核外电子排布式是贯穿《物质结构与性质》的一条主线，通过核外电子排布式可以很清楚地了解原子的结构，对于元素性质的研究有着重要的作用。人教版高中化学选修3《物质结构与性质》教材中，对于原子的核外电子排布式作了详细的讲解，但对于离子基态核外电子排布式并未作介绍，然而在高考化学选考题中却常常涉及离子的核外电子排布式。本文重点例析离子核外电 子排布式的书写。

【例1】(2013年新课标Ⅱ卷第 37题)前四周期原子序数依次增大的 元素A、B、C、D中，A和B的价电子层中未成对电子均只有1个，并且 A^－和B^＋的电子相差为8；与B位于同一周期的C和D，它们价电子层中的未成对电子数分别为4和2，且原 子序数相差为2。

图1

回答下列问题：

(1)  D^2＋的价层电子排布图为                          

(2) 四种元素中第一电离能最小的 是                  ，电负性最大的是_____ 。（填元素符号）

(3)  A、B和D三种元素组成的一个化合物的晶胞如图1所示。

①该化合物的化学式 为___  ；D的配位数为___  

②列式计算该晶体的密 度___ g • cm^-3。

(4)  A^－、B^＋和C^3＋三种离子组成的化合物B₃CA₆， 其中化学键的类型有          ；该化合物中存在一个复杂离子，该离子的化学式为                     

解析：根据题目信息可推得A、B、C、D分别为F、K、 Fe、Ni，D^2＋即Ni^2＋。要写出Ni^2＋价层电子排布图，首先 得知道Ni^2＋核外电子排布式。很多学生想当然地利用原子核外电子排布的知识，认为镍原子核外电子先4s 后排3d，故原子在失电子时应先失3d电子后失4s电 子，即Ni^2＋的核外电子排布式应为[Ar]3d⁶4s²。

镍原子变为镍离子究竟先失去哪个电子？查阅了高等教育出版社《面向21世纪课程教材•无机化学》(上册），书中明确提出：无论是基态电中性原子还是正离子的核外电子排布，笼统地讲，仍然可以归结为能量最低原理，即保持整个原子的能量最低。稍具体地讲， 整个原子的能量取决于两个因素——原子核对电子的吸引力和电子之间的相斥力，这是两个相反的因素，经常是其中一个居主导地位，另一个居次要地位。当原子核对电子的吸引力居主导地位时，电子填人主量子数较低的轨道会使整个原子的能量较低。进一步讲，当核电 荷对电子的吸引力居主导地位时，电子填人比较弥散的 3d轨道可以使内层电子受原子核更大的吸引，从而引起 整个原子的能量下降；若电子填人4s轨道，因4s电子具 有比3d电子更大的穿透内层电子而被核吸引的能力 (钻穿效应），从而使内层电子更加扩展，结果整个原子 的能量反而升高了。反之，当电子的排斥力居主导时， 其他电子对4s电子的排斥力小于对3d电子的排斥力， 因此电子填人4s轨道。进一步讲，这也是由于4s电子 比3d电子具有更大的能力穿透其他电子进人离核较近 的区域而受到其他电子较小的排斥，相反，3d电子比较弥散，受到其他电子的排斥力较大(屏蔽效应）。综上所 述，可知在原子的电子填充顺序中，电子的相互作用能 往往起着重要作用，到了离子的电子排布中，核吸引作用能却成为支配性因素了。

总之，基态原子核外电子排布要遵循三个原则，即能量最低原理、保里不相容原理和洪特规则。然而，当 原子在失去电子变为离子时，离子的电子排布取决于电子从何轨道中失去，失去电子顺序和填充电子顺序并不是恰恰相反的。实验和理论都证明，原子轨道失电子的次序是np、ns、(n一l)d，(n一2)f，即最外层的np电子最 先失去，p电子失光后才失ns电子，以此类推。因此， Ni^2＋核外电子排布式为1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d²或[Ar]3d⁸， 价层电子排布式为3d⁸。

【例2】(山西太原2012年模二第37题)  MnO₂是 碱锰电池材料中最普通的正极材料之一，在MnO₂中加 人COTiO₃纳米粉体，可以提高其利用率，优化碱锰电池的性能。

(1)   写出 基态Mn 原子 的 电 子排布式                            

比较锰和铁两元素的I₁、I₂可知，气态Mn^2＋再失去 一个电子比气态Fe^2＋再失去一个电子难。对此，你的解释是________________ 。

(2)在CoTiO₃晶胞中（结构如图2所示），1个Ti原子，1 个Co原子周围距离最近的O原子数目分别为_____ 个、           个。

(3)  单质铝、石墨和二氧化钛按比例混合，高温下反应得到 的化合物均由两种元素组成，且 都是新型陶瓷材料(在火箭和导弹上有重要应用），其反应的化学方程式为                                   。

(4)  叠氮酸（HN₃)是一种弱酸，可部分电离出H^＋和 N₃^－。巳知N₃^－与CO₂互为等电子体，则N₃^－的空间构型为_____ ，其中心原子的杂化轨道类型是_____ 。叠氮化物能与Co^3＋形成配合物，则[Co(N₃) (NH₃ )₅]SO₄中 配体是            ，钴的配位数是          。

解析：Mn^2＋、Mn^3＋核外电子排布式分别为：[Ar]3d⁵、[Ar]3d⁴，由Mn^2＋转化为Mn^3＋时，3d能级由稳定的3d⁵半充满状态转为不稳定的3d⁴状态需要的能量较多；而Fe^2＋、Fe^3＋核外电子排布式分别为：[Ar] 3d⁶、 [Ar]3d⁵，由Fe^2＋转化为Fe^3＋时，3d能级由不稳定的3d⁶ 状态变为稳定的3d⁵半充满状态，需要的能量相对要少。

答案：（1)3d⁵4s² ； Mn^2＋的3d轨道电子排布为半充满状态，较稳定。

(2)6；12。

(3)  4Al＋3TiO₂＋3C 2Al₂O₃＋3TiC

(4)直线型；sp；N₃^－、NH₃