(共36张PPT)
第3课时 泡利原理、
洪特规则、能量最低原理
1.认识基态原子的核外电子的排布遵循能量最低原理、泡利原理和洪特规则等。2.能从原子的微观层面理解原子的组成、结构等,能根据核外电子的排布规则熟知核外电子排布的表示方法。
电子自旋与泡利原理
电子排布的轨道表示式
知识点1
1.电子自旋与泡利原理
(1)电子自旋:电子除空间运动状态外,还有一种状态叫做自旋。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
和 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。
顺时针
逆时针
特别提醒: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,所以一个原子中不可能存在运动状态完全相同的2个电子;在同一原子轨道中的2个电子,空间运动状态相同,但运动状态不同,因为自旋方向不同。
(2)泡利原理(也称泡利不相容原理):在一个原子轨道里,最多只能容纳 个电子,它们的自旋 。
2.电子排布的轨道表示式
(1)轨道表示式:又称电子排布图,是表述电子排布的一种图式。
(2)表示方法:在轨道表示式中,用方框(也可用圆圈)表示 ,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 ,“↑”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。
2
相反
原子轨道
电子对
(3)举例:铝原子的轨道表示式中各符号、数字的意义为
由轨道表示式可知,在基态铝原子中,有 个电子对, 个未成对电子, 种不同空间运动状态的电子。
6
1
7
特别提醒:通常应在方框下方或上方标记能级符号。有时画出的能级上下错落,以表达能量高低不同。
1.判断正误。
(1)1个原子轨道里最多容纳2个电子,且自旋方向相同。( )
(2)若电子层、原子轨道、原子轨道伸展方向都确定,则能准确表示电子的运动状态。( )
(3)基态钠原子的电子对数与单电子数之比为5∶1。( )
(4) 为激发态钛原子的价层电子轨道表示式。( )
×
×
√
√
2.(2025·广东中山月考)下列硅原子的价层电子排布图表示的状态中,能量最高的是( )
D
【解析】 A、B项中的价层电子排布图表示基态硅原子,不符合题意;C项中3s轨道的一个电子跃迁至3p轨道,D项中3s轨道的两个电子跃迁至3d轨道,故二者相比,D项表示的硅原子能量最高,D符合题意。
3.下列化学用语的表示正确的是( )
[A]O2和O3互为同位素
B
【解析】 A项中O2和O3互为同素异形体,错误;C项中基态Fe2+的价层电子排布式为3d6,错误;D项所给轨道表示式不符合泡利原理,错误。
归纳总结
核外电子排布的表示方法
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
归纳总结
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
实例 K:1s22s22p63s23p64s1
简化
电子
排布式 含义 把内层电子达到稀有气体元素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
归纳总结
价层电子
排布式 含义 主族元素的价层电子指最外层电子
实例 Al的价层电子排布式:3s23p1
轨道
表示式 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的最外层电子轨道表示式:
归纳总结
洪特规则 能量最低原理
知识点2
1.洪特规则
(1)内容:基态原子中,填入 轨道的电子总是先单独分占,且自旋 ,称为洪特规则。
①洪特规则只针对电子填入简并轨道而言,并不适用于电子填入能量不同的轨道。
②当电子填入简并轨道时,先以自旋平行依次 不同轨道,剩余的电子再以自旋 依次填入各轨道。
简并
平行
分占
相反
(2)特例: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
的能量和较 的稳定性。
低
高
如基态 24Cr的电子排布式为 ,为半充满状态,易错写为1s22s22p63s23p63d44s2;基态 29Cu的简化电子排布式为 ,易错写为[Ar]3d94s2。
1s22s22p63s23p63d54s1
[Ar]3d104s1
2.能量最低原理
(1)能量最低原理: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)整个原子的能量由 、 和 三个因素共同决定,相邻能级能量相差很 时,电子填入能量 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 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)。如基态铝原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p1,若写为1s22s22p63s13p2,则违背了能量最低原理。
核电荷数
电子数
电子状态
大
低
高
归纳总结
1.
归纳总结
2.书写轨道表示式时,常出现的错误及正确书写:
1.判断正误。
(1)泡利原理、洪特规则、能量最低原理是基态原子的核外电子排布的原则。
( )
(2)同一个原子的原子核外任何一个电子的运动状态都是不相同的。( )
(3)洪特规则适用于电子填入简并轨道和能量不同的所有轨道。( )
(4)如果25号锰元素的基态原子电子排布式为1s22s22p63s23p63d7,则违反了能量最低原理。( )
√
√
×
√
√
[A]能量最低原理 [B]泡利原理
[C]构造原理 [D]洪特规则
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,而且自旋平行。
3.(2025·江苏徐州期中)对基态氮原子核外三个未成对电子的描述,错误的是( )
[A]原子轨道取向相同
[B]自旋方向相同
[C]电子云形状相同
[D]能量相同
A
【解析】 基态氮原子的3个未成对电子为2p轨道上的3个电子。在2p轨道中,电子云有x、y、z三种相互垂直的伸展方向,所以原子轨道取向不同,A错误;三个未成对电子分别占据三个不同的2p轨道,并且自旋方向相同,B正确;三个未成对电子分别占据三个不同的2p轨道,则电子云形状相同,都为哑铃形(或纺锤形),C正确;在同一原子同一能层的同一能级中,不同轨道的能量相同,D正确。
4.下列对电子排布式或轨道表示式的书写评价错误的是( )
D
5.(1)在原子结构理论中有四个原理,分别是a.构造原理、b.泡利原理、c.洪特规则、d.能量最低原理。判断下列现象中的主要决定因素并用字母代号回答有关问题。(每小题只填一项)
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基态碳原子的核外电子排布式是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基态Cu的电子排布式是1s22s22p63s23p63d104s1而不是1s22s22p63s23p63d94s2: 。
⑤基态磷原子中,有3个未成对的单电子: 。
b
d
a
c
c
【解析】 (1)①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。②基态原子的电子在核外排布时首先要遵循能量最低原理,所以基态碳原子的核外电子排布式是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,其主要决定因素是构造原理。④根据洪特规则特例,原子轨道中电子处于全充满、全空或半充满状态时较稳定。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,基态磷原子中,有3个未成对的单电子,其主要决定因素是洪特规则。
(2)第四周期元素的基态原子中,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)
As
Cr、Mn
K、Cr、Cu
【解析】 (2)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个电子则为Cr,如果4s轨道有2个电子则为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,该原子是K,如果3d轨道有5个电子,该原子是Cr,如果3d轨道有10个电子,该原子是Cu。
归纳总结
前四周期元素核外电子排布的特殊性
1.基态原子核外最外层只有1个未成对电子的元素
第ⅠA族(ns1:H、Li、Na、K);第ⅢA族(ns2np1:B、Al、Ga);第ⅦA族(ns2np5:F、Cl、Br);Cr(3d54s1)、Cu(3d104s1)。
2.基态原子核外最外层有2个未成对电子的元素
第ⅣA族(ns2np2:C、Si、Ge);第ⅥA族(ns2np4:O、S、Se)。
归纳总结
3.基态原子核外最外层有3个未成对电子的元素
第ⅤA族(ns2np3:N、P、As)。
4.基态原子核外电子排布中,未成对电子数最多的元素Cr(3d54s1,共有6个未成对电子)。第3课时 泡利原理、洪特规则、能量最低原理
[学习目标] 1.认识基态原子的核外电子的排布遵循能量最低原理、泡利原理和洪特规则等。2.能从原子的微观层面理解原子的组成、结构等,能根据核外电子的排布规则熟知核外电子排布的表示方法。
知识点1 电子自旋与泡利原理 电子排布的轨道表示式
1.电子自旋与泡利原理
(1)电子自旋:电子除空间运动状态外,还有一种状态叫做自旋。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。
特别提醒: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,所以一个原子中不可能存在运动状态完全相同的2个电子;在同一原子轨道中的2个电子,空间运动状态相同,但运动状态不同,因为自旋方向不同。
(2)泡利原理(也称泡利不相容原理):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。
2.电子排布的轨道表示式
(1)轨道表示式:又称电子排布图,是表述电子排布的一种图式。
(2)表示方法:在轨道表示式中,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,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)举例:铝原子的轨道表示式中各符号、数字的意义为
由轨道表示式可知,在基态铝原子中,有6个电子对,1个未成对电子,7种不同空间运动状态的电子。
特别提醒:通常应在方框下方或上方标记能级符号。有时画出的能级上下错落,以表达能量高低不同。
1.判断正误。
(1)1个原子轨道里最多容纳2个电子,且自旋方向相同。( × )
(2)若电子层、原子轨道、原子轨道伸展方向都确定,则能准确表示电子的运动状态。( × )
(3)基态钠原子的电子对数与单电子数之比为5∶1。( √ )
(4)为激发态钛原子的价层电子轨道表示式。( √ )
2.(2025·广东中山月考)下列硅原子的价层电子排布图表示的状态中,能量最高的是( )
[A]
[B]
[C]
[D]
【答案】 D
【解析】 A、B项中的价层电子排布图表示基态硅原子,不符合题意;C项中3s轨道的一个电子跃迁至3p轨道,D项中3s轨道的两个电子跃迁至3d轨道,故二者相比,D项表示的硅原子能量最高,D符合题意。
3.下列化学用语的表示正确的是( )
[A]O2和O3互为同位素
[B]甲基的电子式为·
[C]基态Fe2+的价层电子排布式为3d5
[D]基态碳原子的轨道表示式为
【答案】 B
【解析】 A项中O2和O3互为同素异形体,错误;C项中基态Fe2+的价层电子排布式为3d6,错误;D项所给轨道表示式不符合泡利原理,错误。
核外电子排布的表示方法
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
实例 K:1s22s22p63s23p64s1
简化 电子 排布式 含义 把内层电子达到稀有气体元素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
价层电子 排布式 含义 主族元素的价层电子指最外层电子
实例 Al的价层电子排布式:3s23p1
轨道 表示式 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的最外层电子轨道表示式:
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 K
知识点2 洪特规则 能量最低原理
1.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,称为洪特规则。
①洪特规则只针对电子填入简并轨道而言,并不适用于电子填入能量不同的轨道。
②当电子填入简并轨道时,先以自旋平行依次分占不同轨道,剩余的电子再以自旋相反依次填入各轨道。
(2)特例: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高的稳定性。
相对稳定的状态
如基态 24Cr的电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s1,为半充满状态,易错写为1s22s22p63s23p63d44s2;基态 29Cu的简化电子排布式为[Ar]3d104s1,易错写为[Ar]3d94s2。
2.能量最低原理
(1)能量最低原理: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)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)。如基态铝原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p1,若写为1s22s22p63s13p2,则违背了能量最低原理。
1.
2.书写轨道表示式时,常出现的错误及正确书写:
1.判断正误。
(1)泡利原理、洪特规则、能量最低原理是基态原子的核外电子排布的原则。( √ )
(2)同一个原子的原子核外任何一个电子的运动状态都是不相同的。( √ )
(3)洪特规则适用于电子填入简并轨道和能量不同的所有轨道。( × )
(4)如果25号锰元素的基态原子电子排布式为1s22s22p63s23p63d7,则违反了能量最低原理。( √ )
(5)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。( √ )
2.(2025·浙江台州中学月考)在d轨道中电子排布成,而不排布成,遵循的是( )
[A]能量最低原理 [B]泡利原理
[C]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,而且自旋平行。
3.(2025·江苏徐州期中)对基态氮原子核外三个未成对电子的描述,错误的是( )
[A]原子轨道取向相同 [B]自旋方向相同
[C]电子云形状相同 [D]能量相同
【答案】 A
【解析】 基态氮原子的3个未成对电子为2p轨道上的3个电子。在2p轨道中,电子云有x、y、z三种相互垂直的伸展方向,所以原子轨道取向不同,A错误;三个未成对电子分别占据三个不同的2p轨道,并且自旋方向相同,B正确;三个未成对电子分别占据三个不同的2p轨道,则电子云形状相同,都为哑铃形(或纺锤形),C正确;在同一原子同一能层的同一能级中,不同轨道的能量相同,D正确。
4.下列对电子排布式或轨道表示式的书写评价错误的是( )
选项 电子排布式或轨道表示式 评价
[A] 基态碳原子的电子排布式:ls22s22 错误,违反了洪特规则
[B] 基态硼原子的轨道表示式: 错误,违反了泡利原理
[C] 基态硫原子的最外层电子轨道表示式: 正确
[D] 基态铬原子的电子排布式:1s22s22p63s23p63d44s2 正确
【答案】 D
【解析】 2p能级有3个轨道,2p能级有2个电子,电子应先单独分占2个轨道,且自旋平行,2px轨道填充2个电子,违反了洪特规则,A不符合题意;根据泡利原理,每个轨道最多容纳两个电子,且自旋相反,基态硼原子正确的轨道表示式为,B不符合题意;基态硫原子的最外层电子排布式为3s23p4,轨道表示式为,评价正确,C不符合题意;根据洪特规则特例和能量最低原理可知,基态铬原子的电子排布式应为1s22s22p63s23p63d54s1,D符合题意。
5.(1)在原子结构理论中有四个原理,分别是a.构造原理、b.泡利原理、c.洪特规则、d.能量最低原理。判断下列现象中的主要决定因素并用字母代号回答有关问题。(每小题只填
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基态碳原子的核外电子排布式是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基态Cu的电子排布式是1s22s22p63s23p63d104s1而不是1s22s22p63s23p63d94s2: 。
⑤基态磷原子中,有3个未成对的单电子: 。
(2)第四周期元素的基态原子中,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)①b ②d ③a ④c ⑤c (2)As Cr、Mn K、Cr、Cu
【解析】 (1)①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。②基态原子的电子在核外排布时首先要遵循能量最低原理,所以基态碳原子的核外电子排布式是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,其主要决定因素是构造原理。④根据洪特规则特例,原子轨道中电子处于全充满、全空或半充满状态时较稳定。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,基态磷原子中,有3个未成对的单电子,其主要决定因素是洪特规则。(2)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个电子则为Cr,如果4s轨道有2个电子则为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,该原子是K,如果3d轨道有5个电子,该原子是Cr,如果3d轨道有10个电子,该原子是Cu。
前四周期元素核外电子排布的特殊性
1.基态原子核外最外层只有1个未成对电子的元素
第ⅠA族(ns1:H、Li、Na、K);第ⅢA族(ns2np1:B、Al、Ga);第ⅦA族(ns2np5:F、Cl、Br);Cr(3d54s1)、Cu(3d104s1)。
2.基态原子核外最外层有2个未成对电子的元素
第ⅣA族(ns2np2:C、Si、Ge);第ⅥA族(ns2np4:O、S、Se)。
3.基态原子核外最外层有3个未成对电子的元素
第ⅤA族(ns2np3:N、P、As)。
4.基态原子核外电子排布中,未成对电子数最多的元素Cr(3d54s1,共有6个未成对电子)。
课时作业
(分值:56分)
(选择题,每小题3分)
对点训练
知识点1 电子排布的轨道表示式
1.下列给出的基态铁原子的价层电子轨道表示式,正确的是( )
[A]
[B]
[C]
[D]
【答案】 A
【解析】 基态铁原子的价层电子排布式为3d64s2,根据电子排布规律可知,A正确。
2.(2025·广东广州月考)下列有关基态原子的最外层电子的轨道表示式正确的是( )
[A]铍原子:
[B]碳原子:
[C]氯原子:
[D]铝原子:
【答案】 C
【解析】 铍原子的最外层电子排布为2s2,故A错误;2p能级上的电子应该分占2个轨道,违反洪特规则,故B错误;氯原子的最外能层电子的轨道表示式正确,故C正确;根据能量最低原理,3s轨道的能量低于3p轨道,则电子先排满3s轨道,才能排3p轨道,所以该电子排布违背了能量最低原理,故D错误。
3.下列是第二周期部分元素基态原子的轨道表示式,据此判断下列说法错误的是( )
[A]每个原子轨道里最多只能容纳2个电子
[B]电子排布在同一能级时,总是优先单独占据一个轨道
[C]每个能层所具有的能级数不等于能层序数(n)
[D]若同一原子轨道里有2个电子,则其自旋相反
【答案】 C
【解析】 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正确;当电子排布在同一能级时,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,而且具有的能级数等于该能层序数(n),C错误;若在一个原子轨道里有2个电子,则其自旋相反,若在同一能级的不同轨道里有2个电子,则其自旋平行,D正确。
4.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。下列有关基态 22Ti的化学用语中错误的是( )
[A]原子结构示意图:
[B]简化电子排布式:[Ar]3d24s2
[C]价层电子轨道表示式:
[D]电子排布式:1s22s22p63s23p63d24s2
【答案】 C
【解析】 Ti的核电荷数为22,核外电子数也为22,共分布在四个电子层上,A正确;根据构造原理,Ti的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d24s2,简化电子排布式为[Ar]3d24s2,B、D正确;根据洪特规则可知,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,3d轨道电子自旋方向错误,C错误。
知识点2 核外电子排布的规律
5.基态砷原子价层电子轨道表示式不能写为,是因为该排布方式违背了( )
[A]强弱原理 [B]守恒原理
[C]泡利原理 [D]洪特规则
【答案】 D
【解析】 泡利原理是指每个轨道最多可以容纳两个自旋相反的电子,洪特规则是指基态原子中,填入简并轨道的电子,总是先单独分占,且自旋平行,该砷原子的价层电子轨道表示式违背了洪特规则,故选D。
6.(2025·山东淄博月考)下列基态氯原子的最外层电子排布式正确的是( )
[A][Ar]3s23p5 [B]
[C]3s23p5 [D]1s22s22p63s23p5
【答案】 C
【解析】 Cl是17号元素,核外有17个电子,核外电子排布式为[Ne]3s23p5,故A不符合题意;氯原子最外层有7个电子,是最外层电子轨道表示式,故B不符合题意;氯原子最外层有7个电子,最外层电子排布式为3s23p5,故C符合题意;1s22s22p63s23p5是基态氯原子的核外电子排布式,故D不符合题意。
7.下列说法不正确的是 ( )
[A]正三价阳离子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d5的元素在周期表中位于第Ⅷ族
[B]同一原子中,2p、3p、4p能级的轨道数依次增多
[C]违背能量最低原理
[D]价层电子排布式(基态21Sc)为3d14s2
【答案】 B
【解析】 正三价阳离子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d5的元素,其原子核外电子数为2+2+6+2+6+5+3=26,为铁元素,在周期表中位于第四周期第Ⅷ族,A正确;2p、3p、4p能级都含有3个原子轨道,B错误;违背能量最低原理,C正确;基态21Sc的电子排布式为1s22s22p63s23p63d14s2,价层电子排布式为3d14s2,D正确。
8.(2025·浙江金华期中)下列有关核外电子排布的表述正确的是( )
[A]基态碳原子最外层电子排布图为
[B]基态铜原子的价层电子的轨道表示式为
[C]基态硒原子的简化电子排布式为[Ar]3d104s24p4
[D]F-的结构示意图为
【答案】 C
【解析】 基态碳原子的2s能级比2p能级能量低,先填满2s能级再填2p能级,基态碳原子的最外层电子排布图为,A错误;原子轨道处于全充满状态时较稳定,基态铜原子的价层电子轨道表示式为,B错误;基态硒原子的简化电子排布式为[Ar]3d104s24p4,C正确;F-的最外层电子数是8,D错误。
能力提升
9.下列叙述不正确的是( )
[A]洪特规则适用于基态离子
[B]基态铬原子的电子排布式是1s22s22p63s23p63d54s1
[C]不存在2d、3f、1p能级
[D]基态氮原子的轨道表示式是
【答案】 D
【解析】 洪特规则不仅适用于基态原子,同时也适用于基态离子,故A正确;根据洪特规则的特例,基态铬原子的电子排布式是1s22s22p63s23p63d54s1,故B正确;第3能层才出现d能级,第4能层才出现f能级,第2能层才出现p能级,故不存在2d、3f、1p能级,故C正确;根据洪特规则,基态氮原子的轨道表示式为,故D错误。
10.下列各粒子的电子排布式或最外层电子排布图不符合能量最低原理的是( )
[A]Fe2+:1s22s22p63s23p63d6
[B]S:1s22s22p63s24p4
[C]F:
[D]Na+:
【答案】 B
【解析】 Fe2+核外电子数为24,由能量最低原理可知,Fe2+的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d6,故A符合能量最低原理;S的核外电子排布式应为1s22s22p63s23p4,故B不符合能量最低原理;氟原子的最外层电子排布式为2s22p5,最外层电子排布图为,故C符合能量最低原理;Na+的最外层电子排布式为2s22p6,最外层电子排布图为,故D符合能量最低原理。
11.(2025·辽宁沈阳五校协作体期中)下列化学用语表述正确的是( )
[A]H2O的电子式:H+H]-
[B]p能级的电子云轮廓图:
[C]基态锗原子的简化电子排布式:[Ar]4s24p2
[D]基态砷原子的价层电子轨道表示式:
【答案】 B
【解析】 H2O为共价化合物,电子式为H,A错误;p能级有3个相互垂直的原子轨道,分别为px、py、pz,p能级电子云轮廓图为哑铃形,B正确;基态锗原子的简化电子排布式为[Ar]3d104s24p2,C错误;基态砷原子的价层电子排布式为4s24p3,价层电子轨道表示式为,D错误。
12.(2025·山东枣庄薛城大联考)下列说法正确的是( )
[A]基态 6C的电子排布式为1s22s22,违背了泡利原理
[B]基态原子价层电子排布式为5s25p2的元素位于第五周期第ⅡA族
[C]ns电子的能量一定高于(n-1)p电子的能量
[D]基态 23V的电子排布式为1s22s22p63s23p63d34s2,违背了洪特规则
【答案】 C
【解析】 对于6C来说,2p能级有3个能量相同的原子轨道,最后2个电子应以自旋平行的方式分布在两个不同的2p轨道上,1s22s22违背了洪特规则,A错误;基态原子价层电子排布式为5s25p2的元素位于第五周期第ⅣA族,B错误;ns电子的能量一定高于(n-1)p电子的能量,C正确;题给电子排布式符合核外电子排布规律,D错误。
13.(2025·浙江衢州质检)下列对电子排布式或轨道表示式的书写评价正确的是( )
选项 电子排布式或轨道表示式 评价
[A] 基态钙原子的电子排布式:1s22s22p63s23p64s2 正确
[B] 氮原子的轨道表示式: 错误;违反洪特规则
[C] 氧原子的轨道表示式: 错误;违反泡利原理
[D] Br-的电子排布式:[Ar]4s24p6 正确
【答案】 A
【解析】 相同轨道中的两个电子自旋相反,违反了泡利原理,B错误;电子应先以自旋平行的方式单独分占同能级的轨道,再以自旋相反的方式填入轨道,违反了洪特规则,C错误;
Br-的电子排布式为[Ar]3d104s24p6,D错误。
14.下列各组表述中,两个粒子一定不属于同种元素原子的是( )
[A]3p能级有一个空轨道的基态原子和核外电子排布式为1s22s22p63s23p2的原子
[B]M层全充满而N层为4s2的原子和核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2的原子
[C]最外层电子数是核外电子总数的的原子和价层电子排布式为4s24p5的原子
[D]2p能级有一个未成对电子的基态原子和价层电子排布式为2s22p5的原子
【答案】 B
【解析】 A项,3p能级有一个空轨道,说明3p能级有2个电子,3s能级肯定已填满,价层电子排布式为3s23p2,因此两种粒子相同,不符合题意。B项,M层全充满而N层为4s2,M层上有d轨道,即价层电子排布式为3d104s2,应该是锌原子,3d64s2是铁原子的价层电子排布式,符合题意。C项,价层电子排布式为4s24p5,则3d能级已排满10个电子,核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p5,为溴原子;最外层电子数是核外电子总数的的原子,若最外层电子数为7,核外电子总数为35,粒子为溴原子,不符合题意。D项,2p能级有一个未成对电子,可以是2p1,也可以是2p5,因此二者可能属于同种元素的原子,不符合题意。
15.(8分)已知X、Y和Z三种元素的原子序数之和等于42。X元素原子的4p轨道上有
3个未成对电子,Y元素原子的最外层2p轨道上有2个未成对电子。X跟Y可形成化合物X2Y3,Z元素可以形成负一价离子。请回答下列问题。
(1)(3分)X元素基态原子的电子排布式为 ,其对应元素符号是 。
(2)(3分)Y元素原子的价层电子轨道表示式为 ,其对应的元素名称是 。
(3)(2分)已知化合物X2Y3在稀硫酸中可被金属锌还原为XZ3,产物还有ZnSO4和H2O,该反应的化学方程式是 。
【答案】 (1)1s22s22p63s23p63d104s24p3(或[Ar]3d104s24p3) As
(2) 氧
(3)As2O3+6Zn+6H2SO42AsH3↑+6ZnSO4+3H2O
【解析】 (1)X元素原子的4p轨道上有3个未成对电子,则X是第四周期第ⅤA族元素,即X为As,其电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p3。(2)Y元素原子的最外层2p轨道上有2个未成对电子,且As跟Y可形成化合物As2Y3,可推知Y为O;又因为X、Y和Z三种元素的原子序数之和等于42,可得到Z为H。
16.(6分)第四周期元素形成的化合物在生产生活中有着重要的用途。
(1)(2分)镍铬钢抗腐蚀性能强,基态铬原子的价层电子轨道表示式为 。
(2)(2分)“玉兔二号”月球车是通过砷化镓(GaAs)太阳能电池提供能量进行工作的。基态砷原子的电子占据最高能级的电子云轮廓图为 形。基态镓原子的核外有
种不同运动状态的电子。
(3)(2分)从电子排布的角度解释基态Fe3+比基态Fe2+稳定的原因:
。
【答案】 (1)
(2)哑铃 31
(3)Fe3+的价层电子排布式为3d5,Fe2+的价层电子排布式为3d6,前者为半充满状态,更稳定
【解析】 (1)Cr是24号元素,基态铬原子的价层电子排布式为3d54s1,价层电子轨道表示式为。(2)As是33号元素,其基态原子价层电子排布式为4s24p3,电子占据的最高能级为4p,电子云轮廓图为哑铃形。Ga是31号元素,核外有31个电子,基态镓原子的核外有31种不同运动状态的电子。
21世纪教育网(www.21cnjy.com)第3课时 泡利原理、洪特规则、能量最低原理
课时作业
(分值:56分)
(选择题,每小题3分)
对点训练
知识点1 电子排布的轨道表示式
1.下列给出的基态铁原子的价层电子轨道表示式,正确的是( )
[A]
[B]
[C]
[D]
【答案】 A
【解析】 基态铁原子的价层电子排布式为3d64s2,根据电子排布规律可知,A正确。
2.(2025·广东广州月考)下列有关基态原子的最外层电子的轨道表示式正确的是( )
[A]铍原子:
[B]碳原子:
[C]氯原子:
[D]铝原子:
【答案】 C
【解析】 铍原子的最外层电子排布为2s2,故A错误;2p能级上的电子应该分占2个轨道,违反洪特规则,故B错误;氯原子的最外能层电子的轨道表示式正确,故C正确;根据能量最低原理,3s轨道的能量低于3p轨道,则电子先排满3s轨道,才能排3p轨道,所以该电子排布违背了能量最低原理,故D错误。
3.下列是第二周期部分元素基态原子的轨道表示式,据此判断下列说法错误的是( )
[A]每个原子轨道里最多只能容纳2个电子
[B]电子排布在同一能级时,总是优先单独占据一个轨道
[C]每个能层所具有的能级数不等于能层序数(n)
[D]若同一原子轨道里有2个电子,则其自旋相反
【答案】 C
【解析】 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正确;当电子排布在同一能级时,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,而且具有的能级数等于该能层序数(n),C错误;若在一个原子轨道里有2个电子,则其自旋相反,若在同一能级的不同轨道里有2个电子,则其自旋平行,D正确。
4.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。下列有关基态 22Ti的化学用语中错误的是( )
[A]原子结构示意图:
[B]简化电子排布式:[Ar]3d24s2
[C]价层电子轨道表示式:
[D]电子排布式:1s22s22p63s23p63d24s2
【答案】 C
【解析】 Ti的核电荷数为22,核外电子数也为22,共分布在四个电子层上,A正确;根据构造原理,Ti的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d24s2,简化电子排布式为[Ar]3d24s2,B、D正确;根据洪特规则可知,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,3d轨道电子自旋方向错误,C错误。
知识点2 核外电子排布的规律
5.基态砷原子价层电子轨道表示式不能写为,是因为该排布方式违背了( )
[A]强弱原理 [B]守恒原理
[C]泡利原理 [D]洪特规则
【答案】 D
【解析】 泡利原理是指每个轨道最多可以容纳两个自旋相反的电子,洪特规则是指基态原子中,填入简并轨道的电子,总是先单独分占,且自旋平行,该砷原子的价层电子轨道表示式违背了洪特规则,故选D。
6.(2025·山东淄博月考)下列基态氯原子的最外层电子排布式正确的是( )
[A][Ar]3s23p5 [B]
[C]3s23p5 [D]1s22s22p63s23p5
【答案】 C
【解析】 Cl是17号元素,核外有17个电子,核外电子排布式为[Ne]3s23p5,故A不符合题意;氯原子最外层有7个电子,是最外层电子轨道表示式,故B不符合题意;氯原子最外层有7个电子,最外层电子排布式为3s23p5,故C符合题意;1s22s22p63s23p5是基态氯原子的核外电子排布式,故D不符合题意。
7.下列说法不正确的是 ( )
[A]正三价阳离子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d5的元素在周期表中位于第Ⅷ族
[B]同一原子中,2p、3p、4p能级的轨道数依次增多
[C]违背能量最低原理
[D]价层电子排布式(基态21Sc)为3d14s2
【答案】 B
【解析】 正三价阳离子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d5的元素,其原子核外电子数为2+2+6+2+6+5+3=26,为铁元素,在周期表中位于第四周期第Ⅷ族,A正确;2p、3p、4p能级都含有3个原子轨道,B错误;违背能量最低原理,C正确;基态21Sc的电子排布式为1s22s22p63s23p63d14s2,价层电子排布式为3d14s2,D正确。
8.(2025·浙江金华期中)下列有关核外电子排布的表述正确的是( )
[A]基态碳原子最外层电子排布图为
[B]基态铜原子的价层电子的轨道表示式为
[C]基态硒原子的简化电子排布式为[Ar]3d104s24p4
[D]F-的结构示意图为
【答案】 C
【解析】 基态碳原子的2s能级比2p能级能量低,先填满2s能级再填2p能级,基态碳原子的最外层电子排布图为,A错误;原子轨道处于全充满状态时较稳定,基态铜原子的价层电子轨道表示式为,B错误;基态硒原子的简化电子排布式为[Ar]3d104s24p4,C正确;F-的最外层电子数是8,D错误。
能力提升
9.下列叙述不正确的是( )
[A]洪特规则适用于基态离子
[B]基态铬原子的电子排布式是1s22s22p63s23p63d54s1
[C]不存在2d、3f、1p能级
[D]基态氮原子的轨道表示式是
【答案】 D
【解析】 洪特规则不仅适用于基态原子,同时也适用于基态离子,故A正确;根据洪特规则的特例,基态铬原子的电子排布式是1s22s22p63s23p63d54s1,故B正确;第3能层才出现d能级,第4能层才出现f能级,第2能层才出现p能级,故不存在2d、3f、1p能级,故C正确;根据洪特规则,基态氮原子的轨道表示式为,故D错误。
10.下列各粒子的电子排布式或最外层电子排布图不符合能量最低原理的是( )
[A]Fe2+:1s22s22p63s23p63d6
[B]S:1s22s22p63s24p4
[C]F:
[D]Na+:
【答案】 B
【解析】 Fe2+核外电子数为24,由能量最低原理可知,Fe2+的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d6,故A符合能量最低原理;S的核外电子排布式应为1s22s22p63s23p4,故B不符合能量最低原理;氟原子的最外层电子排布式为2s22p5,最外层电子排布图为,故C符合能量最低原理;Na+的最外层电子排布式为2s22p6,最外层电子排布图为,故D符合能量最低原理。
11.(2025·辽宁沈阳五校协作体期中)下列化学用语表述正确的是( )
[A]H2O的电子式:H+H]-
[B]p能级的电子云轮廓图:
[C]基态锗原子的简化电子排布式:[Ar]4s24p2
[D]基态砷原子的价层电子轨道表示式:
【答案】 B
【解析】 H2O为共价化合物,电子式为H,A错误;p能级有3个相互垂直的原子轨道,分别为px、py、pz,p能级电子云轮廓图为哑铃形,B正确;基态锗原子的简化电子排布式为[Ar]3d104s24p2,C错误;基态砷原子的价层电子排布式为4s24p3,价层电子轨道表示式为,D错误。
12.(2025·山东枣庄薛城大联考)下列说法正确的是( )
[A]基态 6C的电子排布式为1s22s22,违背了泡利原理
[B]基态原子价层电子排布式为5s25p2的元素位于第五周期第ⅡA族
[C]ns电子的能量一定高于(n-1)p电子的能量
[D]基态 23V的电子排布式为1s22s22p63s23p63d34s2,违背了洪特规则
【答案】 C
【解析】 对于6C来说,2p能级有3个能量相同的原子轨道,最后2个电子应以自旋平行的方式分布在两个不同的2p轨道上,1s22s22违背了洪特规则,A错误;基态原子价层电子排布式为5s25p2的元素位于第五周期第ⅣA族,B错误;ns电子的能量一定高于(n-1)p电子的能量,C正确;题给电子排布式符合核外电子排布规律,D错误。
13.(2025·浙江衢州质检)下列对电子排布式或轨道表示式的书写评价正确的是( )
选项 电子排布式或轨道表示式 评价
[A] 基态钙原子的电子排布式:1s22s22p63s23p64s2 正确
[B] 氮原子的轨道表示式: 错误;违反洪特规则
[C] 氧原子的轨道表示式: 错误;违反泡利原理
[D] Br-的电子排布式:[Ar]4s24p6 正确
【答案】 A
【解析】 相同轨道中的两个电子自旋相反,违反了泡利原理,B错误;电子应先以自旋平行的方式单独分占同能级的轨道,再以自旋相反的方式填入轨道,违反了洪特规则,C错误;
Br-的电子排布式为[Ar]3d104s24p6,D错误。
14.下列各组表述中,两个粒子一定不属于同种元素原子的是( )
[A]3p能级有一个空轨道的基态原子和核外电子排布式为1s22s22p63s23p2的原子
[B]M层全充满而N层为4s2的原子和核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2的原子
[C]最外层电子数是核外电子总数的的原子和价层电子排布式为4s24p5的原子
[D]2p能级有一个未成对电子的基态原子和价层电子排布式为2s22p5的原子
【答案】 B
【解析】 A项,3p能级有一个空轨道,说明3p能级有2个电子,3s能级肯定已填满,价层电子排布式为3s23p2,因此两种粒子相同,不符合题意。B项,M层全充满而N层为4s2,M层上有d轨道,即价层电子排布式为3d104s2,应该是锌原子,3d64s2是铁原子的价层电子排布式,符合题意。C项,价层电子排布式为4s24p5,则3d能级已排满10个电子,核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p5,为溴原子;最外层电子数是核外电子总数的的原子,若最外层电子数为7,核外电子总数为35,粒子为溴原子,不符合题意。D项,2p能级有一个未成对电子,可以是2p1,也可以是2p5,因此二者可能属于同种元素的原子,不符合题意。
15.(8分)已知X、Y和Z三种元素的原子序数之和等于42。X元素原子的4p轨道上有
3个未成对电子,Y元素原子的最外层2p轨道上有2个未成对电子。X跟Y可形成化合物X2Y3,Z元素可以形成负一价离子。请回答下列问题。
(1)(3分)X元素基态原子的电子排布式为 ,其对应元素符号是 。
(2)(3分)Y元素原子的价层电子轨道表示式为 ,其对应的元素名称是 。
(3)(2分)已知化合物X2Y3在稀硫酸中可被金属锌还原为XZ3,产物还有ZnSO4和H2O,该反应的化学方程式是 。
【答案】 (1)1s22s22p63s23p63d104s24p3(或[Ar]3d104s24p3) As
(2) 氧
(3)As2O3+6Zn+6H2SO42AsH3↑+6ZnSO4+3H2O
【解析】 (1)X元素原子的4p轨道上有3个未成对电子,则X是第四周期第ⅤA族元素,即X为As,其电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p3。(2)Y元素原子的最外层2p轨道上有2个未成对电子,且As跟Y可形成化合物As2Y3,可推知Y为O;又因为X、Y和Z三种元素的原子序数之和等于42,可得到Z为H。
16.(6分)第四周期元素形成的化合物在生产生活中有着重要的用途。
(1)(2分)镍铬钢抗腐蚀性能强,基态铬原子的价层电子轨道表示式为 。
(2)(2分)“玉兔二号”月球车是通过砷化镓(GaAs)太阳能电池提供能量进行工作的。基态砷原子的电子占据最高能级的电子云轮廓图为 形。基态镓原子的核外有
种不同运动状态的电子。
(3)(2分)从电子排布的角度解释基态Fe3+比基态Fe2+稳定的原因:
。
【答案】 (1)
(2)哑铃 31
(3)Fe3+的价层电子排布式为3d5,Fe2+的价层电子排布式为3d6,前者为半充满状态,更稳定
【解析】 (1)Cr是24号元素,基态铬原子的价层电子排布式为3d54s1,价层电子轨道表示式为。(2)As是33号元素,其基态原子价层电子排布式为4s24p3,电子占据的最高能级为4p,电子云轮廓图为哑铃形。Ga是31号元素,核外有31个电子,基态镓原子的核外有31种不同运动状态的电子。
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