人教版高考化学一轮复习专题5物质结构与性质第1单元原子结构核外电子排布学案

这是一份人教版高考化学一轮复习专题5物质结构与性质第1单元原子结构核外电子排布学案，共17页。

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相互关系。
3.了解核外电子排布规律，掌握原子或离子结构示意图。
4.了解原子核外电子的运动状态和排布原理，能正确书写1～36号元素原子核外电子、价电子的电子排布式和轨道表示式(或电子排布图)。
原子结构 同位素
知识梳理
1．原子构成
(1)原子符号与构成
(2)粒子中的“各数”间的关系
①质量关系：质量数(A)＝质子数(Z)＋中子数(N)。
2．元素、核素、同位素
(1)“三素”关系及含义
(2)几种重要的核素及其应用
(3)氢元素的三种核素
eq \\al(1,1)H：用字母H表示，名称为氕，不含中子。
eq \\al(2,1)H：用字母D表示，名称为氘或重氢，含1个中子。
eq \\al(3,1)H：用字母T表示，名称为氚或超重氢，含2个中子。
注意：相对原子质量的分类
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。
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%。
③核素的近似相对原子质量＝质量数。
④元素的近似相对原子质量＝A1×a%＋A2×b%＋……
[辨易错]
(1)任何原子都有质子、中子和电子。( )
(2)质子数相同的粒子相应的元素一定是同一种元素。( )
(3)任何阴、阳离子中均含有电子。( )
(4)一种元素可以有多种核素，也可能只有一种核素，有多少种核素就有多少种原子。 ( )
(5)核聚变如eq \\al(2,1)H＋eq \\al(3,1)H―→eq \\al(4,2)He＋eq \\al(1,0)n，因为有新粒子生成，所以该变化是化学变化。 ( )
(6)H2、D2、HD均为氢元素的不同单质，三者属于同素异形体。( )
[答案] (1)× (2)× (3)× (4)√ (5)× (6)×
知识应用
H、D、T形成的氢气分子有 ；H、D、T与16O、17O可形成的水分子有 种；其中相对分子质量相同的有 ；这些水分子的物理性质 ；化学性质 。
[答案] H2、D2、T2、HD、HT、DT 12 HT16O与Deq \\al(16,2)O、HT17O与Deq \\al(17,2)O、HD16O与Heq \\al(17,2)O、HD17O与Deq \\al(16,2)O 不同 几乎相同
命题点 原子结构中“数”与同位素
1．国际纯粹与应用化学联合会(IUPAC)公布了118号元素符号为Og。下列关于eq \\al(297,118)Og的说法错误的是( )
A．原子序数与质子数均为118
B．质子数与中子数之差为61
C．该原子的近似相对原子质量为297
D．118号元素的相对原子质量为297
[答案] D
2．同位素示踪技术已广泛应用在农业、工业、医学、地质及考古等领域。下列有关叙述正确的是( )
A．14C与12C是两种不同的元素或核素
B．通过化学变化可以实现16O与18O之间的相互转化
C．35Cl2与37Cl2互为同素异形体
D．铯元素的两种同位素中137Cs比133Cs多4个中子
D [A项，14C与12C是同种元素的不同核素，错误；B项，16O与18O之间的相互转化实际上是改变原子核的结构，不属于化学变化的范围，错误；C项，35Cl2与37Cl2都是Cl2的单质，不是同素异形体，错误；D项，铯元素的两种同位素中137Cs比133Cs多4个中子，正确。]
3．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a g Hm X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 (用NA表示阿伏加德罗常数的值，下同)，所含电子数为 。
[答案] eq \f(a,A＋m)(m＋1) ml eq \f(a,A＋m)N ml eq \f(a,A＋m)(m＋A－N)NA eq \f(a,A＋m)(m＋A－N)NA
4．现有下列9种粒子：eq \\al(1,1)H、eq \\al(2,1)H、eq \\al(13, 6)C、eq \\al(14, 6)C、eq \\al(14, 7)N、eq \\al(56,26)Fe2＋、eq \\al(56,26)Fe3＋、eq \\al(16, 8)O2、eq \\al(16, 8)O3。按要求完成以下各题：
(1)eq \\al(1,1)H、eq \\al(2,1)H分别是氢元素的一种 ，它们互称为 。
(2)互为同素异形体的粒子是 。
(3)eq \\al(56,26)Fe2＋的中子数为 ，核外电子数为 。
(4)上述9种粒子中有 种核素，含有 种元素。
[答案] (1)核素 同位素 (2)eq \\al(16, 8)O2和eq \\al(16, 8)O3 (3)30 24 (4)7 5
5．下图为几种粒子结构示意图，完成以下填空。

(1)属于阳离子结构的粒子是 (填编号，下同)。
(2)具有稳定性结构的原子是 。
(3)只能得电子的粒子是 ；只能失电子的粒子是 。
[答案] (1)③⑤ (2)② (3)③⑤ ①④⑥
(1)求一定质量的某物质中粒子数的思维模板
物质的质量eq \(――――――――――――→,\s\up8(÷摩尔质量来自质量数))物质的量eq \(――――――――――――――――→,\s\up8(×一个分子或离子中含某粒子个数))指定粒子的物质的量eq \(――→,\s\up8(×NA))粒子数
(2)“三同”比较
原子核外电子排布
知识梳理
1．电子层和原子轨道
2.原子轨道的形状、数目及能量关系
(1)轨道形状
(2)s、p、d、f轨道数目依次为1、3、5、7，其中npx、npy、npz三个原子轨道在三维空间相互垂直，各原子轨道半径随电子层数(n)的增大而增大。
[深思考]
Si原子核外电子占有几个原子轨道？最外层电子的原子轨道形状是什么？
[答案] 8，球形和纺锤形。
3．原子核外电子排布规律
(1)一般规律
(2)能量最低原理：其原子轨道能量顺序如下：
1s→2s→2p→3s→3p→4s→3d→4p→5s→4d→5p→6s→4f→5d→6p→7s→5f→6d→7p……，总之：填充顺序为ns→(n－2)f→(n－1)d→np。
(3)泡利不相容原理：在一个原子轨道里，最多只能容纳2个电子，且它们的自旋状态相反。如2s的2个电子可表示为，不可表示为。
(4)洪特规则：原子核外电子在能量相同的各上轨道上排布时，电子尽可能分占不同的原子轨道，且自旋状态相同。
如2p3的轨道表示式为，不能表示为。
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24Cr的基态原子电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s1，而不是1s22s22p63s23p63d44s2。
注意：①一个原子轨道若有2个电子且自旋状态相反，这2个电子称为成对电子，即电子对。
②一个原子轨道若有1个电子，这个电子称为未成对电子，即单电子。如N的轨道表示式为，原子中有2对电子对，3个单电子或未成对电子。
[辨易错]
(1)基态原子电子能量的高低顺序为
E(1s)(2)电子排布式(22Ti)1s22s22p63s23p10违反了能量最低原理。( )
(3)磷元素基态原子的轨道表示式为
。 ( )
(4)N的价电子轨道表示式违反了泡利不相容原理。( )
[答案] (1)× (2)× (3)× (4)×
4．电子的跃迁与原子光谱
(1)电子的跃迁
①基态―→激发态
当基态原子的电子吸收能量后，电子会从能量较低轨道跃迁到能量较高轨道变成激发态原子，得到吸收光谱。
②激发态―→基态
激发态原子的电子从能量较高轨道跃迁到能量较低轨道时会释放出光子，得到发射光谱。
(2)原子光谱：不同元素的原子中电子发生跃迁时会吸收或放出不同的光子，用光谱仪记录下来便得到原子光谱。包括吸收光谱和发射光谱。用原子光谱的特征谱线可以鉴定元素，称为光谱分析。
注意：①“七基色”与波长的关系为按“红、橙、黄、绿、青、蓝、紫”的顺序，波长逐渐变小。
②基态、激发态及光谱示意图。
知识应用
1．结构示意图为的粒子有哪几种？讨论说明。
[答案] 当x＝18时，代表原子(氩原子)；
当x>18时，代表的是阳离子(K＋、Ca2＋等)；
当x<18时，代表的是阴离子(S2－、Cl－等)。
2．按要求填写表格：
[答案]
命题点1 原子或离子的核外电子排布
1．某元素基态原子4s轨道上有1个电子，则该基态原子价电子排布式不可能是( )
A．3p64s1 B．4s1 C．3d54s1 D．3d104s1
A [A项价电子排布不符合能量最低原理，正确的排布式是3p54s2，A项错误；B项为基态K原子的价电子排布式，正确；C项为基态Cr原子的价电子排布式，正确；D项为基态Cu原子的价电子排布式，正确。]
2．下列轨道表示式正确且所表示的元素原子的能量处于最低状态的是( )
C [根据洪特规则，选项A中2p轨道的3个电子应分别占据3个2p原子轨道，而且自旋方向相同，不符合题意；选项B中的2s轨道的电子发生跃迁，是激发态，不符合题意；选项C中基态碳原子的电子是按照泡利不相容原理和洪特规则排布的，符合题意；选项D中的2s轨道的电子发生跃迁，原子属于激发态，不符合题意。]
3．已知某粒子的结构示意图为。试回答：
(1)当x－y＝10时，该粒子为________(填“原子”“阳离子”或“阴离子”)。
(2)当y＝8时，粒子可能为(填名称)：
________、________、________、________、________。
(3)写出y＝3与y＝7的元素最高价氧化物对应的水化物之间发生反应的离子方程式为____________________________________。
[答案] (1)原子
(2)氩原子 氯离子 硫离子 钾离子 钙离子(答案合理即可)
(3)Al(OH)3＋3H＋===Al3＋＋3H2O
4．(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__________；其价层电子轨道表示式为_______。
(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＋的结构示意图为________。
(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________，其原子的结构示意图为________。
(4)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________，其基态原子的电子排布式为________________________。
(5)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，核外电子轨道表示式为______________________________。
(6)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的价电子排布式为________________。
(7)H的基态原子4s和3d轨道电子半充满，则H的外围电子轨道表示式为________________，未成对电子数为_________。
[解析] (1)A元素基态原子的轨道表示式由题意可写成：，则该元素核外有7个电子，为氮元素，其元素符号为N。
(2)B－、C＋的电子层结构都与Ar相同，即核外都有18个电子，则B为17号元素Cl，C为19号元素K。
(3)D元素原子失去2个4s电子和1个3d电子后变成＋3价离子，其原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2，即26号元素铁。
(4)E元素的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s1，故E为Cu。
(5)F元素最外层电子排布式为2s22p4。
(6)G基态原子的L层电子排布式为 2s22p4，也是价电子排布式。
(7)H基态原子的外围电子排布式为3d54s1，为Cr；其未成对电子数有6个。
表示电子排布的两类化学用语
(1)电子
排布式eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(核外电子排布式，如Fe：[Ar]3d64s2,价或外围电子排布式，如Fe：3d64s2))
注意：①上述两类化学用语还应注意是原子还是离子，对于阳离子，先失去最外层电子再失去次外层的电子，如Fe2＋的电子排布式为[Ar]3d6。
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。
③p、d、f轨道处于半充满、全充满和全空时原子结构稳定，能量低。
命题点2 电子跃迁与原子光谱
5．下列原子的电子跃迁能形成发射光谱的是( )
A．1s22s22p63s2―→1s22s22p63p2
B．1s22s22p33s1―→1s22s22p4
C．1s22s2―→1s22s12p1
D．1s22s22peq \\al(1,x)―→1s22s22peq \\al(1,y)
B [A项，吸收光能，形成吸收光谱；B项，由激发态→基态，释放光能，形成发射光谱；C项，形成吸收光谱；D项，2px与2py能量相同，不属于电子跃迁。]
6．从电子跃迁的角度，说明节日烟花呈现不同颜色光的原理为
_____________________________________________________
_____________________________________________________。
[答案] 吸收能量后，电子从激发态向基态发生跃迁，跃迁时以不同颜色光的形式释放出不同能量
命题点3 核外电子排布规律的应用——元素推断
7．A、B、C三种短周期元素，它们的原子序数依次增大。A元素原子的核外p电子数比s电子数少1；B元素原子核外有4种轨道，且全部充满电子；C元素的主族序数与周期数的差为4。
(1)A的基态原子中能量最高的电子，其电子云在空间有________个方向，原子轨道呈________形。
(2)某同学推断B的基态原子的核外电子轨道表示式为
，该同学所画的轨道表示式违背了________________________。
(3)C位于________族________区，价电子排布式为________。
(4)A与氧的第一电离能较大的为________，电负性较大的为________(填元素符号)。
[解析] 根据题意可知A为N，B为Mg，C为Cl。
[答案] (1)3 纺锤 (2)泡利不相容原理 (3)ⅦA p 3s23p5 (4)N O
命题点4 常见等电子粒子及转化
8．已知A、B、C、D是中学化学中常见的四种不同多核粒子，它们之间存在如图关系：
(1)如果A、B、C、D均是10电子的粒子，请写出：
A与B反应的离子方程式为_______________________________
______________________________________________________。
(2)如果A和C是18电子的粒子，B和D是10电子的粒子，举例写出：
①A与B在溶液中反应的离子方程式为___________________
______________________________________________________。
②根据上述离子方程式，可以判断C与B结合质子的能力大小是(用化学式或离子符号表示)_______ ______________________。
(3)已知肼(H2N—NH2)和甲胺(H3C—NH2)都是18电子的分子。分析肼和甲胺的结构特点并从中得到启发，写出与其具有相同电子数的有机化合物的结构简式：____________________(至少写两个)。
[解析] (1)若A、B、C、D均为10e－粒子，根据图可知A为NHeq \\al(＋,4)，B为OH－，C为NH3，D为H2O。
(2)若A、C为18e－粒子，B、D为10e－粒子，由图示可知A可以为H2S，B为OH－，则C为HS－，D为H2O。
(3)根据H2N—NH2、H3C—NH2均为18e－的分子，可得—NH2、—CH3均为9e－基团，其他为9e－基团的还有—OH、—F。故构成18e－的有机分子为CH3—OH、CH3—F、CH3—CH3。
[答案] (1)NHeq \\al(＋,4)＋OH－eq \(=====,\s\up8(△))NH3↑＋H2O
(2)①H2S＋OH－===HS－＋H2O
②OH－>HS－(答案合理即可)
(3)CH3—CH3、CH3—F、CH3—OH(任写两个)
[真题验收]
1．(2020·全国卷Ⅰ，T11)1934年约里奥­居里夫妇在核反应中用α粒子(即氦核eq \\al(4,2)He)轰击金属原子eq \\al(W,Z)X，得到核素eq \\al(30,Z＋2)Y，开创了人造放射性核素的先河：
eq \\al(W,Z)X＋eq \\al(4,2)He―→eq \\al(30,Z＋2)Y＋eq \\al(1,0)n
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.eq \\al(W,Z)X的相对原子质量为26
B．X、Y均可形成三氯化物
C．X的原子半径小于Y的
D．Y仅有一种含氧酸
B [由eq \\al(W,Z)X＋eq \\al(4,2)He―→eq \\al(30,Z＋2)Y＋eq \\al(1,0)n可得W＋4＝30＋1，则W＝27，设X的最外层电子数为x，结合题给信息可知，x＋x＋2＝8，解得x＝3，又X为金属原子，可得Z＝13，X为Al，Y为P。eq \\al(27,13)Al的相对原子质量为27，A项错误；X(Al)、Y(P)均可形成三氯化物，分别为AlCl3、PCl3，B项正确；根据同一周期主族元素从左到右原子半径依次减小知，X(Al)的原子半径大于Y(P)的，C项错误；Y(P)有多种含氧酸，如H3PO3和H3PO4等，D项错误。]
2．(2020·高考题组合)(1)(全国卷Ⅰ)基态Fe2＋与Fe3＋离子中未成对电子数之比为________。
(2)(全国卷Ⅱ)基态Ti原子的核外电子排布式为________。
(3)(江苏卷)Fe基态核外电子排布式为__________________。
[答案] (1)4∶5 (2)1s22s22p63s23p63d24s2或[Ar]3d24s2 (3)1s22s22p63s23p63d64s2或[Ar]3d64s2
3．(1)(2019·全国卷Ⅱ，节选)①Fe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________。
②比较离子半径：F－________O2－(填“大于”“等于”或“小于”)。
(2)(2019·全国卷Ⅰ，节选)下列状态的镁中，电离最外层一个电子所需能量最大的是________(填标号)。
(3)(2019·全国卷Ⅲ，节选)在周期表中，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层电子的自旋状态________(填“相同”或“相反”)。
[答案] (1)①4s 4f5 ②小于
(2)A
(3)Mg 相反
4．(1)(2018·全国卷Ⅱ，改编)基态Fe原子价层电子的电子排布图(轨道表达式)为_____________________，基态S原子电子占据最高轨道的电子云轮廓图为_________形。
(2)(2018·全国卷Ⅲ，改编)
①Zn原子核外电子排布式为_________________________。
②黄铜是人类最早使用的合金之一，主要由Zn和Cu组成。第一电离能I1(Zn)________I1(Cu)(填“大于”或“小于”)。原因是
_______________________________________________________
______________________________________________________。
[解析] (1)基态Fe原子核外有26个电子，按照构造原理，其核外电子排布式为[Ar]3d64s2，按照洪特规则，价层电子3d上6个电子优先占据5个不同轨道，故价层电子的电子排布图为。基态S原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p4，电子占据最高轨道为3p，p轨道的电子云轮廓图为哑铃形。
(2)①Zn原子核外有30个电子，其电子排布式为[Ar]3d104s2。②Cu原子的外围电子排布式为3d104s1，较易失去一个电子，而Zn原子的4s轨道处于全充满状态，较难失去电子，所以Zn原子的第一电离能较大。
[答案] (1) 哑铃
(2)①[Ar]3d104s2或1s22s22p63s23p63d104s2
②大于 Zn核外电子排布为全满稳定结构，较难失电子
[新题预测]
1．已知：A～F都是周期表中前四周期的元素，它们的原子序数依次增大。其中A、C原子的L层有2个未成对电子。D与E同主族，D的二价阳离子与C的阴离子具有相同的电子层结构。F3＋的M层3d轨道电子为半充满状态。请根据以上信息，回答下列问题：
(1)A、B、C的电负性由小到大的顺序为________(用元素符号表示)，第一电离能由小到大的顺序为________。
(2)D元素的原子核外共有________种不同运动状态的电子、占据________个轨道。
(3)写出F的基态原子的电子排布式：____________________，E的价电子排布图________。
[解析] 根据题意知：A为C，B为N，C为O，D为Mg，E为Ca，F为Fe。
[答案] (1)C(3)1s22s22p63s23p63d64s2或([Ar]3d64s2)
2．已知在高于1 000 ℃的条件下，4CuOeq \(=====,\s\up8(高温))2Cu2O＋O2↑，故CuO、Cu2O在高温下________较稳定，其原因是______________
______________________________________________________。
[答案] Cu2O Cu2O中Cu＋的3d为3d10，全充满，能量较低，较稳定
核素
eq \\al(235, 92)U
eq \\al(14, 6)C
eq \\al(2,1)H
eq \\al(3,1)H
eq \\al(18, 8)O
用途
核燃料
用于考古断代
制氢弹
示踪原子
同位素
同素异形体
同分异构体
研究对象
核素原子
单质
化合物
“同”含义
质子数相同
元素相同
分子式相同
“异”含义
中子数不同
性质不同
结构不同
电子层
K
L
M
N
原子轨道类型及其数目
1s
2s、2p
3s、3p、3d
4s、4p、4d、4f
1
1＋3＝4
1＋3＋5＝9
1＋3＋5＋7＝16
最多容纳电子数目
2
8
18
32
原子或离子
电子排布式
价电子排布图或轨道表示式
原子轨道数
未成对电子数
N
_________
(或 )
Fe2＋
_________
(或 )
Cu
_________
(或 )
Se
_________
(或 )
Br
_________
(或 )