高中化學【原子結構與元素周期表】教材精講魯科版

《物質結構與性質》（魯科版）

原子結構與元素周期表教材精講

知識點一、能級的能量次序

1、角量子數l相同的能級，其能量次序由主量子數n決定，n值越大，其能量越高。如

E ＜Ep＜E＜E。

2p34p5p

2、主量子數n相同，角量子數不同的能級，其能量隨l的增大而升高，即發生“能級分

裂”現象。如E＜E＜E＜E。

4s4p4d4f

3、主量子數和角量子數同時變化時，情況較復雜。如E＜E＜E,這種現象稱為“能

4s3d4p

級交錯”。一般規律是ns＜(n-2)f＜(n-1)d＜np。

【溫馨提示】基態原子中，能級的能量由低到高的順序為：

1s→2s→2p→3s→3p→4s→3d→4p→5s→4d→5p→6s→4f→5d→6p→7s→5f→6d→7p（鮑林近

似能級圖）。

例1、（原創）基態原子中，下列各組能級能量的比較中，錯誤的是（ ）

A、E＜EB、E＜E C、E＜E D、E＜E

3s4p 2s4s4d4p5s4d

解析：基態原子中，能級的能量由低到高的順序為：

1s→2s→2p→3s→3p→4s→3d→4p→5s→4d→5p→6s→4f→5d→6p→7s→5f→6d→7p。

答案：C。

方法技巧：先比較主量子數n的大小，再比較角量子數l的大小，同時注意“能級交錯”

的規律。

【變式訓練1】（原創）請根據所學知識填空：已知某基態原子中3個電子的主量子數

和角量子數分別為①n＝3， l＝2②n＝3， l＝1③n＝2， l＝1，這些電子所處的能級可表示

為① ，② ，③ ，這些能級按能量由低到高的順序為 （用序

號表示）。

知識點二、基態原子核外電子的排布原則

基態原子核外電子的排布遵循一般三個原則：能量最低原則、泡利不相容原理和洪特規則。

1、能量最低原則：通常情況下，電子總是盡先占有能量最低的軌道，只有當這些軌道占

滿后，電子才依次進入能量較高的軌道，這就是構造原理。原子的電子排布遵循構造原理能

使整個原子的能量處于最低狀態，簡稱能量最低原則。

【溫馨提示】能量由低到高的順序為：

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1s→2s→2p→3s→3p→4s→3d→4p→5s→4d→5p→6s→4f→5d→6p→7s→5f→6d→7p。

2、泡利不相容原理：一個原子軌道中最多只能容納兩個電子，并且這兩個電子的自旋方

向必須相反，這個原理稱為泡利不相容原理。

【溫馨提示】由泡利不相容原理可推得，一個原子中不會存在四個量子數完全相同的電子。

３、洪特規則：當電子排布在同一能級的不同軌道時，總是優先單獨占據一個軌道，而且

自旋方向相同，這個規則是洪特規則。

【盲點警示】這三個原則并不是孤立的，而是相互聯系、相互制約的。也就是說核外電子

在原子規道上排布要同時遵循這三個原則。

例2、基態原子中，電子排布在同一能級時，總是（ ）

A．優先單獨占據不同軌道，且自旋方向相同

B．優先單獨占據不同軌道，且自旋方向相反

C．自由配對，優先占據同一軌道，且自旋方向相同

D．自由配對，優先占據同一軌道，且自旋方向相反

解析：根據洪特規則，可得答案為A。

答案：A。

方法技巧：圍繞電子處于穩定狀態，理解記憶能量最低原則、泡利不相容原理和洪特規

則這三個原則。

【變式訓練2】在每個基態原子中，“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．構造原理 B．泡利原理 C．洪特規則 D．能量最低原理

知識點三、基態原子核外電子的表示方法

基態原子核外電子排布的表示方法有電子排布式和軌道表示式。

1、電子排布式：表示出每一能級上所排布電子數目的式子稱為電子排布式，其特點是

用軌道符號前的數字表示該軌道屬于第幾電子層，用軌道符號右上角的數字表示該軌道中的

電子數，如氮原子的電子排布式為1s2s2p。

223

2、軌道表示式：用小圓圈或者小方框表示原子軌道，表示出每一軌道上所排布電子數

目及自旋方向的式子稱為軌道表示式，如氮原子的軌道表示式為或者

。

【溫馨提示】電子排布式可以簡化，只寫出最外層的電子排布情況，最外層以外的電子

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排布省略，用中括號內表明稀有氣體元素符號的形式來代替。如氮原子的電子排布式可簡化

為[He] 2s2p。

23

例3、寫出下列基態原子的核外電子排布式

（1） O ；

8

（2） Cl ；

17

（3） Fe ；

26

（4） Br 。

35

解析：s、p 、d、f 最多可以排布的電子數分別為2、6、10、14，根據基態原子核外電子

排布遵循的一般原則：能量最低原則、泡利不相容原理和洪特規則，按照

1s→2s→2p→3s→3p→4s→3d→4p→5s→4d→5p→6s→4f→5d→6p→7s→5f→6d→7p的順序

來書寫。

答案：(1)1s2s2p或[He] 2s2p (2) 1s2s2p3s3p或[Ne] 3s3p

224242262525

(3)1s2s2p3s3p3d4s或[Ar] 3d4s (4) 1s2s2p3s3p3d4s4p或[Ar] 3d4s4p。

2262662622262610251025

方法技巧：原子軌道能量由低到高的順序為ns→(n-2)f→(n-1)d→np，其中n等于1時，無

p、d、f軌道；n等于2、3時，無d、f軌道；n等于4、5時，無f軌道。

【變式訓練3】（原創）在遐邇聞名的風景名山廬山，有一種奇特的自然現象——佛燈或

稱圣燈、神燈，即民間所說的“鬼火”，千百年來閃爍變幻，是一種罕見的自然奇觀。很多研

究者認為佛燈系山中千百年來死去的動物骨骼中所含的磷元素，或含磷地層釋放出來的磷元

素，在空氣中自燃所造成的。寫出基態磷原子中核外電子的排布式，并用軌道表示式寫出核

外電子的排布情況。

知識點四、原子中核外電子排布與元素周期表結構的關系

元素周期表中周期和族的劃分與原子中核外電子排布密切相關。

1、周期的劃分與能級組有關：（1）一個能級組對應一個周期，周期表中的7個周期分別

對應7個能級組。（2）一個能級組所容納的最多電子數等于一個周期所包含的元素種數，每

個周期所含元素中數恰好是最高能級組中原子軌道總數的2倍，即從第1周期到第7周期所

包含元素數目分別為2，8，8，18，18，32，第7周期為不完全周期。（3）主量子數（n）

對應周期序數。

2、族的劃分與原子的價電子數目和價電子排布密切相關：（1）價電子數目相同的元素

為同族元素。（2）主族元素的價電子全都排布在最外層的ns或np軌道上。（3）主族元素所

在族的序數等于該元素原子的價電子數。

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【溫馨提示】主族元素的價電子就是最外層電子。

例4、（原創）某元素原子只有1個價電子，該價電子的四個量子數為n＝4， l＝0， m

＝0， m＝+1/2。試回答：

s

（1）寫出該元素原子核外電子排布式。

（2）指出該元素的原子序數，在周期表中的位置，是金屬還是非金屬以及最高化合價。

解析：由價電子的量子數可知，該電子為4s電子，則該原子的核外電子排布式為1s2s2p

226

3s3p4s。從而可知原子序數為19 ，處于周期表中第4周期IA族，是金屬元素，最高

261

正價為＋1。

答案: （1）核外電子排布式為1s2s2p3s3p4s，（2）原子序數為19, 位于周期表中第4

226261

周期IA族，是金屬元素，最高正價為＋1。

方法技巧：根據已知價電子的量子數推出價電子排布，由此即可寫出核外電子排布式及

有關問題。

【變式訓練4】（原創）恐龍曾是地球上的霸主，要確定恐龍突然滅絕的年代，可以利

用碳－14通過測定恐龍骨骼化石來完成。已知基態碳－14原子的核外電子排布式為

1s2s2p，則下列推斷錯誤的是（ ）

222

A、碳－14原子的價電子排布式為2s2p B、碳元素應位于周期表中第3周期

22

C、碳元素應位于周期表中IVA族 D、碳元素的最高價為＋4價

知識點五、原子核外電子排布與原子半徑的關系

1、原子半徑包括三種半徑：共價半徑、金屬半徑和范德華半徑（如圖）。我們所說的原子半

徑一般指共價半徑，就是以共用電子對（共價鍵）結合的兩個原子核之間距離的一半。

2、原子半徑的周期性變化：（1）主族元素：同一周期從左到右逐漸減小，同一主族從

上而下逐漸增大；（2）過渡元素：同一周期呈波浪式變化，同一族仍是從上而下遞增。

【溫馨提示】比較微粒半徑大小的方法：首先比較電子層數，電子層數越多，半徑越大；

如果電子層數相同，則比較核電荷數，核電荷數越大，半徑越??；如果電子層數和核電荷數

都相同，比較最外層電子數，最外層電子數越多，半徑越大。

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例5、下列關于原子半徑的周期性變化描述不嚴謹的是（ ）

A、元素的原子半徑隨元素原子序數的遞增呈周期性變化

B、同周期元素隨著原子序數的遞增，元素的原子半徑自左到右逐漸減小

C、同主族元素隨著原子序數的遞增，元素的原子半徑自上而下逐漸增大

D、電子層數相同的主族元素的原子，核電荷數越大，原子半徑越小

解析：原子半徑的大小取決于電子層數、核電荷數、最外層電子數等方面，隨元素原子

序數的遞增呈周期性變化：主族元素原子的半徑，同一周期從左到右逐漸減小，同一主族從

上而下逐漸增大；但過渡元素，同一周期呈波浪式變化。

答案:B 。

方法技巧：理解影響原子半徑的因素，掌握1—36號元素原子的結構，從而熟記有關規

律。

【變式訓練5】下列元素的原子半徑大小順序符合有關遞變規律的是（ ）

A. Be＜B＜Na＜Mg B. B＜Be＜Mg＜Na

C. Be＜B＜Mg＜Na D. B＜Be＜Na＜Mg

知能拓展

知識點六、洪特特例

基態原子核外電子排布時一般遵循三個原則：能量最低原則、泡利不相容原理和洪特規

則，但是有些原子中電子排布違背了能量最低原則，此現象稱為洪特特例。其內容是，能量

相同的原子軌道在全充滿（如P和d）半充滿（如P和d）和全空（P和d）狀態時，

6103500

體系的能量最低，原子較穩定。

【溫馨提示】注意該特例是洪特通過分析光譜實驗結果得出的，1—36號元素中只有基

態鉻原子和基態銅原子屬于這種情況。

例6、（原創）不銹鋼器具因具有很強的耐腐蝕作用而備受人們的喜愛，制作不銹鋼時使其

表面形成很薄的鉻膜而達到抗腐蝕的目的。基態鉻原子的電子排布式是（ ）

A.1S2S2p3S3p4S4p B.1S2S2p3S3p3d

2262615226266

C.1S2S2p3S3p4S3d D.1S2S2p3S3p3d4S

22626242262651

解析：書寫核外電子排布式必須符合能量最低原理、洪特規則、泡利不相容原理，三者相互

制約，相互聯系。另外還要注意洪特特例。

答案：D

方法技巧：熟記書寫核外電子排布式要符合的原則，勿忘特殊情況。

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【變式訓練6】（原創）不銹鋼中含有碳、鐵、鉻、鎳等元素，下列有關這些元素基態原子

的價電子排布式書寫不正確的是（ ）

A、6號碳原子2S2p B、24號鉻原子3d4S

2251

C、26號鐵原子3d4S D、28號鎳原子3d4S

7182

知識點七、過渡元素原子的價電子排布與在元素周期表中的位置

同一副族內不同元素原子的電子層數雖然不同，價電子排布卻基本相同。

1、ⅠB和ⅡB：根據ns軌道上是有一個還是有兩個電子來劃分的；

2、ⅢB～ⅦB：族序數仍然與價電子的數目相同。

3、Ⅷ族：價電子排布為（n－1）dns的三個縱行。

6-82

4、周期數為價電子排布式中的最大主量子數決定

【溫馨提示】對于過渡元素的原子，價電子不再是最外層電子，而是最高能層電子，其排布

式符合（n－1）dns。

1-101-2

例7、已知某元素的原子有3個價電子，其中一個價電子的四個量子數為n＝3， l＝2， m

＝2， m＝+1/2。試回答：

s

（1）寫出該元素原子核外電子排布式。

（2）指出該元素的原子序數，在元素周期表中位置，是金屬還是非金屬。

解析：由已知價電子的量子數n＝3、 l＝2，可知該電子為3d；結合核外電子排布原則可

1

知，另外2個價電子為4s。據此可得該原子核外電子排布式為1S2S2p3S3p3d4S，故

22262612

可得其原子序數為21，位于元素周期表中第4周期ⅢB，屬于金屬元素。

答案：（1）1S2S2p3S3p3d4S，（2）原子序數為21，位于元素周期表中第4周期ⅢB，

2262612

屬于金屬元素。

方法技巧：理解過渡元素價電子的含義，靈活運用核外電子的排布原則，寫出核外電子排布

式，一切問題迎刃而解。

【變式訓練7】（原創）美國生物學家研究發現，錳是人體內不可缺少的一種微量元素，老

年人的飲食內長期缺錳易導致老年性骨質疏松。已知錳原子的核外電子排布式為

1S2S2p3S3p3d4s，試判斷下列推測錯誤的是（ ）

2262652

A、錳元素的價電子排布為3d4s B、錳元素的最高價為+7

52

C、錳元素位于元素周期表中的ⅡB D、錳元素位于元素周期表中的第4周期

知識點八、核外電子排布與元素周期表的分區

根據元素原子的價電子排布特點，將元素周期表分為5個區，每區內元素的性質有一定相似

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性。

1、 s區：價電子排布為ns，包括IA、ⅡA，除了氫和氦，都是活潑金屬元素。

1-2

2、 p區：價電子排布為ns np，包括ⅢA到ⅦA、0族（除了氦）。

21-6

3、 d區: 價電子排布為(n-1)dns ，包括ⅢB（除了鑭系元素和錒系元素）到ⅦB、

1-91-2

Ⅷ族，都是金屬元素

4、 ds區: 價電子排布為(n-1)dns ，包括IB、ⅡB，都是金屬元素。

101-2

f區: 價電子排布為(n-2)f (n-1)dns ，包括鑭系元素和錒系元素，都是金屬元素。

0-140-22

【溫馨提示】d區、ds區、f區的元素都是過渡金屬元素。

例8、（原創）在2008北京奧運會上，中國的體育健兒以51塊金牌高居金牌榜之首，為祖

國爭了光。已知金元素原子的價電子排布為5d6s，試判斷下列說法正確的是（ ）

101

A、金位于元素周期表中d區 B、金位于元素周期表中ds區

C、金位于元素周期表中第5周期 D、金位于元素周期表中ⅢB

解析：根據金元素原子的價電子排布5d6s，結合價電子排布與周期數、族序數、分區的

101

關系，可得金位于元素周期表中第6周期、ⅡB ，為ds區元素。

答案：B。

方法技巧：熟記元素周期表中周期數、族序數、區與價電子排布的聯系。

【變式訓練8】（原創）某元素位于元素周期表中第4周期、ⅦA，請填空：

（1）該元素的元素符號為 ，其基態原子的價電子排布式為 ，其原子序數

為 ；

（2）該元素位于元素周期表中 區，其最高價為 。

真題透析

例1：（2008高考山東理綜卷32（1）問）氮是地球上極為豐富的元素。又知LiN 晶體中氮

3

以N存在，基態N的電子排布式為 。

3-3-

解析：基態N的電子排布要遵循能量最低原則、泡利不相容原理和洪特規則，按照書寫規

3-

則在N原子核外電子排布式的基礎上即可完成。

答案：1s2s2p

226

點評：考查對基態原子核外電子排布原則的理解，無論離子還是原子，只有遵循排布原則，

才能穩定存在。

例2：（2007高考山東理綜卷32節選）請完成下列各題：

（1）前四周期元素中，基態原子中未成對電子數與其所在周期數相同的元素有 種。

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（2）第ⅢA、ⅤA族元素組成的化合物GaN、GaP、GaAs等是人工合成的新型半導體材料，

其晶體結構與單晶硅相似。Ga原子的電子排布式為 。

解析：（1）基態原子中未成對電子數與其所在周期數相同的元素：第一周期 H ，1s ；

1

第二周期 C ，2s2p和O ，2s2p ；第三周期 P ，3s3p ；第四周期 Fe ，3d 4s。

22 242362

特別注意的是24號元素Cr的價電子排布式是3d4s，而不是3d4s。所以共5種元素。

51 42

（2）因為Ga位于元素周期表中第四周期、ⅢA族，可推得其原子的價電子排布為4s4p，

21

故Ga原子的電子排布式為1s2s2p3s3p3d4s4p 。

126261021

答案：（1）4；（2）1s2s2p3s3p3d4s4p。

126261021

點評：考查對價電子排布書寫原則的理解來確定原子內的未成對電子數，以及價電子排布與

在周期表中位置的關系。

參考答案

變式訓練參考答案.

【變式訓練1】解析：根據主量子數和角量子數與符號的對應關系，可寫出①3d，②3p，

③2p，再結合

鮑林近似能級圖可得按能量由低到高的順序為E＜E＜E，即③＜②＜①。

2p3p3d

答案：①3d，②3p，③2p，③＜②＜①。

【變式訓練2】解析：泡利不相容原理指出，一個原子軌道中最多只能容納兩個電子，

從而可推得“各能級最多容納的電子數，是該能級原子軌道數的二倍”。

答案：B。

【變式訓練3】解析：p能層有3個軌道，而磷原子3p能層上只有三個電子，根據洪特

規則可知，電子應優先分占不同軌道，而不是擠入一個軌道。再結合能量最低原則、泡利不

相容原理寫出答案。

答案：(2) 1s2s2p3s3p或[Ne] 3s3p，

2262323

【變式訓練4】解析：根據碳－14原子的核外電子排布式為1s2s2p，結合最外層電

222

子就是價電子，易得價電子排布式為2s2p；根據價電子排布式可推出碳元素應位于周期表

22

中第2周期IVA族，最高價為＋4價。

答案:B 。

【變式訓練5】解析：電子層數越多，原子半徑越大：Na、Mg大于Be、B；電子層數

相同，核電荷數越大，半徑越小：B＜Be，Mg＜Na。

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答案:B。

【變式訓練6】解析：除了基態鉻原子和基態銅原子等極個別元素原子核外電子排布需

要考慮洪特特例外，書寫核外電子排布式必須符合能量最低原理、洪特規則、泡利不相容原

理，三者相互制約，相互聯系。故26號鐵原子應為3d4S。

62

答案：C 。

【變式訓練7】解析：副族元素的價電子為外圍電子，根據錳原子的核外電子排布式

1S2S2p3S3p3d4s可得價電子排布為3d4s，結合價電子與最高價、周期表中位置等關

226265252

系可得：錳元素的最高價為+7，位于元素周期表中第4周期、ⅦB。

答案：C 。

【變式訓練8】解析：第4周期說明最大主量子數為4，結合ⅦA可得價電子排布式為

4S4p，故核外電子排布式為1S2S2p3S3p3d4S4p，其最高價為+7，原子序數為35，

25226261025

該元素為Br，位于元素周期表中p區。

答案：（1）Br，4S4p，35；（2）p，+7。

25

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