高中化学：专题8.1 原子结构与元素性质2

专题8.1原子结构与元素性质

【考纲要求】

1.了解原子核外电子的运动状态、原子轨道分布和排布原理，能正确书写1〜36号元素原子核外电子、外

围电子的排布式和轨道表示式。

2.了解电子在原子轨道之间的跃迁及其简单应用。

3.了解电离能的含义，并能用以说明元素的某些性质。

4.了解电负性的概念，并能用以说明元素的某些性质。

考点一原子核外电子排布原理

【核心知识梳理】

1.能层

(1)能层：即为电子层。在多电子原子中，按照电子的能量差异将其分成不同电子层，通常用K、L、M、N

表示，能量依次升高。

(2)能层与电子排布数量

能量规律离核由近到远，电子能量由险到应

-每层最多容纳的电子数为组

数量规律最外层不超过旦个(K层为最外层时不超过2个)

一次外层不超过18个

(3)原子结构示意图

Na

微粒符号

2.能级

能级：即原子轨道。同一电子层里电子的能量也可能不同，又将其分成不同的原子轨道。通常用s、p、d、

f等表示。

①同一电子层里,各能级按s、p、d、f的顺序依次升高,即：£(s)<E(p)<£(d)<£(0,

②电子云轮廓图给出了电子在核外经常出现的区域。这种电子云轮廓图称为原子轨道。

原子轨道轨道形状轨道个数

S球形1

P纺锤形3

3.能层与能级的关系

能层—■二三四五……

符号KLMN0.......

能级1s2s2p3s3p3d4s4p4d4f5s5p.......

最多

226261026101426.......

电子数

电子离核远近近一远

电子能量高低低一高

注意：(1)能层数=电子层数。(2)第一能层(K),只有s能级；第二能层(L),有s、p两种能级，p能级上有

三个原子轨道口、p»p;,它们具有相同的能量；第三能层(M),有s、p、d三种能级。

4.电子云与原子轨道

(1)电子云

①由于核外电子的概率密度分布看起来像一片云雾，因而被形象地称为电子云。

②电子云轮廓图称为原子轨道形状。

(2)原子轨道

s电子的原子轨道呈球形对称

轨道形状

。电子的原子轨道呈哑铃形

飞能级1个

P能级3个

各能级上的原子轨道数目〈d能级5个

f能级7个

原子轨道<

〃①相同能层上原子轨道能量的高低：

②形状相同的原子轨道能量的高低：

能量关系<ls<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,、2P二轨道的

、能量相等

5.基态原子的核外电子排布

(1)能量最低原理：电子尽可能地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最

低状态。所有电子排布规则都需要满足能量最低原理。

如图为构造原理示意图，即基态原子核外电子在原子轨道上的排布顺序图：

(2)泡利不相容原理：每个原子轨道里最多只能容纳2个电子，且自旋状态相反。

2s2s

如2s轨道上的电子排布为不能表示为产L

(3)洪特规则：当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

2P2P2P

旋状态相同，如2P3的电子排布为I一3+」,不能表示为回，I/「ET口

洪特规则特例：当能量相同的原子轨道在全满(p6、小。、？4)、半满(p3、d\/)和全空(p。、d。、f)

状态时，体系的能量最低，如24Cr的基态电子排布式为Is22s22P63s23P63d54sl或[Ar]3d54s)

6.基态原子核外电子排布的表示方法

(1)电子排布式

①概念：将轨道上所排布的电子数标注在该轨道符号右上角，并按照电子层从左到右的顺序排列的式子。

|电子层、轨道上填充

的电子数

②表示方法：画堂1，如16s原子的电子排布式：Is22s22P63s23P4：再如26Fe：原子的电子

排布式：Is22s22P63s23P63d64s2。

③简化电子排布式：把内层电子已达到稀有气体结构的部分写成“原子实”，以相应稀有气体的元素符号外加

方括号表示，得到简化的电子排布式。上述两种原子的简化电子排布式分别为[Ne]3s23P4、[Ar]3d64s2。

④外围电子排布式：简化的电子排布式中省去相应的稀有气体的元素符号后剩下的部分。上述两种原子的

外围电子排布式分别为3s23P4、3d64s2。

⑵轨道表示式

①概念：将每一个原子轨道用一个方框表示，在方框内标明基态原子核外电子排布的式子称为轨道表示式。

7.电子的跃迁与原子光谱

(1)电子的跃迁

色态原

卜

吸收光谱包也吸收能量释放能量期*发射光谱

(2)不同元素的原子发生跃迁时会吸收或释放不同的光，可以用光谱仪摄取各种元素的电子的吸收光谱或发

射光谱，总称原子光谱。

附：可见光的波长范围

颜色波长范围

红770〜622nm

橙622〜597nm

黄597〜577nm

绿577〜492nm

蓝、靛492〜455nm

紫455~350nm

(4)注意：①可见光中，红光的波长最长，紫色的波长最短。②焰色反应是电子跃迁的结果，故金属的焰色

反应是物理变化过程，不属于化学变化。

［精准训练11原子核外电子排布原理

1.写出下列原子或离子的①电子排布式、②外围电子轨道表示式、③电子占的原子轨道数、④未成对电子数。

(1)N：①,②,③,④。

(2)0：①,②,③,④。

(3)Fe2+：①,②,③,④.

(4)Cu：①,②，③,④o

(5)Se：①，②,③,④。

(6)B「：①,②,③,④。

2.下列电子排布图能表示氮原子的最低能量状态的是()

Is2s2pIs2s2pI*2s2PIs2s2P

EEEH3EEJEEE用■冏皿口fTTiHltiIi

AB('D

3.已知锦的核电荷数为25,下列有关基态镒原子核外电子排布正确的是()

3d4s

A.价电子排布图为"MlHI］回

B.核外电子排布时，先排满4s轨道，再排3d轨道

C.镒原子失去电子形成Md'时应失去3d轨道上的电子

D.铳原子的2p和3p轨道的形状、能量均相同

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；其外围电

子轨道表示式为o

(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氤相同，B的元素符号为,C离

子的结构示意图为.

(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

,其原子的结构示意图为。

(4)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。

(5)F元素的基态原子最外层电子排布式为〃s，p"+2,则〃=；基态原子中能量最高的是电

子,核外电子轨道表示式为o

【精准训练2】电子的跃迁与原子光谱

5.元素“氨、锄、钠”等是用下列哪种科学方法发现的()

A.红外光谱B.质谱C.原子光谱D.核磁共振谱

6.元素Na的焰色反应呈黄色，从能量变化的角度其光谱类型属于()

A.发射光谱B.吸收光谱C.连续光谱D.线状光谱

7.以下现象与核外电子的跃迁有关的是()

①霓虹灯发出有色光②棱镜分光③激光器产生激光④凸透镜聚光⑤燃放的焰火，在夜空中呈现五

彩缤纷的礼花⑥日光灯通电发光

A.①③④⑤B.①②④⑤C.①③⑤⑥D.①②③⑤

8.回答下列问题：

(1)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。则元素K的焰色反应呈紫红色，其中

紫色对应的辐射波长为nm(填字母)。

A.404.4B.553.5C.589.2D.670.8E.766.5

(2)发生焰色反应的原因是、

考点二原子结构与元素性质

【核心知识梳理】

1.原子结构与元素周期表

(1)原子结构与周期数的关系

每周期第一种元素每周期最后一种元素

周电子

原子基态原子的原广

期层数基态原子的电子排布式

序数电子排布式序数

二23[He]2sl101S22s22P6

三311[Ne]3sl18Is22s22P63s23P6

四419[Ar]4sl361S22s22P63s23P63d104524P6

1S22s22P63s23P63d】。4s24P6

五537lKrJ5s'54

4dI05s25p6

1S22s22P63s23P63d1°4s24P6

655[Xe]6s'86

4dM)4fl45s25p65d106s26P6

(2)族元素的价电子排布特点

①主族元素

主族IAIIAIIIAIVAVAVIAVDA

排布特点ns]ns2«s2np'夜印37tS272p4ws2np5

②0族元素：〃s2〃p6(其中He为Is2)o

③过渡元素(副族和第VDI族)：(〃-l)d「i%s「2(Pd、锢系和舸系元素除外)。

(3)元素周期表的分区与价电子排布的关系

①周期表的分区

②各区价电子排布特点

分区价电子排布

S区HS1'2

P区〃$2理|6(除He外)

d区（〃一1）（T2（除Pd外）

ds区(九一1对。以12

f区（〃一2）f）l）d°2ns2

(4)对角线规则

Li

在元素周期表中，某些主族元素与左E方的主族元素的有些性质是相似的，如MgiA“Si],Li2co3、MgCO3

都能溶于水，Be(0H)2、A1(OH)3都具有两性等。

(5)注意：①能层数=电子层数=周期数。②主族序数=价电子数。③对于主族元素，价电子层就是最外电

子层，而对于过渡元素，价电子层不仅是最外电子层。如Fe的价电子排布式为3d64s2。

2.元素周期律

(1)原子半径

能层数：能层数越多，原子半径越大

①影响因素•

核电荷数：能层数相同，核电荷数越大，原子半径越小

②变化规律元素周期表中的同周期主族元素从左到右，原子半径逐渐减小；同主族元素从上到下，原子

半径逐渐增大。

(2)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：h，

单位：kJmol'0

②变化规律a.同周期：第一种元素的第一电离能最小，最后一种元素的第一电离能最大，总体呈现从左

至右逐渐增大的变化趋势。

b.同族元素：从上至下第一电离能逐渐减小。

C.同种原子：逐级电离能越来越大（即/|</2</3...）»

③注意：a.金属活动性顺序与元素相应的电离能大小顺序不完全一致，故不能根据金属活动性顺序判断电离

能的大小。

b.第二、三、四周期的同周期主族元素，第IIA族（〃s2〃p。）和第VA族（〃s2np3）,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川A族和第VIA族元素的，如第一电离能：Mg>AL

P>S,

（3）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。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。

②标准以最活泼的非金属氟的电负性为4.0作为相对标准，计算得出其他元素的电负性（稀有气体未计）

③变化规律在元素周期表中，同周期从左至右，元素的电负性逐渐增大，同主族从上至下，元素的电负

性逐渐减小

②电负性的应用

金属元素的电负性一般小于

1.8,金属元素的电负性越小,

判断金属性元素的金属性越强

厂与非金属性

[的强波，非金属元素的电负性一般大于

L8,非金属元素的电负性越大，

元素的非金属性越强

[电负性大的元素显负价

应判断元素

在化合物一

T电负性小的元素显正价

用中的价态

一两个成键电负性差值大（一般

大于1.7）的元素原子之间形

成的化学键一般为离子键

两个成键电负性差值小（一般

L小于1.7）的元素原子之间形成

的化学键一般为共价键

③注意：a.共价化合物中，两种元素电负性差值越大，它们形成共价键的极性就越强。

b.两元素电负性差值大于1.7时:一般形成离子键，小于1.7时，一般形成共价键，如AlCb中两元素的电

负性之差为1.5,因此A1CL含有共价键，属于共价化合物。

c.位于非金属三角区边界的“类金属''（如错、睇等）的电负性则在1.8左右。

【精准训练3】原子结构与元素性质

9.对Na、Mg、Al的有关性质的叙述不正确的是（）

A.第一电离能：Na<Mg<AlB.电负性：Na<Mg<Al

还原性：

C.Na>Mg>AlD.碱性：NaOH>Mg(OH)2>A1(OH)3

10.现有三种元素的基态原子的电子排布式如下：

①Is22s22P63s23P4;②Is22s22P63s23P3;③Is22s22P5。则下列有关比较中正确的是()

A.第一电离能：③，②〉①B.原子半径：③下②〉①

C.电负性：③>②>①D.最高正化合价：③，②〉①

11.黄铜是人类最早使用的合金之一，主要由Zn和Cu组成。第一电离能/.(Zn)4(Cu)(填“大于”

或“小于原因是。

12.已知元素的电负性和元素的化合价一样，也是元素的一种基本性质。下面给出14种元素的电负性：

元素A1BBeCClFLiMgNNaOPSSiCl

电负性1.52.01.52.53.04.01.03.00.93.52.12.51.83.0

已知：两成键元素间电负性差值大于1.7时，形成离子键，两成键元素间电负性差值小于1.7时，形成共价

键。

(1)根据表中给出的数据，可推知元素的电负性具有的变化规律是。

(2)通过分析电负性值变化规律，确定Mg元素电负性值的最小范围为o

(3)判断下列物质是离子化合物还是共价化合物：

A.Li3NB.BeChC.A1C13D.SiC

①属于离子化合物的是(填字母，下同)；②属于共价化合物的是;

请设计一个实验方案证明上述所得到的结论o

【真题感悟】

1.电子排布式

(1)(2021•全国乙卷)对于基态Cr原子，下列叙述正确的是(填标号)。

A.轨道处于半充满时体系总能量低，核外电子排布应为[Ar]3d54sl

B.4s电子能量较高，总是在比3s电子离核更远的地方运动

C.电负性比钾高，原子对键合电子的吸引力比钾大

(2)(2021•全国甲卷)Si的价电子层的电子排布式为o

(3)(2021•广东卷)基态硫原子价电子排布式为。

(4)(2021•天津卷)基态Fe原子的价层电子排布式为。

(5)(2019♦全国卷H)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41*682>Sn?+价层

电子排布式为。

(6)(2018•高考全国卷IWZn原子核外电子排布式为。

(7)(2017•高考全国卷m)Co基态原子核外电子排布式为o

(8)(2016•高考全国卷I)基态Ge原子的核外电子排布式为[Ar]。

(9)(2016•高考全国卷II)锲元素基态原子的电子排布式为。

(10)(2016•高考全国卷皿)写出基态As原子的核外电子排布式。

2.核外未成对电子数

(1)(2021・福建卷)基态C原子的成对电子数与未成对电子数之比为。

(2)(2020•高考全国卷I)基态Fe2+与Fe3+离子中未成对的电子数之比为。

(3)(2016•高考全国卷I)基态Ge原子有个未成对电子。

(4)(2016•高考全国卷H)锲元素基态原子的3d能级上的未成对电子数为。

3.电子云和电子运动状态

(1)(2021•湖南卷)基态硅原子最外层的电子排布图为o

(2)(2021•山东卷)基态F原子核外电子的运动状态有种。

(3)(2019•高考全国卷HI)在周期表中，与Li的化学性质最相似的邻族元素是,该元素基态原子核外

M层电子的自旋状态(填“相同”或“相反”)。

(4)(2018•高考全国卷I)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)。

T

1个“口aa

R

Q2s2%2V

A.叵□D

B.Q2s22|>.

C..»,

O.Hm立口D

2s2P2p2p

1/1rnrnrn

(5)(2018•高考全国卷II)基态S原子电子占据最高能级的电子云轮廓图为形。

(6)(2017•高考全国卷I)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o

4.电离能

⑴(2021•福建卷)N、0、S的第一电离能(/i)大小为/I(N)>/I(O)>/I(S),原因是»

(2)(2020•高考全国卷I)Li及其周期表中相邻元素的第一电离能彷)如表所示。/i(Li)>/!(Na),原因是

«/i(Be)>/i(B)>Zi(Li),原因是。

/i/(kJmol*)

Li520Be900B801

Na496Mg738A1578

(3)(2019・高考全国卷I)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)。

①①①①①

A.[Ne]3»B.[Ne]3BC.[Ne]3S3PD.[Ne]3P

(4)(2017•高考全国卷ID)元素Mn与。中，第一电离能较大的是。

(5)(2016•高考全国卷U)元素铜与银的第二电离能分别为瓜=1958kJmo「、/『1753kJmoF1,公>人的

原因是。

(6)(2016•高考全国卷IH)根据元素周期律，第一电离能GaAs(填“大于”或“小于”)。

5.电负性

(1)(2019•高考全国卷I)NH4H2PO4中，电负性最高的元素是。

(2)(2016•高考全国卷I)光催化还原CO2制备CH4反应中，带状纳米Zn2GeC)4是该反应的良好催化剂。Zn、

Ge、O电负性由大至小的顺序是。

6.原子半径或离子半径

(1)(2019•高考全国卷H)比较离子半径：厂。2-(填“大于”“等于”或“小于，>

⑵(2018•高考全国卷I)Li+与H-具有相同的电子构型，r(Li+)小于r(H一),原因是。

答案(1)小于(2)L「核电荷数较大

【课时达标训练】

1.符号为N的能层最多能容纳的电子数为()

A.18B.32C.50D.72

2.若以E(〃l)表示某原子轨道的能量，以下各式正确的是()

A.E(5s)>E(40>£(4s)>E(3d)B.E(3d)>E(4s)>E(3p)>E(3s)

C.£(4s)<E(3s)<£(2s)<E(1s)D.E(5s)>E(4s)>E(4f)>£(3d)

3.表示一个原子在第三能层上有10个电子可以写成()

A.s10B.3d10C.3s23P63d2D.3s23P64s2

4.下列各原子或离子的电子排布式错误的是()

A.Mg2+Is22s22P6B.FIs22s22P5C.Cl-Is22s22P63s23P$D.As1s22s22p63s23p63d'04s24p3

6.下列表示式中错误的是()

①Na+的电子式：[：&：]+

②Na-的结构示意图：

③Na的电子排布式：Is22s22P63sl

©Na的简化电子排布式：[Na]3sl

A.①②B.②@C.③©D.①④

7.某原子核外电子排布为〃s2〃p7,它违背了()

A.泡利原理B.能量最低原理C.洪特规则D.洪特规则特例

8.某原子核外共有6个电子，分布在K与L电子层上，其基态原子在L层分布中正确的是()

9.(1)某元素的原子序数为3