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基础课时3　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。2.熟练书写1～36号元素基态原子的核外电子(或价层电子)排布式和轨道表示式。
一、原子核外电子排布
(一)知识梳理
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。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。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)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
(1)轨道表示式的含义
轨道表示式(又称电子排布图)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)。
写出Ne原子的电子排布图：。
(2)轨道表示式中各部分代表的意义(以Si为例)
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。洪特规则是针对电子填入简并轨道而言的，并不适用于电子填入能量不同的轨道。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。
(3)特例
在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强的稳定性。
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。
又如29Cu的电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s1，易错写为1s22s22p63s23p63d94s2。
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)影响整个原子的能量因素
整个原子的能量是由核电荷数、电子数和电子状态三个因素共同决定的。
(3)相邻能级能量差的大小对电子填充的影响
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)。
(二)问题探究
问题1　下列电子排布，请说明分别违反了什么原理或规则。
(1)基态碳原子的电子排布图违反什么原理或规则？
提示　洪特规则。
(2)基态Ti原子的核外电子排布式1s22s22p63s23p10违反什么原理或规则？
提示　泡利原理。
(3)基态Sc原子的核外电子排布式1s22s22p63s23p63d3违反什么原理或规则？
提示　能量最低原理。
问题2　写出Cr的电子排布式，为什么其价层电子排布是3d54s1，而不是3d44s2
提示　1s22s22p63s23p63d54s1；4s的一个电子进入能量较高的3d能级，降低了4s的电子排斥能，使原子能量降低(即半充满稳定)。
【探究归纳】
1.电子排布三原理的理解及应用
(1)能量最低原理
原子核外电子先占据能量低的轨道，然后依次进入能量较高的轨道，即在多电子原子中，电子进入各原子轨道的顺序1s<2s<2p<3s<3p<4s<3d<4p<5s<4d<5p<6s<4f<5d<6p……，这样使整个原子处于能量最低的状态，从而满足能量最低原理。
(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，如2s轨道上的电子排布表示为，不能表示为。
泡利原理还可表述为：同一原子中，不能有两个或两个以上的电子具有相同能层、能级、原子轨道和自旋状态，即同一原子中，两个电子的运动状态不能完全相同。
(3)洪特规则
根据洪特规则，如正确；错误；错误；正确。
2.书写轨道表示式的注意事项
(1)没有电子的空轨道也要画出。
(2)能级符号上不能标记电子数，如不能写成1s2，3p1。
(3)能层序数和能级符号既可以写在方框的下方，也可以写在方框的上方。
3.有关电子运动状态和电子排布的描述
(1)电子的运动状态需从电子所处的能层、能级、原子轨道、自旋状态四个方面描述，按照泡利不相容原理，一个原子中若两个电子的能层、能级、原子轨道相同，则自旋状态一定不同，即运动状态不同，每一个电子是一种运动状态，原子中有几个电子，则有几种运动状态。
(2)1个原子轨道中若只有1个电子，称为单电子或未成对电子，原子中未成对电子数之和，即为该原子的未成对电子数。
(3)若能级或原子轨道的电子数为其最多容纳电子数的一半，则称为半充满。
1.某同学将P原子的核外电子排布式写成1s22s22p63s13p4，他违背了(　　)
A.能量守恒原理 B.泡利不相容原理
C.能量最低原理 D.洪特规则
答案　C
解析　由能量最低原理可知，原子核外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，则核外电子排布式1s22s22p63s13p4违背了能量最低原理，正确排布式为1s22s22p63s23p3。
2.下列基态原子的电子排布图中，违反了泡利原理的是(　　)
答案　B
解析　2p轨道违背洪特规则，A不符合题意；2s轨道违背泡利不相容原理，即同一个轨道中，两个电子应自旋相反，B符合题意；电子排布遵循能量最低原理、泡利原理和洪特规则，C不符合题意；2s轨道没有填充满，违背能量最低原理，D不符合题意，故选B。
3.在d轨道中电子排布成，而不排成，其直接的根据是(　　)
A.能量最低原理 B.泡利不相容原理
C.原子轨道能量顺序 D.洪特规则
答案　D
解析　能量最低原理，电子先排在能量低的轨道，d轨道上的能量都一样，故A不符合题意；泡利不相容原理，同一个轨道中两个电子自旋方向相反，故B不符合题意；原子轨道能量顺序，先填能量低的轨道，再填能量高的轨道，d轨道能量相同，故C不符合题意；洪特规则，优先单独占据一个轨道，因此在d轨道中电子排布成，而不排成，故D符合题意。
4.以下是一些基态原子2p能级上的电子排布图及电子排布式：①
　②　③碳原子：1s22s12p3　④钾原子：1s22s22p63s23p63d1。对上述表示方法的评价中，正确的是(　　)
A.①违背泡利原理
B.②正确
C.③违背能量最低原理
D.④违背洪特规则
答案　C
解析　①违背洪特规则，A项错误；②违背泡利原理，B项错误；电子应先排2s轨道，2s轨道排满后，再排2p轨道，③违背能量最低原理，C项正确；④违背了能量最低原理，D项错误。
5.4p轨道填充一半的元素，其原子序数是(　　)
A.15 B.33
C.35 D.51
答案　B
解析　4p轨道填充一半的元素，其电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p3，原子序数为33。
二、基态原子核外电子排布表示
原子(或离子) 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图示形式
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，并按照能层从左到右的顺序排列的式子
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繁琐，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
轨道表 示式(电 子排布 图) 含义 每个方框代表一个原子轨道，每个箭头代表一个电子
意义 能直观反映出电子的排布情况及电子的自旋状态
实例 Al：
价层电子 排布式 含义 主族元素原子的最外层上的电子、副族元素原子的最外层及部分内层上的电子与元素的化合价有关，这部分电子均为价层电子，表示价层电子排布的式子即价层电子排布式
实例 Al：3s23p1
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，相应的式子叫电子式
实例
　　　　　　　　　　　　　　　　
1.(2023·长沙南雅中学月考)下列表示He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.1s2 D.
答案　D
解析　A 项只表示出最外层电子数；B 项只表示出核外电子的分层排布情况；C 项具体到能层、能级以及能级上的电子数；而 D项包含了能层、能级、原子轨道上的电子数及电子的自旋状态，对电子运动状态四个方面都进行了描述，最为详尽，故选D。
2.下列化学用语表示正确的是(　　)
A.基态O原子的电子排布式为[Ne]2s22p4
B.基态Mg2＋的电子排布式为1s22s22p63s2
C.激发态碳原子的电子排布图可能为
D.S2－的结构示意图为
答案　C
解析　基态O原子的电子排布式为[He]2s22p4，A项错误；基态Mg2＋的电子排布式为1s22s22p6，B项错误；激发态碳原子的电子排布图可能为 ，C项正确；S2－的质子数是16，D项错误。
3.下列化学用语表达错误的是(　　)
A.S2Cl2的结构式：Cl—S—S—Cl
B.Fe3＋的结构示意图：
C.基态Cr原子的价层电子轨道表示式：
D.N原子核外电子有7种空间运动状态
答案　D
解析　S2Cl2中S与Cl形成共价键，S与S形成共价键，满足最外层8电子稳定结构，则S2Cl2的结构式：Cl—S—S—Cl，故A正确；Fe的原子结构示意图为，Fe3＋为Fe失去最外层2个电子以及次外层的1个电子所得，则Fe3＋的结构示意图为，故B正确；Cr原子核外有24个电子，所以价层电子排布式为3d54s1，则基态Cr原子的价层电子轨道表示式：，故C正确；N原子核外电子排布式为1s22s22p3，有1＋1＋3＝5种空间运动状态，故D错误。
A级　合格过关练
选择题只有1个选项符合题意
(一)原子核外电子排布
1.若将7N原子的电子排布式写成1s22s22p2p，则违背了(　　)
A.能量守恒定律 B.能量最低原理
C.泡利原理 D.洪特规则
答案　D
解析　氮原子为7号元素，核外有7个电子，根据能量最低原理、泡利原理和洪特规则可知，N原子的电子排布式为1s22s22p2p2p，1s22s22p2p违背了洪特规则。
2.下列各项叙述错误的是(　　)
A.若硫原子核外电子排布图为：，则违反了泡利原理
B.若21号Sc元素的基态原子电子排布式为1s22s22p63s23p63d3，则违反了构造原理
C.铍原子的核外电子排布图为，符合洪特规则和泡利原理
D.原子的电子排布式由1s22s22p33s1→1s22s22p4能释放特定能量产生发射光谱
答案　A
解析　根据洪特规则，填入简并轨道的电子总是先单独分占且自旋平行，该排布图违反了洪特规则，A错误；根据构造原理，最后两个能级的电子应先填入4s轨道再填入3d轨道，该排布式违反了构造原理，B正确；铍元素原子序数为4，1s、2s能级均只有一个原子轨道，该排布图符合洪特规则与泡利原理，C正确；该变化表示电子从较高能量的激发态跃迁到基态，释放出能量，故会产生发射光谱，D正确。
3.下列说法正确的是(　　)
A.基态Cr原子的价层电子排布式：3d54s1，违反能量最低原理
B.基态C原子的电子排布式：1s22s22p2p，违反能量最低原理
C.基态C原子的价层电子排布图：，违反泡利原理
D.基态Fe3＋的3d电子排布图：，违反洪特规则
答案　C
解析　基态Cr原子的价层电子排布式：3d54s1，处于半充满稳定结构，能量低，符合能量最低原理，A错误；基态C原子的电子排布式：1s22s22p2p，符合洪特规则，符合能量最低原理，B错误；泡利认为，在一个原子轨道里，最多只能容纳2个电子，且他们的自旋方向相反，所以基态C原子的价层电子排布图：，违反的是泡利原理，C正确；基态Fe3＋的3d电子排布图：，符合洪特规则，D错误。
4.下列基态原子的原子核外未成对电子数最少的是(　　)
A.P B.Cr
C.Mg D.S
答案　C
解析　P原子的价层电子排布式为3s23p3，原子核外未成对的电子数为3；Cr原子的价层电子排布式为3d54s1，原子核外未成对的电子数为6；Mg原子的价层电子排布式为3s2，原子核外未成对的电子数为0；S原子的价层电子排布式为3s23p4，原子核外未成对的电子数为2；综上所述Mg原子核外未成对电子数为0最少，故选C。
5.下列离子中外层d轨道达半充满状态的是(　　)
A.Cr3＋ B.Cu＋
C.Co3＋ D.Fe3＋
答案　D
解析　Cr3＋的价层电子排布式为3d3，d轨道不是半充满状态，故A不符合题意；Cu＋的价层电子排布式为3d10，d轨道处于全充满状态，故B不符合题意；Co3＋的价层电子排布式为3d6，d轨道不是半充满状态，故C不符合题意；Fe3＋的价层电子排布式为3d5，d轨道达半充满状态，故D符合题意。
6.下列有关构造原理的说法错误的是(　　)
A.原子核外电子填充3p、3d、4s能级的顺序为3p→4s→3d
B.某基态原子部分核外电子的排布式为3d64s2
C.所有基态原子的核外电子排布都遵循构造原理
D.构造原理中的电子排布能级顺序，并不代表各能级能量由低到高的顺序
答案　C
解析　根据构造原理ns＜(n－2)f＜(n－1)d＜np，可判断原子核外电子填充3p、3d、4s能级的顺序为3p→4s→3d，故A正确；根据构造原理，基态铁原子部分核外电子的排布式为3d64s2，故B正确；绝大多数基态原子的核外电子排布都遵循构造原理，但也有少数例外，如铬原子和铜原子因洪特规则不遵循构造原理，故C错误；构造原理中电子填入能级的顺序是各能级能量由低到高的顺序，但不代表各能级能量由低到高的顺序，故D正确。
(二)基态原子核外电子排布表示
7.(2023·合肥期末)下列对电子排布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；违反泡利原理
C K原子的电子排布式： 1s22s22p63s23p63d1 错误；违反能量最低原理
D Br－的电子排布式： [Ar]3d104s24p6 错误；违反能量最低原理
答案　C
解析　同一轨道中的两个电子运动方向相同，违反了泡利原理，A错误；电子应先充满同能级的轨道，违反了洪特规则，B错误；K原子的电子排布式为1s22s22p63s23p64s1，违反了能量最低原理，C正确；Br－的电子排布式正确，评价错误，D错误。
8.下列所述的粒子(1～20号元素)，按半径由大到小的顺序排列正确的是(　　)
①基态X原子的结构示意图为
②基态Y－的价电子排布式为3s23p6
③基态Z2－的轨道表示式为
④基态E＋的最高能级的电子对数等于其最高能层序数
A.②>③>①>④ B.④>③>②>①
C.③>②>④>① D.④>②>③>①
答案　C
解析　①基态X原子的结构示意图为，即X的原子序数为9，则基态X原子为F原子；②基态Y－的价电子排布式为3s23p6，则基态Y－离子为Cl－离子；③基态Z2－离子为S2－离子；④基态E＋的最高能级的电子对数等于其最高能层的电子层数，则基态E＋为K＋离子；F原子核外电子层数为2层，半径最小，电子层数相同的情况下原子序数越大半径越小，所以S2－＞Cl－＞K＋＞F，即③＞②＞④＞①，故选C。
9.(2023·重庆七中期末)某元素基态原子4s轨道上有2个电子，则基态原子价层电子排布不可能是(　　)
A.3d14s2 B.3d44s2
C.3d84s2 D.3d104s2
答案　B
解析　Sc元素的价层电子排布为3d14s2，A不符合题意；根据洪特规则可知，3d44s2应改为3d54s1，B符合题意；Ni元素的价层电子排布为3d84s2，C不符合题意；Zn元素的价层电子排布为3d104s2，D不符合题意。
B级　素养培优练
10.(2023·烟台期末)下列轨道表示式正确且所表示的元素原子的能量处于最低状态的是(　　)
答案　D
解析　违背了能量最低原理，能量不处于最低，故A不符合题意；违背了能量最低原理，能量不处于最低，故B不符合题意；违背了洪特规则，故C不符合题意。
11.下列有关核外电子排布式或轨道表示式不正确的是(　　)
A.24Cr的电子排布式：1s22s22p63s23p63d54s1
B.K的简化电子排布式：[Ar]4s1
C.N原子的轨道表示式
D.S原子的轨道表示式：
答案　D
解析　S原子的轨道表示式违反了洪特规则，正确的应是。
12.某元素的3p轨道上有两个未成对电子，则下列说法正确的是(　　)
A.第三能层上有4个电子
B.最外层上可能有5个电子
C.最高正价为一定＋4
D.第二能层没有未成对电子
答案　D
解析　由于3p轨道上有两个未成对电子，所以该原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p2或者1s22s22p63s23p4。
13.温州大学王舜教授课题组与美国北得克萨斯州大学 Zhenhai Xia 教授合作，在杂原子掺杂碳的超级电容领域取得了新突破。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
答案　D
解析　电子能量为 1s<2s<2p，则 2p 轨道上的电子越多，其能量越高，1s和 2s 轨道上的电子越多，其能量越低，则能量由高到低的顺序是②>①>④>③，故选 D。
14.KMnO4在化工、医药等领域有着广泛的应用，下列相关说法错误的是(　　)
A.基态K原子中，核外电子占据最高能层的符号是N
B.基态Mn2＋的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s2
C.基态氧原子的价层电子轨道表示式为
D.钾的焰色为紫色与钾原子核外电子发生跃迁有关
答案　B
解析　基态K原子有4个电子层，核外电子占据的最高能层的符号是N，故A正确；Mn原子核外有25个电子，Mn2＋是Mn原子失去2个电子形成的，则基态Mn2＋的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d5，故B错误；基态氧原子核外电子排布式为1s22s22p4，价层电子轨道表示式为
，故C正确；焰色试验的原理是核外电子吸收能量发生跃迁后再跃迁回能量较低的轨道，多余的能量主要以光的形式释放出来，放出的光的波长在可见光范围内，火焰呈现一定的颜色，故D正确。
15.电子排布式和电子排布图的书写。
(1)基态Ti原子的核外电子排布式为______________________________________。
(2)Fe成为阳离子时首先失去____________轨道电子，Sm的价层电子排布式为4f66s2，Sm3＋价层电子排布式为____________。
(3)下列状态的镁中，电离最外层一个电子所需能量最大的是________(填字母)。
(4)基态Fe原子价层电子的电子排布图(轨道表示式)为____________。
(5)基态Fe原子的价层电子排布式为____________________________________。
答案　(1)1s22s22p63s23p63d24s2(或[Ar]3d24s2)
(2)4s　4f5　(3)A
(4)
(5)3d64s2
解析　(1)Ti为22号元素，其基态Ti原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d24s2(或[Ar]3d24s2)；(2)Fe成为阳离子时首先失去最外层上的电子即4s轨道电子，Sm的价层电子排布式4f66s2，先失去6s上2个电子，再失去4f上1个电子，则Sm3＋价层电子排布式为4f5；(3)A、D分别为Mg＋的基态和激发态，B、C分别为Mg的基态和激发态，由于基态电离最外层一个电子所需能量比激发态大，故电离最外层一个电子所需能量为A>D，B>C，又电离3s2上的电子比3s1上的一个电子所需能量高，故电离最外层一个电子所需能量最大的是A；(4)基态Fe原子价层电子排布式为3d64s2，价层电子的电子排布图(轨道表示式)为。(5)Fe为26号元素，则基态Fe原子价层电子排布式为3d64s2。
16.回答下列问题。
(1)镍元素基态原子的电子排布式为____________，3d能级上的未成对电子数为____________。
(2)基态Ge原子的核外电子排布式为____________，有________个未成对电子。
(3)Zn2＋基态核外电子排布式为____________。
(4)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。
(5)基态Fe原子有________个未成对电子。Fe3＋的电子排布式为____________。
(6)基态硼原子的电子排布式为____________。
答案　(1) 1s22s22p63s23p63d84s2或[Ar]3d84s2　2
(2) 1s22s22p63s23p63d104s24p2或[Ar]3d104s24p2　2　
(3)1s22s22p63s23p63d10或[Ar]3d10
(4)电子云
(5) 4　1s22s22p63s23p63d5(或[Ar]3d5)
(6)1s22s22p1
解析　(1)Ni是28号元素，根据核外电子的排布规律可知，其基态原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d84s2。根据洪特规则可知，Ni原子3d能级上8个电子尽可能分占5个不同的轨道，其未成对电子数为2；(2)Ge(锗)元素在周期表的第四周期第ⅣA族，因此核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p2或[Ar]3d104s24p2，p轨道上的2个电子是未成对电子；(3)Zn为30号元素，其基态原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s2，失去最外层的2个电子即可得到Zn2＋，Zn2＋的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d10或[Ar]3d10；(4)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用电子云形象地描述；(5)基态Fe原子的核外电子排布式为[Ar]3d64s2，其中3d能级有4个轨道未充满，含有4个未成对电子。Fe原子失去4s轨道的2个电子和3d轨道的1个电子形成Fe3＋，则其电子排布式为1s22s22p63s23p63d5或[Ar]3d5；(6)B是5号元素，其基态原子的电子排布式为1s22s22p1。基础课时3　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。2.熟练书写1~36号元素基态原子的核外电子(或价层电子)排布式和轨道表示式。
一、原子核外电子排布
(一)知识梳理
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。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。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)泡利原理
在一个原子轨道里,最多只能容纳　　　　个电子,它们的自旋　　　　,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
(1)轨道表示式的含义
轨道表示式(又称电子排布图)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,“↑↓”称电子对,“↑”或“↓”称单电子(或称未成对电子)。
写出Ne原子的电子排布图:　　　　　　　　　　。
(2)轨道表示式中各部分代表的意义(以Si为例)
3.洪特规则
(1)概念:基态原子中,填入简并轨道的电子总是　　　　　　,且　　　　　　,称为洪特规则。
(2)适用范围:不仅适用于基态原子,也适用于　　　　　　。洪特规则是针对电子填入简并轨道而言的,并不适用于电子填入　　　　　　的轨道。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。
(3)特例
在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　　　　　　　　　的能量和　　　　　　的稳定性。
相对稳定的状态
如24Cr的电子排布式为　　　　　　　　　　,
为半充满状态,易错写为1s22s22p63s23p63d44s2。
又如29Cu的电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s1,易错写为1s22s22p63s23p63d94s2。
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)影响整个原子的能量因素
整个原子的能量是由　　　　　、　　　　　　和　　　　　　三个因素共同决定的。
(3)相邻能级能量差的大小对电子填充的影响
①相邻能级能量相差很大时,电子填入　　　　　　　　　
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　　　　　　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)。
(二)问题探究
问题1　下列电子排布,请说明分别违反了什么原理或规则。
(1)基态碳原子的电子排布图违反什么原理或规则
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
(2)基态Ti原子的核外电子排布式1s22s22p63s23p10违反什么原理或规则
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
(3)基态Sc原子的核外电子排布式1s22s22p63s23p63d3违反什么原理或规则
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
问题2　写出Cr的电子排布式,为什么其价层电子排布是3d54s1,而不是3d44s2
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
【探究归纳】
1.电子排布三原理的理解及应用
(1)能量最低原理
原子核外电子先占据能量低的轨道,然后依次进入能量较高的轨道,即在多电子原子中,电子进入各原子轨道的顺序1s<2s<2p<3s<3p<4s<3d<4p<5s<4d<5p<6s<4f<5d<6p……,这样使整个原子处于能量最低的状态,从而满足能量最低原理。
(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,如2s轨道上的电子排布表示为,不能表示为。
泡利原理还可表述为:同一原子中,不能有两个或两个以上的电子具有相同能层、能级、原子轨道和自旋状态,即同一原子中,两个电子的运动状态不能完全相同。
(3)洪特规则
根据洪特规则,如正确;错误;错误;正确。
2.书写轨道表示式的注意事项
(1)没有电子的空轨道也要画出。
(2)能级符号上不能标记电子数,如不能写成1s2,3p1。
(3)能层序数和能级符号既可以写在方框的下方,也可以写在方框的上方。
3.有关电子运动状态和电子排布的描述
(1)电子的运动状态需从电子所处的能层、能级、原子轨道、自旋状态四个方面描述,按照泡利不相容原理,一个原子中若两个电子的能层、能级、原子轨道相同,则自旋状态一定不同,即运动状态不同,每一个电子是一种运动状态,原子中有几个电子,则有几种运动状态。
(2)1个原子轨道中若只有1个电子,称为单电子或未成对电子,原子中未成对电子数之和,即为该原子的未成对电子数。
(3)若能级或原子轨道的电子数为其最多容纳电子数的一半,则称为半充满。
　　　　　　　　　　　　　　　　
1.某同学将P原子的核外电子排布式写成1s22s22p63s13p4,他违背了 (　　)
A.能量守恒原理 B.泡利不相容原理
C.能量最低原理 D.洪特规则
2.下列基态原子的电子排布图中,违反了泡利原理的是 (　　)
3.在d轨道中电子排布成,而不排成,其直接的根据是 (　　)
A.能量最低原理 　B.泡利不相容原理
C.原子轨道能量顺序 　D.洪特规则
4.以下是一些基态原子2p能级上的电子排布图及电子排布式: 　③碳原子:1s22s12p3　④钾原子:1s22s22p63s23p63d1。对上述表示方法的评价中,正确的是 (　　)
A.①违背泡利原理 　B.②正确
C.③违背能量最低原理 　D.④违背洪特规则
5.4p轨道填充一半的元素,其原子序数是 (　　)
A.15 B.33 C.35 D.51
二、基态原子核外电子排布表示
原子(或 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图示形式
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,并按照能层从左到右的顺序排列的式子
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繁琐,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
轨道表 示式(电 子排布 图) 含义 每个方框代表一个原子轨道,每个箭头代表一个电子
意义 能直观反映出电子的排布情况及电子的自旋状态
实例 Al:
价层电子 排布式 含义 主族元素原子的最外层上的电子、副族元素原子的最外层及部分内层上的电子与元素的化合价有关,这部分电子均为价层电子,表示价层电子排布的式子即价层电子排布式
实例 Al:3s23p1
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,相应的式子叫电子式
实例 P:··　K:K·　S:··
　　　　　　　　　　　　　　　　
1.(2023·长沙南雅中学月考)下列表示He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.1s2 D.
2.下列化学用语表示正确的是 (　　)
A.基态O原子的电子排布式为[Ne]2s22p4
B.基态Mg2+的电子排布式为1s22s22p63s2
C.激发态碳原子的电子排布图可能为
D.S2-的结构示意图为
3.下列化学用语表达错误的是 (　　)
A.S2Cl2的结构式:Cl—S—S—Cl
B.Fe3+的结构示意图:
C.基态Cr原子的价层电子轨道表示式:
D.N原子核外电子有7种空间运动状态
:课后完成　第一章　基础课时3(共58张PPT)
第一节　原子结构
基础课时 　泡利原理 　洪特规则　能量最低原理
3
第一章
原子结构与性质
1.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。2.熟练书写1～36号元素基态原子的核外电子(或价层电子)排布式和轨道表示式。
学习目标
一、原子核外电子排布
二、基态原子核外电子排布表示
目
录
CONTENTS
课后巩固训练
一、原子核外电子排布
对点训练
(一)知识梳理
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。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。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)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______，这个原理称为泡利原理(也称泡利不相容原理)。
顺时针
逆时针
相反
2.电子排布的轨道表示式
(1)轨道表示式的含义
轨道表示式(又称电子排布图)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，“↑↓”称电子对，“↑”或“↓”称单电子(或称未成对电子)。
写出Ne原子的电子排布图：_______________。
原子轨道
(2)轨道表示式中各部分代表的意义(以Si为例)
3.洪特规则
(1)概念：基态原子中，填入简并轨道的电子总是___________，且__________，称为洪特规则。
(2)适用范围：不仅适用于基态原子，也适用于__________。洪特规则是针对电子填入简并轨道而言的，并不适用于电子填入__________的轨道。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。
先单独分占
自旋平行
基态离子
能量不同
(3)特例
在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______的能量和______的稳定性。
如24Cr的电子排布式为________________________，为半充满状态，易错写为1s22s22p63s23p63d44s2。
又如29Cu的电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s1，易错写为1s22s22p63s23p63d94s2。
较低
较强
1s22s22p63s23p63d54s1
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)影响整个原子的能量因素
整个原子的能量是由_________、________和__________三个因素共同决定的。
(3)相邻能级能量差的大小对电子填充的影响
①相邻能级能量相差很大时，电子填入________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______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)。
核电荷数
电子数
电子状态
能量低
稍高
(二)问题探究
问题1　下列电子排布，请说明分别违反了什么原理或规则。
(1)基态碳原子的电子排布图 违反什么原理或规则？
提示　洪特规则。
(2)基态Ti原子的核外电子排布式1s22s22p63s23p10违反什么原理或规则？
提示　泡利原理。
(3)基态Sc原子的核外电子排布式1s22s22p63s23p63d3违反什么原理或规则？
提示　能量最低原理。
问题2　写出Cr的电子排布式，为什么其价层电子排布是3d54s1，而不是3d44s2
提示　1s22s22p63s23p63d54s1；4s的一个电子进入能量较高的3d能级，降低了4s的电子排斥能，使原子能量降低(即半充满稳定)。
【探究归纳】
1.电子排布三原理的理解及应用
2.书写轨道表示式的注意事项
(1)没有电子的空轨道也要画出。
(2)能级符号上不能标记电子数，如不能写成1s2，3p1。
(3)能层序数和能级符号既可以写在方框的下方，也可以写在方框的上方。
3.有关电子运动状态和电子排布的描述
(1)电子的运动状态需从电子所处的能层、能级、原子轨道、自旋状态四个方面描述，按照泡利不相容原理，一个原子中若两个电子的能层、能级、原子轨道相同，则自旋状态一定不同，即运动状态不同，每一个电子是一种运动状态，原子中有几个电子，则有几种运动状态。
(2)1个原子轨道中若只有1个电子，称为单电子或未成对电子，原子中未成对电子数之和，即为该原子的未成对电子数。
(3)若能级或原子轨道的电子数为其最多容纳电子数的一半，则称为半充满。
1.某同学将P原子的核外电子排布式写成1s22s22p63s13p4，他违背了(　　)
A.能量守恒原理 B.泡利不相容原理
C.能量最低原理 D.洪特规则
解析　由能量最低原理可知，原子核外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，则核外电子排布式1s22s22p63s13p4违背了能量最低原理，正确排布式为1s22s22p63s23p3。
C
2.下列基态原子的电子排布图中，违反了泡利原理的是(　　)
解析　2p轨道违背洪特规则，A不符合题意；2s轨道违背泡利不相容原理，即同一个轨道中，两个电子应自旋相反，B符合题意；电子排布遵循能量最低原理、泡利原理和洪特规则，C不符合题意；2s轨道没有填充满，违背能量最低原理，D不符合题意，故选B。
B
D
解析　①违背洪特规则，A项错误；②违背泡利原理，B项错误；电子应先排2s轨道，2s轨道排满后，再排2p轨道，③违背能量最低原理，C项正确；④违背了能量最低原理，D项错误。
C
5.4p轨道填充一半的元素，其原子序数是(　　)
A.15 B.33
C.35 D.51
解析　4p轨道填充一半的元素，其电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p3，原子序数为33。
B
二、基态原子核外电子排布表示
对点训练
1.(2023·长沙南雅中学月考)下列表示He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.1s2 D.
解析　A 项只表示出最外层电子数；B 项只表示出核外电子的分层排布情况；C 项具体到能层、能级以及能级上的电子数；而 D项包含了能层、能级、原子轨道上的电子数及电子的自旋状态，对电子运动状态四个方面都进行了描述，最为详尽，故选D。
D
2.下列化学用语表示正确的是(　　)
C
3.下列化学用语表达错误的是(　　)
D
课后巩固训练
A级　合格过关练
选择题只有1个选项符合题意
(一)原子核外电子排布
D
2.下列各项叙述错误的是(　　)
A
解析　根据洪特规则，填入简并轨道的电子总是先单独分占且自旋平行，该排布图违反了洪特规则，A错误；根据构造原理，最后两个能级的电子应先填入4s轨道再填入3d轨道，该排布式违反了构造原理，B正确；铍元素原子序数为4，1s、2s能级均只有一个原子轨道，该排布图符合洪特规则与泡利原理，C正确；该变化表示电子从较高能量的激发态跃迁到基态，释放出能量，故会产生发射光谱，D正确。
3.下列说法正确的是(　　)
C
4.下列基态原子的原子核外未成对电子数最少的是(　　)
A.P B.Cr C.Mg D.S
解析　P原子的价层电子排布式为3s23p3，原子核外未成对的电子数为3；Cr原子的价层电子排布式为3d54s1，原子核外未成对的电子数为6；Mg原子的价层电子排布式为3s2，原子核外未成对的电子数为0；S原子的价层电子排布式为3s23p4，原子核外未成对的电子数为2；综上所述Mg原子核外未成对电子数为0最少，故选C。
C
5.下列离子中外层d轨道达半充满状态的是(　　)
A.Cr3＋ B.Cu＋ C.Co3＋ D.Fe3＋
解析　Cr3＋的价层电子排布式为3d3，d轨道不是半充满状态，故A不符合题意；Cu＋的价层电子排布式为3d10，d轨道处于全充满状态，故B不符合题意；Co3＋的价层电子排布式为3d6，d轨道不是半充满状态，故C不符合题意；Fe3＋的价层电子排布式为3d5，d轨道达半充满状态，故D符合题意。
D
6.下列有关构造原理的说法错误的是(　　)
A.原子核外电子填充3p、3d、4s能级的顺序为3p→4s→3d
B.某基态原子部分核外电子的排布式为3d64s2
C.所有基态原子的核外电子排布都遵循构造原理
D.构造原理中的电子排布能级顺序，并不代表各能级能量由低到高的顺序
C
解析　根据构造原理ns＜(n－2)f＜(n－1)d＜np，可判断原子核外电子填充3p、3d、4s能级的顺序为3p→4s→3d，故A正确；根据构造原理，基态铁原子部分核外电子的排布式为3d64s2，故B正确；绝大多数基态原子的核外电子排布都遵循构造原理，但也有少数例外，如铬原子和铜原子因洪特规则不遵循构造原理，故C错误；构造原理中电子填入能级的顺序是各能级能量由低到高的顺序，但不代表各能级能量由低到高的顺序，故D正确。
(二)基态原子核外电子排布表示
7.(2023·合肥期末)下列对电子排布或轨道表示式书写的评价正确的是(　　)
C
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；违反泡利原理
C K原子的电子排布式：1s22s22p63s23p63d1 错误；违反能量最低原理
D Br－的电子排布式：[Ar]3d104s24p6 错误；违反能量最低原理
解析　同一轨道中的两个电子运动方向相同，违反了泡利原理，A错误；电子应先充满同能级的轨道，违反了洪特规则，B错误；K原子的电子排布式为1s22s22p63s23p64s1，违反了能量最低原理，C正确；Br－的电子排布式正确，评价错误，D错误。
8.下列所述的粒子(1～20号元素)，按半径由大到小的顺序排列正确的是(　　)
①基态X原子的结构示意图为
②基态Y－的价电子排布式为3s23p6
③基态Z2－的轨道表示式为
④基态E＋的最高能级的电子对数等于其最高能层序数
A.②>③>①>④ B.④>③>②>①
C.③>②>④>① D.④>②>③>①
C
9.(2023·重庆七中期末)某元素基态原子4s轨道上有2个电子，则基态原子价层电子排布不可能是(　　)
A.3d14s2 B.3d44s2
C.3d84s2 D.3d104s2
解析　Sc元素的价层电子排布为3d14s2，A不符合题意；根据洪特规则可知，3d44s2应改为3d54s1，B符合题意；Ni元素的价层电子排布为3d84s2，C不符合题意；Zn元素的价层电子排布为3d104s2，D不符合题意。
B
B级　素养培优练
10.(2023·烟台期末)下列轨道表示式正确且所表示的元素原子的能量处于最低状态的是(　　)
D
解析　违背了能量最低原理，能量不处于最低，故A不符合题意；违背了能量最低原理，能量不处于最低，故B不符合题意；违背了洪特规则，故C不符合题意。
11.下列有关核外电子排布式或轨道表示式不正确的是(　　)
A.24Cr的电子排布式：1s22s22p63s23p63d54s1
B.K的简化电子排布式：[Ar]4s1
C.N原子的轨道表示式
D.S原子的轨道表示式：
解析　S原子的轨道表示式违反了洪特规则，正确的应是 。
D
12.某元素的3p轨道上有两个未成对电子，则下列说法正确的是(　　)
A.第三能层上有4个电子
B.最外层上可能有5个电子
C.最高正价一定为＋4
D.第二能层没有未成对电子
解析　由于3p轨道上有两个未成对电子，所以该原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p2或者1s22s22p63s23p4。
D
13.温州大学王舜教授课题组与美国北得克萨斯州大学 Zhenhai Xia 教授合作，在杂原子掺杂碳的超级电容领域取得了新突破。下列 C 原子电子排布图表示的状态中，能量关系正确的是(　　)
D
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 轨道上的电子越多，其能量越高，1s和 2s 轨道上的电子越多，其能量越低，则能量由高到低的顺序是②>①>④>③，故选 D。
14.KMnO4在化工、医药等领域有着广泛的应用，下列相关说法错误的是(　　)
A.基态K原子中，核外电子占据最高能层的符号是N
B.基态Mn2＋的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s2
C.基态氧原子的价层电子轨道表示式为
D.钾的焰色为紫色与钾原子核外电子发生跃迁有关
B
解析　基态K原子有4个电子层，核外电子占据的最高能层的符号是N，故A正确；Mn原子核外有25个电子，Mn2＋是Mn原子失去2个电子形成的，则基态Mn2＋的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d5，故B错误；基态氧原子核外电子排布式为1s22s22p4，价层电子轨道表示式为 ，故C正确；焰色试验的原理是核外电子吸收能量发生跃迁后再跃迁回能量较低的轨道，多余的能量主要以光的形式释放出来，放出的光的波长在可见光范围内，火焰呈现一定的颜色，故D正确。
15.电子排布式和电子排布图的书写。
(1)基态Ti原子的核外电子排布式为___________________________________。
(2)Fe成为阳离子时首先失去____________轨道电子，Sm的价层电子排布式为4f66s2，Sm3＋价层电子排布式为____________。
(3)下列状态的镁中，电离最外层一个电子所需能量最大的是_______(填字母)。
1s22s22p63s23p63d24s2(或[Ar]3d24s2)
4s
4f5
A
解析　(1)Ti为22号元素，其基态Ti原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d24s2(或[Ar]3d24s2)；(2)Fe成为阳离子时首先失去最外层上的电子即4s轨道电子，Sm的价层电子排布式4f66s2，先失去6s上2个电子，再失去4f上1个电子，则Sm3＋价层电子排布式为4f5；(3)A、D分别为Mg＋的基态和激发态，B、C分别为Mg的基态和激发态，由于基态电离最外层一个电子所需能量比激发态大，故电离最外层一个电子所需能量为A>D，B>C，又电离3s2上的电子比3s1上的一个电子所需能量高，故电离最外层一个电子所需能量最大的是A；
(4)基态Fe原子价层电子的电子排布图(轨道表示式)为_________________。
(5)基态Fe原子的价层电子排布式为_________。
3d64s2
解析 (4)基态Fe原子价层电子排布式为3d64s2，价层电子的电子排布图(轨道表示式)为 。(5)Fe为26号元素，则基态Fe原子价层电子排布式为3d64s2。
16.回答下列问题。
(1)镍元素基态原子的电子排布式为_____________________________，3d能级上的未成对电子数为_____。
(2)基态Ge原子的核外电子排布式为____________________________________，有________个未成对电子。
(3)Zn2＋基态核外电子排布式为____________________________。
(4)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。
1s22s22p63s23p63d84s2或[Ar]3d84s2
2
1s22s22p63s23p63d104s24p2或[Ar]3d104s24p2
2
1s22s22p63s23p63d10或[Ar]3d10
电子云
解析　(1)Ni是28号元素，根据核外电子的排布规律可知，其基态原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d84s2。根据洪特规则可知，Ni原子3d能级上8个电子尽可能分占5个不同的轨道，其未成对电子数为2；(2)Ge(锗)元素在周期表的第四周期第ⅣA族，因此核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p2或[Ar]3d104s24p2，p轨道上的2个电子是未成对电子；(3)Zn为30号元素，其基态原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s2，失去最外层的2个电子即可得到Zn2＋，Zn2＋的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d10或[Ar]3d10；(4)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用电子云形象地描述；
(5)基态Fe原子有__________个未成对电子。Fe3＋的电子排布式为__________________________。
(6)基态硼原子的电子排布式为____________。
4
1s22s22p63s23p63d5(或[Ar]3d5)
1s22s22p1
解析　(5)基态Fe原子的核外电子排布式为[Ar]3d64s2，其中3d能级有4个轨道未充满，含有4个未成对电子。Fe原子失去4s轨道的2个电子和3d轨道的1个电子形成Fe3＋，则其电子排布式为1s22s22p63s23p63d5或[Ar]3d5；(6)B是5号元素，其基态原子的电子排布式为1s22s22p1。

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