文档文本内容
第 02 讲 原子结构与性质
目 录
01 考情透视·目标导航.........................................................................................................................2
02 知识导图·思维引航.........................................................................................................................3
03 考点突破·考法探究.........................................................................................................................4
考点一 原子结构.........................................................................................................................4
知识点1 原子结构...................................................................................................................4
知识点2 元素、核素、同位素...............................................................................................5
考向1 考查核反应方程的简单分析.......................................................................................6
考向2 考查“五同”概念辨析...............................................................................................7
考点二 原子核外电子运动状态.................................................................................................8
知识点1 电子的运动特征.......................................................................................................8
知识点2 能层和能级...............................................................................................................8
知识点3 原子轨道——电子在原子核外的一个空间运动状态..........................................9
知识点4 泡利原理、洪特规则、能量最低原理...................................................................9
知识点5 原子核外电子运动状态的描述——“四个量子数”........................................11
考向1 电子排布式表达式的规范书写.................................................................................11
考向2 电子跃迁与原子光谱.................................................................................................13
04 ........................................................................................................................................................14考点要求 考题统计 考情分析
2024·广东卷第3题，2分 分析近三年的高考试题，高考命题在本讲有以下规律：
2024·湖北卷第12题，3分 1．从考查题型和内容上看，高考命题以选择题、非选择题
2024·北京卷第1题，3分 呈现，考查内容主要有以下3个方面：
2024·上海卷第2题，3分 （1）元素、核素、同位素、同素异形体概念的辨析。
2024·河北卷第8题，3分 （2）原子中质量数、质子数、中子数、核外电子数之间的
原子结构 2023湖南卷第2题，3分 相互关系及计算。
（3）根据原子核外电子排布判断元素种类、书写电子排布
2023·江苏卷第5题，3分
式和电子排布图。
2022·北京卷第3题，3分
2．从命题思路上看，主要以选择题的形式为主。
2022·天津卷第10题，3分
（1）选择题
2022浙江1月卷第7题，2分
以最新的科技成果、新闻事件为背景，考查原子结构、同
2021卷广东卷第3题，2分
位素、核素知识，核外电子排布表达式的正误判断。
（2）非选择题
2024·江苏卷第4题，3分
直接考查电子排布式和电子排布图的书写，利用核外电子
2024·甘肃卷第2题，3分
排布推断元素等。
2024·山东卷第3题，3分
3.根据高考命题的特点和规律，复习时要注意以下几个方
2023·北京卷第2题，3分
面：
原子核外电
2023浙江1月卷第3题，2分
（1）同位素和同素异形体的概念分析、原子构成微粒之间
子运动状态
2022·海南卷第5题，2分
的关系。
2022浙江六卷第7题，2分
（2）原子结构及核外电子排布特性(全空、半充满、全充
2022·北京卷第2题，3分
满的稳定性)。
2021天津卷第20题（1），2分
（3）规范化学术语的书写，重点掌握第四周期过渡元素的
电子排布式和电子排布图。
复习目标：
1．能说明微观粒子的运动状态与宏观物体运动特点的差异。
2．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电子排布图，
并说明含义。考点一 原子结构
知识点1 原子结构
1.原子的构成粒子
2.微粒之间的等式关系
1）质量关系：质量数(A)＝质子数(Z)＋中子数(N)；
2）电性关系：
①原子中：质子数(Z)＝核电荷数＝核外电子数；
②阳离子的核外电子数＝质子数－阳离子所带的电荷数，如Mg2＋的核外电子数是10。
③阴离子的核外电子数＝质子数＋阴离子所带的电荷数，如Cl－的核外电子数是18。
3.微粒符号周围数字的含义
【特别提醒】①原子中不一定都含有中子，如H中没有中子。
②电子排布完全相同的原子不一定是同一种原子，如互为同位素的各原子。
③易失去1个电子形成＋1价阳离子的不一定是金属原子，如氢原子失去1个电子形成H＋。
④形成稳定结构的离子最外层不一定是8个电子，如Li＋为2个电子稳定结构。
知识点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相同存在形态的同位素，化学性质几乎完全相同，物理性质不同。
②天然存在的同一元素各核素所占的原子百分数(丰度)一般不变。
3.同位素的“六同三不同”
4.常见的重要核素及其应用
核素 U C H(D) H(T) O
用途 核燃料 用于考古断代 制氢弹 示踪原子
5.元素、核素、同位素的联系与区别
①现行元素周期表已发现的元素有118种，由于同位素的存在，故核素的种数远大于 118种。
②不同核素可能具有相同的质子数，如H、H；也可能具有相同的中子数，如C、O；也可能具有相同的质
量数，如C、N。
③同位素之间的转化，既不是物理变化也不是化学变化，是核反应。
④同位素之间可形成不同的同位素单质。如氢的三种同位素形成的单质有六种：H、D、T、HD、HT、
2 2 2
DT，他们的物理性质(如密度)有所不同，但化学性质几乎完全相同。
⑤同位素之间可形成不同的同位素化合物。如水分子有HO(普通水)、DO(重水)、TO(超重水)等。他们的
2 2 2
相对分子质量不同，物理性质(如密度)有所不同，但化学性质几乎完全相同。
6.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：是根据该元素各种天然同位素的相对原子质量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。即：Ar(E)＝Ar×a%＋Ar×b%＋Ar×c%＋…，其中a%＋b%＋c%＋…
1 2 3
=1。
（3）核素的近似相对原子质量＝该核素的质量数。
（4）元素的近似相对原子质量：是根据该元素各种天然同位素的质量数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。即：Ar(E)＝A×a%＋A×b%＋A×c%＋…，其中a%＋b%＋c%＋…=1。
1 2 3
7.核反应方程
①卢瑟福发现质子：N＋He→O＋H
②查德威克发现中子：Be＋H→C＋n③铀核裂变反应：U＋n→Kr＋Ba＋3n
④氘核与氚核聚变反应：H＋H→He＋n
考向1 考查核反应方程的简单分析
例1科学家利用 粒子(即氦核 )进行多种核反应： 、 。已知
和 都具有放射性，下列说法错误的是
A．X元素位于元素周期表的第二周期第ⅥA族
B． 和 互为同位素，化学性质相同
C． 、 都可作为示踪原子
D．核反应产生的能量可用于发电，属于化学能转化为电能
【思维建模】核反应方程分析思路
（1）质量数守恒：各微粒左上角数字之和在核反应前后相等；
（2）电荷数守恒：各微粒左下角数字之和(正电荷数)在核反应前后相等
例：碳14的β衰变：C→N＋e
质量数守恒表达式：14＝14＋0；电荷数守恒表达式：6＝7－1。
【变式训练1】（2024·山东泰安·三模）核反应 和 为研究原子结构和发现
新原子做出了重要贡献。下列说法错误的是
A．c=13b
B．X、Y、Z形成的单质分子均为非极性分子
C．Q、R 为质量数相同的不同核素
D．基态 W 与Z原子核外电子的空间运动状态种类相等
【变式训练2】（23-24高三下·河北石家庄·阶段考试）卢瑟福发现质子的核反应为 ；卢瑟
福的学生查德威克发现中子的核反应为 。下列说法错误的是
A．Y元素的第一电离能高于同周期相邻元素的
B．元素的电负性：
C． 和 的简单氢化物中中心原子的价层电子对数目相同
D． 的空间结构为直线形
考向2 考查“五同”概念辨析
例2（2024·浙江杭州·模拟预测）下列说法不正确的是
A． 和 互为同位素 B．石墨烯和丙烯互为同系物
C．氧气和臭氧互为同素异形体 D．乙酸甲酯和甲酸乙酯互为同分异构体
【思维建模】同系物、同分异构体、同位素、同素异形体、同种物质的比较\s\up11(
定义 比较对象 分子式 结构 性质
比较)
质子数相同、
符号表示不 电子排布相 物理性质不相
中子数不同的
同位素 核素(原子) 同，如：H、 同，原子核结 同，化学性质
核素(原子)互
H、H 构不同 相同
称为同位素
元素符号表示
相同，分子式 物理性质不
同一元素组成 单质的组成或
同素异形体 单质 可不同，如： 同，化学性质
的不同单质 结构不同
金刚石和石 相似
墨、O 和O
2 3
分子式相同，
物理性质不
结构不同的化
同分异构体 化合物 相同 不同 同，化学性质
合物互称为同
不一定相同
分异构体
分子式和结构
同种物质 式都相同的物 － 相同 相同 相同
质
结构相似，分
物理性质不
子组成上相差
同系物 化合物 不相同 相似 同，化学性质
若干个CH 原
2
相似
子团的有机物
【变式训练1】（2024·江西宜春·模拟预测）科技发展与化学密切相关。下列说法错误的是
A．TiO 光催化乙苯脱氢转化为苯乙烯，两种有机物互为同分异构体
2
B．科研团队合成环状的C 和C ，C 和C 互为同素异形体
10 14 10 14
C．铌酸锂(LiNbO)纳米超材料具有独特光学特性， 的中子数为52
3
D．通过原电池原理将氮气和氢气转化为NH 同时放出电能，该过程属于人工固氮的过程
3
【变式训练2】（2024·广东东莞·模拟预测）科学技术是第一生产力，下列说法正确的是
A．“海基一号”成功从深海开采石油和天然气水合物，天然气属于新能源
B．我国首次获得公斤级丰度99%100Mo产品，100Mo与98Mo互为同位素
C．“煤制烯现代化成套技术开发及应用”中煤的气化属于物理变化
D．“歼-35”战斗机机翼所使用的“碳纤维布”(聚丙烯腈经碳化而成)与金刚石互为同素异形体
考点二 原子核外电子运动状态
知识点1 电子的运动特征电子是质量轻、带负电的微观粒子，并具有波粒二象性。电子可以在原子内部进行圆周运动，运动速度很
快，接近光速，与宏观物体的运动有极大不同：不能同时确定速度和位置，不能描绘运动轨迹。
知识点2 能层和能级
1.能层：根据多电子原子的核外电子的能量差异，将核外电子分成不同的能层，能层用n 表示。n值越大，
能量越高。
2.能级
（1）根据多电子原子中同一能层电子能量的不同，将它们分成不同能级。
（2）能级用相应能层的序数和字母s、p、d、f组合在一起来表示，如n能层的能级按能量由低到高的顺
序排列为 n s 、 n p 、 n d 、 n f 等。
（3）能层序数等于该能层所包含的能级数，如第三能层有 3s 、 3p 、 3d 能级。
（4）s、p、d、f能级可容纳的电子数为1、3、5、7的二倍。
3.能层、能级与其容纳的最多电子数之间的关系
能层(n) 一 二 三 四 五 六 七 …
符号 K L M N O P Q …
能级 1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p 4d 4f 5s … … … …
容 纳 最 2 2 6 2 6 10 2 6 10 14 2 … … … …
多 电 子
2 8 18 32 …… … … 2n2
数
知识点3 原子轨道——电子在原子核外的一个空间运动状态
1.电子云：电子云是处于一定空间运动状态的电子在原子核外空间的 概率密 度 分布的形象化描述。小黑点
越密，表示概率密度越大。由于核外电子的概率密度分布看起来像一片云雾，因而被形象地称作电子云。
2.电子轮廓图：
概率密度 为 90% 的 电子云图，s电子云轮廓图是球形；p电子云轮廓图是哑铃形，p电子云有三种伸展方向
（p，p，p，它们相互垂直），即p能级电子有3 个伸展方向；d能级电子有5 个伸展方向；f能级电子有
x y z
7 个伸展方向。
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，即电子云的伸展方向。
能级符号 电子云形状 空间延伸方向
s 球形 一种
三种(相互垂直，分别相对
p 哑铃形
于x、y、z轴对称)
d / /
f / /
4.轨道能量
①同能层的不同能级能量s<p<d<f。
②不同能层相同能级的能量1s<2s<3s……，2p<3p<4p……，半径随能层增大而增大。
③同能层同能级不同轨道能量相同，如2p＝2p＝2p。
x y z知识点4 泡利原理、洪特规则、能量最低原理
1.构造原理：随着原子核电荷数的递增，原子核每增加一个质子，原子核外便增加一个电子，这个电子大
多是按如图所示的能级顺序填充的，填满一个能级再填一个新能级。
【特别提醒】所有电子排布规则都需要满足能量最低原理。绝大多数基态原子核外电子的排布都遵循构造
原理。顺序如图。构造原理揭示了原子核外电子的能级分布。从中可以看出，不同能层的能级有能级交错
现象。构造原理是书写基态原子电子核外排布式的依据，也是绘制基态原子核外电子排布图（即轨道表示
式）的主要依据之一。
2.核外电子排布的三个规律
能量最
原子的电子排布遵循构造原理能使整个原子的能量处于最低状态
低原理
泡利原理 每个原子轨道里最多只能容纳 2 个 自旋状态相反的电子
当电子排布在同一能级的不同简并轨道时，基态原子中的电子总是优先单
洪特规则
独占据一个轨道，而且自旋状态相同
3.核外电子排布表示方法
表示方法 以硫原子为例
原子结构示意图
电子排布式 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 4
简化电子排布式 [Ne]3s 2 3p 4
电子排布图(轨道表示式)
价电子排布式 3s 2 3p 4
4.原子状态与原子光谱
（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，电子跃迁到较高能级，变成激发态原子。
（3）原子光谱①当电子从较高能量的激发态跃迁到较低能量的激发态乃至基态时，释放一定频率的光子，这是产生原子
发射光谱的原因；当电子从较低能量的激发态乃至基态跃迁到较高能量的激发态时，需吸收一定频率的光
子，这是产生原子吸收光谱的原因。
②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，总称原子光谱。利用原子光谱的特征谱线来鉴定元素的分析方法，称为光谱分析。
③光谱分析的应用：鉴定元素。
知识点5 原子核外电子运动状态的描述——“四个量子数”
1.主量子数n，n＝1，2，3，4，……(只能取正整数)，描述原子中电子出现概率最大区域离核的远近(对应
不同的能层)，用K、L、M、N等符号表示，决定电子能量高低。
2.角量子数l，l＝0，1，2，3……n－1(取值受n的限制)，描述原子轨道或电子云的形状(对应不同的能
级)，用s、p、d、f等符号表示，与主量子数n共同决定电子的能量。
3.磁量子数m，m＝0，±1，±2，……±l(取值受l的限制)，描述原子轨道或电子云在空间的伸展方向(对应
不同的原子轨道)。
4.自旋磁量子数ms，ms＝±，表示同一原子轨道中电子的两种自旋状态。如对于基态的氟原子，其价电子
自旋磁量子数的代数和为＋或－，即：F原子核外电子数为9，基态氟原子核外电子排布式为1s22s22p5，其
价电子排布式为2s22p5，若一种自旋状态用＋表示，与之相反的用－表示，则价电子自旋磁量子数的代数
和为×4＋×3＝＋，也可以是×3＋×4＝－。
考向1 电子排布式表达式的规范书写
例1（2024·北京·模拟预测）下列化学用语或图示表达正确的是
A．氯分子中的化学键可以表示为
B． 的价层电子轨道表示式为
C．KCN的电子式可以表示为D．Cu的原子结构示意图为
【思维建模】1.基态原子（离子）核外电子排布的表示方法
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
电子排布图（或轨道表示式）
价电子排布式或轨道表示式 3s23p4
离子（S2-）的电子、价电子排布式 1s22s22p63s23p6 3s23p6
2.电子排布式书写的易错点
（1）电子排布式的书写:
①要依据构造原理来完成；
②对于副族元素要注意能级交错；
③要注意“价电子排布”“核外电子排布”的区别；④关注原子电子排布式与离子电子排布式的区别。
（2）并不是所有的原子核外电子的排布都遵循构造原理。Cr原子和Cu原子具有特殊性Cr:[Ar]3d54s1，Cu:
[Ar]3d104s1。
（3）与化合价有关的电子叫价层电子，价层电子并不都是指原子的最外层电子，主族元素的价层电子就
是最外层电子，但过渡元素的价层电子包括最外层s电子，次外层d电子，有的还包括倒数第三层f电子。
（4）书写电子排布式时，同一能层按能级由低到高顺序连在一起。如基态 Fe 原子的电子排布式为
1s22s22p63s23p63d64s2，而不能写成1s22s22p63s23p64s23d6。
（5）在原子失去价电子时，并不都是按照填充的相反顺序失去，而是按电子排布式顺序从外层向内层失
去。如基态Fe3+的电子排布式为1s22s22p63s23p63d5，即Fe→Fe3+是失去4s能级上的两个电子和3d能级上的
一个电子。
（6）在画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)；
⑤画轨道表示式时，不能省略空轨道。如C的轨道表示式应为 ，而不是
。
【变式训练1】（2024·贵州·模拟预测）下列化学用语错误的是A．基态镓原子的电子排布式为
B．基态砷原子价层电子排布图为
C．新戊烷的结构简式为
D．氢化铵的电子式为
【变式训练2】（2024·湖南长沙·三模）化学用语是学习化学的工具。下列化学用语表述错误的是
A． 和 核内中子数之比为1∶2
B． 可表示原子、阳离子以及阴离子
C． 可表示乙烷
D．基态铬原子的简化电子排布式：[Ar]3d44s2
考向2 电子跃迁与原子光谱
例2（2024·广东江门·三模）化学之美，美在结构，美在变化，下列说法不正确的是
A．天然钻石在打磨过程中，共价键断裂
B．霓虹灯发光是由于电子从基态跃迁到激发态产生
C．红墙灰瓦是中国传统建筑，墙的红色来源于氧化铁
D．清晨山顶光束如瀑布般倾泻而下，是丁达尔效应带了的美景
【思维建模】（1）原子光谱：不同元素原子的电子发生跃迁时会吸收或释放不同的光，可以用光谱仪摄
取各种元素原子的吸收光谱或发射光谱，总称原子光谱。
（2）原子光谱形成原因：
（3）原子光谱分类及其特征：
吸收光谱：明亮背景的暗色谱线
发射光谱：暗色背景的明亮谱线
（4）原子光谱的应用——光谱分析
①在现代化学中，常利用原子光谱上的特征谱线来鉴定元素，称为光谱分析。②生产生活：光(辐射)是电子释放能量的重要形式之一。焰火、霓虹灯光、激光、荧光、LED 灯光等都与
核外电子跃迁释放能量有关。
【变式训练1】（2024·广东江门·三模）百年变局，科技创新是“关键变量”，下列科技成果中所蕴含的化
学知识叙述不正确的是
A．“北斗卫星”使用的氮化镓芯片属于新型无机非金属材料
B．量子计算机“悟空”传导信号用的光纤主要成分是
C．“天宫”空间站存储器使用的材料石墨烯与金刚石互为同素异形体
D．“梦天实验舱”原子钟利用电子跃迁计时，工作时发生化学变化
【变式训练2】（2024·黑龙江牡丹江·一模）化学与生活息息相关。下列说法错误的是
A．LED灯光与原子核外电子跃迁释放能量有关
B．乙二醇可用于生产汽车防冻液
C．氯化镁和硫酸钙都是制作豆腐常用的凝固剂
D．硬铝因密度大、强度小可用于制造飞机外壳
1．（2022·天津卷）下列叙述错误的是
A． 是极性分子
B． 原子的中子数为10
C． 与 互为同素异形体
D． 和 互为同系物
2．（2023·江苏卷）氢元素及其化合物在自然界广泛存在且具有重要应用。 、 、 是氢元素的3种
核素，基态H原子 的核外电子排布，使得H既可以形成 又可以形成 ，还能形成 、 、
、 、 等重要化合物；水煤气法、电解水、光催化分解水都能获得 ，如水煤气法制氢反
应中， 与足量 反应生成 和 吸收131.3kJ的热量。 在金属冶炼、新能
源开发、碳中和等方面具有重要应用，如 在催化剂作用下与 反应可得到 。我国科学家在
氢气的制备和应用等方面都取得了重大成果。下列说法正确的是
A． 、 、 都属于氢元素B． 和 的中心原子轨道杂化类型均为
C． 分子中的化学键均为极性共价键
D． 晶体中存在Ca与 之间的强烈相互作用
3．（2024·北京卷）我国科研人员利用激光操控方法，从 原子束流中直接俘获 原子，实现了对同
位素 的灵敏检测。 的半衰期(放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间)长达10万年，是
的17倍，可应用于地球科学与考古学。下列说法正确的是
A． 的原子核内有21个中子
B． 的半衰期长，说明 难以失去电子
C． 衰变一半所需的时间小于 衰变一半所需的时间
D．从 原子束流中直接俘获 原子的过程属于化学变化
4．（2024·湖北卷） 在超高压下转化为平行六面体的 分子(如图)。下列说法错误的是
A． 和 互为同素异形体 B． 中存在不同的氧氧键
C． 转化为 是熵减反应 D．常压低温下 能稳定存在
5．（2024·河北卷）从微观视角探析物质结构及性质是学习化学的有效方法。下列实例与解释不符的是
选项 实例 解释
A 原子光谱是不连续的线状谱线 原子的能级是量子化的
孤电子对与成键电子对的斥力大于成键电
B 键角依次减小
子对之间的斥力
晶体中 与8个 配位，而 晶体中
C 比 的半径大
与6个 配位
D 逐个断开 中的 键，每步所需能量不同 各步中的 键所处化学环境不同
6．（2024·甘肃卷）下列化学用语表述错误的是A． 和 的最外层电子排布图均为
B． 和 的电子式分别为 和
C． 的分子结构模型为
D． 、 和 互为同位素
7．（2022·海南卷）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
8．（2024·山东卷）下列化学用语或图示正确的是
A． 的系统命名：2-甲基苯酚
B． 分子的球棍模型：
C．激发态H原子的轨道表示式：
D． 键形成的轨道重叠示意图：
