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高中化学人教版 (新课标)选修3 物质结构与性质第一节 原子结构教案设计
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这是一份高中化学人教版 (新课标)选修3 物质结构与性质第一节 原子结构教案设计，共33页。
原子结构与性质
本章是在已有知识和经验的基础上，进一步了解核外电子的运动情况，从能级、能层的角度分析核外电子的排布原则；从电离能和电负性的角度分析元素的化学性质；更加深入地理解原子结构与元素周期表的关系，把握元素周期律的实质；能用新的观点来解释元素的某些性质，并能阐述元素性质和原子结构的关系。本章的学习重点是掌握原子轨道的量子力学模型，用电子排布式表示常见元素(1～36号)原子核外电子的排布，理解电离能、电负性与元素性质的关系。
第一节 原子结构
第1课时 能层与能级 构造原理
秦始皇幻想帝位永在，龙体长存，日思长生药，夜作金银梦。于是各路仙家大炼金丹，他们深居简出于山野之中，过着超脱尘世的神仙般生活。炼丹家以丹砂(硫化汞)、雄黄(硫化砷)等为原料，开炉熔炼。企图制得仙丹，再点石成金，服用仙丹或以金银为皿，均使人永不老死。西文洋人也仿效于暗室或洞穴，单身寡居致力于炼金术。一两千年过去了，死于仙丹不乏其人，点石成金终成泡影。金丹大多徒劳无功而销声匿迹。中外古代炼金术士毕生从事化学实验，为何一事无成？乃因其违背科学规律。他们梦想用升华等简单方法改变金属的性质，把铅、铜、铁、汞变成贵重的金银。殊不知用一般化学方法是不能改变元素的性质的。化学元素是具有相同核电荷数的同种原子的总称，而原子是化学变化中的最小微粒。在化学反应里分子可以分成原子，原子却不能再分。随着科学的发展，今天“点石成金”已经实现。1919年英国卢瑟福用α粒子轰击氮元素使氮变成了氧。1941年科学家用原子加速器把汞变成了黄金——人造黄金镄(一百号元素)。1980年美国科学家又用氖和碳原子高速轰击铋金属靶，得到了针尖大的微量金。这一切都离不开科学家对原子的研究。
一、开天辟地——原子的诞生
1．原子的诞生：
2．宇宙的组成元素及其含量：
二、能量与能级
1．能层：
意义：根据多电子原子的核外电子的__能量差异____，将核外电子分成不同的能层
符号：能层序数1、2、3、4、5、6、7分别用K、L、M、N、O、P、Q表示
2．能级：
意义：根据多电子原子中同一能层电子能量不同，将它们分成不同的能级
符号：在每一能层中，能级符号分别为ns、np、nd、nf……，其中n代表能层
3．能层、能级中所容纳的电子数：
能层
K
L
M
N
O
……
能级
__1s____
__2s____
__2p____
__3s____
__3p____
__3d____
__4s____
__4p____
__4d____
__4f____
5s
5p
…
……
最多电
子数
2
2
6
2
6
10
__2____
__6____
__10____
__14____
__2____
__6____
…
……
__2____
__8____
__18____
__32____
……
……
三、构造原理
1．构造原理：
(1)含义：在多电子原子中，电子在能级上的排列顺序是电子先排在能量__较低____的能级上，然后依次排在能量__较高____的能级上。
(2)构造原理示意图。
2．电子排布式：
(1)概念：将__能级____上所排布的电子数标注在该能级符号__右上角____，并按照能层从左到右的顺序排列的式子。
(2)表示方法。
钠原子的电子排布式可表示为1s22s22p63s1，也可简化为[Ne]3s1。
1．思考辨析：
(1)在原子中第n能层容纳的电子数一定是2n2。( × )
(2)最外层电子排布式为4s1的元素一定为K。( × )
(3)能层序数大，能级的能量一定大。( × )
(4)K的电子排布式为1s22s22p63s23p63d1。( × )
2．按能量由低到高的顺序排列，正确的一组是( C )
A．1s、2p、3d、4s B．1s、2s、3s、2p
C．2s、2p、3s、3p D．4p、3d、4s、3p
解析：按照原子核外电子排布的构造原理，由低到高的能级依次是：1s、2s、2p、3s、3p、(4s)3d、4p……。分析对照四个选项，只有C正确。
3．下列电子层中，包含有f能级的是( D )
A．K电子层 B．L电子层
C．M电子层 D．N电子层
4．原子核外P能层和p能级可容纳的最多电子数分别为( C )
A．32和2 B．50和6
C．72和6 D．86和10
解析：P能层为第6层，最多容纳电子数为2×62＝72；p能级最多容纳电子数为3×2＝6，C项正确。
5．已知三种微粒(原子或离子)的电子排布式如下：
11X：1s22s22p6 19Y：1s22s22p63s23p6
20Z：1s22s22p63s23p6
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 )
A． B．
C． D．
解析：本题主要考查电子排布式和原子、离子的结构示意图。分析原子核内的质子数和电子排布式之间的关系可知，三种微粒都是金属阳离子。分析A～D四个选项中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。
6．按要求书写原子或离子的电子排布式。
(1)K__1s22s22p63s23p64s1____。
(2)Cl－__1s22s22p63s23p6____。
(3)Fe__1s22s22p63s23p63d64s2____。
(4)Fe3＋__1s22s22p63s23p63d5____。
解析：因E(3d)>E(4s)，故19号K先排4s能级，电子排布式为1s22s22p63s23p64s1；氯离子是由氯原子得到一个电子填充在最外层，使 原来未充满的3p能级达到8电子稳定结构；铁是26号元素，其价电子与次外层的d能级有关，当铁失去电子时，是从最外层开始失去电子，所以先失去的是4s能级上的两个电子，再失去次外层3d能级上的一个电子。
知识点一 能层和能级的组成与能量关系
1．能层和能级的划分
离核距离
近→远
能量高低
低→高
能层
一
二
三
四
……
n
符号
K
L
M
N
……
能级
1s
2s、2p
3s、3p、3d
4s、4p、4d、4f
……
各能级
轨道数
1
1、3
1、3、5
1、3、5、7
……
各能级最
多电子数
2
2、6
2、6、10
2、6、10、14
……
各能层最
多电子数
2
8
18
32
……
2n2
2．能层、能级中的数量
(1)任一能层，能级数＝能层序数，且总是从s能级开始。
(2)以s、p、d、f……排序的各能级最多容纳的电子数依次为1、3、5,7……的二倍。
(3)每个能层最多可容纳的电子数是能层序数的平方的二倍，即2n2。
(4)能级符号相同的不同能级中所容纳的最多电子数相同。
3．不同能层中各能级之间能量大小关系
(1)不同能层中同一能级，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s
典例1 下列说法中正确的是( D )
A．s能级的能量一定比p能级低
B．3p2表示第三能层上有两个电子
C．同一原子中，1s、2p、4p电子的能量逐渐减小
D．同一原子中，2p、3p、4p能级的轨道数相等
解析：高能层的s能级比低能层的p能级的能量高，A项不正确；3p2表示3p能级排了两个电子，B不正确；同一原子中，1s、2p、4p电子的能量逐渐升高，C项不正确。
〔变式训练1〕 下列说法正确的是( D )
A．第三能层有s、p共2个能级
B．3d能级最多容纳5个电子
C．第三能层最多容纳8个电子
D．无论是哪一能层的s能级最多容纳的电子数均为2个
解析：每一能层包含的能级数等于该能层的序数，故第三能层有s、p、d三个能级，A错；s、d能级最多容纳的电子数分别是2、10，故B错、D正确。每一能层最多容纳的电子数为2n2，第三能层最多容纳18个电子，故C错。
知识点二 构造原理与电子排布式
1．构造原理
(1)原理
随着原子序数的递增，绝大多数元素的原子核外电子排布遵循下列顺序：
图中每个小圆圈表示一个能级，每一行对应一个能层，各圆圈间连接线的方向表示随核电荷数递增而增加的电子填入能级的顺序。
提示：原子核外电子排布构造易记图：
ns (n－2)f (n－1)d np
7s 5f 6d 7p
6s 4f 5d 6p
5s 4d 5p
4s 3d 4p
3s 3p
2s 2p
1s
自左往右、自下而上，依次填充。
(2)实质：构造原理中的电子排布顺序，其实质是各
能级的能量高低顺序。
(3)能级交错”现象：由构造原理可知，核外电子排布的能级顺序为1s2s2p3s3p4s3d4p5s4d5p6s4f5d6p7s……从中可以看出，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。如E(3d)>E(4s)、E(4d)>E(5s)、E(5d)>E(6s)、E(6d)>E(7s)、E(4f)>E(5p)、E(4f)>E(6s)等。
2．电子排布式的书写
电子排布式是指用来表示原子核外电子排布情况的表达式，如钠原子的电子排布式为ls22s22p63s1。它能直接地反映核外电子的能层、能级和各能级上的电子数。
(1)简单原子的核外电子排布式：
按照构造原理将电子依次填充到能量逐渐升高的能级中。如6C：1s22s22p2,10Ne：1s22s22p6,17Cl：1s22s22p63s23p5，19K：1s22s22p63s23p64s1。
(2)复杂原子的核外电子排布式：
注意：在书写电子排布式时，能层低的能级要写在左边，不一定完全按填充顺序写。
(3)利用构造原理书写简易电子排布式
为了方便，常把内层已达到稀有气体电子层结构的部分写成“原子实”，用稀有气体符号外加方括号来表示。如K：1s22s22p63s23p64s1，其中1s22s22p63s23p6看作[Ar]“原子实”，故K的电子层结构可表示为：[Ar]4s1，其中[Ar]代表Ar的核外电子排布结构，即1s22s22p63s23p6。再如Fe的简化电子排布式为：[Ar]3d64s2。
典例2 构造原理揭示的电子排布能级顺序，实质是各能级能量高低。若以E表示其能级的能量，以下各式中正确的是( B )
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，各能级能量由低到高的顺序为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，C项的正确顺序为E(4s)＞E(3s)＞E(2s)＞E(1s)。
典例3 表示一个原子在第三个电子层上有10个电子可以写成( C )
A．3s10 B．3d10
C．3s23p63d2 D．3s23p53d3
解析：按照能量最低原理，电子应先排满s能级，再排满p能级，最后排d能级。
〔变式训练2〕 主族元素的原子失去最外层电子形成阳离子，主族元素的原子得到电子填充在最外层形成阴离子。下列各原子或离子的电子排布式错误的是( D )
A．Al 1s22s22p63s23p1 B．O2－ 1s22s22p6
C．Na＋ 1s22s22p6 D．Si 1s22s22p2
解析：硅原子的电子排布式为1s22s22p63s23p2。
〔变式训练3〕 (1)写出下列原子的电子排布式：
①11Na__1s22s22p63s1____； ②16S__1s22s22p63s23p4____；
③34Se__1s22s22p63s23p63d104s24p4____；④20Ca__1s22s22p63s23p64s2____；
⑤26Fe__1s22s22p63s23p63d64s2____；⑥30Zn__1s22s22p63s23p63d104s2____。
(2)X元素的＋1价阳离子的核外电子排布与氩原子相同，则X元素的原子核外电子的电子排布式为__1s22s22p63s23p64s1或[Ar]4s1____。
解析：(1)根据原子核外电子排布所遵循的原理书写原子的电子排布式，同时应注意从3d能级开始出现“能级交错”现象。
(2)氩原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p6，故X原子一定失去4s轨道上的一个电子形成阳离子，则X应为K。
原子结构模型的演变过程
古代原子学说→道尔顿原子模型→汤姆生原子模型→卢瑟福原子模型→玻尔原子模型→电子云模型。
1.德谟克利特的古代原子学说：物质由原子构成，且原子是不可分的微粒；原子的结合和分离是万物变化的根本。
2．道尔顿原子模型：物质由原子组成，且原子为实心球体，不能用物理方法分割；同种原子的质量和性质相同。
3．汤姆生原子模型：原子是一个平均分布着正电荷的粒子，电子镶嵌其中并中和正电荷，使原子呈电中性；原子是可以再分的。
4．卢瑟福原子模型：原子由原子核和核外电子组成。原子核带正电荷，位于原子的中心并几乎集中了原子的全部质量，电子带负电荷，在原子核周围空间作高速运动。
5．玻尔原子模型：电子在原子核外一定轨道上绕核作高速运动。
6．电子云模型(现代原子结构学说)：现代科学家用量子力学的方法描述核外电子运动，即运用电子云模型描述核外电子的运动。
1．下列说法中不符合现代大爆炸宇宙学理论的是( B )
A．我们所在的宇宙诞生于一次大爆炸
B．恒星正在不断地合成自然界中没有的新元素
C．氢、氦等轻核元素是宇宙中天然元素之母
D．宇宙的所有原子中，最多的是氢元素的原子
2．下列能级表示正确(实际存在的)且最多容纳的电子数按照从少到多的顺序排列的是( A )
A．1s、2p、3d B．1s、2s、3s
C．2s、2p、2d D．3p、3d、3f
解析：从M层开始有d能级，即有3d，不存在2d，故C项错误；同理从N层开始有f能级，即有4f，不存在3f，故D项错误；不同能层的相同类型的能级，最多容纳的电子数相同，故B项错。
3．某元素的原子3d能级上有1个电子，它的N能层上的电子数是( B )
A．0 B．2
C．5 D．8
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。
4．下列各原子或离子的电子排布式错误的是( D )
A．K＋1s22s22p63s23p6
B．As1s22s22p63s23p63d104s24p3
C．N3－1s22s22p6
D．Ca1s22s22p63s23p63d2
解析：D项中Ca的电子排布式应为1s22s22p63s23p64s2。
5．某原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s2，下列说法中不正确的是( D )
A．该元素原子中共有25个电子
B．该元素原子核外有4个能层
C．该元素原子最外层共有2个电子
D．该元素原子M电子层共有8个电子
解析：从电子排布式看，该原子最高能级为4s2，故有4个能层，最外层有2个电子，B、C正确；各能级的电子数之和为25，A正确；M层电子排布为3s23p63d5，故该层电子数为13，D项错误。
6．K层有__1____个能级，用符号表示为__1s____；L层有__2____个能级，用符号分别表示为__2s、2p____；M层有__3____个能级，用符号分别表示为__3s、3p、3d____。由此可推知n电子层最多可能有__n____个能级，能量最低的两个能级其符号分别表示为__ns、np____。
基 础 巩 固
一、选择题
1．人们对原子结构的认识有一个不断深入的过程，其中提出“葡萄干面包”原子模型的科学家是( B )
A．道尔顿 B．汤姆生
C．卢瑟福 D．玻尔
2．在基态多电子原子中，关于核外电子能量的叙述错误的是( C )
A．最易失去的电子能量最高
B．离核最远的电子能量最高
C．p能级电子能量一定高于s能级电子能量
D．在离核最近的区域内运动的电子能量最低
解析：原子在反应中最易失去的电子应是离核最远的最外层电子，其能量最高，A项正确；离原子核最远的电子，受原子核的吸引力最小，能量最高，B项正确；处于高能层中的s能级电子的能量要比处于较低能层中p能级电子的能量高，C项错误；能量越低的电子尽量排布在离原子核越近的轨道上，D项正确。
3．下列符号不符合事实的是( D )
A．4s2 B．2p3
C．3d8 D．3f14
解析：s能级最多排列2个电子、p能级最多排列6个电子、d能级最多排列10个电子，存在4s2、2p3、3d8排布，f能级最多排列14个电子，第三能层没有f能级，至少在第四能层才存在f能级，不可能存3f14排布，故选D。
4．某一能层上nd能级最多所能容纳的电子数为( B )
A．6 B．10
C．14 D．15
解析：以s、p、d、f……排序的各能级可容纳的最多电子数依次为1、3、5、7…的两倍，故B正确。
5．下列各组微粒中，各能层电子数均达到2n2个的是( B )
A．Ne和 Ar B．H－和Na＋
C．Ne和Cl－ D．F－和S2－
解析：A．Ar原子核外第三层只有8个电子，未达到2n2(n为电子层数)＝18个，不符合条件，故A错误；
B．H－和Na＋各个电子层电子数都达到2n2个，故B正确；
C．Cl－核外第三层只有8个电子，未达到2n2(n为电子层数)＝18个，不符合条件，故C错误；
D．S2－核外第三层只有8个电子，未达到2n2(n为电子层数)＝18个，不符合条件，故D错误；故选B。
6．某元素原子的核外有三个能层，最外能层有4个电子，该原子核内的质子数为( A )
A．14 B．15
C．16 D．17
解析：原子核外共有三个能层，最内能层只有1s能级，可容纳2个电子，第二能层有2s、2p两个能级，可容纳1×2＋3×2＝8个电子，最外能层有4个电子，所以该原子核外有14个电子，又因在原子中核外电子数等于核内质子数，故选A。
7．(2018·江西玉山测试)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 )
A． B．
C．1s2 D．He
解析：原子轨道排布式不仅能表示电子在核外的排布情况，还能表示电子在原子轨道上的自旋情况，对电子运动状态描述最详尽。A、表示1s轨道上有2个电子，且自旋相反；B、表示核外有一个电子层且有2个电子；C、1s2表示在1s轨道上有2个电子；D、He是氦元素符号，对电子运动状态描述最详尽的答案选A。
8．下列各基态原子或离子的电子排布式正确的是( D )
A．O2－ 1s22s22p4 B．Ca 3d2
C．Fe 3d54s3 D．Si 1s22s22p63s23p2
解析：A．O的质子数为8，得到2个电子变为离子，则O2－的电子排布式为1s22s22p6，故A错误；
B．Ca原子核外电子排布式为[Ar]4s2或1s22s22p63s23p64s2，故B错误；
C．Fe原子核外电子排布式为[Ar]3d64s2,4s最多有2个电子，故C错误；
D．Si的质子数为14，则Si的电子排布式为1s22s22p63s23p2，故D正确；故选D。
9．下列有关认识正确的是( A )
A．各能级s、p、d、f可容纳的电子数按顺序分别为1、3、5、7的二倍
B．各能层的能级都是从s能级开始至f能级结束
C．各能层含有的能级数为n－1
D．各能层含有的电子数为2n2
解析：根据构造原理，电子排布的能级顺序为1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 5s 4d 5p 6s 4f 5d 6p 7s……各个能层的能级数等于能层的序数；能级s、p、d、f可容纳的电子数按顺序分别为1、3、5、7的二倍；各能层最多含有的电子数为2n2。
10．2011年1月11日，中国研制的第四代隐形战机歼－20在成都首次公开试飞成功。隐形战机的核心材料是金属钛，我国探明储量世界第一。下列有关推断不正确的是( C )
A．钛的原子序数为22
B．钛位于元素周期表第四周期
C．钛原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d4
D．钛属于过渡元素
解析：依据元素周期表结构，钛是22号元素，位于第四周期第ⅣB族，它属于过渡元素。依据构造原理，4s能级能量低于3d能级，故应首先排满4s后再排3d，正确排布式为1s22s22p63s23p63d24s2。
二、非选择题
11．根据下列叙述，写出元素名称，画出原子结构示意图，并写出核外电子排布式。
(1)A元素原子核外M层电子数是L层电子数的一半：__硅 1s22s22p63s23p2____。
(2)B元素原子的最外层电子数是次外层电子数的1.5倍：__硼 1s22s22p1____。
(3)C元素的单质在常温下可与水剧烈反应，产生的气体能使带火星的木条复燃：__氟 1s22s22p5____。
(4)D元素的次外层电子数是最外层电子数的：__氖 1s22s22p6____。
解析：A原子的L层排满有8个电子，故M层有4个电子，故A为Si；B原子次外层电子数只能为2，故最外层电子数为3，故B为B；C元素为F,2F2＋2H2O===4HF＋O2；D元素最外层电子数为8，次外层电子数为2，D为Ne。
12．写出具有下列电子排布的原子的核电荷数、名称、元素符号及在元素周期表中的位置。
(1)1s22s22p63s23p5：__核电荷数17__氯__Cl__第三周期ⅦA族____，
(2)1s22s22p63s23p63d104s24p65s2：__核电荷数38__锶__Sr__第五周期ⅡA族____，
(3)1s22s22p63s23p63d104s24p64d105s25p66s1：__核电荷数55__铯__Cs__第六周期ⅠA族____。
解析：此题的突破口是各原子的电子排布式，根据电子层数和最外层电子数确定原子在元素周期表中的位置。
能 力 提 升
一、选择题
1．下列对不同时期原子结构模型提出的时间排列正确的是( C )
①电子分层排布模型 ②“葡萄干布丁”模型 ③量子力学模型 ④道尔顿原子学说 ⑤核式模型
A．①③②⑤④ B．④②③①⑤
C．④②⑤①③ D．④⑤②①③
解析：阴极射线的发现、α粒子散射实验、氢原子光谱的发现和研究，对揭示原子内部结构的奥秘具有极为重要的作用。道尔顿、汤姆生、卢瑟福、玻尔等人提出的原子结构模型对人类探索物质结构作出了巨大的贡献。原子结构模型的演变过程可以表述为：道尔顿 原子学说→汤姆生 “葡萄干布丁”模型→卢瑟福 核式模型→玻尔 电子分层排布模型→量子力学模型。
2．(2018·高考训练)在基态多电子原子中，关于核外电子能量的叙述错误的是( C )
A．最易失去的电子能量最高
B．电离能最小的电子能量最高
C．p轨道电子能量一定高于s轨道电子能量
D．在离核最近区域内运动的电子能量最低
解析：在基态多电子原子中，能量低的电子，排布在离原子核较近的区域运动，能量高的电子在离原子核较远的区域运动，因此最易失去的电子是离核较远的能量最高的电子，正确。B．电离能最小的电子能量最高，正确。C．在同一电子层中p轨道电子能量一定高于s轨道电子能量，但是若是在不同的电子层中，则p轨道电子能量可能就高于s轨道电子能量，错误。D．电子的能量越低，就在离核最近区域内运动，因此在离核近的区域的电子的能量较低，正确。故选C。
3．某元素原子3d轨道上有5个电子，则该原子最外层电子的排布可能是( A )
A．4s1 B．4s24p1
C．4s24p3 D．3s23p63d5
解析：A．该原子最外层电子的排布为4s1，应为Cr元素，3d轨道上有5个电子，位于周期表d区，符合题意，故A正确；
B．最外层电子排布为4s24p1的元素为Ga,3d轨道上有10个电子，故B错误；
C．最外层电子排布为4s24p3的元素为As,3d轨道上有10个电子，故C错误；
D．4s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，故D错误；故选A。
4．下列各项中，前面的能级先填入电子的是( B )
①3d和4s②4p和5s③5s和4d④5p和4d
A．①② B．②③
C．②④ D．③④
解析：根据构造原理可知电子填入能级的顺序为……4s、3d、4p、5s、4d、5p、6s……从而可以看出②③中前面的能级先填入电子。
5．某微粒的核外电子排布式为1s22s22p63s23p6，下列关于该微粒的说法正确的是( B )
A．它的质子数一定是18
B．它的原子和37Cl可能互为同位素
C．它的单质一定是强还原剂
D．可以确定该微粒为Ar
解析：此微粒核外共有18个电子，可能是原子也可能是离子，离子又可能为阳离子Ca2＋、K＋或阴离子S2－、Cl－。
6．X、Y、Z三种元素的原子，其最外层电子排布分别为ns1、3s23p1和2s22p4，由这三种元素组成的化合物的化学式可能是( A )
A．XYZ2 B．X2YZ3
C．X2YZ2 D．XYZ3
解析：X原子最外层电子排布为ns1，处于第ⅠA族，化合价为＋1，Y原子最外层电子排布为3s23p1，则Y为Al元素，Z原子最外层电子排布为2s22p4，则Z为氧元素，化合价为－2，
A．XYZ2中Y的化合价为＋3价，符合，如NaAlO2，故A正确；
B．X2YZ3中Y的化合价为＋4价，不符合，故B错误；
C．X2YZ2中Y的化合价为＋2价，不符合，故C错误；
D．XYZ3中Y的化合价为＋5价，不符合，故D错误；故选A。
7．(2018·上海浦东新区调研)下列化学用语的表述错误的是( C )
A．18O2－离子的结构示意图：
B．甲烷分子的比例模型：
C．二氧化碳分子的电子式：C
D．氮原子核外电子排布的轨道表示式：
解析：A．O元素是8号元素，离子的结构示意图为，故A正确；B．甲烷是正四面体结构，分子的比例模型为，故B正确；C．二氧化碳中C元素采用sp杂化，形成C＝O，电子式为··C··，故C错误；D．氮为7号元素，原子核外电子排布的轨道表示式为，故D正确；故选C。
8．具有下列电子层结构的原子和离子，其对应元素一定属于同一周期的是( A )
A．两原子N层上都有1个s电子，一个原子有d电子，另一个原子无d电子
B．最外层电子排布为2s22p6的原子和最外层电子排布为2s22p6的离子
C．原子核外M层上的s、p能级都充满电子，而d能级上没有电子的两种原子
D．两原子核外全部都是s电子
解析：A、原子N层上都有1个s电子，原子无d电子为K原子，原子有d电子为1s22s22p63s23p63d54s1，是Cr原子，1s22s22p63s23p63d104s1，是Cu原子，都处于第四周期，正确；B、最外层电子排布为2s22p6的原子为氖原子，最外层电子排布为2s22p6的离子可能是阴离子也可能是阳离子如O2－、Na＋等，错误；C、原子核外M层上的s、p轨道都充满电子，而d轨道上没有电子，符合条件的原子的核外电子排布式有1s22s22p63s23p6为氩原子，1s22s22p63s23p64s1为钾原子，1s22s22p63s23p64s2为钙原子，不一定处于同一周期，错误；D、两原子的核外全部都是s电子，原子具有1s能级或具有1s、2s能级，不处于同一周期，如氢原子与锂原子，错误。
二、非选择题
9．有几种元素的粒子核外电子排布式均为1s22s22p63s23p6，其中：
(1)某电中性微粒一般不和其他元素的原子反应，这种微粒的符号是__Ar____；
(2)某微粒的盐溶液能使溴水褪色，并出现浑浊，这种微粒的符号是__S2－____；
(3)某微粒氧化性很弱，但得到电子后还原性很强，且这种原子有一个单电子，这种微粒的符号是__K＋____；
(4)某微粒还原性虽弱，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，这种微粒的符号是__Cl－____。
解析：符合上述核外电子排布式的电中性微粒，很难发生化学反应的应为稀有气体Ar；使溴水褪色，应为还原性较强的S2－，发生如下反应S2－＋Br2===S↓＋2Br－；氧化性很弱，得电子后还原性很强，应为K＋；得一个电子即达稳定结构，故该微粒应为Cl－。
10．现有aA、bB、cC、dD、eE五种短周期元素，A、B、C、D都是生命体不可缺少的重要元素。已知它们的原子序数有如下关系：a＋b＝c，a＋c＝d，b＋c＝e，B、D都有同素异形体。人类已知的化合物中，有一类化合物的种类已超过三千万，这类化合物中一般都含有A、B两种元素。E是一种生活中常用的金属。根据以上信息，回答下列有关问题：
(1)写出下列元素的元素名称：B__碳____，E__铝____。
(2)写出E元素原子的电子排布式：__1s22s22p63s23p1____。
(3)写出由上述五种元素中的四种元素组成的离子化合物的化学式(写出两种即可)__NH4HCO3____、__(NH4)2CO3____。
(4)E用于焊接钢轨时的化学方程式为__2Al＋Fe2O32Fe＋Al2O3或8Al＋3Fe3O49Fe＋4Al2O3____。
(5)A单质与C单质的化合反应是化学工业中的一个重要的反应，写出该反应的化学方程式：__N2＋3H22NH3____。
解析：短周期元素中有同素异形体的元素一般是C、O、P，超过三千万的物质是有机物，一般含C、H两元素。E是一种生活中常用的金属，应是铝。所以A是氢，B是碳，C是氮，D是氧，E是铝。
第2课时 能量最低原理 泡利原理 洪特规则
霓虹灯为什么能够发出五颜六色的光
霓虹灯之所以能够发出五颜六色的光，其原因与氢原子光谱形成的原因基本相同。对霓虹灯而言，灯管中装载的气体不同，在高电压的激发下发出的光的颜色就不同。例如，氖灯的灯管中充入的气体是氖气，通电后在电场作用下，放电管里的氖原子中的电子吸收能量后跃迁到能量较高的轨道，但处在能量较高轨道上的电子会很快地以光的形式辐射能量而跃迁回能量较低的轨道，所发出的光的波长恰好位于可见光区域中的红色波段，所以我们看到的是红色光。类似地，在通电后氩气发蓝色光，氦气发粉红色光，水银蒸气发蓝色光，等等。
一、基态与激发态、光谱
1．能量最低原理
现代物质结构理论证实，原子中的电子排布遵循__构造原理____能使整个原子的能量处于__最低____状态，简称能量最低原理。
2．基态原子与激发态原子
3．光谱与光谱分析
(1)原子光谱：不同元素的原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的电子__吸收____光谱或__发射____光谱，总称原子光谱。
(2)光谱分析：现代化学中，常利用原子光谱上的__特征谱线____来鉴定元素，称为光谱分析。
二、电子云与原子轨道
1．电子云
(1)概念：电子云是处于一定空间运动状态的电子在原子核外空间的__概率密度____分布的形象化描述。小黑点越密，表示概率密度__越大____。由于核外电子的概率密度分布看起来像一片云雾，因而被形象地称为__电子云____。
(2)电子云的形状：
s电子云呈__球____形
p电子云呈__哑铃____形
2．原子轨道
(1)原子轨道：通常把电子云轮廓图中电子出现的概率约为__90%____的空间圈出来，这种电子云轮廓图称为原子轨道。每一个原子轨道表示电子在原子核外的__一个____空间运动状态。
(2)能级与原子轨道数目关系
能级符号
ns
np
nd
nf
轨道数目
__1____
____3____
____5____
____7____
三、核外电子排布
1．泡利原理
在一个原子轨道里最多只能容纳__2____个电子，而且自旋状态__相反____，用__“↑↓”____表示。
2．洪特规则：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____。
如氮原子、氟原子的电子排布图：
3．电子排布图：用方框表示原子轨道，用不同方向的箭头表示自旋状态不同的电子的式子。
如氧原子的电子排布图是______。
1．思考辨析：
(1)在原子中第n能层电子占有的轨道数最多为n2。( √ )
(2)同一原子中的npx与npy轨道形状相同，半径相同且在空间相互垂直。( √ )
(3)电子云图中的小黑点密度的大小表示电子的多少。( × )
(4)违背了泡利原理。( × )
(5) 假日烟火、焰色反应均与电子的跃迁有关。( √ )
2．下列有关电子云的叙述中，正确的是( A )
A．电子云形象地表示了电子在核外某处单位体积内出现的概率
B．电子云直观地表示了核外电子的数目
C．1s电子云界面图是一个球面，表示在这个球面以外，电子出现的概率为零
D．电子云是电子绕核运动形成了一团带负电荷的云雾
解析：为了形象地表示电子在原子核外空间的分布状况，人们常用小黑点的疏密程度来表示电子在原子核外出现概率的大小：点密集的地方，表示电子出现的概率大；点稀疏的地方，表示电子出现的概率小，这就是电子云。1s电子云界面以外，电子出现的概率不为零，只是出现的概率很小。
3．(2018·福建华安模拟)若15P原子的电子排布式写成1s22s22p63s23p3p，它违背了( B )
A．能量守恒原理 B．洪特规则
C．能量最低原理 D．泡利不相容原理
解析：P原子3p能级上有3个轨道，3p能级上有3个电子，3个电子应该排在3个不同的轨道上，且自旋方向相同，若将P原子的电子排布式写成1s22s22p63s23p3p，它违背了洪特规则，故选B。
4．下面关于硅原子的核外电子排布表示式中，错误的是( C )
A．1s22s22p63s23p2 B．[Ne]3s23p2
C．[Ne] D．[Ne]
解析：A和B两项都是电子排布式，C和D两项都是电子排布图，其中C项违背了洪特规则。
5．下列原子的电子跃迁能释放光能形成发射光谱的是( B )
A．1s22s22p63s2―→1s22s22p63p2
B．1s22s22p33s1―→1s22s22p4
C．1s22s2―→1s22s12p1
D．1s22s22p1x―→1s22s22p
解析：A项，吸收光能，形成吸收光谱；B项，由激发态→基态，释放光能，形成发射光谱；C项，形成吸收光谱；D项，2px与2py能量相同，不属于电子跃迁。
6．在1s、2px、2py、2pz轨道中，具有球对称性的是( A )
A．1s B．2px
C．2py D．2pz
解析：1s轨道和2p轨道的图像分别为：
由图像可看出，呈球对称性的为1s原子轨道。
知识点一 核外电子排布遵循的规律
1．能量最低原理：原子核外电子总是优先占有能量低的轨道，然后依次进入能量高的轨道，这样使整个原子处于能量最低的状态。
这个原则是比较抽象的，如果我们打个这样的比方就可以理解了，也易于记忆了。把地球比作原子核，把能力高的大雁、老鹰等鸟比作能量高的电子，把能力低的麻雀、小燕子等鸟比作能量低的电子。能力高的鸟常在离地面较高的天空飞翔，能力低的鸟常在离地面很低的地方活动。
2．泡利原理：每个原子轨道上最多只能容纳两个自旋状态相反的电子。如2s轨道上的电子排布为，不能表示为。
比如氦原子有两个电子，按能量最低原则，这两个电子都应当排布在1s原子轨道上。显然，这两个电子在1s轨道上的分布可能是下列两种状态之一：↑↑(自旋相同)或↑↓(自旋相反)。泡利通过总结诸多光谱实验事实确定，基态氦原子的电子排布是↑↓，这就是电子在原子轨道上排布要遵循的原则——泡利不相容原理。
3．洪特规则：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，这样整个原子的能量最低。
比如C：最外层的p能级上有三个轨道
写出基态C原子的最外层p能级上两个电子的可能排布：
p有3个轨道，而碳原子2p能层上只有两个电子，电子应优先分占，而不是挤入一个轨道，C原子最外层p能级上两个电子的排布应如①所示，这就是洪特规则。
提示：为什么某些原子核外电子排布违背构造原理？
根据构造原理，在书写少数元素如Cu、Ag、Au、Cr等基态原子的电子排布式时会有1个电子的偏差。如Cr：1s22s22p63s23p63d54s1(非3d44s2)，Cu：1s22s22p63s23p63d104s1(非3d94s2)。对于这一现象，洪特通过分析光谱实验的结果指出：能量相同的原子轨道在全充满(如s2、p6和d10等)、半充满(如s1、p3和d5等)以及全空(如s0、p0和d0等)状态时体系的能量较低，原子较稳定。如Cr：半充满时比有空轨道时要稳定，出现该种情况的元素一般位于过渡元素区。还需要补充说明的是电子排布的构造原理是概括了大量实验事实后提出的一般结论。因此，绝大多数原子的核外电子排布与原理一致。但有些过渡元素会出现特殊情况，构造原理还有待于进一步发展完善。
典例1 下列原子或离子的电子排布的表示方法中，正确的是__①⑤⑥____，违反了能量最低原理的是__②____，违反洪特规则的是__③④⑦____。
①Ca2＋：1s22s22p63s23p6
②F－：1s22s23p6
④Cr∶1s22s22p63s23p63d44s2
⑤Fe∶1s22s22p63s23p63d64s2
⑥Mg2＋：1s22s22p6
解析：根据核外电子排布规律②中错误在于电子排完2s轨道后应排2p轨道而不是3p轨道，正确的应为1s22s22p6；③中没有遵循洪特规则——电子在能量相同的轨道上排布时，应尽可能分占不同的轨道并且自旋状态相同，价电子排布应为：；④中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，正确的应为：1s22s22p63s23p63d54s1。⑤和⑥正确，⑦违反洪特规则，正确的应为。
点评：在书写基态原子的电子排布图时，常出现以下几种错误：
① (违反泡利原理) ② (违反洪特规则)
③ (违反洪特规则)
〔变式训练1〕 在2p能级上最多只能排布6个电子，其依据的规律是( B )
A．能量最低原理
B．泡利原理
C．洪特规则
D．能量最低原理和泡利原理
解析：A中能量最低原理主要是电子排布先后顺序，洪特规则指的是排布相同能级电子时尽量占据不同轨道，且自旋方向相同。只有B选项泡利原理说明一个轨道上最多容纳2个电子且自旋方向相反，2p能级有3个轨道，故最多可容纳6个电子。
知识点二 描述核外电子排布的化学用语
1．电子排布式
(1)定义：用核外电子分布的原子轨道(能级)及各原子轨道(能级)上的电子数来表示电子排布的式子。如1s22s22p4、1s22s22p63s23p63d64s2分别是O、Fe原子的电子排布式。
以铝原子为例，电子排布式中各符号、数字的意义为：
(2)简化的电子排布式
电子排布式中的内层电子排布可用相应的稀有气体的元素符号加方括号来表示，以简化电子排布式。以稀有气体的元素符号外加方括号表示的部分称为“原子实”。如钙的电子排布式为1s22s22p63s23p64s2，其简化的电子排布式可以表示为[Ar]4s2。
(3)外围电子排布式
在原子的核外电子排布式中，省去“原子实”后剩下的部分称为外围电子排布式，也叫价电子排布。如氯、铜原子的电子排布式分别为1s22s22p63s23p5、1s22s22p63s23p63d104s1，用“原子实”的形式分别表示为[Ne]3s23p5、[Ar]3d104s1，其外围电子排布式分别为3s23p5、3d104s1。
提示：①虽然电子排布是遵循构造原理的，但书写时应按照电子层的顺序排列。如铁原子的电子排布式是1s22s22p63s23p63d64s2，而不宜写作1s22s22p63s23p64s23d6。
②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。
③元素周期表中呈现的电子排布是各元素原子的外围电子排布。
2．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：
在电子排布图中也可以用圆圈表示一个原子轨道，如Na：。
电子排布式和电子排布图反映的是基态原子即处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。
3．原子结构示意图
原子结构示意图是表示原子的核电荷数和核外电子在原子核外各电子层排布的图示。
4．电子式
在化学反应中，一般是原子的最外层电子数目发生变化。为了简便起见，化学中常在元素符号周围用小黑点“·”或小叉“×”来表示元素原子的最外层电子，相应的式子叫做电子式。如钠原子的电子式为·Na(或×Na)。
典例2 A、B、C、D是四种短周期元素，E是过渡元素。A、B、C同周期，C、D同主族，A的原子结构示意图为，B是同周期除稀有气体外半径最大的元素，C的最外层有三个未成对电子，E的外围电子排布式为3d64s2。回答下列问题：
(1)A为__Si____(写出元素符号，下同)，电子排布式是__1s22s22p63s23p2____。
(2)B为__Na____，简化电子排布式是__[Ne]3s1____。
(3)C为__P____，价电子排布式是__3s23p3____。
(4)D为__N____，电子排布图是______。
(5)E为__Fe____，原子结构示意图是______。
解析：由题意可知，A为Si，B为Na，C为P，则D为N，E为Fe。这五种元素电子排布式分别为A．1s22s22p63s23p2，B：1s22s22p63s1，C．1s22s22p63s23p3，D．1s22s22p3，E.1s22s22p63s23p63d64s2。由电子排布式可写出答案。
〔变式训练2〕 M、R、X、Y为原子序数依次增大的短周期主族元素，Z是一种过渡元素。M基态原子L层中p轨道电子数是s轨道电子数的2倍，R是同周期元素中最活泼的金属元素，X和M形成的一种化合物是引起酸雨的主要大气污染物，Z的基态原子4s和3d轨道半充满。请回答下列问题：
(1)写出M、R的价电子排布式：M__2s22p4____、R__3s1____。
(2)写出X、Y的价电子排布图：X______、Y______。
(3)写出Z的核外电子排布式__[Ar]3d54s1____，Z的核外未成对电子数为__6____。
解析： 根据题目给出的M、R和X的信息确定，M是氧元素，R是钠元素，X是硫元素。根据M、R、X、Y为原子序数依次增大的短周期主族元素确定Y是氯元素。根据Z的基态原子4s和3d轨道半充满，则Z元素原子的核外有24个电子，它是铬元素。
〔名师培优〕
易混概念的比较
1．电子层、次外层、最外层、最内层、内层
在推断题中经常出现与层数有关的概念，理解这些概念是正确做推断题的关键。为了研究方便，人们形象地把原子核外电子的运动看成分层运动，在原子结构示意图中，按能量高低将核外电子分为不同的能层，并用符号K、L、M、N、O、P、Q……表示相应的层，统称为电子层。一个原子在基态时，电子所占据的电子层数等于该元素在周期表中所处的周期数。倒数第一层，称为最外层；从外向内，倒数第二层称为次外层；最内层就是第一层(K层)；内层是除最外层外剩下电子层的统称。以基态铁原子结构示意图为例：铁原子共有4个电子层，最外层(N层)只有2个电子，次外层(M层)共有14个电子，最内层(K层)有2个电子，内层共有24个电子。
2．基态、激发态
处于最低能量的原子叫基态原子。基态原子的核外电子排布遵循泡利原理、洪特规则、能量最低原理。当基态原子吸收能量后，电子会跃迁到较高能级，变成激发态原子。
3．价电子、最外层电子、外围电子
价电子指原子参加化学反应时形成化合价的电子；最外层电子指能量最高的电子层上的电子，对于主族元素，最外层电子数等于价电子数；对于副族元素，部分能量高的次外层电子参与成键，即次外层部分电子与最外层电子统称为外围电子，即价电子。例如，铝原子的简化电子排布式为[Ne]3s23p1，最外层电子数和价电子数都是3。
4．能层、能级、轨道
电子层即为能层，同一能层中按能量高低分为不同的能级(如s、p、d……)，同一能级中若有多个轨道，其能量相同。例如，镍(Ni)原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d84s2，其中1、2、3、4称为能层，2s、2p表明第2能层上有2个能级，即镍原子核外电子排布有4个能层，7个能级(1s、2s、2p、3s、3p、3d、4s)。轨道：s、p、d、f所含轨道数分别为1、3、5、7，如1s、2s、3s、4s能级的能量不同，但是轨道数相同。电子进入能级的顺序是(按能量高低排序)1s、2s、2p、3s、3p、4s、3d、4p、5s、4d、5p、6s、4f、5d、6p、7s、5f、6d……
〔即时训练〕
1．若某基态原子的价电子排布为4d15s2，则下列说法正确的是( B )
A．该元素基态原子中共有3个电子
B．该元素原子核外有5个电子层
C．该元素原子最外层共有3个电子
D．该元素原子M能层共有8个电子
解析：根据核外电子排布规律，该元素基态原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p64d15s2。由此可见：该元素原子中共有39个电子，分5个电子层，其中M能层上有18个电子，最外层上有2个电子。
点评：电子排布式的书写和正误判断
(1)注意每一个能级电子分布，特别注意当电子数不能够填满所有原子轨道时，注意分布形式；(2)基态原子和激发态原子电子排布的不同。即抓住每一个能级的每一个原子轨道最多填充两个自旋状态相反的电子，而对于同一能级电子应该尽量分布于不同原子轨道。
2．下列微粒的核外电子的表示方法中正确的是( A )
A．C原子的轨道表示式
B．P原子价电子轨道表示式
C．Cr原子的价电子排布式3d44s1
D．Fe2＋电子排布式1s22s22p63s23p63d64s2
解析：A项表示碳原子的轨道表示式，正确；B项不符合洪特规则；C项，正确的Cr原子的价电子排布式为3d54s1；Fe2＋是铁原子失去最外层2个电子形成的，其电子排布式是1s22s22p63s23p63d6。
玻尔与爱因斯坦的争论
玻尔的原子结构模型是成功和缺陷并存。对这一点，玻尔自己也有清醒的认识。在1922年获得诺贝尔物理学奖时，他还在颁奖仪式上谦逊而坦率地指出：“原子理论还处于非常初级的阶段，还有很多根本性的问题尚待解决。”正是基于其惯有的明智和对科学的追求，玻尔于1921年在哥本哈根大学建立了理论物理研究所。这个研究所吸引了众多优秀科学家如海森伯、泡利、狄拉克等前来进行工作，并且很快成为至今仍被人们赞颂的、以玻尔为首的“哥本哈根学派”。
哥本哈根学派提出了粒子波的统计解释、测不准原理和互补原理。这个学派所建立的量子世界的突出特点是将连续轨迹代之以不连续的量子跃迁，以概率决定论取代严格决定论，突现量子现象的整体性以及伴随而来的主客体分界的模糊性。但由此也引起了许多争论。其中，发生在爱因斯坦与玻尔之间的关于量子力学是否完备的争论被誉为“物理学史上的伟大论战”之一。直到1955年爱因斯坦去世时他依然相信，科学就在于发现隐藏在自然界背后的确定的规律，因此，只给出统计规律的量子力学肯定是不完备的。他甚至谈到：我不相信上帝是在掷骰子。在与玻尔长期友好的交往中，爱因斯坦构建了许多具有极高天赋的思想实验，力图证实量子理论的不完备性，但几乎每次玻尔都设法找到了一个有说服力的恰当解释。这一论战，极大地推动了量子力学的发展。直到现在，关于量子理论的论战还未结束，但还没有一个更完备的理论能够解释量子力学已经解释了的那些现象。
1．关于电子云的叙述正确的是( D )
①电子云是用小黑点的疏密程度来表示电子在空间出现概率大小的图形 ②电子云实际是电子运动形成的类似云一样的图形 ③小黑点密集的地方电子在那里出现概率大 ④轨道不同，电子云的形状也不一样 ⑤s轨道空间分布的图形为“哑铃形” ⑥电子云表示电子运动的轨迹 ⑦黑点的多少表示电子个数的多少 ⑧处于1s轨道上的电子在空间出现的概率分布呈球形对称 ⑨因为p轨道是“8”字形的，所以p电子走“8”字形 ⑩电子云的伸展方向与能量是无关的
A．①③⑦ B．④⑤⑧⑨⑩
C．②⑥⑩ D．①③⑧⑩
解析：电子云是处于一定空间运动状态(即原子轨道)的电子在原子核外空间的概率分布的形象化描述，所以①③正确，②⑥⑦错误；s、p轨道的电子云分别为球形和哑铃形，④⑤⑨错误而⑧正确；电子云伸展方向不同的3个p轨道、5个d轨道、7个f轨道的能量是彼此相同，⑩正确。
2．对充有氖气的霓虹灯管通电，灯管发出红色光。产生这一现象的主要原因是( A )
A．电子由激发态向基态跃迁时以光的形式释放能量
B．电子由基态向激发态跃迁时吸收除红光以外的光线
C．氖原子获得电子后转变成发出红光的物质
D．在电流的作用下，氖原子与构成灯管的物质发生反应
解析：霓虹灯之所以能发光，是因为电子吸收能量后跃迁到能量较高的轨道，能量较高轨道上的电子会很快以光的形式辐射能量而跃迁回能量较低的轨道。
3．下列说法正确的是( C )
A．不同的原子轨道形状一定不相同
B．p轨道呈哑铃形，因此p轨道上的电子运动轨迹呈哑铃形
C．2p能级有3个p轨道
D．氢原子的电子运动轨迹呈球形
解析：不同能级的原子轨道形状可以相同，如1s、2s能级的原子轨道都是球形，只是半径不同，A错。现在的技术无法测定电子在原子核外的运动轨迹，原子轨道只是体现电子的运动状态，B、D错。任何能层的p能级都有3个p轨道，C正确。
4．下列电子排布是铜原子核外电子排列情况的是( C )
A．1s22s22p63s23p64s2 B．1s22s22p63s23p64s1
C．1s22s22p63s23p63d104s1 D．1s22s22p63s23p63d94s2
解析：根据洪特规则可知，能量相同的原子轨道在全充满、半满时，体系能量较低，原子较稳定。
5．在d轨道中电子排布成 ，而不排布成 ，其直接的根据是( D )
A．能量最低原理 B．泡利原理
C．原子轨道能级图 D．洪特规则
解析：本题考查学生对核外电子排布图的理解。当多电子排布在相同能级时分别占据不同的原子轨道且自旋状态相同为洪特规则。
6．已知元素X、Y的原子最外层分别有n个和(m－5)个电子，次外层分别有(n＋2)个和m个电子，据此推断：
(1)元素X和Y分别是__S____和__Al____(填元素符号)；其电子排布式分别为__1s22s22p63s23p4____和__1s22s22p63s23p1____；其价电子的电子排布图分别为__ ____和______。
(2)X、Y元素原子中的电子分别占据的轨道数为__9____、__7____。
(3)X、Y元素原子中未成对电子数分别为__2____、__1____。
(4)X、Y元素原子中电子的运动状态分别为__16____种、__13____种。
解析：由题意知X、Y的结构示意图分别为，，即X为S，Y为Al。
基 础 巩 固
一、选择题
1．下列图象中所发生的现象与电子的跃迁无关的是( D )
解析：平面镜成像是光线反射的结果，与电子跃迁无关，霓虹灯广告、燃烧蜡烛、节日里燃放的焰火是原子的发射光谱，与原子核外电子发生跃迁有关，故选D。
2．下列原子的电子排布图中，符合洪特规则的是( C )
解析：A．该电子排布图违反洪特规则，故A错误；
B．该电子排布图违反泡利不相容原理，故B错误；
C．该电子排布图符合洪特规则，故C正确；
D．该电子排布图违反能量最低原理，故D错误；故选C。
3．描述硅原子核外电子运动说法错误的是( D )
A．有4种不同的伸展方向
B．有14种不同运动状态的电子
C．有5种不同能量的电子
D．有5种不同的运动范围
解析：A．硅原子为14号元素，电子排布式1s22s22p63s23p2，共2种轨道，S轨道为球形只有1种伸展方向，p轨道有3种伸展方向，则有4种不同的伸展方向，故A正确；
B．硅原子为14号元素，则核外有14种不同运动状态的电子，故B正确；
C．硅原子为14号元素，电子排布式1s22s22p63s23p2，所以有5种不同能量的电子，故C正确；
D．硅原子为14号元素，电子排布式1s22s22p63s23p2，则核外有3个电子层，所以有3种不同的运动范围，故D错误。故选D。
4．下列有关化学用语中不能体现氮原子核外电子能量有差异的是( A )
A．··
C． D．1s22s22p3
解析：电子式不能体现出核外电子的能量差异。
5．符号3px所代表的含义是( D )
A．px轨道上有3个电子
B．第三个电子层px轨道有3个伸展方向
C．px电子云有3个伸展方向
D．第三个电子层沿x轴方向伸展的p轨道
解析：3px中，3表示第三电子层，p原子轨道在三维空间的分布分别沿x、y、z三个方向，px表示沿x轴方向伸展的p轨道。
6．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( D )
A．He B．
C．1s2
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项具体到各能级的电子数；而D项包含了能层、能级以及轨道内电子的自旋状态，故选项D符合题意。
7．下列关于价电子排布为3s23p4的原子描述正确的是( B )
A．它的元素符号为O
B．它的核外电子排布式为1s22s22p63s23p4
C．可以与H2化合生成液态化合物
D．其电子排布图为
解析：A．价电子排布为3s23p4的粒子，其基态原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p4，其核外电子数为16，为S元素，故A错误；
B．价电子排布为3s23p4的粒子，其基态原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p4，故B正确；
C．一定条件下，它可与H2生成气态化合物H2S，故C错误；
D．S原子核外电子排布遵循能量最低原理、泡利不相容原理、洪特规则，其轨道表示式为，故D错误；故选B。
8．(2018·福建华安模拟)下列说法正确的是( B )
A．原子核外电子排布式为1s2的原子与原子核外电子排布式为1s22s2的原子化学性质相似
B．Zn2＋的最外层电子排布式为3s23p63d10
C．基态铜原子的外围电子排布图：
D．基态碳原子的最外层电子排布图：
解析：A．原子核外电子排布式为1s2的元素为He，原子核外电子排布式为1s22s2的元素为Be，He性质稳定，Be较活泼，性质不同，故A错误；B．Zn的原子序数为30，电子排布为[Ar]3d104s2，失去2个电子变为锌离子，Zn2＋的最外层排布式为：3s23p63d10，故B正确；C．Cu的原子序数为29，价电子排布为3d104s1，基态铜原子的价电子排布图为，故C错误，D，C的原子序数为6，价电子排布为2s22p2，基态碳原子的价电子排布图为，故D错误；故选B。
9．气态中性基态原子的原子核外电子排布发生如下变化，吸收能量最多的是( B )
A．1s22s22p63s23p2→1s22s22p63s23p1
B．1s22s22p63s23p3→1s22s22p63s23p2
C．1s22s22p63s23p4→1s22s22p63s23p3
D．1s22s22p63s23p63d104s24p2→1s22s22p63s23p63d104s24p1
解析：原子轨道在全空、全充满和半充满时能量较低，B项中3p上有3个电子，属于半充满，能量低，很稳定，若要变成激发态，需要的能量最多。
二、非选择题
10．五种元素的原子电子层结构如下：
A．1s22s22p63s23p63d54s1； B．1s22s22p63s2；
C．1s22s22p6； D．1s22s22p63s23p；E.[Ar]4s1。
试回答：
(1)哪个式子是错误的__D____，它违背了__洪特规则____。
(2)哪个式子表示稀有气体原子__C____。
(3)A的元素符号是__Cr____，写出其价电子排布的轨道表示式______。
(4)B和E的金属性强弱关系为__K>Mg____(用元素符号表示)，可以说明这一事实的依据是(写出2点)__K与冷水剧烈反应而Mg与热水才反应，KOH(强碱)的碱性比Mg(OH)2(中强碱)强____。
解析：由核外电子排布原理和原子的电子排布式可知A～C元素分别为Cr、Mg、Ne，D应为硅元素，但所写电子排布式违背了洪特规则，应为1s22s22p63s23p2(或3pp、3p3p、3p3p)，E为钾元素。
11．根据核外电子的排布特点推断元素
(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__N____；其价层电子排布图为______。
(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__Cl____，C离子的结构示意图为______。
(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__Fe____，其基态原子的电子排布式为__1s22s22p63s23p63d64s2或[Ar]3d64s2____，其原子的结构示意图为______。
(4)E元素基态原子的M层全充满，N层没有成对电子且只有一个未成对电子，E的元素符号为__Cu____，其基态原子的电子排布式为__[Ar]3d104s1____。
(5)F元素的原子最外层电子排布式为nsnnPn＋2，则n＝__2____；原子中能量最高的是__2p____电子，核外电子排布图为______。
解析：(1)A元素基态原子的电子排布图由题意可写成：，则该元素核外有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Cl，C为19号元素K。
(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)E元素的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s1故E为Cu。
(5)F最外层电子排布式为2s22p4。
能 力 提 升
一、选择题
1．下列说法中正确的是( C )
A．电子云通常是用小黑点来表示电子的多少
B．能量高的电子在离核近的区域运动，能量低的电子在离核远的区域运动
C．处于最低能量的原子叫基态原子
D．电子仅在激发态跃迁到基态时才会产生原子光谱
解析：A、氢原子的电子云图中的小黑点表示电子在核外空间出现机会的多少，而不表示具体的电子、电子的个数，故A错误；
B、距核越近，电子的能量越低，则能量高的电子在离核远的区域运动，能量低的电子在离核近的区域运动，故B错误；
C、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，处于最低能量的原子叫基态原子，故C正确；
D、原子光谱有两种：吸收光谱和发射光谱，电子在激发态跃迁到基态时会产生原子光谱属于发射光谱，故D错误；故选C。
2．(2018·新疆呼图壁初考)“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( B )
A．构造原理 B．泡利原理
C．洪特规则 D．能量最低原理
解析：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泡利原理，故选B。
3．某原子核外共有6个电子，分布在K与L电子层上，其基态原子在L层分布中正确的是( D )
解析：K层容纳2个电子，所以L层容纳4个电子，L层有2s、2p能级，2p能级能量较高，2s能级有1个轨道，容纳2个电子，剩余2个电子填充2p能级，2p能级有3个轨道，电子优先单独占有1个轨道，且自旋方向相同，基态原子在L层分布图为。故选：D。
4．下列各组原子中，彼此化学性质一定相似的是( C )
A．原子核外L能层的未成对电子数与M能层的未成对电子数相等的原子
B．原子核外M层上仅有两个电子的X原子与原子核外N层上仅有两个电子的Y原子
C．2p能级只有1个空轨道的X原子和3p能级只有1个空轨道的Y原子
D．最外层都只有一个电子的X、Y原子
解析：L层(M层)只有1个未成对电子的可能是Li或F(Na或Cl)，L层(M层)有2个未成对电子的可能是C或O(Si或S)，A项错；B项中X为Mg，Y可能为Ca、Sc、Ti、V、Mn、Fe、Co、Ni、Zn等；C项为C()和Si()。
5．下列有关核外电子排布的式子不正确的是( D )
A．24Cr的电子排布式：1s22s22p63s23p63d54s1
B．K的简化电子排布式：[Ar]4s1
C．N原子的电子排布图：
D．S原子的电子排布图：
解析：S的电子排布图违反了洪特规则，正确的应是。
6．下列说法中正确的是( C )
A．同一原子中，1s、2s、3s电子的能量逐渐减小
B．3p2表示3p能级有两个轨道
C．处于最低能量状态的原子叫做基态原子
D．同一原子中，2p、3p、4p能级的轨道数依次增多
解析：同一能级的电子，随着能层的增加电子能量增加，所以同一原子中，1s、2s、3s电子的能量逐渐增大，A错误；3p2表示3p能级上有2个电子。B错误；处于最低能量状态的原子叫做基态原子，C正确；同一原子中，2p、3p、4p能级的轨道数相同，D错误。
7．电子由3d能级跃迁至4p能级时，可通过光谱仪直接摄取( B )
A．电子的运动轨迹图象 B．原子的吸收光谱
C．电子体积大小的图象 D．原子的发射光谱
解析：由于E3d＜E4p，电子由3d能级跃迁至4p能级时，需吸收能量，故光谱仪摄取的是吸收光谱，由于电子在原子核外作无规则运动，不能直接摄取运动轨迹，电子太小，不能摄取电子体积的大小，故选B。
8．下列各组表述中，两个微粒不属于同种元素原子的是( C )
A．3p能级有一个空轨道的基态原子和核外电子的排布式为1s22s22p63s23p2的原子
B．2p能级无空轨道且有一个未成对电子的基态原子和原子的最外层电子排布式为2s22p5的原子
C．M层全充满而N层为4s2的原子和核外电子排布式为1s22s22p63s23p64s2的原子
D．最外层电子数是核外电子总数的1/5的原子和最外层电子排布式为4s24p5的原子
解析：A中，3p能级有一个空轨道，根据洪特规则只能，又根据能量最低原理，能量低于3p能级的轨道均已充满，即其电子排布式为1s22s22p63s23p2，两者为同种元素；B中，2p能级有一个未成对电子但无空轨道，即为，其电子排布式为1s22s22p5，两者也为同种元素；C中，M层有s、p、d三个能级，全充满且N层为4s2，应为3s23p63d104s2，与3s23p64s2非同种元素；D中，最外层电子排布式为4s24p5，其电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p5，最外层电子数为7，核外电子总数为35，故两者也为同种元素。
二、非选择题
9．推导下列元素，回答有关问题：
(1)具有1个4p电子的元素为__镓____(写元素名称，下同)，简化电子排布式为__[Ar]3d104s24p1____。
(2)N层只有1个电子的主族元素是__钾____，其氯化物的焰色反应呈__(浅)紫____色，其原子核外有__19____种不同运动状态的电子。
(3)3d能级全充满，4s能级只有1个电子的元素为__铜____，原子序数为__29____。
(4)离子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__2____和__5____。
(5)原子序数小于36的元素X和Y，在周期表中既处于同一周期又位于同一族，且Y的原子序数比X大2，则Y的基态原子的价电子排布式是__3d84s2____，X在参与化学反应时，1个原子失去的电子数为__2个或3个____。
解析：既处于同一周期又位于同一族的元素在第Ⅷ族。则X和Y分别为Fe和Ni。
10．(1)基态Ge原子的核外电子排布式为[Ar]__3d104s24p2____，有__2____个未成对电子。
(2)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__电子云____形象化描述。在基态14C原子中，核外存在__2____对自旋相反的电子。
(3)基态Fe原子有__4____个未成对电子。Fe3＋的电子排布式为__[Ar]3d5或1s22s22p63s23p63d5____。
(4)基态Si原子中，电子占据的最高能层符号为__M____，该能层具有的原子轨道数为__9____、电子数为__4____。
(5)Se原子序数为__34____，其核外M层电子的排布式为__3s23p63d10____。
(6)Zn2＋基态核外电子排布式为__[Ar]3d10_或1s22s22p63s23p63d10____。
(7)钒在元素周期表中的位置为__第四周期ⅤB族____，其价层电子排布图为______。
(8)Mg原子核外电子排布式为__1s22s22p63s2____；Ca原子最外层电子的能量__高于____Mg原子最外层电子的能量(选填“低于”、“高于”或“等于”)。
原子结构与性质
本章是在已有知识和经验的基础上，进一步了解核外电子的运动情况，从能级、能层的角度分析核外电子的排布原则；从电离能和电负性的角度分析元素的化学性质；更加深入地理解原子结构与元素周期表的关系，把握元素周期律的实质；能用新的观点来解释元素的某些性质，并能阐述元素性质和原子结构的关系。本章的学习重点是掌握原子轨道的量子力学模型，用电子排布式表示常见元素(1～36号)原子核外电子的排布，理解电离能、电负性与元素性质的关系。
第一节 原子结构
第1课时 能层与能级 构造原理
秦始皇幻想帝位永在，龙体长存，日思长生药，夜作金银梦。于是各路仙家大炼金丹，他们深居简出于山野之中，过着超脱尘世的神仙般生活。炼丹家以丹砂(硫化汞)、雄黄(硫化砷)等为原料，开炉熔炼。企图制得仙丹，再点石成金，服用仙丹或以金银为皿，均使人永不老死。西文洋人也仿效于暗室或洞穴，单身寡居致力于炼金术。一两千年过去了，死于仙丹不乏其人，点石成金终成泡影。金丹大多徒劳无功而销声匿迹。中外古代炼金术士毕生从事化学实验，为何一事无成？乃因其违背科学规律。他们梦想用升华等简单方法改变金属的性质，把铅、铜、铁、汞变成贵重的金银。殊不知用一般化学方法是不能改变元素的性质的。化学元素是具有相同核电荷数的同种原子的总称，而原子是化学变化中的最小微粒。在化学反应里分子可以分成原子，原子却不能再分。随着科学的发展，今天“点石成金”已经实现。1919年英国卢瑟福用α粒子轰击氮元素使氮变成了氧。1941年科学家用原子加速器把汞变成了黄金——人造黄金镄(一百号元素)。1980年美国科学家又用氖和碳原子高速轰击铋金属靶，得到了针尖大的微量金。这一切都离不开科学家对原子的研究。
一、开天辟地——原子的诞生
1．原子的诞生：
2．宇宙的组成元素及其含量：
二、能量与能级
1．能层：
意义：根据多电子原子的核外电子的__能量差异____，将核外电子分成不同的能层
符号：能层序数1、2、3、4、5、6、7分别用K、L、M、N、O、P、Q表示
2．能级：
意义：根据多电子原子中同一能层电子能量不同，将它们分成不同的能级
符号：在每一能层中，能级符号分别为ns、np、nd、nf……，其中n代表能层
3．能层、能级中所容纳的电子数：
能层
K
L
M
N
O
……
能级
__1s____
__2s____
__2p____
__3s____
__3p____
__3d____
__4s____
__4p____
__4d____
__4f____
5s
5p
…
……
最多电
子数
2
2
6
2
6
10
__2____
__6____
__10____
__14____
__2____
__6____
…
……
__2____
__8____
__18____
__32____
……
……
三、构造原理
1．构造原理：
(1)含义：在多电子原子中，电子在能级上的排列顺序是电子先排在能量__较低____的能级上，然后依次排在能量__较高____的能级上。
(2)构造原理示意图。
2．电子排布式：
(1)概念：将__能级____上所排布的电子数标注在该能级符号__右上角____，并按照能层从左到右的顺序排列的式子。
(2)表示方法。
钠原子的电子排布式可表示为1s22s22p63s1，也可简化为[Ne]3s1。
1．思考辨析：
(1)在原子中第n能层容纳的电子数一定是2n2。( × )
(2)最外层电子排布式为4s1的元素一定为K。( × )
(3)能层序数大，能级的能量一定大。( × )
(4)K的电子排布式为1s22s22p63s23p63d1。( × )
2．按能量由低到高的顺序排列，正确的一组是( C )
A．1s、2p、3d、4s B．1s、2s、3s、2p
C．2s、2p、3s、3p D．4p、3d、4s、3p
解析：按照原子核外电子排布的构造原理，由低到高的能级依次是：1s、2s、2p、3s、3p、(4s)3d、4p……。分析对照四个选项，只有C正确。
3．下列电子层中，包含有f能级的是( D )
A．K电子层 B．L电子层
C．M电子层 D．N电子层
4．原子核外P能层和p能级可容纳的最多电子数分别为( C )
A．32和2 B．50和6
C．72和6 D．86和10
解析：P能层为第6层，最多容纳电子数为2×62＝72；p能级最多容纳电子数为3×2＝6，C项正确。
5．已知三种微粒(原子或离子)的电子排布式如下：
11X：1s22s22p6 19Y：1s22s22p63s23p6
20Z：1s22s22p63s23p6
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 )
A． B．
C． D．
解析：本题主要考查电子排布式和原子、离子的结构示意图。分析原子核内的质子数和电子排布式之间的关系可知，三种微粒都是金属阳离子。分析A～D四个选项中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。
6．按要求书写原子或离子的电子排布式。
(1)K__1s22s22p63s23p64s1____。
(2)Cl－__1s22s22p63s23p6____。
(3)Fe__1s22s22p63s23p63d64s2____。
(4)Fe3＋__1s22s22p63s23p63d5____。
解析：因E(3d)>E(4s)，故19号K先排4s能级，电子排布式为1s22s22p63s23p64s1；氯离子是由氯原子得到一个电子填充在最外层，使 原来未充满的3p能级达到8电子稳定结构；铁是26号元素，其价电子与次外层的d能级有关，当铁失去电子时，是从最外层开始失去电子，所以先失去的是4s能级上的两个电子，再失去次外层3d能级上的一个电子。
知识点一 能层和能级的组成与能量关系
1．能层和能级的划分
离核距离
近→远
能量高低
低→高
能层
一
二
三
四
……
n
符号
K
L
M
N
……
能级
1s
2s、2p
3s、3p、3d
4s、4p、4d、4f
……
各能级
轨道数
1
1、3
1、3、5
1、3、5、7
……
各能级最
多电子数
2
2、6
2、6、10
2、6、10、14
……
各能层最
多电子数
2
8
18
32
……
2n2
2．能层、能级中的数量
(1)任一能层，能级数＝能层序数，且总是从s能级开始。
(2)以s、p、d、f……排序的各能级最多容纳的电子数依次为1、3、5,7……的二倍。
(3)每个能层最多可容纳的电子数是能层序数的平方的二倍，即2n2。
(4)能级符号相同的不同能级中所容纳的最多电子数相同。
3．不同能层中各能级之间能量大小关系
(1)不同能层中同一能级，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s
典例1 下列说法中正确的是( D )
A．s能级的能量一定比p能级低
B．3p2表示第三能层上有两个电子
C．同一原子中，1s、2p、4p电子的能量逐渐减小
D．同一原子中，2p、3p、4p能级的轨道数相等
解析：高能层的s能级比低能层的p能级的能量高，A项不正确；3p2表示3p能级排了两个电子，B不正确；同一原子中，1s、2p、4p电子的能量逐渐升高，C项不正确。
〔变式训练1〕 下列说法正确的是( D )
A．第三能层有s、p共2个能级
B．3d能级最多容纳5个电子
C．第三能层最多容纳8个电子
D．无论是哪一能层的s能级最多容纳的电子数均为2个
解析：每一能层包含的能级数等于该能层的序数，故第三能层有s、p、d三个能级，A错；s、d能级最多容纳的电子数分别是2、10，故B错、D正确。每一能层最多容纳的电子数为2n2，第三能层最多容纳18个电子，故C错。
知识点二 构造原理与电子排布式
1．构造原理
(1)原理
随着原子序数的递增，绝大多数元素的原子核外电子排布遵循下列顺序：
图中每个小圆圈表示一个能级，每一行对应一个能层，各圆圈间连接线的方向表示随核电荷数递增而增加的电子填入能级的顺序。
提示：原子核外电子排布构造易记图：
ns (n－2)f (n－1)d np
7s 5f 6d 7p
6s 4f 5d 6p
5s 4d 5p
4s 3d 4p
3s 3p
2s 2p
1s
自左往右、自下而上，依次填充。
(2)实质：构造原理中的电子排布顺序，其实质是各
能级的能量高低顺序。
(3)能级交错”现象：由构造原理可知，核外电子排布的能级顺序为1s2s2p3s3p4s3d4p5s4d5p6s4f5d6p7s……从中可以看出，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。如E(3d)>E(4s)、E(4d)>E(5s)、E(5d)>E(6s)、E(6d)>E(7s)、E(4f)>E(5p)、E(4f)>E(6s)等。
2．电子排布式的书写
电子排布式是指用来表示原子核外电子排布情况的表达式，如钠原子的电子排布式为ls22s22p63s1。它能直接地反映核外电子的能层、能级和各能级上的电子数。
(1)简单原子的核外电子排布式：
按照构造原理将电子依次填充到能量逐渐升高的能级中。如6C：1s22s22p2,10Ne：1s22s22p6,17Cl：1s22s22p63s23p5，19K：1s22s22p63s23p64s1。
(2)复杂原子的核外电子排布式：
注意：在书写电子排布式时，能层低的能级要写在左边，不一定完全按填充顺序写。
(3)利用构造原理书写简易电子排布式
为了方便，常把内层已达到稀有气体电子层结构的部分写成“原子实”，用稀有气体符号外加方括号来表示。如K：1s22s22p63s23p64s1，其中1s22s22p63s23p6看作[Ar]“原子实”，故K的电子层结构可表示为：[Ar]4s1，其中[Ar]代表Ar的核外电子排布结构，即1s22s22p63s23p6。再如Fe的简化电子排布式为：[Ar]3d64s2。
典例2 构造原理揭示的电子排布能级顺序，实质是各能级能量高低。若以E表示其能级的能量，以下各式中正确的是( B )
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，各能级能量由低到高的顺序为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，C项的正确顺序为E(4s)＞E(3s)＞E(2s)＞E(1s)。
典例3 表示一个原子在第三个电子层上有10个电子可以写成( C )
A．3s10 B．3d10
C．3s23p63d2 D．3s23p53d3
解析：按照能量最低原理，电子应先排满s能级，再排满p能级，最后排d能级。
〔变式训练2〕 主族元素的原子失去最外层电子形成阳离子，主族元素的原子得到电子填充在最外层形成阴离子。下列各原子或离子的电子排布式错误的是( D )
A．Al 1s22s22p63s23p1 B．O2－ 1s22s22p6
C．Na＋ 1s22s22p6 D．Si 1s22s22p2
解析：硅原子的电子排布式为1s22s22p63s23p2。
〔变式训练3〕 (1)写出下列原子的电子排布式：
①11Na__1s22s22p63s1____； ②16S__1s22s22p63s23p4____；
③34Se__1s22s22p63s23p63d104s24p4____；④20Ca__1s22s22p63s23p64s2____；
⑤26Fe__1s22s22p63s23p63d64s2____；⑥30Zn__1s22s22p63s23p63d104s2____。
(2)X元素的＋1价阳离子的核外电子排布与氩原子相同，则X元素的原子核外电子的电子排布式为__1s22s22p63s23p64s1或[Ar]4s1____。
解析：(1)根据原子核外电子排布所遵循的原理书写原子的电子排布式，同时应注意从3d能级开始出现“能级交错”现象。
(2)氩原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p6，故X原子一定失去4s轨道上的一个电子形成阳离子，则X应为K。
原子结构模型的演变过程
古代原子学说→道尔顿原子模型→汤姆生原子模型→卢瑟福原子模型→玻尔原子模型→电子云模型。
1.德谟克利特的古代原子学说：物质由原子构成，且原子是不可分的微粒；原子的结合和分离是万物变化的根本。
2．道尔顿原子模型：物质由原子组成，且原子为实心球体，不能用物理方法分割；同种原子的质量和性质相同。
3．汤姆生原子模型：原子是一个平均分布着正电荷的粒子，电子镶嵌其中并中和正电荷，使原子呈电中性；原子是可以再分的。
4．卢瑟福原子模型：原子由原子核和核外电子组成。原子核带正电荷，位于原子的中心并几乎集中了原子的全部质量，电子带负电荷，在原子核周围空间作高速运动。
5．玻尔原子模型：电子在原子核外一定轨道上绕核作高速运动。
6．电子云模型(现代原子结构学说)：现代科学家用量子力学的方法描述核外电子运动，即运用电子云模型描述核外电子的运动。
1．下列说法中不符合现代大爆炸宇宙学理论的是( B )
A．我们所在的宇宙诞生于一次大爆炸
B．恒星正在不断地合成自然界中没有的新元素
C．氢、氦等轻核元素是宇宙中天然元素之母
D．宇宙的所有原子中，最多的是氢元素的原子
2．下列能级表示正确(实际存在的)且最多容纳的电子数按照从少到多的顺序排列的是( A )
A．1s、2p、3d B．1s、2s、3s
C．2s、2p、2d D．3p、3d、3f
解析：从M层开始有d能级，即有3d，不存在2d，故C项错误；同理从N层开始有f能级，即有4f，不存在3f，故D项错误；不同能层的相同类型的能级，最多容纳的电子数相同，故B项错。
3．某元素的原子3d能级上有1个电子，它的N能层上的电子数是( B )
A．0 B．2
C．5 D．8
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。
4．下列各原子或离子的电子排布式错误的是( D )
A．K＋1s22s22p63s23p6
B．As1s22s22p63s23p63d104s24p3
C．N3－1s22s22p6
D．Ca1s22s22p63s23p63d2
解析：D项中Ca的电子排布式应为1s22s22p63s23p64s2。
5．某原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s2，下列说法中不正确的是( D )
A．该元素原子中共有25个电子
B．该元素原子核外有4个能层
C．该元素原子最外层共有2个电子
D．该元素原子M电子层共有8个电子
解析：从电子排布式看，该原子最高能级为4s2，故有4个能层，最外层有2个电子，B、C正确；各能级的电子数之和为25，A正确；M层电子排布为3s23p63d5，故该层电子数为13，D项错误。
6．K层有__1____个能级，用符号表示为__1s____；L层有__2____个能级，用符号分别表示为__2s、2p____；M层有__3____个能级，用符号分别表示为__3s、3p、3d____。由此可推知n电子层最多可能有__n____个能级，能量最低的两个能级其符号分别表示为__ns、np____。
基 础 巩 固
一、选择题
1．人们对原子结构的认识有一个不断深入的过程，其中提出“葡萄干面包”原子模型的科学家是( B )
A．道尔顿 B．汤姆生
C．卢瑟福 D．玻尔
2．在基态多电子原子中，关于核外电子能量的叙述错误的是( C )
A．最易失去的电子能量最高
B．离核最远的电子能量最高
C．p能级电子能量一定高于s能级电子能量
D．在离核最近的区域内运动的电子能量最低
解析：原子在反应中最易失去的电子应是离核最远的最外层电子，其能量最高，A项正确；离原子核最远的电子，受原子核的吸引力最小，能量最高，B项正确；处于高能层中的s能级电子的能量要比处于较低能层中p能级电子的能量高，C项错误；能量越低的电子尽量排布在离原子核越近的轨道上，D项正确。
3．下列符号不符合事实的是( D )
A．4s2 B．2p3
C．3d8 D．3f14
解析：s能级最多排列2个电子、p能级最多排列6个电子、d能级最多排列10个电子，存在4s2、2p3、3d8排布，f能级最多排列14个电子，第三能层没有f能级，至少在第四能层才存在f能级，不可能存3f14排布，故选D。
4．某一能层上nd能级最多所能容纳的电子数为( B )
A．6 B．10
C．14 D．15
解析：以s、p、d、f……排序的各能级可容纳的最多电子数依次为1、3、5、7…的两倍，故B正确。
5．下列各组微粒中，各能层电子数均达到2n2个的是( B )
A．Ne和 Ar B．H－和Na＋
C．Ne和Cl－ D．F－和S2－
解析：A．Ar原子核外第三层只有8个电子，未达到2n2(n为电子层数)＝18个，不符合条件，故A错误；
B．H－和Na＋各个电子层电子数都达到2n2个，故B正确；
C．Cl－核外第三层只有8个电子，未达到2n2(n为电子层数)＝18个，不符合条件，故C错误；
D．S2－核外第三层只有8个电子，未达到2n2(n为电子层数)＝18个，不符合条件，故D错误；故选B。
6．某元素原子的核外有三个能层，最外能层有4个电子，该原子核内的质子数为( A )
A．14 B．15
C．16 D．17
解析：原子核外共有三个能层，最内能层只有1s能级，可容纳2个电子，第二能层有2s、2p两个能级，可容纳1×2＋3×2＝8个电子，最外能层有4个电子，所以该原子核外有14个电子，又因在原子中核外电子数等于核内质子数，故选A。
7．(2018·江西玉山测试)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 )
A． B．
C．1s2 D．He
解析：原子轨道排布式不仅能表示电子在核外的排布情况，还能表示电子在原子轨道上的自旋情况，对电子运动状态描述最详尽。A、表示1s轨道上有2个电子，且自旋相反；B、表示核外有一个电子层且有2个电子；C、1s2表示在1s轨道上有2个电子；D、He是氦元素符号，对电子运动状态描述最详尽的答案选A。
8．下列各基态原子或离子的电子排布式正确的是( D )
A．O2－ 1s22s22p4 B．Ca 3d2
C．Fe 3d54s3 D．Si 1s22s22p63s23p2
解析：A．O的质子数为8，得到2个电子变为离子，则O2－的电子排布式为1s22s22p6，故A错误；
B．Ca原子核外电子排布式为[Ar]4s2或1s22s22p63s23p64s2，故B错误；
C．Fe原子核外电子排布式为[Ar]3d64s2,4s最多有2个电子，故C错误；
D．Si的质子数为14，则Si的电子排布式为1s22s22p63s23p2，故D正确；故选D。
9．下列有关认识正确的是( A )
A．各能级s、p、d、f可容纳的电子数按顺序分别为1、3、5、7的二倍
B．各能层的能级都是从s能级开始至f能级结束
C．各能层含有的能级数为n－1
D．各能层含有的电子数为2n2
解析：根据构造原理，电子排布的能级顺序为1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 5s 4d 5p 6s 4f 5d 6p 7s……各个能层的能级数等于能层的序数；能级s、p、d、f可容纳的电子数按顺序分别为1、3、5、7的二倍；各能层最多含有的电子数为2n2。
10．2011年1月11日，中国研制的第四代隐形战机歼－20在成都首次公开试飞成功。隐形战机的核心材料是金属钛，我国探明储量世界第一。下列有关推断不正确的是( C )
A．钛的原子序数为22
B．钛位于元素周期表第四周期
C．钛原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d4
D．钛属于过渡元素
解析：依据元素周期表结构，钛是22号元素，位于第四周期第ⅣB族，它属于过渡元素。依据构造原理，4s能级能量低于3d能级，故应首先排满4s后再排3d，正确排布式为1s22s22p63s23p63d24s2。
二、非选择题
11．根据下列叙述，写出元素名称，画出原子结构示意图，并写出核外电子排布式。
(1)A元素原子核外M层电子数是L层电子数的一半：__硅 1s22s22p63s23p2____。
(2)B元素原子的最外层电子数是次外层电子数的1.5倍：__硼 1s22s22p1____。
(3)C元素的单质在常温下可与水剧烈反应，产生的气体能使带火星的木条复燃：__氟 1s22s22p5____。
(4)D元素的次外层电子数是最外层电子数的：__氖 1s22s22p6____。
解析：A原子的L层排满有8个电子，故M层有4个电子，故A为Si；B原子次外层电子数只能为2，故最外层电子数为3，故B为B；C元素为F,2F2＋2H2O===4HF＋O2；D元素最外层电子数为8，次外层电子数为2，D为Ne。
12．写出具有下列电子排布的原子的核电荷数、名称、元素符号及在元素周期表中的位置。
(1)1s22s22p63s23p5：__核电荷数17__氯__Cl__第三周期ⅦA族____，
(2)1s22s22p63s23p63d104s24p65s2：__核电荷数38__锶__Sr__第五周期ⅡA族____，
(3)1s22s22p63s23p63d104s24p64d105s25p66s1：__核电荷数55__铯__Cs__第六周期ⅠA族____。
解析：此题的突破口是各原子的电子排布式，根据电子层数和最外层电子数确定原子在元素周期表中的位置。
能 力 提 升
一、选择题
1．下列对不同时期原子结构模型提出的时间排列正确的是( C )
①电子分层排布模型 ②“葡萄干布丁”模型 ③量子力学模型 ④道尔顿原子学说 ⑤核式模型
A．①③②⑤④ B．④②③①⑤
C．④②⑤①③ D．④⑤②①③
解析：阴极射线的发现、α粒子散射实验、氢原子光谱的发现和研究，对揭示原子内部结构的奥秘具有极为重要的作用。道尔顿、汤姆生、卢瑟福、玻尔等人提出的原子结构模型对人类探索物质结构作出了巨大的贡献。原子结构模型的演变过程可以表述为：道尔顿 原子学说→汤姆生 “葡萄干布丁”模型→卢瑟福 核式模型→玻尔 电子分层排布模型→量子力学模型。
2．(2018·高考训练)在基态多电子原子中，关于核外电子能量的叙述错误的是( C )
A．最易失去的电子能量最高
B．电离能最小的电子能量最高
C．p轨道电子能量一定高于s轨道电子能量
D．在离核最近区域内运动的电子能量最低
解析：在基态多电子原子中，能量低的电子，排布在离原子核较近的区域运动，能量高的电子在离原子核较远的区域运动，因此最易失去的电子是离核较远的能量最高的电子，正确。B．电离能最小的电子能量最高，正确。C．在同一电子层中p轨道电子能量一定高于s轨道电子能量，但是若是在不同的电子层中，则p轨道电子能量可能就高于s轨道电子能量，错误。D．电子的能量越低，就在离核最近区域内运动，因此在离核近的区域的电子的能量较低，正确。故选C。
3．某元素原子3d轨道上有5个电子，则该原子最外层电子的排布可能是( A )
A．4s1 B．4s24p1
C．4s24p3 D．3s23p63d5
解析：A．该原子最外层电子的排布为4s1，应为Cr元素，3d轨道上有5个电子，位于周期表d区，符合题意，故A正确；
B．最外层电子排布为4s24p1的元素为Ga,3d轨道上有10个电子，故B错误；
C．最外层电子排布为4s24p3的元素为As,3d轨道上有10个电子，故C错误；
D．4s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，故D错误；故选A。
4．下列各项中，前面的能级先填入电子的是( B )
①3d和4s②4p和5s③5s和4d④5p和4d
A．①② B．②③
C．②④ D．③④
解析：根据构造原理可知电子填入能级的顺序为……4s、3d、4p、5s、4d、5p、6s……从而可以看出②③中前面的能级先填入电子。
5．某微粒的核外电子排布式为1s22s22p63s23p6，下列关于该微粒的说法正确的是( B )
A．它的质子数一定是18
B．它的原子和37Cl可能互为同位素
C．它的单质一定是强还原剂
D．可以确定该微粒为Ar
解析：此微粒核外共有18个电子，可能是原子也可能是离子，离子又可能为阳离子Ca2＋、K＋或阴离子S2－、Cl－。
6．X、Y、Z三种元素的原子，其最外层电子排布分别为ns1、3s23p1和2s22p4，由这三种元素组成的化合物的化学式可能是( A )
A．XYZ2 B．X2YZ3
C．X2YZ2 D．XYZ3
解析：X原子最外层电子排布为ns1，处于第ⅠA族，化合价为＋1，Y原子最外层电子排布为3s23p1，则Y为Al元素，Z原子最外层电子排布为2s22p4，则Z为氧元素，化合价为－2，
A．XYZ2中Y的化合价为＋3价，符合，如NaAlO2，故A正确；
B．X2YZ3中Y的化合价为＋4价，不符合，故B错误；
C．X2YZ2中Y的化合价为＋2价，不符合，故C错误；
D．XYZ3中Y的化合价为＋5价，不符合，故D错误；故选A。
7．(2018·上海浦东新区调研)下列化学用语的表述错误的是( C )
A．18O2－离子的结构示意图：
B．甲烷分子的比例模型：
C．二氧化碳分子的电子式：C
D．氮原子核外电子排布的轨道表示式：
解析：A．O元素是8号元素，离子的结构示意图为，故A正确；B．甲烷是正四面体结构，分子的比例模型为，故B正确；C．二氧化碳中C元素采用sp杂化，形成C＝O，电子式为··C··，故C错误；D．氮为7号元素，原子核外电子排布的轨道表示式为，故D正确；故选C。
8．具有下列电子层结构的原子和离子，其对应元素一定属于同一周期的是( A )
A．两原子N层上都有1个s电子，一个原子有d电子，另一个原子无d电子
B．最外层电子排布为2s22p6的原子和最外层电子排布为2s22p6的离子
C．原子核外M层上的s、p能级都充满电子，而d能级上没有电子的两种原子
D．两原子核外全部都是s电子
解析：A、原子N层上都有1个s电子，原子无d电子为K原子，原子有d电子为1s22s22p63s23p63d54s1，是Cr原子，1s22s22p63s23p63d104s1，是Cu原子，都处于第四周期，正确；B、最外层电子排布为2s22p6的原子为氖原子，最外层电子排布为2s22p6的离子可能是阴离子也可能是阳离子如O2－、Na＋等，错误；C、原子核外M层上的s、p轨道都充满电子，而d轨道上没有电子，符合条件的原子的核外电子排布式有1s22s22p63s23p6为氩原子，1s22s22p63s23p64s1为钾原子，1s22s22p63s23p64s2为钙原子，不一定处于同一周期，错误；D、两原子的核外全部都是s电子，原子具有1s能级或具有1s、2s能级，不处于同一周期，如氢原子与锂原子，错误。
二、非选择题
9．有几种元素的粒子核外电子排布式均为1s22s22p63s23p6，其中：
(1)某电中性微粒一般不和其他元素的原子反应，这种微粒的符号是__Ar____；
(2)某微粒的盐溶液能使溴水褪色，并出现浑浊，这种微粒的符号是__S2－____；
(3)某微粒氧化性很弱，但得到电子后还原性很强，且这种原子有一个单电子，这种微粒的符号是__K＋____；
(4)某微粒还原性虽弱，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，这种微粒的符号是__Cl－____。
解析：符合上述核外电子排布式的电中性微粒，很难发生化学反应的应为稀有气体Ar；使溴水褪色，应为还原性较强的S2－，发生如下反应S2－＋Br2===S↓＋2Br－；氧化性很弱，得电子后还原性很强，应为K＋；得一个电子即达稳定结构，故该微粒应为Cl－。
10．现有aA、bB、cC、dD、eE五种短周期元素，A、B、C、D都是生命体不可缺少的重要元素。已知它们的原子序数有如下关系：a＋b＝c，a＋c＝d，b＋c＝e，B、D都有同素异形体。人类已知的化合物中，有一类化合物的种类已超过三千万，这类化合物中一般都含有A、B两种元素。E是一种生活中常用的金属。根据以上信息，回答下列有关问题：
(1)写出下列元素的元素名称：B__碳____，E__铝____。
(2)写出E元素原子的电子排布式：__1s22s22p63s23p1____。
(3)写出由上述五种元素中的四种元素组成的离子化合物的化学式(写出两种即可)__NH4HCO3____、__(NH4)2CO3____。
(4)E用于焊接钢轨时的化学方程式为__2Al＋Fe2O32Fe＋Al2O3或8Al＋3Fe3O49Fe＋4Al2O3____。
(5)A单质与C单质的化合反应是化学工业中的一个重要的反应，写出该反应的化学方程式：__N2＋3H22NH3____。
解析：短周期元素中有同素异形体的元素一般是C、O、P，超过三千万的物质是有机物，一般含C、H两元素。E是一种生活中常用的金属，应是铝。所以A是氢，B是碳，C是氮，D是氧，E是铝。
第2课时 能量最低原理 泡利原理 洪特规则
霓虹灯为什么能够发出五颜六色的光
霓虹灯之所以能够发出五颜六色的光，其原因与氢原子光谱形成的原因基本相同。对霓虹灯而言，灯管中装载的气体不同，在高电压的激发下发出的光的颜色就不同。例如，氖灯的灯管中充入的气体是氖气，通电后在电场作用下，放电管里的氖原子中的电子吸收能量后跃迁到能量较高的轨道，但处在能量较高轨道上的电子会很快地以光的形式辐射能量而跃迁回能量较低的轨道，所发出的光的波长恰好位于可见光区域中的红色波段，所以我们看到的是红色光。类似地，在通电后氩气发蓝色光，氦气发粉红色光，水银蒸气发蓝色光，等等。
一、基态与激发态、光谱
1．能量最低原理
现代物质结构理论证实，原子中的电子排布遵循__构造原理____能使整个原子的能量处于__最低____状态，简称能量最低原理。
2．基态原子与激发态原子
3．光谱与光谱分析
(1)原子光谱：不同元素的原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的电子__吸收____光谱或__发射____光谱，总称原子光谱。
(2)光谱分析：现代化学中，常利用原子光谱上的__特征谱线____来鉴定元素，称为光谱分析。
二、电子云与原子轨道
1．电子云
(1)概念：电子云是处于一定空间运动状态的电子在原子核外空间的__概率密度____分布的形象化描述。小黑点越密，表示概率密度__越大____。由于核外电子的概率密度分布看起来像一片云雾，因而被形象地称为__电子云____。
(2)电子云的形状：
s电子云呈__球____形
p电子云呈__哑铃____形
2．原子轨道
(1)原子轨道：通常把电子云轮廓图中电子出现的概率约为__90%____的空间圈出来，这种电子云轮廓图称为原子轨道。每一个原子轨道表示电子在原子核外的__一个____空间运动状态。
(2)能级与原子轨道数目关系
能级符号
ns
np
nd
nf
轨道数目
__1____
____3____
____5____
____7____
三、核外电子排布
1．泡利原理
在一个原子轨道里最多只能容纳__2____个电子，而且自旋状态__相反____，用__“↑↓”____表示。
2．洪特规则：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____。
如氮原子、氟原子的电子排布图：
3．电子排布图：用方框表示原子轨道，用不同方向的箭头表示自旋状态不同的电子的式子。
如氧原子的电子排布图是______。
1．思考辨析：
(1)在原子中第n能层电子占有的轨道数最多为n2。( √ )
(2)同一原子中的npx与npy轨道形状相同，半径相同且在空间相互垂直。( √ )
(3)电子云图中的小黑点密度的大小表示电子的多少。( × )
(4)违背了泡利原理。( × )
(5) 假日烟火、焰色反应均与电子的跃迁有关。( √ )
2．下列有关电子云的叙述中，正确的是( A )
A．电子云形象地表示了电子在核外某处单位体积内出现的概率
B．电子云直观地表示了核外电子的数目
C．1s电子云界面图是一个球面，表示在这个球面以外，电子出现的概率为零
D．电子云是电子绕核运动形成了一团带负电荷的云雾
解析：为了形象地表示电子在原子核外空间的分布状况，人们常用小黑点的疏密程度来表示电子在原子核外出现概率的大小：点密集的地方，表示电子出现的概率大；点稀疏的地方，表示电子出现的概率小，这就是电子云。1s电子云界面以外，电子出现的概率不为零，只是出现的概率很小。
3．(2018·福建华安模拟)若15P原子的电子排布式写成1s22s22p63s23p3p，它违背了( B )
A．能量守恒原理 B．洪特规则
C．能量最低原理 D．泡利不相容原理
解析：P原子3p能级上有3个轨道，3p能级上有3个电子，3个电子应该排在3个不同的轨道上，且自旋方向相同，若将P原子的电子排布式写成1s22s22p63s23p3p，它违背了洪特规则，故选B。
4．下面关于硅原子的核外电子排布表示式中，错误的是( C )
A．1s22s22p63s23p2 B．[Ne]3s23p2
C．[Ne] D．[Ne]
解析：A和B两项都是电子排布式，C和D两项都是电子排布图，其中C项违背了洪特规则。
5．下列原子的电子跃迁能释放光能形成发射光谱的是( B )
A．1s22s22p63s2―→1s22s22p63p2
B．1s22s22p33s1―→1s22s22p4
C．1s22s2―→1s22s12p1
D．1s22s22p1x―→1s22s22p
解析：A项，吸收光能，形成吸收光谱；B项，由激发态→基态，释放光能，形成发射光谱；C项，形成吸收光谱；D项，2px与2py能量相同，不属于电子跃迁。
6．在1s、2px、2py、2pz轨道中，具有球对称性的是( A )
A．1s B．2px
C．2py D．2pz
解析：1s轨道和2p轨道的图像分别为：
由图像可看出，呈球对称性的为1s原子轨道。
知识点一 核外电子排布遵循的规律
1．能量最低原理：原子核外电子总是优先占有能量低的轨道，然后依次进入能量高的轨道，这样使整个原子处于能量最低的状态。
这个原则是比较抽象的，如果我们打个这样的比方就可以理解了，也易于记忆了。把地球比作原子核，把能力高的大雁、老鹰等鸟比作能量高的电子，把能力低的麻雀、小燕子等鸟比作能量低的电子。能力高的鸟常在离地面较高的天空飞翔，能力低的鸟常在离地面很低的地方活动。
2．泡利原理：每个原子轨道上最多只能容纳两个自旋状态相反的电子。如2s轨道上的电子排布为，不能表示为。
比如氦原子有两个电子，按能量最低原则，这两个电子都应当排布在1s原子轨道上。显然，这两个电子在1s轨道上的分布可能是下列两种状态之一：↑↑(自旋相同)或↑↓(自旋相反)。泡利通过总结诸多光谱实验事实确定，基态氦原子的电子排布是↑↓，这就是电子在原子轨道上排布要遵循的原则——泡利不相容原理。
3．洪特规则：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，这样整个原子的能量最低。
比如C：最外层的p能级上有三个轨道
写出基态C原子的最外层p能级上两个电子的可能排布：
p有3个轨道，而碳原子2p能层上只有两个电子，电子应优先分占，而不是挤入一个轨道，C原子最外层p能级上两个电子的排布应如①所示，这就是洪特规则。
提示：为什么某些原子核外电子排布违背构造原理？
根据构造原理，在书写少数元素如Cu、Ag、Au、Cr等基态原子的电子排布式时会有1个电子的偏差。如Cr：1s22s22p63s23p63d54s1(非3d44s2)，Cu：1s22s22p63s23p63d104s1(非3d94s2)。对于这一现象，洪特通过分析光谱实验的结果指出：能量相同的原子轨道在全充满(如s2、p6和d10等)、半充满(如s1、p3和d5等)以及全空(如s0、p0和d0等)状态时体系的能量较低，原子较稳定。如Cr：半充满时比有空轨道时要稳定，出现该种情况的元素一般位于过渡元素区。还需要补充说明的是电子排布的构造原理是概括了大量实验事实后提出的一般结论。因此，绝大多数原子的核外电子排布与原理一致。但有些过渡元素会出现特殊情况，构造原理还有待于进一步发展完善。
典例1 下列原子或离子的电子排布的表示方法中，正确的是__①⑤⑥____，违反了能量最低原理的是__②____，违反洪特规则的是__③④⑦____。
①Ca2＋：1s22s22p63s23p6
②F－：1s22s23p6
④Cr∶1s22s22p63s23p63d44s2
⑤Fe∶1s22s22p63s23p63d64s2
⑥Mg2＋：1s22s22p6
解析：根据核外电子排布规律②中错误在于电子排完2s轨道后应排2p轨道而不是3p轨道，正确的应为1s22s22p6；③中没有遵循洪特规则——电子在能量相同的轨道上排布时，应尽可能分占不同的轨道并且自旋状态相同，价电子排布应为：；④中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，正确的应为：1s22s22p63s23p63d54s1。⑤和⑥正确，⑦违反洪特规则，正确的应为。
点评：在书写基态原子的电子排布图时，常出现以下几种错误：
① (违反泡利原理) ② (违反洪特规则)
③ (违反洪特规则)
〔变式训练1〕 在2p能级上最多只能排布6个电子，其依据的规律是( B )
A．能量最低原理
B．泡利原理
C．洪特规则
D．能量最低原理和泡利原理
解析：A中能量最低原理主要是电子排布先后顺序，洪特规则指的是排布相同能级电子时尽量占据不同轨道，且自旋方向相同。只有B选项泡利原理说明一个轨道上最多容纳2个电子且自旋方向相反，2p能级有3个轨道，故最多可容纳6个电子。
知识点二 描述核外电子排布的化学用语
1．电子排布式
(1)定义：用核外电子分布的原子轨道(能级)及各原子轨道(能级)上的电子数来表示电子排布的式子。如1s22s22p4、1s22s22p63s23p63d64s2分别是O、Fe原子的电子排布式。
以铝原子为例，电子排布式中各符号、数字的意义为：
(2)简化的电子排布式
电子排布式中的内层电子排布可用相应的稀有气体的元素符号加方括号来表示，以简化电子排布式。以稀有气体的元素符号外加方括号表示的部分称为“原子实”。如钙的电子排布式为1s22s22p63s23p64s2，其简化的电子排布式可以表示为[Ar]4s2。
(3)外围电子排布式
在原子的核外电子排布式中，省去“原子实”后剩下的部分称为外围电子排布式，也叫价电子排布。如氯、铜原子的电子排布式分别为1s22s22p63s23p5、1s22s22p63s23p63d104s1，用“原子实”的形式分别表示为[Ne]3s23p5、[Ar]3d104s1，其外围电子排布式分别为3s23p5、3d104s1。
提示：①虽然电子排布是遵循构造原理的，但书写时应按照电子层的顺序排列。如铁原子的电子排布式是1s22s22p63s23p63d64s2，而不宜写作1s22s22p63s23p64s23d6。
②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。
③元素周期表中呈现的电子排布是各元素原子的外围电子排布。
2．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：
在电子排布图中也可以用圆圈表示一个原子轨道，如Na：。
电子排布式和电子排布图反映的是基态原子即处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。
3．原子结构示意图
原子结构示意图是表示原子的核电荷数和核外电子在原子核外各电子层排布的图示。
4．电子式
在化学反应中，一般是原子的最外层电子数目发生变化。为了简便起见，化学中常在元素符号周围用小黑点“·”或小叉“×”来表示元素原子的最外层电子，相应的式子叫做电子式。如钠原子的电子式为·Na(或×Na)。
典例2 A、B、C、D是四种短周期元素，E是过渡元素。A、B、C同周期，C、D同主族，A的原子结构示意图为，B是同周期除稀有气体外半径最大的元素，C的最外层有三个未成对电子，E的外围电子排布式为3d64s2。回答下列问题：
(1)A为__Si____(写出元素符号，下同)，电子排布式是__1s22s22p63s23p2____。
(2)B为__Na____，简化电子排布式是__[Ne]3s1____。
(3)C为__P____，价电子排布式是__3s23p3____。
(4)D为__N____，电子排布图是______。
(5)E为__Fe____，原子结构示意图是______。
解析：由题意可知，A为Si，B为Na，C为P，则D为N，E为Fe。这五种元素电子排布式分别为A．1s22s22p63s23p2，B：1s22s22p63s1，C．1s22s22p63s23p3，D．1s22s22p3，E.1s22s22p63s23p63d64s2。由电子排布式可写出答案。
〔变式训练2〕 M、R、X、Y为原子序数依次增大的短周期主族元素，Z是一种过渡元素。M基态原子L层中p轨道电子数是s轨道电子数的2倍，R是同周期元素中最活泼的金属元素，X和M形成的一种化合物是引起酸雨的主要大气污染物，Z的基态原子4s和3d轨道半充满。请回答下列问题：
(1)写出M、R的价电子排布式：M__2s22p4____、R__3s1____。
(2)写出X、Y的价电子排布图：X______、Y______。
(3)写出Z的核外电子排布式__[Ar]3d54s1____，Z的核外未成对电子数为__6____。
解析： 根据题目给出的M、R和X的信息确定，M是氧元素，R是钠元素，X是硫元素。根据M、R、X、Y为原子序数依次增大的短周期主族元素确定Y是氯元素。根据Z的基态原子4s和3d轨道半充满，则Z元素原子的核外有24个电子，它是铬元素。
〔名师培优〕
易混概念的比较
1．电子层、次外层、最外层、最内层、内层
在推断题中经常出现与层数有关的概念，理解这些概念是正确做推断题的关键。为了研究方便，人们形象地把原子核外电子的运动看成分层运动，在原子结构示意图中，按能量高低将核外电子分为不同的能层，并用符号K、L、M、N、O、P、Q……表示相应的层，统称为电子层。一个原子在基态时，电子所占据的电子层数等于该元素在周期表中所处的周期数。倒数第一层，称为最外层；从外向内，倒数第二层称为次外层；最内层就是第一层(K层)；内层是除最外层外剩下电子层的统称。以基态铁原子结构示意图为例：铁原子共有4个电子层，最外层(N层)只有2个电子，次外层(M层)共有14个电子，最内层(K层)有2个电子，内层共有24个电子。
2．基态、激发态
处于最低能量的原子叫基态原子。基态原子的核外电子排布遵循泡利原理、洪特规则、能量最低原理。当基态原子吸收能量后，电子会跃迁到较高能级，变成激发态原子。
3．价电子、最外层电子、外围电子
价电子指原子参加化学反应时形成化合价的电子；最外层电子指能量最高的电子层上的电子，对于主族元素，最外层电子数等于价电子数；对于副族元素，部分能量高的次外层电子参与成键，即次外层部分电子与最外层电子统称为外围电子，即价电子。例如，铝原子的简化电子排布式为[Ne]3s23p1，最外层电子数和价电子数都是3。
4．能层、能级、轨道
电子层即为能层，同一能层中按能量高低分为不同的能级(如s、p、d……)，同一能级中若有多个轨道，其能量相同。例如，镍(Ni)原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d84s2，其中1、2、3、4称为能层，2s、2p表明第2能层上有2个能级，即镍原子核外电子排布有4个能层，7个能级(1s、2s、2p、3s、3p、3d、4s)。轨道：s、p、d、f所含轨道数分别为1、3、5、7，如1s、2s、3s、4s能级的能量不同，但是轨道数相同。电子进入能级的顺序是(按能量高低排序)1s、2s、2p、3s、3p、4s、3d、4p、5s、4d、5p、6s、4f、5d、6p、7s、5f、6d……
〔即时训练〕
1．若某基态原子的价电子排布为4d15s2，则下列说法正确的是( B )
A．该元素基态原子中共有3个电子
B．该元素原子核外有5个电子层
C．该元素原子最外层共有3个电子
D．该元素原子M能层共有8个电子
解析：根据核外电子排布规律，该元素基态原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p64d15s2。由此可见：该元素原子中共有39个电子，分5个电子层，其中M能层上有18个电子，最外层上有2个电子。
点评：电子排布式的书写和正误判断
(1)注意每一个能级电子分布，特别注意当电子数不能够填满所有原子轨道时，注意分布形式；(2)基态原子和激发态原子电子排布的不同。即抓住每一个能级的每一个原子轨道最多填充两个自旋状态相反的电子，而对于同一能级电子应该尽量分布于不同原子轨道。
2．下列微粒的核外电子的表示方法中正确的是( A )
A．C原子的轨道表示式
B．P原子价电子轨道表示式
C．Cr原子的价电子排布式3d44s1
D．Fe2＋电子排布式1s22s22p63s23p63d64s2
解析：A项表示碳原子的轨道表示式，正确；B项不符合洪特规则；C项，正确的Cr原子的价电子排布式为3d54s1；Fe2＋是铁原子失去最外层2个电子形成的，其电子排布式是1s22s22p63s23p63d6。
玻尔与爱因斯坦的争论
玻尔的原子结构模型是成功和缺陷并存。对这一点，玻尔自己也有清醒的认识。在1922年获得诺贝尔物理学奖时，他还在颁奖仪式上谦逊而坦率地指出：“原子理论还处于非常初级的阶段，还有很多根本性的问题尚待解决。”正是基于其惯有的明智和对科学的追求，玻尔于1921年在哥本哈根大学建立了理论物理研究所。这个研究所吸引了众多优秀科学家如海森伯、泡利、狄拉克等前来进行工作，并且很快成为至今仍被人们赞颂的、以玻尔为首的“哥本哈根学派”。
哥本哈根学派提出了粒子波的统计解释、测不准原理和互补原理。这个学派所建立的量子世界的突出特点是将连续轨迹代之以不连续的量子跃迁，以概率决定论取代严格决定论，突现量子现象的整体性以及伴随而来的主客体分界的模糊性。但由此也引起了许多争论。其中，发生在爱因斯坦与玻尔之间的关于量子力学是否完备的争论被誉为“物理学史上的伟大论战”之一。直到1955年爱因斯坦去世时他依然相信，科学就在于发现隐藏在自然界背后的确定的规律，因此，只给出统计规律的量子力学肯定是不完备的。他甚至谈到：我不相信上帝是在掷骰子。在与玻尔长期友好的交往中，爱因斯坦构建了许多具有极高天赋的思想实验，力图证实量子理论的不完备性，但几乎每次玻尔都设法找到了一个有说服力的恰当解释。这一论战，极大地推动了量子力学的发展。直到现在，关于量子理论的论战还未结束，但还没有一个更完备的理论能够解释量子力学已经解释了的那些现象。
1．关于电子云的叙述正确的是( D )
①电子云是用小黑点的疏密程度来表示电子在空间出现概率大小的图形 ②电子云实际是电子运动形成的类似云一样的图形 ③小黑点密集的地方电子在那里出现概率大 ④轨道不同，电子云的形状也不一样 ⑤s轨道空间分布的图形为“哑铃形” ⑥电子云表示电子运动的轨迹 ⑦黑点的多少表示电子个数的多少 ⑧处于1s轨道上的电子在空间出现的概率分布呈球形对称 ⑨因为p轨道是“8”字形的，所以p电子走“8”字形 ⑩电子云的伸展方向与能量是无关的
A．①③⑦ B．④⑤⑧⑨⑩
C．②⑥⑩ D．①③⑧⑩
解析：电子云是处于一定空间运动状态(即原子轨道)的电子在原子核外空间的概率分布的形象化描述，所以①③正确，②⑥⑦错误；s、p轨道的电子云分别为球形和哑铃形，④⑤⑨错误而⑧正确；电子云伸展方向不同的3个p轨道、5个d轨道、7个f轨道的能量是彼此相同，⑩正确。
2．对充有氖气的霓虹灯管通电，灯管发出红色光。产生这一现象的主要原因是( A )
A．电子由激发态向基态跃迁时以光的形式释放能量
B．电子由基态向激发态跃迁时吸收除红光以外的光线
C．氖原子获得电子后转变成发出红光的物质
D．在电流的作用下，氖原子与构成灯管的物质发生反应
解析：霓虹灯之所以能发光，是因为电子吸收能量后跃迁到能量较高的轨道，能量较高轨道上的电子会很快以光的形式辐射能量而跃迁回能量较低的轨道。
3．下列说法正确的是( C )
A．不同的原子轨道形状一定不相同
B．p轨道呈哑铃形，因此p轨道上的电子运动轨迹呈哑铃形
C．2p能级有3个p轨道
D．氢原子的电子运动轨迹呈球形
解析：不同能级的原子轨道形状可以相同，如1s、2s能级的原子轨道都是球形，只是半径不同，A错。现在的技术无法测定电子在原子核外的运动轨迹，原子轨道只是体现电子的运动状态，B、D错。任何能层的p能级都有3个p轨道，C正确。
4．下列电子排布是铜原子核外电子排列情况的是( C )
A．1s22s22p63s23p64s2 B．1s22s22p63s23p64s1
C．1s22s22p63s23p63d104s1 D．1s22s22p63s23p63d94s2
解析：根据洪特规则可知，能量相同的原子轨道在全充满、半满时，体系能量较低，原子较稳定。
5．在d轨道中电子排布成 ，而不排布成 ，其直接的根据是( D )
A．能量最低原理 B．泡利原理
C．原子轨道能级图 D．洪特规则
解析：本题考查学生对核外电子排布图的理解。当多电子排布在相同能级时分别占据不同的原子轨道且自旋状态相同为洪特规则。
6．已知元素X、Y的原子最外层分别有n个和(m－5)个电子，次外层分别有(n＋2)个和m个电子，据此推断：
(1)元素X和Y分别是__S____和__Al____(填元素符号)；其电子排布式分别为__1s22s22p63s23p4____和__1s22s22p63s23p1____；其价电子的电子排布图分别为__ ____和______。
(2)X、Y元素原子中的电子分别占据的轨道数为__9____、__7____。
(3)X、Y元素原子中未成对电子数分别为__2____、__1____。
(4)X、Y元素原子中电子的运动状态分别为__16____种、__13____种。
解析：由题意知X、Y的结构示意图分别为，，即X为S，Y为Al。
基 础 巩 固
一、选择题
1．下列图象中所发生的现象与电子的跃迁无关的是( D )
解析：平面镜成像是光线反射的结果，与电子跃迁无关，霓虹灯广告、燃烧蜡烛、节日里燃放的焰火是原子的发射光谱，与原子核外电子发生跃迁有关，故选D。
2．下列原子的电子排布图中，符合洪特规则的是( C )
解析：A．该电子排布图违反洪特规则，故A错误；
B．该电子排布图违反泡利不相容原理，故B错误；
C．该电子排布图符合洪特规则，故C正确；
D．该电子排布图违反能量最低原理，故D错误；故选C。
3．描述硅原子核外电子运动说法错误的是( D )
A．有4种不同的伸展方向
B．有14种不同运动状态的电子
C．有5种不同能量的电子
D．有5种不同的运动范围
解析：A．硅原子为14号元素，电子排布式1s22s22p63s23p2，共2种轨道，S轨道为球形只有1种伸展方向，p轨道有3种伸展方向，则有4种不同的伸展方向，故A正确；
B．硅原子为14号元素，则核外有14种不同运动状态的电子，故B正确；
C．硅原子为14号元素，电子排布式1s22s22p63s23p2，所以有5种不同能量的电子，故C正确；
D．硅原子为14号元素，电子排布式1s22s22p63s23p2，则核外有3个电子层，所以有3种不同的运动范围，故D错误。故选D。
4．下列有关化学用语中不能体现氮原子核外电子能量有差异的是( A )
A．··
C． D．1s22s22p3
解析：电子式不能体现出核外电子的能量差异。
5．符号3px所代表的含义是( D )
A．px轨道上有3个电子
B．第三个电子层px轨道有3个伸展方向
C．px电子云有3个伸展方向
D．第三个电子层沿x轴方向伸展的p轨道
解析：3px中，3表示第三电子层，p原子轨道在三维空间的分布分别沿x、y、z三个方向，px表示沿x轴方向伸展的p轨道。
6．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( D )
A．He B．
C．1s2
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项具体到各能级的电子数；而D项包含了能层、能级以及轨道内电子的自旋状态，故选项D符合题意。
7．下列关于价电子排布为3s23p4的原子描述正确的是( B )
A．它的元素符号为O
B．它的核外电子排布式为1s22s22p63s23p4
C．可以与H2化合生成液态化合物
D．其电子排布图为
解析：A．价电子排布为3s23p4的粒子，其基态原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p4，其核外电子数为16，为S元素，故A错误；
B．价电子排布为3s23p4的粒子，其基态原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p4，故B正确；
C．一定条件下，它可与H2生成气态化合物H2S，故C错误；
D．S原子核外电子排布遵循能量最低原理、泡利不相容原理、洪特规则，其轨道表示式为，故D错误；故选B。
8．(2018·福建华安模拟)下列说法正确的是( B )
A．原子核外电子排布式为1s2的原子与原子核外电子排布式为1s22s2的原子化学性质相似
B．Zn2＋的最外层电子排布式为3s23p63d10
C．基态铜原子的外围电子排布图：
D．基态碳原子的最外层电子排布图：
解析：A．原子核外电子排布式为1s2的元素为He，原子核外电子排布式为1s22s2的元素为Be，He性质稳定，Be较活泼，性质不同，故A错误；B．Zn的原子序数为30，电子排布为[Ar]3d104s2，失去2个电子变为锌离子，Zn2＋的最外层排布式为：3s23p63d10，故B正确；C．Cu的原子序数为29，价电子排布为3d104s1，基态铜原子的价电子排布图为，故C错误，D，C的原子序数为6，价电子排布为2s22p2，基态碳原子的价电子排布图为，故D错误；故选B。
9．气态中性基态原子的原子核外电子排布发生如下变化，吸收能量最多的是( B )
A．1s22s22p63s23p2→1s22s22p63s23p1
B．1s22s22p63s23p3→1s22s22p63s23p2
C．1s22s22p63s23p4→1s22s22p63s23p3
D．1s22s22p63s23p63d104s24p2→1s22s22p63s23p63d104s24p1
解析：原子轨道在全空、全充满和半充满时能量较低，B项中3p上有3个电子，属于半充满，能量低，很稳定，若要变成激发态，需要的能量最多。
二、非选择题
10．五种元素的原子电子层结构如下：
A．1s22s22p63s23p63d54s1； B．1s22s22p63s2；
C．1s22s22p6； D．1s22s22p63s23p；E.[Ar]4s1。
试回答：
(1)哪个式子是错误的__D____，它违背了__洪特规则____。
(2)哪个式子表示稀有气体原子__C____。
(3)A的元素符号是__Cr____，写出其价电子排布的轨道表示式______。
(4)B和E的金属性强弱关系为__K>Mg____(用元素符号表示)，可以说明这一事实的依据是(写出2点)__K与冷水剧烈反应而Mg与热水才反应，KOH(强碱)的碱性比Mg(OH)2(中强碱)强____。
解析：由核外电子排布原理和原子的电子排布式可知A～C元素分别为Cr、Mg、Ne，D应为硅元素，但所写电子排布式违背了洪特规则，应为1s22s22p63s23p2(或3pp、3p3p、3p3p)，E为钾元素。
11．根据核外电子的排布特点推断元素
(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__N____；其价层电子排布图为______。
(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__Cl____，C离子的结构示意图为______。
(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__Fe____，其基态原子的电子排布式为__1s22s22p63s23p63d64s2或[Ar]3d64s2____，其原子的结构示意图为______。
(4)E元素基态原子的M层全充满，N层没有成对电子且只有一个未成对电子，E的元素符号为__Cu____，其基态原子的电子排布式为__[Ar]3d104s1____。
(5)F元素的原子最外层电子排布式为nsnnPn＋2，则n＝__2____；原子中能量最高的是__2p____电子，核外电子排布图为______。
解析：(1)A元素基态原子的电子排布图由题意可写成：，则该元素核外有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Cl，C为19号元素K。
(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)E元素的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s1故E为Cu。
(5)F最外层电子排布式为2s22p4。
能 力 提 升
一、选择题
1．下列说法中正确的是( C )
A．电子云通常是用小黑点来表示电子的多少
B．能量高的电子在离核近的区域运动，能量低的电子在离核远的区域运动
C．处于最低能量的原子叫基态原子
D．电子仅在激发态跃迁到基态时才会产生原子光谱
解析：A、氢原子的电子云图中的小黑点表示电子在核外空间出现机会的多少，而不表示具体的电子、电子的个数，故A错误；
B、距核越近，电子的能量越低，则能量高的电子在离核远的区域运动，能量低的电子在离核近的区域运动，故B错误；
C、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，处于最低能量的原子叫基态原子，故C正确；
D、原子光谱有两种：吸收光谱和发射光谱，电子在激发态跃迁到基态时会产生原子光谱属于发射光谱，故D错误；故选C。
2．(2018·新疆呼图壁初考)“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( B )
A．构造原理 B．泡利原理
C．洪特规则 D．能量最低原理
解析：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泡利原理，故选B。
3．某原子核外共有6个电子，分布在K与L电子层上，其基态原子在L层分布中正确的是( D )
解析：K层容纳2个电子，所以L层容纳4个电子，L层有2s、2p能级，2p能级能量较高，2s能级有1个轨道，容纳2个电子，剩余2个电子填充2p能级，2p能级有3个轨道，电子优先单独占有1个轨道，且自旋方向相同，基态原子在L层分布图为。故选：D。
4．下列各组原子中，彼此化学性质一定相似的是( C )
A．原子核外L能层的未成对电子数与M能层的未成对电子数相等的原子
B．原子核外M层上仅有两个电子的X原子与原子核外N层上仅有两个电子的Y原子
C．2p能级只有1个空轨道的X原子和3p能级只有1个空轨道的Y原子
D．最外层都只有一个电子的X、Y原子
解析：L层(M层)只有1个未成对电子的可能是Li或F(Na或Cl)，L层(M层)有2个未成对电子的可能是C或O(Si或S)，A项错；B项中X为Mg，Y可能为Ca、Sc、Ti、V、Mn、Fe、Co、Ni、Zn等；C项为C()和Si()。
5．下列有关核外电子排布的式子不正确的是( D )
A．24Cr的电子排布式：1s22s22p63s23p63d54s1
B．K的简化电子排布式：[Ar]4s1
C．N原子的电子排布图：
D．S原子的电子排布图：
解析：S的电子排布图违反了洪特规则，正确的应是。
6．下列说法中正确的是( C )
A．同一原子中，1s、2s、3s电子的能量逐渐减小
B．3p2表示3p能级有两个轨道
C．处于最低能量状态的原子叫做基态原子
D．同一原子中，2p、3p、4p能级的轨道数依次增多
解析：同一能级的电子，随着能层的增加电子能量增加，所以同一原子中，1s、2s、3s电子的能量逐渐增大，A错误；3p2表示3p能级上有2个电子。B错误；处于最低能量状态的原子叫做基态原子，C正确；同一原子中，2p、3p、4p能级的轨道数相同，D错误。
7．电子由3d能级跃迁至4p能级时，可通过光谱仪直接摄取( B )
A．电子的运动轨迹图象 B．原子的吸收光谱
C．电子体积大小的图象 D．原子的发射光谱
解析：由于E3d＜E4p，电子由3d能级跃迁至4p能级时，需吸收能量，故光谱仪摄取的是吸收光谱，由于电子在原子核外作无规则运动，不能直接摄取运动轨迹，电子太小，不能摄取电子体积的大小，故选B。
8．下列各组表述中，两个微粒不属于同种元素原子的是( C )
A．3p能级有一个空轨道的基态原子和核外电子的排布式为1s22s22p63s23p2的原子
B．2p能级无空轨道且有一个未成对电子的基态原子和原子的最外层电子排布式为2s22p5的原子
C．M层全充满而N层为4s2的原子和核外电子排布式为1s22s22p63s23p64s2的原子
D．最外层电子数是核外电子总数的1/5的原子和最外层电子排布式为4s24p5的原子
解析：A中，3p能级有一个空轨道，根据洪特规则只能，又根据能量最低原理，能量低于3p能级的轨道均已充满，即其电子排布式为1s22s22p63s23p2，两者为同种元素；B中，2p能级有一个未成对电子但无空轨道，即为，其电子排布式为1s22s22p5，两者也为同种元素；C中，M层有s、p、d三个能级，全充满且N层为4s2，应为3s23p63d104s2，与3s23p64s2非同种元素；D中，最外层电子排布式为4s24p5，其电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p5，最外层电子数为7，核外电子总数为35，故两者也为同种元素。
二、非选择题
9．推导下列元素，回答有关问题：
(1)具有1个4p电子的元素为__镓____(写元素名称，下同)，简化电子排布式为__[Ar]3d104s24p1____。
(2)N层只有1个电子的主族元素是__钾____，其氯化物的焰色反应呈__(浅)紫____色，其原子核外有__19____种不同运动状态的电子。
(3)3d能级全充满，4s能级只有1个电子的元素为__铜____，原子序数为__29____。
(4)离子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__2____和__5____。
(5)原子序数小于36的元素X和Y，在周期表中既处于同一周期又位于同一族，且Y的原子序数比X大2，则Y的基态原子的价电子排布式是__3d84s2____，X在参与化学反应时，1个原子失去的电子数为__2个或3个____。
解析：既处于同一周期又位于同一族的元素在第Ⅷ族。则X和Y分别为Fe和Ni。
10．(1)基态Ge原子的核外电子排布式为[Ar]__3d104s24p2____，有__2____个未成对电子。
(2)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__电子云____形象化描述。在基态14C原子中，核外存在__2____对自旋相反的电子。
(3)基态Fe原子有__4____个未成对电子。Fe3＋的电子排布式为__[Ar]3d5或1s22s22p63s23p63d5____。
(4)基态Si原子中，电子占据的最高能层符号为__M____，该能层具有的原子轨道数为__9____、电子数为__4____。
(5)Se原子序数为__34____，其核外M层电子的排布式为__3s23p63d10____。
(6)Zn2＋基态核外电子排布式为__[Ar]3d10_或1s22s22p63s23p63d10____。
(7)钒在元素周期表中的位置为__第四周期ⅤB族____，其价层电子排布图为______。
(8)Mg原子核外电子排布式为__1s22s22p63s2____；Ca原子最外层电子的能量__高于____Mg原子最外层电子的能量(选填“低于”、“高于”或“等于”)。
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