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2024年高考化学一轮总复习 第10单元 第1讲 原子结构 核外电子排布 学案（含高考真题和课后作业）（教师版 ）
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这是一份2024年高考化学一轮总复习 第10单元 第1讲 原子结构 核外电子排布 学案（含高考真题和课后作业）（教师版 ），共21页。学案主要包含了非选择题等内容，欢迎下载使用。
第十单元 物质结构与性质
第1讲 原子结构 核外电子排布
复习目标
1．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。
2.了解元素、核素和同位素的含义。
3.了解相对原子质量、相对分子质量的定义，并能进行有关计算。
4.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(电子排布图)。
5.了解电子在原子轨道之间的跃迁及其简单应用。
考点一 原子结构 核素 同位素
1．原子结构
(1)原子的构成
(2)原子结构中微粒之间的关系
①X中，质子数(Z)＝核电荷数＝核外电子数。
②质量数(A)＝质子数(Z)＋中子数(N)。
③阳离子Xn＋的核外电子数＝质子数－阳离子所带的电荷数(Z－n)。
④阴离子Xm－的核外电子数＝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相同，物理性质不同。
(3)几种重要的核素
核素
U
C
H
H
O
用途
核燃料
用于考古断代
制氢弹
示踪原子
请指出下列各说法的错因
(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：H原子中不含中子。
(5)核聚变如H＋H→He＋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。
1．构成原子的微粒及作用
注意：原子是化学变化中的最小微粒，化学反应过程原子核不改变，也就是原子不改变。
2．核反应方程示例
碳14的β衰变
C→N＋e
钋209的α衰变
Po→Pb＋He
卢瑟福发现质子
N＋He→O＋H
查德威克发现中子
Be＋He→C＋n
铀核裂变反应
U＋n→Kr＋Ba＋3n
核反应遵循的两守恒：
(1)反应前后质量数之和不变。
(2)反应前后质子数之和不变。
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＝该核素的质量数。
角度一 微粒中“粒子数”的确定
1．某微粒用Qn＋表示，下列关于该微粒的叙述正确的是( )
A．所含质子数＝A－n B．所含中子数＝A－Z
C．所含电子数＝Z＋n D．质量数＝Z＋A
答案 B
2．锎(Cf)在医学上常用作治疗恶性肿瘤的中子源。下列有关锎的说法错误的是( )
A.Cf原子中，中子数为154
B.Cf原子中，质子数为98
C.Cf原子中，核外电子数为98
D.锎元素的相对原子质量为252
答案 D
角度二 元素、核素、同位素、同素异形体的概念辨析
3．“玉兔”号月球车用Pu作为热源材料。下列关于Pu的说法正确的是( )
A．Pu与U互为同位素
B．Pu与Pu互为同素异形体
C．Pu与U具有完全相同的化学性质
D. Pu与Pu具有相同的最外层电子数
答案 D
4．(2022·浙江1月选考)下列说法不正确的是( )
A．32S和34S互为同位素
B．C70和纳米碳管互为同素异形体
C．CH2ClCH2Cl和CH3CHCl2互为同分异构体
D．C3H6和C4H8一定互为同系物
答案 D
角度三 核反应中的元素推断与应用
5．(2022·山东高考) O、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：O＋He→O＋X；O＋He→O＋Y。下列说法正确的是( )
A．X的中子数为2
B．X、Y互为同位素
C．O、O可用作示踪原子研究化学反应历程
D．自然界不存在O2、O2分子是因其化学键不稳定
答案 B
6．(2021·河北高考)用中子轰击X原子产生α粒子(即氦核He)的核反应为：X＋n→Y＋He。已知元素Y在化合物中呈＋1价。下列说法正确的是( )
A．H3XO3可用于中和溅在皮肤上的NaOH溶液
B．Y单质在空气中燃烧的产物是Y2O2
C．X和氢元素形成离子化合物
D．6Y和7Y互为同素异形体
答案 A
解析 根据核反应为：X＋n→Y＋He可知，X的质量数N为4＋7－1＝10，又因为Y在化合物中呈＋1价，则推知Y位于ⅠA族，质量数＝质子数＋中子数，Y的质量数为7，所以得出Y为Li，其质子数p＝3，所以X的质子数Z＝3＋2－0＝5，核电荷数＝原子序数＝核内质子数＝5，则推知X为B元素。若不慎将NaOH溶液溅到皮肤上，则需用大量水冲洗，同时涂抹H3BO3，A正确；Y为Li，在空气中燃烧的产物只有Li2O，B错误；X为B，与氢元素会形成BH3或B2H4等硼氢化合物，B元素与H元素以共价键结合，属于共价化合物，C错误；6Li和7Li两者的质子数均为3，中子数不同，所以两者互为同位素，D错误。
(1)并不是所有的原子都由质子、电子和中子构成，如H中不含中子。
(2)质子数相同的粒子不一定属于同种元素，如Ne和H2O。
(3)核外电子数相同的微粒，其质子数不一定相同，如Al3＋和Na＋、F－等，NH与OH－等。
(4)一种元素可有若干种不同的核素，也可只有一种核素，因此，核素的种类大于元素的种类。
(5)2H2和3H2既不是同位素，也不是同素异形体，而是同种分子，同位素是原子的互称。
(6)核聚变、核裂变属于核反应，不是化学变化。
考点二 核外电子排布
1．能层、能级与原子轨道
(1)能层(n)：在多电子原子中，按照核外电子的能量不同将其分成不同能层。通常用K、L、M、N、O、P、Q表示相应的第一、二、三、四、五、六、七能层，能量依次升高。
(2)能级：同一能层的电子被分成不同的能级，通常用s、p、d、f等表示。同一能层里，各能级的能量按s、p、d、f的顺序依次升高。
(3)原子轨道：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。
①轨道形状
(4)原子轨道的能量关系
2．原子核外电子排布
(1)核外电子在各电子层的排布规律
电子层数(n)
1
2
3
4
5
6
7
符号
K
L
M
N
O
P
Q
能量规律
数量规律
①每层最多容纳的电子数为2n2个。
②最外层电子数不超过8个(K层为最外层时电子数不超过2个)。
③次外层电子数不超过18个，倒数第三层不超过32个
(2)原子轨道的填充顺序——构造原理
(3)原子核外电子排布原则
(4)原子核外电子的排布表示方法
以硫原子为例
原子结构示意图
电子排布式
1s22s22p63s23p4
简化电子排布式
[Ne]3s23p4
电子排布图(或轨道表示式)
价层电子排布式
3s23p4
3.电子跃迁与原子光谱
(1)原子的状态
①基态原子：处于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，从低能级跃迁到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
请指出下列各说法的错因
(1)多电子原子中，在离核较近的区域内运动的电子能量较高。
错因：多电子原子中，能量低的电子在离核较近的区域内运动。
(2)某元素原子的最外层电子数是次外层的a倍(a>1)，则该原子核外电子有三层。
错因：该原子核外只有两层电子。
(3)p能级能量一定比s能级的能量高。
错因：当s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。
(4)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。
(5)电子排布式(22Ti)1s22s22p63s23p10违反了能量最低原理。
错因：3p能级最多排6个电子，所以电子排布式(22Ti)1s22s22p63s23p10违反了泡利不相容原理。
(6)Fe的基态原子的电子排布式为
1s22s22p63s23p64s23d6。
错因：电子排布式应为1s22s22p63s23p63d64s2。
(7)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
。
1．洪特规则特例
当能量相同的原子轨道在全满(p6、d10、f14)、半满(p3、d5、f7)、全空(p0、d0、f0)时原子的能量较低，如24Cr的电子排布式为[Ar]3d54s1，29Cu的电子排布式为[Ar]3d104s1。
2．原子(离子)核外电子排布式(图)的书写
(1)电子排布式
①原子的核外电子排布式的书写：首先明确原子的核外电子数，然后根据构造原理按顺序填充电子并检查是否符合洪特规则特例，最后将相同能层的能级写在一起。如Cu：1s22s22p63s23p63d104s1。
②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。
电子排布式能直观地反映核外电子的能层、能级和各能级上的电子数，但不能表示原子核的情况，也不能表示各个电子的运动状态。
(2)简化电子排布式
一般用“[稀有气体]＋价层电子”的形式表示。如Cu：[Ar]3d104s1。但31号元素(Ga)及以后的主族p区元素书写简化电子排布式时除价层电子外还应加上nd10，如33As：[Ar]3d104s24p3。
(3)价层电子排布式
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)。价层电子排布式能反映基态原子的能层数和参与成键的电子数以及最外层电子数。
(4)电子排布图(轨道表示式)
核外电子排布图能直观地反映出原子的核外电子的自旋情况以及成对的电子对数和未成对电子数。
3．核外电子排布常见错误
(1)书写简化电子排布式时容易漏写nd10电子，如35Br的简化电子排布式为[Ar]3d104s24p5，而不是[Ar]4s24p5。
(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。
角度一 核外电子排布的表示方法
1．(2022·天津南开区高三期末考试)下列有关化学用语表示正确的是( )
A．Fe2＋的核外电子排布式：1s22s22p63s23p63d54s1
B．Br的原子结构示意图：
C．基态N原子价层电子的轨道表示式：
D．用电子式表示NaCl的形成过程：
答案 C
2．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)
角度二 根据核外电子排布推断元素
3．(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)D元素的正三价离子的3d能级为半充满，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，核外电子排布图为____________________________。
(6)G基态原子M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________。
(7)H的基态原子4s和3d轨道电子半充满，则H的价层电子轨道表示式为______________，未成对电子数为________。
答案 (1)P (2)Cl
(3)Fe 1s22s22p63s23p63d64s2
(或[Ar]3d64s2)
(4)Cu 1s22s22p63s23p63d104s1(或[Ar]3d104s1)
(5)2 2p
(6)3s23p4 (7) 6
4．已知A原子中只含1个电子；B原子的3p轨道上得到1个电子后不能容纳外来电子；C原子的2p轨道上有1个电子的自旋方向与其他电子的自旋方向相反；D原子的第三电子层上有8个电子，第四电子层上只有1个电子。按要求书写下列图式。
(1)A原子的结构示意图：________。
(2)B离子的电子式：________。
(3)C原子的电子排布图：________。
(4)D原子的核外电子排布式：________。
答案 (1) (2)
(3)
(4)1s22s22p63s23p64s1(或[Ar]4s1)
(1)基态原子核外电子排布式书写的思维流程
(2)基态原子(价层电子)电子排布图(轨道表示式)书写的思维流程
高考真题演练
1．(2022·海南高考)钠和钾是两种常见金属。下列说法正确的是( )
A．钠元素的第一电离能大于钾
B．基态钾原子价层电子轨道表示式为
C．钾能置换出NaCl溶液中的钠
D．钠元素与钾元素的原子序数相差18
答案 A
2．(2021·天津高考)核聚变发电有望成为解决人类能源问题的重要手段之一。氘(H)是核聚变反应的主要原料，下列有关叙述正确的是( )
A.H的中子数为2
B.H的核电荷数为1
C.H是自然界中最轻的原子
D.H是氢元素的一种同素异形体
答案 B
3．(2021·北京高考)下列有关放射性核素氚(H)的表述不正确的是( )
A.H原子核外电子数为1
B.H原子核内中子数为3
C.H2与H2化学性质基本相同
D.H2O具有放射性
答案 B
4．(1)(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________________。
(2)(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．1s22s22p43d2
c．1s22s12p5 d．1s22s22p33p2
(3)(2022·广东高考节选)Se与S同族，基态硒原子价电子排布式为________。
(4)(2022·山东高考节选)基态Ni原子的价电子排布式为________，在元素周期表中位置为__________________。
答案 (1) (2)ad d (3)4s24p4 (4)3d84s2 第四周期第Ⅷ族
5．(1)(2021·全国乙卷节选)对于基态Cr原子，下列叙述正确的是________(填标号)。
A．轨道处于半充满时体系总能量低，核外电子排布应为[Ar]3d54s1
B．4s电子能量较高，总是在比3s电子离核更远的地方运动
C．电负性比钾高，原子对键合电子的吸引力比钾大
(2)(2021·河北高考节选)原子中运动的电子有两种相反的自旋状态，若一种自旋状态用＋表示，与之相反的用－表示，称为电子的自旋磁量子数。对于基态的磷原子，其价电子自旋磁量子数的代数和为________。
(3)(2021·湖南高考节选)基态硅原子最外层的电子排布图为____________。
(4)(2021·广东高考节选)汞的原子序数为80，位于元素周期表第________周期第ⅡB族。
答案 (1)AC (2)＋或－ (3)
(4)六
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．(2022·武汉高三起点质量检测)下列对化学用语的描述错误的是( )
A．甲烷的结构式：
B．磷原子的结构示意图：
C．U和U互为同位素
D．Na的核外电子排布式为1s22s22p63s1
答案 B
2．据科学家预测，月球土壤中吸附着数百万吨的3He，而地球上氦元素主要以4He的形式存在，下列说法中正确的是( )
A．4He原子核内含有4个质子
B．3He和4He互为同位素
C．3He原子核内含有3个中子
D．4He的最外层电子数为2，与Mg相同，故4He与Mg性质相似
答案 B
3．下列说法中正确的是( )
A．电子云通常是用小黑点来表示电子的多少
B．处于最低能量的原子叫基态原子
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．电子仅在激发态跃迁到基态时才会产生原子光谱
答案 B
4．下列说法或有关化学用语的表达正确的是( )
A．在基态多电子原子中，p轨道电子能量一定高于s轨道电子能量
B．基态Fe原子的价层电子排布图为
C．因氧元素电负性比氮元素大，故氧原子第一电离能比氮原子第一电离能大
D．根据原子核外电子排布的特点，Cu在周期表中属于s区元素
答案 B
5．(2022·天津市和平区高三期末考试)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．3p64s1 B．4s1
C．3d54s1 D．3d104s1
答案 A
6．下列离子化合物中，阴、阳离子的电子层结构相同的是( )
A．NaCl B．LiCl
C．MgO D．Na2S
答案 C
7．周期表中27号元素钴的方格中注明“3d74s2”，由此可以推断( )
A．它位于周期表的第四周期ⅡA族
B．它的基态核外电子排布式可简写为[Ar]4s2
C．Co2＋的核外价层电子排布式为3d54s2
D．Co位于周期表中第9列
答案 D
8．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与其上一周期的稀有气体元素原子的核外电子排布相同
答案 C
解析 核外电子排布完全相同的两种粒子，其化学性质不一定相同，例如钠离子和氟离子，A错误；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，如H＋，B错误；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错误。
9．稀土元素钕(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．Nd和Nd互为同位素
B．一个Nd原子的质量约为 g(NA表示阿伏加德罗常数的值)
C．Nd原子的中子数与质子数之差为20
D．14 g钕元素含有8 mol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14 g钕元素对应的钕原子不一定含有8 mol中子，D错误。
10．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.此图错误，违背了泡利原理
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 A
11．(2022·湖北省高三新起点联考)日本福岛第一核电站含有对海洋环境有害的核废水，该废水没有完全清除的放射性元素带来的风险很大，其中锶90易导致白血病，其衰变反应为：Sr→X＋e(其半衰期为28年)。下列说法正确的是( )
A.Sr与X互为同位素
B.Sr与X中子数相同
C．42年后，核废水中的Sr的量为现在的
D.Sr与Sr基态原子核外电子的空间运动状态都有19种
答案 D
解析 由题意分析可知a＝39，Sr与X质子数不同，不互为同位素，A错误；Sr与X中子数分别为52、51，B错误；Sr的半衰期为28年，84年后Sr的量才为现在的，C错误。
12．下列有关叙述正确的是( )
A．DO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7
C.X和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
二、非选择题
13．(1)(2022·湖南师大附中高三月考)基态Ni原子中，核外电子占据的最高能层符号是________，其核外电子排布式中未成对电子数为________个。
(2)(2022·天津重点学校高三联考)基态Mn原子核外电子的运动状态有________种，价层电子排布图为____________。
(3)(2022·惠州市高三调研考试)基态二价铜离子的核外电子排布式为________________，已知高温下Cu2O比CuO更稳定，试从核外电子排布角度解释：__________________________________________________。
(4)(2022·江西新余市高三期末质量检测)钛是一种新兴的结构材料，比钢轻、比铝硬。基态钛原子的价层电子排布式为________，与钛同周期的元素中，基态原子的未成对电子数与钛相同的有________种。
答案 (1)N 2
(2)25
(3)[Ar]3d9 Cu2＋最外层电子排布式为3d9，Cu＋为3d10全满稳定状态
(4)3d24s2 3
(1)目前合成氨通常采用的压强为10～30 MPa，温度为400～500 ℃，十分耗能。我国科研人员研制出了“FeLiH”等催化剂，温度、压强分别降到了350 ℃、1 MPa，这是近年来合成氨反应研究中的重要突破。
①基态Li原子的核外电子排布式为________。
②从结构角度比较稳定性：Fe2＋________Fe3＋(填“>”或“<”)，其原因是__________________________________________________。
(2)A、B、C、D为原子序数依次增大的四种元素，A2－和B＋具有相同的电子层结构；C、D为同周期元素，C核外电子总数是最外层电子数的3倍；D元素最外层有一个未成对电子。四种元素中电负性最大的是________(填元素符号)，其中C原子的核外电子排布式为______________________________。
答案 (1)①1s22s1 ②< Fe3＋的核外价层电子排布为3d5半满稳定结构
(2)O 1s22s22p63s23p3(或[Ne]3s23p3)
第十单元 物质结构与性质
第1讲 原子结构 核外电子排布
复习目标
1．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。
2.了解元素、核素和同位素的含义。
3.了解相对原子质量、相对分子质量的定义，并能进行有关计算。
4.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(电子排布图)。
5.了解电子在原子轨道之间的跃迁及其简单应用。
考点一 原子结构 核素 同位素
1．原子结构
(1)原子的构成
(2)原子结构中微粒之间的关系
①X中，质子数(Z)＝核电荷数＝核外电子数。
②质量数(A)＝质子数(Z)＋中子数(N)。
③阳离子Xn＋的核外电子数＝质子数－阳离子所带的电荷数(Z－n)。
④阴离子Xm－的核外电子数＝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相同，物理性质不同。
(3)几种重要的核素
核素
U
C
H
H
O
用途
核燃料
用于考古断代
制氢弹
示踪原子
请指出下列各说法的错因
(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：H原子中不含中子。
(5)核聚变如H＋H→He＋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。
1．构成原子的微粒及作用
注意：原子是化学变化中的最小微粒，化学反应过程原子核不改变，也就是原子不改变。
2．核反应方程示例
碳14的β衰变
C→N＋e
钋209的α衰变
Po→Pb＋He
卢瑟福发现质子
N＋He→O＋H
查德威克发现中子
Be＋He→C＋n
铀核裂变反应
U＋n→Kr＋Ba＋3n
核反应遵循的两守恒：
(1)反应前后质量数之和不变。
(2)反应前后质子数之和不变。
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＝该核素的质量数。
角度一 微粒中“粒子数”的确定
1．某微粒用Qn＋表示，下列关于该微粒的叙述正确的是( )
A．所含质子数＝A－n B．所含中子数＝A－Z
C．所含电子数＝Z＋n D．质量数＝Z＋A
答案 B
2．锎(Cf)在医学上常用作治疗恶性肿瘤的中子源。下列有关锎的说法错误的是( )
A.Cf原子中，中子数为154
B.Cf原子中，质子数为98
C.Cf原子中，核外电子数为98
D.锎元素的相对原子质量为252
答案 D
角度二 元素、核素、同位素、同素异形体的概念辨析
3．“玉兔”号月球车用Pu作为热源材料。下列关于Pu的说法正确的是( )
A．Pu与U互为同位素
B．Pu与Pu互为同素异形体
C．Pu与U具有完全相同的化学性质
D. Pu与Pu具有相同的最外层电子数
答案 D
4．(2022·浙江1月选考)下列说法不正确的是( )
A．32S和34S互为同位素
B．C70和纳米碳管互为同素异形体
C．CH2ClCH2Cl和CH3CHCl2互为同分异构体
D．C3H6和C4H8一定互为同系物
答案 D
角度三 核反应中的元素推断与应用
5．(2022·山东高考) O、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：O＋He→O＋X；O＋He→O＋Y。下列说法正确的是( )
A．X的中子数为2
B．X、Y互为同位素
C．O、O可用作示踪原子研究化学反应历程
D．自然界不存在O2、O2分子是因其化学键不稳定
答案 B
6．(2021·河北高考)用中子轰击X原子产生α粒子(即氦核He)的核反应为：X＋n→Y＋He。已知元素Y在化合物中呈＋1价。下列说法正确的是( )
A．H3XO3可用于中和溅在皮肤上的NaOH溶液
B．Y单质在空气中燃烧的产物是Y2O2
C．X和氢元素形成离子化合物
D．6Y和7Y互为同素异形体
答案 A
解析 根据核反应为：X＋n→Y＋He可知，X的质量数N为4＋7－1＝10，又因为Y在化合物中呈＋1价，则推知Y位于ⅠA族，质量数＝质子数＋中子数，Y的质量数为7，所以得出Y为Li，其质子数p＝3，所以X的质子数Z＝3＋2－0＝5，核电荷数＝原子序数＝核内质子数＝5，则推知X为B元素。若不慎将NaOH溶液溅到皮肤上，则需用大量水冲洗，同时涂抹H3BO3，A正确；Y为Li，在空气中燃烧的产物只有Li2O，B错误；X为B，与氢元素会形成BH3或B2H4等硼氢化合物，B元素与H元素以共价键结合，属于共价化合物，C错误；6Li和7Li两者的质子数均为3，中子数不同，所以两者互为同位素，D错误。
(1)并不是所有的原子都由质子、电子和中子构成，如H中不含中子。
(2)质子数相同的粒子不一定属于同种元素，如Ne和H2O。
(3)核外电子数相同的微粒，其质子数不一定相同，如Al3＋和Na＋、F－等，NH与OH－等。
(4)一种元素可有若干种不同的核素，也可只有一种核素，因此，核素的种类大于元素的种类。
(5)2H2和3H2既不是同位素，也不是同素异形体，而是同种分子，同位素是原子的互称。
(6)核聚变、核裂变属于核反应，不是化学变化。
考点二 核外电子排布
1．能层、能级与原子轨道
(1)能层(n)：在多电子原子中，按照核外电子的能量不同将其分成不同能层。通常用K、L、M、N、O、P、Q表示相应的第一、二、三、四、五、六、七能层，能量依次升高。
(2)能级：同一能层的电子被分成不同的能级，通常用s、p、d、f等表示。同一能层里，各能级的能量按s、p、d、f的顺序依次升高。
(3)原子轨道：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。
①轨道形状
(4)原子轨道的能量关系
2．原子核外电子排布
(1)核外电子在各电子层的排布规律
电子层数(n)
1
2
3
4
5
6
7
符号
K
L
M
N
O
P
Q
能量规律
数量规律
①每层最多容纳的电子数为2n2个。
②最外层电子数不超过8个(K层为最外层时电子数不超过2个)。
③次外层电子数不超过18个，倒数第三层不超过32个
(2)原子轨道的填充顺序——构造原理
(3)原子核外电子排布原则
(4)原子核外电子的排布表示方法
以硫原子为例
原子结构示意图
电子排布式
1s22s22p63s23p4
简化电子排布式
[Ne]3s23p4
电子排布图(或轨道表示式)
价层电子排布式
3s23p4
3.电子跃迁与原子光谱
(1)原子的状态
①基态原子：处于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，从低能级跃迁到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
请指出下列各说法的错因
(1)多电子原子中，在离核较近的区域内运动的电子能量较高。
错因：多电子原子中，能量低的电子在离核较近的区域内运动。
(2)某元素原子的最外层电子数是次外层的a倍(a>1)，则该原子核外电子有三层。
错因：该原子核外只有两层电子。
(3)p能级能量一定比s能级的能量高。
错因：当s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。
(4)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。
(5)电子排布式(22Ti)1s22s22p63s23p10违反了能量最低原理。
错因：3p能级最多排6个电子，所以电子排布式(22Ti)1s22s22p63s23p10违反了泡利不相容原理。
(6)Fe的基态原子的电子排布式为
1s22s22p63s23p64s23d6。
错因：电子排布式应为1s22s22p63s23p63d64s2。
(7)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
。
1．洪特规则特例
当能量相同的原子轨道在全满(p6、d10、f14)、半满(p3、d5、f7)、全空(p0、d0、f0)时原子的能量较低，如24Cr的电子排布式为[Ar]3d54s1，29Cu的电子排布式为[Ar]3d104s1。
2．原子(离子)核外电子排布式(图)的书写
(1)电子排布式
①原子的核外电子排布式的书写：首先明确原子的核外电子数，然后根据构造原理按顺序填充电子并检查是否符合洪特规则特例，最后将相同能层的能级写在一起。如Cu：1s22s22p63s23p63d104s1。
②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。
电子排布式能直观地反映核外电子的能层、能级和各能级上的电子数，但不能表示原子核的情况，也不能表示各个电子的运动状态。
(2)简化电子排布式
一般用“[稀有气体]＋价层电子”的形式表示。如Cu：[Ar]3d104s1。但31号元素(Ga)及以后的主族p区元素书写简化电子排布式时除价层电子外还应加上nd10，如33As：[Ar]3d104s24p3。
(3)价层电子排布式
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)。价层电子排布式能反映基态原子的能层数和参与成键的电子数以及最外层电子数。
(4)电子排布图(轨道表示式)
核外电子排布图能直观地反映出原子的核外电子的自旋情况以及成对的电子对数和未成对电子数。
3．核外电子排布常见错误
(1)书写简化电子排布式时容易漏写nd10电子，如35Br的简化电子排布式为[Ar]3d104s24p5，而不是[Ar]4s24p5。
(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。
角度一 核外电子排布的表示方法
1．(2022·天津南开区高三期末考试)下列有关化学用语表示正确的是( )
A．Fe2＋的核外电子排布式：1s22s22p63s23p63d54s1
B．Br的原子结构示意图：
C．基态N原子价层电子的轨道表示式：
D．用电子式表示NaCl的形成过程：
答案 C
2．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)
角度二 根据核外电子排布推断元素
3．(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)D元素的正三价离子的3d能级为半充满，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，核外电子排布图为____________________________。
(6)G基态原子M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________。
(7)H的基态原子4s和3d轨道电子半充满，则H的价层电子轨道表示式为______________，未成对电子数为________。
答案 (1)P (2)Cl
(3)Fe 1s22s22p63s23p63d64s2
(或[Ar]3d64s2)
(4)Cu 1s22s22p63s23p63d104s1(或[Ar]3d104s1)
(5)2 2p
(6)3s23p4 (7) 6
4．已知A原子中只含1个电子；B原子的3p轨道上得到1个电子后不能容纳外来电子；C原子的2p轨道上有1个电子的自旋方向与其他电子的自旋方向相反；D原子的第三电子层上有8个电子，第四电子层上只有1个电子。按要求书写下列图式。
(1)A原子的结构示意图：________。
(2)B离子的电子式：________。
(3)C原子的电子排布图：________。
(4)D原子的核外电子排布式：________。
答案 (1) (2)
(3)
(4)1s22s22p63s23p64s1(或[Ar]4s1)
(1)基态原子核外电子排布式书写的思维流程
(2)基态原子(价层电子)电子排布图(轨道表示式)书写的思维流程
高考真题演练
1．(2022·海南高考)钠和钾是两种常见金属。下列说法正确的是( )
A．钠元素的第一电离能大于钾
B．基态钾原子价层电子轨道表示式为
C．钾能置换出NaCl溶液中的钠
D．钠元素与钾元素的原子序数相差18
答案 A
2．(2021·天津高考)核聚变发电有望成为解决人类能源问题的重要手段之一。氘(H)是核聚变反应的主要原料，下列有关叙述正确的是( )
A.H的中子数为2
B.H的核电荷数为1
C.H是自然界中最轻的原子
D.H是氢元素的一种同素异形体
答案 B
3．(2021·北京高考)下列有关放射性核素氚(H)的表述不正确的是( )
A.H原子核外电子数为1
B.H原子核内中子数为3
C.H2与H2化学性质基本相同
D.H2O具有放射性
答案 B
4．(1)(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________________。
(2)(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．1s22s22p43d2
c．1s22s12p5 d．1s22s22p33p2
(3)(2022·广东高考节选)Se与S同族，基态硒原子价电子排布式为________。
(4)(2022·山东高考节选)基态Ni原子的价电子排布式为________，在元素周期表中位置为__________________。
答案 (1) (2)ad d (3)4s24p4 (4)3d84s2 第四周期第Ⅷ族
5．(1)(2021·全国乙卷节选)对于基态Cr原子，下列叙述正确的是________(填标号)。
A．轨道处于半充满时体系总能量低，核外电子排布应为[Ar]3d54s1
B．4s电子能量较高，总是在比3s电子离核更远的地方运动
C．电负性比钾高，原子对键合电子的吸引力比钾大
(2)(2021·河北高考节选)原子中运动的电子有两种相反的自旋状态，若一种自旋状态用＋表示，与之相反的用－表示，称为电子的自旋磁量子数。对于基态的磷原子，其价电子自旋磁量子数的代数和为________。
(3)(2021·湖南高考节选)基态硅原子最外层的电子排布图为____________。
(4)(2021·广东高考节选)汞的原子序数为80，位于元素周期表第________周期第ⅡB族。
答案 (1)AC (2)＋或－ (3)
(4)六
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．(2022·武汉高三起点质量检测)下列对化学用语的描述错误的是( )
A．甲烷的结构式：
B．磷原子的结构示意图：
C．U和U互为同位素
D．Na的核外电子排布式为1s22s22p63s1
答案 B
2．据科学家预测，月球土壤中吸附着数百万吨的3He，而地球上氦元素主要以4He的形式存在，下列说法中正确的是( )
A．4He原子核内含有4个质子
B．3He和4He互为同位素
C．3He原子核内含有3个中子
D．4He的最外层电子数为2，与Mg相同，故4He与Mg性质相似
答案 B
3．下列说法中正确的是( )
A．电子云通常是用小黑点来表示电子的多少
B．处于最低能量的原子叫基态原子
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．电子仅在激发态跃迁到基态时才会产生原子光谱
答案 B
4．下列说法或有关化学用语的表达正确的是( )
A．在基态多电子原子中，p轨道电子能量一定高于s轨道电子能量
B．基态Fe原子的价层电子排布图为
C．因氧元素电负性比氮元素大，故氧原子第一电离能比氮原子第一电离能大
D．根据原子核外电子排布的特点，Cu在周期表中属于s区元素
答案 B
5．(2022·天津市和平区高三期末考试)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．3p64s1 B．4s1
C．3d54s1 D．3d104s1
答案 A
6．下列离子化合物中，阴、阳离子的电子层结构相同的是( )
A．NaCl B．LiCl
C．MgO D．Na2S
答案 C
7．周期表中27号元素钴的方格中注明“3d74s2”，由此可以推断( )
A．它位于周期表的第四周期ⅡA族
B．它的基态核外电子排布式可简写为[Ar]4s2
C．Co2＋的核外价层电子排布式为3d54s2
D．Co位于周期表中第9列
答案 D
8．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与其上一周期的稀有气体元素原子的核外电子排布相同
答案 C
解析 核外电子排布完全相同的两种粒子，其化学性质不一定相同，例如钠离子和氟离子，A错误；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，如H＋，B错误；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错误。
9．稀土元素钕(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．Nd和Nd互为同位素
B．一个Nd原子的质量约为 g(NA表示阿伏加德罗常数的值)
C．Nd原子的中子数与质子数之差为20
D．14 g钕元素含有8 mol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14 g钕元素对应的钕原子不一定含有8 mol中子，D错误。
10．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.此图错误，违背了泡利原理
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 A
11．(2022·湖北省高三新起点联考)日本福岛第一核电站含有对海洋环境有害的核废水，该废水没有完全清除的放射性元素带来的风险很大，其中锶90易导致白血病，其衰变反应为：Sr→X＋e(其半衰期为28年)。下列说法正确的是( )
A.Sr与X互为同位素
B.Sr与X中子数相同
C．42年后，核废水中的Sr的量为现在的
D.Sr与Sr基态原子核外电子的空间运动状态都有19种
答案 D
解析 由题意分析可知a＝39，Sr与X质子数不同，不互为同位素，A错误；Sr与X中子数分别为52、51，B错误；Sr的半衰期为28年，84年后Sr的量才为现在的，C错误。
12．下列有关叙述正确的是( )
A．DO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7
C.X和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
二、非选择题
13．(1)(2022·湖南师大附中高三月考)基态Ni原子中，核外电子占据的最高能层符号是________，其核外电子排布式中未成对电子数为________个。
(2)(2022·天津重点学校高三联考)基态Mn原子核外电子的运动状态有________种，价层电子排布图为____________。
(3)(2022·惠州市高三调研考试)基态二价铜离子的核外电子排布式为________________，已知高温下Cu2O比CuO更稳定，试从核外电子排布角度解释：__________________________________________________。
(4)(2022·江西新余市高三期末质量检测)钛是一种新兴的结构材料，比钢轻、比铝硬。基态钛原子的价层电子排布式为________，与钛同周期的元素中，基态原子的未成对电子数与钛相同的有________种。
答案 (1)N 2
(2)25
(3)[Ar]3d9 Cu2＋最外层电子排布式为3d9，Cu＋为3d10全满稳定状态
(4)3d24s2 3
(1)目前合成氨通常采用的压强为10～30 MPa，温度为400～500 ℃，十分耗能。我国科研人员研制出了“FeLiH”等催化剂，温度、压强分别降到了350 ℃、1 MPa，这是近年来合成氨反应研究中的重要突破。
①基态Li原子的核外电子排布式为________。
②从结构角度比较稳定性：Fe2＋________Fe3＋(填“>”或“<”)，其原因是__________________________________________________。
(2)A、B、C、D为原子序数依次增大的四种元素，A2－和B＋具有相同的电子层结构；C、D为同周期元素，C核外电子总数是最外层电子数的3倍；D元素最外层有一个未成对电子。四种元素中电负性最大的是________(填元素符号)，其中C原子的核外电子排布式为______________________________。
答案 (1)①1s22s1 ②< Fe3＋的核外价层电子排布为3d5半满稳定结构
(2)O 1s22s22p63s23p3(或[Ne]3s23p3)
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