专题5 第20讲 原子结构 核外电子排布规律(Word教参)-【精讲精练】2026年高考化学一轮复习（苏教版）

第20讲　原子结构　核外电子排布规律 [课程标准]　1.能说明微观粒子的运动状态与宏观物体运动特点的差异。2.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电子排布图，并说明含义。 考点一　原子结构、核素、同位素 1．构成原子的微粒及作用 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。 3．一个信息丰富的符号 4．元素、核素、同位素 (1)元素、核素、同位素的关系 (2)同位素的特征 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各核素所占的原子百分数一般不变。 (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 92U 6C H H 8O 用途 核燃料 用于考古断代 制氢弹 示踪原子 　正确的打“√”，错误的打“×”。 1．一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(　　) 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(　　) 6．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(　　) 答案　1.√　2.×　3.×　4.×　5.×　6.√ 题组1　“三素”“两同”概念辨析 1．铅同位素的研究最初为模式年龄定年和探讨成矿物质来源的示踪。自然界中82Pb有204Pb、206Pb、207Pb、208Pb 4种同位素，其中206Pb、208Pb为放射性成因同位素，由U、Th放射性衰变产生。下列说法错误的是(　　) A．元素发生放射性衰变，会有新的粒子产生 B．可用质谱法区分238U和232Th C．206Pb含有的中子数和质子数之差为124 D．铅的4种同位素属于铅的4种不同核素 解析　由题干信息可知，206Pb、208Pb为放射性成因同位素，由U、Th放射性衰变产生，根据质量守恒可知，元素发生放射性衰变，会有新的粒子产生，A正确；238U和232Th的相对原子质量不同，故可用质谱法区分238U和232Th，B正确；206Pb含有的中子数和质子数之差为(206－82)－82＝42，C错误；具有一定数目的质子和一定数目的中子的一种原子即为一种核素，故铅的4种同位素属于铅的4种不同核素，D正确。 答案　C 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________，它们互称为________。 (2)互为同素异形体的微粒是________。 (3)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。 解析　(1)H、H分别是氢元素的一种核素；H、H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)O2和O3是同种元素组成的不同单质，互为同素异形体。 (3)Fe2＋的中子数为56－26＝30，核外电子数为26－2＝24。 答案　(1)核素　同位素　(2)O2、O3　(3)30　24　(4)7　5 题组2　微粒中粒子数的计算 3．(1)1 mol HO与1 mol D2O中子数之比为________。 (2)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_______________________________________。 解析　(2)质量数＝质子数＋中子数，则R的质子数为(m－n)，故R2－的核外电子数为(m－n＋2)，w g R原子的物质的量为＝ mol，所以w g R2－含有电子的物质的量为 mol×(m－n＋2)＝ mol。 答案　(1)1∶1　(2) mol 题组3　利用核反应式确定元素 4．(2023·河北邢台高三开学考试)约里奥—居里夫妇用α粒子轰击X和Y两种元素，获得人工放射性元素——7N和P，两位科学家因此获得诺贝尔化学奖，其核反应为：X＋He→7N＋n和Y＋He→P＋n。下列有关说法错误的是(　　) A．X、Y属于同族元素 B.Y的中子数为14 C.P和P互为同位素 D．以上反应及生成的各粒子均表示核素 解析　根据b＋4＝13＋1，a＋2＝7＋0，经过计算X为5B，同理Y为Al，X、Y属于同族元素，A正确；Y为Al，Y的中子数＝质量数－质子数＝27－13＝14，B正确；同位素是指质子数相同而中子数不同的核素，P和P互为同位素，C正确；n表示中子，不属于核素，D错误。 答案　D 核反应遵循的两守恒 (1)反应前后质量数之和不变。 (2)反应前后质子数之和不变。　 考点二　核外电子运动状态与排布原理 1．核外电子运动状态 核外电子按能量不同分成能层，同一能层的电子，还被分成不同能级。量子力学把电子在原子核外的一个空间运动状态称为一个原子轨道。 (1)填写下表，熟悉原子核外能层、能级、原子轨道之间的关系。 能层(n) 一 二 三 四 能层符号 K L M N 能级符号 1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p 4d 4f 各能级原子轨道数 1 1 3 1 3 5 1 3 5 7 各能层原 子轨道数 1 4 9 16 最多容纳 电子数 2 8 18 32 (2)能量关系 ①同一能层各能级能量顺序：E(ns)＜E(np)＜E(nd)＜E(nf)。 ②形状相同的原子轨道能量的高低：E(1s)＜E(2s)＜E(3s)＜E(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。 (3)常用电子云轮廓图的形状和取向来表示原子轨道的形状和取向。s电子云轮廓图呈球形、p电子云轮廓图呈哑铃形。p电子云有3种伸展方向。 2．基态与激发态　原子光谱 (1)基态原子：处于最低能量状态的原子。 激发态原子：基态原子吸收能量，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，用光谱仪记录下来便得到原子光谱。利用原子光谱上的特征谱线可以鉴定元素，称为光谱分析。 3．基态原子核外电子排布依据 (1)能量最低原理 原子的核外电子排布遵循构造原理，使整个原子的能量处于最低状态。 (2)泡利原理 1个原子轨道里最多容纳2个电子，且自旋方向相反。 如2s轨道上的电子排布为，不能表示为。 (3)洪特规则 ①电子排布在同一能级的不同轨道时，总是优先单独占据一个轨道，且自旋方向相同。如2p3的电子排布为，不能表示为或。 ②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。 4．基态原子核外电子排布的表示方法 表示方法 举例(以S原子为例) 电子排布式 1s22s22p63s23p4 简化电子 排布式　 [Ne]3s23p4 电子排布 图(轨道表示式) 价电子排布式 3s23p4 核外电子排布中的常见错误 (1)在书写基态原子的轨道表示式时，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)； ④(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，如Fe：1s22s22p63s23p63d64s2，而失电子时，却先失4s轨道上的电子，如Fe3＋：1s22s22p63s23p63d5。 　正确的打“√”，错误的打“×”。 1．p能级能量不一定比s能级的能量高(　　) 2．Fe的基态原子的电子排布式为1s22s22p63s23p64s23d6(　　) 3．22Ti的电子排布式1s22s22p63s23p10违反了能量最低原理(　　) 4．表示的原子能量处于最低状态(　　) 5．1s22s12p1表示的是激发态原子的电子排布(　　) 6．某些金属及其化合物在燃烧时会产生特殊的颜色，是由于电子跃迁时能量以一定频率的光释放出来(　　) 答案　1.√　2.×　3.×　4.×　5.√　6.√ 题组1 核外电子的运动状态及排布式的书写 1.下列Li原子轨道表示式表示的状态中，能量最低和最高的分别为________、________(填字母)。 解析　根据核外电子排布规律可知Li的基态原子核外电子排布式为1s22s1，则D中能量最低；选项C中有2个电子处于2p能级上，能量最高。 答案　D　C 2．(1)基态硅原子最外层电子的轨道表示式为________________________________。 (2)铜或铜盐的焰色试验为绿色，该光谱是______(填“吸收光谱”或“发射光谱”)。 (3)钾发生焰色试验的原因是__________________________________________________ ________________________________________________________________________。 答案　(1) 　(2)发射光谱 (3)电子由较高能量的激发态跃迁到较低能量的激发态或基态时，以光的形式释放能量 题组2　判断电子的运动状态 3．(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Cu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 题组3　元素推断 4．(1)A元素基态原子的最外层有3个未成对电子，次外层有2个电子，其元素符号为________；其基态原子价层电子的轨道表示式为________。 (2)E元素基态原子的M层全充满，N层没有成对电子且只有一个未成对电子，E的元素符号为________，其基态原子的核外电子排布式为________。 (3)元素D的正三价离子的3d能级为半充满，D的元素符号为________，其基态原子的核外电子排布式为________。 答案　(1)N　 (2)Cu　1s22s22p63s23p63d104s1(或[Ar]3d104s1) (3)Fe　1s22s22p63s23p63d64s2(或[Ar]3d64s2) 1．根据电子排布式判断 设电子排布式中未充满电子的能级的电子数为n，该能级的原子轨道数为m，则n≤m时，未成对电子数为n；n＞m时，未成对电子数为2m－n。如氯原子的电子排布式为1s22s22p63s23p5，未充满电子的能级为3p能级，有3个原子轨道，填充的电子数为5，所以未成对电子数为2×3－5＝1；Cr原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s1，未充满电子的能级为3d能级和4s能级，分别有5、1个原子轨道，填充的电子数分别为5、1，所以未成对电子数为6。 2．根据电子排布图判断 电子排布图能够直观地表示未成对电子数，即单独占据一个方框的箭头的个数。 3．第四周期元素的未成对电子数 未成对电子数 1 2 3 4 5 6 元素 K、Sc(钪)、 Cu、Ga(镓)、 Br Ti、Ni、 Ge(锗)、Se V、Co、As Fe Mn Cr 1．写出下列原子或离子的①电子排布式、②价电子排布图、③电子占的原子轨道数、④未成对电子数。 (1)Fe2＋： ①__________________，②__________________， ③__________________，④__________________。 (2)Cu： ①__________________，②__________________， ③__________________，④__________________。 答案　(1)①1s22s22p63s23p63d6(或[Ar]3d6) ② ③14　④4 (2)①1s22s22p63s23p63d104s1(或[Ar]3d104s1) ② ③15　④1 2．根据前四周期元素原子核外电子排布特点，回答下列问题： (1)价电子层有2个未成对电子的有__________；有3个未成对电子的有________________。 (2)未成对电子数与周期数相等的元素有____________________________________。 (3)元素Mn与O中，基态原子核外未成对电子数较多的是________。 (4)镍元素基态原子的3d能级上的未成对电子数为________。 答案　(1)C、Si、Ge、O、S、Se、Ti、Ni　N、P、As、V、Co　(2)H、C、O、P、Fe　(3)Mn　(4)2 3．按要求填空： (1)基态Ti3＋中未成对电子数有________个；与Ti同族相邻的元素Zr的基态原子价层电子排布式为________。与钛同周期元素的基态原子中，未成对电子数与钛相同的元素有________种。 (2)血红蛋白中的铁处于基态时，其最高能级中的单电子数为________。 (3)Cr与Ni的基态原子核外未成对电子数之比为________。 (4)第四周期中未成对电子数最多的基态原子的价层电子轨道表示式为________。 (5)氨硼烷(NH3BH3)的制备是当今科学研究的重要课题，可用反应B(OCH3)3＋NH4Cl＋LiAlH4===NH3BH3＋Al(OCH3)3＋LiCl＋H2↑进行制备。反应中涉及元素的基态原子中含1个未成对电子的有________种。 解析　(1)Ti位于第四周期，Ti基态原子未成对电子数是2，与钛同周期的所有元素的基态原子中，未成对电子数与钛相同的元素有Ni、Ge、Se。 (3)基态铬原子价层电子排布式为3d54s1，核外有6个未成对电子，基态镍原子价层电子排布式为3d84s2，核外有2个未成对电子，则铬与镍的基态原子核外未成对电子数之比为3∶1。 答案　(1)1　4d25s2　3　(2)4　(3)3∶1 (4) (5)5 1．(2021·辽宁卷)下列化学用语使用正确的是(　　) A．基态C原子价层电子排布图： B．Cl－结构示意图： C．KCl形成过程： D．质量数为2的氢核素：H 解析　基态C原子价层电子排布图为，A错误；Cl－结构示意图为，B错误；KCl形成过程为，C错误。 答案　D 2．(2021·北京卷)下列有关放射性核素氚(H)的表述不正确的是(　　) A.H原子核外电子数为1 B.H原子核内中子数为3 C.H2与H2化学性质基本相同 D.H2O具有放射性 解析　放射性核素H，质量数是3，质子数是1，所以中子数等于3－1＝2，B错误。 答案　B 3．(1)(2023·全国乙卷节选)基态Fe原子的价电子排布式为________。 (2)(2022·山东卷节选)基态Ni原子的价电子排布式为________。 (3)(2022·广东卷节选)Se与S同族，基态硒原子价电子排布式为________。 (4)(2021·湖南卷节选)基态硅原子最外层的电子排布图为________。 (5)(2022·全国乙卷节选)氟原子激发态的电子排布式有________(填标号，下同)，其中能量较高的是________。 a．1s22s22p43s1　　　　 b．1s22s22p43d2 c．1s22s12p5 d．1s22s22p33p2 答案　(1)3d64s2　(2)3d84s2　(3)4s24p4 (4) 　(5)ad　d 4．(2023·浙江1月卷节选)由硅原子核形成的三种微粒，电子排布式分别为：①[Ne]3s23p2、②[Ne]3s23p1、③[Ne]3s23p14s1，其中属于基态粒子的是________，属于激发态粒子的是________。 解析　电子排布式分别为：①[Ne]3s23p2、②[Ne]3s23p1、③[Ne]3s23p14s1，可推知分别为基态Si原子、Si离子、激发态Si原子。 答案　①②　③ 5．(2021·河北卷节选)(1)在KH2PO4的四种组成元素各自所能形成的简单离子中，核外电子排布相同的是________(填离子符号)。 (2)原子中运动的电子有两种相反的自旋状态，若一种自旋状态用＋表示，与之相反的用－表示，称为电子的自旋磁量子数。对于基态的磷原子，其价电子自旋磁量子数的代数和为________。 解析　(1)在KH2PO4的四种组成元素各自所能形成的简单离子分别为H＋(或H－)、O2－、K＋和P3－，其中核外电子排布相同的是K＋和P3－。 (2)对于基态的磷原子，其价电子排布式为3s23p3，其中3s轨道的2个电子自旋状态相反，自旋磁量子数的代数和为0；根据洪特规则可知，其3p轨道的3个电子的自旋状态相同，因此，基态磷原子的价电子的自旋磁量子数的代数和为＋或－。 答案　(1)K＋和P3－　(2)＋或－ 学科网（北京）股份有限公司 $$