第14讲 原子结构 核外电子排布\n考点一考点二高考真题演练随堂过关训练\n考点一\n考点一 原子结构 核素 同位素必备知识梳理·夯实学科基础1.原子的构成(1)构成原子的微粒及作用元素原子化学\n(2)微粒之间的关系①原子中：质子数(Z)＝核电荷数＝_________；②质量数(A)＝________(Z)＋________(N)；③阳离子的核外电子数＝质子数－所带电荷数；④阴离子的核外电子数＝质子数＋所带电荷数。核外电子数质子数中子数\n(3)微粒符号周围数字的含义\n特别提醒(1)原子中不一定都含有中子，如中没有中子。(2)电子排布完全相同的原子不一定是同一种原子，如互为同位素的各原子。(3)破坏原子结构的核裂变不属于化学变化。(4)质子数相同的微粒不一定属于同一种元素，如F和OH－。\n2.元素、核素、同位素(1)元素、核素、同位素的概念及相互关系(2)同位素的特征①相同存在形态的同位素，化学性质___________，物理性质_____。②天然存在的同一元素的各核素所占的原子百分数一般_______。核电荷数质子中子质子数中子数几乎完全相同不同不变\n(3)氢元素的三种核素：用字母H表示，名称为氕，不含中子；：用字母D表示，名称为氘或重氢，含有1个中子；：用字母T表示，名称为氚或超重氢，含有2个中子。(4)常见的重要核素及其应用氢弹\n特别提醒(1)由于同位素的存在，核素的种数远大于元素的种类。(2)不同核素可能具有相同的质子数，如和；也可能具有相同的中子数，如和；也可能具有相同的质量数，如和。(3)同位素的“六同三不同”\n(5)两种相对原子质量辨析①原子(即核素)的相对原子质量：一个原子(即核素)的质量与12C质量的的比值。其近似值可用质量数代替。②元素的相对原子质量：是按该元素各种天然同位素原子所占的原子百分比算出的平均值。如Ar(Cl)＝Ar(35Cl)×a%＋Ar(37Cl)×b%。其近似值是用各核素质量数算出的平均值，即Ar(Cl)≈35×a%＋37×b%。\n[易错易混辨析](错误的说明错因)(1)所有原子核内一定都有中子()错因：______________________________________________。(2)质子数相同的微粒一定属于同一种元素()错因：______________________________________________。(3)核外电子数相同的微粒，其质子数一定相同()错因：__________________________________________________________________________________________________。(4)同位素的物理性质不同，但化学性质几乎相同()错因：______________________________________________。×原子核内不一定都有中子，如×质子数相同的微粒不一定属于同一种元素，如F与OH－×核外电子数相同的微粒，其质子数不一定相同，如Al3＋与Na＋、F－等与OH－等√\n(5)不同核素之间的转化属于化学反应()错因：________________________________________________。(6)一种元素可以有多种核素，也可能只有一种核素，有多少种核素就有多少种原子。()错因：________________________________________________。(7)核聚变如n，因为有新微粒生成，所以该变化是化学变化。()错因：________________________________________________。Cl与l得电子能力几乎相同。()错因：________________________________________________。(9)一种核素只有一种质量数。()错因：________________________________________________。×不同核素之间的转化属于核反应，不属于化学反应√×该变化属于核变化，不是化学变化√√\n[深度思考](1)已知氢有三种核素(H、D、T)，它们形成的氢分子有_____种，分别是_________________________。(2)H、D、T与16O、17O、18O可形成的水分子有________种。6H2、D2、T2、HD、HT、DT18\n特别提醒(1)同位素在元素周期表中处于同一位置，使用同一元素符号。(2)同位素的物理性质差异较大，化学性质几乎完全相同。(3)同位素之间的转化不属于化学变化。(4)同位素之间可形成不同的单质分子。它们的物理性质(如密度)有所不同，但化学性质几乎完全相同。\n题组强化训练·形成关键能力题组一微粒中“粒子数”的确定1．“原子”原意是“不可再分”的意思。20世纪初，人们才认识到原子不是最小的粒子。从电子层模型分析，Ca原子核外N能层中运动的电子数为()A．8B．2C．18D．10答案：B解析：Ca原子核外有4个电子层，分别对应符号K、L、M、N，其原子结构示意图为，第4层有2个电子，故N能层中运动的电子数有2个。\n2．某元素的一种同位素X原子的质量数为A，含N个中子，它与1H原子构成HmX分子，在agHmX中所含原子的物质的量为__________，所含中子的物质的量为________，所含质子数为________________，所含电子数为______________。(m＋1)molmol(m＋A－N)NA(m＋A－N)NA\n题组二 元素、核素、同位素的概念辨析3．下列说法正确的是()A．18O2和16O3互为同位素B．正己烷和2，2二甲基丙烷互为同系物C．C60和C70是具有相同质子数的不同核素D．H2NCH2COOCH3和CH3CH2NO2是同分异构体答案：B解析：同位素的研究对象为原子，而18O2和16O3为单质，A项错误；正己烷和2，2二甲基丙烷结构相似，在分子组成上相差1个“CH2”原子团，两者互为同系物，B项正确；C60和C70均为单质，不是核素，C项错误；H2NCH2COOCH3的分子式为C3H7NO2，而CH3CH2NO2的分子式为C2H5NO2，两者不是同分异构体，D项错误。\n4．现有下列9种微粒：、、、、、、、、。按要求完成以下各题：H、分别是氢元素的一种_______，它们互称为________。(2)互为同素异形体的微粒是________。Fe2＋的中子数为_______，核外电子数为________。(4)上述9种微粒中有_______种核素，含有________种元素。核素同位素2、3302455解析：H、分别是氢元素的一种核素；、是质子数相同而中子数不同的氢元素的不同原子，它们互称为同位素。2和3是同种元素组成的不同单质，为氧元素的同素异形体。Fe2＋的中子数为56－26＝30，阳离子是原子失去2个电子形成的，核外电子数为26－2＝24。(4)9种微粒：、、、、、e2＋、e3＋、2、3中有5种核素：、、、、，有5种元素：H、C、N、Fe、O。\n考点二\n必备知识梳理·夯实学科基础1.核外电子排布(1)核外电子排布规律低高2n2818\n(2)核外电子排布与元素性质的关系①金属元素原子的最外层电子数一般小于4，较易______电子，形成阳离子，表现出_______性，在化合物中显正化合价。②非金属元素原子的最外层电子数一般大于或等于4，较易________电子，活泼非金属原子易形成阴离子，在化合物中主要显负化合价。③稀有气体元素的原子最外层为8电子(氦为2电子)稳定结构，不易失去或得到电子，它们的化合价通常表现为0价。失去还原得到\n(3)原子结构示意图电子层质子数\n2．能层与能级(1)能层(n)在多电子原子中，核外电子的________是不同的，按照电子的________差异将其分成不同能层。通常用K、L、M、N……表示，能量依次升高。(2)能级同一能层里电子的________也可能不同，又将其分成不同的能级，通常用___________等表示。能量能量能量s、p、d、f\n(3)能层与能级的关系能层一二三四五……符号KLMNO……能级1s2s2p3s3p3d4s4p4d4f5s5p……最多电子数226261026101426……电子离核远近近→远电子能量高低低→高\n3.电子云与原子轨道(1)电子云①由于核外电子的概率密度分布看起来像一片云雾，因而被形象地称为电子云。②电子云轮廓图称为原子轨道。\n(2)原子轨道球形哑铃13相等\n4．基态原子的核外电子排布(1)能量最低原理：即电子尽可能地先占有________的轨道，然后进入________的轨道，使整个原子的能量处于________状态。如图为构造原理示意图，即基态原子核外电子在原子轨道上的排布顺序图：能量低能量高最低\n(2)泡利原理每个原子轨道里最多只能容纳____个电子，且自旋状态________。如2s轨道上的电子排布为，不能表示为(3)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，且自旋状态相同。如2p3的电子排布为______________，不能表示为或2相反\n特别提醒当能量相同的原子轨道在全满(p6、d10、f14)、半满(p3、d5、f7)、全空(p0、d0、f0)时原子的能量最低，如24Cr的电子排布式为[Ar]3d54s1，29Cu的电子排布式为[Ar]3d104s1。\n(4)基态原子核外电子排布的表示方法表示方法以硫原子为例电子排布式__________________________简化电子排布式__________________________轨道表示式(或电子排布图)__________________________价电子排布式__________________________价电子轨道表示式__________________________1s22s22p63s23p4[Ne]3s23p43s23p4\n5.原子状态与原子光谱(1)原子状态①基态原子：处于________的原子。②激发态原子：基态原子的电子吸收能量后，从________跃迁到________状态的原子。(2)原子光谱：不同元素的原子发生跃迁时会________或________不同的光，用光谱仪记录下来便得到原子光谱。利用原子光谱的特征谱线可以鉴定元素，称为光谱分析。(3)基态、激发态及光谱示意图最低能量低能级高能级吸收释放\n[易错易混辨析](错误的说明错因)(1)2p和3p轨道形状均为哑铃形，能量也相等()错因：_________________________________________________。(2)2px、2py、2pz的能量相等()错因：_________________________________________________。(3)p轨道的能量一定比s轨道的能量高()错因：_________________________________________________。(4)2s2的轨道表示式为()错因：_________________________________________________。×3p轨道能量大于2p轨道能量√×2p轨道能量小于3s轨道能量×违背了泡利原理\n(5)2p3的轨道表示式为()错因：_________________________________________________。(6)同一原子中，2p、3p、4p能级的轨道数依次增多。()错因：_________________________________________________。(7)铁元素基态原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p64s23d6。()错因：_________________________________________________。(8)电子排布式1s22s22p63s23p10违反了能量最低原理。()错因：_________________________________________________。×违背了洪特规则×np能级的轨道数均为3×铁元素基态原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2×电子排布式1s22s22p63s23p10违反了泡利原理\n题组强化训练·形成关键能力题组一电子排布式、电子轨道表示式的规范书写与应用1．按要求书写电子排布式或轨道表示式。(1)基态Fe3＋的核外电子排布式为_____________________________________________________。(2)基态Mn2＋的核外电子排布式为_____________________________________________________。1s22s22p63s23p63d5(或[Ar]3d5)1s22s22p63s23p63d5(或[Ar]3d5)\n(3)基态钒原子的价电子轨道表示式为_____________________________________________________。(4)基态镓(Ga)原子的电子排布式为_____________________________________________________。(5)基态Ni2＋的价电子轨道表示式为_____________________________________________________。1s22s22p63s23p63d104s24p1(或[Ar]3d104s24p1)\n2．写出下列原子或离子的①电子排布式、②价电子轨道表示式、③电子占的原子轨道数、④未成对电子数。(1)N：①____________________________________________，②__________________________________________________，③__________________________________________________，④__________________________________________________。1s22s22p353\n(2)Cl：①__________________________________________，②_______________________________________________，③_______________________________________________，④_______________________________________________。(3)Fe2＋：①_______________________________________，②_______________________________________________，③_______________________________________________，④_______________________________________________。1s22s22p63s23p5(或[Ne]3s23p5)911s22s22p63s23p63d6(或[Ar]3d6)144\n(4)Cu：①________________________________，②_______________________________________，③________________________________________，④________________________________________。(5)Se：①_________________________________，②________________________________________，③________________________________________，④________________________________________。1s22s22p63s23p63d104s1(或[Ar]3d104s1)1511s22s22p63s23p63d104s24p4(或[Ar]3d104s24p4)182\n(6)Br－：①________________________________，②________________________________________，③________________________________________，④________________________________________。1s22s22p63s23p63d104s24p6(或[Ar]3d104s24p6)180\n特别提醒核外电子排布常见错误(1)在写基态原子的轨道表示式时，常出现以下错误：(2)当出现d轨道时，虽然电子按ns、(n－1)d、np的顺序填充，但在书写电子排布式时，仍把(n－1)d放在ns前，如Fe：1s22s22p63s23p63d64s2，失电子时，先失4s轨道上的电子，如Fe3＋：1s22s22p63s23p63d5。(3)注意比较原子核外电子排布式、简化电子排布式、原子外围电子或价电子排布式的区别与联系。如Cu的电子排布式：1s22s22p63s23p63d104s1；简化电子排布式：[Ar]3d104s1；外围电子或价电子排布式：3d104s1。\n题组二 核外电子排布表示方法比较3．下列电子轨道表示式正确且所表示的元素原子的能量处于最低状态的是()答案：C\n解析：根据洪特规则，选项A中2p能级的3个电子应分别占据3个2p原子轨道，而且自旋方向相同，错误；选项B中的2s能级的电子发生跃迁，是激发态，错误；选项C中基态碳原子的电子是按照泡利原理和洪特规则排布的，正确；选项D中的2s能级的电子发生跃迁，原子属于激发态，错误。\n4.已知A原子的3p轨道上得到1个电子后不能再容纳外来电子；B原子的2p轨道上有1个电子的自旋状态与其他电子的自旋状态相反；C原子的第三电子层上有8个电子，第四电子层上只有1个电子。按要求书写下列图式。(1)A原子的结构示意图_______________________________；(2)B原子的轨道表示式：_______________________________；(3)C原子的核外电子排布式：___________________________；(4)A离子的电子式：____________________________。1s22s22p63s23p64s1(或[Ar]4s1)\n解析：由题意可知，A原子的3p轨道上有5个电子，则A为Cl；B原子的2p轨道上有4个电子，则B为O；C原子的外围电子排布式为4s1，则C为K。\n特别提醒化学用语的规范使用及意义(1)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层上的电子数。(2)核素组成：如，侧重于表示原子核的结构，它能告诉我们该原子核内的质子数和核外电子数以及质量数，但不能反映核外电子的排布情况。(3)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，但不能表示原子核的情况，也不能表示各个电子的运动状态。(4)轨道表示式：能反应各轨道的能量的高低，各轨道上的电子分布情况及自旋状态。(5)价电子排布式：如Fe原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2，价电子排布式为3d64s2。价电子排布式能反映基态原子的能层数和参与成键的电子数以及最外层电子数。\n题组三电子跃迁与原子光谱5．下列有关光谱的说法不正确的是()A．原子中的电子在跃迁时会发生能量的变化，能量的表现形式之一是光(辐射)，这也是原子光谱产生的原因B．原子光谱只有发射光谱C．通过原子光谱可以发现新的元素D．通过光谱分析可以鉴定某些元素答案：B\n解析：电子在基态和激发态之间的跃迁会引起能量的变化，并以光的形式体现，用光谱仪摄取得到光谱。电子从基态向激发态的跃迁会吸收能量，形成吸收光谱；电子从激发态向基态的跃迁会放出能量，形成发射光谱。原子中的电子在跃迁时会发生能量的变化，能量的表现形式之一是光(辐射)，这也是原子光谱产生的原因，选项A正确；原子光谱既有发射光谱，也有吸收光谱，选项B不正确；通过原子光谱可以发现新的元素，选项C正确；通过光谱分析可以鉴定某些元素，选项D正确。\n6．下列原子的电子跃迁能释放光能形成发射光谱的是()A．1s22s22p63s2―→1s22s22p63p2B．1s22s22p33s1―→1s22s22p4C．1s22s2―→1s22s12p1D．答案：B解析：A项，吸收光能，形成吸收光谱；B项，由激发态→基态，释放光能，形成发射光谱；C项，形成吸收光谱；D项，2px与2py能量相同，不属于电子跃迁。\n高考真题演练\n1．(1)[2021·全国甲卷]太阳能电池板主要材料为单晶硅或多晶硅。Si的价电子层的电子排布式为________。(2)[2021·全国乙卷]对于基态Cr原子，下列叙述正确的是________(填标号)。A.轨道处于半充满时体系总能量低，核外电子排布应为[Ar]3d54s1B.4s电子能量较高，总是在比3s电子离核更远的地方运动C.电负性比钾高，原子对键合电子的吸引力比钾大(3)[2021·广东卷]基态硫原子价电子排布式为________。(4)[2021·湖南卷]基态硅原子最外层的电子排布图为____________。3s23p2AC3s23p4\n2．[2021·河北卷]用中子轰击NZX原子产生α粒子(即氦核e)的核反应为：He。已知元素Y在化合物中呈＋1价。下列说法正确的是()A.H3XO3可用于中和溅在皮肤上的NaOH溶液B.Y单质在空气中燃烧的产物是Y2O2C.X和氢元素形成离子化合物D.6Y和7Y互为同素异形体答案：A解析：根据元素Y在化合物中呈＋1价及可知，X为B元素、Y为Li元素。H3BO3为弱酸，可用于中和溅在皮肤上的NaOH溶液，A正确；Li单质在空气中燃烧的产物是Li2O，B错误；B元素与H元素可形成多种共价化合物，如B2H6、B4H10等，C错误；同素异形体是指由同一种元素组成的不同形态的单质，故6Y和7Y不互为同素异形体，二者互为同位素，D错误。\n3．[2021·浙江卷]下列说法正确的是()A.14N2和15N2互为同位素B.间二甲苯和苯互为同系物C.Fe2C和Fe3C互为同素异形体D.乙醚和乙醇互为同分异构体答案：B解析：同位素是同种元素的不同核素，14N2和15N2是两种单质分子，A错误；同系物是结构相似，分子组成上相差若干个CH2原子团的物质，间二甲苯和苯都含有苯环，分子组成相差2个CH2，属于同系物，B正确；同素异形体是同种元素组成的不同单质，Fe2C和Fe3C是两种化合物，C错误；同分异构体是分子式相同、结构不同的化合物，乙醚的结构简式为CH3CH2OCH2CH3，分子式为C4H10O，乙醇的结构简式为CH3CH2OH，分子式为C2H6O，二者不互为同分异构体，D错误。\n随堂过关训练\n1．下列说法中肯定错误的是()A.某原子K层上只有一个电子B.某原子M层上电子数为L层电子数的4倍C.某离子M层上和L层上的电子数均为K层的4倍D.阳离子的最外层电子数可能为2，也可能为8答案：B解析：H原子K层上只有一个电子，A项正确；当M层上排有电子时，L层上一定排满了8个电子，而M层上最多只能排18个电子，B项错误；K层上最多只能排2个电子，M层和L层都为8个电子的离子可能为S2－、Cl－、K＋或Ca2＋等，C项正确；Li＋的最外层电子数为2，Na＋的最外层电子数为8，D项正确。\n2．同位素示踪技术已广泛应用在农业、工业、医学、地质及考古等领域。下列有关叙述正确的是()A.14C与12C是两种不同的元素或核素B.通过化学变化可以实现16O与18O之间的相互转化C.35Cl2与37Cl2互为同素异形体D.铯元素的两种核素137Cs比133Cs多4个中子答案：D解析：A项，14C与12C是同种元素的不同核素，错误；B项，16O与18O之间的相互转化实际上是改变原子核的结构，不属于化学变化，错误；C项，35Cl2与37Cl2都是Cl2的单质，不是同素异形体，错误；D项，铯元素的两种核素中137Cs比133Cs多4个中子，正确。\n3．下列说法错误的是()A.电子排布式为1s22s22p63s23p1的元素，其价态为＋3时最稳定B.在同一能级上运动的电子，其运动状态肯定不同C.碳原子核外能量最高的电子云轮廓图如图所示D.钠原子由1s22s22p63p1→1s22s22p63s1时，吸收能量，由激发态转化成基态答案：D\n解析：电子排布式为1s22s22p63s23p1的元素是Al，其最外层有3个电子，失去最外层的3个电子达到8电子稳定结构，所以铝元素的价态为＋3时最稳定，A项正确；在同一能级上运动的电子，其自旋状态不同，故其运动状态肯定不同，B项正确；碳原子核外能量最高的电子为2p能级上的电子，C项正确；钠原子由1s22s22p63p1→1s22s22p63s1时，由激发态转化成基态，应是放出能量，D项错误。\n4．如图是s能级和p能级的原子轨道图，试回答下列问题：(1)s电子的原子轨道呈________形，每个s能级有____个原子轨道；p电子的原子轨道呈________形，每个p能级有________个原子轨道。球1哑铃3解析：s电子的原子轨道都是球形的，每个s能级有1个原子轨道；p电子的原子轨道都是哑铃形的，每个p能级有3个原子轨道，它们相互垂直，分别以px、py、pz表示。\n(2)元素X的原子最外层电子排布式为nsnnpn＋1，原子中能量最高的是______电子，其电子云在空间有_________________方向；元素X的名称是_______，它的氢化物的电子式是___________。若元素X的原子最外层电子排布式为nsn－1npn＋1，那么X的元素符号为_______，原子的电子轨道表示式为__________________________2p三个互相垂直的伸展氮S\n解析：因为元素X的原子最外层电子排布式为nsnnpn＋1，np轨道已排上电子，说明ns轨道已排满电子，即n＝2，则元素X的原子核外电子排布式为1s22s22p3，是氮元素，原子中能量最高的是2p电子，其电子云在空间有三个互相垂直的伸展方向；氮元素的氢化物是氨气，其电子式是；当元素X的原子最外层电子排布式为nsn－1npn＋1时，根据上述分析，有n－1＝2，则n＝3，所以X元素的原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p4，是硫元素，元素符号为S，其原子的轨道表示式为
