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专题2　原子结构与元素性质
第一单元　原子核外电子的运动
第二课时　原子核外电子的排布
学习目标：1.了解原子核外电子排布所遵循的原理，知道原子轨道能量顺序。2.能用 电子排布式表示1～36号元素原子的核外电子排布。3.知道原子核外电子在一定条件 下会发生跃迁，了解其简单应用。
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研习任务一　核外电子的排布原理
低　
较高　
最低　
（2）基态原子核外电子在原子轨道上的排布顺序——构造原理
基态原子核外电子在原子轨道上按照如下顺序依次排布：
即电子所排的能级顺序：1s、2s、2p、3s、3p、4s、3d、4p、5s、4d、5p、6s……这一规律称为构造原理。
（3）能级交错现象
原子中的价电子在外层排布时存在原子轨道能级交错现象。如 E （4s）＜ E （3d）＜ E （4p）， E （5s）＜ E （4d）＜ E （5p），即（ n －2）f＞（ n －1）d＞ n s。
两　
1　
n2　
2
n2　
相同　
不同　
全充满　
半充满　
全空　
按此规则，24Cr的电子排布式为[Ar]3d54s1（外围电子轨道表示式 为 ），而不是[Ar]3d44s2；29Cu 的电子排布式为[Ar]3d104s1 （外围电子轨道表示式为 ），而不是[Ar]3d94s2。

√
√
问题　探讨
1. 在多电子原子中，电子进入原子轨道的先后应遵循的原理是什么？
提示：能量最低原理。电子最先排布在能量低的轨道上，然后依次排布在能量较高的 轨道上。
2. 多电子原子核外电子排布是否完全遵循电子层的顺序？
提示：从第三电子层开始各轨道不完全遵循电子层顺序，产生了轨道能级交错排列。
3. 轨道的能量高低主要是由哪些因素决定的？
提示：各轨道的能量由电子层序数和轨道类型共同决定，各轨道的能量高低顺序，可 由下列公式得出： n s＜（ n －2）f＜（ n －1）d＜ n p（ n 表示电子层序数）。
4. 电子层与原子轨道类型、原子轨道数目有何关系？
提示：第 n 电子层有 n 种原子轨道类型，有 n2个原子轨道。
5. 同一原子轨道最多容纳的电子数是多少？其依据是什么？
提示：同一轨道上的电子自旋方向只能相反，不能相同，最多只能容纳2个电子。其 依据是泡利不相容原理。
A. 2p轨道：
B. 3d轨道：
C. 2p轨道：
D. 3d轨道：
解析：泡利不相容原理指的是一个原子轨道中最多只能容纳两个电子，并且这两个电 子的自旋状态必须相反，所以只有C项不满足此原理。
C
A. 外围电子轨道表示式为
B. 核外电子排布时，先排满4s轨道，再排3d轨道
C. 锰原子失去电子形成Mn2＋时应失去3d轨道上的电子
D. 锰原子的2p和3p轨道的形状、能量均相同
B
解析：按洪特规则知，基态锰原子核外电子排布时，5个3d轨道上各有1个电子且自旋 方向相同，为 A错误；4s轨道能量比3d轨道低，故核外电 子排布时，先排满4s轨道，再排3d轨道，B正确；锰原子失去电子形成Mn2＋时应先失 去4s轨道上的电子，C错误；锰原子的2p和3p轨道的形状均为纺锤形，能量高低则不 同，2p轨道能量低于3p轨道，D错误。
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
D
A
A. ①② B. ①②④
C. ②③④ D. ①②③④
解析：注意根据构造原理把握能量大小的排布顺序；根据构造原理，各能级能量高低 顺序为①相同 n 而不同能级的能量高低顺序为： n s＜ n p＜ n d＜ n f，② n 不同时的能 量高低：2s＜3s＜4s，2p＜3p＜4p；③不同层不同能级 n s＜（ n －2）f＜（ n －1）d ＜ n p，所以各能级能量由低到高的顺序为1s＜2s＜2p＜3s＜3p＜4s＜3d＜4p＜5s＜4d ＜5p＜6s＜4f…，以此解答该题。①不同能层相同能级的电子能量 E （4s）＞ E （3s）＞ E （2s）＞ E （1s），故①正确；② E （3d）＞ E （4s）＞ E （3p）＞ E （3s），符合构造原理，故②正确；③应为 E （4f）＞ E （5s）＞ E （3d）＞ E （4s），故③错误；④应为 E （4f）＞ E （5s）＞ E （3d）＞ E （4s），故④错误。 故选A。
选项 电子排布式或轨道表示式 评价
A O原子的轨道表示式： 错误；违反泡利不相容原理
B N原子的轨道表示式： 错误；违反洪特规则
C Ca原子的电子排布式：1s22s22p63s23p63d2 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
C
解析：电子应先排满同能级的轨道，违反了洪特规则，不符合题意，A错误；相同轨 道中的两个电子自旋状态应相反，违反了泡利不相容原理，不符合题意，B错误；Ca 原子正确的电子排布式：1s22s22p63s23p64s2，违反了能量最低原理，符合题意，C正 确；Br－的电子排布式：[Ar]3d104s24p6，正确，评价错误，D错误。
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研习任务二　核外电子排布的表示方法
1s22s1　
1s22s22p63s23p1　
[Ne]3s23p4　
3s23p4　
2. 轨道表示式
（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排 布的式子称为轨道表示式。
（2）表示方法：方框表示一个原子轨道，“↑”或“↓”区别自旋状态不同的电子。
（3）实例：以基态硅原子为例，轨道表示式中各符号、数字的意义如图所示。
自我　排查
正误判断



问题　探讨
元素周期表中铁元素的相关内容如图：
1. 图中3d64s2表示的含义是什么？
提示：3d64s2是指铁原子的外围电子排布式，表示在化学变化中可能发生电子变动的 铁的能级电子排布。
2. 你能写出铁原子的电子排布式和简化电子排布式吗？
提示：铁原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2；简化电子排布式为[Ar]3d64s2。
3. 书写电子排布式时，电子是不是先填满一个电子层后再开始填入下一个电子层？原 因是什么？铁原子的电子排布式为什么不书写成1s22s22p63s23p63d8？
提示：不是；因为会出现能级交错现象，如电子按3p→4s→3d的顺序而不是按 3p→3d→4s的顺序填充；铁原子的电子排布式不能书写成1s22s22p63s23p63d8的原因是 4s能级的能量低于3d能级的能量，电子首先填充在能量低的能级。
4. 钠原子的电子排布式可简化为[Ne]3s1，方括号里的符号的意义是什么？请仿 照钠原子的简化电子排布式写出硅原子（14号元素）和铜原子（29号元素）的 简化电子排布式。
提示：[Ne]是指该部分与Ne的电子排布式相同；硅原子和铜原子简化的电子排布式分 别为[Ne]3s23p2、[Ar]3d104s1。
5. 依据铁原子的外围电子排布式，你能写出Al原子（13号元素）、S原子（16号元 素）、Mn原子（25号元素）的外围电子排布式吗？
提示：Al：3s23p1；S：3s23p4；Mn：3d54s2。
A. 铬原子的简化电子排布式为[Ar]3d44s2
B. Cl－的结构示意图为
C. N原子的轨道表示式：
D. Cu原子的电子排布式：1s22s22p63s23p63d104s1
解析：A项违背洪特规则特例；B项Cl－最外层有8个电子；C项中N原子2p轨道上应是 3个电子且自旋方向相同。
D
A. 3d64s2是基态原子的电子排布式
B. 铬原子的电子排布式：1s22s22p63s23p64s13d5
C. 铜原子的简化电子排布式：[Ar]3d104s1
D. 氮原子的轨道表示式：
解析：A项是原子的外围电子排布式；B项，在书写电子排布式时，不能按填充顺序 书写；C项，d轨道应是全充满时最稳定；D项违反了洪特规则。
C
A. Mg2＋的轨道表示式：
B. Na＋的结构示意图：
C. 24Cr的外围电子排布式：3d54s1
D. C的电子排布式：1s22s12p3
D
解析：Mg2＋含有10个核外电子，电子排布式为1s22s22p6，轨道表示式 为 ，故A正确；钠离子核内有11个质子，核外有2个电子层， 第一层上有2个电子、第二层上有8个电子，其结构示意图为 ，故B正确；原子 序数为24，说明原子核外电子数为24，根据构造原理、洪特规则特例得到电子排布式 为1s22s22p63s23p63d54s1，外围电子排布式为3d54s1，故C正确；D项违反能量最低原 理，C的电子排布式为1s22s22p2，错误。
　
　
1s22s22p63s23p64s2
　
5　
1　
2　
1. 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。
（1）当出现d轨道时，虽然电子按 n s、（ n －1）d、 n p的顺序填充，但在书写电子 排布式时，仍把（ n －1）d放在 n s前，如Fe：1s22s22p63s23p63d64s2正确，Fe： 1s22s22p63s23p64s23d6错误。
（2）在画基态原子的轨道表示式时，常出现以下错误：
① （违反能量最低原理）；
② （违反泡利不相容原理）；
③ （违反洪特规则）；
2. 核外电子排布的表示方法的常见误区
④ （违反洪特规则）；
⑤画轨道表示式时，不能省略空轨道。如C原子的轨道表示式应 为 ，而不是 。
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研习任务三　基态原子未成对电子的判断
教材　认知
1. 成对电子和未成对电子
（1）未成对电子：一个原子轨道中只有一个电子时，该电子即为未成对电子，又称 单电子。
（2）成对电子：一个原子轨道中的2个自旋状态相反的电子称为成对电子。
2.1～36号元素中，原子核外外围电子排布中的未成对电子数与电子排布之间的关系
（1）有1个未成对电子的排布式为 n s1、 n s2 n p1、 n s2 n p5、3d14s2、3d104s1。
（2）有2个未成对电子的排布式为 n s2 n p2、 n s2 n p4、3d24s2、3d84s2。
（3）有3个未成对电子的排布式为 n s2 n p3、3d34s2、3d74s2。
（4）有4个未成对电子的排布式为3d64s2。
（5）有5个未成对电子的排布式为3d54s2。
（6）有6个未成对电子的排布式为3d54s1。
A. 核外电子数为奇数的基态原子，其原子轨道中一定含有未成对电子
B. 核外电子数为偶数的基态原子，其原子轨道中一定不含未成对电子
C. 核外电子数为偶数的基态原子，其原子轨道中一定含有未成对电子
D. 核外电子数为奇数的基态原子，其原子轨道中可能不含未成对电子
A
解析：每个原子轨道最多容纳2个电子，当核外电子数为奇数时，基态原子中至少有 一个电子会单独占据一个原子轨道而不成对，A项正确，D项错误；核外电子数为偶 数的基态原子，其原子轨道中可能含有未成对电子，如碳原子，其轨道表示式 为 ，也可能不含未成对电子，如铍原子，其轨道表示式 为 ，B、C项错误。
A. 5 B. 6 C. 7 D. 8
解析：根据电子排布式可知，基态具有1个未成对电子的元素有：H 1s1，Li 1s22s1，B 1s22s22p1，F 1s22s22p5，Na 1s22s22p63s1，Al 1s22s22p63s23p1，Cl 1s22s22p63s23p5。共7种。
C
解析：（1）根据构造原理可知基态Fe2＋和Fe3＋的外围电子排布式分别为3d6和3d5， 其未成对电子数分别为4和5，即未成对电子数之比为4∶5。
解析：（2）Mn是25号元素，位于元素周期表中第4周期ⅦB族，根据构造原理可得 基态Mn原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s2，根据核外电子排布规律可知， 原子核外未成对电子有5个。
4∶5　
ⅦB　
5　
解析：（3）锗为32号元素，根据原子核外电子的排布规律，可写出其电子排布式为 1s22s22p63s23p63d104s24p2，其核外电子排布简式为[Ar]3d104s24p2，其中4p能级有2个未 成对电子。
解析：（4）镍是28号元素，位于第4周期Ⅷ族，根据核外电子排布规则，其基态原 子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d84s2；3d能级有5个轨道，根据洪特原则，先占满5 个自旋方向相同的电子，再分别占据三个轨道，电子自旋方向相反，所以未成对的电 子数为2。
3d104s24p2　
2　
1s22s22p63s23p63d84s2（或[Ar]3d84s2）　
2　
1. ⅠA、ⅢA、ⅦA族→1个未成对电子，ⅣA、ⅥA族→2个未成对电子，ⅤA族→3个 未成对电子（主族元素原子中未成对电子数最多），ⅡA族、0族→不含未成对电子。
2.1～36号元素基态原子中，含未成对电子数最多的为24Cr（外围电子排布式为 3d54s1），共有6个未成对电子。
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研习任务四　光谱与光谱分析
教材　认知
1. 基态原子与激发态原子
2. 光谱与光谱分析
（1）光谱形成原因
不同元素原子的电子发生跃迁时会吸收或释放不同的光，可以用光谱仪摄取各种元素 原子的吸收光谱或发射光谱，总称原子光谱。
（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的分析方法。
3. 基态、激发态与光谱图示
√

√

√

问题　探讨
节日燃放的五颜六色的焰火
夜空中的激光
1. 我们看到的灯光、霓虹灯光、激光、焰火都与什么有关？
提示：与原子核外电子发生跃迁释放的能量有关。
2. 什么是基态原子和激发态原子？
提示：处于最低能量状态的原子叫做基态原子。基态原子吸收能量，它的电子会跃迁 到较高能级，变为激发态原子。
3. 某些金属进行焰色反应产生不同火焰颜色的原因是什么？
提示：某些金属原子的电子在高温火焰中，吸收能量，使原子外层的电子从基态跃迁 到激发态；处于激发态的电子是不稳定的，在极短的时间内便跃迁到基态或较低能级 上，在跃迁过程中将产生发射光谱。
A. 基态时的能量比激发态时低
B. 激发态时比较稳定
C. 由基态转化为激发态过程中放出能量
D. 电子仅在激发态跃迁到基态时才会产生原子光谱
解析：激发态时能量较高，较不稳定，A正确，B错误；基态转化为激发态是由低能 量状态转化成高能量状态，转化过程中要吸收能量，C错误；电子从较低能量的基态 跃迁到较高能量的激发态时，也会产生原子光谱，D错误。
A
A. 电子的运动轨迹图像
B. 原子的吸收光谱
C. 电子体积大小的图像
D. 原子的发射光谱
解析：能量 E （3d）＜ E （4p），故电子由3d能级跃迁至4p能级时，要吸收能量，形 成吸收光谱。
B
A. 燃放烟火 B. 霓虹灯广告
D
C. 蜡烛燃烧 D. 平面镜成像
解析：D项，平面镜成像是一种物理现象，不存在电子的跃迁；A、B、C三项中物质 变化均与原子核外的电子跃迁有关。
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课时作业
A. E （3s）＞ E （3p）＞ E （3d）
B. E （3s）＞ E （2s）＞ E （1s）
C. E （4f）＞ E （4s）＞ E （3d）
D. E （5s）＞ E （4s）＞ E （4f）
解析：相同能层不同能级能量： E （3d）＞ E （3p）＞ E （3s），A错误；不同能层 相同能级能量： E （3s）＞ E （2s）＞ E （1s），B正确；不同能层不同能级能量： n s＜（ n －2）f＜（ n －1）d＜ n p，所以 E （4f）＞ E （3d）＞ E （4s），C错误；不 同能层不同能级能量： n s＜（ n －2）f＜（ n －1）d＜ n p，所以 E （4f）＞ E （5s） ＞ E （4s），D错误。
B
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11
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，源于光谱学事实
解析：3d轨道能量高于4s，所以原子核外电子填充3p、3d、4s能级的顺序为 3p→4s→3d，A正确；基态铁原子价电子排布式为3d64s2，符合基态原子电子排布规 律，B正确；原子的电子排布遵循构造原理能使整个原子的能量处于最低状态，但轨 道充满或半充满时，能量较小，如Cu：3d104s1，Cr：3d54s1，不遵循构造原理，C错 误；构造原理中的电子排布能级顺序，源于光谱学事实，D正确。
C
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A. 基态原子电子能量的高低顺序为 E （1s）＜ E （2s）＜ E （2p x ）＜ E （2p y ）＜ E （2p z ）
B. 1s22s22p63s1表示的是激发态原子的电子排布
C. 核外电子数为偶数的基态原子，其原子轨道中一定不含“未成对电子”
D. 焰色反应是金属原子从激发态跃迁到基态时，将能量以光的形式表现出来
D
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解析：2p能级三个轨道2p x 、2p y 、2p z 的能量相等，基态原子电子能量的高低顺序为 E （1s）＜ E （2s）＜ E （2p x ）＝ E （2p y ）＝ E （2p z ），故A错误；1s22s22p63s1表 示的是基态Na原子的电子排布，故B错误；核外电子数为偶数的基态原子，其原子轨 道中可能含“未成对电子”，如O原子的电子排布式为1s22s22p4，2p能级上有2个单电 子，故C错误；焰色反应是金属原子从激发态跃迁到基态时，将能量以光的形式表现 出来，故D正确。
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A. 电子排布式1s22s22p63s23p63d3违反了能量最低原理
C. 多电子原子中不会存在能量相同的电子
D. 电子排布式1s22s22p63s23p10违反了泡利不相容原理
C
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A. 根据构造原理，原子核外电子填充顺序为1s、2s、2p、3s、3p、3d、4s、4p……
B. 1s22s12p1是激发态原子的电子排布式
C. 基态溴原子的简化电子排布式是[Ar]3d104s24p5
D. Mg原子的电子排布式为1s22s22p63s2
解析：根据构造原理原子核外电子填充顺序为1s、2s、2p、3s、3p、4s、3d、4p，A 错误；1s22s2为基态，1s22s12p1为激发态，B正确；基态溴原子的核外有35个电子，分 4层排布，基态溴原子的简化电子排布式为[Ar]3d104s24p5，C正确；Mg原子的核外电 子数为12，电子排布式为1s22s22p63s2，D正确。
A
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解析：基态铁原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2，M层上有14个电子，故A错 误；基态铬原子的电子排布式是1s22s22p63s23p63d54s1，故B错误；基态铜原子的价电 子排布式是3d104s1，故C正确；基态氢原子的电子跃迁到2s能级和2p能级需吸收不同 的能量，故D错误。
C
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A. 能级能量大小关系：4f＞5d
B. 基态铜原子（29Cu）的价层电子排布式：3d94s2
C. Ca处于激发态的电子排布式可能为1s22s22p63s23p64p2
D. 基态Na＋的轨道表示式：
C
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解析：由构造原理可知，4f的能量低于5d，故A错误；铜元素的原子序数为29，基态 原子的价层电子排布式为3d104s1，故B错误；钙元素的原子序数为20，基态原子的电 子排布式为1s22s22p63s23p64s2，则激发态的电子排布式可能为1s22s22p63s23p64p2，故C 正确；钠元素的原子序数为11，基态钠离子的电子排布式为1s22s22p6，轨道表示式 为 ，故D错误。
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A. 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
B. Fe2＋的电子排布式为 1s22s22p63s23p63d6
C. p能级的原子轨道呈哑铃形，随着能层的增加，p能级原子轨道也在增多
D. 某原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s1，属于激发态
B
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解析：s能级的原子轨道呈球形，处在该轨道上的电子不只在球壳内运动，还在球壳 外运动，只是在球壳外运动概率较小，A错误；Fe为26号元素，原子核外有26个电 子，Fe原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2，失去2个电子形成Fe2＋，则Fe2＋的 电子排布式为1s22s22p63s23p63d6，B正确；p能级的原子轨道呈哑铃形，任何能层上的 p能级都有3个原子轨道，与能层的大小无关，C错误；当轨道中的电子处于半满或全 满状态时，能量较低，属于稳定状态，所以某原子的电子排布式为 1s22s22p63s23p63d54s1处于基态，D错误。
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A. Ca2＋的结构示意图：
B. 基态镁原子核外电子的轨道表示式为
C. 甲烷的球棍模型：
D. 基态铜原子的价层电子排布式：3d104s1
D
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解析：Ca2＋的核外电子数为20－2＝18，所以其结构示意图为 ，A不正确；依 据泡利不相容原理，基态镁原子的3s轨道上的电子自旋方向应相反，B不正 确； 为甲烷的空间填充模型，而不是球棍模型，C不正确；基态铜原子 （29Cu）的电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s1，价层电子排布式为3d104s1，D正确。
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①
②
③
④
③
②④⑥
⑤
⑥
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解析：（1）泡利不相容原理说明一个原子轨道最多容纳2个电子，而且自旋状态相 反，故③违反了泡利不相容原理；洪特规则指当电子排布在同一能级的不同轨道时， 总是优先单独占据一个轨道，而且自旋状态相同，故②④⑥违反了洪特规则。
①
②
③
④
⑤
⑥
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解析：（2）3s、3p能量小于3d，则由激发态电子排布式可写出该元素基态原子的电 子排布式为1s22s22p63s23p4，为硫元素，其最高价氧化物对应水化物为硫酸。
1s22s22p63s23p4
H2SO4　
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解析：（3）原子轨道按能量由低到高顺序排列是2s＜3s＜3p＜4s＜3d＜4p。
2s＜3s＜3p＜
4s＜3d＜4p
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11. A、B、C、D、E代表5种元素，请填空：
（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，该原子的轨道 表示式为 　 　。
解析：（1）根据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，可 知该元素的基态原子有2个电子层，共有7个电子，是N元素，其轨道表示 式 。
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解析：（2）B元素的负一价离子与C元素的正一价离子的电子排布式与氩原子相同， 即都有18个电子，则B元素为Cl元素，C元素为K元素，K＋的结构示意图 为 。
Cl　
　
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解析：（3）D元素的正三价离子的3d能级为半充满，即三价阳离子的外围电子排布 式为3d5，则原子的外围电子排布式为3d64s2，该元素为26号Fe元素，基态原子的电子 排布式为1s22s22p63s23p63d64s2。
Fe　
1s22s22p63s23p63d64s2（或[Ar]3d64s2）
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解析：（4）由E元素基态原子的M层全充满，N层没有成对电子，只有1个未成对电 子，可知其外围电子排布式为3d104s1，所以E为Cu元素，基态原子的外围电子轨道表 示式为 。
Cu　
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