2026三维设计一轮总复习高中化学-第24讲　原子结构　核外电子排布

第24讲原子结构核外电子排布高中总复习·化学课标要求

1.

结合有关数据和实验事实认识原子结构，知道元素、核素的含义。2.

了解原子核外电子的排布，能画出1

～

20号元素的原子结构示意图。3.

知道原子核外电子的能级高低顺序，了解构造原理，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。4.

能说明微观粒子的运动状态与宏观物体运动特点的差异。考点·全面突破01素养提升

602真题·体验品悟03课时·跟踪检测04考点·全面突破锁定要点，聚焦应用

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质量数（A）＝质子数（Z）＋

（N）。③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。中子数

（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。

（4）微粒符号周围数字的含义（3）关于质量数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。（1）元素、核素、同位素的关系2.

元素、核素、同位素（2）同位素的特征①天然存在同一元素的各核素所占原子百分数（丰度）一般不变。②同位素的“六相同”与“三不同”（3）氢元素的三种核素

（4）几种重要的核素及其应用核素

U

C

H

H

O用途核燃料用于考古断代制

⁠示踪原子D

T

氕

氘

氚

氢弹

判断正误（正确的打“√”，错误的打“×”）。

（2）14C可用于文物的年代鉴定，14C与12C互为同素异形体。

（

×

）（3）铯元素的两种同位素137Cs比133Cs多4个质子。

（

×

）

（6）3

g

3He含有的中子数为NA。

（

√

）××××√√

一原子结构中“粒子”之间的关系与相关计算

A

C和

N质子数相同B

C和

N中子数相同C

C和

N质量数相同D

C和

N互为同位素√

NA

计算一定质量的某物质中粒子数的思维模型二核反应方程式

A.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√解析：

铹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；该反应中没有元素发生化合价变化，不属于氧化还原反

应，B项错误；由质子数守恒可得22＋81＝b，解得b＝103，由质量数守

恒可得50＋a＝251＋2，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。

A

X的相对原子质量为26B.X、Y形成的氯化物均属于共价化合物C.

原子半径X小于YD.

该反应属于化学变化√

核反应中的两大守恒

考点二核外电子运动状态与排布1.

核外电子运动状态（1）空间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。（2）自旋状态电子自旋在空间有顺时针和逆时针两种取向，简称自旋相反，常用上下箭

头（↑和↓）表示自旋相反的电子。（3）电子的运动状态①运动状态核外电子的运动状态包括空间运动状态和自旋状态。②两种运动状态的判断a.电子的运动状态：核外有多少个电子就有多少种电子运动状态，如基态

氮原子核外电子运动状态有

种。b.电子的空间运动状态：核外电子的空间运动状态＝电子所占据的原子轨

道数目，如基态氮原子核外电子空间运动状态有

种。7

5

（4）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.

关系归纳（1）能层、能级、原子轨道数目与电子数能层一二三四n符号KLMN…能级1s2s、2p3s、3p、3d4s、4p、

4d、4f…原子轨道

数目

⁠

⁠

⁠16n2最多容纳电子数目

⁠

⁠

⁠322n21492818（2）原子轨道与电子云轮廓图原子轨道电子云轮廓图形状轨道个数原子轨道伸展方向数s

⁠11p

⁠3（px，py，pz）3d—55球形哑铃形3.

基态、激发态、原子光谱【注意】

“七基色”与波长的关系：按“红、橙、黄、绿、青、蓝、紫”

的顺序，波长逐渐变小，其中“红光”波长范围是770～622

nm，“紫

光”波长范围是455～350

nm。4.

原子核外电子的排布（1）三个原理和一个特例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，电子填入能级的顺序为1s→2s→2p→3s→3p→4s→3d→4p……泡利原理在一个原子轨道里，最多只能容纳2个自旋相反的电子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，且自旋平行洪特规则特例能量相同的原子轨道在全充满、半充满或全空时能量最低（2）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

⁠简化电子排布式

⁠价层电子排布式

⁠价层电子轨道表

示式（或价层电

子排布图）

⁠1s22s22p63s23p4[Ne]3s23p43s23p4

（3）基态原子核外电子排布式的书写模型①书写模型②价层电子排布式的书写对于主族元素和0族元素，写出最外层电子排布式即可；对于过渡金属元

素，其价层电子排布式一般符合（n－1）d1～10ns1～2（n≥4）。如Cr的价

层电子排布式为

⁠。③离子核外电子排布式的书写方法先写出基态原子的核外电子排布式，再由外向内失去电子或补充电子（基

态原子失去电子时总是优先失去最外层电子），即得到相应阳离子或阴离

子的核外电子排布式。如Cr3＋的核外电子排布式为

⁠

或

⁠。3d54s1

1s22s22p63s23p63d3

[Ar]3d3

判断正误（正确的打“√”，错误的打“×”）。（1）电子排布式（22Ti）1s22s22p63s23p10违反了泡利原理。

（

√

）（2）电子排布式（21Sc）1s22s22p63s23p63d3违反了能量最低原理。

（

√

）（3）磷元素基态原子的价层电子排布图为

。

（

×

）（4）2p和3p轨道形状均为哑铃形，能量也相等。

（

×

）（5）

表示的原子处于能量最低状态。

（

×

）（6）

Cu2O比CuO稳定的原因是＋1价Cu的3d能级为全充满状态，能量较

低。

（

√

）√√×××√

一电子运动状态和未成对电子数的判断1.

按要求填空：（1）基态F原子核外电子的运动状态有

种。解析：

基态F原子共有9个核外电子，核外电子的运动状态有9种。9

（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。解析：

基态Ti原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d24s2，其空间运

动状态即占据轨道数有1＋1＋3＋1＋3＋2＋1＝12，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。3d24s2

12

22

（3）基态Cu原子核外电子的空间运动状态有

种。解析：

基态Cu原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s1，基态Cu

原子核外电子占据几个轨道，其核外电子就有几种空间运动状态，空间运

动状态有1＋1＋3＋1＋3＋5＋1＝15种。15

2.

按要求填空：（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。1

4d25s2

3

解析：

Ti位于第四周期，基态Ti原子中未成对电子数是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。（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

。4

3∶1

解析：

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。（5）我国“嫦娥五号”首次成功实现地外天体采样返回，标志着我国航

天向前迈出了一大步。“嫦娥五号”的制作材料中包含了Al、Cr、Cu、

C、N、O、Si等多种元素。上述元素中基态原子未成对电子数与Al相同的

有

⁠。Cu

解析：

Al的核外电子排布式为1s22s22p63s23p1，有1个未成对电子，Cr、Cu、C、N、O、Si中只有Cu（价层电子排布：3d104s1）基态原子未成对电子数与Al相同。

5

未成对电子数的判断方法（以基态Fe为例）未成对电子数元素1ⅠA、ⅢA、ⅦA族元素及钪（Sc）、Cu2ⅣA、ⅥA族元素及钛（Ti）、镍（Ni）3ⅤA族元素及钒（V）、钴（Co）4Fe5锰（Mn）6铬（Cr）

附：前四周期元素基态原子未成对电子数二根据核外电子排布推断元素3.

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

；其基态原子价层电子的轨道表示式为

⁠。解析：

A元素基态原子次外层有2个电子，说明A元素是第二周期元

素，其最外层有3个未成对电子，故A元素是氮元素。N

（2）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

⁠。解析：

E元素基态原子的M层全充满，为3d10，N层没有成对电子且只

有一个未成对电子，即E元素基态原子的价层电子排布式为3d104s1，故E元

素为铜元素。Cu

1s22s22p63s23p63d104s1（或[Ar]3d104s1）

（3）元素D的正三价离子的3d能级为半充满结构，D的元素符号

为

，其基态原子的核外电子排布式为

⁠

⁠。解析：

元素D的正三价离子的3d能级为半充满结构，该三价阳离子的

价层电子排布式为3d5，故D元素为铁元素。Fe

1s22s22p63s23p63d64s2（或

[Ar]3d64s2）

素养提升

6卷土重来——物质结构中的化学用语

表示物质结构的化学用语除常考的原子组成表示式、原子（或离子）

结构示意图、电子式、用电子式表示物质形成过程、结构式、电子排布

式、轨道表示式、球棍模型、空间填充模型外，新增σ、π键类型及形成过

程的判断。σ键类型s-s型由两个原子的s轨道与s轨道“头碰头”重叠形成

s-p型由两个原子的s轨道与p轨道“头碰头”重叠形成

σ键类型p-p型由两个原子的p轨道与p轨道“头碰头”重叠形成

p-p

π键由两个原子的p轨道“肩并肩”重叠形成

1.

（2024·北京高考2题）下列化学用语或图示表达不正确的是（

）A.H2O2的电子式：H＋

H＋B.CH4分子的球棍模型：

C.Al3＋的结构示意图：

D.

乙炔的结构式：

√2.

下列化学用语或图示正确的是（

）A.

（2024·湖南高考）NaOH的电子式：Na＋[︰

︰H]－B.

（2024·山东高考）O3分子的球棍模型：

C.

（2024·山东高考）激发态H原子的轨道表示式：

D.

（2024·山东高考）p-p

π键形成的轨道重叠示意图：

√

3.

化学用语可以表达化学过程，下列化学用语表达错误的是（

）A.

（2024·湖北高考）用电子式表示Cl2的形成：︰

·＋·

︰

︰

︰

︰B.

（2024·吉林高考）中子数为1的氦核素

HeC.

（2024·湖北高考）用电子云轮廓图示意p-p

π键的形成：D.

（2024·吉林高考）F2的共价键类型：p-p

σ键√

4.

下列化学用语表述错误的是（

）A.

（2024·甘肃高考）Ca2＋和Cl－的最外层电子排布图均为

B.

（2024·甘肃高考）PH3和H2S的电子式分别为H︰

︰H和H︰

︰HC.

（2024·湖南高考）Cl2分子中σ键的形成：D.

（2024·甘肃高考

C

C和

C互为同位素√

5.

（2025·八省联考晋陕青宁卷）下列化学用语表示正确的是（

）A.

氯化氢的电子式：H＋[︰

︰]－B.CO2和SO2的VSEPR模型均为

C.

基态Cr原子价层电子的轨道表示式：

D.

中子数为20的氯原子的核素符号

Cl√

真题·体验品悟感悟高考，明确方向

1.

判断正误（正确的打“√”，错误的打“×”）。

（2）（2024·贵州高考）锑（Sb）位于第五周期第ⅤA族，则其基态原子价

层电子排布式是5s25p3。

（

√

）（3）（2024·安徽高考）基态Ni原子价层电子排布式为3d84s2。

（

√

）（4）（2024·湖北高考）泡利原理认为一个原子轨道内最多只能容纳两个

自旋相反的电子。

（

√

）（5）（2024·湖北高考）基态原子的未成对电子数：H＞O。

（

×

）√√√√×2.

判断正误（正确的打“√”，错误的打“×”）。（1）（2023·重庆高考）基态Ca原子的核外电子填充在6个轨道中。

（

×

）（2）（2023·辽宁高考）基态Ni原子价层电子排布式：3d10。

（

×

）（3）（2023·广东高考）创造了可控核聚变运动纪录的“人造太阳”，其

原料中的2H与3H互为同位素。

（

√

）（4）（2023·浙江6月选考）能量最低的激发态N原子的电子排布式：

1s22s12p33s1。

（

×

）（5）（2023·新课标卷）基态原子未成对电子数：B＜C＜O＜N。

（

×

）××√××（6）（2023·北京高考）基态24Cr原子的价层电子轨道表示式

为

。

（

×

）（7）（2023·河北高考）用He替代H2填充探空气球更安全的原因是He的电

子构型更稳定，不易得失电子。

（

√

）×√3.

（2024·北京高考1题）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√解析：

A项，41Ca的质量数为41，质子数为20，所以中子数为41－20＝

21，正确；B项，41Ca的半衰期长短与得失电子能力没有关系，错误；C

项，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，错

误；D项，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，错误。4.

按要求填写下列空白：（1）（2024·山东高考）同周期中，基态原子未成对电子数比Mn多的元素

是

（填元素符号）。（2）（2024·全国甲卷）第ⅣA族元素基态原子核外未成对电子数

为

，在与其他元素形成化合物时，呈现的最高化合价为

⁠。（3）（2024·湖北高考）基态Be2＋的轨道表示式为

⁠。（4）（2024·北京高考）Sn位于元素周期表的第五周期第ⅣA族。将Sn的

最外层轨道表示式补充完整：​

。答案：

Cr

2

＋4

​（5）（2024·广东高考）基态N原子价层电子的轨道表示式

。（6）（2024·湖南高考）基态Cu原子的价层电子排布式为

⁠。3d104s1

5.

按要求填写下列空白：（1）（2023·福建高考）基态Cu2＋的价层电子排布式为

⁠。（2）（2023·广东高考）基态Fe2＋的3d电子轨道表示式

为

。（3）（2023·海南高考）锑和磷同族，锑原子基态的价层电子排布式

为

⁠。（4）（2022·海南高考）基态O原子的电子排布式为

，其中未

成对电子有

个。3d9

5s25p3

1s22s22p4

2

课时·跟踪检测培优集训，提升素养

一、选择题（本题包括13小题，每小题只有一个选项符合题意）1.

下列图像中所发生的现象与电子的跃迁无关的是（

）

解析：

平面镜成像是光线反射的结果，与电子跃迁无关；霓虹灯广

告、燃烧蜡烛、节日里燃放的焰火是原子的发射光谱，与原子核外电子发

生跃迁有关。123456789101112131415√2.

（2024·上海高考2题）有关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是F元素的不同核素，A错误；同素异形体是指由同种元

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。√123456789101112131415

A.

Po与

Po互为同素异形体B

Po与

At互为同位素C

Po的质子数为84，中子数为126D.Po元素的相对原子质量为210√123456789101112131415

1234567891011121314154.

某元素正二价离子的价层电子排布为3d9，则该元素的原子序数为

（

）A.29B.30C.31D.32解析：

某元素正二价离子的价层电子排布为3d9，则该元素的原子核外

电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s1，原子序数为29。√1234567891011121314155.

下列说法错误的是（

）A.

电子排布式为1s22s22p63s23p1的元素，其价态为＋3价时最

稳定B.

在同一能级上运动的电子，其运动状态肯定不同C.

碳原子核外能量最高的电子云轮廓图如图所示D.

钠原子由1s22s22p63p1→1s22s22p63s1时，吸收能量，由激发

态转化成基态√123456789101112131415解析：

电子排布式为1s22s22p63s23p1的元素是Al，其最外层有3个

电子，失去最外层的3个电子，达到8电子稳定结构，所以铝元素的价

态为＋3价时最稳定，A正确；在同一能级上运动的电子，其运动状态

肯定不同，B正确；碳原子核外能量最高的电子为2p能级上的电子，C

正确；钠原子由1s22s22p63p1→1s22s22p63s1时，由激发态转化成基态，

应是释放能量，D错误。1234567891011121314156.

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

（

）√123456789101112131415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，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。1234567891011121314157.

某元素基态原子4s轨道上有1个电子，则该基态原子价层电子排布不可

能是（

）A.3p64s1B.4s1C.3d54s1D.3d104s1解析：

基态原子4s轨道上有1个电子，在s区价层电子排布式为4s1，在d

区价层电子排布式为3d54s1，在ds区价层电子排布式为3d104s1，在p区不存

在4s轨道上有1个电子，A符合题意。√123456789101112131415

A.

基态Fe3＋的简化电子排布式：[Ne]3d5B.

基态碳原子的轨道表示式：

C.Fe2＋的价层电子轨道表示式为

D.

基态N原子的价层电子排布式：2s22p3√123456789101112131415解析：

基态Fe3＋的简化电子排布式为[Ar]3d5，A错误；基态碳原子核

外有6个电子，根据能量最低原理，先排满2s轨道，再排2p轨道，其轨道表

示式为

，B错误；基态Fe2＋的电子排布式为

1s22s22p63s23p63d6，其价层电子不包括3s、3p能级，故价层电子轨道表示

式为

，C错误；基态N原子核外电子排布式为1s22s22p3，则

其价层电子排布式为2s22p3，D正确。1234567891011121314159.

下列有关电子排布图的表述不正确的是（

）A.

可表示单核10电子粒子基态时的电子排布图B.

违背了洪特规则C.

表示基态N原子的价层电子排布图D.

表示处于激发态的B原子的电子排布图解析：

A项，单核10电子粒子基态时的电子排布式为1s22s22p6，每个轨

道内排布2个电子，且自旋状态相反，正确；B项，违背了洪特规则，正

确；C项，N原子的价层电子排布图为

，正确；D项，该电子

排布图中的电子没有激发跃迁到能量更高的轨道上，错误。√12345678910111213141510.

（2024·锦州期初联考）由多元素组成的化合物Fe-Sm-As-F-O是我国科

学家近年来发现的一种重要的铁系超导材料。下列说法不正确的是

（

）A.

基态O原子核外电子的空间运动状态有5种B.

基态F原子核外电子排布式为1s22s22p5C.

基态As原子的简化电子排布式为[Ar]4s24p3D.

基态Fe原子的价层电子排布式为3d64s2√123456789101112131415解析：

基态O原子的核外电子排布式为1s22s22p4，电子占据1s、2s和2p

共5个原子轨道，故其核外电子的空间运动状态有5种，A正确；F原子核外

有9个电子，其基态原子核外电子排布式为1s22s22p5，B正确；基态As原子

的简化电子排布式为[Ar]3d104s24p3，C错误；基态Fe原子的电子排布式为

[Ar]3d64s2，则其价层电子排布式为3d64s2，D正确。12345678910111213141511.

人们通常将在同一原子轨道上运动、自旋相反的2个电子，称为“电子

对”，将在某一原子轨道上运动的单个电子，称为“未成对电子”。下列

基态原子的电子排布式中，未成对电子数最多的是（

）A.1s22s22p63s23p6B.1s22s22p63s23p63d54s2C.1s22s22p63s23p63d54s1D.1s22s22p63s23p63d104s1解析：

1s22s22p63s23p6中未成对电子数为0；1s22s22p63s23p63d54s2中未成

对电子数为5；1s22s22p63s23p63d54s1中未成对电子数为6；

1s22s22p63s23p63d104s1中未成对电子数为1。√123456789101112131415

A.

U的中子比

-238的中子少2个B

U与

Pu互为同位素C

U与

U含有相同的电子数D

He2＋与

He含有相同的质子数√123456789101112131415

12345678910111213141513.

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移动

来工作。下列说法不正确的是（

）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＜1s22s22p53s2D.

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√123456789101112131415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，电子占据了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

排布式为1s22s22p6，每个轨道均有1对自旋状态相反的电子，故两种自

旋状态的电子数之比为1∶1，D正确。123456789101112131415二、非选择题（本题包括2小题）14.

（1）A元素基态原子的最外层有3个未成对电子，次外层有8个电子，

其元素符号为

；其价层电子排布图为

。（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离子的结构示意图为

⁠。（3）F元素的原子最外层电子排布式为nsnnpn＋2，则n＝

；原子中

能量最高的是

电子，核外电子排布图为

⁠。P

Cl

2

2p

123456789101112131415（4）G基态原子L层中p轨道电子数是s轨道电子数的2倍，则G的价层电子

排布式为

⁠。（5）H