第7章　第26讲　原子结构　核外电子排布规律

大单元三第7章原子结构与性质元素周期律第26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→242.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.(2025·北京丰台模拟)我国首次制备出丰度超过99%的64Ni。64Ni经质子束流轰击可获得具有放射性的医用核素64Cu。下列说法不正确的是()A.Ni属于d区元素B.64Ni原子核内中子数是36C.64Ni与64Cu互为同位素D.64Ni经质子束流轰击获得64Cu的过程不属于化学变化答案C解析Ni元素价电子排布式为3d84s2，所以Ni属于d区元素，A正确；质子数+中子数=质量数，64Ni的原子序数为28，质量数为64，故64Ni原子核内中子数为64-28=36，B正确；同位素的定义是质子数相同而中子数不同的同一元素的不同原子的互称，而64Ni与64Cu不是同一元素，所以不互为同位素，C不正确；化学变化的最小粒子是原子，而64Ni经质子束流轰击获得64Cu是在原子核层面上发生的变化，不属于化学变化，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%的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、714N、2656Fe(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种微粒中含有种核素，含有种元素。答案(1)核素同位素(2)816O2、(3)3024(4)75二、核反应中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+201n+81aTl→b251A.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(Lr)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。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电子层，同一电子层的电子，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电子级符号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状态不同。(2)洪特规则：对于基态原子，核外电子在能量相同的原子轨道上排布时，将尽可能分占不同的原子轨道并且自旋状态相同。(3)能量最低原理：在不违背泡利不相容原理的前提下，核外电子在各个原子轨道上的排布方式应使整个原子体系的能量最低。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价电子排布式3s23p4价电子轨道表示式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能写为1s22s22p63s23p63d44s2，正确的核外电子排布式是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.电子云图中小黑点密的地方，核外空间电子数目多()5.基态铁原子的简化电子排布式为[Ar]4s2()6.基态硼原子最高能级的电子云轮廓图：()7.基态碘原子核外电子占据最高能级的电子云轮廓图为哑铃状()8.基态Fe2+价电子轨道表示式为()答案1.×2.×3.√4.×5.×6.×7.√8.×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Ti原子的价电子排布式为，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原子价电子的运动状态有种，若其电子排布式表示为[Ne]3s23px2，则违背了答案(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，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4周期，Ti的基态原子价电子排布式为3d24s2，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)基态铬原子价电子排布式为3d54s1，核外有6个未成对电子，基态镍原子价电子排布式为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.(2025·江苏，2)科学家通过核反应01n＋36Li→13H+24He发现氚A.01B.36Li的基态原子核外电子排布式为1s1C.13H与D.24He答案C解析01n表示一个中子，A错误；36Li为3号元素，其基态原子的核外电子排布式为1s22s1，B错误；13H与12H质子数相同、中子数不同，二者互为同位素，C正确；2.[2025·浙江1月选考，17(1)]关于ⅤA族元素原子结构的描述，下列说法正确的是。A.基态P原子3p轨道上的电子自旋方向相同B.As3+的最外层电子数为18C.P3+的半径小于P5+的半径D.电子排布为[Ne]3s13p4的P原子处于激发态答案AD解析基态P原子价电子排布式为3s23p3，根据洪特规则，3p轨道上的3个电子自旋方向相同，故A正确；基态As原子价电子排布式为4s24p3，As3+的价电子排布式为4s2，最外层电子数为2，故B错误；P3+比P5+多一个能层，所以P3+的半径大于P5+的半径，故C错误；基态P原子的电子排布式为[Ne]3s23p3，电子排布为[Ne]3s13p4的P原子处于激发态，故D正确。3.[2024·北京，15(1)]Sn位于元素周期表的第5周期第ⅣA族。将Sn的基态原子最外层轨道表示式补充完整。答案解析Sn位于元素周期表的第5周期第ⅣA族，基态Sn原子的最外层电子排布式为5s25p2，Sn的基态原子最外层轨道表示式为。4.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.B.C.D.(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](1~10题，每小题5分，11~13题，每小题8分)1.(教材改编)下列说法正确的是()A.对于同一原子，2s电子的电子云半径比1s电子的大B.2p、3p、4p能级的轨道数依次增多C.p能级能量一定比s能级的能量高D.2px、2py、2pz轨道相互垂直，但能量不相等答案A解析无论是哪个电子层上的p能级，都有3个原子轨道，故B错误；s能级的能量不一定小于p能级的能量，如4s>3p，故C错误；同一电子层p能级上原子轨道能量相等，并且相互垂直，故D错误。2.(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形成的不同单质，18F与19F不是单质，因此两者不是同素异形体，B错误；18F与19F互为同位素，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。3.(教材改编)下列说法正确的是()A.3p2表示3p能级有两个轨道B.2p和3p轨道形状均为哑铃形C.基态硫原子的价电子轨道表示式为D.B原子由1s22s22px11s22s22p答案B4.下列关于核外电子的运动状态的说法错误的是()A.核外电子是分层运动的B.只有电子层、能级、电子云的空间伸展方向以及电子的自旋状态都确定时，电子运动状态才能被确定C.只有电子层、能级、电子云的空间伸展方向以及电子的自旋状态都确定时，才能确定每一个电子层的最多轨道数D.电子云的空间伸展方向与电子的能量大小无关答案C解析电子所具有的能量不同，就会在不同的电子层上运动，A正确；电子运动状态是由电子层、能级、电子云的空间伸展方向以及电子的自旋状态共同决定的，B正确；可由电子层数确定电子层中的最多原子轨道数，C错误；同一能级的电子具有相同的能量，与电子云的空间伸展方向无关，与其自旋状态也无关，D正确。5.氯化钠在灼烧过程中，发出黄色的光，下列对此现象的描述正确的是()A.发射光谱，物理变化B.发射光谱，化学变化C.吸收光谱，物理变化D.吸收光谱，化学变化答案A解析氯化钠在灼烧过程中，发出黄色的光，是由于处于激发态的电子从能量较高的激发态跃迁到能量较低的激发态或基态时，会以光的形式释放能量，故为发射光谱，该过程没有新物质生成，属于物理变化，A正确。6.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.激发态H原子的轨道表示式：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，常叫做原子轨道图，故A错误；K电子层只有s能级没有p能级，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、py、pz三个伸展方向，并且互相垂直，D正确。7.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。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，A错误；图中所示的N原子核外电子排布不符合洪特规则，B错误；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，C错误；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，为基态碳原子，D正确。8.氮的化合物种类繁多、应用广泛，下列不同状态的氮原子能量最低的是()A.B.C.D.答案A解析遵循能量最低原则、洪特规则、泡利不相容原理，故A符合题意；中1s轨道未填充满，处于激发态，故B不合题意；中2s轨道未填充满，处于激发态，故C不合题意；中1s和2s轨道均未填充满，处于激发态，故D不合题意。9.通常情况下，原子核外p、d等能级的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1s22s2A.①② B.②③C.③④ D.①②③④答案B解析Fe2+的价电子排布式为3d6，而Fe3+的价电子排布式为3d5，3d轨道达到半充满状态，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；激发态碳原子的电子排布是基态电子吸收能量跃迁的结果，与基态原子的稳定排布规则无关，不能作为洪特规则特例的证据，④不选。10.1934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ZWXZWX+24He→Z+2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、C项错误、B项正确；P元素的含氧酸有H3PO4、H3PO3、H3PO2等，D项错误。11.下列Li原子轨道表示式表示的状态中，能量最高的是()A.B.C.D.答案C解析基态能量最低，处于激发态能量较高，能量：1s<2s<2p，Li原子轨道表示式表示的状态中，能量最高的是，故选C。12.(2026·吉林通化第一中学模拟)下列化学用语表达正确的是()A.基态硅原子的轨道表示式：B.基态Cr原子的核外电子排布式：1s22s22p63s23p63d6C.NCl3的电子式：D.C原子的核外能量最高的电子云图像如图：答案D解析基态硅原子的电子排布式为1s22s22p63s23p2，轨道表示式：，故A错误；Cr元素为24号元素，原子核外有24个电子，其基态原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s1，故B错误；NCl3是共价化合物，电子式为，故C错误；C原子核外能量最高的轨道为2p，电子云图像如图：，故D正确。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原子的轨道表示式为C.P原子的价电子排布为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解析基态X原子核外只有三个能级，且各能级电子数相等，核外电子排布式为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；原子序数：Z>Y>X，则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个电子层，基态原子最外层只有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为，B正确；P为Cu元素，价电子排布为3d104s1，C错误；Cu和O2反应生成CuO，Cu元素的化合价为+2，Cu和S反应生成Cu2S，Cu元素的化合价为+1，