选修3《物质结构与性质》第一节原子结构第二课时 基态原子的核外电子

第2课时 基态原子的核外电子排布 原子轨道

▍课标要求▍

1．了解原子核外电子的运动状态。

2．知道原子核外电子在一定条件下会发生跃迁，了解其简单应用。

要点一 能量最低原理、基态与激发态、光谱

1．能量最低原理

原子核外电子的排布遵循构造原理，按轨道能量 依次排列，使整个原子处

于 的能量状态。

2．基态原子与激发态原子

3．光谱与光谱分析

(1)光谱形成原因

不同元素的原子发生 时会吸收或释放不同的光。

(2)光谱分类

(3)光谱分析

在现代化学中，利用 上的 来鉴定元素的分析方法。

要点二 电子云与原子轨道

1．电子云的概念及形状

(1)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 分布的形象

化描述。

(2)

2．原子轨道

(1)定义：电子在原子核外的一个空间运动状态称为一个原子轨道。

(2)数目

ns能级各有__ __个轨道，np能级各有__ __个轨道，nd能级各有__ __个轨道，nf能级

各有__ __个轨道。

要点三 泡利原理和洪特规则

1．泡利原理

在一个原子轨道里，最多只能容纳___个电子，而且自旋状态 ，用“ ”

表示。

2．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 一个轨

道，而且 相同。

3．电子排布图

用方框表示原子轨道，用上下箭头(↑和↓)表示自旋状态不同的电子的式子。

Al原子电子排布图模板及涵义

如氧原子的电子排布图是 。

思考2：请画出np轨道上有2个未成对电子的电子排布图。

考点一 基态与激发态

1．基态原子与激发态原子的相互转化关系

光(辐射)是电子释放能量的重要形式之一(在日常生活中看到的许多可见光，如灯光、霓

虹灯光、激光、焰火……都与原子核外电子发生跃迁释放能量有关)。

2．基态与激发态的原子的电子排布

基态原子与激发态原子可以能层不同、能级数不同、电子总数相同。

例如：基态He原子 激发态He原子

1s 1s

211

2s

【例题1】 下列叙述错误的是( )

A．1s2s2p

211

表示的是激发态的原子的电子排布

B．碳原子的核外电子排布由1s2s2p2s2p

222213

转变为1s时，要从外界环境中吸收能量

C．我们看到的灯光是原子核外电子发生跃迁吸收能量的结果

D．电子由3d能级跃迁至4p能级时，可通过光谱仪直接摄取吸收光谱

【变式1】 以下电子排布式不是基态原子的电子排布式的是( )

①1s ②1s ③1s ④1s

1121322622261

2s2s2p2s2p3s2s2p3s

A．①② B．②③ C．①④ D．③④

考点二 电子云与原子轨道

1．电子云

(1)电子云的特点

①电子云表示电子在核外空间等处出现的概率，不代表电子的运动轨迹。

②电子云图中的小黑点，既不代表电子的数目，也不代表电子在空间出现的真实次数。

③电子运动概率密度分布是一种用于描述核外电子运动状态的科学方法，形象地用电子

云描述或比喻。

(2)电子云轮廓图

(3)不同类型电子云的差异

类型

形状 球形 哑铃形 ……

空间取向 …… 相互垂直 ……

s p d f

轮廓图 ……

不同电子云的半径不同，同一原子的能层越高，电子云半径越

半径

大。如：

2．原子轨道

这里所说的原子轨道与宏观物体的运动轨迹不同，量子力学把电子在原子核外的一个空

间运动状态称为一个原子轨道。

能层中能级与原子轨道关系

能层(n) 能级 原子轨道 原子轨道数

K(1) 1s 1s 1

L(2)

2s 2s 1

2p 3

3s 3s 1

M(3)

3p 3

3d 5

4s 4s 1

N(4)

4p 3

4d 5

4f 7

… … … …n

2p、2p、2p

xyz

3p、3p、3p

xyz

…

4p、4p、4p

xyz

…

…

2

说明：①同一能级不同轨道能量相同，如：3p

xyzxy

、3p、3p具有相同的能量，4p、4p、

4p则具有另外相同的能量。

z

②任意能层中，能级数等于能层序数(n)，原子轨道总数为n

2

，如N层有4s、4p、4d、

4f 4个能级，16个原子轨道。

【例题2】 如图甲是氢原子的1s电子云图(即概率密度分布图)，图乙、丙分别表示s、p能

级的电子云轮廓图。下列有关说法正确的是( )

A．电子云图(即概率密度分布图)就是原子轨道图

B．3p

2

表示3p能级中有两个原子轨道

C．由图乙可知，s能级的电子云轮廓图呈圆形，有无数条对称轴

D．由图丙可知，p能级的原子轨道图呈哑铃形，且有3个伸展方向

【变式2】 在1s、2p

xyz

、2p、2p轨道中，具有球对称性的是( )

A．1s B．2p

C．2p D．2p

yz

考点三 核外电子排布的原则

1．能量最低原理

原子核外电子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。

2．泡利原理

每个原子轨道上最多只能容纳两个自旋状态不同的电子。如2s轨道上的电子排布为

2s2s

x

↓↑，不能为↑↑或↓↓。

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。如2p的电子排布为，不能为

3

或 。

原子核外电子的运动状态

(1)能层、能级、原子轨道和自旋状态四个因素决定了电子的运动状态。

(2)在同一个原子中，不可能存在运动状态完全相同的两个电子，原子中有多少个电子就

有多少种运动状态。

4．洪特规则的特例

有少数元素的基态原子的电子排布对于构造原理有1个电子的偏差。因为能量相同的

原子轨道在全充满(如p和d和d和d

6103500

)、半充满(如p)和全空(如p)状态时，体系的能量

较低，原子较稳定。例如：

2262642





Cr：1s2s2p3s3p3d4s

×





Cr：1s2s2p3s3p3d4s

2262651

√



2262692





Cu：1s2s2p3s3p3d4s

×





Cu：1s2s2p3s3p3d4s

22626101

√



电子排布的易错点

(1)根据能量最低原理排布电子时，注意能级交错现象。

(2)基态原子的核外电子排布应遵循构造原理、泡利原理、洪特规则，使原子的能量处于

最低状态。

【例题3】 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核外电子运动状态的是( )

【变式3】 在d轨道中电子排布成↑↑↑↑ ，而不排布成↓↑↓↑

，遵循的是( )

A．能量最低原理 B．泡利原理

C．原子轨道构造原理 D．洪特规则

考点四 原子核外电子排布表示方法

意义 将每个能层上的电子总数表示在原子核外的式子

结构

示意图

实例

电子

排布式

简化

电子

排布式

价电子

排布式

意义

实例 K：1s

意义

实例 K：[Ar]4s

意义

实例 Al：3s

意义 每个方框代表一个原子轨道，每个箭头代表一个电子

实例

用数字在能级符号右上角标明该能级上排布的电子数，就是电子

排布式

226261

2s2p3s3p4s

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

1

主族元素的价层电子指最外层电子，价层电子排布式即外围电子

排布式

21

3p

电子

排布图

【例题4】 按要求填空：

(1)Cr的电子排布式：_________________________________________________。

24

(2)Ca的价电子排布式：_______________________________________________。

20

(3)Cl

17

的结构示意图：_________________________________________________。

－

(4)N的电子排布图：__________________________________________________。

7

【变式4】 下列电子排布式或电子排布图正确的是( )

▍小结必背▍

1．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，简称能量最低原理。

处于最低能量的原子叫做基态原子。

2．泡利原理：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。

3．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。

4．电子在原子核外的一个空间运动状态称为一个原子轨道，s能级只有一个原子轨道，p能

级有三个原子轨道：p

xyz

、p、p。

1．(基态原子与激发态原子)下列是一些原子的电子排布，其中不是激发态原子的是( )

A．1s2s2p2s3s

226211

B．1s

C．1s2s3d2s2p3s

2212221

D．1s

2．(电子云与原子轨道)下列有关电子云和原子轨道的说法正确的是( )

A．原子核外的电子像云雾一样笼罩在原子核周围，故称电子云

B．s轨道呈球形，处在该轨道上的电子只能在球壳内运动

C．p轨道呈哑铃形，在空间有两个伸展方向

D．与s电子原子轨道相同，p电子原子轨道的平均半径随 能层的增大而增大

3．(电子排布)下列有关核外电子排布的式子不正确的是( )

A．Cu的电子排布式：1s2s2p3s3p3d4s

29

22626101

B．F原子的电子排布图：

C．Ca的简化电子排布式：[Ar]4s

2

D．S原子的电子排布图：

4．(核外电子排布的原则)(1)下列原子或离子的电子排布式或电子排布图正确的是________，

违反能量最低原则的是________，违反洪特规则的是________，违反泡利原理的是

________(填序号)。

(2)下列4种原子的最外层电子的电子排布图中，哪一种状态的能量较低？

①________氮原子：A． B．

②________钠原子：A．3s B．3p

11

③________铜原子：A．3d B．3d

10192

4s4s

④________碳原子：

[基础训练]

1．下列图像表述的现象与电子的跃迁无关的是( )

A．平面镜成像 B．霓虹灯广告

C．蜡烛燃烧 D．燃放焰火

2．下列说法正确的是( )

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

3．下列有关表述正确的是( )

···

A．次氯酸的电子式为HClO

···

····

····

B．硫原子的价电子排布式为3s3p

24

C．氮化硅的分子式为SiN

43

D．N原子的电子排布图为

A．能量守恒原理

4．第三周期元素的基态原子中不可能出现d电子，主要依据是( )

B．泡利不相容原理

C．洪特规则

D．构造原理示意图中的顺序：3d轨道能量比4s轨道高

5．下列电子排布中，原子处于激发状态的是( )

A．1s2s2p2s2p3s

2252242

B．1s

C．1s2s2p3s3p3d4s2s2p3s3p3d4s

22626512262632

D．1s

122622

6．若将基态P原子的电子排布式写成1s2s2p3s3p3p，它违背了( )

xy

A．泡利原理 B．能量守恒原理

C．构造原理 D．洪特规则

7．在能量相同的d轨道中电子排布成，而不排布成，

最直接的根据是( )

A．能量最低原理 B．泡利原理

C．构造原理 D．洪特规则

8．某元素X，其原子的能层数为(n－1)，最外层电子数为(2n－1)。下列有关元素X的说法

正确的是( )

A．X可能是金属元素

B．由X形成的含氧酸均为强酸

C．X不能形成化学式为KXO的含氧酸盐

4

D．元素X的气态氢化物一定极易溶于水

9．下列化学用语的书写正确的是( )

10．元素X和元素Y位于第二周期，其中X的原子最外层中具有最多的未成对电子，Y的

原子只有两种形状的电子云，且两种形状的电子云的电子数相等，则由X、Y组成的微粒中，

不可能存在的是( )

A．XY B．XY C．XY D．XY

2542 3

2

11．下面有关“核外电子的运动状态”的说法错误的是 ( )

A．各原子轨道的伸展方向按p、d、f的顺序分别为3、5、7

B．只有在能层、原子轨道、原子轨道伸展方向及电子的自旋都确定时，电子运动状态

才能被确定下来

C．原子核外既不可能有两个电子的运动状态完全相同，也不可能有两个电子的能量完

－－－

全相同

D．原子轨道伸展方向与能量大小是无关的

12．下列说法中正确的是( )

A．1s电子云呈球形，表示电子绕原子核做圆周运动

B．电子云图中的小黑点密度大，说明该原子核外空间电子数目多

C．ns能级的原子轨道图可表示为

D．3d

3

表示3d能级有3个原子轨道

13．以下列出的是一些原子的2p能级和3d能级中电子排布的情况。试判断，哪些违反了泡

利不相容原理，哪些违反了洪特规则。

违反泡利不相容原理的有____________，违反洪特规则的有________________。

14．某元素原子的核电荷数是能层数的5倍，其质子数是最外层电子数的3倍，该元素的原

子结构示意图为________，其电子排布式为________________，请你根据洪特规则画出该元

素基态原子的最外层电子排布图：__________________________________。

[能力提升]

15．下列关于能层、能级和轨道之间的关系不正确的是( )

A．每个能层上所有的能级数与能层的序数相等

B．每个能层(K、L、M…)上所有的轨道数对应为1、3、5…

C．每个能级(s、p、d…)上所有的轨道数分别为1、3、5…

D．每个能层(n)上所有的轨道总数为n

2

16．下列各能级中轨道数最多的是( )

A．7s B．6p C．5d D．4f

17．气态电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( )

A．1s2s2p3s3p2s2p3s3p

2262222621

→1s

B．1s2s2p3s3p2s2p3s3p

2262322622

→1s

C．1s2s2p3s3p2s2p3s3p

2262422623

→1s

D．1s2s2p3s3p3d4s4p2s2p3s3p3d4s4p

226261022226261021

→1s

18．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

合价高于b的化合价)。则：

(1)写出A原子的电子排布式：_________________________________；

a的最外层电子排布图是_____________________________。

(2)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。

19．A、B、C、D、E、F代表6种元素。请填空：

(1)A元素基态原子的最外层有2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__________。

(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____________________________________。

(5)F元素的原子的最外层电子排布式为nsnp

nn

1

，则n＝________；原子中能量最高的

是________电子。

＋