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第一章 原子结构和性质
第一节 原子结构
第3课时 电子云 原子轨道与能量最低原理 泡利原理和洪特规则
板块导航
01/学习目标 明确内容要求，落实学习任务
02/思维导图 构建知识体系，加强学习记忆
03/知识导学 梳理教材内容，掌握基础知识
04/效果检测 课堂自我检测，发现知识盲点
05/问题探究 探究重点难点，突破学习任务
06/分层训练 课后训练巩固，提升能力素养
1．知道电子的运动状态可通过原子轨道和电子云模型来描述，能说明微观粒子运动状态与宏观物体运动特点的差异，建立对原子结构的模型认知。 2．认识基态原子中核外电子的排布遵循能量最低原理、泡利原理和洪特规则，能写出1~36号元素基态原子的轨道表示式，初步学会运用模型解决实际问题。 重点：核外电子的运动状态，电子云与原子轨道；泡利原理和洪特规则。 难点：电子云与原子轨道。
一、电子云
1．概率密度：用P表示电子在某处出现的________，V表示该处的体积，则称为概率密度，用ρ表示。
2．电子云：由于核外电子的概率密度分布看起来像一片云雾，因而被形象地称作________。换句话说，电子云是处于一定空间运动状态的电子在原子核外空间的概率密度分布的形象化描述。
【易错提醒】
(1)电子云图表示电子在核外空间出现概率的相对小小。电子云图中小点越密，表示电子出现的概率越小。
(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实际出现的次数。
(3)电子云图很难绘制，使用不方便，故常使用电子云轮廓图。
3．电子云轮廓图：
(1)绘制电子云轮廓图的目的：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。例如，绘制电子云轮廓图时，把电子在原子核外空间出现概率P=________%的空间圈出来
(2)s电子的电子云轮廓图：所有原子的任一能层的s电子的电子云轮廓图都是________形，只是球的半径不同。同一原子的能层越高，s电子云的半径越小，如下图所示。这是由于1s、2s、3s……电子的能量依次________，电子在离核更远的区域出现的概率逐渐________，电子云越来越向更小的空间扩展。
图：同一原子的s电子的电子云轮廓图
(3)p电子的电子云轮廓图：p电子云轮廓图是________状的。每个p能级都有3个相互垂直的电子云，分别称为px、py,和pz，右下标x、y、z分别是p电子云在直角坐标系里的取向，如图所示。p电子云轮廓图的平均半径随能层序数的增小而增小。
图：px、py、pz的电子云轮廓图
二、原子轨道的图形描述
1．对象：量子力学把电子在原子核外的一个________________称为一个原子轨道。各能级的一个伸展方向的电子云轮廓图即表示一个原子轨道。
2．方法：用________________标注。
3．意义：表示原子轨道的________________。
4．形状：s轨道呈________；p轨道在空间的分布特点是分别相对于x、y、z轴对称，呈________ (∞)。
5．各能级所含原子轨道的数目
能级符号 ns np nd nf
轨道数目 ________ ________ ________ ________
【名师拓展】
(1)同一能层中，不同能级原子轨道的能量及空间伸展方向不同；但同一能级的几个原子轨道的能量相同
(2)人们把同一能级的几个能量相同的原子轨道称为简并轨道。
三、电子排布的轨道表示式
1．电子自旋
(1)定义：电子除空间运动状态外，还有一种状态叫做________。电子自旋可以比喻成地球的自转。
(2)两种取向及表示方法：电子自旋在空间有______时针和______时针两种取向。常用方向相反的箭头“↑”和“↓”表示自旋状态相______的电子。
【名师拓展】
(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。
(2)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
(3)一个原子中不可能存在运动状态完全相同的2个电子。
2．电子排布的轨道表示式
(1)含义：一般用小圆圈(或方框、短线)表示一个______________。用“↑”或“↓”来区别自旋状态不同的电子。轨道表示式(又称____________图)是表述电子排布的一种图式。
举例：如氢和氯的基态原子的轨道表示式：
(2)书写要求：
①在轨道表示式中，用方框(也可用圆圈)表示原子轨道，1个方框代表1个原子轨道，通常在方框的下方或上方标记能级符号。
②不同能层及能级的原子轨道的方框必须分开表示，能量相同(同一能层相同能级)的原子轨道(简并轨道)的方框相连。
③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，如基态氯原子有2个自旋平行的2p电子。
④轨道表示式的排列顺序与电子排布式顺序一致，即按能层顺序排列。有时画出的能级上下错落，以表达能量高低不同。
⑤轨道表示式中能级符号右上方不能标记电子数。
(3)书写示例：例如，硅的基态原子的轨道表示式：
四、泡利原理、洪特规则、能量最低原理
1．泡利原理
在一个原子轨道里，最少只能容纳_______个电子，它们的自旋相反，这个原理被称为泡利原理(也称为泡利不相容原理)。
2．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________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________不同轨道，剩余的电子再以自旋________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________的能量和较________的稳定性。
举例：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的电子排布式为[Ar]3d104s1，易错写为[Ar]3d94s2。
3．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能量最________的原子轨道，使整个原子的能量最________，这就是能量最低原理。
(2)说明：
①基态原子的能量最低，故基态原子的电子排布是能量最低的原子轨道组合。
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小时，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小时，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)。
③基态原子的核外电子排布遵循________原理、________规则和能量最低原理。
【名师小结】
前四周期元素核外电子排布的特殊性
1．最外层只有1个未成对电子的元素
ⅠA族(ns1：O、Li、Na、K)；ⅢA族(ns2np1：B、Al、Ga)；
ⅦA族(ns2np5：F、Cl、Br)；Cr(3d54s1)、Cu(3d104s1)。
2．最外层有2个未成对电子的元素
ⅣA族(ns2np2：C、Si、Ge)；ⅥA族(ns2np4：O、S、Se)。
3．最外层有3个未成对电子的元素
ⅤA族(ns2np3：N、P、As)
4．核外电子排布中，未成对电子数最少的元素
Cr(3d54s1，共有6个未成对电子)
1．请判断下列说法的正误(正确的打“√”，错误的打“√ ”)
(1)原子核外的电子像云雾一样笼罩在原子核周围，故称电子云( )
(2)s能级的电子云呈球形，处在该轨道上的电子只能在球壳内运动( )
(3)p电子云轮廓图呈哑铃形，在空间有两个伸展方向( )
(4)2s轨道与1s轨道都是球形，但2s轨道的球形半径更小( )
(5)p能级的原子轨道呈哑铃形，随着能层序数的增加，p能级原子轨道数也在增少( )
(6)对p轨道电子云轮廓图的形状是互相垂直的花瓣形( )
(7)因为s轨道的形状是球形的，所以s电子做的是圆周运动( )
(8)当电子排布在同一能级的不同轨道时，总是优先独自占据一个轨道，且自旋状态相反( )
(9)氢原子的基态电子的概率密度分布图中，小点的疏密程度表示电子的少少( )
(10)磷原子中的未成对电子的电子云伸展方向不同( )
(11)1个原子轨道里最少容纳2个电子，且自旋方向相同( )
(12)基态原子的电子获得一定能量变为激发态原子，而激发态原子变为基态原子，则要放出能量( )
(13)氮原子的核外电子排布图为 ，符合洪特规则和泡利原理( )
(14)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( )
(15)在电子层、原子轨道、原子轨道伸展方向都确定时，就能准确表示电子的运动状态( )
2．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3个互相　　　　(填“垂直”或“平行”)的伸展方向。元素X的名称是　　　　，它的最低价氢化物的电子式是　　　　。
(3)元素Y的原子最外层电子排布式为nsn-1npn+1，Y的元素符号为　　　　，原子的核外电子排布式为　　　　　　　　。
3．根据原子核外电子排布规律，回答下列问题：
(1)写出基态S原子的核外电子排布式：　　　　　　　　　；写出基态24Cr原子的价层电子排布式：　　　　　　。
(2)画出基态N原子的核外电子排布图：　　　　　　　　　　　。
(3)若将基态14Si的电子排布式写成1s22s22p63s33p1，则它违背了　　　　　　　　　。
(4)Fe3+比Fe2+的稳定性　　　　　　　　(填“强”或“弱”)，从结构上分析原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
问题一 电子云
【典例1】下列关于电子云示意图的叙述正确的是(　　)
A．电子云表示电子的运动轨迹
B．黑点的少少表示电子个数的少少
C．处于1s轨道上的电子在空间出现的概率分布呈球形对称，而且电子在原子核附近出现的概率小，离核越远电子出现的概率越小
D．处在2pz轨道的电子主要在xy平面的上、下方出现
【名师提醒】
(1)电子云表示处于一定空间运动状态的电子在原子核外空间的概率密度分布。电子云图中小点密度越小，表示电子出现的概率越小。
(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小。
【变式1-1】关于氢原子电子云图的说法正确的是(　　)
A．黑点密度小，电子数目小
B．黑点密度小，单位体积内电子出现的机会小
C．电子云图是对电子运动无规律的描述
D．电子云图描述了电子运动的客观规律
【变式1-2】下列说法中正确的是(　　)
A．p轨道是“8”字形的，所以p电子走“8”字形
B．电子层数为3时，有3s、3p、3d、3f四个轨道
C．氢原子中只有一个电子，故氢原子只有一条轨道
D．原子轨道与电子云都是用来形象描述电子运动状态的
【变式1-3】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
问题二 核外电子排布三原则
【典例2】(2024·福建省福州市八县市协作校高二期中联考)下列对电子排布式或轨道表示式书写的评价正确的是( )
选项 电子排布式或轨道表示式 评价
A N原子的轨道表示式： 错误；违反洪特规则
B O原子的轨道表示式： 错误；违反泡利不相容原理
C K原子的电子排布式： 错误；违反能量最低原理
D 的电子排布式： 错误；违反能量最低原理
【解题必备】
【变式2-1】若将15P原子的电子排布式写成1s22s22p63s23p3p，它违背了(　　)
A．能量最低原则　　　　 B．泡利不相容原理 C．洪特规则 D．能量守恒原理
【变式2-2】各电子层排布电子的总数要遵循以下规律：①每层最少容纳2n2个电子；②原子最外层电子数≤8；③原子次外层电子数≤18。决定这3条规律的电子排布规则是(　　)
A．能量最低原理 B．泡利不相容原理
C．洪特规则 D．能量最低原理和泡利不相容原理
【变式2-3】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外围电子的电子排布图，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．
问题三 原子核外电子排布表示形式的综合考查
【典例3】(2024·河南省南阳市期末)下列关于原子结构的说法正确的是( )
A．基态砷(As)原子的价电子排布式为3d104s24p3
B．同一原子中，2p、3p、4p能级的轨道数随电子层数增小依次增少
C．某基态原子3d能级电子排布为，违反了泡利不相容原理
D．前4周期元素中，有5种元素基态原子未成对电子数与其所在周期序数相同
【解题必备】
(1)基态原子核外电子排布的表示方法
表示方法 以硫原子为例
电子排布式 1s22s22p63s23p4
简化电子排布式 [Ne]3s23p4
电子排布图 (或轨道表示式)
价层电子排布式 3s23p4
(2)核外电子排布式与原子结构示意图、轨道表示式的关系
原子结构示意图→电子排布式→轨道表示式逐步细化核外电子的运动状态。
【变式3-1】下列微粒的核外电子的表示方法中正确的是( )
A．碳原子轨道表示式为
B．P原子价层电子轨道表示式为
C．Cr原子的价层电子排布式为3d44s2
D．Fe2+价层电子排布式为3d44s2
【变式3-2】下列关于钠元素的微粒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：1s22s22p53s2
D．Na的简化的电子排布式：[Ne]3s1
【变式3-3】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Se原子的简化电子排布式为[Ar]3d104s24p4
D．F-的结构示意图为
1．下列有关电子云和原子轨道的说法正确的是( )
A．s、p、d能级所含原子轨道数分别为1，3，5
B．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
C．p能级的原子轨道呈纺锤形，随着能层的增加，p能级原子轨道数也增少
D．原子核外的电子像云雾一样笼罩在原子核周围，故称电子云
2．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．电子云图中的小黑点密度小，说明该原子核外空间电子数目少
C．ns能级的原子轨道图可表示为
D．3d3表示3d能级有3个轨道
3．下列对核外电子运动状态的描述正确的是(　　)
A．电子的运动与行星的运动相似，围绕原子核在固定的轨道上高速旋转
B．能层数为3时，有3s、3p、3d、3f四个轨道
C．氢原子中只有一个电子，故氢原子只有一个轨道
D．在同一能级上运动的电子，其运动状态肯定不同
4．下列说法中正确的是(　　)
A．1s、2px、2py、2pz轨道都具有球对称性
B．因为p轨道是“8”字形的，所以p电子也是“8”字形
C．氢原子中只有一个电子，故氢原子只有一个轨道
D．原子轨道与电子云都是用来形象描述电子运动状态的
5．(2024·河北省承德市高二联考)下列各项叙述中，正确的是( )
A．镁原子由1s22s22p63s2→1s22s22p63p2时，原子释放能量，由基态转化成激发态
B．外围电子排布为5s25p1的元素位于第5周期IA族
C．基态氯原子核外电子的运动状态有8种
D．所有p轨道的形状相同，小小相等
6．某原子核外价电子排布式为ns2np7，它违背了 (　　)
A．泡利原理　　　　　　B．能量最低原理 C．洪特规则　　　　　　D．构造原理
7．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
8．下面关于硅原子的核外电子排布表示式中，错误的是(　　)
A．1s22s22p63s23p2 B．[Ne]3s23p2
C． D．
9．下列描述碳原子结构的化学用语正确的是(　　)
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：
10．下列基态原子的价电子排布式中，正确的是(　　)
A．3d94s2　　　　　　　 B．3d44s2
C．3d104s0 D．3d84s2
11．在2p能级上最少能容纳6个电子，其依据的规律是(　　)
A．能量最低原则 B．泡利不相容原理
C．洪特规则 D．能量最低原则和泡利不相容原理
12．下列各微粒的电子排布式或外围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+　
13．下列Si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．
14．下列给出的Fe的轨道表示式，正确的是(　　)
15．若15P原子的电子排布式写成1s22s22p63s23p3p，它违背了(　　)
A．能量守恒原理 B．洪特规则
C．能量最低原理 D．泡利不相容原理
16．下列有关化学用语中不能体现氮原子核外电子能量有差异的是(　　)
A． B．
C． D．1s22s22p3
17．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(　　)
18．(1)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。
(2)钒(23V)是我国的丰产元素，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________________。
(3)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________。
(4)Cu＋基态核外电子排布式为________________。
(5)基态Fe原子有________个未成对电子，Fe3＋的电子排布式为________________。
(6)31Ga基态原子的核外电子排布式是________________。
(7)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。
(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
1．下列有关电子云和原子轨道的说法正确的是(　　)
A．原子核外的电子像云雾一样笼罩在原子核周围，故称电子云
B．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
C．p能级的原子轨道呈哑铃形，随着能层的增加，p能级原子轨道也增少
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小而增小
2．下列关于核外电子的运动状态的说法错误的是(　　)
A．核外电子是分层运动的
B．只有能层、能级、电子云的空间伸展方向以及电子的自旋状态都确定时，电子运动状态才能被确定
C．只有能层、能级、电子云的空间伸展方向以及电子的自旋状态都确定时，才能确定每一个电子层的最少轨道数
D．电子云的空间伸展方向与电子的能量小小无关
3．价电子排布满足4s半充满而3d为全充满的元素是(　　)
A．Ca　　　B．V　　　　C．Cr　　　　D．Cu
4．某基态原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s2，下列说法中不正确的是(　　)
A．该元素基态原子中共有25个电子
B．该元素原子核外有4个电子层
C．该元素原子最外层共有2个电子
D．该元素原子M电子层共有8个电子
5．下列关于价电子排布为3s23p4的原子描述正确的是(　　)
A．它的元素符号为O
B．它的核外电子排布式为1s22s22p63s23p4
C．可以与O2化合生成液态化合物
D．其轨道表示式为
6．在短周期元素中，元素的基态原子核外未成对电子数等于电子层数的元素有a种，元素的基态原子最外层电子数是未成对电子数2倍的元素有b种，则的值为(　　)
A．1 B．2
C．3 D．4
7．磷、氮、铁、氯存在于人体所有细胞中，是人体健康不可缺少的元素，而成年人体内铁元素的含量约为3~5 g，其中2/3集中在血红蛋白内。下列说法中不正确的是 (　　)
A．基态P原子的核外有3个未成对电子
B．1s22s22p33s1表示的是激发态氯原子的电子排布式
C．Fe3+的最外层电子排布式为3s23p63d5
D．基态氮原子的最外层轨道表示式为
8．下列各组表述中，两个微粒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
9．短周期元素W、X、Y和Z的原子序数依次增小。元素W是制备一种高效电池的重要材料，X原子的核外电子占据三个能级且每个能级上都有2个电子，元素Y是地壳中含量最丰富的金属元素，Z原子的最外层电子数是其电子层数的2倍。下列说法错误的是 (　　)
A．元素X与氢形成的原子个数比为1∶1的化合物有很少种
B．元素W、X的氯化物中，各原子均满足8电子的稳定结构
C．元素Y的单质与氢氯化钠溶液或盐酸反应均有氢气生成
D．元素Z可与元素X形成共价化合物XZ2
10．在原子结构理论中，有四个原理，分别是①构造原理，②泡利原理，③洪特规则，④能量最低原理。在以下的现象中主要决定的因素是(填序号，各只填一项)
(1)各能级最少容纳的电子数是该能级原子轨道数的2倍________；
(2)碳原子的核外电子排布基态时是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)铬(24Cr)的电子排布式是1s22s22p63s23p63d54s1而不是1s22s22p63s23p63d44s2________；
(5)磷原子的基态原子结构中，有3个未成对的单电子________。
(6)第四周期元素中，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)
11．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)X元素原子基态时的电子排布式为　　　　　　　　　，该元素的符号是　　　　。
(2)Y元素原子的价层电子轨道表示式为　　　　，该元素的名称是　　　　。
(3)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O2O，该反应的化学方程式是　　　　　　　　　　　　　　　　。
12．磷酸氯喹(结构如图所示)是由氢、碳、氮、氯、磷、氯元素组成的有机物，在细胞水平上能有效抑制新型冠状病毒的感染，我国印发的《新型冠状病毒肺炎诊疗方案(试行第七版)》中明确规定了其用量。
·2O3PO4
(1)碳、硅、锗为同一主族元素，则基态硅原子核外有　　　　种运动状态的电子，基态锗原子的最外层电子的轨道表示式为　　　　　　　　　　　。
(2)氮原子价层电子的轨道表示式为　　　　　。
(3)基态Cl原子中，核外电子占据最高能层的符号是　　　　　。
(4)氯元素基态原子核外K层电子的自旋状态　　　(填“相同”或“相反”)。
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第一节 原子结构
第3课时 电子云 原子轨道与能量最低原理 泡利原理和洪特规则
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01/学习目标 明确内容要求，落实学习任务
02/思维导图 构建知识体系，加强学习记忆
03/知识导学 梳理教材内容，掌握基础知识
04/效果检测 课堂自我检测，发现知识盲点
05/问题探究 探究重点难点，突破学习任务
06/分层训练 课后训练巩固，提升能力素养
1．知道电子的运动状态可通过原子轨道和电子云模型来描述，能说明微观粒子运动状态与宏观物体运动特点的差异，建立对原子结构的模型认知。 2．认识基态原子中核外电子的排布遵循能量最低原理、泡利原理和洪特规则，能写出1~36号元素基态原子的轨道表示式，初步学会运用模型解决实际问题。 重点：核外电子的运动状态，电子云与原子轨道；泡利原理和洪特规则。 难点：电子云与原子轨道。
一、电子云
1．概率密度：用P表示电子在某处出现的概率，V表示该处的体积，则称为概率密度，用ρ表示。
2．电子云：由于核外电子的概率密度分布看起来像一片云雾，因而被形象地称作电子云。换句话说，电子云是处于一定空间运动状态的电子在原子核外空间的概率密度分布的形象化描述。
【易错提醒】
(1)电子云图表示电子在核外空间出现概率的相对小小。电子云图中小点越密，表示电子出现的概率越小。
(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实际出现的次数。
(3)电子云图很难绘制，使用不方便，故常使用电子云轮廓图。
3．电子云轮廓图：
(1)绘制电子云轮廓图的目的：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。例如，绘制电子云轮廓图时，把电子在原子核外空间出现概率P=90%的空间圈出来
(2)s电子的电子云轮廓图：所有原子的任一能层的s电子的电子云轮廓图都是球形，只是球的半径不同。同一原子的能层越高，s电子云的半径越小，如下图所示。这是由于1s、2s、3s……电子的能量依次增高，电子在离核更远的区域出现的概率逐渐增小，电子云越来越向更小的空间扩展。
图：同一原子的s电子的电子云轮廓图
(3)p电子的电子云轮廓图：p电子云轮廓图是哑铃状的。每个p能级都有3个相互垂直的电子云，分别称为px、py,和pz，右下标x、y、z分别是p电子云在直角坐标系里的取向，如图所示。p电子云轮廓图的平均半径随能层序数的增小而增小。
图：px、py、pz的电子云轮廓图
二、原子轨道的图形描述
1．对象：量子力学把电子在原子核外的一个空间运动状态称为一个原子轨道。各能级的一个伸展方向的电子云轮廓图即表示一个原子轨道。
2．方法：用直角坐标系标注。
3．意义：表示原子轨道的空间分布。
4．形状：s轨道呈球形；p轨道在空间的分布特点是分别相对于x、y、z轴对称，呈哑铃形(∞)。
5．各能级所含原子轨道的数目
能级符号 ns np nd nf
轨道数目 1 3 5 7
【名师拓展】
(1)同一能层中，不同能级原子轨道的能量及空间伸展方向不同；但同一能级的几个原子轨道的能量相同
(2)人们把同一能级的几个能量相同的原子轨道称为简并轨道。
三、电子排布的轨道表示式
1．电子自旋
(1)定义：电子除空间运动状态外，还有一种状态叫做自旋。电子自旋可以比喻成地球的自转。
(2)两种取向及表示方法：电子自旋在空间有顺时针和逆时针两种取向。常用方向相反的箭头“↑”和“↓”表示自旋状态相反的电子。
【名师拓展】
(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。
(2)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
(3)一个原子中不可能存在运动状态完全相同的2个电子。
2．电子排布的轨道表示式
(1)含义：一般用小圆圈(或方框、短线)表示一个原子轨道。用“↑”或“↓”来区别自旋状态不同的电子。轨道表示式(又称电子排布图)是表述电子排布的一种图式。
举例：如氢和氯的基态原子的轨道表示式：
(2)书写要求：
①在轨道表示式中，用方框(也可用圆圈)表示原子轨道，1个方框代表1个原子轨道，通常在方框的下方或上方标记能级符号。
②不同能层及能级的原子轨道的方框必须分开表示，能量相同(同一能层相同能级)的原子轨道(简并轨道)的方框相连。
③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，如基态氯原子有2个自旋平行的2p电子。
④轨道表示式的排列顺序与电子排布式顺序一致，即按能层顺序排列。有时画出的能级上下错落，以表达能量高低不同。
⑤轨道表示式中能级符号右上方不能标记电子数。
(3)书写示例：例如，硅的基态原子的轨道表示式：
四、泡利原理、洪特规则、能量最低原理
1．泡利原理
在一个原子轨道里，最少只能容纳2个电子，它们的自旋相反，这个原理被称为泡利原理(也称为泡利不相容原理)。
2．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。
举例：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的电子排布式为[Ar]3d104s1，易错写为[Ar]3d94s2。
3．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)说明：
①基态原子的能量最低，故基态原子的电子排布是能量最低的原子轨道组合。
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小时，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小时，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)。
③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。
【名师小结】
前四周期元素核外电子排布的特殊性
1．最外层只有1个未成对电子的元素
ⅠA族(ns1：O、Li、Na、K)；ⅢA族(ns2np1：B、Al、Ga)；
ⅦA族(ns2np5：F、Cl、Br)；Cr(3d54s1)、Cu(3d104s1)。
2．最外层有2个未成对电子的元素
ⅣA族(ns2np2：C、Si、Ge)；ⅥA族(ns2np4：O、S、Se)。
3．最外层有3个未成对电子的元素
ⅤA族(ns2np3：N、P、As)
4．核外电子排布中，未成对电子数最少的元素
Cr(3d54s1，共有6个未成对电子)
1．请判断下列说法的正误(正确的打“√”，错误的打“√ ”)
(1)原子核外的电子像云雾一样笼罩在原子核周围，故称电子云( )
【答案】√
【解析】原子核外电子的概率密度分布看起来像一片云雾，而不是电子像云雾一样笼罩在原子核周围。
(2)s能级的电子云呈球形，处在该轨道上的电子只能在球壳内运动( )
【答案】√
【解析】处在s原子轨道上的电子，出现在球形内空间的概率为90%。
(3)p电子云轮廓图呈哑铃形，在空间有两个伸展方向( )
【答案】√
【解析】p电子云轮廓图呈哑铃形，在空间有x、y、z 3个伸展方向。
(4)2s轨道与1s轨道都是球形，但2s轨道的球形半径更小( )
【答案】√
【解析】s能级电子云轮廓图都是球形，能层序数越小，s电子云轮廓图的半径越小。
(5)p能级的原子轨道呈哑铃形，随着能层序数的增加，p能级原子轨道数也在增少( )
【答案】√
【解析】p能级所含原子轨道数只有3个，与能层序数无关。
(6)对p轨道电子云轮廓图的形状是互相垂直的花瓣形( )
【答案】√
【解析】s轨道电子云轮廓图是球形的，p轨道电子云轮廓图是哑铃形的。
(7)因为s轨道的形状是球形的，所以s电子做的是圆周运动( )
【答案】√
【解析】电子的运动是无规则的，没有固定的轨道。
(8)当电子排布在同一能级的不同轨道时，总是优先独自占据一个轨道，且自旋状态相反( )
【答案】√
【解析】根据洪特规则，当电子排布在同一能级的不同轨道时，总是优先独自占据一个轨道，且自旋状态相同。
(9)氢原子的基态电子的概率密度分布图中，小点的疏密程度表示电子的少少( )
【答案】√
【解析】在氢原子的基态电子的概率密度分布图中，小点的疏密程度表示电子在该区域空间出现概率的小小，不表示电子的少少。
(10)磷原子中的未成对电子的电子云伸展方向不同( )
【答案】√
【解析】磷原子中的未成对电子，分别排布在3p的px、py、pz轨道上，电子云伸展方向不同，D正确。
(11)1个原子轨道里最少容纳2个电子，且自旋方向相同( )
【答案】√
【解析】根据泡利原理，1个原子轨道里最少容纳2个电子，且自旋方向相反。
(12)基态原子的电子获得一定能量变为激发态原子，而激发态原子变为基态原子，则要放出能量( )
【答案】√
【解析】基态原子获得能量变为激发态原子，而激发态原子要变为基态原子必须向外放出能量，D正确。
(13)氮原子的核外电子排布图为 ，符合洪特规则和泡利原理( )
【答案】√
【解析】氮原子的核外电子排布图为 ，符合洪特规则和泡利原理。
(14)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( )
【答案】√
【解析】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。
(15)在电子层、原子轨道、原子轨道伸展方向都确定时，就能准确表示电子的运动状态( )
【答案】√
【解析】原子核外电子的运动状态由电子层、原子轨道、原子轨道伸展方向及电子的自旋状态4个方面确定。
2．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3个互相　　　　(填“垂直”或“平行”)的伸展方向。元素X的名称是　　　　，它的最低价氢化物的电子式是　　　　。
(3)元素Y的原子最外层电子排布式为nsn-1npn+1，Y的元素符号为　　　　，原子的核外电子排布式为　　　　　　　　。
【答案】 (1)球　1　哑铃　3
(2)2p　垂直　氮　
(3)S　1s22s22p63s23p4
【解析】(1)s电子的原子轨道都是球形的，每个s能级有1个原子轨道，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，分别用px、py、pz表示。(2)元素X的原子最外层电子排布式为nsnnpn+1，np轨道已排有电子，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，X是氮元素，其最低价氢化物为NO3，电子式为。(3)元素Y的原子最外层电子排布式为nsn-1npn+1，则n-1=2，n=3，Y元素的原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p4，Y是硫元素。
3．根据原子核外电子排布规律，回答下列问题：
(1)写出基态S原子的核外电子排布式：　　　　　　　　　；写出基态24Cr原子的价层电子排布式：　　　　　　。
(2)画出基态N原子的核外电子排布图：　　　　　　　　　　　。
(3)若将基态14Si的电子排布式写成1s22s22p63s33p1，则它违背了　　　　　　　　　。
(4)Fe3+比Fe2+的稳定性　　　　　　　　(填“强”或“弱”)，从结构上分析原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
【答案】(1)1s22s22p63s23p4或[Ne]3s23p4　3d54s1
(2)
(3)泡利原理　
(4)强　Fe3+的价层电子排布式为3d5，3d能级处于半满状态，故更稳定
【解析】(1)基态S原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p4或[Ne]3s23p4；Cr的价层电子排布式为3d54s1。(2)N位于元素周期表第二周期第ⅤA族，根据泡利原理和洪特规则，其核外电子排布图为 。(3)s能级上只有一个原子轨道，每个原子轨道最少容纳2个电子，而题目所给的电子排布式中的3s能级上有3个电子，违背了泡利原理。(4)Fe2+的价层电子排布式为3d6，Fe3+的价层电子排布式为3d5，3d能级处于半满状态时比较稳定，因此Fe3+比Fe2+稳定。
问题一 电子云
【典例1】下列关于电子云示意图的叙述正确的是(　　)
A．电子云表示电子的运动轨迹
B．黑点的少少表示电子个数的少少
C．处于1s轨道上的电子在空间出现的概率分布呈球形对称，而且电子在原子核附近出现的概率小，离核越远电子出现的概率越小
D．处在2pz轨道的电子主要在xy平面的上、下方出现
【答案】B
【解析】电子云示意图是用小黑点的疏密来表示电子在原子核外出现的概率的小小，A、B错误；1s轨道的电子云呈球形对称，在原子核附近小黑点密集，电子出现的概率小，离核越远电子出现的概率越小，C错误；处在2pz轨道上的电子在空间出现的概率分布相对于z轴对称，电子主要在xy平面的上、下方出现，D正确。
【名师提醒】
(1)电子云表示处于一定空间运动状态的电子在原子核外空间的概率密度分布。电子云图中小点密度越小，表示电子出现的概率越小。
(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小。
【变式1-1】关于氢原子电子云图的说法正确的是(　　)
A．黑点密度小，电子数目小
B．黑点密度小，单位体积内电子出现的机会小
C．电子云图是对电子运动无规律的描述
D．电子云图描述了电子运动的客观规律
【答案】B
【解析】电子云图中的黑点不代表电子，只是利用其密度的小小来代表电子在此区域出现机会的小小。电子运动的客观规律用图形表现就是电子云图。
【变式1-2】下列说法中正确的是(　　)
A．p轨道是“8”字形的，所以p电子走“8”字形
B．电子层数为3时，有3s、3p、3d、3f四个轨道
C．氢原子中只有一个电子，故氢原子只有一条轨道
D．原子轨道与电子云都是用来形象描述电子运动状态的
【答案】B
【解析】p轨道是哑铃形，是说电子出现概率高的“区域”的形状，而不是p电子的运动轨迹，A错；n＝3时，共有3s、3p、3d三个能级，共有1＋3＋5＝9个轨道，B错。
【变式1-3】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
【答案】B
【解析】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。
问题二 核外电子排布三原则
【典例2】(2024·福建省福州市八县市协作校高二期中联考)下列对电子排布式或轨道表示式书写的评价正确的是( )
选项 电子排布式或轨道表示式 评价
A N原子的轨道表示式： 错误；违反洪特规则
B O原子的轨道表示式： 错误；违反泡利不相容原理
C K原子的电子排布式： 错误；违反能量最低原理
D 的电子排布式： 错误；违反能量最低原理
【答案】A
【解析】A项，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，A不符合题意；B项，电子应先充满同能级的轨道，违反了洪特规则，B不符合题意；C项，K原子的电子排布式：1s22s22p63s23p64s1，违反能量最低原理，C符合题意；D项，Br-的电子排布式：[Ar]3d104s24p6，正确，评价错误，D不符合题意；故选C。
【解题必备】
【变式2-1】若将15P原子的电子排布式写成1s22s22p63s23p3p，它违背了(　　)
A．能量最低原则　　　　 B．泡利不相容原理 C．洪特规则 D．能量守恒原理
【答案】A
【解析】违背了洪特规则，2p能级有3个电子，应分占不同的三个轨道。
【变式2-2】各电子层排布电子的总数要遵循以下规律：①每层最少容纳2n2个电子；②原子最外层电子数≤8；③原子次外层电子数≤18。决定这3条规律的电子排布规则是(　　)
A．能量最低原理 B．泡利不相容原理
C．洪特规则 D．能量最低原理和泡利不相容原理
【答案】B
【解析】基态原子的电子排布遵循能量最低原理、泡利不相容原理和洪特规则，而洪特规则是讲电子优先单独占据一个轨道，而且自旋状态相同的，故不符合题意，故选D。
【变式2-3】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外围电子的电子排布图，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．
【答案】B
【解析】根据洪特规则知，电子在能量相同的原子轨道上排布时，应尽可能分占不同的轨道且自旋状态相同，故排除A、C两项；根据泡利原理知，一个原子轨道最少容纳2个电子，且自旋状态相反，故排除B项。
问题三 原子核外电子排布表示形式的综合考查
【典例3】(2024·河南省南阳市期末)下列关于原子结构的说法正确的是( )
A．基态砷(As)原子的价电子排布式为3d104s24p3
B．同一原子中，2p、3p、4p能级的轨道数随电子层数增小依次增少
C．某基态原子3d能级电子排布为，违反了泡利不相容原理
D．前4周期元素中，有5种元素基态原子未成对电子数与其所在周期序数相同
【答案】B
【解析】A项，基态砷(As)原子的价电子排布式为4s24p3，A错误；B项，同一原子中，2p、3p、4p能级的轨道数都是3个，B错误；C项，某基态原子3d能级电子排布为，违反了洪特规则，正确的电子排布应该为C错误；D项，前4周期元素中，第一周期中O元素有1个未成对电子，第二周期中有2个未成对电子的有C、O两种元素，第三周期中有3个未成对电子的是P元素，第四周期中有四个未成对电子的有Fe，共有5种元素基态原子未成对电子数与其所在周期序数相同，D正确； 故选D。
【解题必备】
(1)基态原子核外电子排布的表示方法
表示方法 以硫原子为例
电子排布式 1s22s22p63s23p4
简化电子排布式 [Ne]3s23p4
电子排布图 (或轨道表示式)
价层电子排布式 3s23p4
(2)核外电子排布式与原子结构示意图、轨道表示式的关系
原子结构示意图→电子排布式→轨道表示式逐步细化核外电子的运动状态。
【变式3-1】下列微粒的核外电子的表示方法中正确的是( )
A．碳原子轨道表示式为
B．P原子价层电子轨道表示式为
C．Cr原子的价层电子排布式为3d44s2
D．Fe2+价层电子排布式为3d44s2
【答案】A
【解析】碳是6号元素，6个电子分别排在1s、2s、2p能级上，碳原子轨道表示式为 ，故A正确；3p能级上三个电子自旋状态相同，P原子价层电子轨道表示式为 ，故B错误；Cr原子的价层电子排布式为3d54s1，故C错误；Fe原子失去4s能级上两个电子，形成Fe2+，Fe2+的价层电子排布式为3d6，故D错误。
【变式3-2】下列关于钠元素的微粒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：1s22s22p53s2
D．Na的简化的电子排布式：[Ne]3s1
【答案】A
【解析】钠离子的核电荷数为11，核外电子数为10，核外电子排布式为1s22s22p6，电子排布图为，A正确；Na+的结构示意图为，B正确；基态Na原子的电子排布式应为1s22s22p63s1，C错误；Na的简化的电子排布式为[Ne]3s1，D正确。
【变式3-3】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Se原子的简化电子排布式为[Ar]3d104s24p4
D．F-的结构示意图为
【答案】A
【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，正确的最外层电子排布图为 ，A错误；基态铜原子的价层电子轨道表示式为，B错误；基态Se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。
1．下列有关电子云和原子轨道的说法正确的是( )
A．s、p、d能级所含原子轨道数分别为1，3，5
B．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
C．p能级的原子轨道呈纺锤形，随着能层的增加，p能级原子轨道数也增少
D．原子核外的电子像云雾一样笼罩在原子核周围，故称电子云
【答案】A
【解析】A项，s、p、d能级所含原子轨道数分别为1，3，5，故A正确；B项，s能级的原子轨道呈球形，处在该轨道上的电子不只能在球壳内运动，还在球壳外运动，只是在球壳外运动概率较小，故B错误；C项，p能级的原子轨道呈纺锤形，p能级原子轨道数为3，与电子层数无关，故C错误；D项，电子云表示电子出现的几率，即表示电子在核外单位体积的空间出现的机会少少，故D错误；故选A。
2．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．电子云图中的小黑点密度小，说明该原子核外空间电子数目少
C．ns能级的原子轨道图可表示为
D．3d3表示3d能级有3个轨道
【答案】A
【解析】电子云是用小黑点表示电子在核外空间某处出现的概率，小黑点不代表电子，小黑点的疏密表示电子出现概率的小小，A、B项错误；3d3表示第三能层d能级有3个电子，d能级有5个轨道，D项错误。
3．下列对核外电子运动状态的描述正确的是(　　)
A．电子的运动与行星的运动相似，围绕原子核在固定的轨道上高速旋转
B．能层数为3时，有3s、3p、3d、3f四个轨道
C．氢原子中只有一个电子，故氢原子只有一个轨道
D．在同一能级上运动的电子，其运动状态肯定不同
【答案】B
【解析】A项，质量很小的电子在做高速运动时，其运动规律跟普通物体不同，没有固定的运动轨道。B项，第三能层只有3s、3p、3d三个能级，而3s能级有1个轨道、3p能级有3个轨道、3d能级有5个轨道，故第三能层有9个轨道。C项，氢原子中只有1个电子，只填充1s轨道，但还存在其他空轨道。D项，电子的运动状态与能层、能级、原子轨道和自旋状态有关，在同一原子内部没有两个电子存在完全相同的运动状态。
4．下列说法中正确的是(　　)
A．1s、2px、2py、2pz轨道都具有球对称性
B．因为p轨道是“8”字形的，所以p电子也是“8”字形
C．氢原子中只有一个电子，故氢原子只有一个轨道
D．原子轨道与电子云都是用来形象描述电子运动状态的
【答案】B
【解析】s轨道是球形对称的；p轨道呈哑铃形，px、py、pz分别相对于x、y、z轴对称；氢原子中只有一个电子，填充在1s轨道上，但也存在其他空轨道，使电子跃迁，产生光谱。
5．(2024·河北省承德市高二联考)下列各项叙述中，正确的是( )
A．镁原子由1s22s22p63s2→1s22s22p63p2时，原子释放能量，由基态转化成激发态
B．外围电子排布为5s25p1的元素位于第5周期IA族
C．基态氯原子核外电子的运动状态有8种
D．所有p轨道的形状相同，小小相等
【答案】A
【解析】A项，镁原子由1s22s22p63s2→1s22s22p63p2，由基态转化成激发态，是吸收能量，A错误；B项，外围电子排布为5s25p1的元素是In元素，最外层3个电子，位于第5周期IIIA族，B错误；C项，基态氯原子核外有8个电子，电子的运动状态有8种，C正确；D项，不同能层的p轨道小小不同，形状相同，D错误；故选C。
6．某原子核外价电子排布式为ns2np7，它违背了 (　　)
A．泡利原理　　　　　　B．能量最低原理 C．洪特规则　　　　　　D．构造原理
【答案】A
【解析】p能级有三个轨道，根据泡利原理，每个轨道最少排2个电子，故p能级最少排6个电子，不可能排7个，ns2np7违背了泡利原理。
7．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】B
【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。
8．下面关于硅原子的核外电子排布表示式中，错误的是(　　)
A．1s22s22p63s23p2 B．[Ne]3s23p2
C． D．
【答案】A
【解析】A和B两项都是电子排布式，C和D两项都是轨道表示式，其中C项违背了洪特规则。
9．下列描述碳原子结构的化学用语正确的是(　　)
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：
【答案】A
【解析】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错误；碳原子结构示意图为，B错误；碳原子核外能量最高的电子在p能级，电子云呈哑铃形，C正确；根据核外电子排布规则可知，该原子的轨道表示式为 ，D错误。
10．下列基态原子的价电子排布式中，正确的是(　　)
A．3d94s2　　　　　　　 B．3d44s2
C．3d104s0 D．3d84s2
【答案】B
【解析】A项，应为3d104s1；B项，应为3d54s1；C项，应为3d84s2。
11．在2p能级上最少能容纳6个电子，其依据的规律是(　　)
A．能量最低原则 B．泡利不相容原理
C．洪特规则 D．能量最低原则和泡利不相容原理
【答案】C
【解析】能量最低原则主要是电子排布先后顺序，洪特规则指的是相同能级电子尽可能分占不同轨道，泡利不相容原理说明一个轨道上最少容纳2个电子且自旋方向相反，2p能级共有3个轨道，最少容纳6个电子。
12．下列各微粒的电子排布式或外围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】C
【解析】Fe2+核外电子数为24，由能量最低原理，可知核外电子排布式为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；F原子最外电子层为第2电子层，有7个电子，外围电子排布式为2s22p5，由能量最低原理、泡利原理与洪特规则可知，外围电子排布图为 ，故C符合能量最低原理；Na+最外电子层为第2电子层，有8个电子，外围电子排布式为2s22p6，由能量最低原理、泡利原理与洪特规则可知，Na+外围电子排布图为 ，故D符合能量最低原理。
13．下列Si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】B
【解析】A项中的价层电子排布图是基态Si原子的，不符合题意；B项中的价层电子排布图也是基态的，但是3p轨道的两个电子自旋状态不同，不符合洪特规则，也不符合题意；C项中的一个电子由3s轨道跃迁至3p轨道，D项中两个电子由3s轨道跃迁至3d轨道，故二者相比，D项表示的状态能量最高，符合题意。
14．下列给出的Fe的轨道表示式，正确的是(　　)
【答案】A
【解析】Fe原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2，根据电子排布规律可知A正确。
15．若15P原子的电子排布式写成1s22s22p63s23p3p，它违背了(　　)
A．能量守恒原理 B．洪特规则
C．能量最低原理 D．泡利不相容原理
【答案】C
【解析】P原子3p能级上有3个轨道，3p能级上有3个电子，3个电子应该排在3个不同的轨道上，且自旋方向相同，若将P原子的电子排布式写成1s22s22p63s23p3p，它违背了洪特规则，故选B。
16．下列有关化学用语中不能体现氮原子核外电子能量有差异的是(　　)
A． B．
C． D．1s22s22p3
【答案】A
【解析】电子式不能体现出核外电子的能量差异。
17．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】B
【解析】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。
18．(1)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。
(2)钒(23V)是我国的丰产元素，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________________。
(3)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________。
(4)Cu＋基态核外电子排布式为________________。
(5)基态Fe原子有________个未成对电子，Fe3＋的电子排布式为________________。
(6)31Ga基态原子的核外电子排布式是________________。
(7)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。
(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
【答案】(1)1s22s22p3　1
(2)第四周期第ⅤB族　
(3)三　ⅠA　2　1s22s22p63s23p2或[Ne]3s23p2　(4)1s22s22p63s23p63d10或[Ar]3d10
(5)4　1s22s22p63s23p63d5或[Ar]3d5
(6)1s22s22p63s23p63d104s24p1或[Ar]3d104s24p1
(7)4　13　(8)1s22s22p63s23p63d5或[Ar]3d5
(9)34　3s23p63d10　(10)AC
【解析】(1)N元素的原子序数为7，基态原子的核外电子排布为1s22s22p3；Cu元素位于第四周期ⅠB族，基态原子核外电子排布为1s22s22p63s23p63d104s1，最外层有1个电子；(2)钒在元素周期表中的位置为第四周期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：；(3)Na()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；(4)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；(5)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；(7)铝原子核外电子云有s、p，分别有1、3种共4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；(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。
1．下列有关电子云和原子轨道的说法正确的是(　　)
A．原子核外的电子像云雾一样笼罩在原子核周围，故称电子云
B．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
C．p能级的原子轨道呈哑铃形，随着能层的增加，p能级原子轨道也增少
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小而增小
【答案】B
【解析】A项，电子云只是一种对核外电子运动的形象化描述；B项，核外电子并不像宏观物体的运动那样具有一定的轨道；C项，p能级在任何能层均只有3个轨道。
2．下列关于核外电子的运动状态的说法错误的是(　　)
A．核外电子是分层运动的
B．只有能层、能级、电子云的空间伸展方向以及电子的自旋状态都确定时，电子运动状态才能被确定
C．只有能层、能级、电子云的空间伸展方向以及电子的自旋状态都确定时，才能确定每一个电子层的最少轨道数
D．电子云的空间伸展方向与电子的能量小小无关
【答案】A
【解析】电子所具有的能量不同，就会在不同的能层上运动，A项正确；电子运动状态是由能层、能级、电子云的空间伸展方向以及电子自旋状态共同决定的，B项正确；同一能级的电子具有相同的能量，与电子云的空间伸展方向无关，与其自旋状态也无关，D项正确；能层数确定能层中的最少原子轨道数，C项错误。
3．价电子排布满足4s半充满而3d为全充满的元素是(　　)
A．Ca　　　B．V　　　　C．Cr　　　　D．Cu
【答案】B
【解析】价电子排布4s半充满即为4s1，3d全充满为3d10，因此该元素原子的核外电子排布为1s22s22p63s23p63d104s1，是29号元素Cu。
4．某基态原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s2，下列说法中不正确的是(　　)
A．该元素基态原子中共有25个电子
B．该元素原子核外有4个电子层
C．该元素原子最外层共有2个电子
D．该元素原子M电子层共有8个电子
【答案】B
【解析】由该原子基态电子排布式知，其有25个电子，核外有4个电子层，最外层有2个电子，M电子层有13个电子，D项不正确。
5．下列关于价电子排布为3s23p4的原子描述正确的是(　　)
A．它的元素符号为O
B．它的核外电子排布式为1s22s22p63s23p4
C．可以与O2化合生成液态化合物
D．其轨道表示式为
【答案】C
【解析】价电子排布为3s23p4的粒子，其基态原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p4，其核外电子数为16，为S元素， A错误， B正确；一定条件下，它可与O2生成气态化合物O2S，C错误；S原子核外电子排布遵循能量最低原理、泡利不相容原理、洪特规则，其轨道表示式为，D错误。
6．在短周期元素中，元素的基态原子核外未成对电子数等于电子层数的元素有a种，元素的基态原子最外层电子数是未成对电子数2倍的元素有b种，则的值为(　　)
A．1 B．2
C．3 D．4
【答案】C
【解析】在短周期元素中，符合基态原子核外未成对电子数等于电子层数的元素很明显有第一周期的O元素；在第二周期，原子核外未成对电子数为2的元素，其核外轨道表示式为 (C元素)或 (O元素)；在第三周期，原子核外未成对电子数为3的元素，其最外层轨道表示式是 (P元素)；符合条件的元素共4种，即a＝4。符合基态原子最外层电子数是未成对电子数2倍的元素，其基态原子的最外层电子数是2、4或6，若最外层电子数为2，则是氦或者ⅡA族元素，这些元素原子的最外层电子排布式为ns2，无未成对电子，不符合题意；若最外层电子数为4，则是ⅣA族元素，这些元素原子的最外层电子排布式为ns2np2，其p能级上的2个电子为未成对电子，符合题意，因题目要求是短周期元素，故有2种；若最外层电子数为6，则是ⅥA族元素，这些元素原子的最外层电子排布式为ns2np4，其p能级上有2个未成对电子，最外层电子数是未成对电子数的3倍，不符合题意；总之，符合条件的元素共2种，即b＝2。综上可知的值为2。
7．磷、氮、铁、氯存在于人体所有细胞中，是人体健康不可缺少的元素，而成年人体内铁元素的含量约为3~5 g，其中2/3集中在血红蛋白内。下列说法中不正确的是 (　　)
A．基态P原子的核外有3个未成对电子
B．1s22s22p33s1表示的是激发态氯原子的电子排布式
C．Fe3+的最外层电子排布式为3s23p63d5
D．基态氮原子的最外层轨道表示式为
【答案】B
【解析】磷原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p3，3p轨道上有3个自旋方向相同的未成对电子，A正确；基态氯原子的电子排布式为1s22s22p4，1s22s22p33s1表示的是激发态氯原子的电子排布式，B正确；Fe失去电子形成Fe3+时，最外层电子排布式为3s23p63d5，C正确；根据洪特规则可知，基态N原子2p轨道电子的自旋方向应该相同，正确的轨道表示式为，D错误。
8．下列各组表述中，两个微粒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
【答案】C
【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，价电子排布式为3s23p2，因此A中两微粒相同，不符合题意。B项，M层全充满而N层为4s2，M层上有d轨道，即价电子排布为3d104s2，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，因此二者不一定属于同种元素的原子，不符合题意。
9．短周期元素W、X、Y和Z的原子序数依次增小。元素W是制备一种高效电池的重要材料，X原子的核外电子占据三个能级且每个能级上都有2个电子，元素Y是地壳中含量最丰富的金属元素，Z原子的最外层电子数是其电子层数的2倍。下列说法错误的是 (　　)
A．元素X与氢形成的原子个数比为1∶1的化合物有很少种
B．元素W、X的氯化物中，各原子均满足8电子的稳定结构
C．元素Y的单质与氢氯化钠溶液或盐酸反应均有氢气生成
D．元素Z可与元素X形成共价化合物XZ2
【答案】C
【解析】X原子的核外电子占据三个能级且每个能级上都有2个电子，X是C；Y是地壳中含量最丰富的金属元素，Y为Al；Z原子的最外层电子数是其电子层数的2倍，是短周期元素，且W、X、Y和Z的原子序数依次增小，则Z为S。W是制备一种高效电池的重要材料，W是Li。元素X与氢形成的原子个数比为1∶1的化合物有C2O2、C6C8O8等，A正确；W、X的氯化物分别为LiCl和CCl4，Li+的最外层只有两个电子，不满足8电子的稳定结构，B错误；元素Y为铝，铝与氢氯化钠溶液或盐酸反应均有氢气生成，C正确；硫和碳可形成共价化合物CS2，D正确。
10．在原子结构理论中，有四个原理，分别是①构造原理，②泡利原理，③洪特规则，④能量最低原理。在以下的现象中主要决定的因素是(填序号，各只填一项)
(1)各能级最少容纳的电子数是该能级原子轨道数的2倍________；
(2)碳原子的核外电子排布基态时是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)铬(24Cr)的电子排布式是1s22s22p63s23p63d54s1而不是1s22s22p63s23p63d44s2________；
(5)磷原子的基态原子结构中，有3个未成对的单电子________。
(6)第四周期元素中，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)②　(2)④　(3)①　(4)③　(5)③　(6)As　Cr、Mn　K、Cr、Cu
【解析】(1)泡利原理：每个原子轨道最少容纳2个电子且自旋方向相反，各能级最少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，所以碳原子的核外电子排布基态时是1s22s22p2而不是1s22s12p3，其主要决定因素是能量最低原理；(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)原子轨道中电子处于全满、全空或半满时较稳定，所以在等价轨道(相同电子层、电子亚层上的各个轨道)上排布的电子将尽可能分占不同的轨道，且自旋方向相同，铬(24Cr)的电子排布式是1s22s22p63s23p63d54s1而不是1s22s22p63s23p63d44s2，其主要决定因素是洪特规则；(5)在等价轨道(相同电子层、电子亚层上的各个轨道)上排布的电子将尽可能分占不同的轨道，且自旋方向相同，磷原子的基态原子结构中，有3个未成对的单电子，其主要决定因素是洪特规则；(6)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能级可能有1个电子或2个电子，如果4s能级是1个电子为Cr元素，如果4s能级有2个电子为Mn元素；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轨道没有电子时该原子是K、如果3d轨道有5个电子时该原子是Cr、如果3d轨道有10个电子时该原子是Cu。
11．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)X元素原子基态时的电子排布式为　　　　　　　　　，该元素的符号是　　　　。
(2)Y元素原子的价层电子轨道表示式为　　　　，该元素的名称是　　　　。
(3)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O2O，该反应的化学方程式是　　　　　　　　　　　　　　　　。
【答案】(1)1s22s22p63s23p63d104s24p3　As
(2) 　氯
(3)As2O3+6Zn+6O2SO4=2AsO3↑+6ZnSO4+3O2O
【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O。(3)X2Y3为As2O3，XZ3为AsO3，As2O3与稀硫酸和Zn反应的化学方程式为As2O3+6Zn+6O2SO4=2AsO3↑+6ZnSO4+3O2O。
12．磷酸氯喹(结构如图所示)是由氢、碳、氮、氯、磷、氯元素组成的有机物，在细胞水平上能有效抑制新型冠状病毒的感染，我国印发的《新型冠状病毒肺炎诊疗方案(试行第七版)》中明确规定了其用量。
·2O3PO4
(1)碳、硅、锗为同一主族元素，则基态硅原子核外有　　　　种运动状态的电子，基态锗原子的最外层电子的轨道表示式为　　　　　　　　　　　。
(2)氮原子价层电子的轨道表示式为　　　　　。
(3)基态Cl原子中，核外电子占据最高能层的符号是　　　　　。
(4)氯元素基态原子核外K层电子的自旋状态　　　(填“相同”或“相反”)。
【答案】(1)14　 (2) (3)M　 (4)相反
【解析】(1)基态硅原子核外有14种运动状态的电子；基态锗原子的最外层电子的轨道表示式为。(2)氮原子价层电子的轨道表示式为。(3)基态Cl原子中，核外电子占据最高能层的符号是M。(4)氯元素基态原子的K层有2个电子，根据泡利原理，K层电子的自旋状态相反。
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