第16讲-物质结构-原子核外电子排布(讲义)(解析版)-2024年高考化学一轮复习.docx

第16讲 物质结构 原子核外电子排布
目录

考情分析
网络构建
考点一 原子结构
【夯基·必备基础知识梳理】
知识点1 原子结构
知识点2 元素、核素、同位素
【提升·必考题型归纳】
考向1 考查核反应方程的简单分析
考向2 考查“几同）概念
考点二 原子核外电子排
【夯基·必备基础知识梳理】
知识点1 电子的运动特征
知识点2　能层和能级
知识点3　电子云与原子轨道
知识点4 基态原子核外电子排布
【提升·必考题型归纳】
知识点1 电子的运动特征
知识点2　能层和能级
知识点3　电子云与原子轨道
知识点4 基态原子核外电子排布
知识点5 原子状态与原子光谱
知识点6 原子核外电子运动状态的描述——“四个量子数”
真题感悟

考点要求
考题统计
考情分析

原子结构
2023湖南卷2题，3分
2022浙江1月卷7题，2分
2021卷广东卷3题，2分
分析近三年的高考试题，高考命题在本讲有以下规律：
1．从考查题型和内容上看，高考命题以选择题、非选择题呈现，考查内容主要有以下3个方面：
(1)元素、核素、同位素、同素异形体概念的辨析。
(2)原子中质量数、质子数、中子数、核外电子数之间的相互关系及计算。
(3)根据原子核外电子排布判断元素种类、书写电子排布式和电子排布图。
2．从命题思路上看，主要以选择题的形式为主。
(1)选择题
以最新的科技成果、新闻事件为背景，考查原子结构、同位素、核素知识，核外电子排布表达式的正误判断。
(2)非选择题
直接考查电子排布式和电子排布图的书写，利用核外电子排布推断元素等。
3.根据高考命题的特点和规律，复习时要注意以下几个方面：
(1)同位素和同素异形体的概念分析、原子构成微粒之间的关系。
(2)原子结构及核外电子排布特性(全空、半充满、全充满的稳定性)。
(3)规范化学术语的书写，重点掌握第四周期过渡元素的电子排布式和电子排布图。
原子核外电子排布
2023浙江1月卷3题，2分
2022浙江六卷7题，2分
2021天津卷20题（1），2分

考点一 原子结构

知识点1　原子结构
1.原子的构成粒子

2.微粒之间的等式关系
1）质量关系：质量数(A)＝质子数(Z)＋中子数(N)；
2）电性关系：
①原子中：质子数(Z)＝核电荷数＝核外电子数；
②阳离子的核外电子数＝质子数－阳离子所带的电荷数，如Mg2＋的核外电子数是10。
③阴离子的核外电子数＝质子数＋阴离子所带的电荷数，如Cl－的核外电子数是18。
3.微粒符号周围数字的含义

【特别提醒】①原子中不一定都含有中子，如H中没有中子。
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易失去1个电子形成＋1价阳离子的不一定是金属原子，如氢原子失去1个电子形成H＋。
④形成稳定结构的离子最外层不一定是8个电子，如Li＋为2个电子稳定结构。
知识点2　元素、核素、同位素
1.元素、核素、同位素的概念及相互关系

2.同位素的特征
①相同存在形态的同位素，化学性质几乎完全相同，物理性质不同。
②天然存在的同一元素各核素所占的原子百分数(丰度)一般不变。
3.同位素的“六同三不同”

4.常见的重要核素及其应用
核素
U
C
H(D)
H(T)
O
用途
核燃料
用于考古断代
制氢弹
示踪原子
5.元素、核素、同位素的联系与区别
①现行元素周期表已发现的元素有118种，由于同位素的存在，故核素的种数远大于118种。
②不同核素可能具有相同的质子数，如H、H；也可能具有相同的中子数，如C、O；也可能具有相同的质量数，如C、N。
③同位素之间的转化，既不是物理变化也不是化学变化，是核反应。
④同位素之间可形成不同的同位素单质。如氢的三种同位素形成的单质有六种：H2、D2、T2、HD、HT、DT，他们的物理性质(如密度)有所不同，但化学性质几乎完全相同。
⑤同位素之间可形成不同的同位素化合物。如水分子有H2O(普通水)、D2O(重水)、T2O(超重水)等。他们的相对分子质量不同，物理性质(如密度)有所不同，但化学性质几乎完全相同。
6.相对原子质量
(1)原子(即核素)的相对原子质量：一个原子(即核素)的质量与一个12C质量的的比值。一种元素有几种同位素，就有几种不同核素的相对原子质量。
(2)元素的相对原子质量：是根据该元素各种天然同位素的相对原子质量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。即：Ar(E)＝Ar1×a%＋Ar2×b%＋Ar3×c%＋…，其中a%＋b%＋c%＋…=1。
(3)核素的近似相对原子质量＝该核素的质量数。
(4)元素的近似相对原子质量：是根据该元素各种天然同位素的质量数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。即：Ar(E)＝A1×a%＋A2×b%＋A3×c%＋…，其中a%＋b%＋c%＋…=1。
7.核反应方程
①卢瑟福发现质子：N＋He→O＋H
②查德威克发现中子：Be＋H→C＋n
③铀核裂变反应：U＋n→Kr＋Ba＋3n
④氘核与氚核聚变反应：H＋H→He＋n

考向1 核反应方程的简单分析
例1．（2023·全国·模拟预测）科学家利用粒子(即氦核)进行多种核反应：、。已知和都具有放射性，下列说法错误的是
A．X元素位于元素周期表的第二周期第ⅥA族
B．和互为同位素，化学性质相同
C．、都可作为示踪原子
D．核反应产生的能量可用于发电，属于化学能转化为电能
【答案】D
【解析】A．因为核反应过程中电子数不变，由题意可推出，所以X是O，位于元素周期表中第二周期第ⅥA族，A正确；B．同位素的化学性质几乎相同，B正确；C．由于、都具有放射性，所以均可作为示踪原子，C正确；D．核反应不属于化学反应的范畴，利用核反应产生的能量发电是将核能转化为电能，D错误；故选D。
【变式训练】（2023·全国·统考模拟预测）已知核反应Mg+Cm→Hs+5n。下列说法正确的是
A．Hs与Cm的中子数之差为21 B．Mg的原子结构示意图为
C．Cm和Cm互为同素异形体 D．Cm位于元素周期表f区
【答案】D
【解析】A．根据质量守恒定律可知，则的中子数为269﹣108＝161，的中子数为248﹣96＝152，二者中子数之差为9，A项错误；B．Mg的原子序数为12，的原子结构示意图为，B项错误；C．和互为同位素[提示：同一元素的不同核素互称为同位素]，C项错误；D．Cm为96号元素，基态Cm原子的核外电子排布式为，Cm位于元素周期表f区，D项正确；故选D。
【思维建模】核反应方程分析思路
(1)质量数守恒：各微粒左上角数字之和在核反应前后相等；
(2)电荷数守恒：各微粒左下角数字之和(正电荷数)在核反应前后相等
例：碳14的β衰变：C→N＋e
质量数守恒表达式：14＝14＋0；电荷数守恒表达式：6＝7－1。
考向2 “几同”概念辨析
例2．（2023·天津河东·统考二模）下列叙述错误的是
A． 和 互为同系物 B．和互为同位素
C．与互为同素异形体 D．丙酸和甲酸乙酯互为同分异构体
【解析】A． 含有酚羟基，而 含有醇羟基，二者结构不相似，故不互为同系物，A错误；B．和是质子数相同、中子数不同的原子，故互为同位素，B正确；C．与均为硫元素形成的不同单质，故互为同素异形体，C正确；D．丙酸即CH3CH2COOH和甲酸乙酯即HCOOCH2CH3，二者分子式相同而结构不同，故互为同分异构体，D正确；故答案为：A。
【答案】A
【变式训练】（2023·上海崇明·统考二模）科学家通过测定地球岩石和球粒陨石中比例差异，为月球起源“大撞击”假说提供了重要证据。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
【答案】C
【解析】A．25Mg与24Mg是质子数相同，中子数不同，两者互为同位素，故A错误；B．25Mg与24Mg两者的质量数分别为25、24，故B错误；C．金属性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两者具有相似的化学性质，故C正确；D．25Mg与24Mg两者的中子数分别为13、12，故D错误。综上所述，答案为C。

考点二 原子核外电子排布

知识点1 电子的运动特征
运动速度很快，与宏观物体的运动有极大不同：不能同时确定速度和位置，不能描绘动轨迹。
知识点2　能层和能级
(1)能层：根据多电子原子的核外电子的能量差异，将核外电子分成不同的能层，能层用n表示。n值越大，能量越高。
(2)能级：
①根据多电子原子中同一能层电子能量的不同，将它们分成不同能级。
②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能层序数等于该能层所包含的能级数，如第三能层有3s、3p、3d能级。
④s、p、d、f能级可容纳的电子数为1、3、5、7的二倍。
(3)能层、能级与其容纳的最多电子数之间的关系
能层(n)
一
二
三
四
五
六
七
…
符号
K
L
M
N
O
P
Q
…
能级
1s
2s
2p
3s
3p
3d
4s
4p
4d
4f
5s
…
…
…
…
容纳最多电子数　
2
2
6
2
6
10
2
6
10
14
2
…
…
…
…
2
8
18
32
……
…
…
2n2
知识点3　电子云与原子轨道
(1)电子云：电子云是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。小黑点越密，表示概率密度越大。由于核外电子的概率密度分布看起来像一片云雾，因而被形象地称作电子云。
(2)原子轨道：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。
能级符号
电子云形状
空间延伸方向
s
球形
一种
p
哑铃形
三种(相互垂直，分别相对
于x、y、z轴对称)
d
/
/
f
/
/
(3)轨道能量
①同能层的不同能级能量s<p<d<f。
②不同能层相同能级的能量1s<2s<3s……，2p<3p<4p……，半径随能层增大而增大。
③同能层同能级不同轨道能量相同2px＝2py＝2pz。
知识点4 基态原子核外电子排布
1.能量最低原理：即电子尽可能地先占有能量低的轨道，然后进入能量高的轨道，使整个原子的能量处于最低状态。即原子的核外电子排布遵循构造原理能使整个原子的能量处于最低状态。
2.构造原理：随着原子核电荷数的递增，原子核每增加一个质子，原子核外便增加一个电子，这个电子大多是按如图所示的能级顺序填充的，填满一个能级再填一个新能级。

【特别提醒】所有电子排布规则都需要满足能量最低原理。
3.核外电子排布的三个规律
能量最
低原理
原子的电子排布遵循构造原理能使整个原子的能量处于最低状态
泡利原理
每个原子轨道里最多只能容纳2个自旋状态相反的电子
洪特规则
当电子排布在同一能级的不同轨道时，基态原子中的电子总是优先单独占据一个轨道，而且自旋状态相同
(3)表示方法
表示方法
以硫原子为例
原子结构示意图

电子排布式
1s22s22p63s23p4
简化电子排布式
[Ne]3s23p4
电子排布图(轨道表示式)

价电子排布式
3s23p4
知识点5 原子状态与原子光谱
1.基态原子：处于最低能量的原子。
2.激发态原子：基态原子的电子吸收能量后，电子跃迁到较高能级，变成激发态原子。
3.原子光谱

①当电子从较高能量的激发态跃迁到较低能量的激发态乃至基态时,释放一定频率的光子,这是产生原子发射光谱的原因；当电子从较低能量的激发态乃至基态跃迁到较高能量的激发态时,需吸收一定频率的光子,这是产生原子吸收光谱的原因。
②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的电子的吸收光谱或发射光谱,总称原子光谱。利用原子光谱的特征谱线来鉴定元素的分析方法，称为光谱分析。
③光谱分析的应用：鉴定元素。
知识点6 原子核外电子运动状态的描述——“四个量子数”
1.主量子数n，n＝1，2，3，4，……(只能取正整数)，描述原子中电子出现概率最大区域离核的远近(对应不同的能层)，用K、L、M、N等符号表示，决定电子能量高低。
2.角量子数l，l＝0，1，2，3……n－1(取值受n的限制)，描述原子轨道或电子云的形状(对应不同的能级)，用s、p、d、f等符号表示，与主量子数n共同决定电子的能量。
3.磁量子数m，m＝0，±1，±2，……±l(取值受l的限制)，描述原子轨道或电子云在空间的伸展方向(对应不同的原子轨道)。
4.自旋磁量子数m，m＝±，表示同一原子轨道中电子的两种自旋状态。
如对于基态的氟原子，其价电子自旋磁量子数的代数和为＋或－。
例如：F原子核外电子数为9，基态氟原子核外电子排布式为1s22s22p5，其价电子排布式为2s22p5，若一种自旋状态用＋表示，与之相反的用－表示，则价电子自旋磁量子数的代数和为×4＋×3＝＋，也可以是×3＋×4＝－。

考向1 电子排布式　轨道表达式的规范书写
例1．（2023·天津河北·统考二模）下列化学用语或图示表达正确的是
A．顺-2-丁烯的球棍模型：
B．的空间填充模型：
C．的电子式：
D．基态氮原子的轨道表示式：
【答案】C
【解析】A．由于碳碳双键两端的甲基分别位于双键平面的两侧，则是反-2-丁烯的球棍模型，A错误；B．已知CO2是直线形分子，故CO2的空间填充模型为：，B错误；C．是离子化合物，的电子式：，故C正确；D．基态氮原子的电子排布式为1s22s22p3，轨道表示式为：，D错误；故选C。
【变式训练】（2023·广东·统考一模）高铁酸钠(Na2FeO4)是一种新型净水剂，可用于饮用水处理。湿法制高铁酸钠的反应原理为2Fe(OH)3+3NaClO+4NaOH=2Na2FeO4+3NaCl+5H2O。下列有关说法不正确的是
A．H2O的球棍模型为 B．基态Fe3+的简化电子排布式为[Ar]3d34s2
C．NaClO的电子式为 D．37Cl原子结构示意图为
【答案】B
【解析】A．H2O是角形分子，球棍模型为，A正确；B．铁原子失去3个电子形成铁离子，基态Fe3+的简化电子排布式为[Ar]3d5，B错误；C．NaClO是由次氯酸根离子和钠离子构成的离子化合物，电子式为，C正确；D．氯为17号元素，原子结构示意图为，D正确；故选B。
【易错提醒】书写电子排布式的常见错误与技巧

考向2 电子跃迁与原子光谱
例2．（2022·全国·高三专题练习）原子光谱是线状光谱，是由不连续的谱线组成的，这表明
A．在原子中只有某些电子能够跃迁产生光谱
B．原子中的电子可以处于某些特定的能量状态，即电子的能量是量子化的
C．原子发射的光是单色光
D．白光可以由多种单色光组成
【解析】A．在原子中所有电子均可发生跃迁，电子由基态跃迁到激发态吸收能量，为吸收光谱；电子由激发态跃迁到基态释放能量，为发射光谱，A不符合题意；B．光谱分为连续光谱和线状光谱，无论是单色光还是白光，都是连续光谱，原子光谱是线状光谱，也就是由具有特定频率的光形成的谱线。原子光谱之所以产生这种特定的谱线，是由于电子的能量是量子化的，电子跃迁的始态和终态的能量差也是量子化的，B符合题意；C．某种元素原子只能产生某些波长的谱线，但都并非一条，根据电子跃迁后所处的能级，可能有许多条，每条谱线其波长不同，表现出的颜色也不同，C不符合题意；D．白光可以由多种单色光组成，与题干无直接关系，D不符合题意；故选B。
【答案】B
【变式训练】（2023·海南海口·海南中学校考二模）下列说法错误的是
A．基态氯原子核外电子的运动状态有17种
B．“风干日曝咸味加，始灌潮波塯成卤”，该过程涉及的操作方法是蒸发结晶
C．雾有丁达尔现象是因为胶体粒子对光有散射作用
D．钠盐焰色原因是电子由较低能量向较高能量的轨道跃迁时吸收除黄色光以外的光
【解析】A．电子运动状态由能层、能级、轨道、自旋方向决定，原子核外没有运状态相同的电子，基态氯原子核外电子的运动状态有17种，故A正确；B．“风干日曝咸味加，始灌潮波增成卤”指将水蒸发得到盐，该过程涉及的操作方法是蒸发结晶，故B正确；C．胶粒直径介于 1～100nm之间，小于可见光波长，对光散射形成丁达尔效应，雾是胶体，有丁达尔效应，对光有散射作用，故C正确；D．金属的焰色是由于激发态电子从能量较高的轨道跃迁到能量较低轨道时，能量以可见光的形式释放，则钠盐焰色以黄色的形式释放，故D错误；故选：D。
【答案】D

1．(2022·1月浙江选考，7)下列说法不正确的是(　　)
A．32S和34S互为同位素
B．C70和纳米碳管互为同素异形体
C．CH2ClCH2Cl和CH3CHCl2互为同分异构体
D．C3H6和C4H8一定互为同系物
【答案】D
【解析】A．32S和34S是质子数相同、中子数不同的原子，互为同位素，故A正确；B．C70和纳米碳管是由碳元素组成的不同单质，互为同素异形体，故B正确；C．CH2ClCH2Cl和CH3CHCl2的分子式相同、结构不同，互为同分异构体，故C正确；D．C3H6和C4H8可能为烯烃或环烷烃，所以不一定是同系物，故D错误；选D。
2．(2022·北京卷，3)38Sr(锶)的87Sr、86Sr稳定同位素在同一地域土壤中87Sr/86Sr值不变。土壤生物中87Sr/86Sr值与土壤中87Sr/86Sr值有效相关。测定土壤生物中87Sr/86Sr值可进行产地溯源。下列说法不正确的是(　　)
A．Sr位于元素周期表中第六周期、第ⅡA族
B．可用质谱法区分87Sr和86Sr
C．87Sr和86Sr含有的中子数分别为49和48
D．同一地域产出的同种土壤生物中87Sr/86Sr值相同
【答案】A
【解析】A．Sr位于元素周期表中第五周期、第ⅡA族，故A错误；B．质谱法可以测定原子的相对原子质量，87Sr和86Sr的相对原子质量不同，可以用质谱法区分，故B正确；C．87Sr的中子数为87－38＝49，86Sr的中子数为86－38＝48，故C正确；D．由题意可知，38Sr(锶)的87Sr、86Sr稳定同位素在同一地域土壤中值不变，故D正确；故选A。
3．（2022·浙江·统考高考真题）下列表示不正确的是
A．乙炔的结构简式HC≡CH B．KOH的电子式
C．乙烷的球棍模型： D．氯离子的结构示意图：
【答案】C
【解析】A．乙炔中碳碳之间为三键，故结构简式HC≡CH，选项A正确；B．KOH为离子化合物，故电子式为，选项B正确；C．为乙烷的比例模型，不是球棍模型，选项C错误；D．氯离子的核电荷数是17，电子数为18，氯离子的结构示意图为，选项D正确；故答案是C。
4．（2023·浙江·高考真题）下列化学用语表示正确的是
A．中子数为18的氯原子：
B．碳的基态原子轨道表示式：
C．的空间结构：(平面三角形)
D．的形成过程：
【答案】C
【解析】A．质量数=质子数+中子数，质量数标注于元素符号左上角，质子数标注于左下角，中子数为18的氯原子的质量数为17+18=35，核素符号为，故A错误；B．基态碳原子的核外电子排布式为1s22s22p2，根据洪特规则，2p轨道上的2个电子应该分别在2个轨道上，且自旋方向相同，轨道表示式：，故B错误；C．BF3的中心原子B原子孤电子对数==0，价层电子对数=3，空间构型为平面三角形，空间结构模型为：，故C正确；D．HCl是共价化合物，不存在电子得失，其形成过程应为，故D错误；故选：C。