2025届高三化学一轮复习　原子结构　原子核外电子排布　知识点突破讲义

高考专题　原子结构　原子核外电子排布　知识点突破　　 课标解读 1.知道元素、核素的含义，知道1～36号元素基态原子核外电子的排布。 2．知道原子核外电子的能级排布顺序，了解原子核外电子排布的构造原理。 3．认识基态原子中核外电子的排布遵循能量最低原理、泡利原理和洪特规则等。 原子结构　核素和同位素 必备知识·梳理夯实 知识梳理 1．原子结构 (1)构成原子的微粒及作用 ①决定元素种类的是 质子数(核电荷数)　 ②决定元素化学性质的是 最外层电子数　 ③决定原子种类的是 质子数和中子数　 ④决定原子相对质量的是 质子数和中子数　 (2)原子结构中微粒之间的关系 [微点归纳]　①对于阳离子Xn＋：核外电子数＝质子数－阳离子所带的电荷数＝Z－n； ②对于阴离子Xm－：核外电子数＝质子数＋阴离子所带的电荷数＝Z＋m。 ③微粒符号周围数字的含义 2．元素、核素、同位素、同素异形体 (1)同素异形体 同种元素组成的不同 单质　，比如白磷与红磷，石墨、金刚石与C60，O2与O3等。 (2)元素、核素、同位素 ①关系图示： ②同位素的特征：“六同三不同”。 ③氢元素的三种核素 H：名称为 氕　，不含中子； H：用字母 D　表示，名称为 氘　或重氢； H：用字母 T　表示，名称为 氚　或超重氢。 ④常见的重要核素及其应用 核素 235 92U 14 6C　 H(D) H(T) 18 8O 用途 用于制造 核燃料 用于考古断代 (测定文物年代) 制 氢弹　 示踪 原子 [微点归纳]　(1)由于同位素的存在，核素的种数远大于元素的种类。现行元素周期表已发现的元素有118种，核素的种数远大于118种。 (2)同一元素的各种核素的中子数不同，质子数相同，化学性质几乎完全相同，物理性质差异较大；同一元素的各种稳定核素在自然界中所占的原子百分数(丰度)不变。 (3)原子不一定都有中子，如H。 (4)质子数相同的微粒不一定属于同一种元素，如F与OH－。 (5)不同核素可能具有相同的质子数，如H、H；也可能具有相同的中子数，如C、O；也可能具有相同的质量数，如C、N。 (6)一种元素可以有多种核素，也可能只有一种核素。 (7)同位素之间的转化，既不是物理变化也不是化学变化，是核反应。 (8)同位素是指同一元素的不同核素之间的关系，同素异形体是指同一元素的不同单质之间的关系，同分异构体是具有同分异构现象的化合物之间的关系。 区分时抓住概念的关键点——研究对象：同位素——原子，同素异形体——单质，同分异构体——化合物。 (9)只有核素才有质量数，质量数不适用于元素。质量数可以视为核素的近似相对原子质量。 (10)不同核素之间的转化属于核反应，原子核发生了变化，该过程不属于化学反应。 3．“四量”比较 原子质量 原子的相对 原子质量 元素的相对 原子质量 质量数 定 义 一个原子的真实质量 一个原子的真实质量与一个 12 6C原子质量　的的比值 该元素各种核素原子的相对原子质量与其在自然界中所占原子个数百分比的乘积之和 一个原子核内质子数与 中子数　之和 实 例 一个16 8O原子的质量是2.657×10－26 kg 16 8O的相对原子质量约为16 Ar＝Ar1a%＋Ar2b%＋…(其中a%＋b%＋…＝1) 18 8O的质量数为18 备 注 某核素的质量数可视为该核素的近似相对原子质量 4.核反应方程示例 铀-238的α衰变 U―→Th＋He 碳-14的β衰变 C―→N＋e 钋-209的α衰变 Po―→Pb＋He 卢瑟福发现质子 N＋He―→O＋H 查德威克发现中子 Be＋He―→C＋n 铀核裂变反应 U＋n―→Kr＋Ba＋3n 氘核与氚核聚变反应 H＋H―→He＋n 　　5.核反应遵循的两守恒 (1)质量数守恒：反应前后质量数之和不变。 (2)电荷数守恒：反应前后质子数之和不变。 例：碳-14的β衰变：C―→N＋e 质量数守恒表达式： 14＝14＋0　；电荷数守恒表达式： 6＝7－1　。 自主小练 1．易错辨析：正确的打“√”，错误的打“×”。 (1)中子数为10的氧原子：O。( × ) [提示]　该氧原子表示为O。 (2)两种粒子，若核外电子排布完全相同，则其化学性质一定相同。( × ) [提示]　Na＋与Ne核外电子排布完全相同，但是化学性质不同。 (3)同温、同压、同体积的CO和NO含有的质子数相等。( × ) [提示]　一分子CO含有的质子数为14，一分子NO含有的质子数为15。 (4)所有的原子中都含有质子和中子。( × ) [提示]　氕(H)有质子，但是无中子。 (5)质子数相同的原子不一定属于同一种元素。( × ) [提示]　质子数决定元素种类，质子数相同的原子属于同一种元素。 (6)2.0 g HO与D2O的混合物中所含中子数为NA。( √ ) [提示]　HO与D2O相对分子质量均为20，所含中子数均为10，故2.0 g二者的混合物中所含中子数为NA。 (7)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。( × ) [提示]　核聚变、核裂变不属于化学变化。 (8)一种元素只有一种核素，有多少种核素就有多少种原子。( × ) [提示]　一种元素可以有中子数不同的多种核素，有多少种核素就有多少种原子。 (9)质量数就是元素的相对原子质量。( × ) [提示]　质量数近似等于原子的相对原子质量。 (10)同位素的不同核素物理、化学性质完全相同。( × ) [提示]　同位素的不同核素化学性质几乎完全相同，物理性质差异较大。 (11)235 g核素U发生裂变反应：U＋nSr＋Xe＋10n，净产生的中子(n)数为10NA。( × ) (12)Cl与Cl得电子能力几乎相同。( √ ) [提示]　Cl与Cl属于同位素，物理性质不同，化学性质相同，所以Cl与Cl得电子能力几乎相同。 (13)质子数为35、中子数为45的溴原子：Br。( √ ) (14)一种核素只有一种质量数。( √ ) [提示]　核素是指具有一定数目的质子和一定数目的中子的一种原子，因此一种核素只有一种质量数。 (15)H2、D2、HD三者互为同素异形体。( × ) [提示]　同素异形体是同种元素原子构成的不同单质，H2、D2、HD为氢元素不同核素构成的同种单质，不互为同素异形体。 2．现有下列9种微粒：H、H、C、C、N、Fe2＋、Fe3＋、O2、O3。按要求完成以下各题： (1)H、H分别是氢元素的一种 核素　，它们互称为 同位素　。 (2)互为同素异形体的微粒是 O2和O3　。 (3)Fe2＋的中子数为 30　，核外电子数为 24　。 (4)上述9种微粒中有 7　种核素，含有 5　种元素。 (5)C、C的化学性质 相同　。 3．(1)H、H、H与16O、17O、18O能组成 18　种不同的水分子。 (2)有5种单核粒子，它们分别是、、＋、2＋、(“”内元素符号未写出)，则它们所属元素的种类有 3　种。 (3)1H、2H、3H三种微粒都属于 氢元素　，因为它们是具有相同 质子数　的同一类原子。 (4)在H、H、H、C、C、C、N、N中，核素、元素的种数分别为 8　种、 3　种。 (5)C、C、C的关系为 同位素　，因为它们是具有 相同的质子数和不同的中子数　的同一元素的不同原子，它们的化学性质几乎完全相同。 (6)所有的原子中都含有质子和中子吗？符号C表示的含义是什么？ [提示]　H中不含有中子，所有原子均含有质子；C表示质子数为6，中子数为6的碳原子。 (7)质子数相同的微粒一定属于同一种元素吗？ [提示]　不一定。质子数相同的粒子不一定属于同种元素，如Ne和H2O。 考点突破·训练提升 微考点1　元素、核素和同位素的概念辨析 (2024·河北衡水高三检测)稀土元素钕(Nd)是制造导弹合金材料的重要元素。下列说法正确的是( B ) A.Nd和Nd是不同核素，互为同素异形体 B.Nd和Nd的核外电子排布相同，化学性质几乎相同 C.Nd原子的中子数与质子数之差为80 D．14 g钕元素含有6 mol电子 [解析]　Nd和Nd是同种元素的不同核素，互为同位素，A错误；Nd和Nd的核外电子数均为60，核外电子排布相同，化学性质几乎相同，B正确；Nd原子的中子数为80、质子数为60，二者之差为20，C错误；元素的相对原子质量是该元素的各种天然同位素的相对原子质量和所占的物质的量分数算出的平均值，14 g钕元素对应的钕原子的物质的量并非0.1 mol，含有的电子也不是6 mol，D错误。 【对点训练】　 1．(2024·郴州模拟)铋(Bi)在医药方面有重要应用，下列关于Bi和Bi的说法正确的是( C ) A．两者互为同素异形体 B.Bi转化成Bi是化学变化 C.Bi和Bi的物理性质往往不同 D．两者分别含有126和127个质子 [解析]　Bi和Bi质子数相同，中子数不同，二者互为同位素，A错误；Bi转化成Bi中子数发生了变化，没有新物质的生成，不属于化学变化，B错误；同位素的化学性质相似，物理性质如放射性等有较大的差别，C正确；Bi的中子数为209－83＝126，Bi的中子数为210－83＝127，两者的质子数都是83，中子数分别为126、127，D错误。 2．(2024·陕西西安模拟)据科学家推测，月球的土壤吸附着百万吨的He，在地球上氦元素主要以He的形式存在，下列有关He和He的说法正确的是( D ) A．属于同一种核素 B．质量数相同 C.He与He互为同素异形体 D.He和He互为同位素 [解析]　两者的中子数不同，质量数不同，属于不同的核素，故A错误；He的质量数是3、He的质量数是4，二者质量数不同，故B错误；He和He质子数相同，中子数不同，互为同位素，故C错误，D正确。 归纳拓展： 1 判断同位素的两个要点 2 原子结构和同位素的四个认识误区 微考点2　微粒中各粒子数的关系及计算 1．(2024·天津十二区县重点校联考)氘(H)和氚(H)是氢的两种同位素，其中仅H具有放射性。下列说法正确的是( D ) A.H2O的相对分子质量为18 B.H的中子数为1 C.H2O具有放射性 D．可用质谱法区分H2和H2 [解析]　H2O的相对分子质量为2×2＋16＝20，A错误；H的质子数为1，质量数为3，则中子数为2，B错误；仅H具有放射性，H2O中不含有H，不具有放射性，C错误；H2和H2的相对分子质量分别为2、4，可用质谱法区分，D正确。 2．(2022·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( B ) 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 [思路点拨]　 [解析]　根据质量守恒定律可知，X微粒为He，Y微粒为He，根据质量数等于质子数加中子数可知，He的中子数为4，A错误；X微粒为He，Y微粒为He，两者具有的质子数相同而中子数不同，故互为同位素，B正确；由题干信息可知，O与O的半衰期很短，自然界中不能稳定存在，故不适宜用作示踪原子研究化学反应历程，C错误；自然界中不存在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，O===O的键能与形成该键的核素无关，D错误。 【对点训练】　 1．某元素R的阴离子R2－核外有a个电子，核内有b个中子，则R原子的正确表示是( D ) A.R B.R C.R D.R [解析]　某元素R的阴离子R2－核外有a个电子，则核内质子数为a－2，核内有b个中子，则R原子的质量数为a＋b－2，故R原子的正确表示是R，D项符合题意。 2．(2024·湖南长沙模拟)已知阴离子R2－的原子核内有n个中子，R原子的质量数为m，则w g R原子完全转化为R2－时，含有电子的物质的量是( D ) A. mol B. mol C. mol D. mol [解析]　R原子的质子数为m－n，其核外电子数也为m－n，所以R2－的核外电子数为m－n＋2，而w g R原子的物质的量为 mol，所以w g R原子完全转化为R2－时含有电子的物质的量为 mol，故选D。 归纳拓展： 1 “三点”提醒 (1)核外电子数相同的微粒，其质子数不一定相同，如Al3＋和Na＋、F－等，NH与OH－等。 (2)一种元素可有若干种不同的核素，也可只有一种核素，因此，核素的种类大于元素的种类。 (3)HD、HT、DT、2H2和3H2既不是同位素，也不是同素异形体，而是同位素之间形成的不同单质，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。 2 “三同”比较 同位素 同素异形体 同分异构体 研究对象 核素 单质 化合物 “同”含义 质子数相同 元素相同 分子式相同 “异”含义 中子数不同 性质不同 结构不同 微考点3　核反应方程式的书写与应用 1．(2022·河北等级考)用中子轰击X原子产生α粒子(即氦核He)的核反应为X＋n―→Y＋He。已知元素Y在化合物中呈＋1价。下列说法正确的是( A ) 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]　根据元素Y在化合物中呈＋1价及X＋n―→Y＋He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；6Y和7Y不互为同素异形体，二者互为同位素，D错误。 2．(2020·全国卷Ⅰ)1934年约里奥·居里夫妇在核反应中用α粒子(即氦核He)轰击金属原子X，得到核素Y，开创了人造放射性核素的先河： X＋He―→Y＋n 其中元素X、Y的最外层电子数之和为8。下列叙述正确的是( B ) A.X的相对原子质量为26 B．X、Y均可形成三氯化物 C．X的原子半径小于Y的 D．Y仅有一种含氧酸 [解析]　由题意得W＋4＝30＋1，则W＝27，因X为金属原子，设X的最外层电子数为x，结合题给信息可知，x＋x＋2＝8，得x＝3，则X为Al，Y为P；Al的相对原子质量为27，A项错误；X(Al)、Y(P)均可形成三氯化物，分别为AlCl3、PCl3，B项正确；根据同一周期主族元素从左到右原子半径依次减小知，X(Al)的原子半径大于Y(P)的，C项错误；Y(P)有多种含氧酸，如H3PO3和H3PO4等，D项错误。 【对点训练】　 1．(2024·湖南天壹名校联盟)查德威克通过用α粒子轰击X原子的实验发现了中子，核反应为X＋He―→Y＋n。已知X原子核内质子数比中子数少一个，已知在元素周期表中，对角线上元素的化学性质相似，如对角线上氧和氯的化学性质相似。下列说法正确的是( A ) A．X的最高价氧化物对应的水化物能与NaOH溶液反应生成盐和水 B．X单质可与强酸溶液反应，但不能与强碱溶液反应 C．Y的主族序数与X中子数相等 D．12Y和14Y互为同素异形体 [解析]　根据核反应为X＋He―→Y＋n，N＋4＝12＋1，所以N＝9，已知X原子核内质子数比中子数少一个，则Z＋(Z＋1)＝9，解得Z＝4，可知X为Be元素。4＋2＝P＋0，则P＝6，Y为C元素。X为Be元素，Be与Al属于对角线关系，元素周期表中对角线上元素的化学性质相似，Be的最高价氧化物对应的水化物具有两性，可与NaOH溶液反应生成盐和水，A正确；Be与Al化学性质相似，既可与强酸反应，又可与强碱反应，B错误；Y是C元素，位于元素周期表第二周期第ⅣA族；X中子数为9－4＝5，两者数值不相等，C错误；12Y和14Y质子数相同，都是6个，但中子数不同，分别是6、8，因此二者互为同位素，D错误。 2．(2024·湖北新高考适应性考试)C的衰变反应为C―→X＋e，其半衰期(反应物的量被消耗到其初始量的一半需要的时间)为5 730年。下列说法正确的是( D ) A.C与X互为同位素 B.C与X的中子数相同 C.C和C的价层电子数相差2 D．某考古样品中C的量应为其11 460年前的 [解析]　根据质子数守恒和质量数守恒，衰变反应为C―→N＋e，所以题中的Z＝7，X就是N。C与N两者质子数不同，不互为同位素，A错误；两者中子数分别为8、7，B错误；C和C都有4个价层电子，价层电子数相等，C错误；C经过5 730年衰变为原来的一半，再经过5 730年衰变为原来的，D正确。 原子核外电子的排布及应用 必备知识·梳理夯实 知识梳理 1．能层和能级、电子云和原子轨道 (1)能层(用n表示能层序数) 核外电子按能量不同分成能层，电子的能层由内向外排序，通常用K、L、M、N……表示，能量依次升高。每层最多容纳电子数为 2n2　，最外层电子不超过 8　个(K层为最外层时不超过2个)，次外层不超过 18　个。 (2)能级 同一能层里的电子按能量不同将其分成不同的能级，通常用 s、p、d、f　等表示；同一能层里，各能级的能量按 s、p、d、f　的顺序依次升高。 能层 (n) 一 二 三 四 五 六 七 …… 符号 K L M N O P Q …… 能级 1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p 4d 4f 5s …… …… …… …… 容纳 最多 电子 数 2 2 6 2 6 10 2 6 10 14 2 …… …… …… …… 2 8 18 32 …… …… …… 2n2 [微点归纳]　各能级所在能层的取值 ns(n≥1)，如1s、2s、…； np(n≥2)，如2p、3p、…； nd(n≥3)，如3d、4d、…； nf(n≥4)，如4f、5f、…。 (3)电子云 ①电子云是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同一原子的能层越高，s电子云半径 越大　，是由于电子的能量依次 增大　，电子在离核更远的区域出现的概率逐渐 增大　，电子云越来越向更大空间扩展。 (4)原子轨道 量子力学把电子在原子核外的一个空间运动状态(空间运动状态种类＝原子轨道数目)称为一个原子轨道，即电子在核外经常出现的区域，其中电子云轮廓图就是这种区域的描述，故这种电子云轮廓图就是 原子轨道　形象化的描述。 原子轨道 轨道形状 轨道数目 s 球形 1 p 哑铃形 3 d — 5 f — 7 　　[微点归纳]　原子轨道与能层、能级的关系解读 ①第一能层(K层)只有s能级，有1个原子轨道；第二能层(L层)有s、p两种能级，有4个原子轨道；第三能层(M层)有s、p、d三种能级，共有9个原子轨道。 ②同一能级的不同原子轨道具有相同的能量(如2px、2py、2pz的能量相同)。 ③不同能层的形状相同的原子轨道具有的能量随能层序数(n)增大而升高，如能量：1s<2s<3s等。 2．基态和激发态　原子光谱 (1)基态和激发态 ①基态原子：处于 最低能量　状态的原子。 ②激发态原子：基态原子吸收能量后，它的电子会跃迁到 较高　能级，变为激发态原子。 (2)原子光谱 不同元素原子的 电子发生跃迁　时会 吸收　或 释放　不同的光，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。利用原子光谱上的 特征谱线　来鉴定元素，称为光谱分析。 (3)基态、激发态和原子光谱的关系 3．基态原子的核外电子排布 (1)核外电子排布“三原则” [微点归纳]　核外电子排布规律的解读 (1)能量最低原理：能量最低的原子轨道指的是电子填入后使整个原子能量达到最低的轨道。 (2)洪特规则特例：当能量相同的原子轨道(简并轨道)在全满(p6、d10、f14)、半满(p3、d5、f7)或全空(p0、d0、f0)状态时，体系较稳定，体系的能量最低。例如，24Cr的电子排布式为1s22s22p63s2 3p63d54s1,29Cu的电子排布式为1s22s22p63s33p63d104s1。 (2)构造原理与电子排布式 ①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，如图所示： 注意：整个原子的能量由核电荷数、电子数和电子状态三个因素共同决定。 [微点归纳]　由构造原理可知，从第三能层开始，不同能层的能级出现“交错现象”，如E(3d)>E(4s)、E(4f)>E(5p)、E(4f)>E(6s)等，即E(ns)<E[(n－2)f]<E[(n－1)d]<E(np)，其中n表示能层序数。 ②电子排布式(书写时，能层低的能级写在左侧，不能完全按构造原理顺序书写) 电子排布式是表示原子核外电子排布的一种式子。根据 能量最低原理　按能级进行排序，进而在ns、np、nd等符号的右上角用数字表示出该能级的 电子　的数目。例如，基态Cu原子： 1s22s22p63s23p63d104s1　，其简化电子排布式： [Ar]3d104s1　。 ③价层电子排布式 为突出化合价与电子排布的关系，将在化学反应中可能发生 变动　的能级称为价电子层(简称价层)。Fe的简化电子排布式为 [Ar]3d64s2　，价层电子排布式为 3d64s2　。 (3)电子排布的轨道表示式(又称电子排布图) 轨道表示式是表述电子排布的一种图式，在轨道表示式中，用方框(或圆圈)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　(或未成对电子)。箭头同向的单电子称自旋 平行　。 [微点归纳]　三类电子排布式的比较 项目 表示方法 应用示例 (以磷原子为例) 电子 排布式 用能级符号右上角数字表示该能级的电子数 1s22s22p63s23p3 简化电子 排布式 用稀有气体结构代替已充满的能层(电子层) [Ne]3s23p3 价层电子 排布式 原子在参与化学反应时能够用于成键的电子排布，主族元素价电子排布就是最外层电子排布 3s23p3 自主小练 1．易错辨析：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)2p和3p轨道形状均为哑铃形，能量也相等。( × ) (3)电子发生跃迁可形成吸收光谱或发射光谱。( √ ) (4)基态原子电子能量的高低顺序为E(1s)<E(2s)<E(2px)<E(2py)<E(2pz)。( × ) (5)N的价层电子轨道表示式违反了泡利不相容原理。( × ) (6)铁元素基态原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p64s23d6。( × ) (7)p能级能量一定比s能级的能量高。( × ) [提示]　同能层p能级的能量比同能层s能级的能量高；若是不同能层，p能级的能量不一定比s能级的能量高，如2p<3s。 (8)同一原子中，2p、3p、4p能级的轨道数依次增多。( × ) [提示]　2p、3p、4p能级的轨道数均为3。 (9)原子核外的电子像云雾一样笼罩在原子核周围，故称为电子云。( × ) [提示]　电子云为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。 (10)电子云图中的一个小点就是一个电子。( × ) [提示]　电子云图中的一个小点并不代表一个电子，也不表示电子在此位置出现过一次，电子云图中小点的疏密程度表示电子在原子核外出现的概率大小。 (11)6C的电子排布式1s22s22p违反了洪特规则。( √ ) [提示]　6C原子2p能级有3个能量相同的原子轨道，最后2个电子应该以自旋状态相同的方式分布在两个不同的2p轨道上，违反了洪特规则。 (12)基态磷原子的电子排布图为 。( × ) (13)1～36号元素中，基态原子未成对电子数最多的是Cr元素。( √ ) (14)基态Zn原子的电子排布式为[Ar]4s23d10。( × ) (15)电子排布式(22Ti)1s22s22p63s23p10违反了能量最低原理。( × ) [提示]　22Ti的3p能级共有3个轨道，最多可以排6个电子，如果排10个电子，则违反了泡利原理。 (16)基态砷原子的核外电子排布式为[Ar]4s24p3。( × ) [提示]　基态砷原子的核外电子排布式为[Ar]3d104s24p3。用简化的电子排布式书写过渡元素右侧的主族时一定要注意3d上的电子不能丢。 (17) 表示的原子能量处于最低状态。( × ) [提示]　因为2p轨道中的电子排布不遵循洪特规则，故不符合能量最低原理。 2.(1)已知某粒子的结构示意图为。试回答： ①当x－y＝10时，该粒子为 原子　(填“原子”“阳离子”或“阴离子”)。 ②当y＝8时，粒子可能为(填粒子符号) Ar　、 Cl－　、 S2－　、 K＋　、 Ca2＋　。(合理即可) ③写出y＝3与y＝7的元素最高价氧化物对应水化物间发生反应的离子方程式： Al(OH)3＋3H＋===Al3＋＋3H2O　。 (2)如图是s能级和p能级的原子轨道图，试回答下列问题： ①s电子的原子轨道呈 球　形，每个s能级有 1　个原子轨道；p电子的原子轨道呈 哑铃　形，每个p能级有 3　个原子轨道。 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 2p　电子，其电子云在空间有 三个互相垂直的伸展　方向；元素X的名称是 氮　，它的简单氢化物的电子式是。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 S　，基态原子的电子排布图为 。 [提示]　(2)①s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。②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；氮元素的简单氢化物是氨气，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，其基态原子的电子排布图为。 (3)某元素的基态原子价电子排布式为3d104s1，该元素符号是 Cu　，原子中所有电子占有 15　个原子轨道，核外共有 29　个不同运动状态的电子。 [提示]　某元素的基态原子价电子排布式为3d104s1，基态原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s1，原子核外电子数为29，是29号Cu元素；原子中所有电子占有15个原子轨道，核外共有29个不同运动状态的电子。 (4)写出下列原子(或离子)核外电子排布的表示方法。 ①Mn的电子排布式： 1s22s22p63s23p63d54s2　； ②Cu的简化电子排布式： [Ar]3d104s1　； ③Fe的电子排布图： ； ④Fe的原子结构示意图： 　； 考点突破·训练提升 微考点1　原子核外电子排布的规范表示 1．(2024·河北衡水高三检测)氧是地壳中含量最多的元素，下列有关基态氧原子的表述不规范的是( C ) A.核外电子排布式：1s22s22p4 B.价电子排布式：2s22p4 C.轨道表示式： D.原子结构示意图： [解析]　基态氧原子核外有8个电子，其核外电子排布式为1s22s22p4，价电子排布式为2s22p4，原子结构示意图为，根据洪特规则和泡利原理，其轨道表示式为，C错误。 2.(2024·河北石家庄检测)(1)新型半导体材料如碳化硅(SiC)、氮化镓(GaN)等在国防技术、航空航天及5G技术等领域扮演着重要的角色。回答下列问题。 基态Si原子中，核外电子占据的最高能层的符号为 M　，占据最高能级的电子的电子云轮廓图形状为 哑铃(纺锤)形　；基态Ga原子的核外电子排布式为[Ar]3d104s24p1，其转化为下列激发态时，吸收能量最少的是 B　(填字母)。 (2)(2024·上海交大附中模拟)碘元素在元素周期表中的位置为 第五周期第ⅦA族　，碘基态原子价电子的电子排布式为 5s25p5　。价电子共占据 4　个轨道。 [解析]　(1)基态Si原子中，核外电子占据三个能层，其中最高能层的符号为M，占据最高能级为p能级，电子的电子云轮廓图形状为哑铃形；基态Ga原子的核外电子排布为[Ar]3d104s24p1，其转化为激发态且吸收能量最少，则基态原子镓的电子进入高能级的电子最少，电子从基态进入高能级电子由多到少的顺序为C>B，A、D违反洪特规则，所以所需能量最少的为B。 (2)碘是53号元素，其在周期表中的位置是第五周期第ⅦA族，碘基态原子价电子排布式为5s25p5；共占据1个s轨道、3个p轨道，共4个轨道。 归纳拓展： 1 基态原子核外电子排布的表示方法(以基态磷原子为例) 2 核外电子排布的常见错误 3 判断核外电子的空间运动状态 【对点训练】　 1.下列关于能层与能级的说法正确的是( B ) A.同一原子中，符号相同的能级上排布电子的能量一定相同 B.任意能层的能级总是从ns能级开始，且能级总数一定等于该能层序数 C.同样是p能级，在不同的能层中所容纳的最多电子数是不同的 D.多电子原子中，同一能层上排布电子的能量一定相同 [解析]　同一原子中，符号相同的能级上排布电子的能量不一定相同，如1s、2s、3s、4s能级上排布电子的能量逐渐升高，A错误；任意能层的能级总是从ns能级开始，np、nd、nf能级不一定存在，但能级总数一定等于该能层序数，B正确；np能级在任何能层最多排布电子数均为6，C错误；多电子原子中，同一能层可能有ns、np、nd等能级，不同能级上排布电子的能量不同，D错误。 2.下列描述碳原子结构的化学用语正确的是( C ) A.碳-12原子：C B.原子结构示意图： C.原子核外能量最高的电子云轮廓图呈哑铃形 D.原子的轨道表示式： [解析]　元素符号的左下角表示质子数，左上角表示质量数，则碳-12原子可表示为C，A错误；碳原子结构示意图为，B错误；碳原子核外能量最高的电子在p能级，电子云轮廓图呈哑铃形，C正确；根据核外电子排布规则可知，该原子的轨道表示式为，D错误。 微考点2　基态、激发态及能量的比较 1．(2024·山东青岛高三检测)北京冬奥会开幕式上，璀璨的焰火表演光彩夺目、高潮迭起，令观众大饱眼福，惊叹不已。其中焰火的色彩与锂、钠等金属原子核外电子跃迁有关。下列Li原子轨道表示式表示的状态中，能量最高的为( C ) [解析]　原子核外电子排布中，如果电子所占的轨道能级越高，该电子能量越高，原子能量越高，根据题图知，电子能量最低的是1s能级，能量较高的是2s、2p能级，2p能级电子的能量高于2s能级电子的能量，故C符合题意。 2.(2022·全国乙卷)氟原子激发态的电子排布式有 a、d　，其中能量较高的是 d　。(填标号) a.1s22s22p43s1 B.1s22s22p43d2 c.1s22s12p5 D.1s22s22p33p2 [解析]　基态F原子核外有9个电子，其基态原子电子排布式为1s22s22p5，核外电子总数为9，故属于激发态的有a和d；由于3p能级的能量高于3s能级，故能量较高的是d。 【对点训练】　 1.(2024·河北衡水高三检测)下列说法正确的是( D ) A.金属钠的焰色是黄色，它的产生与电子的跃迁吸收能量有关 B.4s电子能量较高，总是在比3s电子离核更远的地方运动 C.氢原子核外只有一个电子，它产生的原子光谱中只有一根或明或暗的线 D.光谱分析就是利用原子光谱上的特征谱线来鉴定元素 [解析]　光的产生与电子的跃迁释放能量有关，A错误；同一原子的能层越高，电子的能量越高，s电子云半径越大，电子在离核更远的区域出现的概率越大，并不是4s电子总比3s电子在离核更远的地方运动，B错误；氢原子核外只有一个电子，但它的激发态存在多种情况，当电子跃迁回较低状态时释放能量，发出多条不同波长的光，所以它产生的原子光谱中不只有一根或明或暗的线，故C错误；不同元素原子的吸收光谱或发射光谱不同，常利用原子光谱上的特征谱线来鉴定元素，故D正确。 2.(2024·山东实验中学检测)下列有关原子光谱的说法不正确的是( B ) 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 [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又有吸收光谱，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。 3.(2024·河北高三检测)下列碳原子轨道表示式表示的状态中能量关系正确的是( D ) A.①＝②＝③＝④ B.③>④>①>② C.④>③>①＝② D.②>①>④>③ [解析]　电子能量为1s<2s<2p，则2p轨道上电子越多，1s、2s轨道上电子越少，其能量越高，则能量由高到低的顺序是②>①>④>③，故合理选项是D。 归纳拓展： 1 电子能量高低的比较 2 判断原子核外电子的运动状态 (1)描述原子核外电子运动状态有4个参数：能层、能级、原子轨道和自旋方向； (2)原子核外不同电子的运动状态不同，故核外电子的运动状态种类＝核外电子总数。 微考点3　等电子粒子的判断与应用 1.(2023·天津十二重点中学高三联考)短周期主族元素R、X、Y、Z的原子序数依次增大，由这些元素组成的物质之间的转化关系如图所示，其中c、d为单质，a、b、g为二元化合物。b是10电子分子，g是18电子分子。下列说法正确的是( D ) A.同温同浓度的e和f溶液，后者pH较大 B.含X、R、Z三种元素的化合物只有一种 C.0.1 mol的d与足量的e溶液反应转移电子数约为1.204×1023 D.e和f所含化学键类型相同 [解析]　由题中转化关系和条件可知，a应为氯化钠，b是10电子分子，则b为H2O；题中通电过程实际是电解饱和氯化钠溶液生成H2、Cl2和NaOH，c、d为单质，且两者能反应生成18电子的物质g，g应为HCl；d还可以与e反应，由此推出d应是Cl2，c是H2；Cl2可与NaOH反应生成NaCl、NaClO和H2O，所以f为NaClO；则短周期主族元素R、X、Y、Z分别是H、O、Na、Cl。e为NaOH，其水溶液呈强碱性，而f为NaClO，水解使溶液显碱性，则同温同浓度的两种溶液中，前者pH大，A项错误；含O、H、Cl三种元素的化合物有很多，如HClO、HClO3、HClO4等，B项错误；Cl2与NaOH反应生成NaCl、NaClO和H2O，则0.1 mol的Cl2参加反应时，转移电子数为0.1NA，即6.02×1022个电子，C项错误；e为NaOH，f为NaClO，两者所含化学键均为离子键与极性共价键，D项正确。 2.(2024·湖北黄冈检测)已知A、B、C、D是中学化学中常见的四种不同粒子，它们之间存在如图所示的转化关系(反应条件已略去)： (1)如果A、B、C、D均是10电子的粒子，且C的水溶液呈碱性，请写出A、D的电子式： 、。 (2)如果A和C是18电子的粒子，B和D是10电子的粒子。 ①A与B在溶液中反应的离子方程式为 HS－＋OH－===S2－＋H2O(或H2S＋OH－===HS－＋H2O)　。 ②根据上述离子方程式，可以判断C与B结合质子的能力大小是 OH－>HS－(或OH－>S2－)　(用化学式或离子符号表示)。 [解析]　(1)由C的水溶液呈碱性可知C为NH3，A为NH，与NH反应生成NH3的应为OH－，所以B、D分别为OH－、H2O。 (2)在常见的18电子微粒中，由中和反应易想到H2S＋OH－===HS－＋H2O(或HS－＋OH－===S2－＋H2O)的反应，故B为OH－，C为HS－(或S2－)，根据离子方程式，结合质子的能力：OH－>HS－(或OH－>S2－)。 归纳拓展： 等电子微粒 1 常见10电子微粒 10电子微粒间的转化： 若A、B、C、D均为10电子微粒，且它们之间存在如图转化： 图中的常见转化是NH＋OH－NH3↑＋H2O，即A为NH、B为OH－、C为NH3、D为H2O。 2 常见18电子微粒 3 质子数和核外电子数分别相等的两种微粒关系 (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NH、H3O＋。 (4)可以是两种带电荷数相同的阴离子，如OH－、F－。 【对点训练】　 1.(2024·福建漳州高三起点检测)如图所示，a、b、c均为非金属单质，d、e均为含有10个电子的共价化合物，且分子中所含原子个数：d>e，f为离子化合物。则下列说法错误的是( C ) A.常温下，单质a呈气态 B.单质c具有强氧化性 C.稳定性：d>e D.f受热易分解为d和e [解析]　非金属单质形成的含有10个电子的共价化合物有CH4、NH3、H2O、HF。由于f为离子化合物且分子中所含原子个数d>e，则d是NH3，e是HF，f是NH4F。因此a、b、c分别是N2、H2、F2。根据非金属性F>N可知，HF的稳定性强于NH3，故C错误。 2.(2024·四川自贡检测)A＋、B＋、C－、D、E五种粒子(分子或离子)中，每个粒子均有10个电子，已知： a.A＋＋C－===D＋E↑；b.B＋＋C－===2D。 请回答： (1)C－的电子式是。 (2)A＋中的键角为 109°28′　。 (3)分别写出A＋和D反应、B＋和E反应的离子方程式： NH＋H2ONH3·H2O＋H＋　、 H3O＋＋NH3===NH＋H2O　。 (4)除D、E外，请再写出两种含10个电子的分子的分子式： CH4、Ne(合理即可)　。 (5)除A＋、B＋外，请再写出两种含10个电子的阳离子： Na＋、Mg2＋(合理即可)　。 [解析]　本题中五种粒子均有10个电子是解题的突破口。依据已有的元素与化合物知识可知，10电子的粒子中，原子有Ne；阴离子有N3－、O2－、F－、OH－、NH，阳离子有Na＋、Mg2＋、Al3＋、NH、H3O＋；分子有CH4、NH3、H2O、HF。根据题意有：a.A＋＋C－===D＋E↑，推知A＋应为NH、C－为OH－、D为H2O、E为NH3，将其结果代入b.B＋＋C－===2D，可推知B＋应为H3O＋。 真题演练·明确考向 命 题 分 析 近几年高考以最新的科技成果为背景，考查原子结构、核素知识，直接考查电子排布式和轨道表示式(电子排布图)的书写，利用核外电子排布推断元素。 真 题 演 练 1.(2023·北京，2,3分)下列化学用语或图示表达正确的是( C ) A.NaCl的电子式为 B.NH3的VSEPR模型为 C.2pz电子云图为 D.基态24Cr原子的价层电子轨道表示式为 [解析]　NaCl为离子化合物，电子式为Na＋，A错误；NH3的VSEPR模型为四面体形，B错误；pz为沿z轴的p轨道，电子云轮廓图是哑铃状的，C正确；基态24Cr原子的价层电子排布式为3d54s1，故轨道表示式为，D错误。 2.(2023·湖南，2,3分)下列化学用语表述错误的是( C ) 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，错误。 3.(2023·浙江1月选考，3,3分)下列化学用语表示正确的是( C ) A.中子数为18的氯原子：Cl B.碳的基态原子轨道表示式： C.BF3的空间结构： (平面三角形) D.HCl的形成过程： [解析]　中子数为18的氯原子的质量数为17＋18＝35，A项错误；由洪特规则知，基态碳原子2p轨道上的2个电子应分占两个轨道，B项错误，BF3分子中B原子的价层电子对数为3，杂化方式为sp2，故BF3的空间结构为平面三角形，C项正确；HCl为共价化合物，D项错误。 4.(2022·河北，6,3分)中子轰击X原子的核反应为X＋n→Y＋H，其中Y可用于测定文物年代。下列说法错误的是( C ) A.原子半径：Y＞X B.YH的电子式为 C.最高价含氧酸的酸性：Y＞X D.X与Y均能形成多种氢化物 [解析]　C可用于测定文物年代，结合题给核反应可知Y为C、X为N。原子半径：Y>X，A正确；CH的电子式为，B正确；最高价含氧酸的酸性：HNO3>H2CO3，C不正确；碳元素与氢元素可以形成多种烃，氮元素与氢元素可以形成NH3、N2H4等，D正确。 5.(2022·北京，3,3分)38Sr(锶)的87Sr、86Sr稳定同位素在同一地域土壤中87Sr/86Sr值不变。土壤生物中87Sr/86Sr值与土壤中87Sr/86Sr值有效相关。测定土壤生物中87Sr/86Sr值可进行产地溯源。下列说法不正确的是( A ) A.Sr位于元素周期表中第六周期、第ⅡA族 B.可用质谱法区分87Sr和86Sr C.87Sr和86Sr含有的中子数分别为49和48 D.同一地域产出的同种土壤生物中87Sr/86Sr值相同 [解析]　Sr位于元素周期表中第五周期、第ⅡA族，A不正确；87Sr与86Sr相对原子质量不同，可用质谱法区分，B正确；Sr原子质子数为38，则87Sr和86Sr的中子数分别为87－38＝49、86－38＝48，C正确；同一地域土壤中87Sr/86Sr值不变，所以同一地域产出的同种土壤生物中87Sr/86Sr值相同，D正确。 6.(2023·全国乙·35题节选)中国第一辆火星车“祝融号”成功登陆火星。探测发现火星上存在大量橄榄石矿物(MgxFe2－xSiO4)。回答下列问题： 基态Fe原子的价电子排布式为 3d64s2　。橄榄石中，各元素电负性大小顺序为 O>Si>Fe>Mg　，铁的化合价为 ＋2　。 [解析]　基态Fe原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2，则其价电子排布式为3d64s2；一般非金属元素的电负性大于金属元素，金属元素的金属性越强，其电负性越小，非金属元素的非金属性越强，其电负性越大，则电负性：O>Si>Fe>Mg；橄榄石矿物中Mg元素的化合价为＋2价，Si元素的化合价为＋4价，O元素的化合价为－2价，设铁元素的化合价为a，根据化合物中各元素正、负化合价代数和为0，有2x＋a(2－x)＋4＋(－2)×4＝0，则a＝＋2。 本讲要点速记： 1.牢记一种符号：。A表示质量数，Z表示质子数，X表示元素符号，m表示化合价数，a表示电荷数，b表示粒子中所含的原子数。 2.熟记“两素”“三同”：元素、核素；同位素、同素异形体、同分异构体。 3.书写基态原子核外电子排布式的三条原理 (1)能量最低原理 (2)泡利原理 (3)洪特规则 4.掌握原子中的两种关系 (1)质子数＝核电荷数＝核外电子数＝原子序数 (2)质量数(A)＝质子数(Z)＋中子数(N) 5.基态原子核外电子排布的顺序 1s2s2p3s3p4s3d4p5s4d5p6s4f5d6p7s5f6d7p 6.熟记3种最外层电子的排布特征 (1)最外层有3个未成对电子的为ns2np3。1～36号元素中分别为N、P、As。 (2)最外层有2个未成对电子的可能是ns2np2、ns2np4。短周期元素中分别为C、Si和O、S。 (3)最外层有一个未成对电子的可能是ns1、ns2np1、(n－1)d5ns1、(n－1)d10ns1、ns2np5。第四周期中的对应元素有K、Ga、Cr、Cu、Br。 7.“两原理，一规则”的正确理解 (1)原子核外电子排布符合能量最低原理、洪特规则和泡利原理，若违背其一，则原子能量不处于最低状态。 (2)半充满、全充满状态的原子结构稳定，即ns2、np3、np6、nd5、nd10等处于相对稳定结构状态。如Cr：[Ar]3d54s1、Mn：[Ar]3d54s2、Cu：[Ar]3d104s1、Zn：[Ar]3d104s2。 (3)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，而失电子时，却先失4s轨道上的电子，如Fe3＋：1s22s22p63s23p63d5。 学科网（北京）股份有限公司 $$