第7章 第26讲 原子结构 核外电子排布规律（Word教参）-【精讲精练】2027年高考化学一轮复习（人教版）

第26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轨道表示式，并说明含义。 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)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。 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 ①H：名称为氕，不含中子。 ②H：用字母D表示，名称为氘或重氢。 ③H：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 U C H H O 用途 核燃料 用于考古断代 制氢弹 示踪原子 [自主思考] 下列8种化学符号：H2、H2、C、Li、Na、7N、Li、Mg (1)表示核素的符号共________种。 (2)互为同位素的是________和________。 (3)质量数相等，但不能互称同位素的是________和________。 (4)中子数相等，但质子数不相等的核素是________和________。 提示　(1)6　(2)Li　Li　(3) C　N (4)Na　Mg 正确的打“√”，错误的打“×”。 (1)(2023·江苏卷)H、H、H都属于氢元素。(　　) (2)有质子的微粒不一定有中子，有质子的微粒不一定有电子。(　　) (3)(2024·甘肃卷)C、C和C互为同位素。(　　) (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)不同的核素可能具有相同的质子数，也可能质子数、中子数、质量数均不相同。(　　) 答案　(1)√　(2)√　(3)√　(4)×　(5)×　(6)√ 一、元素、核素、同位素概念辨析 1．(2024·上海卷)下列关于18F与19F说法正确的是(　　) A．是同种核素 B．是同素异形体 C．19F比18F多一个电子 D．19F比18F多一个中子 解析　18F和19F质子数相同、中子数不同，二者是F元素的不同核素，A错误；同素异形体是指同种元素形成的不同单质，B错误；18F和19F质子数相同，即核外电子数相同，C错误；19F和18F的中子数分别为10、9，D正确。 答案　D 2．科技发展与化学密切相关。下列说法错误的是(　　) A．TiO2光催化乙苯脱氢转化为苯乙烯，两种有机物互为同分异构体 B．科研团队合成环状的C10和C14，C10和C14互为同素异形体 C．铌酸锂(LiNbO3)纳米超材料具有独特的光学特性，Nb的中子数为52 D．我国首次获得公斤级丰度99%100Mo产品，100Mo与98Mo互为同位素 解析　乙苯和苯乙烯的分子式不同，不互为同分异构体，A错误；C10和C14均为碳的单质，互为同素异形体，B正确；Nb的中子数为93－41＝52，C正确；100Mo与98Mo质子数相同，中子数不同，互为同位素，D正确。 答案　A “同”字概念的区分 区分时抓住概念的关键点——研究对象，同位素——原子(如H、H、H)，同素异形体——单质(如金刚石、石墨与C60)，同分异构体——化合物(如CH3COOH与HCOOCH3)。　 二、微粒中粒子数的计算 3．某元素的一个原子形成的离子Xn－，其质量为x g，NA表示阿伏加德罗常数，下列说法中正确的是(　　) A．x g该离子含有的中子数为a＋b B．x g该离子含有的电子数为NA C．1个X原子的质子数为NA D．1个X原子的质量约为 g 解析　Xn－离子的中子数为(b－a)，则x g离子含有的中子数为NA，A错误；Xn－离子的电子数为(a＋n)，则x g离子含有的电子数为NA，B错误；1个X原子的质子数为a，C错误；X原子的质量数为b，则1个X原子的质量约为 g，D正确。 答案　D 三、核反应式的应用 4．我国科学家成功合成出新核素251Lr，熔合反应为Ti＋2 n＋Tl―→Lr＋He。下列叙述正确的是(　　) A．251Lr和253Lr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．251Lr核内中子数和质子数之差为47 解析　铹的两种核素质子数相等，中子数不同，物理性质不完全相同，A错误；该反应中没有元素化合价发生变化，不属于氧化还原反应，B错误；由质子数守恒可得24＋81＝b＋2，解得b＝103，由质量数守恒可得50＋2＋a＝251＋4，解得a＝203，C正确；251Lr的中子数为251－103＝148，中子数与质子数之差为148－103＝45，D错误。 答案　C 5．(2025·黑龙江哈尔滨期末)放射性核素发生衰变会转变为另一种核素，同时释放出电子、正电子等粒子，如：Co===X＋e－，Y===O＋e＋。下列说法正确的是(　　) A．Co是放射性核素，故其单质不可被磁铁吸引 B．X与Co不在同一族 C．Y不能将Cl2从NaCl溶液中置换出来 D．16O2与18O2互为同素异形体 解析　X的质子数为28，则X表示的是Ni元素；Y的质子数为9，则Y表示的是F元素。根据题意，Co是放射性核素，但其单质可被磁铁吸引，A错误；X表示的是Ni元素，Co和Ni均在第Ⅷ族，B错误；Y表示的是F元素，F2的氧化性很强，与水会发生氧化还原反应，所以不能从NaCl溶液中将Cl2置换出来，C正确；16O2与18O2为同种元素组成的同种单质，不互为同素异形体，D错误。 答案　C 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 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 ，而不是。 (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，而不是或。 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．电子填充顺序——构造原理 [自主思考] (1)完成下表。 表示方法 举例(以S原子为例) 电子排布式 简化电子排布式 轨道表示式 (电子排布图) 价电子排布式 (2)价层电子排布式与最外层电子排布式相同吗？试举例说明：___________________ ___________________________________________________。 提示　(1)1s22s22p63s23p4　[Ne]3s23p4　 (2)价电子是原子在参与化学反应时能够用于成键的电子，是原子核外跟元素化合价有关的电子。在主族元素中，价电子就是最外层电子；副族元素原子的价电子，除最外层电子外，还可包括次外层电子。例如，Mn的电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s2，价电子排布式为3d54s2。 正确的打“√”，错误的打“×”。 (1)碳的基态原子轨道表示式： 。(　　) (2)基态24Cr原子的价层电子轨道表示式为(　　) (3)基态N原子的价层电子轨道表示式： 。(　　) (4)基态Ni原子价电子排布式：3d10。(　　) (5)基态镍原子的核外电子3d轨道上的未成对电子数为3。(　　) (6)基态氧原子核外电子的空间运动状态有5种，核外电子的运动状态有8种。(　　) (7)电子排布式(22Ti)1s22s22p63s23p10违反了泡利原理。(　　) 答案　(1)×　(2)×　(3)√　(4)×　(5)×　(6)√　(7)√ 一、基态原子、离子的电子排布式、轨道表示式书写 1．按要求书写电子排布式或轨道表示式。 (1)(2024·湖北卷节选)基态Be2+的轨道表示式为________________。 (2)(2024·河北卷节选)钒原子的价层电子排布式为________________。 (3)(2024·湖北卷节选)Cu属于________区元素，其基态原子的价电子排布式为________________。 (4)(2024·新课标卷节选)Ni基态原子价电子的轨道表示式为______________。 答案　(1) (2)3d34s2　(3)ds　3d104s1 (4) 二、核外电子的运动状态的描述与判断 2．(2025·山东临沂月考)钠离子电池是一种二次电池，主要依靠钠离子在正极和负极之间的移动进行工作。下列说法中不正确的是(　　) A．钠原子核外有11种不同运动状态的电子 B．基态钠原子核外电子的空间运动状态有11种 C．原子具有的能量：1s22s22p63s1<1s22s22p53s2 D．基态钠原子的内层电子中，两种自旋状态的电子数之比为1∶1 解析　钠原子核外有11个电子，不同电子的运动状态不同，A正确；基态钠原子的核外电子排布式为1s22s22p63s1，电子占据1s、2s、2p和3s轨道，故基态钠原子核外电子的空间运动状态有6种，B错误；1s22s22p63s1表示基态Na原子，1s22s22p53s2表示激发态Na原子，故能量：1s22s22p63s1<1s22s22p53s2，C正确；基态钠原子的内层电子排布为1s22s22p6，每个轨道均有1对自旋相反的电子，故两种自旋状态的电子数之比为1∶1，D正确。 答案　B 判断核外电子的运动状态和空间运动状态的方法 三、原子中未成对电子数目的判断 3．(1)基态Ti3+中未成对电子数有______个；与钛同周期元素的基态原子中，未成对电子数与钛原子相同的元素有______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________________________________________________________________________。 答案　(1)1　3　(2)4　(3)3∶1 (4) 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 四、核外电子排布与元素推断 4．按要求回答问题。 (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________。 (2)B元素的负一价离子和C元素的正一价离子的电子层结构都与氩相同，B的元素符号为______，C的元素符号为________。 (3)D元素的正三价离子的3d轨道为半充满，D的元素符号为________，其基态原子的电子排布式为_________________________________________________________________。 (4)E元素基态原子的M层全充满，N层没有成对电子，只有一个未成对电子，E的元素符号为________，其基态原子的电子排布式为_______________________________________ ________________________________________________________________________。 答案　(1)N　(2)Cl　K (3)Fe　1s22s22p63s23p63d64s2或[Ar]3d64s2 (4)Cu　1s22s22p63s23p63d104s1或[Ar]3d104s1 1．下列化学用语表示不正确的是(　　) A．(2025·浙江1月卷)基态S原子的电子排布式：2s22p4 B．(2025·浙江1月卷)质量数为14的碳原子：C C．(2025·北京卷)基态30Zn原子的价层电子排布式：3d104s2 D．(2025·甘肃卷)基态Si原子的价层电子排布图： 解析　硫原子质子数为16，位于第三周期ⅥA族，基态S原子的电子排布式：1s22s22p63s23p4，故选A。 答案　A 2．下列化学用语表示正确的是(　　) A．(2025·河北卷)中子数为12的氖核素：Ne B．(2025·甘肃卷)O的同位素O可作为有机反应示踪原子 C．(2025·四川卷)中子数为21的钾核素：K D．(2025·四川卷)基态Fe3+价层电子的轨道表示式： 解析　氖原子的质子数为10，中子数为12，故中子数为12的氖核素Ne，A错误；中子数为21的钾核素：K，C错误；基态Fe3+价层电子排布式：3d5，轨道表示式为，D错误；故选B。 答案　B 3．(2025·山东卷)第70号元素镱(Yb)的基态原子价电子排布式为4f146s2。下列说法正确的是(　　) A．Yb的中子数与质子数之差为104 B．Yb与Yb是同一种核素 C．基态Yb原子核外共有10个d电子 D．Yb位于元素周期表中第6周期 解析　Yb中质子数为70，中子数为174－70＝104，故中子数和质子数之差为104－70＝34，A错误；核素是指具有一定数目质子和一定数目中子的一种原子，Yb、Yb为两种核素，B错误；Yb为70号元素，基态Yb原子的核外电子排布式为[Ar]3d104s24p64d104f145s25p66s2，共有20个d电子，C错误；由Yb的价电子排布式为4f146s2知，Yb位于第6周期，D正确。 答案　D 4．(2025·浙江1月卷节选)关于ⅤA族元素原子结构的描述，下列说法正确的是________(填字母)。 A．基态P原子3p轨道上的电子自旋方向相同 B．As3+的最外层电子数为18 C．P3+的半径小于P5+的半径 D．电子排布为[Ne]3s13p4的P原子处于激发态 解析　基态P原子价电子排布式为3s23p3，根据洪特规则，3p轨道上的3个电子自旋方向相同，A正确；基态As原子价电子排布式为4s24p3，基态As3+的价电子排布式为4s2，最外层电子数为2，B错误；P3+比P5+多一个电子层，所以P3+的半径大于P5+的半径，C错误；基态P原子的电子排布式为[Ne]3s23p3，故电子排布为[Ne]3s13p4的P原子中3s轨道上的1个电子跃迁到3p轨道，处于激发态，D正确。 答案　AD 5．按要求回答下列问题。 (1)(2025·安徽卷节选)锶位于元素周期表第五周期第ⅡA族。基态原子价电子排布式为________。 (2)(2025·北京卷节选)将Mg的基态原子最外层轨道表示式补充完整： (3)(2025·海南卷节选)同位素氘(H或D)，是一种常用的追踪标记原子，氘的质量数是________。 (4)(2025·河南卷节选)Ca位于元素周期表中________区；基态Ni2+的价电子排布式为________。 (5)(2025·山东卷节选)基态Fe原子与基态Fe3+未成对电子数之比为________。 (6)(2025·湖北卷节选)基态氟离子的电子排布式为________。 (7)(2025·湖南卷节选)基态Ni的价层电子排布式为________。 (8)(2025·云南卷节选)基态Cu原子的价层电子排布式为________。 解析　(1)锶位于元素周期表第五周期第ⅡA族，基态原子价电子排布式为5s2； (2)基态Mg原子最外层电子的电子排布式为3s2，故其基态原子最外层轨道表示式为。 (3)H的质子数为1，中子数为1，质量数为2； (4)Ca原子序数为20，电子排布式为[Ar]4s2，价电子位于s轨道，属于周期表s区；Ni原子序数为28，基态电子排布式为[Ar]3d84s2，Ni失去4s能级上2个电子形成Ni2+，价电子排布式为3d8； (5)基态Fe原子电子排布式为[Ar]3d64s2，未成对电子数为4，基态Fe3+电子排布式为[Ar]3d5，未成对电子数为5； (6)氟的原子序数为9，基态氟离子电子排布式为1s22s22p6； (7)Ni原子的价电子是指3d和4s能级上的电子，所以基态Ni原子的价电子排布式为3d84s2； (8)基态Cu原子的电子排布式为[Ar]3d104s1，故基态Cu原子的价层电子排布式为3d104s1。 答案　(1)5s2　(2) (3)2　(4)s　3d8　(5)4∶5　(6)1s22s22p6　(7)3d84s2　(8)3d104s1 学科网（北京）股份有限公司 $