2023屆新高考新教材一輪復(fù)習(xí)人教版第五章第1講原子結(jié)構(gòu)原子核外電子排布學(xué)案

?B瘦砂窗IHl自的信物質(zhì)結(jié)函與性質(zhì)

第1講原子結(jié)構(gòu)原子核外也子排布

一復(fù)習(xí)目標核心素養(yǎng)

1.宏觀辨識與微觀探析：能從能層、能級等不

同層次認識原子的結(jié)構(gòu)，以及核外電子的排

布規(guī)律，能從宏觀和微觀相結(jié)合的視角分析

1.能說明微觀粒子的運動狀態(tài)與宏觀物體運

原子結(jié)構(gòu)與元素性質(zhì)的關(guān)系。

動特點的差異。

2.證據(jù)推理與模型認知：能運用構(gòu)造原理和

2.能結(jié)合能量最低原理、泡利原理、洪特規(guī)

能量最低原理，揭示元素原子核外電子排布

則書寫1~36號元素基態(tài)原子的核外電子排

的規(guī)律。

布式和電子排布圖，并說明含義。

3.變化觀念與平衡思想：能多角度、動態(tài)地

分析核外電子的運動狀態(tài)及原子結(jié)構(gòu)的變化

規(guī)律，認識元素性質(zhì)的變化規(guī)律。

考點一原子結(jié)構(gòu)核素同位素

［知識梳理-----基礎(chǔ)過關(guān)」

1.原子結(jié)構(gòu)

(1)構(gòu)成原子的粒子及作用

〃/質(zhì)子(Z個)——決定元素的種類

原子原子核中子「(A.Z)個1在質(zhì)子數(shù)確定后

(2X)核外電子(Z個)——最外層電子數(shù)決定元素

、的化學(xué)性質(zhì)

(2)粒子之間的關(guān)系

①原子中：質(zhì)子數(shù)(Z)=核電荷數(shù)=核外電子數(shù);

②質(zhì)量數(shù)(A)=質(zhì)子數(shù)(Z)+中子數(shù)(N);

③陽離子的核外電子數(shù)=質(zhì)子數(shù)一陽離子所帶的電荷數(shù);

④陰離子的核外電子數(shù)=質(zhì)子數(shù)+陰離子所帶的電荷數(shù)。

(3)微粒符號周圍數(shù)字的含義

元素化合價

質(zhì)量數(shù)、\一離子所帶電荷數(shù)

∕zX?

質(zhì)子數(shù)/、原子個數(shù)

2.元素、核素、同位素

(1)元素、核素、同位素的概念及相互關(guān)系

>c-------具有相同孩蜓邀的同一類原子的總稱，

一種元素可有多種核素

伍⑥J..贏J-具有一定數(shù)H的質(zhì)子和一定數(shù)目中子

\'一V一'/的一種原子，表示方法：?

??(??∕-

\—質(zhì)子數(shù)相同、中子數(shù)不同的同一種

元素皈示同原子的互球

(2)同位素的特征

①同一元素的各種核素的中子數(shù)不同,質(zhì)子數(shù)相同,化學(xué)性質(zhì)幾乎完全相同,物理性質(zhì)

差異較大;

②同一元素的各種穩(wěn)定核素在自然界中所占的原子百分數(shù)(豐度)不變。

微點撥兩種相對原子質(zhì)量辨析

①原子(即核素)的相對原子質(zhì)量：一個原子(即核素)的質(zhì)量與12C質(zhì)量的強的比值。其

近似值可用質(zhì)量數(shù)代替。

②元素的相對原子質(zhì)量：是按該元素各種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(35ci)X0%+4(37Q)><b%。其近似值是用各核素質(zhì)量數(shù)算出的平均值，即

Ar(Cl)Q35×a%+37×?%o

(3)氫元素的三種核素

∣H:名稱為氫，不含中子；

TH：用字母□表示，名稱為氮或重氫；

汨：用字母工表示，名稱為氮或超重氫。

(4)幾種重要核素的用途

-

核素錯UMC汩汩Io

用途核燃料用于考古斷代制氫彈水蹤原子

。微點撥①有質(zhì)子的微粒不一定有中子，如咱；有質(zhì)子的微粒不一定有電子，如

+

Ho

②質(zhì)子數(shù)相同的微粒不一定屬于同一種元素，如F與OH：核外電子數(shù)相同的微粒，

其質(zhì)子數(shù)不一定相同，如AP+和Na+。

一秒判正誤

(1)任何原子的原子核均有質(zhì)子和中子，任何離子均有電子。(X)

(2)一種元素可以有多種核素，也可能只有一種核素，有多少種核素就有多少種原子。(J)

(3)核聚變?nèi)玢?恒一婦e+&n,因為有新微粒生成，所以該變化是化學(xué)變化。(X)

(4)和1與次：1得電子能力幾乎相同。(√)

（5）一種核素只有一種質(zhì)量數(shù)。（J）

（6）H2、D2、HD均為氫元素的不同單質(zhì)，三者屬于同素異形體。（義）

［能力突破-------時五盤蛋」

題點一核素同位素的概念辨析

例“玉兔”號月球車用賁PU作為熱源材料。下列關(guān)于賁PU的說法正確的是（）

A.錯PU與費U互為同位素

B.錯PU與贊PU互為同素異形體

C.賁PU與贊U具有完全相同的化學(xué)性質(zhì)

D.賁PU與贊PU具有相同的最外層電子數(shù)

【解析】僻PU與贊U的質(zhì)子數(shù)不同，不互為同位素，A錯誤；贊PU與贊PU均是核素，

不是單質(zhì)，不互為同素異形體，B錯誤；賁PU與鑼U的質(zhì)子數(shù)不同，屬于不同的元素，不

可能具有完全相同的化學(xué)性質(zhì)，C錯誤；錯PU與婢PU的質(zhì)子數(shù)相同，具有相同的最外層電

子數(shù)，D正確。

【答案】D

［對點訓(xùn)練I］1919年盧瑟福用α粒子（即氮核夕He）轟擊非金屬原子9X,得到核素z&Y，

首次實現(xiàn)了原子核的人工轉(zhuǎn)變，核反應(yīng)方程式為9X+∣He-ZHY+M。M原子的質(zhì)子數(shù)比

中子數(shù)多1,X與丫的質(zhì)子數(shù)之和等于與X同主族下方緊鄰元素的質(zhì)子數(shù)，上述所有元素

均為短周期元素。下列說法正確的是（）

A.?X的相對原子質(zhì)量為14

B.第一電離能：X<Y

C.簡單離子的半徑：X<Y

D.簡單氣態(tài)氫化物的還原性：X>Y

解析：D由核反應(yīng)方程式、質(zhì)子數(shù)守恒，可推出M的質(zhì)子數(shù)為1,則M為IH；再根

據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒，A+4=17+l,則4=14；與X同主族下方緊鄰元素的質(zhì)子數(shù)為Z+8,根據(jù)

題意：Z+Z+l=Z+8,解得Z=7,推出X為N元素，丫為O元素。夕N的質(zhì)量數(shù)為14,

相對原子質(zhì)量應(yīng)該與質(zhì)量數(shù)近似，但不等于14,A錯誤；基態(tài)氮原子的2p軌道為半充滿，

體系能量低，較穩(wěn)定，第一電離能氮大于氧，B錯誤；簡單離子的半徑：N3>O2?C錯誤；

因非金屬性O(shè)>N,故簡單氣態(tài)氫化物的還原性NH3>H2（‰故選D。

題點二微粒中“粒子數(shù)”的確定

22

例2A某元素的一種同位素X原子的質(zhì)量數(shù)為A,它與H原子組成HmX分子，此分

子含N個中子，在ag2H,,,X中所含電子的物質(zhì)的量是（）

A(A—N+⑼mol

'A+2m

B，A—Mmol

C?A+∕〃(A-N+∕n)mol

CI

D(A—2V÷2∕π)mol

'A+2tn

【解析】2H,“X分子含N個中子，則同位素X含中子數(shù)為（N—峭，由同位素X的原

子質(zhì)量數(shù)為A可知，質(zhì)子數(shù)為（A—N+M，則每個？H,〃X分子含有質(zhì)子數(shù)為（A—N+2m）,a

gH,X的物質(zhì)的量為⑵〃+若g?m°L=Emol,故含有質(zhì)子物質(zhì)的量為就

+2機）mol,因中性分子中質(zhì)子數(shù)等于電子數(shù)，則“g2H,,X中所含電子的物質(zhì)的量是丁匕（A

Zm-T-A

—ΛT+2m）mol,故選D。

【答案】D

［母題延伸］在上題ag2H,,,X中X原子所含中子的物質(zhì)的量是molo

提示：了看X（N—m）

［對點訓(xùn)練2］（雙選）月球上的每百噸汨e聚變所釋放出的能量相當于目前人類一年消

耗的能量，地球上氫元素主要以?Ie的形式存在。已知一個WC原子的質(zhì)量為“g,一個加e

原子的質(zhì)量為bg,NA為阿伏加德羅常數(shù)。下列說法正確的是（）

A.gHe比鄉(xiāng)He少一個中子

B.

CjHe的相對原子質(zhì)量為號

DlHe的摩爾質(zhì)量為bNκ

解析：AC^He比夕He少一個中子，A正確；不能確定核素的原子百分含量，因此不

能計算氮元素的近似相對原子質(zhì)量，B錯誤；一個原子的真實質(zhì)量與一個甘C原子質(zhì)量的吉的

比值是該核素的相對原子質(zhì)量，因此汨e的相對原子質(zhì)量為腎，C正確；汨e的摩爾質(zhì)量為

bN^g?moΓ1,D錯誤。

［對點訓(xùn)練引已知陰離子R2一的原子核內(nèi)有〃個中子，R原子的質(zhì)量數(shù)為根，則WgR

原子完全轉(zhuǎn)化為R2一時，含有電子的物質(zhì)的量是（）

m~n~2w（加一〃）

A.------------molB.---------------mol

w?mn

w（〃z-2）w

D

c?mm01-盛〃L"+2）mol

解析：DR原子的質(zhì)子數(shù)為（〃?一"）個，其核外電子數(shù)也為（W—〃）個，所以R2-的核外

71）

電子數(shù)為（"?一〃+2）個，而訪gR原子的物質(zhì)的量為而mol,所以形成的R"含有的電子的物

io

質(zhì)的量為mO—〃+2)mol,故選D。

［名師點撥］求一定質(zhì)量的某物質(zhì)中粒子數(shù)的答題模板

物質(zhì)的質(zhì)量÷摩爾質(zhì)量(來自…〉,物質(zhì)的量XT分子或離子中含某粒子個數(shù)，指定粒子的

物質(zhì)的量E粒子數(shù)

考點二原子核外電子排布

［知識梳理------基越過關(guān)」

1.能層和能級

(I)能層：根據(jù)多電子原子的核外電子的能量差異,將核外電子分成不同的能層，能層

用足表示。〃值越大，能量越高。

(2)能級:

①根據(jù)多電子原子中同一能層電子能量的不同，將它們分成不同能級。

②能級用相應(yīng)能層的序數(shù)和字母s、p、d、f組合在一起來表示，如〃能層的能級按能

量由低到高的順序排列為公、外、nd,也等。

③能層序數(shù)等于該能層所包含的能級數(shù),如第三能層有3s、3p、3d能級。

④s、p、d、f能級可容納的電子數(shù)為1、3、5、7的二倍。

(3)能層、能級與其容納的最多電子數(shù)之間的關(guān)系

六

能層(加一二三四五七...

符號KLMNOPQ.......

能級Is2s2p3s?p3d4s4dIf5s

容納最多22626102610142

電子數(shù)281832.......2/

2.電子云與原子軌道

(1)電子云：電子云是處于一定空間運動狀態(tài)的電子在原子核外空間的概莖密度分布的

形象化描述。小黑點越密，表示概率密度越大。由于核外電子的耀蜜度分布看起來像一片

云霧，因而被形象地稱作電子云。

(2)原子軌道：量子力學(xué)把電子在原子核外的一個空間運動狀態(tài)稱為一個原子軌道。

能級符號電子云形狀空間延伸方向

S球形二種

P啞鈴形三種(相互垂直，分別相對于X、八Z軸對稱)

d//

f//

(3)軌道能量

①同能層的不同能級能量s<p<d<f<,

②不同能層相同能級的能量ls<2s<3s……，2p<3p<4p……，半徑隨能層增大而增大。

③同能層同能級不同軌道能量典2p*=2pv=2p”

3.基態(tài)原子核外電子排布

(1)構(gòu)造原理：隨著原子核電荷數(shù)的遞增，原子核每增加一個質(zhì)子，原子核外便增加一

個電子，這個電子大多是按如圖所示的能級順序填充的，填滿一個能級再填一個新能級。

OOOOO

OOO~'每一行對應(yīng)一?t?能層

≡F?…礪…

篙扇各圓圈間連接線的方向表示隨核

羲2電荷數(shù)遞增而增加的電子填入能

伙級的順序

(2)排布原則

①泡利原理：在一個原子軌道里，最多只能容納&個電子，而且它們的自旋狀態(tài)相反,

這個原理稱為泡利原理。

②洪特規(guī)則：當電子排布在同一能級的不同軌道時,基態(tài)原子中的電子總是優(yōu)先單獨占

據(jù)一個軌道,而且自旋狀態(tài)相同。

③能量最低原理：原子的電子排布遵循構(gòu)造原理，能使整個原子的能量處于最低狀態(tài)。

(3)表示方法

表示方法以硫原子為例

d

原子結(jié)構(gòu)示意圖O286

電子排布式ls?s22p63s23p4

簡化電子排布式∣Ne∣3s23p4-

IS2s2P

電子排布圖~mu?

(軌道表示式)3s3p

價電子排布式3s23p4

4.原子狀態(tài)與原子光譜

(1)基態(tài)原子：處于最低能量的原子。

(2)激發(fā)態(tài)原子：基態(tài)原子的電子吸收能量后，電子躍遷到較高能級,變成激發(fā)態(tài)原子。

(3)原子光譜

①光譜的成因與分類。

形成吸收光譜

形成發(fā)射光譜

②光譜分析：在現(xiàn)代化學(xué)中，利用原子光譜上的特征譜線來鑒定元素的分析方法。

③光譜分析的應(yīng)用：鑒定元素。

射秒判正誤

(I)P能級能量一定比S能級的能量高。(X)

(2)2p和3p軌道形狀均為啞鈴形，能量也相等。(X)

(3)鐵元素基態(tài)原子的核外電子排布式為M2s22p63s23p64s23d60(X)

(4)磷元素基態(tài)原子的軌道表示式為

Is2s2p3s

3p

I，「II。(×)

(5)電子排布式Is22s22p63s23p∣°違反了能量最低原理。(X)

(6)∣7T∣∣7?].I亡)表示的原子能量處于最低狀態(tài)。(X)

[能力突破------致五盤交」

題點一電子排布式軌道表達式的規(guī)范書寫

例1(2021?青島月考)已知A原子的3p軌道上得到1個電子后不能再容納外來電子;

B原子的2p軌道上有1個電子的自旋狀態(tài)與其他電子的自旋狀態(tài)相反；C原子的第三電子

層上有8個電子，第四電子層上只有1個電子。按要求書寫下列圖式。

(I)A原子的結(jié)構(gòu)示意圖：；

(2)B原子的軌道表示式：；

(3)C原子的核外電子排布式：；

(4)A離子的電子式：。

【解析】由題意可知，A原子的3p軌道上有5個電子，則A為C1；B原子的2p軌

道上有4個電子，則B為O；C原子的外圍電子排布式為4s∣,則C為K。

?

Θ287

Is2s

(2)[^ΓT][f-Γ]

(3)1s22s22p63s23p64s∣(或[Ar]4s1)

（4）E：Cl：]-

I母題變式J（1）電子排布式的書寫順序與電子排布順序相同嗎？為什么？

（2）價電子排布式與最外層電子排布式相同嗎？試舉例說明。

提示：（1）電子排布式的書寫順序會電子排布順序。電子進入能級的順序是按照構(gòu)造原

理中能級的能量遞增的順序，而電子排布式的書寫規(guī)則是按照能層的順序，能層中的能級按

s、p、d、f的順序排布。

（2）價電子是原子在參與化學(xué)反應(yīng)時能夠用于成鍵的電子，是原子核外跟元素化合價有

關(guān)的電子。在主族元素中，價電子數(shù)就是最外層電子數(shù)；副族元素原子的價電子，除最外層

電子外，還可包括次外層電子。例如，Mn的電子排布式為Is22s22p63s23p63d54s2,價電子排

布式為3d54s2（.

I對點訓(xùn)練1]（2021?成都模擬）下列各項敘述錯誤的是（）

A.如果硫原子核外電子排布圖為

Is2s2p3s3p

[T7]豆NWTN立W小;II，則違反了泡利原理

B.如果25號Mn元素的基態(tài)電子排布式為Is22s22p63s23p63d7,則違反了構(gòu)造原理

Is2s2p

C.氮原子的核外電子排布圖為百豆.N，符合洪特規(guī)則和泡利原

理

D.泡利原理、洪特規(guī)則、構(gòu)造原理都是對核外電子排布滿足能量最低的要求

答案：A

[規(guī)律總結(jié)]“兩原理，一規(guī)則”的正確理解

（1）原子核外電子排布符合能量最低原理、洪特規(guī)則、泡利不相容原理，若違背其一，

則原子能量不處于最低狀態(tài)。

在寫基態(tài)原子的軌道表示式時，常出現(xiàn)以下錯誤：

①∏Γ∣ItI}I|（違背能量最低原理）

②W7]（違背泡利原理）

③IU匚匚]（違背洪特規(guī)則）

CD∣tIII~|（違背洪特規(guī)則）

（2）半充滿、全充滿狀態(tài)的原子結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，即心2、np?〃p6等是相對穩(wěn)定結(jié)構(gòu)狀態(tài)。如

Cr:[Ar]3d54s?Mn：[Ar]3d54s2,Cu：[Ar]3dl04s?Zn：[Ar]3d104s2,,

（3）當出現(xiàn)d軌道時，雖然電子按“s、（”-l）d、"p的順序填充，但在書寫時，仍把（〃一

∣）d放在ns前。

[對點訓(xùn)練2]（I）A元素基態(tài)原子的最外層有3個未成對電子，次外層有2個電子，其

元素符號為;其價電子軌道表示式為?

(2)B元素的負一價離子和C元素的正一價離子的電子層結(jié)構(gòu)都與氮相同，B的元素符

號為，C離子的結(jié)構(gòu)示意圖為O

(3)D元素的正三價離子的3d能級為半充滿，D的元素符號為,其基態(tài)原子的

電子排布式為，其原子的結(jié)構(gòu)示意圖為

(4)E元素基態(tài)原子的M層全充滿，N層沒有成對電子且只有一個未成對電子，E的元

素符號為，其基態(tài)原子的電子排布式為0

(5)F元素的原子最外層電子排布式為"s,p"+2,則〃=；原子中能量最高的是

電子，核外電子軌道表示式為o

2s2p

答案：(I)Np∏]IfI小(2)CIΘ}))

(3)FeIs22s22p63s23p63d64s2(或[Ar]3d64s2)

28142

(4)CuIs22s22p63s23p63d∣°4s∣(或[Ar]3di°4si)

Is2s2p

(5)22pOEU∣口山

題點二電子躍遷與原子光譜

例2下列原子的電子躍遷能釋放光能形成發(fā)射光譜的是()

A.ls22s22p63s2—Hs22s22p63p2

B.ls22s22p33sl—*ls22s22p4

C.1S22S2--ls22sl2pl

D.ls22s22p.!-Hs22s22pJ?

【解析】A項，吸收光能，形成吸收光譜；B項，由激發(fā)態(tài)一基態(tài)，釋放光能，形成

發(fā)射光譜；C項，形成吸收光譜；D項，2防與2p.v能量相同，不屬于電子躍遷。

【答案】B

［母題變式］從電子躍遷的角度指出焰色試驗呈現(xiàn)不同顏色光的原理是

提示：吸收能量后，電子從激發(fā)態(tài)向基態(tài)發(fā)生躍遷，躍遷時以不同顏色光的形式釋放出

不同能量

［對點訓(xùn)練3］(2021?西安模擬)溫州大學(xué)王舜教授課題組與美國北德克薩斯大學(xué)

ZhenhaiXia教授合作在雜原子摻雜碳的超級電容領(lǐng)域取得了新突破。下列C原子電子排布

圖表示的狀態(tài)中能量關(guān)系正確的是()

0、

其+、1X

空H素子子丫的氮徑

，素4與為

以在B同原原、期半

少：元質(zhì)、為的成X周WX子

6、、

越為B單iH互Y形三又離

子2，W,素，

應(yīng)為LB不可第

γ素為1元大

電反X；7X又1

如元,氫越

上核），確，與Z于

和族1為

道的知正物故小數(shù)

）丫主W為

軌e（可A合6，數(shù)W荷

se期，數(shù)

2犯是I，化故素序故電

?，周半子

、核的+液價元，核

s質(zhì)短一電子，

1氮確Y溶共的鋰原意

，>H單的性層同

②即正J種層、題

②多（-o的大酸外的相

>=法na多氫合

越子N態(tài)增K顯最丫布

①①粒說8成為為符

>>子的形次均的且4排

列+形）能

④③電α上同依數(shù)液Z，Hz子

>>下X可可和

上。生液膚不數(shù)子溶則N電

③④。溶夕素不之

..道③產(chǎn)及皮的序電（水，知外

>價H元Z數(shù)

軌價在成子層是的半可核

BD④子1OH物Y則序

p>+a21濺組原外的>物一析子

2原N。+與合X，子

①呈2和素為最確合的分離

則>X的丫呈素化：素原

,中中元Z的正化層，單

p②夕上是中元的點元的

物于種、Z法成K子簡

2是擊膚物物。Y，鍵沸族X

<合物用B一說組為分的

s序轟皮產(chǎn)合；誤、和性的主e

2子化合體可同列所數(shù)與8丫

<順在的化誤錯X之Y極物期

s中在化形，由、下>素子W1、

l的濺燒在錯D數(shù)非化周

用丫子異酸指。X元電于的X

l為低）和燃B，W）序>有氫短、

Mt5素離素丫弱是7子Z種層等1

II量到中中成同素,素子：含單的：Z

ppP④，元為O體，分^三外數(shù)。

222=能高于氣形為元32i形位原^徑成簡大2

H③卷知OL卷e8Y最序為素

山③>子由用空素互據(jù)異同的1半形最、增

「北己B是南的子比元

=④電量可在元丫根3素為X子能的X次

河37H湖的Z原

>能?。質(zhì)物互?丫丫、依數(shù)氧

②1eO氫。同與1離

①C則X單和A產(chǎn)者1：與WB數(shù)的個為

=>2犯3和素；2單和

』0丫0丫

soao：，2+HYX6：的誤二2W2簡WX由：序子丫

①②（（

..析高Y析元i燒，于為..析子。原則

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