2026《金版教程》高考复习方案化学创新版-第1讲 原子结构、核外电子排布规律

第1讲原子结构、核外电子排布规律1.认识原子结构中微粒数目的关系，知道元素、核素、同位素的含义。2.知道原子核外电子的运动状态、能级分布和排布原理，能正确书写1～36号元素原子核外电子、价层电子的电子排布式和轨道表示式(电子排布图)。3.能说明微观粒子的运动状态与宏观物体运动特点的差异。考点一原子结构1．原子结构(1)构成微粒及作用(2)原子结构中微粒之间的关系①eq\o\al(A,Z)X中，质子数(Z)＝eq\x(\s\up1(04))核电荷数＝eq\x(\s\up1(05))核外电子数。②质量数(A)＝eq\x(\s\up1(06))质子数(Z)＋中子数(N)。③阳离子eq\o\al(A,Z)Xn＋的核外电子数＝eq\x(\s\up1(07))质子数－阳离子所带的电荷数(Z－n)。④阴离子eq\o\al(A,Z)Xm－的核外电子数＝eq\x(\s\up1(08))质子数＋阴离子所带的电荷数(Z＋m)。(3)元素符号周围数字的意义2．元素、核素、同位素(1)元素、核素、同位素的概念及相互关系(2)同位素的特征①当某种元素具有多种天然、稳定的核素时，无论是游离态还是化合态，其各核素在自然界中所占的原子个数百分比一般是不变的。②同一元素的各种核素形成的同种物质的化学性质eq\x(\s\up1(04))相同，物理性质eq\x(\s\up1(05))不同。(3)几种重要的核素核素eq\o\al(235,92)Ueq\x(\s\up1(06))eq\o\al(14,6)Ceq\o\al(2,1)Heq\o\al(3,1)Heq\o\al(18,8)O用途核燃料用于考古断代制eq\x(\s\up1(07))氢弹示踪原子名师点拨(1)2H2和3H2既不是同位素，也不是同素异形体，而是同种分子，同位素是原子间的互称。(2)核聚变、核裂变属于核反应，不是化学变化。3．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)的质量与一个12C质量的eq\f(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。核素的相对原子质量近似等于该核素的质量数。(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%。判断正误。正确的打“√”，错误的打“×”并指明错因。(1)同种元素的原子均有相同的质子数和中子数。(×)错因：同种元素的不同原子质子数相同而中子数不同。(2)16O和18O是氧元素的两种核素，16O2与18O2互为同素异形体。(×)错因：16O2与18O2属同种分子。(3)14C可用于文物的年代鉴定，14C与13C不互为同位素。(×)错因：14C与13C质子数相同、中子数不同，互为同位素。(4)原子中都含有质子、中子和电子。(×)错因：eq\o\al(1,1)H原子中不含中子。(5)核聚变如eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n，因为有新微粒生成，所以该变化是化学变化。(×)错因：核聚变属于核反应，不是化学变化。(6)氢的三种核素形成的单质有6种，它们物理性质有所不同，但化学性质几乎完全相同。(√)题组一认知与计算微粒中所含粒子数1．(2025·大庆市高三第一次教学质量检测)我国科学家成功合成出新核素Lr－251，熔合反应为eq\o\al(50,24)Ti＋2eq\o\al(1,0)n＋eq\o\al(a,81)Tl→eq\o\al(251,b)Lr＋eq\o\al(4,2)He。下列叙述正确的是()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答案：C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正确；Lr－251的中子数为251－103＝148，148－103＝45，D错误。2．一种核素X的质量数为A，含有N个中子，它与35Cl原子组成X35Clm分子，则agX35Clm中所含质子的物质的量是()A.eq\f(a,A＋35m)(A－N＋17m)molB.eq\f(a,A＋m)(A－N＋17m)molC.eq\f(a,A＋m)(A－N)molD.eq\f(a,A＋35m)(A－N)mol答案：A题组二理解与辨析“三素”“两同”概念3．(2025·甘肃省武威市高三质检)“人造太阳”可照亮地球。“人造太阳”是通过氘(D)氚(T)核聚变反应而实现的。这意味着人类未来的可持续发展将有新的出路，也为全世界持续多年的能源危机找到一个终极解决方案。下列说法正确的是()A．氘与氚互为同素异形体B．D2、T2、DT的摩尔质量相同C．T转化为D发生化学变化D．D2、T2、DT均属于单质答案：D解析：氘和氚互为同位素，A错误；D2、T2、DT中D和T的相对原子质量不同，则三种物质的摩尔质量不同，B错误；T转化为D是原子核发生变化，不属于化学变化，C错误。4．现有下列9种微粒：eq\o\al(1,1)H、eq\o\al(2,1)H、eq\o\al(13,6)C、eq\o\al(14,6)C、eq\o\al(14,7)N、eq\o\al(56,26)Fe2＋、eq\o\al(56,26)Fe3＋、eq\o\al(16,8)O2、eq\o\al(16,8)O3。按要求完成以下各题：(1)eq\o\al(1,1)H、eq\o\al(2,1)H分别是氢元素的一种________，它们互称为________。(2)互为同素异形体的微粒是______________。(3)eq\o\al(56,26)Fe2＋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。答案：(1)核素同位素(2)eq\o\al(16,8)O2、eq\o\al(16,8)O3(3)3024(4)75反思归纳(1)“同”字概念的区分区分时抓住概念的关键点——研究对象，同位素——原子(如eq\o\al(1,1)H、eq\o\al(2,1)H、eq\o\al(3,1)H)，同素异形体——单质(如金刚石与石墨、C60；红磷与白磷)，同分异构体——化合物(如CH3COOH与HCOOCH3)。(2)原子结构与同位素的认识中的五个误区①原子不一定都有中子，如eq\o\al(1,1)H。②质子数相同的微粒不一定属于同一种元素，如F与OH－。③核外电子数相同的微粒，其质子数不一定相同，如Al3＋、Na＋和F－，NHeq\o\al(＋,4)与OH－等。④不同的核素可能具有相同的质子数，如eq\o\al(1,1)H与eq\o\al(3,1)H；也可能具有相同的中子数，如eq\o\al(14,6)C与eq\o\al(16,8)O；也可能具有相同的质量数，如eq\o\al(14,6)C与eq\o\al(14,7)N；也可能质子数、中子数、质量数均不相同，如eq\o\al(1,1)H与eq\o\al(12,6)C。⑤不同核素之间的转化属于核反应，不属于化学反应。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eq\x(\s\up1(01))空间运动状态称为一个原子轨道。(1)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eq\x(\s\up1(02))Keq\x(\s\up1(03))Leq\x(\s\up1(04))Meq\x(\s\up1(05))N能级符号eq\x(\s\up1(06))1seq\x(\s\up1(07))2seq\x(\s\up1(08))2peq\x(\s\up1(09))3seq\x(\s\up1(10))3peq\x(\s\up1(11))3deq\x(\s\up1(12))4seq\x(\s\up1(13))4peq\x(\s\up1(14))4deq\x(\s\up1(15))4f各能级原子轨道数eq\x(\s\up1(16))1eq\x(\s\up1(17))1eq\x(\s\up1(18))3eq\x(\s\up1(19))1eq\x(\s\up1(20))3eq\x(\s\up1(21))5eq\x(\s\up1(22))1eq\x(\s\up1(23))3eq\x(\s\up1(24))5eq\x(\s\up1(25))7各能层原子轨道数eq\x(\s\up1(26))1eq\x(\s\up1(27))4eq\x(\s\up1(28))9eq\x(\s\up1(29))16最多容纳电子数eq\x(\s\up1(30))2eq\x(\s\up1(31))8eq\x(\s\up1(32))18eq\x(\s\up1(33))32(2)电子云①用P表示电子在某处出现的概率，V表示该处的体积，则eq\f(P,V)称为eq\x(\s\up1(34))概率密度，用ρ表示。②由于核外电子的eq\x(\s\up1(35))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。③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eq\x(\s\up1(36))球形、p电子云轮廓图呈eq\x(\s\up1(37))哑铃形。p电子云有eq\x(\s\up1(38))3种伸展方向。(3)电子自旋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eq\x(\s\up1(39))相反的电子。(4)原子轨道的能量关系①相同能层上原子轨道能量的高低：eq\x(\s\up1(40))ns<np<nd<nf……。②形状相同的原子轨道能量的高低(以s轨道为例)：eq\x(\s\up1(41))1s<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(如2px、2py、2pz)的能量eq\x(\s\up1(42))相等。2．电子跃迁与原子光谱(1)原子的状态①基态原子：处于eq\x(\s\up1(01))最低能量状态的原子。②激发态原子：基态原子的电子吸收能量后，从eq\x(\s\up1(02))低能级跃迁到eq\x(\s\up1(03))较高能级状态的原子。(2)原子光谱：不同元素的原子发生电子跃迁时会eq\x(\s\up1(04))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，称为光谱分析。(3)基态、激发态与原子光谱3．基态原子核外电子排布与书写(1)排布原则①eq\x(\s\up1(01))能量最低原理：原子核外电子先占据能量低的轨道，然后依次进入能量较高的轨道，使整个原子的能量最低。②eq\x(\s\up1(02))泡利不相容原理：每个原子轨道最多容纳eq\x(\s\up1(03))两个自旋状态eq\x(\s\up1(04))不同的电子。如2s2的电子排布为，不能表示为。③eq\x(\s\up1(05))洪特规则：原子核外电子在能量相同的各个轨道上排布时，电子尽可能分占在eq\x(\s\up1(06))不同的原子轨道上，且自旋状态eq\x(\s\up1(07))相同。如2p3的电子排布为，不能表示为或。重点强调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为1s22s22p63s23p63d54s1，而不是1s22s22p63s23p63d44s2。(2)填充顺序——构造原理绝大多数元素的原子核外电子的排布遵循如图所示的排布顺序，人们把它称为构造原理。它是书写基态原子核外电子排布式的依据。(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价层电子排布式3s23p4价层电子轨道表示式(电子排布图)判断正误。正确的打“√”，错误的打“×”并指明错因。(1)p能级能量一定比s能级的能量高。(×)错因：当s能级和p能级不在同一能层时，p能级能量不一定比s能级的能量高。(2)同一原子中，2p、3p、4p能级的轨道数依次增多。(×)错因：2p、3p、4p能级都含有3个原子轨道。(3)电子的运动状态只能从能层、能级、轨道3个方面进行描述。(×)错因：电子的运动状态可以从能层、能级、轨道、自旋状态4个方面进行描述。(4)电子排布式(22Ti)1s22s22p63s23p10违反了泡利不相容原理。(√)(5)Fe的基态原子的电子排布式为1s22s22p63s23p64s23d6。(×)错因：电子排布式应为1s22s22p63s23p63d64s2。(6)磷元素基态原子的电子排布图为。(×)错因：磷元素基态原子3p轨道的电子排布图为。题组一认知与归纳电子排布式和轨道表示式1．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：DC2．按要求书写电子排布式或电子排布图。(1)基态C原子的核外电子排布式为________。(2)基态Ni原子的核外电子排布式为________。(3)基态Cr3＋的核外电子排布式为________。(4)基态Mn2＋的核外电子排布式为____________。(5)基态钒原子的价层电子排布图为____________。答案：(1)1s22s22p2(2)[Ar]3d84s2(3)[Ar]3d3(4)[Ar]3d5(5)反思归纳核外电子排布常见错误(1)注意比较原子核外电子排布式、简化电子排布式、价层电子排布式的区别与联系。如Cu的电子排布式：1s22s22p63s23p63d104s1；简化电子排布式：[Ar]3d104s1；价层电子排布式：3d104s1。(2)在写基态原子的电子排布图(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)(3)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，Fe3＋：1s22s22p63s23p63d5。(4)书写轨道表示式时，同一能级的空轨道不能省略。如C的轨道表示式为，而不是。题组二理解与运用核外电子排布规律3．(1)基态O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]3s23peq\o\al(2,x)违背了________。(4)基态Cu原子核外电子的空间运动状态有________种。答案：(1)8(2)3d24s21222(3)4洪特规则(4)15解题技巧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。4．(1)基态F原子核外电子的运动状态有________种。(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)基态Fe2＋与Fe3＋中未成对电子数之比为________，Fe3＋比Fe2＋的稳定性更________(填“强”或“弱”)，从结构上分析原因是__________________________________。(4)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4f66s2，Sm3＋的价层电子排布式为________。(5)在元素周期表中，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层电子自旋________(填“平行”或“相反”)。(6)若将基态14Si的电子排布式写成1s22s22p63s33p1，则它违背了________。答案：(1)9(2)P3－和K＋(3)4∶5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(4)4s4f5(5)Mg相反(6)泡利原理1．(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：D2．下列化学用语表述错误的是()A．(2024·甘肃卷)Ca2＋和Cl－的最外层电子排布图均为B．(2023·湖南卷)中子数为10的氧原子：eq\o\al(18,8)OC．(2024·山东卷)激发态H原子的轨道表示式：D．(2023·湖南卷)基态N原子的价层电子排布图：答案：C解析：K能层只有1个能级(1s)，不存在1p能级，C错误。3．(2023·北京卷)下列化学用语或图示表达正确的是()A．NaCl的电子式为B．NH3的VSEPR模型为C．2pz电子云图为D．基态24Cr原子的价层电子轨道表示式为答案：C解析：氯化钠的电子式是，A错误；氨分子的VSEPR模型是四面体结构，B错误；基态铬原子的价层电子轨道表示式是，D错误。4．(2022·山东高考)eq\o\al(13,8)O、eq\o\al(15,8)O的半衰期很短，自然界中不能稳定存在。人工合成反应如下：eq\o\al(16,8)O＋eq\o\al(3,2)He→eq\o\al(13,8)O＋eq\o\al(a,b)X；eq\o\al(16,8)O＋eq\o\al(3,2)He→eq\o\al(15,8)O＋eq\o\al(m,n)Y。下列说法正确的是()A．X的中子数为2B．X、Y互为同位素C．eq\o\al(13,8)O、eq\o\al(15,8)O可用作示踪原子研究化学反应历程D．自然界不存在eq\o\al(13,8)O2、eq\o\al(15,8)O2分子是因其化学键不稳定答案：B5．(1)(2023·北京卷节选)基态S原子价层电子排布式是________。(2)(2023·全国乙卷节选)基态Fe原子的价电子排布式为________。(3)(2022·海南高考节选)基态O原子的电子排布式为__________，其中未成对电子有________个。(4)(2022·全国甲卷节选)基态F原子的价电子排布图(轨道表示式)为________________。(5)(2022·湖南高考节选)基态Se原子的核外电子排布式为[Ar]________。(6)(2022·山东高考节选)基态Ni原子的价电子排布式为________。(7)(2022·全国乙卷节选)氟原子激发态的电子排布式有________，其中能量较高的是________。(填标号)a．1s22s22p43s1 b．1s22s22p43d2c．1s22s12p5 d．1s22s22p33p2(8)(2022·河北高考节选)基态S原子的价电子中，两种自旋状态的电子数之比为________。答案：(1)3s23p4(2)3d64s2(3)1s22s22p4或[He]2s22p42(4)(5)3d104s24p4(6)3d84s2(7)add(8)1∶2或2∶1课时作业[建议用时：40分钟]一、选择题(每小题只有1个选项符合题意)1．(2025·内蒙古呼和浩特市高三质检)电影《流浪地球》中为了拯救地球而点燃了木星大气，木星大气中含有H和He。下列说法不正确的是()A．H和He都是主族元素B．H和He都是短周期元素C．3He和4He是同种元素D．H－和He的核外电子排布相同答案：A2．工业制取SO2的主要反应为4FeS2＋11O2eq\o(=,\s\up7(煅烧))2Fe2O3＋8SO2。下列说法正确的是()A．O的价层电子排布图：B．Fe2＋价层电子排布式为3d54s1C．SO2分子空间结构为直线形D．硫原子结构示意图：答案：A3．(2025·山东泰安模拟)核反应eq\o\al(a,2)W＋eq\o\al(14,b)X→eq\o\al(17,8)Y＋eq\o\al(1,1)Z和eq\o\al(234,90)Q→eq\o\al(d,c)R＋eq\o\al(0,－1)T为研究原子结构和发现新原子做出了重要贡献。下列说法错误的是()A．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数相等答案：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正确；Y可以形成O2、O3两种单质分子，O3为极性分子，B错误；Q、R为质量数相同、质子数不同的不同核素，C正确；电子的空间运动状态种类数等于原子轨道数，基态He和H原子均只有1s轨道，故空间运动状态种类数相等，D正确。4．下列电子排布式或轨道表示式正确的是()A．C的轨道表示式：B．Ca的电子排布式：1s22s22p63s23p63d2C．N的轨道表示式：D．Br－的价层电子排布式：4s24p6答案：D5．(2025·贵州模拟预测)下列化学用语错误的是()A．基态镓原子的电子排布式为[Ar]4s24p1B．基态砷原子价层电子排布图为C．新戊烷的结构简式为C(CH3)4D．氢化铵的电子式为答案：A解析：镓元素的原子序数为31，基态原子的电子排布式为[Ar]3d104s24p1，故A错误。6．下列有关叙述正确的是()A．D218O中质量数之和是质子数之和的两倍B．在氮原子中，质子数为7，其中子数也一定为7C.eq\o\al(A,Z)X和eq\o\al(A＋1,Z)X＋两种微粒的核电荷数和核外电子数一定相等，而质量数和中子数一定不相等D．bXn－和aYm＋两种离子，当a＝b＋m＋n时，则它们的核外电子总数相同答案：D解析：在D218O中，其质量数之和为22，其质子数之和为10，A错误；含有7个质子的原子都是氮原子，但氮元素也有质量数不为14(即中子数不为7)的核素，B错误；eq\o\al(A,Z)X和eq\o\al(A＋1,Z)X＋两种微粒的核电荷数相等(均为Z)，核外电子数、质量数、中子数均不相等，C错误；若bXn－和aYm＋两种离子的核外电子总数相同，则有a－m＝b＋n，即a＝b＋m＋n，D正确。7．下列有关电子排布图的表述正确的是()A.可表示单核10电子粒子基态时电子排布B．基态Fe2＋的价层电子排布图为C.表示基态N原子的价层电子排布D.表示处于激发态的B的电子排布图答案：A8．已知阴离子R2－的原子核内有n个中子，R原子的质量数为m，则wgR2－含有电子的物质的量是()A.eq\f(m－n－2,wm)mol B.eq\f(w（m－n）,n)molC.eq\f(w,m)(m－n－2)mol D.eq\f(w,m)(m－n＋2)mol答案：D解析：R原子的质子数为m－n，R2－的核外电子数为m－n＋2，而wgR2－的物质的量为eq\f(w,m)mol，所以R2－含有电子的物质的量为eq\f(w,m)(m－n＋2)mol。9．(2025·北京市海淀区高三期中练习)FeTiO3是钛铁矿的主要成分，在工业上可以用于制备金属钛。下列说法不正确的是()A．基态Fe2＋价层电子排布式为3d6B．Fe在元素周期表中位于ds区C．基态Ti原子价层电子轨道表示式为D．O在元素周期表中位于第二周期ⅥA族答案：B10．稀土元素钕(eq\o\al(140,60)Nd)是制造导弹合金材料的重要元素。下列说法中不正确的是()A．eq\o\al(140,60)Nd和eq\o\al(142,60)Nd互为同位素B．一个eq\o\al(140,60)Nd原子的质量约为eq\f(140,NA)g(NA表示阿伏加德罗常数的值)C．eq\o\al(140,60)Nd原子的中子数与质子数之差为20D．14g钕元素含有8mol中子答案：D解析：钕元素有多种同位素，其中子数各不相同，因此14g钕元素对应的钕原子不一定含有8mol中子，D错误。11．下列说法正确的是()A．Fe3＋的最外层电子排布式为3s23p63d5B．高温时CuO比Cu2O稳定C．基态碳原子价层电子的轨道表示式：D．元素周期表每一周期元素原子的最外层电子排布均是从ns1过渡到ns2np6答案：A解析：B项，Cu＋价层电子排布式为3d10，全充满，更稳定，错误；C项，基态碳原子的价层电子的轨道表示式为，错误；D项，第一周期为1s1到1s2，错误。12．下列说法正确的是()A．铍原子最外层原子轨道的电子云图：B．O有5种空间运动状态不同的电子C.，该电子排布图违背了泡利原理D．P原子的核外电子排布式为[Ne]3s23p5答案：B二、非选择题13．目前合成氨通常采用的压强为10MPa～3