原子核外电子排布规则

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1～36号元素来说，应重点掌握和记忆“1s →2s →2p →3s →3p →4s →3d →4p ”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1s 22s 22p 2x 2p 2y 2p 1z ，由于各原子轨道中的电子自旋方向相反，所以9个电子的
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⎩⎪⎨⎪
⎧
全充满：p 6、d 10、f 14全空：p 0、d 0、f 0
半充满：p 3、d 5、f 7
如24Cr 的电子排布式为1s 22s 22p 63s 23p 63d 54s 1，为半充满状态，易错写为1s 22s 22p 63s 23p 63d 44s 2。

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1s22s22p63s23p2x3p1y，它违背了()
A．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，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：
①违反泡利原理：
②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()
A．Ca2＋：1s22s22p63s23p6
B．F－：1s22s23p6
C．P：最外层电子排布图为
D．Cr：1s22s22p63s23p63d44s2
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：
①16S：1s22s22p63s23p4；
②20Ca：1s22s22p63s23p64s2；
③26Fe：1s22s22p63s23p63d64s2；
④29Cu：1s22s22p63s23p63d104s1。

(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
①[Ne]3s23p4；②[Ar]4s2；③[Ar]3d64s2；④[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①3s23p4；②4s2；③3d64s2；
④3d104s1。

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：
①O：；
②Na：。

(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：
①K：；②Fe：；
③Mg2＋：；④Cl－：。

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()
A．24Cr的电子排布式：1s22s22p63s23p63d54s1
B．K的简化电子排布式：[Ar]4s1
C．N原子的电子排布图为
D．S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)25105＋7
1．“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.C．1s2 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。

A．1s22s2
B．1s22s23s2
C．1s22s22p63s23p1x3p1y3p1z4s1
D．1s22s22p63s23p54s1
E．1s22s22p63s23p1x3p2y3p1z
F．1s22s22p62d53s2
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3p2x3p1y3p1z 或3p1x3p1y3p2z)；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3p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________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)413(2)41s22s22p63s23p63d5(3)3d10
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[Ar]3d104s1，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[Ar]3d10，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。

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()
A．0 B．2 C．5 D．8
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()
A．Na＋1s22s22p6B．F－1s22s22p6
C．N3＋1s22s22p6D．O2－1s22s22p6
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，N3＋含有4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()
A．C的电子排布图：
B．Ca的电子排布式：1s22s22p63s23p63d2
C．N的电子排布图：
D．Br－的电子排布式：[Ar]3d104s24p6
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1s22s22p63s13p2
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15
C．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．第三能层上有4个电子
B．最高正价为＋2
C．最高正价为＋4
D．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。

9．X、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()
A．XYZ2B．X2YZ3
C．X2YZ2D．XYZ3
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。

10．A、B属于短周期中不同主族的元素，A、B原子的最外层电子中，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()
①a－4②a－5③a＋3④a＋4
A．①④B．②③C．①③D．②④
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②、③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)ⅥA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ⅥA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：__________________________________________。

(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)1s22s22p1(2)1s22s22p63s23p63d104s1
(3)343s23p63d10(4)1s22s22p63s23p63d104s24p1
(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)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)写出A的电子排布式：___________________________________________________。

a的最外层电子排布图为____________________________________________________。

答案(1)136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)2H2S＋O2===2S↓＋2H2O H2S＋Br2===S↓＋2HBr
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。

①B原子的结构示意图：____________________________________________________；
②C原子的电子排布图：____________________________________________________；
③D原子的核外电子排布式：________________________________________________；
④B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)①②
③1s 22s 22p 63s 23p 64s 1或[Ar]4s 1 ④
(2)KOH 、KClO 、KClO 3、HClO 、HClO 3(其他合理答案也可)
(3)2H 2O=====电解
2H 2↑＋O 2↑ 2K ＋2H 2O===2KOH ＋H 2↑(其他合理答案也可)
(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4s 1，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 、HClO 2、HClO 3、HClO 4；也可以是碱，如KOH ；还可以是盐，如KClO 、KClO 2、KClO 3、KClO 4。

(3)A 的单质为H 2，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。

15．A 、B 、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 22s 22p 63s 23p 63d 64s 2或[Ar]3d 64s 2
(4)Cu 1s 22s 22p 63s 23p 63d 104s 1或[Ar]3d 104s 1
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：1s22s22p63s23p63d104s1，该元素为29号元素铜。