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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
1.通过探讨1~18号元素基态原子的核外电子排布,充分理解能量最低原理、泡利不相容原理、洪特规则。
2.会书写1~36号元素基态原子的核外电子排布式和轨道表示式。
学习目标
一、基态原子的核外电子排布
知能通关
1.基态原子的核外电子排布规律
(1)能量最低原理:核外电子在原子轨道上的排布遵循能量______原理。如氢原子核外的唯一电子在基态时只能处在能量最低的______原子轨道上。
(2)泡利不相容原理:一个原子轨道中最多只能容纳____个电子,且这两个电子的自旋状态______。
(3)洪特规则:对于基态原子,核外电子在能量相同的轨道上排布时,将尽可能分占______的原子轨道并且自旋状态______。
最低
1s
不同
不同
相同
两
2.构造原理
(1)内容
基态原子核外电子在原子轨道上的排布按如图所示顺序,这一规律称为构造原理。
(2)能级的能量高低顺序
根据构造原理,各能级的能量由低到高的顺序为1s、 2s、 2p、 3s、 3p、 4s、 3d、 4p、 5s、 4d、 5p、 6s、 4f、 5d、 6p、 7s……,即按照ns、 (n-2)f、 (n-1)d、 np顺序排列,能量由低到高的顺序,也是电子排布填入各能级的先后顺序。
(3)能级交错
从能级的能量高低顺序中可以看出,不同能级的能量高低有交错现象,如E3d>E4s、E4d>E5s、E5d>E6s、E6d>E7s、E4f>E5p、E4f>E6s等。能级交错规律:EnsE(n-1)d下列有关构造原理的说法正确的是　　　　。
①原子核外电子填充3p、3d、4s能级的顺序一般为3p→4s→3d
②某基态原子部分核外电子排布式为3s24s2
③在多电子原子中,电子最后填入的能级不一定是原子最外电子层上的能级
④从第三电子层开始出现能级交错现象
解析　根据构造原理判断,①正确;根据构造原理可知,3s能级与4s能级之间还有3p能级,②错误;在多电子原子中,电子最后填入的能级不一定是原子最外电子层上的能级,如某些过渡元素,③正确。
小题对点过
①③④
1.按照构造原理,下列电子填入能级的顺序正确的是(　　)
A.1s、2p、3d、4s B.1s、2s、3s、2p
C.2s、2p、3s、3p D.4p、3d、4s、3p
解析　A项,电子填入能级的正确顺序应为1s、2p、4s、3d,错误;B项,电子填入能级的正确顺序应为1s、2s、2p、3s,错误;D项,电子填入能级的正确顺序应为3p、4s、3d、4p,错误。
C
2.下列说法正确的是(　　)
C
3.(1)下列基态原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　　　　　　。
③④
①
②
⑤
(2)绿柱石被国际珠宝界公认为四大名贵宝石之一,主要成分为Be3Al2(Si6O18),因含适量的Cr2O3(0.15%~0.6%)而形成祖母绿。基态Al原子中,电子填充的最高能级是　　　　　。
3p
二、基态原子核外电子排布的表示方法
知能通关
1.电子排布式
(1)含义
在ns、np、nd等各能级符号的右上角,用______表示出该能级中的__________。
(2)电子排布式的书写
①“三步法”书写电子排布式
第一步:构造原理是电子排布式的书写依据。按照构造原理写出电子填充的顺序,1s→2s→2p→3s→3p→4s→3d→4p……
第二步:按照泡利不相容原理、洪特规则填充能级容纳的电子数,电子数写在能级符号的右上方。
数字
电子数目
第三步:去掉没有排电子的能级,并按照电子层数由小到大的顺序排列,同一电子层按能级顺序排列即可写出电子排布式。如:
②简化电子排布式的书写
把电子排布式中内层电子达到稀有气体元素原子结构的部分以相应稀有气体的元素符号加方括号来表示,得到简化电子排布式。例如基态K原子的简化电子排布式可表示为[Ar]4s1。
③离子的核外电子排布式的书写
对于主族元素的原子来说,一般只失去最外层电子,而过渡元素的原子可能还会进一步失去内层电子;原子得到电子时,一般总是填充到最外层未填满的能级上。如Fe位于第4周期Ⅷ族,其基态原子的核外电子排布式为[Ar]3d64s2,基态Fe2+的核外电子排布式为[Ar]3d6,基态Fe3+的核外电子排布式为[Ar]3d5。
按要求写出下列原子的电子排布式。
①基态Mn原子的简化电子排布式:　　　　　　　。
②基态Ge原子的电子排布式:　　　　　　　　 　　　　。
③基态Cu+核外电子排布式：　　　　　　　　　　 　　。
[Ar]3d54s2
小题对点过
1s22s22p63s23p63d104s24p2(或[Ar]3d104s24p2)
1s22s22p63s23p63d10(或[Ar]3d10)
2.轨道表示式
(1)含义
用________ (或小圆圈)表示一个原子轨道,用“↑”或“↓”区别________状态不同的电子。
(2)实例
如铝原子的轨道表示式可表示为
方框
自旋
①②④
小题对点过
1.下列能表示基态原子电子排布式的是(　　)
A.1s22s12p1 　 B.1s22s22p63s23p63d1
C.1s22s22p63s23p63d54s1 　 D.1s22s22p7
解析　A项应为1s22s2,错误;B项应为1s22s22p63s23p64s1,错误; D项应为1s22s22p63s1,错误。
C
2.基态碳原子的最外电子层的各能级中,电子排布的方式正确的是(　　)
解析　2p能级有2个电子,在2个不同的轨道,符合洪特规则,故C正确。
C
3.按要求填空。
(1)O:　　　　　　　　　　　　(基态原子轨道表示式)。

(2)Na:　　　　　　　　　　 　　(基态原子轨道表示式)。
(3)Ca元素基态原子电子排布式:　　　　　 　　　　　。
(4)基态硼原子的轨道表示式为　　　　　　　　　　　 　,核外电子共有____种运动状态,有　　　　个未成对电子,有　　　　对成对电子。
1s22s22p63s23p64s2
5
1
2
三、核外电子排布的5种表示方法
知能通关
1.洪特规则特例
全充满
半充满
全空
2.表示核外电子排布的5种方法
电子排
布式 意义 用数字在能级符号右上角标明该能级上排布的电子数,这就是电子排布式
实例 K:1s22s22p63s23p64s1
简化电子
排布式 意义 把内层电子排布达到稀有气体结构的部分用相应稀有气体的元素符号外加“[　]”表示
实例 K:[Ar]4s1
1.(2025·烟台高一检测)下列对硫原子的核外电子排布描述正确且最详尽的是(　　)
D
D
3.按要求写出电子排布式或轨道表示式。
(1)基态Cu+的电子排布式:　　　　　　　　　　　　。
(2)基态Fe原子的电子排布式:　　　　　　　　　　　 　。
(3)17Cl-的轨道表示式:　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　。
(4)基态Mn原子的简化电子排布式:　　　　　　　　　　。
(5)基态As原子最外层电子的轨道表示式:　　　　　　　　　。
(6)基态Ge原子的电子排布式:　　　　　　　　　　　 　　。
1s22s22p63s23p63d10
1s22s22p63s23p63d64s2
[Ar]3d54s2
1s22s22p63s23p63d104s24p2
课堂 达标训练
1.“各能级最多容纳的电子数,是该能级原子轨道数的二倍”,支撑这一结论的理论是(　　)
A.构造原理 B.泡利不相容原理
C.洪特规则 D.能量最低原理
解析　构造原理用来书写核外电子的电子排布式;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,这就是洪特规则;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,这就是泡利不相容原理。
B
2.下列各基态原子或离子的电子排布式正确的是(　　)
A.O2-　1s22s22p4 B.Ca　3d2
C.Fe　　3d54s3 D.Si　1s22s22p63s23p2
解析　O的质子数为8,得到2个电子变为离子,则基态O2-的电子排布式为1s22s22p6,故A错误;基态Ca原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p64s2,故B错误;基态Fe原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2,4s最多有2个电子,故C错误;Si的质子数为14,则基态Si的电子排布式为1s22s22p63s23p2,故D正确。
D
3.下列有关基态原子电子排布式或电子排布图的结论错误的是(　　)
D
选项 电子排布式或电子排布图 结论
A 违背洪特规则
B 1s22s22p63s23p63d54s1 书写正确
C 违背泡利不相容原理
D 1s22s22p43s23p63d2 书写正确
解析　基态原子中,填入轨道的电子总是优先单独分占,且自旋平行,所以2p能级上电子排布违背了洪特规则,A不符合题意;轨道全空、全满、半满时能量低,较稳定,故24号Cr元素的基态原子电子排布式1s22s22p63s23p63d54s1书写正确,B不符合题意;当电子排布在同一轨道时,每个轨道最多容纳2个电子,且自旋方向相反,原子核外电子在能量相同的各个轨道上排布时,电子尽可能分占不同的原子轨道且自旋状态相同,该排布图违背了泡利不相容原理,C不符合题意;原子核外电子先占有能量较低的轨道,然后依次进入能量较高的轨道,3s能级的能量高于2p能级,应先填充2p能级,3d能级的能量高于4s能级,应先填充4s能级,再填充3d能级,正确的电子排布式应为1s22s22p63s23p64s2,D符合题意。
4.下列化学用语表达正确的是(　　)
D
5.(1)在短周期元素中基态原子的p轨道有1个未成对电子的元素可能是____________________________(填元素符号,下同),其核外电子排布式分别是　　 　　　 　　　　　　。
(2)基态原子的N层有1个未成对电子,M层未成对电子最多的元素是　　　　,其简化电子排布式为　　　 　。
(3)最外层电子数是次外层电子数3倍的元素是　　　　,其轨道表示式为
　　　　　　　　　　　　。
B、F、Al、Cl
1s22s22p1、1s22s22p5、1s22s22p63s23p1、1s22s22p63s23p5
Cr
[Ar]3d54s1
O
解析　(1)在短周期元素中基态原子的p轨道有1个未成对电子的元素可能是B、F、Al、Cl,其电子排布式分别为1s22s22p1、1s22s22p5、1s22s22p63s23p1、1s22s22p63s23p5。(2)基态原子的N层有1个未成对电子,M层未成对电子最多的元素是Cr,其简化电子排布式为[Ar]3d54s1。(3)最外层电子数是次外层电子数的3倍,该元素有2层电子,第一层为K层,有2个电子,第二层为L层,有6个电子,该元素为O,其轨道表示式为 。
(4)Cu原子的结构示意图为　　　　　　　　　　　　。
(5)下列表示的为激发态原子的是　　　　。
A.1s12s1 B.1s22s22p1 C.1s22p53s1 D.1s22s22p63s2
AC
课时精练3
A级　合格过关练
选择题只有1个选项符合题意
1.下列原子的核外电子排布式中,表示激发态原子的是(　　)
A.1s22s22p5 B.1s22s22p43s2
C.1s22s22p6 D.1s22s22p63s1
解析　A、C、D项表示的是基态原子;B项,电子从2p能级跃迁到3s能级,表示的是激发态原子。
B
2.(2024·河北石家庄高二检测)下列对电子排布式或轨道表示式书写的评价正确的是(　　)
C
选项 电子排布式或电子排布图 评价
A 基态S原子的最外层电子轨道表示式: 错误;违反泡利不相容原理
B 基态N原子的轨道表示式: 错误;违反洪特规则
C 基态Ca原子的电子排布式:1s22s22p63s23p63d2 错误;违反能量最低原理
D 基态Br-的电子排布式:1s22s23p63s23p63d104s24p6 错误;违反能量最低原理
解析　A项,基态原子中,电子填入能量相同的原子轨道时应先单独分占不同的原子轨道,且自旋方向相同,违反了洪特规则,不符合题意;B项,相同轨道中的两个电子自旋相反,违反了泡利不相容原理,不符合题意;C项,基态Ca原子的电子排布式为1s22s22p63s23p64s2,违反了能量最低原理,符合题意;D项,Br-的电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p6,正确,评价错误,不符合题意。
3.下列化学用语表述正确的是(　　)
A.镁原子由1s22s22p63s13p1→1s22s22p63s2时,原子释放能量,由激发态转化成基态
B.基态Se的简化电子排布式为:[Ar]4s24p4
C.基态铍原子最外层电子的电子云轮廓图为:
D.p能级的能量一定比s能级的能量高
A
解析　镁原子由1s22s22p63s13p1→1s22s22p63s2时,3p电子转变为3s电子,原子释放能量,由激发态转化成基态,A正确;基态Se的简化电子排布式为[Ar]3d104s24p4,B错误;基态Be的电子排布式为1s22s2,则基态铍原子最外层电子的电子云轮廓图为球形,C错误;p能级的能量不一定比s能级的能量高,还要看电子层数,D错误。
4.某元素原子3d轨道上有5个电子,则该原子最外层电子排布可能是(　　)
A.4s1 B.4s24p1 C.4s24p3 D.3s23p63d5
解析　最外层电子排布式为4s24p1的元素为Ga,3d轨道上有10个电子,B错误;最外层电子排布式为4s24p3的元素为As,3d轨道上有10个电子,C错误;4s能级能量小于3d,某元素原子3d轨道上有5个电子,则4s能级上肯定有电子,D错误。
A
5.下列与原子核外电子排布规律相关的叙述中(n为电子层序数),不正确的是(　　)
A.ns电子的能量一定高于(n-1)p电子的能量
B.根据构造原理,电子填入能级的顺序是ns→(n-1)d→np
C.第3周期元素的基态原子中,未成对电子数最多的是磷
D.各电子层含有的电子数均为ns2
解析　根据构造原理,ns电子的能量一定高于(n-1)p电子的能量,A正确;原子轨道能量高低顺序为ns<(n-1)dD
6.下列元素能形成XY2型化合物的是(　　)
①原子序数分别为6和16的元素　②核内质子数分别为14和6的元素　③最外层电子排布式分别是3s2和3s23p5的基态原子　④轨道表示式分别为如图所示的两种元素的基态原子
C
A.①②③④ B.①②③ C.①③ D.①
解析　①中的两种元素分别为C和S,可以形成CS2,①正确;②中两种元素分别为Si和C,不可以形成XY2型化合物,②错误;③中两种元素分别为Mg和Cl,可以形成MgCl2,③正确;④中两种元素分别为Ne和Mg,不能形成化合物,④错误;①③正确。
7.某元素原子质量数为51,中子数为28,其基态原子未成对电子数为(　　)
A.0 B.1 C.2 D.3
解析　元素原子质量数为51,中子数为28,则质子数=51-28=23。根据核外电子排布规律可知,其电子排布式是1s22s22p63s23p63d34s2,因此其基态原子中未成对电子数为3个,D项正确。
D
8.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电子排布图,其中最能准确表示基态锰原子轨道表示式的是(　　)
A.
B.
C.
D.
D
解析　根据洪特规则,电子排布在同一能级的不同轨道上时优先单独占据一个轨道,且自旋状态相同,A项中未单独占据一个轨道,C项中虽单独占据一个轨道但自旋状态不相同;根据泡利不相容原理,1个原子轨道最多可容纳2个电子且自旋状态相反,B项中的s轨道的电子自旋状态相同。
9.已知元素X的原子最外层电子排布式为nsn-1npn+2,则X元素的原子序数为(　　)
A.9 B.10 C.17 D.18
解析　根据泡利不相容原理n-1=2,则n=3,即最外层电子排布式为3s23p5,为Cl元素,原子序数为17。
C
10.某元素的原子序数为33,则该元素的基态原子中能量最高的电子应排布在(　　)
A.3s能级 B.4p能级 C.4s能级 D.3p能级
解析　原子序数为33的元素是As,其基态原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p3。
B
11.已知三种微粒(原子或离子):
若将上述三种微粒归为同一类,下列微粒中也可归为此类的是(　　)
C
微粒 电子排布式
11X 1s22s22p6
19Y 1s22s22p63s23p6
20Z 1s22s22p63s23p6
解析　11X、19Y、20Z都是金属阳离子。分析A~D微粒结构示意图的核电荷数和核外电子排布的关系可知,A和D是原子,B是阴离子,C是金属阳离子。
12.(2024·浙江绍兴高二期末)X、Y、Z三种主族元素的基态原子的最外层电子排布式分别为ns1、3s23p4和2s22p4,由这三种元素组成的化合物的化学式不可能是(n为电子层序数)(　　)
A.X2Y2Z3 B.X2YZ3 C.X2YZ4 D.XYZ3
解析　X元素基态原子的最外层电子排布式为ns1,该元素为ⅠA族元素;Y元素基态原子的最外层电子排布式为3s23p4,则Y为S;Z元素基态原子的最外层电子排布式为2s22p4,则Z为O。A项,该化合物的化学式可能是X2Y2Z3(如Na2S2O3),不符合题意;B项,该化合物的化学式可能是X2YZ3(如Na2SO3),不符合题意;C项,该化合物的化学式可能是X2YZ4(如K2SO4),不符合题意;D项,X、Y、Z不可能形成化学式XYZ3的化合物,符合题意。
D
13.按要求回答下列各小题:
(1)镁元素基态原子核外M层电子的自旋状态　　　　(填“相同”或“相反”)。
(2)基态锌原子核外电子排布式为　　　　　　　　　　　 　　　　　　。
(3)基态钴原子核外电子排布式为　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(4)基态Fe3+核外电子排布式为　　　　　　　　　　　 　　　　　　　。
(5)基态锗原子的核外电子排布式为[Ar] 　 　　　　,有　 　未成对电子。
(6)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　　　　。
(7)基态砷原子的核外电子排布式为　　 　　 　　　　　　　　　　　　。
相反
1s22s22p63s23p63d104s2或[Ar]3d104s2
1s22s22p63s23p63d74s2或[Ar]3d74s2
1s22s22p63s23p63d5或[Ar]3d5
3d104s24p2
2
1s22s22p63s23p63d84s2或[Ar]3d84s2
2
1s22s22p63s23p63d104s24p3或[Ar]3d104s24p3
解析　(1)镁元素原子的最外层电子数是2,占据了s轨道,s轨道最多容纳2个电子,且2个电子自旋状态相反。(2)Zn为第4周期ⅡB族元素,Zn的电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s2或[Ar]3d104s2。(3)Co是27号元素,位于元素周期表第4周期第Ⅷ族,其基态原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d74s2或[Ar]3d74s2。(4)Fe是26号元素,故基态Fe3+核外电子排布式为[Ar]3d5或1s22s22p63s23p63d5。(5)Ge的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p2或[Ar]3d104s24p2,其4p轨道有2个未成对电子。(6)镍元素位于第4周期Ⅷ族,原子序数为28,依据能量最低原理,基态镍原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d84s2或[Ar]3d84s2,其3d能级上未成对电子数为2。(7)As位于第4周期ⅤA族,其基态原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p3或[Ar]3d104s24p3。
Si
(1)A为　　　　(填元素符号,下同),基态原子电子排布式是　　　　　　　　。
(2)B为　　　　,基态原子简化电子排布式是　　　　　　。
(3)C为　　　　,基态原子电子排布式是　　　　　　　　　　。
1s22s22p63s23p2
Na
[Ne]3s1
P
1s22s22p63s23p3
(4)D为　　　　,基态原子轨道表示式是　　　　　　　　　　　　 　。

(5)E为　　　　,原子结构示意图是　　　　　　　　　　　　。
N
Fe
解析　 由题意可知,A为Si,B为Na,C为P,D为N,E为Fe。这五种元素基态原子的电子排布式分别为A:1s22s22p63s23p2,B:1s22s22p63s1,C:1s22s22p63s23p3,D:1s22s22p3,
E:1s22s22p63s23p63d64s2。
B级　素养培优练
选择题有1个或2个选项符合题意
15.下列关于最外层电子排布式为3s23p4的粒子描述不正确的是(　　)
A.它的原子核外有两种形状不同的电子云
B.它的原子核外电子共有16种不同的运动状态
C.它可与H2反应生成常温时为液态的化合物
D.该原子的轨道表示式为
CD
解析　该元素是16号元素S,具有s和p两种能级,因此该原子的电子云形状有两种,分别是球形和哑铃形,故A正确;S原子具有16个核外电子,处于不同电子层、能级上的电子具有的能量不同,同一能级上的电子自旋方向相反,故有16种不同的运动状态,故B正确;硫和氢气化合生成的硫化氢在常温下是气体而不是液体,故C错误;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,且自旋方向相同,所以3p能级上轨道表示式违反洪特规则,故D错误。
16.有A、B、C、D、E、F六种短周期主族元素,它们的原子序数依次增大,其中A元素原子核外电子仅有一种原子轨道,也是宇宙中最丰富的元素;B元素基态原子核外p电子数比s电子数少1;C元素基态原子的最外层电子排布可表示为asaap2a;D为金属元素且M层上有一个未成对的p电子;E元素的基态原子核外最外层p轨道半充满;F元素基态原子的价电子排布式为3s23p5。
(1)写出A、C、F元素的元素符号:A　　　　、C　　　　、F　　　　　。
(2)写出基态D原子的电子排布式　　　　　　　　　　　　; 写出基态E原子
的核外电子轨道表示式　　　　　　　　　　　　　　　　。
H
O
Cl
1s22s22p63s23p1
(3)D元素原子核外电子云有　　　　种不同的伸展方向,共有　　　　种不同运动状态的电子,　　　　种不同能级的电子。
(4)B元素对应单质和氢化物的电子式:单质　　 　　,氢化物　　 　　。
4
13
5
︰N N︰
解析　(1)A原子只有一个原子轨道,可能是H或He,又因A是宇宙中最丰富的元素,则A为氢元素;B元素基态原子的核外电子排布式为1s22s22p3,为氮元素;C基态原子最外层电子排布式为2s22p4,为氧元素;D元素基态原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p1,为铝元素;E元素基态原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p3,为磷元素,F为氯元素。(3)s轨道只有1种伸展方向、p轨道有3种伸展方向,Al核外电子排布式为1s22s22p63s23p1,涉及3个s能级、2个p能级,因此其核外电子云(轨道)的伸展方向有4种;核外13个电子的运动状态各不相同,故核外有13种不同运动状态的电子,有1s、2s、2p、3s、3p共5个能级。

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