原子结构-核外电子排布原理【讲】(人教版)(原卷版).docx

5.1 原子结构　核外电子排布原理
知识整理

原子结构　核素
一、原子构成
1．构成原子的微粒及其作用

2．微粒之间的关系
（1）原子中：质子数(Z)＝核电荷数＝ 。
（2）质量数(A)＝ (Z)＋ (N)。
（3）阳离子的核外电子数＝质子数－ 。
（4）阴离子的核外电子数＝质子数＋ 。
3．微粒符号周围数字的含义

4．两种相对原子质量
（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原子质量的的比值。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：按该元素各种天然同位素原子所占的原子百分比(丰度)算出的平均值。例如：Ar(Cl)＝Ar(35Cl)×a%＋Ar(37Cl)×b%。
二、元素、核素、同位素
1．元素、核素、同位素的关系

2．同位素的特征
（1）同一元素的各种核素的 不同， 相同，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比(丰度)不变。
注意事项

同位素的“六同三不同”

3．氢元素的三种核素
H：用字母 表示，名称为 ，不含中子；
H：用字母 表示，名称为 或重氢，含有1个中子；
H：用字母 表示，名称为 或超重氢，含有2个中子。
4．几种重要核素的用途
核素
U
C
H
H
O
用途
核燃料
考古断代
制氢弹
示踪原子

三、核外电子排布
1．核外电子排布规律

2．原子结构示意图

3．核外电子排布与元素性质的关系
（1）金属元素原子的最外层电子数一般小于4，较易 电子，形成阳离子，表现出 性，在化合物中显正化合价。
（2）非金属元素原子的最外层电子数一般大于或等于4，较易 电子，活泼非金属原子易形成阴离子，表现出 性，在化合物中主要显负化合价。
（3）稀有气体元素的原子最外层为8电子(氦为2电子)稳定结构，不易失去或得到电子，通常表现为0价。

知识演练

1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。
（1）22.4 L(标准状况)氩气含有的质子数为18NA。(　　)
（2）24 g镁与27 g铝中，含有相同的质子数。(　　)
（3）18 g的D2O中含有的质子数为10。(　　)
（4）1 mol重水与1 mol水中，中子数之比为2∶1。(　　)
（5）一种元素可以有多种核素，也可能只有一种核素，有多少种核素就有多少种原子。(　　)
（6）核聚变如H＋H―→He＋n，因为有新微粒生成，所以该变化是化学变化。(　　)
（7）一种核素只有一种质量数。(　　)
（8）硫离子的结构示意图：。(　　)
（9）最外层电子数为8的粒子一定是稀有气体元素原子。(　　)
（10）核外电子排布相同的微粒化学性质也一定相同。(　　)
2．下图为几种粒子的结构示意图，完成以下填空。

（1）属于阴离子结构的粒子是________(填编号，下同)。
（2）形成物质种数最多的元素的原子是________。
（3）对应单质常温下能与水发生反应的微粒是________。
（4）某元素R形成的氧化物为R2O3，则R的离子结构示意图可能是________。
3．现有下列9种微粒：H、H、C、C、N、Fe2＋、Fe3＋、O2、O3。按要求完成以下各题：
（1）H、H、H分别是氢元素的一种________，它们互称为________。
（2）互为同素异形体的微粒是________。
（3）Fe2＋的中子数为________，核外电子数为________。
（4）上述9种微粒中有________种核素，________种元素。
方法技巧

原子结构与同位素的认识误区
（1）原子不一定都有中子，如H。
（2）质子数相同的微粒不一定属于同一种元素，如F与OH－。
（3）核外电子数相同的微粒，其质子数不一定相同，如Al3＋和Na＋、F－等，NH与OH－等。
（4）不同的核素可能具有相同的质子数，如H与H；也可能具有相同的中子数，如C与O；也可能具有相同的质量数，如C与N；也可能质子数、中子数、质量数均不相同，如H与C。
（5）同位素的物理性质不同，但化学性质几乎相同。
（6）不同核素之间的转化属于核反应，不属于化学反应。
素养提升

一、原子结构　核素　同位素
1．下列叙述正确的是(　　)
A．40K和40Ca原子中的质子数和中子数都相等
B．某元素的原子最外层只有一个电子，则它一定是金属元素
C．任何原子或离子的组成中都含有质子
D．同位素的不同核素的物理、化学性质完全相同
2．我国导航卫星的“心脏”使用的是铷原子钟和氢原子钟，下列关于铷的说法正确的是(　　)
A.Rb和Rb互为同素异形体
B.Rb和Rb具有相同的中子数
C.Rb原子的核外电子数是37
D.Rb的质子数是87
3．某元素的一种同位素X原子的质量数为A，含N个中子，它与1H原子构成HmX分子，在a g HmX中所含原子的物质的量为________，所含中子的物质的量为________，所含质子数为________，所含电子数为________。(用NA表示阿伏加德罗常数的值)
方法技巧

求一定质量的某物质中微粒数的思维模板
物质的质量物质的量指定粒子的物质的量粒子数

二、核外电子排布
4．下列有关短周期元素原子的说法正确的是(　　)
A．当原子形成简单离子后，其最外层上的电子数可超过8个
B．原子最外层上的电子数少于4时，电子数越多，还原性越强
C．原子核外电子中，最外层上的电子能量最高
D．当最外层上的电子数变为4时即达稳定结构
5．已知某粒子的结构示意图为。试回答下列问题：
(1)当x－y＝10时，该粒子为________(填“原子”“阳离子”或“阴离子”)。
(2)当y＝8时，该粒子可能为_______、_______、_______、_______、_______。(填名称)
(3)写出y＝1与y＝7的元素最高价氧化物对应的水化物之间发生反应的离子方程式：________________________________________________________________________。

知识整理

核外电子排布原理
一、能层、能级与原子轨道
1．能层(n)：在多电子原子中，核外电子的能量是不同的，按照电子的能量差异将其分成不同能层。通常用K、L、M、N……表示，能量依次升高。
2．能级：同一能层里电子的 也可能不同，又将其分成不同的能级，通常用 等表示。同一能层里，各能级的能量按 的顺序依次升高，即 。
3．原子轨道：电子云轮廓图给出了电子在核外经常出现的区域。这种电子云轮廓图称为原子轨道。
原子轨道
轨道形状
轨道个数
s
球形

p
哑铃形

d
—

f
—

【注意】
第一能层(K)，只有s能级；第二能层(L)，有s、p两种能级，p能级上有三个原子轨道px、py、pz，它们具有相同的能量；第三能层(M)，有s、p、d三种能级。能层数＝电子层数，每个能层所包含的能级数＝能层序数。
完成下表，理解电子层、能级及其最多容纳电子数的关系：
电子层
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
…
…
最多容纳电子数
2
2
6
2
6
10
2
6
10
14
2
…
…
2
8
18
32
…
2n2
【注意】
（1）任一电子层的能级总是从s能级开始，而且能级数等于该电子层序数。
（2）以s、p、d、f……排序的各能级可容纳的最多电子数依次为1、3、5、7……的二倍。
4．能量关系
（1）相同能层上原子轨道能量的高低：ns<np<nd<nf。
（2）形状相同的原子轨道能量的高低：1s<2s<3s<4s……
（3）同一能层内形状相同而伸展方向不同的原子轨道的能量相等，如npx、npy、npz轨道的能量相等。
二、基态原子核外电子排布遵循的三个原理
1．能量最低原理：电子优先占据能量低的轨道，然后依次进入能量较高的轨道，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 ，能使整个原子的能量处于最低状态。
如图为构造原理示意图：

【注意】所有电子排布规则都需要满足能量最低原理。
2．泡利原理：在一个原子轨道中，最多只能容纳 个电子，而且它们的 相反。
3．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 ，而且自旋状态 ，如2p3的电子排布图为，不能表示为或。
洪特规则特例：当能量相同的原子轨道在 (p6、d10、f14)、 (p3、d5、f7)和 (p0、d0、f0)状态时，体系的能量最低，如24Cr的电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s1或[Ar]3d54s1。
三、原子(离子)核外电子排布式(图)的书写
1．核外电子排布式：用数字在能级符号右上角标明该能级上排布的电子数的式子。在书写电子排布式时，能层低的能级要写在左边，不能按填充顺序写，如Cu原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s1，其简化电子排布式为[Ar]3d104s1，而不能写成[Ar]4s13d10。
2．价电子排布式：如Fe原子的核外电子排布式为
1s22s22p63s23p63d64s2，价电子排布式为3d64s2。价电子排布式能反映基态原子的能层数、参与成键的电子数以及最外层电子数。
3．电子排布图(轨道表示式)：用方框表示原子轨道，用“↑”或“↓”表示自旋状态不同的电子，按电子在轨道中的排布情况书写。如Cl原子的电子排布图为。
电子排布图能直观地反映出原子的核外电子的自旋情况以及成对电子数和未成对电子数。
方法技巧

基态原子核外电子排布的表示方法
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
电子排布图

价电子排布式
3s23p4
四、原子状态及原子光谱
1．基态原子：处于 的原子。
2．激发态原子：基态原子的电子吸收能量后，从 跃迁到 状态的原子。
3．原子光谱：不同元素的原子发生电子跃迁时会 或 不同的光，用光谱仪记录下来便得到原子光谱。利用原子光谱的特征谱线可以鉴定元素，称为光谱分析。
[说明]（1）电子的跃迁是物理变化，是在原子内部进行的，原子组成没有变化。
（2）电子跃迁一般发生在能量相近的能级间。
4．基态、激发态及光谱示意图

知识演练

1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。
（1）p能级的能量一定比s能级的能量高。(　　)
（2）同一原子中，2p、3p、4p能级的轨道数依次增多。(　　)
（3）2p和3p轨道形状均为哑铃形，能量也相等。(　　)
（4）Fe的基态原子的电子排布式为1s22s22p63s23p64s23d6。(　　)
（5）Cr的基态原子的简化电子排布式为[Ar]3d44s2。(　　)
（6）基态原子电子能量的高低顺序为E(1s)<E(2s)<E(2px)<E(2py)<E(2pz)。(　　)
（7）22Ti的电子排布式：1s22s22p63s23p10违反了能量最低原理。(　　)
（8）磷元素基态原子的电子排布图为。(　　)
2．（1）Zn原子核外电子排布式为__________________。
（2）基态Fe原子价层电子的电子排布图(轨道表达式)为_________________________________。
（3）元素K的焰色试验呈紫红色，其中紫色对应的辐射波长为________nm(填标号)。
A．404.4　　　 B．553.5　　　 C．589.2 D．670.8 E．766.5
素养提升

一、核外电子排布原理
1．下列叙述正确的是(　　)
A．[Ar]3d64s2是基态Fe原子的电子排布式
B．Cr原子的电子排布式：1s22s22p63s23p64s13d5
C．Cu原子的价电子排布式是3d94s2
D．C原子的电子排布图是
2．(教材改编题)写出下列原子或离子的①电子排布式、②价电子排布图、③电子所占的原子轨道数、④未成对电子数。
(1)N：①________________________；②________________________；
③______________________________；④________________________。
(2)Cl：①________________________；②________________________；
③______________________________；④________________________。
(3)Fe2＋：①________________________；②________________________；
③______________________________；④________________________。
(4)Cu：①________________________；②________________________；
③______________________________；④________________________。
(5)Se：①________________________；②________________________；
③______________________________；④________________________。
(6)Br－：①________________________；②________________________；
③______________________________；④________________________。
3．第三代半导体材料的优异性能和对新兴产业的巨大推动作用，使得发达国家都把发展第三代半导体材料及其相关器件等列为半导体重要新兴技术领域，投入巨资支持发展。第三代半导体材料有氮化镓、碳化硅等。请回答下列问题：
(1)硅原子中，占据电子的能级符号有______________，其中占据电子的能量最高的能级符号为________，该能级已经容纳了________个电子。
(2)氮原子中，有电子占据的最高能层符号为________，该能层已经容纳的电子数为________。
(3)镓为元素周期表中第31号元素，位于元素周期表第四周期。镓原子具有________个能层，每个能层已经容纳的电子数之比为____________________。
4．(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__________；其价电子排布图为________________。
(2)B元素的负一价离子和C元素的正一价离子的电子层结构都与氩相同，B的元素符号为________，C离子的结构示意图为____________。
(3)D元素的正三价离子的3d能级为半充满状态，D的元素符号为________，其基态原子的电子排布式为_____________________，其原子的结构示意图为__________________。
(4)E元素基态原子的M层全充满，N层没有成对电子且只有一个未成对电子，E的元素符号为________，其基态原子的电子排布式为________________。
(5)F元素的原子最外层电子排布式为nsnnpn＋2，则n＝________；原子中能量最高的是________电子，基态原子的核外电子排布图为___________________。
方法技巧

核外电子排布的常见错误
1．电子排布式
（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，而失电子时，却先失4s轨道上的电子，如Fe3＋：1s22s22p63s23p63d5。
（2）注意比较原子核外电子排布式、简化电子排布式、价电子排布式的区别与联系。如Cu的电子排布式：1s22s22p63s23p63d104s1；简化电子排布式：[Ar]3d104s1；价电子排布式：3d104s1。
（3）违背洪特规则特例
如

2．电子排布图(轨道表示式)
错误类型
错因剖析
改正

违背能量最低原理

违背泡利原理

违背洪特规则