選修3《物質結構與性質》第一節原子結構第二課時 基態原子的核外電子

第2課時 基態原子的核外電子排布 原子軌道

▍課標要求▍

1．了解原子核外電子的運動狀態。

2．知道原子核外電子在一定條件下會發生躍遷，了解其簡單應用。

要點一 能量最低原理、基態與激發態、光譜

1．能量最低原理

原子核外電子的排布遵循構造原理，按軌道能量 依次排列，使整個原子處

于 的能量狀態。

2．基態原子與激發態原子

3．光譜與光譜分析

(1)光譜形成原因

不同元素的原子發生 時會吸收或釋放不同的光。

(2)光譜分類

(3)光譜分析

在現代化學中，利用 上的 來鑒定元素的分析方法。

要點二 電子云與原子軌道

1．電子云的概念及形狀

(1)電子云是處于一定空間運動狀態的電子在原子核外空間的 分布的形象

化描述。

(2)

2．原子軌道

(1)定義：電子在原子核外的一個空間運動狀態稱為一個原子軌道。

(2)數目

ns能級各有__ __個軌道，np能級各有__ __個軌道，nd能級各有__ __個軌道，nf能級

各有__ __個軌道。

要點三 泡利原理和洪特規則

1．泡利原理

在一個原子軌道里，最多只能容納___個電子，而且自旋狀態 ，用“ ”

表示。

2．洪特規則

當電子排布在同一能級的不同軌道時，基態原子中的電子總是優先 一個軌

道，而且 相同。

3．電子排布圖

用方框表示原子軌道，用上下箭頭(↑和↓)表示自旋狀態不同的電子的式子。

Al原子電子排布圖模板及涵義

如氧原子的電子排布圖是 。

思考2：請畫出np軌道上有2個未成對電子的電子排布圖。

考點一 基態與激發態

1．基態原子與激發態原子的相互轉化關系

光(輻射)是電子釋放能量的重要形式之一(在日常生活中看到的許多可見光，如燈光、霓

虹燈光、激光、焰火……都與原子核外電子發生躍遷釋放能量有關)。

2．基態與激發態的原子的電子排布

基態原子與激發態原子可以能層不同、能級數不同、電子總數相同。

例如：基態He原子 激發態He原子

1s 1s

211

2s

【例題1】 下列敘述錯誤的是( )

A．1s2s2p

211

表示的是激發態的原子的電子排布

B．碳原子的核外電子排布由1s2s2p2s2p

222213

轉變為1s時，要從外界環境中吸收能量

C．我們看到的燈光是原子核外電子發生躍遷吸收能量的結果

D．電子由3d能級躍遷至4p能級時，可通過光譜儀直接攝取吸收光譜

【變式1】 以下電子排布式不是基態原子的電子排布式的是( )

①1s ②1s ③1s ④1s

1121322622261

2s2s2p2s2p3s2s2p3s

A．①② B．②③ C．①④ D．③④

考點二 電子云與原子軌道

1．電子云

(1)電子云的特點

①電子云表示電子在核外空間等處出現的概率，不代表電子的運動軌跡。

②電子云圖中的小黑點，既不代表電子的數目，也不代表電子在空間出現的真實次數。

③電子運動概率密度分布是一種用于描述核外電子運動狀態的科學方法，形象地用電子

云描述或比喻。

(2)電子云輪廓圖

(3)不同類型電子云的差異

類型

形狀 球形 啞鈴形 ……

空間取向 …… 相互垂直 ……

s p d f

輪廓圖 ……

不同電子云的半徑不同，同一原子的能層越高，電子云半徑越

半徑

大。如：

2．原子軌道

這里所說的原子軌道與宏觀物體的運動軌跡不同，量子力學把電子在原子核外的一個空

間運動狀態稱為一個原子軌道。

能層中能級與原子軌道關系

能層(n) 能級 原子軌道 原子軌道數

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

說明：①同一能級不同軌道能量相同，如：3p

xyzxy

、3p、3p具有相同的能量，4p、4p、

4p則具有另外相同的能量。

z

②任意能層中，能級數等于能層序數(n)，原子軌道總數為n

2

，如N層有4s、4p、4d、

4f 4個能級，16個原子軌道。

【例題2】 如圖甲是氫原子的1s電子云圖(即概率密度分布圖)，圖乙、丙分別表示s、p能

級的電子云輪廓圖。下列有關說法正確的是( )

A．電子云圖(即概率密度分布圖)就是原子軌道圖

B．3p

2

表示3p能級中有兩個原子軌道

C．由圖乙可知，s能級的電子云輪廓圖呈圓形，有無數條對稱軸

D．由圖丙可知，p能級的原子軌道圖呈啞鈴形，且有3個伸展方向

【變式2】 在1s、2p

xyz

、2p、2p軌道中，具有球對稱性的是( )

A．1s B．2p

C．2p D．2p

yz

考點三 核外電子排布的原則

1．能量最低原理

原子核外電子優先占有能量低的軌道，然后依次進入能量高的軌道，這樣使整個原子處

于能量最低的狀態。

2．泡利原理

每個原子軌道上最多只能容納兩個自旋狀態不同的電子。如2s軌道上的電子排布為

2s2s

x

↓↑，不能為↑↑或↓↓。

3．洪特規則

原子核外電子在能量相同的各個軌道上排布時，電子盡可能分占不同的原子軌道，且自

旋狀態相同，這樣整個原子的能量最低。如2p的電子排布為，不能為

3

或 。

原子核外電子的運動狀態

(1)能層、能級、原子軌道和自旋狀態四個因素決定了電子的運動狀態。

(2)在同一個原子中，不可能存在運動狀態完全相同的兩個電子，原子中有多少個電子就

有多少種運動狀態。

4．洪特規則的特例

有少數元素的基態原子的電子排布對于構造原理有1個電子的偏差。因為能量相同的

原子軌道在全充滿(如p和d和d和d

6103500

)、半充滿(如p)和全空(如p)狀態時，體系的能量

較低，原子較穩定。例如：

2262642

?

?

Cr：1s2s2p3s3p3d4s

?×?

?

?

Cr：1s2s2p3s3p3d4s

2262651

?√?

?

2262692

?

?

Cu：1s2s2p3s3p3d4s

?×?

?

?

Cu：1s2s2p3s3p3d4s

22626101

?√?

?

電子排布的易錯點

(1)根據能量最低原理排布電子時，注意能級交錯現象。

(2)基態原子的核外電子排布應遵循構造原理、泡利原理、洪特規則，使原子的能量處于

最低狀態。

【例題3】 已知錳的核電荷數為25，以下是一些同學繪制的基態錳原子核外電子的電子排

布圖，其中最能準確表示基態錳原子核外電子運動狀態的是( )

【變式3】 在d軌道中電子排布成↑↑↑↑ ，而不排布成↓↑↓↑

，遵循的是( )

A．能量最低原理 B．泡利原理

C．原子軌道構造原理 D．洪特規則

考點四 原子核外電子排布表示方法

意義 將每個能層上的電子總數表示在原子核外的式子

結構

示意圖

實例

電子

排布式

簡化

電子

排布式

價電子

排布式

意義

實例 K：1s

意義

實例 K：[Ar]4s

意義

實例 Al：3s

意義 每個方框代表一個原子軌道，每個箭頭代表一個電子

實例

用數字在能級符號右上角標明該能級上排布的電子數，就是電子

排布式

226261

2s2p3s3p4s

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結

構的部分以相應稀有氣體的元素符號外加方括號表示

1

主族元素的價層電子指最外層電子，價層電子排布式即外圍電子

排布式

21

3p

電子

排布圖

【例題4】 按要求填空：

(1)Cr的電子排布式：_________________________________________________。

24

(2)Ca的價電子排布式：_______________________________________________。

20

(3)Cl

17

的結構示意圖：_________________________________________________。

－

(4)N的電子排布圖：__________________________________________________。

7

【變式4】 下列電子排布式或電子排布圖正確的是( )

▍小結必背▍

1．原子的電子排布遵循構造原理能使整個原子的能量處于最低狀態，簡稱能量最低原理。

處于最低能量的原子叫做基態原子。

2．泡利原理：在一個原子軌道里，最多只能容納2個電子，而且它們的自旋狀態相反。

3．洪特規則：當電子排布在同一能級的不同軌道時，基態原子中的電子總是優先單獨占據

一個軌道，而且自旋狀態相同。

4．電子在原子核外的一個空間運動狀態稱為一個原子軌道，s能級只有一個原子軌道，p能

級有三個原子軌道：p

xyz

、p、p。

1．(基態原子與激發態原子)下列是一些原子的電子排布，其中不是激發態原子的是( )

A．1s2s2p2s3s

226211

B．1s

C．1s2s3d2s2p3s

2212221

D．1s

2．(電子云與原子軌道)下列有關電子云和原子軌道的說法正確的是( )

A．原子核外的電子像云霧一樣籠罩在原子核周圍，故稱電子云

B．s軌道呈球形，處在該軌道上的電子只能在球殼內運動

C．p軌道呈啞鈴形，在空間有兩個伸展方向

D．與s電子原子軌道相同，p電子原子軌道的平均半徑隨 能層的增大而增大

3．(電子排布)下列有關核外電子排布的式子不正確的是( )

A．Cu的電子排布式：1s2s2p3s3p3d4s

29

22626101

B．F原子的電子排布圖：

C．Ca的簡化電子排布式：[Ar]4s

2

D．S原子的電子排布圖：

4．(核外電子排布的原則)(1)下列原子或離子的電子排布式或電子排布圖正確的是________，

違反能量最低原則的是________，違反洪特規則的是________，違反泡利原理的是

________(填序號)。

(2)下列4種原子的最外層電子的電子排布圖中，哪一種狀態的能量較低？

①________氮原子：A． B．

②________鈉原子：A．3s B．3p

11

③________銅原子：A．3d B．3d

10192

4s4s

④________碳原子：

[基礎訓練]

1．下列圖像表述的現象與電子的躍遷無關的是( )

A．平面鏡成像 B．霓虹燈廣告

C．蠟燭燃燒 D．燃放焰火

2．下列說法正確的是( )

A．不同的原子軌道形狀一定不相同

B．p軌道呈啞鈴形，因此p軌道上的電子運動軌跡呈啞鈴形

C．2p能級有3個p軌道

D．氫原子的電子運動軌跡呈球形

3．下列有關表述正確的是( )

···

A．次氯酸的電子式為HClO

···

····

····

B．硫原子的價電子排布式為3s3p

24

C．氮化硅的分子式為SiN

43

D．N原子的電子排布圖為

A．能量守恒原理

4．第三周期元素的基態原子中不可能出現d電子，主要依據是( )

B．泡利不相容原理

C．洪特規則

D．構造原理示意圖中的順序：3d軌道能量比4s軌道高

5．下列電子排布中，原子處于激發狀態的是( )

A．1s2s2p2s2p3s

2252242

B．1s

C．1s2s2p3s3p3d4s2s2p3s3p3d4s

22626512262632

D．1s

122622

6．若將基態P原子的電子排布式寫成1s2s2p3s3p3p，它違背了( )

xy

A．泡利原理 B．能量守恒原理

C．構造原理 D．洪特規則

7．在能量相同的d軌道中電子排布成，而不排布成，

最直接的根據是( )

A．能量最低原理 B．泡利原理

C．構造原理 D．洪特規則

8．某元素X，其原子的能層數為(n－1)，最外層電子數為(2n－1)。下列有關元素X的說法

正確的是( )

A．X可能是金屬元素

B．由X形成的含氧酸均為強酸

C．X不能形成化學式為KXO的含氧酸鹽

4

D．元素X的氣態氫化物一定極易溶于水

9．下列化學用語的書寫正確的是( )

10．元素X和元素Y位于第二周期，其中X的原子最外層中具有最多的未成對電子，Y的

原子只有兩種形狀的電子云，且兩種形狀的電子云的電子數相等，則由X、Y組成的微粒中，

不可能存在的是( )

A．XY B．XY C．XY D．XY

2542 3

2

11．下面有關“核外電子的運動狀態”的說法錯誤的是 ( )

A．各原子軌道的伸展方向按p、d、f的順序分別為3、5、7

B．只有在能層、原子軌道、原子軌道伸展方向及電子的自旋都確定時，電子運動狀態

才能被確定下來

C．原子核外既不可能有兩個電子的運動狀態完全相同，也不可能有兩個電子的能量完

－－－

全相同

D．原子軌道伸展方向與能量大小是無關的

12．下列說法中正確的是( )

A．1s電子云呈球形，表示電子繞原子核做圓周運動

B．電子云圖中的小黑點密度大，說明該原子核外空間電子數目多

C．ns能級的原子軌道圖可表示為

D．3d

3

表示3d能級有3個原子軌道

13．以下列出的是一些原子的2p能級和3d能級中電子排布的情況。試判斷，哪些違反了泡

利不相容原理，哪些違反了洪特規則。

違反泡利不相容原理的有____________，違反洪特規則的有________________。

14．某元素原子的核電荷數是能層數的5倍，其質子數是最外層電子數的3倍，該元素的原

子結構示意圖為________，其電子排布式為________________，請你根據洪特規則畫出該元

素基態原子的最外層電子排布圖：__________________________________。

[能力提升]

15．下列關于能層、能級和軌道之間的關系不正確的是( )

A．每個能層上所有的能級數與能層的序數相等

B．每個能層(K、L、M…)上所有的軌道數對應為1、3、5…

C．每個能級(s、p、d…)上所有的軌道數分別為1、3、5…

D．每個能層(n)上所有的軌道總數為n

2

16．下列各能級中軌道數最多的是( )

A．7s B．6p C．5d D．4f

17．氣態電中性基態原子的原子核外電子排布發生如下變化，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層要比M層少6個電子，它有兩種常見的陽離子a和b(其中a的化

合價高于b的化合價)。則：

(1)寫出A原子的電子排布式：_________________________________；

a的最外層電子排布圖是_____________________________。

(2)a的M層比N層多________個電子；b的L層比M層少________個電子；a的穩定

性________(填“大于”或“小于”)b的穩定性。

19．A、B、C、D、E、F代表6種元素。請填空：

(1)A元素基態原子的最外層有2個未成對電子，次外層有2個電子，其元素符號為

________。

(2)B元素的負一價離子和C元素的正一價離子的電子層結構都與氬相同，B的元素符

號為________，C的元素符號為______。

(3)D元素的正三價離子的3d能級為半充滿，D的元素符號為__________。

(4)E元素基態原子的M層全充滿，N層沒有成對電子，只有一個未成對電子，E的元

素符號為________，其基態原子的電子排布式為____________________________________。

(5)F元素的原子的最外層電子排布式為nsnp

nn

1

，則n＝________；原子中能量最高的

是________電子。

＋