2022届新高考化学一轮复习原子结构原子核外电子排布学案

原子结构原子核外电子排布

课程标准备考指导

1.「解原广核外电厂的运动状态、能级分布和排布原理，

L考查点:掌握1〜36号元素原子核外电子、价电子的电

能正确书写1-36号元素原子核外电子、价电子的电子

子排布式和电子排布图;掌握第一电离能与电负性大小

排布式和电子排布图。

比较；了解基态、激发态、光谱分析

2.了解电离能的含义.并能用以说明元素的某些性质，

2.呈现方式：非选择题。

3.了解电子在原子轨道之间的跃迁及其简单应用

3.难度:较易.

4.J^解电负件的概念.并能川以说明元索的某些性质；

必备知识•自主排查

、原子结构与核素、同位素

1.构成原子的微粒及作用

］质子(Z个)——决定毛素的种类

百工原子核小下「，八7、不［在质子数确定后闩什方

原子1I中子［(/—Z)个］决定原子种类同位素

0X)核外电子(Z个)——最外层电子数决定元素的

化学性质

2.微粒之间的关系

⑴质子数(Z)=核电荷数=核外电子数；

⑵质量数(A)=质子数(Z)+中子数(M；

⑶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。

3.一个信息丰富的符号

元素化合价

质量数、、庶/离子所带电荷数

质子数/、原子个数，如过氧根离子：168O≡-0

4.元素、核素、同位素

⑴概念及相互关系

具有相同质建的同一类原子的总称.

同种元素可有多种不同的核素

f∕jl∖∖

具有一定数目的质子和一定数目的

(@)∙∙∙∙∙∙(O冲子的一种原子

同位素质子数相同,中子数不同的同一

元素的不同核素的互称

⑵同位素的“六同三不同工

质子数相同同一元素

\/

核电荷数相同一因前一位置相同

/\

核外电子数相同化学性质相同

中子数不同

Z--

三

不一质量数不同

同

\

物理性质不同

(3)几种重要的核素及其应用。

核素9?UJ-C?H?H望O

用途核燃料用于考古断代制氢弹示踪原子

【微点拨】同位素之间的转化既不属于物理变化也不属于化学变化，属于核反

应。

二、原子核外电子排布

1.能层、能级

⑴能层(〃)：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KsL、M、N……表示，能量依次升高。

⑵能级：同一能层里的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的顺序升高,

即E(S)<E(P)<E(d)<E(f).

能层⑺能级最多容纳电子数

原子轨道

序号符号符号各能级各能层

数

—KIs122

2s12

L8

2p36

3s12

—M3p3618

3d510

4s12

4p36

四N32

4d510

4f714

,.,,.,・・・•・.•・•・・.

n••••..••••・•2n2

2.原子轨道：电子云轮廓图给出了电子在核处经邕出现的区域，这种电子云轮廓

图称为原子轨道。

S电子的原子轨道呈琰衫对称

轨道形状

P电子的原子轨道呈哑铃形

S能级1个

p能级3个

原各能级上的原子轨道数目<d能级5个

子f能级7个

轨

道(D相同能层上原子轨道能量的高低:〃s

V"P<"dV"f

(2)形状相同的原子轨道能量的高低：1s

能量关系’<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2p,、

2P,.、2R轨道的能量舱

3.基态原子的核外电子排布

(1)基态原子核外电子排布三原则

①能量最低原理：电子先占有能量低的轨道，然后进入能量高的轨道，使整个

原子的能量处于蜀氐状态。

②泡利原理：一个原子轨道中最多只能容纳两个电子，目这两个电子的自旋方

向相反。

③洪特规则：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，且自旋状态相同。

(2)构造原理——电子填充顺序

构造原理即基态原子核外电子在原子轨道上的排布顺序，如图：

4.核外（价）电子排布的表示方法

表示方法含义举例

S：Is22s22p63s23p4或

表示每个能级上排布的电

核外电子排布式ΓNe13s23p4

子数

Ar：Is22s22p>3s23p6

表示每个原子轨道中电子O：

电子排布图

Is2s2p

的运动状态GB[π∏T∩

S:3s23p4

3s3p

价层电子排布式或排布[∏][≡τ∩

表示价层电子的排布

图Fe：3d64s2

3d4s

I仲川IHtlHD

电子排布图中各符号、数字的含义（以铝原子为例）

没有电子的轨

Is2s2p3s3p道称为空轨道

回E]≡≡1E]

1个方框表示1个原子轨道单电子（未成对电子）

用“乜”表示2个自旋状态相反的电子

【微点拨】⑴书写简化的电子排布式时，并不是所有的都是[X]+价电子排布式

（注：X代表上一周期稀有气体元素符号）。

⑵过渡元素“价电子层排布”不仅是最外层电子排布，如Fe的价电子层排布为

62

3d4so

5.基态、激发态及光谱示意图

⑴基态原子：处于最低能量的原子。激发态原子：基态原子的电子吸收能量后,

从低能级跃迁到高能级状态的原子。

⑵原子光谱：不同元素的原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。利用原子光谱的特征谱线可以鉴定元素，称为光谱分

近。

⑶基态、激发态及光谱示意图。

连态原力）

吸收光谱包圾吸收能量释放能量业也发射光谱

三、原子结构与元素的性质

1.原子结构与周期表的关系

表示方法含义举例

S:ls22s22pll3s23p'

核外电子表示每个能级I'.或［Ne］昵细_

排布式排布的电子数Ar：

Is?2s22p63s23p6

表示每个原子轨（）：

电子排布图道中电子的运动Is2s2p

QUΠTΓTΓΠ

状态

2l

Ss3s3p

3s3p

价层电子

表示价层电子的E][WTTTI

排布式或

排布Fe≡3dβ4s2

排布图

3d4s

用HlMm[∏]

2.每族元素的电子排布特点

①主族

主族IA∏AΓ∏AIVAVAVIAV∏A

排布

22I24

HS1HS湛如2nS%Γ>3∕7s2∕2p'

特点

26

②O族：He：Is?;其他nsnpo

③过渡元素（副族和第VIn族）：（〃-DdilW~2。

④元素周期表的分区

a.根据核外电子排布分区

b.各区元素化学性质及原子最外层电子排布特点

分区元素分布外围电子排布元素性质特点

除氢外都是活泼金属元

S区IA族、∏A族叔~2素;通常是最外层电子参

与反应

IIIA族~VIIA族、0通常是最外层电子参与

P区ws2∕¾p1~6(He除外)

族反应

HIB族~VDB族、Vln(π-l)d'-9MS1~2(∣^tEd轨道可以不同程度地

d区

族（除镯系、铜系外）外)参与化学键的形成

ds区ɪB族、IIB族(H-l)d10ns1~2金属元素

锢系元素化学性质相近，

f区铺系、铜系(π-2)f0~l4(H-l)d0~2Tis2

婀系元素化学性质相近

3.对角线规则

在元素周期表中，某些主族元素与左上方或左选的主族元素的有些性质是相

BQ

⅛,____

MgAlSi

4.元素周期律

⑴电离能。

①第一电离能：气态电中性基态原子失去一个电子转化为气态基态正离子所需

要的最低能量,符号/一单位kJ∙mol--0

②同种原子：逐级电离能越来越大（即∕1<∕2<∕3…）。

③递变规律：同周期（从左T右）第一电离能呈增大的趋势；同主族（从上一下）第

一电离能逐渐减小。

⑵电负性。

①含义：元素的原子在化合物中吸引键合电子能力的标度。

②元素的电负性越大，表示其原子在化合物中吸引键合电子的能力越强。

③递变规律：同周期（从左一右）电负性逐渐增大；同主族（从上一下）电负性逐渐

减小。

【微点拨】第二、三、四周期的同周期主族元素，第IlA族SS2〃Po)和第VA族

(HS⅛P3)，因P轨道处于全空或半充满状态，比较稳定，所以其第一电离能大于

同周期相邻的第InA族和第VlA族元素的，如第一电离能：Mg>Al,P>S。

、基础诊断

1.2020年全球暴发新型冠状病毒肺炎疫情，为了配合防疫，尽量做到每天测量

体温，普通体温计中含有金属汞(Hg)。关于鬻Hg的说法正确的是()

A.质子数为200B.核外电子数为80

C.核电荷数为120D.中子数为80

【解析】选Bo原子符号中左下角数字为质子数，所以驾Hg的质子数为80,

故A错误；原子核外电子数=质子数=80,故B正确；原子核电荷数等于质子

数=80,故C错误；原子符号中左上角数字为质量数，质量数=质子数+中子

数,所以该原子中子数为200-80=120,故D错误。

2.(2021年湖北适应性测试堞C的衰变反应为鲁C一>'/X÷0.ιe,其半衰期(反

应物的量被消耗到其初始量的一半需要的时间)为5730年。下列说法正确的是

()

A.tC与？X互为同位素

B.号C与？X的中子数相同

C.YC与YC的价层轨道电子数相差2

D.某考古样品中tC的量应为其11460年前的《

4o

【解析】选D。由号C->'zX+1e可知，？X为9N,£C与早N质子数不

同，不互为同位素，故A错误；鲁C的中子数为14-6=8,7N中子数为14

-7=7,中子数不同,故B错误；,C和鲁C的核外电子数都为6,价层轨道

电子数相等，故C错误；11460年经历了2个半衰期，（；P=（,鲁C的量应

为其11460年前的（，故D正确。

3.错的相关信息如图所示。下列有关卡片信息解读不正确的是（）

~τΓ

饯

204.46s26p1

A.钻的元素符号为Tl

B.沱原子的中子数为204-81=128

C.铉位于第6周期InA族

D.钻的金属性比铝的金属性强

【解析】选Bo由图可知，错的元素符号为Tl,故A正确；图示中左下角的数

字为元素的相对原子质量，Tl的质量数不一定是204,故B错误译它为81号元

素，由元素原子结构可知，第六周期稀有气体为86号，故Tl位于元素周期表中

第6周期第HIA族，故C正确；同主族从上到下元素的金属性增强，则错的金

属性比铝的金属性强，故D正确。

4.下列关于价电子构型为4s24p4的原子的描述正确的是（）

A.其电子排布式为1s22s22p63s23p64s23dl04p4

4s4p

B.其价电子排布图为四≡

C.其4p轨道电子排布图为庇

D.其电子排布式可以简化为[Ar]3d∣04s24p4

【解析】选D。A项，其基态原子电子排布式为ls22s22p63s23p63d'04s24p4,错误；

B项，违反了洪特规则，错误；C项，违反了泡利原理，错误；D正确。

5.以下有关元素性质的说法不正确的是()

A.具有下列电子排布式的原子中：①Is22s?2p63s23p2,②Isz2s22p3,(3)ls22s22p2,

(4)ls22s22ρ63s23ρ4,原子半径最大的是①

B.具有下列价电子排布式的原子中：①3s?3pi,②3s?3p2,③3s?3p3,(4)3s23p4,

第一电离能最大的是③

C.①Na、K、Rb,②N、P、As,③O、S、Se,④Na、P、。中，元素的电负

性随原子序数增大而递增的是④

D.某元素气态基态原子的逐级电离能分别为738、1451、7733、10540、13630、

17995、21703,当它与氯气反应时可能生成的阳离子是X?+

【解析】选D。A项，①为Si,②为N,③为C,④为S,原子半径最大的为

Si,正确；B项，①为Al,②为Si,③为P,④为S,第一电离能最大的为P,

正确；C项，同一主族元素，电负性从上到下逐渐减小；同一周期元素，电负性

呈增大趋势，正确；D项，根据各级电离能变化趋势，基态原子的最外层应有2

个电子，所以与Cl2反应时应呈+2价，D错误。

考向一原子核外电子排布原理)

『核心透析

正确理解“两原理，一规则”

⑴原子核外电子排布符合能量最低原理、洪特规则、泡利不相容原理，若违背

其一，则电子能量不处于最低状态。

在书写基态原子的电子排布图时，常出现以下错误:

①田皿1(违反能量最低原理)

②团(违反泡利不相容原理)

③网ΓE(违反洪特规则)

④田口(违反洪特规则)

⑤书写轨道表示式(或电子排布图)时，空轨道不能省略。如碳原子的电子排布图

ɪs2s2pIs2s2p

表示为ElEfflrτm,而不是迎迎fflZo

⑵能级交错现象：核外电子的能量并不是完全按能层序数的增加而升高，不同

能层的能级之间的能量高低有交错现象，如E(3d)>E(4s),E(4d)>E(5s).

E(5d)>E(6s)xE(6d)>E(7s)xE(4f)>E(5p)xE(4f)>E(6s)等。

⑶洪特规则特例：当能量相同的原子轨道在全满(P6、&。、P，、半满(P∖d∖f)

和全空(p°、d。、F))状态时，体系的能量最低。如24Cr的基态原子电子排布式为

Is22s22p63s23p63d54s∣而不是Is22s22p63s23p63cr⅛s2再如价电子排布式CU3d104s'

102

Zn：3d4so

，题组过关

角度1原子核外电子排布的表示方法

1.(l)[2019•全国卷口∙35(2)]Fe成为阳离子时首先失去________轨道电子，Sm

的价层电子排布式为4e6s2,Sn?+价层电子排布式为

(2)[2019∙江苏高考∙21(l)]Cu2+基态核外电子排布式为

⑶下列状态的镁中，电离最外层一个电子所需能量最大的是________(填标号)。

A.[Ne]①B.[Ne](ɪɪ)C.[Ne]①①D.[Ne]①

3s3s3s3ρ3p

(4)[2018.全国卷I∙35(l)]Li是最轻的固体金属，采用Li作为负极材料的电池具

有小而轻、能量密度大等优良性能，得到广泛应用。下列Li原子电子排布图表

示的状态中，能量最低和最高的分别为(填标号)。

八田EB□□□p□≡E□□

i

Is2s2pʃ2Py2\).'Is2s2p,2pv2p,

r□E≡□□n≡E□□□

,,

Is2s2pr2p∖,2p.Is2s2p,2pv2p1

(5)[2018•全国卷∏∙35(l)]基态Fe原子价层电子的电子排布图(轨道表达式)为

基态S原子电子占据最高能级的电子云轮廓图为

______形。

(6)[2018•全国卷I∏∙35(l)]锌在工业中有重要作用，也是人体必需的微量元素。Zn

原子核外电子排布式为O

(7)[2018∙江苏高考•2l(2)]Fe2+基态核外电子排布式为。

【解析】(I)Fe的价层电子排布式为3d64s2,其阳离子Fe2+、Fe?+的价层电子排

布式分别是3d，3d5,二者均首先失去4s轨道上的电子。Sm失去3个电子成为

Sn?+时首先失去6s轨道上的电子，然后失去1个4f轨道上的电子，故Sn?+价

层电子排布式为4亿

(2)Cu为29号元素，根据构造原理可知，Cu的核外电子排布式为[Ar]3d∣04s∣,

失去2个电子后变为CU2+,则CU2+的核外电子排布式为[Ar]3d∖

(3)根据影响电离能的因素可知，A中电离最外层的一个电子所需能量最大。

(4)根据核外电子排布规律可知Li的基态核外电子排布式为ls22sl,则D项中能

量最低；选项C中有2个电子处于2p能级上，能量最高。

⑸基态铁原子的核外电子排布式为ls22s22p63s23p63d64s2,故基态铁原子价层电

子的电子排布图(轨道表达式)3d4s,基态硫原子核外电子

排布式为ls22s22p63s23p6,电子占据最高能级为3p,电子云轮廓图为哑铃形。

(6)Zn是第30号元素,所以核外电子排布式为ls22s22p63s23p63d104s2或

02

[Ar]3d'4so

⑺Fe原子核外有26个电子，根据构造原理，基态Fe的核外电子排布式为

1s22s22p63s23p63d64s2,基态Fe?+的核外电子排布式为Is22s22p63s23p63d6或

6

[Ar]3do

答案：(l)4s4f5(2)[Ar]3d9或1s22s22p63s23p63d9

⑶A

哑铃(纺锤)

(6)[Ar]3cP04s2或ls22s22p63s23p63d104s2

(7)[Ar]3d6或ls22s22p63s23p63d6

2∙(2017∙全国卷I节选)钾和碘的相关化合物在化工、医药、材料等领域有着广

泛的应用。

⑴元素K的焰色反应呈紫红色，其中紫色对应的辐射波长为nm(填标

号)。

B.C.

D.670.8E.

⑵基态K原子中，核外电子占据的最高能层的符号是_________占据该能层电

子的电子云轮廓图形状为。

【解析】(1)可见光波长范围大约在400nm到760nm之间，紫光高能高频波长

短，选A。(2)基态K原子中，最外层电子为4s∣,核外电子占据的最高能层为第

四层，符号是N,占据该能层电子的电子云轮廓图形状为球形。

答案：(I)A(2)N球形

角度2根据核外电子排布推断元素

3.现有部分短周期元素的性质或原子结构如表：

元素编号元素性质或原子结构

W单质能与水剧烈反应，所得溶液呈弱酸性

X位于第二周期，基态原子的S轨道电子与P轨道电子数相

X

等

Y第三周期元素的金属简单离子中半径最小

ZL层有三个未成对电子

T该元素的正三价离子的3d能级为半充满

(I)WxX、Y三种元素的离子半径由大到小的顺序是___________(用离子符号

表示)；化合物ZW3的电子式是___________o

⑵在W、X的气态氢化物中，较稳定的是___________(用化学式表示，下同),

沸点较高的是_____________沸点高的原因是______________O

(3)Y的价电子轨道表示式为,写出Y元素最高价氧化物的水化物

与NaOH溶液反应的离子方程式：o

(4)T在周期表中的位置是___________T2+的电子排布式为"的单

质在高温下与X的氢化物反应，其化学方程式为0

(5)基态Z原子中，核外电子占据的最高能层的符号是_____________占据最高

能级的电子的电子云轮廓图形状为O

【解析】在短周期元素中，单质能与水剧烈反应，所得溶液呈弱酸性，则W为

F,X基态原子的s轨道电子与p轨道电子数相等，核外电子排布为ls22s22p4,

则X为O,第三周期元素的简单离子中半径最小的离子为AF+,则Y为Al,Z

的L层有三个未成对电子，核外电子排布为Is22s?2p3,则Z为N,T元素的正

三价离子的3d能级为半充满，T原子外围电子排布为3d64s2,则T为Feo

(1)F、O、Al三种元素的离子具有相同的电子层结构，核电荷数越大半径越小，

；F；

23

故半径由大到小的顺序是O->F->A1+；NF3的电子式是：E：£：

(2)F、O处于同一周期，非金属性F>O,气态氢化物稳定性HF>H2O,较稳定

的是HF,由于水分子间存在氢键，故沸点较高的是H2Oo

(3)Y是Al,Al价电子排布式为3s23p1,根据洪特规则和泡利不相容原理即可进

3s3p

一步写出价电子的轨道表示式为迎田H,铝的最高价氧化物的水化物为

Al(OH)3,Al(OH)3具有两性，与NaOH溶液反应的离子方程式为AI(OH)3+OH

-=AlO2-+2H2OO

(4)T是Fe,Fe在周期表中的位于第四周期第Vln族，Fe?+的电子排布式为［ArBcf

或ls22s22p63s23p63d6；Fe在高温下与水蒸气反应，其化学方程式为3Fe+

(5)Z为N,N原子电子排布式为ls22s22p3,基态氮原子中,核外电子占据的最

高能层的符号是L层，占据最高能级的电子的电子云轮廓图形状为哑铃形。

答案：(I)O2->F->A13+：F：N：F：,∙√F：

(2)HFH2O水分子间存在氢键

3s3p

(3)EIfI匚口Al(OH)3+OH-=AlO2-+2⅛O

(4)第四周期第VIn族[Ar]3d6或1s22s22p63s23p63d6

3Fe+4H2O(g)=^⅛Fe3O4+4H2(5)L哑铃形

肝【加固训练】

1∙（2015∙全国卷I节选）处于一定空间运动状态的电子在原子核外出现的概率密

度分布可用形象化描述。在基态|七原子中，核外存在_______对自旋

相反的电子。

【解析】电子云是处于一定空间运动状态的电子在原子核外出现的概率密度分

布的形象化描述；碳原子的核外有6个电子，电子排布式为Is22s22p2,其中1s、

2s±2对电子的自旋方向相反，而2p轨道的电子自旋方向相同

答案：电子云2

2.（2014•全国卷I节选）基态Fe有个未成对电子。Fe3+的电子排布式

为O可用硫氧化钾检验Fe3+,形成的配合物的颜色为o

【解析】基态Fe的核外电子排布式为[Ar]3d（＞4s2,其中3d轨道有4个轨道未充

满，含有4个未成对电子。Fe失去4s轨道的2个电子和3d轨道的1个电子形

成Fe3+,则其电子排布式为Is22s22p63s23p63d5或[Ar]3d5°检验Fe3+时，Fe3+与

SCN-形成配合物而使溶液显红色。

答案：4ls22s22p63s23p63d5∏J6[Ar]3d5红色

考向二原子结构与元素性质）

，核心透析

1.元素周期律

项目同周期（从左T右）同主族（从上→下）

电子层数相同，最外层电子

最外层电子数相同，电子层

原子核外电子排布数逐渐增多，1-7（第一周

数递增

期1→2）

原子半径逐渐减小（0族除外）逐渐增大

最高正价=主族序数9、F

最局I正价由+1→+7最低

元素主要化合价除外），非金属最低负价=

负价由-4→-1

主族序数-8

得电子能力逐渐增强，失电得电子能力逐渐减弱，失电

原子得、失电子能力

子能力逐渐减弱子能力逐渐增强

元素的第一电离能第一电离能呈增大的趋势第一电离能逐渐减小

元素的电负性电负性逐渐增大电负性逐渐减小

元素金属性、非金属金属性逐渐减弱非金属性金属性逐渐增强非金属性

性逐渐增强逐渐减弱

2.电离能的应用规律

⑴判断元素金属性的强弱

电离能越小，金属越容易失去电子，金属性越强；反之越弱。

⑵判断元素的化合价5、/2……表示各级电离能）

如果某元素的/"+>>/〃，则该元素的常见化合价为+n价。如钠元素∕2>>∕∣,