1、第第 27 讲讲原子结构原子结构核外电子排布规律核外电子排布规律 复习目标1.了解元素、核素和同位素的含义。2.了解原子的构成，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 136 号元素原子核外电子、价电子的排布式和轨道表示式。4.了解电子在原子轨道之间的跃 迁及其简单应用。 考点一考点一原子结构原子结构核素核素同位素同位素 1原子构成 (1)构成原子的微粒及作用 原子AZX) 原子核 质子Z 个决定元素的种类 中子AZ个 在质子数确定后 决定原子种类同位素 核外电子Z 个最外层电子数决定元素的化学性
2、质 (2)微粒之间的关系 原子中：质子数(Z)核电荷数核外电子数； 质量数(A)质子数(Z)中子数(N)； 阳离子的核外电子数质子数阳离子所带的电荷数； 阴离子的核外电子数质子数阴离子所带的电荷数。 (3)微粒符号周围数字的含义 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 同一元素的各种核素的中子数不同，质子数相同，化学性质几乎完全相同，物理性质差异较大； 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)氢元素的三种核素 1 1H：名称为氕，不含中子； 2 1H：用字母 D 表示，名称为氘或重氢； 3 1H：用字母 T 表示，名称为
3、氚或超重氢。 (4)几种重要核素的用途 核 素 235 92 U 146C2 1H 3 1 H 188O 用 途 核 燃料 用于考古 断代 制氢弹 示踪 原子 (1)所有原子核内一定都有中子() 错因：原子核内不一定都有中子，如 1 1H。 (2)质子数相同的微粒一定属于同一种元素() 错因：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，其质子数一定相同() 错因：核外电子数相同的微粒，其质子数不一定相同，如 Al3 与 Na、F等，NH 4与 OH 等。 (4)同位素的物理性质不同，但化学性质几乎相同() (5)不同核素之间的转化属于化学反应() 错
4、因：不同核素之间的转化属于核反应，不属于化学反应。 (1)已知氢有三种核素(H、D、T)，它们形成的氢分子有_种，分别是_。 (2)H、D、T 与 16O、12O、18O 可形成的水分子有_种。 答案(1)6H2、D2、T2、HD、HT、DT(2)18 (1)同位素在元素周期表中处于同一位置，使用同一元素符号。 (2)同位素的化学性质几乎完全相同，物理性质差异较大。 (3)同位素之间的转化不属于化学变化。 (4)同位素之间可形成不同的单质分子。 它们的物理性质(如密度)有所不同， 但化学性质几乎完全相同。 题组一微粒中“粒子数”的确定 1某微粒用 A ZQn 表示，下列关于微粒的叙述正确的是(
5、 ) A所含质子数AnB所含中子数AZ C所含电子数ZnD质量数ZA 答案B 解析元素符号左下角为质子数，所含质子数为 Z，A 错误；质量数为 A，质子数为 Z，所含中子数 为 AZ，B 正确；所含电子数为 Zn，C 错误；元素符号左上角为质量数，质量数为 A，D 错误。 2 月球上的每百吨32He聚变所释放出的能量相当于目前人类一年消耗的能量， 地球上氦元素主要以42He 的形式存在。已知一个 126C 原子的质量为 a g，一个3 2He 原子的质量为 b g，NA为阿伏加德罗常数。下列 说法正确的是() A.32He 比 4 2He 少一个中子 B氦元素的近似相对原子质量为 3.5 C.
6、32He 的相对原子质量为12b a D.32He 的摩尔质量为 bNA 答案AC 解析 3 2He 比 4 2He 少一个中子，A 正确；不能确定核素的原子百分含量，因此不能计算氦元素的近似 相对原子质量，B 错误；一个原子的真实质量与一个 126C 原子质量的1 12的比值是该核素的相对原子质量， 因此 3 2He 的相对原子质量为12b a ，C 正确；32He 的摩尔质量为 bNAg mol 1，D 错误。 3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 g R 原子完全转化为 R2时， 含有电子的物质的量是 () A.mn2 m molB.mn n mol
7、C.mn2 m molD. m(mn2) mol 答案D 解析R 原子的质子数为(mn)个，其核外电子数也为(mn)个，所以 R2 的核外电子数为(mn2) 个，而 g R 原子的物质的量为 m mol，所以形成的 R2 含有的电子的物质的量为 m(mn2) mol，故选 D。 求一定质量的某物质中粒子数的答题模板 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 指定粒子的物质的量 NA 粒 子数 题组二元素、核素、同位素的概念辨析 4(2020郑州月考)“玉兔”号月球车用 238 94Pu 作为热源材料。下列关于 238 94Pu 的说法正确的是() A.23894P
8、u 与 238 92U 互为同位素 B.23894Pu 与 239 94Pu 互为同素异形体 C.23894Pu 与 238 92U 具有完全相同的化学性质 D.23894Pu 与 239 94Pu 具有相同的最外层电子数 答案D 解析 238 94Pu 与 238 92U 的质子数不同，不互为同位素，A 错误；23894Pu 与 239 94Pu 均是核素，不是单质，不 互为同素异形体，B 错误；23894Pu 与 238 92U 的质子数不同，属于不同的元素，不可能具有完全相同的化学性 质，C 错误；23894Pu 与 239 94Pu 的质子数相同，具有相同的最外层电子数，D 正确。 5
9、现有下列 9 种微粒：11H、21H、136C、146C、147N、5626Fe2 、56 26Fe3 、168O2、16 8O3。按要求完成以下各 题： (1)11H、21H 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)5626Fe2 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)168O2、168O3(3)3024(4)75 解析(1)11H、21H 分别是氢元素的一种核素；11H、21H 是质子数相同而中子数不同的氢元素的不同原子， 它们互称为同位素。 (2)168O2和 168O3是同种元
10、素组成的不同单质，为氧元素的同素异形体。 (3)5626Fe2 的中子数为 562630，阳离子是原子失去 2 个电子形成的，核外电子数为 26224。 (4)9 种微粒：11H、21H、136C、146C、147N、5626Fe2 、56 26Fe3 、168O2、16 8O3中有 7 种核素：11H、21H、136C、 14 6C、147N、5626Fe2 、168O，有 5 种元素：H、C、N、Fe、O。 考点二考点二原子核外电子排布原理原子核外电子排布原理 1能层、能级与原子轨道 (1)能层(n) 在多电子原子中，核外电子的能量是不同的，按照电子的能量差异将核外电子分成不同的能层。按照
11、 离核由近到远，用 K、L、M、N表示，能量依次升高。每层最多容纳电子数为 2n2，最外层不超过 8 个(K 层为最外层时不超过 2 个)，次外层不超过 18 个。 (2)能级 同一能层里电子的能量也可能不同，又将其分成不同的能级，通常用 s、p、d、f 表示，同一能层里， 各能级的能量按 s、p、d、f 的顺序依次升高，即：E(s)E(p)E(d)E(f)。 (3)原子轨道 电子云轮廓图给出了电子在核外经常出现的区域。这种电子云轮廓图称为原子轨道。 原子 轨道 轨道 形状 轨道个数 s球形1 p 哑铃 形 3 特别提醒第一能层(K)，只有 s 能级；第二能层(L)，有 s、p 两种能级，p
12、能级上有三个原子轨道 px、 py、pz，它们具有相同的能量；第三能层(M)，有 s、p、d 三种能级。能量高低为 s2sC、AD。 62019全国卷，35(2)(3)(2)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 价层电子排布式为_。 (3)比较离子半径：F _O2(填“大于”“等于”或“小于”)。 答案(2)4s4f5(3)小于 解析(2)Fe 的价层电子排布式为 3d64s2，其阳离子 Fe2 、Fe3的价层电子排布式分别是 3d6、3d5，二 者均首先失去 4s 轨道上的电子；Sm 失去 3 个电子成为 Sm3 时，首先失去 6s 轨道上的
13、电子，然后再失去 1 个 4f 轨道上的电子，故 Sm3 的价层电子排布式为 4f5。(3)F与 O2核外电子层结构相同，核电荷数越大， 原子核对核外电子的吸引力越大，离子半径越小，故离子半径：F O2。 72018全国卷，35(1)(2)(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. (2)Li 与 H具有相同的电子构型，r(Li)小于 r(H)，原因是_。 答案(1)DC(2)Li 核电荷数较大 一、选择题：每小题只有一个选项符合题意。 1镉(Cd)是一种重金属元素，有多种核素，下列关于 95 48Cd 和 97 48Cd
14、说法正确的是() A.9548Cd 和 97 48Cd 属于两种不同的元素 B.9548Cd 和 97 48Cd 质量数相同 C.9548Cd 和 97 48Cd 是同一种核素 D.9548Cd 和 97 48Cd 互为同位素 答案D 解析 95 48Cd 和 97 48Cd 都属于 Cd 元素，A 错误；9548Cd 的质量数为 95，9748Cd 的质量数为 97，B 错误；具 有一定数目质子和一定数目中子的原子称为核素，9548Cd 和 97 48Cd 属于不同种核素，C 错误；质子数相同而中 子数不同的同一元素的不同原子互称同位素，9548Cd 和 97 48Cd 为 Cd 元素的两种
15、同位素，D 正确。 2下列说法正确的是() A同一原子中，1s、2s、3s 电子的能量逐渐减小 B同一原子中，2p、3p、4p 能级的轨道数依次增多 C能量高的电子在离核近的区域运动，能量低的电子在离核远的区域运动 D各能层含有的能级数为 n(n 为能层序数) 答案D 解析同一原子中，1s、2s、3s 电子的能量逐渐增大，选项 A 不正确；同一原子中，2p、3p、4p 能级 的轨道数相同，都是 3 个，选项 B 不正确；能量低的电子在离核近的区域运动，能量高的电子在离核远的 区域运动，选项 C 不正确；各能层含有的能级数与其能层序数相等为 n(n 代表能层序数)，即第 n 能层含有 n 个能级
16、，如第一能层能级数为 1，选项 D 正确。 3有 5 种微粒分别是 40 19X、4018Z、4019Q 、40 20R、4120M，其中所含元素种类为() A2 种B3 种 C4 种D5 种 答案B 解析左下角是质子数，质子数相同的核素为同种元素，不难看出一共有 3 种元素：氩、钾、钙，答 案选 B。 4下列叙述正确的是() A两种粒子，若核外电子排布完全相同，则其化学性质一定相同 B凡单原子形成的离子，一定具有稀有气体元素原子的核外电子排布 C两原子，如果核外电子排布相同，则一定属于同种元素 D阴离子的核外电子排布一定与比它原子序数小的稀有气体元素原子的核外电子排布相同 答案C 解析两种粒
17、子，若核外电子排布完全相同，则其化学性质不一定相同，例如钠离子和氟离子，A 项 错误；凡单原子形成的离子，不一定具有稀有气体元素原子的核外电子排布，例如 H 肯定不满足稀有气 体元素原子的核外电子排布，B 项错误；两原子，如果核外电子排布相同，那么质子数相同，则一定属于 同种元素，C 项正确；阴离子是原子得电子后的离子，则阴离子的核外电子排布与同周期的稀有气体元素 原子的核外电子排布相同，D 项错误。 5(2020淮南期末)下列离子化合物中，阴、阳离子的电子层结构相同的是() ANaClBLiClCMgODNa2S 答案C 解析A 项，NaCl 中钠离子核外有 10 个电子、氯离子核外有 18
18、 个电子，氯离子电子层比钠离子多一 个，电子层结构不同，错误；B 项，LiCl 中锂离子核外有 2 个电子、氯离子核外有 18 个电子，氯离子电 子层比锂离子多 2 个，电子层结构不同，错误；C 项，氧化镁中氧离子和镁离子核外电子数都是 10，其阴、 阳离子电子层结构相同，正确；D 项，Na2S 中钠离子核外有 10 个电子、硫离子核外有 18 个电子，硫离子 比钠离子多 1 个电子层，电子层结构不同，错误。 6有 A、B 两种元素，已知元素 A 的核电荷数为 a，且 A3 与 Bn的电子排布完全相同，则元素 B 的 核电荷数为() Aan3Ban3Can3Dan3 答案D 解析A 元素原子的
19、核电荷数为 a，原子中核电荷数核内质子数核外电子数，则其核外电子数为 a；A 原子得到 3 个电子形成 A3 ，则 A3的核外电子数为 a3，B 原子失去 n 个电子形成 Bn，设 B 的核 电荷数为 x，由于 A3 与 Bn的电子排布相同，则：a3xn，解得：xan3，所以元素 B 的核电荷 数为 an3，D 项正确。 7下列有关化学用语正确的是() AO 原子的轨道表示式为 B氯化钠的分子式：NaCl CCl 的结构示意图： DCa 原子的电子排布式为 1s22s22p63s23p63d2 答案C 解析O 原子的 2s 能级的 2 个电子的运动方向应该相反，A 错误；氯化钠是离子化合物，N
20、aCl 只是 化学式，不是分子式，B 错误；氯离子的核内有 17 个质子，核外有 18 个电子，C 正确；Ca 的核电荷数为 20，电子排布式应是 1s22s22p63s23p64s2，D 错误。 82020 年 4 月，我国自主设计，被称为“人造太阳”的“东方超环”核聚变实验装置取得重大突破， 该核聚变的基础原料是海水中提取的氘和氚。下列叙述错误的是() A氘原子的相对原子质量为 2 B氚原子内中子数和核外电子数之差为 1 C氘原子和氚原子互为同位素 D海水中的 H2O 与 D2O 互为同素异形体 答案D 解析氘原子的中子数为 1，质子数为 1，相对原子质量为 2，故 A 正确；氚原子内中子
21、数为 2，核外 电子数为 1，故 B 正确；氘原子和氚原子的质子数均为 1，中子数分别是 1 和 2，氘原子和氚原子互为同 位素，故 C 正确；海水中的 H2O 与 D2O 是化合物，不是同种元素组成的单质，不互为同素异形体，故 D 错误。 9下列说法正确的是() A同一原子中 3s、3p、3d、4s 能量依次升高 B某原子核外电子由 1s22s22p63s23p11s22s22p63s13p2，原子放出能量 Cp 能级的原子轨道呈哑铃形，随着能层数的增加，p 能级原子轨道数也在增多 D按照泡利原理，在同一个原子中不可能存在两个运动状态完全相同的电子 答案D 解析多电子原子中，根据构造原理，各
22、能级能量高低顺序：相同能层而不同能级的能量高低 ns npndnf，能层不同时的能量高低 2s3s4s,2p3p4p；不同能层不同能级的能量高低 ns(n 2)f(n1)dnp，所以同一原子中，3s、3p、4s、3d 能量依次升高，故 A 错误；3s 能级上的电子比 3p 能级上的电子能量更低，所以原子核外电子由 1s22s22p63s23p11s22s22p63s13p2，原子要吸收能量，故 B 错 误；p 轨道是哑铃形的，任何能层的 p 能级都有 3 个原子轨道，与能层的大小无关，故 C 错误；在多电子 的原子中，电子填充在不同的能层，能层又分不同的能级，同一能级又有不同的原子轨道，每个轨
23、道中最 多可以填充两个电子，自旋状态相反，在一个基态多电子的原子中，不可能有两个运动状态完全相同的电 子，故 D 正确。 二、选择题：每小题有一个或两个选项符合题意。 10“胃舒平”的主要成分是氢氧化铝，同时含有三硅酸镁(Mg2Si3O8nH2O)等化合物。下列叙述中错 误的是() A镁元素基态原子的核外电子排布式是 1s22s22p63s2 B铝元素原子核外共有 5 种不同运动状态的电子 C钠离子半径比铝离子半径小 D金属铝与钠的最高价氧化物对应的水化物溶液发生反应的离子方程式为 2Al2OH 2H2O=2AlO 23H2 答案BC 解析镁元素基态原子的核外电子排布式是 1s22s22p63
24、s2，A 正确；铝元素原子核外共有 13 种不同运 动状态的电子，B 错误；钠离子半径比铝离子半径大，C 错误；金属铝与钠的最高价氧化物对应的水化物 溶液发生反应的离子方程式为 2Al2OH 2H2O=2AlO 23H2，D 正确。 11人们通常将在同一原子轨道上运动、自旋状态相反的 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 () A1s22s22p63s23p6 B1s22s22p63s23p63d54s2 C1s22s22p63s23p63d54s1 D1s22s22p63s23p63d104s1
25、答案C 解析1s22s22p63s23p6中每个轨道上都达到饱和，未成对电子数为 0；1s22s22p63s23p63d54s2中 3d 轨道 上有 5 个电子未成对，其他轨道上都达到饱和，未成对电子数为 5；1s22s22p63s23p63d54s1中的 3d、4s 轨道 上各有 5、1 个未成对电子，未成对电子数为 6；1s22s22p63s23p63d104s1只有 4s 上有 1 个电子未成对，未成 对电子数为 1。故选 C。 12下列表达方式错误的是() A四氯化碳的电子式： B氟化钠的电子式：Na F C硫离子的核外电子排布式：1s22s22p63s23p6 D碳-12 原子：12
26、6C 答案A 解析四氯化碳的电子式：，故 A 错误；氟化钠为离子化合物，电子式：Na F ，故 B 正 确；硫离子的核外电子数是 18，其核外电子排布式为 1s22s22p63s23p6，故 C 正确；在表示原子组成时元素 符号的左下角表示质子数，左上角表示质量数，则碳-12 原子可表示为 126C，故 D 正确。 13科学研究表明：核外电子的能量不仅与电子所处的能层、能级有关，还与核外电子的数目及核电 荷数有关。氩原子与硫离子的核外电子排布相同，都是 1s22s22p63s23p6。下列说法正确的是() A两粒子的 1s 能级上电子的能量不相同 B两粒子的 3p 能级上的电子离核的距离相同
27、C两粒子的电子发生跃迁时，产生的光谱不同 D两粒子最外层都达到 8 电子稳定结构，化学性质相同 答案AC 解析虽然电子数相同，但是核电荷数不同，所以能量不同，故 A 正确；同是 3p 能级，氩原子中的 核电荷数较大，对电子的引力大，所以电子离核较近，故 B 错误；电子的能量不同，则发生跃迁时，产生 的光谱不同，故 C 正确；硫离子是得到电子之后变成这种结构，有较强的失电子能力，所以具有很强的还 原性，二者化学性质不同，故 D 错误。 14已知某原子结构示意图为，下列有关说法正确的是() A结构示意图中 x4 B该原子的电子排布式为 1s22s22p63s23p4 C该原子的轨道表示式为 D该原
28、子结构中共有 5 个能级上填充有电子 答案D 解析由原子结构示意图可知，K 层电子排满时为 2 个电子，故 x2，该元素为硅，故 A 错误；该原 子 的 电 子 排 布 式 为1s22s22p63s23p2， 故B错 误 ； 硅 的 轨 道 表 示 式 为 ，故 C 错误；原子结构中共有 1s、2s、2p、3s、3p 这 5 个能级上填充有电子，故 D 正确。 三、非选择题 15(1)(2020南通模拟)镍、铂、镧等过渡金属单质及化合物在医疗领域有着广泛的应用。基态原子镍 的价电子排布式为_。 (2)26 号元素价层电子排布式为_；L 原子核外电子占有 9 个轨道，而且有一个未成对电子，L 是
29、_元素。 (3)铬、铜、铁、锰等原子的基态电子排布式分别为_，氯元素的基态 原子的价电子排布式是_，与铬同周期的所有元素的基态原子中最外层电子数与铬原子相同的 元素有_(填元素符号)。 (4)基态 Fe3 的 M 层电子排布式为_，铝原子核外自旋方向相同的电子最多有_个，与 铝同族的第四周期元素原子的价电子排布式为_，基态磷原子的核外电子运动状态共有_ 种，其价电子排布式为_。在硼、氧、氟、氮中第一电离能由大到小的顺序是_(用元素符号 表示)。 (5)基态 Ge 原子的核外电子排布式为Ar_，有_个未成对电子。 (6)Co 原子结构示意图为_， Co2 基态核外电子排布式为_， Co2 的价电
30、子轨道表示式为：_。 答案(1)3d84s2 (2)3d64s2Cl (3)铬：1s22s22p63s23p63d54s1、铜：1s22s22p63s23p63d104s1、铁： 1s22s22p63s23p63d64s2、 锰：1s22s22p63s23p63d54s23s23p5K、Cu (4)3s23p63d574s24p1153s23p3FNOB(5)3d104s24p22 (6)Ar3d7 16(1)已知 X、Y 和 Z 三种元素的原子序数之和等于 42。X 元素原子的 4p 轨道上有 3 个未成对电子， Y 元素原子的最外层 2p 轨道上有 2 个未成对电子。X 与 Y 可形成化合
31、物 X2Y3，Z 元素可以形成负一价离 子。 X 元素基态原子的电子排布式为_，该元素的化学符号是 _。 Y 元素原子的价层电子轨道表示式为_，该元素的名称是_。 已知化合物 X2Y3在稀硫酸中可被金属锌还原为 XZ3，产物还有 ZnSO4和 H2O，该反应的化学方程 式是_。 (2)C、N、O、Al、Si、Cu 是常见的六种元素。 Si 位于元素周期表第_周期第_族。 N 的基态原子核外电子排布式为_； Cu 的基态原 子最外层有_个电子。 用“”或“”填空： 原子 半径 电负 性 熔点沸点 Al_ _Si N_ _O 金刚石_晶 体硅 CH4_S iH4 答案(1)1s22s22p63s2
32、3p63d104s24p3(或Ar3d104s24p3)As氧 As2O36Zn6H2SO4=2AsH36ZnSO43H2O (2)三A1s22s22p31 解析(1)X 元素原子的 4p 轨道上有 3 个未成对电子，X 为 As；Y 元素原子的最外层 2p 轨道上有 2 个未成对电子，X 与 Y 可形成化合物 X2Y3，Y 为 O；X、Y 和 Z 三种元素的原子序数之和等于 42，Z 元素 可以形成负一价离子，Z 为 H； X 元素基态原子的电子排布式为 1s22s22p63s23p63d104s24p3或Ar3d104s24p3，该元素为 33 号元素砷， 符号是 As。 Y 为 O，其价层电子轨道表示式为，元素名称为氧。 X2Y3为 As2O3，XZ3为 AsH3，反应中 1 mol As2O3得到 12 mol 电子，1 mol Zn 失去 2 mol 电子，根 据得失电子守恒配平化学方程式：As2O36Zn6H2SO4=2AsH36ZnSO43H2O。
