2026高考化学一轮复习 第25讲　原子结构　核外电子排布学案

第25讲原子结构核外电子排布【复习目标】1.了解元素、核素和同位素的含义。2.了解原子序数、核电荷数、质子数、中子数、核外电子数以及它们之间的关系。3.了解核外电子排布规律，掌握原子结构示意图。考点一原子结构与核素、同位素1.原子结构(1)构成原子的微粒原子(AZX(2)微粒之间的数量关系①原子中：质子数(Z)＝核电荷数＝核外电子数；②质量数(A)＝质子数(Z)＋中子数(N)；③阳离子的核外电子数＝质子数－电荷数；④阴离子的核外电子数＝质子数＋电荷数。【微思考1】(1)有质子的微粒不一定有中子，如，有质子的微粒不一定有电子，如。(2)质子数相同的微粒不一定属于同一种元素，如与。(3)核外电子数相同的微粒，其质子数不一定相同，如和等。提示：(1)1HH＋(2)F－OH－(其他合理也可)(3)Al3＋Na＋(其他合理也可)(3)符号

baX空空空质量数的两点理解1.只有具体的原子才有质量数，元素没有质量数。2.某核素的质量数可视为该核素的近似相对原子质量。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。【微思考2】现有下列9种微粒：11H、12H、613C、614C、714N、2656Fe2＋、26(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，核外电子数为(4)上述9种微粒中有种核素，含有种元素。提示：(1)核素同位素(2)816O2、8(3)3024(4)55(3)氢元素的三种核素11H：名称为12H：用字母D表示，名称为13H：用字母T表示，名称为学生用书⬇第145页(4)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3.两种相对原子质量(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质量的1/12的比值。一种元素有几种同位素，就有几种不同核素的相对原子质量。(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％。元素、核素、同位素的辨析与判断1.下列说法正确的是()A.H、D、T是同一种核素B.O2和O3之间的转化属于物理变化C.14C与14N中含有相同的中子数D.C60和石墨互为同素异形体答案：D解析：H、D、T是三种不同的核素，故A错误；O2和O3之间的转化有新物质生成，属于化学变化，故B错误；14C中有8个中子而14N中有7个中子，中子数不同，故C错误；C60和石墨二者都是碳元素形成的不同单质，互为同素异形体，故D正确。抓住描述对象突破“四同”判断1.同位素——原子，如

11H、2.同素异形体——单质，如O2、O3；3.同系物——化合物，如CH3CH3、CH3CH2CH3；4.同分异构体——化合物，如正戊烷、新戊烷。微粒中粒子数的计算2.RO3n－中共有x个电子，R原子的质量数为A，则agRO3A.aA+48(x＋24－nB.aA+48(x－24－nC.(x－n)molD.aA+48(x－n答案：D解析：RO3n－中共有x个电子，R原子的质量数为A，则RO3n－的摩尔质量为(A＋48)g/mol，1个RO3n－的质子数等于x－n，则agRO3n－中含有质子的物质的量为ag(A+48)g/mol3.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：aA＋m(m＋1)molaaA＋m(m＋A－N)NAaA＋m(m＋求一定质量的某物质中粒子数的答题思路物质的质量÷摩尔质量（来自质量数）物质的量×一个分子或离子中含某粒子个数×N核反应方程式4.(2022·山东卷)813O、816O＋23He813O＋下列说法正确的是()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、8答案：B解析：由质量数和质子数守恒，得出核素X为26He，中子数＝6－2＝4，A错误；核素X为26He、核素Y为24He，两者互为同位素，B正确；题干信息，813O与815O的半衰期很短，不适宜用作示踪原子，C5.(2024·忻州名校联考)我国科学家成功合成出新核素Lr－251，熔合反应为2450Ti＋201n＋a81TlA.Lr－251和Lr－253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.Lr－251核内中子数和质子数之差为47答案：C解析：Lr的两种核素中质子数相等，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；Lr－251的中子数为251－103＝148，148－103＝45，D项错误。核反应方程1.卢瑟福发现质子：714N＋24He2.查德威克发现中子：49Be＋24H3.铀核裂变反应：92235U＋01n→36894.氘核与氚核聚变反应：12H＋13H学生用书⬇第146页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(1)电子云由于核外电子的概率密度分布看起来像一片云雾，因而被形象地称作电子云。(2)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。(3)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KLMN能级符号1s2s2p3s3p3d4s4p4d4f各能级原子轨道数1131351357各电子层原子轨道数14916最多容纳电子数2818322.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.基态原子的核外电子排布(1)排布原则①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。②泡利不相容原理：一个原子轨道中最多只能容纳两个电子，且这两个电子的自旋相反。如2s轨道上的电子排布为，不能表示为。③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。如2p3的电子排布为，不能表示为或。【微思考】核外电子排布式的书写注意事项(1)违背。(2)若将基态14Si的电子排布式写成3s33p1，则它违背了，若表示为1s22s22p63s23px2违背了(3)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，Fe3＋比Fe2＋的稳定性更(填学生用书⬇第147页“强”或“弱”)，从结构上分析原因是。提示：(1)能量最低原理(2)泡利原理洪特规则(3)1s22s22p63s23p63d54s1强Fe3＋的价层电子排布式为3d5，处于“半充满状态”，故Fe3＋比Fe2＋更稳定(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价电子排布式3s23p4价电子轨道表示式【正误判断】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.表示的原子能量处于最低状态 ()4.1s22s12p1表示的是激发态原子的电子排布 ()答案：1.√2.×3.×4.√核外电子的运动状态及排布式的书写1.完成下列题目(1)基态硅原子最外层电子的轨道表示式为。(2)在KH2PO4的四种组成元素各自所能形成的简单离子中，核外电子排布相同的是(填离子符号)。(3)铜或铜盐的焰色试验为绿色，该光谱是(填“吸收光谱”或“发射光谱”)。答案：(1)(2)K＋和P3－(3)发射光谱2.下列Li原子轨道表示式表示的状态中，能量最低和最高的分别为、(填字母)。A.B.C.D.答案：DC解析：根据核外电子排布规律可知Li的基态原子核外电子排布式为1s22s1，则D中能量最低；选项C中有2个电子处于2p能级上，能量最高。3.钾发生焰色试验的原因是。答案：电子由较高能量的激发态跃迁到较低能量的激发态或基态时，以光的形式释放能量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。核外电子排布规律的应用4.判断电子的运动状态(按要求填空)。(1)基态F原子核外电子的运动状态有种。学生用书⬇第148页(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Cu原子核外电子的空间运动状态有种。答案：(1)9(2)3d24s21222(3)15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)基态钛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。(3)基态Cu原子核外电子排布式为[Ar]3d104s1，基态Cu原子核外有几个轨道，其核外电子就有几种空间运动状态，则基态Cu原子核外电子的空间运动状态有1＋1＋3＋1＋3＋5＋1＝15种。5.判断原子中未成对电子数目(按要求填空)。(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)13(2)4(3)3∶1(4)6.核外电子排布与元素推断(按要求填空)。(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)ClK(3)Fe1s22s22p63s23p63d64s2或[Ar]3d64s2(4)Cu1s22s22p63s23p63d104s1或[Ar]3d104s1解析：(1)A元素原子核外共有7个电子，则其核内有7个质子，因此A元素为N。(2)B、C分别为17、19号元素，即分别为Cl、K。(3)D3＋的电子排布式为1s22s22p63s23p63d5，可知D为26号元素，即Fe，其基态原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2或[Ar]3d64s2。(4)E元素原子核外共有29个电子，第29号元素为Cu，其基态原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s1或[Ar]3d104s1.(2020·全国Ⅰ卷)核反应：ZWX＋24HeZ+230Y＋0答案：13解析：由质量数守恒得W＋4＝30＋1，则W＝27，Y比X的质子数多2，设X最外层电子数为a，由“元素X、Y的最外层电子数之和为8”知，a＋a＋2＝8，解得a＝3，因此X为Al，Y为P，因此ZWX的核组成符号为2.按要求回答下列问题(1)(2024·湖北卷)基态Be2＋的轨道表示式为。答案：(2)(2024·河北卷)钒原子的价层电子排布式为。答案：3d34s2(3)(2024·湖北卷)Cu属于区元素，其基态原子的价电子排布式为。答案：ds3d104s1(4)(2024·新课标卷)Ni基态原子价电子的轨道表示式为。答案：3.(2024·北京卷)我国科研人员利用激光操控方法，从Ca原子束流中直接俘获41Ca原子，实现了对同位素41Ca的灵敏检测。41Ca的半衰期(放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间)长达10万年，是14C的17倍，可应用于地球科学与考古学。下列说法正确的是()A.41Ca的原子核内有21个中子B.41Ca的半衰期长，说明41Ca难以失去电子C.41Ca衰变一半所需的时间小于14C衰变一半所需的时间D.从Ca原子束流中直接俘获41Ca原子的过程属于化学变化答案：A解析：41Ca的质量数为41，质子数为20，所以中子数为41－20＝21，A正确；41Ca的半衰期长短与得失电子能力没有关系，B错误；根据题意41Ca衰变一半所需的时间要大于14C衰变一半所需的时间，C错误；从Ca原子束流中直接俘获41Ca原子的过程没有新物质产生，不属于化学变化，D错误。4.正误判断(1)(2023·浙江1月选考)碳的基态原子轨道表示式： ()(2)(2023·北京卷)基态24Cr原子的价层电子轨道表示式为()(3)(2023·湖南卷)基态N原子的价层电子排布图： ()(4)(2023·辽宁卷)基态Ni原子价电子排布式：3d10 ()答案：(1)×(2)×(3)√(4)×课时测评25原子结构核外电子排布对应学生(时间：45分钟满分：60分)(本栏目内容，在学生用书中以独立形式分册装订！)选择题1－13题，每小题4分，共52分。1.《格物探源》中提到：“天地万物皆以六十四种元质配合而成，如金银铜铁养轻淡炭等皆是元质，皆由微渺而造”，“微渺”即现代之“原子”。下列说法错误的是()A.“元质”即现代之“元素”，现在人类发现的化学元素已超过六十四种B.“养、轻、淡”即“氧、氢、氮”三种元素，均为短周期主族元素C.上文中提到的八种“元质”中，有四种金属“元质”D.“微渺”是组成物质的基本微粒，不可再分答案：D2.(2024·浙江杭州模拟预测)下列说法不正确的是()A.3478Se和B.石墨烯和丙烯互为同系物C.氧气和臭氧互为同素异形体D.乙酸甲酯和甲酸乙酯互为同分异构体答案：B解析：3478Se和3480Se质子数相同，中子数不同，互为同位素，A正确；石墨烯为碳单质，丙烯分子式为C3H6，二者不互为同系物，B错误；氧气和臭氧均为氧元素组成的不同单质，互为同素异形体，C正确；乙酸甲酯和甲酸乙酯的分子式均为C3H6O2，结构不同，二者互为同分异构体3.(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多一个中子答案：D解析：18F与19F质子数相同、中子数不同，因此两者是不同种核素，A错误；同素异形体指的是同种元素的不同单质，18F与19F是两种不同的原子，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。4.已知R2＋核外有a个电子，核内有b个中子。下列表示R原子符号正确的是()A.abR C.a－2a＋b+2答案：B5.(2024·广东江门三模)百年变局，科技创新是“关键变量”，下列科技成果中所蕴含的化学知识叙述不正确的是()A.“北斗卫星”使用的氮化镓芯片属于新型无机非金属材料B.量子计算机“悟空”传导信号用的光纤主要成分是SiO2C.“天宫”空间站存储器使用的材料石墨烯与金刚石互为同素异形体D.“梦天实验舱”原子钟利用电子跃迁计时，工作时发生化学变化答案：D解析：氮化镓芯片属于新型无机非金属材料，A正确；二氧化硅具有良好的导光性，传导信号用的光纤主要成分是SiO2，B正确；石墨烯与金刚石为碳元素的不同单质，互为同素异形体，C正确；“梦天实验舱”原子钟利用电子跃迁计时，工作时没有新物质生成，发生的是物理变化，D错误。6.玻尔理论、量子力学理论都是对核外电子运动的描述方法，根据对它们的理解，下列叙述中正确的是()A.因为s轨道的形状是球形，所以s电子做的是圆周运动B.3px、3py、3pz的轨道相互垂直，能量不同C.各原子能级之间的能量差不一致，这是量子力学中原子光谱分析的理论基础D.同一能层的p轨道电子能量不一定高于s轨道电子能量答案：C解析：球形表示电子在核外运动概率轮廓图，而非电子运动轨迹，故A错误；p能级在空间有三种取向，相互垂直且能量相同，如3px、3py、3pz相互垂直能量相同，故B错误；各原子的能级由于电子填充情况不同，能量有所差异。不同元素的原子的电子发生跃迁时吸收或释放不同的光，从而利用其原子光谱进行元素分析，故C正确；同一能层np能量大于ns，故D错误。7.下列有关原子轨道的说法正确的是()A.在K能层中，有自旋相反的两条轨道B.N能层中有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C.基态原子电子能量的高低顺序为E(1s)＜E(2s)＜E(2px)＜E(2py)＜E(2pz)D.3p能级上只有一个空轨道的原子和3p能级上有两个未成对电子的原子对应为同一元素答案：B解析：K层只有1个s能级，有1条轨道，故A错误；N能层中有4s、4p、4d、4f四个能级，共16个轨道，每个轨道最多容纳2个电子，所以可容纳32种运动状态的电子，故B正确；2px、2py、2pz轨道是3个不同的原子轨道，空间伸展方向不同，3个轨道上的电子的运动状态不同，但同一能级上的原子轨道具有相同的能量，所以基态原子电子能量的高低顺序为E(1s)＜E(2s)＜E(2px)＝E(2py)＝E(2pz)，故C错误；3p能级上只有一个空轨道的原子是Si，3p能级上有两个未成对电子的原子是Si或S，故D错误。8.科学家利用α粒子(即氦核24He)进行多种核反应：23He＋12H→24He＋11H、714N＋24HeA.X元素位于元素周期表的第二周期第ⅥA族B.11H和C.12H、D.核反应产生的能量可用于发电，属于化学能转化为电能答案：D解析：因为核反应过程中电子数不变，由题意可推出Z＝8，所以X是O，位于元素周期表中第二周期第ⅥA族，A正确；同位素的化学性质几乎相同，B正确；由于12H、13H都具有放射性，所以均可作为示踪原子，C正确；核反应不属于化学反应的范畴，9.(2024·山东泰安三模)核反应2aW＋b14X→817Y＋11Z和90A.c＝13bB.X、Y、Z形成的单质分子均为非极性分子C.Q、R为质量数相同的不同核素D.基态W与Z原子核外电子的空间运动状态种类相等答案：B解析：由信息推知：W、X、Y、Z分别为He、N、O、H，核素R的质子数为91、质量数为234；根据分析可知，b＝7、c＝91，c＝13b，A项正确；X可以形成O2、O3两种单质分子，O3为极性分子，B项错误；Q、R为质量数相同、质子数不同的不同核素，C项正确；电子的空间运动状态数等于原子轨道数，基态He和H原子均只有1s轨道，故空间运动状态种类相等，D项正确。10.下列有关化学用语的表述正确的是()A.基态Se原子的价层电子排布式为3d104s24p4B.轨道表示式，不满足泡利原理C.基态Mn原子的电子在3d轨道中的表示式为D.基态铍原子最外层电子的电子云轮廓图为答案：C解析：基态Se原子的价层电子排布式为4s24p4，故A错误；该轨道表示式不满足洪特规则，故B错误；基态Mn原子的电子在3d轨道中的表示式为，故C正确；铍原子基态最外层电子轨道为2s，s轨道的电子云轮廓图为球形，，故D错误。11.下列关于原子光谱的说法中错误的是()A.原子光谱只有发射光谱B.吸收光谱由彩色亮背景和不连续的暗线组成C.可以利用特征谱线来鉴定元素的种类D.利用碱金属最外层电子的原子光谱呈现双线提出电子自旋概念答案：A解析：光谱是由原子中的电子在能量变化时所发射或吸收的一系列波长的光所组成的谱线，原子光谱包括吸收光谱和发射光谱，故A错误；吸收光谱是温度很高的光源发出来的白光，通过温度较低的蒸气或气体后产生的，光谱由彩色亮背景和不连续的暗线组成，故B正确；每种原子吸收的谱线不相同，利用原子光谱上的特征谱线来鉴定元素，称为光谱分析，故C正确；利用碱金属最外层电子的原子光谱呈现双线提出电子自旋概念，故D正确。12.下列有关电子排布图的表述正确的是()A.基态P原子的价电子排布图为B.基态N原子的电子排布图为，此图错误，违背了泡利原理C.单核10电子粒子基态时电子排布图为D.表示处于激发态的B的电子排布图答案：C解析：磷元素的原子序数为15，基态原子的价电子排布图为，故A错误；氮元素的原子序数为7，基态原子的电子排布图为，则电子排布图违背了洪特规则，故B错误；单核10电子粒子为氖原子，基态原子的电子排布图为，故C正确；硼元素的原子序数为5，基态原子的电子排布图为，故D错误。13.(2024·河南郑州一模)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个电子层，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.基态Y原子的轨道表示式：C.P原子的价电子排布式为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1