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第 01 讲 能层与能级 构造原理与电子排布式
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1．能层与能级
知识精讲
知识点一：
一、能层与能级
1．能层
(1)核外电子按能量不同分成能层并用符号 、 、 、 、 、 、 表示。
(2)能层越高，电子的能量越高，能量的高低顺序为E(K)＜E(L)＜E(M)＜E(N)＜E(O)＜E(P)＜E(Q)。
【答案】K、L、M、N、O、P、Q
2．能级
(1)定义：根据多电子原子的能量也可能不同，将它们分为不同能级。
(2)表示方法：分别用相应能层的序数和字母 等表示，如n能层的能级按能量由低到高的排
列顺序为ns、 、 、nf等。
【答案】s、p、d、f np、nd
(3)能层、能级与最多容纳的电子数
由上表可知：
①能层序数 该能层所包含的能级数，如第三能层有 个能级。
② s、p、d、f 各能级可容纳的电子数分别为 、 、 、 的2倍。
③原子核外电子的每一能层最多可容纳的电子数与能层的序数(n)间存在的关系是 。
【答案】等于 3 1、3、5、7 2n2
微点拨①不同能层之间，符号相同的能级的能量随着能层数的递增而增大。
②在相同能层各能级能量由低到高的顺序是ns3p>3s B．2p>2p>2p
x y z
C．1s>2s>3s D．5s> 4f >4d
【答案】A
【解析】相同能层上，不同原子轨道能量的高低顺序：ns＜np＜nd＜nf；不同能层上形状相同的原子轨道
能量的高低顺序：1s＜2s＜3s＜4s…；能层、能级均相同的原子轨道能量相等如3p=3p=3p；能层、能级均
x y z
不同，原子轨道能量的高低顺序：1s＜2s＜2p＜3s＜3p＜4s＜3d＜4p＜5s＜4d＜5p＜6s＜4f…A．由分析可知3s＜3p＜3d，故A正确；
B．由分析可知2p=2p=2p，故B错误；
x y z
C．由分析可知1s＜2s＜3s，故C错误；
D．由分析可知4f＞4d＞5s，故D错误；
故选：A。
题组B 能力提升练
1．下列说法错误的是
A．氮原子的轨道表示式：
B．K+电子排布式 1s22s22p63s23p6
C．L层的p轨道上有一个空轨道和M层的p轨道上有一个空轨道的元素在同一族
D．2p、4p能级的轨道数相等
【答案】A
【解析】A．氮原子的电子排布式为1s22s22p3，轨道表示式： ，A错误；
B．K的电子排布式为1s22s22p63s23p64s1，则K+电子排布式 1s22s22p63s23p6，B正确；
C．L层的p轨道上有一个空轨道的原子，其价电子排布式为2s22p2，M层的p轨道上有一个空轨道的元素，
其价电子排布式为3s23p2，则二种元素都在第ⅣA族，C正确；
D．2p、4p能级的轨道数都为3个，D正确；
故选A。
2．下列关于一定原子轨道上运动的电子的判断正确的是
A．一个原子轨道上只有一个电子
B．处在同一原子轨道上的电子运动状态完全相同
C．处在同一能级中的电子(基态)能量一定相同
D．处于同一能层上的电子(基态)能量一定不同
【答案】C
【解析】A．一个原子轨道上可以容纳两个电子，并且自旋方向相反，A不正确；
B．处在同一原子轨道上的电子，运动状态不完全相同，若处于同一能级的不同轨道上，自旋状态可以相
同，若处于同一轨道上，自旋方向必须相反，B不正确；
C．处在同一能级中的电子(基态)，不管是处于不同轨道还是同一轨道，电子的能量都相同，C正确；D．处于同一能层上的电子(基态)，若在同一能级中，电子的能量相同，D不正确；
故选C。
3．某元素的一种基态原子的M电子层p能级上有4个电子，有关该原子的叙述错误的是
A．N层不含有电子 B．L层一定有8个电子
C．原子的最外层电子数为4 D．最高化合价为 +6价
【答案】C
【解析】某元素的一种基态原子的M电子层p能级上有4个电子，则其核外电子排布式为：
1s22s22p63s23p4，该原子为S原子，硫原子核外有三层，电子数分别为2，8，6。
A．根据分析可知，硫原子N层不含有电子，A正确；
B．根据分析可知，L层一定有8个电子，B正确；
C．根据分析可知，原子的最外层电子数为6，C错误；
D．根据分析可知，硫元素位于第ⅥA族，最高化合价为+6价，D正确；
故答案选C。
4．下列说法中正确的是
A．铍原子最外层原子轨道的电子云图：
B．基态碳原子的电子排布式为
C．焰色反应中的特殊焰色是金属原子在电子从基态跃迁到激发态时产生的光谱谱线的颜色
D．同一原子处于激发态时的能量一定大于其处于基态时的能量
【答案】D
【解析】A．铍原子最外层的能级为s能级，s能级的电子云为球形，描述错误不符题意；
B．基态碳原子的电子排布式为1s22s22p2，描述错误，不符题意；
C．焰色反应中的特殊焰色是金属原子在电子从激发态跃迁到基态时产生的光谱谱线的颜色，描述错误，
不符题意；
D．原子处于激发态时，电子会分布在更高能级原子轨道，故能量高于同原子基态能量，描述正确，符合
题意；
综上，本题选D。
5．下列各原子或离子的电子排布式正确的是
A．Cu [Ar]3d94s2 B．Al3+ 1s22s22p6C．Br的价电子：3d104s24p5 D．Mn 1s22s22p63s23p63d7
【答案】B
【解析】A．Cu的核外电子排布式为[Ar]3d104s1，A错误；
B．Al3+核外有10个电子，电子排布式为1s22s22p6，B正确；
C．Br为主族元素，其价电子就是最外层电子，价电子排布式为4s24p5，C错误；
D．Mn的原子序数为25，核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s2，D错误；
故答案选B。
6．下列给出的基态原子的电子排布式，其中正确的是
A． Na：1s22s22p7 B． Ag：1s22s22p63s23p63d104s24p64d95s2
11 47
C． Ca：1s22s22p63s23p63d2 D． Br：[Ar]3d104s24p5
20 35
【答案】D
【解析】A．由泡利不相容原理可知，基态钠原子的电子排布式为1s22s22p63s1，故A错误；
B．由洪特规则特例可知，基态银原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p64d105s1，故B错误；
C．由能量最低原理可知，基态钙原子的电子排布式为1s22s22p63s23p64s2，故C错误；
D．由核外电子排布规律可知，基态溴原子的电子排布式为[Ar]3d104s24p5，故D正确；
故选D。
7．回答下列问题：
(1)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_______。
(2)s电子的原子轨道呈_______形，每个s能级有_______个原子轨道；p电子的原子轨道呈_______形，每
个p能级有_______个原子轨道。
(3)元素X的基态原子最外层电子排布式为nsnnpn+1，其p电子云在空间有3个互相_______(填“垂直”或
“平行”)的伸展方向；元素X的名称_______，它的最低价氢化物的电子式是_______。
(4)元素Y的基态原子电子排布式为nsn-1npn+1，则Y的元素符号为_______，其基态原子的电子排布图为
_______。
【答案】(1) 1s22s22p63s23p4 H SO
2 4
(2) 球 1 哑铃 3
(3) 垂直 氮(4) S
【解析】（1）根据激发态原子核外电子排布式知该元素核外有16个电子，根据构造原理知，其基态原子
核外电子排布式为：1s22s22p63s23p4，该元素是S元素，S元素最外层有6个电子，其最高化合价是+6价，
其最高价氧化物对应的水化物是硫酸，其化学式为H SO ；
2 4
（2）s电子的原子轨道呈球形，每个s能级有1个原子轨道；p电子的原子轨道呈哑铃形，每个p能级有3
个原子轨道。
（3）元素X的基态原子最外层电子排布式为nsnnpn+1，其p电子云在空间有3个互相垂直的伸展方向；s轨
道只能排满2个电子，所以n＝2，核外电子数是7个，则元素X的名称氮，它的最低价氢化物是氨气，电
子式是 。
（4）元素Y的基态原子最外层电子排布式为nsn-1npn+1，s轨道只能排满2个电子，所以n-1=2，n＝3，则Y
的元素符号为S，其基态原子的电子排布图为 。
8．下列为元素周期表中前4周期的元素，根据要求回答下列各小题：
(1)写出下列微粒的核外电子排布式：
① O_______；
8
② Cu_______。
29
(2)写出 Mn的原子结构示意图：_______。
25
(3)写出下列微粒的核外电子排布图：
① C_______；
6
② N3－_______。
7
(4) Fe 原子的核外电子中，有_______种运动状态不同的电子，有_______种能量不同的电子；Fe3＋的化学
26
性质比Fe2＋稳定，其原因是_______。
【答案】(1) 1s22s22p4 1s22s22p63s23p63d104s1(2)
(3)
(4) 26 7 Fe3+的3d轨道填充了5个电子，为半充满状态
【解析】（1）① O的核外电子排布式为1s22s22p4；
8
② Cu的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s1。
29
（2） Mn的原子结构示意图为 ；
25
（3）① C的核外电子排布图为 ；
6
② N3－的核外电子排布图为 ；
7
（4）原子核外没有运动状态相同的电子，Fe原子核外电子数为26，故有26种运动状态不同的电子， Fe
26
原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2，有7个能级，含有有7种能量不同的电子；Fe3+的3d轨道
填充了5个电子，为半充满状态，化学性质比Fe2+稳定。
题组C 培优拔尖练
1．如图是s能级和p能级的原子轨道图，试回答下列问题：
（1）s电子的原子轨道呈______形，每个s能级有______个原子轨道；p电子的原子轨道呈________形，
每个p能级有________个原子轨道。（2）元素X的原子最外层电子排布式为nsnnpn＋1，原子中能量最高的是________电子，其电子云在空间有
________方向；元素X的名称是_______，它的氢化物的电子式是____________。若元素X的原子最外层电
子排布式为nsn－1npn＋1，那么X的元素符号为________，原子的电子排布图为___________。
【答案】 球 1 哑铃 3 2p 三个互相垂直的伸展 氮
S
【解析】（1）s电子的原子轨道都是球形的，每个s能级有1个原子轨道；p电子的原子轨道都是哑铃形
的，每个p能级有3个原子轨道，它们相互垂直，分别以p、p、p 表示。
x y z
（2）因为元素X的原子最外层电子排布式为nsnnn＋1，np轨道已排上电子，说明ns轨道已排满电子，即n
＝2，则元素X的原子核外电子排布式为1s22s22p3，是氮元素，其中原子中能量最高的是2p电子，其电子
云在空间有三个互相垂直的伸展方向；氮元素的氢化物是氨气，含有极性键，其电子式是 ；当元素
X的原子最外层电子排布式为nsn－1npn＋1时，根据上述分析，有n－1＝2，则n＝3，所以X元素的原子核外
电子排布式为1s22s22p63s23p4，是硫元素；硫元素的元素符号为S,其原子的电子排布图为
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