第10讲 原子结构 原子核外电子排布-【名师大课堂】2025年高考化学艺术生总复习必备（word教师用书）

第10讲　原子结构　原子核外电子排布 考点一　原子结构与核素、同位素 1．原子结构 (1)原子的构成离子。 (2)构成原子或离子的微粒间的数量关系。 ①质量数(A)＝质子数(Z)＋中子数(N)。 ②原子中：质子数＝核电荷数＝核外电子数＝　原子序数　。 ③阳离子的核外电子数＝质子数　－　阳离子所带电荷数。 ④阴离子的核外电子数＝质子数　＋　阴离子所带电荷数。 (3)表示方法。 2．核素、同位素 (1)核素：具有一定数目质子和一定数目中子的一种原子。 (2)同位素。 ①概念：　质子数　相同而　中子数　不同的同一元素的不同原子互称为同位素，即同一元素的不同核素互称为同位素。 ②同一元素的各同位素虽然质量数不同，但它们的化学性质　基本相同　。 ③天然存在的同位素，相互间保持一定的比率。 ④同位素的“六同三不同”。 1.原子结构 原子由原子核和核外电子构成，原子核由质子和中子构成，原子的核外电子排布遵循一定规律，但在有些情况下，也存在一些特例，需要特别注意： (1)原子中不一定都含有中子，如H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)易失去1个电子形成＋1价阳离子的原子不一定是金属原子，如氢原子失去1个电子形成H＋； (4)元素的最高化合价不一定等于元素原子的最外层电子数，如F、O等； (5)形成稳定结构的离子最外层不一定是8个电子，如H＋、Li＋等。 2．元素、核素、同位素的联系与区别 (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。如氕、氘、氚在元素周期表中都处于同一位置，氢的同位素一般可用不同的符号来表示，如H（H）、D（H）、T（H）。 (2)同位素的化学性质几乎完全相同，物理性质差异较大。 (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。如氢的三种同位素形成的氢分子有六种：H2、D2、T2、HD、HT、DT，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。 (5)同位素之间可形成不同的共价化合物分子。如水分子有H2O（普通的水）、D2O（重水）、T2O（超重水）等。H、D、T与16O、17O、18O可形成3×6＝18种水分子，它们的相对分子质量不一定相同，物理性质（如密度）有所不同，但化学性质几乎完全相同。 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 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。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；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；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；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；故答案为：B。 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，故A错误；质谱法可以测定原子的相对原子质量，87Sr和86Sr的相对原子质量不同，可以用质谱法区分，故B正确；87Sr的中子数为87－38＝49，86Sr的中子数为86－38＝48，故C正确；由题意可知，38Sr（锶）的87Sr、86Sr稳定同位素在同一地域土壤中值不变，故D正确；故选A。 考点二　原子核外电子及其排布规律 1．能层、能级与原子轨道 (1)能层(n)：在多电子原子中，核外电子的　能量　是不同的，按照电子的　能量　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　能量　也可能不同，又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，即　E(s)＜E(p)＜E(d)＜E(f)　。 (3)原子轨道：电子云轮廓图给出了电子　在核外经常出现　的区域。这种电子云轮廓图称为原子轨道。s电子的原子轨道呈　球形　，p电子的原子轨道呈　哑铃形（或纺锤形）　。 (4)能层、能级与原子轨道之间的数目关系 能层(n) 能级 最多容纳电子数 序数 符号 符号 原子轨道数 各能级 各能层 一 K 1s 1 2 2 二 L 2s 1 2 8 2p 3 6 三 M 3s 1 2 18 3p 3 6 3d 5 10 四 N 4s 1 2 32 4p 3 6 4d 5 10 4f 7 14 … … … … … … n … … … … [注意]　原子轨道数与能层序数(n)的关系为原子轨道数目＝n2，每个轨道能容纳2个电子，故每一能层最多可容纳的电子数是　2n2　。 (5)原子轨道的能量关系 ①相同能层上原子轨道能量的高低：ns＜np＜nd＜nf。 ②形状相同的原子轨道能量的高低：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的能量相等，如npx、npy、npz轨道的能量相等。 2．基态原子的核外电子排布 (1)能量最低原理 电子优先占据　能量低　的轨道，然后依次进入　能量较高　的轨道，使整个原子的能量处于　最低　状态。电子进入各能级的顺序如构造原理示意图所示： (2)泡利原理 在一个原子轨道中，最多只能容纳　2　个电子，而且它们的　自旋状态　相反。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　，而且自旋状态　相同　。如2p3的电子排布为，不能表示为或 。 [注意]　洪特规则特例：当能量相同的原子轨道在全满(p6、d10、f14)、半满(p3、d5、f7)和全空(p0、d0、f0)状态时，体系的能量最低，如24Cr的电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s1或[Ar]3d54s1，而不是1s22s22p63s23p63d44s2。 (4)核外电子排布的表示方法 ①核外电子排布式 用数字在能级符号右上角标明该能级上排布的电子数的式子。在书写电子排布式时，能层低的能级要写在左边，不能按填充顺序写，如Cu原子的核外电子排布式为　1s22s22p63s23p63d104s1　，其简化电子排布式为　[Ar]3d104s1　，而不能写成[Ar]4s13d10。 ②电子排布图 用方框表示原子轨道，用“↑”或“↓”表示自旋状态不同的电子，按电子在轨道中的排布情况书写。如S原子的电子排布图为 3．基态、激发态及光谱示意图 1．能层与能级中的数量关系 (1)一至七能层的符号分别为K、L、M、N、O、P、Q，各能层容纳的最多电子数为2n2。 (2)s、p、d、f能级中最多容纳的电子数分别为2、6、10、14。 (3)能级数等于能层序数，英文字母相同的不同能级中所能容纳的最多电子数相同。 2．能层、能级、原子轨道 能层 能级 原子轨道数 原子轨道名称 电子云轮廓图形状 K 1s 1 1s 球形 L 2s、2p 1、3 2s、2px2py、2pz 球形哑铃形 M 3s、3p、3d 1、3、5 3s、3px、3py、3pz…… 球形 哑铃形…… …… …… …… …… …… 3.能层和能级中的能量关系 4．电子排布式的书写方法 (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。 (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。 (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： (4)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，总是从能量高的能级失去电子，即失去电子的顺序是由外向里。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。如Cl－的电子排布式为1s22s22p63s23p6（得到的电子填充在最外面的3p能级上）。 5．核外电子排布式的书写注意事项 (1)在写基态原子的电子排布式时，常出现以下错误： ①（违反能量最低原理）。 ②（违反泡利原理）。 ③（违反洪特规则）。 (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，即将能层低的能级写在前，而不能按填充顺序写，如Fe： 1s22s22p63s23p63d64s2。 (3)注意比较原子核外电子排布式、简化电子排布式、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；价电子排布式：3d104s1。 （2023·全国甲卷）W、X、Y、Z为短周期主族元素，原子序数依次增大，最外层电子数之和为19。Y的最外层电子数与其K层电子数相等，WX2是形成酸雨的物质之一。下列说法正确的是(　C　) A.原子半径：X>W B．简单氢化物的沸点：X<Z C．Y与X可形成离子化合物 D．Z的最高价含氧酸是弱酸 解析：元素辨析：WX2是形成酸雨的物质之一，WX2为NO2或SO2，W的原子序数比X的小，故W是N、X是O；Y的最外层电子数与其K层电子数相等，Y的原子序数比O的大，则Y的原子结构示意图为，Y是Mg；又四种元素的最外层电子数之和为19，则Z的最外层电子数是6，结合原子序数关系知Y为S。 同周期主族元素从左到右原子半径依次减小，即r(O)<r(N)，A错误；H2O分子间形成了氢键，故H2O的沸点比H2S的沸点高，B错误；MgO为离子化合物，C正确；H2SO4是强酸，D错误。 （2024·湖北卷）主族元素W、X、Y、Z原子序数依次增大，X、Y的价电子数相等，Z的价电子所在能层有16个轨道，4种元素形成的化合物如图。下列说法正确的是(　D　) A．电负性：W>Y B．酸性：W2YX3>W2YX4 C．基态原子的未成对电子数：W>X D．氧化物溶于水所得溶液的pH：Z>Y 解析：电负性：H<S，A错误；H2SO3为弱酸，故酸性：H2SO3<H2SO4，B错误；基态H原子中未成对电子数为1，基态O原子中未成对电子数为2，故C错误；K的氧化物溶于水可产生KOH，溶液pH>7，S的氧化物溶于水生成H2SO3或H2SO4，溶液pH<7，故D正确。 学科网（北京）股份有限公司 $$