1、第 3 课时 原子核外电子排布规则目标定位 知道原子核外电子排布的“两原理一规则” ，会正确书写原子的电子排布式和电子排布图。一、基态原子核外电子的排布原则1能量最低原理原子核外的电子应优先排布在能量最低的能级里，然后由里到外，依次排布在能量逐渐升高的能级里。能级的能量高低顺序如构造原理所示(对于 136 号元素来说，应重点掌握和记忆“1s2s 2p3s 3p4s 3d4p”这一顺序) 。2泡利原理(1)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，这一原理被称为泡利原理。(2)因为每个原子轨道最多只能容纳 2 个电子且自旋方向相反，所以从能层、能级、原子轨道、自旋方向四
2、个方面来说明电子的运动状态是不可能有两个完全相同的电子的。如氟原子的电子排布可表示为 1s22s22p 2p 2p ，由于各原子轨道中的电子自旋方向相反，所以 9 个2x 2y 1z电子的运动状态互不相同。3洪特规则(1)在相同能量的原子轨道上，电子的排布将尽可能占据不同 的轨道，而且自旋方向相同，这就是洪特规则。(2)通俗地说，洪特规则可以表述为电子总是尽量自旋平行地分占不同 的轨道。如碳原子的电子排布图是 ，而不是 。(3)洪特规则的特例在等价轨道(同一能级)上的电子排布处于全充满、半充满和全空状态时，具有 较低的能量和较大的稳定性。相对稳定的状态Error!如 24Cr 的电子排布式为
3、1s22s22p63s23p63d54s1，为半充满状态，易错写为1s22s22p63s23p63d44s2。原子核外电子排布“两原理一规则”(1)能量最低原理：电子在原子轨道上的分布要尽可能地使原子的能量 最低。(2)泡利原理：每个原子轨道最多容纳两个电子且自旋方向必 须相反。(3)洪特规则：当电子排布在同一能级( 能量相同)的不同轨道时，总是优先单独占据一个轨道，而且自旋方向相同。1若将 15P 原子的电子排布式写成 1s22s22p63s23p 3p ，它违背了 ( )2x 1yA能量守恒原理 B泡利原理C能量最低原理 D洪特规则答案 D解析 洪特规则：当电子排布在同一能级的不同轨道时，
4、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。易错提醒 书写基态原子的电 子排布图时，要兼 顾三条原则，不能顾此失彼，防止出现以下错误：违反泡利原理：违反洪特规则： 或2下列各原子或离子的电子排布式或电子排布图表示正确的是( )ACa 2 ：1s 22s22p63s23p6BF ： 1s22s23p6CP：最外层电子排布图为DCr：1s 22s22p63s23p63d44s2答案 A解析 解此类题一是要注意观察电子排布是否符合构造原理，二是注意是否符合泡利原理和洪特规则。千万不要忽略了 Cu、Cr 等少数原子的“能量相同的原子轨道在半充满、全充满或全空状态时，体系的能量较低，原子
5、较稳定”这种特例。A 项正确，符合核外电子排布规律；B 项错误，由核外电子排布规律，电子排完 2s 后应排 2p 轨道而不是 3p 轨道，正确的应为1s22s22p6；C 项错误，没有遵循洪特 规则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原子轨道且自旋方向相同，正确的 应为 ；D 项错误，忽略了能量相同的原子轨道在半充满状态时，体系的能量 较低，原子较稳定，正确的电子排布式应为1s22s22p63s23p63d54s1。二、原子核外电子排布的表示方法1电子排布式(1)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。写出下列基态原子的电子排布式： 16S：1s 22
6、s22p63s23p4； 20Ca：1s 22s22p63s23p64s2； 26Fe：1s 22s22p63s23p63d64s2； 29Cu：1s 22s22p63s23p63d104s1。(2)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结构的部分以相应稀有气体的元素符号外加方括号表示，得到简化的电子排布式。上述四种原子的简化电子排布式为Ne3s 23p4；Ar4s 2； Ar3d64s2；Ar 3d104s1。(3)在简化的电子排布式中，省去相应的稀有气体的元素符号后剩下的部分称为外围电子排布式，也叫价电子排布式。上述四种原子的外围电子排布式为3s 23p4；4s 2；3d
7、64s2；3d 104s1。2电子排布图(1)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分布的式子称为电子排布图。以铝原子为例，电子排布图中各符号、数字的意义为(2)写出下列基态原子的电子排布图：O： ；Na： 。(3)在电子排布图中也可以用圆圈表示一个原子轨道，如 Na： 或写成Ne 。3原子结构示意图(1)原子结构示意(简)图：圆圈内数字表示质子数，弧线表示能层(电子层) ，弧线内数字表示该能层(电子层)中的电子数。(2)写出下列原子或离子的结构示意图：K： ；Fe： ；Mg 2 ： ；Cl ： 。原子核外电子排布的表示方法(1)电子排布式和电子排布图反映的是基态原子即处
8、于最低能量状 态的原子的电子排布情况，它们相互关联，可以非常方便地相互 转换。(2)虽然电子排布是遵循构造原理的，但书写电子排布式时应按照能层的顺序书写。如铁原子的电子排布式是 1s22s22p63s23p63d64s2，而不写作 1s22s22p63s23p64s23d6。(3)主族元素的最外层电子就是外围电子，又称价电子。过渡元素的外围电子一般包括最外层的 s 电子和次外层的 d 电子，有的 还包括倒数第三层的 f 电子。(4)简单离子是原子得失一定数目电子后的产物。在表达阴、阳离子的核外电子排布状况时，务必注意离子与原子之间的电子数目关系。3下列有关核外电子排布式或电子排布图不正确的是(
9、 )A 24Cr 的电子排布式：1s 22s22p63s23p63d54s1BK 的简化电子排布式：Ar4s 1CN 原子的电子排布图为DS 原子的电子排布图为答案 D解析 S 原子的电子排布图违反了洪特规则，正确的 应是。4画出锰原子的电子排布图，并回答下列问题。(1)电子排布图_ 。(2)在锰原子的核外电子中，有_种运动状态不同的电子；共有 _对成对电子；有_个成单电子；最高化合价为_价。答案 (1) (2)25 10 5 71 “各能级最多容纳的电子数是该能级原子轨道数的两倍” ，支撑这一结论的理论是( )A构造原理 B泡利原理C洪特规则 D能量最低原理答案 B解析 根据泡利原理，每个原
10、子 轨道中最多能容纳 2 个自旋状 态相反的电子，所以每个能 级最多能容纳的电子数是该能级原子轨道数的 2 倍， 选项 B 符合题意。2以下表示氦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. C1s 2 D. 答案 D解析 A 项只能表示最外层电 子数；B 项只表示核外的电子分层排布情况；C 项具体到各能层的电子数；而 D 项包含了能层 数、能级数以及轨道内电子的自旋方向，故该项正确。3某基态原子核外共有 6 个电子，分布在 K 与 L 能层上，在下列 L 层分布中正确的是( )答案 D解析 A 项错误，2s 轨道应排满 2 个电子，且自旋方向相反；B 项错误，2p
11、 轨道的 2 个电子自旋方向要相同；C 项错误，2p 轨道的 2 个电子应分占 2 个轨道，且自旋方向相同；D 项正确，2p 的 3 个轨道能量是相同的。4在下列各组电子构型中，_属于基态原子，_属于激发态原子，_是错误的电子排布式。A1s 22s2B1s 22s23s2C1s 22s22p63s23p 3p 3p 4s11x 1y 1zD1s 22s22p63s23p54s1E1s 22s22p63s23p 3p 3p1x 2y 1zF1s 22s22p62d53s2答案 A、E C、D B、F解析 基态原子是指电子填充顺序符合能量最低原理，各轨道电子排布不违背泡利原理和洪特规则的原子；激发
12、态原子是指电子未按轨道能量顺序填充，但各轨道电子排布不违背泡利原理和洪特规则的原子。A 项表示铍原子的基态；E 项表示硫原子的基态(还可写作 3p 3p 3p2x 1y或 3p 3p 3p )；C 项中 1 个 3p 电子激发到 4s 轨道上，属于激发态原子；同理， D 项中 1 个 3p1z 1x 1y 2z电子激发到了 4s 能级上，属于激 发态；B 项不符合能量最低原理，也不可能是 1s22s22p2 中 2p电子跃迁的结果，是错误的；F 项中的“2d”能级是不存在的，也是错误的。5(1)金属铝质轻且有良好的防腐蚀性，在国防工业中有非常重要的作用。铝原子核外电子云有_种不同的伸展方向，有
13、_种不同运动状态的电子。(2)基态铁原子有_个未成对电子，三价铁离子的电子排布式为 _。(3)29Cu 的价层电子排布式为_。答案 (1)4 13 (2)4 1s 22s22p63s23p63d5 (3)3d 10解析 (1)Al 原子的核外电子排布式为 1s22s22p63s23p1，原子中存在 s、p 两种形状的电子云，s 电子云呈球形，有 1 种伸展方向，而 p 电子云呈哑铃形，有 3 种伸展方向，总的来说，铝原子核外电子云共有 4 种不同的伸展方向。由于每个核外电子的运 动状态都不完全相同，所以 铝原子核外共有 13 种不同运动状态的电子。(2)26 号元素 Fe 的核外电子排布式是
14、1s22s22p63s23p63d64s2，可见在基态 Fe 原子上有 4 个未成对的电子，当 Fe 原子失去 2 个 4s 电子和 1 个 3d 电子，就得到了 Fe3 ，因此 Fe3 的电子排布式是 1s22s22p63s23p63d5。(3)29 号元素 Cu 的核外电子排布式简式为Ar3d 104s1，原子失去电子时首先失去最外层电子，即 Cu 的核外电子排布式简式 为Ar3d 10，则其价层电子排布式为 3d10。基础过关题组一 原子核外电子排布规则的理解与应用1下列电子排布图所表示的元素原子中，能量处于最低状态的是( )答案 C解析 本题考查的是核外电子排布的基本原理。要使各原子能
15、量 处于最低状态(即基态)，核外电子必须遵循三大原理进行排布。 A 项中 2s 轨道没有排满电子就排在了 2p 轨道上，显然能量不是最低的；B 项中 2p 轨道上的 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 项中 2p3为半充满状态，能量最低；D 项中 2p 轨道未排满就排 3s轨道，能量不是最低的。故正确答案为 C。2在 d 轨道中电子排布成 ，而不排布成 ，其最直接的根据是( )A能量最低原则 B泡利不相容原理C原子轨道能级图 D洪特规则答案 D解析 根据洪特规则核外电子在同一能级上排布时将尽可能分占不同的轨道且自旋状态相同，由此可对选项进行判断。
16、3某元素的原子 3d 能级上有 1 个电子，它的 N 能层上电子数是( )A0 B2 C5 D8答案 B解析 根据该元素的原子 3d 能级上有 1 个电子可以写出该原子的电子排布式：1s22s22p63s23p63d14s2，由此可知该元素 N 能层上的电子数为 2。题组二 原子核外电子排布的表示方法4下列各离子的电子排布式错误的是( )ANa 1s 22s22p6 BF 1s 22s22p6CN 3 1s 22s22p6 DO 2 1s 22s22p6答案 C解析 本题的关键是判断所给的电子数与元素符号是否相符。Na 、F 、O2 都含有 10 个电子，其电子排布式都正确，N 3 含有 4
17、个电子，故 C 项错误。5下列电子排布式或电子排布图正确的是( )AC 的电子排布图：BCa 的电子排布式：1s 22s22p63s23p63d2CN 的电子排布图：DBr 的电子排布式：Ar3d 104s24p6答案 D解析 A 项中 C 的电子排布图违背洪特规则；B 项中 Ca 的电子排布式违背构造原理、能量最低原理；C 项中 N 的电子排布图违背泡利原理。6下列原子构成的单质中既能与稀硫酸反应，又能与烧碱溶液反应，且都产生 H2 的是( )A核内无中子的原子B外围电子构型为 3s23p4 的原子C电子排布图为 的基态原子D处于激发态时其原子的电子排布式可能为 1s22s22p63s13p
18、2答案 D解析 据题干信息可知该元素是 Al，D 项符合题意；A 为氢原子，B 为硫原子， C 为镁原子，三项都不符合题意。题组三 由原子核外电子排布确定元素7某主族元素的原子，M 层上有一个半充满的能级(即该能级的每个轨道只有 1 个电子) ，这种原子的质子数( )A只能是 7 B只能是 15C是 11 或 15 D是 11 或 13答案 C解析 主族元素的 M 能层中 d 能级上的电子为全充满或全空状态，故满足题中条件的 M 能层中的电子排布为 3s1 或 3s23p3，原子核外 电子总数分别为 11 或 15，故 C 项正确。8某元素的 3p 能级上有两个未成对电子，因此其( )A第三能
19、层上有 4 个电子B最高正价为2C最高正价为4D第二电子层没有未成对电子答案 D解析 由于 3p 能级上有两个未成对电子，所以 该原子的电 子排布式为 1s22s22p63s23p2 或者1s22s22p63s23p4。9X、Y、Z 三种元素的原子，其价电子排布分别为 4s2、 3s23p2 和 2s22p4，由这三种元素组成的化合物的化学式可能是( )AXYZ 2 BX 2YZ3CX 2YZ2 DXYZ 3答案 D解析 根据题意，X、Y、Z 三种元素分别是 Ca、Si 和 O，由这三种元素组成的化合物的化学式为 CaSiO3，D 正确。10A、B 属于短周期中不同主族的元素，A、B 原子的最
20、外层电子中，成对电子和未成对电子占据的轨道数相等，若 A 元素的原子序数为 a，则 B 元素的原子序数可能为( )a4 a5 a3 a4A B C D答案 B解析 从中看出 B、Al、O 和 S 符合，其成对电子占据的轨道数和未成对电子占据的轨道数相等。结合 A、B 属于不同主族可得、符合。能力提升11(1)基态 B 原子的电子排布式为_。(2)铜原子基态电子排布式为_ 。(3)A 族的氧、硫、硒 (Se)、碲(Te)等元素在化合物中常表现出多种氧化态，含A 族元素的化合物在研究和生产中有许多重要用途。Se 原子序数为_，其核外 M 层电子的排布式为_。(4)写出基态镓(Ga)原子的电子排布式
21、：_。(5)基态锗(Ge)原子的电子排布式是_。(6)基态 Mn2 的核外电子排布式为_ 。(7)Ni2 的价层电子排布图为_ 。答案 (1)1s 22s22p1 (2)1s 22s22p63s23p63d104s1(3)34 3s 23p63d10 (4)1s 22s22p63s23p63d104s24p1(5)1s22s22p63s23p63d104s24p2(6)1s22s22p63s23p63d5 (7)解析 以上各题考查核外电子排布的规律，其依据是构造原理、泡利原理及洪特规则，必要时需考虑洪特规则的特例。(1)B 的原子序数为 5，其基态原子的电子排布式为 1s22s22p1。(2)
22、铜是 29 号元素，根据洪特规则的特例，其 3d 能级具有全充满结构，故其基态原子的电子排布式为 1s22s22p63s23p63d104s1。(3)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。由于其核外 M 层有 18 个电子，故 M 层的电子排布式为 3s23p63d10。(4)镓(Ga)的原子序数 为 31，根据构造原理和泡利原理，其电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p1。(5)锗是 32 号元素，核外有 32 个电子，基态锗(Ge) 原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p2。(6)基态 Mn 原子的核外 电
23、子排布式 为 1s22s22p63s23p63d54s2，失去最外层 2 个电子后形成Mn2 ，故基态 Mn2 的核外电 子排布式为 1s22s22p63s23p63d5。(7)Ni2 是 Ni 原子失去最外层 2 个电子所得，Ni 原子的价电子排布式为 3d84s2，故 Ni2 的价层电子排布式为 3d8，价层电 子排布图为12某元素 A 原子的 L 层要比 M 层少 6 个电子，它有两种常见的阳离子 a 和 b(其中 a 的化合价大于 b 的化合价)。则：(1)a 的 M 层比 N 层多_个电子；b 的 L 层比 M 层少_个电子。a 的稳定性_(填“大于”或“小于 ”)b 的稳定性。(2
24、)写出 A 的电子排布式： _。a 的最外层电子排布图为_。答案 (1)13 6 大于(2)1s22s22p63s23p63d64s2解析 本题考查的是由原子核外 电子排布推断元素名称。由于第 K、L 层电子排布不出现能级交错，由题意可知 A 元素的 L 层已填满，共有 8 个电子，可得 A 的 M 层上有 14 个电子， 则A 的第 M 层电子排布为 3s23p63d6，即可得 A 的核外电子排布式为 1s22s22p63s23p63d64s2，即A 为 Fe 原子，其两种阳离子分别为 Fe3 和 Fe2 ，阳离子 a 的电子排布式为1s22s22p63s23p63d5，阳离子 b 的电子排
25、布式为 1s22s22p63s23p63d6，再根据洪特规则，a 的 3d 轨道处于半充满状态，a 比 b 稳定。13有 A、B、C、D 四种元素，其中 A 元素是 1826 年一位法国青年科学家发现的，他在研究海水制盐时向剩余的副产物(苦卤) 中通入氯气后发现溶液的颜色变深，经进一步提取可得红棕色液体，有刺激性气味；B、C 、D 的核外电子层数不超过 3，D 原子核内的质子数正好等于 C 原子核内质子数的 2 倍，而它们的最外层电子数相等；D 原子的最内层电子数是 B 原子核外电子数的 2 倍。回答下列问题：(1)四种元素分别为 A_、B_ 、C_、D_。(2)A 原子的电子排布式为 _，D
26、 原子的原子结构简图为_ 。(3)写出由上述元素组成的单质和化合物相互作用生成沉淀的两个化学方程式_、_。答案 (1)Br( 溴 ) H(氢) O(氧) S(硫)(2)1s22s22p63s23p63d104s24p5 (3)2H2SO 2=2S2H 2O H 2SBr 2=S2HBr解析 红棕色液体为液溴，故 A 为溴元素。符合 题意的 C、D 分别为氧元素和硫元素，而硫原子的 K 电子层上有 2 个电子，故 B 为氢元素。四种元素形成的化合物中只有 H2S 具有强还原性，能被 Br2、O2 氧化为硫单质 。14已知 A 原子中只含 1 个电子； B 原子的 3p 轨道上得到 1 个电子后不
27、能容纳外来电子；C 原子的 2p 轨道上有 1 个电子的自旋方向与其他电子的自旋方向相反；D 原子的第三能层上有 8 个电子，第四能层上只有 1 个电子；E 原子的价电子排布式为 3s23p6。(1)按要求书写下列图式。B 原子的结构示意图：_；C 原子的电子排布图：_；D 原子的核外电子排布式： _；B 离子的电子式：_。(2)写出由 A、 B、C、D 中的三种元素组成的化合物的化学式：_(至少写出 5 种) 。(3)写出由上述元素组成的物质制得 A 的单质的化学方程式：_、_(至少写出 2 个) 。(4)写出 E 的元素符号：_，要证明太阳光中含有 E 元素，可采用的方法是_。答案 (1)
28、 1s 22s22p63s23p64s1 或Ar4s 1(2)KOH、KClO、KClO 3、HClO 、HClO 3(其他合理答案也可)(3)2H2O 2H2O 2 2K 2H 2O=2KOHH 2( 其他合理答案也可)= = = = =电 解 (4)Ar 对太阳光进行光谱分析解析 由题意知，A 原子中只有 1 个电子， A 为 H；B 原子的 3p 轨道上有 5 个电子，则 B 为Cl；C 原子的 2p 轨道上有 4 个 电子，则 C 为 O；D 原子的价 电子排布式为 4s1，则 D 为 K；由E 原子的价电子排布式可知 E 为 Ar。(1)本题要求同学们对常见的化学用语准确理解，熟练书
29、写。原子结构示意图能简明地表示原子的组成和电子在原子核外的分层排布情况， 电子排布式能表明 电子在各电子层不同原子轨道上的排布情况；电子排布图可进一步表明电子在各原子轨道上的自旋状态；电子式可以表明与元素性质密切相关的原子最外层的电子数。(2)由 H、Cl、O、K 中的三种元素组成的化合物可以是酸，如 HClO、HClO2、HClO3、HClO4；也可以是碱，如 KOH；还可以是 盐，如 KClO、KClO2、KClO3、KClO4。(3)A 的单质为 H2，可以用 电解水、 电解 KOH 溶液或 K 和水反应等方法来制取。(4)对太阳光进行光谱分析，可确定太阳光中所含元素的种类。15A、B、
30、C 、 D、E 代表 5 种元素。请回答下列问题：(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，其元素符号为_。(2)B 元素的负一价离子和 C 元素的正一价离子的电子层结构都与氩相同，B 的元素符号为_，C 的元素符号为_ 。(3)D 元素的正三价离子的 3d 能级为半充满，D 的元素符号为_，其基态原子的电子排布式为_。(4)E 元素基态原子的 M 层全充满，N 层没有成对电子，只有一个未成对电子，E 的元素符号为_，其基态原子的电子排布式为_。答案 (1)N (2)Cl K(3)Fe 1s 22s22p63s23p63d64s2 或Ar3d 64s2(4)Cu
31、 1s 22s22p63s23p63d104s1 或Ar3d 104s1解析 本题考查由电子排布推断元素符号，解决 这类题一般先推出 电子排布式，求出核 电荷数。(1)A 元素基态 原子的电子排布 图由题意可写成： ，可见该元素核外有 7 个电子，为氮元素，其元素符号为 N。(2)B 、C 的电子层结构都与 Ar 相同，即核外都有 18 个电子，则 B 为 17 号元素氯，C 为 19号元素钾。(3)D 元素原子失去 2 个 4s 电子和 1 个 3d 电子后变成3 价离子，其原子的核外 电子排布式为 1s22s22p63s23p63d64s2，即 26 号元素铁。(4)根据题意要求，首先写出电子排布式：1s 22s22p63s23p63d104s1，该元素为 29 号元素铜。
