发布日期:2025-08-28 浏览次数:
第1讲 原子结构 核外电子排布-【金版教程】2025年高考化学一轮复习解决方案全书word(新教材,不定项版)
金版教程 高考科学复习解决方案 化学 第1讲原子结构核外电子排布1.结合有关数据和实验事实认识原子结构,知道元素、核素及同位素的含义。2.了解相对原子质量、相对分子质量的定义,并能进行有关计算。3.知道原子核外电子的能级高低顺序,了解原子核外电子排布的构造原理,能结合能量最低原理、泡利原理、洪特规则书写1~36号元素基态原子的核外电子排布式和轨道表示式。考点一原子结构核素同位素1.原子结构(1)原子的构成(2)原子结构中微粒之间的关系①X中,质子数(Z)=核电荷数=核外电子数。②质量数(A)=质子数(Z)+中子数(N)。③阳离子Xn+的核外电子数=质子数-阳离子所带的电荷数(Z-n)。④阴离子Xm-的核外电子数=质子数+阴离子所带的电荷数(Z+m)。(3)元素符号周围数字的意义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当某种元素具有多种天然、稳定的核素时,其各核素在自然界中所占的原子个数百分比一般是不变的。②同一元素的各种核素形成的同种物质的化学性质基本相同,物理性质不同。(3)几种重要的核素 核素 U C H H O 用途 核燃料 用于考古断代 制氢弹 示踪原子判断下列说法的正误,并指出错误说法的错因。(1)同种元素的原子均有相同的质子数和中子数。(×)错因:同种元素的不同原子质子数相同而中子数不同。(2)16O和18O是氧元素的两种核素,16O2与18O2互为同素异形体。(×)错因:16O2与18O2属于同种分子。(3)14C可用于文物的年代鉴定,14C与13C不互为同位素。(×)错因:14C与13C质子数相同、中子数不同,互为同位素。(4)原子中都含有质子、中子和电子。(×)错因:H原子中不含中子。(5)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。(×)错因:核聚变属于核反应,不是化学变化。1.构成原子的微粒及作用注意:原子是化学变化中的最小微粒,化学反应过程原子核不改变,也就是原子不改变。2.同位素的“六同”与“三不同”3.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:是按该元素各种天然同位素原子所占的一定百分比算出的平均值。如:Ar(Cl)=Ar(35Cl)×a%+Ar(37Cl)×b%。(3)核素的近似相对原子质量=该核素的质量数。4.核反应遵循的两守恒(1)反应前后质量数之和不变。(2)反应前后质子数之和不变。如14C的β衰变:C→N+e角度一理解与辨析原子结构的相关概念1.锎(Cf)在医学上常用作治疗恶性肿瘤的中子源。下列有关锎的说法错误的是()A.Cf原子中,中子数为154B.Cf原子中,质子数为98C.Cf原子中,核外电子数为98D.锎元素的相对原子质量为252答案D2.(2023·河北衡水检测)某元素的一个原子形成的离子可表示为Xn-,下列说法正确的是()A.Xn-含有的中子数为a+bB.Xn-含有的电子数为a-nC.X原子的质量数为a+b+nD.1个X原子的质量约为 g答案D角度二理解与辨析元素、核素、同位素、同素异形体)3.“玉兔”号月球车用Pu作为热源材料。下列关于Pu的说法正确的是()A.Pu与U互为同位素B.Pu与Pu互为同素异形体C.Pu与U具有完全相同的化学性质D.Pu与Pu具有相同的最外层电子数答案D4.(2022·浙江1月选考)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角度三推断与应用核反应中的元素5.(2022·山东高考) O、O的半衰期很短,自然界中不能稳定存在。人工合成反应如下:O+He→O+X;O+He→O+Y。下列说法正确的是()A.X的中子数为2B.X、Y互为同位素C.O、O可用作示踪原子研究化学反应历程D.自然界不存在O2、O2分子是因其化学键不稳定答案B6.(2021·河北高考)用中子轰击X原子产生α粒子(即氦核He)的核反应为:X+n→Y+He。已知元素Y在化合物中呈+1价。下列说法正确的是()A.H3XO3可用于中和溅在皮肤上的NaOH溶液B.Y单质在空气中燃烧的产物是Y2O2C.X和氢元素形成离子化合物D.6Y和7Y互为同素异形体答案A解析根据题给核反应可知,X的质量数N为4+7-1=10,又因为Y在化合物中呈+1价,则推知Y位于ⅠA族,质量数=质子数+中子数,Y的质量数为7,所以得出Y为Li,其质子数p=3,所以X的质子数Z=3+2-0=5,则推知X为B。Y为Li,在空气中燃烧的产物只有Li2O,B错误;X为B,与氢元素会形成BH3或B2H4等硼氢化合物,B元素与H元素以共价键结合,属于共价化合物,C错误;6Li和7Li两者的质子数均为3,中子数不同,所以两者互为同位素,D错误。考点二核外电子排布1.能层、能级与原子轨道(1)能层(n):在多电子原子中,按照核外电子的能量不同将其分成不同能层。通常用K、L、M、N、O、P、Q表示相应的第一、二、三、四、五、六、七能层,能量依次升高。(2)能级:同一能层的电子被分成不同的能级,通常用s、p、d、f等表示。同一能层里,各能级的能量按s、p、d、f的顺序依次升高。(3)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。①轨道形状(4)原子轨道的能量关系2.原子核外电子排布(1)核外电子在各电子层的排布规律 电子层数(n) 1 2 3 4 5 6 7 符号 K L M N O P Q 能量规律 数量规律 ①每层最多容纳的电子数为2n2个;②最外层电子数不超过8个(K层为最外层时电子数不超过2个);③次外层电子数不超过18个,倒数第三层不超过32个(2)原子轨道的填充顺序——构造原理(3)原子核外电子排布规律(4)原子核外电子的排布表示方法 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(或轨道表示式) 价层电子排布式 3s23p43.电子跃迁与原子光谱(1)原子的状态①基态原子:处于最低能量状态的原子。②激发态原子:基态原子的电子吸收能量后,从低能级跃迁到较高能级状态的原子。(2)原子光谱:不同元素的原子发生电子跃迁时会吸收或释放不同的光,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。(3)基态、激发态与原子光谱判断下列说法的正误,并指出错误说法的错因。(1)多电子原子中,在离核较近的区域内运动的电子能量较高。(×)错因:多电子原子中,能量低的电子在离核较近的区域内运动。(2)某元素原子的最外层电子数是次外层的a倍(a1),则该原子核外电子有三层。(×)错因:该原子核外电子只有两层。(3)p能级能量一定比s能级的能量高。(×)错因:当s和p能级不在同一能层时,p能级能量不一定比s能级的能量高。(4)同一原子中,2p、3p、4p能级的轨道数依次增多。(×)错因:2p、3p、4p能级都含有3个原子轨道。(5)电子排布式(22Ti)1s22s22p63s23p10违反了能量最低原理。(×)错因:3p能级最多排6个电子,所以电子排布式(22Ti)1s22s22p63s23p10违反了泡利不相容原理。(6)Fe的基态原子的电子排布式为1s22s22p63s23p64s23d6。(×)错因:电子排布式应为1s22s22p63s23p63d64s2。(7)磷元素基态原子的电子排布图为。(×)错因:磷元素基态原子3p轨道的电子排布图为。1.洪特规则特例当能量相同的原子轨道在全满(p6、d10、f14)、半满(p3、d5、f7)、全空(p0、d0、f0)时原子的能量较低,如24Cr的电子排布式为[Ar]3d54s1,29Cu的电子排布式为[Ar]3d104s1。2.原子(离子)核外电子排布式(图)(1)电子排布式的书写①原子的核外电子排布式:首先明确原子的核外电子数,然后根据构造原理按顺序填充电子并检查是否符合洪特规则特例,最后将相同能层的能级写在一起。如Cu:1s22s22p63s23p63d104s1。②离子的核外电子排布式:先写出基态原子的核外电子排布式,再失去电子(基态原子失去电子时总是优先失去最外层电子)或得到电子,即得到相应阳离子或阴离子的核外电子排布式。(2)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。(3)简化电子排布式一般用“[稀有气体]+价层电子”的形式表示。如Cu:[Ar]3d104s1。但31号元素(Ga)及以后的主族p区元素书写简化电子排布式时,除价层电子外还应加上nd10,如33As:[Ar]3d104s24p3。(4)价层电子排布式对于主族元素和0族元素,写出最外层电子排布式即可;对于过渡金属元素,其价层电子排布式一般符合(n-1)d1~10ns1~2(n≥4)。价层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。(5)电子排布图(轨道表示式)核外电子排布图能直观地反映出原子的核外电子的自旋状态以及成对的电子对数和未成对电子数。3.核外电子排布常见错误(1)书写简化电子排布式时容易漏写nd10电子,如35Br的简化电子排布式为[Ar]3d104s24p5,而不是[Ar]4s24p5。(2)在写基态原子的电子排布图(轨道表示式)时,常出现以下错误:①(违反能量最低原理)②(违反泡利原理)③(违反洪特规则)④(违反洪特规则)(3)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。(4)书写轨道表示式时,同一能级的空轨道不能省略。如C的轨道表示式为,而不是。角度一理解与辨析核外电子排布1.下列有关化学用语表示正确的是()A.Fe2+的核外电子排布式:1s22s22p63s23p63d54s1B.Br的原子结构示意图:C.基态N原子价层电子的轨道表示式:D.用电子式表示NaCl的形成过程:答案C2.按要求书写电子排布式或电子排布图。(1)基态C原子的核外电子排布式为________。(2)基态Ni原子的核外电子排布式为________。(3)基态Cr3+的核外电子排布式为________。(4)基态Mn2+的核外电子排布式为____________。(5)基态钒原子的价层电子排布图为____________________。答案(1)1s22s22p2(2)[Ar]3d84s2(3)[Ar]3d3(4)[Ar]3d5(5)角度二推测与应用核外电子排布规律3.(1)A元素基态原子的最外层有3个未成对电子,次外层有8个电子,其元素符号为________;其价层电子排布图为________________。(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,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,核外电子排布图为____________________________。(6)G基态原子M层中p轨道电子数是s轨道电子数的2倍,则G的价层电子排布式为________。(7)H的基态原子4s和3d轨道电子半充满,则H的价层电子轨道表示式为______________,未成对电子数为________。答案(1)P(2)Cl(3)Fe1s22s22p63s23p63d64s2(或[Ar]3d64s2)(4)Cu1s22s22p63s23p63d104s1(或[Ar]3d104s1)(5)22p(6)3s23p4(7)64.已知A原子中只含1个电子;B原子的3p轨道上得到1个电子后不能容纳外来电子;C原子的2p轨道上有1个电子的自旋方向与其他电子的自旋方向相反;D原子的第三电子层上有8个电子,第四电子层上只有1个电子。按要求书写下列图式。(1)A原子的结构示意图:________。(2)B离子的电子式:________。(3)C原子的电子排布图:________________。(4)D原子的核外电子排布式:____________。答案(1)(2)(3)(4)1s22s22p63s23p64s1(或[Ar]4s1)高考线·重庆卷)“嫦娥石”是中国首次在月球上发现的新矿物,其主要由Ca、Fe、P、O和Y(钇原子序数比Fe大13)组成,下列说法正确的是()A.Y位于元素周期表的第ⅢB族B.基态Ca原子的核外电子填充在6个轨道中C.5种元素中,第一电离能最小的是FeD.5种元素中,电负性最大的是P答案A解析基态Ca原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p64s2,填充在10个轨道中,B错误;5种元素中,第一电离能最小的是金属性最强的Ca,C错误;5种元素中,电负性最大的是O,D错误。2.(2022·海南高考)钠和钾是两种常见金属。下列说法正确的是()A.钠元素的第一电离能大于钾B.基态钾原子价层电子轨道表示式为C.钾能置换出NaCl溶液中的钠D.钠元素与钾元素的原子序数相差18答案A3.(2021·天津高考)核聚变发电有望成为解决人类能源问题的重要手段之一。氘(H)是核聚变反应的主要原料,下列有关叙述正确的是()A.H的中子数为2B.H的核电荷数为1C.H是自然界中最轻的原子D.H是氢元素的一种同素异形体答案B4.(2021·北京高考)下列有关放射性核素氚(H)的表述不正确的是()A.H原子核外电子数为1B.H原子核内中子数为3C.H2与H2化学性质基本相同D.H2O具有放射性答案B5.(1)(2023·浙江1月选考节选)由硅原子形成的三种微粒,电子排布式分别为①[Ne]3s23p2、②[Ne]3s23p1、③[Ne] 3s23p14s1,有关这些微粒的叙述,正确的是________。A.微粒半径:③①②B.电子排布属于基态原子(或离子)的是:①②C.电离一个电子所需最低能量:①②③D.得电子能力:①②(2)(2023·全国乙卷节选)中国第一辆火星车“祝融号”成功登陆火星。探测发现火星上存在大量橄榄石矿物(MgxFe2-xSiO4)。回答下列问题:基态Fe原子的价电子排布式为____________。橄榄石中,各元素电负性大小顺序为________,铁的化合价为________。(3)(2023·浙江6月选考节选)基态N原子的价层电子排布式是________。答案(1)AB(2)3d64s2O>Si>Fe>Mg+2(3)2s22p3解析(1)①为基态Si原子,②为基态Si+,③为激发态Si原子。③有4个电子层,半径最大,①、②具有相同的电子层数和核电荷数,核外电子数越多,粒子半径越大,故微粒半径:③①②,A、B正确;①、②电离出一个电子所需能量分别为基态Si的第一电离能、第二电离能,③为激发态Si原子,能量高,电离出一个电子所需能量比①小,故电离一个电子所需最低能量:③①②,C错误;微粒半径①②,则原子PG电子核对最外层电子的吸引力①②,得电子能力①②,D错误。6.(1)(2022·全国甲卷节选)基态F原子的价电子排布图(轨道表示式)为________________。(2)(2022·全国乙卷节选)氟原子激发态的电子排布式有________,其中能量较高的是________。(填标号)a.1s22s22p43s1 b.1s22s22p43d2c.1s22s12p5 d.1s22s22p33p2(3)(2022·广东高考节选)Se与S同族,基态硒原子价电子排布式为________。 (4)(2022·山东高考节选)基态Ni原子的价电子排布式为________,在元素周期表中位置为__________________。答案(1)(2)add(3)4s24p4 (4)3d84s2第四周期第Ⅷ族课时作业[建议用时:40分钟]一、选择题(每小题只有1个选项符合题意)1.下列对化学用语的描述错误的是()A.甲烷的结构式: B.磷原子的结构示意图:C.U和U互为同位素D.Na的核外电子排布式为1s22s22p63s1答案B2.下列说法中正确的是()A.电子云通常是用小黑点来表示电子的多少B.处于最低能量的原子叫基态原子C.能量高的电子在离核近的区域运动,能量低的电子在离核远的区域运动D.电子仅在激发态跃迁到基态时才会产生原子光谱答案B3.(2023·河北张家口模拟)下列碳原子轨道表示式表示的状态中能量关系正确的是()A.①=②=③=④ B.③④①②C.④③①=② D.②①④③答案D4.某元素基态原子4s轨道上有1个电子,则该基态原子价层电子排布不可能是()A.3p64s1 B.4s1C.3d54s1 D.3d104s1答案A5.下列有关电子排布图的表述正确的是()A.可表示单核10电子粒子基态时电子排布B.此图错误,违背了泡利原理C.表示基态N原子的价层电子排布D.表示处于激发态的B的电子排布图答案A6.周期表中27号元素钴的方格中注明“3d74s2”,由此可以推断()A.它位于周期表的第四周期ⅡA族B.它的基态核外电子排布式可简写为[Ar]4s2C.Co2+的核外价层电子排布式为3d54s2D.Co位于周期表中第9列答案D7.被誉为“20世纪人类最伟大的考古发现之一”的三星堆遗址是中华文明“满天星斗”中最神秘的那颗星辰。神秘面具、眼睛崇拜、祭祀谜题……遗址出土了众多青铜器、玉器。下列说法错误的是()A.用来测定文物年代的14C与12C互为同位素B.14C与12C核外电子排布相同,化学性质几乎相同C.Si的基态原子价层电子排布式为3s23p2D.青铜器的主要成分为铜,属于纯净物答案D二、选择题(每小题有1个或2个选项符合题意)8.“玉兔二号”使用了放射性元素钚-238“核电池”释放的热量进行保温。已知钚-238的衰变方程为Pu→X+Y(基态Y原子核外电子只占据一个能级,且其单质不含化学键)。下列说法正确的是()A.Pu、X互为同位素B.X的中子数为142C.该衰变属于化学变化D.Pu的能量等于X与Y的能量之和答案B解析由题中信息可知,Y为He,X为U,Pu、U为不同元素,不互为同位素,A错误;核衰变不属于化学变化,C错误;衰变会释放能量,D错误。9.下列叙述正确的是()A.两种粒子,若核外电子排布完全相同,则其化学性质一定相同B.凡单原子形成的离子,一定具有稀有气体元素原子的核外电子排布C.两原子,如果核外电子排布相同,则一定属于同种元素D.阴离子的核外电子排布与同周期的稀有气体元素原子的核外电子排布相同答案CD解析核外电子排布完全相同的两种粒子,其化学性质不一定相同,例如钠离子和氟离子,A错误;单原子形成的离子,不一定具有稀有气体元素原子的核外电子排布,如H+,B错误。10.下列有关叙述正确的是()A.D218O中质量数之和是质子数之和的两倍B.在氮原子中,质子数为7,其中子数也一定为7C.X和 X+两种微粒的核电荷数和核外电子数一定相等,而质量数和中子数一定不相等D.bXn-和aYm+两种离子,当a=b+m+n时,则它们的核外电子总数相同答案D11.某元素的一种同位素X原子的质量数为A,它与2H原子组成2HmX分子,此分子含N个中子,在a g 2HmX中所含电子的物质的量是()A.(A-N+m) molB.(A-N) molC.(A-N+m) molD.(A-N+2m) mol答案D解析2HmX分子含N个中子,则同位素X原子含中子数为N-m,由同位素X原子的质量数为A可知,质子数为A-N+m,则每个2HmX分子含有质子数为A-N+2m,a g 2HmX的物质的量为= mol,含有质子的物质的量为·(A-N+2m) mol,因中性分子中质子数等于核外电子数,则a g 2HmX中所含电子的物质的量是(A-N+2m) mol,故选D。12.日本福岛第一核电站含有对海洋环境有害的核废水,该废水中没有完全清除的放射性元素带来的风险很大,其中锶­90易导致白血病,其衰变反应为:Sr→X+e(其半衰期为28年)。下列说法正确的是()A.Sr与X互为同位素B.Sr与X中子数不相同C.42年后,核废水中的Sr的量为现在的D.Sr与Sr基态原子核外电子的空间运动状态都有19种答案BD解析由题意分析可知a=39,Sr与X质子数不同,不互为同位素,A错误;Sr的半衰期为28年,84年后Sr的量才为现在的,C错误。三、非选择题13.(1)(2023·广东汕头模拟)光刻胶常含C、N等元素,在基态C原子中,核外存在________对自旋方向相反的电子,N的3个2p轨道的取向为______________。(2)(2023·河北唐山模拟)基态Sc原子的核外电子排布式为____________________;其价电子中未成对电子数与成对电子数之比为________。(3)(2023·河北邯郸模拟)氧原子价电子层上的电子可以进行重排以便提供一个空轨道与氮原子形成配位键,该氧原子重排后的价电子排布图为________________,电子重排后的氧原子能量有所升高,原因是不符合________(填“泡利原理”或“洪特规则”)。答案(1)2相互垂直(2)1s22s22p63s23p63d14s2(或[Ar]3d14s2)1∶2(3)洪特规则14.(1)目前合成氨通常采用的压强为10~30 MPa,温度为400~500 ℃,十分耗能。我国科研人员研制出了“Fe­LiH”等催化剂,温度、压强分别降到了350 ℃、1 MPa,这是近年来合成氨反应研究中的重要突破。①基态Li原子的核外电子排布式为________。②从结构角度比较稳定性:Fe2+________Fe3+(填“”或“”),其原因是____________________________________________________________________________。(2)A、B、C、D为原子序数依次增大的四种元素,A2-和B+具有相同的电子层结构;C、D为同周期元素,C核外电子总数是最外层电子数的3倍;D元素最外层有一个未成对电子。四种元素中电负性最大的是________(填元素符号),其中C原子的核外电子排布式为______________________________。答案(1)①1s22s1②Fe3+的核外价层电子排布为3d5半满稳定结构(2)O1s22s22p63s23p3(或[Ne]3s23p3) 18学科网(北京)股份有限公司$$
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