原子核外电子排布原理

1、原子核外电子排布原理1能层、能级与原子轨道(1) 能层(n)在多电子原子中，核外电子的能量是不同的，按照电子的能量差异将其分成不同能层。通常用K、L、M、N表示，能量依次升高。能级 同一能层里电子的能量也可能不同，又将其分成不同的能级，通常用s、p、d、f等 表示，同 一能层里，各能级的能量按s、p、d、f的顺序依次升高，即:E(s)E(p)E(d) py、pz,它们具有相同的能量；第三能层(M),有s、 p、d三种能级。2.基态原子的核外电子排布(1) 能量最低原理：即电子尽可能地先占有能量低的轨道，然后进入能量高的轨道, 使整个原子的能量处于最低状态。如图为构造原理示意图，即基态原子核外电

2、子在原子轨道上的排布顺序图:注意所有电子排布规则都需要满足能量最低原理。(2) 泡利原理每个原子轨道里最多只能容纳2个电子，且自旋状态相反。如2s轨道上的电子排布为不能表示为(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, 且自旋状态相同。女口 2p3的电子排布为不能表示为或AA洪特规则特例：当能量相同的原子轨道在全满(p(T、严)、半满(p d f7)和全空(p df)状态时，体系的能量最 24Cr的电子排布式为 讨2$劭23罔芒4$】或3基态、激发态及光谱示意图1 吸收光谱一回吸收能城 释放能虽激发态原子(1) P能级的能量一定比S能级的能量高(

3、X)(2) 同一原子中，2p、3p、4p能级的轨道数依次增多(X)(3) 2p和3p轨道形状均为哑铃形，能量也相等(X )(4) 2px 2py 2pz 的能量相等(V )铁元素基态原子的电子排布式为s2s勺珞麥：歸4s3d(6) Cr的基态原子的简化电子排布越】3d44s2(X)(7) 基态原子电子能量的高低顺 E(ls)E(2s)E(2px)E(2py) 3s、3p,其中占据电子的最高 能级为3p, s能级最多容纳2个电子，p能级最多容纳6个电子，故3p能级容纳的电子数为14 2 -2-6-2 =2。(2)N原子位于元素周期表第二周期，共2个能层，符号分别为K、L, L为最高能层，该能层包

4、括2s能级的2个电子和2p能级的3个电子，共5个电子。(3)通过比较， 可以得出规律，能层数与元素原子所在的周期数相等，故Ga有4个能层，每层的电 子数为2、8、18、3o2. (1)A元素基态原子的最外层有3个未成对电子，次外层有2个电子，其元素符号为； 其价电子排布图为 o(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氮相同，B的元素 符号为, c离子的结构示意图为(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 ,其基态原子的电子排布式为,其原子的结构示意图为(4) E元素基态原子的M层全充满，N层没有成对电子且只有一个未成对电子，E 的元素符号,其基态原子的

5、电子排布式为(5) F元素的原子最外层电子排布式为麗J，则n =；原子中能量最高的是电子，核外电子排布图为答案NC1(3)Fe226266262ls22s22p63s23p63d64s2 (或Ar(4)Cu3d64s2)2 2 6 2 6 10 1 10 1Is 2s 2p 3s 3p 3d 4s (或Ar(5) 2 3d 4s )考点二原子结构与周期表、元素性质的关系1. 原子结构与周期表的关系(1) 原子结构与周期表的关系(完成下列表格)周期能层数每周期一个元素每周期最后一个元素原子序数基态原子的简化电子排布式原子序数基态原子的电子排布式231tt 1 n 1102261S 2s 2p31

6、1Ne 3s11822626Is 2s 2d 3s 3d四419Ar 4s1362 2 6 2韶裁垠鴿2P 3S五5371Kr 5s1542 2 6 2 6 10 丄予fS 匕p OS dp2 6 10 2 62 6 10 2 64s Id 4d 5s 5d六6551862 2 6 2豁鮎浆绿）2P 3sXe 6s1io 14 2 6 i财 4dg4i 5s 5p(2) 每族元素的价层电子排布特点 主族主族I AIIAIIIAIVA排布特点1ns2 ns2i ns np22 ns np主族VAVIAvnA排布特点232 3 n a “24 ns np25 ns np 0 族：He : Is原子

7、半径能层数：能层数越多，原子半径越大(1) 影响因素核电荷数：能层数相同，核电荷数越大，原子半径越小 (2) 变化规律 元素周期表中的同周期主族元素从左到右，原子半径逐渐减小；同主族 元素从上到下，原子 半径逐渐增大。 3. 电离能 (1) 第一电离能：气态电中性基态原子失去一个电子转化为气态基态正离子所需要的最 低能量，符号：11,单位：kJ mol Lo；其他 ns2np(2) 规律 同周期：第一种元素的第一电离能最小，最后一种元素的第一电离能最o 过渡元素(副族和第VIII族)：(n DcTz。(3) 元素周期表的分区与价层电子排布的关系周期表的分区各区价层电子排布特点分区价层电子排布s

8、区1 2 nsp区nsp1 $ (除 He 外)d区(n- 1)广9肘2 (除耙外)ds区101210 12(M AXQf区01402 2(n 2) f(n 1) d ns大，总体呈现从左 至右逐渐增大的变化趋势。 同族元素：从上至下第一电离能逐渐减小。 同种原子：逐级电离能越来越大(即LIa0FC( X)(4) 正三价阳离子的电子排布式为ls第三周期所有元素的第一电离能(11)大小顺序为 (用元素符号表示)。 Na的逐级电离能中有次突跃。分2s22p63s23p63d5的元素 在周期表中位于训族(J)(5) 价电子排布式为4s24k的元素位于第四周期V A族，是p区元素(J)(6) 元素的电

9、负性越大，非金属性越强，第一电离能也越大(X )别是哪级电离能发生突跃？ (3) F、Cl、Er、I的第一电离能由大到小的顺序为，电负性由大到小的顺序为 O答案(l)Na Al MgSiSPClClBrI FClBr I1. (2018安徽省淮南模拟)表1是元素周期表的一部分，表中所列的字母分别代表 一种化学元素。试回答下列问题：(1) 元素P为26号元素，请写出其基态原子电子排布式:(2) h的单质在空气中燃烧发出耀眼的白光，请用原子结构的知识解释发光的原因：(3) o、p两元素的部分电离能数据如表2：元素电离能/kJ -mol _1OpIi717759I21 5091 561133 248

10、2 957表2比较两元素的12、13可知，气态o汁再失去一个电子比气态/+再失去一个电子难。对 此，你的解释是 o(4) 第三周期8种元素单质熔点高低的顺序如图1所示，其中电负性最大的是 (填图1中的序号)o(填元素符(5) 表1中所列的某主族元素的电离能情况如图2所示，则该元素是 号)。答案(l)ls件，其中Be(OH) 2显示这种件质的离干方稈式是 通过分析电负性值的变化规律，确定Mg元素的电负性值的最小范围2s22p63s23p63d64s2(或Ar 3d64s2)(2) 电子从能量较高的轨道跃迁到能量较低的轨道(子)的形式释放能量 时，以光(3) Mn时的3d轨道电子排布为半充满状态，

11、比较稳定(4) 2 (5)A1解析(2)h为Mg元素，Mg单质在空气中燃烧发出耀眼的白光，电子从能量较高的 轨道跃迁到能量较低的轨道时以光(子)的形式释放能量。(3)o元素为Mn ,其基态原子电子 排布式为 1 s22s请归纳元素的电负性和金属性、非金属性的关系是2p63s23p63d54s2, Mn 2+ 的基态电子排布式为 ls推测A1F 3、A1C1 3、AlBr 3是离子化合物还是共价化合物：2s22p63s23p63d5,其 3d 能级为半充满状态，相对比较稳定，当其失去第3个电子时比较困难，而FJ+的基 态电子排布式为ls22s22p63s23p63d6,其3d能级再失去一个电子即

12、为半充满状态，故其失去第3个电子 比较容易。(4)第三周期8种元素分别为钠、镁、铝、硅、磷、硫、氯、氮，其单质中钠、 镁、铝形成金属晶体，熔点依次升高；硅形成原子晶体；磷、硫、氯、氮形成分子晶 体，且常温下磷、硫为固体，氯气、氮为气体，8种元素熔点最低的为氮，其次为 氯，其中电负性最大的为氯。(5) 由图可知，该元素的电离能14远大于Is故为第 IIIA族元素，应为Al o2. 根据信息回答下列问题：不同元素的原子在分子内吸引电子的能力大小可用数值表示，该数值称为电负性。一般认为：如果两个成 键原子间的电负性差值大于1. 7,原子之间通常形成离子键；如果两个成键原子间的电负性差值小于1.7,通

13、常形成共价键。下表是某些元素的电负性值：兀素符号LiBeBC0FNaAlSiPSCl电负性值1.01. 52.02. 53. 54.00.91.51.82. 12.53.0(1) 根据对角线规则，Be、Al元素最高价氧化物对应水化物的性质相似，它们都具有A1F 3 , A1C1 3 ,AlBr 3 o答案 两 Be (OH) 2+ 2H +=Be2+ + 2H 2OBe (OH) 2+20H _=Be02 + 2H20(2) 0.9-1.5(3) 非金属性越强，电负性越大；金属性越强，电负性越小(4) 离子化合物共价化合物 共价化合物3. (2018南阳一中模拟)明代宋应星所著天工开物中已经记

14、载了我国古代用炉甘石(主要成分为ZnCOa)和煤冶锌工艺，锌的主要用途是制造锌合金和作为其他金属的保护层。回答下列 问题：(1) Zn基态原子核外电子排布式为(2) 硫酸锌溶于氨水形成Zn(NH 3)4S04溶液。 与SO广互为等电子体的阴离子化学式为(写出一种)o 氨的热稳定性强于麟(PHa),原因是 o-1(3) 黄铜是由铜和锌所组成的合金，元素铜与锌的第一电离能分别为Icu=746 kJ mol打Izn1906 kJ m ol 打 IcuCZn 解析(l)Zn是30号元素。位于元素周期表第四周期IIB族,故其基态原子核外电子排 布式为 ls22s请归纳元素的电负性和金属性、非金属性的关系

15、是 推测A1F 3、A1C1 3、AlBr 3是离子化合物还是共价化合物：2p63s23p63d104s2Ar3d104s2) 0 SOV为 5 原子 32 个价电子微粒，故 与其互为等 电子体的阴离子有POT、C10等。氮元素的非金属性强于磷元素,故 氨的热稳定性比麟强。(3)Cu与Zn的第一电离能分别为Icu=746 kJ mol Izn=906 kJ - mol S IcuCZn o1. 电子排布式和电子排布图(1) 2018 全国卷II ,35(1)节选基态Fe原子价层 电子的 电子 排布图(轨道表达式)为(2) 2018 全国卷III , 35(1) Zn原子核外电子排布式为 o20

16、17 全国卷III ,35(1)节选Co基态原子核外电子排布式为(4) 2016全国卷I , 37(1)节选基态Ge原子的核外电子排布式为Ar (5) 2016全国卷II , 37(1)节选鎳元素基态原子的电子排布式为 (6) 2016 全国卷III , 37(1)写出基态As原子的核外电子排布式 答案10 2(2) Ar 3d104s(2) 2016 全国卷,37(1)节选基态 Ge 原子有 个未成对 电子。(3) 2016全国卷II , 37(1)节选鎳元素基态原子的3d能级上的未成对电子数为 o答案(l)Mn (2)2 (3)23. 电子云和电子运动状态 2018 全国卷II, 35(1

17、)节选基态S原子电子占据最高能级的电子云轮廓图为 形。 2017 全国卷I , 35(2)节选基态K原子中，核外电子占据的最高能层的符号是 占据该能层电子的电子云轮廓图形状为 o(3) ls22s 2015 全国卷I , 37(1)处于一定空间运动状态的电子在原子核外出现 的概率密度分布叮用 形象化描述。在基态叱原 子中，核夕卜存在 对自旋相反的电子。2p63s23p63d74s2 (或Ar 3d74s2)10 2 2(4) 3d104s24p2(5) ls22s22p63s23p63d84s2Ar 3d84s2)(6) 21V 弟阳命3d 4s 4p (或Ar 3d 4s 4p )2. 核外

18、未成对电子数(1) 2017全国卷I【I, 35(1)节选元素Mn与0中，基态原子核外未成对电子数较多的是答案(1)哑铃(纺锤)(2)N球形(3)电子云22018 全国卷 III,Zn和Cu组成。第一电小于”)。原因是4. 电离能(1)35(2)黄铜是人类最早使用的合金之一，主要由离能II (Zn) I 1 (Cu)(填“大于”或(2) 2017 全国卷III , 35(1)节选元素Mn与0中，第一电离能较大的是 o(3) 2016 全国卷 II, 37(3)节选元素铜与鎳的第二电离能分别为Icu=l 958 kJ m ol门、Ini=1 753kJ - mol打IcuIxi的原因是 (4)

19、2016 全国卷 III, 37(2)节选根据元素周期律，第一电离能GaAs(填“大于”或“小于” )o答案(1)大于Zn核外电子排布为全满稳定结构，较难失电子(2)0 (3)铜失去的是全 充满的3捫电子，镰失去的是4s】电子(4)小于5. 电负性(1) 2016 全国卷,37(4)光催化还原C02制备CH 4反应中，带状纳米Zn sGeOi是该反应的良好催化 剂。Zn、Ge、0电负性由大至小的顺序是。(2) 2015 -全国卷II, 37(1)改编0、Na, P、Cl四种元素中电负性最大的是(填元素符号)。答案(1)0 GeZn (2)06. 原子半径或离子半径(1) 2018 全国卷 I

20、,35(2) Li +与H 一具有相同的电子构型，r(Li +)小于r(H -),原因是(2) 2016 全国卷 III,37 (2)节选根据元素周期律，原子半径GaAso (填“大于”或“小于”)答案(l)Li +核电荷数较大(2)大于1 碳、硅、铁、铜、铝、钛是重要的材料元素。请回答下列有关问题：(1) 上述元素中属于主族元素的是(填写元素符号，下同)，在元素周期表d区的元素是 O(2) 原子核外电子含有四个能层的元素是,基态原子的原子轨道中未成对电子数最 多的是 O(3) 基态钛原子外围电子的电子排布图为基态铜原子的外围电子排布式为3cT4sL ,由此可判断铜在元素周期表中位于第周期族。

21、答案(1)C、Si、Al Ti、Fe (2)Ti、Fe、Cu Fe(3)(3) 四 I B解析(1)C、Si是第IVA族元素，Al是第IIIA族元素；Cu、Ti属于副族，Fe是第 VW族元素。C、Si、Al为p区，Ti、Fe为d区，Cu为ds区。(2)第四周期的Ti、Fe、Cu 均有四个能层；基态Fe原子的外围电子排布式为3d64s2, d轨道中含有4个未成对 电子。(3)钛位于第四周期IVB族，外围电子排布式为3d24s2o (4)由外围电子排布中 的4s可推知Cu为第四周期，由外围电子排布式中的电子为11个可知Cu在元素周 期表中第11列，位于第IB族。2. (2018宁夏期中)A、B、C

22、、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元素基态原子的最外层有3个未成对电子，次外层有2个电子，该原子的电 子排布图为(3) C元素的原子最外层电子排布式为 nsnnpn +2,则该原子中能量最高的是电子。(4) D 元素的正三价离子的3d能级为半充满，该基态原子的价电子排布式为 o(5) 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，该基态原 子的电子排布式为答案(1)C或0 (2)(3) 2p (4) 3d64s2 (5)ls22s22p63s23p63d104s1 或Ar 3捫4s】3

23、. 开发新型储氢材料是氢能源利用的重要研究方向之一。请回答以下问题：(1) Ti(BH 4)3是一种储氢材料,可由TiCl 4和LiBH 4反应制得。基态Ti汁的电子排布式为 ； LiBH 4中Li、B、H元素的电负性由大到小的排列顺序为(2) 氨硼烷(NH 3BH 3)是优良的储氢材料，少量氨硼烷可以由硼烷(B 2H6)和NH 3- B、C、N、0的第一电离能由大到小的顺序为 o 氨硼烷在高温下释放氢后生成的立方氮化硼晶体，具有类似金刚石的结构，硬度略小于金刚石。则立方氮化硼晶体可用作(填字母)。a.切削工具b.钻探钻头c导电材料d.耐磨材料(3) 一种有储氢功能的铜合金晶体具有面心立方最密

24、堆积结构，该晶体储氢后的化学 式为CubAuH 80铜与其他许多金属及其化合物都可以发生焰色反应，其原因是(4) 金属氢化物也是具有良好发展前景的储氢材料。某储氢材料是短周期金属元素R的氢化物。R的部分电离能数据如表所示：-1Ii/kJm ol 1-112/ kJ m ol 1-113/ kJ m ol 1-114/ kJm ol 1-115/ kJm ol 17381 4517 73310 54013 630该金属元素是(填元素符号)o答案(1) Ar 3d1 HBLi (2)NOCBabd (3)激发态的电子从能量较高的轨 道 跃迁到能量较低的轨道时，以一定波长的光的形式释放能量(4) M

25、g4. (2019 天津部分学校调研)钾的化合物广泛存在于自然界中。回答下列问题：(1) 处于一定空间运动状态的电子在原子核外出现的概率密度分布可用 形象化描述。(2) 钾的焰色反应为色，发生焰色反应的原因是(3) 叠氮化钾(KN 3)晶体中，含有的共价键类型有 , N 3的空间构型为 C0能与金属K和Mn形成配合物K Mn(CO) 5, Mn元素基态原子的价电子排布式为 答案（1）电子云（2）紫电子由较高能级跃迁到较低能级时，以光的形式释放能量（3） 。键和n键直线形52（4）3d 4s解析（1）处于一定空间运动状态的电子在原子核外出现的概率密度分布可用电子云形 象化 描述。（2）钾的焰色反

26、应为紫色。发生焰色反应，是由于电子从较高能级跃迁到 较低能级时释放能量，释放的能量以光的形式呈现。（3）根据氮原子的结构，叠氮化 钾晶体中含有的共价键 类型有。键和口键。肝3的空间构型为直线形。（4）Mn元 素基态原子核外有25个电子，电子 排布式为Ar 3d 54s2,故其价电子排布式为 3d4s2o5. （2018湖北部分重点中学联考）硫和钙的相关化合物在化工、医药、材料等领域有 着广泛的应用。回答下列问题：（1）钙元素的焰色反应呈砖红色，其中红色对应的辐射波长为 nm（填字母）oA. 435 B. 500 C. 580 D. 605 E. 700（2）元素S和Ca中，第一电离能较大的是

27、（填元素符号），其基态原子价电子排布 式为 ,其基态原子中电子的空间运动状态有 种。（3）硫的最高价氧化物对应的水化物H2SO4能与肘反应生 成N2H6SO1, N2H6SO1晶体类型与硫酸鞍相同，则N 2H6SO4晶体内不存在 （填字母）。A.离子键B.共价键C.配位键D.范德华力（4）基态Ca原子中，核外电子占据最高能层的符号是 ，该能层为次外层时最多可以容纳的电子数为 。钙元素和猛元素属于同一周期，且核外最外层电子排布相同，但金属钙的熔点、沸点等都比金属猛的低，原因是答案（1）E （2）S 3s23p4 16 （3）D （4）N 18 Ca原子半径较大且价电子数较少，金属键 较弱解析（1

28、）钙元素的焰色反应呈砖红色，其中红色对应的辐射波长为700 nm,故选E。（2）S 原 子吸引电子的能力大于Ca原子，第一电离能较大的是S, S是16号元素，基态原子价电子排布式为3s23p4o(3)N 2H6S04和(NHi)2S04都是离子晶体，尿和SO；之间存在离子键，N2H26+中N和H之间形成6个共价键(其中2个为配位键),N和N 之间形成共价键，S012中S和0之间形成共价键，N 2H 6S04晶体中不存在范德华 力，故选D o (4)基态Ca原子含有4个电子层，核外电子占据最高能层的符号是N,该能层为次外层时容纳的电子数不超过 18个。ca原子半径较大且价电子数较少，导致钙中金属

29、键较弱，使得金属钙的熔点、沸 点等都比金属鎰的低。6. (2018长沙统一模拟考试)Mn、Fe均为第四周期过渡元素，两元素的部分电离 能数据列于表中：* ste 兀素MnFe电离能/Ii717759kJ mol121 5091 561133 2482 957回答下列问题：(1) Mn元素价电子层的电子排布式为,比较两元素的12、13可知，气态Mn 2+再失去一个电子比气态F尹再失去一个电子难。对此，你的解释是 (2) Fe原子或离子外围有较多能量相近的空轨道而能与一些分子或离子形成配合物。 与Fe原子或离子形成配合物的分子或离子应具备的结构特征是o 六氧合亚铁离子Fe (CN) 6中的配体CN

30、一中C原子的杂化轨道类型是,写出一种与CN互为等电子体的单质分子的路易斯结构式：o(3) 三氯化铁常温下为固体，熔点282 C,沸点315 C,在300 C以上易升华。易溶于水，也易溶于乙醯、丙酮 等有机溶剂。据此判断三氯化铁晶体为o(4) 金属铁的晶体在不同温度下有两种堆积方式，晶胞分别如图所示。面心立方晶胞和体心立 方晶胞中实际含有的Fe原子个数之 比为o答案（l）3d%s2由Mn 2+转化为Mn汁时，3d能级由较稳定的3疋半充满状态转变为 不稳定的3d状态，较难（或F尹转化为F尹时，3d能级由不稳定的3cT状态转变为较稳定 的3（f半 充满状态，较易）（2）具有孤对电子 spN三N- （

31、3）分子晶体（4）2 ： 1解析（l）Mn为25号元素，核外电子排布式为Ar 3d54s2o Mn汁的外围电子排布式为 3d5,半充满，更稳定，而Fe2+的外围电子排布式为3d6,易失去1个电子生成更稳定 的结构。（2）Fe具有空轨道，能与提供孤对电子的粒子形成配位键。CN一中 C原子的价层电子对数为2,sp杂化。（3）FeC13易升华，为分子晶体。（4）面心立方晶胞中Fe原子数为4,体心 立方晶胞中Fe原子数为2o7. （2018湖南衡阳第一次联考）某盐的组成可表示为3H3ON5 3NH -iNs -NHlo 回答下列问题：（1）氯原子的电子排布式为 O（2）元素的基态气态原子得到一个电子形成气态负一价离子时所放出的能量称作第一电子亲和能（Ei）o第二周期部分元素的Ei变化趋势如图Q）所示，其中除氮元索外，其 他元素的Ei自左而右依次增大的原因是氮元素的Ei呈现异常的原因是 （a）（3）经X射线衍射测得化合物3HsON 5 3NH 4N NH 4C1的晶体结构，其局 部结构如图（b）所示。用0+中心原子的杂化类型为, NH 4十的空间构型为3HsONs -