1、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136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
2、子核外电子的运动状态、能级分布和排布原理，能正确书写136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)微粒之间的关系原子中：质子数(Z)核电荷数核外电子数；质量数(A)质子数(Z)中子数(N)；阳离子的核外电子数质子数阳离子所带的电荷数；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。元素的相对原子质量：是按该元素各种天然同位素原
3、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；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UCHHO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：(
4、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)3024 (4)75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)
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 HHHen，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1X、Y、Z和R分别代表4种元素。如果aXm、bYn、cZn、dRm4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()Aacmn BabnmC
6、cdmn Dbdnm答案D解析既然4种离子的电子层结构相同，就说明ambncndm。比较a与b得：abmn，B项错；比较a与c得：acnm，A项错；比较c与d得：cdmn，C项错；比较b与d得：bdnm，D项对。2(2020郑州模拟)现有下列几组粒子：N2、CO、C2H2；NH、H3O、OH；C、O、CN；PO、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：B质子数和电子数相等、原子数不相等：C电子数相等、质子数和原子数不相等：D原子数和电子数相等、质子数不相等：答案D解析N2、CO、C2H2的质子数和电子数都等于14，原子数不相等；NH、H3O、OH的原子数和质
7、子数不相等，电子数都为10；C、O、CN的原子数和电子数都相等，质子数不相等；P、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(1832)、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 (m1) molN mol (mAN)NA(mAN)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
8、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 gB.Pt的质子数是7
9、8C.Pt原子质子数与中子数之差为78D.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202787846，故C错误；Pt核内的中子数是20278124，故D正确。6YBa2Cu8Ox(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50B.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893950，质子数与中子数之差为(8939)3911，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
10、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1p哑铃形3特别提醒第一能层(K
11、)，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
12、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Ar3d54s1。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：1s22s2
13、2p63s23p4或Ne3s23p4S2：1s22s22p63s23p6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：3s23p4Fe：3d64s25.原子状态与原子光谱(1)原子状态基态原子：处于最低能量的原子。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
14、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。x为_，y可能为_。写出单电子数最多的原子的电子排布式：_。答案88、13、181s22s22p63s23p63d54s1(或Ar3d54s1)(2)某基态原子的价电子排布式为2
15、s22p3，按要求解答下列问题。原子结构示意图为_，电子式：_。价电子轨道表示式为_。电子占的原子轨道数_，电子运状态有_种。答案 57(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：(违反能量最低原则)(违反泡利不相容原理)(违反洪特规则)(违反洪特规则)(2)当出现d轨道时，虽然电子按ns
16、、(n1)d、np的顺序填充，但在书写电子排布式时，仍把(n1)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：Ar3d104s1；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
17、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C3.(2019南宁模拟)下列有关短周期元素原子的说法正
18、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
19、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)Ar3d84s2(3)Ar3d3(或1s22s22p63s23p63d3)(4)Ar3d5(或1s22s22p63s23p63d5)(5)(6)Ar3d104s24p1(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
20、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，
21、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nsnnpn2，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)Fe1s22s22p63s23p63d64s2(或Ar3d64s2)(4)Cu1s22s22p63s23p63d104s1(或Ar3d104s1)(5)22p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
22、上有1个电子，则该基态原子价电子排布不可能是()A.3p64s1 B4s1C.3d54s1 D3d104s1答案A2.(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A族元素B.In的中子数与电子数的差值为17C.原子半径：InAlD.碱性：In(OH)3RbOH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A族元素，A项正确；In的中子
23、数为1154966，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：InAl，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)3RbOH，D项错误。3.(1)2019全国卷，35(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 BNeC.Ne DNe(2)2019全国卷，35(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4f66s2，Sm3价层电子排布式为_。(3)2019江苏，21(A)(1)Cu2基态核外电子
24、排布式为_。答案(1)A(2)4s4f5(3)Ar3d9(或1s22s22p63s23p63d9)4.(1)2018全国卷，35(1)下列Li原子轨道表示式表示的状态中，能量最低和最高的分别为_、_(填标号)。A.B.C.D.(2)2018全国卷，35(1)基态Fe原子价层电子的电子排布图(轨道表达式)为_，基态S原子电子占据最高能级的电子云轮廓图为_形。(3)2018全国卷，35(1)Zn原子核外电子排布式为_。(4)2018江苏，21(A)(2)Fe2基态核外电子排布式为_。答案(1)DC(2) 哑铃(纺锤)(3)Ar3d104s2(或1s22s22p63s23p63d104s2)(4)A
25、r3d6(或1s22s22p63s23p63d6)解析(1)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。(2)基态Fe原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2，因此其价层电子的轨道表示式为；基态S原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p4，最高能级为3p，其电子云轮廓图为哑铃(纺锤)形。(3)锌的核外有30个电子，因此其核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s2，也可写作Ar3d104s2。(4)Fe原子核外有26个电子，其核外电子排布式为1s22s22p63s23p6
26、3d64s2，失去两个电子后，Fe2基态核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d6。5.2017全国卷，35(1)(2)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。回答下列问题：(1)元素K的焰色反应呈紫红色，其中紫色对应的辐射波长为_ nm(填标号)。A.404.4B. 553.5C589.2D670.8E766.5(2)基态K原子中，核外电子占据的最高能层的符号是_，占据该能层电子的电子云轮廓图形状为_。答案(1)A(2)N球形解析(1)紫色光的辐射波长范围为400430 nm。(2)基态K原子核外有4个能层：K、L、M、N，能量依次增大，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。
