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阶段重点练（一）　元素“位—构—性”综合推断
一、选择题
1.（苏教版改编题）已知1～18号元素的离子aW3＋、bX＋、cY2－、dZ－具有相同的电子层结构，下列关系正确的是（　　）
A.质子数：c＞d，离子的还原性：Y2－＞Z－
B.氢化物的稳定性：H2Y＞HZ
C.原子半径：X＜W，第一电离能：X＜W
D.电负性：Z＞Y＞W＞X
解析：D　离子aW3＋、bX＋、cY2－、dZ－具有相同的电子层结构，则有a－3＝b－1＝c＋2＝d＋1，可知原子序数：a＞b＞d＞c，Y、Z为非金属元素，处于第二周期，Y为O元素，Z为F元素，W、X为金属元素，处于第三周期，W为Al元素，X为Na元素。
2.部分短周期元素的原子半径及主要化合价见下表。
元素 X Y Z W T
原子半径/nm 0.160 0.143 0.102 0.071 0.099
主要化合价 ＋2 ＋3 ＋6、－2 －1 －1
下列有关说法正确的是（　　）
A.元素X的第一电离能比Y的大
B.元素Z的电负性比W的大
C.元素W的气态氢化物的稳定性比T的弱
D.元素T的氧化物对应水化物的酸性一定比Z的强
解析：A　Z的化合价有＋6价和－2价，则Z为S元素，W和T的化合价均为－1价，W的原子半径小于T，则W为F元素，T为Cl元素，X的化合价为＋2价，Y的化合价为＋3价，且原子半径均大于F，则X为Mg元素，Y为Al元素。A项，Mg的价层电子排布式为3s2，3p轨道为全空的稳定状态，所以Mg的第一电离能比相邻的Al要大，正确；B项，F的非金属性强于S，F得电子能力强于S，所以F的电负性大于S，错误；C项，HF的稳定性比HCl的强，错误；D项，没有指明“最高价”氧化物对应水化物，若氯的低价氧化物对应的水化物，如HClO是弱酸，而H2SO4是强酸，错误。
3.（2025·北京师大附中高二检测）如图所示是元素周期表前四周期的一部分，下列关于五种元素的叙述中正确的是（　　）
A.X的基态原子最外层p轨道上有2个未成对电子
B.气态氢化物的稳定性：Y＞X
C.Z的基态原子价层电子排布式为3d104s24p5
D.第一电离能：R＞W＞Y
解析：D　根据元素在周期表的位置可知，X为F元素，W为P元素，Y为S元素，R为Ar元素，Z为Br元素。X为F元素，核外电子排布式为1s22s22p5，最外层p轨道上有1个未成对电子，A错误；元素非金属性越强，对应的简单气态氢化物越稳定，气态氢化物稳定性：HF＞H2S，B错误； Br元素基态原子价层电子排布为4s24p5，C错误；同周期元素第一电离能从左到右呈增大趋势，P核外电子排布处于3p能级半充满的较稳定状态，其第一电离能大于同周期相邻族元素，第一电离能：Ar＞P＞S，D正确。
4.X、Y、Z、W为原子序数依次增大的四种短周期元素，其中X是宇宙中含量最多的元素；Y元素原子最高能级的不同轨道都有电子，并且自旋方向相同；Z元素原子的价层电子排布为nsnnp2n；同周期简单离子中W元素的离子半径最小。下列说法正确的是（　　）
A.W位于元素周期表的s区
B.Y元素原子最高能级的电子云轮廓图为球形
C.Y、Z、W三种元素的原子半径：r（Z）＜r（Y）＜r（W）
D.X、Y、Z三种元素的电负性：X＜Z＜Y
解析：C　宇宙中含量最多的元素为氢元素，X为H；Z元素原子的价层电子排布为nsnnp2n，n＝2，故Z的电子排布式为1s22s22p4，即为O元素；Y原子序数介于H与O之间，且最高能级属于半充满结构，Y的电子排布式为1s22s22p3（N），同周期中简单离子半径最小的为原子序数最大的金属元素，W为Al。W为Al，价层电子排布为3s23p1，属于p区元素，A错误；Y元素原子最高能级为p能级，电子云轮廓图为哑铃形，B错误；原子半径r（O）＜r（N）＜r（Al），C正确；三种元素的电负性：H＜N＜O，D错误。
5.如图是部分短周期元素的原子序数与其某种常见化合价的关系图，若用原子序数代表所对应的元素，则下列说法正确的是（　　）
A.31d和33d属于同种核素
B.第一电离能：d＞e，电负性：d＜e
C.气态氢化物的稳定性：a＞d＞e
D.a和b形成的化合物不可能含共价键
解析：B　短周期元素中，a为－2价，e为＋6价，均处于第ⅥA族，可推知a为O，e为S，b为＋1价，原子序数大于O，则b为Na，由原子序数可知，d处于第三周期，化合价为＋5价，则d为P。31P和33P质子数相同，中子数不同，是不同的核素，互为同位素，A错误；同周期元素从左到右第一电离能呈增大趋势，但是P原子的3p轨道为半充满稳定状态，第一电离能较大，则第一电离能：P＞S，电负性：P＜S，B正确；元素的非金属性越强，其气态氢化物的稳定性越强，则稳定性：H2O＞H2S＞PH3，C错误；O和Na形成的化合物Na2O2中含有共价键，D错误。
6.一种常用的有机氧化剂的结构如图所示，其中X、Y、Z和W是原子序数依次增大的短周期元素，W半径大于Z。下列说法正确的是（　　）
A.简单离子半径：Z＞Y B.氢化物沸点：Y＞X
C.元素的电负性：Z＞W D.含氧酸的酸性：W＞X
解析：C　X有4个价键，Y有3个价键，Z有2个价键，X、Y、Z和W是原子序数依次增大的短周期元素，W的原子半径大于Z的原子半径，说明Z在W的上一周期，且W形成1个共价键，则X、Y、Z、W分别是C、N、O、Cl。核外电子排布相同，核电荷数越大离子半径越小，则简单离子半径：O2－＜N3－，A错误。碳可以形成相对分子质量很大的烃，其沸点很高，故碳形成的氢化物的沸点可能高于氮形成氢化物的沸点，B错误。同周期主族元素从左到右，金属性减弱，非金属性增强，元素的电负性增强；同主族元素由上而下，金属性增强，非金属性逐渐减弱，元素电负性减弱，元素的电负性：Z＞W，C正确。HClO的酸性弱于H2CO3的酸性，D错误。
7.（2025·茂名高二质量检测）下表是元素周期表前五周期的一部分，X、Y、Z、R、W、J是6种元素的代号。J为0族元素，下列说法正确的是（　　）
A.R在周期表的位置是第三周期第Ⅴ族
B.6种元素所在的区域都是p区
C.Y的第一电离能大于Z的第一电离能
D.电负性最大的元素为J
解析：B　根据周期表的结构可知，元素X、Y、Z位于第二周期，R位于第三周期，W位于第四周期，J位于第五周期，因J为0族元素，由此可推断出X为N、Y为O、Z为F、R为S、W为Br、J为Xe。R为S，位于周期表第三周期第ⅥA族，A项错误；6种元素在元素周期表中均处于p区，B项正确；O和F位于同周期，O的第一电离能小于F的第一电离能，C项错误；同周期元素从左往右电负性逐渐增大，同主族元素从上往下电负性逐渐减小，表中电负性最大的元素为F，D项错误。
8.（2025·长春高二期中）X、Y、Z、Q、M为原子序数依次增大的前4周期元素。相关信息如表：
元素 相关信息
X 最外层电子数是能层数的2倍
Y 单质是工业合成氨的原料
Z 核外无未成对电子的主族元素
Q 价层电子的排布式：nsn－1npn＋1
M 第四周期第ⅥB元素
下列说法错误的是（　　）
A.第一电离能：X＜Y
B.电负性：Q＞Y
C.Z的基态原子核外电子轨道表示式：
D.M的基态原子核外电子排布式：1s22s22p63s23p63d54s1
解析：B　X原子最外层电子数是能层数的2倍，X原子最外层电子排布为2s22p2，则X为C元素；Y元素的单质是工业合成氨的原料，则Y为N元素；Z为核外无未成对电子的主族元素，则Z为Mg元素；Q的价层电子排布为nsn－1npn＋1，s轨道填满，即n－1＝2，n＝3，为3s23p4，则Q为S元素；M为第四周期第ⅥB元素，则M为Cr元素。X为C，Y为N，根据同一周期从左往右元素的第一电离能呈增大趋势，第ⅡA族与第ⅢA族，第ⅤA族与第ⅥA族反常，故第一电离能：C小于N，即X＜Y，A正确；Q为S，Y为N，在S和N的化合物中N显负电性，S显正电性，则电负性：N＞S，即Y＞Q，B错误；Z为Mg，基态Z原子核外电子轨道表示式为C正确；M为Cr，是24号元素，基态M原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s1，D正确。
9.短周期主族元素X、Y、Z、W的原子序数依次增大，基态X原子最高能级有3个未成对电子，Z与X形成的化合物ZX3常用于汽车的安全气囊，Y、W处于同一主族。下列说法错误的是（　　）
A.原子半径：Z＞W＞X＞Y
B.简单氢化物的还原性、水溶液的酸性：W＞Y
C.化合物ZX3中存在离子键、非极性共价键
D.同周期中第一电离能小于X的元素有4种
解析：D　短周期主族元素X、Y、Z、W的原子序数依次增大，基态X原子最高能级有3个未成对电子，则X为N元素；Z与X形成的化合物ZX3常用于汽车的安全气囊，则Z为Na元素；Y、W处于同一主族，则Y为O元素、W为S元素或Y为F元素、W为Cl元素。电子层数越多，原子半径越大，同周期元素从左到右原子半径依次减小，则四种元素的原子半径的大小顺序为Z＞W＞X＞Y，A正确；Y为O元素、W为S元素或Y为F元素、W为Cl元素，同主族元素，从上到下元素的非金属性逐渐减弱，氢化物的还原性依次增强，氢化物溶液的酸性依次增强，则水的还原性弱于硫化氢、氟化氢的还原性弱于氯化氢，水的酸性弱于氢硫酸、氢氟酸的酸性弱于盐酸，B正确；叠氮化钠是含有离子键、非极性共价键的离子化合物，C正确；同周期元素，从左到右第一电离能呈增大趋势，氮原子的2p轨道为稳定的半充满结构，N元素的第一电离能大于相邻元素，则第一电离能小于氮元素的元素有锂、铍、硼、碳、氧，共有5种，D错误。
10.（2025·菏泽高二月考）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；W与Z元素位于同一族；P原子核外有4个能层，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.P单质分别与Z、W单质反应，产物中P的化合价都是＋1价
B.基态Y原子的轨道表示式：
C.P原子的价层电子排布为4s1
D.上述五种元素均位于周期表的p区
解析：B　基态X原子核外只有三个能级，且各能级电子数相等，则其电子排布式为1s22s22p2，X为C。Z原子的核外电子有8种运动状态，即核外有8个电子，Z为O；结合核电荷数大小，可知Y为N。Z与W元素位于同一族，W为S元素。P原子核外有4个能层，最外层只有1个电子，其余各层均排满电子，P的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s1，则P为Cu。Cu和O2反应生成CuO，Cu的化合价为＋2价；Cu和S反应生成Cu2S，Cu的化合价为＋1价，两者中Cu的化合价不同，A错误。Y为N，基态N原子的轨道表示式：B正确。P为Cu，价层电子排布为3d104s1，C错误。C、N、O、S位于元素周期表的p区，而Cu位于元素周期表的ds区，D错误。
11.（2025·浙江新高考联盟高二检测）前四周期元素X、Y、Z、W的原子序数依次增大且周期数都不相同。X的最高正价与最低负价的代数和等于0，Y原子的最外层电子数是核外电子总数的，Z的原子半径是同周期主族元素中最大的，W基态原子的最外层电子排布为4s1。下列说法正确的是（　　）
A.第一电离能大小关系为Z＞Y＞X
B.Y可以分别和X、Z形成1∶1型化合物
C.用焰色试验检验W离子，透过蓝色钴玻璃，观察到的火焰一定呈紫色
D.常温下，Z单质在纯氧中反应，生成Z2O2
解析：B　X的最高正价与最低负价的代数和等于0，X为第一周期的氢元素，X为H；Y在第二周期，原子的最外层电子数是核外电子总数的，Y为C；Z的原子半径是同周期主族元素中最大的，即为第三周期第ⅠA族的钠元素，Z为Na；W在第四周期，基态原子的最外层电子排布为4s1 ，W可以是K、Cr、Cu。金属的第一电离能较小，氢原子核外只有1个电子，第一电离能大于C，故第一电离能大小关系为H＞C＞Na，A错误；Y可以分别和X、Z形成1∶1型化合物：C2H2、Na2C2，B正确；用焰色试验检验W离子（W可以是K、Cr、Cu），透过蓝色钴玻璃，观察到的火焰不一定呈紫色，C错误；常温下，Z单质在纯氧中反应，生成Na2O，D错误。
12.短周期元素W、R、X、Y、Z原子序数依次增大，可形成甲、乙两种具有强还原性的物质（结构如图），基态X原子的2p能级上只有1个电子，Z原子的最外层电子数与电子层数相同。下列说法中错误的是（　　）
甲：Y＋　乙：R＋
A.W、R、Y在元素周期表中位于同一主族
B.甲、乙两物质中W都显－1价
C.电负性：Y＜Z
D.Z元素最高价氧化物对应的水化物只能与酸反应，不能与碱反应
解析：D　基态X原子的2p能级上只有1个电子，则X为B；Z原子的最外层电子数与电子层数相同，且其原子序数比X大，则Z为Al；R、Y分别能形成R＋、Y＋，且R的原子序数小于B，Y的原子序数在B和Al之间，故R为Li，Y为Na；W和B、Al分别构成两种阴离子[BW4]－和[AlW4]－，且W的原子序数比B小，则W为H。综上所述，W为H，R为Li，X为B，Y为Na，Z为Al，甲为NaBH4，乙为LiAlH4。W为H，R为Li，Y为Na，三者均位于元素周期表中第ⅠA族，A正确；W为H，甲为NaBH4，乙为LiAlH4，两种物质中，H都显－1价，B正确；Y为Na，Z为Al，Al的非金属性比Na强，所以Al的电负性大于Na，C正确；Z为Al，其最高价氧化物对应的水化物为Al（OH）3，是两性氢氧化物，既可以和酸反应，也能与碱反应，D错误。
二、非选择题
13.（2025·绍兴高二检测）前四周期元素A、B、C、D、E、F的原子序数依次增大，其相关性质如表所示：
A 原子核外有6种运动状态不同的电子
B 元素原子的核外p电子数比s电子数少1个
C 地壳中含量最多的非金属元素
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 E3＋是第三周期中半径最小的简单离子
F 基态F＋各能级电子全充满
请回答下列问题：
（1）F是ds区的元素。
（2）A、B、C元素中，电负性最大的是O；第一电离能最大的是N。（填元素符号）
（3）写出E元素的最高价氧化物与D的最高价氧化物对应水化物反应的离子方程式Al2O3＋2OH－＋3H2O2[Al（OH）4]－。
（4）实验室合成一种由A和B两种元素形成的化合物，其中每个A原子与4个B原子形成共价键，每个B原子与3个A原子形成共价键，其化学式为C3N4。
解析：C元素是地壳中含量最多的非金属元素，为O元素，A元素原子核外有6种运动状态不同的电子，为C元素；B元素原子的核外p电子数比s电子数少1个，因此B元素的基态电子排布式为1s22s22p3，为N元素；D元素基态原子核外有6个原子轨道排有电子，且只有1个未成对电子，D元素的基态电子排布式为1s22s22p63s1，因此D为Na元素；E3＋是第三周期中半径最小的简单离子，离子核外电子层数越多，离子半径越大，当离子核外电子层结构相同时，离子的核电荷数越大离子半径越小，则E元素为Al， F＋的各能级电子均充满，因此F元素的基态原子电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s1，F元素为Cu。（1）F元素基态原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s1，F是ds区的元素。（2）元素周期表中，同周期主族元素从左向右电负性逐渐增强，A、B、C元素中，电负性最大的是O；同周期元素从左至右第一电离能呈增大趋势，但N原子第一电离能高于O，原因是基态N原子2p轨道是半充满的，比较稳定，所以第一电离能较高，则第一电离能最大的是N。（3）E元素的最高价氧化物与D的最高价氧化物对应水化物反应，离子方程式：Al2O3＋2OH－＋3H2O2[Al（OH）4]－。（4）该化合物每个A原子与4个B原子形成共价键，每个B原子与3个A原子形成共价键，所以C的化合价为＋4价，N的化合价为－3价，所以其化学式为C3N4。
14.（2025·沈阳高二期中）如图为元素周期表的一部分，元素①～⑥在元素周期表中的位置如图所示。请回答下列问题：
　
（1）第二周期元素中，第一电离能比①大的有3种。
（2）元素②与③焰色不同的原因是钠和钾的原子结构不同，电子跃迁时能量的变化不同，则放出的光的波长不同，所以产生的焰色也不同。
（3）元素④在周期表中的位置是第四周期第Ⅷ族；元素⑤位于元素周期表ds区，其基态正二价离子的最高能层的能层符号为M。
（4）元素⑥其基态原子简化的电子排布式为[Ar]3d104s24p3，该元素对应基态原子具有18种空间运动状态不同的电子。
（5）元素的基态气态原子得到一个电子形成气态负一价离子时所放出的能量称为第一电子亲和能（E1）。第二周期部分元素的变化趋势E1如图所示。元素氮的E1最小，其他元素的E1自左而右依次增大的原因是同周期元素随核电荷数的增大，原子的电负性增大，得电子的能力增强，故结合一个电子释放的能量逐渐增大。基态N原子的核外电子排布式为1s22s22p3，N原子的2p轨道为半充满状态，相对稳定，不易得电子。
解析：根据元素周期表，元素①～⑥分别表示O、Na、K、Fe、Cu、As，据此回答问题。（1）同周期从左到右，元素的第一电离能（除第ⅡA族、第ⅤA族反常外）逐渐增大，故第二周期元素中，第一电离能比O大的有N、F、Ne，共3种。（2）元素Na与K焰色不同的原因是钠和钾的原子结构不同，电子跃迁时能量的变化不同，则放出的光的波长不同，所以产生的焰色也不同。（3）Fe元素的原子序数为26，在周期表中的位置是第四周期第Ⅷ族；元素Cu的价层电子排布式为3d104s1，位于元素周期表ds区，其基态正二价离子的价层电子排布式为3d9，因此最高能层的能层符号为M。（4）元素As的原子序数为33，其基态原子简化的电子排布式为[Ar]3d104s24p3，原子中所有电子占据18个轨道，该元素对应基态原子具有18种空间运动状态不同的电子。（5）元素氮的E1最小，其他元素的E1自左而右依次增大的原因是：同周期元素随核电荷数的增大，元素的电负性增大，得电子的能力增强，故结合一个电子释放的能量逐渐增大。基态N原子的核外电子排布式为1s22s22p3，N原子的2p轨道为半充满状态，相对稳定，不易得电子。
1 / 2章末质量检测（一）　原子结构与性质
（分值：100分）
一、选择题（本题共15小题，每小题3分，共45分。每小题只有一个选项符合题意）
1.（2025·北京师大附中高二检测）下列化学用语书写错误的是（　　）
A.Cl－的结构示意图：
B.NaCl的电子式：
C.基态铜原子（29Cu）的价层电子排布式：3d94s2
D.2pz电子云图为
解析：C　铜（29Cu）是29号元素，价层电子排布式为3d104s1，C错误。
2.（教材改编题）下列Li原子的轨道表示式表示的状态中，能量最低的是（　　）
解析：D　处于基态的锂原子能量最低，基态Li原子电子排布式为1s22s1，A、B、C不是基态Li原子的轨道表示式，D是基态Li原子的轨道表示式，选D。
3.（2025·江门高二期中）人类对核外电子运动的认知不断进步。下列是小猪佩奇在学校课堂上羚羊夫人让他们讨论核外电子运动的说法，其中说法正确的是（　　）
A.小羊苏西 B.小狗丹尼
C.小猪佩奇 D.小猪乔治
解析：D　电子在原子核外一定的空间内绕核运动，还有自旋运动，不能准确测定位置和速度，A错误；电子从能量高的激发态跃迁到能量较低的激发态或基态时能产生发射光谱，B错误；2px、2py、2pz轨道相互垂直，能量相等，C错误。
4.（教材改编题）元素周期表中Cl元素的信息如图所示。下列说法错误的是（　　）
A.Cl位于第三周期第ⅤA族
B.氯原子有1个未成对电子
C.电负性：S＜Cl
D.第一电离能：S＜Cl
解析：A　Cl为17号元素，位于元素周期表第三周期第ⅦA族，A错误。
5.（2025·西安交大附中高二期末）赤血盐
{K3[Fe（CN）6]}可用于检验Fe2＋，也可用于蓝图印刷术等。下列说法正确的是（　　）
A.基态K＋核外有18种不同运动状态的电子
B.电负性：C＞N＞K＞Fe
C.Fe2＋的价层电子排布式为3d54s1
D.4种元素分布在元素周期表的s、p、ds区
解析：A　基态K＋核外有18个电子，则有18种不同运动状态的电子，A正确；电负性：N＞C＞Fe＞K，B错误；铁原子失去2个电子形成Fe2＋，Fe2＋的价层电子排布式为3d6，C错误；K在元素周期表的s区，C、N在元素周期表的p区，Fe在元素周期表的d区，D错误。
6.（2025·长沙高二联考）制作紫砂壸所用的紫砂泥主要含有O、Si、Al和Fe，还含有少量的Mg、Ca、Mn和P等元素。下列说法正确的是（　　）
A.若将基态Fe原子的核外电子排布式写为1s22s22p63s23p63d8，则未违背能量最低原理
B.若将基态Si原子的核外电子排布图写为则违反了泡利原理
C.若将基态Mn原子的核外电子排布式写为1s22s22p63s23p63d7，则违反了构造原理
D.若将基态O原子的价层电子的轨道表示式写为则违背了洪特规则
解析：C　基态Fe原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2，违背了构造原理，A错误；若将基态Si原子核外电子排布图写为违背了洪特规则，B错误；若将基态Mn原子的核外电子排布式写为1s22s22p63s23p63d7，违背了构造原理，应先排4s轨道，再排3d轨道，C正确；同一轨道电子自旋平行，违反泡利原理，基态O原子的价层电子的轨道表示式为 D错误。
7.（2025·唐山高二月考）2024年诺贝尔化学奖颁给了在“构建全新蛋白质”领域做出贡献的科学家。蛋白质含有C、H、O、N、S、P等元素。下列关于蛋白质中所含元素的说法错误的是（　　）
A.基态磷原子的原子轨道能量：3s＜3d
B.稳定性：H2O＞H2S＞PH3
C.简单离子半径：S2－＞N3－＞O2－
D.第一电离能：C＜N＜O
解析：D　同一周期元素的第一电离能随着原子序数的增大呈增大趋势，但第ⅤA族元素p能级为半充满的稳定状态，其第一电离能大于相邻元素，则三种元素的第一电离能大小顺序为N＞O＞C，D错误。
8.（2025·金华十校高二联考）下列叙述正确的是（　　）
A.可能存在电子排布式为1s22s22p63s23p64s24p1的基态原子
B.基态原子的电子排布在同能级的简并轨道时，优先分占不同轨道
C.同一周期的两种元素，电负性大者，第一电离能也大
D.I1（Na）＝496 kJ·mol－1，即1 mol钠原子失去3s1电子时吸收496 kJ能量
解析：B　根据能量最低原理，因为E（4s）＜E（3d）＜E（4p），所以填满4s能级后应填充3d能级，A项错误；如S的电负性大于P，但S的第一电离能小于P，C项错误；Na的第一电离能是指气态基态钠原子失去一个电子转化为气态基态正离子时所需的最低能量，D项错误。
9.（苏教版习题）肯定属于同族元素且性质相似的是（　　）
A.原子核外电子排布式：A为1s22s2，B为1s2
B.结构示意图：A为、B为
C.基态A原子2p轨道上有1个未成对电子，基态B原子3p轨道上也有1个未成对电子
D.基态A原子2p轨道上有一对成对电子，基态B原子3p轨道上也有一对成对电子
解析：D　1s22s2为Be，为第ⅡA族元素，1s2为He，为0族元素，A不符合题意；A为Ne，B为钠离子，Ne与Na＋不是同族元素，B不符合题意；基态时，A原子2p轨道上有1个未成对电子，最外层电子排布为2s22p1或2s22p5，为B元素或F元素，B原子3p轨道上也有1个未成对电子，最外层电子排布为3s23p1或3s23p5，为Al元素或Cl元素，二者不一定处于同一主族，C不符合题意；基态时，A原子2p轨道上有1对成对电子，最外层电子排布为2s22p4，是O元素，B原子3p轨道上也有1对成对电子，最外层电子排布为3s23p4，是S元素，二者处于同一主族，性质相似，D符合题意。
10.（2025·辽宁多校高二联考）在元素周期表中，某些主族元素与其右下方的主族元素（如图所示）的有些性质是相似的。下列说法错误的是（　　）
Li Be B
Mg Al Si
A.常温下，Mg（OH）2难溶于水，LiOH也难溶于水
B.Li和Mg在过量的氧气中燃烧分别生成Li2O和MgO
C.Al（OH）3能与稀盐酸反应，Be（OH）2也能与稀盐酸反应
D.硅酸为弱酸，硼酸也为弱酸
解析：A　常温下，Mg（OH）2难溶于水，但Li的性质与钠类似，Li和Na都能和水反应，LiOH能溶于水，A错误；Li在过量O2中燃烧只生成Li2O，Mg在氧气中燃烧也只生成MgO，B正确；氢氧化铝是两性氢氧化物，Be（OH）2也是两性氢氧化物，既能溶于强酸又能溶于强碱溶液，因此Be（OH）2也能与稀盐酸反应，C正确；B和Si性质相似，结合元素的非金属性可知，硼酸与硅酸的酸性均弱于碳酸，即两种酸均是弱酸。
11.（2025·青岛一中高二月考）图甲和图乙表示的是元素的某种性质随原子序数的变化关系。下列说法正确的是（　　）
A.图乙不可能表示元素的电负性随原子序数的变化关系
B.图甲可能表示的是元素单质的熔点随原子序数的变化关系
C.图乙可能表示的是元素原子的半径随原子序数的变化关系
D.图甲可能表示的是元素原子的第一电离能随原子序数的变化关系
解析：D　电负性是元素的原子在化合物中吸引电子的能力，随着核电荷数的增加呈周期性变化，故图乙可能表示元素的电负性随原子序数的变化，A错误；同周期元素中，非金属单质的熔点较低，与图像不符，B错误；同周期元素从左到右，原子半径逐渐减小，与图像不符，C错误；同周期元素第一电离能从左到右呈增大趋势，其中第ⅡA族、第ⅤA族元素的第一电离能大于相邻主族元素，与图像基本相符合，D正确。
12.（2025·沈阳五校协作高二期中）部分短周期元素原子半径的相对大小、最高正价或最低负价随原子序数的变化关系如图所示，下列说法正确的是（　　）
A.y、z、d的第一电离能逐渐升高
B.e、f、g、h的电负性依次降低
C.与x形成简单化合物的稳定性：d＞g
D.e、f、g、h四种元素的最高正价，其中f元素的值最大
解析：C　根据部分短周期元素原子半径的相对大小、最高正价或最低负价随原子序数的变化关系得到x为H，y为C，z为N，d为O，e为Na，f为Al，g为S，h为Cl。N的2p能级电子排布半充满，第一电离能大于同周期相邻元素，故第一电离能：N＞O＞C，A错误；同周期主族元素从左往右电负性增大，电负性：Na＜Al＜S＜Cl，B错误；同主族元素从上往下非金属性减弱，即O＞S，故简单氢化物的稳定性：H2O＞H2S，C正确；e、f、g、h四种元素的最高正价分别为＋1、＋3、＋6、＋7价，其中Cl元素的值最大，D错误。
13.（教材改编题）甲、乙、丙、丁、戊、己是原子序数依次增大的前四周期元素。甲是宇宙中含量最多的元素；基态乙原子的价层电子排布为nsnnpn；基态丙原子最高能级的不同轨道都有电子且自旋方向相同；丁与戊是同主族的短周期元素，基态时都有两个未成对电子；己是ds区元素，基态己原子有1个单电子。下列说法正确的是（　　）
A.原子半径：戊＞丁＞丙＞乙＞甲
B.基态己原子的价层电子排布式为3d94s2
C.第一电离能：丙＞丁＞乙
D.电负性：丙＞丁＞戊
解析：C　宇宙中含量最多的元素是H，甲是H；基态乙原子的价层电子排布式为2s22p2，乙是C；结合丁与戊是同主族的短周期元素，丙与丁是第二周期元素，基态N原子2p能级不同轨道都有电子且自旋平行，O和S同主族且有两个未成对电子，丙是N，丁是O，戊是S；第四周期ds区元素有Cu和Zn，基态Cu原子有1个单电子，己是Cu，即甲、乙、丙、丁、戊、己分别是H、C、N、O、S、Cu。原子半径：C＞N＞O，A项错误；基态Cu原子的价层电子排布式为3d104s1，B项错误；N的2p能级半充满，比较稳定，第一电离能：N＞O＞C，C项正确；O的电负性大于N，即丁＞丙，D项错误。
14.以下有关元素性质的说法中，错误的是（　　）
A.具有下列电子排布式的原子，①[Ne]3s23p2，②1s22s22p3，③1s22s22p2，其中原子半径最大的是①
B.下列原子的价层电子排布，①3s23p1，②3s23p2，③3s23p3，其中对应的第一电离能最大的是③
C.①Na、K、Rb，②N、P、As，③Na、P、Cl，元素的电负性随原子序数的增加逐渐增大的是③
D.元素X的逐级电离能分别为738 kJ·mol－1、1 451 kJ·mol－1、7 733 kJ·mol－1、10 540 kJ·mol－1，当X与Cl2反应时最可能生成的阳离子是X3＋
解析：D　元素X的第三电离能远大于第二电离能，故X易形成＋2价化合物。
15.（2025·太原高二联考）某化合物A除在有机合成中有广泛的应用外，还可用作聚合引发剂、煤油抗氧化剂、杀菌剂、抗癌药和脑肿瘤的中子俘获疗法，其结构如图所示。W、X、Y、Z、N均为短周期主族元素，原子半径为Y＞Z＞N＞X＞W，X、Y基态电子排布中未成对电子数相同，下列说法错误的是（　　）
A.最简单氢化物水溶液的pH：Z＞Y＞W
B.第一电离能：W＞Y＞N
C.该结构中所有原子最外层均满足8电子稳定结构
D.W元素的最高价态为＋5价
解析：A　W、X、Y、Z、N均为短周期主族元素，原子半径为Y＞Z＞N＞X＞W，由化合物A的结构可知，化合物中W、X、Y、Z、N形成的共价键数目分别为4、4、2、1、4，X、Y基态原子电子排布中未成对电子数相同，则W为N元素、X为C元素、Y为S元素、Z为Cl元素、N为B元素。氨气的水溶液氨水呈碱性，溶液pH大于7，而硫化氢和氯化氢的水溶液均呈酸性，溶液pH均小于7，则氨水的pH最大，A错误；同周期主族元素，从左到右第一电离能呈增大趋势，磷原子的3p轨道为稳定的半充满结构，元素的第一电离能大于相邻元素，则磷元素的第一电离能大于硫元素，同主族元素，从上到下第一电离能依次减小，则氮元素的第一电离能大于磷元素，且硫元素的第一电离能大于硼元素，则三种元素的第一电离能大小顺序为N＞S＞B，B正确；由化合物A的结构可知，化合物中N、C、S、Cl、B均满足8电子稳定结构，C正确；氮元素原子序数为7，最外层电子数为5，最高正化合价为＋5价，D正确。
二、非选择题（本题共5小题，共55分）
16.（8分）1869年，俄国化学家门捷列夫提出了元素周期律，并在此基础上发表了第一张元素周期表。为了纪念元素周期表诞生150年，联合国将2019年定为“国际化学元素周期表年”，并认为元素周期表是“科学共同的语言”。
（1）认识元素周期表的结构：
　
①在元素周期表中，第ⅠB、ⅡB族元素属于ds区。
②我国发布的113号Nh、115号Mc、117号Ts、118号Og四种元素的中文名称分别为“（nǐ）”“镆（mò）”“（tián）”“（ào）”，则下列说法正确的是bd（填字母）。
a.115号元素在周期表中的位置是第七周期第ⅤB族
b.117号元素Ts位于金属与非金属分界线上，属于准金属，可能是半导体
c.这四种元素都是主族元素
d.最高价氧化物的水化物的碱性：Nh＞Mc
（2）认识原子结构与元素周期表的关系：见表中元素G的信息，其中“3d64s2”称为该元素原子的价层电子排布式，该元素M能层上具有14种不同运动状态的电子。
（3）认识元素周期律及其应用：
第三周期元素的第一电离能：D＞（填“＞”“＜”或“＝”）E。
解析：（1）①在元素周期表中，第ⅠB、ⅡB族元素属于ds区；②118号元素是第七周期0族元素，因此115号元素位于第七周期第ⅤA族，a错误；117号元素Ts位于金属与非金属分界线上，可能是半导体，b正确；118号元素是0族元素，c错误；同周期元素从左到右金属性逐渐减弱，因此最高价氧化物的水化物的碱性：Nh＞Mc，d正确。（2）由元素G的信息知，其中“3d64s2”称为该元素原子的价层电子排布式，该元素M能层上电子排布是3s23p63d6，一个电子就有一种运动状态的电子，因此M能层上具有14种不同运动状态的电子。（3）Al的第一电离能失去的电子是3p能级的，该能级电子的能量比Mg失去的3s能级电子的高，所以第一电离能：Mg＞Al。
17.（11分）（2025·成都高二检测）人造卫星所使用的合金的成分之一钛元素（Ti）被称为“21世纪的金属”。
（1）钛元素的原子结构示意图是，其核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d24s2。
（2）钛元素的原子中所含有的未成对电子数为2，其中能量最高的原子轨道是3d 。
（3）金属钛的合金具有耐高温、耐腐蚀、强度高等性能，所以，钛合金广泛用于航空、航天工业及化学工业。工业上冶炼金属钛的过程是以钛铁矿（FeTiO3）、焦炭、氯气为原料，在高温条件下制取TiCl4，其反应的化学方程式为2FeTiO3＋6C＋7Cl22TiCl4＋2FeCl3＋6CO。然后用镁与TiCl4在高温条件下反应生成金属钛和氯化镁。
①TiCl4中金属钛的化合价为＋4价，该化合物中钛离子核外电子排布式为1s22s22p63s23p6。
②钛原子核外电子在排布时最后一个电子进入的原子轨道是3d，钛原子在失去电子时，最先失去的电子是4s能级上的电子。
解析：（1）Ti为22号元素，位于第四周期第ⅣB族，原子结构示意图是；其核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d24s2。（2）由核外电子排布式可知，钛元素的原子中所含有的未成对电子数为2；其中能量最高的原子轨道是3d。（3）①TiCl4中Cl显－1价，金属钛的化合价为＋4价；钛离子核外电子排布式为1s22s22p63s23p6；②钛原子核外电子在排布时最后一个电子进入的原子轨道是能量最高的3d能级，钛原子在失去电子时，最先失去最外层电子即4s能级上的电子。
18.（11分）（鲁科版习题）X、Y、Z、R、Q是元素周期表中前四周期的元素，它们的原子序数依次增大且分别位于前四周期的各个周期中。对它们的性质及结构的描述如下：X原子的基态只有一种形状的电子云，并容易形成共价键；Y的基态原子有3个不同的能级，各能级中电子数相等；Z与Y同周期，其第一电离能高于同周期与之相邻的元素；R元素的电负性在同周期元素中最大；Q元素的基态原子在前四周期中未成对电子数最多。据此，请回答下列问题。
（1）写出X的元素符号H，基态Q原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s1。
（2）R元素的基态原子核外电子共占据9个原子轨道。
（3）与Q同周期的元素的基态原子中最外层电子数与Q原子相同的元素有K、Cu（填元素符号）。
（4）将X、Y、Z三种元素按电负性由大到小的顺序排列N＞C＞H （用元素符号表示）。
（5）已知X、Y、Z组成的一种物质的结构式为X—Y≡Z，尝试推断该物质中Y元素的化合价＋2。
解析：根据题目信息，X、Y、Z、R、Q元素的原子序数依次增大，且分布于前四周期，故X位于第一周期，基态X原子只有一种形状的电子云且易形成共价键，X是氢元素；基态Y原子的核外电子排布式为1s22s22p2，为第6号碳元素；Z与Y同周期，且第一电离能高于同周期相邻元素，Z是氮元素；R位于第三周期，是同周期电负性最大的元素，则R是氯元素；Q位于第四周期，未成对电子数最多，则价层电子排布式为3d54s1，为第24号元素铬。（1）X是氢元素，元素符号为H，Q是第24号铬元素，基态原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s1。（2）R是第17号氯元素，基态原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p5，s能级各有1个原子轨道，p能级各有3个原子轨道，共9个原子轨道。（3）Q最外层电子排布为4s1，第四周期最外层电子数与之相同的基态原子的简化电子排布为[Ar]4s1、[Ar]3d104s1，分别是第19号钾元素和第29号铜元素。（4）Y、Z同周期，分别是碳和氮元素，电负性：N＞C，X是氢元素，与Y、Z形成的简单化合NH3、CH4中，H显＋1价，因此电负性比N、C都小，故三者电负性大小顺序为N＞C＞H。（5）该化合物为H—C≡N，H电负性比C小，化合价为＋1价，N电负性比C大，化合价为－3价，根据化合物中各元素化合价之和为0，可计算得C的化合价为＋2价。
19.（11分）FeS2是具有重要发展前景的二次电池电极材料。某科研团队通过研究实现了镁电池FeS2正极材料的稳定储镁。回答下列问题。
（1）铁元素在周期表中的位置是第四周期第Ⅷ族，其基态原子核外电子有15种空间运动状态。
（2）依据第三周期元素第一电离能的变化规律，参照如图Mg、S的位置，用小黑点标出Al、Si、P三种元素的相对位置。
答案：
（3）Fe3＋比Co3＋氧化性更弱（填“强”或“弱”），从结构上分析，其原因是Fe3＋的基态价层电子排布式为3d5，Co3＋的基态价层电子排布式为3d6，Fe3＋具有半充满稳定结构，而Co3＋不具有半充满结构，因此Fe3＋的氧化性比Co3＋的弱。
解析：（1）Fe为26号元素，位于第四周期第Ⅷ族；基态Fe的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2，则其基态原子核外电子有15种空间运动状态。（2）第三周期元素的第一电离能随原子序数的增加而呈增大趋势，但Mg比Al、P比S的第一电离能要高，据此可标出Al、Si、P三种元素的相对位置。
20.（14分）（2025·湖南名校联盟高二检测）短周期主族元素W、Q、X、Y、Z的原子序数依次增大，W元素的一种同位素被用作相对原子质量的测定标准；Q元素原子最高能级的不同轨道都有电子；X与Z同主族，Z元素的基态原子价层电子排布式为nsn－1npn＋1；元素Y的原子中只有两种形状的电子云，最外层只有一种自旋方向的电子；G元素为第四周期元素，其最外层只有1个电子，其他内层各能级所有轨道电子均成对。回答下列问题：
（1）下列不同状态的W原子中，失去一个电子需要吸收能量最多的是C（填字母）。
（2）Z元素基态原子的电子排布式为1s22s22p63s23p4{或[Ne]3s23p4}，基态Z原子的核外电子中，两种自旋状态的电子数之比为9∶7（或7∶9）。
（3）在第四周期元素中，基态原子的未成对电子数最多的元素是Cr（填元素符号）。上述六种元素中有2种金属元素。
（4）元素W、Q、X的第二电离能最大的是O（填元素符号），判断的依据是C、N、O失去第一个电子后的电子排布式分别为1s22s22p1、1s22s22p2、1s22s22p3，氧的2p能级为半充满状态，最稳定，再失去一个电子所需能量最大（答案合理均可）。
（5）G元素的元素符号为Cu；含有Y元素的盐的焰色试验为黄色，许多金属盐都可以进行焰色试验，其原因是激发态的电子从能量较高的轨道跃迁到能量较低的轨道时，以一定波长的光的形式释放能量。
解析：W元素的一种同位素被用作相对原子质量的测定标准，则W为C元素；Z元素基态原子的价层电子排布式为nsn－1npn＋1，则n－1＝2，得n＝3，Z元素为S元素；X元素与Z元素同主族，则X为O元素；Q元素原子最高能级的不同轨道都有电子，且Q元素的原子序数大于C元素，小于O元素，可知，Q为N元素；元素Y的原子中只有两种形状的电子云，最外层只有一种自旋方向的电子，则Y为Na元素；G为第四周期元素，其最外层只有1个电子，其他内层各能级所有轨道电子均成对，则G为Cu元素。（1）同种元素，激发态原子的能量高于基态原子，失去电子所需能量小于基态原子，故 失去一个电子需要吸收的能量最多。（2）基态S原子的电子排布式为1s22s22p63s23p4；核外电子排布图为两种自旋状态的电子数之比为9∶7（或7∶9）。（3）第四周期元素中，基态原子的未成对电子数最多的是Cr元素，其价层电子轨道表示式为上述六种元素中有Na、Cu两种金属元素。（4）C、N、O失去第一个电子后的电子排布式分别为1s22s22p1、1s22s22p2、1s22s22p3，此时氧的2p能级为半充满状态，最稳定，再失去一个电子所需能量最大，故氧元素的第二电离能最大。（5）G为Cu元素；许多金属盐都可以进行焰色试验，其原因是激发态的电子从能量较高的轨道跃迁到能量较低的轨道时，以一定波长的光的形式释放能量。
3 / 9第2课时　元素周期律
学习目标
1.能说出电离能、电负性的含义，能描述主族元素第一电离能、电负性变化的一般规律，能从电子排布的角度对这一规律进行解释。 2.能说明电负性大小与原子在化合物中吸引电子能力的关系，能利用电负性判断元素的金属性与非金属性的强弱。 3.认识元素的原子半径、第一电离能、电负性等元素性质的周期性变化，知道原子核外电子排布呈现周期性变化是导致元素性质周期性变化的原因，了解元素周期律的应用。
知识点一　原子半径
1.原子半径的影响因素
2.原子半径的递变规律
（1）同周期：从左到右，核电荷数越大，半径　越小　（稀有气体除外）。
（2）同主族：从上到下，能层数越多，半径　越大　。
3.问题探究
已知短周期元素的微粒aA2＋、bB＋、cC2－、dD－具有相同的电子层结构。
回答下列问题：
（1）A、B、C、D四种元素的原子序数之间有何等量关系？ 四种元素在元素周期表中的相对位置如何？
提示：由于四种离子具有相同的电子层结构，所以四种离子的核外电子数相等，即a－2＝b－1＝c＋2＝d＋1，且在元素周期表中A、B在C、D的下一周期。
（2）原子序数从大到小的顺序是什么？A、B、C、D的原子半径大小顺序是什么？A2＋、B＋、C2－、D－的离子半径大小顺序是什么？
提示：原子序数：a＞b＞d＞c；原子半径：B＞A＞C＞D；离子半径：C2－＞D－＞B＋＞A2＋。
（3）A与A2＋、D与D－的半径大小顺序是什么？
提示：A＞A2＋、D－＞D。
1.下列电子排布式的原子半径最小的是（　　）
A.1s22s22p63s23p3 B.1s22s22p3
C.1s22s22p2 D.1s22s22p63s23p4
解析：B　由电子排布式知，A为P原子，B为N原子，C为C原子，D为S原子，由同一周期、同一主族原子半径大小关系知，原子半径：P＞S，P＞N，C＞N，S有3个电子层，N有2个电子层，半径：S＞N，半径最小的是N原子。
2.下列离子半径的大小顺序正确的是（　　）
①Na＋　②X2－：1s22s22p63s23p6　③Y2－：2s22p6　④Z－：3s23p6
A.③＞④＞②＞① B.④＞③＞②＞①
C.④＞③＞①＞② D.②＞④＞③＞①
解析：D　由电子排布式知，X2－为S2－，Y为O2－，Z为Cl－，Na＋与O2－、S2－与Cl－电子层结构相同，半径：O2－＞Na＋，S2－＞Cl－，O2－有2个电子层，Cl－有3个电子层，半径：Cl－＞O2－，半径大小：S2－＞Cl－＞O2－＞Na＋，即②＞④＞③＞①。
3.（1）温室气体N2O在催化剂作用下可分解为O2和N2，也可以作为氧化剂氧化苯制苯酚。C、N、O中原子半径从小到大的顺序为O＜N＜C。
（2）氨硼烷（NH3BH3）含氢量高、热稳定性好，是一种具有潜力的固体储氢材料。H、B、N中，原子半径最大的是B。
（3）镁铝均为工业常用金属， Mg2＋、Al3＋中半径较大的是Mg2＋。
解析：（1）同一周期的元素，从左到右原子半径依次减小，因此，原子半径从小到大的顺序为O＜N＜C。（2）H、B、N中，H的电子层数最少，原子半径最小，而B、N同周期， N的核电荷数大，原子半径小于B，三种元素中原子半径最大的是B。（3）Mg2＋、Al3＋的电子层结构相同，但铝的核电荷数大，Al3＋的半径小。
归纳总结
微粒半径大小比较的一般思路
（1）“一层”：先看能层数，能层数越多，一般微粒半径越大。
（2）“二核”：若能层数相同，则看核电荷数，核电荷数越大，微粒半径越小。
（3）“三电子”：若能层数、核电荷数均相同，则看核外电子数，电子数多的半径大。
（4）同种元素的原子和离子：核外电子数越多，半径越大；价态越高，半径越小。
知识点二　电离能
1.电离能
（1）第一电离能
　气态基态　原子失去一个电子转化为气态基态正离子所需要的　最低能量　叫做第一电离能，通常用　I1　表示。
（2）逐级电离能
电离能 含义
第二电离能 ＋1价气态正离子失去一个电子，形成＋2价气态正离子所需要的最低能量，通常用　I2　表示
第三电离能 ＋2价气态正离子再失去一个电子，形成＋3价气态正离子所需要的最低能量，通常用　I3　表示
大小关系 同种原子的逐级电离能I1　＜　I2　＜　I3
2.第一电离能的变化规律
（1）每个周期的第一种元素（氢和碱金属）的第一电离能　最小　，最后一种元素（稀有气体）的第一电离能　最大　，即一般来说，随着核电荷数的递增，元素的第一电离能呈　增大　趋势。
（2）同族元素从上到下第一电离能　变小　。
【教材挖掘】
（1）从教材图1-22可以看出“同周期元素从左到右，第一电离能整体呈增大趋势。”但第ⅡA族和第ⅤA族元素的第一电离能比同周期的相邻元素都高，解释原因。
提示：同周期中，从左向右第一电离能呈增大趋势，但第ⅡA族元素的价层电子排布为ns2，第ⅤA族元素的价层电子排布为ns2np3，np轨道为半充满状态，比较稳定，失去一个电子需要的能量大，所以第一电离能比同周期相邻元素的要高。
（2）①从教材【思考与讨论】表格数据中可得“同种原子的逐级电离能越来越大（I1＜I2＜I3…）”，解释原因。
提示：原子失去一个电子变成＋1价阳离子后，半径变小，核电荷数未变而电子数目变少，原子核对电子的吸引作用增强，因而第二个电子比第一个电子更难失去，故I2＞I1，同理I3＞I2。
②根据教材【思考与讨论】表格数据分析为什么Na、Mg、Al的化合价分别为＋1、＋2、＋3价。
提示：钠的I2比I1大很多，电离能差值很大，说明失去第一个电子比失去第二个电子容易得多，所以Na容易失去一个电子形成＋1价离子；Mg的I1和I2相差不多，而I3比I2大很多，说明Mg容易失去2个电子形成＋2价离子；Al的I1、I2、I3相差不多，而I4比I3大很多，说明Al容易失去3个电子形成＋3价离子。
3.电离能的应用
（1）比较元素金属性的强弱
一般情况下，元素的第一电离能越　小　，元素的金属性越强。
（2）确定元素原子的核外电子层排布
由于电子是分层排布的，内层电子比外层电子难失去，因此当元素原子失去不同能层的电子时电离能会发生突变。
（3）确定元素的化合价
如果电离能在In与In＋1之间发生突变，则元素的原子易形成＋n价离子，或主族元素的最高化合价为＋n价。某元素的逐级电离能若I2 I1，则该元素通常显　＋1　价；若I3 I2＞I1，则该元素通常显　＋2　价；若I4 I3＞I2＞I1，则该元素通常显　＋3　价。
1.正误判断（正确的打“√”，错误的打“×”）。
（1）因同周期元素的原子半径从左到右逐渐减小，故第一电离能依次增大。（　×　）
（2）M（g）M2＋（g）＋2e－所需能量不是第二电离能。（　√　）
（3）钠的电离能I2 I1，说明钠元素常显＋1价，镁的电离能I3 I2，则镁常显＋1和＋2价。（　×　）
（4）同主族元素，自上而下第一电离能逐渐减小。（　√　）
2.在下面的电子结构中，第一电离能最小的原子可能是 （　　）
A.3s23p3 B.3s23p5
C.3s23p4 D.3s23p6
解析：C　所给元素都是第三周期元素，分别是P、Cl、S、Ar，同一周期中，元素的第一电离能随着原子序数的增大而呈增大趋势，但第ⅡA族、第ⅤA族元素的第一电离能大于其相邻元素，第一电离能大小顺序是Ar＞Cl＞P＞S，所以第一电离能最小的原子是S。
3.（2025·华中师大二附中高二月考）下表列出了某短周期元素R的各级电离能数据（用I1、I2……表示，单位为kJ·mol－1）。下列关于元素R的判断正确的是（　　）
I/（kJ·mol－1） I1 I2 I3 I4 I5
R 740 1 500 7 700 10 500 13 600
A.R的最高正价为＋3价
B.R元素位于元素周期表中第ⅡA族
C.R元素的原子最外层共有5个电子
D.R元素基态原子的电子排布式为1s22s22p4
解析：B　某短周期元素R的第三电离能剧增，说明该原子最外层有2个电子，处于第ⅡA族，该原子存在第五电离能，说明核外电子数大于4，故R为Mg元素。Mg的最高正价为＋2价，原子最外层共有2个电子，基态原子的电子排布式为1s22s22p63s2。
知识点三　电负性
1.键合电子和电负性
（1）键合电子
原子中用于形成　化学键　的电子。
（2）电负性
用来描述不同元素的原子对　键合电子　吸引力的大小。电负性越大的原子，对键合电子的吸引力　越大　。
2.电负性衡量标准
电负性是由美国化学家鲍林提出的，以　氟　的电负性为4.0和　锂　的电负性为1.0作为相对标准，得出了各元素的电负性。
3.电负性递变规律
（1）同周期元素从左到右，元素的电负性逐渐　变大　；
（2）同族元素从上到下，元素的电负性逐渐　变小　。
4.电负性的应用
【思考】　电负性越大的元素，非金属性越强吗？第一电离能越大吗？
提示：元素电负性越大，非金属性越强，但第一电离能不一定越大，例如电负性：N＜O，而第一电离能：N＞O。
1.正误判断（正确的打“√”，错误的打“×”）。
（1）元素电负性的大小反映了元素原子对键合电子吸引力的大小。（　√　）
（2）第ⅠA族元素的电负性从上到下逐渐减小，而第ⅦA族元素的电负性从上到下逐渐增大。（　×　）
（3）主族元素中，电负性最大的元素为位于元素周期表右上角的氟元素。（　√　）
（4）根据化合物HCl、HClO判断，H、Cl、O的电负性大小顺序为Cl＞O＞H。（　×　）
2.下列几种原子的基态电子排布，电负性最大的原子是（　　）
A.1s22s22p4 B.1s22s22p63s23p3
C.1s22s22p63s23p2 D.1s22s22p63s23p64s2
解析：A　电子排布式为1s22s22p4，为O元素；电子排布式为1s22s22p63s23p3，为P元素；电子排布式为1s22s22p63s23p2，为Si元素；电子排布式为1s22s22p63s23p64s2，为Ca元素。Ca属于金属元素，电负性最小，非金属性：O＞P＞Si，故O元素的电负性最大。
3.（2025·佛山高二检测）如表是某些短周期元素的电负性：
元素 Li Be B C O F
电负性 0.98 1.57 2.04 2.55 3.44 3.98
元素 Na Al Si P S Cl
电负性 0.93 1.61 1.90 2.19 2.58 3.16
（1）通过分析电负性变化规律，确定Mg的电负性范围：0.93＜Mg＜1.57。
（2）推测同周期元素电负性与原子半径的关系是电负性越大，其原子半径越小；短周期元素的电负性变化特点，体现了元素性质的周期性变化规律。
（3）分别指出下列两种化合物中氧元素的化合价：HClO－2，HFO0。
（4）试推断AlBr3中化学键类型是共价键。
（5）预测元素周期表中，电负性最小的元素位于第六周期第ⅠA族（放射性元素除外）。
解析：（1）由表中数据可知，非金属性越强，电负性越大，金属性越强，电负性越小。据此可知电负性Mg大于Na，而小于Be，即0.93＜Mg＜1.57。（2）同周期元素自左向右原子半径逐渐减小，电负性逐渐增大。同主族元素自上而下，原子半径逐渐增大，电负性逐渐减小，即同周期（同主族）中，电负性越大，其原子半径越小；体现了元素性质的周期性变化规律。（3）电负性：F＞O＞Cl，所以在化合物HClO和HFO中氧元素的化合价分别是－2价和0价（因为F没有正价，只有－1价和0价）。（4）Al的电负性是1.61，Br的电负性小于3.16，二者的电负性差值小于1.7，因此二者形成的化学键是共价键。（5）金属性越强，电负性越小，则元素周期表中，电负性最小的元素为位于第六周期第ⅠA族的Cs（放射性元素除外）。
1.同周期主族元素从左到右，下列变化中错误的是（　　）
A.原子半径逐渐减小
B.最高正化合价逐渐增大
C.电负性逐渐增大
D.第一电离能逐渐减小
解析：D　同周期元素主族从左到右原子半径减小，电负性增大，最高正化合价从＋1价逐渐增大（除O、F外），第一电离能总体呈增大趋势（第ⅡA、ⅤA 族元素有特殊情况），选D。
2.（教材改编题）第三周期主族元素（或物质）某一性质随原子序数的递变规律如图所示，该性质可以为（　　）
A.原子半径 B.元素的第一电离能
C.元素的电负性 D.单质的熔点
解析：C　同周期越靠右原子半径越小，A错误；同周期越靠右第一电离能越大，但是铝和硫除外，B错误；同周期越靠右元素的电负性越大，C正确；钠、镁、铝常温下是固体，但是氯气常温下为气体，熔点较低，D错误。
3.（2025·天津河西区高二月考）下列叙述正确的是（　　）
A.电负性：N＞O＞F
B.金属性：Na＞Mg＞Al
C.原子半径：O＞F＞Na
D.第一电离能：Al＞Mg＞Na
解析：B　同周期元素从左到右，电负性依次增大，电负性：N＜O＜F，A错误； 电子层数越多，原子半径越大，电子层数相同，核电荷数越多半径越小，原子半径：Na＞O＞F，C错误；第ⅡA族元素p能级处于全空状态，结构稳定，第一电离能大于同周期相邻元素，第一电离能：Mg＞Al＞Na，D错误。
4.（苏教版改编题）根据元素周期表中完整周期元素的性质，在下列空格中填上适当的元素符号。
（1）在第三周期中，第一电离能最小的元素是Na，第一电离能最大的元素是Ar。
（2）在元素周期表中，电负性最大的元素是F。
（3）能稳定存在的最活泼的金属元素是Cs。
（4）最活泼的气态非金属原子是F。
（5）第二、三、四周期，原子最外电子层中p能级半充满的元素是N、P、As。
解析：同周期从左到右，元素的第一电离能（除第ⅡA族、第ⅤA族反常外）逐渐增大，同周期中第ⅠA族元素的第一电离能最小，稀有气体元素的最大，故第三周期中第一电离能最小的为Na，最大的为Ar。元素的电负性，同周期从左到右逐渐增大，同主族从上到下逐渐减小，故元素周期表中，电负性最大的元素是氟。
题组一　粒子半径
1.（2025·宁德高二月考）已知下表中元素的原子半径，根据表中数据推测磷原子的半径可能是（　　）
原子 N S O Si
半径r/10－10 m 0.75 1.02 0.74 1.17
A.0.70×10－10 m B.0.80×10－10 m
C.1.10×10－10 m D.1.20×10－10 m
解析：C　同一周期主族元素原子半径随着原子序数的递增而减小，磷的半径在硅和硫之间，为1.02×10－10～1.17×10－10 m，以此可推出C正确。
2.下列化合物中阳离子半径与阴离子半径比值最小的是（　　）
A.NaF B.MgI2
C.BaI2 D.KBr
解析：B　题中阳离子半径由小到大的顺序为r（Mg2＋）＜r（Na＋）＜r（K＋）＜r（Ba2＋），阴离子半径由大到小的顺序为r（I－）＞r（Br－）＞r（F－）。要使最小，应取r（阳）最小的与r（阴）最大的相比，即最小。
3.下列四种粒子中，半径按由大到小排列正确的是（　　）
①X的原子结构示意图为
②基态Y原子的价层电子排布式为3s23p5
③基态Z2－的轨道表示式为
④基态W原子有2个能层，其电子式为︰·
A.①＞②＞③＞④ B.③＞④＞①＞②
C.③＞①＞②＞④ D.①＞②＞④＞③
解析：C　X的原子结构示意图为，则X为S原子；基态Y原子的价层电子排布式为3s23p5，则Y为Cl原子；基态Z2－的轨道表示式为 则Z2－为S2－；基态W原子有2个能层，结合电子式可知，W为F原子。同主族元素从上到下原子半径逐渐增大，则半径：F＜Cl，同周期主族元素随原子序数增大，原子半径逐渐减小，则半径：S＞Cl，同种元素的阴离子的半径大于原子半径，则半径：S＜S2－。所以半径：S2－＞S＞Cl＞F，即③＞①＞②＞④，选C。
题组二　电离能
4.（教材改编题）如图表示的是元素的某种性质（X）随原子序数的变化关系，则X可能是（　　）
A.原子半径 B.第一电离能
C.最高化合价 D.第二电离能
解析：B　由题图知，同周期元素随原子序数的增加，从左到右X值呈增大趋势，但第ⅢA族比第ⅡA族的小，第ⅥA族比第ⅤA族的小，满足这一特点的是第一电离能。
5.（教材改编题）如表列出了某短周期元素R的各级电离能数据（用I1、I2……表示，单位为kJ·mol－1）。下列关于元素R的判断中，一定正确的个数是（　　）
电离能 I1 I2 I3 ……
R 740 1 500 7 700 ……
①R的最高正化合价为＋2价
②R元素基态原子的电子排布式为1s22s2
③同周期元素中第一电离能小于R的元素有一种
④R元素位于元素周期表中第ⅡA族
A.1 B.2
C.3 D.4
解析：B　R的第三电离能剧增，说明该原子最外层有2个电子，处于第ⅡA族，R元素可能是位于元素周期表第ⅡA族的镁元素或铍元素，其最高正化合价均为＋2价，①正确；R元素基态原子的电子排布式为1s22s2或1s22s22p63s2，②错误；R元素最外层电子排布式为2s2或3s2，p能级为全空状态，为稳定结构，第一电离能大于同周期相邻的元素，则同周期元素中第一电离能小于R的元素有二种，③错误；R元素位于元素周期表中第ⅡA族，④正确。
6.（2025·西安高二月考）图中，能正确表示与Si同周期部分主族元素的第二电离能（I2）与原子序数关系的是（　　）
解析：C　在第三周期元素中，Na 失去 1 个电子后，核外电子排布式为 1s22s22p6，已经达到稳定结构，所以 Na的第二电离能最大；Mg失去最外层1个电子后价层电子排布式变为3s1， Mg的第二电离能较小；Al失去1个最外层电子后3p是全空状态，Al的第二电离能比相邻元素的大，S失去1个最外层电子后价层电子排布式变为3s23p3，3p3是较为稳定的半充满的结构，S的第二电离能要高于相邻元素。
题组三　电负性
7.（2024·河南部分名校高二期末）电负性是由美国化学家鲍林提出的。下列不能根据元素电负性判断的是（　　）
A.元素原子的得电子能力
B.元素形成化合物中的化合价正、负
C.不同元素之间形成的化学键类型
D.氢化物水溶液的酸性
解析：D　氢化物水溶液的酸性与电负性无必然关系，D符合题意。
8.有短周期A、B、C、D四种元素，A、B同周期，C、D同主族，已知A的阳离子与D的阴离子具有相同的电子层结构，B的阴离子和C的阴离子电子层结构相同，且核电荷数的绝对值C离子小于B离子。下列电负性顺序正确的是（　　）
A.A＞B＞C＞D B.D＞C＞B＞A
C.C＞D＞B＞A D.B＞A＞C＞D
解析：B　根据题意可知，A、B、C处于同一周期，且原子序数：C＞B＞A，C、D处于同一主族，且C在D的下一周期，其在周期表中相对位置关系为，依据同周期、同主族元素电负性变化规律确定其电负性顺序：D＞C＞B＞A。
9.（2024·北京101中学高二检测）已知下列元素的电负性数据，下列判断错误的是（　　）
元素 Li Be C O F Na Al Cl Ge
电负性 1.0 1.5 2.5 3.5 4.0 0.9 1.5 3 1.8
A.Be和Cl形成共价键
B.O和F形成的化合物中O显正价
C.Ge既具有金属性，又具有非金属性
D.Mg元素电负性的最小范围为1.0～1.6
解析：D　Be和Cl两元素电负性差值为1.5，小于1.7，故Be和Cl形成共价键，A正确；电负性F大于O，在O和F形成的化合物中O显正价，B正确；Ge的电负性为1.8，既具有金属性，又具有非金属性，C正确；Mg的金属性弱于Na，强于Be，故电负性的最小范围为0.9～1.5，D错误。
10.短周期元素X、Y在周期表中的相对位置如图所示，且已知X基态原子的价层电子排布为nsnnpn＋1，下列说法错误的是（　　）
A.X在周期表中位于第二周期第ⅢA族
B.原子半径：Mg＞Y
C.X元素的电负性大于Y
D.X元素的第一电离能大于Y
解析：A　由题图，且已知X基态原子的价层电子排布为nsnnpn＋1，s能级最多容纳2个电子，则n＝2，X基态原子的价层电子排布为2s22p3，位于第二周期第ⅤA族，为N元素，结合Y的相对位置可知，Y为Si元素。氮元素在周期表中位于第二周期第ⅤA族，A错误；同周期主族元素从左向右原子半径逐渐减小，则原子半径：Mg＞Y，B正确；同周期元素从左向右电负性逐渐增强，同主族元素从上到下电负性逐渐减小，则X元素的电负性大于Y，C正确；同周期元素从左向右第一电离能呈增大趋势，第一电离能：N＞C，同主族元素从上到下第一电离能逐渐减小，则第一电离能：C＞Si，所以X元素的第一电离能大于Y，D正确。
11.四种元素的基态原子的价层电子排布图如下，下列说法中正确的是（　　）
A.原子半径：③＞④＞②＞①
B.未成对电子数：①＝④＞③＞②
C.电负性：②＞①＞④＞③
D.第一电离能：②＞①＞③＞④
解析：B　根据元素的基态原子的价层电子排布图可知①是N元素，②是F元素，③是S元素，④是P元素。一般来说，原子核外电子层数越多，原子半径越大，同周期主族元素，原子序数越大，原子半径越小，则原子半径：④＞③＞①＞②，A错误；根据元素的基态原子的价层电子排布图可知原子核外未成对电子数：①＝④＞③＞②，B正确；同周期主族元素从左到右，电负性逐渐增大，同主族元素从上到下，电负性逐渐减小，则电负性：②＞①＞③＞④，C错误；同周期主族元素从左至右第一电离能呈增大趋势，若元素处于第ⅡA族、第ⅤA族，其最高能级电子排布处于全空、半充满的稳定状态，第一电离能大于同周期相邻元素，同主族元素的第一电离能随原子序数的增大而减小，则第一电离能：②＞①＞④＞③，D错误。
12.（2022·辽宁高考5题改编）短周期元素X、Y、Z、W、Q原子序数依次增大。基态X、Z、Q原子均有两个单电子，W简单离子在同周期离子中半径最小，Q与Z同主族。下列说法错误的是（　　）
A.X能与多种元素形成共价键
B.简单氢化物沸点：Z＜Q
C.第一电离能：Y＞Z
D.电负性：W＜Z
解析：B　短周期元素X、Y、Z、W、Q原子序数依次增大，W简单离子在同周期离子中半径最小，说明W为第三周期Al元素；短周期元素的基态原子中有两个单电子，①若为第二周期元素时，最外层电子排布为2s22p2或2s22p4，即C或O；②若为第三周期元素时，最外层电子排布为3s23p2或3s23p4，即Si或S；Q与Z同主族，结合原子序数大小关系可知，X、Z、Q分别为C、O和S，Y为N。X为C，能与多种元素（H、O、N、P、S等）形成共价键，A正确；Z和Q形成的简单氢化物分别为H2O和H2S，由于H2O分子间能形成氢键，故H2O的沸点高于H2S，B错误；Y为N，Z为O，N的最外层p轨道电子为半充满结构，比较稳定，故其第一电离能比O大，C正确；W为Al，Z为O，O的电负性更大，D正确。
13.（2025·洛阳高二检测节选）元素周期表是元素周期律的具体表现。下表列出了A、B、C等12种元素在周期表中的位置：
　族 周期 ⅠA ⅡA ⅢA ⅣA ⅤA ⅥA ⅦA 0
2 E G
3 A C D F W H I R
4 B J
回答下列问题：
（1）这12种元素中，金属性最强的是K（填元素符号，下同）；电负性最大的是O。
（2）A、B、C三种元素按原子半径由大到小的顺序排列为K＞Na＞Mg（填元素符号）。
（3）上述元素中最高价氧化物对应水化物的酸性最强的物质是HClO4（填化学式）。
（4）A与G可形成原子个数比为1∶1的化合物，该化合物的电子式为Na＋[︰︰︰]2－Na＋；F、W、H的第一电离能由小到大的顺序为Si＜S＜P（填元素符号）。
解析：根据元素在周期表中的位置可知，A为Na，B为K，C为Mg，D为Al，E为C，F为Si，G为O，H为S，I为Cl，J为Br，W为P，R为Ar。（1）在A～R元素中金属性最强的是K，电负性最大的是O。（2）由分析可知A为Na，B为K，C为Mg， Na与K同主族，半径逐渐增大，Na与Mg同周期，半径逐渐减小，故原子半径大小关系为K＞Na＞Mg。（3）最高价氧化物对应水化物的酸性最强的物质为HClO4。（4）A为Na，G为O，两者形成原子个数比为1∶1的化合物为Na2O2，Na2O2的电子式为Na＋[︰︰︰]2－Na＋；F为Si，H为S，W为P，三种元素中P的3p能级处于半充满状态，比较稳定，第一电离能较大，故三种元素的第一电离能大小顺序为Si＜S＜P。
14.（2025·南充高二月考节选）现有七种元素，其中A、B、C、D、E为短周期主族元素，F、G为第四周期元素，它们的原子序数依次增大。请根据下列相关信息回答问题：
元素 相关信息
A 元素的核外电子数和能层数相等，也是宇宙中最丰富的元素
B 元素原子的p轨道电子数比s轨道电子数少1
C 原子的第一至第四电离能分别是I1＝738 kJ·mol－1；I2＝1 451 kJ·mol－1；I3＝7 733 kJ·mol－1；I4＝10 540 kJ·mol－1
D 原子核外最高能层p轨道半充满
E 元素的主族序数与周期数之差为3
F 是前四周期中金属性最强的元素
G 价层电子排布式为3d64s2
（1）基态A原子轨道的形状为球形。
（2）B位于第ⅤA族，属于p区元素。
（3）C的最高价氧化物的水化物的化学式为Mg（OH）2。
（4）D和E的基态原子中第一电离能较大的是P。（用元素符号表示）
（5）E和F的简单离子半径由大到小的顺序为S2－＞K＋（用离子符号表示）。
解析：A是宇宙中最丰富的元素，A为H元素；B元素原子的核外p电子数比s电子数少1，B为N元素；C元素原子的第三电离能发生突变，C位于第ⅡA族，为Mg元素；D元素原子核外所有p轨道半充满，D为P元素；E元素的主族序数与周期数之差为3，E位于第三周期第ⅥA族，为S元素；F是前四周期中金属性最强的元素，为K元素；G的价层电子排布式为3d64s2，为Fe元素。（1）A基态原子核外电子排布式为1s1，则原子轨道的形状为球形。（2）B为N元素，位于第ⅤA族，属于p区元素。（3）C为Mg元素，C的最高价氧化物的水化物的化学式为Mg（OH）2。（4）同周期元素从左至右第一电离能呈增大趋势，但基态P原子3p轨道是半充满的，比较稳定，所以第一电离能比同周期相邻元素的高，则D和E的基态原子中第一电离能较大的是P。（5）具有相同电子排布的离子，原子序数大的离子半径小，则E和F的简单离子半径由大到小的顺序为S2－＞K＋。
1 / 2探究超导材料组成元素的原子结构与性质
　　超导材料，是指具有在一定的低温条件下呈现出电阻等于零以及排斥磁力线的性质的材料。我国成功掌握了铁基超导技术，一举打破了世界纪录，目前我们可以将这项技术灵活运用到磁悬浮列车等重要的生活和生产领域当中。近年来我国科学家发现了一系列意义重大的铁系超导材料，其中一类为Fe—Sm—As—F—N—O组成的化合物。
1.探究超导材料组成元素的原子的核外电子的排布规律及其表示方法
（1）下列四种N原子的电子排布图表示的状态中，能量由低到高的顺序是　　（用字母表示）。
提示：A为基态原子，能量最低，B、C、D均发生了跃迁，B中发生1s轨道电子跃迁至2p轨道，C中发生2s轨道电子跃迁至2p轨道，由于1s轨道能量低，故能量：B＞C；D中将1s轨道、2s轨道电子跃迁至2p轨道，能量最高，故能量由低到高的顺序为A＜C＜B＜D。
（2）Sm的价层电子排布式为4f66s2，则该元素位于周期表中第　　周期，4f6的电子排布图为　　。As的简化电子排布式为　　。
提示：六　[Ar]3d104s24p3。根据价层电子排布可知最高能层数为6，所以位于周期表的第六周期；4f有7个轨道，所以4f6的电子排布图为As的简化电子排布式为[Ar]3d104s24p3。
（3）写出基态Ti原子的价层电子排布式。
提示：3d24s2。基态Ti原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d24s2。
2.探究超导材料组成元素的电离能、电负性
（1）比较Fe—Sm—As—F—N—O组成的化合物中几种非金属元素的电负性从大到小排列的顺序。
提示：F＞O＞N＞As。
（2）比较N、O、F的第一电离能（从大到小排列），并说明原因。
提示：F＞N＞O，原因：N、O、F位于同一周期，从左到右原子半径减小，核电荷数增大，失电子能力减弱，所以F的第一电离能最大，由于N的2p轨道半充满，能量低且稳定，所以N的第一电离能大于O。
3.以高温超导材料为背景探究元素周期表与元素周期律的综合应用
（1）钇钡铜氧（YBa2Cu3O7－x）类高温超导材料中Y（钇）是一种稀土金属元素，与Sc（钪）同族相邻。指出Y在元素周期表中的位置，目前的周期表中，该族共有多少种元素？
提示：Sc是第21号元素，处于周期表的第四周期第ⅢB族，所以Y在第五周期第ⅢB族。该族中包括Sc、Y、镧系（15种元素）、锕系（15种元素）一共32种元素。
（2）已知：钡与镁在同一主族。元素周期表分为5个区，钇钡铜氧（YBa2Cu3O7－x）类高温超导材料中的四种组成元素在元素周期表有没有在同一个分区中的？
提示：没有。Y：d区、Ba：s区；Cu：ds区；O：p区。
（3）比较Cl－、O2－、F－的半径大小。
提示：Cl－＞O2－＞F－。Cl－核外电子排布有三个能层，O2－与F－核外电子排布有两个能层，且O2－的核内质子数小于F－。
1.X、Y是同周期的两种主族元素，均为高温超导材料常用元素。它们的逐级电离能（I）数据如下表所示：
电离能/（kJ·mol－1） I1 I2 I3 I4 I5 ……
X 496 4 562 6 912 9 543 13 353 ……
Y 738 1 451 7 733 10 540 13 630 ……
下列有关说法正确的是（　　）
A.电负性：X＞Y
B.与水反应剧烈程度：X＜Y
C.X的最外层电子数为1
D.Y的最高化合价为＋3价
解析：C　X、Y是同周期的两种主族元素，由X元素：I2 I1可知，X是第ⅠA族元素，Y元素：I3 I2，Y是第ⅡA族元素。同周期元素从左到右，电负性增大，所以电负性：X＜Y，A错误；同周期元素从左到右，金属性减弱，所以金属性：X＞Y，金属性越强，越易与水反应，与水反应剧烈程度：X＞Y，B错误；由X元素：I2 I1可知，X是第ⅠA族元素，X的最外层电子数为1，C正确；由Y元素：I3 I2可知，Y是第ⅡA族元素，Y的最高化合价为＋2价，D错误。
2.（原创题）已发现的高温超导材料按成分分为含铜的和不含铜的。含铜超导材料有铋锶钙铜氧体系、铅锶钇铜氧体系等，不含铜超导体主要是钡镓铋氧体系等。回答下列问题：
（1）钇（Y）的原子序数比Fe大13，Y位于元素周期表的第ⅢB族。
（2）基态铜原子的价层电子排布式为3d104s1。
（3）第一电离能：I1（O）＞（填“＞”“＜”或“＝”）I1（S），其原因是氧、硫为同一主族元素，氧原子半径小于硫原子，氧原子核对核外电子的吸引力更大。
（4）钡的核外电子排布为[Xe]6s2，下列关于钡的说法错误的是d（填字母）。
a.其电负性比Cs大
b.位于第六周期第ⅡA族
c.能与冷水反应放出氢气
d.第一电离能比Cs小
解析：（1）铁为26号元素，钇（Y）的原子序数比Fe大13，Y为39号元素，位于元素周期表的第四周期第ⅢB族。（2）基态Cu原子核外电子排布为1s22s22p63s23p63d104s1，价层电子排布式为3d104s1。（3）氧、硫为同一主族元素，第一电离能：I1（O）＞I1（S）。（4）根据钡的核外电子排布[Xe]6s2可知，该元素位于元素周期表第六周期第ⅡA族，位于同周期第ⅠA族的元素是Cs。Ba的电负性及第一电离能均比Cs大；钡的金属性强于同主族的钙，钙能与冷水反应生成氢气，故钡也能与冷水反应放出氢气。
3.铜氧化物超导材料和碳化物超导材料是常见超导材料中的两种。铜氧化物超导材料是指以氧化铜为主要成分的超导材料，碳化物超导材料又称为B—C—N—F超导材料，是指材料中含有碳、硼、氮、氟等元素的超导材料，均被广泛应用于超导电缆、磁体和器件等领域。
（1）氟原子激发态的电子排布式有ad　，
其中能量较高的是d（填字母）。
a.1s22s22p43s1 b.1s22s22p43d2
c.1s22s12p5 d.1s22s22p33p2
（2）基态F原子的价电子排布图（轨道表示式）为。
（3）Cu与Zn相比，第二电离能与第一电离能差值更大的是Cu，原因是Cu的第二电离能失去的是3d10电子，第一电离能失去的是4s1电子，Zn的第二电离能失去的是4s1电子，第一电离能失去的是4s2电子，3d10电子处于全充满状态，其与4s1电子能量差值更大。
（4）图a、b、c分别表示C、N、O和F的逐级电离能I变化趋势（纵坐标的标度不同）。第一电离能的变化图是a（填字母），判断的根据是同周期元素从左往右第一电离能的总体趋势是依次升高的，但N元素的2p轨道处于半充满状态，相对较稳定，因此N元素的第一电离能较C、O两种元素高；
第三电离能的变化图是b（填字母）。
解析：（1）F的原子序数为9，其基态原子电子排布式为1s22s22p5，1s22s22p43s1是基态氟原子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是基态氟原子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，因此能量最高的是1s22s22p33p2。（2）F为第9号元素，其电子排布为1s22s22p5，则其价层电子排布图为
。（3）铜元素的第二电离能失去的是3d10电子，第一电离能失去的是4s1电子，锌元素的第二电离能失去的是4s1电子，第一电离能失去的是4s2电子，3d10电子处于全充满状态，其与4s1电子能量差值更大，所以铜与锌相比，第二电离能与第一电离能差值更大的是铜元素。（4）同周期元素的第一电离能从左到右呈增大的趋势，但N的2p轨道上的电子排布是半充满的，比较稳定，其第一电离能高于邻位C、O的第一电离能，故图a符合C、N、O、F第一电离能的大小顺序；C、N、O、F的价层电子排布式分别为2s22p2、2s22p3、2s22p4、2s22p5，失去两个电子后，价层电子排布式分别为2s2、2s22p1、2s22p2、2s22p3，此时F的2p轨道上的电子排布处于半充满状态，比较稳定，其第三电离能最大，O的半径小于N的半径，O的第三电离能大于N，C失去的第三个电子为2s上的电子，导致其第三电离能大于N，故图b符合C、N、O、F第三电离能的大小顺序。
4.前四周期元素X、Y、Z、R、Q核电荷数逐渐增加，其中X、Y、Z、R四种元素的核电荷数之和为58；Y 原子的M层p轨道有3个未成对电子；Z与Y同周期，且在该周期中电负性最大；R原子的L层电子数与最外层电子数之比为4∶1，其d轨道中的电子数与最外层电子数之比为5∶2；Q2＋的价电子排布式为3d9。
回答下列问题：
（1）R基态原子核外电子的排布式为[Ar]3d54s2或1s22s22p63s23p63d54s2。
（2）Z元素的最高价氧化物对应的水化物的化学式是HClO4。
（3）Y、Z分别与X形成最简单共价化合物A、B，A与B相比，稳定性较差的是PH3 （写分子式）。
（4）Q的价电子的轨道表示式为；从轨道结构角度考虑Q的两种价态离子中更稳定的为Cu＋（写出离子符号）。
解析：前四周期元素X、Y、Z、R、Q核电荷数依次增加，由Y原子的M层p轨道有3个未成对电子可知，Y原子价电子排布为3s23p3，则Y为P元素；Z与Y同周期，且在该周期中电负性最大，则Z为Cl元素；R原子的L层电子数与最外层电子数之比为4∶1说明最外层电子数为2，由d轨道中的电子数与最外层电子数之比为5∶2可知，d轨道电子数为5，原子的价电子排布为3d54s2，则R为Mn元素；由X、Y、Z、R四种元素的核电荷数之和为58可知，X元素核电荷数为58－15－17－25＝1，则X为H元素；Q2＋的价电子排布式为3d9，则Q为Cu元素。（1）锰元素的原子序数为25，位于元素周期表中第四周期第ⅦB族，基态原子核外电子的排布式为[Ar]3d54s2或1s22s22p63s23p63d54s2。（2）氯元素的最高价氧化物对应的水化物为高氯酸，化学式为HClO4。（3）非金属元素的非金属性越强，简单氢化物的稳定性越强，氯元素的非金属性强于磷元素，则氯化氢的稳定性强于磷化氢。（4）铜元素的原子序数为29，位于元素周期表中第四周期第ⅠB族，基态原子的价电子排布式为3d104s1，则价电子轨道表示式为，铜原子失去1个电子形成亚铜离子，价电子排布式为3d10，失去2个电子形成铜离子，价电子排布式为3d9，亚铜离子的3d轨道为全充满稳定结构，则从轨道结构角度看，亚铜离子的稳定性强于铜离子。
一、原子结构与核外电子排布
1.（2024·北京高考1题）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
解析：A　A项，41Ca的质量数为41，质子数为20，所以中子数为41－20＝21，正确；B项，41Ca的半衰期长短与得失电子能力没有关系，错误；C项，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，错误；D项，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，错误。
二、电离能　电负性
2.（2024·重庆高考6题）“嫦娥石”是中国首次在月球上发现的新矿物，其主要由Ca、Fe、P、O和Y（钇，原子序数比Fe大13）组成，下列说法正确的是（　　）
A.Y位于元素周期表的第ⅢB族
B.基态Ca原子的核外电子填充在6个轨道中
C.5种元素中，第一电离能最小的是Fe
D.5种元素中，电负性最大的是P
解析：A　钇原子序数比Fe大13，为39号元素，位于元素周期表的第五周期第ⅢB族，A正确；钙为20号元素，原子核外电子排布为1s22s22p63s23p64s2，基态Ca原子的核外电子填充在10个轨道中，B错误；同一主族随原子序数变大，原子半径变大，第一电离能变小；同一周期随着原子序数变大，第一电离能呈增大趋势，5种元素中，钙第一电离能比铁小，C错误；同周期主族元素从左到右，金属性减弱，非金属性变强，元素的电负性变强；同主族由上而下，金属性增强，非金属性逐渐减弱，元素电负性减弱；5种元素中，电负性最大的是O，D错误。
3.（2024·上海高考1题）下列关于氟元素的性质说法正确的是C。
A.原子半径最小
B.原子第一电离能最大
C.元素的电负性最强
D.最高正化合价为＋7
解析：元素周期表中H的原子半径最小，A错误；同周期元素从左至右第一电离能呈增大趋势，故每一周期最后一种元素（稀有气体元素）的第一电离能最大，B错误；同周期主族元素从左至右，元素的电负性逐渐变大，同主族元素从上到下，元素的电负性逐渐变小，则元素周期表中F的电负性最强，C正确；F没有正化合价，D错误。
三、元素“位—构—性”综合考查
4.（2024·甘肃高考5题）X、Y、Z、W、Q为短周期元素，原子序数依次增大，最外层电子数之和为18。Y原子核外有两个单电子，Z和Q同族，Z的原子序数是Q的一半，W元素的焰色试验呈黄色。下列说法错误的是（　　）
A.X、Y组成的化合物有可燃性
B.X、Q组成的化合物有还原性
C.Z、W组成的化合物能与水反应
D.W、Q组成的化合物溶于水呈酸性
解析：D　X、Y、Z、W、Q为原子序数依次增大的短周期元素，W元素的焰色试验呈黄色，则W为Na元素；Z和Q同族，Z的原子序数是Q的一半，则Z为O元素、Q为S元素；Y原子核外有两个单电子，且原子序数小于O元素，故Y为C元素；结合X、Y、Z、W、Q的最外层电子数之和为18，则X的最外层电子数为1，故X为H元素或Li元素。C的电负性大于H和Li，故该化合物中C为负价，具有还原性，则该化合物具有可燃性，A项正确；该化合物中S元素为负价，具有还原性，B项正确；Na2O、Na2O2均能与水反应，C项正确；Na2S属于强碱弱酸盐，其溶于水所得溶液呈碱性，D项错误。
5.（2024·湖北高考9题）主族元素W、X、Y、Z原子序数依次增大，X、Y的价电子数相等，Z的价电子所在能层有16个轨道，4种元素形成的化合物如图。下列说法正确的是（　　）
A.电负性：W＞Y
B.酸性：W2YX3＞W2YX4
C.基态原子的未成对电子数：W＞X
D.氧化物溶于水所得溶液的pH：Z＞Y
解析：D　Z的价电子所在能层有16个轨道，故Z为第四周期元素，结合题给化合物的结构图可知，Z为K元素；W、X、Y、Z原子序数依次增大，X、Y的价电子数相等，结合题给结构图可知，X为O元素、Y为S元素；W形成一个共价键，则W为H元素。电负性：H＜S，A错误；H2SO3为弱酸，故酸性：H2SO3＜H2SO4，B错误；基态H原子中未成对电子数为1，基态O原子中未成对电子数为2，C错误；K的氧化物溶于水生成KOH，溶液pH＞7，S的氧化物溶于水生成H2SO3或H2SO4，溶液pH＜7，D正确。
1 / 6第1课时　能层与能级　基态与激发态　原子光谱
学习目标
1.认识原子结构及核外电子排布，知道原子核外电子的能层分布、能级分布及其与能量的关系。 2.知道电子运动的能量状态具有量子化的特征（能量不连续），电子可以处于不同的能级， 在一定条件下会发生激发与跃迁。
知识点一　能层与能级
1.能层
（1）含义
核外电子按　能量　不同分成能层。
（2）表示方法
电子的能层由内向外排序，其序号、符号如下：
能层 一 二 三 四 五 六 七
符号 K L M N O P Q
（3）能层间的能量关系
能层越高，电子的能量　越高　，能量的高低顺序为E（K）　＜　E（L）　＜　E（M）　＜　E（N）　＜　E（O）　＜　E（P）　＜　E（Q）。
2.能级
（1）含义
同一　能层　的电子，还被分成不同能级。
（2）表示方法
能级用相应能层的序数和字母　s、p、d、f　……组合在一起来表示，如n能层的能级按能量由低到高的顺序排列为　ns　、　np　、　nd　、　nf　等。
（3）能层序数及容纳电子数
①任一能层的能级总是从s能级开始。
②能级数等于该能层序数，如第三能层有3个能级（　3s、3p、3d　）。
③s、p、d、f能级可容纳的电子数依次为1、3、5、7的　2倍　。
3.能层与能级的关系
4.能层、能级与最多容纳的电子数
能层（n） 一 二 三 四 五 ……
符号 K L M N O ……
能级 1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p 4d 4f 5s …… ……
最多容纳的电子数　 2 2 6 2 6 10 2 6 10 14 2 …… ……
2 8 18 32 …… 2n2
【思考】　（1）以s、p、d、f为符号的能级分别最多可容纳多少个电子？3d、4d、5d能级所能容纳的最多电子数是否相同？
提示：s、p、d、f能级最多容纳的电子数分别为2、6、10、14。3d、4d、5d能级所能容纳的最多电子数相同，均为10个电子。
（2）第五能层最多可容纳多少个电子？它们分别容纳在几个能级中？
提示：第五能层最多容纳2×52＝50个电子；它们分别容纳在5个能级中。
1.正误判断（正确的打“√”，错误的打“×”）。
（1）能层就是电子层， 包含不同的能级。（　√　）
（2）2d表示L能层上的d能级。（　×　）
（3）不同能层，s能级的能量相同。（　×　）
（4）3f能级最多容纳14个电子。（　×　）
2.以下能级符号正确的是（　　）
①5s　②2d　③1p　④3d
A.①② B.②③
C.①④ D.③④
解析：C　②L能层只有s、p能级，没有d能级，错误；③K能层只有s能级，没有p能级，错误；①④正确。
3.（教材改编题）下列有关原子结构的说法中错误的是（　　）
A.第五能层有5个能级，最多能容纳50个电子
B.同一原子中，不同能层均含有的能级是s能级
C.某一原子中，3d能级实际容纳的电子数一定为10个
D.能层和能级的划分，均以电子的能量高低为依据
解析：C　某一原子中，3d能级最多容纳的电子数为10个，实际容纳的电子数可能少于10个，C错误。
4.比较各能层或能级中电子能量大小（填“＞”“＜”或“＝”）：
（1）E（2s）＜E（4s）；
（2）E（3p）＜E（3d）；
（3）E（5d）＞E（4d）；
（4）E（K）＜E（L）＜E（M）。
解析：不同能层的能量按K、L、M、N、O、P、Q的顺序依次升高，同一能层里，各能级的能量按s、p、d、f……的顺序依次升高。
知识点二　基态与激发态　原子光谱
1.基态原子与激发态原子
（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　吸收　能量，它的电子会跃迁到　较高　能级，变为激发态原子。
（3）基态、激发态原子相互间转化的能量变化
基态原子激发态原子
2.原子光谱
（1）原子光谱
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。
（2）光谱的成因与分类
（3）光谱分析及应用
①光谱分析
在现代化学中，利用原子光谱上的　特征谱线　来鉴定元素的分析方法。
②光谱分析的应用
a.发现新元素：许多元素是通过原子光谱发现的，如铯（1860年）和铷（1861年），其光谱图中有特征的蓝光和红光。
b.检验元素：焰色试验中产生的焰色是电子跃迁的结果，可通过焰色试验检验元素。
c.原子光谱在生产、生活中也有许多应用，如焰火、霓虹灯光、激光等。
【教材挖掘】
（1）教材中描述“在日常生活中，我们看到的许多可见光，如焰火、霓虹灯光、激光、荧光、LED灯光……都与原子核外电子跃迁释放能量有关”， 充有氖气的霓虹灯管通电，为什么会发出红色光？
提示：当灯管通电时，氖原子的电子吸收能量由基态跃迁为激发态，电子由激发态向基态跃迁时以光的形式释放能量，所发出的光的波长恰好位于可见光区域中的红色波段，从而产生红光。
（2）教材中描述“可以用光谱仪摄取各种元素原子的吸收光谱或发射光谱”，金属元素的焰色属于吸收光谱还是发射光谱？金属的焰色试验是化学变化还是物理变化？
提示：光（辐射）是电子跃迁释放能量的重要形式，金属元素的焰色属于发射光谱，焰色试验属于物理变化。
1.正误判断（正确的打“√”，错误的打“×”）。
（1）同一原子处于激发态时的能量一定高于基态时的能量。（　√　）
（2）电子跃迁时只吸收能量。（　×　）
（3）霓虹灯光、激光、荧光都与原子核外电子跃迁吸收能量有关。（　×　）
（4）电子仅从激发态跃迁到基态时才会产生原子光谱。（　×　）
2.（2025·金华高二月考）下列现象和应用与电子跃迁无关的是（　　）
A.激光 B.焰色试验
C.缓慢氧化放热 D.霓虹灯光
解析：C　激光、焰色试验、霓虹灯光均与原子核外电子发生跃迁有关，缓慢氧化放热是化学能转化为热能，与电子跃迁无关，选C。
3.烟花又称花炮、焰火，主要用于军事、盛大的典礼或表演中。下列对形成烟花的过程叙述错误的是（　　）
A.与电子的跃迁有关
B.该过程中吸收能量
C.焰色试验属于物理变化
D.该过程中金属原子可能由激发态转化为基态
解析：B　金属原子的核外电子先吸收能量，由基态转化为激发态，再将电子由激发态跃迁到基态，将能量以光的形式释放，从而形成烟花，该过程中并没有化学反应发生，只是电子发生基态与激发态的转换，属于物理变化。
特别说明
　　现代量子物理学认为原子核外电子的可能状态是不连续的，因此各状态对应能量也是不连续的，也就是量子化的，原子核外电子在不同的能量量子化的状态之间跃迁，能量差是确定的，与能量差相对应的光谱是1条谱线，由此可知，原子光谱是线状光谱，不是连续光谱。
1.（鲁科版改编题）下列能级符号中，错误的是（　　）
A.3s B.3p
C.3d D.3f
解析：D　M能层包括s、p、d三个能级，没有f能级，D项错误。
2.共含有4个能级的能层符号为（　　）
A.M B.N
C.P D.Q
解析：B　每一能层所含的能级数目＝能层序数，所以共有4个能级的能层是第四能层，第四能层符号为N。
3.下列关于能层与能级的说法，正确的是（　　）
A.同一原子中，字母代号相同的能级上电子能量不一定相同
B.任一能层的能级总是从s能级开始，而且能级数不一定等于该能层序数
C.同是s能级，在不同的能层中所能容纳的最多电子数是不相同的
D.多电子原子中，每个能层上电子的能量一定不同
解析：A　能层含有的能级数等于能层序数，每一能层总是从s能级开始，B错误；同是s能级，在不同的能层中所能容纳的最多电子数都是2，C错误；多电子原子中，同一能层的同一能级上电子的能量相同，D错误。
4.（2025·珠海高二检测）下列有关光谱的说法中错误的是（　　）
A.原子中的电子在跃迁时会发生能量变化，这是原子光谱产生的原因
B.焰色试验产生的焰色和五彩霓虹灯都是发射光谱
C.原子光谱可用于鉴定和发现元素
D.原子中的电子从激发态向基态跃迁时才能产生原子光谱
解析：D　原子中的电子从激发态向基态跃迁时产生发射光谱，从基态向激发态跃迁时产生吸收光谱，D错误。
5.钠离子电池具有长循环、高倍率等性能优势。钠原子的原子序数为11，试回答下列问题：
（1）写出钠的原子结构示意图：。
（2）钠的最外层有1个电子，若该电子分别位于①3s
②3p　③3d三种能级，则钠原子的能量最低的情况是①（填序号），若将钠原子完成①转化为②，则会吸收（填“吸收”或“释放”）能量，若将钠原子从③转化为①，则会产生发射（填“吸收”或“发射”）光谱。
解析：（1）根据所学知识，钠原子结构示意图为。（2）由于能量：3s＜3p＜3d，则钠原子的能量最低的情况是①；由于能量：①＜②，所以若将钠原子完成①转化②，则会吸收能量；因为能量：③＞①，所以将钠原子从③转化为①，则会产生发射光谱。
题组一　能层与能级
1.（教材改编题）根据能量不同能层又可分为不同的能级，分别用s、p、d、f等字母表示，以下各能层不包含p能级的是（　　）
A.M B.N
C.L D.K
解析：D　第一能层只有s能级，选D。
2.下列各能级可容纳的电子数最多的是（　　）
A.2s B.3p
C.4f D.5d
解析：C　f能级最多容纳14个电子，d能级最多容纳10个电子，p能级最多容纳6个电子，s能级最多容纳2个电子。
3.（2025·湛江高二下开学考）M能层包含的能级数和最多能容纳的电子数分别为（　　）
A.2　2 B.2　8
C.3　8 D.3　18
解析：D　M能层有s、p、d三个能级，s能级最多容纳2个电子，p能级最多容纳6个电子，d能级最多容纳10个电子，所以M能层最多能容纳的电子数为18。
4.（2025·西安高二检测）下列有关能层和能级的叙述中正确的是（　　）
A.M能层有s、p 2个能级，最多能容纳8个电子
B.3d能级最多可容纳5个电子
C.无论哪一能层的s能级最多容纳的电子数均为2
D.任一能层都有s、p能级，但不一定有d能级
解析：C　M能层有s、p、d 3个能级，最多可容纳18个电子，A错误； 3d能级最多可容纳10个电子，B错误；C项，每个能层都从s能级开始，且s能级最多可容纳2个电子，C正确； K能层只有s能级，不含有p能级，D错误。
5.下列有关认识正确的是（　　）
A.各能层含有的能级数为n－1
B.各能层含有的电子数为2n2
C.各能层的能级都是从s能级开始至f能级结束
D.各能级按s、p、d、f的顺序最多容纳的电子数依次为2、6、10、14
解析：D　每一能层含有的能级数与其能层序数n相等，A错误；各能层中最多可容纳的电子数是2n2，B错误；K层只有s一个能级，L层有s、p两个能级，M层有s、p、d三个能级，依次类推，所以各能层的能级都是从s能级开始，但并不都是至f能级结束，C错误；s能级最多容纳电子数为2，p能级最多容纳电子数为6，d能级最多容纳电子数为10，f能级最多容纳电子数为14，D正确。
题组二　基态与激发态　原子光谱
6.（2025·邢台高二月考改编）当原子的电子从4d能级跃迁到4s能级上时，可通过光谱仪直接摄取（　　）
A.电子运动轨迹
B.原子的吸收光谱
C.原子核内部结构
D.原子的发射光谱
解析：D　由于E（4d）＞E（4s），电子由4d能级跃迁至4s能级时，需释放能量，故光谱仪摄取的是发射光谱，D项正确。
7.下列关于同一种原子的基态和激发态的说法正确的是（　　）
A.基态时的能量比激发态时高
B.激发态时比较稳定
C.由基态转化为激发态吸收能量
D.电子仅在由基态跃迁到激发态时才会产生原子光谱
解析：C　同一原子处于激发态时能量较高，较不稳定，A、B错误；原子光谱分为吸收光谱和发射光谱，电子从激发态跃迁到基态时，也会产生原子光谱，D错误。
8.（鲁科版改编题）对充有氩气的霓虹灯管通电，灯管发出蓝紫色光。产生这一现象的主要原因是（　　）
A.电子由能量较高的能级向能量较低的能级跃迁时以光的形式辐射能量
B.电子由能量较低的能级向能量较高的能级跃迁时吸收除蓝紫色光以外的光
C.氩原子获得电子后转变成发出蓝紫色光的物质
D.在电流的作用下，氩原子与构成灯管的物质发生反应
解析：A　在电场作用下，基态氩原子的电子吸收能量跃迁到能量较高的能级，变为激发态原子，这一过程不会发出蓝紫色光；而电子从较高能量的能级跃迁到较低能量的能级时，将释放能量，从而产生蓝紫色光，A项正确。
9.吸收光谱和发射光谱统称为原子光谱。下列说法错误的是（　　）
A.同一种元素原子的吸收光谱和发射光谱的特征谱线相同
B.焰色试验是利用元素的特征可见原子光谱鉴别某些元素
C.光谱仪可以摄取元素的吸收光谱和发射光谱
D.目前发现的元素都是通过原子光谱发现的
解析：D　不同元素的原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，同一种元素原子的吸收光谱和发射光谱的特征谱线相同，A、C正确；光（辐射）是电子跃迁释放能量的重要形式，焰色试验是利用元素的特征原子光谱鉴别某些元素，B正确；每种元素都有自己的特征谱线，在历史上许多元素是通过原子光谱发现的，如铯和铷，但目前发现的元素并不都是通过原子光谱发现的，D错误。
10.由玻尔的理论发展而来的现代量子物理学认为原子核外电子的可能状态是不连续的，因此各状态对应能量也是不连续的，这些能量值就是能级。下列说法中错误的是（　　）
A.硫原子的L能层上有两个能级，分别为2s、2p
B.钠原子3s能级的电子跃迁至低能级时，最多出现5条谱线
C.灼烧含钾元素的物质时出现特征紫色是由电子的跃迁引起的
D.基态砷原子（原子序数为33）的最高能层为N
解析：B　L能层为第二电子层，该能层上有两个能级，分别为2s、2p，A正确；钠原子3s能级的电子跃迁至低能级，可以是3s到2p、3s到2s、3s到1s、2p到2s、2p到1s以及2s到1s，因此最多会出现6条谱线，B错误；钾元素原子的核外电子由低能状态跃迁到高能状态，再由高能状态跃迁到低能状态时释放的能量与紫光的能量相同，从而呈现出紫色，C正确；基态砷原子核外有4个电子层，其中能量最高的能层为N能层，D正确。
11.激发态原子和基态原子可以通过电子跃迁的方式相互转换，跃迁过程中可得到原子光谱，下列说法正确的是（　　）
A.元素K的焰色试验呈紫色，紫色对应的辐射波长约为700 nm
B.以下实验装置测得的是氢原子的吸收光谱
C.电子仅在由激发态跃迁到基态时才会产生原子光谱
D.原子光谱可用于定性鉴定元素
解析：D　元素K的焰色试验呈紫色，紫色光波长范围为400～430 nm，A错误；该实验装置测得的是氢原子的发射光谱，B错误；原子光谱有吸收光谱和发射光谱两种，电子由基态跃迁到激发态时会产生原子吸收光谱，C错误；原子光谱可以用于定性鉴定元素，D正确。
12.（2025·潍坊高二检测）W、X、Y、Z均为短周期主族元素，原子序数依次增大，且原子核外L电子层的电子数分别为0、5、8、8，它们的最外层电子数之和为18。下列说法错误的是（　　）
A.Y和Z元素原子核外L能层上均有2个能级
B.W元素原子核外只有1个电子
C.Z元素原子的M能层上有3个能级，有7个电子
D.X、Y、Z元素形成的简单离子具有相同的电子层结构
解析：D　由题可知，W、X、Y、Z分别为H、N、P、Cl元素。Y（P）、Z（Cl）均为第三周期元素，原子核外有三个电子层，L能层上均有2s、2p两个能级，A正确；W（H）元素原子核外只有1个电子，B正确；Z（Cl）元素原子的M层有3s、3p、3d共3个能级，M能层有7个电子，C正确；X（N）、Y（P）、Z（Cl）元素形成的简单离子分别为N3－、P3－和Cl－，其中P3－和Cl－具有相同的电子层结构，D错误。
13.回答下列问题：
（1）用符号填写能层所含能级种类：
K：1s；M：3s、3p、3d；N：4s、4p、4d、4f。
（2）列式计算N能层最多能容纳的电子数：2＋6＋10＋14＝32。
（3）基态碳原子共有6个核外电子，核外电子占据的能层为K、L（填符号），碳原子占据的能级有3个，其中能量最高的能级是2p，此能级最多能填充6个电子。
解析：（1）K能层是第一能层，只有1s 1个能级。M能层是第三能层，有3个能级，即3s、3p、3d。N能层是第四能层，有4个能级，即4s、4p、4d、4f。（2）N能层是第四能层，有4个能级，即4s、4p、4d、4f，所以最多可容纳的电子数为2＋6＋10＋14＝32。（3）C是第6号元素，故其基态原子核外有2个电子层、有6个电子，结构示意图为，有2个电子层，占据的能级有1s、2s、2p，其中能量最高的能级为2p，此能级最多可容纳6个电子。
14.（2025·聊城一中高二检测）在真空放电管内充入低压氢气，并在放电管两端的电极间加上高压电时，氢分子便分解为氢原子并放电发光，经光谱仪记录便可得到氢原子光谱（如图所示）。氢原子光谱是线状光谱。用光谱仪还可以记录氯原子与硅原子的光谱。
氢原子光谱的测定示意图
（1）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。
（2）下列现象和应用与电子跃迁无关的是DE（填字母）。
A.激光 B.焰色试验
C.原子光谱 D.燃烧放热
E.石墨导电
（3）基态O原子核外电子能量最高的电子所在的能级是2p。
（4）基态Si原子中，核外电子占据最高能层的符号为M，该能层上有3个能级，电子数为4。
解析：（1）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，不同元素原子的吸收光谱或发射光谱不同，所以可以利用原子光谱上的特征谱线来鉴定元素。（2）激光的产生与电子跃迁有关，A不符合题意；焰色试验与电子跃迁有关，B不符合题意；原子光谱的产生是原子核外电子发生能级跃迁的结果，与电子跃迁有关，C不符合题意；燃烧放热是化学能转化为热能，与电子跃迁无关，D符合题意；石墨导电，与电子跃迁无关，E符合题意。（3）基态O原子能量最高的电子所在的能级是2p能级。（4）基态Si原子核外有14个电子，K、L、M能层上分别有2、8、4个电子，所以电子占据的最高能层为M能层，该能层有3s、3p、3d三个能级，排有4个电子。
1 / 9拓展专题2　电子运动状态与未成对电子数的判断
一、电子运动状态的判断
1.核外电子的运动状态
（1）空间运动（或轨道运动）
电子的空间运动由其能层、能级和原子轨道三个方面决定。
（2）自旋
电子自旋有顺时针和逆时针两种取向，常用“↑”和“↓”表示。
（3）电子的运动状态
把既具有一定空间运动状态又具有一定自旋状态的电子称为具有一定运动状态的电子。
2.泡利原理的另一类描述
（1）内容
在同一个原子里，没有运动状态四个方面完全相同的电子存在。
（2）理解
电子运动状态由四个方面进行描述：能层、能级、原子轨道和自旋。若两个电子的能层、能级和原子轨道相同，则自旋一定不同，即一个原子轨道里只能容纳自旋相反的两个电子。
3.三个结论
（1）一个原子中，电子占据几个原子轨道，即有几种空间运动状态。
（2）一个原子有几个电子，则有几种运动状态的电子。
（3）第n能层的轨道数为n2，则n能层最多容纳的电子数为2n2。
1.（2025·天津南开区高二期末）某基态原子价层电子的轨道表示式为从中得到的信息错误的是（　　）
A.有2个电子层
B.最外层有4个电子
C.有3种能量不同的电子
D.有6种空间运动状态不同的电子
解析：D　由基态原子的轨道表示式可知，该基态原子的核外电子排布式为 1s22s22p2，该原子序数为6，为C元素；该原子有2个电子层，最外层有4个电子，核外电子占据的能级为1s、2s、2p 能级，故有3种能量不同的电子，A、B、C正确；该原子核外共有 6 个电子，则有 6 种不同运动状态的电子，D错误。
2.（2025·泸州高二期末）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
解析：A　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，所以可容纳32种运动状态的电子，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错误；电子云通常是用小黑点来表示电子出现的机会多少，但小黑点不表示电子，D错误。
3.（2025·沈阳五校协作高二节选）新型半导体材料如碳化硅（SiC）、氮化镓（GaN）等在航空航天、国防技术及5G技术等领域扮演着重要的角色。基态Si原子的核外电子空间运动状态共有8种，其核外电子占据最高能级的电子云轮廓图的形状为哑铃形，基态镓原子的价层电子排布式为4s24p1。
解析：基态Si原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p2，核外电子空间运动状态共有8种；核外电子占据最高能级为p能级，形状为哑铃形；镓元素的原子序数是31，其基态原子的价层电子排布式为4s24p1。
4.回答下列问题。
（1）基态F原子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3d24s2，其原子核外电子的空间运动状态有12种，共有22种运动状态不同的电子。
（3）基态Si原子价层电子的运动状态有4种，若其电子排布式表示为[Ne]3s23违背了洪特规则。
（4）基态Cu原子核外电子的空间运动状态有15种。
解析：（1）基态F原子共有9个核外电子，每个电子都有对应的原子轨道和自旋状态，所以核外电子的运动状态有9种。（2）基态Ti原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d24s2，价层电子排布式为3d24s2；s能级有一种空间运动状态，p能级有三种空间运动状态，d能级有五种空间运动状态，3d能级只有两个电子，有两种空间运动状态，因此基态Ti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。（4）基态Cu原子核外电子排布式为[Ar]3d104s1，基态Cu原子核外有几个原子轨道，其核外电子就有几种空间运动状态，则基态Cu原子核外电子的空间运动状态有1＋1＋3＋1＋3＋5＋1＝15种。
二、基态原子中未成对电子数的判断
1.成对电子与未成对电子
（1） 一个原子轨道若有2个电子且自旋相反，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。
（3）未成对电子只存在于价层电子中。
2.基态原子中未成对电子数的判断
（1）轨道表示式能直观地反映出原子核外电子的自旋状态以及成对电子对数和单电子数。应根据价层电子的轨道表示式判断微粒中的未成对电子数。
（2）在元素周期表中，一般有如下的规律：第ⅠA、ⅢA、ⅦA族元素都存在着1个未成对电子，第ⅣA、ⅥA族元素的未成对电子数是2，第ⅤA族元素的未成对电子数是3，而第ⅡA族和0族元素，均没有未成对电子。
（3）副族元素可以通过书写电子排布式的方法来进行判断。需要特别注意的是铬和铜两种元素，铬的基态原子中存在6个未成对电子，而不是4个，铜的基态原子中存在1个未成对的s电子而不是d电子。
1.（2025·广州广雅中学高二检测）人们通常将在同一原子轨道上运动、自旋相反的2个电子，称为“电子对”，将在某一原子轨道上运动的单个电子，称为“未成对电子”。下列基态原子的电子排布式中，未成对电子数最多的是（　　）
A.1s22s22p63s23p6
B.1s22s22p63s23p63d54s2
C.1s22s22p63s23p63d54s1
D.1s22s22p63s23p63d104s1
解析：C　A中1s22s22p63s23p6中每个轨道上都达到饱和，未成对电子数为0；B中1s22s22p63s23p63d54s2中3d轨道上有5个未成对电子，其他轨道达到饱和，未成对电子数为5；C中1s22s22p63s23p63d54s1中的3d、4s轨道上各有5、1个未成对电子，未成对电子数为6；D中1s22s22p63s23p63d104s1只有4s上有1个未成对电子，未成对电子数为1。
2.某元素基态原子M层上有一个未成对电子，则该基态原子价层电子排布不可能是（　　）
A.3d14s2 B.3d94s2
C.3s23p1 D.3s23p5
解析：B　价层电子排布为3d14s2、3s23p1、3s23p5的元素的基态原子M层都有一个未成对电子，3d94s2不遵循能量最低原理，排布式不正确，正确的排布式为3d104s1，M层没有未成对电子，选B。
3.高考真题组合
（1）（2024·全国甲卷35题节选）ⅣA族元素具有丰富的化学性质，其化合物有着广泛的应用。该族元素基态原子核外未成对电子数为2。
（2）（2024·山东高考16题节选）锰氧化物具有较大应用价值，同周期中，基态原子未成对电子数比Mn多的元素是Cr（填元素符号）。
（3）（经典高考）基态O原子的电子排布式1s22s22p4或[He]2s22p4，其中未成对电子有2个。
（4）（经典高考）基态Fe2＋与Fe3＋离子中未成对的电子数之比为4∶5。
解析：（1）ⅣA族元素基态原子的价层电子排布式为ns2np2，核外未成对电子数为2。（2）基态Mn原子的电子排布式为[Ar]3d54s2，未成对电子有5个，同周期中，基态原子未成对电子数比Mn多的元素是Cr，基态Cr的电子排布式为[Ar]3d54s1，有6个未成对电子。（3）O为8号元素，基态O原子核外有8个电子，因此基态O原子的电子排布式为1s22s22p4或[He]2s22p4，其2p轨道有2个未成对电子，即O原子有2个未成对电子。（4）根据构造原理可知基态Fe2＋和Fe3＋的价层电子排布式分别为3d6和3d5，其未成对电子数分别为4和5，即未成对电子数之比为4∶5。
4.（2025·山东各地市高二月考节选）完成下列各题：
（1）基态Ge原子的核外电子排布式为[Ar] 3d104s24p2，有2个未成对电子。
（2）镍元素基态原子的电子排布式为[Ar]3d84s2，3d能级上的未成对电子数为2。
（3）第四周期核外电子排布未成对电子数和周期数相同的基态原子的简化核外电子排布式为[Ar]3d64s2。
（4）与Cu同周期且基态原子核外单电子数与Cu相同的元素还有4种。
解析：（1）Ge处于第四周期第ⅣA族，基态Ge原子核外电子排布式为[Ar]3d104s24p2；根据洪特规则，基态Ge原子有2个未成对电子。（2）镍元素的原子序数为28，基态Ni原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d84s2，根据洪特规则，Ni原子3d轨道上有2个未成对电子。（3）第四周期元素中未成对电子数为4的元素是Fe，Fe原子的原子序数为26，基态Fe原子的简化核外电子排布式为[Ar]3d64s2。（4）Cu为29号元素，其4s轨道上有一个未成对电子，与Cu同周期且基态原子核外未成对电子数为1的元素有K（4s1）、Sc（3d14s2）、Ga（4s24p1）、Br（4s24p5）共4种。
1 / 2拓展专题1　核外电子排布的规范书写与应用
1.原子核外电子排布的表示方法
结构示意图 意义 将每个能层上的电子总数表示在原子核外的式子
实例 Al：；S2－：
电子排布式 意义 用数字在能级符号右上角标明该能级上排布的电子数
实例 K：1s22s22p63s23p64s1
简化电子 排布式 意义 为了避免电子排布式书写过于繁琐，把内层电子达到稀有气体元素原子结构的部分以相应稀有气体的元素符号外加方括号表示
实例 K：[Ar]4s1
价层电子排布式 意义 主族元素的价层电子指最外层电子，价层电子排布式即最外层电子排布式，副族元素还包括次外层的d电子及次次外层的f电子
实例 Al：3s23p1；Cu：3d104s1
轨道 表示式 意义 每个方框代表一个原子轨道，每个箭头代表一个电子
实例
电子式 意义 在元素符号周围用“·”或“×”来表示元素原子的最外层电子数
实例 Na＋[︰︰]－
2.核外电子排布的规范书写
（1）核外电子排布式与原子结构示意图、轨道表示式的关系
从原子结构示意图→电子排布式→轨道表示式逐步细化核外电子的运动状态。
（2）核外电子排布表示方法的常见误区
①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正确，Fe：1s22s22p63s23p64s23d6错误。
②在画基态原子的轨道表示式时，常出现以下错误：
a. （违反能量最低原理）；
b. （违反泡利原理）；
c. （违反洪特规则）；
d. （违反洪特规则）；
e.画轨道表示式时，不能省略空轨道。如C的轨道表示式应为 而不是
1.（2025·天津武清区高二月考）下列表示氦原子结构的化学用语中，对电子运动状态描述最详尽的是（　　）
A.︰He B.
C.1s2 D.
解析：D　A项只表示出最外层电子数，B项只表示出核外电子的分层排布情况，C项具体到能层、能级以及能级上的电子数，而D项包含了能层、能级以及原子轨道上电子的自旋状态。
2.（2025·烟台高二检测）下列几种表示电子排布的方法中正确的是（　　）
A.基态32Ge原子的电子排布式：4s24p2
B.基态28Ni原子的电子排布式：1s22s22p63s23p63d94s1
C.基态O原子的轨道表示式：
D.基态29Cu＋的价层电子排布：3d10
解析：D　基态32Ge原子的电子排布式：
1s22s22p63s23p63d104s24p2，A错误；基态28Ni原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d84s2，B错误；基态O原子的轨道表示式为 C错误；能层高的电子先失去，即先失去4s电子，后失去3d电子，Cu＋的价层电子排布为3d10，D正确。
3.下列表示式正确的是（　　）
A.Na＋的轨道表示式：
B.Na＋的结构示意图：
C.基态Cu原子的核外电子排布式：1s22s22p63s23p63d94s2
D.基态Ga（镓）原子的价层电子排布式：3d104s24p1
解析：B　Na＋的轨道表示式是 A错误；Na＋核外有10个电子，Na＋结构示意图：，B正确；基态Cu原子的核外电子排布式：1s22s22p63s23p63d104s1，C错误；基态Ga（镓）原子的价层电子排布为4s24p1，D错误。
4.（2025·梅州高二月考改编）A、B、C、D代表四种元素。请回答下列问题：
（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N，轨道表示式为。
（2）B元素的－2价离子和C元素的＋1价离子的电子层结构都与氩原子的相同，B的原子结构示意图为，B、C所形成的化合物的电子式为。
（3）D元素基态原子的M层为全充满状态，N层没有成对电子，只有一个未成对电子，则D的基态原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s1，D＋的价层电子的轨道表示式为。
解析：（1）由题意知，A元素基态原子只有2个能层，其基态原子的核外电子排布式为1s22s22p3，A为N元素，其轨道表示式为。（2）由题意知，B为S元素、C为K元素，B的原子结构示意图为，B、C所形成的化合物的电子式为K＋[︰︰]2－K＋。（3）D元素原子核外电子数目为2＋8＋18＋1＝29，故D为Cu元素，其基态原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s1， Cu＋的价层电子的轨道表示式为。
5.已知A原子中只含1个电子；B原子的3p轨道上得到1个电子后形成半满结构；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3d能级全空，第四电子层上只有1个电子；E原子的核电荷数为B、D核电荷数之和。
（1）按要求书写下列图式。
①基态B原子的简化核外电子排布式：[Ne]3s23p2；
②基态C原子的价层电子轨道表示式：；
③基态D原子的核外电子排布式：1s22s22p63s23p64s1；
（2）写出E的元素符号：As，价层电子排布式为4s24p3。
解析：已知A原子中只含1个电子，为H元素；B原子的3p轨道上得到1个电子后形成半满结构，3p轨道上有2个电子，为Si元素；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，则2p轨道上有4个电子，为O元素；D原子3d能级全空，第四电子层上只有1个电子，为K元素；E原子的核电荷数为B、D核电荷数之和，则E的原子序数为14＋19＝33，为As元素。（1）①B为Si元素，原子序数为14，原子核外有3个电子层，最外层电子数为4，基态原子简化核外电子排布式为[Ne]3s23p2；②C为O元素，原子核外有8个电子，原子的价层电子轨道表示式为；③D为K元素，原子核外有4个电子层，最外层电子数为1，电子排布式为1s22s22p63s23p64s1。（2）E为As元素，原子序数为33，价层电子排布式为4s24p3。
3 / 3第3课时　电子云与原子轨道　泡利原理、洪特规则、能量最低原理
学习目标
1.知道电子的运动状态（空间分布及能量）可通过原子轨道和电子云模型来描述。 2.认识基态原子中核外电子的排布遵循能量最低原理、泡利原理和洪特规则等。
知识点一　电子云与原子轨道
1.电子云
（1）电子运动特点
量子力学指出，一定空间运动状态的电子并不在玻尔假定的线性轨道上运行，而在核外空间各处都可能出现，但出现的　概率　不同，可以算出它们的概率密度分布。
（2）概率密度
用P表示　电子在某处出现的概率　，V表示该处的体积，则称为　概率密度　，用ρ表示。
（3）电子云
①电子云与电子云轮廓图
项目 含义 注意
电子云 处于一定空间运动状态的电子在原子核外空间的　概率密度　分布的形象化描述 小点越密，表明概率密度越　大　
电云 轮廓图 表示电子云轮廓的形状，对核外电子的　空间运动状态　有一个形象化的简便描述 把电子在原子核外空间出现概率P＝　90％　的空间圈出来就绘制成了电子云轮廓图
②电子云轮廓图的形状
2.原子轨道
（1）含义
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。
（2）形状
①s电子的原子轨道呈　球　形，能层序数越大，原子轨道的半径越　大　。
②p电子的原子轨道呈　哑铃　形，且每个p能级有3个轨道，分别为px、py、pz。
（3）各能级所含原子轨道数目
能级符号 ns np nd nf
原子轨道数目 　1　 3 　5　 　7　
【思考】　（1）p能级有3个原子轨道，它们位置有何关系？在同一能层中，px、py、pz的能量是否相同？
提示：p能级的3个原子轨道互相垂直，分别用px、py、pz表示。在同一能层中，px、py、pz的能量相同。
（2）4f能级有7个轨道，则其电子云在空间有几种伸展方向？
提示：7种。
3.能层、能级和原子轨道
（1）能层、能级和原子轨道
能层 能级 原子轨道数 原子轨道名称 原子轨道的形状　
K 1s 1 1s 球形
L 2s 1 2s 球形
2p 3 2px、2py、2pz 哑铃形
M 3s 1 3s 球形
3p 3 3px、3py、3pz 哑铃形
3d 5 … …
… … … …
（2）两个数量关系
①能层中能级数＝能层序数（n）＝原子轨道类型数。
②能层中原子轨道总数＝n2。
1.正误判断（正确的打“√”，错误的打“×”）。
（1）所有原子的电子云均为球形。（　×　）
（2）1s的电子云图中一个小点表示一个自由运动的电子。（　×　）
（3）2s的电子云比1s的电子云大，说明2s的电子云中的电子比1s的多。（　×　）
（4）原子轨道都具有一定的伸展方向。（　×　）
（5）2px、2py、2pz轨道相互垂直，能量相等。（　√　）
2.（2025·唐山一中高二月考）如图甲是氢原子的1s电子云图（即概率密度分布图），图乙、丙分别表示s、p能级的电子云轮廓图。下列有关说法正确的是（　　）
A.电子云图（即概率密度分布图）就是原子轨道图
B.3p2表示3p能级中有两个原子轨道
C.由图乙可知，s能级的电子云轮廓图呈圆形，有无数条对称轴
D.由图丙可知，p能级的原子轨道图呈哑铃形，且有3个伸展方向
解析：D　电子云图和原子轨道不是同一个概念，A项错误；3p2表示3p能级中容纳了两个电子，B项错误；s能级的电子云轮廓图呈球形而不是圆形，C项错误；p能级的原子轨道图呈哑铃形，有px、py、pz 3个伸展方向，并且互相垂直，D项正确。
3.（鲁科版改编题）下列叙述中，正确的是（　　）
A.s、p、d能级所含有的原子轨道数分别为1、3、5
B.同一能级的原子轨道能量、形状、空间伸展方向均相同
C.不同的能层所含的s能级的原子轨道数是不同的
D.各能层含有的原子轨道数为2n2
解析：A　B项，p能级有3个原子轨道，其在空间中的伸展方向不同， 错误；C项，s能级均只含有1个原子轨道，错误；D项，各能层（n）含有的原子轨道数为n2，错误。
知识点二　泡利原理、洪特规则、能量最低原理
1.电子自旋与泡利原理
（1）电子自旋
电子除空间运动状态外，还有一种状态叫做自旋。电子自旋在空间有　顺时针和逆时针　两种取向，常用上下箭头（↑和↓）表示　自旋相反　的电子。
（2）泡利原理
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　，这个原理被称为泡利原理（也称泡利不相容原理）。
2.电子排布的轨道表示式（电子排布图）
（1）含义
在轨道表示式中，用方框（也可用圆圈）表示　原子轨道　。
（2）简并轨道　能量相同的原子轨道　。
（3）电子对　同一原子轨道中，自旋相反的一对电子　。
（4）单电子（或未成对电子）　一个原子轨道中只有1个电子　。
（5）自旋平行　简并轨道中箭头同向的单电子　。
（6）示例
以铝原子为例，轨道表示式中各符号、数字的意义为
【教材挖掘】
　教材中描述“轨道表示式（又称电子排布图）是表述电子排布的一种图示”。写出基态氮原子的轨道表示式，并指出其中成对电子数与单电子（未成对电子）数。
提示：在基态氮原子中，有2对电子对，成对电子数为4，有3个单电子，未成对电子数为3。
3.洪特规则
（1）洪特规则
①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　，称为洪特规则。
②实例：如碳原子的轨道表示式是而不是或
（2）洪特规则特例
在简并轨道（同一能级）上的电子处于全充满、半充满或全空的状态时，原子具有较低的能量和较高的稳定性。也就是说，具有下列电子层结构的原子是比较稳定的：
全充满：p6、d10、f14；半充满：p3、d5、f7；全空：p0、d0、f0。
因此，铬元素和铜元素的基态原子的电子排布式如下：
Cr：[Ar]3d54s1（3d能级半充满）
Cu：[Ar]3d104s1（3d能级全充满）
4.能量最低原理
在构建基态原子时，电子将尽可能地占据　能量最低的原子轨道　，使整个原子的能量最低。
【思考】　为什么基态K和Ca的价层电子是4s1和4s2，而不是3d1和3d2？
提示：根据构造原理，3d能量大于4s能量，所以依据能量最低原理，电子填入能量低的能级可使整个原子的能量最低。
5.问题探究
核外电子在原子轨道上排布遵循能量最低原理、泡利不相容原理和洪特规则。这三个原则并不是孤立的，而是相互联系、相互制约的。也就是说核外电子在原子轨道上排布要同时遵循这三个原则。
（1）指出下列核外电子的轨道表示式的书写分别违背了什么原则？
①2p轨道上有3个电子的原子：
②2p轨道上有2个电子的原子：
③基态P原子：1s22s22p63s233
④4s轨道上有2个电子的原子：
⑤3d轨道上有8个电子的原子：
提示：①②③⑤违背了洪特规则，当电子排布在同一能级的不同轨道时，原子中的电子总是优先单独占据一个轨道，且自旋平行。④违背了泡利原理，一个原子轨道最多只容纳2个电子，而且这2个电子的自旋相反。
（2）24Cr的电子排布式按照能量最低原理写成1s22s22p63s23p63d44s2，是否正确？
提示：不正确。在简并轨道上的电子排布处于全充满、半充满和全空状态时，具有稳定性和较低的能量。如24Cr的电子排布式应写为1s22s22p63s23p63d54s1，3d能级为半充满状态。
（3）已知钛的原子序数是22，写出基态钛原子的简化电子排布式和轨道表示式。
提示：[Ar]3d24s2　
1.正误判断（正确的打“√”，错误的打“×”）。
（1）当电子排布在同一能级的不同轨道时，电子总是先占满1个轨道，然后再占据其他原子轨道。（　×　）
（2）原子核外电子排布为ns2np7，它违背了能量最低原理。（　×　）
（3）在d轨道有四个电子时电子排布成而不排布成（　√　）
（4）基态碳原子中不存在单电子。（　×　）
2.（教材改编题）下列轨道表示式中能正确表示某基态原子的核外电子排布的是（　　）
解析：B　表示激发态He原子的轨道表示式，A不符合题意；表示基态C原子的轨道表示式，B符合题意；表示基态N原子的轨道表示式，但不符合泡利原理，其正确表示为C不符合题意；违背了洪特规则，D不符合题意。
归纳总结
　　基态原子核外电子排布遵循能量最低原理、泡利原理和洪特规则，若违背其一，则原子能量不处于最低状态，原子不稳定。
3.（2025·安庆高二期中）下列对电子排布式或电子排布图书写的评价正确的是（　　）
选项 化学用语 评价
A O原子： 错误；违反泡利原理
B N原子： 错误；违反洪特规则
C Ca原子：1s22s22p63s23p63d2 错误；违反能量最低原理
D 26Fe3＋：1s22s22p63s23p63d6 正确
解析：C　A项，违反了洪特规则，错误；B项，同一原子轨道中的两个电子自旋平行，违反了泡利原理，错误；C项，Ca原子的电子排布式：1s22s22p63s23p64s2，违反能量最低原理，正确；D项，Fe3＋的电子排布式：1s22s22p63s23p63d5，评价错误，错误。
归纳总结
书写轨道表示式时的“四”注意
（1）注意“一”：一个方框表示一个原子轨道，一个箭头表示一个电子及其自旋取向。
（2）注意“二”：不同能级中的要分开，同一能级中的要简并。
（3）注意“三”：整个轨道表示式中各能级的排列顺序要与相应的电子排布式一致。
（4）注意“四”：当中有2个电子时，它们的自旋相反。
1.（教材改编题）下列能级中，轨道数为5的是（　　）
A.2s B.2p
C.4d D.4f
解析：C　2s能级有1个原子轨道，2p能级有3个原子轨道，4d能级有5个原子轨道，4f能级有7个原子轨道，则能级中轨道数为5的是4d能级。
2.1926年量子力学发展后，人们才解释了原子中的电子波动，提出了新概念——轨道。下列说法正确的是（　　）
A.符号3px所代表的含义：第三个能层px轨道有3个伸展方向
B.能层数为3时，有3s、3p、3d三个轨道
C.氢原子中只有1个电子，故氢原子核外只有1个轨道
D.s能级的原子轨道半径与能层序数有关
解析：D　3px中，3表示第三能层，p原子轨道在三维空间的分布分别沿x、y、z三个方向，px表示沿x轴方向伸展的p轨道，A错误；能层数为3时，有3s、3p、3d 3个能级，有3类轨道，共有9个轨道，B项错误；氢原子中只有1个电子，但轨道是人为规定的，可以是空轨道，C项错误；能层序数越小，s能级的原子轨道半径越小，D正确。
3.下列有关电子排布式或轨道表示式的结论错误的是（　　）
选项 电子排布式或轨道表示式 结论
A 1s22s2222 违背洪特规则
B 1s22s22p63s23p63d2 书写正确
C 违背泡利原理
D 1s22s22p63s23p63d54s1 书写正确
解析：B　2p能级上的电子在2px、2py原子轨道各排布一个电子，且自旋平行，排布违背了洪特规则，A项正确；根据构造原理，电子应先填充4s能级，再填充3d能级，违背了能量最低原理，B项错误；1s、2s轨道上的 2个电子应自旋相反， 违背了泡利原理，C项正确；电子排布式1s22s22p63s23p63d54s1符合能量最低原理，书写正确，D项正确。
4.（2025·保定高二检测）如图是s轨道和p轨道的原子轨道图，试回答下列问题：
（1）s电子的原子轨道呈球形，每个s能级有1个原子轨道；p电子的原子轨道呈哑铃形，每个p能级有3个原子轨道。
（2）元素X的原子最外层电子排布式为nsnnpn＋1，原子中能量最高的是2p电子，其电子云在空间有3个伸展方向；元素X的名称是氮。若元素X的原子最外层电子排布式为nsn－1npn＋1，那么X的元素符号应为S，原子的轨道表示式为。
解析：（1）根据图中信息可得，s电子的原子轨道呈球形，每个s能级有1个原子轨道；p电子的原子轨道呈哑铃形，每个p能级有3个原子轨道。（2）元素X的原子最外层电子排布式为nsnnpn＋1，则n＝2，原子中能量最高的是2p电子，其电子云在空间有3个伸展方向；原子核外有7个电子，为氮元素。若元素X的原子最外层电子排布式为nsn－1npn＋1，则n＝3，原子核外有16个电子，为S元素，原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p4，其轨道表示式为。
题组一　电子云与原子轨道
1.下列说法正确的是（　　）
A.电子的运动与行星相似，围绕原子核在固定轨道上高速旋转
B.1s电子云示意图中一个小点表示一个自由运动的电子
C.从空间角度看，2s轨道比1s轨道大，其空间包含了1s轨道
D.2px、2py、2pz轨道相互垂直，且能量：2px＜2py＜2pz
解析：C　电子并不在固定轨道上运行，而是在核外空间各处都有可能出现，A项错误；小点是1s电子在原子核外出现的概率密度的形象化描述，B项错误；2px、2py、2pz轨道相互垂直，但能量相同，即能量：2px＝2py＝2pz，D项错误。
2.（2025·南充阆中中学高二期中）如图是s能级和p能级的原子轨道图，下列说法正确的是（　　）
A.s能级的原子轨道半径与能层序数无关
B.s能级和p能级的原子轨道形状相同
C.钠原子的电子在11个原子轨道上高速运动
D.每个p能级都有3个原子轨道
解析：D　能层序数越小，s能级的原子轨道半径越小，则s能级的原子轨道半径与能层序数有关，A错误；s能级原子轨道为球形，p能级原子轨道为哑铃形，轨道形状不相同，B错误；钠原子的电子占据1s、2s、2p、3s共4个能级、6个原子轨道，则11个电子在6个原子轨道上高速运动，C错误；每个p能级都有3个原子轨道，D正确。
3.下列说法正确的是（　　）
A.3d表示3d能级有三个原子轨道
B.同一原子中，2p、3p、4p能级的原子轨道数依次增多
C.在一个基态多电子的原子中，不可能有两个能量完全相同的电子
D.在基态氢原子的电子概率分布图中，小黑点的疏密程度表示电子在该单位体积内出现概率的大小
解析：D　3d能级有5个原子轨道，A错误；同一原子的2p、3p、4p能级的原子轨道数都是3，B错误；原子不可能有运动状态完全相同的电子，但处于同一能级的电子的能量是完全相同的，C错误；电子概率分布图中，小黑点的疏密程度表示电子出现的概率大小，D正确。
4.下列有关原子轨道的叙述正确的是（　　）
A.硫原子的2s轨道能量比3p轨道高
B.铯原子的2s与5s轨道均为球形
C.p能级的原子轨道呈哑铃形，随着能层序数的增大，p能级原子轨道也在增多
D.能层序数n＝4的原子轨道最多可容纳16个电子
解析：B　硫原子的2s轨道能量比3p轨道低，A错误；s轨道为球形，所以铯原子的2s与5s轨道均为球形，B正确；p能级的原子轨道呈哑铃形，p能级含有3个原子轨道，能层序数增大，p能级原子轨道数目不变，C错误；能层序数n＝4的原子轨道数为16，最多可容纳32个电子，D错误。
题组二　泡利原理、洪特规则、能量最低原理
5.（2025·无锡江阴高二月考）若将15P原子的电子排布式写成1s22s22p63s233，它违背了（　　）
A.能量最低原则 B.泡利原理
C.洪特规则 D.能量守恒原理
解析：C　根据洪特规则，电子排布到能量相同的原子轨道时，优先以自旋平行的方式分别占据不同的原子轨道，15P原子的电子排布式是1s22s22p63s2333，写成1s22s22p63s233违背了洪特规则，选C。
6.下列轨道表示式不符合泡利原理的是（　　）
解析：C　2p能级的一个原子轨道中容纳的两个电子自旋平行，不符合泡利原理，C项错误。
7.以下列出的是一些基态原子的2p轨道和3d轨道中电子的排布情况，其中违反洪特规则的是（　　）
A.①②③ B.④⑤⑥
C.②④⑥ D.③④⑥
解析：C　①⑤符合洪特规则、泡利原理；③同一个原子轨道中不应有自旋平行的电子，违反了泡利原理；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，②④⑥违反了洪特规则。
8.（2025·深圳高二月考）已知锰元素的核电荷数为25，以下是一些同学绘制的基态锰原子的价层电子排布图，其中最能准确表示基态锰原子核外电子运动状态的是（　　）
解析：D　违背了洪特规则，A错误；违背了泡利原理，B错误；违背了洪特规则，C错误；根据能量最低原理可知，基态锰原子核外电子排布式为[Ar]3d54s2，根据洪特规则和泡利原理可知，正确的基态锰原子的价层电子排布图为D正确。
9.下面是第二周期部分元素基态原子的轨道表示式，据此下列说法一定错误的是（　　）
A.每个原子轨道里最多能容纳2个电子
B.电子排布在同一能级的不同轨道上时，总是优先单独占据一个轨道
C.每个能层所具有的能级数等于能层序数
D.若一个原子轨道里有2个电子，则其自旋相同
解析：D　由题给的四种元素原子的轨道表示式可知，在一个原子轨道里，最多能容纳2个电子，A项正确；当电子排布在同一能级的不同轨道上时，总是优先单独占据一个轨道，即符合洪特规则，B项正确；任一能层的原子能级数等于该能层序数，C项正确；若一个原子轨道里有2个电子，则它们自旋相反，D项错误。
10.（2025·天津滨海新区高二月考）下列Li原子电子排布图表示的状态中，能量最高的是（　　）
解析：D　在原子轨道中，能量关系为1s＜2s＜2px＝2py ＝2pz。A中2s原子轨道有2个电子，最高能量电子所在的原子轨道为2px，但只有1个电子；B中最高能量电子所在的轨道为2s，低于2px轨道的能量；C中最高能量电子所在的轨道为2s，低于2px轨道的能量，原子处于基态，能量最低；D中2s电子有1个，最高能量电子所在的轨道为2px，且有2个电子，原子的能量最高，选D。
11.原子核外运动的电子有两种相反的自旋状态，若一种自旋状态用＋0.5表示，与之相反的用－0.5表示，±0.5 即称为电子的自旋磁量子数。对于基态Ti原子，其价层电子自旋磁量子数的代数和为（　　）
A.－1 B.＋1
C.0 D.－1或＋1
解析：D　基态钛原子的价层电子排布式为3d24s2，3d轨道的2个电子自旋平行，4s轨道的2个电子自旋相反，则其价层电子自旋磁量子数的代数和为2×＝＋1或2×＝－1，选D。
12.下列对基态粒子的电子排布式或轨道表示式书写的评价错误的是（　　）
选项 电子排布式或轨道表示式 评价
A Br－的电子排布式：[Ar]3d104s24p6 错误；违反能量最低原理
B O原子的轨道表示式： 错误；违反洪特规则
C K原子的电子排布式：1s22s22p63s23p63d1 错误；违反能量最低原理
D F原子的轨道表示式： 错误；违反泡利原理
解析：A　Br－的电子排布式为[Ar]3d104s24p6，正确，评价错误，A错误；电子应先单独分占同能级的轨道，题中O原子的轨道表示式违反了洪特规则，B正确；K原子的电子排布式为1s22s22p63s23p64s1，题中K原子的电子排布式违反能量最低原理，C正确；泡利原理的内容为在一个原子轨道上最多只能容纳2个自旋相反的电子，D项违反泡利原理，D正确。
13.已知X、Y和Z三种元素的原子序数之和等于42。X元素基态原子的4p轨道上有3个未成对电子，Y元素基态原子的2p轨道上有2个未成对电子。X与Y可形成化合物X2Y3，Z元素可以形成－1价离子，下列说法错误的是（　　）
A.X元素基态原子的核外电子排布式为[Ar]4s24p3
B.X元素的价层电子排布图为
C.Y元素基态原子的核外电子排布式为1s22s22p4
D.Z元素是非金属元素
解析：A　X元素基态原子的4p轨道上有3个未成对电子，X是砷元素，Y元素基态原子的2p轨道上有2个未成对电子，Y是碳元素或氧元素，X与Y可形成化合物X2Y3，所以Y是氧元素，X、Y和Z三种元素的原子序数之和等于42，所以Z是氢元素。X元素基态原子的核外电子排布式为[Ar]3d104s24p3，A错误；X元素是33号As元素，其价层电子排布式为4s24p3，其价层电子排布图为 B正确；Y元素基态原子的核外电子排布式为1s22s22p4，C正确；H元素为非金属元素，D正确。
14.（教材改编题）现有4种元素，其中A、B、C为短周期主族元素，D为第四周期元素，它们的原子序数依次增大。请根据下列相关信息，回答下列问题：
A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
B元素原子的核外p电子数比s电子数少1
C元素基态原子p轨道有两个未成对电子，其单质为气体
D元素基态原子的电子排布式为[Ar]3d64s2
（1）某同学根据上述信息，推断A基态原子的核外电子排布图为 该同学所画的电子排布图违背了洪特规则。
（2）D基态原子中能量最高的电子，其原子轨道在空间有5个伸展方向。
（3）B的电子排布式为1s22s22p3，C的价层电子轨道表示式为，D3＋的价层电子排布图为。
解析：A、B、C为短周期主族元素，D为第四周期元素，它们的原子序数依次增大，A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，则A为C元素；B元素原子的核外p电子数比s电子数少1，则B为N元素；C元素基态原子p轨道有两个未成对电子，其单质为气体，则C为O元素；D元素基态原子的电子排布式为[Ar]3d64s2，则D为Fe元素。
15.许多金属及其化合物在生活、化工、医药、材料等各个领域有着广泛的应用。
（1）钛被誉为“未来钢铁”“战略金属”。基态钛原子中电子占据能量最高能级的符号为3d。
（2）基态Fe3＋的简化电子排布式：[Ar]3d5。
（3）Cu的价层电子排布图为。高温下CuO容易转化为Cu2O，试从原子结构角度解释原因是Cu2O中Cu＋的价层电子排布处于稳定的全充满状态。
（4）下列Li原子电子排布图表示的状态中，能量最高的为B（填字母，下同）。
（5）下列对核外电子运动状态的相关描述正确的是CD。
A.在一个原子轨道里最多只能容纳2个电子， 这符合洪特规则
B.基态原子中3d轨道上有8电子的原子：这违反了泡利原理
C.在同一能级上运动的电子， 其运动状态不相同
D.核外电子数为奇数的基态原子，其原子轨道中一定含有“未成对电子”
解析：（1）基态钛原子的核外电子排布为1s22s22p63s23p63d24s2，但3d的能量高于4s，所以基态钛原子中电子占据能量最高能级的符号为3d。（2）基态Fe原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2，失去3个电子后形成Fe3＋，所以Fe3＋的简化电子排布式为[Ar]3d5。（3）Cu原子价层电子排布式为3d104s1，价层电子排布图为。从结构上看，Cu原子价层电子排布为3d104s1，当Cu原子失去一个电子的时候，最外层为全充满状态，说明＋1价铜更稳定，所以高温下CuO 容易转化为Cu2O。（4）处于激发态的电子数越多，原子能量越高。由Li原子电子排布图可知，A中只有1个1s电子跃迁到2s轨道，所以A中能量高于基态Li原子能量；B中1s轨道中的两个电子一个跃迁到2s轨道，另一个跃迁到2p轨道，故能量高于A；C为基态Li原子电子排布图，能量最低，所以Li原子电子排布图表示的状态中，能量最高的为B。（5）在一个原子轨道里最多只能容纳 2 个电子， 符合的是泡利原理，而不是洪特规则，A错误；轨道表示式中，没有电子优先占据空轨道，违反了洪特规则，B错误；同一能级上有不同的原子轨道，且即使在同一个原子轨道中，两个电子的自旋相反，运动状态也不相同，C正确；每个轨道中最多容纳2个自旋相反的电子，核外电子数为奇数的基态原子，其一定存在至少一个轨道中只有一个电子，即“未成对电子”，D正确。
1 / 2拓展专题3　元素周期表与元素周期律的综合应用
1.借助元素周期表进行元素推断——依据“片段结构”推断元素的解题流程
2.原子结构、元素性质和元素在元素周期表中的位置关系规律
3.电负性、第一电离能与金属性和非金属性的关系
4.同周期、同主族元素性质的递变规律
性质 同一周期（从左到右） 同一主族（从上到下）
核外电子的排布　 能层数 相同 增加
最外层电子数 1→2或8 相同
金属性 减弱 增强
非金属性 增强 减弱
单质的氧化性、还原性 氧化性 增强 减弱
还原性 减弱 增强
性质 同一周期（从左到右） 同一主族（从上到下）
最高价氧化物对应水化物的 酸碱性　　　 酸性 增强 减弱
碱性 减弱 增强
气态氢化物的稳定性 增强 减弱
第一电离能 增大（但ⅡA族＞ⅢA族，ⅤA族＞ⅥA族） 减小
电负性 变大 变小
1.（2025·扬州新华中学高二模拟）X、Y、Z、W四种短周期主族元素在周期表中相对位置如表所示，已知：Y、Z质子数之和为21，下列说法中正确的是（　　）
A.Z、W元素原子半径大小关系为r（W）＞r（Z）
B.Y、W的气态氢化物中，Y的稳定性高
C.元素X与Y只能形成一种化合物
D.W元素的最高化合价为＋7价
解析：B　由短周期元素 X、Y、Z、W在周期表中的相对位置可知，X、Y位于第二周期，Z、W位于第三周期，设Y的质子数为y，W的质子数为y＋8，则Z的质子数为y＋5，根据Y、Z质子数之和为21，y＋y＋5＝21，解得y＝8，可知X为C、Y为O、Z为Al、W为S。除稀有气体元素外，同周期元素从左到右原子半径递减，Z、W元素原子半径大小关系为r（W）＜r（Z），A错误；同主族元素从上到下非金属性递减，非金属性越强，简单氢化物越稳定，则Y、W的气态氢化物中，Y的稳定性高，B正确；元素X与Y能形成CO、CO2，不止一种化合物，C错误；除O、F外，主族序数＝最外层电子数＝最高正价，W为S，W元素的最高化合价为＋6价，D错误。
2.前四周期元素X、Y在元素周期表中的相对位置如图所示，X的基态原子的价层电子排布式为nsn－1npn＋1，下列说法错误的是（　　）
A.X元素的电负性大于Y元素的电负性
B.n＝3
C.Y位于元素周期表中第四周期第ⅤA族
D.原子半径：Mg＜X
解析：D　基态X原子的价层电子排布式中p能级上排有电子，则s能级有2个电子，即n－1＝2，n＝3，故X的价层电子排布式为3s23p4，为S元素，则Y为As元素，由此可判断A、B、C项正确。同周期元素从左到右原子半径逐渐减小，即原子半径：Mg＞S，D项错误。
3.（2025·重庆高二月考）原子序数依次增大的X、Y、Z、W四种短周期主族元素中，X的基态原子的最外层有三个未成对电子，且第一电离能比Y大，Z元素的简单离子半径在同周期中最小，Y、W位于同一主族。下列说法错误的是（　　）
A.X、Y两种元素中，X的电负性更大
B.简单离子半径：Y＞Z
C.W元素的最高价氧化物对应的水化物是强酸
D.X、Y两种元素都位于元素周期表p区
解析：A　原子序数依次增大的X、Y、Z、W四种短周期主族元素中，X元素原子的最外层有三个未成对电子，则X为N，且第一电离能比Y大，由于N为半充满状态，故N的第一电离能大于O，则Y为O元素，Z元素的简单离子半径在同周期中最小，则Z为Al元素，Y、W位于同一主族，W为S元素，X、Y、Z、W分别是N、O、Al、S。同周期主族元素从左到右，电负性逐渐增强，则电负性：N＜O，即Y（O）的电负性更大，A错误；Y、Z简单离子分别为O2－、Al3＋，核外电子排布相同，核电荷数越大离子半径越小，则简单离子半径：Y＞Z， B正确；W为S元素，其最高价氧化物对应的水化物是硫酸，为强酸，C正确；X、Y两种元素的价层电子排布式分别为2s22p3、2s22p4，都位于元素周期表p区，D正确。
4.短周期主族元素X、Y、Z、W的原子序数依次增大，基态X原子的电子总数是其最高能级电子数的2倍，Z可与X形成淡黄色化合物Z2X2，Y、W最外层电子数相同。下列说法正确的是（　　）
A.第一电离能：W＞X＞Y＞Z
B.简单离子的还原性：Y＞X＞W
C.简单离子的半径：W＞X＞Y＞Z
D.氢化物水溶液的酸性：Y＞W
解析：C　基态X原子的电子总数是其最高能级电子数的2倍，则X的核外电子排布式为1s22s2或1s22s22p4，X为Be或O元素；Z可与X形成淡黄色的化合物Z2X2，则Z为Na元素，X为O元素，化合物Z2X2为Na2O2；X、Y、Z、W均为短周期主族元素且原子序数依次增大，则Y只能是F元素，Y、W最外层电子数相同，则W为Cl元素。根据第一电离能的递变规律可知其相对大小顺序为F＞O＞Cl＞Na，A项错误；根据非金属性：F＞O＞Cl，可知简单离子的还原性：Cl－＞O2－＞F－，B项错误；根据离子半径的变化规律，可知简单离子半径：Cl－＞O2－＞F－＞Na＋，C项正确；氢化物水溶液的酸性：HF＜HCl，D项错误。
5.已知A、B、C、D、E五种元素的原子序数依次增大，其中A、B、C、D为短周期元素。请根据下表中的信息回答有关问题：
元素 信息
A 原子半径最小的元素
B 原子最外层p能级上只有一对成对电子
C 原子的第一至第四电离能分别是I1＝578 kJ·mol－1、I2＝1 817 kJ·mol－1、I3＝2 745 kJ·mol－1、I4＝11 575 kJ·mol－1
D 基态原子的核外电子共有17种运动状态
E 元素基态原子的价层电子排布式为（n－1）dn＋6ns2
（1）基态B原子的核外电子排布式为1s22s22p4。
（2）基态D原子的价层电子轨道表示式为。
（3）E元素位于元素周期表第四周期第ⅡB族。
（4）写出A2B2的电子式：H︰︰︰H。
（5）写出C与D形成的化合物的化学式：AlCl3。
解析：
1 / 2第1课时　原子结构与元素周期表
学习目标
1.知道原子核外电子排布呈现周期性变化是导致元素性质周期性变化的原因。 2.知道元素周期表中分区、周期和族的元素原子核外电子排布特征。 3.了解元素周期表的应用价值。
知识点一　原子结构与元素周期表
1.元素周期律、元素周期系和元素周期表
（1）元素周期律
元素的性质随　原子序数　递增而呈　周期性　的变化。
（2）元素周期系和元素周期表
①元素周期系：元素的这一按其　原子序数（即原子核电荷数）　递增排列的序列。
②元素周期表是呈现元素周期系的　表格　。
③元素周期系只有一个，元素周期表多种多样。
2.构造原理与元素周期表
（1）核外电子排布与元素周期表中周期的划分
①能级组与周期
周期 对应能级组 对应能级组最多所能容纳的电子数 周期中所 含元素种类
1 1s 2 2
2 2s、2p 8 8
3 3s、3p 8 8
4 4s、3d、4p 18 18
5 5s、4d、5p 18 18
6 6s、4f、5d、6p 32 32
7 7s、5f、6d、7p 32 32
②结论
a.每个周期所含的元素种数等于从　ns　能级开始到　np　能级结束递增的电子数（第一周期除外）。
b.本周期包含的元素种数＝对应能级组所含原子轨道数的2倍＝对应能级组最多容纳的电子数。
（2）核外电子排布与元素周期表中族的划分
①同族元素价层电子数　相同　，这是同族元素性质相似的结构基础。从第四周期开始的长周期，比短周期多出的元素全部是金属元素，这是因为它们的最外层电子数始终不超过　2　，即为ns1～2（Pd例外）。
②结论
a.族的划分取决于原子的价层电子数目和　价层电子　排布。
b.主族元素原子的价层电子数＝该元素在周期表中的主族序数。
【思考】　（1）元素周期表共有多少纵列？同列的价层电子数是否一定相等？第ⅢA族～第ⅦA族的价层电子排布通式是什么？
提示：元素周期表共有18个纵列。同列元素的价层电子数不一定相等，如He的价层电子数为2，同列其他元素的价层电子数为8。第ⅢA族～第ⅦA族的价层电子排布通式是ns2np1～5。
（2）某元素位于周期表中第四周期第ⅥA族，试写出该元素的价层电子排布式和电子排布式。
提示：该元素的价层电子排布式为4s24p4，电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p4。
1.正误判断（正确的打“√”，错误的打“×”）。
（1）元素周期系就是元素周期表。（　×　）
（2）除氦外，0族元素的价层电子排布式为ns2np6。（　√　）
（3）最外层电子排布式为ns1或ns2的元素一定为金属元素。（　×　）
（4）价层电子排布式为4s24p1的元素，位于元素周期表的第四周期第ⅢA族。（　√　）
2.某元素原子的价层电子排布式是3s23p4，则它在周期表中的位置是（　　）
A.第二周期第ⅣA族 B.第三周期第ⅣA族
C.第四周期第ⅡA族 D.第三周期第ⅥA族
解析：D　由价层电子排布式（不涉及电子）知，该元素原子最高能层为M层，位于第三周期，最外层有6个电子，位于第ⅥA族。
3.（2025·南京高二检测）元素周期表共有18个纵列，从左到右排为1～18列，即碱金属元素为第1列，稀有气体元素为第18列。按这种规定，下列说法正确的是（　　）
A.第14列元素中未成对电子数是同周期元素中最多的
B.只有第2列的元素原子最外层电子排布为ns2
C.第四周期第8列元素是镍元素
D.第15列元素原子的价层电子排布为ns2np3
解析：D　如铬元素，d能级上有5个电子，s能级上有1个电子，对应第6列，A错误；第18列He元素最外层电子排布为1s2，B错误；第四周期第8列元素的原子序数为26，是铁元素，C错误；第15列元素原子的价层电子排布为ns2np3，最外层有5个电子，D正确。
归纳总结
由元素的价层电子排布判断其在周期表中的位置的规律
价层电子排布 x或y的取值 周期表中位置
nsx x＝1，2 第n周期xA族（说明：书写时，x、y应换成相应的罗马字母表示，下同）
ns2npx x＝1，2，3，4，5 第n周期（2＋x）A族
x＝6 第n周期0族
（n－1）dxnsy x＋y≤7 第n周期（x＋y）B族
7＜x＋y≤10 第n周期Ⅷ族
（n－1）d10nsx x＝1，2 第n周期xB族
知识点二　元素周期表的分区
1.根据核外电子排布分区
（1）分区依据
按构造原理最后填入电子的　能级　的符号可将元素周期表分为s、p、d、f 4个区，而第ⅠB、ⅡB族这2个纵列的元素的核外电子因先填满了　（n－1）d　能级而后再填充　ns　能级而得名　ds　区。5个区的位置关系如图所示。
（2）各区价层电子排布特点
分区 价层电子排布
s区 ns1～2
p区 ns2np1～6（除He外）
d区 （n－1）d1～9ns1～2（除钯外）
ds区 （n－1）d10ns1～2
（3）根据原子结构确定元素分区的思路
电子排布式价层电子排布
　
【思考】　某元素的电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s2，据此判断该元素位于元素周期表中的哪一个区？为什么s区（氢除外）、d区和ds区的元素都是金属元素？
提示：该元素为Zn，位于ds区。s区（氢除外）、d区和ds区的元素原子最外层电子数为1～2（Pd除外），在反应中易失去电子，故都是金属元素。
2.根据元素的金属性和非金属性分区
（1）分区图示
（2）金属元素和非金属元素的分界线
①金属元素和非金属元素的分界线为沿B、Si、As、Te、At与Al、Ge、Sb、Po之间所画的一条连线，非金属性较强的元素处于元素周期表的　右上角　三角区内，金属性较强的元素处于元素周期表的　左下角　三角区内。
②处于金属和非金属分界线附近的元素兼有金属和非金属的性质，位于此处的元素（如硼、硅、锗、砷、锑等）常被称为半金属或类金属（一般可用作半导体材料）。
3.对角线规则
（1）在元素周期表中，某些主族元素与右下方的主族元素（如图）的有些性质是相似的（如锂和镁在过量的氧气中燃烧均生成正常　氧化物　，而不是　过氧化物　），这种相似性被称为对角线规则。
（2）处于“对角线”位置的元素，它们的性质具有相似性。
【思考】　根据对角线规则，写出Be（OH）2与强酸（H＋）、强碱（OH－）发生反应的离子方程式。
提示：根据对角线规则，Be、Al元素的化学性质相似，Al（OH）3与强酸（H＋）、强碱（OH－）发生反应的离子方程式分别为Al（OH）3＋3H＋Al3＋＋3H2O、Al（OH）3＋OH－[Al（OH）4]－，则Be（OH）2与强酸（H＋）、强碱（OH－）发生反应的离子方程式分别为Be（OH）2＋2H＋Be2＋＋2H2O、Be（OH）2＋2OH－[Be（OH）4]2－。
1.（教材改编题）某元素简化电子排布式为[Xe]5d106s2，其应在（　　）
A.s区 B.p区
C.d区 D.ds区
解析：D　由简化电子排布式为[Xe]5d106s2可知，位于元素周期表第六周期第ⅡB族，处于ds区，选D。
2.关于元素周期表中各分区元素性质的说法正确的是（　　）
A.所有非金属元素都在p区
B.s区全部是金属元素
C.s区元素的最后一个电子进入p轨道
D.d区、ds区和f区都是金属元素
解析：D　氢元素分布在s区，A错误；s区的氢元素是非金属元素，B错误；s区元素的最后一个电子进入s轨道，C错误；d区、ds区和f区都属于过渡金属，均为金属元素，D正确。
3.某元素原子的电子排布式为[Ar]3d104s24p1，根据原子核外电子排布与元素在元素周期表中的位置关系，完成下列各题：
（1）该元素处于元素周期表的第四周期，该周期的元素种数是18。
（2）该元素处于元素周期表的第ⅢA族，该族的非金属元素种数是1。
（3）试推测该元素处于元素周期表的p区，该区包含族的种类是第ⅢA～ⅦA族、0族。
解析：（1）根据该元素原子核外有4个电子层及容纳的电子数可知，该元素处于第四周期，该周期对应能级组的电子排布式为[Ar]3d1～104s1～24p1～6，故共有18种元素。
（2）该元素位于第ⅢA族，该族只有一种非金属元素——硼。
（3）根据价层电子排布式4s24p1可以确定该元素位于p区，该区所包括族的种类是第ⅢA～ⅦA族、0族。
归纳总结
　　已知某元素原子的价层电子排布，可推断该元素在元素周期表中的具体位置。依据最大能层数确定所在周期序数；依据价层电子数确定所在族序数，依据最后填入电子的能级符号确定所在区（ds区除外）。
（1）对于主族元素，原子的最大能层数等于周期序数，价层电子数等于主族序数；
（2）第ⅢB～ⅦB族，原子的最大能层数等于周期序数，原子的价层电子数等于族序数；
（3）第ⅠB、ⅡB族要根据ns能级上的电子数来划分。
1.由中国近代化学启蒙者徐寿确认译名的下列元素中，属于d区元素的是（　　）
A.Ca　　　　B.Co　　　　C.Zn　　　　D.Ga
解析：B　Ca是20号元素，位于s区， Co是27号元素，位于d区， Zn是30号元素，位于ds区， Ga是31号元素，位于p区。
2.（2025·黑龙江实验中学高二期末）元素的最外层电子数为2，价电子数为3，并且是同族中原子序数最小的元素，关于该元素的判断错误的是（　　）
A.电子排布式为1s22s22p63s23p63d14s2
B.该元素为Sc
C.该元素为第ⅢA族元素
D.该元素位于d区
解析：C　元素的最外层电子数为2，价电子数为3，并且是同族中原子序数最小的元素，则基态原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d14s2，该元素为位于元素周期表第ⅢB族且处于d区的Sc元素。
3.（2025·湖州中学高二检测）下列关于元素周期表的说法正确的是（　　）
A.每一周期元素原子的最外层电子排布均是从ns1过渡到ns2np6
B.原子的价层电子排布为（n－1）d6～8ns2的元素一定是过渡元素
C.最外层电子数为2的元素都分布在s区
D.元素的价层电子数一定等于其所在族的族序数
解析：B　第一周期元素原子的最外层电子排布是从1s1到1s2，A错误；价层电子排布为（n－1）d6～8ns2的元素为第Ⅷ族元素，一定是过渡元素，B正确；Zn的电子排布式为[Ar]3d104s2，最外层电子数为2，但Zn位于ds区，C错误；主族元素原子的最外层电子数等于其所在主族的族序数，0族或副族均有例外，如Cu的价层电子排布为3d104s1，Cu位于第ⅠB族，D错误。
4.已知元素周期表中共有18个纵列，如图实线表示元素周期表的边界。按核外电子排布，可把元素周期表里的元素划分为s区、p区、d区、ds区等。除ds区外，其他区的名称来自按构造原理最后填入电子的能级的符号。
（1）请在图中用实线画出s区、p区、d区、ds区的边界线，并分别用阴影和表示d区和ds区。
答案：
（2）有的同学受这种划分的启发，认为第6、7纵列的部分元素可以排在另一区，你认为应排在ds区。
（3）请在上述元素周期表中用元素符号标出4s轨道处于半充满状态的元素。
答案：见上图
解析：对于24号元素，若根据构造原理，其核外价层电子排布应该是3d44s2，而实际上是3d54s1，原因是能量相同的轨道处于全空、全充满和半充满状态时能量较低，而29号元素也正是因为这一点排成3d104s1，而不是3d94s2，故将29号、30号元素所在纵列归为ds区。所以有的同学认为第6、7纵列的部分元素可以排在ds区是有道理的。
题组一　原子结构与元素周期表
1.已知某元素＋2价离子的电子排布式为1s22s22p63s23p6，该元素在周期表中属于（　　）
A.第ⅤB族 B.第ⅡB族
C.第Ⅷ族 D.第ⅡA族
解析：D　该元素基态原子的电子排布式为[Ar]4s2，故为第ⅡA族元素。
2.下列关于原子核外电子排布与元素在周期表中位置关系的表述正确的是（　　）
A.基态原子的N层上只有一个电子的元素一定是第ⅠA族元素
B.基态原子的价层电子排布式为ns2np1～6的元素一定是主族元素
C.基态原子的p能级处于半充满状态的元素一定位于p区
D.基态原子的价层电子排布式为（n－1）dxnsy的元素的族序数一定为x＋y
解析：C　基态原子的N层上只有一个电子的元素，可能为K、Cr或Cu，K为第ⅠA族元素，Cr、Cu分别为第Ⅵ B、ⅠB族元素，A项错误；0族元素（He除外）原子的价层电子排布式也符合ns2np1～6，B项错误；基态原子的p能级处于半充满状态的元素，电子最后填充p能级，属于p区，C项正确；基态原子的价层电子排布式为（n－1）dxnsy的元素，若是第ⅠB、ⅡB族元素，其族序数等于价层电子排布式中s能级所含电子数y，D项错误。
3.（2025·重庆八中高二期中）元素X、Y、Z、M在周期表中的相对位置如图所示，已知M元素基态原子的价层电子排布式为ns2npn＋1，且核外有9个原子轨道。下列说法错误的是（　　）
A.M元素原子的价层电子排布为3s23p4
B.Y基态原子核外有三个未成对电子
C.X原子核外电子运动状态有5种
D.Z元素在周期表的第四周期第ⅣA族
解析：C　M元素原子的价层电子排布式为ns2npn＋1，且核外有9个原子轨道，故可知n＝3时符合，核外电子排布为1s22s22p63s23p4，M为S元素；由元素X、Y、Z、M在周期表中的相对位置可知，X为O，Y为P，Z为Ge。M为S，最外层电子数为6，价层电子排布为3s23p4，A正确；Y为P，价层电子排布式为3s23p3，有三个未成对电子，B正确；X为O，核外电子排布式为1s22s22p4，核外有8个电子，电子的运动状态有8种，C错误；Z为Ge，在第四周期第ⅣA族，D正确。
4.（教材改编题）“铼”被称为“航空金属”，它在提升大飞机发动机涡轮叶片高温力学性能方面发挥着不可替代的作用。元素周期表中铼元素的数据如图。下列说法错误的是（　　）
A.铼元素位于第六周期第ⅦB族
B.铼元素位于周期表中的d区
C.基态铼原子核外有5个未成对电子
D.铼的最高价氧化物的化学式为ReO3
解析：D　铼原子的价层电子排布为5d56s2，最高能层序数为6，价电子数为7，其位于第六周期第ⅦB族，A正确；从第ⅢB～Ⅷ族均位于d区，所以铼元素位于周期表中的d区，B正确；基态铼原子价层电子轨道表示式为有5个未成对电子，C正确；因为铼原子的价电子数为7，最高价为＋7价，最高价氧化物的化学式为Re2O7，D错误。
5.（苏教版改编题）镓（Ga）的原子序数为31，其合金是半导体材料。
（1）写出镓原子的电子排布式1s22s22p63s23p63d104s24p1，说明镓元素在元素周期表中的位置第四周期第ⅢA族。
（2）分别写出镓元素的最高价氧化物、氯化物的化学式Ca2O3、GaCl3。
（3）已知下列元素在元素周期表中的位置，写出它们的元素符号和原子核外电子排布式。
①第四周期第ⅣB族Ti：1s22s22p63s23p63d24s2。
②第四周期第ⅦB族Mn：1s22s22p63s23p63d54s2。
解析：（1）根据原子序数为31，电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p1，最高能层为第4层，位于第四周期，价层电子排布为4s24p1，价电子数为3，位于第ⅢA族。（2）Ga位于第ⅢA族，则其最高正价为＋3价，最高价氧化物为Ga2O3，氯化物为GaCl3。（3）①第四周期第ⅣB族元素是Ti元素，基态Ti原子核外电子排布式是1s22s22p63s23p63d24s2；②第四周期第ⅦB族元素是Mn元素，基态Mn原子核外电子排布式是1s22s22p63s23p63d54s2。
题组二　元素周期表的分区
6.按照核外电子排布，可把元素周期表划分为5个区。下列元素中，与其他元素不处在同一个区的是（　　）
A.Ne B.Al
C.Pb D.Cu
解析：D　在选项的四种元素中，Ne是稀有气体元素，位于p区；Al是第ⅢA族元素，位于p区；Pb是第ⅣA族元素，位于p区；而Cu是第ⅠB族元素，位于ds区。
7.（教材改编题）下列有关元素周期表分区的说法错误的是（　　）
A.p区不包含副族元素
B.第五周期有15种f区元素
C.d区、ds区均不存在非金属元素
D.元素周期表的s区包括所有的第ⅠA族和第ⅡA族元素
解析：B　p区元素的最后一个电子填充到p能级上（He除外），包括第ⅢA族至第ⅦA族和0族，不包括副族元素，A正确；f区指的是镧系和锕系，镧系和锕系在第六、第七周期的第ⅢB族，第五周期不含f区元素，B错误；d区和ds区元素为过渡元素，过渡元素都是金属元素，C正确；s区包括所有的第ⅠA族和第ⅡA族元素，D正确。
8.已知某元素＋2价离子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d9，则该元素在元素周期表中的位置及所属分区是（　　）
A.第四周期第Ⅷ族，p区
B.第六周期第ⅤB族，d区
C.第四周期第ⅠB族，ds区
D.第四周期第ⅤB族，f区
解析：C　由题意可知，该元素＋2价离子的核外有27个电子，则该元素原子核外有29个电子，即该元素是Cu，位于第四周期第ⅠB族，属于ds区。
9.最活泼的金属元素、最活泼的非金属元素、常温下呈液态的金属（价层电子排布为5d106s2）元素分别位于下面元素周期表中的（　　）
A.s区、p区、ds区 B.s区、p区、d区
C.f区、p区、ds区 D.s区、f区、ds区
解析：A　同一周期元素，从左到右，金属性减弱，非金属性增强，同一主族元素，从上到下，金属性增强，非金属性减弱，金属性最强的位于第ⅠA族（H除外），为s区元素，非金属性最强的位于第ⅦA族，为p区元素，常温下呈液态的金属为Hg，位于ds区，A项正确。
10.（2025·沈阳高二期中）某同学为了记住新学的元素，发明了一个非常有趣的“钟表记忆法”，如图，每种元素的族序数与其对应的时间大多数一致，结合所学知识，判断下列有关说法错误的是（　　）
A.Mn属于第ⅦB族
B.图中4s轨道只有一个电子的元素共三种
C.图中共有8种元素属于d区
D.如图“时针”“分针”和“秒针”所指的三种元素（“针”所指以最近为准）分别属于三个不同的族
解析：D　Mn为25号元素，属于第ⅦB族，A正确；图中4s轨道只有一个电子的元素共三种：K、Cr、Cu，其余元素4s轨道有两个电子，B正确；K、Ca位于s区，Cu、Zn位于ds区，剩余8种元素属于d区，C正确；Fe、Ni位于第Ⅷ族，Ca位于第ⅡA族，D错误。
11.锂和镁在元素周期表中有特殊“对角线”关系，它们的性质相似。下列有关锂及其化合物的叙述正确的是（　　）
A.Li2SO4难溶于水
B.Li与N2反应生成Li3N
C.LiOH易溶于水
D.LiOH受热很难分解
解析：B　依据对角线规则，MgSO4易溶于水，则Li2SO4也易溶于水，A项错误；Mg与N2反应生成Mg3N2，则Li与N2反应生成Li3N，B项正确；Mg（OH）2难溶于水，受热分解生成MgO和水，则LiOH也难溶于水，受热分解生成Li2O和水，C、D项错误。
12.（2025·金华高二检测）已知某基态原子X）的某能层的电子排布为ns2np6nd5，下列说法错误的是（　　）
A.X必为d区元素
B.若n＝3，则Z为24或25
C.若n＝4，则X必为第五周期的过渡元素
D.若X是第四周期元素，则具有ns2np6nd5排布的原子仅有2种
解析：D　根据X的电子排布式可知，X必为d区元素，A正确；若n＝3，基态X原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s1或1s22s22p63s23p63d54s2，则Z为24或25，B正确；若n＝4，该原子核外有5个电子层，处于第五周期，C正确；若X是第四周期元素，则具有ns2np6nd5排布的元素有Cr、Mn，但可能存在同位素，因此原子不止2种，D错误。
13.（2025·郑州高二期末）下列关于原子核外电子排布与元素在周期表中位置关系的说法正确的是（　　）
A.原子的价层电子排布式为ns2np1～6的元素一定是主族元素
B.基态原子的p能级上有4个电子的元素一定是第ⅥA族元素
C.原子的价层电子排布式为（n－1）d6～8ns2的元素属于ds区元素
D.基态原子的N层上有两个电子的元素一定是主族元素
解析：B　若原子的价层电子排布为ns2np6，为稀有气体元素，不是主族元素，A错误；基态原子的p能级有4个电子的元素，其价层电子排布为ns2np4，一定是第ⅥA族元素，B正确；价层电子排布为（n－1）d6～8ns2的元素是第Ⅷ族元素，属于d区元素，C错误；基态原子的N层上有两个电子的元素，可能为Sc、Ti、V、Mn、Fe、Co、Ni、Zn，属于过渡元素，D错误。
14.研究原子核外电子排布与元素周期表的关系时，人们发现价层电子排布相似的元素集中在一起。据此，人们将元素周期表分为五个区，并以最后填入电子的能级符号作为该区的符号（ds区除外），如图所示。
（1）在s区中，族序数最大、原子序数最小的元素，原子的价层电子的电子云形状为球形。
（2）在d区中，族序数最大、原子序数最小的元素，常见离子的电子排布式为Fe2＋：1s22s22p63s23p63d6，Fe3＋：1s22s22p63s23p63d5，其中较稳定的是Fe3＋。
（3）在ds区中，族序数最大、原子序数最小的元素，原子的价层电子排布式为3d104s2。
（4）在p区中，第二周期第ⅤA族元素原子的价层电子轨道表示式为。
（5）当今常用于核能开发的元素是铀和钚，它们在f区中。
解析：（1）s区包括第ⅠA族、第ⅡA族元素，符合条件的元素为Be，其电子排布式为1s22s2，价层电子的电子云形状为球形。（2）d区包括第ⅢB族～第ⅦB族、第Ⅷ族，族序数最大且原子序数最小的元素为Fe，常见离子为Fe2＋、Fe3＋，电子排布式分别为1s22s22p63s23p63d6、1s22s22p63s23p63d5，由离子的电子排布式可知，Fe3＋的3d轨道“半充满”，其稳定性强于Fe2＋。（3）ds区符合条件的元素为Zn，其电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s2，价层电子排布式为3d104s2。（4）该题中符合题意的元素为N，其价层电子轨道表示式为
（5）铀和钚均为锕系元素，位于f区。
15.（2025·北师大附属实验中学高二月考）有A、B、C、D、E、F、G七种元素，除E为第四周期元素外，其余均为短周期元素。A、E、G位于元素周期表的s区，其余元素位于p区，A、E的原子价层电子排布相同，A的原子中没有成对电子；B元素基态原子中电子占据三种能量不同的原子轨道，且每种轨道中的电子总数相同；C元素原子的价层电子排布式为nsnnpn＋1；D元素单质的氧化性在同周期主族元素的单质中排第二位；F的基态原子核外成对电子数是单电子数的3倍；G的基态原子占据两种形状的原子轨道，且两种形状轨道中的电子总数均相同。回答下列问题：
（1）写出下列元素的符号：D S，G Mg。
（2）E元素位于周期表s区，第ⅠA族。
（3）写出C的电子排布式：1s22s22p3。
（4）B的原子结构示意图为。
（5）基态A原子中含有的未成对电子数为1。
解析：A、B、C、D、E、F、G七种元素，除E为第四周期元素外，其余均为短周期元素，A、E、G位于元素周期表的s区，A、E的原子价层电子排布相同，A的原子中没有成对电子，则A为H，E为第四周期第ⅠA族元素，即E为K；B、C、D、F元素位于p区，C元素原子的价层电子排布式为nsnnpn＋1，n＝2时符合，则C为N元素；B元素基态原子中电子占据三种能量不同的原子轨道且每种轨道中的电子总数相同，电子排布式为1s22s22p2，则B为C元素；D元素单质的氧化性在同周期主族元素的单质中排第二位，则D为S或O；F的基态原子核外成对电子数是单电子数的3倍，F的基态原子的电子排布式为1s22s22p4，即F为O元素，则D只能为S；G的基态原子占据两种形状的原子轨道，且两种形状轨道中的电子总数相同，G位于元素周期表的s区，则G的电子排布式为1s22s22p63s2，则G为Mg元素。
1 / 11第2课时　构造原理与电子排布式
学习目标
1.知道原子核外电子的能级高低顺序，了解原子核外电子排布的构造原理。 2.知道1～36号元素基态原子核外电子的排布，了解最外层电子排布和价层电子的含义。
知识点一　构造原理
1.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。
2.构造原理示意图
【思考】　根据构造原理分析，3p能级电子填满以后，增加的电子应该先填充的能级是3d还是4s？
提示：先填充4s能级。
3.能级交错
（1）含义
当出现d能级时，随核电荷数递增，电子并不总是填满一个能层后再开始填入下一个能层的。电子是按3p→　4s→3d　的顺序而不是按3p→3d→4s的顺序填充的，这种现象被称为能级交错。
（2）依据
构造原理呈现的能级交错源于光谱学事实，是经验的，而不是任何理论推导的结果。构造原理是一个思维模型，是个假想过程。
4.构造原理的实质
构造原理中的能级顺序，其实质是各能级能量由低到高的顺序。绝大多数原子核外电子的填充顺序符合构造原理中的能级顺序。
【教材挖掘】
教材中描述“电子填满了一个能级，开始填入下一个能级”。某元素基态原子最外层的4s能级有电子填充，则其3d能级也一定有电子填充。这种说法是否正确？
提示：不正确。根据构造原理，多电子原子核外电子应先填充4s能级，再填充3d能级。如K、Ca基态原子4s能级有电子，但3d能级没有填充电子。
1.正误判断（正确的打“√”，错误的打“×”）。
（1）能层越大，能级的能量越高。（　×　）
（2）能量关系为E（5p）＞E（4f）。（　×　）
（3）原子核外电子填充3p、3d、4s能级的顺序为3p→4s→3d。（　√　）
（4）构造原理中的电子能级顺序，实质是各能级能量由低到高的顺序。（　√　）
2.电子在一个原子的下列能级中排布时，最后一个排布的是（　　）
A.ns　 　B.np　 　C.（n－1）d　 　D.（n－2）f
解析：B　根据原子中上述能级的能量高低顺序：ns＜（n－2）f＜（n－1）d＜np，所以最后一个排布的应是能量最高的能级，应为np能级。
3.（2025·福州高二期末）若以E表示某能级的能量，下列能量大小顺序中正确的是（　　）
A.E（3s）＞E（2s）＞E（1s）
B.E（5s）＞E（4d）＞E（4p）
C.E（4f）＞E（4s）＞E（4d）
D.E（5s）＞E（4s）＞E（5f）
解析：A　B项，按照构造原理，应为E（4d）＞E（5s）＞E（4p）；C项，应为E（4f）＞E（4d）＞E（4s）；D项，应为E（5f）＞E（5s）＞E（4s）。
归纳总结
能量高低顺序归纳
（1）同一能层：E（ns）＜E（np）＜E（nd）＜E（nf）。
（2）不同能层相同能级：E（1s）＜E（2s）＜E（3s）＜E（4s）。
（3）能层和能级均不相同：E（ns）＜E[（n－2）f]＜E[（n－1）d]＜E（np）。
知识点二　电子排布式
1.电子排布式
（1）含义
将能级上所容纳的电子数标在该能级符号的　右上　角，并按照　能层　从左到右的顺序排列。
（2）表示方法
如基态氮原子的电子排布式为：
2.电子排布式的书写
（1）简单基态原子的电子排布式
按照构造原理将电子依次填充到能量逐渐升高的能级中。如：
6C： 　1s22s22p2　；
10Ne： 　1s22s22p6　；
17Cl： 　1s22s22p63s23p5　；
19K： 　1s22s22p63s23p64s1　。
（2）复杂原子的电子排布式
对于较复杂原子的电子排布式，应先按构造原理从低到高排列，然后将同能层的能级移到一起。
如26Fe，先排列为1s22s22p63s23p64s23d6，然后将同一能层的能级排到一起，即基态Fe原子的电子排布式为　1s22s22p63s23p63d64s2　。
（3）简化电子排布式
如K：1s22s22p63s23p64s1，其简化电子排布式可表示为[Ar]4s1，其中[Ar]代表Ar的核外电子排布式，即1s22s22p63s23p6。再如Ti的简化电子排布式为　[Ar]3d24s2　。
（4）价层电子排布
为突出化合价与　电子排布　的关系，将在化学反应中可能发生　电子变动　的能级称为价电子层（简称价层）。例如Fe的简化电子排布式为[Ar]3d64s2，价层电子排布为　3d64s2　，如Cl的简化电子排布式为[Ne]3s23p5，则其价层电子排布为　3s23p5　。通常，元素周期表只给出价层电子排布。
（5）特殊原子的电子排布式
当p、d、f能级处于全空、全充满或半充满状态时，能量相对较低，原子结构较稳定（类似情况有Cr、Cu等）。以基态24Cr原子的电子排布式的书写为例：
同理可得基态29Cu原子的电子排布式为　1s22s22p63s23p63d104s1　。
【思考】　（1）分别写出基态Cr原子、Cu原子的价层电子排布式。
提示： 3d54s1和3d104s1。
（2）写出基态Cu原子失去一个电子后变成的基态Cu＋的简化电子排布式。
提示：[Ar]3d10。原子失电子时的顺序与电子填充顺序不完全相同，失去电子时先失最外层电子，所以基态Cu＋的简化电子排布式是[Ar]3d10。
1.下列各基态原子或离子的电子排布式错误的是（　　）
A.Mg2＋　1s22s22p6
B.Br　1s22s22p63s23p63d104s24p5
C.O2－　1s22s22p6
D.Cr　1s22s22p63s23p63d44s2
解析：D　A项，基态Mg原子的电子式排布式为1s22s22p63s2，基态Mg2＋的电子排布式为1s22s22p6，正确；B项，基态Br原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p5，正确；C项，基态O原子的电子排布式为1s22s22p4，基态O2－的电子排布式为1s22s22p6，正确；D项，基态Cr的电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s1，错误。
2.“鸟巢”使用钒氮合金钢，具有高强度、高性能的特点，钒原子（23V）的价层电子排布为（　　）
A.3d5 B.3d34s2
C.3d44s1 D.3d54s2
解析：B　V是23号元素，根据构造原理可知，基态V原子的核外电子排布式是1s22s22p63s23p63d34s2，其价层电子排布是3d34s2，选B。
3.写出下列原子的电子排布式。
（1）基态Cl原子的电子排布式是1s22s22p63s23p5（或[Ne]3s23p5）。
（2）基态Ge原子的电子排布式是1s22s22p63s23p63d104s24p2（或[Ar]3d104s24p2）。
（3）基态As原子的电子排布式是1s22s22p63s23p63d104s24p3（或[Ar]3d104s24p3）。
（4）基态P原子的电子排布式是1s22s22p63s23p3（或[Ne]3s23p3）。
4.按照要求书写下列电子排布式。
（1）（教材改编题）基态K原子的电子排布式为1s22s22p63s23p64s1（或[Ar]4s1），其电子占据的最高能层的符号为N。
（2）镓（Ga）的原子序数为31，基态Ga原子的简化电子排布式为[Ar]3d104s24p1。
（3）（2023·浙江6月选考）氮的化合物种类繁多，应用广泛。基态N原子的价层电子排布式是2s22p3。
（4）（2023·北京高考节选）硫代硫酸盐是一类具有应用前景的浸金试剂。硫代硫酸根（S2）可看作是S中的一个O原子被S原子取代的产物。基态S原子价层电子排布式是3s23p4。
解析：（1）根据构造原理书写电子排布式，最高能层为N层。（2）镓（Ga）的原子序数为31，基态Ga原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p1，简化电子排布式为[Ar]3d104s24p1。（3）基态N原子电子排布式为1s22s22p3，其价层电子排布式是2s22p3。（4）基态S原子的电子排布式为1s22s22p63s23p4，其价层电子排布式为3s23p4。
归纳总结
1.价层电子排布式的书写流程
2.简单离子电子排布式的书写
（1）先写出相应原子的电子排布式。
（2）由原子的电子排布式改写成离子的电子排布式，其中，失去的是最高能层能级上的电子，得到的电子排布在最高能层的能级上。
1.根据构造原理，多电子原子中，3s、3d、4p能级的电子能量由低到高的顺序为（　　）
A.3s＜3d＜4p B.3s＞3d＞4p
C.3s＜4p＜3d D.无法确定
解析：A　根据构造原理，多电子原子中，3s、3d、4p能级的电子能量由低到高的顺序为3s＜3d＜4p，选A。
2.（2025·海南文昌中学高二段考）下列原子的电子排布式能表示基态原子的电子排布式的是（　　）
A.[Ne]3s13p3 B.[Ar]3d64s1
C.[Ar]3d64s2 D.[Ar]3d5
解析：C　A项，该原子基态电子排布式为[Ne]3s23p2，不符合题意；B项，该原子基态电子排布式为[Ar]3d54s2，不符合题意；D项，该原子基态电子排布式为[Ar]3d34s2，不符合题意。
3.（教材改编题）下列电子排布式书写正确的是（　　）
A.21号Sc元素的基态原子电子排布式为1s22s22p63s23p63d3
B.Ca原子的电子排布式：1s22s22p63s23p63d2
C.Cu原子的电子排布式：1s22s22p63s23p63d94s2
D.K＋的电子排布式：[Ne]3s23p6
解析：D　21号Sc元素原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d14s2，A错误；Ca原子的电子排布式应为1s22s22p63s23p64s2，B错误；Cu原子的电子排布式应为1s22s22p63s23p63d104s1，C错误；K是19号元素，K＋核外有18个电子，电子排布式为[Ne]3s23p6，D正确。
4.（1）某元素的原子序数为33，则
①此元素原子的核外电子总数是33；
②有4个电子层，8个能级；
③该元素基态原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p3。
（2）写出下列基态原子或离子的电子排布式。
①S：1s22s22p63s23p4；
②Ca2＋：1s22s22p63s23p6；
③Cl－：1s22s22p63s23p6。
（3）某原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s2。
①该元素原子中共有25个电子；
②该元素原子核外有4个能层；
③该元素原子M能层共有13个电子。
解析：（1）核电荷数＝原子序数＝核外电子数，故此原子的核外电子数为33；依据构造原理，能量由低到高的顺序为E（4s）＜E（3d）＜E（4p），则此元素基态原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p3。（2）书写离子的电子排布式时，先书写基态原子的电子排布式，再根据得失电子数推理写出基态离子电子排布式。（3）从电子排布式看，各能级的电子数之和为25，该原子最高能级为4s能级，故有4个能层，M层电子排布为3s23p63d5，故该能层电子数为13。
题组一　构造原理
1.（2025·贵阳一中高二期中）下列各项中，前面的能级先填入电子的是（　　）
①3d和4s　②4p和5s　③5s和4d　④5p和4d
A.①② B.②③
C.②④ D.③④
解析：B　根据构造原理可知，电子填入能级的顺序为……4s、3d、4p、5s、4d、5p、6s……从而可以看出②③中前面的能级先填入电子，选B。
2.（苏教版习题）某基态原子的第4电子层有3个电子，则第3电子层的电子数有（　　）
A.2个 B.8个
C.10个 D.18个
解析：D　某基态原子的第4电子层有3个电子，则第4能层上电子的排布式为4s24p1，根据构造原理可知，第3能层s、p、d能级充满电子，即第3能层电子排布式为3s23p63d10，共18个电子。
3.下列有关构造原理的说法中，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，是各能级能量由低到高的顺序
解析：C　基态Cr、Cu等原子的核外电子排布不遵循构造原理。
4.下列说法正确的是（　　）
①构造原理是随核电荷数递增，电子总是填满一个能层后再开始填入下一个能层的　②电子是按3p→4s→3d的顺序而不是按3p→3d→4s的顺序填充的　③如果25号Mn元素的基态原子电子排布式为1s22s22p63s23p63d7，则违反了构造原理
A.①② B.②③
C.② D.①③
解析：B　按照构造原理，核外电子排布中存在能级交错，①错误。
题组二　电子排布式
5.（2025·金华十校联考）下列电子排布式中，原子处于激发态的是（　　）
A.1s22s22p5
B.1s22s22p43s2
C.1s22s22p63s23p63d54s2
D.1s22s22p63s23p63d34s2
解析：B　1s22s22p43s2的2p能级没有充满，而电子填充到了能量更高的3s能级，原子能量较高，处于激发态，选B。
6.（2025·天津南开区高二期末）下列各基态原子的简化电子排布式错误的是（　　）
A.Cr　[Ar]3d54s1 B.Br　[Ar]4s24p5
C.Cu　[Ar]3d104s1 D.Si　[Ne]3s23p2
解析：B　Cr为24号元素，简化电子排布式为[Ar]3d54s1，A正确； Br为35号元素，简化电子排布式为[Ar]3d104s24p5，B错误；Cu为29号元素，简化电子排布式为[Ar]3d104s1，C正确； Si为14号元素，简化电子排布式为[Ne]3s23p2，D正确。
7.（2025·深圳高二月考）M－的最外层电子排布式为3s23p6，下列说法中正确的是（　　）
A.M可能为稀有气体元素
B.基态M原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p64s1
C.基态M原子的价层电子排布为3p5
D.M原子的最外层电子数为7
解析：D　M－的最外层电子排布式为3s23p6，则M－是Cl－，M是氯元素，不是稀有气体元素，A错误；基态M原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p5，价层电子排布为3s23p5，B、C错误；氯原子的最外层电子排布式为3s23p5，有7个电子，D正确。
8.下列每组中的两个微粒，其基态原子或离子的电子排布式不相同的是（　　）
A.12C和13C B.Na＋和N3－
C.Cl－和Ar D.Fe3＋和V
解析：D　12C和13C核外电子数相同，电子排布式相同，A不符合题意；Na＋和N3－的电子排布式均为1s22s22p6，B不符合题意；Cl－和Ar的电子排布式均为1s22s22p63s23p6，C不符合题意；Fe3＋和V核外均有23个电子，但是二者电子排布式分别为1s22s22p63s23p63d5、1s22s22p63s23p63d34s2，D符合题意。
9.下列各组指定的元素，不能由单质间通过化合反应形成AB2型化合物的是（　　）
A.[He]2s22p2和[He]2s22p4
B.[Ne]3s23p4和[He]2s22p4
C.[Ne]3s2和[He]2s22p5
D.[Ar]3d64s2和[Ne]3s23p4
解析：D　[He]2s22p2是C，[He]2s22p4是O，二者可由单质直接化合形成AB2型化合物CO2；[Ne]3s23p4是S，[He]2s22p4是O，二者可通过单质化合反应形成AB2型化合物SO2；[Ne]3s2是Mg，[He]2s22p5是F，二者可通过单质化合形成AB2型化合物MgF2；[Ar]3d64s2是Fe，[Ne]3s23p4是S，Fe与S在加热时可发生化合反应产生FeS，不能形成AB2型化合物。
10.（2025·湖北高中联盟高二期中）某元素基态原子3d能级上有10个电子，则该基态原子价层电子排布不可能是（　　）
A.3d104s1 B.3d104s2
C.3s23p6 D.4s24p2
解析：C　若价层电子排布为3d104s1，该原子为29号元素Cu，电子排布式为[Ar]3d104s1；若价层电子排布为3d104s2，该原子为30号元素Zn，电子排布式为[Ar]3d104s2；若价层电子排布为4s24p2，该原子为32号元素Ge，电子排布式为[Ar]3d104s24p2；若价层电子排布为3s23p6，该原子为18号元素Ar，电子排布式为1s22s22p63s23p6，3d能级上没有电子，C错误。
11.（2025·哈尔滨高二期中）下列说法错误的是（　　）
A.根据构造原理，原子核外电子填充顺序为1s、2s、2p、3s、3p、3d、4s、4p……
B.1s22s12p1是激发态Be原子的电子排布式
C.基态溴原子的简化电子排布式是[Ar]3d104s24p5
D.Mg的价层电子排布式为3s2
解析：A　根据构造原理原子核外电子填充顺序为1s、2s、2p、3s、3p、4s、3d、4p……，A错误；1s22s2为基态Be原子，1s22s12p1为激发态Be原子，B正确；基态溴原子的核外有35个电子，分4层排布，基态溴原子的简化电子排布式为[Ar]3d104s24p5，C正确；Mg原子的核外电子数为12，价层电子排布式为3s2，D正确。
12.（2025·天津河西区高二期末）X、Y、Z为三种主族元素的原子，其最外层电子排布分别为ns1、3s23p2和2s22p4，由这三种元素组成的化合物的化学式可能是（　　）
A.XYZ3 B.XYZ4
C.X2YZ3 D.X3YZ4
解析：C　X、Y、Z为三种主族元素的原子，X最外层电子排布为ns1，则X常见化合价为＋1价，Y最外层电子排布为3s23p2，Y是Si元素，常见化合价为＋4价，Z最外层电子排布为2s22p4，Z为O元素，常见化合价为－2价。根据上述分析，化学式为XYZ3、XYZ4、X3YZ4时，均不符合化合物中元素化合价代数和为零的规律，A、B、D项错误；当化学式为X2YZ3时，符合化合物中元素化合价代数和为零的规律，化合物X2YZ3存在，这三种元素组成的化合物的化学式可以是H2SiO3、Na2SiO3等，C项正确。
13.下列各组表述中，两个微粒一定属于同种元素原子的是（　　）
A.3p能级有一个空轨道的基态原子和核外电子排布为1s22s22p63s23p2的原子
B.M层全充满而N层为4s2的原子和核外电子排布为1s22s22p63s23p63d64s2的原子
C.最外层电子数是核外电子总数的的原子和价电子排布为ns2np5的原子
D.2p能级有一个未成对电子的基态原子和原子的价电子排布为2s22p1的原子
解析：A　3p能级有一个空轨道的基态原子和核外电子排布为1s22s22p63s23p2的原子都是指Si原子，A正确；M层全充满而N层为4s2的原子是Zn原子，核外电子排布为1s22s22p63s23p63d64s2的原子是Fe原子，B错误；最外层电子数是核外电子总数的的原子是Br，Br原子核外电子排布为1s22s22p63s23p63d104s24p5，价电子排布式为ns2np5的是ⅦA族的元素，不一定是溴，C错误；2p能级有一个未成对电子的基态原子可能是B或F，价电子排布为2s22p1的原子是B、D错误。
14.（教材改编题）A、B、C、D代表4种元素。请填空：
（1）A元素的基态原子最外层电子排布式为nsnnpn＋1，则n＝2，原子中能量最高的是2p电子。
（2）B元素的－1价离子和C元素的＋1价离子的电子层结构都与氩相同，B的元素符号为Cl，C的元素符号为K，基态B原子的价层电子排布式为3s23p5。
（3）D元素基态原子的M层全充满，N层只有一个电子，D的元素符号为Cu，其基态原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s1。
解析：（1）s能级最多只能容纳2个电子，s能级排满之后电子才会填入下一能级，故n＝2，所以A基态原子最外层电子排布式为2s22p3，A是N元素；根据构造原理可知氮原子核外电子中2p电子能量最高。（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Cl元素，C为19号K元素，基态Cl原子的电子排布式为1s22s22p63s23p5，价层电子排布式为3s23p5。（3）由题意可知基态D原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s1，该元素为29号元素Cu。
15.（2025·成都高二检测）A、B、C、D是四种短周期元素，E是过渡元素。A、B、C为同周期元素，C、D为同主族元素。A元素原子的结构示意图为，B元素原子是同周期除稀有气体元素原子外半径最大的元素原子，C元素原子的M层p能级上有3个电子，E元素原子的价层电子排布为3d64s2。回答下列问题：
（1）A为Si（填元素符号，下同），其基态原子的电子排布式为1s22s22p63s23p2（或[Ne]3s23p2）。
（2）B为Na，其基态原子的简化电子排布式为[Ne]3s1。
（3）C为P，其基态原子的价层电子排布为3s23p3。
（4）D为N。
（5）E为Fe，其原子结构示意图为。
解析：（1）A、B、C、D是四种短周期元素，A元素原子的结构示意图为，则x＝2，故A为Si元素。（2）A、B、C为同周期元素，即均处于第三周期，B元素原子是同周期除稀有气体元素原子外半径最大的元素原子，则B为Na元素。（3）C元素原子M层p能级上有3个电子，则其价层电子排布为3s23p3，C为P元素。（4）因C、D为同主族元素，D为N元素。（5）E是过渡元素，其原子的价层电子排布为3d64s2，E为Fe元素。
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