原子结构与原子核外电子能级分布
考点聚焦
1．了解原子核外电子的分层排布，掌握能层、能级及其表示。
2．掌握构造原理及核外电子排布规律，掌握1-36号元素的核外电子排布式
3．了解电子云与原子轨道概念，掌握原子轨道数目的判断方法
4．了解能量最低原子、基态、激发态、光谱
知识梳理
一、能层与能级
对多电子原子的核外电子，按 将其分成不同的能层(n)；对于同一能层里能量不同的电子，将其分成不同的 ；能级类型的种类数与能层数相对应；同一能层里，能级的能量按 的顺序升高，即E(s)＜E(p)＜E(d)＜E(f)。
完成下表：各能层所包含的能级类型及各能层、能级最多容纳的电子数
能 层(n)
一
二
三
四
五
六
七
符 号
K
L
N
O
P
Q
能 级(l)
1s
2s
2p
3s
3p
3d
5s
…
……
最 多
电 子 数
2
2
6
2
…
……
2
18
32
……
2n2
由表中可知：①各能层最多容纳的电子数为 。
②能级类型的种类数与 数相对应
③s p d f 能级所含轨道数分别为 ，与能级所在能层无关。
二、电子云与原子轨道
1．电子云：电子在原子核外出现的概率密度分布。电子云是核外电子运动状态的形象化描述，小黑点的疏密表示 。
2．原子轨道：不同能级上的电子出现概率约为 %的电子云空间轮廓图。s电子的原子轨道呈 对称， ns能级各有 个原子轨道；p电子的原子轨道呈 ，np能级各有 个原子轨道，相互垂直（用px、py、pz表示）；nd能级各有 个原子轨道；nf能级各有 个原子轨道。各轨道的的形状与所处的能层无关。
三、核外电子排布规律
1．构造原理：绝大多数基态原子核外电子的排布都遵循下列顺序：
1s、2s、2p、3s、3p、 、 、4p、5s、4d、5p、6s、
构造原理揭示了原子核外电子的能级分布。从中可以看出，不同能层的能级有交错现象，如E(3d)＞E(4s)、E(4d)＞E(5s)、E(5d)＞E(6s)、E(6d)＞E(7s)、E(
构造原理是书写基态原子电子排布式的依据，也是绘制基态原子电子排布图（即轨道表示式）的主要依据之一。
思考：如何快速判断不同能级的能量高低？
2．能量最低原理：能量最低原理：原子核外电子遵循构造原理排布时，原子的能量处于最低状态。即在基态原子里，电子优先排布在 的能级里，然后排布在能量逐渐升高的能级里。当某能级中的原子轨道处于全充满或半充满状态时能量较低。
3．泡利原理：每个原子轨道里最多只能容纳 个自旋方向 的电子。
4．洪特规则：电子排布在同一能级的各个轨道时，优先占据 轨道，且自旋方向 。
思考：为什么在同一原子中不可能出现运动状态完全相同的两个电子？
四、基态、激发态、光谱
1．基态：最低能量状态。如处于最低能量状态的原子称为基态原子。
2．激发态：较高能量状态（相对基态而言）。如基态原子的电子吸收能量后，电子跃迁至较高能级成为激发态原子。
3．光谱：不同元素的原子发生跃迁时会吸收（基态→激发态）和放出（基态→激发态）能量，产生不同的光谱――原子光谱（吸收光谱和发射光谱）。利用光谱分析可以发现新元素或利用特征谱线鉴定元素。
试题枚举
【例1】下列有关电子云和原子轨道的说法正确的是（ ）
A．原子核外的电子象云雾一样笼罩在原子核周围，故称电子云
B．s能级的原子轨道呈球形，处在该轨道上的电子只能在球壳内运动
C．p能级的原子轨道呈纺锤形，随着能层的增加，p能级原子轨道也在增多
D．与s电子原子轨道相同，p电子原子轨道的平均半径随能层的增大而增大
解析： 电子云是对电子运动的形象化描述，它仅表示电子在某一区域内出现的概率，并非原子核真被电子云雾所包裹，故选项A错误。原子轨道是电子出现的概率约为90%的空间轮廓，它表明电子在这一区域内出现的机会大，在此区域外出现的机会少，故选项B错误。无论能层序数n怎样变化，每个p能级都是3个原子轨道且相互垂直，故选项C错误。由于按1p、2p、3p……的顺序，电子的能量依次增高，电子在离核更远的区域出现的概率逐渐增大，电子云越来越向更大的空间扩展，原子轨道的平均半径逐渐增大。
答案： D
【例2】下列有关认识正确的是（ ）
A．各能级的原子轨道数按s、p、d、f的顺序分别为1、3、5、7
B．各能层的能级都是从s能级开始至f能级结束
C．各能层含有的能级数为n―1
D．各能层含有的电子数为2n2
解析：各能层的能级都是从s能级开始，但不是至f能级结束，如L能层只有2s、2p两个能级，B错误；各能层含有的能级数与能层一致，以C不对；各能层最多容纳电子数为2n2，而不是必须含有的电子数2n2
答案：A
【例3】以下电子排布式表示基态原子电子排布的是（ ）
A．1s22s22p63s13p3 B．1s22s22p63s23p63d104s1 4p1
C．1s22s22p63s23p63d24s1 D．1s22s22p63s23p63d104s2 4p1
解析：A B C均不符合能量最低原理，选D
答案：D
【例4】人们常将在同一原子轨道上运动的，自旋方向相反的2个电子，称为“电子对”；将在同一原子轨道上运动的单个电子，称为“未成对电子”。以下有关主族元素原子的“未成对电子”的说法，错误的是（ ）
A．核外电子数为奇数的基态原子，其原子轨道中一定含有“未成对电子”
B．核外电子数为偶数的基态原子，其原子轨道中一定不含“未成对电子”
C．核外电子数为偶数的基态原子，其原子轨道中可能含有“未成对电子”
D．核外电子数为奇数的基态原子，其原子轨道中可能不含“未成对电子”
解析：s p d f 能级所含轨道数分别为1、3、5、7，均为奇数，而电子电子排布在同一能级的各个轨道时，优先占据不同的轨道，如两电子占据2p轨道分别占据两个轨道，形成两个未成对电子
答案： B D
【例5】以下是表示铁原子和铁离子的3种不同化学用语。
结构示意图
电子排布式
电子排布图（轨道表示式）
铁原子
1s22s22p63s23p63d64s2
铁离子
1s22s22p63s23p63d5
⑴铁原子最外层电子数为 ，铁在发生化学反应时，参加反应的电子可能是 。
⑵请你通过比较、归纳，分别说出3种不同化学用语所能反映的粒子结构信息。
答案：⑴2 4s上的2个电子或4s上的2个电子和3d上的1个电子
⑵结构示意图：能直观地反映核内的质子数和核外的电子层数及各能层上的电子数。
电子排布式：能直观地反映核外电子的能层、能级和各能级上的电子数。
轨道表示式：能反映各轨道的能量的高低及各轨道上的电子分布情况，自旋方向。
【例6】下图是锂、氦、汞的吸收光谱和发射光谱。其中图_____________是原子由基态转化为激发态时的光谱，图____________是原子由激发态转化为基态时的光谱。不同元素的原子光谱上的特征谱线不同，请在下图中用线段将同种元素的吸收光谱和发射光谱连接。
答案：
①③⑤ ②④⑥