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第 31 讲 原子结构 核外电子排布规律
[复习目标] 1.掌握原子结构中微粒数目的关系。2.了解原子核外电子的运动状态、能级分
布和排布原理。3.能正确书写1～36号元素原子核外电子排布式、价层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)构成微粒及作用
(2)微粒间的数量关系
①阳离子的核外电子数＝________－所带电荷数。
②阴离子的核外电子数＝________＋所带电荷数。
(3)微粒符号周围数字代表的信息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____________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数(丰度)不变。
(3)氢元素的三种核素
H：名称为____，不含中子；
H：用字母____表示，名称为____或重氢；
H：用字母____表示，名称为____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
两种相对原子质量辨析
(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原子质量的的比值，其近
似值可用质量数代替。
(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 A(Cl)＝A(35Cl)×a%＋A(37Cl)×b%。其近似值是用各核素质量数算出的平均值，即
r r r
A(Cl)≈35×a%＋37×b%。
r1．一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．所有原子核内一定都有中子( )
3．质量数就是元素的相对原子质量( )
4．质子数相同的微粒一定属于同一种元素( )
5．核外电子数相同的微粒，其质子数一定相同( )
6．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(
)
一、元素、核素、同位素
1．(2021·天津，3)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2
B.H的核电荷数为1
C.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
2．现有下列9种微粒：H、H、C、C、N、Fe2＋、Fe3＋、O、O。按要求完成以下各题：
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(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。
二、核反应方程式
3．(2022·山东，3)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2
B．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O、O 分子是因其化学键不稳定
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4．(2021·河北，5)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．HXO 可用于中和溅在皮肤上的NaOH溶液
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B．Y单质在空气中燃烧的产物是YO
2 2
C．X和氢元素形成离子化合物
D．6Y和7Y互为同素异形体考点二 核外电子运动状态与排布原理
1．核外电子运动状态
核外电子按能量不同分成能层，同一能层的电子，还被分成不同能级。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。
回答下列问题：
(1)填写下表，熟悉原子核外能层、能级、原子轨道之间的关系。
能层(n) 一 二 三 四
能层符号
能级符号
各能级原
子轨道数
各能层原
子轨道数
最多容纳
电子数
(2)常用电子云轮廓图的形状和取向来表示原子轨道的形状和取向。s电子云轮廓图呈____形、
p电子云轮廓图呈______形。p电子云有____种伸展方向。
(3)预测第五电子层上原子轨道总数是多少？最多能容纳的电子数是多少？
_______________________________________________________________________________
(4)比较下列基态原子能级或原子轨道的能量高低。
①1s、2s、2p、3s、3p、3d ②2s、2p、2p、2p
x y z
_______________________________________________________________________________
2．基态与激发态 原子光谱
(1)基态原子：处于________________的原子。
激发态原子：基态原子吸收能量，它的电子会________到较高能级，变为激发态原子。
(2)原子光谱
不同元素原子的电子发生跃迁时会________或________不同的光，用光谱仪记录下来便得到
原子光谱。利用原子光谱上的特征谱线可以鉴定元素，称为光谱分析。3．原子核外电子排布的规范书写
(1)排布原则
①________________：在构建基态原子时，电子将尽可能地占据能量最低的原子轨道，使整
个原子的能量最低。
②____________：在一个原子轨道里，最多只能容纳____个电子，它们的自旋________。如
2s轨道上的电子排布为 ，不能表示为 。
③____________：基态原子中，填入简并轨道的电子总是先单独分占，且自旋平行。 如2p3
的电子排布为 ，不能表示为 或 。
注意 当能量相同的原子轨道在全充满(p6、d10、f14)、半充满(p3、d5、f7)和全空(p0、d0、f0)
状态时，体系的能量最低，如基态 Cr原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s1，而不
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是1s22s22p63s23p63d44s2。
(2)填充顺序——构造原理
(3)基态原子核外电子排布表示方法(以硫原子为例)
电子排布式 1s22s22p63s23p4
简化电子排布式 [Ne]3s23p4
价层电子排布式 3s23p4
价层电子轨道表示式(电子排布图)
1．p能级能量不一定比s能级的能量高( )
2．Fe的基态原子的电子排布式为1s22s22p63s23p64s23d6( )
3． Ti的电子排布式1s22s22p63s23p10违反了能量最低原理( )
224. 表示的原子能量处于最低状态( )
5.1s22s12p1表示的是激发态原子的电子排布( )
6.某些金属及其化合物在燃烧时会产生特殊的颜色，是由于电子跃迁时能量以一定频率的光
释放出来( )
一、核外电子的运动状态及排布式的书写
1.完成下列各小题：
(1)基态硅原子最外层电子的轨道表示式为________________________。
(2)在KH PO 的四种组成元素各自所能形成的简单离子中，核外电子排布相同的是
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______(填离子符号)。
(3)铜或铜盐的焰色试验为绿色，该光谱是________________(填“吸收光谱”或“发射光
谱”)。
2.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______、______(填字母)。
A．
B．
C．
D．
3．钾发生焰色试验的原因是_____________________________________________________
______________________________________________________________________________。
核外电子排布常见错误
(1)在书写基态原子的轨道表示式时，常出现以下错误：
① (违反能量最低原理)；
② (违反泡利原理)；
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。
二、核外电子排布规律的应用
4．判断电子的运动状态
(1)基态F原子核外电子的运动状态有______种。
(2)基态钛原子的价层电子排布式为________，其原子核外电子的空间运动状态有________
种，共有________种运动状态不同的电子。
(3)基态Si原子价层电子的运动状态有______种，若其电子排布式表示为[Ne]3s23p违背了
________________。
(4)基态Cu原子核外电子的空间运动状态有________种。
核外电子运动状态的判断
电子的运动状态与原子核外电子数目相等；空间运动状态与核外电子填充原子轨道的数目相
等。
5．判断原子中未成对电子数目
(1)基态Ti3＋中未成对电子数有________个；与Ti同族相邻的元素Zr的基态原子价层电子排
布式为________。与钛同周期元素的基态原子中，未成对电子数与钛相同的元素有______种。
(2)血红蛋白中的铁处于基态时，其最高能级中的单电子数为________。
(3)Cr与Ni的基态原子核外未成对电子数之比为________。
(4) 第 四 周 期 中 未 成 对 电 子 数 最 多 的 基 态 原 子 的 价 层 电 子 轨 道 表 示 式 为
______________________________________________________________________________。
6．元素推断
(1)A、B、C、D 4种元素的核电荷数依次增大，它们的离子的电子层数相同且最外层电子数
均为8。A原子的L层电子数与K、M层电子数之和相等，D原子的K、L层电子数之和等
于核外电子总数的一半。则4种元素的元素符号依次是A______，B______，C______，
D______。
(2)①A 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
________；其基态原子价层电子的轨道表示式为________________。
②元素D的正三价离子的3d能级为半充满，D的元素符号为________，其基态原子的核外
电子排布式为________________。1．(2022·北京，3) Sr(锶)的87Sr、86Sr稳定同位素在同一地域土壤中值不变。土壤生物中值
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与土壤中值有效相关。测定土壤生物中值可进行产地溯源。下列说法不正确的是( )
A．Sr位于元素周期表中第六周期、第ⅡA族
B．可用质谱法区分87Sr和86Sr
C．87Sr和86Sr含有的中子数分别为49和48
D．同一地域产出的同种土壤生物中值相同
2．(1)(2023·浙江 6 月选考，17 节选改编)① 基态 N 原子的价层电子排布式是
________________________________________________________________________。
②判断正误：能量最低的激发态N原子的电子排布式：1s22s12p33s1 ( )
(2)[2023·北京，15(1)]基态S原子价层电子排布式是________。
(3)[2023·广东，19(1)①]基态Fe2＋的3d电子轨道表示式为______________________________。
(4)[2023·海南，19(5)① 节选]锑和磷同族，锑原子基态的价层电子排布 式为
______________________________________________________________________________。
3．按要求解答下列问题。
(1)[2019·全国卷 Ⅰ，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
_______________________________________________________________________(填字母)。
A．[Ne] B．[Ne] C．[Ne] D．[Ne]
(2)[2020·全国卷Ⅰ，35(1)]基态Fe2＋与Fe3＋离子中未成对的电子数之比为________。
