大单元二 专题4 第11讲 原子结构 核外电子排布规律（教师用书word）-【步步高】2025年高考化学大一轮复习讲义（苏教版 江苏专用）

第11讲　原子结构　核外电子排布规律 [复习目标]　1.掌握原子结构中微粒数目的关系。2.了解原子核外电子的运动状态、能级分布和排布原理。3.能正确书写1～36号元素原子核外电子排布式、外围电子排布式和轨道表示式。 考点一　原子结构、核素、同位素 1．原子结构 (1)构成微粒及作用 (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。 ②阴离子的核外电子数＝质子数＋所带电荷数。 (3)微粒符号周围数字代表的信息 2．元素、核素、同位素 (1)元素、核素、同位素的概念及相互关系 (2)同位素的特征 ①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。 ②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)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)几种重要核素的用途 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 两种相对原子质量辨析 (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原子质量的的比值，其近似值可用质量数代替。 (2)元素的相对原子质量：是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。如Ar(Cl)＝Ar(35Cl)×a%＋Ar(37Cl)×b%。其近似值是用各核素质量数算出的平均值，即Ar(Cl)≈35×a%＋37×b%。 1．S2－的结构示意图为(　　) 2．S8与S2互为同位素(　　) 3．Li＋比H－多一个电子层(　　) 4.H、H、H都属于氢元素(2023·江苏，5A)(　　) 5．核外电子数相同的微粒，其质子数一定相同(　　) 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.√ 1．(2021·天津，3)核聚变发电有望成为解决人类能源问题的重要手段之一。氘(H)是核聚变反应的主要原料，下列有关叙述正确的是(　　) A.H的中子数为2 B.H的核电荷数为1 C.H是自然界中最轻的原子 D.H是氢元素的一种同素异形体 答案　B 解析　H的中子数为2－1＝1，故A错误；H的质子数为1，则核电荷数为1，故B正确；自然界中最轻的原子是H，不是H，故C错误；H是氢元素的一种同位素，故D错误。 2．按要求完成以下各题： (1)中子数为20的钙原子可表示为__________________________________________________。 (2)(2017·江苏，2A改编)质量数为31的磷原子：________________。 (3)中子数为117、质子数为78的铂原子：________________。 (4)Fe2＋的中子数为____________，核外电子数为________。 (5)核素14N与14C中的中子数分别是_____________________、__________。 答案　(1)Ca　(2)P　(3)Pt　 (4)30　24　(5)7　8 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电子层，同一电子层的电子，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。 回答下列问题： (1)填写下表，熟悉原子核外电子层、能级、原子轨道之间的关系。 电子层(n) 一 二 三 四 电子层符号 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 各电子层原子轨道数 1 4 9 16 最多容纳电子数 2 8 18 32 (2)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电子云轮廓图呈纺锤形。p电子云有3种伸展方向。 (3)预测第五电子层上原子轨道总数是多少？最多能容纳的电子数是多少？ 答案　25,50 (4)比较下列基态原子能级或原子轨道的能量高低。 ①1s、2s、2p、3s、3p、3d　②2s、2px、2py、2pz 答案　①1s<2s<2p<3s<3p<3d　②2s<2px＝2py＝2pz 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．原子核外电子排布的规范书写 (1)排布原则 ①能量最低原理：原子核外电子先占据能量低的轨道，然后依次进入能量较高的轨道，使整个原子的能量最低。 ②泡利不相容原理：每个原子轨道最多容纳两个自旋状态不同的电子。如2s轨道上的电子排布为，不能表示为。 ③洪特规则：原子核外电子在能量相同的各个轨道上排布时，电子尽可能分占在不同的原子轨道上，且自旋状态相同。如2p3的电子排布为，不能表示为或。 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)和全空(p0、d0、f0)状态时，体系的能量最低，如基态24Cr原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s1，而不是1s22s22p63s23p63d44s2。 (2)填充顺序——构造原理 (3)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 1s22s22p63s23p4 简化电子排布式 [Ne]3s23p4 外围电子排布式 3s23p4 外围电子轨道表示式 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.√ 一、核外电子排布的规范表征 1.(1)基态Se原子的核外电子排布式为________________。 (2)基态V原子的核外电子排布式为____________________。 (3)基态Cr原子外围电子排布式为____________________。 (4)基态Fe2＋的外围电子排布式为____________________。 (5)基态Cu2＋核外电子排布式为____________________。 答案　(1)1s22s22p63s23p63d104s24p4(或[Ar]3d104s24p4)　(2)1s22s22p63s23p63d34s2(或[Ar]3d34s2)　(3)3d54s1　(4)3d6　(5)[Ar]3d9(或1s22s22p63s23p63d9) 2.(1)[2023·浙江6月选考，17(1)(2)①A]①基态N原子的外围电子排布式是_______________。 ②判断正误：能量最低的激发态N原子的电子排布式：1s22s12p33s1 (　　) (2)[2023·北京，15(1)]基态S原子外围电子排布式是________。 (3)[2023·广东，19(1)①]基态Fe2＋的3d电子轨道表示式为_____________________________。 (4)[2023·海南，19(5)①节选]锑和磷同族，锑原子基态的外围电子排布式为_______________。 答案　(1)①2s22p3 　②×　(2)3s23p4 (3) (4)5s25p3 解析　(1)②能量最低的激发态N原子应该是2p能级上一个电子跃迁到3s能级，其电子排布式：1s22s22p23s1。 核外电子排布常见错误 (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(违反泡利不相容原理)； 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。 二、核外电子排布规律的应用 3.判断电子的运动状态 (1)基态F原子核外电子的运动状态有______种。 (2)基态钛原子的外围电子排布式为________，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。 答案　(1) 9　(2)3d24s2　12　22 核外电子运动状态的判断 电子的运动状态与原子核外电子数目相等；空间运动状态与核外电子填充原子轨道的数目相等。 4.基态Ti3＋中未成对电子数为________；与Ti同族相邻的元素Zr的基态原子外围电子排布式为________。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。 答案　1　4d25s2　3 5.基态Fe2＋与Fe3＋中未成对的电子数之比为____________________________________。 答案　4∶5 解析　基态Fe2＋的核外电子排布式为[Ar]3d6，未成对电子数为4；基态Fe3＋的核外电子排布式为[Ar]3d5，未成对电子数为5。 课时精练 1.三星堆见证了中华文明起源的多样性，通过“14C测定法”初步确定其年代区间。下列有关说法正确的是(　　) A.14C与12C互为同位素 B.14C的核外电子数是14 C.14C可由中子轰击14N产生，14C与14N的化学性质相同 D.青铜器皿、骨头、纺织品、灰烬等都可作为检测的样品 答案　A 2.(2023·江苏启东中学校考)我国科学家在月壤粉末的部分铁橄榄石颗粒表面非晶层中发现了单质铁，产生的原因为铁橄榄石被撞击时在高温与高压下发生熔融，同时其中的Fe2＋发生歧化反应生成Fe与Fe3＋。下列说法正确的是(　　) A.Fe2＋在生成Fe3＋时失去电子，发生还原反应 B.可用X射线衍射实验测定铁橄榄石的晶体结构 C.Fe2＋和Fe含有的电子数相同 D.基态Fe3＋的核外电子有26种不同的运动状态 答案　B 解析　Fe2＋ 在生成 Fe3＋ 时失去电子，被氧化，发生氧化反应，A错误；X射线衍射实验可区分晶体与非晶体，可测定铁橄榄石的晶体结构，B正确；Fe2＋ 含有的电子数为26－2＝24，Fe 含有的电子数＝质子数＝26，两者电子数不相同，C错误；基态Fe3＋ 的核外有23个电子，所以有23种不同的运动状态，D错误。 3.(2023·连云港调研)下列说法正确的是(　　) A.在多电子原子中，p道电子能量一定高于s轨道电子能量 B.2p和3p轨道形状均为纺锤形 C.基态氮原子的轨道表示式为 D.B原子由1s22s22p→1s22s22p时，由基态转化为激发态，形成发射光谱 答案　B 4.某元素的一种核素X的原子质量数为A，含N个中子，它与1H原子组成HmX分子，a g HmX中所含质子的物质的量是(　　) A. mol B. mol C. mol D. mol 答案　A 解析　HmX的摩尔质量为(A＋m) g·mol－1，a g HmX的物质的量为 mol；X原子的质量数为A，含N个中子，则质子数为A－N，所以a g HmX中含质子的物质的量为 mol×(A－N＋m)＝ mol，A正确。 5.下列有关构造原理的说法错误的是(　　) A.原子核外电子填充3p、3d、4s能级的顺序为3p→4s→3d B.某基态原子部分核外电子的排布式为3d64s2 C.所有基态原子的核外电子排布都遵循构造原理 D.构造原理中的电子排布能级顺序，并不代表各能级能量由低到高的顺序 答案　C 解析　绝大多数基态原子的核外电子排布都遵循构造原理，但也有少数例外，如Cu，故C错误。 6.下列关于原子结构、原子轨道的说法正确的是(　　) A.N电子层中有4s、4p、4d、4f四个能级，共16个轨道，可容纳32种运动状态的电子 B.在K电子层中，有自旋相反的两条轨道 C.s电子绕核运动，其轨道为球面，而p电子在纺锤形曲面上运动 D.电子云通常是用小黑点来表示电子的多少 答案　A 解析　N电子层中有4s、4p、4d、4f四个能级，各具有1、3、5、7个轨道，每个轨道最多可容纳2个电子，故可容纳32个电子，所以有32种运动状态，A正确；在K电子层中，只有1个轨道，能容纳自旋相反的2个电子，B不正确；电子云通常是用小黑点来表示电子出现的机会多少，但小黑点不表示电子，D不正确。 7.第四周期元素中基态原子核外有3个未成对电子的共有(　　) A.2种 B．3种 C．4种 D．5种 答案　B 解析　第四周期元素中基态原子核外有3个未成对电子的共有3种，分别是V(3d34s2)、Co(3d74s2)、As(4s24p3)，故选B。 8.下列轨道表示式所表示的元素原子中，其能量处于最低状态的是(　　) A. B. C. D. 答案　D 解析　原子处于基态时能量最低。A项，Be原子的2s轨道未排满电子，2p轨道排布1个电子，应为激发态，错误；B项，N原子核外电子排布不符合洪特规则，错误；C项，B原子的2s轨道未排满电子，2p轨道排布2个电子，应为激发态，错误；D项，碳原子的1s和2s轨道全部排满电子后，2p轨道排布2个电子，核外电子排布符合能量最低原理，应是基态碳原子，正确。 9．(2023·泰州模拟)下列说法正确的是(　　) A．最外层电子排布式为ns2的基态原子所对应元素一定位于Ⅱ A族 B．d区元素的原子一定都有d轨道电子 C．最外层电子排布式为ns1的基态原子所对应元素一定是金属元素 D．基态原子外围电子排布式为nsnnpn的元素一定是金属元素 答案　B 解析　最外层电子排布式为ns2的基态原子所对应元素不一定位于ⅡA族，可能位于副族或0族，如副族的Zn或0族的He，故A错误；d区元素的基态原子都含有d轨道电子，故B正确；最外层电子排布式为ns1的基态原子所对应元素不一定是金属元素，如H，故C错误；基态原子外围电子排布式为nsnnpn的元素，s能级上最多排列2个电子，则n＝2，所以该原子外围电子排布式为2s22p2，为C元素，是非金属元素，故D错误。 10．人们通常将在同一原子轨道上运动、自旋相反的2个电子，称为“电子对”，将在某一原子轨道上运动的单个电子，称为“未成对电子”。下列基态原子的电子排布式中，未成对电子数最多的是(　　) A．1s22s22p63s23p6 B．1s22s22p63s23p63d54s2 C．1s22s22p63s23p63d54s1 D．1s22s22p63s23p63d104s1 答案　C 解析　1s22s22p63s23p6中未成对电子数为0；1s22s22p63s23p63d54s2中未成对电子数为5；1s22s22p63s23p63d54s1中未成对电子数为6；1s22s22p63s23p63d104s1中未成对电子数为1。 11．A、B为两短周期元素，A元素原子的L层比B元素原子的L层少3个电子，B原子核外电子总数比A原子核外电子总数多5，则A和B形成的化合物的化学式为(　　) A．A2B3 B．BA2 C．AB4 D．B3A2 答案　D 解析　由题意知：A元素原子的L层比B元素原子的L层少3个电子，A原子核外电子总数比B原子核外电子总数少5，那么肯定是B原子M层上多了2个电子，而且A元素原子的L层未排满，所以得两者的原子结构示意图，A：、B：，即A为N，B为Mg，A、B构成Mg3N2，即B3A2。 12．X、Y、Z、W、P五种元素，其核电荷数依次增大。X基态原子核外只有三个能级，且各能级电子数相等；Z原子的核外电子有8种运动状态；Z与W元素位于同一族；P原子核外有4个能层，最外层只有1个电子，其余各层均排满电子。下列说法正确的是(　　) A．基态X原子最外层有三个未成对电子 B．Y基态原子的轨道表示式： C．P原子的外围电子排布为4s1 D．P单质分别与Z、W单质反应，产物中P的化合价一定相同 答案　B 解析　X基态原子核外只有三个能级，且各能级电子数相等，为1s22s22p2，为C元素，Z原子的核外电子有8种运动状态，Z为O元素，Y为N元素，Z与W元素位于同一族，W为S元素，P原子核外有4个能层，最外层只有1个电子，其余各层均排满电子，为Cu元素。X为C元素，最外层有2个未成对电子，A错误；Y为N元素，基态原子的轨道表示式： ，B正确；P为Cu元素，外围电子排布为3d104s1，C错误；Cu和O2反应生成CuO，Cu元素的化合价为＋2价，Cu和S反应生成Cu2S，Cu元素的化合价为＋1价，D错误。 13．(1)铁触媒是普遍使用的以铁为主体的多成分催化剂，通常还含有Al2O3、K2O、CaO、MgO、Cr2O3等氧化物中的几种。 ①基态Mg原子核外电子的空间运动状态有______种；基态Al原子核外电子的运动状态有________种。 ②基态K原子核外电子占据最高电子层的符号是________；基态K＋最高能级的电子所占据原子轨道为________形。 (2)目前合成氨通常采用的压强为10～30 MPa，温度为400～500 ℃，十分耗能。我国科研人员研制出了“Fe-LiH”等催化剂，温度、压强分别降到了350 ℃、1 MPa，这是近年来合成氨反应研究中的重要突破。 ①基态Li原子的核外电子排布式为___________________________________。 ②从结构角度比较稳定性：Fe2＋________(填“>”或“<”)Fe3＋，其原因是______________。 答案　(1)①6　13　②N　纺锤　(2)①1s22s1 ②<　Fe3＋的3d轨道处于半充满的稳定状态，其稳定性强于Fe2＋ 14．前四周期元素A、B、C、D、E的原子序数依次增大，其相关性质如表所示： A 基态A原子核外电子占据3个轨道 B 原子核外有6种运动状态不同的电子 C 元素原子的核外p电子数比s电子数少1个 D 基态原子核外有6个原子轨道排有电子，且只有1个未成对电子 E 基态E＋各能级电子全充满 (1)元素A、E的元素符号分别是：________。画出元素A基态原子的轨道表示式：_________。 (2)画出C元素原子的结构示意图：________。 (3)写出D元素基态原子的电子排布式：________，其核外电子空间运动状态有______种。 (4)元素A、B、C的最高价氧化物对应水化物的酸性依次增强，其原因是__________________。 (5)实验室合成一种由B和C两种元素形成的化合物，该化合物具有三维骨架结构。其中每个B原子与4个C原子形成共价键，每个C原子与3个B原子形成共价键，其化学式为________。 答案　(1)B、Cu　 (2)　(3)1s22s22p63s1　6　(4)三种元素的非金属性依次增强，其最高价氧化物对应水化物的酸性依次增强　(5)C3N4 解析　由题意，A原子核外电子占据三个轨道，A为B元素；B原子核外有6种运动状态不同的电子，B为C元素；C元素位于第二周期，又因为其核外p能级电子数比s能级电子数少1个，因此C为N元素； D元素基态原子核外有6个原子轨道排有电子同时仅有1个未成对电子，s能级含1个轨道，p能级含有3个轨道，则D所含有的未成对电子在3s能级，因此D为Na元素；E＋的各能级电子均充满，因此E为Cu元素。(5)该化合物具有三维骨架结构，其中每个C原子与4个N原子形成共价键，所以C的化合价为＋4价，每个N原子与3个C原子形成共价键，所以N的化合价为－3价，则该化合物的化学式为C3N4。 学科网（北京）股份有限公司 $