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

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（t和I）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1个电子，它们的白旋相反。

注意（1）能层、能级、原子扰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二电子数。

（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

动状态数二原子就道数。

2.电子排布的轨道表示式

（1）轨道表示的含义

轨道表示式（乂称电子排布图）是表述电子排布的一种图式，如氢和氨的基态原子的轨道表示式如下：

H干F[TT][M][/.卜

Is；Is2s2p

（2）轨道表示式中各部分代表的意义（以Si原子为例）:

1个箭头表示1个电子及其自旋状态（用表示

2个自旋相反的电子,称电不对）

「一】个方框表示1个原了•轨道

能量相同的厂单电子（或未成对电子）

简,妙道厂没有电子的轨

：□回回rWn道称为空的

Is2s2p3s”3p-、通常在方框的

11——能级符号自旋平行下方或上方标

1-能层序数的电子氾能级符号

不同能层及能级中的口要分开，同•,能层的相同能级中的口要相连。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0个电子对，个单电子，核外电子有2种空间运动状态，有星种

运动状态。

3.洪特规则

(1)内容：基态原子中，填入笆方包1的电子总是先单独分占，且自旋平行。

Is2s2p

如基态碳原子的轨道表示式是卫OI，111」，而不是

Is2s2pIs2s2p

OOm匚口或EIOHHIL

(2)特例

在简并轨道上的电子排布处于全充湖、半充满和全空状态时.,具有较低的能量和较强的稳定性。

(全充满:p6、d1°、fl4

相对稳定的状态(全空:p。、d\f°

(半充满:p3、d5>f7

如24cl•的电子排布式为Is22s22D63s23D63ds4sl为半充满状态，不能错写为Is22s22P63s23P63d44s2。

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量低的原子轨道，使整个原子的能量最低。

(2)原子能量的影响囚素

原

核电荷数相邻能级能过相差很大时.

T-能电字数电孑填入能瓶低的能级

原

状(如赢亮素的基杰原石一

子

的

电子状态能

影

最

响相邻能级能战相差不太大时.

最

因

有1-2个电超据能或梢高低

素

的能级可能反而降任了电子•

排斥能(如副族元素的基态原子)

I■思考交流」

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)为什么基态氮原子的电子排布是心2而不是Is^s,?

OO

(2)为什么基态氮原子的轨道表示式是Is2s2P，而不是

(3)为什么基态Sc的价层电子排布是3dzs2,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:

人*|H

is2s2p

②氧原子的轨道表示式：

OO什，「H

Is2s2p

③钾原子的电子排布式：

ls22s:2p63s23p63d'

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，故基态氨原子的电子排布式是ls2o

（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坑道后，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3dl4s2。

卜［卜］|t___

（4）①错误。违背了泡利原理，正确的写法为Is2s2p。

OE3M

②错误。违背了洪特规则，正确的写法为Is2s2po

③错误。违背了能量最低原理，正确的写法为Is22s22P63s23P64s）

r应用体验」

।.下列轨道表示式能表示基态硫原子最外层结构的是（）

A.3s3p

［TT］卜］山

B3s3p

［77］什H

C.3s3p

［H］hI山I

D.3s3p

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ls22s22p2,违背了泡利原理

pw][TT].c,c,Hpw]

B.基态22Ti的轨道表示式：Is2s2p3s

C.电子排布式2lSc：Is22s22P63s23P63d24sl违背了能量最低原理

D.基态23V的电子排布式为Is22s22P63s23P63d34s2,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，Is22s22P孑违背了洪特

|TT|[T7][中中[[77]

规则，A错误；基态22Ti的就道表示式为Is2s2p3s

3d4s,B错误；“Sc原子的最后3个电子应先排满4s轨道，

再排3d轨道，为Is22s22P63s23P63dzs2,Is22s22P63s23P63d24sl违背了能量最低原理，C正确；基态23V的电

子排布式为Is22s22P63s23p63d34s2,符合核外电子排布规律，D错误。

3.(l)Mn元素与0元素中，基态原子核外未成对电子数较多的是o

(2)基态Cu原子的价层电子轨道表示式为

(3)F/+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(l)Mn(2)3d4s(3)

二、核外电子的表示方法

意义示例

0-13)283

原子(离子)结能直观地反映核内的质子数和核外的

构示意图能层数及各能层上的电子数

s'FH-16I288

能直观地反映元素原子的最外层电子硫原子：S-

电子式

数硫离子：检产

能直观地反映核外电子的能层、能级S：1s22522P63s?3p4

电子排布式

和各能级上的电子数Fe2+：Is22s22P63s23P63d6

简化电S：[Ne]3s23P4

避免电子排布式书写过于更杂

子排布式Fe"：[Ar|3d°

能直观地反映基态原子的能层数、参

价层电与成键的电子数以及最外层电子数S：3s23P4

子排布式注意：主族元素原子的价层电子即最Fe2+：3d6

外层电子，而副族则不是

S：

EHED111M

Is2s2p

回1用山1

3s3P

轨道表示式（电能直观地反映电子的分布情况及电子

Fe2+：

子排布图）的自旋状态

回回门小小心

Is2s2p

回1川川川

3s3p

1用1

3d

「应用体验」

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

22「的化学用语错误的是（）

U-22）281（）2

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]3d24s2

fI|1111

C.基态Ti原子的价层电子轨道表示式：3d4s

D.基态Ti原子的核外电子排布式：Is22s22P63s23P63d24s2

答案C

山II||o

解析Ti原子的价层也子轨道表示式为3d4s,C项错误。

占燃

2.（2024・广东江门期末）火药燃烧涉及的主要反应为S+2KNO3+3C-K2S+3CO2f+1t。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:

Is2s2p

c.基态氧原子的轨道表示式写成尸OI’/，I叮违背了泡利原理

D.钾原子的价层电子排布式：3P64sl

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

II1IIs2s2P

N原子2P能级电子轨道表示式为2P,B正确；（"I，/（打，I£］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4s\D错误。

课时对点练

［分值：100分］

ID对点训练

［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:

FT匚（）：了一H+

B.水的电子式:

C.基态铭原子（Cr）的价层电子排布式：3d54sl

D.基态氮原子的轨道表示式：Is2s2p

答案C

H：（）：H

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R错误：基态辂原子

的电子排布式为Is22s22P63s23P63d54sl其价层电子排布式为3ds4sl故c正确；基态氮原子的电子排布式

日o|十|十|十

为ls22s22p\其轨道表示式为Is2s2P,故D错误。

2.下歹J原子结构相关内容表述正确的是（）

A.3p「3p、.、3P1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

Is2s2P

c.轨道表示式［OOGZ［王匚I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3P八3p「3P二轨道处于同一能级，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.卜.歹J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（）

C.Is22s22P63sl

Is2s2P3s

DFTI］rrn什，|八十Hrn

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］3d4s24P6错误；违反能量最低原理

f1

BOOH错误；违反洪特规则

基态O原子的轨道表示式：Is2s2p

C基态K原子的电子排布式：Is22s22P63s23P63dl错误；违反能量最低原理

IfflIfflIfff

D错误；违反泡利原理

基态F原子的轨道表示式：Is2s2p

答案A

5.（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.Fe'的电子有23种空间运动状态

3d4s

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Fe?’的电子排布式为l『2s22P63s23P63ds,电子占有轨道数为14,有14种空间运动状态的电

3d4s

子，A错误；基态Fe原子的价层也子排布式是3d64s2,轨道表示式为小山।2nn®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（)

Is2s2pf2pv2ps

A.U3OI十ItI上

Is2s2p,2pv2Pz

B.H[O]H111

Is2s2pr2pv2d

C.[TT]HI山卜

Is2s2])12py2p.

D.

答案A

解析B项，Is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445s2,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.该元索原子最外层有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4』5s2,则其基态原子的电子排布式为

"22s22P63s23P631%24P6445s2。A项，该元素原子处于能量最低状态时，原子中只有4/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-Al2O5/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（）

H——N——B—H

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3d94sl

Is2s2p

C.基态N原子的轨道表示式:O[7T|I十I山I

D.氨硼烷中所有原子均达到8电子稳定结构

答案C

解析锲元素的原子序数为28,基态镁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

Is2s2p

式为Is22s22P3,基态N原子的轨道表示式为BI]EI]EZIZIZ],故c正确；由结构示意图可

知,氮硼烷分子中氢原子未达到8电子稳定结构,故D错误。

ID综合强化

[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.①②B.@@C.②③D.③©

答案A

解析多曲子原子中，在电子填充原子枕道时，形状相同的原子轨道，能层序数越大，轨道的能量越高，

如E(ls)<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(^);同一能级

的原子轨道具有相同的能量，如反〃pJ=E(〃pJ=E(〃pJ,因此战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：Is22s22P63s23P63dl

R.P：1缶22P63s23P3

o

C.F：2s

o

D.Na+：2s

答案A

解析K是19号元素，基态原子核外电子排布式为Is22s22P63/3p64sl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ls22s22p?,违反了泡利原理及洪特规则

B.被原子的核外电子排布式为1S22S2,符合构造原理

Is2s2p3s3p

c.若硅原子核外电子轨道表示式为EDEH1HMHOlulI则违反了泡利原

理

D.若镁元素的基态原子电子排布式为Is22s22P63sl3pl则违反了能帚最低原理

答案C

解析基态氮原子电子排布式为Is22s22P3,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个就道，所以Is22s22P最违反了泡利原理及洪特规则，故A

正确：钺元素原子序数为4,Is、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，填入简并就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Is22s22P63s2,若基态Mg原子也子排布式写成Is22s22P63sl3Pl则违反了

能量最低原理，故D正确。

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）3B.MgCh

C.CuSOaD.FeCh

答案B

解析Fe3\Cu2\Fe2+的价层电子排布式分别为3d5、3d\3d6,都含有未成对电子，则Fe（OH）3、

CuSCh、FcCL均为顺磁性物质，A、C、D不符合题意；Mg2+、中不含未成对电子，MgClz不属于顺碰

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简单离子在同底期离子中半径最小，Q与Z同主族。下列说法正确的是（）

2s2P

A.X的最外层电子轨道表示式为EZJI十I十I』

Is2s2p

B.Y、Z的一种同位素具有相同的中子数，轨道表示式都为口］OI十I」I1

C.基态丫3-的电子排布式：Is22s22p’

D.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。

基态X、符合的核外电子排

7、Q原布式：ls22s22p2.X-C亓.素、Y・N亓,素、

子均有ls22s22p\Z*O元素、W-AI元素、

两个单Is22822P63s23p\Q-S元素

电子Is22822P63s23P4

Q与Z同主族,W简单离子在同周期离子中半径最小,

Y介于X元素和Z元素之间

2s2P

碳原子最外层电子轨道表示式为OI山II,A错误；N、。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N'的电子排布式为Is22s22P6,C错误；ALS原子电子排布式

分别为Is22s22P63s23pi、Is22s22P63s23P4,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