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2024届高考化学复习讲义第五章物质结构与性质元素周期律第一讲原子结构核外电子排布原理考点二构造原理核外电子排布含答案
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这是一份2024届高考化学复习讲义第五章物质结构与性质元素周期律第一讲原子结构核外电子排布原理考点二构造原理核外电子排布含答案，共9页。
1.能层、能级
注意 （1）多电子原子中，同一能层各能级的能量由低到高的顺序为[1] ns、 np 、 nd 、 nf ……第n层中有[2] n 个能级，如L层，有[3] 2s 、 2p 两个能级。
（2）能层和能级确定电子的[4] 能量 状态。
2.原子轨道
量子力学把电子在原子核外的一个[5] 空间运动 状态称为一个原子轨道。
（1）原子轨道形状
（2）能量高低
①相同能层上原子轨道能量：ns＜np＜nd＜nf……
②形状相同的原子轨道能量：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的能量相等，如npx、npy、npz轨道（简并轨道）的能量相等。
注意 原子轨道确定电子的空间运动状态。
3.电子云
电子云是处于一定空间运动状态的电子在原子核外空间的[9] 概率密度 分布的形象化描述。电子云图是用小黑点疏密来表示电子在原子核外空间出现[10] 概率 大小的一种图形，小黑点越密表示电子出现概率越[11] 大 。
4.核外电子分层排布规律
5.核外电子能级排布
6.基态粒子核外电子排布的表示方法
7.基态、激发态原子的相互转化及原子光谱
（1）基态与激发态原子的转化关系
（2）原子光谱与光谱分析
1.易错辨析。
（1）同位素的核外电子排布相同。（ √ ）
（2）最外层电子数为8的粒子一定是稀有气体元素原子。（ ✕ ）
（3）当M层是最外层时，最多可排布18个电子。（ ✕ ）
（4）某原子M层上电子数可能为L层上电子数的4倍。（ ✕ ）
（5）p能级的能量一定比s能级的能量高。（ ✕ ）
（6）基态磷原子的轨道表示式为。（ ✕ ）
（7）同一原子中，2p、3p、4p能级的原子轨道数依次增多。（ ✕ ）
（8）2p轨道和3p轨道均为哑铃形，能量也相等。（ ✕ ）
（9）2px、2py、2pz的能量相等。（ √ ）
（10）[2023上海]Cl－的最外层电子排布式是3s23p5。（ ✕ ）
（11）[2023湖北]用电子云轮廓图表示H—H的s－s σ键形成的示意图：（ √ ）
（12）[2023北京]2pz电子云图为。（ √ ）
（13）[2023北京]基态24Cr原子的价层电子轨道表示式为。（ ✕ ）
（14）[2023浙江]碳的基态原子轨道表示式：。（ ✕ ）
（15）[2023浙江]能量最低的激发态N原子的电子排布式：1s22s12p33s1。（ ✕ ）
2.基态Fe原子的核外电子排布式为 1s22s22p63s23p63d64s2或[Ar]3d64s2 ，价层电子轨道表示式为 ，从原子结构角度分析Fe3＋比Fe2＋稳定的原因 Fe3＋的价层电子排布式为3d5， Fe2＋的价层电子排布式为3d6，前者为半充满状态，而后者既不是半充满状态，也不是全充满或全空状态，故Fe3＋更稳定 。
3.从原子结构角度分析黑色CuO在空气中加热可以转化为红色的Cu2O的原因 基态Cu的价层电子排布式为3d104s1，基态Cu2＋的价层电子排布式为3d9，基态Cu＋的价层电子排布式为3d10。根据能量相同的原子轨道在全空、全充满和半充满状态时，体系的能量较低，则Cu2O更稳定 。
4.从原子结构角度分析基态原子的第二电离能I2Cu＞I2Zn的原因 基态Zn原子的价层电子排布式为3d104s2，失去一个电子后变为3d104s1，易再失去一个电子达到3d10全充满稳定结构；基态Cu原子的价层电子排布式为3d104s1，失去一个电子后达到3d10全充满稳定结构，不易失去第二个电子 。
5.焰火呈现五颜六色的原因是 光（辐射）是电子跃迁释放能量的重要形式。焰色试验就是某些金属原子的电子在高温火焰中吸收能量，使原子外层的电子从基态跃迁到激发态；处于激发态的电子是十分不稳定的，在极短的时间内便跃迁到基态或能量较低的能级上，并在跃迁过程中将能量以一定波长的光释放出来。由于各种元素的能级是被限定的，因此在向基态或能量较低的能级跃迁时释放的能量也就不同。碱金属及碱土金属的能级差正好对应于可见光范围，于是我们就看到了各种色彩 。
6.吸收光谱和发射光谱的特征的区别是 吸收光谱的特征：亮背景、暗线，线状不连续。发射光谱的特征：暗背景、亮线，线状不连续 。
7.以下属于硅原子激发态的电子排布式的有 BD （填标号，下同），其中能量最高的是 D 。
A.1s22s22p63s23p2
B.1s22s22p63s13p3
C.1s22s22p63s13p2
D.1s22s22p63s13p24s1
研透高考 明确方向
命题点1 基态粒子的核外电子排布的表示方法
1.[电子排布式]（1）[2023北京]基态S原子价层电子排布式是 3s23p4 。
（2）[2021河北]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 K＋、P3－ （填离子符号）。
（3）[全国Ⅱ高考]基态Ti原子的核外电子排布式为 1s22s22p63s23p63d24s2或[Ar]3d24s2 。
（4）[海南高考]Al在周期表中的位置为 第三周期第ⅢA族 。基态Zn的价层电子排布式为 3d104s2 。
解析 （1）S是16号元素，位于第三周期第ⅥA族，基态S原子价层电子排布式为3s23p4。（2）KH2PO4中的四种元素形成的简单离子分别为K＋、H＋、P3－、O2－，分别有3、0、3、2个电子层，且K＋、P3－最外层均为8电子，因此核外电子排布相同的是K＋、P3－。（3）Ti是22号元素，其基态原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d24s2或[Ar]3d24s2。（4）Al位于周期表第三周期第ⅢA族。Zn的原子序数是30，其基态原子的核外电子排布式是1s22s22p63s23p63d104s2或[Ar]3d104s2，基态Zn的价层电子排布式为3d104s2。
2.[电子排布图]（1）[2023广东]基态Fe2＋的3d电子轨道表示式为 。
（2）[2022全国甲]基态F原子的价电子排布图（轨道表示式）为 。
（3）[2021湖南]基态硅原子最外层的电子排布图为 。
解析 （1）基态Fe2＋由Fe原子（价层电子排布式为3d64s2）失去2个电子得到，所以其3d电子轨道表示式为。（2）F的原子序数为9，价电子数为7，根据泡利原理和洪特规则，即可画出其基态原子的价电子排布图。（3）硅原子核外有14个电子，其基态原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p2，其基态原子最外层的电子排布图为3s。
技巧点拨
基态原子电子排布式的书写方法（以Cr为例）
1.首先确定该原子的原子序数，Cr的原子序数为24。
2.根据构造原理写出该原子填充电子的能级，如Cr：1s2s2p3s3p4s3d。
3.根据每个能级最多能容纳的电子数，按照上述能级顺序填充电子，如Cr：1s22s22p63s23p64s23d4。
4.验证是否符合洪特规则特例（原子轨道在全充满、半充满或全空时能量最低），若符合，则调整最后两个能级填充的电子数，如Cr：1s22s22p63s23p64s13d5。
5.将相同能层的能级书写在一起，如Cr：1s22s22p63s23p63d54s1。
6.简写方法：把电子排布式中内层电子达到稀有气体元素原子结构的部分用相应的稀有气体元素的符号外加方括号来表示，如Cr：[Ar]3d54s1。
命题点2 电子云和核外电子运动状态
3.（1）[2021全国乙]对于基态Cr原子，下列叙述正确的是 AC （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]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＋12表示，与之相反的用－12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 ＋32（或－32） 。
（3）[全国Ⅲ高考改编]镁元素基态原子核外M层电子的自旋状态 相反 （填“相同”或“相反”）。
（4）[全国Ⅱ高考]基态S原子电子占据最高能级的电子云轮廓图为 哑铃（或纺锤） 形。
（5）[上海高考]铝原子核外电子云有 4 种不同的伸展方向，有 13 种不同运动状态的电子。
解析 （1）Cr是24号元素，基态Cr原子核外电子排布式为[Ar]3d54s1，3d轨道处于半充满状态，此时体系总能量低，A项正确；4s电子能量较高，但其并不总是在比3s电子离核更远的地方运动，B项错误；因为Cr原子半径小于K，故电负性比钾高，原子对键合电子的吸引力比钾大，C项正确。（2）基态磷原子的价电子轨道表示式为3s，3p能级的3个原子轨道上的电子自旋平行，故基态磷原子的价电子自旋磁量子数的代数和为＋32或－32。（3）Mg为12号元素，M层只有2个电子，排布在3s轨道上，基态镁原子核外M层电子的轨道表示式为，电子自旋状态相反。（4）基态S原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p4，电子占据的最高能级为3p，p能级的电子云轮廓图形状为哑铃（纺锤）形。（5）基态铝原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p1，有1s、2s、2p、3s、3p共5个能级，ns、np电子云分别有1种、3种伸展方向，核外13个电子的运动状态各不相同。
命题点3 核外电子排布与元素推断
4.[2023浙江]X、Y、Z、M、Q五种短周期元素，原子序数依次增大。X的2s轨道全充满，Y的s能级电子数量是p能级的两倍，M是地壳中含量最多的元素，Q是纯碱中的一种元素。下列说法不正确的是（ B ）
A.电负性：Z＞X
B.最高正价：Z＜M
C.Q与M的化合物中可能含有非极性共价键
D.最高价氧化物对应水化物的酸性：Z＞Y
解析 Y的s能级电子数量是p能级的两倍，则电子排布式为1s22s22p2，则Y为C元素；X的2s轨道全充满，五种短周期元素的原子序数依次增大，则X为Be或B元素；M是地壳中含量最多的元素，则M为O元素；Z为N元素；Q是纯碱中的一种元素，则Q为Na元素。一般来说，同周期元素从左到右电负性逐渐增大，则电负性N＞Be（或B），A项正确；N的最高正价为＋5，但O无最高正价，B项错误；Na和O形成的Na2O2中O和O之间为非极性共价键，C项正确；非金属性N＞C，故酸性：HNO3＞H2CO3，D项正确。能层
一
二
三
四
五
……
能层符号
K
L
M
N
O
……
能
级
符号
1s
2s
2p
3s
3p
3d
4s
4p
4d
4f
5s
……
……
原子轨
道数
1
1
3
1
3
5
1
3
5
7
1
……
……
最多容纳
电子数
2
2
6
2
6
10
2
6
10
14
2
……
……
2
8
18
32
……
……
原子轨道
原子轨道的形状与取向
原子轨道数
形状
取向
ns
[6] 球形
1
np
[7] 哑铃（纺锤）形
[8] 相互垂直
3
nd
花瓣形
5
nf
7
表示方法
含义
示例
原子或离子结构示意图
表示核外电子分层排布和核内质子数
Na：[25]
Na＋：[26]
电子式
表示原子最外层电子数目
Cl：[27] ∶Cl·····
核外电子排布式
表示每个能级上排布的电子数
S：[28] 1s22s22p63s23p4 或[29] [Ne]3s23p4
S2－：[30] 1s22s22p63s23p6
轨道表示式（电子排布图）
表示每个原子轨道中电子的运动状态
O：[31]
价层电子排布式或排布图
表示价层电子的排布
S：3s23p
概念
不同元素原子的电子发生跃迁时会吸收或释放不同的光，可以用光谱仪摄取各种元素原子的吸收光谱或发射光谱，总称原子光谱
在现代化学中，常利用原子光谱上的特征谱线来鉴定元素，称为光谱分析
应用
发现元素、检测一些物质的存在与含量等
1.能层、能级
注意 （1）多电子原子中，同一能层各能级的能量由低到高的顺序为[1] ns、 np 、 nd 、 nf ……第n层中有[2] n 个能级，如L层，有[3] 2s 、 2p 两个能级。
（2）能层和能级确定电子的[4] 能量 状态。
2.原子轨道
量子力学把电子在原子核外的一个[5] 空间运动 状态称为一个原子轨道。
（1）原子轨道形状
（2）能量高低
①相同能层上原子轨道能量：ns＜np＜nd＜nf……
②形状相同的原子轨道能量：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的能量相等，如npx、npy、npz轨道（简并轨道）的能量相等。
注意 原子轨道确定电子的空间运动状态。
3.电子云
电子云是处于一定空间运动状态的电子在原子核外空间的[9] 概率密度 分布的形象化描述。电子云图是用小黑点疏密来表示电子在原子核外空间出现[10] 概率 大小的一种图形，小黑点越密表示电子出现概率越[11] 大 。
4.核外电子分层排布规律
5.核外电子能级排布
6.基态粒子核外电子排布的表示方法
7.基态、激发态原子的相互转化及原子光谱
（1）基态与激发态原子的转化关系
（2）原子光谱与光谱分析
1.易错辨析。
（1）同位素的核外电子排布相同。（ √ ）
（2）最外层电子数为8的粒子一定是稀有气体元素原子。（ ✕ ）
（3）当M层是最外层时，最多可排布18个电子。（ ✕ ）
（4）某原子M层上电子数可能为L层上电子数的4倍。（ ✕ ）
（5）p能级的能量一定比s能级的能量高。（ ✕ ）
（6）基态磷原子的轨道表示式为。（ ✕ ）
（7）同一原子中，2p、3p、4p能级的原子轨道数依次增多。（ ✕ ）
（8）2p轨道和3p轨道均为哑铃形，能量也相等。（ ✕ ）
（9）2px、2py、2pz的能量相等。（ √ ）
（10）[2023上海]Cl－的最外层电子排布式是3s23p5。（ ✕ ）
（11）[2023湖北]用电子云轮廓图表示H—H的s－s σ键形成的示意图：（ √ ）
（12）[2023北京]2pz电子云图为。（ √ ）
（13）[2023北京]基态24Cr原子的价层电子轨道表示式为。（ ✕ ）
（14）[2023浙江]碳的基态原子轨道表示式：。（ ✕ ）
（15）[2023浙江]能量最低的激发态N原子的电子排布式：1s22s12p33s1。（ ✕ ）
2.基态Fe原子的核外电子排布式为 1s22s22p63s23p63d64s2或[Ar]3d64s2 ，价层电子轨道表示式为 ，从原子结构角度分析Fe3＋比Fe2＋稳定的原因 Fe3＋的价层电子排布式为3d5， Fe2＋的价层电子排布式为3d6，前者为半充满状态，而后者既不是半充满状态，也不是全充满或全空状态，故Fe3＋更稳定 。
3.从原子结构角度分析黑色CuO在空气中加热可以转化为红色的Cu2O的原因 基态Cu的价层电子排布式为3d104s1，基态Cu2＋的价层电子排布式为3d9，基态Cu＋的价层电子排布式为3d10。根据能量相同的原子轨道在全空、全充满和半充满状态时，体系的能量较低，则Cu2O更稳定 。
4.从原子结构角度分析基态原子的第二电离能I2Cu＞I2Zn的原因 基态Zn原子的价层电子排布式为3d104s2，失去一个电子后变为3d104s1，易再失去一个电子达到3d10全充满稳定结构；基态Cu原子的价层电子排布式为3d104s1，失去一个电子后达到3d10全充满稳定结构，不易失去第二个电子 。
5.焰火呈现五颜六色的原因是 光（辐射）是电子跃迁释放能量的重要形式。焰色试验就是某些金属原子的电子在高温火焰中吸收能量，使原子外层的电子从基态跃迁到激发态；处于激发态的电子是十分不稳定的，在极短的时间内便跃迁到基态或能量较低的能级上，并在跃迁过程中将能量以一定波长的光释放出来。由于各种元素的能级是被限定的，因此在向基态或能量较低的能级跃迁时释放的能量也就不同。碱金属及碱土金属的能级差正好对应于可见光范围，于是我们就看到了各种色彩 。
6.吸收光谱和发射光谱的特征的区别是 吸收光谱的特征：亮背景、暗线，线状不连续。发射光谱的特征：暗背景、亮线，线状不连续 。
7.以下属于硅原子激发态的电子排布式的有 BD （填标号，下同），其中能量最高的是 D 。
A.1s22s22p63s23p2
B.1s22s22p63s13p3
C.1s22s22p63s13p2
D.1s22s22p63s13p24s1
研透高考 明确方向
命题点1 基态粒子的核外电子排布的表示方法
1.[电子排布式]（1）[2023北京]基态S原子价层电子排布式是 3s23p4 。
（2）[2021河北]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 K＋、P3－ （填离子符号）。
（3）[全国Ⅱ高考]基态Ti原子的核外电子排布式为 1s22s22p63s23p63d24s2或[Ar]3d24s2 。
（4）[海南高考]Al在周期表中的位置为 第三周期第ⅢA族 。基态Zn的价层电子排布式为 3d104s2 。
解析 （1）S是16号元素，位于第三周期第ⅥA族，基态S原子价层电子排布式为3s23p4。（2）KH2PO4中的四种元素形成的简单离子分别为K＋、H＋、P3－、O2－，分别有3、0、3、2个电子层，且K＋、P3－最外层均为8电子，因此核外电子排布相同的是K＋、P3－。（3）Ti是22号元素，其基态原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d24s2或[Ar]3d24s2。（4）Al位于周期表第三周期第ⅢA族。Zn的原子序数是30，其基态原子的核外电子排布式是1s22s22p63s23p63d104s2或[Ar]3d104s2，基态Zn的价层电子排布式为3d104s2。
2.[电子排布图]（1）[2023广东]基态Fe2＋的3d电子轨道表示式为 。
（2）[2022全国甲]基态F原子的价电子排布图（轨道表示式）为 。
（3）[2021湖南]基态硅原子最外层的电子排布图为 。
解析 （1）基态Fe2＋由Fe原子（价层电子排布式为3d64s2）失去2个电子得到，所以其3d电子轨道表示式为。（2）F的原子序数为9，价电子数为7，根据泡利原理和洪特规则，即可画出其基态原子的价电子排布图。（3）硅原子核外有14个电子，其基态原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p2，其基态原子最外层的电子排布图为3s。
技巧点拨
基态原子电子排布式的书写方法（以Cr为例）
1.首先确定该原子的原子序数，Cr的原子序数为24。
2.根据构造原理写出该原子填充电子的能级，如Cr：1s2s2p3s3p4s3d。
3.根据每个能级最多能容纳的电子数，按照上述能级顺序填充电子，如Cr：1s22s22p63s23p64s23d4。
4.验证是否符合洪特规则特例（原子轨道在全充满、半充满或全空时能量最低），若符合，则调整最后两个能级填充的电子数，如Cr：1s22s22p63s23p64s13d5。
5.将相同能层的能级书写在一起，如Cr：1s22s22p63s23p63d54s1。
6.简写方法：把电子排布式中内层电子达到稀有气体元素原子结构的部分用相应的稀有气体元素的符号外加方括号来表示，如Cr：[Ar]3d54s1。
命题点2 电子云和核外电子运动状态
3.（1）[2021全国乙]对于基态Cr原子，下列叙述正确的是 AC （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]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＋12表示，与之相反的用－12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 ＋32（或－32） 。
（3）[全国Ⅲ高考改编]镁元素基态原子核外M层电子的自旋状态 相反 （填“相同”或“相反”）。
（4）[全国Ⅱ高考]基态S原子电子占据最高能级的电子云轮廓图为 哑铃（或纺锤） 形。
（5）[上海高考]铝原子核外电子云有 4 种不同的伸展方向，有 13 种不同运动状态的电子。
解析 （1）Cr是24号元素，基态Cr原子核外电子排布式为[Ar]3d54s1，3d轨道处于半充满状态，此时体系总能量低，A项正确；4s电子能量较高，但其并不总是在比3s电子离核更远的地方运动，B项错误；因为Cr原子半径小于K，故电负性比钾高，原子对键合电子的吸引力比钾大，C项正确。（2）基态磷原子的价电子轨道表示式为3s，3p能级的3个原子轨道上的电子自旋平行，故基态磷原子的价电子自旋磁量子数的代数和为＋32或－32。（3）Mg为12号元素，M层只有2个电子，排布在3s轨道上，基态镁原子核外M层电子的轨道表示式为，电子自旋状态相反。（4）基态S原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p4，电子占据的最高能级为3p，p能级的电子云轮廓图形状为哑铃（纺锤）形。（5）基态铝原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p1，有1s、2s、2p、3s、3p共5个能级，ns、np电子云分别有1种、3种伸展方向，核外13个电子的运动状态各不相同。
命题点3 核外电子排布与元素推断
4.[2023浙江]X、Y、Z、M、Q五种短周期元素，原子序数依次增大。X的2s轨道全充满，Y的s能级电子数量是p能级的两倍，M是地壳中含量最多的元素，Q是纯碱中的一种元素。下列说法不正确的是（ B ）
A.电负性：Z＞X
B.最高正价：Z＜M
C.Q与M的化合物中可能含有非极性共价键
D.最高价氧化物对应水化物的酸性：Z＞Y
解析 Y的s能级电子数量是p能级的两倍，则电子排布式为1s22s22p2，则Y为C元素；X的2s轨道全充满，五种短周期元素的原子序数依次增大，则X为Be或B元素；M是地壳中含量最多的元素，则M为O元素；Z为N元素；Q是纯碱中的一种元素，则Q为Na元素。一般来说，同周期元素从左到右电负性逐渐增大，则电负性N＞Be（或B），A项正确；N的最高正价为＋5，但O无最高正价，B项错误；Na和O形成的Na2O2中O和O之间为非极性共价键，C项正确；非金属性N＞C，故酸性：HNO3＞H2CO3，D项正确。能层
一
二
三
四
五
……
能层符号
K
L
M
N
O
……
能
级
符号
1s
2s
2p
3s
3p
3d
4s
4p
4d
4f
5s
……
……
原子轨
道数
1
1
3
1
3
5
1
3
5
7
1
……
……
最多容纳
电子数
2
2
6
2
6
10
2
6
10
14
2
……
……
2
8
18
32
……
……
原子轨道
原子轨道的形状与取向
原子轨道数
形状
取向
ns
[6] 球形
1
np
[7] 哑铃（纺锤）形
[8] 相互垂直
3
nd
花瓣形
5
nf
7
表示方法
含义
示例
原子或离子结构示意图
表示核外电子分层排布和核内质子数
Na：[25]
Na＋：[26]
电子式
表示原子最外层电子数目
Cl：[27] ∶Cl·····
核外电子排布式
表示每个能级上排布的电子数
S：[28] 1s22s22p63s23p4 或[29] [Ne]3s23p4
S2－：[30] 1s22s22p63s23p6
轨道表示式（电子排布图）
表示每个原子轨道中电子的运动状态
O：[31]
价层电子排布式或排布图
表示价层电子的排布
S：3s23p
概念
不同元素原子的电子发生跃迁时会吸收或释放不同的光，可以用光谱仪摄取各种元素原子的吸收光谱或发射光谱，总称原子光谱
在现代化学中，常利用原子光谱上的特征谱线来鉴定元素，称为光谱分析
应用
发现元素、检测一些物质的存在与含量等
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