2024高考化學一輪復習第5章物質結構與性質元素周期律第15講原子結構核外電子排布規(guī)律學案

PAGE12-第15講原子結構核外電子排布規(guī)律目標要求1.結合有關數據和試驗事實相識原子結構，知道元素、核素的含義。2.了解有關核外電子運動模型的歷史發(fā)展過程，相識核外電子的運動特點。知道電子運動的能量狀態(tài)具有量子化的特征(能量不連續(xù))。電子可以處于不同的能級，在肯定條件下會發(fā)生激發(fā)與躍遷。知道電子的運動狀態(tài)(空間分布及能量)可通過原子軌道和電子云模型來描述。3.知道原子核外電子的能級凹凸依次，了解原子核外電子排布的構造原理，相識基態(tài)原子中核外電子的排布遵循能量最低原則、泡利不相容原理和洪特規(guī)則等。知道1～36號元素基態(tài)原子核外電子的排布。4.了解相對原子質量、相對分子質量的定義，并能進行有關計算。5.了解原子核外電子的運動狀態(tài)、能級分布和排布原理，能正確書寫1～36號元素原子核外電子、價電子的排布式和軌道表示式。6.了解電子在原子軌道之間的躍遷及其簡潔應用。1．原子構成(1)構成原子的微粒及作用eq原子\o\al(A,Z)X)eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(原子核\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(質子Z個——確定元素的種類,中子[A－Z個]\b\lc\\rc\(\a\vs4\al\co1(\f(在質子數確定后,確定原子種類)))同位素)),核外電子Z個——最外層電子數確定元素的化學性質))(2)微粒之間的關系①原子中：質子數(Z)＝核電荷數＝核外電子數；②質量數(A)＝質子數(Z)＋中子數(N)；③陽離子的核外電子數＝質子數－陽離子所帶的電荷數；④陰離子的核外電子數＝質子數＋陰離子所帶的電荷數。(3)微粒符號四周數字的含義(4)兩種相對原子質量①原子(即核素)的相對原子質量：一個原子(即核素)的質量與12C質量的eq\f(1,12)的比值。一種元素有幾種同位素，就有幾種不同核素的相對原子質量。②元素的相對原子質量：是按該元素各種自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%。2．元素、核素、同位素(1)元素、核素、同位素的概念及相互關系(2)同位素的特征①同一元素的各種核素的中子數不同，質子數相同，化學性質幾乎完全相同，物理性質差異較大；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(豐度)不變。(3)氫元素的三種核素eq\o\al(1,1)H：名稱為氕，不含中子；eq\o\al(2,1)H：用字母D表示，名稱為氘或重氫；eq\o\al(3,1)H：用字母T表示，名稱為氚或超重氫。(4)幾種重要核素的用途核素eq\o\al(235,

92)Ueq\o\al(14,

6)Ceq\o\al(2,1)Heq\o\al(3,1)Heq\o\al(18,

8)O用途核燃料用于考古斷代制氫彈示蹤原子問題思索現有下列9種微粒：eq\o\al(1,1)H、eq\o\al(2,1)H、eq\o\al(13,

6)C、eq\o\al(14,

6)C、eq\o\al(14,

7)N、eq\o\al(56,26)Fe2＋、eq\o\al(56,26)Fe3＋、eq\o\al(16,

8)O2、eq\o\al(16,

8)O3。按要求完成以下各題：(1)eq\o\al(1,1)H、eq\o\al(2,1)H分別是氫元素的一種________，它們互稱為________。(2)互為同素異形體的微粒是________。(3)eq\o\al(56,26)Fe2＋的中子數為________，核外電子數為_____________________________________。(4)上述9種微粒中有________種核素，含有________種元素。答案(1)核素同位素(2)eq\o\al(16,

8)O2和eq\o\al(16,

8)O3(3)3024(4)75原子結構與同位素的相識誤區(qū)(1)原子核內不肯定都有中子，如eq\o\al(1,1)H。(2)質子數相同的微粒不肯定屬于同一種元素，如F與OH－。(3)核外電子數相同的微粒，其質子數不肯定相同，如Al3＋與Na＋、F－等，NHeq\o\al(＋,4)與OH－等。(4)不同的核素可能具有相同的質子數，如eq\o\al(1,1)H與eq\o\al(3,1)H；也可能具有相同的中子數，如eq\o\al(14,

6)C與eq\o\al(16,

8)O；也可能具有相同的質量數，如eq\o\al(14,

6)C與eq\o\al(14,

7)N；也可能質子數、中子數、質量數均不相同，如eq\o\al(1,1)H與eq\o\al(12,

6)C。(5)同位素的物理性質不同，但化學性質幾乎相同。(6)不同核素之間的轉化屬于核反應，不屬于化學反應。(1)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(√)(2)核聚變如eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n，因為有新微粒生成，所以該改變是化學改變(×)(3)eq\o\al(35,17)Cl與eq\o\al(37,17)Cl得電子實力幾乎相同(√)(4)一種核素只有一種質量數(√)(5)氫的三種核素形成的單質有6種，它們物理性質有所不同，但化學性質幾乎完全相同(√)題組一微粒中“粒子數”的確定1．X、Y、Z和R分別代表4種元素。假如aXm＋、bYn＋、cZn－、dRm－4種離子的電子層結構相同(a、b、c、d為元素的原子序數)，則下列關系正確的是()A．a－c＝m－n B．a－b＝n－mC．c－d＝m＋n D．b－d＝n＋m答案D解析既然4種離子的電子層結構相同，就說明a－m＝b－n＝c＋n＝d＋m。比較a與b得：a－b＝m－n，B項錯；比較a與c得：a－c＝n＋m，A項錯；比較c與d得：c－d＝m－n，C項錯；比較b與d得：b－d＝n＋m，D項對。2．(2024·鄭州模擬)現有下列幾組粒子：①N2、CO、C2H2；②NHeq\o\al(＋,4)、H3O＋、OH－；③Ceq\o\al(2－,2)、Oeq\o\al(2＋,2)、CN－；④POeq\o\al(3－,4)、SOeq\o\al(2－,4)、ClOeq\o\al(－,4)。對上述四組粒子歸類正確的是A．質子數相等、電子數和原子數不相等：①B．質子數和電子數相等、原子數不相等：②C．電子數相等、質子數和原子數不相等：③D．原子數和電子數相等、質子數不相等：④答案D解析①N2、CO、C2H2的質子數和電子數都等于14，原子數不相等；②NHeq\o\al(＋,4)、H3O＋、OH－的原子數和質子數不相等，電子數都為10；③Ceq\o\al(2－,2)、Oeq\o\al(2＋,2)、CN－的原子數和電子數都相等，質子數不相等；④P、S、Cl所含的電子數分別為15、16、17，酸根離子中所含氧原子數均相等，所帶負電荷數依次為3、2、1，三種酸根離子所含的總電子數相等(18＋32)、原子數都為5，但三種酸根離子的質子數不相等。3.某元素的一種同位素X原子的質量數為A，含N個中子，它與1H原子構成HmX分子，在agHmX中所含原子的物質的量為________，所含中子的物質的量為________，所含質子數為________，所含電子數為________。答案eq\f(a,A＋m)(m＋1)moleq\f(a,A＋m)Nmoleq\f(a,A＋m)(m＋A－N)NAeq\f(a,A＋m)(m＋A－N)NA求肯定質量的某物質中粒子數的答題模板物質的質量eq\o(→,\s\up7(÷摩爾質量來自質量數))物質的量eq\o(→,\s\up7(×一個分子或離子中含某粒子個數))指定粒子的物質的量eq\o(→,\s\up7(×NA))粒子數題組二元素、核素、同位素的概念辨析(不定項選擇題)4．“玉兔”號月球車用eq\o\al(238,

94)Pu作為熱源材料。下列關于eq\o\al(238,

94)Pu的說法正確的是()A.eq\o\al(238,

94)Pu與eq\o\al(238,

92)U互為同位素B.eq\o\al(238,

94)Pu與eq\o\al(239,

94)Pu互為同素異形體C.eq\o\al(238,

94)Pu與eq\o\al(238,

92)U具有完全相同的化學性質D.eq\o\al(238,

94)Pu與eq\o\al(239,

94)Pu具有相同的最外層電子數答案D解析eq\o\al(238,

94)Pu與eq\o\al(238,

92)U的質子數不同，不互為同位素，A錯誤；eq\o\al(238,

94)Pu與eq\o\al(239,

94)Pu均是核素，不是單質，不互為同素異形體，B錯誤；eq\o\al(238,

94)Pu與eq\o\al(238,

92)U的質子數不同，屬于不同的元素，不行能具有完全相同的化學性質，C錯誤；eq\o\al(238,

94)Pu與eq\o\al(239,

94)Pu的質子數相同，具有相同的最外層電子數，D正確。5．(2024·成都質檢)我國科技工作者發(fā)覺鉑的一種原子eq\o\al(202,

78)Pt。下列說法正確的是()A.eq\o\al(202,

78)Pt原子質量為202gB.eq\o\al(202,

78)Pt的質子數是78C.eq\o\al(202,

78)Pt原子質子數與中子數之差為78D.eq\o\al(202,

78)Pt核內的中子數是124答案BD解析eq\o\al(202,

78)Pt原子質量為eq\f(202,NA)g，故A錯誤；eq\o\al(202,

78)Pt的質子數是78，故B正確；eq\o\al(202,

78)Pt原子質子數與中子數之差為202－78－78＝46，故C錯誤；eq\o\al(202,

78)Pt核內的中子數是202－78＝124，故D正確。6．YBa2Cu8Ox(Y為元素釔)是磁懸浮列車中的重要超導材料，下列關于eq\o\al(89,39)Y的說法正確的是()A.eq\o\al(89,39)Y的質子數與中子數之差為50B.eq\o\al(89,39)Y和eq\o\al(90,39)Y為同位素C.eq\o\al(89,39)Y和eq\o\al(90,39)Y的核外電子數不相等D.eq\o\al(89,39)Y和eq\o\al(90,39)Y是釔元素的兩種不同的核素，具有不同的化學性質答案B解析中子數＝89－39＝50，質子數與中子數之差為(89－39)－39＝11，故A錯誤；eq\o\al(89,39)Y和eq\o\al(90,39)Y是質子數相同、中子數不同的同種元素的不同核素，屬于同位素，故B正確；eq\o\al(89,39)Y和eq\o\al(90,39)Y質子數相同，核外電子數相同，最外層電子數相同，兩者具有相同的化學性質，故C、D錯誤。1．能層、能級與原子軌道(1)能層(n)在多電子原子中，核外電子的能量是不同的，依據電子的能量差異將其分成不同能層。通常用K、L、M、N……表示，能量依次上升。(2)能級同一能層里電子的能量也可能不同，又將其分成不同的能級，通常用s、p、d、f等表示，同一能層里，各能級的能量按s、p、d、f的依次依次上升，即：E(s)＜E(p)＜E(d)＜E(f)。(3)原子軌道電子云輪廓圖給出了電子在核外常常出現的區(qū)域。這種電子云輪廓圖稱為原子軌道。原子軌道軌道形態(tài)軌道個數s球形1p啞鈴形3特殊提示第一能層(K)，只有s能級；其次能層(L)，有s、p兩種能級，p能級上有三個原子軌道px、py、pz，它們具有相同的能量；第三能層(M)，有s、p、d三種能級。2．基態(tài)原子的核外電子排布的三原則(1)能量最低原則：即電子盡可能地先占有能量低的軌道，然后進入能量高的軌道，使整個原子的能量處于最低狀態(tài)。構造原理示意圖(基態(tài)原子核外電子在原子軌道上的排布依次)：(2)泡利不相容原理每個原子軌道里最多只能容納2個電子，且自旋狀態(tài)相反。如2s軌道上的電子排布為，不能表示為。(3)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)先單獨占據一個軌道，且自旋狀態(tài)相同。如2p3的軌道表示式為，不能表示為或。洪特規(guī)則特例：當能量相同的原子軌道在全滿(p6、d10、f14)、半滿(p3、d5、f7)和全空(p0、d0、f0)狀態(tài)時，體系的能量最低，如：24Cr的電子排布式為1s22s22p63s23p63d54s1或[Ar]3d54s1。3．核外電子在各能層(電子層)的排布規(guī)律(1)每個電子層最多能容納2n2個電子(n代表電子層數)。(2)最外層電子數最多不超過8個。(3)次外層電子數最多不超過18個，倒數第三層不超過32個。4．基態(tài)原子核外電子排布的表示方法表示方法含義舉例原子或離子結構示意圖表示核外電子分層排布和核內質子數電子式表示原子最外層電子數目核外電子排布式表示每個能級上排布的電子數S：1s22s22p63s23p4或[Ne]3s23p4S2－：1s22s22p63s23p6軌道表示式表示每個原子軌道中電子的運動狀態(tài)O：價電子軌道表示式表示價電子的排布S：3s23p4Fe：3d64s25.原子狀態(tài)與原子光譜(1)原子狀態(tài)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)原子的電子汲取能量后，從低能級躍遷到高能級狀態(tài)的原子。(2)原子光譜不同元素的原子發(fā)生躍遷時會汲取或釋放不同的光，用光譜儀記錄下來便得到原子光譜。利用原子光譜的特征譜線可以鑒定元素，稱為光譜分析。(3)基態(tài)、激發(fā)態(tài)及光譜示意圖(1)某原子M層上的電子數肯定比L層上的電子數多()(2)p能級能量肯定比s能級的能量高()(3)2p和3p軌道形態(tài)均為啞鈴形，能量也相等()(4)2px、2py、2pz的能量相等()(5)鐵元素基態(tài)原子的核外電子排布式為1s22s22p63s23p64s23d6()(6)磷元素基態(tài)原子的軌道表示式為()(7)電子排布式1s22s22p63s23p10違反了能量最低原則()(8)表示的原子能量處于最低狀態(tài)()答案(1)×(2)×(3)×(4)√(5)×(6)×(7)×(8)×深度思索(1)已知某原子基態(tài)原子結構示意圖為，思索回答下列問題。①x為________，y可能為________。②寫出單電子數最多的原子的電子排布式：______________________________________。答案①88、13、18②1s22s22p63s23p63d54s1(或[Ar]3d54s1)(2)某基態(tài)原子的價電子排布式為2s22p3，按要求解答下列問題。①原子結構示意圖為________________，電子式：______________。②價電子軌道表示式為____________________。③電子占的原子軌道數______，電子運狀態(tài)有_________________________________種。答案①②③57(3)請用核外電子排布的相關規(guī)則說明Fe3＋較Fe2＋更穩(wěn)定的緣由。答案26Fe的價電子排布式為3d64s2，Fe3＋的價電子排布式為3d5，Fe2＋的價電子排布式為3d6。依據“能量相同的軌道處于全空、全滿和半滿時能量最低”的原則，3d5處于半滿狀態(tài)，結構更穩(wěn)定，所以Fe3＋較Fe2＋更穩(wěn)定。核外電子排布常見錯誤(1)在寫基態(tài)原子的軌道表示式時，常出現以下錯誤：①(違反能量最低原則)②(違反泡利不相容原理)③(違反洪特規(guī)則)④(違反洪特規(guī)則)(2)當出現d軌道時，雖然電子按ns、(n－1)d、np的依次填充，但在書寫電子排布式時，仍把(n－1)d放在ns前，如Fe：1s22s22p63s23p63d64s2，而失電子時，卻先失4s軌道上的電子，如Fe3＋：1s22s22p63s23p63d5。(3)留意比較原子核外電子排布式、簡化電子排布式、價電子排布式的區(qū)分與聯系。如Cu的電子排布式：1s22s22p63s23p63d104s1；簡化電子排布式：[Ar]3d104s1；價電子排布式：3d104s1。題組一核外電子排布規(guī)律應用與推斷1.下列軌道表示式能表示氮原子的最低能量狀態(tài)的是()A.B.C.D.答案A解析A項，符合電子的基態(tài)排布原理，表示氮原子的最低能量狀態(tài)，正確；B、C兩項，2p能級上的3個電子排布違反了洪特規(guī)則，不是基態(tài)原子的排布，錯誤；D項，表示基態(tài)B原子的核外電子排布，錯誤。2.(2024·南昌模擬)下列各組表述中，兩個原子不屬于同種元素原子的是()A.3p能級有一個空軌道的基態(tài)原子和核外電子的排布式為1s22s22p63s23p2的原子B.2p能級無空軌道，且有一個未成對電子的基態(tài)原子和原子的最外層電子排布式為2s22p5的原子C.M層全充溢而N層為4s2的原子和核外電子排布式為1s22s22p63s23p64s2的原子D.最外層電子數是核外電子總數eq\f(1,5)的原子和最外層電子排布式為4s24p5的原子答案C3.(2024·南寧模擬)下列有關短周期元素原子的說法正確的是()A.當原子形成簡潔離子后，其最外層上的電子數可超過8個B.原子最外層上的電子數少于4個時，電子數越多，還原性越強C.原子核外電子中，最外層上的電子能量最高D.當最外層上的電子數變?yōu)?個時即達穩(wěn)定結構答案C解析A項，原子形成簡潔離子，最外層應滿意穩(wěn)定的結構，可為2或8等，錯誤；C項，原子核外電子離核越遠，能量越高，正確；D項，最外層上的電子軌道全充溢時達到穩(wěn)定結構，可為2或8，錯誤。題組二電子排布規(guī)范表示方法4.按要求書寫電子排布式或軌道表示式。(1)基態(tài)C原子的核外電子排布式為____________________________________________。(2)基態(tài)Ni原子的簡化電子排布式為___________________________________________。(3)基態(tài)Cr3＋的核外電子排布式為______________________________________________。(4)基態(tài)Mn2＋的核外電子排布式為_____________________________________________。(5)基態(tài)釩原子的價電子軌道表示式為______________________________________________。(6)基態(tài)鎵(Ga)原子的電子排布式為____________________________________________。(7)基態(tài)Ni2＋的價電子軌道表示式為________________________________________________。答案(1)1s22s22p2(2)[Ar]3d84s2(3)[Ar]3d3(或1s22s22p63s23p63d3)(4)[Ar]3d5(或1s22s22p63s23p63d5)(5)(6)[Ar]3d104s24p1(或1s22s22p63s23p63d104s24p1)(7)題組三核外電子排布與元素推斷5.兩種元素原子X和Y，X原子的M層比Y原子的M層少3個電子，Y原子的L層電子數恰好是X原子L層電子數的兩倍，則X、Y分別是()A.硅原子和鈉原子 B．硼原子和氮原子C.氮原子和碳原子 D．碳原子和鋁原子答案D解析由于Y原子的M層電子比X原子的M層電子多3個電子，說明Y的M層電子數至少有3個，那么Y的L層必定有8個電子；Y原子的L層電子數恰好是X原子L層電子數的兩倍，則X的L層只有4個電子，M層無電子。由此推出Y的核外電子總數為13，X的核外電子總數為6。所以X、Y的核電荷數分別是6和13，即為碳原子和鋁原子。6.(1)A元素基態(tài)原子的最外層有3個未成對電子，次外層有8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構都與氬相同，B的元素符號為________，C離子的結構示意圖為_______________________________________________。(3)D元素的正三價離子的3d能級為半充溢，D的元素符號為________，其基態(tài)原子的電子排布式為___________________________________________________，其原子的結構示意圖為_____________________________________。(4)E元素基態(tài)原子的M層全充溢，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__________________________________________。(5)F元素的原子最外層電子排布式為nsnnpn＋2，則n＝________；原子中能量最高的是________電子，核外電子軌道表示式為_____________________________________________。答案(1)P(2)Cl(3)Fe1s22s22p63s23p63d64s2(或[Ar]3d64s2)(4)Cu1s22s22p63s23p63d104s1(或[Ar]3d104s1)(5)22p依據電子排布推斷元素的思維模板分析題意eq\o(→,\s\up7(確定))eq\b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\co1(能層電子數,能級電子數,原子軌道電子數,其他特征等))→確定元素→完成題中問題1.(2024·山東等級模擬考，4)某元素基態(tài)原子4s軌道上有1個電子，則該基態(tài)原子價電子排布不行能是()A.3p64s1 B．4s1C.3d54s1 D．3d104s1答案A2.(2024·北京，8)2024年是元素周期表發(fā)表150周年，期間科學家為完善周期表做出了不懈努力。中國科學院院士張青蓮教授曾主持測定了銦(49In)等9種元素相對原子質量的新值，被采納為國際新標準。銦與銣(37Rb)同周期。下列說法不正確的是()A.In是第5周期第ⅢA族元素B.eq\o\al(115,

49)In的中子數與電子數的差值為17C.原子半徑：In>AlD.堿性：In(OH)3>RbOH答案D解析Rb為堿金屬，屬于第5周期元素，故In亦為第5周期元素，In與Al同主族，即為第ⅢA族元素，A項正確；eq\o\al(115,

49)In的中子數為115－49＝66，質子數為49，質子數等于核外電子數，故中子數與電子數之差為17，B項正確；同主族元素，從上到下，原子半徑漸漸增大，故原子半徑：In>Al，C項正確；同周期元素從左到右，金屬性漸漸減弱，故其最高價氧化物對應水化物的堿性漸漸減弱，即堿性：In(OH)3<RbOH，D項錯誤。3.(1)[2024·全國卷Ⅰ，35(1)]下列狀態(tài)的鎂中，電離最外層一個電子所需能量最大的是______(填標號)。A.[Ne] B．[Ne]C.[Ne] D．[Ne](2)[2024·全國卷Ⅱ，35(2)]Fe成為陽離子時首先失去______軌道電子，Sm的價層電子排布式4f66s2，Sm3＋價層電子排布式為________。(3)[2024·江蘇，21(A)－(1)]Cu2