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第1讲　原子结构
【复习目标】
1.认识原子结构,了解原子结构相关粒子的数目关系;知道元素、核素、同位素的含义。
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　原子结构
1.原子的构成
(1)构成粒子及作用。
(2)粒子之间的数量关系。
①原子中:质子数(Z)=核电荷数=　　　　　　;
②质量数(A)=　 　 　 　(Z)+　　 　 　(N);
③阳离子的核外电子数=质子数-　 ;
④阴离子的核外电子数=质子数+　 。
(3)粒子符号中各数字的含义。
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同位素之间的“六同”“三不同”。
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同位素之间的转化,既不是物理变化也不是化学变化,是核反应。
(3)氢元素的三种核素。
H:名称为　　　,不含中子。
H:用字母　　　表示,名称为　　　或重氢。
H:用字母　　　表示,名称为　　　或超重氢。
(4)几种重要核素的用途。
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
[理解·辨析] 判断正误
(1)一种元素可能有多种核素,也可能只有一种核素,有多少种核素就有多少种原子。(　　)
(2)14C可用于文物的年代鉴定,14C与12C互为同素异形体。(　　)
(3)核外电子数相同的粒子,其质子数一定相同。(　　)
(4)核聚变如HHHen,因为有新粒子生成,所以该变化是化学变化。(　　)
(5Cl与Cl得电子能力相同。(　　)
(6)所有原子核内一定都有质子和中子。(　　)
(7)质量数就是元素的相对原子质量。(　　)
一、原子结构中“粒子数”的确定
1.(2024·北京海淀期末)2021年我国科学家首次合成新核素U,下列说法不正确的是(　　)
[A] U原子核内质子数为92
[B] U原子核内中子数为122
[C] U原子核外电子数为92
[D] U转化成U属于化学变化
2.某元素的一个原子形成的离子可表示为Xn-。若X原子与1H构成HnX分子,在m g HnX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　　　　　　　　　,所含电子数为　　　　　　　　　。
二、“三素”“四同”概念辨析
3.(2024·浙江杭州模拟)下列说法不正确的是(　　)
[A] Se和Se互为同位素
[B] 石墨烯和丙烯互为同系物
[C] 氧气和臭氧互为同素异形体
[D] 乙酸甲酯和甲酸乙酯互为同分异构体
4.现有下列9种粒子HH、CC、N、Fe2+、Fe3+、O2、O3。按要求完成以下各题。
(1H、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)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。
同位素、同素异形体、同分异构体、同系物的比较
概念 比较
定义 比较 对象 特征
同位素 质子数相同、中子数不同的核素(原子)互称为同位素 核素 (原子) 物理性质不同,化学性质相同
同素 异形体 同一元素组成的不同单质 单质 结构或组成不同
同分 异构体 分子式相同,结构不同的化合物互称为同分异构体 化合物 分子 绝大多数为有机物分子
同系物 结构相似,分子组成上相差若干个CH2原子团的有机物 化合物 分子 结构相似,性质相似
三、核反应方程式的分析
5.(2022·山东卷,3O、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OHeO+XOHeO+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] OO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
6.用中子轰击X原子产生α粒子(即氦核He)的核反应为XnYHe。已知元素Y在化合物中呈+1价。下列说法正确的是(　　)
[A] X原子核内中子数与核外电子数之差为5
[B] 6Y和7Y属于同种元素
[C] Y的核素种类由p决定
[D] 金属性:X>Y
考点二　核外电子排布
1.核外电子运动状态的量子力学模型
(1)能层与能级。
核外电子按能量不同分成能层,同一能层的电子,根据能量差异还被分成不同能级。
(2)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。
(3)原子核外能层、能级、原子轨道之间的关系。
能层(n) 一 二 三 四
能层符号 　 　 　
能级符号
各能级原 子轨道数
各能层原 子轨道数 　 　 　
最多容纳 电子数 　 　 　
[示例] 预测第五电子层上有　　　　个原子轨道,最多能容纳的电子数是　　　　。
(4)电子云与原子轨道能量比较。
①概念:核外电子的概率密度分布看起来像一片云雾,因而被形象地称作电子云。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。
②原子轨道的形状、数目及能量关系。
能级符号 ns np nd nf
轨道形状 　　形 　　形 — —
轨道数目 　 　 　 　
轨道能量 a.相同能层上的原子轨道:ns(5)电子的自旋。
每个原子轨道上的两个电子其运动状态是不同的,量子化学用自旋来描述这种差异,书写时用上下箭头(↑和↓)表示自旋　　　　的电子。
2.基态与激发态、原子光谱
(1)基态原子:处于　　　　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。
①意义:不同元素原子的电子发生跃迁时会　　　　或　　　　不同频率的光,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。
②分类及其特征:吸收光谱为明亮背景的暗色谱线;发射光谱为暗色背景的明亮谱线。
③应用: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.基态原子的核外电子排布
(1)排布原则。
能量最低原理 原子核外电子总是尽可能地占据能量最低的原子轨道,使整个原子的能量最低
泡利原理(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,它们的自旋相反(不同)
洪特规则 基态原子中,填入简并轨道的电子总是先单独分占,且自旋平行(相同)
(2)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)、全空(p0、d0、f0)时,原子的能量最低,如 24Cr 的电子排布式为[Ar]3d54s1,29Cu 的电子排布式为[Ar]3d104s1。
(3)核外电子的填充顺序——构造原理。
以光谱学事实为基础,从氢开始,随核电荷数递增,新增电子填入能级的顺序称为构造原理。
(4)核外电子的表示方法。
表示方法 示例
原子结构示意图 P:　　　　　　　
电子排布式 Cr:　　　　　　　
简化电子排布式 Cu:　　　　　　　
价层电子排布式 Fe:　　　　　　　
轨道表示式 (又称电子排布图) O:　　　　　　　
[理解·辨析] 判断正误
(1)某原子M层上的电子数一定比L层上的电子数多。(　　)
(2)2p和3p轨道形状均为哑铃形,能量也相等。(　　)
(3)p能级电子的能量一定比s能级电子的能量高。(　　)
(4)基态原子电子能量的高低顺序为E(1s)(5)同一原子中,2p、3p、4p能级的轨道数依次增多。(　　)
(6)22Ti的电子排布式1s22s22p63s23p10违反了能量最低原理。(　　)
(7)1s22s12p1表示的是激发态原子的电子排布。(　　)
(8)Ga基态原子的简化电子排布式为
[Ar]3d104s24p1,价层电子排布式为3d104s24p1。(　　)
(9)硅原子核外电子的空间运动状态有14种。(　　)
一、“化学用语”的规范使用
1.下列化学用语或图示表达正确的是(　　)
[A] NaCl的电子式为
[B] 基态镓原子的电子排布式为[Ar]4s24p1
[C] 2pz电子云图为
[D] 基态 24Cr 的价层电子轨道表示式为
2.写出下列基态原子或离子的①电子排布式、②价层电子轨道表示式、③电子占据的原子轨道数、④未成对电子数。
(1)N:①　　　　　　　　,②　　　　　　　　　　　　,③　　　　,④　　　　。
(2)Cl:①　　　　　　　　,②　　　　　　　　　　　　,③　　　　,④　　　　。
(3)Cu:①　　　　　　　　,②　　　　　　　　　　,③　　　　,④　　　　。
(4)Br-:①　　　　　　　　,②　　　　　　　　　　,③　　　　,④　　　　。
二、核外电子排布规律的应用
3.判断电子的运动状态。
(1)(2021·山东卷)基态F的核外电子的运动状态有　　　　种。
(2)基态钛原子的价层电子排布式为　　　　,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的价层电子的运动状态有　　　　种,若其电子排布式表示为[Ne]3s23违背了　　　　　　。
(4)基态Cu的核外电子的空间运动状态有　　　　种。
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(包括电子自旋)。
空间运动状态与核外电子填充原子轨道的数目相等(不包括电子自旋)。
4.计算原子中未成对电子数目。
(1)(2021·福建卷)基态C的成对电子数与未成对电子数之比为　　　　。
(2)基态Ti3+中未成对电子有　　　　个;与Ti同族相邻的元素Zr的基态原子价层电子排布式为　　　　。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。
(3)血红蛋白中的铁处于基态时,其最高能级中的单电子数为　　　　。
(4)Cr与Ni的基态原子核外未成对电子数之比为　　　　。
(5)第四周期中未成对电子数最多的基态原子的价层电子轨道表示式为　　　　。
5.利用原子核外电子排布规律进行元素推断。
(1)A、B、C、D四种元素,它们原子的核电荷数均小于18,且依次增大。A原子核外电子运动状态只有1种,B原子的电子总数与D原子的最外层电子数相等,A原子与B原子的最外层电子数之和与C原子的最外层电子数相等,D原子的最外层电子数是次外层电子数的3倍。试推断它们各是什么元素,并写出其元素符号。
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　　　　;其基态原子价层电子的轨道表示式为　　　　　　　　　　　　。
②F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,F的元素符号为　　　　,其基态原子的核外电子排布式为　　　　　　　　　　　　。
1.判断正误。
(1)(2024·贵州卷)锑(Sb)位于第五周期第ⅤA族,则其基态原子价层电子排布式是5s25p3。(　　)
(2)(2024·山东卷)激发态氢原子的轨道表示式:。(　　)
(3)(2024·湖北卷)泡利原理认为一个原子轨道内最多只能容纳两个自旋相反的电子。(　　)
(4)(2024·河北卷)原子光谱是不连续的线状谱线是因为原子的能级是量子化的。(　　)
(5)(2024·安徽卷)基态镍原子价层电子排布式为3d84s2。(　　)
(6)(2024·浙江6月选考)Ar的基态原子电子排布方式只有一种。(　　)
(7)(2024·浙江6月选考)Ge的基态原子简化电子排布式为[Ar]4s24p2。(　　)
2.(2024·甘肃卷,2)下列化学用语表述错误的是(　　)
[A] Ca2+和Cl-的最外层电子排布图均为
[B] PH3和H2S的电子式分别为和
[C] CH2CHCH2CH2CH3的分子结构模型为
[D] C、C和C互为同位素
3.(2024·北京卷,1)我国科研人员利用激光操控方法,从Ca原子束流中直接俘获41Ca原子,实现了对同位素41Ca的灵敏检测。41Ca的半衰期(放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间)长达10万年,是14C的17倍,可应用于地球科学与考古学。下列说法正确的是(　　)
[A] 41Ca的原子核内有21个中子
[B] 41Ca的半衰期长,说明41Ca难以失去电子
[C] 41Ca衰变一半所需的时间小于14C衰变一半所需的时间
[D] 从Ca原子束流中直接俘获41Ca原子的过程属于化学变化
4.(2023·湖南卷,2)下列化学用语表述错误的是(　　)
[A] HClO的电子式:
[B] 中子数为10的氧原子O
[C] NH3分子的VSEPR模型:
[D] 基态氮原子的价层电子排布图:
5.按要求完成下列各题。
(1)(2024·湖南卷)Cu属于ds区元素,其基态原子的价层电子排布式为　　　　。
(2)(2024·河北卷)钒原子的价层电子排布式为　　　　。
(3)(2024·湖北卷)基态Be2+的轨道表示式为　　　　。
(4)(2023·北京卷)基态硫原子的价层电子排布式为　　　　。
(5)(2023·全国乙卷)基态铁原子的价层电子排布式为　　　　。
(6)(2023·浙江6月选考)基态氮原子的价层电子排布式是　　　　。
(7)(2023·广东卷)基态Fe2+的3d电子轨道表示式为　　　　　　　　　　。
(8)(2022·海南卷)基态氧原子的电子排布式为　　　　,其中未成对电子有　　　　个。
(9)(2022·全国乙卷)氟原子激发态的电子排布式有　　　　(填字母,下同),其中能量较高的是　　　　。
a.1s22s22p43s1 b.1s22s22p43d2
c.1s22s12p5 d.1s22s22p33p2
(10)(2022·河北卷)基态硫原子的价层电子中,两种自旋状态的电子数之比为　　　　。
第1讲　原子结构
考点一　原子结构
必备知识整合
1.(1)核素　元素　化学　(2)①核外电子数　②质子数　中子数　③阳离子所带电荷数　④阴离子所带电荷数　(3)质量　质子
2.(1)质子数　质子　中子　质子数　中子数　(3)氕　D　氘　T　氚
[理解·辨析] (1)√　(2)×　(3)×　(4)×　(5)√　
(6)×　(7)×
关键能力提升
1.D　该原子的质子数为92,故A正确;该原子的质量数为214,质子数为92,则中子数=214-92=122,故B正确;该原子的质子数为92,其核外电子数=质子数=92,故C正确;该过程为核变化,既不属于物理变化,也不属于化学变化,故D不正确。
2.【答案】 (n+1) mol　(b-a) mol
(n+a)NA　(n+a)NA
【解析】 X原子的质子数为a,质量数为b,中子数为(b-a),它与1H构成HnX分子,其摩尔质量为(n+b) g/mol,中子数为(b-a),质子数为(n+a),若质量为m g,则该物质的物质的量为 mol,故所含原子的物质的量为(n+1) mol,所含中子的物质的量为(b-a) mol,所含质子数为 (n+a)NA,所含电子数与质子数相等,为 (n+a)NA。
3.BSe和Se质子数相同,中子数不同,互为同位素,A正确;石墨烯为碳单质,丙烯分子式为C3H6,二者不互为同系物,B不正确;氧气和臭氧均为氧元素组成的不同单质,二者互为同素异形体,C正确;乙酸甲酯和甲酸乙酯的分子式均为C3H6O2,结构不同,二者互为同分异构体,D正确。
4.【答案】 (1)核素　同位素　(2O2O3
(3)30　24　(4)7　5
【解析】 (1HH分别是氢元素的一种核素HH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。
(2O2和O3是同种元素组成的不同单质,互为同素异形体。
(3Fe2+的中子数为56-26=30,核外电子数为26-2=24。
5.B　根据质量守恒定律可知,X微粒为He,Y微粒为He,根据质量数等于质子数加中子数可知He的中子数为4,A错误;X微粒为He,Y微粒为He,两者具有的质子数相同而中子数不同,故互为同位素,B正确;由题干信息可知O与O的半衰期很短,在自然界中不能稳定存在,故不适宜用作示踪原子研究化学反应历程,C错误;自然界中不存在O2与O2并不是其化学键不稳定,而是由于O与O的半衰期很短,很容易发生核变化,转化为其他原子,OO的键能与形成该键的核素无关,D错误。
6.B　核反应为XnYHe,结合元素Y在化合物中呈+1价,说明Y处于第ⅠA族,而Y的质量数为7,可推知Y为Li,则X的质子数 Z=3+2=5,质量数A=7+4-1=10,X为B。X是B,质子数是5,质量数A为10,原子核内中子数为10-5=5,原子核外电子数是5,则原子核内中子数与核外电子数之差为0,故A错误;6Y和7Y的质子数相同,都是3,而中子数不同,分别是3、4,二者是同一种元素的不同核素,互为同位素,故B正确;Y是Li,Li的核素种类由其质子数和中子数共同决定,故C错误;X是B,属于非金属元素,Y是Li,属于金属元素,所以元素的金属性X考点二　核外电子排布
必备知识整合
1.(3)K　L　M　N　1s　2s　2p　3s　3p　3d　4s　4p　4d
4f　1　1　3　1　3　5　1　3　5　7　1　4　9　16　2　8
18　32
[示例] 25　50
(4)②球　哑铃　1　3　5　7　(5)相反
2.(1)最低　(2)①吸收　释放　③吸收　发射
3.(4)　1s22s22p63s23p63d54s1　[Ar]3d104s1　3d64s2　
[理解·辨析] (1)×　(2)×　(3)×　(4)×　(5)×　
(6)×　(7)√　(8)×　(9)×
关键能力提升
1.C　氯化钠是离子化合物,其电子式是 ,A项错误;镓元素的原子序数为31,其基态原子的电子排布式为[Ar]3d104s24p1,B项错误;p能级电子云轮廓图是哑铃状的,C项正确;基态铬原子的价层电子轨道表示式是,D项错误。
2.(1)①1s22s22p3　②
③5　④3
(2)①1s22s22p63s23p5(或[Ne]3s23p5)　
②　③9　④1
(3)①1s22s22p63s23p63d104s1(或[Ar]3d104s1)　
②　③15　④1
(4)①1s22s22p63s23p63d104s24p6(或[Ar]3d104s24p6)　
② 　③18　④0
3.【答案】 (1)9
(2)3d24s2　12　22
(3)4　洪特规则
(4)15
【解析】 (1)基态F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的核外电子排布式为[Ar]3d24s2,价层电子排布式为3d24s2;s轨道有1种空间运动状态,p轨道有3种空间运动状态,d轨道有5种空间运动状态,3d轨道只有2个电子,有2种空间运动状态,因此基态Ti的核外电子的空间运动状态有12种;核外有22个电子,共有22种运动状态。
(4)基态Cu的核外电子排布式为[Ar]3d104s1,基态Cu核外的填充原子轨道数与其核外电子空间运动状态数相等,则基态Cu的核外电子的空间运动状态有1+1+3+1+3+5+1=15(种)。
4.【答案】 (1)2∶1
(2)1　4d25s2　3
(3)4
(4)3∶1　
(5)
【解析】 (2)Ti的电子排布式为[Ar]3d24s2,Ti3+的电子排布式为[Ar]3d1,其未成对电子数是1,与Ti同族相邻的元素Zr的基态原子的价层电子排布式为4d25s2,基态Ti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。
(4)基态铬原子价层电子排布式为3d54s1,核外有 6个未成对电子,基态镍原子价层电子排布式为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。
5.(1)H　C　N　O
(2)①N　
②Cu　1s22s22p63s23p63d104s1(或[Ar]3d104s1)
真题验收
1.【答案】 (1)√　(2)×　(3)√　(4)√　(5)√　(6)√　(7)×
【解析】 (1)锑(Sb)位于第五周期第ⅤA族,则根据元素在周期表中位置与原子结构关系可知,其基态原子价层电子排布式是5s25p3,正确。
(2)K能层只有1个能级1s,不存在1p能级,错误。
(3)在一个原子轨道里,最多只能容纳2个电子,它们的自旋相反,这个原理被称为泡利原理,正确。
(4)原子光谱是不连续的线状谱线,说明原子的能级是不连续的,即原子的能级是量子化的,正确。
(5)Ni的原子序数为28,位于第四周期第Ⅷ族,基态镍原子价层电子排布式为3d84s2,正确。
(6)根据原子核外电子排布规律,基态氩原子的电子排布方式只有1s22s22p63s23p6一种,正确。
(7)Ge的原子序数为32,基态Ge的简化电子排布式为 [Ar]3d104s24p2,错误。
2.B　Ca2+和Cl-的核外电子数都是18,最外层电子排布图均为,A正确;PH3中磷原子和每个氢原子共用一对电子,中心原子磷原子价层电子对数为3+×(5-3×1)=4,孤电子对数为1,PH3的电子式为,B错误;1个 CH2CHCH2CH2CH3分子中存在1个碳碳双键,位于1号碳原子与2号碳原子之间,存在 3个碳碳单键,无支链,且氢原子半径小于碳原子半径,其分子结构模型表示为,C正确CC和C是质子数相同、中子数不同的碳原子,是碳元素的不同核素,互为同位素,D正确。
3.A　41Ca的质量数为41,质子数为20,所以中子数为41-20=21,A正确;41Ca的半衰期长短与得失电子能力没有关系,B错误;根据题意,41Ca衰变一半所需的时间要大于14C衰变一半所需的时间,C错误;从Ca原子束流中直接俘获 41Ca原子的过程没有新物质产生,不属于化学变化,D错误。
4.C　HClO分子中O与H、Cl分别形成共价键,每个原子最外层均达到稳定结构,A正确;氧原子质子数为8,则中子数为10的氧原子的质量数为10+8=18,其原子表示为O,B正确;根据VSEPR模型计算,NH3分子中有1个孤电子对,N还连接3个氢原子,因此NH3分子的VSEPR模型为四面体形,C错误,基态氮原子的价层电子排布式为2s22p3,其价层电子排布图为,D正确。
5.(1)3d104s1
(2)3d34s2
(3)
(4)3s23p4
(5)3d64s2
(6)2s22p3
(7)
(8)1s22s22p4(或[He]2s22p4)　2
(9)ad　d
(10)1∶2(或2∶1)
(
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原子结构
第1讲
1.认识原子结构,了解原子结构相关粒子的数目关系;知道元素、核素、同位素的含义。
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。
1.原子的构成
(1)构成粒子及作用。
核素
元素
化学
(2)粒子之间的数量关系。
①原子中:质子数(Z)=核电荷数= ;
②质量数(A)= (Z)+ (N);
③阳离子的核外电子数=质子数- ;
④阴离子的核外电子数=质子数+ 。
核外电子数
质子数
中子数
阳离子所带电荷数
阴离子所带电荷数
(3)粒子符号中各数字的含义。
质量
质子
2.元素、核素、同位素
(1)元素、核素、同位素的关系。
质子数
质子
中子
质子数
中子数
(2)同位素的特征。
①同位素之间的“六同”“三不同”。
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同位素之间的转化,既不是物理变化也不是化学变化,是核反应。
(3)氢元素的三种核素。
氕
D
氘
T
氚
(4)几种重要核素的用途。
[理解·辨析] 判断正误
(1)一种元素可能有多种核素,也可能只有一种核素,有多少种核素就有多少种原子。(　 　)
(2)14C可用于文物的年代鉴定,14C与12C互为同素异形体。(　 　)
(3)核外电子数相同的粒子,其质子数一定相同。(　 　)
√
×
×
(6)所有原子核内一定都有质子和中子。(　 　)
(7)质量数就是元素的相对原子质量。(　 　)
×
√
×
×
一、原子结构中“粒子数”的确定
D
【解析】 该原子的质子数为92,故A正确;该原子的质量数为214,质子数为92,则中子数=214-92=122,故B正确;该原子的质子数为92,其核外电子数=质子数=92,故C正确;该过程为核变化,既不属于物理变化,也不属于化学变化,故D不正确。
二、“三素”“四同”概念辨析
3.(2024·浙江杭州模拟)下列说法不正确的是(　　)
[B] 石墨烯和丙烯互为同系物
[C] 氧气和臭氧互为同素异形体
[D] 乙酸甲酯和甲酸乙酯互为同分异构体
B
核素
同位素
(2)互为同素异形体的粒子是　　　 　。
30
24
(4)上述9种粒子中有　　　　种核素,含有　　　　种元素。
7
5
练后归纳
同位素、同素异形体、同分异构体、同系物的比较
概念 比较
定义 比较 对象 特征
同位素 质子数相同、中子数不同的核素(原子)互称为同位素 核素 (原子) 物理性质不同,化学性质相同
同素 异形体 同一元素组成的不同单质 单质 结构或组成不同
同分 异构体 分子式相同,结构不同的化合物互称为同分异构体 化合物 分子 绝大多数为有机物分子
同系物 结构相似,分子组成上相差若干个CH2原子团的有机物 化合物 分子 结构相似,性质相似
三、核反应方程式的分析
B
B
1.核外电子运动状态的量子力学模型
(1)能层与能级。
核外电子按能量不同分成能层,同一能层的电子,根据能量差异还被分成不同能级。
(2)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。
(3)原子核外能层、能级、原子轨道之间的关系。
能层(n) 一 二 三 四
能层符号
能级符号
各能级原 子轨道数
各能层原 子轨道数
最多容纳 电子数
K
L
M
N
1s
2s
2p
3s
3p
3d
4s
4p
4d
4f
1
1
3
1
3
5
1
3
5
7
1
4
9
16
2
8
18
32
[示例] 预测第五电子层上有　 个原子轨道,最多能容纳的电子数是　　　　。
25
50
(4)电子云与原子轨道能量比较。
①概念:核外电子的概率密度分布看起来像一片云雾,因而被形象地称作电子云。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。
②原子轨道的形状、数目及能量关系。
能级符号 ns np nd nf
轨道形状 形 形 — —
轨道数目
轨道能量 a.相同能层上的原子轨道:ns球
哑铃
1
3
5
7
(5)电子的自旋。
每个原子轨道上的两个电子其运动状态是不同的,量子化学用自旋来描述这种差异,书写时用上下箭头(↑和↓)表示自旋 的电子。
2.基态与激发态、原子光谱
(1)基态原子:处于 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。
相反
最低
(2)原子光谱。
①意义:不同元素原子的电子发生跃迁时会 或 不同频率的光,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。
②分类及其特征:吸收光谱为明亮背景的暗色谱线;发射光谱为暗色背景的明亮谱线。
吸收
释放
③应用:利用原子光谱上的特征谱线可以鉴定元素,称为光谱分析。
吸收
发射
3.基态原子的核外电子排布
(1)排布原则。
能量最低原理 原子核外电子总是尽可能地占据能量最低的原子轨道,使整个原子的能量最低
泡利原理(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,它们的自旋相反(不同)
洪特规则 基态原子中,填入简并轨道的电子总是先单独分占,且自旋平行(相同)
(2)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)、全空(p0、d0、f0)时,原子的能量最低,如24Cr 的电子排布式为[Ar]3d54s1,29Cu 的电子排布式为[Ar]3d104s1。
(3)核外电子的填充顺序——构造原理。
以光谱学事实为基础,从氢开始,随核电荷数递增,新增电子填入能级的顺序称为构造原理。
(4)核外电子的表示方法。
表示方法 示例
原子结构示意图 P:
电子排布式 Cr:
简化电子排布式 Cu:
价层电子排布式 Fe:
轨道表示式 (又称电子排布图) O:
1s22s22p63s23p63d54s1
[Ar]3d104s1
3d64s2
[理解·辨析] 判断正误
(1)某原子M层上的电子数一定比L层上的电子数多。(　 　)
(2)2p和3p轨道形状均为哑铃形,能量也相等。(　 　)
(3)p能级电子的能量一定比s能级电子的能量高。(　 　)
(4)基态原子电子能量的高低顺序为E(1s)(　 　)
×
×
×
×
(5)同一原子中,2p、3p、4p能级的轨道数依次增多。(　 　)
(6)22Ti的电子排布式1s22s22p63s23p10违反了能量最低原理。(　 　)
(7)1s22s12p1表示的是激发态原子的电子排布。(　 　)
(8)Ga基态原子的简化电子排布式为[Ar]3d104s24p1,价层电子排布式为3d104s24p1。(　 　)
(9)硅原子核外电子的空间运动状态有14种。(　 　)
×
×
√
×
×
一、“化学用语”的规范使用
1.下列化学用语或图示表达正确的是(　　)
C
2.写出下列基态原子或离子的①电子排布式、②价层电子轨道表示式、
③电子占据的原子轨道数、④未成对电子数。
(1)N:①　　　　　　　,②　　　　　　　　,③　　　　,④　　　　。
(2)Cl:①　 　　　　　　　,②　　　　　　　　　　　　,
③　　　　,④　　　　。
(3)Cu:①　 　　　　　 　　,②　　　　　　　　　　,③　　　　,④　　　　。
(4)Br-:①　　　　　　 　　,②　　　 　,
③　　　　,④　　　　。
1s22s22p3
5　
3
1s22s22p63s23p5(或[Ne]3s23p5)　
9
1
1s22s22p63s23p63d104s1(或[Ar]3d104s1)　
15
1
1s22s22p63s23p63d104s24p6(或[Ar]3d104s24p6)
18
0
二、核外电子排布规律的应用
3.判断电子的运动状态。
(1)(2021·山东卷)基态F的核外电子的运动状态有　　　　种。
9
【解析】 (1)基态F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)基态钛原子的价层电子排布式为　　　　,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。
3d24s2
12
22
【解析】 (2)基态Ti的核外电子排布式为[Ar]3d24s2,价层电子排布式为3d24s2;s轨道有1种空间运动状态,p轨道有3种空间运动状态,d轨道有5种空间运动状态,3d轨道只有2个电子,有2种空间运动状态,因此基态Ti的核外电子的空间运动状态有12种;核外有22个电子,共有22种运动状态。
4
【解析】 (4)基态Cu的核外电子排布式为[Ar]3d104s1,基态Cu核外的填充原子轨道数与其核外电子空间运动状态数相等,则基态Cu的核外电子的空间运动状态有1+1+3+1+3+5+1=15(种)。
洪特规则
(4)基态Cu的核外电子的空间运动状态有　　　　种。
15
练后归纳
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(包括电子自旋)。
空间运动状态与核外电子填充原子轨道的数目相等(不包括电子自旋)。
4.计算原子中未成对电子数目。
(1)(2021·福建卷)基态C的成对电子数与未成对电子数之比为　　　　。
2∶1
(2)基态Ti3+中未成对电子有　　　　个;与Ti同族相邻的元素Zr的基态原子价层电子排布式为　　　　。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。
1
4d25s2
3
【解析】 (2)Ti的电子排布式为[Ar]3d24s2,Ti3+的电子排布式为[Ar]3d1,其未成对电子数是1,与Ti同族相邻的元素Zr的基态原子的价层电子排布式为4d25s2,基态Ti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)血红蛋白中的铁处于基态时,其最高能级中的单电子数为　　　　。
4
【解析】 (4)基态铬原子价层电子排布式为3d54s1,核外有 6个未成对电子,基态镍原子价层电子排布式为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。
(4)Cr与Ni的基态原子核外未成对电子数之比为　　　　。
3∶1　
(5)第四周期中未成对电子数最多的基态原子的价层电子轨道表示式为
　　　 　。
5.利用原子核外电子排布规律进行元素推断。
(1)A、B、C、D四种元素,它们原子的核电荷数均小于18,且依次增大。A原子核外电子运动状态只有1种,B原子的电子总数与D原子的最外层电子数相等,A原子与B原子的最外层电子数之和与C原子的最外层电子数相等,D原子的最外层电子数是次外层电子数的3倍。试推断它们各是什么元素,并写出其元素符号。
A　　　;B　　　;C　　　;D　　　。
H
C
N
O
(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　　　　;其基态原子价层电子的轨道表示式为　　　　　　 　　。
②F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,
F的元素符号为　　　　 ,其基态原子的核外电子排布式为
　　　　　　　　　　 　　。
N
Cu
1s22s22p63s23p63d104s1(或[Ar]3d104s1)
1.判断正误。
(1)(2024·贵州卷)锑(Sb)位于第五周期第ⅤA族,则其基态原子价层电子排布式是5s25p3。(　　)
√
【解析】 (1)锑(Sb)位于第五周期第ⅤA族,则根据元素在周期表中位置与原子结构关系可知,其基态原子价层电子排布式是5s25p3,正确。
【解析】(2)K能层只有1个能级1s,不存在1p能级,错误。
×
(3)(2024·湖北卷)泡利原理认为一个原子轨道内最多只能容纳两个自旋相反的电子。(　　)
【解析】 (3)在一个原子轨道里,最多只能容纳2个电子,它们的自旋相反,这个原理被称为泡利原理,正确。
√
【解析】 (4)原子光谱是不连续的线状谱线,说明原子的能级是不连续的,即原子的能级是量子化的,正确。
(5)(2024·安徽卷)基态镍原子价层电子排布式为3d84s2。(　　)
【解析】 (5)Ni的原子序数为28,位于第四周期第Ⅷ族,基态镍原子价层电子排布式为3d84s2,正确。
√
(4)(2024·河北卷)原子光谱是不连续的线状谱线是因为原子的能级是量子化的。(　　)
√
【解析】 (6)根据原子核外电子排布规律,基态氩原子的电子排布方式只有1s22s22p63s23p6一种,正确。
(7)(2024·浙江6月选考)Ge的基态原子简化电子排布式为[Ar]4s24p2。(　　)
【解析】 (7)Ge的原子序数为32,基态Ge的简化电子排布式为[Ar]3d104s24p2,错误。
×
(6)(2024·浙江6月选考)Ar的基态原子电子排布方式只有一种。(　　)
√
2.(2024·甘肃卷,2)下列化学用语表述错误的是(　　)
B
3.(2024·北京卷,1)我国科研人员利用激光操控方法,从Ca原子束流中直接俘获41Ca原子,实现了对同位素41Ca的灵敏检测。41Ca的半衰期(放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间)长达10万年,是14C的17倍,可应用于地球科学与考古学。下列说法正确的是(　　)
[A] 41Ca的原子核内有21个中子
[B] 41Ca的半衰期长,说明41Ca难以失去电子
[C] 41Ca衰变一半所需的时间小于14C衰变一半所需的时间
[D] 从Ca原子束流中直接俘获41Ca原子的过程属于化学变化
A
【解析】 41Ca的质量数为41,质子数为20,所以中子数为41-20=21,A正确;
41Ca的半衰期长短与得失电子能力没有关系,B错误;根据题意,41Ca衰变一半所需的时间要大于14C衰变一半所需的时间,C错误;从Ca原子束流中直接俘获41Ca原子的过程没有新物质产生,不属于化学变化,D错误。
4.(2023·湖南卷,2)下列化学用语表述错误的是(　　)
C
5.按要求完成下列各题。
(1)(2024·湖南卷)Cu属于ds区元素,其基态原子的价层电子排布式为
　　　　。
(2)(2024·河北卷)钒原子的价层电子排布式为　　　 　。
(3)(2024·湖北卷)基态Be2+的轨道表示式为　　　　。
(4)(2023·北京卷)基态硫原子的价层电子排布式为　　　　。
(5)(2023·全国乙卷)基态铁原子的价层电子排布式为　　　　。
3d104s1
3d34s2
3s23p4
3d64s2
(6)(2023·浙江6月选考)基态氮原子的价层电子排布式是　　　　。

(7)(2023·广东卷)基态Fe2+的3d电子轨道表示式为　　　　　　　　　。
(8)(2022·海南卷)基态氧原子的电子排布式为　　　 　,其中未成对电子有　　　　个。
2s22p3
1s22s22p4(或[He]2s22p4)
2
(9)(2022·全国乙卷)氟原子激发态的电子排布式有　　　　(填字母,下同),其中能量较高的是　　　　。
a.1s22s22p43s1 b.1s22s22p43d2
c.1s22s12p5 d.1s22s22p33p2
(10)(2022·河北卷)基态硫原子的价层电子中,两种自旋状态的电子数之比为　　　 　。
ad
d
1∶2(或2∶1)
课时作业20　原子结构
(时间:30分钟　满分:90分)
一、选择题(共12小题,每小题5分,共60分)
1.下列说法正确的是(　　)
[A] 基态原子吸收能量只能变成一种激发态
[B] 某原子的电子排布式为1s22s22p63s23p64s1,其表示的是基态原子的电子排布
[C] 日常生活中我们看到的许多可见光,如霓虹灯光、节日焰火,是原子核外电子发生跃迁吸收能量导致的
[D] 电子仅从激发态跃迁到基态时才会产生原子光谱
B
【解析】 基态原子吸收不同的能量能变成不同的激发态,A错误;根据构造原理,原子的电子排布式为1s22s22p63s23p64s1,其表示的是基态钾原子的电子排布,B正确;光是电子跃迁释放能量的重要形式,不同元素的原子中电子发生跃迁时吸收或放出的能量是不同的,霓虹灯光、节日焰火等都与原子核外电子跃迁释放能量有关,而不是吸收能量导致的,C错误;原子光谱有两种,电子从基态跃迁到激发态时产生吸收光谱,电子从较高能级跃迁到较低能级时产生发射光谱,D错误。
2.(2025·云南高考适应性考试)下列化学用语或图示表达正确的是(　　)
D
3.(2025·陕晋青宁高考适应性考试)下列化学用语表示正确的是(　　)
D
4.(2025·内蒙古高考适应性考试)下列化学用语或表述正确的是(　　)
[B] 209Bi和210Bi:互为同素异形体
[C] CH4的空间结构:正方形
[D] 基态Fe2+的价电子排布式:3d54s1
A
B
6.某元素的一种核素X的原子质量数为A,含N个中子,它与1H组成HmX分子,
a g HmX中所含质子的物质的量是(　　)
A
7.以下列出的是一些基态原子的2p轨道和3d轨道中电子排布的情况,违背洪特规则的是(　　)
[A] ①②③ [B] ②④⑥
[C] ④⑤⑥ [D] ③④⑥
B
【解析】 洪特规则是指基态原子中填入简并轨道的电子总是优先单独分占,且自旋平行。泡利原理是指在一个原子轨道里,最多容纳2个电子,且自旋相反。①符合洪特规则和泡利原理,不符合题意;②违背洪特规则,符合题意;③违背泡利原理,不符合题意;④违背洪特规则,符合题意;⑤符合洪特规则和泡利原理,不符合题意;⑥违背洪特规则,符合题意;综上所述,B符合题意。
8.(2024·安徽亳州质检)元素周期表中铋元素的数据如图,下列说法不正确的是(　　)
[A] 铋原子s轨道的形状是球形,p轨道的形状是哑铃形
[B] 铋元素的相对原子质量是209.0
[C] 铋原子6p能级中6px、6py、6pz轨道上各有一个电子
[D] 铋原子最外层有5个能量相同的电子
D
【解析】 铋原子最外层6s轨道上有2个电子,6p轨道上有3个电子,但6s、6p轨道上电子能量不同,D错误。
9.下列对原子结构的描述正确的是(　　)
[A] 铁原子的价层电子排布式为3d64s2
[B] Cu的基态原子核外电子共有15种不同的运动状态
[C] S的基态原子的轨道表示式为
[D] 4f、4s、3d原子轨道的能量关系:E(4f)>E(4s)>E(3d)
A
10.现有部分元素的原子结构特点如下表:
X L层电子数是K层电子数的3倍
Y 核外电子层数等于原子序数
Z L层电子数是K层和M层电子数之和
W 共用三对电子形成双原子分子,常温下为气体单质
下列叙述正确的是(　　)
[A] W原子的结构示意图为
[B] 元素X和Y只能形成原子个数之比为1∶2的化合物
[C] 元素X比元素Z的非金属性强
[D] X、Y、Z、W四种元素不能形成离子化合物
C
11.(2024·河南郑州一模)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] Y基态原子的轨道表示式:
[C] P原子的价层电子排布式为4s1
[D] P单质分别与Z、W单质反应,产物中P的化合价一定相同
B
12.下列各组表述中,两个粒子一定不属于同种元素原子的是(　　)
[A] 3p能级有一个未成对电子的基态原子和核外电子排布式为1s22s22p63s23p1的原子
[B] M层全充满而N层为4s2的原子和核外电子排布式为1s22s22p63s23p64s2的原子
[D] 2p能级有一个空轨道的基态原子和原子的价层电子排布式为2s22p2的原子
B
二、非选择题(共2小题,共30分)
13.(16分,每空2分)回答下列问题。
(1)①基态铜原子有　　　　种不同能级的电子。
7
【解析】 (1)①基态铜原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s1,有7种不同能级的电子。
②基态氮原子中最高能级的电子的电子云轮廓图为　　　　形。
哑铃
【解析】 ②基态氮原子中最高能级的电子处于2p能级,电子云轮廓图为哑铃形。
③在空气中FeO稳定性小于Fe2O3,从电子排布的角度分析,其主要原因是

　。
Fe2+价层电子排布式为3d6,而Fe3+的价层电子排布式为3d5,为半充满稳定结构,故FeO稳定性小于Fe2O3
【解析】 ③Fe2+价层电子排布式为3d6,而Fe3+的价层电子排布式为3d5,为半充满稳定结构,故FeO稳定性小于Fe2O3。
(2)元素X位于第四周期,其基态原子有4个未成对电子,基态X2+的价层电子排布式是　　　　;X3+的价层电子排布式为　　　　。
3d6
【解析】 (2)X位于第四周期,其基态原子有4个未成对电子,该元素为Fe,基态Fe2+的价层电子排布式3d6,Fe3+的价电子排布式为3d5。
3d5
(3)M是第四周期元素,最外层只有1个电子,次外层的所有原子轨道均充满电子,M元素基态原子的电子排布式为　　　　　　　 　 　　　　,
M+的价层电子排布式为　　 ,M2+的电子排布式为
　　　　　　 　　　。
1s22s22p63s23p63d104s1(或[Ar]3d104s1)
【解析】 (3)M是第四周期元素,最外层只有1个电子,次外层的所有原子轨道均充满电子,次外层电子排布式为3s23p63d10,该元素为Cu;基态铜原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s1(或[Ar]3d104s1);Cu+的价层电子排布式为3d10;Cu2+的电子排布式为1s22s22p63s23p63d9(或[Ar]3d9)。
3d10
1s22s22p63s23p63d9(或[Ar]3d9)
14.(14分,每空2分)现有六种元素,其中W、X、Y、Z为短周期主族元素,E、F为第四周期元素,它们的原子序数依次增大。
W元素原子的核外p电子数比s电子数少3
X元素形成的物质种类繁多,其形成的一种固体单质工业上常用作切割工具
Y元素基态原子p轨道有3个未成对电子
Z原子核外所有p轨道全充满或半充满
E在该周期中未成对电子数最多
F能形成红色(或砖红色)的F2O和黑色的FO两种氧化物
根据上述信息,完成下列各题。
(1)画出W基态原子的核外电子轨道表示式:　　　　　　　　　　　　。
【解析】 W、X、Y、Z为短周期主族元素,原子序数依次增大,W元素原子的核外p电子数比s电子数少3,电子排布式为1s22s22p1,即W为B;X元素形成的物质种类繁多,其形成的一种固体单质工业上常用作切割工具,即X为C;Y元素基态原子p轨道有3个未成对电子,价层电子排布式为ns2np3,由Z原子核外所有p轨道全充满或半充满可知,其核外电子排布式为1s22s22p63s23p3,即Z为P,结合原子序数可知,Y元素原子的价层电子排布式为2s22p3,即Y为N;E在该周期中未成对电子数最多,又因为E为第四周期元素,第四周期元素中未成对电子数最多的原子应该是3d能级容纳5个电子、4s能级容纳1个电子,其价层电子排布式为3d54s1,即E为Cr;F能形成红色(或砖红色)的F2O和黑色的FO两种氧化物,即F为Cu。
(1)W为B,基态硼原子的电子排布式为1s22s22p1,其核外电子轨道表示式为 。
洪特规则
【解析】 (2)X为C,基态碳原子的核外电子排布式为1s22s22p2,由洪特规则可知,基态原子中,填入简并轨道的电子总是先单独分占,且自旋状态相同,故题给基态原子的核外电子轨道表示式违反了洪特规则。
3
【解析】 (3)Z为P,基态磷原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p3,3p能级上电子能量最高,3p电子云在空间有3个伸展方向,呈哑铃形。
(3)Z基态原子中能量最高的电子,其电子云在空间有　　　　个伸展方向,呈　　　　形。
哑铃
1s22s22p3
【解析】 (4)Y为N,氮原子的电子排布式为1s22s22p3;E为Cr,铬原子的简化电子排布式为[Ar]3d54s1。
(4)Y原子的电子排布式为　　　　　 　;E原子的简化电子排布式为
　　　　　　。
[Ar]3d54s1
3d104s1
【解析】 (5)F为Cu,铜原子的简化电子排布式为 [Ar]3d104s1,其价层电子排布式为3d104s1。
(5)写出F元素原子的价层电子排布式:　　　　　　　　　　。 课时作业20　原子结构
(时间:30分钟　满分:90分)
一、选择题(共12小题,每小题5分,共60分)
1.下列说法正确的是(　　)
[A] 基态原子吸收能量只能变成一种激发态
[B] 某原子的电子排布式为1s22s22p63s23p64s1,其表示的是基态原子的电子排布
[C] 日常生活中我们看到的许多可见光,如霓虹灯光、节日焰火,是原子核外电子发生跃迁吸收能量导致的
[D] 电子仅从激发态跃迁到基态时才会产生原子光谱
2.(2025·云南高考适应性考试)下列化学用语或图示表达正确的是(　　)
[A] 氢元素的3种核素HHH
[B] Ca(OH)2溶于水的电离方程式:Ca(OH)2Ca2++2OH-
[C] 基态铬原子的价层电子轨道表示式:
[D] 淀粉水解生成葡萄糖的化学方程式:(C6H10O5)n(淀粉)+nH2OnCH2OH(CHOH)4CHO
3.(2025·陕晋青宁高考适应性考试)下列化学用语表示正确的是(　　)
[A] 氯化氢的电子式:H+]-
[B] CO2和SO2的VSEPR模型均为
[C] 基态铬原子价层电子的轨道表示式:
[D] 中子数为20的氯原子的核素符号Cl
4.(2025·内蒙古高考适应性考试)下列化学用语或表述正确的是(　　)
[A] Na2O2电子式:Na+]2-Na+
[B] 209Bi和210Bi:互为同素异形体
[C] CH4的空间结构:正方形
[D] 基态Fe2+的价电子排布式:3d54s1
5.(2024·河北张家口检测)科学家以钙离子撞击Cf(锎),产生了一种超重元素Og,其反应可表示为 CfOg+n。下列说法正确的是(　　)
[A] 钙离子的电子式为]2+
[B] Cf与Og的中子数相差25
[C] 1个n与1个12C的质量之比约为1∶1
[D] Ca与Ca互为同素异形体
6.某元素的一种核素X的原子质量数为A,含N个中子,它与1H组成HmX分子,a g HmX中所含质子的物质的量是(　　)
[A] mol [B] mol
[C] mol [D] mol
7.以下列出的是一些基态原子的2p轨道和3d轨道中电子排布的情况,违背洪特规则的是(　　)
[A] ①②③ [B] ②④⑥
[C] ④⑤⑥ [D] ③④⑥
8.(2024·安徽亳州质检)元素周期表中铋元素的数据如图,下列说法不正确的是(　　)
[A] 铋原子s轨道的形状是球形,p轨道的形状是哑铃形
[B] 铋元素的相对原子质量是209.0
[C] 铋原子6p能级中6px、6py、6pz轨道上各有一个电子
[D] 铋原子最外层有5个能量相同的电子
9.下列对原子结构的描述正确的是(　　)
[A] 铁原子的价层电子排布式为3d64s2
[B] Cu的基态原子核外电子共有15种不同的运动状态
[C] S的基态原子的轨道表示式为
[D] 4f、4s、3d原子轨道的能量关系:E(4f)>E(4s)>E(3d)
10.现有部分元素的原子结构特点如下表:
X L层电子数是K层电子数的3倍
Y 核外电子层数等于原子序数
Z L层电子数是K层和M层电子数之和
W 共用三对电子形成双原子分子,常温下为气体单质
下列叙述正确的是(　　)
[A] W原子的结构示意图为
[B] 元素X和Y只能形成原子个数之比为1∶2的化合物
[C] 元素X比元素Z的非金属性强
[D] X、Y、Z、W四种元素不能形成离子化合物
11.(2024·河南郑州一模)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] Y基态原子的轨道表示式:
[C] P原子的价层电子排布式为4s1
[D] P单质分别与Z、W单质反应,产物中P的化合价一定相同
12.下列各组表述中,两个粒子一定不属于同种元素原子的是(　　)
[A] 3p能级有一个未成对电子的基态原子和核外电子排布式为1s22s22p63s23p1的原子
[B] M层全充满而N层为4s2的原子和核外电子排布式为1s22s22p63s23p64s2的原子
[C] 最外层电子数是核外电子总数的的原子和价层电子排布式为3s23p3的原子
[D] 2p能级有一个空轨道的基态原子和原子的价层电子排布式为2s22p2的原子
二、非选择题(共2小题,共30分)
13.(16分,每空2分)回答下列问题。
(1)①基态铜原子有　　　　种不同能级的电子。
②基态氮原子中最高能级的电子的电子云轮廓图为　　　　形。
③在空气中FeO稳定性小于Fe2O3,从电子排布的角度分析,其主要原因是 　。
(2)元素X位于第四周期,其基态原子有4个未成对电子,基态X2+的价层电子排布式是　　　　;X3+的价层电子排布式为　　　　。
(3)M是第四周期元素,最外层只有1个电子,次外层的所有原子轨道均充满电子,M元素基态原子的电子排布式为　　　　　　　　　　　　,M+的价层电子排布式为　　　　,M2+的电子排布式为　　　　　　　　　　　　。
14.(14分,每空2分)现有六种元素,其中W、X、Y、Z为短周期主族元素,E、F为第四周期元素,它们的原子序数依次增大。
W元素原子的核外p电子数比s电子数少3
X元素形成的物质种类繁多,其形成的一种固体单质工业上常用作切割工具
Y元素基态原子p轨道有3个未成对电子
Z原子核外所有p轨道全充满或半充满
E在该周期中未成对电子数最多
F能形成红色(或砖红色)的F2O和黑色的FO两种氧化物
根据上述信息,完成下列各题。
(1)画出W基态原子的核外电子轨道表示式:　　　　　　　　　　　　。
(2)X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)Z基态原子中能量最高的电子,其电子云在空间有　　　　个伸展方向,呈　　　　形。
(4)Y原子的电子排布式为　　　　　　;E原子的简化电子排布式为　　　　　　。
(5)写出F元素原子的价层电子排布式:　　　　　　　　　　。
课时作业20　原子结构
1.B　基态原子吸收不同的能量能变成不同的激发态,A错误;根据构造原理,原子的电子排布式为1s22s22p63s23p64s1,其表示的是基态钾原子的电子排布,B正确;光是电子跃迁释放能量的重要形式,不同元素的原子中电子发生跃迁时吸收或放出的能量是不同的,霓虹灯光、节日焰火等都与原子核外电子跃迁释放能量有关,而不是吸收能量导致的,C错误;原子光谱有两种,电子从基态跃迁到激发态时产生吸收光谱,电子从较高能级跃迁到较低能级时产生发射光谱,D错误。
2.D　氢元素的3种核素分别为HHH,A项错误;Ca(OH)2是强碱,在水溶液中完全电离,电离方程式为Ca(OH)2Ca2++2OH-,B项错误;基态铬原子的电子排布式为 [Ar]3d54s1,价层电子排布式为3d54s1,价层电子轨道表示式为,C项错误;淀粉水解生成葡萄糖,化学方程式为(C6H10O5)n(淀粉)+nH2OnCH2OH(CHOH)4CHO,D项正确。
3.D　氯化氢是共价化合物,其电子式为,A错误;二氧化碳中心原子C的价层电子对数是2,没有孤电子对,则其VSEPR模型是直线形,B错误;Cr是24号元素,基态铬原子价层电子排布式为3d54s1,价层电子的轨道表示式为,C错误;中子数为20的氯原子的质量数为37,可表示为Cl,D正确。
4.A　Na2O2是由Na+和构成的离子化合物,电子式为,A正确;209Bi 和210Bi的质子数相同,而中子数不同,属于同一种元素的不同的原子,互为同位素,B错误;CH4的价层电子对数为4+=4,其空间结构为正四面体形,C错误;Fe为26号元素,基态Fe的价电子排布式为3d64s2,形成阳离子时,从最外层开始失电子,因此基态Fe2+的价电子排布式为3d6,D错误。
5.B　钙离子的电子式为Ca2+,故A错误Cf的中子数为249-98=151Og的中子数为 294-118=176,二者中子数相差176-151=25,故B正确n的质量数为1,12C的质量数为12,则 1个 n与1个12C的质量之比约为1∶12,故C错误Ca与Ca质子数相同,中子数不同,互为同位素,故D错误。
6.A　HmX的摩尔质量为(A+m) g/mol,a g HmX 的物质的量为 mol;X原子的质量数为A,含N个中子,则质子数为A-N,所以a g HmX中含质子的物质的量为 mol×(A-N+
m)= mol,A正确。
7.B　洪特规则是指基态原子中填入简并轨道的电子总是优先单独分占,且自旋平行。泡利原理是指在一个原子轨道里,最多容纳2个电子,且自旋相反。①符合洪特规则和泡利原理,不符合题意;②违背洪特规则,符合题意;③违背泡利原理,不符合题意;④违背洪特规则,符合题意;⑤符合洪特规则和泡利原理,不符合题意;⑥违背洪特规则,符合题意;综上所述,B符合题意。
8.D　铋原子最外层6s轨道上有2个电子,6p轨道上有3个电子,但6s、6p轨道上电子能量不同,D错误。
9.A　Fe的原子序数为26,电子排布式为 [Ar]3d64s2,因此基态铁原子的价层电子排布式为3d64s2,故A正确;Cu的原子序数为29,原子核外有29个电子,所以基态铜原子核外电子共有29种不同的运动状态,故B错误;基态硫原子的轨道表示式为,故C错误;由原子轨道能量的高低顺序1s<2s<2p<3s<3p<4s<3d<4p<5s<4d<5p<6s<4f…… 可知,4f、4s、3d原子轨道的能量关系为 E(4f)>E(3d)>E(4s),故D错误。
10.C　由L层电子数是K层电子数的3倍知,X为O;由核外电子层数等于原子序数知,Y为H;由L层电子数是K层和M层电子数之和知,K、L、M电子层分别含有2、8、6个电子,则Z为S;共用三对电子形成双原子分子,常温下为气体单质的是N2,则W为N。氮原子的结构示意图为,A错误;O和H能形成H2O和H2O2两种化合物,B错误;O的非金属性大于S的,C正确;题中四种元素可以形成NH4HSO4、(NH4)2SO4等离子化合物,D错误。
11.B　X基态原子核外只有三个能级,且各能级电子数相等,为1s22s22p2,为C,Z原子的核外电子有8种运动状态,Z为O,Y为N,Z与W元素位于同一族,W为S,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,为Cu。X为C,最外层有2个未成对电子,A错误;Y为N,基态氮原子的轨道表示式为 ,B正确;P为Cu,价层电子排布式为3d104s1,C错误;Cu和O2反应生成CuO,Cu为+2价,Cu和S反应生成Cu2S,Cu为+1价,D错误。
12.B　3p能级有一个未成对电子的基态原子,该原子3p能级有1个电子或5个电子,核外电子排布式为1s22s22p63s23p1或1s22s22p63s23p5,与核外电子排布式为1s22s22p63s23p1的原子核外电子排布可能相同,可能属于同种元素的原子,故A不符合题意;M层全充满而N层为4s2的原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s2,与核外电子排布式为1s22s22p63s23p64s2的原子核外电子排布不相同,不属于同种元素的原子,故B符合题意;最外层电子数是核外电子总数的的原子,若最外层电子数为1,则核外电子总数为3,电子排布式为1s22s1,若最外层电子数为5,则核外电子总数为15,电子排布式为1s22s22p63s23p3,故可能与价层电子排布式为3s23p3的原子属于同种元素的原子,故C不符合题意;2p能级有一个空轨道的基态原子,其2p能级有2个电子,价层电子排布式为2s22p2,与原子的价层电子排布式为2s22p2的原子为同种原子,故D不符合题意。
13.【答案】 (1)①7　②哑铃　③Fe2+价层电子排布式为3d6,而Fe3+的价层电子排布式为3d5,为半充满稳定结构,故FeO稳定性小于Fe2O3
(2)3d6　3d5
(3)1s22s22p63s23p63d104s1(或[Ar]3d104s1)　3d10　1s22s22p63s23p63d9(或[Ar]3d9)
【解析】 (1)①基态铜原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s1,有7种不同能级的电子。②基态氮原子中最高能级的电子处于2p能级,电子云轮廓图为哑铃形。③Fe2+价层电子排布式为3d6,而Fe3+的价层电子排布式为3d5,为半充满稳定结构,故FeO稳定性小于Fe2O3。
(2)X位于第四周期,其基态原子有4个未成对电子,该元素为Fe,基态Fe2+的价层电子排布式3d6,Fe3+的价电子排布式为3d5。
(3)M是第四周期元素,最外层只有1个电子,次外层的所有原子轨道均充满电子,次外层电子排布式为3s23p63d10,该元素为Cu;基态铜原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s1(或[Ar]3d104s1);Cu+的价层电子排布式为3d10;Cu2+的电子排布式为1s22s22p63s23p63d9(或[Ar]3d9)。
14.【答案】 (1)
(2)洪特规则
(3)3　哑铃
(4)1s22s22p3　[Ar]3d54s1
(5)3d104s1
【解析】 W、X、Y、Z为短周期主族元素,原子序数依次增大,W元素原子的核外p电子数比s电子数少3,电子排布式为1s22s22p1,即W为B;X元素形成的物质种类繁多,其形成的一种固体单质工业上常用作切割工具,即X为C;Y元素基态原子p轨道有3个未成对电子,价层电子排布式为ns2np3,由Z原子核外所有p轨道全充满或半充满可知,其核外电子排布式为1s22s22p63s23p3,即Z为P,结合原子序数可知,Y元素原子的价层电子排布式为2s22p3,即Y为N;E在该周期中未成对电子数最多,又因为E为第四周期元素,第四周期元素中未成对电子数最多的原子应该是3d能级容纳5个电子、4s能级容纳1个电子,其价层电子排布式为3d54s1,即E为Cr;F能形成红色(或砖红色)的F2O和黑色的FO两种氧化物,即F为Cu。
(1)W为B,基态硼原子的电子排布式为1s22s22p1,其核外电子轨道表示式为。
(2)X为C,基态碳原子的核外电子排布式为1s22s22p2,由洪特规则可知,基态原子中,填入简并轨道的电子总是先单独分占,且自旋状态相同,故题给基态原子的核外电子轨道表示式违反了洪特规则。
(3)Z为P,基态磷原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p3,3p能级上电子能量最高,3p电子云在空间有3个伸展方向,呈哑铃形。
(4)Y为N,氮原子的电子排布式为1s22s22p3;E为Cr,铬原子的简化电子排布式为[Ar]3d54s1。
(5)F为Cu,铜原子的简化电子排布式为 [Ar]3d104s1,其价层电子排布式为3d104s1。
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