第五章 第16讲 原子结构 核外电子排布规律-【勤径学升】2025年高考化学一轮总复习配套课件（人教版）

化　学 第五章　物质结构与性质　元素周期律 第16讲　原子结构　核外电子 排布规律 1.结合有关数据和实验事实认识原子结构，知道元素、核素的含义。 2.了解原子核外电子的排布，能画出1～20号元素的原子结构示意图。 3.知道原子核外电子的能级高低顺序，了解原子核外电子排布的构造原理，能结合能量最低原理、泡利原理、洪特规则书写1～36号元素基态原子的核外电子排布式和轨道表示式。 4.能说明微观粒子的运动状态与宏观物体运动特点的差异。 考点1　原子结构与核素、同位素 ➢ 对应学生用书P90 1.原子的构成 （1）构成微粒及作用 核素 元素 化学 （2）微粒间的数量关系 ①阳离子的核外电子数＝⁠⁠　质子数　⁠－所带电荷数。 质子数　 ②阴离子的核外电子数＝⁠⁠　质子数　⁠＋所带电荷数。 质子数　 中子数 质子数 （3）微粒符号周围数字的含义 （4）两种相对原子质量 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。一种元素有几种同位素，就有几种不同核素的相对原子质量。 ②元素的相对原子质量：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。例如，Ar（Cl）＝Ar（35Cl）×a%＋Ar（37Cl）×b%。 2.元素、核素、同位素 （1）元素、核素、同位素的概念及关系 质子数 质子 中子 质子 中子 ①相同存在形态的同位素，化学性质⁠⁠　几乎完全相同　⁠，物理性质⁠⁠　不同　⁠。 ②天然存在的同一元素的各核素所占的原子百分数一般不变。 （3）常见的重要核素及其应用 核素 U C 　⁠ H H O 用途 核燃料 用于考古断代 ⁠⁠　制氢弹　⁠ 示踪原子 几乎完全相同　 不 同　 　 制氢弹　 （2）同位素的特征 易丨错丨易丨混 √ × × × × × √ ⁠ 抓住描述对象突破“四同”判断 （1）同位素——原子，如HH。 （2）同素异形体——单质，如O2、O3。 （3）同系物——化合物，如CH4、CH3CH3、CH3CH2CH3。 （4）同分异构体——化合物，如正戊烷、新戊烷。 题组二　分子或离子中微粒数目关系的判断与计算 3.某元素的一个原子形成的离子可表示为Xn－，下列说法正确的是 （　　） A.Xn－含有的中子数为a＋b B.Xn－含有的电子数为a－n C.X原子的质量数为a＋b＋n D.1个X原子的质量约为g 解析　A项，中子数为b－a；B项，电子数为a＋n；C项，质量数为b。故选D。 答案　D 4.（2022·辽宁模拟）某元素的一种同位素X原子的质量数为A，它与2H 原子组成2HmX分子，此分子含N个中子，在a g 2HmX 中所含电子的物质的量是 （　　） A.（A－N＋m）mol B.（A－N）mol C.（A－N＋m）mol D.（A－N＋2m）mol 解析　2HmX分子含N个中子，则X原子含中子数为N－m，由X原子的质量数为A可知，质子数为A－N＋m，则每个2HmX分子含有质子数为A－N＋2m，a g 2HmX的物质的量为 mol，因电中性分子中质子数等于电子数，则a g 2HmX中所含电子的物质的量是（A－N＋2m）mol。故选D。 答案　D 考点2　原子核外电子排布 ➢ 对应学生用书P92 1.能层（电子层）与能级的关系 （1）能层：原子核外电子是分层排布的，根据电子的⁠⁠　能量　⁠不同，可将核外电子分成不同的能层。 （2）能级：同一能层电子的能量也可能不同，又将其分成不同的能级，通常用⁠⁠　s、p、d、f　⁠表示。 能量　 s、p、d、f　 2.电子云和原子轨道 （1）电子云：处于一定空间运动状态的电子在原子核外空间的⁠⁠　概率密度分布　⁠的形象化描述。 （2）原子轨道——电子云轮廓图 能级符号 ns np nd nf 轨道形状 ⁠⁠　球形　⁠ ⁠⁠　哑铃形　⁠ — — 轨道数目 ⁠⁠　1　⁠ ⁠⁠　3　⁠ ⁠⁠　5　⁠ ⁠⁠　7　⁠ 轨道能量 ①相同能层上的原子轨道：ns＜np＜nd＜nf ②形状相同的原子轨道：1s＜2s＜3s＜4s ③同一能层内形状相同而伸展方向不同的原子轨道：px＝py＝pz 概率密度分 布　 球形　 哑铃形　 1　 3　 5　 7　 3.基态原子的核外电子排布 （1）排布原则 能量最 低原理 在构建基态原子时，原子核外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 泡利（不相容）原理 在一个原子轨道里，最多只能容纳2个电子，且它们的自旋相反 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 [注意]　当能量相同的原子轨道在全充满（p6、d10、f14）、半充满（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。 （2）填充顺序——构造原理 以光谱学事实为基础，从氢开始，随核电荷数递增，新增电子填入能级的顺序称为构造原理。 （3）表示方法 表示方法 举例 原子结构示意图 ⁠ 电子排布式 Cr：1s22s22p63s23p63d54s1 简化电子排布式 Cu：[Ar]3d104s1 价层电子排布式 Fe：3d64s2 轨道表示式 （又称电子排布图） ⁠ 4.电子的跃迁与原子光谱 （1）电子的跃迁 （2）不同元素原子的电子发生跃迁时会⁠⁠　吸收　⁠或⁠⁠　释放　⁠不同的光，可以用光谱仪摄取各种元素原子的吸收光谱或发射光谱，总称原子光谱。 吸收　 释放　 吸收光谱 发射光谱 易丨错丨易丨混 × × × × × × × 2.工业上通常利用反应2Al2O3（熔融）4Al＋3O2↑来获得单质铝，该反应还需要添加Na3[AlF6]（冰晶石）以降低氧化铝的熔化温度。下列表示相关微粒的化学用语错误的是 （　　） A.质子数与中子数相等的氟原子F B.[AlF6]－的中心离子的结构示意图：⁠ C.基态钠原子的价电子排布式：3s1 D.基态氧原子的轨道表示式：⁠ 答案　D 解析　氟原子质子数为9，则质子数与中子数相等的氟原子质量数为18，原子符号表示为F，故A项正确；铝离子的核外电子数为10，有2个电子层，各层电子数分别为2、8，铝离子的结构示意图为⁠，故B项正确；基态钠原子的电子排布式为1s22s22p63s1，其价电子排布式为3s1，故C项正确；基态氧原子的轨道表示式为⁠，故D项错误。故选D。 题组二　等电子微粒 4.下列各组微粒：①H3O＋、N、Na＋；②OH－、N、F－；③O2－、Na＋、Mg2＋；④CH4、NH3、H2O。具有相同质子数和电子数的是 （　　） A.①②③ B.①②④ C.②③④ D.①③④ 解析　第③组中，质子数分别为8、11、12，电子数均为10。 答案　B 5.已知A、B、C、D是中学化学中常见的四种不同微粒。它们之间存在如图所示转化关系。 （1）如果A、B、C、D均是10电子的微粒，则A的化学式为 　　　　⁠，D的化学式为 　　　　⁠。  （2）如果A和C是18电子的微粒，B和D是10电子的微粒，请写出A与B在溶液中反应的离子方程式： 　 。  解析　（1）如果A、B、C、D均是10电子的微粒，结合10电子微粒的结构和性质特征判断：A为N（或HF），B为OH－，C为NH3（或F－），D为H2O。 （2）如果A和C是18电子的微粒，B和D是10电子的微粒，观察框图，容易想到H2S＋OH－HS－＋H2O（或HS－＋OH－S2－＋H2O），则A为H2S或HS－，B为OH－，C为HS－（或S2－），D为H2O，所以A与B在溶液中反应的离子方程式为H2S＋OH－HS－＋H2O或HS－＋OH－S2－＋H2O。 答案　（1）N（或HF）　H2O （2）H2S＋OH－HS－＋H2O（或HS－＋OH－S2－＋H2O） ⁠ （1）“10电子”微粒 （2）“18电子”微粒 ①可以是两种原子，如同位素原子。 ②可以是两种分子，如CH4、NH3等。 ③可以是两种带电荷数相同的阳离子，如N、H3O＋。 ④可以是两种带电荷数相同的阴离子，如OH－、F－。 （3）质子数和核外电子数分别相等的两种微粒关系 ⁠ [对应学生用书P94] 2.（2022·高考海南卷）钠和钾是两种常见金属，下列说法正确的是 （　　） A.钠元素的第一电离能大于钾 B.基态钾原子价层电子轨道表示式为⁠ C.钾能置换出NaCl溶液中的钠 D.钠元素与钾元素的原子序数相差18 解析　A.同一主族元素第一电离能从上到下依次减小，金属性越强的元素，其第一电离能越小，因此，钠元素的第一电离能大于钾，A说法正确；B.基态钾原子价层电子为4s1，其轨道表示式为⁠，B说法不正确；C.钾和钠均能与水发生置换反应，因此，钾不能置换出NaCl溶液中的钠，C说法不正确；D.钠元素与钾元素的原子序数分别为11和19，两者相差8，D说法不正确。故选A。 答案　A 4.（2021·高考河北卷）用中子轰击X原子产生α粒子（即氦核He）的核反应为XnYHe。X 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Y2O2 C.X和氢元素形成离子化合物 D.6Y和7Y互为同素异形体 解析　根据核反应为XnYHe可知，X的质量数N为4＋7－1＝10，又因为Y在化合物中呈＋1价，则推知Y位于ⅠA族，由质量数＝质子数＋中子数，Y的质量数为7，所以得出Y为Li，其质子数p＝3，所以X的质子数Z＝3＋2－0＝5，核电荷数＝原子序数＝核内质子数＝5，则推知X属于B元素，据此分析解答。A.H3BO3为硼酸，氢氧化钠溶液具有腐蚀性，若不慎将NaOH溶液溅到皮肤上，则需用大量水冲洗，同时涂抹H3BO3，以中和碱液，A正确；B.Y为Li，在空气中燃烧的产物只有Li2O，B错误；C.X为B，与氢元素会形成BH3或B2H4等硼氢化合物，B元素与H元素以共价键结合，属于共价化合物，C错误；D.6Li和7Li两者的质子数均为3，中子数不同，所以两者互为同位素，D错误。故选A。 答案　A 判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。 1.一种元素可能有多种核素，也可能只有一种核素，有多少种核素就有多少种原子。 ( ) 2.所有原子核内一定都有中子。 ( ) 3.质量数就是元素的相对原子质量。 ( ) 4.质子数相同的微粒一定属于同一种元素。 ( ) 5.核外电子数相同的微粒，其质子数一定相同。 ( ) 6.核聚变如H＋H―→He＋n,因为有新微粒生成,所以该变化是化学变化。 ( ) 7.氢的三种核素形成的单质有6种，它们物理性质有所不同，但化学性质几乎完全相同。 ( ) 题组一　同位素、核素的概念辨析 1.(2023·山东济南市历城第二中学校联考阶段练习)2023年春节期间，《流浪地球2》成功刷爆朋友圈，片中层出不穷的“硬科技元素”让观众大呼过瘾。电影的故事设定中，太阳极速老化，持续膨胀并将在百年后吞没地球。这实际上指的是太阳氦闪，氦闪主要涉及氢聚变及氦聚变，H和He是核聚变反应的主要原料，下列有关叙述中正确的是(　　) A.氕、氘、氚都是氢的同素异形体 B.氕是自然界中最轻的原子 C.核聚变属于化学反应 D.9 g He含有的质子数为3NA 解析　A.氕、氘、氚原子中质子数相同、中子数不同，故它们都是氢的同位素，A错误；B.氕原子的相对原子质量为1，故是自然界中最轻的原子，B正确；C.化学变化前后元素种类和原子数目分别保持不变，故核聚变不属于化学反应，C错误；D.9 g He含有的质子数为6NA，D错误。故选B。 答案　B 2.(2023·山东济宁期末统考)核废水入海会直接对海洋环境和生物造成无法预估的后果。研究表明核废水中含有Cs、I、C和放射性H等物质，下列说法错误的是(　　) A.C和C互为同位素 B.Cs和I都位于周期表的第六周期 C.Cs原子中含有的中子数与质子数之差为27 D.H和H用来制造氢弹 解析　A.两个核素质子数均为6，中子数分别为8、6，因此两者互为同位素，故A说法正确；B.Cs位于第六周期，I位于第五周期，故B说法错误；C.质子数为55，中子数为137－55＝82，因此中子数与质子数的差值为82－55＝27，故C说法正确；D.2H、3H具有放射性，用于制造氢弹，故D说法正确。故选B。 答案　B 判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。 1.某原子M层上的电子数一定比L层上的电子数多。 ( ) 2.p能级能量一定比s能级的能量高。 ( ) 3.2p和3p轨道形状均为哑铃形，能量也相等。 ( ) 4.铁元素基态原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p64s23d6。 ( ) 5.磷元素基态原子的轨道表示式为 ( ) 6.电子排布式1s22s22p63s23p10违反了能量最低原理。 ( ) 7. 表示的原子处于能量最低状态。 ( ) 题组一　原子核外电子排布 1.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 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价时最稳定，A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正确；碳原子核外能量最高的电子为2p能级上的电子，C正确；钠原子由1s22s22p63p1→1s22s22p63s1时，由激发态转化成基态，应是释放能量，D错误。故选D。 答案　D 3.按要求填空： (1)基态F原子核外电子的运动状态有________种。 (2)基态钛原子的价层电子排布式为____________，其原子核外电子的空间运动状态有________种，共有________种运动状态不同的电子。 (3)基态Si原子价层电子的运动状态有________种，若其电子排布式表示为[Ne]3s23p，违背了________。 (4)基态Cu原子核外电子的空间运动状态有________种。 解析　(1)基态F原子共有9个核外电子，则每个电子都有对应的轨道和自旋状态，所以核外电子的运动状态有9种。(2)基态Ti原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d24s2，价层电子排布式为3d24s2；s轨道有一种空间运动状态，p轨道有三种空间运动状态，d轨道有五种空间运动状态，3d轨道只有两个电子，有两种空间运动状态，因此基态Ti原子的核外电子的空间运动状态有12种；核外有22个电子，就有22种运动状态。(4)基态Cu原子核外电子排布式为[Ar]3d104s1，基态原子核外有几个轨道，其核外电子就有几种空间运动状态，则基态Cu原子核外电子的空间运动状态有1＋1＋3＋1＋3＋5＋1＝15种。 答案　(1)9　(2)3d24s2　12　22　(3)4　洪特规则　(4)15 1.(2023·高考湖南卷)下列化学用语表述错误的是(　　) A.HClO的电子式： B.中子数为10的氧原子：O C.NH3分子的VSEPR模型： D.基态N原子的价层电子排布图： 解析　C项，NH3的中心原子N上有1个孤电子对，加上中心原子上的σ键电子对，N上的价层电子对数为4，VSEPR模型应为四面体形，题图为NH3分子的空间结构球棍模型，错误。故选C。 答案　C 3.(2022·高考山东卷)O、O的半衰期很短，自然界中不能稳定存在。人工合成反应如下：O＋He→O＋X，O＋He→O＋Y。下列说法正确的是(　　) A.X的中子数为2 B.X、Y互为同位素 C.O、O可用作示踪原子研究化学反应历程 D.自然界不存在O2、O2分子是因其化学键不稳定 解析　根据质量守恒可知，X微粒为He，Y微粒为He，据此分析解题。A.由分析可知，X微粒为He，根据质量数等于质子数加中子数可知，该微粒的中子数为4，A错误；B.由分析可知，X微粒为He，Y微粒为He，二者具有相同的质子数而不同的中子数的原子，故互为同位素，B正确；C.由题干信息可知，O与O的半衰期很短，故不适宜用作示踪原子研究化学反应历程，C错误；D.自然界中不能稳定存在O2与O2，并不是其化学键不稳定，而是由于O与O的半衰期很短，很容易发生核变化，转化为其他原子，D错误。故选B。 答案　B 5.(1)(2022·高考山东卷)基态Ni原子的价电子排布式为____________。 (2)(2022·高考湖南卷)基态Se原子的核外电子排布式为[Ar]____________________。 (3)(2022·高考海南卷)基态O原子的电子排布式为____________________，其中未成对电子有________个。 (4)(2022·高考全国乙卷)氟原子激发态的电子排布式有________，其中能量较高的是________(填标号)。 a.1s22s22p43s1 b.1s22s22p43d2 c.1s22s12p2 d.1s22s22p33p2 (5)(2022·高考全国甲卷)基态F原子的价电子排布图(轨道表示式)为_______________。 (6)(2022·高考北京卷)Fe2＋价层电子排布式为________。 (7)(2022·高考河北卷)基态S原子的价电子中，两种自旋状态的电子数之比为_______。 答案　(1)3d84s2　(2)3d104s24p4　(3)1s22s22p4(或[He]2s22p4)　2　(4)ad　d (5) 　(6)3d6　(7)1∶2(或2∶1) $$