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(jié)構(gòu)與性質(zhì)第一節(jié)原子結(jié)構(gòu)第3課時(shí)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(duì)基態(tài)碳原子價(jià)電子的軌道表示式書(shū)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(jià)電子的軌道表示式為?！驹斀狻緼．基態(tài)碳原子價(jià)電子層為第二層，即L層，違反了能量最低原理，故A錯(cuò)誤；B．在2p軌道上的兩個(gè)電子自旋方向應(yīng)該相同，違反了洪特規(guī)則，故B錯(cuò)誤；C．2s軌道上應(yīng)該排布2個(gè)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(jià)電子軌道表示式，故C錯(cuò)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(xué)高二期末）下列有關(guān)電子排布式或排布圖的結(jié)論錯(cuò)誤的是選項(xiàng)電子排布式結(jié)論A1s22s22p2p2p違背洪特規(guī)則B1s2s2p63s23p63d3書(shū)寫正確CN的電子排布圖:書(shū)寫正確D1s22s22p63s23p63d54s1書(shū)寫正確【答案】B【詳解】A．當(dāng)電子排布在同一能級(jí)的不同軌道時(shí)，總是優(yōu)先單獨(dú)占據(jù)一個(gè)軌道，且自旋方向相同，所以2p能級(jí)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(jìn)入能量較高的軌道，3d能級(jí)的能量高于4s能級(jí)，應(yīng)先填充4s能級(jí)，再填充3d能級(jí)，則沒(méi)有填充4s能級(jí)違背了能量最低原理，B錯(cuò)誤；C．當(dāng)電子排布在同一軌道時(shí)，每個(gè)軌道最多容納2個(gè)電子，且自旋方向相反，原子核外電子在能量相同的各個(gè)軌道上排布時(shí)，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(gè)軌道上排布時(shí)，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(shí)能量最低，則電子排布式1s22s22p63s23p63d54s1符合構(gòu)造原理和洪特規(guī)則特例，書(shū)寫正確，D正確；答案選B?！镜淅?】（2021·河北·曹妃甸一中高二階段練習(xí)）下列說(shuō)法錯(cuò)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(gè)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(jí)的軌道數(shù)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(cuò)誤；B．根據(jù)泡利不相容原理，每個(gè)軌道最多容納兩個(gè)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(gè)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(gè)，3d軌道有5個(gè)，4f軌道有7個(gè)，軌道數(shù)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(gè)原子軌道里，最多只能容納2個(gè)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(jù)上面回答下列問(wèn)題：(1)簡(jiǎn)并軌道：能量相同的原子軌道。(2)電子對(duì)：同一個(gè)原子軌道中，自旋方向相反的一對(duì)電子。(3)單電子：一個(gè)原子軌道中若只有一個(gè)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(duì)電子對(duì)，有2個(gè)單電子。(6)在氧原子中，有5種空間運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，有8種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不同的電子。3．洪特規(guī)則(1)內(nèi)容：基態(tài)原子中，填入簡(jiǎn)并軌道的電子總是先單獨(dú)分占，且自旋平行。(2)特例在簡(jiǎn)并軌道上的電子排布處于全充滿、半充滿和全空狀態(tài)時(shí)，具有較低的能量和較大的穩(wěn)定性。相對(duì)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(cuò)寫為1s22s22p63s23p63d44s2。4．能量最低原理(1)內(nèi)容：在構(gòu)建基態(tài)原子時(shí)，電子將盡可能地占據(jù)能量最低的原子軌道，使整個(gè)原子的能量最低。(2)因素：整個(gè)原子的能量由核電荷數(shù)、電子數(shù)和電子狀態(tài)三個(gè)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(shù)字在能級(jí)符號(hào)右上角標(biāo)明該能級(jí)上排布的電子數(shù)，這就是電子排布式意義能直觀反映出核外的電子層、能級(jí)及各能級(jí)上的電子數(shù)實(shí)例K：1s22s22p63s23p64s1簡(jiǎn)化電子排布式含義為了避免電子排布式書(shū)寫過(guò)于繁瑣，把內(nèi)層電子達(dá)到稀有氣體原子結(jié)構(gòu)的部分以相應(yīng)稀有氣體元素符號(hào)外加方括號(hào)表示意義避免書(shū)寫電子排布式過(guò)于繁瑣實(shí)例K：[Ar]4s1軌道表示式含義每個(gè)方框代表一個(gè)原子軌道，每個(gè)箭頭代表一個(gè)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(shí)例Al：（變式訓(xùn)練1）（2021·四川省內(nèi)江市第六中學(xué)高二階段練習(xí)）下列對(duì)電子排布式或軌道表示式書(shū)寫的評(píng)價(jià)正確的是選項(xiàng)電子排布式或軌道表示式評(píng)價(jià)AN原子的軌道表示式：錯(cuò)誤；違反洪特規(guī)則BO原子的軌道表示式：錯(cuò)誤；違反泡利不相容原理CK原子的軌道表示式：錯(cuò)誤；違反能量最低原理D的電子排布式：錯(cuò)誤；違反能量最低原理【答案】C【詳解】A．相同軌道中的兩個(gè)電子運(yùn)動(dòng)方向相反，違反了泡利不相容原理，不符合題意，A錯(cuò)誤；B．電子應(yīng)先充滿同能級(jí)的軌道，違反了洪特規(guī)則，不符合題意，B錯(cuò)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(píng)價(jià)錯(cuò)誤，D錯(cuò)誤；答案為C。（變式訓(xùn)練2）（2021·河北·衡水市第十四中學(xué)高二階段練習(xí)）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(cuò)誤；B．違反泡利不相容原理，B錯(cuò)誤；C．符合能量最低原理，C正確；D．違反能量最低原理，D錯(cuò)誤；故合理選項(xiàng)是C。（變式訓(xùn)練3）2021·福建省仙游縣楓亭中學(xué)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(gè)電子自旋方向相同，，故A錯(cuò)誤；B．F原子最外層只有7個(gè)電子，故B錯(cuò)誤；C．基態(tài)鐵原子是26號(hào)，價(jià)電子數(shù)為8，F(xiàn)e:[Ar]3d64s2，故C錯(cuò)誤；D．29號(hào)銅元素，價(jià)電子數(shù)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(xué)高二階段練習(xí)）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(jù)構(gòu)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(gè)原理：能量最低原理、泡利原理、洪特規(guī)則可對(duì)各選項(xiàng)作出判斷。【詳解】A．該原子的1個(gè)電子沒(méi)有排在能量低的2s能級(jí)，而是排在能量較高的2p能級(jí)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(gè)原理，能量處于最低狀態(tài)，故B符合題意；C．2p的3個(gè)電子沒(méi)有分占能量相同的3個(gè)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(gè)電子沒(méi)有排在能量低的2s能級(jí)，而是排在能量較高的2p能級(jí)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(jí)中學(xué)高二期中）下列說(shuō)法不正確的是A．基態(tài)原子的核外電子填充在6個(gè)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(jù)的最高能級(jí)共有3個(gè)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(gè)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(gè)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(jù)的最高能級(jí)共有3個(gè)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(cuò)誤；故答案：D。3．（2021·浙江·寧波市北侖中學(xué)高二期中）下列C原子電子排布圖表示的狀態(tài)中能量關(guān)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(xué)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(xué)高二期末）下列Li原子的電子軌道表示式的對(duì)應(yīng)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(gè)電子躍遷到了2s上，②是1s上的2個(gè)電子躍遷到了2p上，③是1s上的2個(gè)電子躍遷到了2p上且在同一軌道中，根據(jù)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?yàn)椋孩堍佗冖?，故答案為：A。6．（2021·福建·泉州市第六中學(xué)高二期中）某同學(xué)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(jù)能量最低的軌道，使整個(gè)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(xué)校高二階段練習(xí)）原子核外電子排布規(guī)律中有“各能級(jí)最多容納的電子數(shù)是該能級(jí)原子軌道數(shù)的二倍”，支撐這一結(jié)論的理論是A．泡利不相容原理 B．能量最低原理C．構(gòu)造原理 D．洪特規(guī)則【答案】A【詳解】A．泡利不相容原理是說(shuō)每個(gè)軌道(例如1s軌道，2p軌道中的px)最多只能容納兩個(gè)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(shí)，盡先占據(jù)能量最低的軌道，故B錯(cuò)誤；C．構(gòu)造原理構(gòu)造原理決定了原子、分子和離子中電子在各能級(jí)的排布，故C錯(cuò)誤；D．洪特規(guī)則是在等價(jià)軌道(相同電子層、電子亞層上的各個(gè)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(cuò)誤；故選A。8．（2021·遼寧·桓仁滿族自治縣第二髙級(jí)中學(xué)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(jí)的能量比2p能量低，電子盡可能占據(jù)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(cuò)誤；B．2p能級(jí)的3個(gè)軌道能量相同，能級(jí)相同的軌道中電子優(yōu)先單獨(dú)占據(jù)1個(gè)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(cuò)誤；C．電子處于2s能級(jí)的能量比2p能量低，電子盡可能占據(jù)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(jí)能量由低到高的順序?yàn)椋?s、2s、2p；每個(gè)軌道最多只能容納兩個(gè)電子，且自旋相反，能級(jí)相同的軌道中電子優(yōu)先單獨(dú)占據(jù)1個(gè)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(xué)用語(yǔ)表述正確的是A．的比例模型：B．基態(tài)Se的價(jià)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(cuò)誤；B．基態(tài)Se的價(jià)電子排布式為4s24p4，B錯(cuò)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(cuò)誤；D．泡利原理是指一個(gè)軌道最多容納2個(gè)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(kāi)封·高二階段練習(xí)）下列原子的價(jià)電子排布式(或價(jià)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(shù)為7，2p軌道3個(gè)電子各占據(jù)1個(gè)軌道，電子排布圖為，此時(shí)最穩(wěn)定，若呈現(xiàn)①結(jié)構(gòu)，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(hào)元素，原子核外有24個(gè)電子，基態(tài)外圍電子排布為①3d54s1，此時(shí)處于半滿結(jié)構(gòu)，能量最低，若外圍電子排布為②3d44s2時(shí)，能量增大，故C不符合；D．根據(jù)洪特規(guī)則，碳原子2p軌道2個(gè)電子各占據(jù)1個(gè)軌道時(shí)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(xué)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(gè)軌道最多容納兩個(gè)電子，且自旋方向相反；洪特規(guī)則：當(dāng)多個(gè)電子進(jìn)入同一能級(jí)時(shí)，電子各優(yōu)先單獨(dú)占據(jù)一個(gè)軌道。【詳解】若14Si的電子排布式寫成1s22s22p63s23p，則3p能級(jí)的電子排布出錯(cuò)，3p能級(jí)的兩電子應(yīng)各自占據(jù)一個(gè)軌道，違背了洪特規(guī)則，D項(xiàng)正確；答案選D。12．（2021·寧夏·石嘴山市第三中學(xué)高二期中）元素推斷：（1）某元素基態(tài)原子N層只有2個(gè)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(duì)電子最多的，該元素符號(hào)是___________。（3）前四周期元素中，基態(tài)原子未成對(duì)電子數(shù)為4的元素符號(hào)是___________。（4）某元素基態(tài)原子3p能級(jí)有一個(gè)空軌道，該元素符號(hào)是___________。【答案】（1）鋅（2）Cr（3）Fe（4）Si【解析】（1）N層只有2個(gè)電子，M層全充滿的基態(tài)原子的價(jià)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(duì)電子最多的基態(tài)原子的價(jià)電子排布式為3d54s1，該元素為鉻，元素符號(hào)為Cr，故答案為：Cr；（3）前四周期元素中，未成對(duì)電子數(shù)為4的基態(tài)原子的價(jià)電子排布式為3d64s2，該元素為鐵，元素符號(hào)為Fe，故答案為：Fe；（4）3p能級(jí)有一個(gè)空軌道的基態(tài)原子的價(jià)電子排布式為3s23p4，該元素為硅，元素符號(hào)為Si，故答案為：Si。13．（2021·內(nèi)蒙古集寧新世紀(jì)中學(xué)高二期末）(1)基態(tài)Fe原子有___________個(gè)未成對(duì)電子，F(xiàn)e3＋的電子排布式為_(kāi)__________。(2)3d軌道半充滿和全充滿的元素分別為_(kāi)__________和___________。(3)某元素最高化合價(jià)為＋5，原子最外層電子數(shù)為2，半徑是同族中最小的，其核外電子排布式為_(kāi)__________，價(jià)電子構(gòu)型為_(kāi)__________?！敬鸢浮?1s22s22p63s23p63d5(或【Ar】3d5)Cr、MnCu、Zn1s22s22p63s23p63d34s23d34s2【詳解】(1)基態(tài)鐵原子有26個(gè)電子，核外電子排布為1s22s22p63s23p63d64s2，3d軌道有4個(gè)為成對(duì)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(jià)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(jià)為＋5，則價(jià)電子數(shù)為5，原子最外層電子數(shù)為2，則最外層電子數(shù)為2，其核外電子排布式為1s22s22p63s23p63d34s2；價(jià)電子構(gòu)型為3d34s2；故答案為：1s22s22p63s23p63d34s2；3d34s2。14．近期我國(guó)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(jìn)展。回答下列問(wèn)題：(1)可用于考古，其中子數(shù)為_(kāi)__________，該基態(tài)原子價(jià)層電子軌道表示式為_(kāi)__________。(2)研究發(fā)現(xiàn)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_(kāi)__________；基態(tài)未成對(duì)電子數(shù)為_(kāi)__________。(3)基態(tài)N原子中，電子占據(jù)的最高能層符號(hào)為_(kāi)__________，該能層具有的原子軌道數(shù)為_(kāi)__________，電子數(shù)為_(kāi)__________?！敬鸢浮?或3L4