2021年高考化学易错题专题训练原子核外电子排布式.docx

2021年高考化学易错题专题训练原子核外电子排布式

2021年高考化学易错题专题训练原子核外电子排布式

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原子核外电子排布式
【错题纠正】
例题1、（1）Goodenough等人因在锂离子电池及钴酸锂、磷酸铁锂等正极材料研究方面的卓越贡献而获得2019年诺贝尔化学奖。基态Fe2+与Fe3+离子中未成对的电子数之比为______。
（2）钙钛矿(CaTiO3)型化合物是一类可用于生产太阳能电池、传感器、固体电阻器等的功能材料，基态Ti原子的核外电子排布式为____________。
（3）以铁、硫酸、柠檬酸、双氧水、氨水等为原料可制备柠檬酸铁铵（(NH4)3Fe(C6H5O7)2）。Fe基态核外电子排布式为___________；
（4）钙和铜合金可用作电解制钙的阴极电极材料，基态铜原子的价电子排布式为________。
（5）基态Sn原子价层电子的空间运动状态有___种，基态氧原子的价层电子排布式不能表示为，因为这违背了____原理（规则）。
【解析】(1)基态铁原子的价电子排布式为，失去外层电子转化为Fe2+和Fe3+，这两种基态离子的价电子排布式分别为和，根据Hund规则可知，基态Fe2+有4个未成对电子，基态Fe3+有5个未成对电子，所以未成对电子个数比为4:5；
(2)钛元素是22号元素，故其基态原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d24s2或[Ar]3d24s2；
（3）Fe核外有26个电子，其基态核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2或[Ar]3d64s2；
（4）基态Cu原子的外围电子排布为：3d104s1，则基态Cu原子的价电子排布式为3d104s1；
（5）Sn元素与C元素为同主族元素，位于第五周期，所以其价层电子为5s25p2，5s能级的s轨道为一种空间运动状态，5p能级占据两个p轨道有两种空间运动状态，共有3种空间运动状态；根据洪特规则，同一能级电子要优先以自旋相同的方式分别占据不同的轨道，所以该排布式违反了洪特规则。
【答案】（1）4:5（2）1s22s22p63s23p63d24s2或[Ar]3d24s2（3）1s22s22p63s23p63d64s2或[Ar]3d64s2（4）3d104s1（5）3；洪特
例题2、(1)下列状态的镁中，电离最外层一个电子所需能量最大的是________(填标号)。
A．[Ne] B．[Ne]C．[Ne] D．[Ne]
(2) Fe成为阳离子时首先失去________轨道电子，Sm的价层电子排布式为4f66s2，Sm3＋价层电子排布式为________。
(3) Cu2＋基态核外电子排布式为__________________。
(4) Mn位于元素周期表中第四周期________族，基态Mn原子核外未成对电子有________个。
（5）下列Li原子电子排布图表示的状态中，能量最低和最高的分别为_____、_____(填标号)。

【解析】(1)根据影响电离能大小的因素(有效核电荷数、微粒半径和电子层结构)可知，A中电离最外层一个电子所需能量最大。(2)Fe的价电子排布式为3d64s2，成为阳离子时首先失去的是4s轨道的电子。Sm3＋是Sm原子失去3个电子形成的，Sm的价层电子排布式为4f66s2，失去3个电子时，首先失去6s轨道上的2个电子，再失去4f轨道上的1个电子，因此Sm3＋的价层电子排布式为4f5。(3)Cu的原子序数为29，Cu基态核外电子排布式为[Ar]3d104s1或1s22s22p63s23p63d104s1，因此Cu2＋基态核外电子排布式为[Ar]3d9或1s22s22p63s23p63d9。(4)Mn为25号元素，在第四周期ⅦB族；其原子核外有25个电子，核外电子排布为[Ar]3d54s2，基态Mn原子核外未成对电子数为其3d能级上的5个电子，即未成对电子数是5。
(5)D选项表示基态，为能量最低状态；A、B、C选项均表示激发态，但C选项被激发的电子处于高能级的电子数多，为能量最高状态。
【答案】(1)A　(2)4s　4f5　(3)[Ar]3d9或1s22s22p63s23p63d9　(4)ⅦB；55）D

【知识清单】
1．原子核外电子排布规律
(1)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，简称能量最低原理。构造原理即基态原子核外电子进入原子轨道的顺序，示意图如下，从图中可以看出，构造原理中的排布顺序，其实质是各能级的能量高低顺序，能量大小规律是ns<(n－2)f<(n－1)d同轨道时，基态原子中的电子总是优先单独占据一个轨道，且自旋状态相同。如2p3的电子排布为，不能表示为或。
(4)洪特规则的特例：当原子轨道为全空(p6、d10、f14)、半充满(p3、d5、f7)或全充满(p6、d10、f14)时，这些状态下总的电子云的分布是空间对称的，原子体系的能量低，原子的电子排布最稳定, 如：24Cr的电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s1。
2.表示原子结构的化学用语
(1)原子结构示意图：能直观地反映核内的质子数和核外的电子层数及各层上的电子数。如硫的原子结构示意图：。
(2)核组成式：侧重于表示原子核的结构，它能表示原子核内的质子数和核外电子数以及质量数，但不能反映核外电子的排布情况。如X代表一个质量数为A、质子数为Z的X原子。
(3) 电子式：在元素符号周围用“·”或“×”表示原子的最外层电子价电子，表示原子的最外层电子数。如氮原子的电子式 。
(4)电子排布式：能直观地反映核外电子的能层、能级和各能级上的电子数，但不能表示原子核的情况，也不能表示各个电子的运动状态。如氯原子的电子排布式：1s22s22p63s23p5或[Ne]3s23p5。
(5)电子排布图：能反映各轨道的能量的高低，各轨道上的电子分布情况及自旋方向。如氟原子的电子排布图： 。
(6)价电子排布式：如Fe原子的电子排布式为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和参与成键的电子数以及最外层电子数。

【变式练习】
(1)钾和碘的相关化合物在化工、医药、材料等领域有着广泛的应用。基态K原子中，核外电子占据最高能层的符号是______，占据该能层电子的电子云轮廓图形状为________。
(2)氮原子价层电子的轨道表达式(电子排布图)为_________________。
(3) Co基态原子核外电子排布式为________________，元素Mn与O中，基态原子核外未成对电子数较多的是________。
(4)镍元素基态原子的电子排布式为________，3d能级上的未成对电子数为________。
(5)基态Ge原子的核外电子排布式为________，有________个未成对电子。
2．(1)Ni原子的电子排布式为_________________________________________________。
(2)原子序数均小于36的元素Q和T，在周期表中既处于同一周期又位于同一族，且原子序数T比Q大2。T的价电子排布式为________，Q2＋的未成对电子数是________。
(3)D元素的正三价离子的3d亚层为半充满，D的元素符号为________，其基态原子的电子排布式为______。
(4)E元素基态原子的M层全充满，N层没有成对电子，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__________________。

【易错通关】
1.（1）N的基态原子核外电子排布式为　 ；Cu的基态原子最外层有　　　　个电子。
（2）在Ni基催化剂作用下,CH4和CO2反应可获得化工原料CO和H2。基态Ni原子的电子排布式为　 ,该元素位于元素周期表中的第　　　　族。
（3）处于一定空间运动状态的电子在原子核外出现的概率密度分布可用　　　　形象化描述。在基态14C原子中,核外存在　　　　对自旋相反的电子。
（4）钒(23V)是我国的丰产元素,广泛用于催化及钢铁工业。钒在元素周期表中的位置为　　　　,其价层电子排布图为　　　　。
（5）基态硼原子的电子排布式为　 。
2．碳、硅、铁、铜、铝、钛是重要的材料元素。请回答下列有关问题：
(1)上述元素中属于主族元素的是________(填写元素符号，下同)，在元素周期表d区的元素是________。
(2)原子核外电子含有四个能层的元素是________，基态原子的原子轨道中未成对电子数最多的是________。
(3)基态钛原子外围电子的电子排布图为________。
(4)基态铜原子的外围电子排布式为3d104s1，由此可判断铜在元素周期表中位于第________周期________族。
3.（1）某元素最高化合价为＋5，原子最外层电子数为2，半径是同族中最小的，其核外电子排布式为_______，价电子构型为_______，在元素周期表中的位置是_______，属__________区元素
（2）Cr电子排布式从3d54s1→3d6是__________能量(填“吸收”或“放出”)；Co3+核外电子有_____个未成对电子数，Zn2+的价电子轨道表示式为_______________；V原子结构示意图为_____________。
（3）已知A原子的最外层电子数是次外层电子数的2倍，则基态A原子中，电子运动状态有 _ 种；电子占据的最高电子层符号为 ____________ ，该电子层含有的能级数为 ____________ ，该电子层含有 ____________ 个原子轨道。
4．硅及其化合物在工业中应用广泛，在工业上，高纯硅可以通过下列流程制取：

请完成下列填空:
（1）氯原子核外有____种不同能量的电子，硅原子的核外电子排布式是___________。
（2）碳与硅属于同主族元素，熔沸点SiO2 ___CO2 （填写“>”、“<”或“=”），其原因是___。
（3）写出一个能说明碳的非金属性强于硅的化学方程式__________。
5．甲元素原子核电荷数为17，乙元素的正二价离子跟氩原子的电子层结构相同：
（1）甲元素在周期表中位于第___周期，第___主族，电子排布式是_____，元素符号是________，它的最高价氧化物对应的水化物的化学式是_______。
（2）乙元素在周期表中位于第_______周期，第_______主族，电子排布式是______，元素符号是_____，它的最高价氧化物对应的水化物的化学式是________。
6．A、B、C、D都是短周期元素。A的原子核外有两个电子层，最外层已达到饱和。B位于A元素的下一周期，最外层的电子数是A最外层电子数的1/2。C的离子带有两个单位正电荷，它的核外电子排布与A元素原子相同。D与C属同一周期，D原子最外层电子数比A的最外层电子数少1。
（1）根据上述事实判断：A是_______B是_______C是_______D是_______
（2）C的离子核外电子排布式为_______；D的离子核外电子排布式为_______
7．A、B、C、D都是短周期元素，其原子序数依次增大。A的族系数等于周期数的3倍，B元素原子的最外层只有1个电子，该元素阳离子与Ne核外电子排布相同；C元素原子的外围电子排布为ns2np1；D与A同族。
（1）写出A、C、D的元素符号：A__，C__，D__。
（2）B元素原子的电子排布图为__。
8．A、B、C、D、E代表5种元素。请填空：
（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____。
（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的元素符号为________。
（3）D元素的正三价离子的3d原子轨道为半充满，D的元素符号为___，其基态原子的电子排布式为____________。
（4）E元素基态原子的M层全充满，N层没有成对电子，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______________。
11．（1）铁在元素周期表中的位置为_____，基态铁原子有个未成对电子_____，三价铁离子的电子排布式为_____。
（2）基态Si原子中，电子占据的最高能层符号_____，该能层具有的原子轨道数为_____；铝元素的原子核外共有_____种不同运动状态的电子、_____种不同能级的电子。
（3）处于一定空间运动状态的电子在原子核外出现的概率密度分布可用_____形象化描述。在基态14C原子中，核外存在_____对自旋相反的电子。
12．核电站为防止发生核辐射事故，通常用含有铅的水泥做成屏蔽罩，内衬钢板，反应的压力容器用铁、铜等具有反辐射合金材料制成。
(1)水泥中通常含有碳、氧、硅、铝等元素，则这四种元素的基态原子中3p能级上存在电子的有______(填元素符号)。
(2)写出二价铜离子的基态电子排布式：______。
(3)铅的核电荷数为82，写出铅原子的价电子排布式：______。

参考答案
【变式练习】
1. (1) N；球形(2)(3)1s22s22p63s23p63d74s2或[Ar]3d74s2；Mn(4)1s22s22p63s23p63d84s2或[Ar]3d84s2；2(5)1s22s22p63s23p63d104s24p2或[Ar]3d104s24p2；2
【解析】(1)基态K原子核外有4个能层：K、L、M、N，能量依次增高，处于N层上的1个电子位于s轨道，s电子云轮廓图形状为球形。
(2)根据构造原理可知氮原子价电子排布式为2s22p3，根据洪特规则和泡利原理可知其价电子的轨道表达式为。
(3)根据构造原理可写出Co基态原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d74s2或[Ar]3d74s2。Mn和O的基态原子核外电子排布式分别为1s22s22p63s23p63d54s2、1s22s22p4，前者的3d轨道中5个电子均未成对，后者的2p轨道中有2个电子未成对，所以Mn的基态原子核外未成对电子数较多。
(5)Ni是28号元素，根据核外电子的排布规律可知，其基态原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d84s2。根据洪特规则可知，Ni原子3d能级上8个电子尽可能分占5个不同的轨道，其未成对电子数为2。
(5)Ge(锗)元素在周期表的第四周期ⅣA族，因此核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p2或[Ar]3d104s24p2，p轨道上的2个电子是未成对电子。
2.(1)[Ar]3d84s2或1s22s22p63s23p63d84s2(2)3d84s2；4(3)Fe；1s22s22p63s23p63d64s2或[Ar]3d64s2(4)Cu；1s22s22p63s23p63d104s1或[Ar]3d104s1
【解析】(1)Ni的原子序数为28，比Ar多10，所以其电子排布式为[Ar]3d84s2；(2)元素Q和T既位于同一周期又位于同一族，且原子序数T比Q多2，T、Q只能位于第Ⅷ族，所以T为Ni、Q为Fe，注意28号元素Ni的核外电子排布式为[Ar]3d84s2,26号元素Fe的核外电子排布式为[Ar]3d64s2，所以Fe2＋的核外电子排布式为[Ar]3d6，有4个未成对电子；(3)D元素失去2个4s电子和1个3d电子后变成3d5，所以其基态原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2，即第Ⅷ族元素Fe；(4)根据题意要求，首先写出电子排布式：1s22s22p63s23p63d104s1，即第ⅠB族元素Cu。

【易错通关】
1.（1）1s22s22p3；1(2)1s22s22p63s23p63d84s2或[Ar]3d84s2；Ⅷ(3)电子云；2（4）第4周期ⅤB族；（5）1s22s22p1
【解析】（1）N的核电荷数为7,其基态原子的核外电子排布式为1s22s22p3,Cu的4s轨道有1个电子；(2)28号元素Ni的基态原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d84s2或[Ar]3d84s2,该元素位于元素周期表的第4周期第Ⅷ族；(3)电子云是处于一定空间运动状态的电子在原子核外出现的概率密度分布的形象化描述;碳原子的核外有6个电子,电子排布式为1s22s22p2,其中1s、2s上2对电子的自旋方向相反,而2p轨道的电子自旋方向相同；（4）钒在元素周期表中的位置为第4周期ⅤB族,其价层电子排布式为3d34s2,价层电子排布图为；（5）硼元素位于元素周期表第2周期第ⅢA族,所以基态硼原子的电子排布式为1s22s22p1。
2.(1)C、Si、Al　Ti、Fe　(2)Ti、Fe、Cu　Fe　
【解析】(1)C、Si是ⅣA族元素，Al是ⅢA族元素；Cu、Ti属于副族，Fe是Ⅷ族元素。C、Si、Al为p区，Ti、Fe为d区，Cu为ds区。(2)第四周期的Ti、Fe、Cu均有四个能层；基态Fe原子的外围电子排布式为3d64s2，d轨道中含有4个未成对电子。(3)钛位于第四周期ⅣB族，外围电子排布式为3d24s2。(4)由外围电子排布式中的4s可推知Cu为第四周期，由外围电子排布式中的电子为11可知，Cu在元素周期表ⅠB族。
3.（1）1s22s22p63s23p63d34s2；3d34s2 ；第四周期ⅤB族（2）d；吸收；4；；（3）6；L；2；4
【解析】（1）因为最外层电子数为2，但最高正化合价却为5，说明该元素是副族元素。依据同族中半径最小，即为第四周期元素：1s22s22p63s23p63d34s2，价电子构型为3d34s2，为23号元素，在元素周期表中的位置是第四周期ⅤB族元素，属d区元素；（2）Cr电子排布式从3d54s1→3d6是由基态转化为激发态，吸收能量；Co3+的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d6，核外电子有4个未成对电子数Zn2+的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d10，价电子轨道表示式为；V原子的质子数是23，原子结构示意图为；（3）A原子的最外层电子数是次外层电子数的2倍，则A原子为C原子，核外有6个电子，即核外有6种运动状态不同的电子，基态C原子核外电子共占据2个电子层，电子占据的最高电子层为L层，L层含有的s、p两个能级，能级数为2；s能级有1个原子轨道，p能级有3个原子轨道，所以L电子层共有4个原子轨道。
4.（1）5；1s22s22p63s23p2（2）>；SiO2是原子晶体，融化时需要克服共价键，CO2是分子晶体，融化时只需要克服分子间作用力，所以SiO2的熔沸点比CO2的熔沸点高（3）CO2+Na2SiO3+H2O＝H2SiO3↓+Na2CO3
【解析】（1）氯元素的原子序数为17，氯原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p5，由同一能级的电子能量相同可知，氯原子核外有5种不同能量的电子；硅元素的原子序数为14，硅原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p2，个答案为：5；1s22s22p63s23p2；
（2）二氧化硅是原子晶体，融化时需要克服共价键，二氧化碳是分子晶体，融化时只需要克服分子间作用力，共价键强于分子间作用力，则二氧化硅的熔沸点比二氧化碳的熔沸点高，故答案为：>；SiO2是原子晶体，融化时需要克服共价键，CO2是分子晶体，融化时只需要克服分子间作用力，所以SiO2的熔沸点比CO2的熔沸点高；
（3）碳元素的非金属性强于硅元素，元素的非金属性越强，最高价氧化物对应水化物的酸性越强，则碳酸的酸性强于硅酸，由强酸制弱酸的原理可知，二氧化碳与硅酸钠溶液反应生成硅酸沉淀和碳酸钠，反应的化学方程式为CO2+Na2SiO3+H2O＝H2SiO3↓+Na2CO3，故答案为：CO2+Na2SiO3+H2O＝H2SiO3↓+Na2CO3。
5.（1）三；ⅦA；1s22s22p63s23p5或[Ne]3s23p5；Cl；HClO4（2）四；IIA；1s22s22p63s23p64s2或[Ar]4s2；Ca；Ca(OH)2
【解析】甲元素原子的核电荷数为17，则甲是Cl元素；乙元素的正二价离子跟氩原子的电子层结构相同，乙的+2价离子核外电子总数为18，则乙的核电荷数为20，是Ca元素。
(1)甲元素原子的核电荷数为17，所以甲是Cl元素，Cl元素在元素周期表中位于第三周期第ⅦA族，其电子排布式是[Ne]3s23p5、元素符号是Cl，Cl的最高价氧化物对应的水化物为高氯酸，其化学式为HClO4；
(2)乙元素的正二价离子跟氩原子的电子层结构相同，乙的+2价离子核外电子总数为18，则乙的核电荷数为20，是Ca元素，Ca元素在元素周期表中位于第四周期第IIA族，其电子排布式是1s22s22p63s23p64s2或[Ar]4s2，元素符号是Ca，Ca的最高价氧化物对应的水化物为氢氧化钙，化学式为Ca(OH)2。
6.（1）氖；硅；镁；氯（2）1s22s22p6；1s22s22p63s23p6
【解析】A、B、C、D都是短周期元素。A的原子核外有两个电子层，最外层已达到饱和,为氖元素。B位于A元素的下一周期，最外层的电子数是A最外层电子数的1/2，为硅元素。C的离子带有两个单位正电荷，它的核外电子排布与A元素原子相同，为镁元素。D与C属同一周期，D原子最外层电子数比A的最外层电子数少1，为氯元素。
（1）根据以上分析可知，A为氖，B为硅，C为镁，D为氯。
（2）镁离子电子排布式为1s22s22p6，氯离子电子排布为1s22s22p63s23p6。
7.（1）O；Al；S（2）
【解析】A、B、C、D都是短周期元素，其原子序数依次增大。A的族系数等于周期数的3倍，A为第二周期ⅥA的氧元素，A为O元素；B元素原子的最外层只有1个电子，该元素阳离子与Ne核外电子排布相同，Ne为10号元素，B为11号Na元素；C元素原子的外围电子排布为ns2np1，n=3，C为Al元素；D与A同族，D为S。
（1）由分析A、C、D的元素符号：A为O，C为Al，D为S。故答案为：O；Al；S；
（2）B为Na，核外有11个电子，B元素原子的电子排布图为。故答案为：。
8.（1）N（2）Cl；K（3）Fe；1s22s22p63s23p63d64s2（4）Cu；1s22s22p63s23p63d104s1
【解析】（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，根据构造原理可知，该元素为N元素，故答案为：N；
（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，由于氩原子是18电子的，所以B为Cl，C为K，故答案为：Cl；K；
（3）D元素的正三价离子的3d原子轨道为半充满，根据构造原理可知，D为Fe元素，其基态原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2，故答案为：Fe；1s22s22p63s23p63d64s2；
（4）E元素基态原子的M层全充满，N层没有成对电子，只有一个未成对电子，根据构造原理，E为Cu元素，其基态原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s1，故答案为：Cu；1s22s22p63s23p63d104s1。
11.（1）第4周期Ⅷ族；4；1s22s22p63s23p63d5（2）M；9；13；5（3）电子云；2
【解析】 (1)铁为26号元素，位于元素周期表的第4周期Ⅷ族；基态铁原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2，有4个未成对电子；铁原子失去4s两个电子和3d一个电子形成铁离子，所以铁离子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d5；
(2)原子中，离原子核越远的电子层其能量越高，所以Si原子中M电子层能量最高；该原子中含有3个s轨道、6个p轨道，所以一共有9个轨道；铝元素原子的核外共有13个电子，其每一个电子的运动状态都不相同，故共有13种，有1s、2s、2p、3s、3p共5个能级；
(3)处于一定空间运动状态的电子在原子核外出现的概率密度分布可用电子云形象化描述；基态14C原子的核外电子排布为1s22s22p2，1s、2s为成对电子，自旋方向相反，2p能级为单电子，自旋方向相同，核外存在2对自旋相反的电子。
12.（1）、（2）（3）
【解析】 (1)碳、氧、硅、铝四种元素分别位于第2、2、3、3周期，第3周期元素的原子的基态原子中3p能级上才有可能存在电子，铝的电子排布式为，硅的电子排布式为，故、的3p能级上存在电子；
(2)铜的基态电子排布式为，失去最外层4s上第一个电子和次外层3d上的一个电子后形成二价铜离子，其基态电子排布式为；
(3)铅的核电荷数为82，位于周期表第6周期第ⅣA族，为p区元素，最外层有4个电子，故铅原子的价电子排布式为。