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第1讲　原子结构　核外电子排布
1．掌握原子结构中微粒数目的关系。
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号元素原子的核外电子排布式、价层电子排布和轨道表示式。
考点1　原子结构　核素和同位素
1．原子构成
[关系图谱]微粒间的数量关系(对于中性原子)
(1)构成微粒及作用
(2)微粒之间的数量关系(对于中性原子)
①质子数(Z)＝核电荷数＝核外电子数。
②质量数(A)＝质子数(Z)＋中子数(N)。
2．元素、核素和同位素
(1)概念及相互关系
(2)同位素的特征
①同一元素的各种核素的质子数相同，中子数不同，化学性质几乎完全相同，物理性质差异较大。
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)常见的重要核素及其应用
核素 (T)
用途 核燃料 用于考古断代 制造氢弹 示踪原子
　原子的相对原子质量与元素的相对原子质量有什么区别？
提示：原子(即核素)的相对原子质量：一个原子(即核素)的质量与12C原子质量的的比值，其近似值可用质量数代替。元素的相对原子质量：是按该元素各种天然同位素原子所占的原子百分比算出的平均值。如Ar(Cl)＝Ar(35Cl)×a%＋Ar(37Cl)×b%。其近似值是用各核素质量数算出的平均值，即Ar(Cl)≈35×a%＋37×b%。
[备考提醒]
(1)不是所有原子一定都含有中子，如1H没有中子。
(2)电子排布完全相同的原子，不一定是同一种原子，如互为同位素的各原子。
(3)质子数相同的微粒不一定属于同一种元素，如F－与OH－。
(4)只有具体的原子才有质量数，元素没有质量数。某核素的质量数可视为该核素的近似相对原子质量。
(5)同位素原子之间的转化属于核反应，核反应不属于化学反应的范畴。
　原子结构中“粒子数”的确定
1．(鲁科必修第二册内容改编)230Th和232Th是钍的两种同位素，232Th可以转化成233U。下列有关Th的说法正确的是(　　)
A．Th元素的质量数是232
B．Th元素的相对原子质量是231
C．232Th转化成233U是化学变化
D．230Th和232Th的化学性质几乎相同
D　[Th有两种核素，质量数分别为230、232，A错误；没有告诉两核素在自然界所占的百分比，无法计算Th元素的相对原子质量，B错误；232Th转化成233U是核反应，不属于化学变化，C错误。]
2．(人教必修第一册习题改编)某元素R与24Mg处于同一主族。其阳离子R2+核内中子数为N，质量数为A，则a g R2+中含有电子数的物质的量为(　　)
A．(A－N) mol
B．(A－N＋2) mol
C．(A－N－2) mol
D．(A－N－2) mol
D　[1个R2+中含有的电子数为A－N－2，a g R2+的物质的量为 mol，故a g R2+中含有电子数的物质的量为(A－N－2)mol，故选D。]
3．(2026·宁德模拟)稀土元素钕是制造导弹合金材料的重要元素。下列说法正确的是 (　　)
A．和是同一核素
B．14 g Nd含有6 mol电子
C．原子的中子数与质子数之差为80
D．一个原子的质量约为 g(NA表示阿伏加德罗常数的值)
D　A．与互为同位素，是不同的核素，错误；B．Nd的相对原子质量不是140，14 g Nd含有的电子不是6 mol，错误；C．原子的中子数为80，质子数为60，两者之差为20，错误。]
　元素、核素和同位素的辨析
4．(人教必修第一册习题改编)科学家通过测定地球岩石和球粒陨石中25Mg、24Mg比例差异，为月球起源“大撞击”假说提供了重要证据。下列关于25Mg与24Mg的说法正确的是(　　)
A．互为同素异形体
B．具有相同质量数
C．具有相似的化学性质
D．具有相同的中子数
C　[25Mg与24Mg，质子数相同，中子数不同，两者互为同位素，A错误；25Mg与24Mg的质量数分别为25、24，B错误；主族金属元素的化学性质主要取决于最外层电子数，两者最外层电子数相同，因此25Mg与24Mg具有相似的化学性质，C正确；25Mg与24Mg的中子数分别为13、12，D错误。]
5．(人教必修第一册习题改编)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。下列说法不正确的是(　　)
A．41Ca和48Ca都是钙元素的核素，互为同位素
B．41Ca的原子核内有21个中子
C．41Ca的半衰期长，说明41Ca难以失去电子
D．41Ca的衰变不属于化学变化
C　[41Ca和48Ca的质子数都为20，中子数分别为21、28，互为同位素，A正确；41Ca的质子数为20，质量数为41，中子数为41－20＝21，B正确；半衰期反映原子核的稳定性，与失去电子的能力无关，C不正确；41Ca的衰变为核反应，不属于化学变化，D正确。]
[思维模型]抓住描述对象突破“四同”判断
(1)同位素——原子，如、；
(2)同素异形体——单质，如O2、O3；
(3)同系物——化合物，如CH3CH3、CH3CH2CH3；
(4)同分异构体——化合物，如正戊烷、新戊烷。
考点2　原子核外电子排布
1．核外电子运动状态
核外电子按能量不同分成不同能层，同一能层的电子，还被分成不同能级。量子力学把电子在原子核外的一个空间运动状态称为一个原子轨道。
(1)填写下表，熟悉原子核外能层、能级、原子轨道之间的关系。
能层 (n) 一 二 三 四
能层 符号 K L M N
能级 符号 1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p 4d 4f
各能 级原 子轨 道数 1 1 3 1 3 5 1 3 5 7
各能 层原 子轨 道数 1 4 9 16
每个轨道容纳2个电子
最多 容纳 电子 数 2 8 18 32
(2)原子轨道的电子云轮廓图
能级 电子云轮廓图 伸展方向
s 球形
p 哑铃形 相互垂直的3个伸展方向
2．基态、激发态和原子光谱
(1)基态、激发态和原子光谱的关系
(2)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，用光谱仪记录下来便得到原子光谱。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．基态原子核外电子排布
(1)电子排布原则
原则 内容
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
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
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
(2)构造原理：随核电荷数的递增，新增电子填入能级的顺序：1s→2s→2p→3s→3p→4s→3d→4p→5s→4d→…
[图解教材]人教选择性必修2
构造原理示意图
每一行对应一个能层
每一个小圆圈表示一个能级
连线的箭头方向表示随核电荷数增加，电子填入能级的顺序
排布规律模型：ns→(n－2)f→(n－1)d→np
(3)基态原子核外电子排布表示方法(以硫原子为例)
电子排布式 1s22s22p63s23p4
简化电子排布式 [Ne]3s23p4
价层电子排布 3s23p4
价层电子轨道表 示式(电子排布图)
　价层电子排布与最外层电子排布式相同吗？试举例说明。
提示：价电子是原子在参与化学反应时能够用于成键的电子，是原子核外跟元素化合价有关的电子。在主族元素的基态原子中，价电子数就是最外层电子数；副族元素原子的价电子，除最外层电子外，还可包括次外层电子。例如，基态Mn原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s2，价层电子排布为3d54s2，最外层电子排布式为4s2。
[备考提醒]
(1)当能量相同的原子轨道在全满(p6、d10、 f14)、半满(p3、d5、f7 )、全空(p0、d0、f0)时，原子的能量最低，如24Cr的核外电子排布式为[Ar]3d54s1，29Cu的核外电子排布式为[Ar]3d104s1。
(2)电子排布式是按照能层数由小到大的顺序书写，而不是按照轨道的能量高低书写。
(3)原子或离子是按照先失去外层电子，再失去内层电子的顺序失去电子，与电子进入原子轨道的顺序不一定相同。
　基态原子(或离子)核外电子排布的规范表示
1．(鲁科选择性必修2习题改编)下列有关核外电子排布的表示不正确的是(　　)
A．基态铬原子(24Cr)的价层电子排布：3d54s1
B．基态Mn原子的价层电子轨道表示式：
C．基态34Se原子的简化电子排布式：[Ar]3d104s24p4
D．基态P原子的价层电子轨道表示式：
B　[Cr为24号元素，基态铬原子3d轨道处于半充满稳定状态，价层电子排布为3d54s1，A正确；Mn是25号元素，其价层电子排布为3d54s2，因此其价层电子轨道表示式为B错误；34Se为34号元素，基态34Se原子的简化电子排布式为[Ar]3d104s24p4，C正确；P原子的价层电子排布为3s23p3，价层电子轨道表示式为D正确。]
2．(人教选择性必修2习题改编)判断原子中未成对电子数目
(1)基态Ti3+中未成对电子数有________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。
(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________。
(4)第四周期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_____________________________________________________________________。
[解析]　(1)Ti位于第四周期，Ti的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。
(3)基态铬原子价层电子排布为3d54s1，核外有6个未成对电子，基态镍原子价层电子排布为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。
[答案]　(1)1　4d25s2　3　(2)4　(3)3∶1
(4)
[误区警示]书写电子排布式的常见错误与技巧
　核外电子的能量、运动状态和空间运动状态
3．(人教选择性必修2习题改编)下列说法不正确的是(　　)
A．基态原子的核外电子填充在6个轨道中的元素仅有1种
B．Mg原子的核外电子轨道表示式：
C．基态钙离子(Ca2+)中，电子占据的最高能级共有3个原子轨道，其形状是哑铃形
D．基态铜原子的电子占有7种能量不同的原子轨道
A　[基态原子核外电子填充在6个轨道中的元素可能的电子排布式为1s22s22p63s1或1s22s22p63s2，所以有两种元素，A不正确；Mg原子有12个电子，它的核外电子轨道表示式为，B正确；基态钙离子(Ca2+)的电子排布式为1s22s22p63s23p6，电子占据的最高能级共有3个原子轨道，其形状是哑铃形，C正确；基态铜原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s1，电子占有7种能量不同的原子轨道，D正确。]
4．(人教选择性必修2习题改编)判断电子的运动状态
(1)基态F原子核外电子的运动状态有__________________________________种。
(2)基态钛原子的价层电子排布为___________________________________，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原子价电子的运动状态有______种，若其电子排布式表示为违背了________________。
(4)基态Cu原子核外电子的空间运动状态有________种。
[解析]　(1)基态F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。
(2)基态Ti原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d24s2，价层电子排布为3d24s2，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。
[答案]　(1)9　(2)3d24s2　12　22　(3)4　洪特规则　(4)15
[误区警示]原子核外电子的运动状态由能层、能级、轨道、自旋方向决定
(1)电子的运动状态数＝原子核外的电子总数。
(2)电子的空间运动状态数＝核外电子已填充的原子轨道数目。
(3)电子的轨道伸展方向数＝轨道种类数。
1．判断正误：正确的打“√”，错误的打“×”。
(1)(2024·甘肃卷C、和互为同位素。 (√)
(2)(2024·黑吉辽卷)中子数为1的氦核素：e。 (×)
(3)(2024·安徽卷)基态Ni原子价电子排布式为3d84s2。 (√)
(4)(2024·山东卷)激发态H原子的轨道表示式： (×)
(5)(2024·甘肃卷)Ca2+和Cl－的最外层电子排布图均为 (√)
(6)(2025·北京卷)基态30Zn原子的价层电子排布式：3d104s2。 (√)
(7)(2025·河南卷)基态S原子的价电子轨道表示式： (×)
(8)(2025·甘肃卷)基态Si原子的价层电子排布图： (√)
(9)(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。 (√)
2．(2025·山东卷)第70号元素镱(Yb)的基态原子价电子排布式为4f146s2。下列说法正确的是(　　)
A．的中子数与质子数之差为104
B．与是同一种核素
C．基态Yb原子核外共有10个d电子
D．Yb位于元素周期表中第6周期
D　[Yb的质子数为70，中子数为174－70＝104，故中子数和质子数之差为104－70＝34，A错误；核素是指具有一定数目质子和一定数目中子的一种原子Yb、b为两种核素，B错误；Yb为70号元素，基态Yb原子的核外电子排布式为[Ar]3d104s24p64d104f145s25p66s2，共有20个d电子，C错误；由Yb的价电子排布式为4f146s2知，Yb位于第6周期，D正确。]
3．(1)(2024·全国甲卷)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________，在与其他元素形成化合物时，呈现的最高化合价为________。
(2)(2024·山东卷)锰氧化物具有较大应用价值。Mn在元素周期表中位于第________周期________族；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)。
[解析]　(1)ⅣA族元素基态原子的价层电子排布为ns2np2，其核外未成对电子数为2，因最外层电子数均为4，所以在与其他元素形成化合物时，呈现的最高化合价为＋4价。(2)Mn的原子序数为25，位于元素周期表第四周期ⅦB族；基态Mn的简化电子排布式为[Ar]3d54s2，未成对电子数为5，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的简化电子排布式为[Ar]3d54s1，有6个未成对电子。
[答案]　(1)2　＋4　(2)四　ⅦB　Cr
(1)(2025·聊城一模)Fe2+的价层电子轨道表示式为________________，同周期基态原子未成对电子数比Fe2+多的元素是________(填元素符号)。
(2)(2025·山东名校联盟3月模拟)基态O原子价电子的空间运动状态有________种；V与Nb同一副族，与V同周期且基态原子核外的单电子数与V相同的元素还有________种。
[解析]　(1)Fe是26号元素，Fe2+的价层电子排布为3d6，价层电子轨道表示式为Fe2+的未成对电子数是4，同周期基态原子未成对电子数比Fe2+多的元素是Cr、Mn，Cr的价层电子排布为3d54s1，未成对电子数是6，Mn的价层电子排布为3d54s2，未成对电子数是5。(2)基态氧原子价层电子排布为2s22p4，因此其价电子的空间运动状态有4种；V的价层电子排布为3d34s2，单电子数为3个的还有Co(3d74s2)、As(4s24p3)。
[答案]　(1) 　Cr、Mn　(2)4　2
4．(2024·北京卷)锡(Sn)是现代“五金”之一，广泛应用于合金、半导体工业等。Sn位于元素周期表的第5周期第ⅣA族。将Sn的基态原子最外层轨道表示式补充完整：
[解析] Sn位于元素周期表的第5周期第ⅣA族，基态Sn原子的最外层电子排布式为5s25p2，Sn的基态原子最外层轨道表示式为
[答案]　
5．(1)(2024·新课标卷)Ni(CO)4(四羰合镍，沸点43 ℃)可用于制备高纯镍，也是有机化合物羰基化反应的催化剂。Ni基态原子价电子的轨道表示式为________________。
(2)(2022·全国甲卷)基态F原子的价电子排布图(轨道表示式)为________________。
[解析]　(1)Ni为28号元素，其基态原子的核外电子排布式为[Ar]3d84s2，则其价电子的轨道表示式为
(2)F的原子序数为9，价电子数为7，根据泡利原理和洪特规则，即可画出其价电子排布图。
[答案]　 (1) 　(2)
(1)书写金属钙和氯的电子排布式：_____________________、________________。
(2)写出镍(Ni)的基态原子核外电子排布式：________________。
(3)画出基态氮(N)原子的价层电子排布图：________________。
(4)价层电子排布式为3d54s2的原子，其原子结构示意图为________________，其最高正价为________价。
(5)33号元素基态原子的核外电子排布式的简写形式为________________。
[解析]　(1)钙是20号元素，由于E(4s)＜E(3d)，其电子排布式是1s22s22p63s23p64s2；Cl的原子序数是17，其电子排布式是1s22s22p63s23p5。
(2)Ni的原子序数为28，根据能量最低原理可写出电子排布式为1s22s22p63s23p63d84s2。
(3)氮(N)原子最外层有5个电子，基态氮(N)原子的价层电子排布图为
(4)价层电子排布式为3d54s2的原子，则核外电子排布式为[Ar]3d54s2，有4个电子层，从内到外依次容纳电子数为2、8、13、2，其原子结构示意图为该元素原子价电子数为7，处于第ⅦB族，最高正价为＋7价。
(5)33号元素为As，位于第四周期ⅤA族，基态原子的价层电子排布为4s24p3，核外电子排布式为[Ar]3d104s24p3。
[答案]　(1)1s22s22p63s23p64s2　1s22s22p63s23p5
(2)1s22s22p63s23p63d84s2
(3)
(4) 　＋7　
(5)[Ar]3d104s24p3
课时数智作业(二十五)　原子结构　核外电子排布
(建议用时：30分钟　分值：50分)
说明：选择题每小题3分
『夯基补弱』
1．(2026·淮北模拟)医学界通过用14C标记的C60发现了一种C60的羧酸衍生物，这种羧酸衍生物在特定条件下可以通过断裂DNA抑制艾滋病毒的繁殖。已知：NA表示阿伏加德罗常数的值。下列说法正确的是(　　)
A．12C60的碳原子数为60NA
B．1 mol 14C与14N含有的中子数均为8NA
C．14C60是12C60的同素异形体
D．14C与12C互为同位素，化学性质相同
D　[12C60的分子数未知，无法求其碳原子数，A错误；1个14C和1个14N的中子数分别为8、7，B错误；14C60与12C60是碳元素的同种单质，不互为同素异形体，C错误；14C与12C是质子数相同、中子数不同的核素，互为同位素，同一元素的化学性质相同，D正确。]
2．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种空间运动状态的电子
B．在K能层中，有自旋相反的两条轨道
C．氧原子核外能量最高的电子云的形状为
D．电子云通常是用小黑点来表示电子的多少
C　[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，一共可容纳32个电子，但只有16种空间运动状态，A错误；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；氧原子核外电子排布式为1s22s22p4，p电子能量最高，呈现哑铃形，氧原子核外能量最高的电子云的形状为，C正确；电子云通常是用小黑点来表示电子出现的概率大小，并不表示电子，D错误。]
3．(2026·湛江高三第一次调研改编)“羲和”探日、“嫦娥”探月、空间站巡天，中国航天技术在人类探索浩渺宇宙的前沿不断创新、突破。下列说法不正确的是(　　)
A．空间站中用Na2O2将CO2转化为O2，Na2O2中含离子键和非极性键
B．“长征五号”运载火箭采用液氢、液氧作为推进剂与互为同位素
C．月壤中富集了大量的3He，其与4He互为同素异形体
D．太空陨石中存在氖气的中子数为10
C　[过氧化钠和二氧化碳反应生成碳酸钠和氧气，Na2O2中含有Na＋和之间的离子键和O—O非极性键，A正确；同位素是指质子数相同、中子数不同的原子H与互为同位素，B正确；3He与4He互为同位素，而不是同素异形体，C不正确；核素的表示方法为元素符号左下角为质子数，左上角为质量数；e的质子数为10、中子数＝质量数－质子数＝20－10＝10，D正确。]
4．(2025·来宾一模)Na2S2O3可用作纺织及造纸工业的脱氯剂：Na2S2O3＋4Cl2＋5H2O===Na2SO4＋H2SO4＋8HCl，还可用于NaCN中毒的治疗。下列说法错误的是(　　)
A．基态S原子能量最高的电子所在原子轨道的形状为哑铃形
B．基态N原子的价层电子排布为2s22p3
C．HCl的形成过程：H∶H＋∶Cl∶Cl―→H∶Cl∶
D．Cl的一种核素为l
C　[基态S原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p4，能量最高的电子在3p能级，原子轨道的形状为哑铃形，A正确；N为7号元素，基态N原子的价层电子排布为2s22p3，B正确；HCl的形成过程C错误；核素的表示方法为元素符号左下角为质子数，左上角为质量数；氯为17号元素，Cl的一种核素为l，D正确。]
5．(2026·北京石景山区模拟)“嫦娥石”
[(Ca8Y)Fe(PO4)7]是我国科学家首次在月壤中发现的新型静态矿物，下列说法不正确的是(　　)
A．40Ca、41Ca互为同位素
B．基态氧原子的核外电子轨道表示式：
C．电负性：O>P
D．核素中质子数与中子数之差为50
D　[质子数相同、中子数不同的同种元素的不同原子互称为同位素，40Ca、41Ca互为同位素，A正确；O原子核外有8个电子，电子排布式为1s22s22p4，基态氧原子的核外电子轨道表示式为B正确；非金属性越强，电负性越大，同周期从左到右非金属性增强，同主族从上到下非金属性减弱，非金属性：O>P，电负性：O>P，C正确；核素中质子数为39，中子数为89－39＝50，质子数与中子数之差为50－39＝11，D不正确。]
6．(2026·聊城联考)已知某原子结构示意图为下列说法不正确的是(　　)
A．结构示意图中x＝2
B．该基态原子的价层电子排布为1s22s22p63s23p2
C．该基态原子的核外电子轨道表示式为
D．该原子结构中共有5个能级填充了电子
B　[由原子结构示意图可知，K层电子排满时为2个电子，故x＝2，该元素为硅元素，A正确；该基态原子的电子排布式为1s22s22p63s23p2，价层电子排布为3s23p2，B不正确；基态硅原子的核外电子轨道表示式为
C正确；原子结构中有1s、2s、2p、3s、3p共5个能级填充了电子，D正确。]
7．下列原子构成的单质中既能与稀硫酸反应，又能与烧碱溶液反应，且都产生H2的是(　　)
A．核内无中子的原子
B．价层电子排布为3s23p4的原子
C．核外电子排布图为的基态原子
D．处于激发态时其原子的电子排布式可能为1s22s22p63s13p2
D　[既能与稀硫酸反应又能与烧碱溶液反应，且都产生H2，该单质应具有两性。核内无中子的原子，为氢原子，故A错误；价层电子排布为3s23p4的原子，为硫原子，故B错误；核外电子排布图为的基态原子，为镁原子，故C错误；处于激发态时其原子的电子排布式可能为1s22s22p63s13p2，该原子为铝原子，故D正确。]
『培优提能』
8．X、Y、Z、W为原子序数依次增大的短周期主族元素，基态X原子的s轨道总电子数与p轨道总电子数之比为4∶1，Y和Z的同位素原子之间存在核反应：H，Z原子的核外电子总数是次外层电子数的4倍，W的简单阳离子不能发生水解反应。下列说法不正确的是(　　)
A．四种元素的基态原子中Y的原子的单电子最多
B．X、Y的简单氢化物的稳定性：XH3C．转化为发生化学变化
D．W的简单离子的核外电子轨道表示式为
C　[X、Y、Z、W为原子序数依次增大的短周期主族元素，基态X原子的s轨道总电子数与p轨道总电子数之比为4∶1，则其电子排布式为1s22s22p1，推出X为B，Z原子的核外电子总数是次外层电子数的4倍，推出Z为O，W的简单阳离子不能发生水解反应，则W为Na，根据核反应推出a＝16，b＝7，即Y为N。四种元素中，N原子的单电子为3个，在这四种元素中单电子数最多，A正确；N的非金属性强于B，因此NH3比BH3稳定，B正确；核反应中元素种类发生改变，不属于化学变化，C错误；钠离子的电子排布式为1s22s22p6，核外电子轨道表示式为D正确。]
9．短周期主族元素X、Y、Z、W的原子序数依次增大，X2是空气中含量最多的成分，Y和W位于同主族，由X、Y、Z、W形成的一种化合物的结构如图所示。下列叙述错误的是(　　)
A．化合物中W原子上没有孤电子对
B．Z元素的基态原子核外电子有9种运动状态
C．简单氢化物的稳定性：Z>Y>W
D．四种元素的基态原子中最高能量的电子所在的原子轨道的形状完全一样
D　[短周期主族元素X、Y、Z、W的原子序数依次增大，X2是空气中含量最多的成分，X为N；Y和W位于同主族，由化合物结构图可知，W可形成6个共用电子对，Y可形成2个共用电子对，则W为S，Y为O，Z可形成1个共用电子对，Z的原子序数大于O且小于S，可知Z为F；化合物中S形成6个共用电子对，原子上没有孤电子对，A正确；Z为F，基态原子核外有9个电子，即有9种运动状态，B正确；同周期从左到右，金属性减弱，非金属性增强；同主族由上而下，金属性增强，非金属性减弱；非金属性越强，其简单氢化物的稳定性越强，简单氢化物的稳定性：HF>H2O>H2S，C正确；四种元素的基态原子中最高能量的电子，N、O、F在2p轨道，S在3p轨道，原子轨道形状都是哑铃形，但半径不同，D错误。]
10．(11分)对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)。(1分)
A．吸收光谱 B．发射光谱
(2)下列Mg原子的核外电子排布式中，能量最高的是________(填字母)。(2分)
d．1s22s22p63s2
(3)Ti原子位于元素周期表中的________区，其基态原子的价层电子排布为_____________________________________________________________________。
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_______________________________________________________________
________________________________________________________________。(5分)
(4)Fe3+与Fe2+的离子半径大小关系为Fe3+________Fe2+(填“大于”或“小于”)。(1分)
(5)下列各组多电子原子的能级能量的比较中，不正确的是________(填字母)。(2分)
①2p＝3p　②4s＞2s　③4p＞4f　④4d＞3d
A．①④　　B．①③　　C．③④　　D．②③
[解析]　(1)电子从较高能量的激发态跃迁到较低能量的激发态及至基态时，以光的形式释放出能量，属于发射光谱。
是2个2p能级上的电子跃迁到3p能级上，1个3s能级上的电子跃迁到3p能级上；是2p能级上的3个电子跃迁到3p能级上；
为3s能级上的1个电子跃迁到3p能级上；d．1s22s22p63s2为基态原子；故能量最高的为b。(3)Ti是22号元素，其核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d24s2，电子最后进入3d能级，故基态Ti原子位于元素周期表中的d区，其价层电子排布为3d24s2，与Ti同周期的过渡元素中，未成对电子数最多的是Cr，其基态原子的价层电子的轨道表示式为(4)当原子核外电子排布的电子层数相同时，核外电子数越多，对应微粒的半径越大，Fe3+的核外电子数比Fe2+少，故离子半径大小关系为Fe3+小于Fe2+。(5)根据构造原理可知：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，则2p＜3p，4s>2s，4d>3d，故①不正确，②④正确；相同能层上不同能级的能量的高低：ns＜np＜nd＜nf，则4p＜4f，故③不正确。
[答案]　(1)B　(2)b　(3)d　3d24s2　　(4)小于　(5)B
11．(12分)X、Y、Z、W是元素周期表前四周期中的常见元素，其相关信息如下表所示。
元素 相关信息
X X的一种核素的质量数为18，中子数为10
Y Y与X同主族，且它的一种氧化物是导致酸雨的主要物质之一
Z Z的单质常温下为黄绿色气体
W W的基态原子核外有4个未成对电子
(1)Z在元素周期表中的位置是___________________________________________
_______________________________________________________________。(2分)
(2)基态Y原子的核外电子排布式为______________________________________
_______________________________________________________________。(2分)
(3)基态W3+的核外电子排布式为________________________________________
_______________________________________________________________。(2分)
(4)X的一种氢化物H2X2分子中极性键和非极性键数目之比为________。(3分)
(5)Y的电负性比Z的________(填“大”或“小”)；X和Y的简单气态氢化物中，较稳定的是________________________________________(写化学式)。(3分)
[解析]　由题意可知，X、Y、Z、W分别为O、S、Cl、Fe元素。
(1)Cl元素处于周期表中第三周期第ⅦA族。
(2)基态S原子核外有16个电子，其核外电子排布式为1s22s22p63s23p4或[Ne]3s23p4。
(3)基态Fe原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2，失去3个电子生成Fe3+，则基态Fe3+的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d5或[Ar]3d5。
(4)H2O2的结构式为H—O—O—H，分子中极性键和非极性键数目之比为2∶1。
(5)S元素的电负性比Cl元素小；O元素的非金属性强于S元素，故H2O的稳定性强于H2S。
[答案]　(1)第三周期第ⅦA族　
(2)1s22s22p63s23p4(或[Ne]3s23p4)
(3)1s22s22p63s23p63d5(或[Ar]3d5)
(4)2∶1　(5)小　H2O
1 / 21第1讲　原子结构　核外电子排布
1．掌握原子结构中微粒数目的关系。
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号元素原子的核外电子排布式、价层电子排布和轨道表示式。
考点1　原子结构　核素和同位素
1．原子构成
[关系图谱]微粒间的数量关系(对于中性原子)
(1)构成微粒及作用
(2)微粒之间的数量关系(对于中性原子)
①质子数(Z)＝核电荷数＝____________。
②质量数(A)＝______(Z)＋______(N)。
2．元素、核素和同位素
(1)概念及相互关系
(2)同位素的特征
①同一元素的各种核素的________相同，________不同，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)常见的重要核素及其应用
核素 ____ (T) _____
用途 核燃料 用于考古断代 制造________ 示踪原子
　原子的相对原子质量与元素的相对原子质量有什么区别？
[备考提醒]
(1)不是所有原子一定都含有中子，如1H没有中子。
(2)电子排布完全相同的原子，不一定是同一种原子，如互为同位素的各原子。
(3)质子数相同的微粒不一定属于同一种元素，如F－与OH－。
(4)只有具体的原子才有质量数，元素没有质量数。某核素的质量数可视为该核素的近似相对原子质量。
(5)同位素原子之间的转化属于核反应，核反应不属于化学反应的范畴。
原子结构中“粒子数”的确定
1．(鲁科必修第二册内容改编)230Th和232Th是钍的两种同位素，232Th可以转化成233U。下列有关Th的说法正确的是(　　)
A．Th元素的质量数是232
B．Th元素的相对原子质量是231
C．232Th转化成233U是化学变化
D．230Th和232Th的化学性质几乎相同
2．(人教必修第一册习题改编)某元素R与24Mg处于同一主族。其阳离子R2+核内中子数为N，质量数为A，则a g R2+中含有电子数的物质的量为(　　)
A．(A－N) mol
B．(A－N＋2) mol
C．(A－N－2) mol
D．(A－N－2) mol
3．(2026·宁德模拟)稀土元素钕是制造导弹合金材料的重要元素。下列说法正确的是 (　　)
A．和是同一核素
B．14 g Nd含有6 mol电子
C．原子的中子数与质子数之差为80
D．一个d原子的质量约为 g(NA表示阿伏加德罗常数的值)
元素、核素和同位素的辨析
4．(人教必修第一册习题改编)科学家通过测定地球岩石和球粒陨石中25Mg、24Mg比例差异，为月球起源“大撞击”假说提供了重要证据。下列关于25Mg与24Mg的说法正确的是(　　)
A．互为同素异形体
B．具有相同质量数
C．具有相似的化学性质
D．具有相同的中子数
5．(人教必修第一册习题改编)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。下列说法不正确的是(　　)
A．41Ca和48Ca都是钙元素的核素，互为同位素
B．41Ca的原子核内有21个中子
C．41Ca的半衰期长，说明41Ca难以失去电子
D．41Ca的衰变不属于化学变化
[思维模型]抓住描述对象突破“四同”判断
(1)同位素——原子，如、；
(2)同素异形体——单质，如O2、O3；
(3)同系物——化合物，如CH3CH3、CH3CH2CH3；
(4)同分异构体——化合物，如正戊烷、新戊烷。
1．核外电子运动状态
核外电子按能量不同分成不同能层，同一能层的电子，还被分成不同能级。量子力学把电子在原子核外的一个空间运动状态称为一个原子轨道。
(1)填写下表，熟悉原子核外能层、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 ___ ____ ____ ____
每个轨道容纳2个电子
最多 容纳 电子 数 ___ ____ ____ ____
(2)原子轨道的电子云轮廓图
能级 电子云轮廓图 伸展方向
s 球形
p 哑铃形 相互垂直的3个伸展方向
2．基态、激发态和原子光谱
(1)基态、激发态和原子光谱的关系
(2)原子光谱
不同元素原子的电子发生跃迁时会______或________不同的光，用光谱仪记录下来便得到原子光谱。利用原子光谱上的特征谱线可以鉴定元素，称为光谱分析。
3．基态原子核外电子排布
(1)电子排布原则
原则 内容
能量最低原理 在构建基态原子时，电子将尽可能地占据________的原子轨道，使整个原子的________
泡利原理 在一个原子轨道里，最多只能容纳____个电子，它们的自旋________
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________
(2)构造原理：随核电荷数的递增，新增电子填入能级的顺序：1s→2s→2p→3s→______→______→______→_______→______→_______→…
[图解教材]人教选择性必修2
构造原理示意图
每一行对应一个能层
每一个小圆圈表示一个能级
连线的箭头方向表示随核电荷数增加，电子填入能级的顺序
排布规律模型：ns→(n－2)f→(n－1)d→np
(3)基态原子核外电子排布表示方法(以硫原子为例)
电子排布式 1s22s22p63s23p4
简化电子排布式 [Ne]3s23p4
价层电子排布 3s23p4
价层电子轨道表 示式(电子排布图)
　价层电子排布与最外层电子排布式相同吗？试举例说明。
[备考提醒]
(1)当能量相同的原子轨道在全满(p6、d10、 f14)、半满(p3、d5、f7 )、全空(p0、d0、f0)时，原子的能量最低，如24Cr的核外电子排布式为[Ar]3d54s1，29Cu的核外电子排布式为[Ar]3d104s1。
(2)电子排布式是按照能层数由小到大的顺序书写，而不是按照轨道的能量高低书写。
(3)原子或离子是按照先失去外层电子，再失去内层电子的顺序失去电子，与电子进入原子轨道的顺序不一定相同。
基态原子(或离子)核外电子排布的规范表示
1．(鲁科选择性必修2习题改编)下列有关核外电子排布的表示不正确的是(　　)
A．基态铬原子(24Cr)的价层电子排布：3d54s1
B．基态Mn原子的价层电子轨道表示式：
C．基态34Se原子的简化电子排布式：[Ar]3d104s24p4
D．基态P原子的价层电子轨道表示式：
2．(人教选择性必修2习题改编)判断原子中未成对电子数目
(1)基态Ti3+中未成对电子数有________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。
(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________。
(4)第四周期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_____________________________________________________________________。
[误区警示]书写电子排布式的常见错误与技巧
核外电子的能量、运动状态和空间运动状态
3．(人教选择性必修2习题改编)下列说法不正确的是(　　)
A．基态原子的核外电子填充在6个轨道中的元素仅有1种
B．Mg原子的核外电子轨道表示式：
C．基态钙离子(Ca2+)中，电子占据的最高能级共有3个原子轨道，其形状是哑铃形
D．基态铜原子的电子占有7种能量不同的原子轨道
4．(人教选择性必修2习题改编)判断电子的运动状态
(1)基态F原子核外电子的运动状态有____________种。
(2)基态钛原子的价层电子排布为________________________________，
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原子价电子的运动状态有______种，若其电子排布式表示为违背了________________。
(4)基态Cu原子核外电子的空间运动状态有________种。
[误区警示]原子核外电子的运动状态由能层、能级、轨道、自旋方向决定
(1)电子的运动状态数＝原子核外的电子总数。
(2)电子的空间运动状态数＝核外电子已填充的原子轨道数目。
(3)电子的轨道伸展方向数＝轨道种类数。
1．判断正误：正确的打“√”，错误的打“×”。
(1)(2024·甘肃卷、和互为同位素。 (　　)
(2)(2024·黑吉辽卷)中子数为1的氦核素：e。 (　　)
(3)(2024·安徽卷)基态Ni原子价电子排布式为3d84s2。 (　　)
(4)(2024·山东卷)激发态H原子的轨道表示式： (　　)
(5)(2024·甘肃卷)Ca2+和Cl－的最外层电子排布图均为 (　　)
(6)(2025·北京卷)基态30Zn原子的价层电子排布式：3d104s2。 (　　)
(7)(2025·河南卷)基态S原子的价电子轨道表示式： (　　)
(8)(2025·甘肃卷)基态Si原子的价层电子排布图： (　　)
(9)(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。(　　)
2．(2025·山东卷)第70号元素镱(Yb)的基态原子价电子排布式为4f146s2。下列说法正确的是(　　)
A．的中子数与质子数之差为104
B．与是同一种核素
C．基态Yb原子核外共有10个d电子
D．Yb位于元素周期表中第6周期
3．(1)(2024·全国甲卷)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________，在与其他元素形成化合物时，呈现的最高化合价为________。
(2)(2024·山东卷)锰氧化物具有较大应用价值。Mn在元素周期表中位于第________周期________族；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)。
(1)(2025·聊城一模)Fe2+的价层电子轨道表示式为________________，同周期基态原子未成对电子数比Fe2+多的元素是________(填元素符号)。
(2)(2025·山东名校联盟3月模拟)基态O原子价电子的空间运动状态有________种；V与Nb同一副族，与V同周期且基态原子核外的单电子数与V相同的元素还有________种。
4．(2024·北京卷)锡(Sn)是现代“五金”之一，广泛应用于合金、半导体工业等。Sn位于元素周期表的第5周期第ⅣA族。将Sn的基态原子最外层轨道表示式补充完整：
5．(1)(2024·新课标卷)Ni(CO)4(四羰合镍，沸点43 ℃)可用于制备高纯镍，也是有机化合物羰基化反应的催化剂。Ni基态原子价电子的轨道表示式为________________。
(2)(2022·全国甲卷)基态F原子的价电子排布图(轨道表示式)为________________。
(1)书写金属钙和氯的电子排布式：_______________________________________、
_____________________。
(2)写出镍(Ni)的基态原子核外电子排布式：________________。
(3)画出基态氮(N)原子的价层电子排布图：________________。
(4)价层电子排布式为3d54s2的原子，其原子结构示意图为________________，其最高正价为________价。
(5)33号元素基态原子的核外电子排布式的简写形式为________________。
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