第六章 第24讲 原子结构 核外电子排布（复习讲义）-【优学精研】2026年高考化学一轮总复习学用word

第24讲　原子结构　核外电子排布 课标要求 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。 考点一　原子结构、核素、同位素 1.原子的构成 （1）构成原子的微粒及作用 （2）微粒之间的数量关系 ①原子中：质子数（Z）＝核电荷数＝核外电子数。 ②质量数（A）＝质子数（Z）＋　　　　（N）。 ③阳离子的核外电子数＝质子数－阳离子所带的电荷数。 ④阴离子的核外电子数＝质子数＋阴离子所带的电荷数。 【提醒】 （1）有质子的微粒不一定有中子，如H；有质子的微粒不一定有电子，如H＋。 （2）质子数相同的微粒不一定属于同一种元素，如F与OH－。 （3）核外电子数相同的微粒，其质子数不一定相同，如Na＋和Mg2＋。 （3）关于质量数 ①只有具体的原子才有质量数，元素没有质量数。 ②某核素的质量数可视为该核素的近似相对原子质量。 （4）微粒符号周围数字的含义 2.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天然存在同一元素的各核素所占原子百分数（丰度）一般不变。 ②同位素的“六相同”与“三不同” （3）氢元素的三种核素 HHH用字母H、　　、　　表示，名称为　　、　　、　　。 （4）几种重要的核素及其应用 核素 U C H H O 用途 核燃料 用于考古断代 制　　 示踪原子 　判断正误（正确的打“√”，错误的打“×”）。 （1）中子数为20的氯原子表示为 Cl。（　　） （2）14C可用于文物的年代鉴定，14C与 12C互为同素异形体。（　　） （3）铯元素的两种同位素 137Cs比 133Cs多4个质子。（　　） （4）核聚变如 HHHen，因为有新微粒生成，所以该变化是化学变化。（　　） （5）Cl与Cl得电子能力相同。（　　） （6）3 g 3He含有的中子数为NA。（　　） 一 原子结构中“粒子”之间的关系与相关计算 1.（2024·雅安模拟）考古研究中C可以用来断定古生物体死亡的年代N可用来分析古代人类的食物结构。下列关于C和N的叙述正确的是（　　） AC和N质子数相同 BC和N中子数相同 CC和N质量数相同 DC和N互为同位素 2.某元素的一个原子形成的离子可表示为Xn－。若X原子与1H原子构成HnX分子，在m g HnX中所含中子的物质的量为　　　　　　mol，所含质子数为　　　　　　，所含电子数为　　　　　　。 计算一定质量的某物质中粒子数的思维模型 二 核反应方程式 3.（2024·忻州名校联考）我国科学家成功合成出新核素Lr-251，熔合反应为TiTlLr＋n。下列叙述正确的是（　　） A.Lr-251和Lr-253的物理性质完全相同 B.上述熔合反应为氧化还原反应 C.上述熔合反应中a＝203、b＝103 D.Lr-251核内中子数和质子数之差为47 4.（2024·秦皇岛模拟）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和一个中子nXHeY＋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（　　） AX的相对原子质量为26 B.X、Y形成的氯化物均属于共价化合物 C.原子半径X小于Y D.该反应属于化学变化 核反应中的两大守恒 如卢瑟福发现质子的核反应NHeOH “质量数守恒”14＋4＝17＋1； “质子数守恒”7＋2＝8＋1。 考点二　核外电子运动状态与排布 1.核外电子运动状态 （1）空间运动状态 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。 （2）自旋状态 电子自旋在空间有顺时针和逆时针两种取向，简称自旋相反，常用上下箭头（↑和↓）表示自旋相反的电子。 （3）电子的运动状态 ①运动状态 核外电子的运动状态包括空间运动状态和自旋状态。 ②两种运动状态的判断 a.电子的运动状态：核外有多少个电子就有多少种电子运动状态，如基态氮原子核外电子运动状态有　　　种。 b.电子的空间运动状态：核外电子的空间运动状态＝电子所占据的原子轨道数目，如基态氮原子核外电子空间运动状态有　　　种。 （4）电子云 由于核外电子的概率密度分布看起来像一片云雾，因而被形象地称作电子云。 2.关系归纳 （1）能层、能级、原子轨道数目与电子数 能层 一 二 三 四 n 符号 K L M N … 能级 1s 2s、2p 3s、3p、3d 4s、4p、4d、4f … 原子轨道数目 16 n2 最多容纳电子数目 32 2n2 （2）原子轨道与电子云轮廓图 原子轨道 电子云轮廓图形状 轨道个数 原子轨道伸展方向数 s 1 1 p 3（px，py，pz） 3 d — 5 5 3.基态、激发态、原子光谱 【注意】 “七基色”与波长的关系：按“红、橙、黄、绿、青、蓝、紫”的顺序，波长逐渐变小，其中“红光”波长范围是770～622 nm，“紫光”波长范围是455～350 nm。 4.原子核外电子的排布 （1）三个原理和一个特例 能量最 低原理 在构建基态原子时，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，电子填入能级的顺序为1s→2s→2p→3s→3p→4s→3d→4p…… 泡利原理 在一个原子轨道里，最多只能容纳2个自旋相反的电子 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 洪特规则特例 能量相同的原子轨道在全充满、半充满或全空时能量最低 （2）基态原子核外电子排布表示方法（以硫原子为例） 电子排布式 简化电子排布式 价层电子排布式 价层电子轨道表示式（或价层电子排布图） （3）基态原子核外电子排布式的书写模型 ①书写模型 ②价层电子排布式的书写 对于主族元素和0族元素，写出最外层电子排布式即可；对于过渡金属元素，其价层电子排布式一般符合（n－1）d1～10ns1～2（n≥4）。如Cr的价层电子排布式为　　　　。 ③离子核外电子排布式的书写方法 先写出基态原子的核外电子排布式，再由外向内失去电子或补充电子（基态原子失去电子时总是优先失去最外层电子），即得到相应阳离子或阴离子的核外电子排布式。如Cr3＋的核外电子排布式为　　　　　　　　或　　　　。 判断正误（正确的打“√”，错误的打“×”）。 （1）电子排布式（22Ti）1s22s22p63s23p10违反了泡利原理。（　　） （2）电子排布式（21Sc）1s22s22p63s23p63d3违反了能量最低原理。（　　） （3）磷元素基态原子的价层电子排布图为。（　　） （4）2p和3p轨道形状均为哑铃形，能量也相等。（　　） （5）表示的原子处于能量最低状态。（　　） （6） Cu2O比CuO稳定的原因是＋1价Cu的3d能级为全充满状态，能量较低。（　　） 一 电子运动状态和未成对电子数的判断 1.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Cu原子核外电子的空间运动状态有　　　　种。 2.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）我国“嫦娥五号”首次成功实现地外天体采样返回，标志着我国航天向前迈出了一大步。“嫦娥五号”制作材料中包含了Al、Cr、Cu、C、N、O、Si等多种元素。上述元素中基态原子未成对电子数与Al相同的有　　　　。 （6）氨硼烷（NH3·BH3）的制备是当今科学研究的重要课题，可用反应B（OCH3）3＋NH4Cl＋LiAlH4NH3·BH3＋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。 未成对电子数的判断方法（以基态Fe为例） 　　附：前四周期元素基态原子未成对电子数 未成对电子数 元素 1 ⅠA、ⅢA、ⅦA族元素及钪（Sc）、Cu 2 ⅣA、ⅥA族元素及钛（Ti）、镍（Ni） 3 ⅤA族元素及钒（V）、钴（Co） 4 Fe 5 锰（Mn） 6 铬（Cr） 二 根据核外电子排布推断元素 3.按要求填空： （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能级为半充满结构，D的元素符号为　　　　，其基态原子的核外电子排布式为　　　　　　　。 卷土重来——物质结构中的化学用语 　　表示物质结构的化学用语除常考的原子组成表示式、原子（或离子）结构示意图、电子式、用电子式表示物质形成过程、结构式、电子排布式、轨道表示式、球棍模型、空间填充模型外，新增σ、π键类型及形成过程的判断。 σ键 类型 s-s型 由两个原子的s轨道与s轨道“ 头碰头”重叠形成 s-p型 由两个原子的s轨道与p轨道“ 头碰头”重叠形成 p-p型 由两个原子的p轨道与p轨道“ 头碰头”重叠形成 p-p π键 由两个原子的p轨道“ 肩并肩”重叠形成 1.（2024·北京高考2题）下列化学用语或图示表达不正确的是（　　） A.H2O2的电子式：H＋H＋ B.CH4分子的球棍模型： C.Al3＋的结构示意图： D.乙炔的结构式： 2.下列化学用语或图示正确的是（　　） A.（2024·湖南高考）NaOH的电子式： Na＋[︰︰H]－ B.（2024·山东高考）O3分子的球棍模型： C.（2024·山东高考）激发态H原子的轨道表示式： D.（2024·山东高考）p-p π键形成的轨道重叠示意图： 3.化学用语可以表达化学过程，下列化学用语表达错误的是（　　） A.（2024·湖北高考）用电子式表示Cl2的形成：︰·＋·︰︰︰︰ B.（2024·吉林高考）中子数为1的氦核素He C.（2024·湖北高考）用电子云轮廓图示意p-p π键的形成： D.（2024·吉林高考）F2的共价键类型：p-p σ键 4.下列化学用语表述错误的是（　　） A.（2024·甘肃高考）Ca2＋和Cl－的最外层电子排布图均为 B.（2024·甘肃高考）PH3和H2S的电子式分别为H︰︰H和H︰︰H C.（2024·湖南高考）Cl2分子中σ键的形成： D.（2024·甘肃高考CC和C互为同位素 5.（2025·八省联考晋陕青宁卷）下列化学用语表示正确的是（　　） A.氯化氢的电子式：H＋[︰︰]－ B.CO2和SO2的VSEPR模型均为 C.基态Cr原子价层电子的轨道表示式： D.中子数为20的氯原子的核素符号Cl 1.判断正误（正确的打“√”，错误的打“×”）。 （1）（2024·广东高考）目前“北京时间”授时以铯原子钟为基准Cs的质子数为55。（　　） （2）（2024·贵州高考）锑（Sb）位于第五周期第ⅤA族，则其基态原子价层电子排布式是5s25p3。（　　） （3）（2024·安徽高考）基态Ni原子价层电子排布式为3d84s2。（　　） （4）（2024·湖北高考）泡利原理认为一个原子轨道内最多只能容纳两个自旋相反的电子。（　　） （5）（2024·湖北高考）基态原子的未成对电子数：H＞O。（　　） 2.判断正误（正确的打“√”，错误的打“×”）。 （1）（2023·重庆高考）基态Ca原子的核外电子填充在6个轨道中。（　　） （2）（2023·辽宁高考）基态Ni原子价层电子排布式：3d10。（　　） （3）（2023·广东高考）创造了可控核聚变运动纪录的“人造太阳”，其原料中的2H与3H互为同位素。（　　） （4）（2023·浙江6月选考）能量最低的激发态N原子的电子排布式：1s22s12p33s1。（　　） （5）（2023·新课标卷）基态原子未成对电子数：B＜C＜O＜N。（　　） （6）（2023·北京高考）基态24Cr原子的价层电子轨道表示式为 。（　　） （7）（2023·河北高考）用He替代H2填充探空气球更安全的原因是He的电子构型更稳定，不易得失电子。（　　） 3.（2024·北京高考1题）我国科研人员利用激光操控方法，从Ca原子束流中直接俘获41Ca原子，实现了对同位素41Ca的灵敏检测。41Ca的半衰期（放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间）长达10万年，是14C的17倍，可应用于地球科学与考古学。下列说法正确的是（　　） A.41Ca的原子核内有21个中子 B.41Ca的半衰期长，说明41Ca难以失去电子 C.41Ca衰变一半所需的时间小于14C衰变一半所需的时间 D.从Ca原子束流中直接俘获41Ca原子的过程属于化学变化 4.按要求填写下列空白： （1）（2024·山东高考）同周期中，基态原子未成对电子数比Mn多的元素是　　　　（填元素符号）。 （2）（2024·全国甲卷）第ⅣA族元素基态原子核外未成对电子数为　　　，在与其他元素形成化合物时，呈现的最高化合价为　　　。 （3）（2024·湖北高考）基态Be2＋的轨道表示式为　　　　　。 （4）（2024·北京高考）Sn位于元素周期表的第五周期第ⅣA族。将Sn的最外层轨道表示式补充完整： 。 （5）（2024·广东高考）基态N原子价层电子的轨道表示式为　　　　　　　。 （6）（2024·湖南高考）基态Cu原子的价层电子排布式为　　　　。 5.按要求填写下列空白： （1）（2023·福建高考）基态Cu2＋的价层电子排布式为　　　　。 （2）（2023·广东高考）基态Fe2＋的3d电子轨道表示式为　　　　　　。 （3）（2023·海南高考）锑和磷同族，锑原子基态的价层电子排布式为　　　　　　。 （4）（2022·海南高考）基态O原子的电子排布式为　　　，其中未成对电子有　　　个。 提示：完成课后作业　第六章　第24讲 9 / 9 学科网（北京）股份有限公司 $ 第六章　物质结构与性质　元素周期律 第24讲　原子结构　核外电子排布 【考点·全面突破】 考点一 必备知识夯实 1.（1）化学　（2）②中子数　（4）质量数　离子所带电荷数 2.（3）D　T　氕　氘　氚　（4）氢弹 易错辨析 （1）×　（2）×　（3）×　（4）×　（5）√　（6）√ 关键能力突破 1.B　A项C和N的质子数不同，错误；B项C和N的中子数均为8，正确；C项C和N的质量数不同，错误；D项C和N的质子数不同，不是同一种元素，故二者不互为同位素，错误。 2.（b－a）　（n＋a）NA　（n＋a）NA 解析：X原子的质子数为a，质量数为b，中子数为（b－a），它与H原子构成HnX分子，其质量数为（n＋b），中子数为（b－a），质子数为（n＋a）。m g该氢化物的物质的量为 mol，故所含中子的物质的量为（b－a）mol，所含质子的物质的量为（n＋a）mol，所含电子数与质子数相等。 3.C　铹的两种核素中质子数相等，中子数不同，物理性质不完全相同，A项错误；该反应中没有元素发生化合价变化，不属于氧化还原反应，B项错误；由质子数守恒可得22＋81＝b，解得b＝103，由质量数守恒可得50＋a＝251＋2，解得a＝203，C项正确；Lr-251的中子数为251－103＝148，148－103＝45，D项错误。 4.B　由XHeY＋n及质量守恒可知：W＝30＋1－4＝27，X、Y质子数相差2，X为金属元素，则X、Y位于同一周期，且Y原子序数大于X，X、Y的最外层电子数之和为8，则X的最外层电子数为3，金属原子X的质量数为27，且位于第ⅢA族，Z＝13，则X为Al；Y的最外层电子数为8－3＝5，质子数为13＋2＝15，Y为PX的质量数为27，其相对原子质量近似为27，A错误；X为Al、Y为P，氯化铝、三氯化磷、五氯化磷均为共价化合物，B正确；原子半径：Al＞P，即X的原子半径大于Y，C错误；该反应是核反应，不是化学变化，D错误。 考点二 必备知识夯实 1.（3）②a.7　b.5　2.（1）1　4　9　2　8　18　（2）球形　哑铃形 4.（2）1s22s22p63s23p4　[Ne]3s23p4　3s23p4　 （3）②3d54s1　③1s22s22p63s23p63d3　[Ar]3d3 易错辨析 （1）√　（2）√　（3）×　（4）×　（5）×　（6）√ 关键能力突破 1.（1）9　（2）3d24s2　12　22　（3）15 解析：（1）基态F原子共有9个核外电子，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，其空间运动状态即占据轨道数有1＋1＋3＋1＋3＋2＋1＝12，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。（3）基态Cu原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s1，基态Cu原子核外电子占据几个轨道，其核外电子就有几种空间运动状态，空间运动状态有1＋1＋3＋1＋3＋5＋1＝15种。 2.（1）1　4d25s2　3　（2）4　（3）3∶1 （4） （5）Cu　（6）5 解析：（1）Ti位于第四周期，基态Ti原子中未成对电子数是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。（5）Al的核外电子排布式为1s22s22p63s23p1，有1个未成对电子，Cr、Cu、C、N、O、Si中只有Cu（价层电子排布：3d104s1）基态原子未成对电子数与Al相同。 3.（1）N　 （2）Cu　1s22s22p63s23p63d104s1（或[Ar]3d104s1） （3）Fe　1s22s22p63s23p63d64s2（或[Ar]3d64s2） 解析：（1）A元素基态原子次外层有2个电子，说明A元素是第二周期元素，其最外层有3个未成对电子，故A元素是氮元素。（2）E元素基态原子的M层全充满，为3d10，N层没有成对电子且只有一个未成对电子，即E元素基态原子的价层电子排布式为3d104s1，故E元素为铜元素。（3）元素D的正三价离子的3d能级为半充满结构，该三价阳离子的价层电子排布式为3d5，故D元素为铁元素。 素养提升6　卷土重来——物质结构中的化学用语 1.A　H2O2是共价化合物，其电子式为H︰︰︰H，A错误。 2.A　NaOH的电子式为Na＋[︰︰H]－，A正确；臭氧分子中心O原子的价层电子对数为2＋＝3，属于sp2杂化，有1个孤电子对，臭氧为V形分子，球棍模型为，B错误；不存在1p能级，C错误；p-p π键形成的轨道重叠示意图为，D错误。 3.B　Cl2形成过程的电子式为︰·＋·︰︰︰︰，A正确；中子数为1的He核素，其质量数为1＋2＝3，故其应表示为He，B错误；π键是由两个原子的p轨道“肩并肩”重叠形成的，用电子云轮廓图表示p-p π键的形成为，C正确；两个F原子的含未成对电子的2p轨道相互重叠形成p-p σ键，D正确。 4.B　Ca2＋和Cl－的核外电子数都是18，最外层电子排布图均为，A正确；PH3中磷原子和每个氢原子共用一对电子，中心原子P原子价层电子对数为3＋×（5－3×1）＝4，孤电子对数为1，PH3的电子式为H︰︰H，B错误；Cl2分子中的共价键是由2个氯原子各提供1个未成对电子的3p原子轨道重叠形成的p-p σ键，形成过程为 ，C正确；CC和C是质子数相同、中子数不同的碳原子，是碳元素的不同核素，互为同位素，D正确。 5.D　氯化氢是共价化合物，其电子式为H︰︰，A错误；二氧化碳的中心原子的价层电子对数是2，没有孤电子对，则其VSEPR模型是直线形，B错误；Cr是24号元素，其价层电子排布式为3d54s1，价层电子的轨道表示式为，C错误；中子数为20的氯原子的质量数为37，可表示为Cl，D正确。 【真题·体验品悟】 1.（1）√　（2）√　（3）√　（4）√　（5）× 2.（1）×　（2）×　（3）√　（4）×　（5）×　（6）×　（7）√ 3.A　A项，41Ca的质量数为41，质子数为20，所以中子数为41－20＝21，正确；B项，41Ca的半衰期长短与得失电子能力没有关系，错误；C项，根据题意41Ca衰变一半所需的时间要大于14C衰变一半所需的时间，错误；D项，从Ca原子束流中直接俘获41Ca原子的过程没有新物质产生，不属于化学变化，错误。 4.（1）Cr　（2）2　＋4　（3）（4） （5）　（6）3d104s1 5.（1）3d9　（2）　（3）5s25p3　（4）1s22s22p4　2 学科网（北京）股份有限公司 $