第1-1-3講-泡利原理、洪特規(guī)則、能量最低原理-(解析版)

第一章原子結構與性質第一節(jié)原子結構第3課時泡利原理、洪特規(guī)則、能量最低原理【典例1】（2021·北京昌平·高二期末）下列對基態(tài)碳原子價電子的軌道表示式書寫正確的是A．B．C． D．【答案】D【分析】基態(tài)原子核外電子排布遵循能量最低原理、泡利原理和洪特規(guī)則?；鶓B(tài)碳原子價電子的軌道表示式為?！驹斀狻緼．基態(tài)碳原子價電子層為第二層，即L層，違反了能量最低原理，故A錯誤；B．在2p軌道上的兩個電子自旋方向應該相同，違反了洪特規(guī)則，故B錯誤；C．2s軌道上應該排布2個電子，違反了能量最低原理，此排布式為激發(fā)態(tài)碳原子的價電子軌道表示式，故C錯誤；D．符合能量最低原理、泡利原理和洪特規(guī)則，故D正確；故答案為D?！镜淅?】（2020·河北省玉田縣第一中學高二期末）下列有關電子排布式或排布圖的結論錯誤的是選項電子排布式結論A1s22s22p2p2p違背洪特規(guī)則B1s2s2p63s23p63d3書寫正確CN的電子排布圖:書寫正確D1s22s22p63s23p63d54s1書寫正確【答案】B【詳解】A．當電子排布在同一能級的不同軌道時，總是優(yōu)先單獨占據一個軌道，且自旋方向相同，所以2p能級上電子排布圖違背了洪特規(guī)則，A正確；B．原子核外電子先占有能量較低的軌道，然后依次進入能量較高的軌道，3d能級的能量高于4s能級，應先填充4s能級，再填充3d能級，則沒有填充4s能級違背了能量最低原理，B錯誤；C．當電子排布在同一軌道時，每個軌道最多容納2個電子，且自旋方向相反，原子核外電子在能量相同的各個軌道上排布時，電子盡可能分占不同的原子軌道且自旋狀態(tài)相同，C正確；D．原子核外電子在能量相同的各個軌道上排布時，電子盡可能分占不同的原子軌道且自旋狀態(tài)相同，全空、全滿或半滿時能量最低，則電子排布式1s22s22p63s23p63d54s1符合構造原理和洪特規(guī)則特例，書寫正確，D正確；答案選B。【典例3】（2021·河北·曹妃甸一中高二階段練習）下列說法錯誤的是A．電子排布違反了洪特規(guī)則B．違反了泡利不相容原理C．原子核外電子排布遵循“使整個原子處于能量最低的狀態(tài)”為總原則D．同一原子中，2p、3d、4f能級的軌道數依次增多【答案】A【詳解】A．電子排布違反了能量最低原理，故A錯誤；B．根據泡利不相容原理，每個軌道最多容納兩個電子，且自旋方向相反，違反了泡利不相容原理，故B正確；C．原子核外電子排布遵循“使整個原子處于能量最低的狀態(tài)”為總原則，故C正確；D．同一原子中，2p軌道有3個，3d軌道有5個，4f軌道有7個，軌道數依次增多，故D正確；故選A。一．原子核外電子的排布規(guī)則1．泡利原理在一個原子軌道里，最多只能容納2個電子，它們的自旋相反，常用上下箭頭(↑和↓)表示自旋相反的電子。2．電子排布的軌道表示式(電子排布圖)8O的軌道表示式如：根據上面回答下列問題：(1)簡并軌道：能量相同的原子軌道。(2)電子對：同一個原子軌道中，自旋方向相反的一對電子。(3)單電子：一個原子軌道中若只有一個電子，則該電子稱為單電子。(4)自旋平行：箭頭同向的單電子稱為自旋平行。(5)在氧原子中，有3對電子對，有2個單電子。(6)在氧原子中，有5種空間運動狀態(tài)，有8種運動狀態(tài)不同的電子。3．洪特規(guī)則(1)內容：基態(tài)原子中，填入簡并軌道的電子總是先單獨分占，且自旋平行。(2)特例在簡并軌道上的電子排布處于全充滿、半充滿和全空狀態(tài)時，具有較低的能量和較大的穩(wěn)定性。相對穩(wěn)定的狀態(tài)eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(全充滿：p6、d10、f14,全空：p0、d0、f0,半充滿：p3、d5、f7))如24Cr的電子排布式為1s22s22p63s23p63d54s1，為半充滿狀態(tài)，易錯寫為1s22s22p63s23p63d44s2。4．能量最低原理(1)內容：在構建基態(tài)原子時，電子將盡可能地占據能量最低的原子軌道，使整個原子的能量最低。(2)因素：整個原子的能量由核電荷數、電子數和電子狀態(tài)三個因素共同決定。二．原子核外電子排布的表示電子排布式含義用數字在能級符號右上角標明該能級上排布的電子數，這就是電子排布式意義能直觀反映出核外的電子層、能級及各能級上的電子數實例K：1s22s22p63s23p64s1簡化電子排布式含義為了避免電子排布式書寫過于繁瑣，把內層電子達到稀有氣體原子結構的部分以相應稀有氣體元素符號外加方括號表示意義避免書寫電子排布式過于繁瑣實例K：[Ar]4s1軌道表示式含義每個方框代表一個原子軌道，每個箭頭代表一個電子意義能直觀反映出電子的排布情況及電子的自旋狀態(tài)實例Al：（變式訓練1）（2021·四川省內江市第六中學高二階段練習）下列對電子排布式或軌道表示式書寫的評價正確的是選項電子排布式或軌道表示式評價AN原子的軌道表示式：錯誤；違反洪特規(guī)則BO原子的軌道表示式：錯誤；違反泡利不相容原理CK原子的軌道表示式：錯誤；違反能量最低原理D的電子排布式：錯誤；違反能量最低原理【答案】C【詳解】A．相同軌道中的兩個電子運動方向相反，違反了泡利不相容原理，不符合題意，A錯誤；B．電子應先充滿同能級的軌道，違反了洪特規(guī)則，不符合題意，B錯誤；C．K原子的電子排布式：1s22s22p63s23p64s1，違反能量最低原理，符合題意，C正確；D．Br-的電子排布式：[Ar]3d104s24p6，正確，評價錯誤，D錯誤；答案為C。（變式訓練2）（2021·河北·衡水市第十四中學高二階段練習）下列原子的電子排布圖中，符合能量最低原理的是A． B．C． D．【答案】C【詳解】A．違背洪特規(guī)則，A錯誤；B．違反泡利不相容原理，B錯誤；C．符合能量最低原理，C正確；D．違反能量最低原理，D錯誤；故合理選項是C。（變式訓練3）2021·福建省仙游縣楓亭中學高二期中）下列核外電子的表示方法正確的是A．B．C．Fe:[Ar]3d54s2D．Cu:[Ar]3d104s1【答案】D【詳解】A．2p的3個電子自旋方向相同，，故A錯誤；B．F原子最外層只有7個電子，故B錯誤；C．基態(tài)鐵原子是26號，價電子數為8，Fe:[Ar]3d64s2，故C錯誤；D．29號銅元素，價電子數為11，Cu:[Ar]3d104s1，故D正確；故選D。1．（2021·河北·石家莊市第十五中學高二階段練習）已知下列電子排布圖所表示的是元素的原子，其中能量處于最低狀態(tài)的是A． B．C． D．【答案】B【分析】根據構造原理，能量由低到高排列為：1s、2s、2p，利用核外電子排布的三個原理：能量最低原理、泡利原理、洪特規(guī)則可對各選項作出判斷?！驹斀狻緼．該原子的1個電子沒有排在能量低的2s能級，而是排在能量較高的2p能級上，不是能量最低的狀態(tài)，故A不符合題意；B．該元素原子的電子排布圖遵守核外電子排布的三個原理，能量處于最低狀態(tài)，故B符合題意；C．2p的3個電子沒有分占能量相同的3個2p軌道，違反了洪特規(guī)則，不是能量最低的狀態(tài)，故C不符合題意；D．該原子的1個電子沒有排在能量低的2s能級，而是排在能量較高的2p能級上，不是能量最低的狀態(tài)，故D不符合題意；故答案為B。2．（2021·遼寧·遼河油田第一高級中學高二期中）下列說法不正確的是A．基態(tài)原子的核外電子填充在6個軌道中的元素有兩種B．碳原子的核外電子軌道表示式：C．基態(tài)鉀離子(K+)，電子占據的最高能級共有3個原子軌道，其形狀是啞鈴形D．基態(tài)銅原子的電子占有5種能量不同的原子軌道【答案】D【詳解】A．原子核外電子填充在6個軌道上的元素可能的電子排布式為1s22s22p63s1或1s22s2263s2，所以有兩種元素，故A正確；B．碳原子有6個電子，它的核外電子軌道表示式：，故B正確；C．基態(tài)鉀離子(K+)的電子排布式為：1s22s22p63s23p6，電子占據的最高能級共有3個原子軌道，其形狀是啞鈴形，故C正確；D．基態(tài)銅原子的電子排布式為：1s22s22p63s23p64s13d10，電子占有7種能量不同的原子軌道，故D錯誤；故答案：D。3．（2021·浙江·寧波市北侖中學高二期中）下列C原子電子排布圖表示的狀態(tài)中能量關系正確的是A．①=②=③=④ B．③>④>①>②C．④>③>①=② D．②>①>④>③【答案】D【詳解】電子能量為1s＜2s＜2p，則2p軌道上電子越多、1s、2s軌道上電子越少，其能量越高，則能量由高到低的順序是②＞①＞④＞③。故選D。4．（2021·福建·泉州市第六中學高二期中）在第4周期元素中，4s軌道半充滿的元素有A．2種 B．3種 C．4種 D．5種【答案】B【詳解】在第4周期元素中，4s軌道半充滿的元素有鉀([Ar]4s1)、鉻([Ar]3d54s1)、銅([Ar]3d104s1)三種元素，故選B。5．（2021·北京·101中學高二期末）下列Li原子的電子軌道表示式的對應狀態(tài)，能量由低到高的順序是①②③④A．④①②③ B．③②①④ C．④②①③ D．①②③④【答案】A【詳解】基態(tài)Li原子的核外電子排布式為1s22s1，已知能量高低為：1s＜2s＜2p，故①是1s上的一個電子躍遷到了2s上，②是1s上的2個電子躍遷到了2p上，③是1s上的2個電子躍遷到了2p上且在同一軌道中，根據洪特規(guī)則可知，其能量高于②，④為基態(tài)原子，能量最低，故能量由低到高的順序為：④①②③，故答案為：A。6．（2021·福建·泉州市第六中學高二期中）某同學將P原子的核外電子排布式寫成，他違背了A．能量守恒原理 B．泡利不相容原理 C．能量最低原理 D．洪特規(guī)則【答案】C【詳解】由能量最低原理可知，原子核外電子總是最先占據能量最低的軌道，使整個原子體系能量處于最低，則核外電子排布式1s22s22P63s13P4違背了能量最低原理，正確排布式為1s22s22P63s23P3，故選C。7．（2021·福建·漳州市正興學校高二階段練習）原子核外電子排布規(guī)律中有“各能級最多容納的電子數是該能級原子軌道數的二倍”，支撐這一結論的理論是A．泡利不相容原理 B．能量最低原理C．構造原理 D．洪特規(guī)則【答案】A【詳解】A．泡利不相容原理是說每個軌道(例如1s軌道，2p軌道中的px)最多只能容納兩個自旋相反的電子，故A正確；B．能量最低原理是核外電子排布時，盡先占據能量最低的軌道，故B錯誤；C．構造原理構造原理決定了原子、分子和離子中電子在各能級的排布，故C錯誤；D．洪特規(guī)則是在等價軌道(相同電子層、電子亞層上的各個軌道)上排布的電子將盡可能分占不同的軌道，且自旋方向相同，故D錯誤；故選A。8．（2021·遼寧·桓仁滿族自治縣第二髙級中學高二期末）下列軌道表示式所表示的元素原子中，其能量處于最低狀態(tài)的是A． B．C． D．【答案】C【詳解】A．2s能級的能量比2p能量低，電子盡可能占據能量最低的軌道，不符合能量最低原理，原子處于能量較高的激發(fā)態(tài)，A錯誤；B．2p能級的3個軌道能量相同，能級相同的軌道中電子優(yōu)先單獨占據1個軌道，不符合能量最低原理，原子處于能量較高的激發(fā)態(tài)，B錯誤；C．電子處于2s能級的能量比2p能量低，電子盡可能占據能量最低的軌道，不符合能量最低原理，原子處于能量較高的激發(fā)態(tài)，C正確；D．能級能量由低到高的順序為：1s、2s、2p；每個軌道最多只能容納兩個電子，且自旋相反，能級相同的軌道中電子優(yōu)先單獨占據1個軌道，且自旋方向相同，能量最低，D正確；故選D。9．（2021·山西懷仁·高二期末）下列化學用語表述正確的是A．的比例模型：B．基態(tài)Se的價電子排布式：C．基態(tài)鈹原子最外層電子的電子云圖為：D．某元素基態(tài)原子的電子排布圖若寫為：，則違背了泡利原理【答案】D【詳解】A．碳原子的半徑大于氧原子的半徑，正確的圖示為，A錯誤；B．基態(tài)Se的價電子排布式為4s24p4，B錯誤；C．基態(tài)Be的核外電子排布為1s22s2，即基態(tài)Be原子的最外層軌道為s軌道，其形狀為球形，C錯誤；D．泡利原理是指一個軌道最多容納2個電子，且自旋方向相反，故圖中電子排布圖違背了泡利原理，D正確；故選D。10．（2021·河南開封·高二階段練習）下列原子的價電子排布式(或價電子排布圖)中，①、②兩種狀態(tài)的能量符合E(①)>E(②)的是A．氮原子：①②B．鈉原子：①3s1②3p1C．鉻原子：①3d54s1②3d44s2D．碳原子：①②【答案】A【詳解】A．基態(tài)氮原子核外電子總數為7，2p軌道3個電子各占據1個軌道，電子排布圖為，此時最穩(wěn)定，若呈現①結構，則能量增大，屬于不穩(wěn)定狀態(tài)，故A符合；B．鈉原子：最外層電子由①3s1軌道躍遷至②3p1軌道，能量增大，故B不符合；C．Cr元素為24號元素，原子核外有24個電子，基態(tài)外圍電子排布為①3d54s1，此時處于半滿結構，能量最低，若外圍電子排布為②3d44s2時，能量增大，故C不符合；D．根據洪特規(guī)則，碳原子2p軌道2個電子各占據1個軌道時能量最低，故①狀態(tài)的能量低于②狀態(tài)的能量，故D不符合；故選A。11．（2021·福建·莆田第七中學高二期中）若將14Si的電子排布式寫成1s22s22p63s23p，它違背了A．能量守恒原理 B．泡利原理 C．能量最低原理 D．洪特規(guī)則【答案】D【分析】能量最低原理是：能量較低的軌道先被填充；泡利原理：一個軌道最多容納兩個電子，且自旋方向相反；洪特規(guī)則：當多個電子進入同一能級時，電子各優(yōu)先單獨占據一個軌道。【詳解】若14Si的電子排布式寫成1s22s22p63s23p，則3p能級的電子排布出錯，3p能級的兩電子應各自占據一個軌道，違背了洪特規(guī)則，D項正確；答案選D。12．（2021·寧夏·石嘴山市第三中學高二期中）元素推斷：（1）某元素基態(tài)原子N層只有2個電子，M層全充滿，該元素名稱是___________。（2）某元素基態(tài)原子是第四周期未成對電子最多的，該元素符號是___________。（3）前四周期元素中，基態(tài)原子未成對電子數為4的元素符號是___________。（4）某元素基態(tài)原子3p能級有一個空軌道，該元素符號是___________?！敬鸢浮浚?）鋅（2）Cr（3）Fe（4）Si【解析】（1）N層只有2個電子，M層全充滿的基態(tài)原子的價電子排布式為3d104s2，該元素為鋅，故答案為：鋅；（2）第四周期未成對電子最多的基態(tài)原子的價電子排布式為3d54s1，該元素為鉻，元素符號為Cr，故答案為：Cr；（3）前四周期元素中，未成對電子數為4的基態(tài)原子的價電子排布式為3d64s2，該元素為鐵，元素符號為Fe，故答案為：Fe；（4）3p能級有一個空軌道的基態(tài)原子的價電子排布式為3s23p4，該元素為硅，元素符號為Si，故答案為：Si。13．（2021·內蒙古集寧新世紀中學高二期末）(1)基態(tài)Fe原子有___________個未成對電子，Fe3＋的電子排布式為___________。(2)3d軌道半充滿和全充滿的元素分別為___________和___________。(3)某元素最高化合價為＋5，原子最外層電子數為2，半徑是同族中最小的，其核外電子排布式為___________，價電子構型為___________?！敬鸢浮?1s22s22p63s23p63d5(或【Ar】3d5)Cr、MnCu、Zn1s22s22p63s23p63d34s23d34s2【詳解】(1)基態(tài)鐵原子有26個電子，核外電子排布為1s22s22p63s23p63d64s2，3d軌道有4個為成對電子；Fe3＋的電子排布式為1s22s22p63s23p63d5，故答案為：4；1s22s22p63s23p63d5(或【Ar】3d5)；(2)3d軌道半充滿的元素有價電子排布式為3d54s1和3d54s2的元素，或3d104s1和3d104s2,是Cr和Mn或Cu和Zn；故答案為：Cr；Mn；Cu、Zn；(3)某元素最高化合價為＋5，則價電子數為5，原子最外層電子數為2，則最外層電子數為2，其核外電子排布式為1s22s22p63s23p63d34s2；價電子構型為3d34s2；故答案為：1s22s22p63s23p63d34s2；3d34s2。14．近期我國科研工作者研究的金屬—氮—碳優(yōu)異電催化還原催化劑取得新進展?；卮鹣铝袉栴}：(1)可用于考古，其中子數為___________，該基態(tài)原子價層電子軌道表示式為___________。(2)研究發(fā)現鈷—氮—碳優(yōu)異電催化還原催化劑活性最高，金屬鈷的核外電子排布式為___________；基態(tài)未成對電子數為___________。(3)基態(tài)N原子中，電子占據的最高能層符號為___________，該能層具有的原子軌道數為___________，電子數為___________。【答案】8或3L4