文档内容
第 29 讲 原子结构与性质
1．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达式。
2．了解电离能的含义，并能用以说明元素的某些性质。
3．了解电子在原子轨道之间的跃迁及其简单应用。
4．了解电负性的概念，并能用以说明元素的某些性质。
【核心素养分析】
1.宏观辨识与微观探析：认识物质的量是联系宏观物质和微观粒子的重要工具，能从宏观和微观相结
合的视角分析与解决实际问题。
知识点一 原子核外电子排布原理
1．能层与能级
(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。
(3)能层与能级的关系
能层 一 二 三 四 五……
符号 K L M N O……
能级 1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p 4d 4f 5s 5p……
最多电子数 2 2 6 2 6 10 2 6 10 14 2 6……
电子离核远近 近→远
电子能量高低 低→高
【特别提醒】(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，
x y z
它们具有相同的能量；第三能层(M)，有s、p、d三种能级。
2．电子云与原子轨道(1)电子云
①由于核外电子的概率密度分布看起来像一片云雾，因而被形象地称为电子云。
②电子云轮廓图称为原子轨道。
(2)原子轨道
原子轨道
3．基态原子的核外电子排布
(1)能量最低原理：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。如图为构造原理示意图，即基态原子核外电子在原子轨道上的排布顺序图：
【特别提醒】所有电子排布规则都需要满足能量最低原理。
(2)泡利原理：每个原子轨道里最多只能容纳个电子，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的电子排布为 ，不能表示为 或
。
【特别提醒】当能量相同的原子轨道在全满(p6、d10、f14)、半满(p3、d5、f7)、全空(p0、d0、f0)时原子的
能量最低，如 Cr的电子排布式为[Ar]3d54s1, Cu的电子排布式为[Ar]3d104s1。
24 29
(4)基态原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 3s23p4
价电子排布图
4．电子的跃迁与原子光谱
(1)电子的跃迁
(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。
附：可见光的波长范围
颜色 波长范围
红 770～622 nm
橙 622～597 nm
黄 597～577 nm
绿 577～492 nm
蓝、靛 492～455 nm
紫 455～350 nm
【特别提醒】(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。
知识点二 原子结构与元素的性质
1．原子结构与元素周期表
(1)原子结构与周期数的关系
每周期第一种元素 每周期最后一种元素
周 电 子
原子 基态原子的 原子
期 层数 基态原子的电子排布式
序数 电子排布式 序数
二 2 3 [He]2s1 10 1s22s22p6
三 3 11 [Ne]3s1 18 1s22s22p63s23p6
四 4 19 [Ar]4s1 36 1s22s22p63s23p63d104s24p6
1s22s22p63s23p63d104s24p6
五 5 37 [Kr]5s1 54
4d105s25p6
1s22s22p63s23p63d104s24p6
六 6 55 [Xe]6s1 86
4d104f145s25p65d106s26p6
(2)族元素的价电子排布特点①主族元素
主族 ⅠA ⅡA ⅢA ⅣA ⅤA ⅥA ⅦA
排布特点 ns1 ns2 ns2np1 ns2np2 ns2np3 ns2np4 ns2np5
②0族元素：ns2np6(其中He为1s2)。
③过渡元素(副族和第Ⅷ族)：(n－1)d1～10ns1～2(Pd、镧系和锕系元素除外)。
(3)元素周期表的分区与价电子排布的关系
①周期表的分区
②各区价电子排布特点
分区 价电子排布
s区 ns1～2
p区 ns2np1～6(除He外)
d区 (n－1)d1～9ns1～2(除Pd外)
ds区 (n－1)d10ns1～2
f区 (n－2)f0～14(n－1)d0～2ns2
(4)对角线规则
在元素周期表中，某些主族元素与右下方的主族元素的有些性质是相似的，如 ，
LiCO、MgCO 都能溶于水，Be(OH) 、Al(OH) 都具有两性等。
2 3 3 2 3
【特别提醒】(1)能层数＝电子层数＝周期数。
(2)主族序数＝价电子数。
(3)对于主族元素，价电子层就是最外电子层，而对于过渡元素，价电子层不仅是最外电子层。如 Fe
的价电子排布式为3d64s2。
2．元素周期律
(1)原子半径
①影响因素
②变化规律
元素周期表中的同周期主族元素从左到右，原子半径逐渐减小；同主族元素从上到下，原子半径逐渐
增大。(2)电离能
气态电中性基态原子失去一个电子转化为气态基态正离子所需要的最低
第一电离能
能量，符号：I，单位：kJ·mol－1
1
同周期：第一种元素的第一电离能最小，最后一种元素的第一电离能最
大，总体呈现从左至右逐渐增大的变化趋势
规律
同族元素：从上至下第一电离能逐渐减小
同种原子：逐级电离能越来越(即III…)
1 2 3
【特别提醒】
(1)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。
(2)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。
(3)电负性
①电负性
元素的原子在化合物中吸引键合电子能力的标度。元素的电负性越大，表
含义
示其原子在化合物中吸引键合电子的能力越
以最活泼的非金属氟的电负性为4.0作为相对标准，计算得出其他元素的
标准
电负性(稀有气体未计)
在元素周期表中，同周期从左至右，元素的电负性逐渐增大，同主族从上
变化规律
至下，元素的电负性逐渐减小
②电负性的应用
【特别提醒】(1)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。(2)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
3
的电负性之差为1.5，因此AlCl 含有共价键，属于共价化合物。
3
高频考点一 核外电子排布的表示方法
【例1】（2022·广东卷） 与S同族，基态硒原子价电子排布式为_______。
【变式探究】（2022·海南卷）基态O原子的电子排布式_______，其中未成对电子有_______个。
【变式探究】（2022·湖南卷）基态 原子的核外电子排布式为 _______；
【方法技巧】核外电子排布的表示方法
表示方法 含义 举例
表示核外电子分层排布和核
原子或离子结构示意图
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 S2－：1s22s22p63s23p6
电子排布图(轨道表
表示每个原子轨道中电子的
运动状态
示式)
Fe：3d64s2
价层电子排布式或排布图 表示价层电子的排布
【误区警示】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；外围电子排布式：3d104s1。
【变式探究】（2022·全国乙卷）氟原子激发态的电子排布式有_______，其中能量较高的是_______。
(填标号)
a. b. c. d.
【变式探究】（2022·山东卷）基态 原子的价电子排布式为_______，在元素周期表中位置为
_______。
【变式探究】 (2022·北京卷) 价层电子排布式为___________。高频考点二 原子结构与元素性质
【例2】（2022·全国甲卷）基态F原子的价电子排布图(轨道表示式)为_______。
【变式探究】【2021•全国乙卷】(1)对于基态Cr原子，下列叙述正确的是_______(填标号)。
A．轨道处于半充满时体系总能量低，核外电子排布应为 [Ar]3d54s1
B．4s电子能量较高，总是在比3s电子离核更远的地方运动
C．电负性比钾高，原子对键合电子的吸引力比钾大
【变式探究】【2021•湖南卷】(1)基态硅原子最外层的电子排布图为 ，晶体硅
和碳化硅熔点较高的是 (填化学式)；
【变式探究】【2021•河北卷】(1)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
2 4
布相同的是___________(填离子符号)。
(2)原子中运动的电子有两种相反的自旋状态，若一种自旋状态用+ 表示，与之相反的用- 表示，称
为电子的自旋磁量子数.对于基态的磷原子，其价电子自旋磁量子数的代数和为____________。
【变式探究】【2021•广东卷】(1)基态硫原子价电子排布式为__________。
(3)汞的原子序数为80，位于元素周期表第______周期第ⅡB族。
【变式探究】【2020•新课标Ⅰ卷】(1)基态Fe2+与Fe3+离子中未成对的电子数之比为_________。
(2)Li及其周期表中相邻元素的第一电离能(I)如表所示。I(Li)> I (Na)，原因是_________。I(Be)>
1 1 1 1
I(B)> I (Li)，原因是________。
1 1
高频考点三 电离能、电负性的应用
【例3】【2022·辽宁卷】短周期元素X、Y、Z、W、Q原子序数依次增大。基态X、Z、Q原子均有
两个单电子，W简单离子在同周期离子中半径最小，Q与Z同主族。下列说法错误的是
A．X能与多种元素形成共价键 B．简单氢化物沸点：
C．第一电离能： D．电负性：
【变式探究】【2022·江苏卷】工业上电解熔融 和冰晶石 的混合物可制得铝。下列说法正确的是
A．半径大小： B．电负性大小：
C．电离能大小： D．碱性强弱：
【举一反三】（2021·辽宁卷）某多孔储氢材料前驱体结构如图，M、W、X、Y、Z五种元素原子序数
依次增大，基态Z原子的电子填充了3个能级，其中有2个未成对电子。下列说法正确的是
A．氢化物沸点： B．原子半径：
C．第一电离能： D．阴、阳离子中均有配位键
【方法技巧】
1．电离能常见的四个应用
(1)判断元素金属性的强弱
电离能越小，金属越容易失去电子，金属性越强；反之越弱。
(2)判断元素的化合价
如果某元素的I
n＋1
≫I
n
，则该元素的常见化合价为＋n，如钠元素I
2
≫I
1
，所以钠元素的化合价为＋1。
(3)判断核外电子的分层排布情况
多电子原子中，元素的各级电离能逐渐增大，当电离能的变化出现突跃时，电子层数就可能发生变
化。
(4)反映元素原子的核外电子排布特点
同周期元素原子的最外层电子排布是全空、半充满和全充满状态时，第一电离能就会反常得大，如第
ⅡA族、ⅤA族元素。
2．电负性常见的四个应用
(1)确定元素类型(电负性>1.8，为非金属元素；电负性<1.8，为金属元素)。
(2)确定化学键类型(一般两成键元素电负性差值>1.7，为离子键；两成键元素电负性差值<1.7，为共价
键)。
(3)判断元素价态正、负(化合物中电负性大的元素呈现负价，电负性小的元素呈现正价)。
(4)判断元素金属性和非金属性强弱(表征原子得电子能力强弱)。
【变式探究】（2020·山东卷）短周期主族元素X、Y、Z、W的原子序数依次增大，基态X原子的电
子总数是其最高能级电子数的2倍，Z可与X形成淡黄色化合物ZX ，Y、W最外层电子数相同。下列说
2 2法正确的是
A．第一电离能：W>X>Y>Z B．简单离子的还原性：Y>X>W
C．简单离子的半径：W>X>Y>Z D．氢化物水溶液的酸性：Y>W
【变式探究】（2020·天津卷）短周期元素X、Y、Z、W的原子序数依次增大。用表中信息判断下列
说法正确的是
元素 X Y Z W
最高价氧化物的水化物 HZO
3 4
溶液对应的pH(25℃) 1.00 13.00 1.57 0.70
A．元素电负性：Z
