高中化学【原子结构与元素周期表】教材精讲鲁科版

《物质结构与性质》（鲁科版）

原子结构与元素周期表教材精讲

知识点一、能级的能量次序

1、角量子数l相同的能级，其能量次序由主量子数n决定，n值越大，其能量越高。如

E ＜Ep＜E＜E。

2p34p5p

2、主量子数n相同，角量子数不同的能级，其能量随l的增大而升高，即发生“能级分

裂”现象。如E＜E＜E＜E。

4s4p4d4f

3、主量子数和角量子数同时变化时，情况较复杂。如E＜E＜E,这种现象称为“能

4s3d4p

级交错”。一般规律是ns＜(n-2)f＜(n-1)d＜np。

【温馨提示】基态原子中，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→5f→6d→7p（鲍林近

似能级图）。

例1、（原创）基态原子中，下列各组能级能量的比较中，错误的是（ ）

A、E＜EB、E＜E C、E＜E D、E＜E

3s4p 2s4s4d4p5s4d

解析：基态原子中，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→5f→6d→7p。

答案：C。

方法技巧：先比较主量子数n的大小，再比较角量子数l的大小，同时注意“能级交错”

的规律。

【变式训练1】（原创）请根据所学知识填空：已知某基态原子中3个电子的主量子数

和角量子数分别为①n＝3， l＝2②n＝3， l＝1③n＝2， l＝1，这些电子所处的能级可表示

为① ，② ，③ ，这些能级按能量由低到高的顺序为 （用序

号表示）。

知识点二、基态原子核外电子的排布原则

基态原子核外电子的排布遵循一般三个原则：能量最低原则、泡利不相容原理和洪特规则。

1、能量最低原则：通常情况下，电子总是尽先占有能量最低的轨道，只有当这些轨道占

满后，电子才依次进入能量较高的轨道，这就是构造原理。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，简称能量最低原则。

【温馨提示】能量由低到高的顺序为：

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1s→2s→2p→3s→3p→4s→3d→4p→5s→4d→5p→6s→4f→5d→6p→7s→5f→6d→7p。

2、泡利不相容原理：一个原子轨道中最多只能容纳两个电子，并且这两个电子的自旋方

向必须相反，这个原理称为泡利不相容原理。

【温馨提示】由泡利不相容原理可推得，一个原子中不会存在四个量子数完全相同的电子。

３、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

自旋方向相同，这个规则是洪特规则。

【盲点警示】这三个原则并不是孤立的，而是相互联系、相互制约的。也就是说核外电子

在原子规道上排布要同时遵循这三个原则。

例2、基态原子中，电子排布在同一能级时，总是（ ）

A．优先单独占据不同轨道，且自旋方向相同

B．优先单独占据不同轨道，且自旋方向相反

C．自由配对，优先占据同一轨道，且自旋方向相同

D．自由配对，优先占据同一轨道，且自旋方向相反

解析：根据洪特规则，可得答案为A。

答案：A。

方法技巧：围绕电子处于稳定状态，理解记忆能量最低原则、泡利不相容原理和洪特规

则这三个原则。

【变式训练2】在每个基态原子中，“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．泡利原理 C．洪特规则 D．能量最低原理

知识点三、基态原子核外电子的表示方法

基态原子核外电子排布的表示方法有电子排布式和轨道表示式。

1、电子排布式：表示出每一能级上所排布电子数目的式子称为电子排布式，其特点是

用轨道符号前的数字表示该轨道属于第几电子层，用轨道符号右上角的数字表示该轨道中的

电子数，如氮原子的电子排布式为1s2s2p。

223

2、轨道表示式：用小圆圈或者小方框表示原子轨道，表示出每一轨道上所排布电子数

目及自旋方向的式子称为轨道表示式，如氮原子的轨道表示式为或者

。

【温馨提示】电子排布式可以简化，只写出最外层的电子排布情况，最外层以外的电子

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排布省略，用中括号内表明稀有气体元素符号的形式来代替。如氮原子的电子排布式可简化

为[He] 2s2p。

23

例3、写出下列基态原子的核外电子排布式

（1） O ；

8

（2） Cl ；

17

（3） Fe ；

26

（4） Br 。

35

解析：s、p 、d、f 最多可以排布的电子数分别为2、6、10、14，根据基态原子核外电子

排布遵循的一般原则：能量最低原则、泡利不相容原理和洪特规则，按照

1s→2s→2p→3s→3p→4s→3d→4p→5s→4d→5p→6s→4f→5d→6p→7s→5f→6d→7p的顺序

来书写。

答案：(1)1s2s2p或[He] 2s2p (2) 1s2s2p3s3p或[Ne] 3s3p

224242262525

(3)1s2s2p3s3p3d4s或[Ar] 3d4s (4) 1s2s2p3s3p3d4s4p或[Ar] 3d4s4p。

2262662622262610251025

方法技巧：原子轨道能量由低到高的顺序为ns→(n-2)f→(n-1)d→np，其中n等于1时，无

p、d、f轨道；n等于2、3时，无d、f轨道；n等于4、5时，无f轨道。

【变式训练3】（原创）在遐迩闻名的风景名山庐山，有一种奇特的自然现象——佛灯或

称圣灯、神灯，即民间所说的“鬼火”，千百年来闪烁变幻，是一种罕见的自然奇观。很多研

究者认为佛灯系山中千百年来死去的动物骨骼中所含的磷元素，或含磷地层释放出来的磷元

素，在空气中自燃所造成的。写出基态磷原子中核外电子的排布式，并用轨道表示式写出核

外电子的排布情况。

知识点四、原子中核外电子排布与元素周期表结构的关系

元素周期表中周期和族的划分与原子中核外电子排布密切相关。

1、周期的划分与能级组有关：（1）一个能级组对应一个周期，周期表中的7个周期分别

对应7个能级组。（2）一个能级组所容纳的最多电子数等于一个周期所包含的元素种数，每

个周期所含元素中数恰好是最高能级组中原子轨道总数的2倍，即从第1周期到第7周期所

包含元素数目分别为2，8，8，18，18，32，第7周期为不完全周期。（3）主量子数（n）

对应周期序数。

2、族的划分与原子的价电子数目和价电子排布密切相关：（1）价电子数目相同的元素

为同族元素。（2）主族元素的价电子全都排布在最外层的ns或np轨道上。（3）主族元素所

在族的序数等于该元素原子的价电子数。

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【温馨提示】主族元素的价电子就是最外层电子。

例4、（原创）某元素原子只有1个价电子，该价电子的四个量子数为n＝4， l＝0， m

＝0， m＝+1/2。试回答：

s

（1）写出该元素原子核外电子排布式。

（2）指出该元素的原子序数，在周期表中的位置，是金属还是非金属以及最高化合价。

解析：由价电子的量子数可知，该电子为4s电子，则该原子的核外电子排布式为1s2s2p

226

3s3p4s。从而可知原子序数为19 ，处于周期表中第4周期IA族，是金属元素，最高

261

正价为＋1。

答案: （1）核外电子排布式为1s2s2p3s3p4s，（2）原子序数为19, 位于周期表中第4

226261

周期IA族，是金属元素，最高正价为＋1。

方法技巧：根据已知价电子的量子数推出价电子排布，由此即可写出核外电子排布式及

有关问题。

【变式训练4】（原创）恐龙曾是地球上的霸主，要确定恐龙突然灭绝的年代，可以利

用碳－14通过测定恐龙骨骼化石来完成。已知基态碳－14原子的核外电子排布式为

1s2s2p，则下列推断错误的是（ ）

222

A、碳－14原子的价电子排布式为2s2p B、碳元素应位于周期表中第3周期

22

C、碳元素应位于周期表中IVA族 D、碳元素的最高价为＋4价

知识点五、原子核外电子排布与原子半径的关系

1、原子半径包括三种半径：共价半径、金属半径和范德华半径（如图）。我们所说的原子半

径一般指共价半径，就是以共用电子对（共价键）结合的两个原子核之间距离的一半。

2、原子半径的周期性变化：（1）主族元素：同一周期从左到右逐渐减小，同一主族从

上而下逐渐增大；（2）过渡元素：同一周期呈波浪式变化，同一族仍是从上而下递增。

【温馨提示】比较微粒半径大小的方法：首先比较电子层数，电子层数越多，半径越大；

如果电子层数相同，则比较核电荷数，核电荷数越大，半径越小；如果电子层数和核电荷数

都相同，比较最外层电子数，最外层电子数越多，半径越大。

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例5、下列关于原子半径的周期性变化描述不严谨的是（ ）

A、元素的原子半径随元素原子序数的递增呈周期性变化

B、同周期元素随着原子序数的递增，元素的原子半径自左到右逐渐减小

C、同主族元素随着原子序数的递增，元素的原子半径自上而下逐渐增大

D、电子层数相同的主族元素的原子，核电荷数越大，原子半径越小

解析：原子半径的大小取决于电子层数、核电荷数、最外层电子数等方面，随元素原子

序数的递增呈周期性变化：主族元素原子的半径，同一周期从左到右逐渐减小，同一主族从

上而下逐渐增大；但过渡元素，同一周期呈波浪式变化。

答案:B 。

方法技巧：理解影响原子半径的因素，掌握1—36号元素原子的结构，从而熟记有关规

律。

【变式训练5】下列元素的原子半径大小顺序符合有关递变规律的是（ ）

A. Be＜B＜Na＜Mg B. B＜Be＜Mg＜Na

C. Be＜B＜Mg＜Na D. B＜Be＜Na＜Mg

知能拓展

知识点六、洪特特例

基态原子核外电子排布时一般遵循三个原则：能量最低原则、泡利不相容原理和洪特规

则，但是有些原子中电子排布违背了能量最低原则，此现象称为洪特特例。其内容是，能量

相同的原子轨道在全充满（如P和d）半充满（如P和d）和全空（P和d）状态时，

6103500

体系的能量最低，原子较稳定。

【温馨提示】注意该特例是洪特通过分析光谱实验结果得出的，1—36号元素中只有基

态铬原子和基态铜原子属于这种情况。

例6、（原创）不锈钢器具因具有很强的耐腐蚀作用而备受人们的喜爱，制作不锈钢时使其

表面形成很薄的铬膜而达到抗腐蚀的目的。基态铬原子的电子排布式是（ ）

A.1S2S2p3S3p4S4p B.1S2S2p3S3p3d

2262615226266

C.1S2S2p3S3p4S3d D.1S2S2p3S3p3d4S

22626242262651

解析：书写核外电子排布式必须符合能量最低原理、洪特规则、泡利不相容原理，三者相互

制约，相互联系。另外还要注意洪特特例。

答案：D

方法技巧：熟记书写核外电子排布式要符合的原则，勿忘特殊情况。

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【变式训练6】（原创）不锈钢中含有碳、铁、铬、镍等元素，下列有关这些元素基态原子

的价电子排布式书写不正确的是（ ）

A、6号碳原子2S2p B、24号铬原子3d4S

2251

C、26号铁原子3d4S D、28号镍原子3d4S

7182

知识点七、过渡元素原子的价电子排布与在元素周期表中的位置

同一副族内不同元素原子的电子层数虽然不同，价电子排布却基本相同。

1、ⅠB和ⅡB：根据ns轨道上是有一个还是有两个电子来划分的；

2、ⅢB～ⅦB：族序数仍然与价电子的数目相同。

3、Ⅷ族：价电子排布为（n－1）dns的三个纵行。

6-82

4、周期数为价电子排布式中的最大主量子数决定

【温馨提示】对于过渡元素的原子，价电子不再是最外层电子，而是最高能层电子，其排布

式符合（n－1）dns。

1-101-2

例7、已知某元素的原子有3个价电子，其中一个价电子的四个量子数为n＝3， l＝2， m

＝2， m＝+1/2。试回答：

s

（1）写出该元素原子核外电子排布式。

（2）指出该元素的原子序数，在元素周期表中位置，是金属还是非金属。

解析：由已知价电子的量子数n＝3、 l＝2，可知该电子为3d；结合核外电子排布原则可

1

知，另外2个价电子为4s。据此可得该原子核外电子排布式为1S2S2p3S3p3d4S，故

22262612

可得其原子序数为21，位于元素周期表中第4周期ⅢB，属于金属元素。

答案：（1）1S2S2p3S3p3d4S，（2）原子序数为21，位于元素周期表中第4周期ⅢB，

2262612

属于金属元素。

方法技巧：理解过渡元素价电子的含义，灵活运用核外电子的排布原则，写出核外电子排布

式，一切问题迎刃而解。

【变式训练7】（原创）美国生物学家研究发现，锰是人体内不可缺少的一种微量元素，老

年人的饮食内长期缺锰易导致老年性骨质疏松。已知锰原子的核外电子排布式为

1S2S2p3S3p3d4s，试判断下列推测错误的是（ ）

2262652

A、锰元素的价电子排布为3d4s B、锰元素的最高价为+7

52

C、锰元素位于元素周期表中的ⅡB D、锰元素位于元素周期表中的第4周期

知识点八、核外电子排布与元素周期表的分区

根据元素原子的价电子排布特点，将元素周期表分为5个区，每区内元素的性质有一定相似

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性。

1、 s区：价电子排布为ns，包括IA、ⅡA，除了氢和氦，都是活泼金属元素。

1-2

2、 p区：价电子排布为ns np，包括ⅢA到ⅦA、0族（除了氦）。

21-6

3、 d区: 价电子排布为(n-1)dns ，包括ⅢB（除了镧系元素和锕系元素）到ⅦB、

1-91-2

Ⅷ族，都是金属元素

4、 ds区: 价电子排布为(n-1)dns ，包括IB、ⅡB，都是金属元素。

101-2

f区: 价电子排布为(n-2)f (n-1)dns ，包括镧系元素和锕系元素，都是金属元素。

0-140-22

【温馨提示】d区、ds区、f区的元素都是过渡金属元素。

例8、（原创）在2008北京奥运会上，中国的体育健儿以51块金牌高居金牌榜之首，为祖

国争了光。已知金元素原子的价电子排布为5d6s，试判断下列说法正确的是（ ）

101

A、金位于元素周期表中d区 B、金位于元素周期表中ds区

C、金位于元素周期表中第5周期 D、金位于元素周期表中ⅢB

解析：根据金元素原子的价电子排布5d6s，结合价电子排布与周期数、族序数、分区的

101

关系，可得金位于元素周期表中第6周期、ⅡB ，为ds区元素。

答案：B。

方法技巧：熟记元素周期表中周期数、族序数、区与价电子排布的联系。

【变式训练8】（原创）某元素位于元素周期表中第4周期、ⅦA，请填空：

（1）该元素的元素符号为 ，其基态原子的价电子排布式为 ，其原子序数

为 ；

（2）该元素位于元素周期表中 区，其最高价为 。

真题透析

例1：（2008高考山东理综卷32（1）问）氮是地球上极为丰富的元素。又知LiN 晶体中氮

3

以N存在，基态N的电子排布式为 。

3-3-

解析：基态N的电子排布要遵循能量最低原则、泡利不相容原理和洪特规则，按照书写规

3-

则在N原子核外电子排布式的基础上即可完成。

答案：1s2s2p

226

点评：考查对基态原子核外电子排布原则的理解，无论离子还是原子，只有遵循排布原则，

才能稳定存在。

例2：（2007高考山东理综卷32节选）请完成下列各题：

（1）前四周期元素中，基态原子中未成对电子数与其所在周期数相同的元素有 种。

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（2）第ⅢA、ⅤA族元素组成的化合物GaN、GaP、GaAs等是人工合成的新型半导体材料，

其晶体结构与单晶硅相似。Ga原子的电子排布式为 。

解析：（1）基态原子中未成对电子数与其所在周期数相同的元素：第一周期 H ，1s ；

1

第二周期 C ，2s2p和O ，2s2p ；第三周期 P ，3s3p ；第四周期 Fe ，3d 4s。

22 242362

特别注意的是24号元素Cr的价电子排布式是3d4s，而不是3d4s。所以共5种元素。

51 42

（2）因为Ga位于元素周期表中第四周期、ⅢA族，可推得其原子的价电子排布为4s4p，

21

故Ga原子的电子排布式为1s2s2p3s3p3d4s4p 。

126261021

答案：（1）4；（2）1s2s2p3s3p3d4s4p。

126261021

点评：考查对价电子排布书写原则的理解来确定原子内的未成对电子数，以及价电子排布与

在周期表中位置的关系。

参考答案

变式训练参考答案.

【变式训练1】解析：根据主量子数和角量子数与符号的对应关系，可写出①3d，②3p，

③2p，再结合

鲍林近似能级图可得按能量由低到高的顺序为E＜E＜E，即③＜②＜①。

2p3p3d

答案：①3d，②3p，③2p，③＜②＜①。

【变式训练2】解析：泡利不相容原理指出，一个原子轨道中最多只能容纳两个电子，

从而可推得“各能级最多容纳的电子数，是该能级原子轨道数的二倍”。

答案：B。

【变式训练3】解析：p能层有3个轨道，而磷原子3p能层上只有三个电子，根据洪特

规则可知，电子应优先分占不同轨道，而不是挤入一个轨道。再结合能量最低原则、泡利不

相容原理写出答案。

答案：(2) 1s2s2p3s3p或[Ne] 3s3p，

2262323

【变式训练4】解析：根据碳－14原子的核外电子排布式为1s2s2p，结合最外层电

222

子就是价电子，易得价电子排布式为2s2p；根据价电子排布式可推出碳元素应位于周期表

22

中第2周期IVA族，最高价为＋4价。

答案:B 。

【变式训练5】解析：电子层数越多，原子半径越大：Na、Mg大于Be、B；电子层数

相同，核电荷数越大，半径越小：B＜Be，Mg＜Na。

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答案:B。

【变式训练6】解析：除了基态铬原子和基态铜原子等极个别元素原子核外电子排布需

要考虑洪特特例外，书写核外电子排布式必须符合能量最低原理、洪特规则、泡利不相容原

理，三者相互制约，相互联系。故26号铁原子应为3d4S。

62

答案：C 。

【变式训练7】解析：副族元素的价电子为外围电子，根据锰原子的核外电子排布式

1S2S2p3S3p3d4s可得价电子排布为3d4s，结合价电子与最高价、周期表中位置等关

226265252

系可得：锰元素的最高价为+7，位于元素周期表中第4周期、ⅦB。

答案：C 。

【变式训练8】解析：第4周期说明最大主量子数为4，结合ⅦA可得价电子排布式为

4S4p，故核外电子排布式为1S2S2p3S3p3d4S4p，其最高价为+7，原子序数为35，

25226261025

该元素为Br，位于元素周期表中p区。

答案：（1）Br，4S4p，35；（2）p，+7。

25

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