資源簡介

基礎課時3　泡利原理　洪特規則　能量最低原理
學習目標　1.認識基態原子中核外電子的排布遵循能量最低原理、泡利原理和洪特規則。2.熟練書寫1～36號元素基態原子的核外電子(或價層電子)排布式和軌道表示式。
一、原子核外電子排布
(一)知識梳理
1.電子自旋與泡利原理
(1)電子自旋
電子除空間運動狀態外，還有一種狀態叫做自旋。電子自旋在空間有順時針和逆時針兩種取向，簡稱自旋相反，常用上下箭頭(↑和↓)表示自旋相反的電子。自旋是微觀粒子普遍存在的一種如同電荷、質量一樣的內在屬性。
(2)泡利原理
在一個原子軌道里，最多只能容納2個電子，它們的自旋相反，這個原理稱為泡利原理(也稱泡利不相容原理)。
2.電子排布的軌道表示式
(1)軌道表示式的含義
軌道表示式(又稱電子排布圖)用方框(也可用圓圈)表示原子軌道，能量相同的原子軌道(簡并軌道)的方框相連，箭頭表示一種自旋狀態的電子，“↑↓”稱電子對，“↑”或“↓”稱單電子(或稱未成對電子)。
寫出Ne原子的電子排布圖：。
(2)軌道表示式中各部分代表的意義(以Si為例)
3.洪特規則
(1)概念：基態原子中，填入簡并軌道的電子總是先單獨分占，且自旋平行，稱為洪特規則。
(2)適用范圍：不僅適用于基態原子，也適用于基態離子。洪特規則是針對電子填入簡并軌道而言的，并不適用于電子填入能量不同的軌道。當電子填入簡并軌道時，先以自旋平行依次分占不同軌道，剩余的電子再以自旋相反依次填入各軌道。
(3)特例
在簡并軌道上的電子排布處于全充滿、半充滿和全空狀態時，具有較低的能量和較強的穩定性。
相對穩定的狀態
如24Cr的電子排布式為1s22s22p63s23p63d54s1，為半充滿狀態，易錯寫為1s22s22p63s23p63d44s2。
又如29Cu的電子排布式為1s22s22p63s23p63d104s1，易錯寫為1s22s22p63s23p63d94s2。
4.能量最低原理
(1)概念：在構建基態原子時，電子將盡可能地占據能量最低的原子軌道，使整個原子的能量最低，這就是能量最低原理。
(2)影響整個原子的能量因素
整個原子的能量是由核電荷數、電子數和電子狀態三個因素共同決定的。
(3)相鄰能級能量差的大小對電子填充的影響
①相鄰能級能量相差很大時，電子填入能量低的能級即可使整個原子能量最低(如所有主族元素的基態原子)。
②相鄰能級能量相差不太大時，有1～2個電子占據能量稍高的能級可能反而降低了電子排斥能而使整個原子能量最低(如所有副族元素的基態原子)。
(二)問題探究
問題1　下列電子排布，請說明分別違反了什么原理或規則。
(1)基態碳原子的電子排布圖違反什么原理或規則？
提示　洪特規則。
(2)基態Ti原子的核外電子排布式1s22s22p63s23p10違反什么原理或規則？
提示　泡利原理。
(3)基態Sc原子的核外電子排布式1s22s22p63s23p63d3違反什么原理或規則？
提示　能量最低原理。
問題2　寫出Cr的電子排布式，為什么其價層電子排布是3d54s1，而不是3d44s2
提示　1s22s22p63s23p63d54s1；4s的一個電子進入能量較高的3d能級，降低了4s的電子排斥能，使原子能量降低(即半充滿穩定)。
【探究歸納】
1.電子排布三原理的理解及應用
(1)能量最低原理
原子核外電子先占據能量低的軌道，然后依次進入能量較高的軌道，即在多電子原子中，電子進入各原子軌道的順序1s<2s<2p<3s<3p<4s<3d<4p<5s<4d<5p<6s<4f<5d<6p……，這樣使整個原子處于能量最低的狀態，從而滿足能量最低原理。
(2)泡利原理
在一個原子軌道里，最多只能容納2個電子，它們的自旋相反，如2s軌道上的電子排布表示為，不能表示為。
泡利原理還可表述為：同一原子中，不能有兩個或兩個以上的電子具有相同能層、能級、原子軌道和自旋狀態，即同一原子中，兩個電子的運動狀態不能完全相同。
(3)洪特規則
根據洪特規則，如正確；錯誤；錯誤；正確。
2.書寫軌道表示式的注意事項
(1)沒有電子的空軌道也要畫出。
(2)能級符號上不能標記電子數，如不能寫成1s2，3p1。
(3)能層序數和能級符號既可以寫在方框的下方，也可以寫在方框的上方。
3.有關電子運動狀態和電子排布的描述
(1)電子的運動狀態需從電子所處的能層、能級、原子軌道、自旋狀態四個方面描述，按照泡利不相容原理，一個原子中若兩個電子的能層、能級、原子軌道相同，則自旋狀態一定不同，即運動狀態不同，每一個電子是一種運動狀態，原子中有幾個電子，則有幾種運動狀態。
(2)1個原子軌道中若只有1個電子，稱為單電子或未成對電子，原子中未成對電子數之和，即為該原子的未成對電子數。
(3)若能級或原子軌道的電子數為其最多容納電子數的一半，則稱為半充滿。
1.某同學將P原子的核外電子排布式寫成1s22s22p63s13p4，他違背了(　　)
A.能量守恒原理 B.泡利不相容原理
C.能量最低原理 D.洪特規則
答案　C
解析　由能量最低原理可知，原子核外電子將盡可能地占據能量最低的原子軌道，使整個原子的能量最低，則核外電子排布式1s22s22p63s13p4違背了能量最低原理，正確排布式為1s22s22p63s23p3。
2.下列基態原子的電子排布圖中，違反了泡利原理的是(　　)
答案　B
解析　2p軌道違背洪特規則，A不符合題意；2s軌道違背泡利不相容原理，即同一個軌道中，兩個電子應自旋相反，B符合題意；電子排布遵循能量最低原理、泡利原理和洪特規則，C不符合題意；2s軌道沒有填充滿，違背能量最低原理，D不符合題意，故選B。
3.在d軌道中電子排布成，而不排成，其直接的根據是(　　)
A.能量最低原理 B.泡利不相容原理
C.原子軌道能量順序 D.洪特規則
答案　D
解析　能量最低原理，電子先排在能量低的軌道，d軌道上的能量都一樣，故A不符合題意；泡利不相容原理，同一個軌道中兩個電子自旋方向相反，故B不符合題意；原子軌道能量順序，先填能量低的軌道，再填能量高的軌道，d軌道能量相同，故C不符合題意；洪特規則，優先單獨占據一個軌道，因此在d軌道中電子排布成，而不排成，故D符合題意。
4.以下是一些基態原子2p能級上的電子排布圖及電子排布式：①
　②　③碳原子：1s22s12p3　④鉀原子：1s22s22p63s23p63d1。對上述表示方法的評價中，正確的是(　　)
A.①違背泡利原理
B.②正確
C.③違背能量最低原理
D.④違背洪特規則
答案　C
解析　①違背洪特規則，A項錯誤；②違背泡利原理，B項錯誤；電子應先排2s軌道，2s軌道排滿后，再排2p軌道，③違背能量最低原理，C項正確；④違背了能量最低原理，D項錯誤。
5.4p軌道填充一半的元素，其原子序數是(　　)
A.15 B.33
C.35 D.51
答案　B
解析　4p軌道填充一半的元素，其電子排布式為1s22s22p63s23p63d104s24p3，原子序數為33。
二、基態原子核外電子排布表示
原子(或離子) 結構示意圖 含義 將每個能層上的電子總數表示在原子核外的圖示形式
實例
電子排 布式 含義 用數字在能級符號右上角標明該能級上排布的電子數，并按照能層從左到右的順序排列的式子
實例 K：1s22s22p63s23p64s1
簡化電 子排布 式 含義 為了避免電子排布式書寫過于繁瑣，把內層電子達到稀有氣體原子結構的部分以相應稀有氣體元素符號外加方括號表示
實例 K：[Ar]4s1
軌道表 示式(電 子排布 圖) 含義 每個方框代表一個原子軌道，每個箭頭代表一個電子
意義 能直觀反映出電子的排布情況及電子的自旋狀態
實例 Al：
價層電子 排布式 含義 主族元素原子的最外層上的電子、副族元素原子的最外層及部分內層上的電子與元素的化合價有關，這部分電子均為價層電子，表示價層電子排布的式子即價層電子排布式
實例 Al：3s23p1
電子式 含義 化學中常在元素符號周圍用“·”或“×”來表示元素原子的最外層電子，相應的式子叫電子式
實例
　　　　　　　　　　　　　　　　
1.(2023·長沙南雅中學月考)下列表示He原子結構的化學用語中，對電子運動狀態描述最詳盡的是(　　)
A.∶He B.
C.1s2 D.
答案　D
解析　A 項只表示出最外層電子數；B 項只表示出核外電子的分層排布情況；C 項具體到能層、能級以及能級上的電子數；而 D項包含了能層、能級、原子軌道上的電子數及電子的自旋狀態，對電子運動狀態四個方面都進行了描述，最為詳盡，故選D。
2.下列化學用語表示正確的是(　　)
A.基態O原子的電子排布式為[Ne]2s22p4
B.基態Mg2＋的電子排布式為1s22s22p63s2
C.激發態碳原子的電子排布圖可能為
D.S2－的結構示意圖為
答案　C
解析　基態O原子的電子排布式為[He]2s22p4，A項錯誤；基態Mg2＋的電子排布式為1s22s22p6，B項錯誤；激發態碳原子的電子排布圖可能為 ，C項正確；S2－的質子數是16，D項錯誤。
3.下列化學用語表達錯誤的是(　　)
A.S2Cl2的結構式：Cl—S—S—Cl
B.Fe3＋的結構示意圖：
C.基態Cr原子的價層電子軌道表示式：
D.N原子核外電子有7種空間運動狀態
答案　D
解析　S2Cl2中S與Cl形成共價鍵，S與S形成共價鍵，滿足最外層8電子穩定結構，則S2Cl2的結構式：Cl—S—S—Cl，故A正確；Fe的原子結構示意圖為，Fe3＋為Fe失去最外層2個電子以及次外層的1個電子所得，則Fe3＋的結構示意圖為，故B正確；Cr原子核外有24個電子，所以價層電子排布式為3d54s1，則基態Cr原子的價層電子軌道表示式：，故C正確；N原子核外電子排布式為1s22s22p3，有1＋1＋3＝5種空間運動狀態，故D錯誤。
A級　合格過關練
選擇題只有1個選項符合題意
(一)原子核外電子排布
1.若將7N原子的電子排布式寫成1s22s22p2p，則違背了(　　)
A.能量守恒定律 B.能量最低原理
C.泡利原理 D.洪特規則
答案　D
解析　氮原子為7號元素，核外有7個電子，根據能量最低原理、泡利原理和洪特規則可知，N原子的電子排布式為1s22s22p2p2p，1s22s22p2p違背了洪特規則。
2.下列各項敘述錯誤的是(　　)
A.若硫原子核外電子排布圖為：，則違反了泡利原理
B.若21號Sc元素的基態原子電子排布式為1s22s22p63s23p63d3，則違反了構造原理
C.鈹原子的核外電子排布圖為，符合洪特規則和泡利原理
D.原子的電子排布式由1s22s22p33s1→1s22s22p4能釋放特定能量產生發射光譜
答案　A
解析　根據洪特規則，填入簡并軌道的電子總是先單獨分占且自旋平行，該排布圖違反了洪特規則，A錯誤；根據構造原理，最后兩個能級的電子應先填入4s軌道再填入3d軌道，該排布式違反了構造原理，B正確；鈹元素原子序數為4，1s、2s能級均只有一個原子軌道，該排布圖符合洪特規則與泡利原理，C正確；該變化表示電子從較高能量的激發態躍遷到基態，釋放出能量，故會產生發射光譜，D正確。
3.下列說法正確的是(　　)
A.基態Cr原子的價層電子排布式：3d54s1，違反能量最低原理
B.基態C原子的電子排布式：1s22s22p2p，違反能量最低原理
C.基態C原子的價層電子排布圖：，違反泡利原理
D.基態Fe3＋的3d電子排布圖：，違反洪特規則
答案　C
解析　基態Cr原子的價層電子排布式：3d54s1，處于半充滿穩定結構，能量低，符合能量最低原理，A錯誤；基態C原子的電子排布式：1s22s22p2p，符合洪特規則，符合能量最低原理，B錯誤；泡利認為，在一個原子軌道里，最多只能容納2個電子，且他們的自旋方向相反，所以基態C原子的價層電子排布圖：，違反的是泡利原理，C正確；基態Fe3＋的3d電子排布圖：，符合洪特規則，D錯誤。
4.下列基態原子的原子核外未成對電子數最少的是(　　)
A.P B.Cr
C.Mg D.S
答案　C
解析　P原子的價層電子排布式為3s23p3，原子核外未成對的電子數為3；Cr原子的價層電子排布式為3d54s1，原子核外未成對的電子數為6；Mg原子的價層電子排布式為3s2，原子核外未成對的電子數為0；S原子的價層電子排布式為3s23p4，原子核外未成對的電子數為2；綜上所述Mg原子核外未成對電子數為0最少，故選C。
5.下列離子中外層d軌道達半充滿狀態的是(　　)
A.Cr3＋ B.Cu＋
C.Co3＋ D.Fe3＋
答案　D
解析　Cr3＋的價層電子排布式為3d3，d軌道不是半充滿狀態，故A不符合題意；Cu＋的價層電子排布式為3d10，d軌道處于全充滿狀態，故B不符合題意；Co3＋的價層電子排布式為3d6，d軌道不是半充滿狀態，故C不符合題意；Fe3＋的價層電子排布式為3d5，d軌道達半充滿狀態，故D符合題意。
6.下列有關構造原理的說法錯誤的是(　　)
A.原子核外電子填充3p、3d、4s能級的順序為3p→4s→3d
B.某基態原子部分核外電子的排布式為3d64s2
C.所有基態原子的核外電子排布都遵循構造原理
D.構造原理中的電子排布能級順序，并不代表各能級能量由低到高的順序
答案　C
解析　根據構造原理ns＜(n－2)f＜(n－1)d＜np，可判斷原子核外電子填充3p、3d、4s能級的順序為3p→4s→3d，故A正確；根據構造原理，基態鐵原子部分核外電子的排布式為3d64s2，故B正確；絕大多數基態原子的核外電子排布都遵循構造原理，但也有少數例外，如鉻原子和銅原子因洪特規則不遵循構造原理，故C錯誤；構造原理中電子填入能級的順序是各能級能量由低到高的順序，但不代表各能級能量由低到高的順序，故D正確。
(二)基態原子核外電子排布表示
7.(2023·合肥期末)下列對電子排布或軌道表示式書寫的評價正確的是(　　)
選項 電子排布式或軌道表示式 評價
A N原子的軌道表示式： 錯誤；違反洪特規則
B O原子的軌道表示式： 錯誤；違反泡利原理
C K原子的電子排布式： 1s22s22p63s23p63d1 錯誤；違反能量最低原理
D Br－的電子排布式： [Ar]3d104s24p6 錯誤；違反能量最低原理
答案　C
解析　同一軌道中的兩個電子運動方向相同，違反了泡利原理，A錯誤；電子應先充滿同能級的軌道，違反了洪特規則，B錯誤；K原子的電子排布式為1s22s22p63s23p64s1，違反了能量最低原理，C正確；Br－的電子排布式正確，評價錯誤，D錯誤。
8.下列所述的粒子(1～20號元素)，按半徑由大到小的順序排列正確的是(　　)
①基態X原子的結構示意圖為
②基態Y－的價電子排布式為3s23p6
③基態Z2－的軌道表示式為
④基態E＋的最高能級的電子對數等于其最高能層序數
A.②>③>①>④ B.④>③>②>①
C.③>②>④>① D.④>②>③>①
答案　C
解析　①基態X原子的結構示意圖為，即X的原子序數為9，則基態X原子為F原子；②基態Y－的價電子排布式為3s23p6，則基態Y－離子為Cl－離子；③基態Z2－離子為S2－離子；④基態E＋的最高能級的電子對數等于其最高能層的電子層數，則基態E＋為K＋離子；F原子核外電子層數為2層，半徑最小，電子層數相同的情況下原子序數越大半徑越小，所以S2－＞Cl－＞K＋＞F，即③＞②＞④＞①，故選C。
9.(2023·重慶七中期末)某元素基態原子4s軌道上有2個電子，則基態原子價層電子排布不可能是(　　)
A.3d14s2 B.3d44s2
C.3d84s2 D.3d104s2
答案　B
解析　Sc元素的價層電子排布為3d14s2，A不符合題意；根據洪特規則可知，3d44s2應改為3d54s1，B符合題意；Ni元素的價層電子排布為3d84s2，C不符合題意；Zn元素的價層電子排布為3d104s2，D不符合題意。
B級　素養培優練
10.(2023·煙臺期末)下列軌道表示式正確且所表示的元素原子的能量處于最低狀態的是(　　)
答案　D
解析　違背了能量最低原理，能量不處于最低，故A不符合題意；違背了能量最低原理，能量不處于最低，故B不符合題意；違背了洪特規則，故C不符合題意。
11.下列有關核外電子排布式或軌道表示式不正確的是(　　)
A.24Cr的電子排布式：1s22s22p63s23p63d54s1
B.K的簡化電子排布式：[Ar]4s1
C.N原子的軌道表示式
D.S原子的軌道表示式：
答案　D
解析　S原子的軌道表示式違反了洪特規則，正確的應是。
12.某元素的3p軌道上有兩個未成對電子，則下列說法正確的是(　　)
A.第三能層上有4個電子
B.最外層上可能有5個電子
C.最高正價為一定＋4
D.第二能層沒有未成對電子
答案　D
解析　由于3p軌道上有兩個未成對電子，所以該原子的核外電子排布式為1s22s22p63s23p2或者1s22s22p63s23p4。
13.溫州大學王舜教授課題組與美國北得克薩斯州大學 Zhenhai Xia 教授合作，在雜原子摻雜碳的超級電容領域取得了新突破。下列 C 原子電子排布圖表示的狀態中，能量關系正確的是(　　)
A.①＝②＝③＝④ B.③>④>①>②
C.④>③>①＝② D.②>①>④>③
答案　D
解析　電子能量為 1s<2s<2p，則 2p 軌道上的電子越多，其能量越高，1s和 2s 軌道上的電子越多，其能量越低，則能量由高到低的順序是②>①>④>③，故選 D。
14.KMnO4在化工、醫藥等領域有著廣泛的應用，下列相關說法錯誤的是(　　)
A.基態K原子中，核外電子占據最高能層的符號是N
B.基態Mn2＋的核外電子排布式為1s22s22p63s23p63d54s2
C.基態氧原子的價層電子軌道表示式為
D.鉀的焰色為紫色與鉀原子核外電子發生躍遷有關
答案　B
解析　基態K原子有4個電子層，核外電子占據的最高能層的符號是N，故A正確；Mn原子核外有25個電子，Mn2＋是Mn原子失去2個電子形成的，則基態Mn2＋的核外電子排布式為1s22s22p63s23p63d5，故B錯誤；基態氧原子核外電子排布式為1s22s22p4，價層電子軌道表示式為
，故C正確；焰色試驗的原理是核外電子吸收能量發生躍遷后再躍遷回能量較低的軌道，多余的能量主要以光的形式釋放出來，放出的光的波長在可見光范圍內，火焰呈現一定的顏色，故D正確。
15.電子排布式和電子排布圖的書寫。
(1)基態Ti原子的核外電子排布式為______________________________________。
(2)Fe成為陽離子時首先失去____________軌道電子，Sm的價層電子排布式為4f66s2，Sm3＋價層電子排布式為____________。
(3)下列狀態的鎂中，電離最外層一個電子所需能量最大的是________(填字母)。
(4)基態Fe原子價層電子的電子排布圖(軌道表示式)為____________。
(5)基態Fe原子的價層電子排布式為____________________________________。
答案　(1)1s22s22p63s23p63d24s2(或[Ar]3d24s2)
(2)4s　4f5　(3)A
(4)
(5)3d64s2
解析　(1)Ti為22號元素，其基態Ti原子的核外電子排布式為1s22s22p63s23p63d24s2(或[Ar]3d24s2)；(2)Fe成為陽離子時首先失去最外層上的電子即4s軌道電子，Sm的價層電子排布式4f66s2，先失去6s上2個電子，再失去4f上1個電子，則Sm3＋價層電子排布式為4f5；(3)A、D分別為Mg＋的基態和激發態，B、C分別為Mg的基態和激發態，由于基態電離最外層一個電子所需能量比激發態大，故電離最外層一個電子所需能量為A>D，B>C，又電離3s2上的電子比3s1上的一個電子所需能量高，故電離最外層一個電子所需能量最大的是A；(4)基態Fe原子價層電子排布式為3d64s2，價層電子的電子排布圖(軌道表示式)為。(5)Fe為26號元素，則基態Fe原子價層電子排布式為3d64s2。
16.回答下列問題。
(1)鎳元素基態原子的電子排布式為____________，3d能級上的未成對電子數為____________。
(2)基態Ge原子的核外電子排布式為____________，有________個未成對電子。
(3)Zn2＋基態核外電子排布式為____________。
(4)處于一定空間運動狀態的電子在原子核外出現的概率密度分布可用____________形象化描述。
(5)基態Fe原子有________個未成對電子。Fe3＋的電子排布式為____________。
(6)基態硼原子的電子排布式為____________。
答案　(1) 1s22s22p63s23p63d84s2或[Ar]3d84s2　2
(2) 1s22s22p63s23p63d104s24p2或[Ar]3d104s24p2　2　
(3)1s22s22p63s23p63d10或[Ar]3d10
(4)電子云
(5) 4　1s22s22p63s23p63d5(或[Ar]3d5)
(6)1s22s22p1
解析　(1)Ni是28號元素，根據核外電子的排布規律可知，其基態原子的核外電子排布式為1s22s22p63s23p63d84s2。根據洪特規則可知，Ni原子3d能級上8個電子盡可能分占5個不同的軌道，其未成對電子數為2；(2)Ge(鍺)元素在周期表的第四周期第ⅣA族，因此核外電子排布式為1s22s22p63s23p63d104s24p2或[Ar]3d104s24p2，p軌道上的2個電子是未成對電子；(3)Zn為30號元素，其基態原子的核外電子排布式為1s22s22p63s23p63d104s2，失去最外層的2個電子即可得到Zn2＋，Zn2＋的核外電子排布式為1s22s22p63s23p63d10或[Ar]3d10；(4)處于一定空間運動狀態的電子在原子核外出現的概率密度分布用電子云形象地描述；(5)基態Fe原子的核外電子排布式為[Ar]3d64s2，其中3d能級有4個軌道未充滿，含有4個未成對電子。Fe原子失去4s軌道的2個電子和3d軌道的1個電子形成Fe3＋，則其電子排布式為1s22s22p63s23p63d5或[Ar]3d5；(6)B是5號元素，其基態原子的電子排布式為1s22s22p1。基礎課時3　泡利原理　洪特規則　能量最低原理
學習目標　1.認識基態原子中核外電子的排布遵循能量最低原理、泡利原理和洪特規則。2.熟練書寫1~36號元素基態原子的核外電子(或價層電子)排布式和軌道表示式。
一、原子核外電子排布
(一)知識梳理
1.電子自旋與泡利原理
(1)電子自旋
電子除空間運動狀態外,還有一種狀態叫做自旋。電子自旋在空間有　　　　和　　　　兩種取向,簡稱自旋相反,常用上下箭頭(↑和↓)表示自旋相反的電子。自旋是微觀粒子普遍存在的一種如同電荷、質量一樣的內在屬性。
(2)泡利原理
在一個原子軌道里,最多只能容納　　　　個電子,它們的自旋　　　　,這個原理稱為泡利原理(也稱泡利不相容原理)。
2.電子排布的軌道表示式
(1)軌道表示式的含義
軌道表示式(又稱電子排布圖)用方框(也可用圓圈)表示　　　　　　,能量相同的原子軌道(簡并軌道)的方框相連,箭頭表示一種自旋狀態的電子,“↑↓”稱電子對,“↑”或“↓”稱單電子(或稱未成對電子)。
寫出Ne原子的電子排布圖:　　　　　　　　　　。
(2)軌道表示式中各部分代表的意義(以Si為例)
3.洪特規則
(1)概念:基態原子中,填入簡并軌道的電子總是　　　　　　,且　　　　　　,稱為洪特規則。
(2)適用范圍:不僅適用于基態原子,也適用于　　　　　　。洪特規則是針對電子填入簡并軌道而言的,并不適用于電子填入　　　　　　的軌道。當電子填入簡并軌道時,先以自旋平行依次分占不同軌道,剩余的電子再以自旋相反依次填入各軌道。
(3)特例
在簡并軌道上的電子排布處于全充滿、半充滿和全空狀態時,具有　　　　　　　　　的能量和　　　　　　的穩定性。
相對穩定的狀態
如24Cr的電子排布式為　　　　　　　　　　,
為半充滿狀態,易錯寫為1s22s22p63s23p63d44s2。
又如29Cu的電子排布式為1s22s22p63s23p63d104s1,易錯寫為1s22s22p63s23p63d94s2。
4.能量最低原理
(1)概念:在構建基態原子時,電子將盡可能地占據能量最低的原子軌道,使整個原子的能量最低,這就是能量最低原理。
(2)影響整個原子的能量因素
整個原子的能量是由　　　　　、　　　　　　和　　　　　　三個因素共同決定的。
(3)相鄰能級能量差的大小對電子填充的影響
①相鄰能級能量相差很大時,電子填入　　　　　　　　　
的能級即可使整個原子能量最低(如所有主族元素的基態原子)。
②相鄰能級能量相差不太大時,有1~2個電子占據能量　　　　　　的能級可能反而降低了電子排斥能而使整個原子能量最低(如所有副族元素的基態原子)。
(二)問題探究
問題1　下列電子排布,請說明分別違反了什么原理或規則。
(1)基態碳原子的電子排布圖違反什么原理或規則
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
(2)基態Ti原子的核外電子排布式1s22s22p63s23p10違反什么原理或規則
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
(3)基態Sc原子的核外電子排布式1s22s22p63s23p63d3違反什么原理或規則
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
問題2　寫出Cr的電子排布式,為什么其價層電子排布是3d54s1,而不是3d44s2
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
【探究歸納】
1.電子排布三原理的理解及應用
(1)能量最低原理
原子核外電子先占據能量低的軌道,然后依次進入能量較高的軌道,即在多電子原子中,電子進入各原子軌道的順序1s<2s<2p<3s<3p<4s<3d<4p<5s<4d<5p<6s<4f<5d<6p……,這樣使整個原子處于能量最低的狀態,從而滿足能量最低原理。
(2)泡利原理
在一個原子軌道里,最多只能容納2個電子,它們的自旋相反,如2s軌道上的電子排布表示為,不能表示為。
泡利原理還可表述為:同一原子中,不能有兩個或兩個以上的電子具有相同能層、能級、原子軌道和自旋狀態,即同一原子中,兩個電子的運動狀態不能完全相同。
(3)洪特規則
根據洪特規則,如正確;錯誤;錯誤;正確。
2.書寫軌道表示式的注意事項
(1)沒有電子的空軌道也要畫出。
(2)能級符號上不能標記電子數,如不能寫成1s2,3p1。
(3)能層序數和能級符號既可以寫在方框的下方,也可以寫在方框的上方。
3.有關電子運動狀態和電子排布的描述
(1)電子的運動狀態需從電子所處的能層、能級、原子軌道、自旋狀態四個方面描述,按照泡利不相容原理,一個原子中若兩個電子的能層、能級、原子軌道相同,則自旋狀態一定不同,即運動狀態不同,每一個電子是一種運動狀態,原子中有幾個電子,則有幾種運動狀態。
(2)1個原子軌道中若只有1個電子,稱為單電子或未成對電子,原子中未成對電子數之和,即為該原子的未成對電子數。
(3)若能級或原子軌道的電子數為其最多容納電子數的一半,則稱為半充滿。
　　　　　　　　　　　　　　　　
1.某同學將P原子的核外電子排布式寫成1s22s22p63s13p4,他違背了 (　　)
A.能量守恒原理 B.泡利不相容原理
C.能量最低原理 D.洪特規則
2.下列基態原子的電子排布圖中,違反了泡利原理的是 (　　)
3.在d軌道中電子排布成,而不排成,其直接的根據是 (　　)
A.能量最低原理 　B.泡利不相容原理
C.原子軌道能量順序 　D.洪特規則
4.以下是一些基態原子2p能級上的電子排布圖及電子排布式: 　③碳原子:1s22s12p3　④鉀原子:1s22s22p63s23p63d1。對上述表示方法的評價中,正確的是 (　　)
A.①違背泡利原理 　B.②正確
C.③違背能量最低原理 　D.④違背洪特規則
5.4p軌道填充一半的元素,其原子序數是 (　　)
A.15 B.33 C.35 D.51
二、基態原子核外電子排布表示
原子(或 離子) 結構示 意圖 含義 將每個能層上的電子總數表示在原子核外的圖示形式
實例
電子排 布式 含義 用數字在能級符號右上角標明該能級上排布的電子數,并按照能層從左到右的順序排列的式子
實例 K:1s22s22p63s23p64s1
簡化電 子排布 式 含義 為了避免電子排布式書寫過于繁瑣,把內層電子達到稀有氣體原子結構的部分以相應稀有氣體元素符號外加方括號表示
實例 K:[Ar]4s1
軌道表 示式(電 子排布 圖) 含義 每個方框代表一個原子軌道,每個箭頭代表一個電子
意義 能直觀反映出電子的排布情況及電子的自旋狀態
實例 Al:
價層電子 排布式 含義 主族元素原子的最外層上的電子、副族元素原子的最外層及部分內層上的電子與元素的化合價有關,這部分電子均為價層電子,表示價層電子排布的式子即價層電子排布式
實例 Al:3s23p1
電子式 含義 化學中常在元素符號周圍用“·”或“×”來表示元素原子的最外層電子,相應的式子叫電子式
實例 P:··　K:K·　S:··
　　　　　　　　　　　　　　　　
1.(2023·長沙南雅中學月考)下列表示He原子結構的化學用語中,對電子運動狀態描述最詳盡的是 (　　)
A.︰He B. C.1s2 D.
2.下列化學用語表示正確的是 (　　)
A.基態O原子的電子排布式為[Ne]2s22p4
B.基態Mg2+的電子排布式為1s22s22p63s2
C.激發態碳原子的電子排布圖可能為
D.S2-的結構示意圖為
3.下列化學用語表達錯誤的是 (　　)
A.S2Cl2的結構式:Cl—S—S—Cl
B.Fe3+的結構示意圖:
C.基態Cr原子的價層電子軌道表示式:
D.N原子核外電子有7種空間運動狀態
:課后完成　第一章　基礎課時3(共58張PPT)
第一節　原子結構
基礎課時 　泡利原理 　洪特規則　能量最低原理
3
第一章
原子結構與性質
1.認識基態原子中核外電子的排布遵循能量最低原理、泡利原理和洪特規則。2.熟練書寫1～36號元素基態原子的核外電子(或價層電子)排布式和軌道表示式。
學習目標
一、原子核外電子排布
二、基態原子核外電子排布表示
目
錄
CONTENTS
課后鞏固訓練
一、原子核外電子排布
對點訓練
(一)知識梳理
1.電子自旋與泡利原理
(1)電子自旋
電子除空間運動狀態外，還有一種狀態叫做自旋。電子自旋在空間有_______和________兩種取向，簡稱自旋相反，常用上下箭頭(↑和↓)表示自旋相反的電子。自旋是微觀粒子普遍存在的一種如同電荷、質量一樣的內在屬性。
(2)泡利原理
在一個原子軌道里，最多只能容納2個電子，它們的自旋______，這個原理稱為泡利原理(也稱泡利不相容原理)。
順時針
逆時針
相反
2.電子排布的軌道表示式
(1)軌道表示式的含義
軌道表示式(又稱電子排布圖)用方框(也可用圓圈)表示__________，能量相同的原子軌道(簡并軌道)的方框相連，箭頭表示一種自旋狀態的電子，“↑↓”稱電子對，“↑”或“↓”稱單電子(或稱未成對電子)。
寫出Ne原子的電子排布圖：_______________。
原子軌道
(2)軌道表示式中各部分代表的意義(以Si為例)
3.洪特規則
(1)概念：基態原子中，填入簡并軌道的電子總是___________，且__________，稱為洪特規則。
(2)適用范圍：不僅適用于基態原子，也適用于__________。洪特規則是針對電子填入簡并軌道而言的，并不適用于電子填入__________的軌道。當電子填入簡并軌道時，先以自旋平行依次分占不同軌道，剩余的電子再以自旋相反依次填入各軌道。
先單獨分占
自旋平行
基態離子
能量不同
(3)特例
在簡并軌道上的電子排布處于全充滿、半充滿和全空狀態時，具有______的能量和______的穩定性。
如24Cr的電子排布式為________________________，為半充滿狀態，易錯寫為1s22s22p63s23p63d44s2。
又如29Cu的電子排布式為1s22s22p63s23p63d104s1，易錯寫為1s22s22p63s23p63d94s2。
較低
較強
1s22s22p63s23p63d54s1
4.能量最低原理
(1)概念：在構建基態原子時，電子將盡可能地占據能量最低的原子軌道，使整個原子的能量最低，這就是能量最低原理。
(2)影響整個原子的能量因素
整個原子的能量是由_________、________和__________三個因素共同決定的。
(3)相鄰能級能量差的大小對電子填充的影響
①相鄰能級能量相差很大時，電子填入________的能級即可使整個原子能量最低(如所有主族元素的基態原子)。
②相鄰能級能量相差不太大時，有1～2個電子占據能量______的能級可能反而降低了電子排斥能而使整個原子能量最低(如所有副族元素的基態原子)。
核電荷數
電子數
電子狀態
能量低
稍高
(二)問題探究
問題1　下列電子排布，請說明分別違反了什么原理或規則。
(1)基態碳原子的電子排布圖 違反什么原理或規則？
提示　洪特規則。
(2)基態Ti原子的核外電子排布式1s22s22p63s23p10違反什么原理或規則？
提示　泡利原理。
(3)基態Sc原子的核外電子排布式1s22s22p63s23p63d3違反什么原理或規則？
提示　能量最低原理。
問題2　寫出Cr的電子排布式，為什么其價層電子排布是3d54s1，而不是3d44s2
提示　1s22s22p63s23p63d54s1；4s的一個電子進入能量較高的3d能級，降低了4s的電子排斥能，使原子能量降低(即半充滿穩定)。
【探究歸納】
1.電子排布三原理的理解及應用
2.書寫軌道表示式的注意事項
(1)沒有電子的空軌道也要畫出。
(2)能級符號上不能標記電子數，如不能寫成1s2，3p1。
(3)能層序數和能級符號既可以寫在方框的下方，也可以寫在方框的上方。
3.有關電子運動狀態和電子排布的描述
(1)電子的運動狀態需從電子所處的能層、能級、原子軌道、自旋狀態四個方面描述，按照泡利不相容原理，一個原子中若兩個電子的能層、能級、原子軌道相同，則自旋狀態一定不同，即運動狀態不同，每一個電子是一種運動狀態，原子中有幾個電子，則有幾種運動狀態。
(2)1個原子軌道中若只有1個電子，稱為單電子或未成對電子，原子中未成對電子數之和，即為該原子的未成對電子數。
(3)若能級或原子軌道的電子數為其最多容納電子數的一半，則稱為半充滿。
1.某同學將P原子的核外電子排布式寫成1s22s22p63s13p4，他違背了(　　)
A.能量守恒原理 B.泡利不相容原理
C.能量最低原理 D.洪特規則
解析　由能量最低原理可知，原子核外電子將盡可能地占據能量最低的原子軌道，使整個原子的能量最低，則核外電子排布式1s22s22p63s13p4違背了能量最低原理，正確排布式為1s22s22p63s23p3。
C
2.下列基態原子的電子排布圖中，違反了泡利原理的是(　　)
解析　2p軌道違背洪特規則，A不符合題意；2s軌道違背泡利不相容原理，即同一個軌道中，兩個電子應自旋相反，B符合題意；電子排布遵循能量最低原理、泡利原理和洪特規則，C不符合題意；2s軌道沒有填充滿，違背能量最低原理，D不符合題意，故選B。
B
D
解析　①違背洪特規則，A項錯誤；②違背泡利原理，B項錯誤；電子應先排2s軌道，2s軌道排滿后，再排2p軌道，③違背能量最低原理，C項正確；④違背了能量最低原理，D項錯誤。
C
5.4p軌道填充一半的元素，其原子序數是(　　)
A.15 B.33
C.35 D.51
解析　4p軌道填充一半的元素，其電子排布式為1s22s22p63s23p63d104s24p3，原子序數為33。
B
二、基態原子核外電子排布表示
對點訓練
1.(2023·長沙南雅中學月考)下列表示He原子結構的化學用語中，對電子運動狀態描述最詳盡的是(　　)
A.∶He B.
C.1s2 D.
解析　A 項只表示出最外層電子數；B 項只表示出核外電子的分層排布情況；C 項具體到能層、能級以及能級上的電子數；而 D項包含了能層、能級、原子軌道上的電子數及電子的自旋狀態，對電子運動狀態四個方面都進行了描述，最為詳盡，故選D。
D
2.下列化學用語表示正確的是(　　)
C
3.下列化學用語表達錯誤的是(　　)
D
課后鞏固訓練
A級　合格過關練
選擇題只有1個選項符合題意
(一)原子核外電子排布
D
2.下列各項敘述錯誤的是(　　)
A
解析　根據洪特規則，填入簡并軌道的電子總是先單獨分占且自旋平行，該排布圖違反了洪特規則，A錯誤；根據構造原理，最后兩個能級的電子應先填入4s軌道再填入3d軌道，該排布式違反了構造原理，B正確；鈹元素原子序數為4，1s、2s能級均只有一個原子軌道，該排布圖符合洪特規則與泡利原理，C正確；該變化表示電子從較高能量的激發態躍遷到基態，釋放出能量，故會產生發射光譜，D正確。
3.下列說法正確的是(　　)
C
4.下列基態原子的原子核外未成對電子數最少的是(　　)
A.P B.Cr C.Mg D.S
解析　P原子的價層電子排布式為3s23p3，原子核外未成對的電子數為3；Cr原子的價層電子排布式為3d54s1，原子核外未成對的電子數為6；Mg原子的價層電子排布式為3s2，原子核外未成對的電子數為0；S原子的價層電子排布式為3s23p4，原子核外未成對的電子數為2；綜上所述Mg原子核外未成對電子數為0最少，故選C。
C
5.下列離子中外層d軌道達半充滿狀態的是(　　)
A.Cr3＋ B.Cu＋ C.Co3＋ D.Fe3＋
解析　Cr3＋的價層電子排布式為3d3，d軌道不是半充滿狀態，故A不符合題意；Cu＋的價層電子排布式為3d10，d軌道處于全充滿狀態，故B不符合題意；Co3＋的價層電子排布式為3d6，d軌道不是半充滿狀態，故C不符合題意；Fe3＋的價層電子排布式為3d5，d軌道達半充滿狀態，故D符合題意。
D
6.下列有關構造原理的說法錯誤的是(　　)
A.原子核外電子填充3p、3d、4s能級的順序為3p→4s→3d
B.某基態原子部分核外電子的排布式為3d64s2
C.所有基態原子的核外電子排布都遵循構造原理
D.構造原理中的電子排布能級順序，并不代表各能級能量由低到高的順序
C
解析　根據構造原理ns＜(n－2)f＜(n－1)d＜np，可判斷原子核外電子填充3p、3d、4s能級的順序為3p→4s→3d，故A正確；根據構造原理，基態鐵原子部分核外電子的排布式為3d64s2，故B正確；絕大多數基態原子的核外電子排布都遵循構造原理，但也有少數例外，如鉻原子和銅原子因洪特規則不遵循構造原理，故C錯誤；構造原理中電子填入能級的順序是各能級能量由低到高的順序，但不代表各能級能量由低到高的順序，故D正確。
(二)基態原子核外電子排布表示
7.(2023·合肥期末)下列對電子排布或軌道表示式書寫的評價正確的是(　　)
C
選項 電子排布式或軌道表示式 評價
A N原子的軌道表示式： 錯誤；違反洪特規則
B O原子的軌道表示式： 錯誤；違反泡利原理
C K原子的電子排布式：1s22s22p63s23p63d1 錯誤；違反能量最低原理
D Br－的電子排布式：[Ar]3d104s24p6 錯誤；違反能量最低原理
解析　同一軌道中的兩個電子運動方向相同，違反了泡利原理，A錯誤；電子應先充滿同能級的軌道，違反了洪特規則，B錯誤；K原子的電子排布式為1s22s22p63s23p64s1，違反了能量最低原理，C正確；Br－的電子排布式正確，評價錯誤，D錯誤。
8.下列所述的粒子(1～20號元素)，按半徑由大到小的順序排列正確的是(　　)
①基態X原子的結構示意圖為
②基態Y－的價電子排布式為3s23p6
③基態Z2－的軌道表示式為
④基態E＋的最高能級的電子對數等于其最高能層序數
A.②>③>①>④ B.④>③>②>①
C.③>②>④>① D.④>②>③>①
C
9.(2023·重慶七中期末)某元素基態原子4s軌道上有2個電子，則基態原子價層電子排布不可能是(　　)
A.3d14s2 B.3d44s2
C.3d84s2 D.3d104s2
解析　Sc元素的價層電子排布為3d14s2，A不符合題意；根據洪特規則可知，3d44s2應改為3d54s1，B符合題意；Ni元素的價層電子排布為3d84s2，C不符合題意；Zn元素的價層電子排布為3d104s2，D不符合題意。
B
B級　素養培優練
10.(2023·煙臺期末)下列軌道表示式正確且所表示的元素原子的能量處于最低狀態的是(　　)
D
解析　違背了能量最低原理，能量不處于最低，故A不符合題意；違背了能量最低原理，能量不處于最低，故B不符合題意；違背了洪特規則，故C不符合題意。
11.下列有關核外電子排布式或軌道表示式不正確的是(　　)
A.24Cr的電子排布式：1s22s22p63s23p63d54s1
B.K的簡化電子排布式：[Ar]4s1
C.N原子的軌道表示式
D.S原子的軌道表示式：
解析　S原子的軌道表示式違反了洪特規則，正確的應是 。
D
12.某元素的3p軌道上有兩個未成對電子，則下列說法正確的是(　　)
A.第三能層上有4個電子
B.最外層上可能有5個電子
C.最高正價一定為＋4
D.第二能層沒有未成對電子
解析　由于3p軌道上有兩個未成對電子，所以該原子的核外電子排布式為1s22s22p63s23p2或者1s22s22p63s23p4。
D
13.溫州大學王舜教授課題組與美國北得克薩斯州大學 Zhenhai Xia 教授合作，在雜原子摻雜碳的超級電容領域取得了新突破。下列 C 原子電子排布圖表示的狀態中，能量關系正確的是(　　)
D
A.①＝②＝③＝④ B.③>④>①>②
C.④>③>①＝② D.②>①>④>③
解析　電子能量為 1s<2s<2p，則 2p 軌道上的電子越多，其能量越高，1s和 2s 軌道上的電子越多，其能量越低，則能量由高到低的順序是②>①>④>③，故選 D。
14.KMnO4在化工、醫藥等領域有著廣泛的應用，下列相關說法錯誤的是(　　)
A.基態K原子中，核外電子占據最高能層的符號是N
B.基態Mn2＋的核外電子排布式為1s22s22p63s23p63d54s2
C.基態氧原子的價層電子軌道表示式為
D.鉀的焰色為紫色與鉀原子核外電子發生躍遷有關
B
解析　基態K原子有4個電子層，核外電子占據的最高能層的符號是N，故A正確；Mn原子核外有25個電子，Mn2＋是Mn原子失去2個電子形成的，則基態Mn2＋的核外電子排布式為1s22s22p63s23p63d5，故B錯誤；基態氧原子核外電子排布式為1s22s22p4，價層電子軌道表示式為 ，故C正確；焰色試驗的原理是核外電子吸收能量發生躍遷后再躍遷回能量較低的軌道，多余的能量主要以光的形式釋放出來，放出的光的波長在可見光范圍內，火焰呈現一定的顏色，故D正確。
15.電子排布式和電子排布圖的書寫。
(1)基態Ti原子的核外電子排布式為___________________________________。
(2)Fe成為陽離子時首先失去____________軌道電子，Sm的價層電子排布式為4f66s2，Sm3＋價層電子排布式為____________。
(3)下列狀態的鎂中，電離最外層一個電子所需能量最大的是_______(填字母)。
1s22s22p63s23p63d24s2(或[Ar]3d24s2)
4s
4f5
A
解析　(1)Ti為22號元素，其基態Ti原子的核外電子排布式為1s22s22p63s23p63d24s2(或[Ar]3d24s2)；(2)Fe成為陽離子時首先失去最外層上的電子即4s軌道電子，Sm的價層電子排布式4f66s2，先失去6s上2個電子，再失去4f上1個電子，則Sm3＋價層電子排布式為4f5；(3)A、D分別為Mg＋的基態和激發態，B、C分別為Mg的基態和激發態，由于基態電離最外層一個電子所需能量比激發態大，故電離最外層一個電子所需能量為A>D，B>C，又電離3s2上的電子比3s1上的一個電子所需能量高，故電離最外層一個電子所需能量最大的是A；
(4)基態Fe原子價層電子的電子排布圖(軌道表示式)為_________________。
(5)基態Fe原子的價層電子排布式為_________。
3d64s2
解析 (4)基態Fe原子價層電子排布式為3d64s2，價層電子的電子排布圖(軌道表示式)為 。(5)Fe為26號元素，則基態Fe原子價層電子排布式為3d64s2。
16.回答下列問題。
(1)鎳元素基態原子的電子排布式為_____________________________，3d能級上的未成對電子數為_____。
(2)基態Ge原子的核外電子排布式為____________________________________，有________個未成對電子。
(3)Zn2＋基態核外電子排布式為____________________________。
(4)處于一定空間運動狀態的電子在原子核外出現的概率密度分布可用____________形象化描述。
1s22s22p63s23p63d84s2或[Ar]3d84s2
2
1s22s22p63s23p63d104s24p2或[Ar]3d104s24p2
2
1s22s22p63s23p63d10或[Ar]3d10
電子云
解析　(1)Ni是28號元素，根據核外電子的排布規律可知，其基態原子的核外電子排布式為1s22s22p63s23p63d84s2。根據洪特規則可知，Ni原子3d能級上8個電子盡可能分占5個不同的軌道，其未成對電子數為2；(2)Ge(鍺)元素在周期表的第四周期第ⅣA族，因此核外電子排布式為1s22s22p63s23p63d104s24p2或[Ar]3d104s24p2，p軌道上的2個電子是未成對電子；(3)Zn為30號元素，其基態原子的核外電子排布式為1s22s22p63s23p63d104s2，失去最外層的2個電子即可得到Zn2＋，Zn2＋的核外電子排布式為1s22s22p63s23p63d10或[Ar]3d10；(4)處于一定空間運動狀態的電子在原子核外出現的概率密度分布用電子云形象地描述；
(5)基態Fe原子有__________個未成對電子。Fe3＋的電子排布式為__________________________。
(6)基態硼原子的電子排布式為____________。
4
1s22s22p63s23p63d5(或[Ar]3d5)
1s22s22p1
解析　(5)基態Fe原子的核外電子排布式為[Ar]3d64s2，其中3d能級有4個軌道未充滿，含有4個未成對電子。Fe原子失去4s軌道的2個電子和3d軌道的1個電子形成Fe3＋，則其電子排布式為1s22s22p63s23p63d5或[Ar]3d5；(6)B是5號元素，其基態原子的電子排布式為1s22s22p1。

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