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第1章　原子结构与元素性质
第2节　原子结构与元素周期表
第1课时　基态原子的核外电子排布
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研习任务一　基态原子的核外电子排布
[目标导航]1.了解构造原理，知道基态原子核外电子在原子轨道上的排布顺序。2.掌 握基态原子的核外电子排布规律，会书写1～36号元素原子的核外电子排布式和轨道 表示式。3.学会利用电子排布式、轨道表示式正确表示核外电子排布。
教材　认知
1. 基态原子的核外电子排布规律
规律 含义
能量最低原理 原子核外电子按轨道能量由 到 依次排列，使整个原子 处于最低的能量状态
泡利不
相容原理 一个原子轨道中最多只能容纳 个电子，且这 个电子的 自旋状态不同，用 表示
洪特规则 对于基态原子，核外电子在能量相同的原子轨道上排布时，将尽可 能分占 的原子轨道并且自旋状态
低　
高　
两　
两　
↑↓　
不同　
相同　
[思考1]　（1）为什么每个电子层最多容纳2n2个电子？
提示：各个电子层能级上的能级数目＝电子层序数n，每个电子层有n2个原子 轨道，根据泡利不相容原理，每个轨道最多只能容纳2个电子，所以每个电子层最多 只能容纳2n2个电子。
（2）磷原子3p轨道上共有3个电子，电子先排满3px轨道，再排3py轨道，这种排法对 吗？为什么？
提示：不对，违背了洪特规则，3p轨道上的3个电子应分别排到3px、3py，3pz 轨道上，且自旋状态相同。
2. 电子排布式与轨道表示式
电子排布式 表示方法 在ns、np、nd等各能级符号的右上角用数字表示出该能级中 的数目
图示
电子　
轨道表示式 表示方法 用 表示一个原子轨道，用箭头“ ”或“ ”来区别自旋状态不同的电子的式子
图示 以铝原子为例，轨道表示式中各符号、数字的意义为
方框（或小圆圈、短线）　
↑　
↓　
如基态氧原子的电子排布式为 。
如基态氯原子的轨道表示式为 　 　。
1s22s22p4　
[思考2]　基态硼原子的电子排布式和轨道表示式分别如何表示？核外电子共有几种 运动状态？有几个未成对电子？有几对成对电子？
提示：基态硼原子的电子排布式为1s22s22p1，轨道表示式为 ，核外一 共有5种运动状态的电子，有1个未成对的电子，有2对成对电子。
判断
√
√
×
×
×
探究　活动
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，优先以自旋平行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分占不同的轨道。
1. 泡利不相容原理和洪特规则有何区别？
提示：泡利不相容原理：在一个原子轨道里，最多只能容纳2个电子，且这2个电子的 自旋状态相反。洪特规则：基态原子中，填入简并轨道的电子总是先单独分占，且自 旋状态相同。
2. 指出下列轨道表示式的书写分别违背了什么原则？
①2p轨道上有3个电子的原子：
②2p轨道上有2个电子的原子：
④4s轨道上有2个电子的原子：
⑤3d 轨道上有8个电子的原子：
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，且自旋状态相同。④违背了泡利不相容原理，一个原 子轨道最多只能容纳2个电子，且这2个电子的自旋状态相反。
重点　讲解
1. 书写原子轨道表示式时的“五项要求”
（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　要分开，同一能级中的　要相互连接。
（3）整个原子的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
全充满：p6，d10，f14；
半充满：p3，d5，f7；
全空：p0，d0，f0。
2. 基态原子核外简化电子排布的表示方法
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
研习　经典
A. 电子排布式1s22s22p63s23p64s3违反了泡利不相容原理
B. 基态原子电子排布式1s22s22p63s23p6符合能量最低原理
C. 锂原子的核外电子排布式写成1s3违反了能量最低原理
解析：因为4s轨道最多容纳2个电子，电子排布式1s22s22p63s23p64s3违反了泡利不相容 原理，A不符合题意；基态原子电子排布式1s22s22p63s23p6符合能量最低原理，B不符 合题意；锂原子的核外电子排布式写成1s3违反了泡利不相容原理，C符合题意；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，D不符合题意。
C
2. 根据原子核外电子排布规则，回答下列问题。
（1）基态氮原子中，核外电子占据的最高能层的符号是 ，占据该能级电子的电 子云轮廓图形状为 。
解析：基态氮原子的核外电子排布式为1s22s22p3，电子占据最高能级的符号是 2p，最高能层是第二层，符号是L，占据该能层电子的电子云轮廓图形状为哑铃形。
L　
哑铃形　
（2）写出基态氮原子的核外电子轨道表示式： 。
解析：基态氮原子的核外电子排布式为1s22s22p3，其轨道表示式为 。
（3）若将基态14Si的电子排布式写成1s22s22p63s33p1，则它违背了 。
解析：同一个原子轨道中最多含有2个自旋相反的电子，若将基态14Si的电子排 布式写成1s22s22p63s33p1，则它违背了泡利不相容原理。
　
泡利不相容原
理　
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研习任务二　构造原理
教材　认知
随着原子核电荷数的递增，原子核每增加一个质子，原子核外便增加一个电子，这个 电子大多是按如图所示的能级顺序填充的，填满一个能级再填入下一个能级。
探究　活动
元素周期表中铁元素的相关内容如图所示：
2. 书写电子排布式时，电子是不是先填满一个能层后再开始填入下一个能层？原因 是什么？基态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；基态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，电子首先排布在能量低的轨道上。
1. 你能写出基态铁原子的电子排布式和简化电子排布式吗？
提示：基态铁原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2；简化电子排布式为[Ar]3d64s2。
3. 钠原子的电子排布式可简化为[Ne]3s1，上式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；硅原子和铜原子的简化电子排布式分 别为[Ne]3s23p2、[Ar]3d104s1。
重点　讲解
1. 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. 根据构造原理理解各能级的能量大小关系
（1）不同能层中的同种能级，能层序数越大，能量越高。例如，1s＜2s＜3s，2p＜ 3p＜4p。
（2）同一能层中，各能级之间的能量大小关系是ns＜np＜nd＜nf……例如，第四 能层中4s＜4p＜4d＜4f。
（3）能层和能级都相同的各原子轨道能量相等。例如，2px＝2py＝2pz。
（4）从第三能层开始出现能级交错现象，能级交错的顺序即能量由低到高的顺序： Ens＜E（n－2）f＜E（n－1）d＜Enp。例如，E4s＜E3d、E5s＜E4d。
研习　经典
A. E（5s）＞E（4f）＞E（4s）＞E（3d）
B. E（3d）＞E（4s）＞E（3p）＞E（3s）
C. E（4s）＜E（3s）＜E（2s）＜E（1s）
D. E（5s）＞E（4s）＞E（4f）＞E（3d）
解析：根据构造原理，各能级填充的电子的能量由小到大的顺序为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，其正确顺序为E （4s）＞E（3s）＞E（2s）＞E（1s），C项错误；根据构造原理有E（3d）＞E （4s）＞E（3p）＞E（3s），B项正确。
B
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. 转化后的硅原子与基态磷原子的电子层结构相同，化学性质相同
解析：硅原子由基态转化为激发态，这一过程吸收能量，则处于激发态时的能量高于 基态时的能量，故A项正确，B、C两项错误；转化后的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电子排布式为3s23p3，化学性质也不相同，D 项错误。
A
A. 原子核外电子填充3p、3d、4s轨道的顺序一般为3p→4s→3d
B. 某基态原子部分核外电子的排布式为3s24s2
C. 在多电子原子中，电子最后填入的能级不一定是原子最外能层上的能级
D. 从第三能层开始出现能级交错现象，即电子填入能级的顺序与能层顺序不同
解析：根据构造原理判断，A项正确；根据构造原理可知，3s与4s能级之间还有3p能 级，B项错误；电子最后填入的能级不一定是原子最外能层上的能级，如某些过渡元 素，C项正确；从M能层开始，电子填入的顺序是3s→3p→4s→3d……与能层的顺序 不同，D项正确。
B
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研习任务三　19～36
号元素基态原子的核外电子排布
教材　认知
1. 写出以下几种元素基态原子的电子排布式
（1）K： 。
（2）21Sc： 。
（3）24Cr： 。
（4）29Cu： 。
1s22s22p63s23p64s1　
1s22s22p63s23p63d14s2　
1s22s22p63s23p63d54s1　
1s22s22p63s23p63d104s1　
2. Cr、Cu基态原子的电子排布的解释
能量相同的原子轨道在 （如d10）、 （如d5）和 （如d0）状态时，体系的能量较低，原子较稳定。
全充满　
半充满　
全空　
√
×
×
×
探究　活动
（1）电子进入原子轨道的顺序和电子排布式的书写顺序相同吗？若不相同，请举例 说明。
提示：电子排布式的书写顺序与核外电子进入轨道的顺序不同。核外电子是按 照能量由低到高的顺序在原子轨道上排布，而电子排布式的书写按电子层由里到外和 s、p、d、f的顺序。例Sc元素，轨道能量3d＞4s，电子先填充4s轨道，再填充3d轨 道，但书写电子排布式时，先写3d再写4s。
（2）第4周期的基态原子中，4s能级只有一个电子的原子共有几种？
提示：一共有3种。4s能级只有1个电子，即4s1。情况一是按照构造原理的能级 顺序正常填充未填满的结果，即K元素；情况二是按照洪特规则的特例，即原子轨道 处于全充满、半充满或全空状态时能量最低填充的结果，即Cr元素和Cu元素。
研习　经典
C
解析：A项，2s能级未排满，就排3s能级；B项，2p能级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，2p3为半充满状 态，能量最低；D项，2p能级未排满就排3s能级。
2. 按要求写出下列原子的电子排布式或轨道表示式。
（1）基态硫原子的轨道表示式： 　 　。
（2）基态锰原子的简化电子排布式： 。
（3）基态砷原子最外层电子的轨道表示式： 。
（4）基态锗原子的电子排布式： 。
（5）基态Cu＋核外电子排布式为 。
[Ar]3d54s2　
　
1s22s22p63s23p63d104s24p2（或
[Ar]3d104s24p2）　
1s22s22p63s23p63d10（或[Ar]3d10）　
3. A、B、C、D、E均为前36号的元素，请完成下列问题。
A原子中只有一个电子层且只含1个电子；B原子的2p轨道上得到2个电子后不能再容 纳外来电子；C原子价电子排布式为nsn－1npn＋1；D的一种核素的质量数为59，中子 数为 31；E元素基态正三价离子的3d轨道为半充满。
（1）A的原子轨道形状为 。
（2）B的元素名称： ，画出B的最外层电子轨道表示式： 。
（3）C的基态原子核外电子空间运动状态有 种。
（4）D2＋的核外电子排布式是 。
球形　
氧　
9　
1s22s22p63s23p63d8（或[Ar]3d8）　
（5）E的元素符号为 ，E元素基态原子的价电子排布式为 。。
Fe　
3d64s2　
A. 3p6 B. 3d10 C. 3s23p63d2 D. 3s23p64s2
解析：M层为第三能层，根据构造原理，电子依次排布在1s，2s，2p，3s，3p，4s， 3d能级，故第三能层上有10个电子可以写成3s23p63d2，故选C。
C
A. N B. Fe C. Cr D. Cu
解析：N有3个未成对电子，Fe有4个未成对电子，Cu有1个未成对电子，Cr有6个未成 对电子。
C
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A. 在一个基态多电子原子中，可以有两个运动状态相同的电子
B. 处于激发态的原子都能遵循能量最低原理、泡利不相容原理和洪特规则
D. 22Ti电子排布式1s22s22p63s23p10，违反了泡利原理
解析：在多电子的原子中，电子填充在不同的能层，能层又分不同的能级，同一能级 又有不同的原子轨道，每个轨道中最多可以填充两个电子，且自旋状态相反，在一个 基态多电子的原子中，不可能有两个运动状态完全相同的电子，故A错误；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，基态原子吸收能量变为 激发态原子，所以激发态原子能量大于基态原子能量，故B错误；电子优先排布在能 量低的能级，应为1s22s22p1，违背能量最低原理，故C错误；根据泡利不相容原理 知，3p轨道最多能容纳6个电子，故D正确。
D
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A. 每个原子轨道里最多只能容纳2个电子
B. 电子排在同一能级时，总是优先单独占据一个轨道
C. 每个能层所具有的能级数等于能层序数（n）
D. 若原子轨道里有2个电子，则其自旋相反
D
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解析：由题给的四种元素原子的轨道表示式可知，在一个原子轨道里，最多只能容纳 2个电子，A正确；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，即符合洪特规则，B正确；任一能层的能级总是从s能级开始，而且能级数等于该 能层序数，C正确；若在一个原子轨道里有2个电子，则其自旋相反，若在同一能级 的不同轨道里有2个电子，则其自旋平行，D错误。
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A. 有2个电子层
B. 有3种能量不同的电子
C. 最外层有3个电子
D. 有7种运动状态不同的电子
解析：从该原子的轨道表示式可知，该原子核外电子数为7，该原子为氮原子。该原 子有2个电子层，分别为K、L层，A正确；核外电子的能级为1s、2s、2p能级，同一 能级上的电子能量相同，电子在各能级的能量关系：1s＜2s＜2p，故有3种能量不同 的电子，B正确；该原子最外层有5个电子，C错误；在多电子原子中，不存在两个运 动状态相同的电子，该原子核外有7个电子，故有7种不同运动状态的电子，D正确。
C
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A. 电子在3px与3pz轨道上的运动状态不相同
C. 原子结构示意图为 的原子，核外电子云有两种不同形状
D. 基态Ni原子的最外层电子的轨道表示式为
B
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B. 电子云图中的小点越密，表示该核外空间的电子越多
C. 基态Fe3＋的最外层电子排布式：3s23p63d5
D. 电子层数为n的能层具有的原子轨道数为n2
解析：基态碳原子2p能级上两个电子排布在两个不同的p轨道上，同时排布在px轨道 上违背了洪特规则，A正确；电子云图中小点的疏密代表电子在相关区域出现的概率，不代表具体电子的多少，B错误；基态Fe原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2，则基态Fe3＋
电子排布式为1s22s22p63s23p63d5，其最外层电子排布式为3s23p63d5，C正确；电子层数为n的能层具有的原子轨道数为n2，D正确。
B
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A. 12Mg原子：
B. 8O原子：
C. 24Cr原子：[Ar]3d44s2
D. 26Fe2＋离子：[Ar]3d6
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解析：12Mg原子核外电子轨道表示式应为 ，题给轨道表示式违 反了泡利不相容原理，故A错误；8O原子核外电子轨道表示式为 ， 题给轨道表示式违反了洪特规则，故B错误；铬是24号元素，其原子核外有24个电 子，根据核外电子排布规律可知，其基态核外电子排布式为[Ar]3d54s1或 1s22s22p63s23p63d54s1，故C错误；铁原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2，所 以亚铁离子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d6或[Ar]3d6，故D正确。
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A. 2s22p2和2s22p4 B. 3s23p4和2s22p4
C. 3s2和2s22p5 D. 3s1和3s23p2
解析：A项分别为C和O，能形成CO2；B项分别为S和O，能形成SO2；C项分别为Mg 和F，能形成MgF2；D项分别为Na和Si，不能形成AB2型化合物，故选D。
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A. 原子核外电子排布，先排满K层再排L层、先排满M层再排N层
B. 从空间角度看，2s轨道比1s轨道大，其空间包含了1s轨道
C. 2p、3p、4p的轨道形状均为哑铃形
D. 各能层含有的原子轨道数为n2（n为能层序数）
解析：原子核外电子排布，先排满K层再排L层、先排M层再排N层，但不一定要排满 M层再排N层，如Ca原子的核外电子排布为2、8、8、2，M层未排满，故A错误；s轨 道都是球形，2s轨道半径大于1s轨道半径，其空间包含了1s轨道，比1s轨道大，故B 正确；p轨道无论哪一能层均为哑铃形，故C正确；每个能层容纳的最多电子数为 2n2，每个轨道最多容纳2个电子，则各能层含有的原子轨道数为n2，故D正确。
A
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A. 24Cr的电子排布式：
1s22s22p63s23p63d54s1
B. K的简化电子排布式：[Ar]4s1
C. N原子的轨道表示式为
D. S原子的轨道表示式为
D
解析：S原子的轨道表示式违背了洪特规则，正确的轨道表示式应为
，D错误。
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A. 电子排布为[Ar]3d44s2的中性原子是基态原子
C. 不符合泡利不相容原理，是不存在的排布
D. 若某核素核外共有15个不同运动状态的电子，则其基态原子中能量最高的电子的 电子云的形状为花瓣形
C
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解析：基态Li原子的核外电子排布式为1s22s1，能量最低，即D为基态；A、B、C所示 的锂原子电子均为激发态，需要吸收能量。
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14. （1）下列原子或离子的电子排布式或轨道表示式正确的是 （填序 号，下同），违反能量最低原理的是 ，违反洪特规则的是 ，违反泡利 不相容原理的是 。
①K＋：1s22s22p63s23p6
②F：1s22s23p5
③P：
④Cr：1s22s22p63s23p63d44s2
⑤Fe2＋：1s22s22p63s23p63d6
⑥Mg：1s22s22p63s2
⑦O：
①⑤⑥　
②　
③④　
⑦　
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（2）M2＋的3d轨道中有5个电子，则M原子的最外层电子数和未成对电子数分别 为 和 。
（3）X元素的原子最外层电子排布式为2snnpn＋2，则n＝ ；原子中能量最高的 是 电子，核外电子的轨道表示式为 。
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2p　
　
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15. 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 ；
1s22s22p63s23p63d14s2（或[Ar]3d14s2）　
1s22s22p63s23p63d24s2（或[Ar]3d24s2）　
V ；
Mn 。
1s22s22p63s23p63d34s2（或[Ar]3d34s2）　
1s22s22p63s23p63d54s2（或[Ar]3d54s2）　
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（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 。
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）
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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
解析：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。
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
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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
16. 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 。
解析：符合题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。
（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 。
解析：氧化性很弱，得电子后还原性很强，应为K＋。
Ar　
S2－　
K＋　
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（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：得一个电子即达稳定结构，故该粒子应为Cl－。
Cl－
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