2026人教版高中化学选择性必修2《物质结构与性质》第一章　第一节　第3课时　泡利原理、洪特规则、能量最低原理题库

第3课时泡利原理、洪特规则、能量最低原理[核心素养发展目标]1.理解并掌握基态原子核外电子的排布规则。2.能根据核外电子的排布规则熟知核外电子排布的表示方法。一、原子核外电子的排布规则1.电子自旋与泡利原理(1)电子自旋自旋是微观粒子普遍存在的一种如同电荷、质量一样的内在属性。电子自旋在空间有顺时针和逆时针两种取向，简称自旋相反，常用上下箭头(↑和↓)表示自旋相反的电子。(2)泡利原理在一个原子轨道里，最多只容纳2个电子，它们的自旋相反。注意(1)能层、能级、原子轨道和自旋状态共同决定电子的运动状态。故在同一原子中，不可能存在两个运动状态完全相同的电子，即核外电子的运动状态数=电子数。(2)核外电子的一个空间运动状态称为一个轨道，故电子的空间运动状态不考虑自旋，即核外电子的空间运动状态数=原子轨道数。2.电子排布的轨道表示式(1)轨道表示的含义轨道表示式(又称电子排布图)是表述电子排布的一种图式，如氢和氟的基态原子的轨道表示式如下：；(2)轨道表示式中各部分代表的意义(以Si原子为例)：不同能层及能级中的□要分开，同一能层的相同能级中的□要相连。有时画出的能级上下错落，以表达能量高低不同。由轨道表示式可知：在Si原子中有6个电子对，2个单电子，核外电子有8种空间运动状态，有14种运动状态。3.洪特规则(1)内容：基态原子中，填入简并轨道的电子总是先单独分占，且自旋平行。如基态碳原子的轨道表示式是，而不是或。(2)特例在简并轨道上的电子排布处于全充满、半充满和全空状态时，具有较低的能量和较强的稳定性。相对稳定的状态全充满如24Cr的电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s1，为半充满状态，不能错写为1s22s22p63s23p63d44s2。4.能量最低原理(1)内容：在构建基态原子时，电子将尽可能地占据能量最低的原子轨道，使整个原子的能量最低。(2)原子能量的影响因素基态原子的核外电子排布遵循泡利原理、洪特规则和能量最低原理。它们并不是孤立的，而是相互联系、相互制约的。思考并回答下列问题。(1)为什么基态氦原子的电子排布是1s2而不是1s12s1？(2)为什么基态氮原子的轨道表示式是，而不是？(3)为什么基态Sc的价层电子排布是3d14s2，而不是4s3？(4)判断下列电子排布式或轨道表示式是否正确，错误的指出违背了什么原则并改正。①硼原子的轨道表示式：②氧原子的轨道表示式：③钾原子的电子排布式：1s22s22p63s23p63d1提示(1)原子的能量越低越稳定，2s能级中的电子能量高于1s能级中的电子能量，基态原子的核外电子排布必须遵循能量最低原理，故基态氦原子的电子排布式是1s2。(2)根据泡利原理和洪特规则可知，基态氮原子2s轨道里的2个电子应自旋相反，其核外电子在排满2s轨道后，余下的3个电子将以自旋平行的方式分别占据2p能级的3个简并轨道。(3)根据构造原理，电子在排满3p轨道后，剩余的电子先填充到4s轨道，当4s轨道排满后，电子再填入3d轨道，且根据泡利原理，在一个原子轨道里，最多只能容纳2个电子，所以基态Sc原子的价层电子排布式是3d14s2。(4)①错误。违背了泡利原理，正确的写法为。②错误。违背了洪特规则，正确的写法为。③错误。违背了能量最低原理，正确的写法为1s22s22p63s23p64s1。1.下列轨道表示式能表示基态硫原子最外层结构的是()A.B.C.D.答案D解析原子核外电子优先占据能量最低的轨道，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，A中3s轨道没有排满就排3p轨道了，违背了能量最低原理；B、C违背了洪特规则，电子总是优先单独分占，且自旋平行。2.(2024·山东枣庄第三中学月考)下列说法正确的是()A.基态6C的电子排布式为1s22s22pxB.基态22Ti的轨道表示式：C.电子排布式21Sc：1s22s22p63s23p63d24s1违背了能量最低原理D.基态23V的电子排布式为1s22s22p63s23p63d34s2，违反了洪特规则答案C解析基态6C最后2个电子应以自旋状态相同的方式分布在两个不同的2p轨道上，1s22s22px2违背了洪特规则，A错误；基态22Ti的轨道表示式为，B错误；21Sc原子的最后3个电子应先排满4s轨道，再排3d轨道，为1s22s22p63s23p63d14s2，1s22s22p63s23p63d24s1违背了能量最低原理，C正确；基态23V的电子排布式为1s22s22p63s23p63d34s2，符合核外电子排布规律，D错误。3.(1)Mn元素与O元素中，基态原子核外未成对电子数较多的是。

(2)基态Cu原子的价层电子轨道表示式为

。

(3)Fe3+的价层电子轨道表示式为，其核外电子有种运动状态，种空间运动状态。

答案(1)Mn(2)(3)2314二、核外电子的表示方法意义示例原子(离子)结构示意图能直观地反映核内的质子数和核外的能层数及各能层上的电子数Al：S2-：电子式能直观地反映元素原子的最外层电子数硫原子：·S··硫离子：[··电子排布式能直观地反映核外电子的能层、能级和各能级上的电子数S：1s22s22p63s23p4Fe2+：1s22s22p63s23p63d6简化电子排布式避免电子排布式书写过于复杂S：[Ne]3s23p4Fe2+：[Ar]3d6价层电子排布式能直观地反映基态原子的能层数、参与成键的电子数以及最外层电子数注意：主族元素原子的价层电子即最外层电子，而副族则不是S：3s23p4Fe2+：3d6轨道表示式(电子排布图)能直观地反映电子的分布情况及电子的自旋状态S：Fe2+：1.(2024·河北衡水测试)钛(Ti)是一种机械强度大、容易加工的耐高温金属，常用于制造合金。下列有关22Ti的化学用语错误的是()A.Ti原子的结构示意图：B.基态Ti原子的简化电子排布式：[Ar]3d24s2C.基态Ti原子的价层电子轨道表示式：D.基态Ti原子的核外电子排布式：1s22s22p63s23p63d24s2答案C解析Ti原子的价层电子轨道表示式为，C项错误。2.(2024·广东江门期末)火药燃烧涉及的主要反应为S+2KNO3+3CK2S+3CO2↑+N2↑。下列说法正确的是()A.基态碳原子可能存在运动状态完全相同的电子B.基态N原子2p能级电子轨道表示式：C.基态氧原子的轨道表示式写成违背了泡利原理D.钾原子的价层电子排布式：3p64s1答案B解析一个基态多电子的原子中，不可能有两个运动状态完全相同的电子，A错误；N是7号元素，基态N原子2p能级电子轨道表示式为，B正确；违背了洪特规则，C错误；钾为19号元素，钾原子的价层电子排布式为4s1，D错误。课时对点练[分值：100分][1~8题，每小题5分]题组一核外电子排布式与轨道表示式1.(2024·北京西城区高二期末)下列化学用语正确的是()A.氯离子的结构示意图：B.水的电子式：C.基态铬原子(Cr)的价层电子排布式：3d54s1D.基态氮原子的轨道表示式：答案C解析水是共价化合物，H、O原子间共用1对电子对，水的电子式为，故B错误；基态铬原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s1，其价层电子排布式为3d54s1，故C正确；基态氮原子的电子排布式为1s22s22p3，其轨道表示式为，故D错误。2.下列原子结构相关内容表述正确的是()A.3px、3py、3pz轨道能量不相同B.原子核外电子只能在电子云轮廓内运动C.轨道表示式违背了泡利原理D.电子由3s能级跃迁至3p能级时，可以用光谱仪摄取其吸收光谱答案D解析3px、3py、3pz轨道处于同一能级，能量相同，A错误；电子云是电子在核外空间的概率密度分布的形象化描述，原子核外电子不只能在电子云轮廓内运动，在轮廓外也有，只是概率小，B错误；图中违背了洪特规则，C错误；3s能级能量小于3p能级，电子由3s能级跃迁至3p能级时会吸收特定频率的光，可以用光谱仪摄取其吸收光谱，D正确。3.下列表示基态钠原子的式子中能反映能级差别和电子自旋状态的是()A.B.11C.1s22s22p63s1D.答案D题组二核外电子排布规则的应用4.下列对电子排布式或轨道表示式书写的评价错误的是()选项电子排布式或轨道表示式评价ABr-的电子排布式：[Ar]3d104s24p6错误；违反能量最低原理B基态O原子的轨道表示式：错误；违反洪特规则C基态K原子的电子排布式：1s22s22p63s23p63d1错误；违反能量最低原理D基态F原子的轨道表示式：错误；违反泡利原理答案A5.(2024·长沙雅礼中学高二月考)下列关于铁元素的说法正确的是()A.Fe3+的电子有23种空间运动状态B.基态Fe原子的价层电子轨道表示式为C.Fe的26个电子在原子轨道中做圆周运动D.铁与盐酸反应时失去的都是3d电子答案B解析基态Fe3+的电子排布式为1s22s22p63s23p63d5，电子占有轨道数为14，有14种空间运动状态的电子，A错误；基态Fe原子的价层电子排布式是3d64s2，轨道表示式为，B正确；铁与盐酸反应时失去的都是4s电子，D错误。6.(2024·银川一中高二期末)氮的化合物种类繁多，应用广泛，下列不同状态的氮原子能量最低的是()A.B.C.D.答案A解析B项，1s轨道未填充满，处于激发态，不符合题意；C项，2s轨道未填充满，处于激发态，不符合题意；D项，1s和2s轨道均未填充满，处于激发态，不符合题意。7.若某元素原子处于能量最低状态时，价层电子排布为4d15s2，下列说法正确的是()A.该元素原子处于能量最低状态时，原子中共有3个未成对电子B.该元素原子核外共有5个电子层C.该元素原子的M层共有8个电子D.该元素原子最外层有3个电子答案B解析由题意知，该元素原子的价层电子排布为4d15s2，则其基态原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p64d15s2。A项，该元素原子处于能量最低状态时，原子中只有4d1中的1个未成对电子，错误；B项，由核外电子排布式可知该元素原子有5个电子层，正确；C项，M层共有18个电子，错误；D项，该元素原子最外层有2个电子，错误。8.我国科学家以NiO⁃Al2O3/Pt为催化剂揭示了氨硼烷产生H2的机理。氨硼烷结构如图，下列说法正确的是()A.基态氧原子有1个未成对电子B.基态Ni原子价层电子排布式为3d94s1C.基态N原子的轨道表示式：D.氨硼烷中所有原子均达到8电子稳定结构答案C解析镍元素的原子序数为28，基态镍原子价层电子排布式为3d84s2，故B错误；基态N原子的电子排布式为1s22s22p3，基态N原子的轨道表示式为，故C正确；由结构示意图可知，氨硼烷分子中氢原子未达到8电子稳定结构，故D错误。[9~13题，每小题6分]9.在多电子原子中，决定轨道能量的因素是()①能层②能级③电子云的伸展方向④电子自旋状态A.①② B.①④ C.②③ D.③④答案A解析多电子原子中，在电子填充原子轨道时，形状相同的原子轨道，能层序数越大，轨道的能量越高，如E(1s)<E(2s)<E(3s)<E(4s)；相同能层不同能级的原子轨道能量高低：E(ns)<E(np)<E(nd)<E(nf)；同一能级的原子轨道具有相同的能量，如E(npx)=E(npy)=E(npz)，因此轨道的能量是由能层和能级决定的，与电子云的伸展方向、电子自旋状态无关，A正确。10.下列电子排布式或最外层电子轨道表示式不能表示基态粒子的是()A.K：1s22s22p63s23p63d1B.P：1s22s22p63s23p3C.F：D.Na+：答案A解析K是19号元素，基态原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p64s1，选A。11.(2025·南充嘉陵一中月考)下列说法错误的是()A.若基态氮原子电子排布式为1s22s22pxB.铍原子的核外电子排布式为1s22s2，符合构造原理C.若硅原子核外电子轨道表示式为，则违反了泡利原理D.若镁元素的基态原子电子排布式为1s22s22p63s13p1，则违反了能量最低原理答案C解析基态氮原子电子排布式为1s22s22p3，依据泡利原理，一个原子轨道里最多容纳2个电子，依据洪特规则，2p能级上的3个电子应占据2p能级的3个轨道，所以1s22s22px3违反了泡利原理及洪特规则，故A正确；铍元素原子序数为4，1s、2s能级均只有一个原子轨道，该排布式符合构造原理，故B正确；根据洪特规则，填入简并轨道的电子总是先单独分占且自旋平行，该轨道表示式违反了洪特规则，故C错误；镁元素的基态原子电子排布式为1s22s22p63s2，若基态Mg原子电子排布式写成1s22s22p63s13p1，则违反了能量最低原理，故12.(2024·郑州期末)将含有未成对电子的物质置于外磁场中，会使磁场强度增大，这样的物质称为顺磁性物质。下列物质中，不属于顺磁性物质的是()A.Fe(OH)3 B.MgCl2C.CuSO4 D.FeCl2答案B解析Fe3+、Cu2+、Fe2+的价层电子排布式分别为3d5、3d9、3d6，都含有未成对电子，则Fe(OH)3、CuSO4、FeCl2均为顺磁性物质，A、C、D不符合题意；Mg2+、Cl-中不含未成对电子，MgCl2不属于顺磁性物质，B符合题意。13.(2024·江西上饶期末)X、Y、Z、W、Q是原子序数依次增大的短周期主族元素。基态X、Z、Q原子均有两个单电子，W简单离子在同周期离子中半径最小，Q与Z同主族。下列说法正确的是()A.X的最外层电子轨道表示式为B.Y、Z的一种同位素具有相同的中子数，轨道表示式都为C.基态Y3-的电子排布式：1s22s22p3D.元素W、Q的p电子总数均大于s电子总数答案D解析X、Y、Z、W、Q是原子序数依次增大的短周期主族元素。碳原子最外层电子轨道表示式为，A错误；N、O的同位素具有相同的中子数，但质子数不同，轨道表示式不同，B错误；基态N3-的电子排布式为1s22s22p6，C错误；Al、S原子电子排布式分别为1s22s22p63s23p1、1s22s22p63s23p4，p电子总数均大于s电子总数，D正确。14.(12分)下列原子或离子的电子排布式或轨道表示式中，正确的是(填序号，下同)，违反能量最低原理的是；违反洪特规则的是；违反泡利原理的是。

①Ca2+：1s22s22p63s23p6②F-：1s22s23p6③P：④Cr：1s22s22p63s23p63d44s2⑤Fe：1s22s22p63s23p63d64s2⑥Mg2+：1s22s22p6⑦C：答案①⑤⑥②④③⑦解析根据核外电子排布规律知，②中电子排满2s能级后应排2p能级，而不是3p能级，F-的电子排布式应为1s22s22p6；③中没有遵循洪特规则；④中忽略了能量相同的原子轨道在半充满状态时体系的能量较低，原子较稳定，基态Cr原子