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專題突破 (一)核外電子排布的規(guī)范書(shū)寫(xiě)與應(yīng)用
第一章　原子結(jié)構(gòu)與性質(zhì)
核外電子在原子軌道上排布要遵循三個(gè)原則，即泡利(不相容)原理、洪特規(guī)則和能量最低原理。這三個(gè)原則并不是孤立的，而是相互聯(lián)系、相互制約的，也就是說(shuō)核外電子在原子軌道上排布要同時(shí)遵循這三個(gè)原則。其中能量最低原理可敘述為在不違背泡利(不相容)原理的前提下，核外電子在各個(gè)原子軌道上的排布方式應(yīng)使整個(gè)原子體系的能量最低。
一、核外電子排布的表示方法
方法整合
原子(核素)符號(hào) 含義 在元素符號(hào)的左下方標(biāo)明質(zhì)子數(shù)、左上方標(biāo)明質(zhì)量數(shù)的一種圖示即為原子符號(hào)
實(shí)例 O
電子式 含義 化學(xué)中常在元素符號(hào)周?chē)谩啊ぁ被颉啊痢眮?lái)表示元素原子的最外層電子，相應(yīng)的式子叫做電子式
實(shí)例
16
8
原子(離子)
結(jié)構(gòu)示意圖 含義 將每個(gè)能層上的電子總數(shù)表示在原子核外的式子
實(shí)例
電子排布式 含義 用數(shù)字在能級(jí)符號(hào)右上角標(biāo)明該能級(jí)上排布的電子數(shù)，這就是電子排布式
實(shí)例 K：1s22s22p63s23p64s1
簡(jiǎn)化電子
排布式 含義 為了避免電子排布式書(shū)寫(xiě)過(guò)于繁瑣，把內(nèi)層電子達(dá)到稀有氣體原子結(jié)構(gòu)的部分以相應(yīng)稀有氣體元素符號(hào)外加方括號(hào)表示
實(shí)例 K：[Ar]4s1
價(jià)層電子排布式 含義 主族元素的價(jià)層電子指最外層電子，價(jià)層電子排布式即最外層電子排布式
實(shí)例 Al：3s23p1
軌道表示式(電子排布圖) 含義 每個(gè)方框代表一個(gè)原子軌道，每個(gè)箭頭代表一個(gè)電子
實(shí)例 Al：
1．下列化學(xué)用語(yǔ)表示正確的是
A．Ca2＋的結(jié)構(gòu)示意圖為
B．基態(tài)Fe原子的價(jià)層電子軌道表示式為
C．基態(tài)S原子的電子排布式為1s22s22p63s23p3
D．NaOH的電子式：
應(yīng)用體驗(yàn)
√
Ca2＋的核外電子數(shù)為20－2＝18，所以其結(jié)構(gòu)示意圖為 ，A錯(cuò)誤；基態(tài)硫原子為16號(hào)元素，電子排布式為1s22s22p63s23p4，C錯(cuò)誤；NaOH為離子化合物，其電子式為 。
2．(2021·天津卷)下列化學(xué)用語(yǔ)表達(dá)正確的是
A．F－的離子結(jié)構(gòu)示意圖：
B．基態(tài)碳原子的軌道表示式：
C．丙炔的鍵線式：
D．H2O分子的球棍模型：
√
F－最外層有8個(gè)電子，離子結(jié)構(gòu)示意圖： ，故A錯(cuò)誤；基態(tài)碳原子的軌道表示式： ，故B錯(cuò)誤；丙炔的三個(gè)碳原子在一條線上，故C錯(cuò)誤；H2O分子的空間結(jié)構(gòu)為V形，所以球棍模型為 ，故D正確。
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二、核外電子排布的規(guī)范書(shū)寫(xiě)
1．核外電子排布式與原子結(jié)構(gòu)示意圖、軌道表示式(電子排布圖)的關(guān)系
原子結(jié)構(gòu)示意圖→電子排布式→軌道表示式逐步細(xì)化核外電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。
2．核外電子的排布表示方法的常見(jiàn)誤區(qū)
(1)當(dāng)出現(xiàn)d軌道時(shí)，雖然電子按ns、(n－1)d、np的順序填充，但在書(shū)寫(xiě)電子排布式時(shí)，仍把(n－1)d放在ns前，如Fe：1s22s22p63s23p63d64s2正確，F(xiàn)e：1s22s22p63s23p64s23d6錯(cuò)誤。
方法整合
1．下列幾種表示電子排布的方法中正確的是
A．32Ge原子的電子排布式：4s24p2
B．28Ni原子的電子排布式：1s22s22p63s23p63d94s1
C．O原子的軌道表示式：
D．29Cu＋的價(jià)層電子排布式：3d94s1
應(yīng)用體驗(yàn)
32Ge原子的電子排布式：1s22s22p63s23p63d104s24p2，A錯(cuò)誤；28Ni原子的電子排布式為1s22s22p63s23p63d84s2，B錯(cuò)誤；能層高的電子先失去，即先失去4s電子，后失去3d電子，29Cu＋的價(jià)層電子排布式為3d10，D
錯(cuò)誤。
√
2．下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是
A．ns電子的能量可能低于(n－1)p電子的能量
B．6C的電子排布式為1s22s22p ，違反了洪特規(guī)則
C．電子排布式(21Sc)1s22s22p63s23p63d3違反了能量最低原理
D．電子排布式(22Ti)1s22s22p63s23p10違反了泡利原理
電子的能量與能層、能級(jí)有關(guān)，ns電子的能量一定高于(n－1)p電子的能量，A錯(cuò)誤；根據(jù)洪特規(guī)則知，2p能級(jí)上的兩個(gè)電子應(yīng)排在兩個(gè)不同軌道上，B正確；根據(jù)能量最低原理知，電子先排能量低的軌道，后排能量高的軌道，故應(yīng)先排4s軌道，即電子排布式應(yīng)為1s22s22p63s23p63d14s2，C正確；根據(jù)泡利原理知，3p能級(jí)最多容納6個(gè)電子，D正確。
√
3．已知基態(tài)鉻原子的核外電子排布式是1s22s22p63s23p63d54s1，其并未嚴(yán)格按照基態(tài)原子核外電子在原子軌道上的排布順序進(jìn)行排布，為什么核外電子這樣排布呢？________________________________________________
____________________________________________。
由洪特規(guī)則的特例可知，能量相同的原子軌道在全充滿、半充滿和全空的狀態(tài)時(shí)，體系的能量較低。
1．s、p、d軌道最多容納電子數(shù)分別為2、6、10。
2．1～36號(hào)元素中的洪特規(guī)則的兩個(gè)特例：24Cr和29Cu。
歸納總結(jié)
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隨堂演練
1．下列電子排布式中，原子處于激發(fā)狀態(tài)的是
A．1s22s2
B．1s22s22p5
C．1s22s22p63s23p63d54s1
D．1s22s22p63s23p63d104s14p3
電子排布式1s22s2符合能量最低原理，所以原子為基態(tài)，故A不選；1s22s22p5符合能量最低原理，所以為基態(tài)，故B不選；1s22s22p63s23p63d54s1符合能量最低原理，所以為基態(tài)，故C不選；1s22s22p63s23p63d104s14p3為激發(fā)態(tài)，根據(jù)能量最低原理知，其基態(tài)應(yīng)為1s22s22p63s23p63d104s24p2，故選D。
√
√
Cr原子的價(jià)層電子排布式應(yīng)為3d54s1，軌道表示式錯(cuò)誤，故A錯(cuò)誤；KCl是離子化合物，其電子式： ，故B錯(cuò)誤；基態(tài)Fe原子的電子排布式為[Ar]3d64s2，則基態(tài)Fe3＋的電子排布式：1s22s22p63s23p63d5，故C正確；F的原子結(jié)構(gòu)示意圖： ，故D錯(cuò)誤。
3．下列關(guān)于硅原子的核外電子排布表示方法中，錯(cuò)誤的是
A．1s22s22p63s23p2
B．[Ne]3s23p2
C.
D.
√
A、B兩項(xiàng)是電子排布式，C、D兩項(xiàng)是軌道表示式，其中C項(xiàng)違背了洪特規(guī)則，故錯(cuò)誤。
4．按要求填空：
(1)在KH2PO4的四種組成元素各自所能形成的簡(jiǎn)單離子中，核外電子排布相同的是__________(填離子符號(hào))。
(2)基態(tài)Ti原子的核外電子排布式為_(kāi)______________________________。
(3)基態(tài)Fe原子的核外電子排布式為_(kāi)______________________________。
(4)氮原子價(jià)層電子的軌道表示式(電子排布圖)為_(kāi)____________。
(5)基態(tài)Co原子的核外電子排布式為_(kāi)______________________________。
(6)寫(xiě)出基態(tài)As原子的核外電子排布式：____________________________
___________________________。
K＋、P3－
[Ar]3d24s2(或1s22s22p63s23p63d24s2)
[Ar]3d64s2(或1s22s22p63s23p63d64s2)
[Ar]3d74s2(或1s22s22p63s23p63d74s2)
[Ar]3d104s24p3
(或1s22s22p63s23p63d104s24p3)
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課時(shí)測(cè)評(píng)
√
A項(xiàng)所示是N原子的結(jié)構(gòu)示意圖，只能看出在原子核外各能層上含有的電子數(shù)的多少，不能確定電子能級(jí)，錯(cuò)誤；B項(xiàng)所示是N原子的電子式，可以看出原子的最外層電子數(shù)，不能確定電子能級(jí)，錯(cuò)誤；C項(xiàng)所示是N原子的核外電子排布式，不僅能知道原子核外有幾個(gè)能層，還能確定電子能級(jí)，正確；D項(xiàng)所示是N原子的軌道表示式，違反了洪特規(guī)則，錯(cuò)誤。
2．元素X基態(tài)原子的第三能層上有16個(gè)電子，該基態(tài)原子的價(jià)層電子排布式為
A．3d16 B．3d84s2
C．3d94s1 D．3d94s2
√
第三能層上有16個(gè)電子，則第三能層的電子排布式為3s23p63d8，又因能量E(3d)>E(4s)，所以X原子的第四能層的電子排布式為4s2，故元素X基態(tài)原子的價(jià)層電子排布式為3d84s2。
3．下列各組表述中，兩個(gè)粒子不屬于同種原子的是
A．3p能級(jí)有一個(gè)空軌道的基態(tài)原子和核外電子排布式為1s22s22p63s23p2的基態(tài)原子
B．2p能級(jí)無(wú)空軌道且有一個(gè)未成對(duì)電子的基態(tài)原子和最外層電子排布式為2s22p5的基態(tài)原子
C．M層全充滿而N層為4s2的基態(tài)原子和核外電子排布式為1s22s22p63s23p64s2的基態(tài)原子
D．最外層電子數(shù)是核外電子總數(shù)的 的基態(tài)原子和最外層電子排布式為4s24p5的基態(tài)原子
√
3p能級(jí)有一個(gè)空軌道的基態(tài)原子，該原子的3p能級(jí)有2個(gè)電子，則核外電子排布式為1s22s22p63s23p2，題述兩粒子為同一原子，A錯(cuò)誤；2p能級(jí)無(wú)空軌道，且有一個(gè)未成對(duì)電子的基態(tài)原子，該原子2p能級(jí)有5個(gè)電子，最外層電子排布式為2s22p5，題述兩粒子為同一原子，B錯(cuò)誤；M層全充滿而N層為4s2的基態(tài)原子的核外電子排布式為1s22s22p63s23p63d104s2，題述兩粒子核外電子排布不相同，不表示同一原子，C正確；
最外層電子數(shù)是核外電子總數(shù)的 ，說(shuō)明內(nèi)層電子數(shù)是最外層電子數(shù)的4倍，即內(nèi)層電子數(shù)是4的倍數(shù)，符合題意的內(nèi)層電子數(shù)為2＋8＋18＝28，則最外層電子數(shù)為7，即核外電子總數(shù)為35，核外電子排布式為1s22s22p63s23p63d104s24p5，最外層電子排布式為4s24p5，題述兩粒子為同一原子，D錯(cuò)誤。
4．下列四種元素中，其單質(zhì)氧化性最強(qiáng)的是
A．基態(tài)原子最外層電子排布式為3s23p3的元素
B．位于周期表中第三周期第ⅢA族的元素
C．基態(tài)原子最外層電子排布式為2s22p4的元素
D．基態(tài)原子含有未成對(duì)電子最多的第二周期元素
√
基態(tài)原子最外層電子排布式為3s23p3的元素是P元素，位于周期表中第三周期第ⅢA族的元素是Al元素，基態(tài)原子最外層電子排布式為2s22p4的元素是O元素，基態(tài)原子含未成對(duì)電子最多的第二周期元素是N元素，非金屬性：O>N>P>Al，氧氣的氧化性最強(qiáng)。
5．下列各組表述中，正確的是
A．核外電子排布式為1s22s22p63s23p4的基態(tài)原子3p能級(jí)有一個(gè)空軌道
B．第四周期中，未成對(duì)電子數(shù)最多的原子為Mn
C．基態(tài)34Se原子的簡(jiǎn)化電子排布式為[Ar]3d104s24p4
D．2p能級(jí)有2個(gè)未成對(duì)電子的基態(tài)原子的價(jià)層電子排布一定為2s22p2
√
基態(tài)S原子的核外電子排布式為1s22s22p63s23p4，3p能級(jí)的軌道表示式為 ，沒(méi)有空軌道，故A錯(cuò)誤；第四周期中，未成對(duì)電子數(shù)最多的原子的價(jià)層電子排布為3d54s1，為Cr原子，故B錯(cuò)誤；Se為34號(hào)元素，基態(tài)Se原子的核外電子排布式為1s22s22p63s23p63d104s24p4，其簡(jiǎn)化電子排布式為[Ar]3d104s24p4，故C正確；2p能級(jí)有2個(gè)未成對(duì)電子，則該原子2p能級(jí)有2個(gè)或4個(gè)電子，價(jià)層電子排布為2s22p2或2s22p4，故D錯(cuò)誤。
√
A項(xiàng)，②狀態(tài)2p能級(jí)處于半充滿狀態(tài)，能量低；B項(xiàng)，①代表基態(tài)，
②代表激發(fā)態(tài)，②狀態(tài)能量較高；C項(xiàng)，①狀態(tài)3d能級(jí)處于半充滿狀態(tài)，能量較低；D項(xiàng)，①狀態(tài)2p能級(jí)中兩個(gè)電子分占兩個(gè)不同的軌道且自旋方向相同，能量較低。
7．下列有關(guān)核外電子排布不正確的是
A．24Cr的電子排布式：1s22s22p63s23p63d54s1
B．K的簡(jiǎn)化電子排布式：[Ar]4s1
C．N的基態(tài)原子的電子排布圖：
D．S的基態(tài)原子的電子排布圖：
√
D項(xiàng)中S的基態(tài)原子的電子排布圖違背了洪特規(guī)則，正確的寫(xiě)法應(yīng)是 。
8．A、B屬于短周期中不同主族的元素，A、B原子的最外層電子中，成對(duì)電子和未成對(duì)電子占據(jù)的軌道數(shù)相等，若A元素的原子序數(shù)為a，則B元素的原子序數(shù)不可能為
A．a(chǎn)＋8 B．a(chǎn)－5
C．a(chǎn)＋3 D．a(chǎn)＋11
√
根據(jù)題意可寫(xiě)出短周期中各主族中符合題意的元素原子的最外層電子的軌道表示式：ⅢA族 、ⅥA族 。據(jù)此分析可知B、Al、O和S符合要求，結(jié)合A、B屬于短周期中不同主族的元素，則B的原子序數(shù)不可能為a＋8。
9．A、B、C、D是四種短周期元素，E是過(guò)渡元素。A、B、C同周期，C、D同主族，A的原子結(jié)構(gòu)示意圖為 ，B是同周期除稀有氣體外原子半徑最大的元素，C的最外層有三個(gè)未成對(duì)電子，E的價(jià)層電子排布式為3d64s2。回答下列問(wèn)題：
(1)A為_(kāi)____(填元素符號(hào)，下同)，電子排布式是_______________。
(2)B為_(kāi)____，電子排布式是_____________。
(3)C為_(kāi)____，電子排布式是_______________。
(4)D為_(kāi)____，軌道表示式是_______________。
(5)E為_(kāi)____，原子結(jié)構(gòu)示意圖是_______。
Si
1s22s22p63s23p2
Na
1s22s22p63s1
P
1s22s22p63s23p3
N
Fe
由題意可知，A為Si，B為Na，C為P，則D為N，E為Fe。A、B、C、D、E 5種元素核外電子排布式分別為1s22s22p63s23p2、1s22s22p63s1、1s22s22p63s23p3、1s22s22p3、1s22s22p63s23p63d64s2。N的軌道表示式為 ，F(xiàn)e的原子結(jié)構(gòu)示意圖為 。
10．按要求填空：
(1)寫(xiě)出下列基態(tài)原子或基態(tài)離子的電子排布式。
B：______________________；
V：________________________________；
N3－：______________________；
Cr3＋：____________________________。
(2)氧元素基態(tài)原子核外未成對(duì)電子數(shù)為_(kāi)___；寫(xiě)出3p軌道上有2個(gè)未成對(duì)電子的元素符號(hào)_______，M層上有2對(duì)成對(duì)電子的原子最外層共有____種不同運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的電子。
1s22s22p1(或[He]2s22p1)
1s22s22p63s23p63d34s2(或[Ar]3d34s2)
1s22s22p6(或[He]2s22p6)
1s22s22p63s23p63d3(或[Ar]3d3)
2
Si或S
6
O原子核外有8個(gè)電子，其基態(tài)原子核外電子排布式為1s22s22p4，4個(gè)電子在3個(gè)軌道中排布，故未成對(duì)電子數(shù)是2；3p軌道上有2個(gè)未成對(duì)電子的元素的價(jià)層電子排布為3s23p2或3s23p4，核外電子數(shù)為14或16，元素符號(hào)為Si或S；M層上有2對(duì)成對(duì)電子的原子的電子排布式為1s22s22p63s23p4，最外層上有6個(gè)電子，它們共有6種不同運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。
(3)某元素的原子序數(shù)為33，該元素原子的價(jià)層電子排布為_(kāi)______，該元素原子核外有____個(gè)能層，____個(gè)能級(jí)，占據(jù)____個(gè)原子軌道。
其電子排布式為1s22s22p63s23p63d104s24p3，價(jià)層電子排布為4s24p3，得出該元素原子核外有4個(gè)能層、8個(gè)能級(jí)，共1＋1＋3＋1＋3＋5＋1＋3＝18個(gè)原子軌道(s：1個(gè)軌道；p：3個(gè)軌道；d：5個(gè)軌道)。
4s24p3
4
8
18
(4)基態(tài)Fe核外有___個(gè)未成對(duì)電子，基態(tài)Fe2＋核外有_______對(duì)自旋狀態(tài)相反的電子。
基態(tài)Fe電子排布式為[Ar]3d64s2，在3d軌道上有4個(gè)未成對(duì)電子，基態(tài)Fe2＋電子排布式為[Ar]3d6，有10對(duì)自旋狀態(tài)相反的電子。
4
10
11．根據(jù)原子核外電子的排布情況，回答下列問(wèn)題：
(1)B元素的正三價(jià)離子的3d能級(jí)為半充滿，B的元素符號(hào)為_(kāi)_____，其基態(tài)原子的電子排布式為_(kāi)_________________________________，其原子結(jié)
構(gòu)示意圖為_(kāi)_______。
B元素原子失去2個(gè)4s電子和1個(gè)3d電子后變成＋3價(jià)離子，其基態(tài)原子的核外電子排布式為1s22s22p63s23p63d64s2或[Ar]3d64s2，即26號(hào)Fe元素。
Fe
1s22s22p63s23p63d64s2(或[Ar]3d64s2)
(2)C元素基態(tài)原子的M層全充滿，N層沒(méi)有成對(duì)電子且只有一個(gè)未成對(duì)電子，C的元素符號(hào)為_(kāi)___，其基態(tài)原子的電子排布式為_(kāi)__________________
________________。
C元素基態(tài)原子的核外電子排布式為1s22s22p63s23p63d104s1或[Ar]3d104s1，故C為Cu。
Cu
(或[Ar]3d104s1)
1s22s22p63s23p63d104s1
(3)D元素的原子最外層電子排布式為nsnnpn＋2，則n＝___；原子中能量最
高的能級(jí)是____，價(jià)層電子軌道表示式為_(kāi)___________。
2
2p
12．A、B、C、D、E代表五種元素。請(qǐng)回答下列問(wèn)題。
(1)A元素基態(tài)原子的最外層有3個(gè)未成對(duì)電子，次外層有2個(gè)電子，其元素
符號(hào)為_(kāi)___，軌道表示式為_(kāi)______________，原子核外電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)有____種。
由題意知，A元素基態(tài)原子只能有2個(gè)能層，其基態(tài)原子的核外電子排布式為1s22s22p3，A為N元素，其軌道表示式為 ，核外沒(méi)有運(yùn)動(dòng)狀態(tài)完全相同的電子，故原子核外有7種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的電子。
N
7
(2)B元素的－2價(jià)離子和C元素的＋1價(jià)離子的電子層結(jié)構(gòu)都與氬原子的相同，B的原子結(jié)構(gòu)示意圖為_(kāi)_____，B、C所形成的化合物的電子式為_(kāi)_____________。
由題意知，B為S元素、C為K元素，B的原子結(jié)構(gòu)示意圖為 ，B、C所形成的化合物的電子式為 。
(3)D元素的＋3價(jià)離子的3d能級(jí)為半充滿狀態(tài)，D的元素名稱為_(kāi)____，其基態(tài)原子的所有電子占有____個(gè)原子軌道。
D元素原子的核外電子排布式為1s22s22p63s23p63d64s2，D的元素名稱為鐵。s能級(jí)有1個(gè)軌道，p能級(jí)有3個(gè)軌道，d能級(jí)有5個(gè)軌道，均填充電子，故其基態(tài)原子的所有電子占有1×4＋3×2＋5×1＝15個(gè)原子軌道。
鐵
15
(4)E元素基態(tài)原子的M層為全充滿狀態(tài)，N層沒(méi)有成對(duì)電子，只有一個(gè)未成對(duì)電子，則E的基態(tài)原子的電子有____種伸展方向，E＋的價(jià)層電子的軌
道表示式為_(kāi)______________。
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E元素原子核外電子數(shù)目為2＋8＋18＋1＝29，故E為Cu元素，其原子的核外電子排布式為1s22s22p63s23p63d104s1，s軌道有1種伸展方向，p軌道有3種伸展方向，d軌道有5種伸展方向，故共有1＋3＋5＝9種伸展方向，Cu＋的價(jià)層電子的軌道表示式為 。
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