高中化学人教版大单元三　第六章　第28讲　原子结构　核外电子排布规律

第28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、价层电子排布式和轨道表示式。考点一原子核、核素、同位素1.原子结构(1)原子的构成(2)微粒符号及其意义(3)微粒间的数目关系①质量数(A)=中子数(N)＋质子数(Z)②中性粒子(原子、分子等)：核外电子数=质子数=核电荷数阳离子：核外电子数=质子数－所带电荷数阴离子：核外电子数=质子数＋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同一元素的各种核素，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)几种重要核素的用途核素926118用途核燃料用于考古断代制氢弹示踪原子1.核聚变如12H+13H→24He2.所有原子核内一定有中子()3.质量数就是元素的相对原子质量()4.质子数相同的微粒一定属于同一种元素()5.核外电子数相同的微粒，其质子数一定相同()6.1735Cl与1737Cl答案1.×2.×3.×4.×5.×6.√一、元素、核素、同位素概念辨析1.(2024·上海，2)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多一个中子答案D解析18F与19F质子数相同、中子数不同，因此两者不是同种核素，A错误；同素异形体指的是同种元素的不同单质，18F与19F不是单质，因此两者不是同素异形体，B错误；同位素之间质子数和电子数均相同，19F比18F多一个中子，C错误，D正确。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，4193NbD.我国首次获得公斤级丰度99%100Mo产品，100Mo与98Mo互为同位素答案A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，4193Nb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，3.现有下列9种微粒：11H、12H、613C、614C、714(1)11H、12H分别是氢元素的一种(2)互为同素异形体的微粒是。(3)2656Fe2＋的中子数为(4)上述9种微粒中有种核素，含有种元素。答案(1)核素同位素(2)816O2、816O3(3)3024二、原子、分子中各微粒之间的数量关系4.我国科学家成功合成出新核素251Lr，熔合反应为2450Ti＋20→b251Lr+24HeA.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=103D.251Lr核内中子数和质子数之差为47答案C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项错误；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项错误；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项正确；251Lr的中子数为251－103=148，中子数与质子数之差为148－103=45，D项错误。5.(1)1molH218O与1molD216(2)某元素的一种同位素X原子的质量数为A，含N个中子，它与1H原子构成HmX分子，在agHmX中所含原子的物质的量为，所含中子的物质的量为，所含质子数为，所含电子数为。答案(1)1∶1(2)a(m＋1)aA＋m(m＋A－N)NAaA＋m(m＋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。回答下列问题：(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KLMN能级符号1s2s2p3s3p3d4s4p4d4f各能级原子轨道数1131351357各能层原子轨道数14916最多容纳电子数281832(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电子云轮廓图呈哑铃形，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、3d②2s、2px、2py、2pz答案①1s<2s<2p<3s<3p<3d②2s<2px=2py=2pz2.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原则(1)泡利原理：在一个原子轨道里，最多只能容纳2个电子，它们的自旋相反。(2)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。(3)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。4.构造原理——基态原子电子填入能级的顺序5.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价层电子排布式3s23p4价层电子轨道表示式(电子排布图)特别提醒洪特规则的特例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不应写为1s22s22p63s23p63d44s2，正确的是1s22s22p63s23p63d54s1。1.2p和3p轨道形状均为哑铃形，能量也相等()2.基态原子电子能量的高低顺序为E(1s)<E(2s)<E(2px)<E(2py)<E(2pz)()3.霓虹灯发光是由于电子从激发态跃迁到较低能量的激发态或基态产生的()4.基态F原子的电子排布式为2s22p5()5.2p3的轨道表示式为()6.基态B原子的轨道表示式为()7.Cu的原子结构示意图为()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)基态铜原子的电子排布式为。(2)基态Cr3＋的核外电子排布式为。(3)基态Mn2＋的核外电子排布式为。(4)基态钒(V)原子的价层电子轨道表示式为。(5)基态镓(Ga)原子的核外电子排布式为。(6)基态Ni2＋的价层电子轨道表示式为。答案(1)1s22s22p63s23p63d104s1(或[Ar]3d104s1)(2)1s22s22p63s23p63d3(或[Ar]3d3)(3)1s22s22p63s23p63d5(或[Ar]3d5)(4)(5)1s22s22p63s23p63d104s24p1(或[Ar]3d104s24p1)(6)二、基态原子核外电子的运动状态、未成对电子数目的判断2.(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Si原子价层电子的运动状态有种，若其电子排布式表示为[Ne]3s23px2违背了答案(1)9(2)3d24s21222(3)4洪特规则解析(1)基态F原子共有9个核外电子，则每个电子都有对应的轨道和自旋状态，所以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，价层电子排布式为3d24s2；s轨道有一种空间运动状态，p轨道有三种空间运动状态，d轨道有五种空间运动状态，3d轨道只有两个电子，有两种空间运动状态，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。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。3.(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。答案(1)14d25s23(2)4(3)3∶1解析(1)Ti位于第四周期，Ti的基态原子未成对电子数是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。三、核外电子排布与元素推断4.元素推断(1)A、B、C、D4种元素的核电荷数依次增大，它们的离子的电子层数相同且最外层电子数均为8。A原子的L层电子数与K、M层电子数之和相等，D原子的K、L层电子数之和等于核外电子总数的一半。则4种元素的元素符号依次是A，B，C，D。(2)①E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元素F的正三价离子的3d能级为半充满，F的元素符号为，其基态原子的核外电子排布式为。答案(1)SClKCa(2)①N②Fe1s22s22p63s23p63d64s2(或[Ar]3d64s2)1.(2022·山东，3)813O、815O的半衰期很短，自然界中不能稳定存在。人工合成反应如下：816O+23He→813O+baX；A.X的中子数为2B.X、Y互为同位素C.813O、D.自然界不存在813O2答案B解析根据质量守恒可知，X微粒为26He，Y微粒为24He，X的中子数为4，A错误；X、Y为具有相同的质子数和不同的中子数的原子，互为同位素，B正确；由题干信息可知，813O与815O的半衰期很短，故不适宜用作示踪原子研究化学反应历程，C错误；自然界中不存在8132.[2024·湖北，16(1)]基态Be2＋的轨道表示式为。答案3.[2024·湖南，16(1)]Cu属于区元素，其基态原子的价电子排布式为。答案ds3d104s14.[2024·河北，16(1)节选]钒原子的价层电子排布式为；焙烧生成的偏钒酸盐中钒的化合价为。答案3d34s2＋55.按要求解答下列问题。(1)[2019·全国卷Ⅰ，35(1)]下列状态的镁中，电离最外层一个电子所需能量最大的是(填字母)。A.[Ne] B.[Ne]C.[Ne] D.[Ne](2)[2020·全国卷Ⅰ，35(1)]基态Fe2＋与Fe3＋离子中未成对的电子数之比为。答案(1)A(2)4∶5课时精练[分值：100分](选择题1~14题，每小题5分，共70分)1.下列说法不正确的是()A.某些花岗石产生氡(86222Rn)，从而对人体产生伤害，86B.Se是人体必需的微量元素，3478Se和C.613C⁃NMR(核磁共振)可用于含碳化合物的结构分析，6D.原子结构示意图既可以表示16O，也可以表示18O答案C2.下列能级符号正确且简并轨道数最多的是()A.2d B.3f C.4d D.5s答案C解析第二能层包含两个能级即s和p，不存在2d能级，A不符合题意；第三能层包含三个能级即s、p、d，不存在3f能级，B不符合题意；4d能级包括5个简并轨道，5s能级只有1个原子轨道，C符合题意，D不符合题意。3.下列说法正确的是()A.在多电子原子中，p轨道电子能量一定高于s轨道电子能量B.2p和3p轨道形状均为哑铃形C.基态氮原子的轨道表示式为D.B原子由1s22s22px1→1s22s22答案B4.下列化学用语正确的是()A.H2、D2、T2互为同素异形体B.M2＋核外有a个电子、b个中子，M的核素符号：aC.H2O2的电子式：H＋[×·O‥‥D.用电子式表示Na2S的形成过程：2Na×＋·S‥‥·→N答案B解析同素异形体是由同种元素组成的不同单质，H2、D2、T2均为氢分子，不互为同素异形体，A错误；M2＋核外有a个电子，则M的质子数为a＋2，则质量数为a＋b＋2，M的核素符号：a＋2a＋b＋2M，B正确；H5.如图甲是氢原子的1s电子云图(即概率密度分布图)，图乙、丙分别表示s、p能级的电子云轮廓图。下列有关说法正确的是()A.电子云图(即概率密度分布图)就是原子轨道图B.3p2表示3p能级中有两个原子轨道C.由图乙可知，s能级的电子云轮廓图呈圆形，有无数条对称轴D.由图丙可知，p能级的原子轨道图呈哑铃形，且有3个伸展方向答案D解析由于电子云图难以绘制，所以通常把电子在原子核外空间出现概率约为90%的空间圈出来，称为电子云轮廓图，实际上这种电子云轮廓图就是我们常说的原子轨道图，故A错误；3p2表示3p能级中容纳了两个电子，故B错误；s能级的电子云轮廓图呈球形而不是圆形，故C错误；p能级的原子轨道图呈哑铃形，有px(沿x轴方向)、py(沿y轴方向)、pz(沿z轴方向)三个伸展方向，并且互相垂直，D正确。6.(2025·武汉模拟)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→3dB.某基态原子部分核外电子的排布式为3d64s2C.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。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.通常情况下，原子核外p、d能级等原子轨道上电子排布为“全空”“半充满”“全充满”的时候更加稳定，称为洪特规则的特例，下列事实能作为这个规则的证据的是()①基态He原子的电子排布式为1s2，基态H原子的电子排布式为1s1②Fe2＋容易失电子转变为Fe3＋，表现出较强的还原性③基态Cu原子的电子排布式是[Ar]3d104s1而不是[Ar]3d94s2④某种激发态碳原子的电子排布式是1s22s12p3而不是1s22s22p2A.①② B.②③C.③④ D.①②③④答案B解析基态He原子的电子排布式为1s2，基态H原子的电子排布式为1s1，不符合洪特规则的特例，①不选；Fe2＋的价层电子排布为3d6，而Fe3＋的价层电子排布为3d5，3d5达到半充满状态，比较稳定，所以Fe2＋容易失电子转变为Fe3＋，表现出较强的还原性，②选；基态Cu原子的电子排布式为[Ar]3d104s1，3d轨道达到全充满状态，比较稳定，所以电子排布式为[Ar]3d104s1而不是[Ar]3d94s2，③选；激发态是指处于基态的电子获得能量进入能量较高的电子层，则某种激发态碳(C)原子电子排布式为1s22s12p3而不是1s22s22p2，不符合洪特规则的特例，④不选。10.下列电子排布式或轨道表示式正确的是()①基态C原子的轨道表示式：②基态Cr原子的电子排布式：1s22s22p63s23p63d44s2③基态O原子的轨道表示式：④基态Br原子的价层电子排布式：3d104s24p5A.①②③ B.②③④C.①②④ D.只有③答案D解析①应为，②应为1s22s22p63s23p63d54s1，④应为4s24p5。11.(2024·黄石调研)1934年约里奥⁃居里夫妇在核反应中用α粒子(即氦核24He)轰击金属原子ZWZWX+24He→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()A.ZWXB.X、Y均可形成三氯化物C.X的质子数大于Y的D.Y仅有一种含氧酸答案B解析由守恒关系可知元素X的质量数为27，X与Y最外层电子数之和为8，质子数相差2，且X为金属元素，可推知X为Al元素，Y为P元素，二者都有＋3价，都可以形成三氯化物，A项错误、B项正确；Al原子质子数为13，P原子质子数为15，故质子数：X<Y，C项错误；P元素的含氧酸有H3PO4、H3PO3、H3PO2等，D项错误。12.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。13.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原子的价层电子排布为4s1D.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，价层电子排布为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。14.下列各组表述中，两个微粒一定不属于同种元素原子的是()A.3p能级有一个空轨道的基态原子和核外电子排布为1s22s22p63s23p2的原子B.M层全充满而N层为4s2的原子和核外电子排布为1s22s22p63s23p63d64s2的原子C.最外层电子数是核外电子总数的15的原子和价层电子排布为4s24p5D.2p能级有一个未成对电子的基态原子和价层电子排布为2s22p5的原子答案B解析A项，3p能级有一个空轨道的基态原子和核外电子排布为1s22s22p63s23p2的原子都是指Si原子，不符合题意；B项，M层全充满而N层为4s2的原子是Zn原子，核外电子排布为1s22s22p63s23p63d64s2的原子是Fe原子，符合题意；C项，最外层电子数是核外电子总数的15的原子是Br，Br原子核外电子排布为1s22s22p63s23p63d104s24p5，价层电子排布式为4s24p5，属于同种元素原子，不符合题意；D项，2p能级有一个未成对电子的基态原子可能是B或F，价层电子排布为2s22p5的原子是F15.(1