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第六章　物质结构与性质
第26讲　原子结构　核外电子排布
化学
内容索引
考点一　原子结构
考点二　核外电子排布
第一部分
第二部分
必备知识整合
01
对点题组突破
02
课时作业
第四部分
必备知识整合
01
对点题组突破
02
高考真题演练
第三部分
1．认识原子结构，知道元素、核素的含义，了解原子核外电子的排布。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
第
分
部
一
1．原子的构成
(1)构成原子的粒子及作用
①中子数与质子数共同决定____种类。
②质子数（即核电荷数）决定____种类。
③最外层电子数决定主族元素的____性质。
必备知识整合
核素
元素
化学
(2)粒子间的数量关系
①阳离子的核外电子数＝______－所带电荷数。
②阴离子的核外电子数＝______＋所带电荷数。
质子数
质子数
中子
质子
(3)粒子符号周围数字的含义
质量数
质子数
2．元素、核素、同位素
(1)元素、核素、同位素的概念及关系
质子数
质子
中子
质子
中子
(2)同位素的特征
①同一元素的各种核素的______不同，______相同，化学性质____________，物理性质________。
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)氢元素的三种核素
中子数
质子数
几乎完全相同
差异较大
氕
D
氘
T
氚
(4)几种重要的核素及其应用
氢弹
正确的打“√”，错误的打“×”。
(1)所有原子核内一定都有中子。(　　)
(2)质子数相同的粒子一定属于同一种元素。(　　)
(3)质量数就是元素的相对原子质量。(　　)
(4)破坏原子结构的核裂变属于化学变化。(　　)
(5)氢的三种核素形成的单质有6种，它们物理性质有所不同，但化学性质几乎完全相同。(　　)
×
×
×
×
√
1．质量数是37的原子，可能有(　　)
A．19个质子，18个中子，20个电子
B．18个质子，19个中子，18个电子
C．19个质子，18个中子，18个电子
D．17个质子，20个中子，18个电子
对点题组突破
B
题组一　粒子数的计算
解析：19个质子，18个中子，20个电子，则质量数为19＋18＝37，质子数不等于电子数，A项不符合题意；18个质子，19个中子，18个电子，则质量数为18＋19＝37，质子数＝电子数，该粒子为原子，B项符合题意；19个质子，18个中子，18个电子，则质量数为19＋18＝37，质子数不等于电子数，该粒子为离子，C项不符合题意；17个质子，20个中子，18个电子，则质量数为17＋20＝37，质子数不等于电子数，该粒子为离子，D项不符合题意。
D
求一定质量的某物质中粒子数的思维模型
题组二　元素、核素、同位素概念辨析
B
核素
同位素
30
24
5
5
B
题组三　核反应方程式中粒子的关系及应用
A．Lr-251和Lr-253的物理性质完全相同
B．上述熔合反应为氧化还原反应
C．上述熔合反应中a＝203、b＝103
D．Lr-251核内中子数和质子数之差为47
C
解析：铹的两种核素中质子数相等，中子数不同，物理性质不完全相同，A项错误；该反应中没有元素发生化合价变化，不属于氧化还原反应，B项错误；由质子数守恒可得22＋81＝b，解得b＝103，由质量数守恒可得50＋a＝251＋2，解得a＝203，C项正确；Lr-251的中子数为251－103＝148，148－103＝45，D项错误。
考点二　核外电子排布
第
分
部
二
必备知识整合
能量
1．能层（电子层）与能级
(1)能层：根据核外电子的____不同，将核外电子分为不同的能层（电子层）。能层序号一、二、三、四、五、六、七分别用__、__、__、__、__、__、__表示。能层越高，电子的能量越__。
(2)能级：根据多电子原子的同一能层电子的能量可能不同，将它们分为不同能级。分别用相应能层的序数和字母__、__、__、__等表示。n能层的能级按能量由低到高的排列顺序为ns、np、nd、nf等。
K
L
M
N
O
P
Q
高
s
p
d
f
2．电子云与原子轨道
(1)电子云
处于一定____________的电子在原子核外空间的概率密度分布的形象化描述。用单位体积内小点的____程度表示电子在原子核外出现概率大小，小点越密，表示概率密度越__。
空间运动状态
疏密
大
球形
哑铃形
三
(2)原子轨道
①含义：量子力学把电子在原子核外的一个________状态称为一个原子轨道。
②形状：s电子的原子轨道呈__形，能层序数越大，原子轨道的半径越__；p电子的原子轨道呈____形，能层序数越大，原子轨道的半径越__。
空间运动
球
大
哑铃
大
3．基态原子的核外电子排布
(1)排布原则
最低
2
相反
平行
当能量相同的原子轨道在全满(p6、d10、f14)、半满(p3、d5、f7)和全空(p0、d0、f0)状态时，体系的能量最低，如基态24Cr原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s1，而不是1s22s22p63s23p63d44s2。
(2)填充顺序——构造原理
如图为构造原理示意图，即基态原
子核外电子在原子轨道上的排布顺
序图：
(3)表示方法
表示方法 以硫原子为例
原子结构示意图
电子排布式 ____________________
简化电子排布式 ________________
轨道表示式（电子排布图）
__________________________________
价层电子排布式 _______
1s22s22p63s23p4
[Ne]3s23p4
3s23p4
4.电子的跃迁与原子光谱
(1)基态原子：处于____________的原子。
(2)激发态原子：基态原子____能量后，它的电子会跃迁到____能级，变为激发态原子。
(3)原子光谱
①光谱的成因与分类。
最低能量状态
吸收
较高
吸收光谱
发射光谱
②光谱分析：在现代化学中，利用________上的特征谱线来鉴定元素的分析方法。
③光谱分析的应用：____________。
原子光谱
鉴定元素种类
正确的打“√”，错误的打“×”。
(1)p能级能量不一定比s能级的能量高。(　　)
(2)同一原子中，2p、3p、4p能级的轨道数依次增多。(　　)
(3)2p和3p轨道形状均为哑铃形，能量也相等。(　　)
(4)Fe的基态原子的电子排布式为1s22s22p63s23p64s23d6。(　　)
√
×
×
×
×
对点题组突破
题组一　电子排布式（图）的分析与书写
1．下列锂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）。
D
C
解析：根据核外电子排布规律可知Li的基态原子核外电子排布式为1s22s1，则D中能量最低；C中有2个电子处于2p能级上，能量最高。
2．填空。
(1)写出基态砷原子的核外电子排布式：
____________________________________________________________。
(2)基态硅原子最外层的电子排布图为

___________________________________________
(3)锌原子核外电子排布式为
___________________________________________。
1s22s22p63s23p63d104s24p3或[Ar]3d104s24p3
1s22s22p63s23p63d104s2或[Ar]3d104s2
(4)钴基态原子核外电子排布式为
______________________________________________。
(5)基态钒原子的价层电子轨道表示式为

_______________________________________ 。
(6)基态Ni2+的价层电子轨道表示式为

_______________________________________。
1s22s22p63s23p63d74s2或[Ar]3d74s2
核外电子排布常见错误
(1)在写基态原子的电子排布图时，常出现以下错误：
(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，如Fe：1s22s22p63s23p63d64s2，而失电子时，却先失4s轨道上的电子，如Fe3+：1s22s22p63s23p63d5。
题组二　电子排布规律的应用
3．判断电子的运动状态(按要求填空)。
(1)基态氟原子核外电子的运动状态有__种。
解析：基态氟原子共有9个核外电子，则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。
9
(2)基态钛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。
解析：基态钛原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d24s2，价层电子排布式为3d24s2；s轨道有一种空间运动状态，p轨道有三种空间运动状态，d轨道有五种空间运动状态，3d轨道只有两个电子，有两种空间运动状态，因此基态钛原子的核外电子的空间运动状态有12种；核外有22个电子，就有22种运动状态。
12
22
(3)基态铜原子核外电子的空间运动状态有____种。
解析：基态铜原子核外电子排布式为[Ar]3d104s1，基态铜原子核外有几个轨道，其核外电子就有几种空间运动状态，则基态铜原子核外电子的空间运动状态有1＋1＋3＋1＋3＋5＋1＝15种。
15
4．按要求填空：
(1)基态Ti3+中未成对电子数有__个；与钛同族相邻的元素锆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。
解析：Ti位于第四周期，钛基态原子未成对电子数是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。
1
4d25s2
3
(2)血红蛋白中的铁处于基态时，其最高能级中的单电子数为__。
(3)Cr与Ni的基态原子核外未成对电子数之比为______。
解析：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
3∶1
1．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；空间运动状态与核外电子填充原子轨道的数目相等。
2．原子(离子)未成对电子数目的判断
(1)根据价层电子排布式判断
设电子排布式中未充满电子的能级上的电子数为n，该能级的原子轨道数为m，则n≤m时，未成对电子数为n；n>m时，未成对电子数为2m－n。如氯原子的电子排布式为1s22s22p63s23p5，未充满电子的能级为3p能级，
有3个原子轨道，填充的电子数为5，所以未成对电子数为2×3－5＝1；铬原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s1，未充满电子的能级为3d能级和4s能级，分别有5、1个原子轨道，填充的电子数分别为5、1，所以未成对电子数为6。
(2)根据价层电子轨道表示式判断
写出题给粒子的价层电子轨道表示式即可判断未成对电子数目。
高考真题演练
第
分
部
三
×
√
×
√
×
×
√
2．(2022·北京卷)38Sr(锶)的87Sr、86Sr稳定同位素在同一地域土壤中87Sr/86Sr值不变。土壤生物中87Sr/86Sr值与土壤中87Sr/86Sr值有效相关。测定土壤生物中87Sr/86Sr值可进行产地溯源。下列说法不正确的是(　　)
A．Sr位于元素周期表中第六周期、第ⅡA族
B．可用质谱法区分87Sr和86Sr
C．87Sr和86Sr含有的中子数分别为49和48
D．同一地域产出的同种土壤生物中87Sr/86Sr值相同
A
3．(2024·浙江6月选考改编)下列有关单核粒子的描述不正确的是(　　)
A.Ar的基态原子电子排布方式只有一种
B．基态Cr2+的简化电子排布式：[Ar]3d4
C．Ge的基态原子简化电子排布式为[Ar]4s24p2
D．Fe＋的价层电子排布式为3d64s1
C
解析：根据原子核外电子排布规律，Ar的基态原子的电子排布方式只有1s22s22p63s23p6一种，A正确；基态Cr的简化电子排布式为[Ar]3d54s1，基态Cr2+的简化电子排布式为[Ar]3d4，B正确；Ge的原子序数为32，Ge的基态原子简化电子排布式为[Ar]3d104s24p2，C错误；基态铁原子的价层电子排布式为3d64s2，Fe原子变成Fe＋，优先失去4s轨道上的一个电子，D正确。
4. (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__(填字母)。
a．1s22s22p43s1 b．1s22s22p43d2
c．1s22s12p5 d．1s22s22p33p2
ad
d
解析：F的原子序数为9，其基态原子电子排布式为1s22s22p5。1s22s22p43s1为基态氟原子2p能级上的1个电子跃迁到3s能级上，属于氟原子的激发态，a正确；1s22s22p43d2，核外共10个电子，不是氟原子，b错误；1s22s12p5，核外共8个电子，不是氟原子，c错误；1s22s22p33p2为基态氟原子2p能级上的2个电子跃迁到3p能级上，属于氟原子的激发态，d正确。而同一原子3p能级的能量比3s能级的能量高，因此能量较高的是1s22s22p33p2。
5．按要求填空：
(1)(2024·河北卷)钒原子的价层电子排布式为________。
(2)(2022·湖南卷节选)基态硒原子的核外电子排布式为[Ar]_____________。
(3)(2024·湖北卷)基态Be2+的轨道表示式为________。
(4)(2024·新课标卷)Ni基态原子价层电子的轨道表示式为______________。
3d34s2
3d104s24p4
(5)(2024·北京卷)Sn位于元素周期表的第五周期第ⅣA族。将Sn的基态原子
最外层轨道表示式补充完整： 。
(6)(2024·全国甲卷)ⅣA族元素基态原子核外未成对电子数为__。
(7)(2024·山东卷)同周期中，基态原子未成对电子数比Mn多的元素是____(填元素符号)。
(8)(2020·全国Ⅰ卷节选)基态Fe2+与Fe3+离子中未成对的电子数之比为____。
2
Cr
4∶5
课时作业26
第
分
部
四
一、选择题(每小题3分，共36分。每小题只有1个选项符合题意)
1．1946年，威拉德·利比(美)发明了使用碳 14(14C)同位素进行年代测定的方法，14C是一种具有放射性的碳同位素。下列关于14C的说法正确的是(　　)
A．14C与12C互为同素异形体
B．14C与12C的化学性质几乎完全相同
C．14C与12C的中子数相同
D．碳元素的相对原子质量就是14C的相对原子质量
B
解析：14C与12C都不是单质而是原子，不互为同素异形体，A错误；14C与12C互为同位素，具有相同的质子数和电子数，化学性质几乎完全相同，B正确；14C与12C的质子数相等，均为6，中子数不同，分别为8和6，C错误；元素的相对原子质量是其各种同位素相对原子质量的加权平均值，碳元素的相对原子质量不是14C的相对原子质量，D错误。
D
3．下列有关构造原理的说法错误的是(　　)
A．原子核外电子填充3p、3d、4s能级的顺序为3p→4s→3d
B．某基态原子部分核外电子的排布式为3d64s2
C．所有基态原子的核外电子排布都遵循构造原理
D．构造原理中的电子排布能级顺序，并不代表各能级能量由低到高的顺序
解析：绝大多数基态原子的核外电子排布都遵循构造原理，但也有少数例外，如Cu，故C错误。
C
4．下列关于原子结构、原子轨道的说法正确的是(　　)
A．N能层中有4s、4p、4d、4f四个能级，共16个轨道，可容纳32种运动状态的电子
B．在K能层中，有自旋相反的两条轨道
C．s电子绕核运动，其轨道为球面，而p电子在哑铃形曲面上运动
D．电子云通常是用小黑点来表示电子的多少
A
解析：N能层中有4s、4p、4d、4f四个能级，各具有1、3、5、7个轨道，每个轨道最多可容纳2个电子，故可容纳32个电子，所以有32种运动状态，A正确；在K能层中，只有1个轨道，能容纳自旋相反的2个电子，B不正确；电子云通常是用小黑点来表示电子出现的机会大小，但小黑点不表示电子，D不正确。
5．量子力学原子结构模型中的原子轨道是用来描述核外电子空间运动状态的。下列关于原子轨道的叙述正确的是(　　)
A．原子轨道就是原子核外电子运动的轨道，这与宏观物体运动轨道的含义相同
B．第n电子层上共有2n2个原子轨道
C．任意电子层上的p能级都有3个伸展方向相互垂直的原子轨道
D．处于同一原子轨道上的电子，运动状态完全相同
C
解析：原子轨道与宏观物体的运动轨道不同，它是指电子出现的主要区域，而不是电子运动的实际轨迹，A项错误；第n电子层上共有n2个原子轨道，B项错误；原子核外每个电子的运动状态均不同，D项错误。
6．下列轨道表示式所表示的元素原子中，其能量处于最低状态的是(　　)
D
解析：原子处于基态时能量最低。A项，铍原子的2s轨道未排满电子，2p轨道排布1个电子，应为激发态，错误；B项，氮原子核外电子排布不符合洪特规则，错误；C项，硼原子的2s轨道未排满电子，2p轨道排布2个电子，应为激发态，错误；D项，碳原子的1s和2s轨道全部排满电子后，2p轨道排布2个电子，核外电子排布符合能量最低原理，应是基态碳原子，正确。
D
8．第四周期元素中基态原子核外有3个未成对电子的共有(　　)
A．2种 B．3种
C．4种 D．5种
解析：第四周期元素中基态原子核外有3个未成对电子的共有3种，分别是V(3d34s2)、Co(3d74s2)、As(4s24p3)，故选B。
B
9．我国科学家在月壤粉末的部分铁橄榄石颗粒表面非晶层中发现了单质铁，产生的原因为铁橄榄石被撞击时在高温与高压下发生熔融，同时其中的Fe2+发生歧化反应生成Fe与Fe3+。下列说法正确的是(　　)
A．Fe2+在生成Fe3+时失去电子，发生还原反应
D
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
A
解析：由题意分析可知，X为B，Y为Li。H3BO3为硼酸，NaOH溶液具有腐蚀性，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以中和碱液，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H会形成BH3或B2H4等硼氢化合物，B与H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。
11．X、Y、Z、W是短周期元素，X元素原子的最外层未达到8电子稳定结构，工业上通过分离液态空气获得其单质；Y元素原子最外电子层上s、p电子数相等；Z元素＋2价阳离子的核外电子排布与氖原子相同；W元素原子的M层有1个未成对的p电子。下列有关这些元素性质的说法一定正确的是(　　)
A．X元素的氢化物的水溶液显碱性
B．Z元素的离子半径小于W元素的离子半径
C．Z元素的单质在一定条件下能与X元素的单质反应
D．基态Y原子的电子跃迁到较高能量的激发态时，会形成发射光谱
C
解析：X元素原子的最外层未达到8电子稳定结构，工业上通过分离液态空气获得其单质，则X是N或O。Y元素原子最外电子层上s、p电子数相等，Y是C或Si。Z元素＋2价阳离子的核外电子排布与氖原子相同，Z是Mg。W元素原子的M层有1个未成对的p电子，W是Al或Cl。X元素的氢化物的水溶液显碱性(NH3)或中性(H2O)，A不符合题意；若W是氯元素，则氯离子电子层数比镁离子多，所以氯离子半径大于镁离子半径，若W是铝元素，则镁离子半径大于铝离子半径，B不符合题意；镁既能和氮气反应生成氮化镁，也能和氧气反应生成氧化镁，C符合题意；基态Y原子的电子跃迁到较高能量的激发态时，会形成吸收光谱，D不符合题意。
12．(2025·湖北部分普通高中联考)短周期元素R基态原子最外层的p能级上有2个未成对电子。则关于基态R原子的描述中正确的是(　　)
A．基态R原子核外电子的电子云轮廓图有两种：球形和哑铃形
B．基态R原子的价层电子排布式为ns2np2(n＝2或3)
C．基态R原子的原子轨道总数为9
D．基态R原子的轨道表示式为
A
解析：由“短周期元素R基态原子最外层的p能级上有2个未成对电子”可知，可能有两种情况：p能级上只有2个电子，R为第ⅣA族元素，C或Si；p能级上有4个电子，R为第ⅥA族元素，O或S，故只有A正确。
二、非选择题(共24分)
13．(10分)Ti、Na、Mg、C、N、O、Fe等元素的研究一直在进行中，其单质及化合物在诸多领域都有广泛的应用。回答下列问题：
(1)钠在火焰上灼烧的黄光是一种__(填字母)。
A．吸收光谱　　　　 B．发射光谱
解析：激发态的电子从能量较高的轨道跃迁到能量较低的轨道，以光的形式释放出能量，属于发射光谱。
B
b
(3)钛原子价层电子排布式为________。与Ti同周期的过渡元素中，未成对
电子数最多的基态原子的价层电子的轨道表示式为________________。
3d24s2
(4)下列各组多电子原子的能级能量比较不正确的是____。
①2p＝3p　②4s＞2s　③4p＞4f　④4d＞3d
解析：根据能级构造原理可知，不同能层的相同能级的能量大小为(n－1)s＜ns＜(n＋1)s，(n－1)p＜np＜(n＋1)p，(n－1)d＜nd＜(n＋1)d，故2p＜3p，故①不正确；4s>2s，故②正确；4d>3d，故④正确；相同电子层上原子轨道能量的高低：ns＜np＜nd＜nf，所以4p＜4f，故③不正确。
①③
14．(14分)前四周期元素A、B、C、D、E的原子序数依次增大，其相关性质如表所示：
A 基态A原子核外电子占据3个轨道
B 原子核外有6种运动状态不同的电子
C 基态原子的核外p电子数比s电子数少1个
D 基态原子核外有6个原子轨道排有电子，且只有1个未成对电子
E 基态E＋各能级电子全充满
(1)元素A、E的元素符号分别是________。画出元素A基态原子的轨道表示
式：_______________________。
(2)画出C元素原子的结构示意图：____________。
B、Cu
(3)写出D元素基态原子的电子排布式：__________________，其核外电子空间运动状态有__种。
(4)元素A、B、C的最高价氧化物对应的水化物的酸性依次增强，其原因是__________________________。
(5)实验室合成一种由B和C两种元素形成的化合物，该化合物具有三维骨架结构。其中每个B原子与4个C原子形成共价键，每个C原子与3个B原子形成共价键，其化学式为__________。
1s22s22p63s1
6
三种元素的非金属性依次增强
C3N4
解析：基态A原子核外电子占据三个轨道，A为硼元素；B原子核外有6种运动状态不同的电子，B为碳元素；C元素基态原子核外p能级电子数比s能级电子数少1个，因此C为氮元素；D元素基态原子核外有6个原子轨道排有电子同时仅有1个未成对电子，s能级含1个轨道，p能级含有3个轨道，则D所含有的未成对电子在3s能级，因此D为钠元素；E＋的各能级电子均充满，因此E为铜元素。(5)该化合物具有三维骨架结构，其中每个碳原子与4个氮原子形成共价键，所以碳的化合价为＋4，每个氮原子与3个碳原子形成共价键，所以N的化合价为－3，则该化合物的化学式为C3N4。

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