第1-1-3讲-泡利原理、洪特规则、能量最低原理-(解析版)

第一章原子结构与性质第一节原子结构第3课时泡利原理、洪特规则、能量最低原理【典例1】（2021·北京昌平·高二期末）下列对基态碳原子价电子的轨道表示式书写正确的是A．B．C． D．【答案】D【分析】基态原子核外电子排布遵循能量最低原理、泡利原理和洪特规则。基态碳原子价电子的轨道表示式为。【详解】A．基态碳原子价电子层为第二层，即L层，违反了能量最低原理，故A错误；B．在2p轨道上的两个电子自旋方向应该相同，违反了洪特规则，故B错误；C．2s轨道上应该排布2个电子，违反了能量最低原理，此排布式为激发态碳原子的价电子轨道表示式，故C错误；D．符合能量最低原理、泡利原理和洪特规则，故D正确；故答案为D。【典例2】（2020·河北省玉田县第一中学高二期末）下列有关电子排布式或排布图的结论错误的是选项电子排布式结论A1s22s22p2p2p违背洪特规则B1s2s2p63s23p63d3书写正确CN的电子排布图:书写正确D1s22s22p63s23p63d54s1书写正确【答案】B【详解】A．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，所以2p能级上电子排布图违背了洪特规则，A正确；B．原子核外电子先占有能量较低的轨道，然后依次进入能量较高的轨道，3d能级的能量高于4s能级，应先填充4s能级，再填充3d能级，则没有填充4s能级违背了能量最低原理，B错误；C．当电子排布在同一轨道时，每个轨道最多容纳2个电子，且自旋方向相反，原子核外电子在能量相同的各个轨道上排布时，电子尽可能分占不同的原子轨道且自旋状态相同，C正确；D．原子核外电子在能量相同的各个轨道上排布时，电子尽可能分占不同的原子轨道且自旋状态相同，全空、全满或半满时能量最低，则电子排布式1s22s22p63s23p63d54s1符合构造原理和洪特规则特例，书写正确，D正确；答案选B。【典例3】（2021·河北·曹妃甸一中高二阶段练习）下列说法错误的是A．电子排布违反了洪特规则B．违反了泡利不相容原理C．原子核外电子排布遵循“使整个原子处于能量最低的状态”为总原则D．同一原子中，2p、3d、4f能级的轨道数依次增多【答案】A【详解】A．电子排布违反了能量最低原理，故A错误；B．根据泡利不相容原理，每个轨道最多容纳两个电子，且自旋方向相反，违反了泡利不相容原理，故B正确；C．原子核外电子排布遵循“使整个原子处于能量最低的状态”为总原则，故C正确；D．同一原子中，2p轨道有3个，3d轨道有5个，4f轨道有7个，轨道数依次增多，故D正确；故选A。一．原子核外电子的排布规则1．泡利原理在一个原子轨道里，最多只能容纳2个电子，它们的自旋相反，常用上下箭头(↑和↓)表示自旋相反的电子。2．电子排布的轨道表示式(电子排布图)8O的轨道表示式如：根据上面回答下列问题：(1)简并轨道：能量相同的原子轨道。(2)电子对：同一个原子轨道中，自旋方向相反的一对电子。(3)单电子：一个原子轨道中若只有一个电子，则该电子称为单电子。(4)自旋平行：箭头同向的单电子称为自旋平行。(5)在氧原子中，有3对电子对，有2个单电子。(6)在氧原子中，有5种空间运动状态，有8种运动状态不同的电子。3．洪特规则(1)内容：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。(2)特例在简并轨道上的电子排布处于全充满、半充满和全空状态时，具有较低的能量和较大的稳定性。相对稳定的状态eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(全充满：p6、d10、f14,全空：p0、d0、f0,半充满：p3、d5、f7))如24Cr的电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s1，为半充满状态，易错写为1s22s22p63s23p63d44s2。4．能量最低原理(1)内容：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。(2)因素：整个原子的能量由核电荷数、电子数和电子状态三个因素共同决定。二．原子核外电子排布的表示电子排布式含义用数字在能级符号右上角标明该能级上排布的电子数，这就是电子排布式意义能直观反映出核外的电子层、能级及各能级上的电子数实例K：1s22s22p63s23p64s1简化电子排布式含义为了避免电子排布式书写过于繁琐，把内层电子达到稀有气体原子结构的部分以相应稀有气体元素符号外加方括号表示意义避免书写电子排布式过于繁琐实例K：[Ar]4s1轨道表示式含义每个方框代表一个原子轨道，每个箭头代表一个电子意义能直观反映出电子的排布情况及电子的自旋状态实例Al：（变式训练1）（2021·四川省内江市第六中学高二阶段练习）下列对电子排布式或轨道表示式书写的评价正确的是选项电子排布式或轨道表示式评价AN原子的轨道表示式：错误；违反洪特规则BO原子的轨道表示式：错误；违反泡利不相容原理CK原子的轨道表示式：错误；违反能量最低原理D的电子排布式：错误；违反能量最低原理【答案】C【详解】A．相同轨道中的两个电子运动方向相反，违反了泡利不相容原理，不符合题意，A错误；B．电子应先充满同能级的轨道，违反了洪特规则，不符合题意，B错误；C．K原子的电子排布式：1s22s22p63s23p64s1，违反能量最低原理，符合题意，C正确；D．Br-的电子排布式：[Ar]3d104s24p6，正确，评价错误，D错误；答案为C。（变式训练2）（2021·河北·衡水市第十四中学高二阶段练习）下列原子的电子排布图中，符合能量最低原理的是A． B．C． D．【答案】C【详解】A．违背洪特规则，A错误；B．违反泡利不相容原理，B错误；C．符合能量最低原理，C正确；D．违反能量最低原理，D错误；故合理选项是C。（变式训练3）2021·福建省仙游县枫亭中学高二期中）下列核外电子的表示方法正确的是A．B．C．Fe:[Ar]3d54s2D．Cu:[Ar]3d104s1【答案】D【详解】A．2p的3个电子自旋方向相同，，故A错误；B．F原子最外层只有7个电子，故B错误；C．基态铁原子是26号，价电子数为8，Fe:[Ar]3d64s2，故C错误；D．29号铜元素，价电子数为11，Cu:[Ar]3d104s1，故D正确；故选D。1．（2021·河北·石家庄市第十五中学高二阶段练习）已知下列电子排布图所表示的是元素的原子，其中能量处于最低状态的是A． B．C． D．【答案】B【分析】根据构造原理，能量由低到高排列为：1s、2s、2p，利用核外电子排布的三个原理：能量最低原理、泡利原理、洪特规则可对各选项作出判断。【详解】A．该原子的1个电子没有排在能量低的2s能级，而是排在能量较高的2p能级上，不是能量最低的状态，故A不符合题意；B．该元素原子的电子排布图遵守核外电子排布的三个原理，能量处于最低状态，故B符合题意；C．2p的3个电子没有分占能量相同的3个2p轨道，违反了洪特规则，不是能量最低的状态，故C不符合题意；D．该原子的1个电子没有排在能量低的2s能级，而是排在能量较高的2p能级上，不是能量最低的状态，故D不符合题意；故答案为B。2．（2021·辽宁·辽河油田第一高级中学高二期中）下列说法不正确的是A．基态原子的核外电子填充在6个轨道中的元素有两种B．碳原子的核外电子轨道表示式：C．基态钾离子(K+)，电子占据的最高能级共有3个原子轨道，其形状是哑铃形D．基态铜原子的电子占有5种能量不同的原子轨道【答案】D【详解】A．原子核外电子填充在6个轨道上的元素可能的电子排布式为1s22s22p63s1或1s22s2263s2，所以有两种元素，故A正确；B．碳原子有6个电子，它的核外电子轨道表示式：，故B正确；C．基态钾离子(K+)的电子排布式为：1s22s22p63s23p6，电子占据的最高能级共有3个原子轨道，其形状是哑铃形，故C正确；D．基态铜原子的电子排布式为：1s22s22p63s23p64s13d10，电子占有7种能量不同的原子轨道，故D错误；故答案：D。3．（2021·浙江·宁波市北仑中学高二期中）下列C原子电子排布图表示的状态中能量关系正确的是A．①=②=③=④ B．③>④>①>②C．④>③>①=② D．②>①>④>③【答案】D【详解】电子能量为1s＜2s＜2p，则2p轨道上电子越多、1s、2s轨道上电子越少，其能量越高，则能量由高到低的顺序是②＞①＞④＞③。故选D。4．（2021·福建·泉州市第六中学高二期中）在第4周期元素中，4s轨道半充满的元素有A．2种 B．3种 C．4种 D．5种【答案】B【详解】在第4周期元素中，4s轨道半充满的元素有钾([Ar]4s1)、铬([Ar]3d54s1)、铜([Ar]3d104s1)三种元素，故选B。5．（2021·北京·101中学高二期末）下列Li原子的电子轨道表示式的对应状态，能量由低到高的顺序是①②③④A．④①②③ B．③②①④ C．④②①③ D．①②③④【答案】A【详解】基态Li原子的核外电子排布式为1s22s1，已知能量高低为：1s＜2s＜2p，故①是1s上的一个电子跃迁到了2s上，②是1s上的2个电子跃迁到了2p上，③是1s上的2个电子跃迁到了2p上且在同一轨道中，根据洪特规则可知，其能量高于②，④为基态原子，能量最低，故能量由低到高的顺序为：④①②③，故答案为：A。6．（2021·福建·泉州市第六中学高二期中）某同学将P原子的核外电子排布式写成，他违背了A．能量守恒原理 B．泡利不相容原理 C．能量最低原理 D．洪特规则【答案】C【详解】由能量最低原理可知，原子核外电子总是最先占据能量最低的轨道，使整个原子体系能量处于最低，则核外电子排布式1s22s22P63s13P4违背了能量最低原理，正确排布式为1s22s22P63s23P3，故选C。7．（2021·福建·漳州市正兴学校高二阶段练习）原子核外电子排布规律中有“各能级最多容纳的电子数是该能级原子轨道数的二倍”，支撑这一结论的理论是A．泡利不相容原理 B．能量最低原理C．构造原理 D．洪特规则【答案】A【详解】A．泡利不相容原理是说每个轨道(例如1s轨道，2p轨道中的px)最多只能容纳两个自旋相反的电子，故A正确；B．能量最低原理是核外电子排布时，尽先占据能量最低的轨道，故B错误；C．构造原理构造原理决定了原子、分子和离子中电子在各能级的排布，故C错误；D．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，故D错误；故选A。8．（2021·辽宁·桓仁满族自治县第二髙级中学高二期末）下列轨道表示式所表示的元素原子中，其能量处于最低状态的是A． B．C． D．【答案】C【详解】A．2s能级的能量比2p能量低，电子尽可能占据能量最低的轨道，不符合能量最低原理，原子处于能量较高的激发态，A错误；B．2p能级的3个轨道能量相同，能级相同的轨道中电子优先单独占据1个轨道，不符合能量最低原理，原子处于能量较高的激发态，B错误；C．电子处于2s能级的能量比2p能量低，电子尽可能占据能量最低的轨道，不符合能量最低原理，原子处于能量较高的激发态，C正确；D．能级能量由低到高的顺序为：1s、2s、2p；每个轨道最多只能容纳两个电子，且自旋相反，能级相同的轨道中电子优先单独占据1个轨道，且自旋方向相同，能量最低，D正确；故选D。9．（2021·山西怀仁·高二期末）下列化学用语表述正确的是A．的比例模型：B．基态Se的价电子排布式：C．基态铍原子最外层电子的电子云图为：D．某元素基态原子的电子排布图若写为：，则违背了泡利原理【答案】D【详解】A．碳原子的半径大于氧原子的半径，正确的图示为，A错误；B．基态Se的价电子排布式为4s24p4，B错误；C．基态Be的核外电子排布为1s22s2，即基态Be原子的最外层轨道为s轨道，其形状为球形，C错误；D．泡利原理是指一个轨道最多容纳2个电子，且自旋方向相反，故图中电子排布图违背了泡利原理，D正确；故选D。10．（2021·河南开封·高二阶段练习）下列原子的价电子排布式(或价电子排布图)中，①、②两种状态的能量符合E(①)>E(②)的是A．氮原子：①②B．钠原子：①3s1②3p1C．铬原子：①3d54s1②3d44s2D．碳原子：①②【答案】A【详解】A．基态氮原子核外电子总数为7，2p轨道3个电子各占据1个轨道，电子排布图为，此时最稳定，若呈现①结构，则能量增大，属于不稳定状态，故A符合；B．钠原子：最外层电子由①3s1轨道跃迁至②3p1轨道，能量增大，故B不符合；C．Cr元素为24号元素，原子核外有24个电子，基态外围电子排布为①3d54s1，此时处于半满结构，能量最低，若外围电子排布为②3d44s2时，能量增大，故C不符合；D．根据洪特规则，碳原子2p轨道2个电子各占据1个轨道时能量最低，故①状态的能量低于②状态的能量，故D不符合；故选A。11．（2021·福建·莆田第七中学高二期中）若将14Si的电子排布式写成1s22s22p63s23p，它违背了A．能量守恒原理 B．泡利原理 C．能量最低原理 D．洪特规则【答案】D【分析】能量最低原理是：能量较低的轨道先被填充；泡利原理：一个轨道最多容纳两个电子，且自旋方向相反；洪特规则：当多个电子进入同一能级时，电子各优先单独占据一个轨道。【详解】若14Si的电子排布式写成1s22s22p63s23p，则3p能级的电子排布出错，3p能级的两电子应各自占据一个轨道，违背了洪特规则，D项正确；答案选D。12．（2021·宁夏·石嘴山市第三中学高二期中）元素推断：（1）某元素基态原子N层只有2个电子，M层全充满，该元素名称是___________。（2）某元素基态原子是第四周期未成对电子最多的，该元素符号是___________。（3）前四周期元素中，基态原子未成对电子数为4的元素符号是___________。（4）某元素基态原子3p能级有一个空轨道，该元素符号是___________。【答案】（1）锌（2）Cr（3）Fe（4）Si【解析】（1）N层只有2个电子，M层全充满的基态原子的价电子排布式为3d104s2，该元素为锌，故答案为：锌；（2）第四周期未成对电子最多的基态原子的价电子排布式为3d54s1，该元素为铬，元素符号为Cr，故答案为：Cr；（3）前四周期元素中，未成对电子数为4的基态原子的价电子排布式为3d64s2，该元素为铁，元素符号为Fe，故答案为：Fe；（4）3p能级有一个空轨道的基态原子的价电子排布式为3s23p4，该元素为硅，元素符号为Si，故答案为：Si。13．（2021·内蒙古集宁新世纪中学高二期末）(1)基态Fe原子有___________个未成对电子，Fe3＋的电子排布式为___________。(2)3d轨道半充满和全充满的元素分别为___________和___________。(3)某元素最高化合价为＋5，原子最外层电子数为2，半径是同族中最小的，其核外电子排布式为___________，价电子构型为___________。【答案】41s22s22p63s23p63d5(或【Ar】3d5)Cr、MnCu、Zn1s22s22p63s23p63d34s23d34s2【详解】(1)基态铁原子有26个电子，核外电子排布为1s22s22p63s23p63d64s2，3d轨道有4个为成对电子；Fe3＋的电子排布式为1s22s22p63s23p63d5，故答案为：4；1s22s22p63s23p63d5(或【Ar】3d5)；(2)3d轨道半充满的元素有价电子排布式为3d54s1和3d54s2的元素，或3d104s1和3d104s2,是Cr和Mn或Cu和Zn；故答案为：Cr；Mn；Cu、Zn；(3)某元素最高化合价为＋5，则价电子数为5，原子最外层电子数为2，则最外层电子数为2，其核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d34s2；价电子构型为3d34s2；故答案为：1s22s22p63s23p63d34s2；3d34s2。14．近期我国科研工作者研究的金属—氮—碳优异电催化还原催化剂取得新进展。回答下列问题：(1)可用于考古，其中子数为___________，该基态原子价层电子轨道表示式为___________。(2)研究发现钴—氮—碳优异电催化还原催化剂活性最高，金属钴的核外电子排布式为___________；基态未成对电子数为___________。(3)基态N原子中，电子占据的最高能层符号为___________，该能层具有的原子轨道数为___________，电子数为___________。【答案】8或3L4