4 Al:1s22s22p63s23p1
1.原子核外电子排布的表示方法
简化电子 排布式 含义 把内层电子排布达到稀有气体结构的部分用稀有气体的元素符号外加方括号表示
示例 O:[He]2s22p4 Al:[Ne]3s23p1
轨道表示式 (或电子 排布图) 含义 每个方框表示一个原子轨道,每个箭头代表一个电子
示例 Cl:
续表
2.电子空间运动状态和运动状态
电子在核外的一个空间运动状态称为一个轨道,同一个原子中不存在两个运动状态完全相同的电子。
(1)一个原子中电子占据多少个原子轨道,电子就有多少种空间运动状态。
(2)原子核外一共有多少个电子,电子就有多少种运动状态。
题点多维训练
1.下列有关化学用语表述正确的是 ( )
A.基态钙原子的简化电子排布式:[Ar]3d2
B.用电子云轮廓图描述2py原子轨道的形状:
C.一水合氨的电离方程式:NH3·H2O N+OH-
D.基态氮原子核外电子排布的轨道表示式:
√
解析: 基态钙原子的简化电子排布式为[Ar]4s2,故A错误;2py原子轨道的电子云轮廓图的形状为哑铃形,故B正确;一水合氨是弱电解质,电离方程式为NH3·H2O N+OH-,故C错误;基态氮原子2p轨道上的3个电子自旋方向相同,核外电子排布的轨道表示式为 ,故D错误。
2.钛(Ti)是一种机械强度大、容易加工的耐高温金属,常用于制造合金。下列有关22Ti的化学用语错误的是 ( )
A.原子结构示意图:
B.简化电子排布式:[Ar]3d24s2
C.轨道表示式:
D.电子排布式:1s22s22p63s23p63d24s2
√
解析: Ti为22号元素,其原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d24s2,因此原子结构示意图为 ,故A、D项正确;Ti的简化电子排布式为[Ar]3d24s2,故B项正确;根据洪特规则可知,3d轨道电子排布图应为 ,故C项错误。
3.(2024·长沙高二联考)以下关于铁元素的相关说法正确的是 ( )
A.Fe3+的电子有23种空间运动状态
B.Fe的价电子轨道表示式为
C.Fe的26个电子在原子轨道中做圆周运动
D.铁与盐酸反应时失去的都是3d电子
√
解析:Fe的原子序数为26,Fe原子失去4s能级上的2个电子和3d能级的1个电子形成Fe3+,则Fe3+的电子排布式为1s22s22p63s23p63d5,Fe3+占有原子轨道数为14,有14种空间运动状态的电子,A错误;Fe的价电子排布式是3d64s2,轨道表示式为 ,B正确;Fe的26个电子在各自轨道中做绕核运动,半径不确定,不是圆周运动,C错误;铁与盐酸反应时失去的都是4s电子,D错误。
4．按要求完成下列填空。
(1)Na的电子排布式为______________。
(2)Ca的最外层电子排布式为_____。
(3)Br的结构示意图为________。
(4)O的电子排布图为_______________。
(5)Ni2＋的3d能级电子排布图为_____________。
1s22s22p63s1
4s2
解析:Na:1s22s22p63s1;Ca:1s22s22p63s23p64s2,其最外层电子排布式为4s2;35Br的结构示意图为 ;O的电子排布式为1s22s22p4,其电子排布图为 ;Ni2+的3d能级电子排布为3d8,其3d能级电子排布图为 。
5.下表是几种元素基态原子中电子状态,填写表格。
元素 基态原子电子排布式 电子运动状态 数目 电子空间运
动状态数目
6C
17Cl
24Cr
26Fe
1s22s22p2
1s22s22p63s23p5
1s22s22p63s23p63d54s1
1s22s22p63s23p63d64s2
6
17
24
26
4
9
15
15
课时跟踪检测
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
√
1.下列说法正确的是 ( )
A.s电子云是在空间各个方向上伸展程度相同的对称形状
B.p电子云是平面“8”字形的
C.2p能级有一个未成对电子的基态原子的电子排布式一定为1s22s22p5
D.2d能级包含5个原子轨道,最多容纳10个电子
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
解析:p电子云形状是哑铃形,不是平面“8”字形,B项错;2p能级有一个未成对电子的原子有B或F两种元素,C项错;L层没有d能级,D项错。
1
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
2
3
4
√
2.下列有关表述正确的是 ( )
A. 可表示单核10电子粒子基态时的电子排布图
B. 错误,违背了泡利不相容原理
C. 表示基态N原子的价层电子排布图
D. 表示处于激发态B原子的电子排布图
1
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
2
3
4
解析:图中共有10个电子,且为Ne原子的基态时电子排布图,因而可表示单核10电子粒子基态时的电子排布图,A项正确;泡利不相容原理是指一个原子轨道最多容纳2个电子,而且自旋方向相反,图中各轨道并不违背泡利原理,而是违背洪特规则,B项错误;N原子价层电子排布为2s22p3,C项错误; 表示基态B原子的电子排布图,D项错误。
1
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
2
3
4
√
3.可以正确描述碳原子结构的化学用语是 ( )
A.碳-12原子C
B.原子结构示意图:
C.原子核外能量最高的电子云图:
D.原子的轨道表示式:
1
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
2
3
4
解析:在表示原子组成时元素符号的左下角表示质子数,左上角表示质量数,则碳-12原子可表示为C,A项错误;碳原子的结构示意图为 ,B项错误;碳原子核外能量最高的是2p能级,呈哑铃形,C项电子云图正确;根据核外电子排布规律,碳原子的轨道表示式应为 ,D项错误。
1
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
2
3
4
√
4.(2023·湖南卷改编)下列化学用语表述错误的是 ( )
A.HClO的电子式:H︰︰︰
B.中子数为10的氧原子O
C.Fe3+的最外层电子排布式:3d5
D.基态N原子的价层电子排布图:
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解析:HClO分子中O与H、Cl分别形成共价键,每个原子最外层均达到稳定结构,A项正确;中子数为10的氧原子,其质量数为8+10=18,可表示为O,B项正确;Fe3+的最外层电子排布式为3s23p63d5,C项错误;基态N原子的价层电子排布式为2s22p3,2s轨道上的2个电子自旋方向相反,2p轨道上的3个电子分别占据3个轨道,自旋方向相同,D项正确。
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√
5.下列化学用语不正确的是 ( )
A.基态铬的价电子排布式:3d54s1
B.基态钴原子的简化电子排布式:[Ar]3d74s2
C.氧原子核外电子轨道表示式:
D.Ca2+电子排布式:1s22s22p63s23p6
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解析:基态铬原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s1,则基态铬原子的价电子排布式为3d54s1,故A正确;基态钴原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d74s2,故基态钴原子的简化电子排布式为[Ar]3d74s2,故B正确;O为8号元素,2s轨道的两个电子的自旋方向应该相反,故C错误;基态钙原子的电子排布式为1s22s22p63s23p64s2,则Ca2+电子排布式为1s22s22p63s23p6,故D正确。
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√
6.某原子核外电子排布式为1s22s22p3,下列说法正确的是 ( )
A.该原子的核外电子排布图为
B.该原子核外有3种能量不同的电子
C.该原子核外最外层电子占据3个原子轨道
D.该原子核外有3种运动状态不同的电子
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解析: A项,该电子排布图违反洪特规则,正确的电子排布图为 ,错误;B项,该原子核外有3种能量不同的电子,分别为1s、2s、2p原子轨道上的电子,正确;C项,该原子核外最外层电子数为5,占据2s、2p能级,共4个原子轨道,错误;D项,该原子有7种运动状态不同的电子,错误。
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√
7.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
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解析: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1s22s22p63s2,所以有两种元素,故A正确;碳原子有6个电子,它的核外电子轨道表示式: ,故B正确;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;基态铜原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s1,电子占有7种能量不同的原子轨道,故D错误。
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√
8.目前,低压甲醇铜基催化剂的主要组分是CuO、ZnO和Al2O3,下列氧原子电子排布图表示的状态中,能量最高的是 ( )
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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,轨道能量: 1s<2s<2p<3s,电子占据2p、3s轨道能量最高,则能量最高的是D。
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√
9.下列C原子电子排布图表示的状态中能量关系正确的是 ( )
A.①=②=③=④ B.③>④>①>②
C.④>③>①=② D.②>①>④>③
解析:电子能量为1s<2s<2p,则2p轨道上电子越多,1s、2s轨道上电子越少,其能量越高,则能量由高到低的顺序是②>①>④>③。
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√
10.下列基态原子的电子排布式中,其未成对电子数最多的是 ( )
A.1s22s22p63s23p63d64s2
B.1s22s22p63s23p64s1
C.1s22s22p63s23p63d54s1
D.1s22s22p63s23p63d104s1
解析:根据s、p、d能级原子轨道数目及洪特规则可知,A、B、C、D项原子的未成对电子数分别为4、1、6、1,C项符合题意。
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11.若某元素原子处于能量最低状态时,价层电子排布为3d14s2,则下列说法正确的是 ( )
A. 该元素原子处于能量最低状态时,原子中共有3个未成对电子
B.该元素原子最外层有3个电子
C.该元素原子的M层共有10个电子
D.该元素原子核外共有4个电子层
√
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解析:若某元素原子处于能量最低状态时,价层电子排布为3d14s2,则该元素是Sc,则该元素原子处于能量最低状态时,原子中共有1个未成对电子,选项A错误;该元素原子最外层共有2个电子,选项B错误;该元素原子的M能层共有9个电子,选项C错误;该元素原子核外共有4个能层,即K、L、M、N,选项D正确。
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12．(2024·天津高二期中)回答下列问题。
(1)基态Ge原子的核外电子排布式为______________，有________个未成对电子。
解析：Ge是32号元素，与碳元素是同一主族的元素，在元素周期表中位于第四周期ⅣA族；基态Ge原子的核外电子排布式为[Ar]3d104s24p2。
[Ar]3d104s24p2
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(2)某原子的基态电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s2，该元素的电子有_________种空间运动状态。
解析：某原子的基态电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s2，核外有25个电子，分占15个原子轨道，电子有15种空间运动状态。
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(3)Fe3＋的价电子轨道表示式为______________，Fe3＋比Fe2＋稳定性更强，原因是____________________________________________。
解析：Fe3+的价电子排布式为3d5,轨道表示式为 ;
Fe3+比Fe2+的稳定性更强,从结构上分析原因是:Fe2+的价电子排布式为3d6,Fe3+的价电子排布式为3d5;Fe3+的3d轨道是半充满、处于稳定结构。
Fe3+的价层电子排布式为3d5,为半满结构,更加稳定
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(4)基态K原子中，核外电子占据最高能层的符号是____，占据该能层电子的电子云轮廓图形状为______。
解析：基态K原子的价电子排布式为4s1,核外电子占据最高能层的符号是N,占据该能层电子的电子云轮廓图形状为球形。
N
球形
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13．(1)处于一定空间运动状态的电子在原子核外出现的概率密度分布可用________形象化描述。在基态14C原子中，核外存在_____对自旋相反的电子。
解析:电子在原子核外出现的概率密度分布通常用电子云来形象化描述C的轨道表示式为 ,所以其基态原子中核外存在2对自旋状态相反的电子。
电子云
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(2)Cu的基态原子最外层有_____个电子。
解析:Cu元素位于第四周期第ⅠB族,基态原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s1,最外层有1个电子。
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(3)钒(23V)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_________________。
解析:钒在元素周期表中的位置为第四周期第ⅤB族,其价层电子排布为3d34s2,根据洪特规则和泡利原理,价层电子的轨道表示式为
。
第四周期第ⅤB族
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(4)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。
解析:Na元素位于元素周期表第三周期第ⅠA族;S原子的轨道表示式为 ,基态原子核外有2个未成对电子。
三
ⅠA
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(5)Cu＋基态核外电子排布式为___________________________。
解析:Cu为29号元素,基态原子核外电子排布式为3p63d104s1,Cu+的基态核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d10。
1s22s22p63s23p63d10或[Ar]3d10
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(6)基态Fe原子有______个未成对电子，Fe3＋的电子排布式为__________________________。
解析:基态Fe原子核外电子排布式为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)31Ga基态原子的核外电子排布式是_____________________________________。
4
1s22s22p63s23p63d5或[Ar]3d5
1s22s22p63s23p63d104s24p1或[Ar]3d104s24p1
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(8)基态Mn2＋的核外电子排布式为__________________________。
解析: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。
1s22s22p63s23p63d5或[Ar]3d5
(9)Se原子序数为_____，其核外M层电子的排布式为__________。
解析: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。
34
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(10)可正确表示原子轨道的是______。
A．2s B．2d C．3pz D．3f
解析:L能层只有2s、2p能级,M能层只有3s、3p、3d能级,故选A、C。
AC
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√
高阶思维训练
14.R、Q、X、Y、Z是原子序数依次增大的前四周期元素。这些基态原子中,R的电子只有一种自旋取向,Q的s能级电子总数比p能级的多1个,X的价层电子排布式为 nsnnp2n,Y的核外电子填充在8个轨道中,Z有4个未成对电子。下列说法不正确的是( )
A.Z3+比Z2+稳定
B.Q基态原子有5种空间运动状态的电子
C.由R、Q、X三种元素形成的化合物的水溶液均显酸性
D.Y与Q、Z与X均能形成原子个数比为3∶4的化合物
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解析:R、Q、X、Y、Z是原子序数依次增大的前四周期元素,基态原子中,R的电子只有一种自旋取向,则R为H;Q的s能级电子总数比p能级多1,则Q的电子排布式为1s22s22p3,Q为N;X的价层电子排布式为2s22p4,则X为O;Y的核外电子填充在8个原子轨道中,则Y的电子排布式为1s22s22p63s23p2,则Y为Si;Z有4个未成对电子,价层电子排布为3d64s2,则Z为Fe。Fe3+的价层电子排布为3d5,处于半满状态;而Fe2+的价层电子排布为3d6,则Fe3+比Fe2+稳定,A正确。Q为N,基态原子核外有5种空间运动状态的电子,B正确。由R、Q、X三种元素形成的化合物HNO3、
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HNO2、NH4NO3、NH3·H2O,其中HNO3、HNO2、NH4NO3的水溶液均显酸性,而NH3·H2O 的水溶液显碱性,C错误。Y与Q可形成原子个数比为3∶4的化合物Si3N4,Z与X可形成原子个数比为3∶4的化合物Fe3O4,D正确。
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15.如图是元素周期表的一部分:
(1)写出元素①的元素符号_______，与①同周期的某种元素基态原子的核外电子排布式为[Ar]3d34s2，则该元素在元素周期表中的位置为_________________。
As
第四周期第ⅤB族
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解析：元素①与N、P同族，位于元素周期表第四周期第ⅤA族，为As元素；该周期的某种元素基态原子的核外电子排布式为[Ar]3d34s2，则该元素在元素周期表中的位置为第四周期第ⅤB族。
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(2)基态锑(Sb)原子的价电子排布式为__________。
解析：锑原子序数为51，位于元素周期表第五周期第ⅤA族，价电子排布式为5s25p3。
5s25p3
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(3)锂电池被广泛应用于储能电源系统、军事等领域。下列Li原子电子排布图表示的状态中，能量最低和最高的分别为_____、_____(填标号)。
D
C
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解析：D中的电子尽可能占据能量最低的原子轨道，使整个原子能量最低；C中的电子占据能量相对较高的原子轨道，整个原子能量最高。
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(4)已知基态W原子的价电子排布式为5d46s2，与基态Cr原子相比，基态W原子与基态Cr原子的未成对电子数之比为_______。
解析：基态W原子的价电子排布式为5d46s2，未成对电子数为4；基态Cr的原子序数为24，价电子排布式为3d54s1，基态W原子与基态Cr原子的未成对电子数之比为2∶3。
2∶3
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(5)基态Cu原子电子占据的最高能层的符号为_____，基态Cu原子电子有_____种空间运动状态。
解析：Cu原子序数为29，核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s1，电子占据的最高能层为N能层，共占据15个原子轨道，基态Cu原子电子有15种空间运动状态。
N
15课时跟踪检测(三) 泡利原理、洪特规则、能量最低原理
1.下列说法正确的是 ( )
A.s电子云是在空间各个方向上伸展程度相同的对称形状
B.p电子云是平面“8”字形的
C.2p能级有一个未成对电子的基态原子的电子排布式一定为1s22s22p5
D.2d能级包含5个原子轨道,最多容纳10个电子
2.下列有关表述正确的是 ( )
A. 可表示单核10电子粒子基态时的电子排布图
B. 错误,违背了泡利不相容原理
C. 表示基态N原子的价层电子排布图
D. 表示处于激发态B原子的电子排布图
3.可以正确描述碳原子结构的化学用语是 ( )
A.碳-12原子C
B.原子结构示意图:
C.原子核外能量最高的电子云图:
D.原子的轨道表示式:
4.(2023·湖南卷改编)下列化学用语表述错误的是 ( )
A.HClO的电子式:H︰︰︰
B.中子数为10的氧原子O
C.Fe3+的最外层电子排布式:3d5
D.基态N原子的价层电子排布图:
5.下列化学用语不正确的是 ( )
A.基态铬的价电子排布式:3d54s1
B.基态钴原子的简化电子排布式:[Ar]3d74s2
C.氧原子核外电子轨道表示式:
D.Ca2+电子排布式:1s22s22p63s23p6
6.某原子核外电子排布式为1s22s22p3,下列说法正确的是 ( )
A.该原子的核外电子排布图为
B.该原子核外有3种能量不同的电子
C.该原子核外最外层电子占据3个原子轨道
D.该原子核外有3种运动状态不同的电子
7.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
8.目前,低压甲醇铜基催化剂的主要组分是CuO、ZnO和Al2O3,下列氧原子电子排布图表示的状态中,能量最高的是 ( )
9.下列C原子电子排布图表示的状态中能量关系正确的是 ( )
A.①=②=③=④ B.③>④>①>②
C.④>③>①=② D.②>①>④>③
10.下列基态原子的电子排布式中,其未成对电子数最多的是 ( )
A.1s22s22p63s23p63d64s2
B.1s22s22p63s23p64s1
C.1s22s22p63s23p63d54s1
D.1s22s22p63s23p63d104s1
11.若某元素原子处于能量最低状态时,价层电子排布为3d14s2,则下列说法正确的是 ( )
A. 该元素原子处于能量最低状态时,原子中共有3个未成对电子
B.该元素原子最外层有3个电子
C.该元素原子的M层共有10个电子
D.该元素原子核外共有4个电子层
12.(2024·天津高二期中)回答下列问题。
(1)基态Ge原子的核外电子排布式为 ,有 个未成对电子。
(2)某原子的基态电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s2,该元素的电子有 种空间运动状态。
(3)Fe3+的价电子轨道表示式为 ,Fe3+比Fe2+稳定性更强,原因是 。
(4)基态K原子中,核外电子占据最高能层的符号是 ,占据该能层电子的电子云轮廓图形状为 。
13.(1)处于一定空间运动状态的电子在原子核外出现的概率密度分布可用 形象化描述。在基态14C原子中,核外存在 对自旋相反的电子。
(2)Cu的基态原子最外层有 个电子。
(3)钒(23V)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 。
(4)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。
(5)Cu+基态核外电子排布式为 。
(6)基态Fe原子有 个未成对电子,Fe3+的电子排布式为 。
(7)31Ga基态原子的核外电子排布式是 。
(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
高阶思维训练
14.R、Q、X、Y、Z是原子序数依次增大的前四周期元素。这些基态原子中,R的电子只有一种自旋取向,Q的s能级电子总数比p能级的多1个,X的价层电子排布式为 nsnnp2n,Y的核外电子填充在8个轨道中,Z有4个未成对电子。下列说法不正确的是 ( )
A.Z3+比Z2+稳定
B.Q基态原子有5种空间运动状态的电子
C.由R、Q、X三种元素形成的化合物的水溶液均显酸性
D.Y与Q、Z与X均能形成原子个数比为3∶4的化合物
15.如图是元素周期表的一部分:
(1)写出元素①的元素符号 ,与①同周期的某种元素基态原子的核外电子排布式为[Ar]3d34s2,则该元素在元素周期表中的位置为 。
(2)基态锑(Sb)原子的价电子排布式为 。
(3)锂电池被广泛应用于储能电源系统、军事等领域。下列Li原子电子排布图表示的状态中,能量最低和最高的分别为 、 (填标号)。
(4)已知基态W原子的价电子排布式为5d46s2,与基态Cr原子相比,基态W原子与基态Cr原子的未成对电子数之比为 。
(5)基态Cu原子电子占据的最高能层的符号为 ,基态Cu原子电子有 种空间运动状态。
课时跟踪检测(三)
1.选A p电子云形状是哑铃形,不是平面“8”字形,B项错;2p能级有一个未成对电子的原子有B或F两种元素,C项错;L层没有d能级,D项错。
2.选A 图中共有10个电子,且为Ne原子的基态时电子排布图,因而可表示单核10电子粒子基态时的电子排布图,A项正确;泡利不相容原理是指一个原子轨道最多容纳2个电子,而且自旋方向相反,图中各轨道并不违背泡利原理,而是违背洪特规则,B项错误;N原子价层电子排布为2s22p3,C项错误; 表示基态B原子的电子排布图,D项错误。
3.选C 在表示原子组成时元素符号的左下角表示质子数,左上角表示质量数,则碳-12原子可表示为C,A项错误;碳原子的结构示意图为,B项错误;碳原子核外能量最高的是2p能级,呈哑铃形,C项电子云图正确;根据核外电子排布规律,碳原子的轨道表示式应为,D项错误。
4.选C HClO分子中O与H、Cl分别形成共价键,每个原子最外层均达到稳定结构,A项正确;中子数为10的氧原子,其质量数为8+10=18,可表示为O,B项正确;Fe3+的最外层电子排布式为3s23p63d5,C项错误;基态N原子的价层电子排布式为2s22p3,2s轨道上的2个电子自旋方向相反,2p轨道上的3个电子分别占据3个轨道,自旋方向相同,D项正确。
5.选C 基态铬原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s1,则基态铬原子的价电子排布式为3d54s1,故A正确;基态钴原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d74s2,故基态钴原子的简化电子排布式为[Ar]3d74s2,故B正确;O为8号元素,2s轨道的两个电子的自旋方向应该相反,故C错误;基态钙原子的电子排布式为1s22s22p63s23p64s2,则Ca2+电子排布式为1s22s22p63s23p6,故D正确。
6.选B A项,该电子排布图违反洪特规则,正确的电子排布图为, 错误;B项,该原子核外有3种能量不同的电子,分别为1s、2s、2p原子轨道上的电子,正确;C项,该原子核外最外层电子数为5,占据2s、2p能级,共4个原子轨道,错误;D项,该原子有7种运动状态不同的电子,错误。
7.选D 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1s22s22p63s2,所以有两种元素,故A正确;碳原子有6个电子,它的核外电子轨道表示式: ,故B正确;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;基态铜原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s1,电子占有7种能量不同的原子轨道,故D错误。
8.选D 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,轨道能量: 1s<2s<2p<3s,电子占据2p、3s轨道能量最高,则能量最高的是D。
9.选D 电子能量为1s<2s<2p,则2p轨道上电子越多,1s、2s轨道上电子越少,其能量越高,则能量由高到低的顺序是②>①>④>③。
10.选C 根据s、p、d能级原子轨道数目及洪特规则可知,A、B、C、D项原子的未成对电子数分别为4、1、6、1,C项符合题意。
11.选D 若某元素原子处于能量最低状态时,价层电子排布为3d14s2,则该元素是Sc,则该元素原子处于能量最低状态时,原子中共有1个未成对电子,选项A错误;该元素原子最外层共有2个电子,选项B错误;该元素原子的M能层共有9个电子,选项C错误;该元素原子核外共有4个能层,即K、L、M、N,选项D正确。
12.解析:(1)Ge是32号元素,与碳元素是同一主族的元素,在元素周期表中位于第四周期ⅣA族;基态Ge原子的核外电子排布式为[Ar]3d104s24p2。(2)某原子的基态电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s2,核外有25个电子,分占15个原子轨道,电子有15种空间运动状态。(3)Fe3+的价电子排布式为3d5,轨道表示式为;Fe3+比Fe2+的稳定性更强,从结构上分析原因是:Fe2+的价电子排布式为3d6,Fe3+的价电子排布式为3d5;Fe3+的3d轨道是半充满、处于稳定结构。(4)基态K原子的价电子排布式为4s1,核外电子占据最高能层的符号是N,占据该能层电子的电子云轮廓图形状为球形。
答案:(1)[Ar]3d104s24p2 2 (2)15 (3) Fe3+的价层电子排布式为3d5,为半满结构,更加稳定
(4)N 球形
13.解析:(1)电子在原子核外出现的概率密度分布通常用电子云来形象化描述C的轨道表示式为,所以其基态原子中核外存在2对自旋状态相反的电子。(2)Cu元素位于第四周期第ⅠB族,基态原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s1,最外层有1个电子。(3)钒在元素周期表中的位置为第四周期第ⅤB族,其价层电子排布为3d34s2,根据洪特规则和泡利原理,价层电子的轨道表示式为 。(4)Na元素位于元素周期表第三周期第ⅠA族;S原子的轨道表示式为,基态原子核外有2个未成对电子。(5)Cu为29号元素,基态原子核外电子排布式为3p63d104s1,Cu+的基态核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d10。(6)基态Fe原子核外电子排布式为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。(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。
答案:(1)电子云 2 (2)1 (3)第四周期第ⅤB族 (4)三 ⅠA 2
(5)1s22s22p63s23p63d10或[Ar]3d10
(6)4 1s22s22p63s23p63d5或[Ar]3d5
(7)1s22s22p63s23p63d104s24p1或[Ar]3d104s24p1
(8)1s22s22p63s23p63d5或[Ar]3d5
(9)34 3s23p63d10 (10)AC
14.选C R、Q、X、Y、Z是原子序数依次增大的前四周期元素,基态原子中,R的电子只有一种自旋取向,则R为H;Q的s能级电子总数比p能级多1,则Q的电子排布式为1s22s22p3,Q为N;X的价层电子排布式为2s22p4,则X为O;Y的核外电子填充在8个原子轨道中,则Y的电子排布式为1s22s22p63s23p2,则Y为Si;Z有4个未成对电子,价层电子排布为3d64s2,则Z为Fe。Fe3+的价层电子排布为3d5,处于半满状态;而Fe2+的价层电子排布为3d6,则Fe3+比Fe2+稳定,A正确。Q为N,基态原子核外有5种空间运动状态的电子,B正确。由R、Q、X三种元素形成的化合物HNO3、HNO2、NH4NO3、NH3·H2O,其中HNO3、HNO2、NH4NO3的水溶液均显酸性,而NH3·H2O 的水溶液显碱性,C错误。Y与Q可形成原子个数比为3∶4的化合物Si3N4,Z与X可形成原子个数比为3∶4的化合物Fe3O4,D正确。
15.解析:(1)元素①与N、P同族,位于元素周期表第四周期第ⅤA族,为As元素;该周期的某种元素基态原子的核外电子排布式为[Ar]3d34s2,则该元素在元素周期表中的位置为第四周期第ⅤB族。(2)锑原子序数为51,位于元素周期表第五周期第ⅤA族,价电子排布式为5s25p3。(3)D中的电子尽可能占据能量最低的原子轨道,使整个原子能量最低;C中的电子占据能量相对较高的原子轨道,整个原子能量最高。(4)基态W原子的价电子排布式为5d46s2,未成对电子数为4;基态Cr的原子序数为24,价电子排布式为3d54s1,基态W原子与基态Cr原子的未成对电子数之比为2∶3。(5)Cu原子序数为29,核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s1,电子占据的最高能层为N能层,共占据15个原子轨道,基态Cu原子电子有15种空间运动状态。
答案:(1)As 第四周期第ⅤB族 (2)5s25p3 (3)D C (4)2∶3 (5)N 15
