第22讲　原子结构　核外电子排布

第22讲原子结构核外电子排布复习目标1.结合有关数据和实验事实认识原子结构，知道元素、核素的含义。2.了解原子核外电子的排布，了解构造原理，能结合能量最低原理、泡利原理、洪特规则书写1～36号元素基态原子的核外电子排布式和轨道表示式。3.能说明微观粒子的运动状态与宏观物体运动特点的差异。

CONTENTS考点一原子结构核素同位素考点二核外电子运动状态与排布真题演练课时跟踪检测考点一原子结构核素同位素

必备知识

1.

原子的构成（1）构成原子的微粒及作用（2）微粒之间的数量关系①原子中：质子数（Z）＝核电荷数＝核外电子数。②质量数（A）＝质子数（Z）＋

（N）。③阳离子的核外电子数＝质子数－阳离子所带的电荷数。④阴离子的核外电子数＝质子数＋阴离子所带的电荷数。中子数

（3）微粒符号周围数字的含义（1）概念及其相互关系2.

元素、核素、同位素②天然存在的同一元素的各核素所占的原子百分数（丰度）一般不变。③同位素的“六相同”与“三不同”（2）同位素的特征①化学性质

，物理性质

⁠。基本相同

不同

（3）氢元素的三种核素

（4）常见的重要核素及其用途核素用途核燃料考古断代

⁠示踪原子D

T

氕

氘

氚

制氢弹

易错辨析（1）所有原子核内一定有中子。

（

×

）（2）质子数相同的微粒一定属于同一种元素。

（

×

）（3）核外电子数相同的微粒，其质子数一定相同。

（

×

）（4）一种元素可以有多种核素，也可能只有一种核素，有多少种核素就

有多少种原子。

（

√

）（5）铯元素的两种同位素137Cs比133Cs多4个质子。

（

×

）

（7）3

g

3He含有的中子数为NA。

（

√

）×××√×√√

关键能力

考向1原子结构中“粒子”之间的关系

√

NA

B.

共有6种核素，共5种元素√

A.Lr-251和Lr-253的物理性质完全相同B.

上述熔合反应为氧化还原反应C.

上述熔合反应中a＝203、b＝103D.Lr-251核内中子数和质子数之差为47√解析：

铹的两种核素中质子数相等，中子数不同，物理性质不完全相

同，A错误；该反应中没有元素发生化合价变化，不属于氧化还原反应，B

错误；由质子数守恒可得22＋81＝b，解得b＝103，由质量数守恒可得50

＋a＝251＋2，解得a＝203，C正确；Lr-251的中子数为251－103＝148，

148－103＝45，D错误。考点二核外电子运动状态与排布

必备知识

1.

核外电子运动状态（1）空间运动状态核外电子按能量不同分成能层，同一能层的电子，还被分成不同能级。量

子力学把电子在原子核外的一个空间运动状态称为一个原子轨道。（2）自旋状态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。b.电子的空间运动状态：核外电子的空间运动状态＝电子所占据的原子轨

道数目，如基态氮原子核外电子空间运动状态有

种。（4）电子云：由于核外电子的概率密度分布看起来像一片云雾，因而被

形象地称作电子云。5

（3）电子的运动状态①运动状态：核外电子的运动状态包括空间运动状态和自旋状态。②两种运动状态的判断：a.电子的运动状态：核外有多少个电子就有多少

种电子运动状态，如基态氮原子核外电子运动状态有

种。7

2.

几组关系归纳（1）能层、能级、原子轨道数目与电子数能层一二三四n符号KLMN…能级1s2s、2p3s、3p、3d4s、4p、

4d、4f…原子轨道数目

⁠

⁠

⁠16n2最多容纳

电子数目

⁠

⁠

⁠322n21

4

9

2

8

18

（2）原子轨道与电子云轮廓图原子轨道符号sp电子云形状

⁠

或

⁠

⁠

球形

纺锤形

哑

铃形

轨道个数

⁠

⁠轨道能量①同能层的不同能级能量：s＜p＜d＜f。②不同能层相同能级的

能量：1s＜2s＜3s……，2p＜3p＜4p……，半径随能层增大

而

。③同能层同能级不同轨道能量

，如2px＝

2py＝2pz1

3

增大

相同

3.

基态、激发态、原子光谱（1）基态、激发态、原子光谱

钠在火焰上灼烧产生的黄光是一种

光谱。焰色试验是

⁠

的结果，故金属的焰色试验是物理变化过程，不属于化学变化。发射

电子跃

迁

（2）光谱分析及应用①在现代化学中，常利用

上的特征谱线来鉴定元素，称为光

谱分析。原子光谱

②生产生活：光（辐射）是电子释放能量的重要形式之一。焰火、霓虹灯

光、激光、荧光、LED灯光等都与核外电子跃迁释放

有关。提醒：“七基色”与波长的关系：按“红、橙、黄、绿、青、蓝、紫”的

顺序，波长逐渐变小，其中“红光”波长范围是622～770

nm，“紫光”

波长范围是350～455

nm（可见光中，红光的波长最长，紫色的波长最

短）。能量

4.

原子核外电子的排布（1）构造原理：基态原子核外电子在原子轨道上的排布顺序图：（2）三个排布规则和一个特例能量最

低原理在构建基态原子时，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，电子填入能级的顺序为

1s→2s→2p→3s→3p→4s→3d→4p……泡利原理在一个原子轨道里，最多只能容纳2个自旋相反的电子洪特规则基态原子中，填入简并轨道的电子总是先单独分占，且自旋平行洪特规则特例能量相同的原子轨道在全充满、半充满或全空时能量最低（3）基态原子核外电子排布表示方法（以硫原子为例）电子排布式

⁠简化电子排布式

⁠价层电子排布式

⁠价层电子轨道表示式（或价层电子排布图）

1s22s22p63s23p4[Ne]3s23p43s23p4（4）基态原子核外电子排布式的书写模型①书写模型②价层电子排布式的书写对于主族元素和0族元素，写出最外层电子排布式即可；对于过渡金属元

素，其价层电子排布式一般符合（n－1）d1～10ns1～2（n≥4）。如Cr的价

层电子排布式为

⁠。③离子核外电子排布式的书写方法先写出基态原子的核外电子排布式，再由外向内失去电子或补充电子（基

态原子失去电子时总是优先失去最外层电子），即得到相应阳离子或阴离

子的核外电子排布式。如Cr3＋的核外电子排布式为

⁠

或

⁠。3d54s1

1s22s22p63s23p63d3

[Ar]3d3

〔人教选择性必修2〕电子自旋完成下列填空：（1）基态S原子的价电子中，两种自旋状态的电子数之比为

⁠

⁠。（2）基态F原子核外电子的运动状态有

种，核外电子的空间运动状

态有

种，即核外电子的运动状态种类数＝核外

总数（不同

电子的运动状态不同），核外电子的空间运动状态种类数＝核外电子占据

的

⁠总数。1∶2或

2∶19

5

电子

原子轨道

易错辨析（1）2p和3p轨道形状均为哑铃形，能量也相等。

（

×

）（2）基态原子电子能量的高低顺序为E（1s）＜E（2s）＜E（2px）＜E

（2py）＜E（2pz）。

（

×

）（3）电子排布式（22Ti）1s22s22p63s23p10违反了泡利原理。

（

√

）（4）电子排布式（21Sc）1s22s22p63s23p63d3违反了能量最低原理。

（

√

）（5）

表示的原子处于能量最低状态。

（

×

）××√√×（6）霓虹灯发光是由于电子从激发态跃迁到较低能量的激发态或基态产

生的。

（

√

）（7）在基态多电子原子中，p轨道电子能量一定高于s轨道电子能量。

（

×

）（8）基态铁原子在发生化学反应时优先失去3d能级上的电子。

（

×

）√××

关键能力

考向1基态原子（离子）核外电子排布1.

完成下列填空：（1）基态氟原子的价层电子排布图（轨道表示式）为

⁠。（2）基态硒原子的核外电子排布式为

⁠。（3）基态镍原子的价层电子排布式为

⁠。（4）基态硫原子的价层电子排布式为

⁠。（5）基态硅原子最外层的电子排布图为

。[Ar]3d104s24p43d84s23s23p42.

按要求填空：（1）基态钛原子的价层电子排布式为

，其原子核外电子的空间

运动状态有

种，共有

种运动状态不同的电子。解析：

基态Ti原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d24s2，其空间运

动状态即占据轨道数有1＋1＋3＋1＋3＋2＋1＝12；核外有22个电子，就

有22种运动状态。（2）基态铜原子核外电子的空间运动状态有

种。解析：

基态Cu原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s1，空间运

动状态有1＋1＋3＋1＋3＋5＋1＝15种。3d24s2

12

22

15

解析：

已知反应中涉及的元素及电子排布式分别为H：1s1、Li：

1s22s1、B：1s22s22p1、C：1s22s22p2、N：1s22s22p3、O：1s22s22p4、Al：

1s22s22p63s23p1、Cl：1s22s22p63s23p5，基态原子中含1个未成对电子的有5

种（H、Li、B、Al、Cl）。5

（1）基态原子电子排布图（轨道表示式）书写的思维流程（2）基态原子未成对电子数的判断方法（以基态Fe为例）考向2根据核外电子排布推断元素3.

X、Y、Z、W、P五种元素，其核电荷数依次增大。X基态原子核外只

有三个能级，且各能级电子数相等；Z原子的核外电子有8种运动状态；Z

与W元素位于同一族；P原子核外有4个能层，最外层只有1个电子，其余

各层均排满电子。下列说法正确的是（

）A.

基态X原子最外层有三个未成对电子B.

基态Y原子的轨道表示式：

C.P原子的价层电子排布式为3d94s2D.P单质分别与Z、W单质反应，产物中P的化合价一定相同√解析：

基态X原子核外只有三个能级，且各能级电子数相等，为

1s22s22p2，为C元素，Z原子的核外电子有8种运动状态，Z为O元素，Y为N

元素，Z与W元素位于同一族，W为S元素，P原子核外有4个能层，最外层

只有1个电子，其余各层均排满电子，为Cu元素。X为C元素，最外层有2

个未成对电子，A错误；Y为N元素，基态原子的轨道表示

式：

，B正确；P为Cu元素，价层电子排布式为

3d104s1，C错误；Cu和O2反应生成CuO，Cu元素的化合价为＋2价，Cu和S

反应生成Cu2S，Cu元素的化合价为＋1价，D错误。4.

〔教材习题改编〕（1）A、B、C、D

4种元素的核电荷数依次增大，它

们的离子的电子层数相同且最外层电子数均为8。A原子的L层电子数与

K、M层电子数之和相等，D原子的K、L层电子数之和等于核外电子总数

的一半。则4种元素的元素符号依次是A

，B

，C

⁠，

D

⁠。（2）①E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

；其基态原子价层电子的轨道表示式

为

⁠。②元素F的正三价离子的3d能级为半充满，F的元素符号为

，其基态

原子的核外电子排布式为

⁠。S

Cl

K

Ca

N

Fe

1s22s22p63s23p63d64s2（或[Ar]3d64s2）

真题演练

√

2.

（2025·浙江1月选考2题）下列化学用语表示不正确的是（

）A.

基态S原子的电子排布式：2s22p4

√3.

（2025·甘肃高考2题）马家窑文化遗址出土了大量新石器时代陶制文

物，陶制文物的主要成分为硅酸盐，下列有关表述错误的是（

）A.

基态Si原子的价层电子排布图：

D.SiO2的球棍模型：

√

4.

（2025·陕晋青宁2题）下列化学用语或图示表达正确的是（

）B.

基态Be原子的价电子排布式为2s22p2C.C2H2的球棍模型为

D.

反-2-丁烯的结构简式为

√

5.

（1）（2025·浙江1月选考17题节选）磷是生命活动中不可或缺的元

素。关于ⅤA族元素原子结构的描述，下列说法正确的是

（填字

母）。A.

基态P原子3p轨道上的电子自旋方向相同B.As3＋的最外层电子数为18C.P3＋的半径小于P5＋的半径D.

电子排布为[Ne]3s13p4的P原子处于激发态AD

解析：

基态P原子的价电子排布图为

，其3p轨道上的电子

自旋方向相同，A正确；As的价电子排布式为4s24p3，故As3＋的最外层电

子数为2，B错误；一般情况下，电子层数越多，原子（离子）半径越大，

电子层数相同时，原子序数越小，原子（离子）半径越大，故半径：P3＋

＞P5＋，C错误；根据基态P原子的电子排布式[Ne]3s23p3可知，[Ne]3s13p4

是基态P原子中1个3s轨道上的电子跃迁到3p轨道后形成的激发态原子的电

子排布式，D正确。（2）（2025·北京高考15题节选）通过MgCl2和[Mg（NH3）6]Cl2的相互

转化可实现NH3的高效存储和利用。将Mg的基态原子最外层轨道表示式补

充完整：

。答案：

解析：

基态Mg原子最外层电子的电子排布式为3s2，故其基态原子最

外层轨道表示式为

。课时跟踪检测1.

下列图像中所发生的现象与电子的跃迁无关的是（

）

解析：

平面镜成像是光线反射的结果，与电子跃迁无关；霓虹灯广

告、燃烧蜡烛、节日里燃放的焰火是原子的发射光谱，与原子核外电子发

生跃迁有关。123456789101112√2.

有关18F与19F说法正确的是（

）A.

是同种核素B.

是同素异形体C.

19F比18F多一个电子D.

19F比18F多一个中子解析：

18F和19F是F元素的不同核素，A错误；同素异形体是指由同种元

素形成的不同单质，B错误；18F和19F质子数相同，即核外电子数相同，C

错误；19F和18F的中子数分别为10、9，D正确。√123456789101112

D.

金刚石、石墨和C60都是碳元素的同素异形体

√1234567891011124.

（2025·北京丰台模拟）我国首次制备出丰度超过99％的64Ni。64Ni经

质子束流轰击可获得具有放射性的医用核素64Cu。下列说法不正确的是

（

）A.Ni的价层电子排布式为3d84s2B.

64Ni原子核内中子数是36C.

64Ni与64Cu互为同位素D.

64Ni经质子束流轰击获得64Cu的过程不属于化学变化√123456789101112解析：

A项，64Ni的原子序数为28，价层电子排布式为3d84s2，正确；B

项，64Ni的原子序数为28，64Ni原子的质量数为64，质量数＝质子数＋中子

数，则中子数为64－28＝36，正确；C项，同位素质子数相同，同位素一

定是同种元素，而64Ni与64Cu不是同一元素，错误；D项，化学变化的最小

粒子是原子，而64Ni经质子束流轰击获得64Cu是在原子核层面上发生的变

化，其不属于化学变化，正确。1234567891011125.

下列说法错误的是（

）A.

电子排布式为1s22s22p63s23p1的元素，其价态为＋3价时最

稳定B.

在同一能级上运动的电子，其运动状态肯定不同C.

碳原子核外能量最高的电子云轮廓图如图所示D.

钠原子由1s22s22p63p1→1s22s22p63s1时，吸收能量，由激发

态转化成基态√123456789101112解析：

电子排布式为1s22s22p63s23p1的元素是Al，其最外层有3个

电子，失去最外层的3个电子，达到8电子稳定结构，所以铝元素的价

态为＋3价时最稳定，A正确；在同一能级上运动的电子，其运动状态

肯定不同，B正确；碳原子核外能量最高的电子为2p能级上的电子，C

正确；钠原子由1s22s22p63p1→1s22s22p63s1时，由激发态转化成基态，

应是释放能量，D错误。1234567891011126.

（2025·山东东营模拟）如图甲是氢原子的1s电子云图（即概率密度分

布图），图乙、丙分别表示s、p能级的电子云轮廓图。下列有关说法正确

的是（

）A.

电子云图（即概率密度分布图）就是原子轨道图B.3p2表示3p能级中有两个原子轨道C.

由图乙可知，s能级的电子云轮廓图呈圆形，有无数条对称轴D.

由图丙可知，p能级的原子轨道图呈哑铃形，且有3个伸展方向√123456789101112解析：

通常把电子在原子核外空间出现概率约为90％的空间圈出来，

称为电子云轮廓图，这种电子云轮廓图就是原子轨道图，A错误；3p2表示

3p能级中容纳了两个电子，B错误；s能级的电子云轮廓图呈球形而不是圆

形，C错误。1234567891011127.

某元素基态原子4s轨道上有1个电子，则该基态原子价层电子排布不可

能是（

）A.3p64s1B.4s1C.3d54s1D.3d104s1解析：

基态原子4s轨道上有1个电子，在s区价层电子排布式为4s1，在d

区价层电子排布式为3d54s1，在ds区价层电子排布式为3d104s1，在p区不存

在4s轨道上有1个电子，A符合题意。√123456789101112

A.

基态Fe3＋的简化电子排布式：[Ne]3d5B.

基态碳原子的轨道表示式：

C.Fe2＋的价层电子轨道表示式为

D.

基态N原子的价层电子排布式：2s22p3√123456789101112解析：

基态Fe3＋的简化电子排布式为[Ar]3d5，A错误；基态碳原子核

外有6个电子，根据能量最低原理，先排满2s轨道，再排2p轨道，其轨道表

示式为

，B错误；基态Fe2＋的电子排布式为

1s22s22p63s23p63d6，故价层电子轨道表示式为

，C错误；

基态N原子核外电子排布式为1s22s22p3，则其价层电子排布式为2s22p3，D

正确。123456789101112

9.

下列有关电子排布图的表述不正确的是（

）A.

可表示单核10电子粒子基态时的电子排布图B.

违背了洪特规则C.

表示基态N原子的价层电子排布图D.

表示处于激发态的B原子的电子排布图√123456789101112解析：

A项，单核10电子粒子基态时的电子排布式为1s22s22p6，每个轨

道内排布2个电子，且自旋状态相反，正确；B项，违背了洪特规则，正

确；C项，N原子的价层电子排布图为

，正确；D项，该电

子排布图中的电子没有激发跃迁到能量更高的轨道上，错误。12345678910111210.

钠离子电池是一种二次电池，主要依靠钠离子在正极和负极之间移动

来工作。下列说法不正确的是（

）A.

钠原子核外有11种不同运动状态的电子B.

基态钠原子核外电子的空间运动状态有11种C.

原子具有的能量：1s22s22p63s1＜1s22s22p53s2D.

基态钠原子的内层电子中，两种自旋状态的电子数之比为1∶1√123456789101112解析：

钠原子核外有11个电子，不同电子的运动状态不同，A正

确；基态钠原子的核外电子排布式为1s22s22p63s1，电子占据了1s、

2s、2p和3s轨道，故基态钠原子核外电子的空间运动状态有6种，B错

误；1s22s22p63s1表示基态Na原子，1s22s22p53s2表示激发态Na原子，

故能量：1s22s22p63s1＜1s22s22p53s2，C正确；基态钠原子的内层电子

排布式为1s22s22p6，每个轨道均有1对自旋状态相反的电子，故两种自

旋状态的电子数之比为1∶1，D正确。12345678910111211.

（1）A元素基态原子的最外层有3个未成对电子，次外层有8个电子，

其元素符号为

；其价层电子排布图为

⁠。（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氩相

同，B的元素符号为

，C离子的结构示意图为

⁠。（3）F元素的原子最外层电子排布式为nsnnpn＋2，则n＝

；原子中

能量最高的是

电子，核外电子排布图为

⁠。P

Cl

2

2p

123456789101112（4）基态G原子L层中p轨道电子数是s轨道电子数的2倍，则G的价层电子

排布式为

⁠。（5）H的基态原子4s和3d轨道电子半充满，则H的价层电子轨道表示式

为

，未成对电子数为

⁠。2s22p4

6

12345678910111212.

现有六种元素，其中A、B、C、D为短周期主族元素，E、F为第四周

期元素，它们的原子序数依次增大