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第六篇 物质结构与性质
专项 38 核外电子排布规律
核外电子排布规律是高考必考知识点，特别是基态原子的核外电子排布式是考查重点，侧重于电负性
与电离能的考查，注意掌握常见元素电负性与电离能的比较方法及特殊情况，备考时加以关注。
(1)能量最低原则：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，即基态原子核外电子在原子轨道上的排布顺序图：
(2)泡利不相容原理
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。如2p3的电子排布为 ，不能表示为 或 。
洪特规则特例：当能量相同的原子轨道在全满(p6、d10、f14)、半满(p3、d5、f7)和全空(p0、d0、f0)状态时，
体系的能量最低，如： Cr的电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s1或[Ar]3d54s1。
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1．(2022•全国甲卷节选)基态F原子的价电子排布图(轨道表示式)为_______。
【答案】(1)【解析】F为第9号元素其电子排布为1s22s22p5，则其价电子排布图为 。
2．(2022•山东卷节选)基态Ni原子的价电子排布式为_______，在元素周期表中位置为_______。
【答案】(1) 3d84s2 第4周期第VIII族
【解析】(1)已知Ni是28号元素，故基态Ni原子的价电子排布式为：3d84s2，在周期表中第四横行第
10纵列即位于第4周期第VIII族。
3．(2022•北京卷节选) Fe2+价层电子排布式为___________。
【答案】(1)3d6
【解析】(1)铁元素的原子序数为26，基态亚铁离子的价电子排布式为3d6。
4．(2022•海南省选择性考试节选)基态O原子的电子排布式_______，其中未成对电子有_______个。
【答案】s22s22p4或[He]2s22p4 2
【解析】O为8号元素，其基态O原子核外有8个电子，因此基态O原子的电子排布式为1s22s22p4或
[He]2s22p4，其2p轨道有2个未成对电子，即O原子有2个未成对电子。
5．(2022•湖南选择性考试节选)基态 原子的核外电子排布式为 [Ar]_______；
【答案】 [Ar] 3d104s24p4
【解析】硒元素的原子序数为 34，基态原子的电子排布式为[Ar] 3d104s24p4，故答案为：[Ar]
3d104s24p4。
6．(2021•广东选择性考试节选)基态硫原子价电子排布式为__________。
【答案】3s23p4
【解析】基态硫原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p4，因此基态硫原子价电子排布式为3s23p4。
7．(2021•湖南选择性考试节选)基态硅原子最外层的电子排布图为 ，晶体硅和
碳化硅熔点较高的是 (填化学式)；
【答案】(1) SiC
【解析】(1)Si位于周期表中第3周期第ⅣA族，基态原子的价电子排布式为3s23p2，则基态Si原子的
价电子排布图为： ；晶体硅、碳化硅均属于原子晶体，原子半径：Si＞C，键长：
C﹣Si＜Si﹣Si，则键能：C﹣Si＞Si﹣Si，所以熔点：碳化硅＞晶体硅，晶体硅和碳化硅熔点较高的是SiC。
8．(2021•河北选择性考试节选)(1)在KH PO 的四种组成元素各自所能形成的简单离子中，核外电子排
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布相同的是___________(填离子符号)。
(2)原子中运动的电子有两种相反的自旋状态，若一种自旋状态用+ 表示，与之相反的用- 表示，称
为电子的自旋磁量子数.对于基态的磷原子，其价电子自旋磁量子数的代数和为____________。
【答案】(1)K+和P3- (2) 或
【解析】(1)在KH PO 的四种组成元素各自所能形成的简单离子分别为H+ (或H-)、O2-、K+和P3-，其
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中核外电子排布相同的是K+和P3-。(2)对于基态的磷原子，其价电子排布式为3s23p3，其中3s轨道的2个
电子自旋状态相反，自旋磁量子数的代数和为0；根据洪特规则可知，其3p轨道的3个电子的自旋状态相
同，因此，基态磷原子的价电子的自旋磁量子数的代数和为 或 。
9．(2020•新课标Ⅰ卷节选)基态Fe2+与Fe3+离子中未成对的电子数之比为_________。
(2)Li及其周期表中相邻元素的第一电离能(I)如表所示。I(Li)> I (Na)，原因是_________。I(Be)>
1 1 1 1
I(B)> I (Li)，原因是________。
1 1
【答案】(1)4：5
(2)Na与Li同主族，Na的电子层数更多，原子半径更大，故第一电离能更小
Li，Be和B为同周期元素，同周期元素从左至右，第一电离能呈现增大的趋势；但由于基态Be原子
的s能级轨道处于全充满状态，能量更低更稳定，故其第一电离能大于B的。
10．(2020•新课标Ⅱ卷节选)基态Ti原子的核外电子排布式为____________。
【答案】(1)1s22s22p63s23p63d24s2
11．(2020•江苏卷节选)Fe基态核外电子排布式为___________；[Fe(H O) ]2+中与Fe2+配位的原子是
2 6
________(填元素符号)。
【答案】(1)1s22s22p63s23p63d64s2或[Ar]3d64s2 O
1．基态原子核外电子排布的四方法
表示方法 举例电子排布式 Cr：1s22s22p63s23p63d54s1
简化表示式 Cu：[Ar]3d104s1
价电子排布式 Fe：3d64s2
电子排布图(或轨道表
示式)
2．当出现d轨道时，虽然电子按ns、(n－1)d、np的顺序填充，但在书写电子排布式时，仍把(n－1)d
放在 ns 前，如 Fe：1s22s22p63s23p63d64s2，而失电子时，却先失 4s 轨道上的电子，如 Fe3＋：
1s22s22p63s23p63d5。
3．注意比较原子核外电子排布式、简化电子排布式、价电子排布式的区别与联系。如 Cu的电子排布
式：1s22s22p63s23p63d104s1；简化电子排布式：[Ar]3d104s1；价电子排布式：3d104s1。
1．某基态原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s2，下列说法中不正确的是( )
A．该元素基态原子中共有25个电子
B．该元素原子核外有4个电子层
C．该元素原子最外层共有2个电子
D．该元素原子M电子层共有8个电子
【答案】D
【解析】由该原子基态电子排布式知，其有25个电子，核外有4个电子层，最外层有2个电子，M电
子层有13个电子，D项不正确。
2．下面关于硅原子的核外电子排布表示式中，错误的是( )
A．1s22s22p63s23p2 B．[Ne]3s23p2
C． D．
【答案】C
【解析】A和B两项都是电子排布式，C和D两项都是轨道表示式，其中C项违背了洪特规则。
3．下列有关核外电子排布的式子不正确的是( )
A． Cr的电子排布式：1s22s22p63s23p63d54s1
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B．K的简化电子排布式：[Ar]4s1
C．N原子的轨道表示式：
D．S原子的轨道表示式：
【答案】D【解析】S的轨道表示式违反了洪特规则，正确的应是 。
4．下列关于价电子排布为3s23p4的原子描述正确的是( )
A．它的元素符号为O
B．它的核外电子排布式为1s22s22p63s23p4
C．可以与H 化合生成液态化合物
2
D．其轨道表示式为
【答案】B
【解析】价电子排布为3s23p4的粒子，其基态原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p4，其核外电子数为
16，为S元素， A错误， B正确；一定条件下，它可与H 生成气态化合物HS，C错误；S原子核外电子
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排布遵循能量最低原理、泡利不相容原理、洪特规则，其轨道表示式为 ，D
错误。
5．在短周期元素中，元素的基态原子核外未成对电子数等于电子层数的元素有a种，元素的基态原子
最外层电子数是未成对电子数2倍的元素有b种，则的值为( )
A．1 B．2
C．3 D．4
【答案】B
【解析】在短周期元素中，符合基态原子核外未成对电子数等于电子层数的元素很明显有第一周期的
H元素；在第二周期，原子核外未成对电子数为2的元素，其核外轨道表示式为 (C元素)
或 (O元素)；在第三周期，原子核外未成对电子数为3的元素，其最外层轨道表示式是
(P元素)；符合条件的元素共4种，即a＝4。符合基态原子最外层电子数是未成对电子数 2
倍的元素，其基态原子的最外层电子数是2、4或6，若最外层电子数为2，则是氦或者ⅡA族元素，这些
元素原子的最外层电子排布式为ns2，无未成对电子，不符合题意；若最外层电子数为4，则是ⅣA族元素，
这些元素原子的最外层电子排布式为 ns2np2，其p能级上的2个电子为未成对电子，符合题意，因题目要
求是短周期元素，故有2种；若最外层电子数为6，则是ⅥA族元素，这些元素原子的最外层电子排布式
为ns2np4，其p能级上有2个未成对电子，最外层电子数是未成对电子数的3倍，不符合题意；总之，符合
条件的元素共2种，即b＝2。综上可知的值为2。
6．下列各组表述中，两个微粒一定不属于同种元素原子的是( )
A．3p能级有一个空轨道的基态原子和核外电子排布式为1s22s22p63s23p2的原子
B．M层全充满而N层为4s2的原子和核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2的原子
C．最外层电子数是核外电子总数的的原子和价电子排布式为4s24p5的原子
D．2p能级有一个未成对电子的基态原子和原子的价电子排布式为2s22p5的原子【答案】B
【解析】A项，3p能级有一个空轨道，说明3p能级有2个电子，3s能级肯定已填满，价电子排布式
为3s23p2，因此A中两微粒相同，不符合题意。B项，M层全充满而N层为4s2，M层上有d轨道，即价电
子排布为3d104s2，应该是锌元素，3d64s2是铁元素的价电子排布式，符合题意。C项，价电子排布式为
4s24p5，则3d能级已排满10个电子，核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p5，最外层电子数是核外电
子总数的的原子，可按下述方法讨论：若最外层电子数为1，核外电子总数为5，不可能；最外层电子数为
2，核外电子总数为10，不可能；同理，只有最外层电子数为7，核外电子总数为35时合理，其电子排布
式也是1s22s22p63s23p63d104s24p5，二者是同种元素的原子，不符合题意。D项，2p能级有一个未成对电子，
可以是2p1，也可以是2p5，因此二者不一定属于同种元素的原子，不符合题意。
7．在原子结构理论中，有四个原理，分别是①构造原理，②泡利原理，③洪特规则，④能量最低原
理。在以下的现象中主要决定的因素是(填序号，各只填一项)
(1)各能级最多容纳的电子数是该能级原子轨道数的2倍________；
(2)碳原子的核外电子排布基态时是1s22s22p2而不是1s22s12p3________；
(3)最外层电子数不会超过8个，次外层电子数不会超过18个________；
(4)铬( Cr)的电子排布式是1s22s22p63s23p63d54s1而不是1s22s22p63s23p63d44s2________；
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(5)磷原子的基态原子结构中，有3个未成对的单电子________。
(6)第四周期元素中，4p轨道半充满的是________,3d轨道半充满的是________,4s轨道半充满的是
________。(填元素符号)
【答案】(1)② (2)④ (3)① (4)③ (5)③ (6)As Cr、Mn K、Cr、Cu
【解析】(1)泡利原理：每个原子轨道最多容纳2个电子且自旋方向相反，各能级最多容纳的电子数是
该能级原子轨道数的2倍，其主要决定因素是泡利原理；(2)基态原子的电子在核外排布时首先要遵循能量
最低原理，所以碳原子的核外电子排布基态时是 1s22s22p2而不是1s22s12p3，其主要决定因素是能量最低原
理；(3)最外层电子数不会超过8个，次外层电子数不会超过18个，其主要决定因素是构造原理；(4)原子
轨道中电子处于全满、全空或半满时较稳定，所以在等价轨道(相同电子层、电子亚层上的各个轨道)上排
布的电子将尽可能分占不同的轨道，且自旋方向相同，铬( Cr)的电子排布式是1s22s22p63s23p63d54s1而不是
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1s22s22p63s23p63d44s2，其主要决定因素是洪特规则；(5)在等价轨道(相同电子层、电子亚层上的各个轨道)上
排布的电子将尽可能分占不同的轨道，且自旋方向相同，磷原子的基态原子结构中，有 3个未成对的单电
子，其主要决定因素是洪特规则；(6)第四周期元素中，4p轨道半充满时其4s轨道全充满，该原子是As；
3d轨道半充满时4s能级可能有1个电子或2个电子，如果4s能级是1个电子为Cr元素，如果4s能级有2
个电子为Mn元素；4s轨道半充满时，3d轨道可能没有电子、可能有5个电子、可能有10个电子，如果
3d轨道没有电子时该原子是K、如果3d轨道有5个电子时该原子是Cr、如果3d轨道有10个电子时该原子
是Cu。
8．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
________。
(2)原子核外电子含有四个电子层的元素是________，基态原子的原子轨道中未成对电子数最多的是________。
(3)基态钛原子价电子的轨道表示式为________。
(4)基态铜原子的价电子排布式为3d104s1，由此可判断铜在元素周期表中位于第________周期________
族。
【答案】(1)C、Si、Al Ti、Fe (2)Ti、Fe、Cu Fe
(3) (4)4 ⅠB
【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Ⅷ族元素。C、
Si、Al为p区，Ti、Fe为d区，Cu为ds区。(2)第4周期的Ti、Fe、Cu均有四个电子层；基态Fe原子的价
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4周期ⅣB族，价电子排布式为3d24s2。
(4)由外围电子排布中的4s可推知Cu为第4周期，由价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。
9．根据原子结构、元素周期表和元素周期律的知识回答下列问题：
(1)A元素次外层电子数是最外层电子数的，其外围轨道表示式是________________。
(2)B是1～36号元素原子核外电子排布中未成对电子数最多的元素，B元素的名称是________，在元
素周期表中的位置是____________________________________。
(3)C元素基态原子的轨道表示式是下图中的________(填序号)，另一轨道表示式不能作为基态原子的
轨道表示式是因为它不符合________(填序号)。
A．能量最低原理 B．泡利原理 C．洪特规则
(4)第三周期元素的气态电中性基态原子失去最外层一个电子转化为气态基态正离子所需的最低能量叫
作第一电离能(设为E)。如图所示：
①同周期内，随着原子序数的增大，E值变化的总趋势是________；
②根据图中提供的信息，可推断出E ________E (填“>”“<”或“＝”，下同)；
氧 氟
③根据第一电离能的含义和元素周期律，可推断出E ________E 。
镁 钙
【答案】(1) (2)铬 第四周期第ⅥB族
(3)② C (4)①增大 ②< ③>
【解析】(1)次外层电子数是最外层电子数的的元素是氖。(2)1～36号元素中，原子核外电子排布中未
成对电子数最多的元素是铬，共有6个未成对电子。(3)由该基态原子的轨道表示式中的电子数可知，C元素是硅，根据洪特规则，当电子排布在同一能级的不同轨道时，总是优先单独占据一个轨道，且自旋方向
相同，故硅元素基态原子的轨道表示式为②。(4)同周期内，随着原子序数的增大，第一电离能变化的总趋
势是增大；同主族内，随着电子层数的增多，第一电离能变化的总趋势是减小。
10．下表列出了核电荷数为21~25的元素的最高正化合价。回答下列问题：
元素名称 钪 钛 钒 铬 锰
元素符号 V
核电荷数 21 22 23 24 25
最高正化合价 +3 +4 +5 +6 +7
(1)写出下列元素基态原子的电子排布式。
___________； ___________；V___________； ___________。
(2)已知基态铬原子的电子排布式是1s22s22p63s23p63d54s1，不符合构造原理。人们常常会碰到客观事实
与理论不相吻合的问题当你遇到这样的问题时，你的态度是___________。
(3)对比上述五种元素基态原子的核外电子排布式与元素的最高正化合价，你发现的规律是
___________；出现这一现象的原因是___________。
【答案】(1)1s22s22p63s23p63d14s2 (或[Ar]3d14s2)
1s22s22p63s23p63d24s2 (或[Ar]3d24s2)
1s22s22p63s23p63d34s2 (或[Ar]3d34s2)
1s22s22p63s23p63d54s2 (或[Ar]3d54s2)
(2)尊重客观事实，注重理论适用范围，掌握特例(或其他合理答案)
(3)五种元素的最高正化合价数值都等于各元素基态原子的最外层s能级和次外层d能级电子数目之和
能级交错使得次外层d能级上的电子也参与化学反应
【解析】(1)①Sc是第21号元素，位于第四周期，有四个电子层，最外层有3个电子，因为第4层的s
轨道的能量比第3层的d轨道低，所以电子先排第4层s轨道的两个位置，再排第3层d轨道的一个位置，
Sc的基态原子的电子排布式为：1s22s22p63s23p63d14s2 (或[Ar]3d14s2)；②Ti是第22号元素，位于第四周期，
有四个电子层，最外层有4个电子，因为第4层的s轨道的能量比第3层的d轨道低，所以电子先排第4层
s轨道的两个位置，再排第3层d轨道的2个位置，Ti的基态原子的电子排布式为：1s22s22p63s23p63d24s2
(或[Ar]3d24s2)；③V是第23号元素，位于第四周期，有四个电子层，最外层有5个电子，因为第4层的s
轨道的能量比第3层的d轨道低，所以电子先排第4层s轨道的两个位置，再排第3层d轨道的3个位置，
V的基态原子的电子排布式为：1s22s22p63s23p63d34s2 (或[Ar]3d34s2)；④Mn是第24号元素，位于第四周期，
有四个电子层，最外层有7个电子，因为第4层的s轨道的能量比第3层的d轨道低，所以电子先排第4层s轨道的两个位置，剩余5个电子再排第3层d轨道的5个位置，Mn的基态原子的电子排布式为：
1s22s22p63s23p63d54s2 (或[Ar]3d54s2)；(2)已知基态铬原子的电子排布是1s22s22p63s23p63d54s1，并不符合构造
原理。人们常常会碰到客观事实与理论不相吻合的问题，当遇到这样的问题时，态度应该是: 尊重客观事
实，注重理论适用范围，掌握特例；(3)对比这五种元素原子的核外电子排布与元素的最高正化合价，可以
发现五种元素的最高正化合价数值等于各元素基态原子的最外层s电子和次外层d电子数目之和；出现这
一现象的原因是能级交错使d电子也参与了化学反应。
11．按要求回答下列问题：
(1)研究发现，在CO 低压合成甲醇反应(CO ＋3H===CH OH＋HO)中，Co氧化物负载的Mn氧化物
2 2 2 3 2
纳米粒子催化剂具有高活性，显示出良好的应用前景。回答下列问题：
(1)Co基态原子核外电子排布式为____________________。元素Mn与O中，第一电离能较大的是
________，基态原子核外未成对电子数较多的是________。
(2)我国科学家最近成功合成了世界上首个五氮阴离子盐(N )(H O) (NH )Cl(用R代表)。
5 6 3 3 4 4
回答下列问题：
①氮原子的价电子轨道表示式为_______________________________________。
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(E)。
1
第二周期部分元素的E 变化趋势如图所示，其中除氮元素外，其他元素的 E 自左而右依次增大的原因是
1 1
________________；氮元素的E 呈现异常的原因是________________。
1
【答案】(1)[Ar]3d74s2 O Mn
(2)① ②同周期元素随核电荷数依次增大，原子半径逐渐变小，故结合一个电子释放出的
能量依次增大 N原子的2p轨道为半充满状态，相对稳定不易得电子
【解析】(1)Co 是 27 号元素，位于元素周期表中第四周期Ⅷ族，其基态原子核外电子排布式为
1s22s22p63s23p63d74s2或[Ar]3d74s2。同周期元素从左到右，元素的第一电离能呈增大趋势，故Mn的第一电
离能小于Se，同主族元素从上到下，元素的第一电离能逐渐减小，故Se的第一电离能小于O，则第一电
离能：MnC>Zn
【解析】(1)Zn是30号元素。位于元素周期表第 4周期ⅡB族，故其基态原子核外电子排布式为
1s22s22p63s23p63d104s2(或[Ar]3d104s2)。(2)①SO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
PO、ClO等。②氮元素的非金属性强于磷元素，故氨的热稳定性比膦强。(3)Cu与Zn的第一电离能分别为
I ＝746 kJ·mol－1，I ＝906 kJ·mol－1，I C>Zn。
