第一章 第一节 第3课时.docx
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第一章第一节第3课时
第3课时 原子核外电子排布规则
[学习目标定位] 知道原子核外电子排布的“两原理一规则”，会正确书写原子的电子排布式和电子排布图。
一、基态原子核外电子的排布原则
1.能量最低原理
原子核外的电子应优先排布在能量最低的能级里，然后由里到外，依次排布在能量逐渐升高的能级里。
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）。
2.泡利原理
在一个原子轨道里，最多只能容纳2个电子，而且它们的自旋状态相反，用“↑↓”表示。
3.洪特规则
（1）内容：
在相同能量的原子轨道上，电子的排布将尽可能占据不同的轨道，且自旋方向相同。
（2）特例
在等价轨道（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。
例1
某原子的最外层电子排布为3s23p2，下列对其核外电子运动的说法错误的是（ ）
A.有4种不同的伸展方向B.有5种不同能量的电子
C.有5种不同的运动范围D.有14种不同运动状态的电子
【考点】基态原子核外电子的排布原则
【题点】泡利原理及其应用
答案 C
解析 由题给信息知，该原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p2，共有14个电子，为硅原子，共有2种轨道，s轨道为球形，只有1种伸展方向，p轨道有3种伸展方向，则共有4种不同的伸展方向，A正确；电子排布式为1s22s22p63s23p2，有5种不同能量的电子，B正确；电子排布式为1s22s22p63s23p2，则核外有3个电子层，有3种不同的运动范围，C错误；硅原子核外有14个电子，故有14种不同运动状态的电子，D正确。
方法规律
描述多电子原子中电子的运动状态时，应该从能层、能级、原子轨道、自旋方向四个方面来描述，处于同一能层、同一能级、同一原子轨道上的两个电子的自旋方向不同，故原子中电子的运动状态是不可能有两个完全相同的电子的。
如氟原子的电子排布可表示为1s22s22p
2p
2p
，由于各原子轨道中的电子自旋方向相反，所以9个电子的运动状态互不相同。
例2
若将15P原子的电子排布式写成1s22s22p63s23p
3p
，它违背了（ ）
A.能量守恒原理B.泡利原理
C.能量最低原理D.洪特规则
【考点】基态原子核外电子的排布原则
【题点】基态原子核外电子的排布原则的综合
答案 D
解析 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，而且自旋状态相同。
二、原子核外电子排布的表示方法
1.电子排布式
（1）用数字在能级符号右上角标明该能级上排布的电子数的式子，称为电子排布式。
写出下列基态原子的电子排布式：
①16S：
1s22s22p63s23p4；
②20Ca：
1s22s22p63s23p64s2；
③26Fe：
1s22s22p63s23p63d64s2；
④29Cu：
1s22s22p63s23p63d104s1。
（2）简化的电子排布式：
上述四种原子的简化电子排布式为
①[Ne]3s23p4；②[Ar]4s2；③[Ar]3d64s2；④[Ar]3d104s1。
（3）价（外围）电子排布式：
上述四种原子的价电子排布式为①3s23p4；②4s2；③3d64s2；④3d104s1。
2.电子排布图
（1）概念：
将每一个原子轨道用一个方框表示，在方框内标明基态原子核外电子分布的式子称为电子排布图。
（2）表示方法以铝原子为例，电子排布图中各符号、数字的意义为
注意：
在电子排布图中也可以用圆圈表示一个原子轨道，如Na：
或写成[Ne]
。
（3）写出下列基态原子的电子排布图：
①O：
；
②Mg：
。
3.原子结构示意图
（1）概念：
原子结构示意（简）图：
圆圈内数字表示质子数，弧线表示能层（电子层），弧线内数字表示该能层（电子层）中的电子数。
（2）写出下列原子或离子的结构示意图：
①K：
；②Fe：
；
③Mg2＋：
；④Cl－：
。
原子核外电子排布的表示方法
（1）电子排布式和电子排布图反映的是基态原子即处于最低能量状态的原子的电子排布情况，它们相互关联，可以非常方便地相互转换。
（2）虽然电子排布是遵循构造原理的，但书写电子排布式时应按照能层的顺序书写。
如铁原子的电子排布式是1s22s22p63s23p63d64s2，而不写作1s22s22p63s23p64s23d6。
（3）主族元素的最外层电子就是外围电子，又称价电子。
过渡元素的外围电子一般包括最外层的s电子和次外层的d电子，有的还包括倒数第三层的f电子。
（4）简单离子是原子得失一定数目电子后的产物。
在表达阴、阳离子的核外电子排布状况时，务必注意离子与原子之间的电子数目关系。
例3
下列有关核外电子排布式或电子排布图不正确的是（ ）
A.24Cr的电子排布式：
1s22s22p63s23p63d54s1
B.K的简化电子排布式：
[Ar]4s1
C.N原子的电子排布图为
D.S原子的电子排布图为
【考点】原子核外电子排布的表示方法
【题点】原子核外电子排布的表示方法的综合
答案 D
解析 S原子的电子排布图违反了洪特规则，正确的应是
。
易错警示
书写基态原子的电子排布图时，要兼顾三条原则，不能顾此失彼，防止出现以下错误：
①违反泡利原理：
；
②违反洪特规则：
或
。
例4
根据25Mn原子核外电子排布情况，回答下列问题。
（1）价层电子排布图：
______________________________________________________。
（2）在锰原子的核外电子中，有________种运动状态不同的电子；共有________对成对电子；有________个成单电子；最高化合价为________价。
【考点】原子核外电子排布的表示方法
【题点】电子排布图书写、判断及应用
答案
（1）
（2）25 10 5 ＋7
1.“各能级最多容纳的电子数是该能级原子轨道数的两倍”，支撑这一结论的理论是（ ）
A.构造原理B.泡利原理
C.洪特规则D.能量最低原理
【考点】基态原子核外电子的排布原则
【题点】泡利原理及其应用
答案 B
解析 根据泡利原理，每个原子轨道中最多能容纳2个自旋状态相反的电子，所以每个能级最多能容纳的电子数是该能级原子轨道数的2倍，选项B符合题意。
2.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（ ）
A.·He·B.
C.1s2D.
【考点】基态原子核外电子的排布原则
【题点】洪特规则及其应用
答案 D
解析 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，故该项正确。
3.（2019·深州中学期中）下列关于钠元素的几种表达式错误的是（ ）
A.Na＋的电子排布图：
B.Na＋的结构示意图：
C.Na的电子排布式：
1s22s22p63s1
D.Na的简化电子排布式：
[Na]3s1
【考点】原子核外电子的排布表示方法
【题点】原子核外电子的排布表示方法的综合
答案 D
解析 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。
4.（2019·扶余市第一中学期末）下列电子排布式中，原子处于激发状态的是（ ）
A.1s22s22p5B.1s22s22p43s2
C.1s22s22p63s23p63d54s2D.1s22s22p63s23p63d34s2
【考点】基态原子核外电子的排布原则
【题点】基态原子核外电子的排布原则的综合
答案 B
解析 B选项中原子的核外电子没有填充满2p能级，而电子填充到了能量更高的3s能级，与基态原子核外电子填充的能级顺序不符，原子能量较高，处于激发态。
A、C、D三选项中原子的核外电子排布符合基态原子核外电子填充的能级顺序和能量最低原理、泡利不相容原理及洪特规则，原子处于基态，故原子处于激发状态的是答案B。
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________。
【考点】基态原子核外电子的排布原则
【题点】基态原子核外电子的排布原则的综合
答案
（1）4 13
（2）4 1s22s22p63s23p63d5 （3）3d10
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电子云呈哑铃形，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个未成对的电子，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。
[对点训练]
题组一 原子核外电子排布规则的理解与应用
1.（2019·乐山沫若中学月考）下列有关多电子原子的叙述中正确的是（ ）
A.在一个多电子原子中，不可能有两个运动状态完全相同的电子
B.在一个多电子原子中，不可能有两个能量相同的电子
C.在一个多电子原子中，N层上的电子能量肯定比M层上的电子能量高
D.某个多电子原子的3p能级上仅有两个电子，它们的自旋状态必然相反
【考点】基态原子核外电子的排布原则
【题点】基态原子核外电子的排布原则的综合
答案 A
解析 根据原子轨道理论，能量相同的电子排在相同的轨道，B错误；由构造原理得：
3d轨道上电子的能量比4s轨道上的要高，C错误；在不同的3p轨道上，能量相同，根据洪特规则可知电子在排布时总是优先单独占据一个轨道，而且自旋方向相同，D错误。
2.下列电子排布图所表示的元素原子中，能量处于最低状态的是（ ）
【考点】基态原子核外电子的排布原则
【题点】洪特规则及其应用
答案 C
解析 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。
3.下列说法错误的是（ ）
A.ns电子的能量可能低于（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
【考点】基态原子核外电子的排布原则
【题点】基态原子核外电子的排布原则的综合
答案 A
解析 电子的能量与能层、能级有关，ns电子的能量一定高于（n－1）p电子的能量，A错误；根据洪特规则知，2p能级上的两个电子应排在两个不同轨道上，B正确；根据能量最低原理知，电子先排能量低的轨道，后排能量高的轨道，故应先排4s轨道，即电子排布式应为1s22s22p63s23p63d14s2，C正确；根据泡利原理知，3p能级最多容纳6个电子，D正确。
4.某元素的原子3d能级上有1个电子，它的N能层上电子数是（ ）
A.0B.2C.5D.8
【考点】基态原子核外电子的排布原则
【题点】基态原子核外电子的排布原则的综合
答案 B
解析 根据该元素的原子3d能级上有1个电子可以写出该原子的电子排布式：
1s22s22p63s23p63d14s2，由此可知该元素N能层上的电子数为2。
5.（2019·晋江市季延中学期中）某元素质量数为51，中子数为28，其原子未成对电子数为（ ）
A.0B.1C.2D.3
【考点】基态原子核外电子的排布原则
【题点】洪特规则及其应用
答案 D
解析 元素质量数为51，中子数为28，由质量数＝质子数＋中子数，可得质子数＝51－28＝23。
质子数＝核外电子数，即核外电子数也是23，根据核外电子排布规律可知，其排布式是1s22s22p63s23p63d34s2，因此其基态原子中未成对电子数为3个，D项正确。
题组二 原子核外电子排布的表示方法
6.在核电荷数为26的元素Fe的原子核外3d、4s轨道内，下列电子排布图正确的是（ ）
【考点】原子核外电子排布的表示方法
【题点】电子排布图的书写、判断及应用
答案 C
解析 核电荷数为26的Fe基态原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2，3d有5个轨道，只有1个轨道排满两个电子，且自旋方向相反，其他4个轨道各排1个电子，4s轨道排满2个电子，且自旋方向相反，即C项正确。
7.下列电子排布式或电子排布图正确的是（ ）
A.C的电子排布图：
B.Ca的电子排布式：
1s22s22p63s23p63d2
C.N的电子排布图：
D.Br－的电子排布式：
[Ar]3d104s24p6
【考点】原子核外电子排布的表示方法
【题点】原子核外电子排布的表示方法综合
答案 D
解析 A项中C的电子排布图违背了洪特规则；B项中Ca的电子排布式违背构造原理、能量最低原理；C项中N的电子排布图违背了泡利原理。
8.（2019·三明市第一中学期中）A原子的结构示意图为
，则X、Y及该原子3d能级上的电子数不可能的组合是（ ）
A.18、8、0B.20、8、0
C.25、13、5D.30、18、10
【考点】原子核外电子排布的表示方法
【题点】原子核外电子排布的表示方法的综合
答案 A
解析 如X＝18，则原子核外各层电子数分别为2、8、8，应为Ar，故A错误；如X＝20，则原子核外各层电子数分别为2、8、8、2,3d能级上的电子数为0，故B正确；如X＝25，则原子核外各层电子数分别为2、8、13、2，应为Mn,3d能级上的电子数为5，故C正确；如X＝30，则原子核外各层电子数分别为2、8、18、2，应为Zn,3d能级上的电子数为10，故D正确；答案为A。
题组三 由原子核外电子排布确定元素
9.某主族元素的原子，M层上有一个半充满的能级（即该能级的每个轨道只有1个电子），这种原子的质子数（ ）
A.只能是7B.只能是15 C.是11或15D.是11或13
【考点】原子核外电子排布的表示方法
【题点】根据原子核外电子排布推断元素
答案 C
解析 主族元素的M能层中d能级上的电子为全充满或全空状态，故满足题中条件的M能层中的电子排布为3s1或3s23p3，原子核外电子总数分别为11或15，故C项正确。
10.基态原子的4s能级中只有1个电子的元素共有（ ）
A.1种B.2种C.3种D.8种
【考点】原子核外电子排布的表示方法
【题点】根据原子核外电子排布推断元素
答案 C
解析 基态原子4s能级只有1个电子分两种情况。
情况一是按照能级顺序正常填充：
1s22s22p63s23p64s1，为19K元素；情况二是按照洪特规则的特例填充：
1s22s22p63s23p63d54s1、1s22s22p63s23p63d104s1，分别为24Cr和29Cu。
11.X、Y、Z三种元素的原子，其价电子排布分别为4s2、3s23p2和2s22p4，由这三种元素组成的化合物的化学式可能是（ ）
A.XYZ2B.X2YZ3 C.X2YZ2D.XYZ3
【考点】原子核外电子排布的表示方法
【题点】根据原子核外电子排布推断元素
答案 D
解析 根据题意，X、Y、Z三种元素分别是Ca、Si和O，由这三种元素组成的化合物的化学式为CaSiO3，D正确。
12.下列各项表述中，两个原子不属于同种元素的是（ ）
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.2p能级无空轨道且有一个未成对电子的基态原子和最外层电子排布式为2s22p5的原子
C.M层全充满而N层为4s2的原子和核外电子排布式为1s22s22p63s23p64s2的原子
D.最外层电子数是核外电子总数的
的原子和最外层电子排布式为4s24p5的原子
【考点】原子核外电子排布的表示方法
【题点】根据原子核外电子排布推断元素
答案 C
解析 A项，3p能级有一个空轨道的基态原子，根据洪特规则可知其3p轨道上只有两个电子，由此可知两个原子是同种元素的原子；B项，2p能级无空轨道且有一个未成对电子的基态原子，其2p能级上有5个电子，由此可知两个原子是同种元素的原子；C项，M层全充满而N层为4s2的原子，其M层有18个电子，而后者的M层上只有8个电子，所以两个原子不是同种元素的原子；D项，最外层电子数是核外电子总数的
的原子，其最外层电子数不能多于8且电子总数为5的整数倍，根据核外电子排布规则知其只能是35号元素原子，该元素原子的最外层电子排布式为4s24p5，所以两个原子是同种元素的原子。
[综合强化]
13.下列原子或离子的电子排布式或电子排布图正确的是______________，违反洪特规则的是________，违反泡利原理的是____________。
①Ca2＋：
1s22s22p63s23p6
②F－：
1s22s23p6
③P：
④Cr：
1s22s22p63s23p63d44s2
⑤Fe：
1s22s22p63s23p63d64s2
⑥Mg2＋：
1s22s22p6
⑦C：
【考点】基态原子核外电子的排布原则
【题点】基态原子核外电子的排布原则的综合
答案 ①⑤⑥ ③④ ⑦
解析 根据核外电子排布规律，②中的错误在于电子排完2s轨道后应排2p轨道而不是3p轨道，正确的应为1s22s22p6。
③中没有遵循洪特规则——电子在能量相同的轨道上排布时，应尽可能分占不同的轨道并且自旋状态相同，正确的应为
。
④中忽略了能量相同的原子轨道在半充满状态时，体系的能量较低，原子较稳定，正确的应为1s22s22p63s23p63d54s1。
⑤和⑥正确。
⑦违反泡利原理，所以应为
。
14.根据核外电子的排布特点推断元素
（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，其元素符号为______；其价层电子排布图为________。
（2）B元素的正三价离子的3d能级为半充满，B的元素符号为________，其基态原子的电子排布式为________，其原子的结构示意图为____________。
（3）C元素基态原子的M层全充满，N层没有成对电子且只有一个未成对电子，C的元素符号为________，其基态原子的电子排布式为________。
（4）D元素的原子最外层电子排布式为nsnnpn+2，则n＝________；原子中能量最高的是________电子，价电子排布图为________________。
【考点】原子核外电子排布的表示方法
【题点】根据原子核外电子排布推断元素
答案
（1）N
（2）Fe 1s22s22p63s23p63d64s2
（3）Cu 1s22s22p63s23p63d104s1
（4）2 2p
解析
（1）A元素基态原子的电子排布图由题意可写成：
，则该元素核外有7个电子，为氮元素，其元素符号为N。
（2）B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26号元素铁。
（3）C元素的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s1，故C为Cu。
15.已知A原子中只含1个电子；B原子的3p轨道上得到1个电子后不能容纳外来电子；C原子的2p轨道上有1个电子的自旋方向与其他电子的自旋方向相反；D原子的第三能层上有8个电子，第四能层上只有1个电子；E原子的价电子排布式为3s23p6。
（1）按要求书写下列图式。
①B原子的结构示意图：
__________________；
②C原子的电子排布图：
______________；
③D原子的核外电子排布式：
________。
（2）写出由上述元素组成的物质制得A的单质的化学方程式：
__________、__________（至少写出2个）。
（3）要证明太阳光中含有E元素，可采用的方法是________________。
【考点】原子核外电子排布的表示方法
【题点】根据原子核外电子排布推断元素
答案
（1）①
②
③1s22s22p63s23p64s1或[Ar]4s1
（2）2H2O
2H2↑＋O2↑ 2K＋2H2O===2KOH＋H2↑（其他合理答案也可）
（3）对太阳光进行光谱分析
解析 由题意知，A原子中只有1个电子，A为H；B原子的3p轨道上有5个电子，则B为Cl；C原子的2p轨道上有4个电子，则C为O；D原子的价电子排布式为4s1，则D为K；由E原子的价电子排布式可知E为Ar。
（2）A的单质为H2，可以用电解水、电解KOH溶液或K和水反应等方法来制取。
（3）对太阳光进行光谱分析，可确定太阳光中所含元素的种类。
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