2021新高考化学鲁科版一轮复习同步练习：第5章 第15讲 原子结构　核外电子排布规律 13页

www.ks5u.com 第15讲　原子结构　核外电子排布规律 目标要求　1.结合有关数据和实验事实认识原子结构，知道元素、核素的含义。2.了解有关核外电子运动模型的历史发展过程，认识核外电子的运动特点。知道电子运动的能量状态具有量子化的特征(能量不连续)。电子可以处于不同的能级，在一定条件下会发生激发与跃迁。知道电子的运动状态(空间分布及能量)可通过原子轨道和电子云模型来描述。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，认识基态原子中核外电子的排布遵循能量最低原则、泡利不相容原理和洪特规则等。知道1～36号元素基态原子核外电子的排布。4.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。5.了解原子核外电子的运动状态、能级分布和排布原理，能正确书写1～36号元素原子核外电子、价电子的排布式和轨道表示式。6.了解电子在原子轨道之间的跃迁及其简单应用。‎ ‎1．原子构成 ‎(1)构成原子的微粒及作用 ‎(2)微粒之间的关系 ‎①原子中：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阳离子的核外电子数＝质子数－阳离子所带的电荷数；‎ ‎④阴离子的核外电子数＝质子数＋阴离子所带的电荷数。‎ ‎(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关系 ‎(2)同位素的特征 ‎①同一元素的各种核素的中子数不同，质子数相同，化学性质几乎完全相同，物理性质差异较大；‎ ‎②同一元素的各种稳定核素在自然界中所占的原子百分数(丰度)不变。‎ ‎(3)氢元素的三种核素 H：名称为氕，不含中子；‎ H：用字母D表示，名称为氘或重氢；‎ H：用字母T表示，名称为氚或超重氢。‎ ‎(4)几种重要核素的用途 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 问题思考 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，含有________种元素。‎ 答案　(1)核素　同位素　(2)O2和O3　(3)30　24 (4)7　5‎ 原子结构与同位素的认识误区 ‎(1)原子核内不一定都有中子，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＋与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。‎ ‎(1)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(√)‎ ‎(2)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(×)‎ ‎(3)Cl与Cl得电子能力几乎相同(√)‎ ‎(4)一种核素只有一种质量数(√)‎ ‎(5)氢的三种核素形成的单质有6种，它们物理性质有所不同，但化学性质几乎完全相同(√)‎ 题组一　微粒中“粒子数”的确定 ‎1．X、Y、Z和R分别代表4种元素。如果aXm＋、bYn＋、cZn－、dRm－4种离子的电子层结构相同(a、b、c、d为元素的原子序数)，则下列关系正确的是(　　)‎ A．a－c＝m－n B．a－b＝n－m C．c－d＝m＋n D．b－d＝n＋m 答案　D 解析　既然4种离子的电子层结构相同，就说明a－m＝b－n＝c＋n＝d＋m。比较a与b得：a－b＝m－n，B项错；比较a与c得：a－c＝n＋m，A项错；比较c与d得：c－d＝m－n，C项错；比较b与d得：b－d＝n＋m，D项对。‎ ‎2．(2020·郑州模拟)现有下列几组粒子：①N2、CO、C2H2；②NH、H3O＋、OH－；③C、O、CN－；④PO、SO、ClO。对上述四组粒子归类正确的是 A．质子数相等、电子数和原子数不相等：①‎ B．质子数和电子数相等、原子数不相等：②‎ C．电子数相等、质子数和原子数不相等：③‎ D．原子数和电子数相等、质子数不相等：④‎ 答案　D 解析　①N2、CO、C2H2的质子数和电子数都等于14，原子数不相等；②NH、H3O＋、OH－的原子数和质子数不相等，电子数都为10；③C、O、CN－的原子数和电子数都相等，质子数不相等；④P、S、Cl所含的电子数分别为15、16、17，酸根离子中所含氧原子数均相等，所带负电荷数依次为3、2、1，三种酸根离子所含的总电子数相等(18＋32)、原子数都为5，但三种酸根离子的质子数不相等。‎ ‎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________。‎ 答案　 (m＋1) mol　N mol (m＋A－N)NA　(m＋A－N)NA 求一定质量的某物质中粒子数的答题模板 物质的质量物质的量指定粒子的物质的量粒子数 题组二　元素、核素、同位素的概念辨析(不定项选择题)‎ ‎4．“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　D 解析　Pu与U的质子数不同，不互为同位素，A错误；Pu与Pu均是核素，不是单质，不互为同素异形体，B错误；Pu与U的质子数不同，属于不同的元素，不可能具有完全相同的化学性质，C错误；Pu与Pu的质子数相同，具有相同的最外层电子数，D正确。‎ ‎5．(2020·成都质检)我国科技工作者发现铂的一种原子Pt。下列说法正确的是(　　)‎ A.Pt原子质量为202 g B.Pt的质子数是78‎ C.Pt原子质子数与中子数之差为78‎ D.Pt核内的中子数是124‎ 答案　BD 解析　Pt原子质量为g，故A错误；Pt的质子数是78，故B正确；Pt原子质子数与中子数之差为202－78－78＝46，故C错误；Pt核内的中子数是202－78＝124，故D正确。‎ ‎6．YBa2Cu8Ox(Y为元素钇)是磁悬浮列车中的重要超导材料，下列关于Y的说法正确的是(　　)‎ A.Y的质子数与中子数之差为50‎ B.Y和Y为同位素 C.Y和Y的核外电子数不相等 D.Y和Y是钇元素的两种不同的核素，具有不同的化学性质 答案　B 解析　中子数＝89－39＝50，质子数与中子数之差为(89－39)－39＝11，故A错误；Y和Y是质子数相同、中子数不同的同种元素的不同核素，属于同位素，故B正确；Y和Y质子数相同，核外电子数相同，最外层电子数相同，两者具有相同的化学性质，故C、D错误。‎ ‎1．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 同一能层里电子的能量也可能不同，又将其分成不同的能级，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，即：E(s)＜E(p)＜E(d)＜E(f)。‎ ‎(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 ‎1‎ p 哑铃形 ‎3‎ 特别提醒　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。‎ ‎2．基态原子的核外电子排布的三原则 ‎(1)能量最低原则：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。构造原理示意图(基态原子核外电子在原子轨道上的排布顺序)：‎ ‎(2)泡利不相容原理 每个原子轨道里最多只能容纳2个电子，且自旋状态相反。‎ 如2s轨道上的电子排布为，不能表示为。‎ ‎(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优先单独占据一个轨道，且自旋状态相同。如2p3的轨道表示式为，不能表示为或。‎ 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)和全空(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。‎ ‎3．核外电子在各能层(电子层)的排布规律 ‎(1)每个电子层最多能容纳2n2个电子(n代表电子层数)。‎ ‎(2)最外层电子数最多不超过8个。‎ ‎(3)次外层电子数最多不超过18个，倒数第三层不超过32个。‎ ‎4．基态原子核外电子排布的表示方法 表示方法 含义 举例 原子或离子结构示意图 表示核外电子分层排布和核内质子数 ‎　‎ 电子式 表示原子最外层电子数目 核外电子排布式 表示每个能级上排布的电子数 S：1s22s22p63s23p4或[Ne]3s23p4‎ S2－：1s22s22p63s23p6‎ 轨道表示式 表示每个原子轨道中电子的运动状态 O：‎ 价电子轨道表示式 表示价电子的排布 S：3s23p4‎ Fe：3d64s2‎ ‎5.原子状态与原子光谱 ‎(1)原子状态 ‎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，从低能级跃迁到高能级状态的原子。‎ ‎(2)原子光谱 不同元素的原子发生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、激发态及光谱示意图 ‎(1)某原子M层上的电子数一定比L层上的电子数多(　　)‎ ‎(2)p能级能量一定比s能级的能量高(　　)‎ ‎(3)2p和3p轨道形状均为哑铃形，能量也相等(　　)‎ ‎(4)2px、2py、2pz的能量相等(　　)‎ ‎(5)铁元素基态原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p64s23d6(　　)‎ ‎(6)磷元素基态原子的轨道表示式为 (　　)‎ ‎(7)电子排布式1s22s22p63s23p10违反了能量最低原则(　　)‎ ‎(8)表示的原子能量处于最低状态(　　)‎ 答案　(1)×　(2)×　(3)×　(4)√　(5)×　(6)×　(7)×　(8)×‎ 深度思考 ‎(1)已知某原子基态原子结构示意图为，思考回答下列问题。‎ ‎①x为________，y可能为________。‎ ‎②写出单电子数最多的原子的电子排布式：______________________________________。‎ 答案　①8　8、13、18　②1s22s22p63s23p63d54s1(或[Ar]3d54s1)‎ ‎(2)某基态原子的价电子排布式为2s22p3，按要求解答下列问题。‎ ‎①原子结构示意图为________________，电子式：______________。‎ ‎②价电子轨道表示式为____________________。‎ ‎③电子占的原子轨道数______，电子运状态有_________________________________种。‎ 答案　①　 　② ③5　7‎ ‎(3)请用核外电子排布的相关规则解释Fe3＋较Fe2＋更稳定的原因。‎ 答案　26Fe的价电子排布式为3d64s2，Fe3＋的价电子排布式为3d5，Fe2＋的价电子排布式为3d6。根据“能量相同的轨道处于全空、全满和半满时能量最低”的原则，3d5处于半满状态，结构更稳定，所以Fe3＋较Fe2＋更稳定。‎ 核外电子排布常见错误 ‎(1)在写基态原子的轨道表示式时，常出现以下错误：‎ ‎①(违反能量最低原则)‎ ‎②(违反泡利不相容原理)‎ ‎③(违反洪特规则)‎ ‎④(违反洪特规则)‎ ‎(2)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。‎ ‎(3)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。‎ 题组一　核外电子排布规律应用与判断 ‎1.下列轨道表示式能表示氮原子的最低能量状态的是(　　)‎ A.‎ B.‎ C.‎ D.‎ 答案　A 解析　A项，符合电子的基态排布原理，表示氮原子的最低能量状态，正确；B、C两项，2p能级上的3个电子排布违背了洪特规则，不是基态原子的排布，错误；D项，表示基态B原子的核外电子排布，错误。‎ ‎2.(2019·南昌模拟)下列各组表述中，两个原子不属于同种元素原子的是(　　)‎ A.3p能级有一个空轨道的基态原子和核外电子的排布式为1s22s22p63s23p2的原子 B.2p能级无空轨道，且有一个未成对电子的基态原子和原子的最外层电子排布式为2s22p5的原子 C.M层全充满而N层为4s2的原子和核外电子排布式为1s22s22p63s23p64s2的原子 D.最外层电子数是核外电子总数的原子和最外层电子排布式为4s24p5的原子 答案　C ‎3.(2019·南宁模拟)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个时，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个时即达稳定结构 答案　C 解析　A项，原子形成简单离子，最外层应满足稳定的结构，可为2或8等，错误；C项，原子核外电子离核越远，能量越高，正确；D项，最外层上的电子轨道全充满时达到稳定结构，可为2或8，错误。‎ 题组二　电子排布规范表示方法 ‎4.按要求书写电子排布式或轨道表示式。‎ ‎(1)基态C原子的核外电子排布式为____________________________________________。‎ ‎(2)基态Ni原子的简化电子排布式为___________________________________________。‎ ‎(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)基态钒原子的价电子轨道表示式为______________________________________________。‎ ‎(6)基态镓(Ga)原子的电子排布式为____________________________________________。‎ ‎(7)基态Ni2＋的价电子轨道表示式为________________________________________________。‎ 答案　(1)1s22s22p2　(2)[Ar]3d84s2　(3)[Ar]3d3　(或1s22s22p63s23p63d3)　(4)[Ar]3d5(或1s22s22p63s23p63d5)　(5)‎ ‎(6)[Ar]3d104s24p1(或1s22s22p63s23p63d104s24p1)‎ ‎(7)‎ 题组三　核外电子排布与元素推断 ‎5.两种元素原子X和Y，X原子的M层比Y原子的M层少3个电子，Y原子的L层电子数恰好是X原子L层电子数的两倍，则X、Y分别是(　　)‎ A.硅原子和钠原子 B．硼原子和氮原子 C.氮原子和碳原子 D．碳原子和铝原子 答案　D 解析　由于Y原子的M层电子比X原子的M层电子多3个电子，说明Y的M层电子数至少有3个，那么Y的L层必定有8个电子；Y原子的L层电子数恰好是X原子L层电子数的两倍，则X的L层只有4个电子，M层无电子。由此推出Y的核外电子总数为13，X的核外电子总数为6。所以X、Y的核电荷数分别是6和13，即为碳原子和铝原子。‎ ‎6.(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________；其价电子轨道表示式为______________________________。‎ ‎(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，核外电子轨道表示式为_____________________________________________。‎ 答案　(1)P ‎ ‎(2)Cl　‎ ‎(3)Fe　1s22s22p63s23p63d64s2(或[Ar]3d64s2)　‎ ‎(4)Cu　1s22s22p63s23p63d104s1(或[Ar]3d104s1)‎ ‎(5)2　2p　‎ 根据电子排布推断元素的思维模板 分析题意→确定元素→完成题中问题 ‎1.(2020·山东等级模拟考，4)某元素基态原子4s轨道上有1个电子，则该基态原子价电子排布不可能是(　　)‎ A.3p64s1 B．4s1‎ C.3d54s1 D．3d104s1‎ 答案　A ‎2.(2019·北京，8)2019年是元素周期表发表150周年，期间科学家为完善周期表做出了不懈努力。中国科学院院士张青莲教授曾主持测定了铟(49In)等9种元素相对原子质量的新值，被采用为国际新标准。铟与铷(37Rb)同周期。下列说法不正确的是(　　)‎ A.In是第5周期第ⅢA族元素 B.In的中子数与电子数的差值为17‎ C.原子半径：In>Al D.碱性：In(OH)3>RbOH 答案　D 解析　Rb为碱金属，属于第5周期元素，故In亦为第5周期元素，In与Al同主族，即为第ⅢA族元素，A项正确；In的中子数为115－49＝66，质子数为49，质子数等于核外电子数，故中子数与电子数之差为17，B项正确；同主族元素，从上到下，原子半径逐渐增大，故原子半径：In>Al，C项正确；同周期元素从左到右，金属性逐渐减弱，故其最高价氧化物对应水化物的碱性逐渐减弱，即碱性：In(OH)3