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人教版 (2019)选择性必修2第一章 原子结构与性质第一节 原子结构第二课时学案及答案
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这是一份人教版 (2019)选择性必修2第一章 原子结构与性质第一节 原子结构第二课时学案及答案，共16页。
第二课时 核外电子排布规律
[明确学习目标] 1.认识基态原子中核外电子的排布遵循能量最低原理、泡利不相容原理和洪特规则等。2.知道1～36号元素基态原子核外电子的排布。
1．电子自旋与泡利原理
在一个原子轨道里，最多只能容纳2个电子，而且它们的自旋相反(用方向相反的箭头“↑↓”表示)，这个原理称为泡利原理。
2．电子排布的轨道表示式
用方框(也可用圆圈)表示原子轨道，能量相同的原子轨道(简并轨道)的方框相连，箭头表示一种自旋状态的电子，“↑↓”称电子对，“↑”或“↓”称单电子(或称未成对电子)，这种用来表述电子排布的图式叫做轨道表示式，又叫电子排布图。如氢的电子排布图为。
3．洪特规则
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。如N：。
4．能量最低原理
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。
1．判断正误，正确的画“√”，错误的画“×”。
(1)在一个基态多电子原子中可以有两个运动状态相同的电子。( )
(2)处于激发态的原子都能遵守能量最低原理、泡利原理和洪特规则。( )
(3)2p违背了洪特规则。( )
(4)电子排布式(22Ti)1s22s22p63s23p10违反了泡利原理。( )
(5)电子排布式(21Sc)1s22s22p63s23p63d3违反了能量最低原理。( )
(6)3d6的电子排布图为。( )
答案 (1)× (2)× (3)× (4)√ (5)√ (6)×
解析 (1)在一个基态多电子原子中不可能存在运动状态完全相同的两个电子。
(2)激发态原子不遵守能量最低原理。
(3)2p违背了泡利原理。
(6)3d6的电子排布图为。
2．以下表示氦原子结构的化学用语中，对电子运动状态描述最详尽的是( )
A.He B.
C．1s2 D.
答案 D
解析 A项，只能表示最外层电子数；B项，只表示核外的电子分层排布情况；C项，具体到各能级的电子数；D项，包含了能层、能级以及轨道内电子的自旋状态，故正确。
3．以下列出的是一些基态原子的2p轨道和3d轨道中电子排布的情况，违反洪特规则的是( )
A．①②③ B．④⑤⑥
C．②④⑥ D．③④⑥
答案 C
解析 ①符合洪特规则、泡利原理；②图示不同轨道的单电子自旋相反，违反了洪特规则；③同一个原子轨道中不应有自旋平行的电子，违反了泡利原理；④基态原子的电子在能量相同的轨道上排布时，总是优先单独占据一个轨道，并且自旋平行，图示电子排布图违反了洪特规则；⑤符合洪特规则、泡利原理；⑥图示不同轨道的单电子自旋相反，违反了洪特规则。
4．电子在原子核外排布时，必须遵循的原则是( )
①电子排布在同一能级时，总是优先单独占据不同轨道，且自旋平行
②电子排布在不同能级时，总是优先占据能量低的轨道，然后再占据能量高的轨道
③电子排布在同一轨道时，最多只能排2个，且自旋相反
④电子的排布总是遵循“能量最低原理”“泡利原理”和“洪特规则”
A．①② B．②④ C．①③ D．②③④
答案 C
解析 ①电子排布在同一能级时，总是优先单独占据不同轨道，且自旋平行，①正确；②电子排布在不同能级时，若电子先占据能级高的轨道使其处于半满或全满的稳定状态，这样排布可使整个体系能量最低，②错误；③电子排布在同一轨道时，最多只能排2个，且自旋相反，③正确；④电子的排布要综合考虑“能量最低原理”“泡利原理”和“洪特规则”，并不一定每条都符合，例如激发态原子，④错误。
5．某元素的原子序数为33，它的最外层电子排布为________，它的电子排布式为____________________________，电子排布图为____________________________。
答案 4s24p3 1s22s22p63s23p63d104s24p3
解析 先利用能级顺序和排布原则排出其电子排布式：
1s22s22p63s23p63d104s24p3，则其最外层电子排布式及电子排布图可轻松写出。
知识点 基态原子的核外电子排布及其表示方式
1．基态原子的核外电子在原子轨道上的排布要遵循三个原则，即能量最低原理、泡利不相容原理和洪特规则。这三个原则并不是孤立的，而是相互联系、相互制约的。其中，能量最低原理可叙述为在不违反泡利不相容原理的前提下，核外电子在各个原子轨道上的排布方式应使整个原子体系的能量最低。
2．基态原子核外电子排布
(1)原子的电子排布式
①简单原子：按照构造原理将电子依次填充到能量逐渐升高的能级中。如14Si：1s22s22p63s23p2。
②复杂原子：先按构造原理从低到高排列，然后将同能层的能级移到一起。如26Fe：先排列为1s22s22p63s23p64s23d6，然后将同一能层的能级排到一起，即该原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2。
③特殊原子：当p、d、f能级处于全空、全充满或半充满状态时，能量相对较低，原子结构较稳定。如24Cr：
(2)离子的电子排布式
①判断该原子变成离子时会得到或失去的电子数。
②原子失去电子时，一般来说，主族元素只失去它们的最外层电子，而副族和第Ⅷ族元素可能还会进一步向里失去内层电子。
③原子得到电子而形成阴离子，则得到的电子填充在最外一个能层的某一个能级上。
(3)简化电子排布式
如K：1s22s22p63s23p64s1，其简化电子排布式可表示为[Ar]4s1，其中[Ar]代表Ar的核外电子排布式，即1s22s22p63s23p6。
3.轨道表示式(电子排布图)
用1个圆圈(或方框)表示一个原子轨道，在圆圈(或方框)内用箭头“↑”或“↓”表示自旋相反的电子。例如铝原子的轨道表示式可表示为
在电子排布图中也可以用圆圈表示一个原子轨道，如Na：。
电子排布式和电子排布图相互关联，可以非常方便地相互转换。
[解析] 核外电子排布为1s22s22p63s23p4的原子3p能级没有空轨道，A错误；第四周期中，未成对电子数最多的原子的价层电子排布为3d54s1，为Cr元素，B错误；铁为26号元素，Fe2＋核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d6，C正确；2p能级有2个未成对电子的基态原子，该原子2p能级有2个电子或4个电子，价电子排布为2s22p2或2s22p4，D错误。
[答案] C
[规律] 1～36号元素基态原子中未成对电子数的判断方法
(1)成对电子和未成对电子的定义
一个原子轨道中只有1个电子时，该电子即为未成对电子；一个原子轨道中2个自旋相反的电子称为成对电子。
(2)1～36号元素中，原子核外价电子排布与基态原子中的未成对电子数之间的关系：
①有1个未成对电子的价电子排布为ns1、ns2np1、ns2np5、3d14s2、3d104s1。
②有2个未成对电子的价电子排布为ns2np2、ns2np4、3d84s2、3d24s2。
③有3个未成对电子的价电子排布为ns2np3、3d34s2、3d74s2。
④有4个未成对电子的价电子排布为3d64s2。
⑤有5个未成对电子的价电子排布为3d54s2。
⑥有6个未成对电子的价电子排布为3d54s1。
1～36号元素基态原子中，含未成对电子数最多的是Cr，有6个未成对电子。
[练1] 下列原子、离子的电子排布式或原子轨道表示式正确的是________(填序号，下同)，违反能量最低原理的是________________，违反洪特规则的是______________，违反泡利不相容原理的是________。
①F－：1s22s23p6
②P：
③Fe：1s22s22p63s23p63d64s2
④Mg2＋：1s22s22p6
⑤C：
答案 ③④ ① ② ⑤
解析 根据核外电子排布规律，①中电子排完2s轨道后应排2p轨道而不是3p轨道，正确的应为1s22s22p6；②中没有遵循洪特规则——电子在能量相同的轨道上排布时，将尽可能分占不同的轨道并且自旋平行，最外层电子正确的排布应为；⑤中违反泡利不相容原理，正确的原子轨道表示式为。
[练2] 按要求填空：
(1)氮原子价层电子的轨道表示式(电子排布图)为______________。
(2)镍元素基态原子的电子排布式为______________，3d能级上的未成对电子数为________。
(3)基态Ge原子的核外电子排布式为[Ar]________，有________个未成对电子。
(4)Zn2＋核外电子排布式为________________。
(5)在基态C原子中，核外存在________对自旋相反的电子。
答案 (1)
(2)1s22s22p63s23p63d84s2或[Ar]3d84s2 2
(3)3d104s24p2 2
(4)1s22s22p63s23p63d10(或[Ar]3d10)
(5)2
解析 (1)氮原子价层电子排布式为2s22p3，价层电子的轨道表示式为。
(2)Ni是28号元素，根据核外电子的排布规律可知，其基态原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d84s2。Ni原子3d能级上的未成对电子数为2。
(3)Ge(锗)元素在周期表的第四周期第ⅣA族，因此核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p2或[Ar]3d104s24p2，4p能级上的2个电子是未成对电子。
(4)基态Zn原子的核外电子排布式为
1s22s22p63s23p63d104s2或[Ar]3d104s2，Zn原子失去4s轨道上的2个电子形成Zn2＋，由此可写出Zn2＋核外电子排布式。
(5)C的电子排布图为，所以其基态原子中核外存在2对自旋相反的电子。
知识拓展
(1)洪特规则特例
在根据构造原理书写1～36号元素原子的核外电子排布式时，会发现有少数元素原子的核外电子排布相对于构造原理有1个电子的偏差。这是因为，当同一能级上的电子排布为全充满(p6、d10、f14)、半充满(p3、d5、f7)或全空(p0、d0、f0)状态时，具有较低的能量和较强的稳定性。前四周期中具有此特点的元素是铬和铜。
(2)价电子层和价电子排布式
①在化学反应中可能发生电子变动的能级称为价电子层；价电子层上排布的电子叫价电子。
②价电子排布式
a．主族元素原子最外层电子为价电子，价电子排布式即最外层电子排布式。主族元素原子的价电子排布式为ns1～2或ns2np1～5。如钙(Ca)的价电子排布式为4s2，溴(Br)的价电子排布式为4s24p5。
b．过渡元素原子次外层电子常常参与成键，其价电子包括d(镧系、锕系除外)电子。如铬(Cr)的价电子排布式为3d54s1，铜(Cu)的价电子排布式为3d104s1。
本课归纳总结
1．若将15P原子的电子排布式写成1s22s22p63s23p3p，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
解析 洪特规则：当电子排布在同一能级的不同轨道时，基态原子中的电子总是优先单独占据一个轨道，而且自旋平行。
2．对氧原子核外两个未成对电子的描述，正确的是( )
A．自旋相反 B．电子云形状相同
C．能量不同 D．在同一轨道上
答案 B
解析 p能级有三个轨道，不同电子优先占据空轨道，并且自旋平行，所以氧原子核外两个未成对电子，自旋平行，A错误；氧原子核外两个未成对电子，都属于2p轨道，p轨道沿x、y、z轴的方向电子云密度大，呈哑铃状，则电子云形状相同，B正确；氧原子核外两个未成对电子，都属于2p轨道，能量相同，C错误；p能级又分三个轨道，不同电子优先占据空轨道，氧原子核外两个未成对电子，不在同一轨道上，D错误。
3．下列电子排布图中，能正确表示该元素原子处于最低能量状态的是( )
答案 D
解析 若元素的原子处于最低能量状态，则其核外电子排布遵循能量最低原理、泡利不相容原理和洪特规则。A、B项违背洪特规则，C项表示元素的原子处于激发态，违背能量最低原理。
4．下列关于钠元素的几种表示错误的是( )
A．Na＋的电子排布图：
B．Na＋的结构示意图：
C．Na的电子排布式：1s22s22p63s1
D．Na的简化电子排布式：[Na]3s1
答案 D
解析 Na的简化电子排布式为[Ne]3s1。
5．下列说法错误的是( )
A．ns电子的能量不一定高于(n－1)p电子的能量
B．如果6C的电子排布式为1s22s22p，则违反了洪特规则
C．如果21Sc的电子排布式为1s22s22p63s23p63d3，则违反了能量最低原理
D．如果22Ti的电子排布式为1s22s22p63s23p10，则违反了泡利原理
答案 A
解析 电子能量与能层和能级都有关，ns电子的能量一定高于(n－1)p电子的能量，A错误；根据洪特规则知，2p轨道上的两个电子应排在不同轨道上，B正确；根据能量最低原理知，电子先排能量低的轨道后排能量高的轨道，C正确；根据泡利原理知，3p轨道最多排6个电子，D正确。
6．已知锰的核电荷数为25，以下是一些同学绘制的基态锰原子外围电子的电子排布图，其中最能准确表示基态锰原子核外电子运动状态的是( )
答案 D
解析 根据洪特规则知，电子在能量相同的原子轨道上排布时，应尽可能分占不同的轨道且自旋平行，故排除A、C；根据泡利原理知，一个原子轨道最多容纳2个电子，且自旋相反，故排除B。
7．A、B、C、D、E代表5种元素。请填空：
(1)A元素基态原子的最外层有3个未成对电子，次外层有2个电子，其元素符号为________。
(2)B元素的－1价离子和C元素的＋1价离子的核外电子排布情况均与氩原子相同，则B元素的－1价离子的结构示意图为________，C元素原子有________个能层，________个能级，________个非空原子轨道。
(3)D元素的＋2价离子的3d能级仅有一个轨道处于充满状态，D的元素符号为________，其基态原子的核外电子排布式为____________________。
(4)E元素基态原子的M层全充满，N层只有一个电子，E的元素符号为________，其基态原子的简化电子排布式为____________________。
答案 (1)N (2) 4 6 10
(3)Fe 1s22s22p63s23p63d64s2 (4)Cu [Ar]3d104s1
解析 (1)由A元素基态原子的次外层有2个电子，可知其次外层是K层，则其共有2个电子层，最外层有3个未成对电子，所以最外层电子排布式为2s22p3，因此A是氮元素，符号是N。
(2)氩是18号元素，故B为17号元素Cl，C为19号元素K。
(3)D元素的＋2价离子的3d能级仅有一个轨道处于充满状态，则D元素的＋2价离子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d6，电子总数为24，故D元素原子的电子总数为26，因此D是铁元素，符号为Fe，其基态原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2。
(4)E元素原子核外电子数为2＋8＋18＋1＝29，故E是铜元素，符号为Cu，其基态原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s1，简化电子排布式为[Ar]3d104s1。
课时作业
一、选择题(本题共8小题，每小题只有1个选项符合题意)
1．基态原子的核外电子排布的原则不包括( )
A．能量守恒原理 B．能量最低原理
C．泡利原理 D．洪特规则
答案 A
解析 基态原子的核外电子排布的原则为能量最低原理、泡利原理和洪特规则。
2．下列电子排布图中违反洪特规则的是( )
A.
B.
C.
D.
答案 C
解析 A、B项电子排布正确；C项违反洪特规则；D项违反泡利原理。
3．下列原子的价层电子排布图正确的是( )
答案 C
解析 A的2p轨道应各排布一个电子且自旋平行，B的2s轨道中两个电子应自旋相反，D的2s轨道中应排满两个电子后再排2p轨道。
4．下列3d能级的电子排布图正确的是( )
答案 B
解析 A项，每个轨道最多只能容纳两个电子且自旋相反，错误；C项，3d能级有6个电子，应在5个不同的轨道，错误；D项，违反泡利原理，错误。
5．下列表示错误的是( )
A．Mg2＋的轨道表示式：
B．O2－的结构示意图：
C．Na的电子排布式：1s22s22p63s1
D．K的简化电子排布式：[Ar]4s1
答案 A
解析 轨道表示式用一个方框或圆圈表示能级中的轨道，用“↑”或“↓”来区别自旋相反的电子，每个轨道最多容纳2个电子，2个电子处于同一轨道内，且自旋相反，所以Mg2＋的轨道表示式为，A错误。
6．下列电子排布图所表示的元素原子中，能量处于最低状态的是( )
答案 D
解析 A项中2s轨道没有排满电子就排在了2p轨道上，显然能量不是最低的；B项中2p轨道上的电子排布不符合洪特规则，三个电子各占一个p轨道且自旋平行时，能量最低；C项中3s轨道电子违反泡利原理，两电子自旋相反时，能量最低。
7．主族元素原子失去最外层电子形成阳离子，主族元素原子得到电子填充在最外层形成阴离子。下列各原子或离子的电子排布式错误的是( )
A．K＋ 1s22s22p63s23p6
B．Cr 1s22s22p63s23p63d44s2
C．Mn 1s22s22p63s23p63d54s2
D．Mn2＋ 1s22s22p63s23p63d5
答案 B
解析 K原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p64s1，失去一个电子形成K＋的核外电子排布式为1s22s22p63s23p6，A正确；Cr原子的核外电子排布式写成1s22s22p63s23p63d44s2不符合洪特规则特例，正确的电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s1，B错误；Mn是25号元素，核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s2，C正确；Mn失去2个电子形成Mn2＋，Mn2＋的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d5，D正确。
8．下列元素中，未成对电子最多的是( )
A．Ne B．Cl C．Fe D．Cr
答案 D
解析 分别写出四种元素基态原子的核外电子排布式或画出其轨道表示式即可得出答案。A项，Ne核外电子排布式为1s22s22p6，没有未成对电子；B项，Cl核外电子排布式为1s22s22p63s23p5，有1个未成对电子；C项，Fe核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2，有4个未成对电子；D项，Cr核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s1，有6个未成对电子。
二、选择题(本题共4小题，每小题有1个或2个选项符合题意)
9．下列有关原子核外电子排布规律，说法正确的是( )
A．原子核外电子都是先排内层后排外层
B．Fe3＋的价电子排布式为3d5
C．各原子轨道的伸展方向数按p、d、f的顺序分别为1、3、5
D．同一原子中，1s、2s、3s能级最多容纳的电子数相同
答案 BD
解析 原子核外电子遵循能量最低原理，原子核外电子先排内层后排外层，但电子在进入3d与4s轨道时，由于4s轨道能量低于3d轨道，所以电子先进入4s轨道，后进入3d轨道，A错误；Fe元素原子的核电荷数是26，价电子排布式为3d64s2，Fe3＋的价电子排布式为3d5，B正确；p轨道在空间有3个伸展方向，d轨道有5个伸展方向，f轨道有7个伸展方向，C错误；s能级只有1个轨道，容纳的电子数最多为2个，所以在同一原子中，1s、2s、3s能级最多容纳的电子数相同，D正确。
10．某原子的最外层电子排布式为3s23p2，下列对其核外电子运动的说法错误的是( )
A．有3个电子层
B．有5种不同能量的电子
C．有5个不同的原子轨道
D．有14种不同运动状态的电子
答案 C
解析 由题给信息知，该原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p2，共有14个电子，为硅原子，共有3个电子层，A正确；有5种不同能量的电子，B正确；有9个原子轨道，C错误；硅原子核外有14个电子，故有14种不同运动状态的电子，D正确。
11．下列各项叙述错误的是( )
A．如果硫原子核外电子排布图为
，则违反了泡利原理
B．如果25号Mn元素的基态原子电子排布式为1s22s22p63s23p63d7，则违反了构造原理
C．氮原子的核外电子排布图为，符合洪特规则和泡利原理
D．泡利原理、洪特规则、能量最低原理是基态原子的核外电子排布的原则
答案 A
解析 如果硫原子核外电子排布图为
，则违反了洪特规则，A错误；25号Mn元素的基态原子电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s2，如果25号Mn元素的基态原子电子排布式为1s22s22p63s23p63d7，则违反了构造原理，B正确；氮原子的核外电子排布图为，符合洪特规则和泡利原理，C正确；泡利原理、洪特规则、能量最低原理是基态原子的核外电子排布的原则，D正确。
12．下列各项表述中，两个原子不属于同种元素的是( )
A．3p能级有一个空轨道的基态原子和核外电子排布式为1s22s22p63s23p4的原子
B．2p能级无空轨道且有一个未成对电子的基态原子和最外层电子排布式为2s22p5的原子
C．M层全充满而N层为4s2的原子和核外电子排布式为1s22s22p63s23p64s2的原子
D．最外层电子数是核外电子总数的的原子和最外层电子排布式为4s24p5的原子
答案 AC
解析 A项，3p能级有一个空轨道的基态原子，根据洪特规则可知其3p轨道上只有两个电子，由此可知两个原子不是同种元素的原子；B项，2p能级无空轨道且有一个未成对电子的基态原子，其2p能级上有5个电子，由此可知两个原子是同种元素的原子；C项，M层全充满而N层为4s2的原子，其M层有18个电子，而后者的M层上只有8个电子，所以两个原子不是同种元素的原子；D项，最外层电子数是核外电子总数的的原子，其最外层电子数不能多于8且电子总数为5的整数倍，根据核外电子排布规则知其只能是35号元素原子，该元素原子的最外层电子排布式为4s24p5，所以两个原子是同种元素的原子。
三、非选择题(本题共3小题)
13．下列基态原子或离子的电子排布式(图)正确的是________(填序号，下同)，违反能量最低原理的是________，违反洪特规则的是________，违反泡利原理的是________。
①Ca2＋：1s22s22p63s23p6
②F－：1s22s23p6
③N：
④Cr：1s22s22p63s23p63d44s2
⑤Fe：1s22s22p63s23p63d64s2
⑥Mg2＋：1s22s22p6
⑦O：
答案 ①⑤⑥ ② ③④ ⑦
解析 根据核外电子排布规律判断，②的错误在于电子排完2s轨道后应排能量较低的2p轨道而不是3p轨道，正确的电子排布式应为1s22s22p6。③没有遵循洪特规则，2p轨道上正确的电子排布图应为。④忽略了能量相同的原子轨道上电子排布为半充满状态时，体系的能量较低，原子较稳定，正确的电子排布式应为1s22s22p63s23p63d54s1。⑦违反泡利原理，正确的电子排布图应为。
14．根据核外电子的排布特点推断元素：
(1)A元素基态原子的最外层有3个未成对电子，次外层有2个电子，其价层电子排布图为__________________________。
(2)B元素的正三价离子的3d能级为半充满，B的元素符号为____________，其基态原子的电子排布式为______________________，其原子的结构示意图为__________________________。
(3)D元素的原子最外层电子排布式为nsnnpn＋2，则n＝________；原子中能量最高的是________电子，价电子排布图为____________________。
答案 (1)
(2)Fe 1s22s22p63s23p63d64s2(或[Ar]3d64s2)
(3)2 2p
解析 (1)A元素基态原子的电子排布图由题意可写成：，则该元素基态原子的价层电子排布图为。
(2)B元素原子失去2个4s电子和1个3d电子后变成＋3价离子，其原子的核外电子排布式为
1s22s22p63s23p63d64s2或[Ar]3d64s2，即26号元素铁。
15．已知X、Y和Z三种元素的原子序数之和等于42。X元素原子的4p轨道上有3个未成对电子，Y元素原子的最外层2p轨道上有2个未成对电子。X跟Y可形成化合物X2Y3，Z元素可以形成负一价离子。请回答下列问题：
(1)X元素原子基态时的电子排布式为____________________，该元素的符号是________。
(2)Y元素原子的价层电子轨道表示式为________，该元素的名称是________。
(3)已知化合物X2Y3在稀硫酸中可被金属锌还原为XZ3，产物还有ZnSO4和H2O，该反应的化学方程式是____________________________________。
答案 (1)1s22s22p63s23p63d104s24p3 As
(2) 氧
(3)As2O3＋6Zn＋6H2SO4===2AsH3↑＋6ZnSO4＋3H2O
解析 (1)X元素原子的4p轨道上有3个未成对电子，则X是第四周期ⅤA族元素，即X为As，其电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p3。
(2)Y元素原子的最外层2p轨道上有2个未成对电子，且As跟Y可形成化合物As2Y3，可推知Y为O；又因为X、Y和Z三种元素的原子序数之和等于42，可得到Z为H。
(3)X2Y3为As2O3，XZ3为AsH3，As2O3与稀硫酸和Zn反应的化学方程式为As2O3＋6Zn＋6H2SO4===2AsH3↑＋6ZnSO4＋3H2O。
第二课时 核外电子排布规律
[明确学习目标] 1.认识基态原子中核外电子的排布遵循能量最低原理、泡利不相容原理和洪特规则等。2.知道1～36号元素基态原子核外电子的排布。
1．电子自旋与泡利原理
在一个原子轨道里，最多只能容纳2个电子，而且它们的自旋相反(用方向相反的箭头“↑↓”表示)，这个原理称为泡利原理。
2．电子排布的轨道表示式
用方框(也可用圆圈)表示原子轨道，能量相同的原子轨道(简并轨道)的方框相连，箭头表示一种自旋状态的电子，“↑↓”称电子对，“↑”或“↓”称单电子(或称未成对电子)，这种用来表述电子排布的图式叫做轨道表示式，又叫电子排布图。如氢的电子排布图为。
3．洪特规则
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。如N：。
4．能量最低原理
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。
1．判断正误，正确的画“√”，错误的画“×”。
(1)在一个基态多电子原子中可以有两个运动状态相同的电子。( )
(2)处于激发态的原子都能遵守能量最低原理、泡利原理和洪特规则。( )
(3)2p违背了洪特规则。( )
(4)电子排布式(22Ti)1s22s22p63s23p10违反了泡利原理。( )
(5)电子排布式(21Sc)1s22s22p63s23p63d3违反了能量最低原理。( )
(6)3d6的电子排布图为。( )
答案 (1)× (2)× (3)× (4)√ (5)√ (6)×
解析 (1)在一个基态多电子原子中不可能存在运动状态完全相同的两个电子。
(2)激发态原子不遵守能量最低原理。
(3)2p违背了泡利原理。
(6)3d6的电子排布图为。
2．以下表示氦原子结构的化学用语中，对电子运动状态描述最详尽的是( )
A.He B.
C．1s2 D.
答案 D
解析 A项，只能表示最外层电子数；B项，只表示核外的电子分层排布情况；C项，具体到各能级的电子数；D项，包含了能层、能级以及轨道内电子的自旋状态，故正确。
3．以下列出的是一些基态原子的2p轨道和3d轨道中电子排布的情况，违反洪特规则的是( )
A．①②③ B．④⑤⑥
C．②④⑥ D．③④⑥
答案 C
解析 ①符合洪特规则、泡利原理；②图示不同轨道的单电子自旋相反，违反了洪特规则；③同一个原子轨道中不应有自旋平行的电子，违反了泡利原理；④基态原子的电子在能量相同的轨道上排布时，总是优先单独占据一个轨道，并且自旋平行，图示电子排布图违反了洪特规则；⑤符合洪特规则、泡利原理；⑥图示不同轨道的单电子自旋相反，违反了洪特规则。
4．电子在原子核外排布时，必须遵循的原则是( )
①电子排布在同一能级时，总是优先单独占据不同轨道，且自旋平行
②电子排布在不同能级时，总是优先占据能量低的轨道，然后再占据能量高的轨道
③电子排布在同一轨道时，最多只能排2个，且自旋相反
④电子的排布总是遵循“能量最低原理”“泡利原理”和“洪特规则”
A．①② B．②④ C．①③ D．②③④
答案 C
解析 ①电子排布在同一能级时，总是优先单独占据不同轨道，且自旋平行，①正确；②电子排布在不同能级时，若电子先占据能级高的轨道使其处于半满或全满的稳定状态，这样排布可使整个体系能量最低，②错误；③电子排布在同一轨道时，最多只能排2个，且自旋相反，③正确；④电子的排布要综合考虑“能量最低原理”“泡利原理”和“洪特规则”，并不一定每条都符合，例如激发态原子，④错误。
5．某元素的原子序数为33，它的最外层电子排布为________，它的电子排布式为____________________________，电子排布图为____________________________。
答案 4s24p3 1s22s22p63s23p63d104s24p3
解析 先利用能级顺序和排布原则排出其电子排布式：
1s22s22p63s23p63d104s24p3，则其最外层电子排布式及电子排布图可轻松写出。
知识点 基态原子的核外电子排布及其表示方式
1．基态原子的核外电子在原子轨道上的排布要遵循三个原则，即能量最低原理、泡利不相容原理和洪特规则。这三个原则并不是孤立的，而是相互联系、相互制约的。其中，能量最低原理可叙述为在不违反泡利不相容原理的前提下，核外电子在各个原子轨道上的排布方式应使整个原子体系的能量最低。
2．基态原子核外电子排布
(1)原子的电子排布式
①简单原子：按照构造原理将电子依次填充到能量逐渐升高的能级中。如14Si：1s22s22p63s23p2。
②复杂原子：先按构造原理从低到高排列，然后将同能层的能级移到一起。如26Fe：先排列为1s22s22p63s23p64s23d6，然后将同一能层的能级排到一起，即该原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2。
③特殊原子：当p、d、f能级处于全空、全充满或半充满状态时，能量相对较低，原子结构较稳定。如24Cr：
(2)离子的电子排布式
①判断该原子变成离子时会得到或失去的电子数。
②原子失去电子时，一般来说，主族元素只失去它们的最外层电子，而副族和第Ⅷ族元素可能还会进一步向里失去内层电子。
③原子得到电子而形成阴离子，则得到的电子填充在最外一个能层的某一个能级上。
(3)简化电子排布式
如K：1s22s22p63s23p64s1，其简化电子排布式可表示为[Ar]4s1，其中[Ar]代表Ar的核外电子排布式，即1s22s22p63s23p6。
3.轨道表示式(电子排布图)
用1个圆圈(或方框)表示一个原子轨道，在圆圈(或方框)内用箭头“↑”或“↓”表示自旋相反的电子。例如铝原子的轨道表示式可表示为
在电子排布图中也可以用圆圈表示一个原子轨道，如Na：。
电子排布式和电子排布图相互关联，可以非常方便地相互转换。
[解析] 核外电子排布为1s22s22p63s23p4的原子3p能级没有空轨道，A错误；第四周期中，未成对电子数最多的原子的价层电子排布为3d54s1，为Cr元素，B错误；铁为26号元素，Fe2＋核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d6，C正确；2p能级有2个未成对电子的基态原子，该原子2p能级有2个电子或4个电子，价电子排布为2s22p2或2s22p4，D错误。
[答案] C
[规律] 1～36号元素基态原子中未成对电子数的判断方法
(1)成对电子和未成对电子的定义
一个原子轨道中只有1个电子时，该电子即为未成对电子；一个原子轨道中2个自旋相反的电子称为成对电子。
(2)1～36号元素中，原子核外价电子排布与基态原子中的未成对电子数之间的关系：
①有1个未成对电子的价电子排布为ns1、ns2np1、ns2np5、3d14s2、3d104s1。
②有2个未成对电子的价电子排布为ns2np2、ns2np4、3d84s2、3d24s2。
③有3个未成对电子的价电子排布为ns2np3、3d34s2、3d74s2。
④有4个未成对电子的价电子排布为3d64s2。
⑤有5个未成对电子的价电子排布为3d54s2。
⑥有6个未成对电子的价电子排布为3d54s1。
1～36号元素基态原子中，含未成对电子数最多的是Cr，有6个未成对电子。
[练1] 下列原子、离子的电子排布式或原子轨道表示式正确的是________(填序号，下同)，违反能量最低原理的是________________，违反洪特规则的是______________，违反泡利不相容原理的是________。
①F－：1s22s23p6
②P：
③Fe：1s22s22p63s23p63d64s2
④Mg2＋：1s22s22p6
⑤C：
答案 ③④ ① ② ⑤
解析 根据核外电子排布规律，①中电子排完2s轨道后应排2p轨道而不是3p轨道，正确的应为1s22s22p6；②中没有遵循洪特规则——电子在能量相同的轨道上排布时，将尽可能分占不同的轨道并且自旋平行，最外层电子正确的排布应为；⑤中违反泡利不相容原理，正确的原子轨道表示式为。
[练2] 按要求填空：
(1)氮原子价层电子的轨道表示式(电子排布图)为______________。
(2)镍元素基态原子的电子排布式为______________，3d能级上的未成对电子数为________。
(3)基态Ge原子的核外电子排布式为[Ar]________，有________个未成对电子。
(4)Zn2＋核外电子排布式为________________。
(5)在基态C原子中，核外存在________对自旋相反的电子。
答案 (1)
(2)1s22s22p63s23p63d84s2或[Ar]3d84s2 2
(3)3d104s24p2 2
(4)1s22s22p63s23p63d10(或[Ar]3d10)
(5)2
解析 (1)氮原子价层电子排布式为2s22p3，价层电子的轨道表示式为。
(2)Ni是28号元素，根据核外电子的排布规律可知，其基态原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d84s2。Ni原子3d能级上的未成对电子数为2。
(3)Ge(锗)元素在周期表的第四周期第ⅣA族，因此核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p2或[Ar]3d104s24p2，4p能级上的2个电子是未成对电子。
(4)基态Zn原子的核外电子排布式为
1s22s22p63s23p63d104s2或[Ar]3d104s2，Zn原子失去4s轨道上的2个电子形成Zn2＋，由此可写出Zn2＋核外电子排布式。
(5)C的电子排布图为，所以其基态原子中核外存在2对自旋相反的电子。
知识拓展
(1)洪特规则特例
在根据构造原理书写1～36号元素原子的核外电子排布式时，会发现有少数元素原子的核外电子排布相对于构造原理有1个电子的偏差。这是因为，当同一能级上的电子排布为全充满(p6、d10、f14)、半充满(p3、d5、f7)或全空(p0、d0、f0)状态时，具有较低的能量和较强的稳定性。前四周期中具有此特点的元素是铬和铜。
(2)价电子层和价电子排布式
①在化学反应中可能发生电子变动的能级称为价电子层；价电子层上排布的电子叫价电子。
②价电子排布式
a．主族元素原子最外层电子为价电子，价电子排布式即最外层电子排布式。主族元素原子的价电子排布式为ns1～2或ns2np1～5。如钙(Ca)的价电子排布式为4s2，溴(Br)的价电子排布式为4s24p5。
b．过渡元素原子次外层电子常常参与成键，其价电子包括d(镧系、锕系除外)电子。如铬(Cr)的价电子排布式为3d54s1，铜(Cu)的价电子排布式为3d104s1。
本课归纳总结
1．若将15P原子的电子排布式写成1s22s22p63s23p3p，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
解析 洪特规则：当电子排布在同一能级的不同轨道时，基态原子中的电子总是优先单独占据一个轨道，而且自旋平行。
2．对氧原子核外两个未成对电子的描述，正确的是( )
A．自旋相反 B．电子云形状相同
C．能量不同 D．在同一轨道上
答案 B
解析 p能级有三个轨道，不同电子优先占据空轨道，并且自旋平行，所以氧原子核外两个未成对电子，自旋平行，A错误；氧原子核外两个未成对电子，都属于2p轨道，p轨道沿x、y、z轴的方向电子云密度大，呈哑铃状，则电子云形状相同，B正确；氧原子核外两个未成对电子，都属于2p轨道，能量相同，C错误；p能级又分三个轨道，不同电子优先占据空轨道，氧原子核外两个未成对电子，不在同一轨道上，D错误。
3．下列电子排布图中，能正确表示该元素原子处于最低能量状态的是( )
答案 D
解析 若元素的原子处于最低能量状态，则其核外电子排布遵循能量最低原理、泡利不相容原理和洪特规则。A、B项违背洪特规则，C项表示元素的原子处于激发态，违背能量最低原理。
4．下列关于钠元素的几种表示错误的是( )
A．Na＋的电子排布图：
B．Na＋的结构示意图：
C．Na的电子排布式：1s22s22p63s1
D．Na的简化电子排布式：[Na]3s1
答案 D
解析 Na的简化电子排布式为[Ne]3s1。
5．下列说法错误的是( )
A．ns电子的能量不一定高于(n－1)p电子的能量
B．如果6C的电子排布式为1s22s22p，则违反了洪特规则
C．如果21Sc的电子排布式为1s22s22p63s23p63d3，则违反了能量最低原理
D．如果22Ti的电子排布式为1s22s22p63s23p10，则违反了泡利原理
答案 A
解析 电子能量与能层和能级都有关，ns电子的能量一定高于(n－1)p电子的能量，A错误；根据洪特规则知，2p轨道上的两个电子应排在不同轨道上，B正确；根据能量最低原理知，电子先排能量低的轨道后排能量高的轨道，C正确；根据泡利原理知，3p轨道最多排6个电子，D正确。
6．已知锰的核电荷数为25，以下是一些同学绘制的基态锰原子外围电子的电子排布图，其中最能准确表示基态锰原子核外电子运动状态的是( )
答案 D
解析 根据洪特规则知，电子在能量相同的原子轨道上排布时，应尽可能分占不同的轨道且自旋平行，故排除A、C；根据泡利原理知，一个原子轨道最多容纳2个电子，且自旋相反，故排除B。
7．A、B、C、D、E代表5种元素。请填空：
(1)A元素基态原子的最外层有3个未成对电子，次外层有2个电子，其元素符号为________。
(2)B元素的－1价离子和C元素的＋1价离子的核外电子排布情况均与氩原子相同，则B元素的－1价离子的结构示意图为________，C元素原子有________个能层，________个能级，________个非空原子轨道。
(3)D元素的＋2价离子的3d能级仅有一个轨道处于充满状态，D的元素符号为________，其基态原子的核外电子排布式为____________________。
(4)E元素基态原子的M层全充满，N层只有一个电子，E的元素符号为________，其基态原子的简化电子排布式为____________________。
答案 (1)N (2) 4 6 10
(3)Fe 1s22s22p63s23p63d64s2 (4)Cu [Ar]3d104s1
解析 (1)由A元素基态原子的次外层有2个电子，可知其次外层是K层，则其共有2个电子层，最外层有3个未成对电子，所以最外层电子排布式为2s22p3，因此A是氮元素，符号是N。
(2)氩是18号元素，故B为17号元素Cl，C为19号元素K。
(3)D元素的＋2价离子的3d能级仅有一个轨道处于充满状态，则D元素的＋2价离子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d6，电子总数为24，故D元素原子的电子总数为26，因此D是铁元素，符号为Fe，其基态原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2。
(4)E元素原子核外电子数为2＋8＋18＋1＝29，故E是铜元素，符号为Cu，其基态原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s1，简化电子排布式为[Ar]3d104s1。
课时作业
一、选择题(本题共8小题，每小题只有1个选项符合题意)
1．基态原子的核外电子排布的原则不包括( )
A．能量守恒原理 B．能量最低原理
C．泡利原理 D．洪特规则
答案 A
解析 基态原子的核外电子排布的原则为能量最低原理、泡利原理和洪特规则。
2．下列电子排布图中违反洪特规则的是( )
A.
B.
C.
D.
答案 C
解析 A、B项电子排布正确；C项违反洪特规则；D项违反泡利原理。
3．下列原子的价层电子排布图正确的是( )
答案 C
解析 A的2p轨道应各排布一个电子且自旋平行，B的2s轨道中两个电子应自旋相反，D的2s轨道中应排满两个电子后再排2p轨道。
4．下列3d能级的电子排布图正确的是( )
答案 B
解析 A项，每个轨道最多只能容纳两个电子且自旋相反，错误；C项，3d能级有6个电子，应在5个不同的轨道，错误；D项，违反泡利原理，错误。
5．下列表示错误的是( )
A．Mg2＋的轨道表示式：
B．O2－的结构示意图：
C．Na的电子排布式：1s22s22p63s1
D．K的简化电子排布式：[Ar]4s1
答案 A
解析 轨道表示式用一个方框或圆圈表示能级中的轨道，用“↑”或“↓”来区别自旋相反的电子，每个轨道最多容纳2个电子，2个电子处于同一轨道内，且自旋相反，所以Mg2＋的轨道表示式为，A错误。
6．下列电子排布图所表示的元素原子中，能量处于最低状态的是( )
答案 D
解析 A项中2s轨道没有排满电子就排在了2p轨道上，显然能量不是最低的；B项中2p轨道上的电子排布不符合洪特规则，三个电子各占一个p轨道且自旋平行时，能量最低；C项中3s轨道电子违反泡利原理，两电子自旋相反时，能量最低。
7．主族元素原子失去最外层电子形成阳离子，主族元素原子得到电子填充在最外层形成阴离子。下列各原子或离子的电子排布式错误的是( )
A．K＋ 1s22s22p63s23p6
B．Cr 1s22s22p63s23p63d44s2
C．Mn 1s22s22p63s23p63d54s2
D．Mn2＋ 1s22s22p63s23p63d5
答案 B
解析 K原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p64s1，失去一个电子形成K＋的核外电子排布式为1s22s22p63s23p6，A正确；Cr原子的核外电子排布式写成1s22s22p63s23p63d44s2不符合洪特规则特例，正确的电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s1，B错误；Mn是25号元素，核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s2，C正确；Mn失去2个电子形成Mn2＋，Mn2＋的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d5，D正确。
8．下列元素中，未成对电子最多的是( )
A．Ne B．Cl C．Fe D．Cr
答案 D
解析 分别写出四种元素基态原子的核外电子排布式或画出其轨道表示式即可得出答案。A项，Ne核外电子排布式为1s22s22p6，没有未成对电子；B项，Cl核外电子排布式为1s22s22p63s23p5，有1个未成对电子；C项，Fe核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2，有4个未成对电子；D项，Cr核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s1，有6个未成对电子。
二、选择题(本题共4小题，每小题有1个或2个选项符合题意)
9．下列有关原子核外电子排布规律，说法正确的是( )
A．原子核外电子都是先排内层后排外层
B．Fe3＋的价电子排布式为3d5
C．各原子轨道的伸展方向数按p、d、f的顺序分别为1、3、5
D．同一原子中，1s、2s、3s能级最多容纳的电子数相同
答案 BD
解析 原子核外电子遵循能量最低原理，原子核外电子先排内层后排外层，但电子在进入3d与4s轨道时，由于4s轨道能量低于3d轨道，所以电子先进入4s轨道，后进入3d轨道，A错误；Fe元素原子的核电荷数是26，价电子排布式为3d64s2，Fe3＋的价电子排布式为3d5，B正确；p轨道在空间有3个伸展方向，d轨道有5个伸展方向，f轨道有7个伸展方向，C错误；s能级只有1个轨道，容纳的电子数最多为2个，所以在同一原子中，1s、2s、3s能级最多容纳的电子数相同，D正确。
10．某原子的最外层电子排布式为3s23p2，下列对其核外电子运动的说法错误的是( )
A．有3个电子层
B．有5种不同能量的电子
C．有5个不同的原子轨道
D．有14种不同运动状态的电子
答案 C
解析 由题给信息知，该原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p2，共有14个电子，为硅原子，共有3个电子层，A正确；有5种不同能量的电子，B正确；有9个原子轨道，C错误；硅原子核外有14个电子，故有14种不同运动状态的电子，D正确。
11．下列各项叙述错误的是( )
A．如果硫原子核外电子排布图为
，则违反了泡利原理
B．如果25号Mn元素的基态原子电子排布式为1s22s22p63s23p63d7，则违反了构造原理
C．氮原子的核外电子排布图为，符合洪特规则和泡利原理
D．泡利原理、洪特规则、能量最低原理是基态原子的核外电子排布的原则
答案 A
解析 如果硫原子核外电子排布图为
，则违反了洪特规则，A错误；25号Mn元素的基态原子电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s2，如果25号Mn元素的基态原子电子排布式为1s22s22p63s23p63d7，则违反了构造原理，B正确；氮原子的核外电子排布图为，符合洪特规则和泡利原理，C正确；泡利原理、洪特规则、能量最低原理是基态原子的核外电子排布的原则，D正确。
12．下列各项表述中，两个原子不属于同种元素的是( )
A．3p能级有一个空轨道的基态原子和核外电子排布式为1s22s22p63s23p4的原子
B．2p能级无空轨道且有一个未成对电子的基态原子和最外层电子排布式为2s22p5的原子
C．M层全充满而N层为4s2的原子和核外电子排布式为1s22s22p63s23p64s2的原子
D．最外层电子数是核外电子总数的的原子和最外层电子排布式为4s24p5的原子
答案 AC
解析 A项，3p能级有一个空轨道的基态原子，根据洪特规则可知其3p轨道上只有两个电子，由此可知两个原子不是同种元素的原子；B项，2p能级无空轨道且有一个未成对电子的基态原子，其2p能级上有5个电子，由此可知两个原子是同种元素的原子；C项，M层全充满而N层为4s2的原子，其M层有18个电子，而后者的M层上只有8个电子，所以两个原子不是同种元素的原子；D项，最外层电子数是核外电子总数的的原子，其最外层电子数不能多于8且电子总数为5的整数倍，根据核外电子排布规则知其只能是35号元素原子，该元素原子的最外层电子排布式为4s24p5，所以两个原子是同种元素的原子。
三、非选择题(本题共3小题)
13．下列基态原子或离子的电子排布式(图)正确的是________(填序号，下同)，违反能量最低原理的是________，违反洪特规则的是________，违反泡利原理的是________。
①Ca2＋：1s22s22p63s23p6
②F－：1s22s23p6
③N：
④Cr：1s22s22p63s23p63d44s2
⑤Fe：1s22s22p63s23p63d64s2
⑥Mg2＋：1s22s22p6
⑦O：
答案 ①⑤⑥ ② ③④ ⑦
解析 根据核外电子排布规律判断，②的错误在于电子排完2s轨道后应排能量较低的2p轨道而不是3p轨道，正确的电子排布式应为1s22s22p6。③没有遵循洪特规则，2p轨道上正确的电子排布图应为。④忽略了能量相同的原子轨道上电子排布为半充满状态时，体系的能量较低，原子较稳定，正确的电子排布式应为1s22s22p63s23p63d54s1。⑦违反泡利原理，正确的电子排布图应为。
14．根据核外电子的排布特点推断元素：
(1)A元素基态原子的最外层有3个未成对电子，次外层有2个电子，其价层电子排布图为__________________________。
(2)B元素的正三价离子的3d能级为半充满，B的元素符号为____________，其基态原子的电子排布式为______________________，其原子的结构示意图为__________________________。
(3)D元素的原子最外层电子排布式为nsnnpn＋2，则n＝________；原子中能量最高的是________电子，价电子排布图为____________________。
答案 (1)
(2)Fe 1s22s22p63s23p63d64s2(或[Ar]3d64s2)
(3)2 2p
解析 (1)A元素基态原子的电子排布图由题意可写成：，则该元素基态原子的价层电子排布图为。
(2)B元素原子失去2个4s电子和1个3d电子后变成＋3价离子，其原子的核外电子排布式为
1s22s22p63s23p63d64s2或[Ar]3d64s2，即26号元素铁。
15．已知X、Y和Z三种元素的原子序数之和等于42。X元素原子的4p轨道上有3个未成对电子，Y元素原子的最外层2p轨道上有2个未成对电子。X跟Y可形成化合物X2Y3，Z元素可以形成负一价离子。请回答下列问题：
(1)X元素原子基态时的电子排布式为____________________，该元素的符号是________。
(2)Y元素原子的价层电子轨道表示式为________，该元素的名称是________。
(3)已知化合物X2Y3在稀硫酸中可被金属锌还原为XZ3，产物还有ZnSO4和H2O，该反应的化学方程式是____________________________________。
答案 (1)1s22s22p63s23p63d104s24p3 As
(2) 氧
(3)As2O3＋6Zn＋6H2SO4===2AsH3↑＋6ZnSO4＋3H2O
解析 (1)X元素原子的4p轨道上有3个未成对电子，则X是第四周期ⅤA族元素，即X为As，其电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p3。
(2)Y元素原子的最外层2p轨道上有2个未成对电子，且As跟Y可形成化合物As2Y3，可推知Y为O；又因为X、Y和Z三种元素的原子序数之和等于42，可得到Z为H。
(3)X2Y3为As2O3，XZ3为AsH3，As2O3与稀硫酸和Zn反应的化学方程式为As2O3＋6Zn＋6H2SO4===2AsH3↑＋6ZnSO4＋3H2O。
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