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第一章 原子结构与性质
第一节 原子结构
1.1.3 泡利原理、洪特规则、能量最低原理
一．选择题
1. 下列说法或有关化学用语的表达正确的是( )
A. 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
B. 基态Fe原子的外围电子排布图为
C. 因氧元素电负性比氮元素大，故氧原子第一电离能比氮原子第一电离能大
D. 根据原子核外电子排布的特点，Cu在元素周期表中位于s区
【答案】B
【解析】
A.同一层即同一能级中的p轨道电子的能量一定比s轨道电子能量高，但外层s轨道电子能量则比
内层p轨道电子能量高，故A错误；
B.基态铁原子外围电子排布式为3d64s2，外围电子排布图为： ，故
B正确；
C.N原子的2p轨道处于半满，第一电离能大于氧原子，故C错误；
D.Cu的外围电子排布式为3d104s1，位于元素周期表的ds区，故D错误。
故选B。
2. 下面有关“核外电子的运动状态”的说法，错误的是()
A. 各原子轨道的伸展方向种数按p、d、f的顺序分别为3、5、7
B. 只有在电子层、原子轨道、原子轨道伸展方向及电子的自旋方向都确定时，才能准确表示
电子的运动状态
C. 同一个原子的原子核外可能有两个电子的运动状态是相同的
D. 原子轨道伸展方向与能量大小是无关的
【答案】C【解析】
A.各原子轨道的伸展方向按p、d、f的顺序分别为3、5、7，s轨道是球形的，故A正确；
B.电子的运动状态由能层、能级、电子云的伸展方向以及电子的自旋状态决定，所以在能层、能级、
电子云的伸展方向、以及电子的自旋状态确定时，电子的运动状态才能确定下来，故B正确；
C.根据泡利原理和洪特规则，原子核外不可能有两个电子的运动状态是完全相同的，故C错误；
D.离原子核越远的电子，其能量越大，则p原子轨道电子的平均能量随能层的增大而增加，所以电
子云伸展方向与能量大小是无关，故D正确。
故选C。
3. 下列化学用语的表达正确的是()
A. 氨气分子的比例模型
B. 铍原子最外层的电子云图：
C. 价层电子排布式为2s22p2和3s23p5两原子能形成共价化合物
D. Cu基态的外围电子排布图：
【答案】C
【解析】
A.氨气分子不是平面型，是三角锥型，氨气分子的比例模型为： ，故A错误；
B.铍原子最外层为s能级，s能级的电子云图为球形： ，故B错误；
C.2s22p2 是C，3s23p5 是Cl，二者形成化合物CCl ，为共价化合物，故C正确；
4
D.Cu原子核外有29个电子，其3d、4s电子为其外围电子，所以其外围电子排布式为3d104s1，故
D错误；
故选：C。
4. 下列说法中正确的是()
①原子中处于第3能层的电子跃迁到第2能层时需要放出能量；②M能层可以有s、p、d、f能级；
③3p 表示有3个p 轨道；
x x
④在一个原子中，不可能出现运动状态完全相同的两个电子；
⑤2s电子云有两个空间取向。
A. ①②③ B. ①④ C. ②⑤ D. ③④⑤
【答案】B
【解析】
①电子从能量高的轨道跃迁到能量低的轨道需要释放能量，故原子中处于第3能层的电子跃迁到第
2能层时需要放出能量，故正确；
②M能层含有s、p、d三个能级，不含f能级，故错误；
③3p 表示第三能层的p 轨道，故错误；
x x
④根据电子排布的规则，在一个原子中，不可能出现运动状态完全相同的两个电子，故正确；
⑤2s电子云是球形对称结构，故错误。
故选B。
5. 下列关于能层与能级的说法中，正确的是( )
A. 同一原子中，符号相同的能级，其上电子能量不一定相同
B. 任一能层的能级总是从s能级开始，而且能级数不一定等于该能层序数
C. 同是s能级，在不同的能层中所能容纳的最多电子数是不相同的
D. 多电子原子中，每个能层上电子的能量一定不同
【答案】A
【解析】
A.同一原子中，符号相同的能级，其上电子能量不一定相同 ，如1s和2s，能量：2s>1s，故A正
确；
B.任一能层的能级总是从s能级开始，而且能级数等于该能层序数，故B错误；
C.同是s能级，在不同的能层中所能容纳的最多电子数都是2个，故C错误；
D.多电子原子中，同一能层的相同能级上电子的能量相同，同一能层的不同能级上电子的能量不同，
故D错误；
故选A。
6. 具有以下结构的原子，一定属于主族元素的是()
A. 最外层有一个电子的原子 B. 最外层电子排布式为ns2的原子
C. 最外层有3个未成对电子的原子 D. 次外层无未成对电子的原子【答案】C
【解析】
A.最外层有1个电子的原子是IA族元素，还可能为副族元素，Cu[Ar]3d104s1,则不一定为主族
元素，故A选项错误；
B.最外层电子排布为ns2的原子也可能是稀有气体或副族元素或第Ⅷ族元素，如He、Sc、Ti等，故
B选项错误；
C.最外层有3个未成对电子的原子为VA族元素，符合ns2np3，故C选项正确；
D.次外层无未成对电子的原子，可能为主族元素，如O，可能为零族元素，如Ar，也可能是副族元
素，例如锌等，故D选项错误。
故选C。
7. X、Y、Z、W均为短周期主族元素，它们在周期表中的相对位置如图所示，下列说法中正确的
是()
A. Y的价层电子排布式是ns2np5
B. 四种元素所形成的最简单氢化物中，沸点最高的是可能Y的氢化物
C. Y、Z之间可形成离子型化合物
D. X、Z、W的最高价氧化物所对应的水化物不可能均是强酸
【答案】B
【解析】
A.题中信息无法确定Y位置，则Y的价层电子排布式不一定为ns2np5，故A错误；
B.当Y为O时，X为N，Z为S，W为Cl，由于水分子之间存在较强的氢键，导致水的沸点较高，
故B正确；
C.Y、Z同主族，且为短周期元素，二者形成的化合物只含有共价键，不可能形成离子化合物，故
C错误；
D.当X、Z、W分别为N、S、Cl时，对应最高价含氧酸分别为硝酸、硫酸和高氯酸，都是强酸，
故D错误；
故选：B。8. 人们通常将在同一原子轨道上运动、自旋方向相反的2个电子，称为“电子对”，将在某一原
子轨道上运动的单个电子，称为“未成对电子”。下列基态原子的电子排布式中，未成对电子
数最多的是( )
A. 1s22s22p63s23p6 B. 1s22s22p63s23p63d54s2
C. 1s22s22p63s23p63d54s1 D. 1s22s22p63s23p63d104s1
【答案】C
【解析】
A.1s22s22p63s23p6中无未成对电子数，
B.1s22s22p63s23p63d54s2中未成对电子数是5，
C.1s22s22p63s23p63d54s1中未成对电子数是6，
D.1s22s22p63s23p63d104s1中未成对电子数是1，
通过以上分析知，原子中未成对电子数最多的是C，
故选：C。
9. 某基态原子核外共有6个电子，分布在K与L电子层上，在下列L层分布中正确的是( )
A. B.
C. D.
【答案】D
【解析】
K层容纳2个电子，所以L层容纳4个电子，L层有2s、2p能级，2p能级能量较高，2s能级有1个
轨道，容纳2个电子，剩余2个电子填充2p能级，2p能级有3个轨道，电子优先单独占有1个轨
道，且自旋方向相同，基态原子在L层分布图为 ，故D正确。
故选D。
10. 下列化学用语表示正确的是()
A. 羟基的电子式：
B. N原子最外层电子的轨道表示式：
C. 乙炔的最简式：CH≡CHD. 乙烯的结构简式：CH -CH
2 2
【答案】A
【解析】
A.羟基为中性自由基，内含单电子，即羟基的电子式 ，故A正确；
B.氮原子轨道表示式应遵循泡利不相容原理，能量最低，洪特规则等，氮原子最外层电子轨道表示
式为 ，故B错误；
C.CH≡CH是乙炔的结构简式，乙炔的最简式为CH，故C错误；
D.乙烯分子的结构简式中，碳碳双键不能省略，乙烯正确的结构简式为：CH =CH ，故D错误；
2 2
故选：A。
11. 下列说法正确的是( )
A. 邻羟基苯甲醛的沸点比对羟基苯甲醛的高
B. 基态碳原子的最外层电子排布图：
C. 原子核外价电子排布式分别为3s1和3s23p5两种元素，不能形成AB 型化合物
2
D. 原子核外电子排布式为1s2的原子与原子核外电子排布式为1s22s2的原子化学性质相似
【答案】C
【解析】
A.邻羟基苯甲醛容易形成分子内氢键，对羟基苯甲醛易形成分子间氢键，所以邻羟基苯甲醛的沸点
比对羟基苯甲醛的沸点低，故A错误；
B.C的原子序数为6，价电子排布为2s22p2，基态碳原子的价电子排布图为 ，
故B错误；
C.价层电子排布为3s1的元素为Na，价层电子排布为3s23p5的元素为Cl，二者可形成NaCl，故不
能形成AB 型化合物，故C正确；
2
D.1s2是He元素属于0族元素，1s22s2是Be元素属于第IIA族元素，二者性质不同，故D错误。
故选C。
12. 下列表达方式正确的是()A. ❑ Cr的外围电子排布式：3d44s2
24
B. CO 的立体结构模型
2
C. 基态碳原子的价电子排布图为
D. S2-的结构示意图：
【答案】C
【解析】
A.Cr核外有24个电子，根据构造原理书写，Cr外围电子排布式：3d54s1，故A错误；
B.CO 是直线型分子，故B错误；
2
C.碳原子的2p和2s轨道各含有2个价电子，其基态原子的价电子排布图为： ，故C正
确；
D.S2-的质子数为 16，核外电子数为 18，各层电子数分别为 2、8、8，硫离子结构示意图为
，故D错误；
13. 若将❑ C原子的电子排布式写成1s22s22p2 ，它违背了()
6 x
A. 能量守恒定律 B. 能量最低原理 C. 泡利原理 D. 洪特规则
【答案】D
【解析】
能量最低原理：原子核外电子先占有能量低的轨道，然后依次进入能量高的轨道；
泡利不相容原理：每个原子轨道上最多只能容纳2个自旋方向相反的电子；
洪特规则：洪特规则是在等价轨道(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。
C原子2p能级上有3个轨道，2p能级上有2个电子，2个电子应该排在2个不同的轨道上，且自旋
方向相同，若将C原子的电子排布式写成1s22s22p2
，它违背了洪特规则，正确的电子排布式为：
x
1s22s22p12p1
；
x y
故选D。
二、填空题
14.（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。
在基态14C原子中，核外存在 对自旋相反的电子。
（2）N的基态原子核外电子排布式为 ；Cu的基态原子最外层有 个电子。
（3）钒（ V）是我国的丰产元素，广泛用于催化及钢铁工业。
23
钒在元素周期表中的位置为 ，其价层电子排布图为 。
（4）Na位于元素周期表第 周期第 族；S的基态原子核外有 个未成对电
子；Si的基态原子核外电子排布式为 。
（5）Cu＋基态核外电子排布式为 。
（6）基态Fe原子有 个未成对电子，Fe3＋的电子排布式为 。
（7） Ga基态原子的核外电子排布式是 。
31
（8）铝原子核外电子云有 种不同的伸展方向，有 种不同运动状态的电子。
（9）基态Mn2＋的核外电子排布式为 。
（10）Se原子序数为 ，其核外M层电子的排布式为 。
（11）可正确表示原子轨道的是 。
A.2s B.2d C.3pD.3f
z
【答案】（1）电子云 2
（2）1s22s22p3 1
（3）第四周期第ⅤB族
（4）三 ⅠA 2 1s22s22p63s23p2或[Ne]3s23p2
（5）1s22s22p63s23p63d10或[Ar]3d10
（6）4 1s22s22p63s23p63d5或[Ar]3d5（7）1s22s22p63s23p63d104s24p1或[Ar]3d104s24p1
（8）4 13
（9）1s22s22p63s23p63d5或[Ar]3d5
（10）34 3s23p63d10
（11）AC
【解析】电子在原子核外出现的概率密度分布通常用电子云来形象化描述。 C的电子排布图为
，所以其基态原子中核外存在2对自旋状态相反的电子。
（2）N元素的原子序数为7，基态原子的核外电子排布为1s22s22p3；Cu元素位于第四周期ⅠB族，
基态原子核外电子排布为1s22s22p63s23p63d104s1，最外层有1个电子。
（3）钒在元素周期表中的位置为第四周期ⅤB族，其价层电子排布式为3d34s2，根据洪特规则和
泡利原理，价层电子排布图为：
（4）Na（ ）元素位于元素周期表第三周期第ⅠA族；Si原子核外电子数为14，基态原子
核外电子排布式为1s22s22p63s23p2。
（5）Cu为29号元素，基态原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s1，Cu＋的基态核外电子排布
式为1s22s22p63s23p63d10。
（6）基态Fe原子核外电子排布为1s22s22p63s23p63d64s2，所以有4个未成对电子，失去2个4s电子、
1个3d电子形成Fe3＋，其电子排布式为1s22s22p63s23p63d5。
（8）铝原子核外电子云有s、p，分别有1、3种伸展方向；其核外有13个电子，则有13种不同运
动状态的电子。
（9）Mn的核外电子数为25，基态Mn2＋的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d5或[Ar]3d5。
（10）Se位于第四周期，与S的原子序数相差18，故其原子序数为34；其核外M层有18个电子，
故M层的电子排布式为3s23p63d10。
（11）L能层只有2s、2p能级，M能层只有3s、3p、3d能级，故选A、C。
15.（1）以下列出的是一些原子的2p能级和3d能级中电子排布的情况。试判断，哪些违反了泡利原理？ ，哪些违反了洪特规则？ 。
（2）某元素的激发态（不稳定状态）原子的电子排布式为1s22s22p63s13p33d2，则该元素基态原子的
电子排布式为 ；其最高价氧化物对应水化物的化学式是 。
（3）将下列多电子原子的原子轨道按轨道能量由低到高顺序排列。
①2s ②3d ③4s ④3s ⑤4p ⑥3p
轨道能量由低到高排列顺序是 。
【答案】（1）③ ②④⑥ （2）1s22s22p63s23p4 HSO （3）①④⑥③②⑤
2 4
【解析】（1）同一轨道中不应有自旋状态相同的电子，③违反了泡利原理；②中成单电子自旋状
态应相同，④中5个电子应分占5个轨道，⑥中成单电子自旋状态应相同，所以②④⑥违反了洪特
规则。（2）3p能量小于3d，激发态为1s22s22p63s13p33d2，基态应为1s22s22p63s23p4。此原子核外电
子数为16，其质子数也为16，该元素为硫元素，其最高价氧化物对应水化物的化学式是HSO 。
2 4
16.有A、B、C、D四种短周期主族元素，它们的原子序数依次增大，其中A元素原子核外电子仅
有一种原子轨道，也是宇宙中最丰富的元素，B元素原子核外p电子数比s电子数少1，C为金属元
素且原子核外p电子数和s电子数相等，D元素的原子核外所有p轨道全充满或半充满。
(1)写出四种元素的元素符号：
A______，B______，C______，D______。
(2)写出C、D两种元素基态原子核外电子的电子排布图。
C________________， D____________________。
(3) 写 出 B 、 C 两 种 元 素 单 质 在 一 定 条 件 下 反 应 的 化 学 方 程 式 ：
________________________________________________________________________。
(4)写出B元素单质和氢化物的电子式：单质__________，氢化物__________。
【答案】(1)H N Mg P
(3)N ＋3Mg MgN
2 3 2
(4)【解析】A是宇宙中最丰富的元素，则A为氢；B元素原子的核外电子排布式为1s22s22p3，为氮；
C 元素原子的核外电子排布式为 1s22s22p63s2，为镁；D 元素原子的核外电子排布式为
1s22s22p63s23p3，为磷。
17.(1)(2015·海南高考)钒在元素周期表中的位置为__________，其价层电子排布图为____________。
(2)(2014·浙江高考)基态镓(Ga)原子的电子排布式：__________________。
(3)(2014·新课标全国卷Ⅰ) Fe3＋的电子排布式为__________________。
(4)(2013·福建理综)基态铜原子的核外电子排布式为__________________。
(5)(2013·新课标Ⅱ)Ni2＋的价层电子排布图为_____________________。
【答案】(1)第四周期第ⅤB族 (2)1s22s22p63s23p63d104s24p1
(3)1s22s22p63s23p63d5 (4)1s22s22p63s23p63d104s1
(5)
【解析】
18.下列原子或离子的电子排布式或排布图正确的是________(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＋：1s22s22p63s23p6 ②F－：1s22s23p6
③P：
④Cr：1s22s22p63s23p63d44s2
⑤Fe：1s22s22p63s23p63d64s2 ⑥Mg2＋：1s22s22p6
⑦C：
【答案】①⑤⑥ ② ③④ ⑦
【解析】根据核外电子排布规律知：②错误在于电子排完2s轨道后应排2p轨道，而不是3p轨道，
正确的应为1s22s22p6；③没有遵循洪特规则——电子在同一能级的不同轨道上排布时，应尽可能分
占不同的轨道并且自旋状态相同，正确的应为 ；④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，正确的应为 1s22s22p63s23p63d54s1；⑤和⑥正确；⑦违反泡
利原理，正确的应为 。
19.下表为元素周期表中第四周期的部分元素(从左到右按原子序数递增排列)，根据要求回答下列各
小题：(1)在以上元素的基态原子的电子排布中4s轨道只有1个电子的元素有_______(填元素名称)。
(2)写出Cr3＋的电子排布式______________。
(3)Fe3＋的化学性质比Fe2＋稳定，其原因是___________________________________________
________________________________________________________________________。
(4)前四周期元素中，基态原子中未成对电子数与其所在周期数相同的元素有______种。
【答案】(1)钾、铬、铜 (2)1s22s22p63s23p63d3(或[Ar]3d3) (3)Fe3＋的3d轨道填充了5个电子，为半
充满状态 (4)5
【解析】(1)由核外电子排布轨道能量顺序可知，4s轨道只有1个电子，则3d轨道可能为0(全空)、
5(半充满)、10(全充满)，则有1s22s22p63s23p64s1、1s22s22p63s23p63d54s1、1s22s22p63s23p63d104s1，分别
为钾、铬、铜。
(2)Cr失去3个电子生成Cr3＋，则电子排布式为1s22s22p63s23p63d3。
(3)Fe3＋的电子排布式为[Ar]3d5，Fe2＋的电子排布式为[Ar]3d6，半充满结构更稳定。
(4)分周期一一讨论，第一周期中基态原子中未成对电子数为1个的是氢原子，第二周期中基态原子
中未成对电子数为2个的可以是1s22s22p2或1s22s22p4，是碳原子或氧原子，第三周期中基态原子中
未成对电子数为3个的可以是1s22s22p63s23p3，是磷原子，第四周期中基态原子中未成对电子数为 4
个的只能是过渡元素，符合条件的只有铁原子，其核外电子排布式为 1s22s22p63s23p63d64s2，因此共
有5种元素符合题意。
