课时分层作业(一) 能层与能级 构造原理与电子排布式
(建议用时：40分钟)
[合格过关练]
1．下列关于能层与能级的说法中正确的是( )
A．同一原子中，符号相同的能级，其上电子能量不一定相同
B．任一能层的能级总是从s能级开始，而且能级数不一定等于该能层序数
C．同是s能级，在不同的能层中所能容纳的最多电子数是不相同的
D．多电子原子中，每个能层上电子的能量一定不同
A [同一原子中，符号相同的能级，其上电子能量不一定相同，如1s和2s，能量2s＞1s，A正确；能层含有的能级数等于能层序数，即第n能层含有n个能级，每一能层总是从s能级开始，B错误；同是s能级，在不同的能层中所能容纳的最多电子数都是2个，C错误；多电子原子中，同一能级上电子的能量相同，D错误。]
2．下列能层的能量由低到高的顺序是( )
A．K、M、N、L
B．M、N、Q、P
C．L、M、N、O
D．M、N、P、O
C [能层的能量由低到高的顺序为K、L、M、N、O、P、Q。]
3．下列粒子符号正确的是( )
A．2d1
B．3f7
C．6s3
D．7p2
D [L层只有s、p两个能级，没有d能级，A错误；M层只有s、p、d三个能级，没有f能级，B错误；s能级只有一个轨道，最多只能容纳2个电子，C错误；Q层有p能级，p能级有3个轨道，最多容纳6个电子，D正确。]
4．下列能级符号表示正确且最多容纳的电子数按照从少到多的顺序排列的是( )
A．1s、2p、3d
B．1s、2s、3s
C．2s、2p、2d
D．3p、3d、3f
A [从M能层开始有d能级，不存在2d能级，故C错误；从N能层开始有f能级，不存在3f能级，故D项错误；不同能层的相同能级最多容纳的电子数相同，B项错误。]
5．下列图象中所发生的现象与电子的跃迁无关的是( )
A B
C D
D [平面镜成像是光线反射的结果，与电子跃迁无关，霓虹灯广告、燃烧蜡烛、燃放的烟花均与原子核外电子发生跃迁有关。]
6．下列原子或离子核外电子排布不属于基态排布的是( )
A．N：1s22s22p3
B．S2－：1s22s22p63s23p6
C．Na：1s22s22p53s2
D．Si：1s22s22p63s23p2
C [基态原子的核外电子排布必须遵循能量最低和构造原理，基态钠原子的电子排布式应是1s22s22p63s1。]
7．硅原子的电子排布式由1s22s22p63s23p2转变为1s22s22p63s13p3，下列有关该过程的说法正确的是( )
A．硅原子由基态转化为激发态，这一过程吸收能量
B．硅原子由激发态转化为基态，这一过程释放能量
C．硅原子处于激发态时的能量低于基态时的能量
D．转化后硅原子与基态磷原子的电子层结构相同，化学性质相同
A [硅原子由基态转化为激发态，这一过程吸收能量，则其处于激发态时的能量高于基态时的能量，故A项正确，B、C项错误；转化后硅原子与基态磷原子的电子层结构不相同，因为基态磷原子的最外层排布式为3s23p3，化学性质也不相同，D项错误。]
8．下列有关说法不正确的是( )
A．基态原子的核外电子排布遵循能量最低原理
B．原子核外电子发生跃迁不一定吸收能量
C．原子核外电子从基态跃迁到激发态时，只能跃迁到稍高的能级，如从2s只能跃迁到2p
D．夜幕下的霓虹灯光、军事上使用的激光均与原子核外电子发生跃迁有关
C [基态原子是指处于最低能量的原子，A项正确；原子核外电子发生跃迁可以吸收能量，也可以释放能量，B项正确；电子跃迁可以跨能级跃迁，如从2s跃迁到3s、3d等，C项错误；霓虹灯光、激光都与原子核外电子发生跃迁释放能量有关，D项正确。]
9．主族元素原子失去最外层电子形成阳离子，主族元素的原子得到电子填充在最外层形成阴离子。下列各原子或离子的电子排布式错误的是( )
A．Ca2＋：1s22s22p63s23p6
B．O2－：1s22s22p4
C．Cl－：[Ne]3s23p6
D．Ar：1s22s22p63s23p6
B [本题主要考查根据构造原理来书写电子排布式，已知氧原子的电子排布式为1s22s22p4，故O2－的电子排布式应为1s22s22p6，B项错误，A、C、D三项均正确。]
[素养培优练]
10．下面是某些元素的最外层电子排布，各组指定的元素，不能形成AB2型化合物的是( )
A．2s22p2和2s22p4
B．3s23p4和2s22p4
C．3s2和2s22p5
D．3s1和3s23p2
D [A项为C和O，能形成CO2；B项为S和O，能形成SO2；C项为Mg和F，能形成MgF2；D项为Na和Si，不能形成AB2型化合物，故选D。]
11．R元素的原子，其最外层的p能级电子数等于所有的能层s能级电子总数，则R可能是( )
A．Li
B．Be
C．S
D．Ar
D [若只有1个能层，不存在p能级；若有2个能层，则有两个s能级，则电子排布式为1s22s22p4，为O元素；若有3个能层，则有三个s能级，则电子排布式为1s22s22p63s23p6；由此应选D。]
12．4p轨道填充一半的元素，其原子序数是( )
A．15 B．33
C．35 D．51
B [4p轨道填充一半的元素，其电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p3，原子序数为33。]
13．有几种元素的粒子核外电子排布式均为1s22s22p63s23p6，其中：
(1)某电中性粒子一般不和其他元素的原子反应，这种粒子的符号是________。
(2)某粒子的盐溶液能使溴水褪色，并出现浑浊，这种粒子的符号是________。
(3)某粒子氧化性很弱，但得到电子后还原性很强，且这种原子最外层有一个电子，这种粒子的符号是________。
(4)某粒子还原性虽弱，但失去电子后氧化性强，且这种元素的原子得到一个电子即达稳定结构，这种粒子的符号是________。
[解析] 符合上述核外电子排布式的电中性粒子，很难发生化学反应的应为稀有气体Ar；使溴水褪色，应为还原性较强的S2－，发生反应S2－＋Br2===S↓＋2Br－；氧化性很弱，得电子后还原性很强，应为K＋；得一个电子即达稳定结构，故该粒子应为Cl－。
[答案]
(1)Ar (2)S2－ (3)K＋ (4)Cl－
14．A、B、C、D分别代表四种不同的短周期元素。A元素的原子最外层电子排布式为ns1，B元素的原子最外层电子排布式为ns2np2，C元素的最外层电子数是其电子层数的3倍，D元素原子的M电子层的p能级中有3个电子。
(1)C原子的电子排布式为________，若A元素的原子最外层电子排布式为1s1，则A与C形成的阴离子的电子式为________。
(2)当n＝2时，B的原子结构示意图为________。
(3)若A元素的原子最外层电子排布式为2s1，元素A在周期表中的位置是________。
[解析] 由C元素的最外层电子数是其电子层数的3倍，推出C为O；D元素原子的M电子层的p能级中有3个电子，推出D是P；若n＝2，则B的最外层电子排布式为2s22p2，B为碳元素；若A元素的原子最外层电子排布式为2s1，元素A为Li，在周期表中的位置是第二周期
ⅠA族。
[答案] (1)1s22s22p4
(2)
(3)第二周期ⅠA族
15．(素养题)下表列出了核电荷数为21～25的元素的最高正化合价，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
最高正化合价
＋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)已知基态铬原子的电子排布式是1s22s22p63s23p63d54s1，并不符合构造原理。人们常常会碰到客观事实与理论不相吻合的问题，当你遇到这样的问题时，你的态度是_________________________________________________________。
(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化合价，你发现的规律是___________________________________________________________；
出现这一现象的原因是___________________________________________。
[解析] (1)根据构造原理即可解答。(3)过渡元素的最高正化合价与主族元素不同，因为过渡元素在化学反应中，次外层上的电子也可能参与化学反应。
[答案] (1)1s22s22p63s23p63d14s2(或[Ar]3d14s2)
1s22s22p63s23p63d24s2(或[Ar]3d24s2)
1s22s22p63s23p63d34s2(或[Ar]3d34s2)
1s22s22p63s23p63d54s2(或[Ar]3d54s2)
(2)尊重客观事实，注重理论适用范围，掌握特例(或其他合理答案)
(3)五种元素的最高正化合价数值都等于各元素基态原子的最高能层s电子和次高能层d电子数目之和 能级交错使得d电子也参与了化学反应
2/5第2课时 电子云与原子轨道 泡利原理、洪特规则、能量最低原理
发
展
目
标
体
系
构
建
1.了解电子云轮廓图和核外电子运动的状态。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，并能根据电子排布的轨道表示式、结构示意图等推导出对应的原子或离子。
一、电子云与原子轨道
1．电子云
由于核外电子的概率密度分布看起来像一片云雾，因而被形象地称为电子云。
2．电子云轮廓图
为了表示电子云轮廓的形状，对核外电子的空间运动状态有一个形象化的简便描述。把电子在原子核外空间出现概率P＝90%的空间圈出来，即电子云轮廓图。
3．原子轨道
(1)定义：电子在原子核外的一个空间运动状态称为一个原子轨道。
(2)形状
①s电子的原子轨道呈球形，能层序数越大，原子轨道的半径越大。
②除s电子云外，其他电子云轮廓图都不是球形的。例如，p电子云轮廓图是呈哑铃状的。
(3)各能级所含有原子轨道数目
能级符号
ns
np
nd
nf
轨道数目
1
3
5
7
微点拨：原子轨道与能层序数的关系
(1)不同能层的同种能级的原子轨道形状相同，只是半径不同。能层序数n越大，原子轨道的半径越大。如：
同一原子的s电子的电子云轮廓图
(2)s能级只有1个原子轨道。p能级有3个原子轨道，它们互相垂直，分别以px、py、pz表示。在同一能层中px、py、pz的能量相同。
二、泡利原理、洪特规则、能量最低原理
1．电子自旋与泡利原理
(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)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。
2．电子排布的轨道表示式
(1)在轨道表示式中，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)表示方法：以铝原子为例，轨道表示式中各符号、数字的意义为
微点拨：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。
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(同一能级)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大的稳定性。
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。
微点拨：洪特规则不仅适用于基态原子，也适用于基态离子。
4．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。
微点拨：能级的能量高低顺序如构造原理所示(对于1～36号元素来说，应重点掌握和记忆“1s→2s→2p→3s→3p→4s→3d→4p”这一顺序)。
1．判断正误(对的在括号内打“√”，错的在括号内打“×”。)
(1)2s的电子云比1s的电子云大，说明2s的电子云中的电子比1s的多
(×)
(2)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
(×)
(3)氢原子电子云的一个小黑点表示一个电子
(×)
(4)6C的电子排布式1s22s22p违反了洪特规则
(√)
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
D [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．下列原子或离子的电子排布表示方法中，正确的是________，违反能量最低原理的是________，违反洪特规则的是________，违反泡利原理的是________。
①Ca2＋：1s22s22p63s23p6
②F－：1s22s23p6
[解析] 根据核外电子排布规律知②中错误在于电子排完2s轨道后应排2p轨道，而不是3p轨道，应为1s22s22p6；③中没有遵循洪特规则。⑦中违反泡利原理。
[答案] ①⑤⑥ ②④ ③ ⑦
电子云与原子轨道
20世纪20年代以来，现代模型(电子云模型)认为电子绕核运动形成一个带负电荷的云团，对于具有波粒二象性的微观粒子在一个确定时刻其空间坐标与动量不能同时测准，这是德国物理学家海森堡在1926年提出的著名的不确定性原理。
(1)电子云图中的小点的含义是什么？小点的密度表示什么？
提示：小点是电子在原子核外出现的概率密度的形象描述。小点密度越大，表明概率密度越大。
(2)电子在原子核外出现的概率有什么规律？
提示：离核越近，电子出现的概率越大，电子云越密集。如2s电子云比1s电子云疏散。
(3)不同能层的同种能级的原子轨道形状是否完全相同？
提示：不同能层的同种能级的原子轨道形状相似，但不完全相同。只是原子轨道的半径不同，能级序数n越大，电子的能量越大，原子轨道的半径越大。例如1s、2s、3s轨道均为球形，原子轨道半径：r(1s)＜r(2s)＜r(3s)。
宏观物体的运动与微观电子的运动对比
1．宏观物体的运动有确定的运动轨迹，可以准确测出其在某一时刻所处的位置及运行的速度，描绘出其运动轨迹。
2．由于微观粒子质量小、运动空间小、运动速度快，不能同时准确测出其位置与速度，所以对于核外电子只能确定其在原子核外各处出现的概率。
(1)电子云图表示电子在核外空间出现概率密度的相对大小。电子云图中小黑点密度越大，表示电子出现的概率密度越大。
(2)电子云图中的小点并不代表电子，小点的数目也不代表电子真实出现的次数。
(3)由氢原子的1s电子在原子核外出现的概率密度分布图可知，在离原子核越近的空间电子出现的概率越大；电子云的外围形状具有不规则性。
(4)电子云图很难绘制，使用不方便，故常使用电子云轮廓图。
1．图1和图2
分别是1s电子的概率密度分布图和原子轨道图。下列有关说法正确的是( )
图1 图2
A．图1中的每个小点表示1个电子
B．图2
表示1s电子只能在球体内出现
C．图2表明1s轨道呈球形，有无数对称轴
D．图1中的小点表示电子在核外所处的位置
C
2．如图是s能级和p能级的原子轨道图，下列说法正确的是( )
A．s能级和p能级的原子轨道形状相同
B．每个p能级都有6个原子轨道
C．s能级的原子轨道半径与能层序数有关
D．钠原子的电子在11个原子轨道上高速运动
C [s轨道为球形，p轨道为哑铃状的，A项错误；每个p能级只有3个原子轨道，B项错误；能层序数越小，s能级的原子轨道半径越小，C项正确；钠原子的电子在6个原子轨道上高速运动，D项错误。]
核外电子排布的表示方法
德国人弗里德里希·洪特(F.Hund)根据大量光谱实验数据总结出一个规律，即电子分布到能量简并的原子轨道时，优先以自旋相同的方式分别占据不同的轨道，因为这种排布方式原子的总能量最低。所以在能量相等的轨道上，电子尽可能自旋平行地多占不同的轨道。
(1)泡利原理和洪特规则有何区别？
提示：泡利原理：在一个原子轨道里最多只能容纳2个电子，而且它们的自旋相反；洪特规则：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。
(2)指出下列核外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容纳2个电子，而且这2个电子的自旋相反。
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，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烦琐，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
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
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
3．下列电子排布的轨道表示式所表示的元素原子中，能量处于最低状态的是( )
C [本题考查的是核外电子排布的基本原理。要使各原子能量处于最低状态(即基态)，核外电子必须遵循三大原理进行排布。A项中2s轨道没有排满电子就排在了2p轨道上，显然能量不是最低的；B项中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项中2p3为半充满状态，能量最低；D项中2p轨道未排满就排3s轨道，能量不是最低的。]
4．下列关于钠元素的几种表达式错误的是( )
D [Na的简化电子排布式为[Ne]3s1。即上一周期的稀有气体(元素符号)＋该原子的价电子排布。]
书写轨道表示式时的“五”注意
(1)一个方框表示一个原子轨道，一个箭头表示一个电子。
(2)不同能级中的要相互分开，同一能级中的要相互连接。
(3)整个轨道表示式中各能级的排列顺序要与相应的电子排布式一致。
(4)当中有2个电子时，它们的自旋状态必须相反。
(5)洪特规则的特例：在能量相同的轨道(同一能级)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。如24Cr的价电子排布式为3d54s1(半充满)，易错写为3d44s2。
1．对原子核外的电子运动描述方法正确的是( )
A．根据一定的数据计算出它们某一时刻所在的位置
B．用一定仪器测定或描述出它们的运动轨道
C．核外电子的运动有确定的轨道
D．核外电子的运动根本不具有宏观物体运动规律，只能用统计规律来描述
D [核外电子的运动根本不具有宏观物体运动规律，只能用统计规律来描述。我们不能测定或计算出它在某一时刻所在的位置，也不能描画它的运动轨迹。]
2．在1s、2px、2py、2pz轨道中，具有球对称性的是( )
A．1s
B．2px
C．2py D．2pz
A [1s轨道和2p轨道的图像分别为
由图像可看出，呈球对称性的为1s原子轨道。]
3．以下表示氦原子结构的化学用语中，对电子运动状态描述最详尽的是( )
D [A项只能表示最外层电子数；B项只表示核外的电子分层排布情况；C项具体到各能层的电子数；而D项包含了能层数、能级数以及轨道内电子的自旋方向。]
4．(双选)下列给出的基态原子的电子排布式，其中正确的是( )
A．11Na：1s22s22p7
B．47Ag：1s22s22p63s23p63d104s24p64d95s2
C．20Ca：1s22s22p63s23p64s2
D．35Br：[Ar]3d104s24p5
CD [A项中的“2p7”违背了泡利原理，p能级有3个轨道，最多填充6个电子，正确的电子排布式为1s22s22p63s1。B项中的“4d95s2”违背了洪特规则特例，正确的电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p64d105s1。]
5．(1)金属铝质轻且有良好的防腐蚀性，在国防工业中有非常重要的作用。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。
(2)基态铁原子有________个未成对电子，三价铁离子的电子排布式为_________________________________________________________。
(3)29Cu＋的价层电子排布式为________。
[解析]
(1)Al原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p1，原子中存在s、p两种形状的电子云，s电子云呈球形，有1种伸展方向，而p电子云呈哑铃状的，有3种伸展方向，则铝原子核外电子云共有4种不同的伸展方向。由于每个核外电子的运动状态都不完全相同，所以铝原子核外共有13种不同运动状态的电子。
(2)26号元素Fe的核外电子排布式是1s22s22p63s23p63d64s2，则基态Fe原子上有4个未成对电子，当Fe原子失去2个4s电子和1个3d电子，就得到了Fe3＋，因此Fe3＋的电子排布式是1s22s22p63s23p63d5。
(3)29号元素Cu的简化电子排布式为[Ar]3d104s1，原子失去电子时首先失去最外层电子，即Cu＋的简化电子排布式为[Ar]3d10，则其价层电子排布式为3d10。
[答案]
(1)4 13 (2)4 1s22s22p63s23p63d5 (3)3d10
8/11第一节 原子结构
第1课时 能层与能级 构造原理与电子排布式
发
展
目
标
体
系
构
建
1.通过认识原子结构与核外电子的排布，理解能层与能级的关系，理解核外电子的排布规律。2.理解基态与激发态的含义与关系，能辨识光谱与电子跃迁之间的关系。3.结合构造原理形成核外电子排布式书写的思维模型，并能根据思维模型熟练书写1～36号元素的电子排布式。
一、能层与能级
1．能层
(1)核外电子按能量不同分成能层并用符号K、L、M、N、O、P、Q…表示。
(2)能层越高，电子的能量越高，能量的高低顺序为E(K)＜E(L)＜E(M)＜E(N)＜E(O)＜E(P)＜E(Q)。
2．能级
(1)定义：根据多电子原子的能量也可能不同，将它们分为不同能级。
(2)表示方法：分别用相应能层的序数和字母s、p、d、f等表示，如n能层的能级按能量由低到高的排列顺序为ns、np、nd、nf等。
(3)能层、能级与最多容纳的电子数
由上表可知：
①能层序数等于该能层所包含的能级数，如第三能层有3个能级。
②
s、p、d、f
各能级可容纳的电子数分别为1、3、5、7的2倍。
③原子核外电子的每一能层最多可容纳的电子数与能层的序数(n)间存在的关系是2n2。
微点拨：(1)不同能层之间，符号相同的能级的能量随着能层数的递增而增大。
(2)在相同能层各能级能量由低到高的顺序是ns(3)不同能层中同一能级，能层数越大，能量越高。例如：1s<2s<3s<4s……
二、基态与激发态 原子光谱
1．基态原子与激发态原子
(1)基态原子：处于最低能量状态的原子。
(2)激发态原子：基态原子吸收能量，电子会跃迁到较高能级，变为激发态原子。
(3)基态、激发态相互间转化的能量变化
基态原子激发态原子。
2．光谱
(1)光谱的成因及分类
(2)光谱分析：在现代化学中，常利用原子光谱上的特征谱线来鉴定元素，称为光谱分析。
微点拨：(1)电子从较高能量的激发态跃迁到较低能量的激发态乃至基态时，将释放能量；反之，将吸收能量。光(辐射)是电子释放能量的重要形式之一。
(2)电子的跃迁是物理变化(未发生电子转移)，而原子得失电子时发生的是化学变化。
(3)一般在能量相近的能级间发生电子跃迁。
三、构造原理与电子排布式
1．构造原理
随着原子核电荷数的递增，绝大多数元素的原子核外电子排布遵循下列顺序：
即电子所排的能级顺序：1s、2s、2p、3s、3p、4s、3d、4p、5s、4d、5p、6s、4f、5d、6p、7s……。
2．电子排布式
(1)电子排布式中能级符号右上角的数字表示该能级的电子数。如：Al原子电子排布式中各符号、数字的意义为
(2)写出下列原子或离子的电子排布式：
①8O：1s22s22p4；
②19K：1s22s22p63s23p64s1；可简写为[Ar]4s1；
③17Cl：1s22s22p63s23p5；可简写为[Ne]3s23p5；
④16S2－：1s22s22p63s23p6。
1．判断正误(对的在括号内打“√”，错的在括号内打“×”。)
(1)能层就是电子层
(√)
(2)不同能层，s能级的能量相同
(×)
(3)s能级的能量一定比p能级的能量低
(×)
(4)各能级最多可容纳的电子数按s、p、d、f…的顺序依次为1、3、5、7…的2倍
(√)
2．下列能层不包含d能级的是( )
A．O能层
B．N能层
C．M能层
D．K能层
D [多电子的原子中，同一能层的电子可分为不同的能级，K能层只有s能级，L层有s、p能级，从M能层开始有d能级。]
3．请根据构造原理，写出下列原子的电子排布式：
(1)16S_________________________________________________________。
(2)10Ne_________________________________________________________。
(3)20Ca_________________________________________________________。
(4)26Fe_________________________________________________________。
(5)29Cu_________________________________________________________。
(6)11Na_________________________________________________________。
[解析] 根据原子核外电子的排布规律和构造原理书写原子的电子排布式，应注意从3d能级开始出现“能级交错”现象。
[答案] (1)1s22s22p63s23p4 (2)1s22s22p6
(3)1s22s22p63s23p64s2 (4)1s22s22p63s23p63d64s2
(5)1s22s22p63s23p63d104s1 (6)1s22s22p63s1
构造原理与电子排布式
查阅元素周期表可知Cr的电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s1，Cu的电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s1。
(1)分析Cr、Cu的电子排布式，思考电子排布式的书写顺序与核外电子填充顺序一定相同吗？
提示：不一定相同，电子排布式的书写按电子层由里到外和s、p、d顺序，而核外电子填充顺序是按构造原理。过渡元素电子排布式的书写与电子填充顺序不一致。
(2)所有元素的原子核外电子排布都符合构造原理吗？
提示：1～36号元素中，只有Cr、Cu两种元素基态原子的电子填充顺序与构造原理不符合。
(3)元素周期表中钠的电子排布式写成[Ne]3s1，方括号里的符号是什么意义？模仿写出8号、14号、26号元素简化的电子排布式。
提示：方括号里符号的意义是稀有气体元素原子的结构，表示该元素前一周期的稀有气体元素原子的电子排布结构；O：[He]2s22p4；Si：[Ne]3s23p2；Fe：[Ar]3d64s2。
1．基态原子的核外电子排布
(1)绝大多数元素的原子核外电子的排布顺序遵循构造原理。
(2)“能级交错”现象：当出现d轨道时，电子按ns、(n－1)d、np的顺序在原子轨道上排布；当出现f轨道时，电子按ns、(n－2)f、(n－1)d、np的顺序在原子轨道上排布。从第三能层开始，各能级不完全遵循能层顺序，产生了能级交错排列，即产生“能级交错”现象。
2．电子排布式书写
(1)“三步法”书写电子排布式
构造原理是书写基态原子电子排布式的依据。
第一步：按照构造原理写出电子填入能级的顺序，1s→2s→2p→3s→3p→4s→3d→4p→5s→4d→5p→6s……
第二步：根据各能级容纳的电子数填充电子。
第三步：去掉空能级，并按照能层顺序排列即可得到电子排布式。
(2)简化的电子排布式
将电子排布式中的内层电子排布用相应的稀有气体元素符号加方括号来表示而得到的式子称为简化的电子排布式。如氮、钠、钙的简化电子排布式分别为[He]2s22p3、[Ne]3s1、[Ar]4s2。
(3)特例：Cr：[Ar]3d54s1、Cu：[Ar]3d104s1。
3．离子的电子排布式书写
基态原子转化为相应离子时的一般规律：原子失去电子时总是先失去最外层电子，然后失去次外层电子，之后是倒数第三层电子……对于主族元素的原子来说，一般只失去最外层电子，而过渡元素的原子可能还会进一步失去内层电子；原子得到电子时，一般总是填充到最外能层未填满的能级上。如Fe位于第四周期第Ⅷ族，其原子的核外电子排布式为[Ar]3d64s2，Fe2＋的核外电子排布式为[Ar]3d6，Fe3＋的核外电子排布式为[Ar]3d5。
1．构造原理揭示的电子排布能级顺序，实质是各能级能量高低。若以E(nl)表示某能级的能量，以下各式中正确的是( )
A．E(5s)>E(4f)>E(4s)>E(3d)
B．E(3d)>E(4s)>E(3p)>E(3s)
C．E(4s)D．E(5s)>E(4s)>E(4f)>E(3d)
B [根据构造原理，各能级能量由低到高的顺序为1s、2s、2p、3s、3p、4s、3d、4p、5s……，A项和D项正确顺序为E(4f)>E(5s)>E(3d)>E(4s)；对于不同能层的相同能级，能层序数越大，能量越高，所以C项错误。]
2．下列原子或离子的核外电子排布式，正确的是( )
A．16S2－：1s22s22p63s23p4
B．21Sc：1s22s22p63s23p64s23d1
C．18Ar：1s22s22p63s23p6
D．9F：2s22p5
C [S2－的原子核外共有18个电子，其核外电子排布式为1s22s22p63s23p6，选项A是S原子的核外电子排布式，故A错误；书写电子排布式时，能层低的能级要写在左边，能层高的能级要写在右边，因此21Sc原子的核外电子排布式应为1s22s22p63s23p63d14s2，故B错误；选项D是F的最外层电子(价电子)排布式，不符合题意。]
[规律方法]
书写电子排布式的关键是熟悉构造原理，各能级能量由低到高可记为ns1．第N能层所含能级数、最多容纳的电子数分别为( )
A．3、18
B．4、24
C．5、32
D．4、32
D [每一能层包含的能级数目等于该能层的序数，故第四能层包含s、p、d、f四个能级；每一能层所容纳的最多电子数为2n2，故第四能层所容纳的最多电子数为2×42＝32个。]
2．电子在一个原子的下列能级中排布时，最后一个排布的是( )
A．ns
B．np
C．(n－1)d
D．(n－2)f
B [根据原子中上述能级的能量高低顺序：ns<(n－2)f<(n－1)d3．对充有氖气的霓虹灯管通电，灯管发出红色光。产生这一现象的主要原因是( )
A．电子由激发态向基态跃迁时以光的形式释放能量
B．电子由基态向激发态跃迁时吸收除红光以外的光线
C．氖原子获得电子后转变成发出红光的物质
D．在电流的作用下，氖原子与构成灯管的物质发生反应
A [解答该题的关键是明确基态原子与激发态原子的相互转化及其转化过程中的能量变化及现象。在电流作用下，基态氖原子的电子吸收能量跃迁到较高能级，变为激发态原子，这一过程要吸收能量，不会发出红色光；而电子从较高能量的激发态跃迁到较低能量的激发态或基态时，将释放能量，从而产生红光，故A项正确。]
4．下列电子排布式是基态原子的电子排布式的是( )
①Be：1s22s12p1 ②O：1s22s22p4 ③He：1s12s1 ④Cl：1s22s22p63s23p5
A．①②
B．②③
C．①③
D．②④
D [①Be：1s22s12p1是激发态，2s能量低于2p，故错误；②O：1s22s22p4符合能量最低原理，故正确；③He：1s12s1是激发态，1s能量低于2s，故错误；④Cl：1s22s22p63s23p5符合能量最低原理，故正确。]
5．根据构造原理写出下列基态原子或离子的核外电子排布式。
(1)A元素原子核外M层电子数是L层电子数的一半：______。
(2)B元素原子的最外层电子数是次外层电子数的1.5倍：____。
(3)基态Ni2＋、Fe3＋、N3－的电子排布式分别为______________、______________、______________。
[解析] (1)
L层有8个电子，则M层有4个电子，故A为硅。(2)当次外层为K层时，最外层电子数则为3，则B为硼；当次外层为L层时，最外层电子数为1.5×8＝12，违背了排布规律，故不可能。(3)Ni的原子序数为28，根据构造原理，基态Ni原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d84s2，故Ni2＋的电子排布式为1s22s22p63s23p63d8；基态Fe原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2，故Fe3＋的电子排布式为1s22s22p63s23p63d5；氮原子序数为7，基态氮原子的电子排布式为1s22s22p3，故N3－的电子排布式为1s22s22p6。
[答案] (1)
1s22s22p63s23p2 (2)
1s22s22p1(3)[Ar]3d8 [Ar]3d5 1s22s22p6
2/8课时分层作业(二) 电子云与原子轨道泡利原理、洪特规则、能量最低原理
(建议用时：40分钟)
[合格过关练]
1．下列有关电子云和原子轨道的说法正确的是( )
A．原子核外的电子像一片云雾一样笼罩在原子核周围，故称电子云
B．s轨道呈球形，处在该轨道上的电子只能在球壳内运动
C．p轨道呈哑铃形，在空间有两个伸展方向
D．与s电子原子轨道相同，p电子原子轨道的平均半径随能层的增大而增大
D [电子云是对电子运动的形象化描述，它仅表示电子在某一区域内出现的概率密度，并非原子核真被电子云雾所包裹，故A错误；原子轨道是电子出现的概率约为90%的空间轮廓，它表明电子在这一区域内出现的概率大，在此区域外出现的概率小，故B错误；p轨道在空间有x、y、z
3个伸展方向，故C错误；由于按2p、3p……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，电子云越来越向更大的空间扩展，原子轨道的平均半径逐渐增大，故D正确。]
2．符号3px所代表的含义是( )
A．px轨道上有3个电子
B．第三个电子层px轨道有3个伸展方向
C．px电子云有3个伸展方向
D．第三个电子层沿x轴方向伸展的p轨道
D [3px中，3表示第三电子层，p原子轨道在三维空间的分布分别沿x、y、z三个方向，px表示沿x轴方向伸展的p轨道。]
3．下列说法中正确的是( )
A．1s电子云呈球形，表示电子绕原子核做圆周运动
B．基态氢原子的电子云是圆形的
C．ns能级的原子轨道图可表示为
D．3d3表示3d能级有3个原子轨道
C [电子云是用小点表示电子在原子核外空间出现的概率，小点不代表电子，小点的疏密表示电子出现概率的大小，A项错误；基态氢原子的电子云是球形而不是圆形的，B项错误；3d3表示第三能层d能级有3个电子，d能级有5个原子轨道，D项错误。]
4．下列说法正确的是( )
A．p电子云是平面“8”字形的
B．3p2表示3p能级中有两个原子轨道
C．2d能级包含5个原子轨道，最多容纳10个电子
D．s电子云是在空间各个方向上伸展程度相同的对称形状
D [p电子云形状是哑铃形，不是平面“8”字形，A项错误；3p2表示3p能级中容纳了两个电子，B项错误；L层没有d能级，C项错误。]
5．下列原子的轨道表示式正确的是( )
C [A的2p轨道应各排布一个电子且自旋平行，B的2s轨道中两个电子的自旋状态应相反，D的2s轨道中应排满两个电子后再排2p轨道。]
6．下列原子中未成对电子数最多的是( )
A．C B．O C．N D．Cl
C [A项，C的核外电子排布式为1s22s22p2，p能级有3个原子轨道，因此未成对电子数为2；B项，O的核外电子排布式为1s22s22p4，p能级有3个原子轨道，因此未成对电子数为2；C项，N的核外电子排布式为1s22s22p3，p能级有3个原子轨道，因此未成对电子数为3；D项，Cl的核外电子排布式为1s22s22p63s23p5，p能级有3个原子轨道，因此未成对电子数为1。]
7．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( )
A B
C D
D [A项，根据构造原理可知，E3d>E4s，且题图中3d能级电子排布不符合洪特规则，错误；B项，根据构造原理知，E3d>E4s，且题图中1s、2s、3s、4s能级的电子排布不符合泡利原理，错误；C项，3d5电子排布不符合洪特规则，错误。]
8．已知下列轨道表示式所表示的是元素的原子，其中能量处于最低状态的是( )
A [A项表示的是基态原子，能量处于最低状态；B项中2s能级上的电子跃迁到2p能级上，为激发态原子，能量较高；C项，2p能级上的三个电子应尽可能分占不同的轨道，且自旋方向相同时能量最低；D项，先填满2s能级，再填2p能级时的能量最低。]
9．科学研究证明：核外电子的能量不仅与电子所处的能层、能级有关，还与核外电子的数目及核电荷数有关。氩原子与硫离子的核外电子排布相同，都是1s22s22p63s23p6。下列说法正确的是( )
A．两粒子的1s能级上电子的能量相同
B．两粒子的3p能级上电子离核的距离相同
C．两粒子的电子发生跃迁时，产生的光谱不同
D．两粒子都达8电子稳定结构，化学性质相同
C [氩原子与硫离子的核外电子排布虽然相同，但核内质子数(即核电荷数)不同。电子层数相同时，核电荷数越大，原子半径越小，对应相同能级上的电子的能量和距离原子核的距离是不同的，其对应的化学性质也不同，如S2－虽然达到了稳定结构，但具有较强的还原性，和Ar的性质不同。]
[素养培优练]
10．下列四种元素中，单质氧化性最强的是( )
A．原子中含有未成对电子最多的第二周期元素
B．位于周期表中第三周期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3s23p5的元素
D [A中所述元素为N，B中所述元素为Al，C中所述元素为Ne，D中所述元素为Cl，在N2、Al、Ne、Cl2中，Cl2的氧化性最强。]
11．下列各组原子中，彼此化学性质一定相似的是( )
A．最外层都只有一个电子的X、Y原子
B．原子核外M层上仅有两个电子的X原子与原子核外N层上仅有两个电子的Y原子
C．原子核外电子排布式为1s2的X原子与原子核外电子排布式为1s22s2的Y原子
D．2p轨道上只有一个空轨道的X原子与3p轨道上只有一个空轨道的Y原子
D [D项，X原子是C原子，Y原子为Si原子，二者位于同一主族，最外层电子数相同，化学性质相似，D正确。]
12．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原子的价电子排布式为2s22p5的原子
B [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，价电子排布式为3s23p2，因此A中两粒子相同，不符合题意。B项，M层全充满而N层为4s2，M层上有d轨道，即最外层电子排布为3s23p63d10，应该是锌元素，3d64s2是铁元素的价电子排布式，符合题意。C项，价电子排布式为4s24p5，则3d能级已排满10个电子，核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p5，最外层电子数是核外电子总数的的原子，可按下述方法讨论：若最外层电子数为1，核外电子总数为5，不可能；最外层电子数为2，核外电子总数为10，不可能；同理，只有最外层电子数为7，核外电子总数为35时合理，其电子排布式也是1s22s22p63s23p63d104s24p5，二者是同种元素的原子，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。]
13．下图是s能级和p能级的原子轨道图，试回答下列问题：
(1)s电子的原子轨道呈________形，每个s能级有________个原子轨道；p电子的原子轨道呈________形，每个p能级有________个原子轨道。
(2)元素X的原子最外层电子排布式为nsnnpn＋1，原子中能量最高的是________电子，其电子云在空间有________________________方向。
[解析] (1)ns能级各有1个轨道，np能级各有3个轨道，s电子的原子轨道都是球形的，p电子的原子轨道都是哑铃形的，每个p能级有3个原子轨道，它们相互垂直，分别以px、py、pz表示。
(2)因为元素X的原子最外层电子排布式为nsnnpn＋1，np轨道已排上电子，说明ns轨道已排满电子，即n＝2，则元素X的原子核外电子排布式为1s22s22p3，则原子中能量最高的是2p电子，其电子云在空间有三个互相垂直的伸展方向。
[答案] (1)球 1 哑铃 3 (2)2p 三个互相垂直的伸展
14．(1)以下列出的是一些原子的2p能级和3d能级中电子排布的情况。
试判断，哪些违反了泡利原理？________；
哪些违反了洪特规则？________。
(2)某元素的激发态(不稳定状态)原子的电子排布式为1s22s22p63s13p33d2，则该元素基态原子的电子排布式为____________；其最高价氧化物对应水化物的化学式是________________。
(3)将下列多电子原子的原子轨道按轨道能量由低到高顺序排列。
①2s ②3d ③4s ④3s ⑤4p ⑥3p
轨道能量由低到高排列顺序是____________(填序号)。
[解析] (1)同一轨道中不应有自旋状态相同的电子，③违反了泡利原理；②中成单电子应自旋平行，④中5个电子应分占5个轨道，⑥中成单电子自旋平行，所以②④⑥违反了洪特规则。(2)3p能量小于3d，激发态为1s22s22p63s13p33d2，基态应为1s22s22p63s23p4。此原子核外电子数为16，其质子数也为16，该元素为硫元素，其最高价氧化物对应水化物的化学式是H2SO4。
[答案] (1)③ ②④⑥ (2)1s22s22p63s23p4 H2SO4 (3)①④⑥③②⑤
15.
(素养题)(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)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。
(3)钒(23V)是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；Si的基态原子核外电子排布式为________________。
(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)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。
(9)基态Mn2＋的核外电子排布式为________________。
(10)Se原子序数为________，其核外M层电子的排布式为________。
(11)可正确表示原子轨道的是________。
A．2s
B．2d
C．3pz
D．3f
[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)N元素的原子序数为7，基态原子的核外电子排布式为1s22s22p3；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。
(4)
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。
(5)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。
(6)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。
(8)铝原子核外电子云有s、p，分别有1、3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。
(9)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。
(10)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。
(11)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)1s22s22p3 1
(3)第四周期第ⅤB族
(4)三 ⅠA 2 1s22s22p63s23p2或[Ne]3s23p2
(5)1s22s22p63s23p63d10或[Ar]3d10
(6)4 1s22s22p63s23p63d5或[Ar]3d5
(7)1s22s22p63s23p63d104s24p1或[Ar]3d104s24p1
(8)4 13 (9)1s22s22p63s23p63d5或[Ar]3d5
(10)34 3s23p63d10 (11)AC
2/8
