文档内容
知识清单 15 原子结构与性质
知识点01能层、能级与原子轨道 知识点02原子核外电子排布
知识点03原子光谱 知识点04电离能大小的比较及应用
知识点05电负性
知识点 01 能层、能级与原子轨道
1．能层（n）：（又称：电子层）
（1）分层依据：按照电子的能量差异
（2）表示符号：K、L、M、N、O、P、Q
2．原子轨道（又称：能级、电子亚层）
符号 s p d
球形 纺锤形或哑铃形 花瓣形
电子云形
状
轨道个数
1 3 53．1~36号元素的能层和能级
（1）K层：有1s 一个电子亚层
（2）L层：有2s、2p 两个电子亚层
（3）M层：有3s、3p、3d 三个电子亚层
（4）N层：有4s、4p、4d、4f 四个电子亚层
4．原子核外电子排布的原理
（1）能量最低原理：电子尽先排布在能量最低的轨道中。
（2）泡利不相容原理：每个原子轨道上最多只能容纳 2 个自旋方向相反的电子。如：
（3）洪特规则：电子在能量相同原子轨道上排布时，应尽可能分占不同的轨道而且自旋方向相同。
错误 正确
N原子的2p轨道
（4）洪特规则特例：能量相同的原子轨道在下列情况时，体系能量最低
①全满；即s2、p6、d10
②半满；即s1、p3、d5
③全空；即s0、p0、d0
注意：(1)能层数＝电子层数。(2) 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p、p、p，它们具有相同的能量；第三能层(M)，有s、p、d三种能级。
x y z
【典例01】硫的下列4种微粒，若失去一个电子所需要能量最多的是
A．[Ne] B．[Ne] C．[Ne] D．[Ne]
【答案】B
【解析】A、B、C、D四项中的微粒分别对应基态S、 、激发态 、激发态S，激发态上电子能量高，
不稳定，易失去，故需要能量最多的是基态的 ；
答案选B。
【典例02】下列说法正确的是
A．3s2表示3s能级有2个轨道
B．p能级的能量一定比s能级的能量高
C．在离核越近区域内运动的电子，能量越低
D．1个原子轨道里，最少要容纳2个电子
【答案】C【解析】A．s能级只有1个轨道，3s2表示3s能级容纳2个电子，A不正确；
B．p能级的能量不一定比s能级的能量高，如2p能级的能量低于3s能级的能量，B不正确；
C．能量较低的电子，在离核较近的区域运动，在离核越近区域内运动的电子，能量越低，C正确；
D．1个原子轨道里，最多能容纳2个电子，也可以容纳1个电子或不容纳电子，D不正确；
故选C。
知识点 02 原子核外电子排布
1．基态原子核外电子排布
（1）21~30号：［Ar］3dx4s2
①一般最后1位数是几，x就等于几
② Cr：［Ar］3d44s2→ ［ A r ］ 3d 5 4 s 1
24
③ Cu：［Ar］3d94s2→ ［ A r ］ 3d 1 0 4 s 1
29
（2）31~36号：［Ar］3d104s24px
①最后1位数是几，x就等于几
② Ge： ［ A r ］ 3d 1 0 4 s 2 4p 2
32
③ Se： ［ A r ］ 3d 1 0 4 s 2 4p 4
34
2．价电子（外围电子、特征电子）
（1）21~30号：3d和4s上的电子数之和
（2）其他：最外层电子数
（3）过渡金属原子：除Cu和Cr原子最外层有1 个电子外，其余的元素的原子最外层都有2 个电子
（4）过渡金属离子的价电子构型：优先失去最外层电子数
原子 Fe Co Cu
价电子构型 3d 6 4s 2 3d 7 4s 2 3d 10 4s 1
离子 Fe2+ Fe3+ Co2+ Co3+ Cu+ Cu2+
价电子构型 3d 6 3d 5 3d 7 3d 6 3d 10 3d 9
（5）元素的最高价：等于价电子数
元素 Cr Fe Mn As
价电子构
3d 5 4s 1 3d 4 4s 2 3d 5 4s 2 4s 2 4p 3
型
最高价 +6 +8 +7 +5
（6）过渡金属原子或离子的结构示意图
微粒 V Cr3+ Cu+
结构
示意图（7）第四周期主族元素原子或离子的结构示意图：次外层都有18 个电子
微粒 Ga As Br－
结构
示意
图
3．元素在周期表中的位置
（1）主族：主族序数＝原子的最外层电子数，周期序数＝原子的电子层数
（2）21~30号：根据3d和4s上的电子数之和确定
Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn
3d14s2 3d24s2 3d34s2 3d54s1 3d54s2 3d64s2 3d74s2 3d84s2 3d104s1 3d104s2
3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Ⅲ B Ⅳ B Ⅴ B Ⅵ B Ⅶ B Ⅷ Ⅰ B Ⅱ B
（3）元素的分区
4．各种特征的电子（以Mn为例，1s22s22p63s23p63d54s2）
（1）不同运动状态的电子数：25
（2）不同空间运动状态的电子数：15
（3）形状不同的电子云种类：3
（4）不同能级（能量）的电子种类：7
（5）最高能级的电子数：5
（6）最高能层的电子数：2
5．1~36号元素原子的空轨道数目
空轨道
价电子构型 元素种类
数
1 ns2np2（3） 3
ns2np1（3）、3d34s2
2 4
（1）
3 3d24s2（1） 2
4 3d14s2（1） 1
6．1~36号元素原子的未成对电子数（n）
（1）n＝1：ns1（4）、ns2np1（3）、ns2np5（3）、3d14s2（1）、3d104s1（1），共12 种
（2）n＝2：ns2np2（3）、ns2np4（3）、3d24s2（1）、3d84s2（1），共8 种
（3）n＝3：ns2np3（3）、3d34s2（1）、3d74s2（1），共5 种（4）n＝4：3d64s2（1），共1 种
（5）n＝5：3d54s2（1），共1 种
（6）n＝6：3d54s1（1），共1 种
7．基态原子核外电子排布的表示方法（以铁原子为例）
（1）各类要求的电子排布式
①电子排布式：1s22s22p63s23p63d64s2
②简化电子排布式： ［ A r ］ 3 d 6 4 s 2
③价电子（外围电子、特征电子）排布式： 3 d 6 4s 2
④最外层电子排布式： 4s 2
⑤M层电子排布式： 3s 2 3p 6 3 d 6
⑥最高能级电子排布式： 3 d 6
（2）各类要求的电子排布图
①电子排布图：
②轨道表示式：
③价电子排布图：
④原子结构示意图：
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。
(3)注意比较原子核外电子排布式、简化电子排布式、原子外围电子或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；外围电子或价电子排布式：3d104s1。
【典例03】短周期元素R基态原子最外层的p能级上有2个未成对电子。下列关于基态R原子的描述正确
的是A．基态R原子核外电子的电子云轮廓图有两种：球形和哑铃形
B．基态R原子的价层电子排布式为ns2np2(n＝2或3)
C．基态R原子的原子轨道总数为9
D．基态R原子的轨道表示式为
【答案】A
【分析】由“短周期元素R基态原子最外层的p能级上有2个未成对电子”可知，可能有两种情况：p能
级上只有2个电子，R为第ⅣA族元素，C或Si；p能级上有4个电子，R为第ⅥA族元素，O或S，由此
可知：
【解析】A．基态R原子核外电子的电子云轮廓图有两种：球形和哑铃形，A正确；
B．基态R原子的价层电子排布式还可能为ns2np4，B错误；
C．R元素一共有4种可能，C错误；
D．R元素还有可能为C，D错误；
故选A。
【典例04】M、R、X、Y为原子序数依次增大的短周期主族元素，Z是一种过渡元素。M基态原子L能层
中p轨道电子数是s轨道电子数的2倍，R是同周期元素中最活泼的金属元素，X和M形成的一种化合物
是引起酸雨的主要大气污染物，Z的基态原子4s和3d轨道半充满。请回答下列问题：
(1)写出M、R的价层电子排布式：M 、R 。
(2)写出X、Y的价层电子轨道表示式：X 、Y 。
(3)写出Z的核外电子排布式： 。Z的核外未成对电子数为 。
【答案】(1) 2s22p4 3s1
(2)
(3) 1s22s22p63s23p63d54s1(或[Ar]3d54s1) 6
【分析】M基态原子L能层中p轨道电子数是s轨道电子数的2倍，则M的价电子排布式为2s22p4，则M
为氧元素；R是同周期元素中最活泼的金属元素，M、R原子序数依次增大，则R为钠元素；X和M形成
的一种化合物是引起酸雨的主要大气污染物，则X为硫元素，推知Y为氯元素；Z的基态原子4s和3d轨
道半充满，即为3d54s1，则Z为Cr；
【解析】（1）结合上述分析可知，M、R分别为氧、钠，价层电子排布式分别为2s22p4、3s1。
答案为：2s22p4；3s1。
（2）上述分析可知X、Y分别为硫、氯，价层电子轨道表示式分别为： 、 。
答案为： ； 。
（3）Z为铬元素，核外电子排布式：1s22s22p63s23p63d54s1(或[Ar]3d54s1)，核外未成对电子数为6。
答案为：1s22s22p63s23p63d54s1(或[Ar]3d54s1)；6。知识点 03 原子光谱
1．电子的跃迁
（1）基态电子：处于最低能量的电子
（2）激发态电子：能量比基态电子高的电子
（3）电子跃迁
3．原子光谱：电子跃迁时会吸收或释放不同的光形成的谱线
（1）测量光谱仪器：光谱仪
（2）光谱图上数据：波长
（3）光谱类型：线状光谱
①发射光谱：1s22s22p63s23p34s1→1s22s22p63s23p4
②吸收光谱：1s22s22p3→1s22s22p13s2
（4）解释原子发光现象
①在××条件，基态电子吸收能量跃迁到激发态
②由激发态跃迁回基态过程中，释放能量
③释放的能量以××可见光的形式呈现
（5）可见光的波长（λ）和能量（E）
①公式：E＝hv，c（光速）＝λv
②颜色和波长的关系
注意：①可见光中，红光的波长最长，紫色的波长最短。②焰色反应是电子跃迁的结果，故金属的焰色反
应是物理变化过程，不属于化学变化。
【典例05】吸收光谱和发射光谱统称为原子光谱。下列说法错误的是
A．同一种元素原子的吸收光谱和发射光谱的特征谱线相同B．霓虹灯光与原子核外电子发生跃迁释放能量有关
C．光谱仪可以摄取元素的吸收光谱和发射光谱
D．目前发现的元素都是通过原子光谱发现的
【答案】D
【解析】A．不同元素的原子发生跃迁时会吸收或释放不同的光，可以用光谱仪摄取各种元素的电子的吸
收光谱或发射光谱，同一种元素原子的吸收光谱和发射光谱的特征谱线相同，故A正确；
B．电子跃迁本质上是组成物质的粒子中电子的一种能量变化，霓虹灯广告与原子核外电子发生跃迁释放
能量有关，故B正确；
C．吸收光谱和发射光谱都是线谱，区别在于前者显示黑色线条，而发射光谱显示光谱中的彩色线条，可
以用光谱仪摄取各种元素电子的吸收光谱或发射光谱，故C正确；
D．每种元素都有自己的特征谱线，在历史上许多元素是通过原子光谱发现的，如铯和铷，但目前发现的
元素并非都是通过原子光谱发现的，故D错误；
故选D。
【典例06】对充有氛气的霓虹灯管通电，灯管发出红光，产生这一现象的主要原因是
A．电子由激发态向基态跃迁时吸收除红光以外的光
B．电子由激发态向基态跃迁时以光的形式释放能量
C．电子由基态向激发态跃迁时吸收除红光以外的光
D．通电后在电场作用下，氖原子与构成灯管的物质发生反应
【答案】B
【解析】霓虹灯发红光是因为电子吸收能量后跃迁到能量较高的轨道，能量较高轨道上的电子会跃迁回能
量较低的轨道而以光的形式释放能量。综上所述故选B。
知识点 04 电离能大小的比较及应用
1．概念：气态原子或离子失去1 个电子所需要的最小能量
（1）第一电离能（I）：M（g）－e－＝M+（g）
1
（2）第二电离能（I）：M+（g）－e－＝M2+（g）
2
（3）第n电离能（I）：M（n－1）+（g）－e－＝Mn+（g）
n
2．同一原子各级电离能
（1）变化规律：I＜I＜I＜…
1 2 3
（2）变化原因①电子分层排布
②各能层能量不同
3．第一电离能变化规律
（1）根据递变规律判断
①基本规律：周期表右上角位置的He 原子的I 最大
1
②特殊规律：同一周期中I，ⅡA＞ⅢA；ⅤA＞ⅥA
1
元素 Li Be B C N O F Ne
I 大小 ⑧ ⑥ ⑦ ⑤ ③ ④ ② ①
1
（2）根据金属性判断
①基本规律：I 越小，金属性越强，注意ⅡA和ⅤA族元素的特殊性
1
②金属元素和非金属元素的I：I ＜I
1 1（金属） 1（非金属）
（3）根据微粒结构判断
①稳定结构微粒的I大：全满、半满和全空状态稳定
②I ＞I
（全满） （半满）
③判断：I ＜I ，I ＞I
1（Cu） 1（Ni） 2（Cu） 2（Zn）
4．各级电离能数据的应用
（1）判断元素价态：I I，最高正价为 + n
n+1 n
≫
（2）判断某一级电离能最大：第n级电离能最大，说明其最高正价为 + （ n － 1 ） 价
（3）判断电离能的突增点：形成相应电子层最稳定状态后再失去1个电子
突增点的电离能级数
元素
第一
原子 第二次 第三次
次
P I I
6 14
Ca I I I
3 11 19
注意：a.金属活动性顺序与元素相应的电离能大小顺序不完全一致，故不能根据金属活动性顺序判断电离
能的大小。
b.第二、三、四周期的同周期主族元素，第ⅡA族(ns2np0)和第ⅤA族(ns2np3)，因p轨道处于全空或半充满
状态，比较稳定，所以其第一电离能大于同周期相邻的第Ⅲ A族和第ⅥA族元素的，如第一电离能：
Mg>Al，P>S。【典例07】某短周期金属原子X的逐级电离能如图所示，下列说法正确的是
A．X在化合物中可能为+3价
B．X可能在周期表第二周期
C．X在周期表第VA族
D．X的最高价氧化物是碱性氧化物
【答案】A
【解析】A．从图分析，该元素的电离能第四电离能突然变大，故说明该元素的最外层有3个电子，X在
化合物中可能为+3价，A正确；
B．第二周期最外层有3个电子的为硼，不是金属元素，B错误；
C．最外层有3个电子，为第ⅢA族，C错误；
D．最高价氧化物若为铝，则为两性氢氧化物，D错误；
故选A。
【典例08】下表列出了某短周期金属元素R的各级电离能数据(用 、 ……表示)，有关R元素的说法中，
正确的是
电离能/(kJ·mol-1)
元素
……
181
578 2745 11577 ……
7
A．R元素的最高正化合价为+2价
B．R元素的第一电离能高于同周期相邻元素的
C．R的氧化物为两性氧化物
D．R元素形成的单质熔点远高于其氧化物
【答案】C
【解析】A．从数据看，R的第三电离能和第四电离能差距很大，即R易失去三个电子，所以它的化合价
为+3价，A项错误；
B．R的价电子排布为ns2np1，失去一个电子后s全满稳定，而R前面的相邻元素为ns2稳定难失电子，所
以R的第一电离能不是全部高于同周期相邻元素，B项错误；
C．R为Al，Al O 为两性氧化物，C项正确；
2 3D．R的单质为金属晶体，而氧化铝为混合晶体，其熔点高达2000多度，远高于铝的，D项错误；
故选C。
知识点 05 电负性
1．意义：衡量元素的原子在化合物中得电子能力
2．递变规律
（1）周期表右上角氟元素的最大
（2）电负性大小
①电负性最大的前三种元素：F＞O＞N
②氢元素的电负：C＞H＞B；P＞H＞Si
3．其他判断方法
（1）根据共用电子对的偏向判断：偏向一方元素的电负性大
（2）化合物中化合价的正负判断：显负价元素的电负性大
（3）根据元素的非金属性判断
①最高价氧化物对应水化物的酸性越强，电负性越大
②单质与氢气越容易化合，电负性越大
③气态氢化物越稳定，电负性越大
4．判断化合物的类型
（1）差值：|△X|＞1.7，离子化合物
（2）差值：|△X|＜1.7，共价化合物
5．根据电负性写水解方程式
（1）水解原理
①电负性大的原子显负价，结合水中的 H +
②电负性小的原子显正价，结合水中的 OH －
（2）实例
①BrI：IBr+H O HIO+HBr
2
②NCl ： N Cl +3H O NH +3HCl O
3 3 2 3注意：a.共价化合物中，两种元素电负性差值越大，它们形成共价键的极性就越强。
b.两元素电负性差值大于1.7时，一般形成离子键，小于1.7时，一般形成共价键，如AlCl 中两元素的电
3
负性之差为1.5，因此AlCl 含有共价键，属于共价化合物。
3
c.位于非金属三角区边界的“类金属”(如锗、锑等)的电负性则在1.8左右。
【典例09】四种元素基态原子的电子排布式如下：
①1s22s22p63s23p4 ②1s22s22p63s23p3 ③1s22s22p5 ④1s22s22p3
则下列有关比较中正确的是
A．第一电离能：④＞③＞②＞① B．电负性：③＞④＞①＞②
C．简单离子半径：②＞①＞③＞④ D．最高正化合价：③＞④=②＞①
【答案】B
【分析】根据四种元素基态原子的电子排布式，①是S，②是P，③是F，④是N元素。
【解析】A．一般情况下同一周期元素，原子序数越大，元素的第一电离能越大。但若元素处于第ⅡA族、
第VA族，由于原子最外层电子处于全充满、半充满的稳定状态，其第一电离能大于同一周期相邻元素。
同一主族元素，原子序数越大，元素的第一电离能越小，则四种元素的第一电离能大小关系为：③＞④＞
②＞①，A错误；
B．元素的非金属性越强，其电负性就越大。同一周期元素，原子序数越大，元素的非金属性越强，同一
主族元素，原子序数越大，元素的非金属性越弱，则元素的电负性大小关系为：③＞④＞①＞②，B正确；
C．核外电子层结构相同，原子序数越大，离子半径越小，则简单离子半径大小关系为：②＞①＞④＞③，
C错误
D．F元素非金属性很强，原子半径很小，与其它元素反应只能得到电子或形成共用电子对时偏向F元素，
因此没有与族序数相等的最高化合价，故F元素化合价不是在所有元素中最高的，D错误；
故选B。
【典例10】下表是元素周期表前五周期的一部分，X、Y、Z、R、W、J是6种元素的代号，其中J为0族
元素。
X Y Z
R
W
J
下列说法正确的是
A．R基态原子的轨道表示式为B． 与 的半径大小关系为
C．X的第一电离能大于Y的第一电离能
D．表中电负性最大的元素为W
【答案】C
【分析】J为0族元素，J为Xe，X为N，Y为O，Z为F，R为S，W为Br。
【解析】A．R为S，基态原子的轨道表示式为： ，A错误；
B．Y为O，核外电子排布相同，核电荷数越小，半径越大，故O2->Na+，B错误；
C．X为N，Y为O，N的核外电子排布为半满结构，第一电离能大于O，C正确；
D．同周期从左往右电负性逐渐增大，同主族从上往下电负性逐渐减弱，表中电负性最大的元素为F，D错
误；
故选C。
